于紅梅 趙 波 魏費翔 許建東 王慶民

1)中國地震局地質(zhì)研究所， 活動構(gòu)造與火山重點實驗室， 北京 100029 2)山東省地震局， 濟(jì)南 250014

華北東部海興一帶第四紀(jì)火山巖巖石學(xué)及地球化學(xué)特征

于紅梅1)趙 波1)魏費翔1)許建東1)王慶民2)

1)中國地震局地質(zhì)研究所， 活動構(gòu)造與火山重點實驗室， 北京 100029 2)山東省地震局， 濟(jì)南 250014

華北東部海興一帶出露2座第四紀(jì)火山， 即小山火山和大山火山， 并在邊莊附近隱伏了火山巖。野外考察和室內(nèi)分析顯示： 小山火山為瑪珥式火山， 噴發(fā)方式為射汽巖漿噴發(fā)， 影響范圍僅限于火口附近， 噴發(fā)物為火山渣、 晶屑和火山灰； 大山火山早期為爆破式噴發(fā)， 后有巖漿侵入， 噴發(fā)強(qiáng)度和規(guī)模均不大， 產(chǎn)生了火山渣、 火山集塊巖和致密熔巖頸。邊莊隱伏火山巖為氣孔狀和致密火山巖及火山角礫巖， 噴發(fā)方式以弱爆破式噴發(fā)和熔巖流溢為主， 噴發(fā)時代為早更新世。小山火山渣和邊莊隱伏火山巖成分為玄武質(zhì)， 而大山火山巖SiO2含量低， 屬于霞石巖。氧化物含量不顯示線性關(guān)系， 說明它們之間不存在巖漿演化關(guān)系。3處火山巖均富集輕稀土， 邊莊隱伏火山巖富大離子親石元素， 無高場強(qiáng)元素Zr、 Hf、 Ti虧損， 大山和小山樣品強(qiáng)烈富集Th、 U、 Nb和Ta， 明顯負(fù)K和Ti。3處火山巖具有不同的巖石學(xué)和地球化學(xué)特征， 具有相對獨立的火山結(jié)構(gòu)， 雖均可能來自軟流圈， 但明顯經(jīng)歷了不同的巖漿活動過程。

火山地質(zhì) 巖石學(xué) 地球化學(xué) 小山火山 大山火山 邊莊隱伏火山巖

0 引言

新生代以來， 太平洋板塊的NWW向運動使亞洲大陸受到強(qiáng)烈的擠壓， 并在大陸東部形成新的NNW向馬里亞納俯沖帶。華北地區(qū)處在與俯沖帶正交的NEE-SWW向的強(qiáng)烈擠壓下， 因而形成1組NNE向的右旋扭動(剪壓性)構(gòu)造和與之共軛的NW向左旋扭動(剪張性)構(gòu)造， 導(dǎo)致大規(guī)模的火山噴發(fā)， 構(gòu)成NW向的火山噴發(fā)帶(河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局， 1989)。

圖1 海興地理位置和該區(qū)第四紀(jì)火山巖分布圖Fig. 1 Geographic position and distribution of Quaternary volcanic rocks in Haixing area.

位于該噴發(fā)帶內(nèi)的華北東部海興地區(qū)出露2座第四紀(jì)火山， 分別為小山火山和大山火山(圖1)。小山火山位于河北省滄州市海興縣城東北約3km處， 是火山堆積物構(gòu)成的隆丘(邵世雄等， 1983)。前人對于小山火山的研究主要集中在噴發(fā)年代上。曾針對凝灰質(zhì)沉積物進(jìn)行了古地磁測定， 認(rèn)為恰好位于拉斯錢普事件期， 即距今20～30ka(河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局， 1989)。田文法等(1991)根據(jù)上下地層14C測年數(shù)據(jù)推斷小山火山最后1次活動發(fā)生于全新世初期， 距今1萬a左右。尹功明等(2013)對碎屑樣品進(jìn)行ESR測年， 得到小山火山最后1次活動在晚更新世晚期， 平均年齡 (41.4±8.6)ka。大山火山距離小山火山約20km， 位于山東省與河北省交界的無棣縣境內(nèi)。高知云等(1994)研究認(rèn)為， 大山火山巖內(nèi)的幔源包體來源深度為50km， 其寄主玄武巖為石榴石二輝橄欖巖部分熔融的產(chǎn)物， 形成深度在75km以下。陳孝德等(1997)曾對幔源包體的流變學(xué)特征進(jìn)行過分析。羅丹等(2009)討論了大山火山巖的成因及其源區(qū)特征。陳道公等(1985)以及王慧芬等(1988)測得大山火山熔巖的K-Ar年齡分別為0.55～0.86Ma和0.33～0.86Ma。金隆裕(1985)得到的大山火山K-Ar年齡約為73萬a。

在本次對小山火山和大山火山的野外考察中采集了火山樣品，進(jìn)行了詳細(xì)的巖相學(xué)和地球化學(xué)分析。另外， 鉆孔探測發(fā)現(xiàn)在小山東南16km的邊莊附近隱伏了厚度不等的火山巖， 也一并進(jìn)行了分析研究； 并討論了3處火山的地質(zhì)學(xué)、 巖石學(xué)及地球化學(xué)特征。

1 地質(zhì)特征及采樣情況

小山火山山頂高程35.11m， 高出地表約30m(圖2)， 由火山堆積物組成， 主要為巖屑凝灰?guī)r、 沉凝灰?guī)r、 凝灰質(zhì)砂層與黏土層、 橄欖玄武巖等(邵世雄等， 1983)。地表出露的火山堆積物包括: 1)小山村至山后村呈弧形分布的火山堆積體構(gòu)成的隆丘， 亦即通常所指的小山火山堆積， 為小山火山的東、 北火口沿； 隆丘在小山至山后村較高， 高程為35.1～12.7m； 2)在小山村西邊的周良志村西北亦有同期火山堆積物， 為小山火山西火口沿， 呈緩丘狀， 地面高程為5～7.2m， 與周圍地面高差0.5～2.0m， 又稱饃饃山。饃饃山與小山圍成馬蹄形。馬蹄形的中心地帶地面高程明顯低于四周， 僅為3.8～4.5m， 地表為湖相亞砂土(馮金良， 1997)。

圖2 小山火山及樣品采集位置Fig. 2 Xiaoshan volcano and sampling location.a 小山火山影像圖， 虛線為小山火山錐的大致分布范圍， 三角符號為野外觀測和樣品采集點， 圖像來源于Google Earth； b 小山東火口內(nèi)沿剖面； c 小山北火口內(nèi)沿剖面； d 小山西火口內(nèi)沿剖面

在火口東、 北和西內(nèi)沿均見到較好的火山堆積物剖面(圖2b)。小山東火口內(nèi)沿剖面整體厚度約3.8m， 地層向E傾； 頂部為60cm厚的殘坡積物； 中下部為火山碎屑涌流堆積地層， 整體顏色為灰色， 弱固結(jié)， 未見圍巖碎屑， 主要為黑色火山渣碎屑、 晶屑和灰黃色火山灰， 發(fā)育交錯層理、 斜層理， 粒度分選好， 火山灰基質(zhì)支撐， 未見火山彈。在小山的北側(cè)內(nèi)火口沿的地層傾向N40°E， 近水平， 傾角只有3°(圖2c)。饃饃山為小山火山西側(cè)火口沿， 地層傾向W(圖2d)。在幾處火口沿采集火山碎屑樣品6件。

大山火山海拔73m， 錐體發(fā)育較好， 頂部直徑約300m。上部為爆破式噴發(fā)物， 由3～4m厚的土黃色、 紅褐色火山碎屑堆積物組成， 碎屑成分主要以火山渣為主， 含有火山彈和熔巖餅。整個地層風(fēng)化較強(qiáng)， 粒度分選差， 無粒序?qū)永怼Ｆ湎聻楹窦s6m強(qiáng)熔結(jié)的灰黑色濺落堆積物， 塑性流動明顯， 碎屑成分以熔巖餅和火山彈為主。下部致密熔巖構(gòu)成大山火山頸， 呈侵入狀， 氣孔發(fā)育較少， 未見底。大山火山后期開采頻繁， 火山地層破壞程度高。在大山火山上部火山渣和下部致密熔巖中分別采集了8件樣品。

圖3 大山火山堆積地層剖面Fig. 3 Stratigraphic section of Dashan volcano.

在邊莊村北(38°08′32″N， 117°43′33″E)鉆孔中發(fā)現(xiàn)火山巖， 埋藏深度在地表下30～60m處， 火山巖厚度不等， 約20～160m。巖性主要為氣孔玄武巖、 致密玄武巖和火山角礫巖。地表為第四紀(jì)海陸交互相、 海相或陸相沉積物所覆蓋， 地貌上屬于濱海平原， 地形較平坦， 一般高程3～5m。在3個鉆孔的不同深度采集了6件樣品。對其中的4個樣品進(jìn)行了年代學(xué)K-Ar測試， 測試是在中國地震局地質(zhì)研究所地震動力學(xué)國家重點實驗室完成的， 測試結(jié)果為(1.03±0.04)Ma、 (1.62±0.04)Ma、 (1.65±0.05)Ma和(2.02±0.05)Ma， 說明邊莊火山噴發(fā)時代主要集中在第四紀(jì)早更新世。

2 巖石學(xué)特征

2.1 小山火山碎屑堆積物

小山火山噴發(fā)物由玄武質(zhì)火山渣、 晶屑和火山灰組成， 其中火山渣、 火山灰和部分晶屑為巖漿成分， 部分晶屑來自圍巖。火山渣含量為10%～30%(圖4)， 呈灰黑色， 次棱角狀， 分選較差， 最大者有2cm， 小者0.1mm， 分布不均勻?；鹕皆蠖鄡?nèi)部含有橄欖石、 輝石斑晶及不規(guī)則氣孔。如圖4c， d中間為1含有斜方輝石斑晶的火山渣碎屑， 圖4e， f中間為1個含有橄欖石斑晶和不規(guī)則氣孔的火山渣。晶屑含量約5%， 主要為橄欖石、 輝石、 長石、 石英等， 比火山渣碎屑小。橄欖石和輝石晶屑為巖漿成分， 長石和石英晶屑來自圍巖。膠結(jié)物為土黃色火山灰。樣品還含有5%左右的不規(guī)則氣孔。

圖4 小山火山樣品及顯微結(jié)構(gòu)照片F(xiàn)ig. 4 Samples from Xiaoshan volcano and their photomicrographs.a 樣品薄片照片， 內(nèi)部黑色為火山渣碎屑， 白色為晶屑； b 樣品中挑選的火山渣碎屑； c 中間1個不規(guī)則氣孔與1個含有斜方輝石斑晶的火山渣碎屑， 單偏光； d 圖c的正交偏光； e 中間1個橄欖石斑晶的火山渣碎屑， 單偏光； f 圖e的正交偏光； S火山渣， Ol橄欖石， Opx斜方輝石， V氣孔

2.2 大山熔巖

大山火山錐體下部為致密火山巖， 呈侵入狀， 為火山頸相。致密火山巖呈塊狀構(gòu)造， 為火山錐的主體巖相。巖石致密堅硬， 氣孔不發(fā)育， 含量 <2% ， 暗綠色。巖石較新鮮， 風(fēng)化極弱。顯微鏡下呈斑狀結(jié)構(gòu)(圖5a， b)， 斑晶以橄欖石和磁鐵礦為主， 含有少量的輝石。橄欖石呈他形， 含量約8%， 晶體較大， 大小主要集中在0.3～1mm。橄欖石斑晶周圍具有暗色邊， 部分伊丁石化， 邊部和裂隙內(nèi)呈紅色， 有些已全部轉(zhuǎn)化為磁鐵礦。基質(zhì)為玻璃質(zhì)， 正交偏光下呈黑色。熔巖中還含幔源橄欖巖包體和橄欖石捕虜晶， 有時與橄欖石斑晶較難區(qū)分。

大山上部火山渣呈暗褐色， 氣孔發(fā)育(圖5c， d)， 含量約30%， 但氣孔大小不一， 形狀有圓形、 橢圓形和不規(guī)則狀， 一般直徑為0.5～1cm。斑晶主要為橄欖石、 輝石、 磁鐵礦， 含量比塊狀熔巖低， 少于2%， 大小為0.8～1.6mm， 大部分已經(jīng)伊丁石化， 呈現(xiàn)紅褐色， 較大的橄欖石內(nèi)部可見原來的顏色?；|(zhì)為黑色玻璃質(zhì)， 無微晶。

圖5 大山火山熔巖樣品顯微結(jié)構(gòu)照片F(xiàn)ig. 5 Photomicrographs of samples from Dashan volcano.a 塊狀熔巖， 黑色玻璃質(zhì)， 內(nèi)部含有橄欖石斑晶及捕虜晶， 伊丁石化， 正交偏光； b 塊狀熔巖， 伊丁石化橄欖石和磁鐵礦， 單偏光； c 渣狀熔巖， 橄欖石和輝石聚斑， 較多氣孔， 正交偏光； d 渣狀熔巖， 大量的氣孔和伊丁石化橄欖石， 正交偏光；Ol 橄欖石， Py 輝石， V 氣孔， Mag 磁鐵礦

圖6 邊莊火山巖顯微結(jié)構(gòu)照片F(xiàn)ig. 6 Photomicrographs of samples from Bianzhuang.a 氣孔玄武巖黑色基質(zhì)中大量的斜長石微晶， 單偏光； b 橄欖石斑晶， 內(nèi)部熔蝕， 正交偏光； c 粗粒橄欖玄武巖， 斜長石和橄欖石斑晶， 正交偏光； d 火山角礫巖， 次棱角狀火山渣， 內(nèi)部有一些火山灰、 晶屑和氣孔， 單偏光

2.3 邊莊隱伏熔巖

邊莊隱伏的火山熔巖為氣孔狀玄武巖、 致密粗粒橄欖玄武巖及火山角礫巖(圖6)。氣孔狀玄武巖呈黑色， 氣孔含量5%～10%， 斑晶含量極低(<2%)， 主要為橄欖石， 內(nèi)部熔蝕?；|(zhì)為玻晶交織結(jié)構(gòu)， 黑色火山玻璃中分布了少量針狀斜長石微晶， 長軸長0.1～0.5mm。

粗粒橄欖玄武巖， 灰綠色， 有少量氣孔， 含量 <2% ， 間粒結(jié)構(gòu)， 自形斜長石中充填了橄欖石斑晶、 輝石和磁鐵礦。橄欖石伊丁石化， 邊部黑色、 褐色、 褐紅色， 殘留了150～500μm的核。輝石多成他形顆粒。斜長石多成長條狀， 較自形， 長軸長300～1000μm。

火山角礫巖由火山角礫、 巖屑和填隙物組成， 火山角礫含量50%～60%， 磨圓較好， 次棱角—次圓狀， 成分多為玄武質(zhì)， 內(nèi)部含有橄欖石和長石斑晶， 基質(zhì)為黑色玻璃質(zhì)。巖屑含量約20%， 其中含有大量的石英和堿性長石顆粒， 來自圍巖。填隙物含量約10%～20%， 有橄欖石、 長石和石英晶屑及黏土礦物、 火山灰塵等。

3 地球化學(xué)特征

為了探討海興地區(qū)火山巖的巖石地球化學(xué)特征， 利用X熒光光譜分析儀對所采集的15件樣品進(jìn)行了全巖主元素成分測試， 利用X等離子體質(zhì)譜儀對其中的10個樣品進(jìn)行了全巖微量元素成分測試， 分析是在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室完成的。其中， 對于小山火山， 挑選較大、 風(fēng)化較弱的火山渣碎屑進(jìn)行分析測試。

3.1 主量元素

測試結(jié)果(表1， 圖7)顯示， 海興地區(qū)幾處火山巖的成分不同， 其中小山火山渣燒失量較大， 在TAS圖中投點在玄武巖和玄武質(zhì)粗安巖中， 其SiO2含量為43.89～46.42%， Al2O3含量為9.97～10.21%， MgO含量為7.18%～11.09%， CaO含量為8.01～8.75%。邊莊隱伏熔巖的成分與小山火山相近， 在TAS圖中主要投點在玄武巖中， 其SiO2含量為43.73～49.11%， Al2O3含量為10.48～13.28%， MgO含量為8.09%～11.96%， CaO含量為8.7～10.09%。大山火山樣品成分在TAS圖中投點于副長石巖區(qū)及副長石巖和堿玄巖交界處， 在Cox等、 Bell等(1979)提出并由Mackenzie(1982)修改的SiO2-Na2O+K2O(AIK)圖中投點于霞石巖區(qū)。其成分特征： SiO2含量為39.08%～40.55%， Al2O3含量為9.62%～11.42%， MgO含量為10.9%～14.83%， CaO含量為8.63%～11.15%。

表1 海興地區(qū)火山巖及火山碎屑全巖主量成分

Table1 Contents of major elements in Haixing volcanic rocks and pyroclastics %

樣品編號SiO2Al2O3TiO2Fe2O3FeOCaOMgOK2ONa2OMnOP2O5H2O+H2O-LOI總和大山DS-1-140.3010.672.9010.753.889.8912.082.545.150.2221.040.290.140.74100.16DS-1-240.0010.452.8811.064.079.8912.082.284.920.2161.120.500.311.11100.09DS-2-140.169.602.4114.770.299.5913.930.615.150.2091.191.940.782.37100.28DS-3-139.829.622.9214.260.469.4014.070.864.350.1961.262.351.402.6699.87DS-3-239.089.682.6514.580.439.9913.930.534.790.2101.132.431.263.18100.18DS-139.849.722.7912.882.719.5013.442.234.720.2060.9770.170.210.6399.63DS-239.609.762.8115.130.749.6613.151.405.310.2041.230.380.120.6699.65DS-339.459.682.7915.720.129.8013.350.673.570.2041.2522.392.013.0299.621*40.5510.183.0114.600.3210.1510.901.085.690.0001.290.780.1497.772*40.3811.422.803.599.278.6315.742.104.950.2201.180.070.00100.283*39.7911.322.844.049.869.1414.831.604.950.2201.080.340.4099.67邊莊B1-148.0512.872.3413.020.268.778.951.363.180.1550.5270.040.180.2599.75B1-245.1713.282.804.587.8310.018.091.384.640.1640.7240.460.241.0099.67B1-347.7712.362.184.817.079.168.911.342.920.1510.4611.721.002.6499.75B4-149.1112.802.265.247.028.708.751.423.240.1550.4910.200.350.5699.74B4-243.7310.482.164.788.3610.0911.961.193.200.1720.5211.150.883.0499.69B7-348.4913.032.317.864.679.058.181.433.150.1610.5060.830.360.9099.74小山XS-146.4210.211.76.763.268.017.182.082.880.1570.798.063.9910.599.96XS-243.899.972.246.566.308.7511.091.892.540.1831.0883.292.185.1699.64

注 *來自高知云等(1994)： 編號中的1為渣狀熔巖， 2和3為塊狀熔巖。 分析者： 河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室， 分析方法為X 熒光光譜， 相對誤差<5%。

表2 海興火山巖及火山碎屑微量元素含量表

Table2 Contents of trace elements in Haixing volcanic rocks and pyroclastics μg/g

樣品號B1-1B1-2B1-3B4-1B4-2B7-3DS-1DS-2DS-3XS-2La27.2340.2924.6425.9730.327.2680.9178.565.9777.05Ce53.8581.1349.1952.2660.7553.89155.2147.9125.9150Pr6.8310.336.346.727.837.0218.9717.8214.7418.38Nd28.8941.7926.7928.7232.5730.0775.1171.4558.4771.14Sm6.878.786.596.917.227.3115.1814.4411.7414.22Eu2.122.532.092.082.022.194.294.143.33.76Gd6.137.536.536.185.946.3812.7912.110.0811.81Tb0.971.051.120.990.910.971.771.681.351.62Dy5.25.556.355.324.825.448.578.496.638.16Ho0.920.971.120.940.820.941.411.351.081.33Er2.182.342.82.31.982.363.212.952.423.04Tm0.320.320.390.330.270.340.420.390.310.41Yb1.791.832.161.911.591.962.2521.642.24Lu0.510.590.550.530.510.540.850.760.620.79Y21.5322.6926.8222.1419.1722.6532.3630.6525.1531.03∑REE165.34227.72163.48163.3176.69169.32413.28394.62329.41394.99∑LREE125.79184.85115.64122.66140.69127.74349.66334.25280.12334.55∑HREE18.0220.1821.0218.516.8318.9331.2729.7224.1429.41ΣCe/ΣY6.989.165.56.638.366.7511.1811.2511.6111.38δEu0.970.920.950.950.910.950.910.930.90.86LaN/SmN2.492.882.342.362.632.343.343.413.523.4GdN/YbN2.763.332.442.613.012.624.594.874.974.25Rb17.7920.8521.5116.8814.4916.2429.4329.9225.6840.34Ba398.29572.67402.57332.64441.38429.28386.19224.03313.87511.31Th3.554.982.933.243.913.4111.1611.1311.2111.85U0.721.460.890.861.200.883.582.442.442.80K45.1645.8244.4947.1539.5147.4874.0546.4922.2562.76Nb33.6357.4930.0826.8841.8628.63104.5112.9115.787.38La27.2340.2924.6425.9730.3027.2680.9178.5065.9777.05Sr601.0824.2511.2541.1737.6553.8949.111471186860.3P24.2133.2621.1822.5623.9423.2544.8956.5157.5249.99Hf5.036.314.685.104.585.529.769.549.279.06Zr193.4257.7181.8191.8173.3193.2403.2394.3383.4372.9Ti10.7912.9110.0510.429.9610.6512.8712.9612.8710.33Tb0.971.051.120.990.910.971.771.681.351.62Y21.5322.6926.8222.1419.1722.6532.3630.6525.1531.03Dy5.205.556.355.324.825.448.578.496.638.16Pb3.613.712.832.923.273.642.165.023.8711.36Cs0.190.450.370.150.440.090.720.630.632.45Ta2.394.212.231.383.152.407.228.188.646.41

分析者： 河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室， 分析方法為X Series2等離子體質(zhì)譜儀， 相對誤差 <5%。

在各氧化物與MgO的關(guān)系圖中(圖8)可以看出， 各氧化物之間基本無線性關(guān)系， 說明它們之間不存在巖漿演化關(guān)系。大山火山巖的FeOT、 P2O5含量明顯高于邊莊熔巖的FeOT、 P2O5含量， 而Al2O3含量明顯偏低， TiO2含量相近。

圖7 海興火山巖全巖成分TAS圖(去除水和燒失量后歸一化)(據(jù)Le Maitre et al.， 1989)Fig. 7 Total alkali-silica(TAS)diagram of Haixing volcanic rocks(after Le Maitre et al.， 1989).

圖8 海興火山巖全巖成分氧化物關(guān)系圖Fig. 8 Diagrams of major oxides from Haixing volcanic rocks(FeOT=FeO+0.9×Fe2O3).圖例同圖7

圖9 海興火山巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Boynton， 1984)Fig. 9 Chondrite-normalized REE patterns of Haixing volcanic rocks(Normalization values are from Boynton， 1984).

3.2 稀土和微量元素

幾處火山巖的微量元素在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解(圖9)上具有相似性變化趨勢， 均有右傾特征， 指示其為輕稀土富集型。δEu為0.86～0.97， 斜長石分離結(jié)晶不明顯。但邊莊火山巖稀土總量∑REE(163～228μg /g)、 輕稀土總量∑LREE(115～185μg /g)和重稀土總量∑HREE(16～21μg/g)均明顯低于小山火山渣和大山火山巖稀土總量∑REE(329～413μg/g)、 輕稀土總量∑LREE(280～350μg/g)和重稀土總量∑HREE(24～31μg/g)， 并且其ΣCe/ΣY比值(5.58～9.16)也明顯低于小山火山渣和大山火山巖稀土ΣCe/ΣY比值(11.18～11.61)， 說明小山火山渣和大山火山巖漿輕、重稀土分餾更明顯。

圖10 海興火山巖不相容元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun et al.， 1989)Fig. 10 Spider diagrams showing primitive mantle-normalized trace element abundances of Haixing volcanic rocks(Trace element abundances of the primitive mantle are from Sun et al.， 1989).

在不相容元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分圖(圖10)上可以看到， 沒有顯示Nb和Ta負(fù)異常， 說明巖漿在分異過程中無明顯的地殼組分加入。邊莊隱伏火山巖富大離子親石元素， 無高場強(qiáng)元素Nb、 Ta、 Zr、 Hf、 Ti虧損， 表現(xiàn)出與OIB相似的特征。而大山火山巖和小山火山渣樣品分布在邊莊火山巖上部， 尤其是Th、 U、 Nb和Ta含量明顯高于邊莊火山巖中的含量， 負(fù)K和Ti， 而邊莊火山巖無此特征。

4 討論

野外特征顯示小山具有低平、 圓形的火山口， 噴發(fā)物為火山碎屑， 指示小山火山為典型的瑪珥式火山(Maar)， 為射汽巖漿噴發(fā)產(chǎn)生。世界上已知的瑪珥火山口直徑一般為1～2km， 最大的瑪珥式火山在美國阿拉斯加蘇厄德半島， 火口直徑4～8km(Begétetal.， 1996)， 小山火山火口直徑約2km， 所以小山火山應(yīng)該是1個規(guī)模較大的瑪珥式火山。但是， 這類火山的噴發(fā)影響范圍有限， 僅限于火口附近。大山火山早期發(fā)生了爆炸式噴發(fā)， 產(chǎn)生了火山渣錐， 之后巖漿侵入到渣錐之下， 形成致密火山頸， 周圍不見熔巖流。邊莊附近的火山角礫說明亦有爆炸式噴發(fā)， 大面積的熔巖流說明噴發(fā)以溢流為主， 噴發(fā)時代為早更新世， 幾個K-Ar年齡測試結(jié)果說明邊莊火山噴發(fā)是多期次的。因此3個地區(qū)的火山機(jī)構(gòu)、 噴發(fā)方式各不相同。

3個地區(qū)的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線相似， 說明3處巖漿具有相似的來源。對成分制作了Ce/Pb與Ce關(guān)系圖和Nb/U與Nb關(guān)系圖， 并引用中國東部新生代玄武巖的成分?jǐn)?shù)據(jù)(劉叢強(qiáng)等， 1995)， 可以看到它們均接近OIB(圖11)， 說明它們可能來自軟流圈。谷俐等(2000)通過對該區(qū)巖石化學(xué)特征分析也認(rèn)為該區(qū)新生代玄武巖可能源自軟流圈地幔。雖然具有相似的來源， 但是3處火山噴發(fā)物的成分亦具有差異： 小山火山渣主量元素測試結(jié)果顯示燒失量很高， 但是以玄武質(zhì)為主， 與大山火山霞石巖成分明顯不同。雖然小山火山渣主量元素與邊莊成分相近， 但是稀土元素總量和不相容元素明顯與邊莊火山巖不同。大山火山巖主量元素的SiO2含量低， FeOT和P2O5含量高， 富集大離子親石元素Th、 U、 Nb和Ta， 明顯負(fù)K和Ti， 這些均明顯區(qū)別于邊莊火山巖。以上的不同說明它們雖然具有相同的巖漿來源， 但經(jīng)歷了不同的巖漿活動過程。

5 結(jié)論

通過對海興一帶3處第四紀(jì)火山的野外考察和室內(nèi)分析得到以下初步結(jié)論：

(1)小山火山為瑪珥式火山， 噴發(fā)方式為射汽巖漿噴發(fā)， 影響范圍僅限于火口附近。大山火山早期為爆破式噴發(fā)， 后有巖漿侵入， 噴發(fā)強(qiáng)度和規(guī)模均不大。邊莊隱伏火山噴發(fā)方式以近火口的弱爆破式噴發(fā)和熔巖流溢流為主， 噴發(fā)時代為早更新世。

(2)小山火山噴發(fā)物由火山渣、 晶屑和火山灰組成。大山火山巖為火山渣、 火山集塊巖和致密熔巖， 斑晶主要為橄欖石， 伊丁石化嚴(yán)重， 熔巖中還含有幔源橄欖石包體和橄欖石捕虜晶。邊莊隱伏火山熔巖為氣孔狀玄武巖、 致密粗粒橄欖玄武巖及火山角礫巖， 斑晶包括橄欖石、 輝石、 磁鐵礦和斜長石。

(3)主量元素分析顯示， 小山火山渣和邊莊隱伏火山巖主要為玄武質(zhì)， 而大山火山巖SiO2含量低， 屬于霞石巖。氧化物含量不顯示線性關(guān)系， 它們之間不存在巖漿演化關(guān)系。

(4)稀土元素分析結(jié)果顯示海興3處火山巖均富集輕稀土， 具有相似的巖漿來源。邊莊隱伏火山巖富大離子親石元素， 無高場強(qiáng)元素Zr、 Hf和Ti虧損。大山和小山樣品Th、 U、 Nb和Ta含量明顯高， 負(fù)K和Ti。

(5)以上分析認(rèn)為海興3處火山巖具有不同的巖石學(xué)和地球化學(xué)特征， 具有相對獨立的火山結(jié)構(gòu)， 雖然均可能來自軟流圈， 但經(jīng)歷了不同的巖漿活動過程。

致謝 感謝審稿專家對本文提出的寶貴意見和建議； 中國地震局地質(zhì)研究所趙勇偉副研究員在地球化學(xué)成分分析方面給予了幫助， 在此表示衷心的感謝。

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PETROLOGICAL AND GEOCHEMICAL CHARACTERISTICS OF QUARTERNARY VOLCANIC ROCKS IN HAIXING AREA，EASTERN NORTH CHINA

YU Hong-mei1)ZHAO Bo1)WEI Fei-xiang1)XU Jian-dong1)WANG Qing-min2)

1)KeyLaboratoryofActiveTectonicsandVolcano，InstituteofGeology，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100029，China2)EarthquakeAdministrationofShandongProvince,Jinan250014，China

Field investigation and lab analysis on samples were carried out for Quaternary volcanoes， including Xiaoshan volcano， Dashan volcano and Bianzhuang hidden volcano， in Haixing area， east of North China. Results show that Xiaoshan volcano with the eruptive material of volcanic scoria， crystal fragments and volcanic ash is a maar volcano， the eruptive pattern is pheatomagmatic eruption， and the influence scope is near the crater. Dashan volcano exploded in the early stage， and then the magma intruded， forming the volcanic neck. The eruption strength and scale are limited， and the eruptive materials are scoria， volcanic agglomerate and dense lava neck. The volcanic rocks in Bianzhuang are porosity and dense volcanic rocks and volcanic breccia， reflecting the pattern of weak explosive eruption and lava flow， and the K-Ar age dating on volcanic rocks indicates that the eruption happened in early Pleistocene. Xiaoshan volcanic scoria and Bianzhuang hidden volcanic rocks are mainly basaltic， Dashan volcanic rocks with lower SiO2content are nephelinite in composition. Their oxide contents have no linear relationship， indicating that there is no magma evolution relationship between these magmas from the three places. Three volcanic rocks all have enrichment of light rare earth. The Bianzhuang volcanic rocks are rich in large ion lithophile elements， and have no high field strength elements Zr and Hf， Ti losses. The volcanic materials from Xiaoshan and Dashan are intensively rich in Th， U， Nb and Ta， and significantly poor in K and Ti. Although the magmas from these three places in Haixing area may all come from asthenosphere， the volcanic materials have different petrological and geochemical features， and relatively independent volcanic structures， therefore， they experienced different magma processes.

volcanic geology， petrology， geochemistry, Xiaoshan volcano， Dashan volcano， Bianzhuang hidden volcanic rocks

10.3969/j.issn.0253- 4967.2015.04.011

2014-11-03收稿， 2015-10-20改回。

中國地震局地質(zhì)研究所基本科研業(yè)務(wù)專項(IGCEA1307)與地震行業(yè)科研專項(201208005)共同資助。

P317.3

A

0253-4967(2015)04-1070-14

于紅梅， 女， 1981年生， 2011年在中國地震局地質(zhì)研究所獲構(gòu)造地質(zhì)專業(yè)博士學(xué)位， 副研究員， 主要從事顯微結(jié)構(gòu)、 火山巖石學(xué)、 火山災(zāi)害學(xué)等研究工作， 電話： 010-62009135， E-mail: yuhongmei188@163.com。