張雪梅，曾　威，李靈月，高知睿

（1.天津地?zé)峥辈殚_(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)院，天津300250；2.天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津300170；3.大港油田第一采油廠，天津300270）

黃驊坳陷古近系孔店組火成巖巖石學(xué)、地球化學(xué)特征

張雪梅1，曾威*2，李靈月3，高知睿2

（1.天津地?zé)峥辈殚_(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)院，天津300250；2.天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津300170；3.大港油田第一采油廠，天津300270）

本文通過(guò)對(duì)黃驊坳陷古近系鉆孔中孔店組玄武巖、輝綠巖的巖相學(xué)、地球化學(xué)研究，認(rèn)為孔店組火成巖屬于堿性玄武巖系列，輕稀土富集，沒(méi)有明顯的銪異常。巖漿演化主要受控于地幔部分熔融，結(jié)晶分異作用較小，無(wú)明顯地殼物質(zhì)的加入，其形成的構(gòu)造環(huán)境為板內(nèi)環(huán)境。

黃驊凹陷；孔店組；火山巖；地球化學(xué)；板內(nèi)環(huán)境

華北克拉通自中生代以來(lái)遭受了強(qiáng)烈的破壞，巖石圈大規(guī)模減薄和軟流圈上涌誘發(fā)了大量火山巖的形成［1］。火山巖作為盆地發(fā)育過(guò)程中的產(chǎn)物，能提供深部作用的信息，可以為盆地動(dòng)力學(xué)的研究提供基礎(chǔ)。渤海灣盆地是中國(guó)東部地?zé)崽荻茸罡摺r石圈最薄的區(qū)域之一，中-新生代盆地內(nèi)發(fā)育了大規(guī)?；鹕阶饔茫?］，為研究中新生代巖石圈深部過(guò)程提供了難得的材料。黃驊坳陷位于渤海灣盆地中心部位，早白堊世-新近紀(jì)火山巖廣泛發(fā)育，前人對(duì)其作了不同程度的研究［2-6］。本文通過(guò)對(duì)黃驊坳陷古近系孔店組玄武巖及其中輝綠巖的巖相學(xué)、地球化學(xué)等方面的研究，論證了其在火山巖巖漿演化過(guò)程中的分離結(jié)晶機(jī)制、部分熔融程度以及大地構(gòu)造背景。

圖1　黃驊坳陷新生界地層柱狀圖［7］Fig.1 Cenozoic stra tigraphic column of the Huanghua Dep ression

1　區(qū)域地質(zhì)背景

黃驊坳陷位于華北平原北部，是現(xiàn)今華北平原中渤海灣盆地的一個(gè)次級(jí)凹陷，呈北東-南西向伸展，長(zhǎng)250 km，寬50～100 km，西南端狹窄，呈一微向北突起的弧狀，全區(qū)面積約17 000 km2，為新生代以來(lái)形成的斷陷盆地。

1.1地層

黃驊坳陷鉆孔中新生代地層由古近系、新近系和第四系組成（圖1）?？椎杲M厚度一般為2 500 m。沿坳陷西部，滄東邊界斷裂下降側(cè)分布。底與中生界，頂與漸新統(tǒng)不整合接觸。自下而上由紅-黑-紅三大巖性段組成一整套旋回層。

（1）孔店組三段

位于旋回層下部，厚約300m，以紫灰色、棕紅色砂質(zhì)、礫質(zhì)泥巖為主，見(jiàn)單層厚度小于5m的灰綠色含泥、含鐵不等粒混合砂巖、玄武巖夾層。其側(cè)向巖性變化及與下伏中生界、上古生界的界限尚不清楚；頂部與上覆孔店組二段為過(guò)渡關(guān)系。

該段中鉆遇少量玄武巖，主要分布于孔東斷層與孔西斷層所夾的壘塊區(qū)域，呈層狀賦存于該段上部，埋深2 300～2 800m，單井最多見(jiàn)9層，最大累積厚度87m。平面上呈北東向展布，與孔東構(gòu)造帶展布方向一致。

（2）孔店組二段

為旋回層中部，一般厚約300 m，最大厚度約為700 m，以深灰色泥質(zhì)頁(yè)巖為主，并見(jiàn)含細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖夾層，剖面向上漸變?yōu)樽虾稚鄮r段。所含化石介形類為無(wú)圖真星介-沼澤擬星介組合，孢粉為小刺鷹粉-杉粉屬-三角孢屬亞組合。

該段中鉆遇的火成巖巖性為輝綠巖，主要分布于軍馬站-風(fēng)化店-王官屯-望海寺一帶的廣大區(qū)域內(nèi)，沿孔西斷層呈北東向展布。輝綠巖賦存層位不一，南部埋深2 300～2 700m井段，中部2 100～2 600 m井段，而北部則在2 000 m左右。雖然埋深與后期構(gòu)造影響有關(guān)，但在對(duì)比了大量的鉆井面后，發(fā)現(xiàn)該輝綠巖具有非常明顯的穿時(shí)性，在數(shù)千米內(nèi)可以穿過(guò)孔店組二段的不同層位。

（3）孔店組一段

為旋回層的上部，最大厚度1 500 m，一般厚度1 200 m，為一套紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖與長(zhǎng)石砂巖、砂礫巖互層，局部夾灰綠色泥膏巖層。所含主要生物化石介形類為火紅美星介-美麗金星介組合，孢粉為麻黃-杉粉屬-榿木粉屬組合。

該段中含有大量玄武巖，主要分布于孔店構(gòu)造帶及滄東凹陷的局部地區(qū)，分為棗北玄武巖、棗46-棗16井玄武巖、沈家鋪玄武巖及輝綠巖、孔東玄武巖、小4井-官85井及滄1井玄武巖，總面積約140 k㎡。

1.2構(gòu)造

黃驊坳陷內(nèi)部發(fā)育8個(gè)次級(jí)凹陷，以東西分界和南北分區(qū)為特點(diǎn)。東西分界以黑龍村-孔店-北大港-老王莊-柏各莊-馬頭營(yíng)中央隆起帶為界，分為東側(cè)凹陷和西側(cè)凹陷，西側(cè)自南而北發(fā)育南皮、滄東、板橋、北塘、樂(lè)昌等凹陷，東側(cè)發(fā)育有鹽山、歧口、南堡等凹陷（圖2）。

1.3侵入巖

區(qū)內(nèi)新生代侵入巖主要為輝綠巖和堿性輝長(zhǎng)巖，它們主要分布于坳陷中、南區(qū)的西南緣和北區(qū)的北緣古近系、新近系地層中。

2　巖石學(xué)、礦物學(xué)特征

本次對(duì)Z37、F22-15、J5井3口鉆井的火成巖進(jìn)行了代表性的巖芯取樣（圖2），Z37井火成巖屬輝綠巖，其余均為玄武巖。

圖2　黃驊坳陷構(gòu)造分區(qū)圖［7，8］Fig.2 Tec tonic zoning m ap o f Huanghua Dep ression

2.1巖石學(xué)特征

2.1.1輝綠巖

分布于Z37井孔店組第一巖性段，分為兩層，層厚分別為4m和49.5m。巖石主要由基性斜長(zhǎng)石、單斜輝石等組成，斜長(zhǎng)石自形-半自形，板狀，形成格架，大小一般為0.5～2mm，少量為2～3mm；內(nèi)見(jiàn)聚片雙晶，雙晶帶較寬，蝕變較弱，沿其解理、顯微裂隙有少量絹云母、方解石及黝簾石、次閃石等交代蝕變；含量65%～70%。輝石以他形粒狀為主，大小一般0.1～1mm，填隙狀分布于斜長(zhǎng)石之間構(gòu)成輝綠結(jié)構(gòu)，含量20%左右。局部由次閃石、黑云母、滑石、方解石、綠泥石等交代呈假象產(chǎn)出，部分界限模糊不清。局部?jī)?nèi)有半自形斜長(zhǎng)石包體，構(gòu)成嵌晶含長(zhǎng)結(jié)構(gòu)（圖3-1，3-2）。

2.1.2玄武巖

鉆遇玄武巖起始位置1 920 m，結(jié)束位置是1 968m，巖芯觀察具有14個(gè)噴溢層，最薄溢層厚度為1m，溢流層最厚達(dá)7m。

孔店組玄武巖氣孔、杏仁均不發(fā)育，氣孔、杏仁小且孤立，少于5%。巖石深灰色，致密塊狀構(gòu)造。礦物成分主要有斜長(zhǎng)石、輝石，次要礦物為綠泥石、沸石和少量磁鐵礦。鏡下巖石具斑狀結(jié)構(gòu)，主要由斑晶和基質(zhì)兩部分組成。斑晶主要為斜長(zhǎng)石和單斜輝石。斜長(zhǎng)石斑晶多以半自形一自形板條狀為主，粒度0.5～2mm，聚片雙晶比較發(fā)育，含量為25%左右。輝石大小為中-細(xì)粒，呈柱狀，含量10%～25%左右，部分已蝕變成綠泥石?；|(zhì)由斜長(zhǎng)石、輝石等微晶和玻璃質(zhì)組成，礦物粒度一般小于0.5mm；斜長(zhǎng)石呈自形-半自形細(xì)小板條狀，架狀分布；輝石為單斜輝石，半自形柱狀或粒狀，見(jiàn)有被綠泥石等低溫蝕變礦物替代（圖3-3），部分呈假像產(chǎn)出，有少量玻璃質(zhì)、鐵質(zhì)沿長(zhǎng)石空隙分布，基質(zhì)含量50%～60%左右。組構(gòu)表現(xiàn)為間粒間隱結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石蝕變程度較高。

部分玄武巖常發(fā)育縱向裂縫、高角度裂縫，偶見(jiàn)橫向裂縫，里面充填有油斑。裂縫附近的基質(zhì)常發(fā)育溶蝕氣孔隙，有時(shí)裂縫縫壁被溶蝕。裂縫的形成主要與構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)，而溶蝕氣孔隙則與地表淋濾和埋藏后的有機(jī)酸作用有關(guān)。薄片觀察輝石和玻璃質(zhì)溶蝕比較普遍（圖3-4）。

2.2礦物化學(xué)

對(duì)Z37井2 356.98m處的輝綠巖單斜輝石斑晶一個(gè)樣品的6個(gè)點(diǎn)探針?lè)治鼋Y(jié)果表明（表1），黃驊坳陷孔店組單斜輝石斑晶主元素變化不大，SiO2為51.023%～51.779%，平均51.27%；Al2O3為1.539%～2.789%，平均2.21%；MgO為14.306%～15.778%，平均15.08%；CaO為20.682%～21.029%，平均20.88%。在單斜輝石命名圖（圖4）中，成分均落入普通輝石區(qū)。因此，黃驊盆地孔店組輝綠巖中的輝石斑晶主要屬于鋁質(zhì)普通輝石。

圖3　輝綠巖和玄武巖鏡下照片F(xiàn)ig.3 m icroscopic photos o f Diabase and basa lt

對(duì)Z37井輝綠巖一個(gè)樣品4個(gè)斜長(zhǎng)石斑晶體作了6個(gè)點(diǎn)的電子探針?lè)治觯ū?），其中一個(gè)總量為104.223%，不符合精度要求，不予考慮。在長(zhǎng)石化學(xué)成分命名圖（圖5）中四個(gè)成分點(diǎn)落在拉長(zhǎng)石區(qū)，一個(gè)成分點(diǎn)落在中長(zhǎng)石區(qū)，說(shuō)明該區(qū)的斜長(zhǎng)石主要是基性斜長(zhǎng)石，為中拉長(zhǎng)石。

表1　單斜輝石電子探針?lè)治鼋Y(jié)果（%）Table 1 EPMA ana lysis resu lt table o f clinopyroxene（%）

3　地球化學(xué)特征

表2　斜長(zhǎng)石電子探針?lè)治鼋Y(jié)果（%）Tab le 2 EPMA ana lysis resu lt tab le o f p lagioc lase（%）

選擇上述1個(gè)玄武巖樣品、1個(gè)輝綠巖樣品在湖北巖礦測(cè)試中心進(jìn)行了主量元素分析（表3），分析方法為熒光光譜法和濕化學(xué)法；對(duì)3個(gè)玄武巖樣品（玄1-玄3）在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室用ICP-MS進(jìn)行了稀土元素測(cè)試（表4），具體分析方法見(jiàn)文獻(xiàn)［10］。

3.1主量元素特征

孔店組玄武巖和輝綠巖具高Al2O3（12.79～16.92%），高堿（Na2O+K2O為3.84～9.68%），MgO變化范圍大（5.9%～14.28%）的特點(diǎn)，Na2O/K2O值為2.6～10.1，屬于鈉質(zhì)系列，Mg#為0.53～0.68。在硅-堿圖上（圖6），孔店組火成巖投點(diǎn)全部落到堿性玄武巖和強(qiáng)堿性玄武巖區(qū)，輝綠巖樣品均處于堿性玄武巖范圍內(nèi)。在SiO2-（Na2O+K2O）圖上（圖7），孔店組火成巖9個(gè)樣品均屬堿性系列。

從哈克圖解（圖8）可以看出主量元素氧化物與MgO的相關(guān)性：K2O-MgO、Na2O-MgO、A l2O3-MgO、SiO2-MgO負(fù)相關(guān)，F(xiàn)eO-MgO及Fe2O3-MgO正相關(guān)，巖漿在演化過(guò)程中A l2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，而FeO、Fe2O3、MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少，反映了玄武巖漿在運(yùn)移過(guò)程中可能發(fā)生橄欖石和單斜輝石的早期分離結(jié)晶作用。

圖4　 CaSiO3-MgSiO3-FeSiO3單斜輝石命名圖［9］Fig.4 CaSiO3-MgSiO3-FeSiO 3 d iag ram fo r clinopyroxene

圖5　長(zhǎng)石化學(xué)成分命名圖［9］Fig.5 Fe ldspa r chem ica l nam ed d iag ram

3.2稀土元素特征

孔店組玄武巖稀土總量97.6～134.2，稀土總量較高，輕重稀土分餾明顯，輕稀富集，LaN/YbN=8.7～11.6，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分配形式圖上顯示右傾曲線（圖9），具大陸玄武巖的稀土配分模式。銪異常不明顯，δEu值為0.88～0.96，表明原生巖漿生成之后，沒(méi)有經(jīng)歷明顯的斜長(zhǎng)石分異作用。

本區(qū)孔店組火山巖中各稀土元素的豐度存在一定的相關(guān)性。投影表明，La-Ce顯示良好的正相關(guān)，雖然本區(qū)火山巖的La和Ce豐度各不相同，但其比值近似等于1（圖10）。

4　巖石成因探討

表3　孔店組火成巖主量元素組成（%）Tab le 3 Majo r elem en t com position of Kongd ian m agm atic rocks（%）

表4　孔店組火成巖稀土元素組成Tab le 4 REE com position o f the Kongdianmagm atic rocks

4.1巖漿演化特征

固結(jié)指數(shù)—SI值的大小可確定基性火山巖是幔源巖漿直接結(jié)晶產(chǎn)物，還是分異、混染產(chǎn)物。本區(qū)火山巖的固結(jié)指數(shù)平均為34，略小于40（地幔源原生巖漿凝固的巖石的SI值），反映了黃驊盆地新生代孔店組火山巖經(jīng)歷了微弱的分異或同化混染作用。黃驊盆地新生代火山巖的基底主要由太古宙及古元古代變質(zhì)巖，中新元古代-古生代的沉積巖（碳酸鹽巖為主）組成。在缺乏這些基底巖石的成分資料的情況下，通過(guò)考察火山巖中主量元素的變化趨勢(shì)，可提供地殼混染是否在巖石成因中發(fā)揮主要作用的約束條件。地殼混染過(guò)程中，由于地殼組分的加入，K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著升高，而TiO2、P2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不大。從（圖11、12）可知玄武巖的w（K2O）/w（TiO2）和w（K2O）/w（P2O5）對(duì)w（MgO）的變化呈近水平趨向，表明玄武質(zhì)巖漿在分異過(guò)程中無(wú)明顯的地殼組分加入。玄武質(zhì)火山巖的巖石化學(xué)變化主要控制因素可能是源區(qū)成分、部分熔融及巖漿分離結(jié)晶過(guò)程。

圖6　孔店組火山巖硅-堿圖［12］Fig.6 TAS figure o f the vo lcanic rocks in Kongdian formation

圖7　孔店組火山巖SiO2-（Na2O+K2O）圖Fig.7 SiO2-（Na2O+K2O）figu re o f the volcanic rocks in Kongdian formation

部分熔融過(guò)程中，巖石中La/Sm比值隨La含量增加而升高，呈線性關(guān)系；而同源巖漿的分離結(jié)晶過(guò)程，隨含量的變化La/Sm比值則保持不變，呈水平線性關(guān)系。本區(qū)玄武巖的La/Sm比值和La的豐度投影于La/Sm-La的變異圖（圖13），可知本區(qū)孔店組玄武巖呈部分熔融趨勢(shì)，結(jié)晶分異程度很弱。

通過(guò)上述討論認(rèn)為，孔店組巖漿演化主要受控于部分熔融，結(jié)晶分異作用較小，無(wú)明顯的地殼組分加入。

4.2構(gòu)造環(huán)境

從空間分布來(lái)看，中國(guó)東部新生代玄武巖雖然位于歐亞大陸邊緣，但并不呈現(xiàn)從俯沖帶向大陸內(nèi)部堿含量（K2O+Na2O）和K2O增加，K2O/Na2O比值升高的現(xiàn)象。黃驊盆地與渤海灣其他斷陷盆地一樣，第三系玄武巖的堿含量以及K2O/Na2O的變化，受形成時(shí)代與巖漿熔出深度的控制［2］，與距消減帶的距離無(wú)直接的關(guān)系。

圖9　孔店組玄武巖稀土分配模式圖Fig.9 REE patterns o f basa lts in Kongdian formation

圖10　孔店組玄武巖的La-Ce協(xié)變關(guān)系Fig.10 La-Ce covariance p lots o f basa lts in Kongdian formation

圖11　 K2O/TiO2-MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化圖Fig.11 K2O/TiO2-M gO d iag ram

圖12　 K2O/P2O5-MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化圖Fig.12 K2O/P2O5-MgO d iag ram

圖13　 La/Sm-La變異圖Fig.13 La/Sm-La covariance p lot

圖14　 F1-F2構(gòu)造環(huán)境判別圖解［13］Fig.14 F1-F2Diagram s for d isc rim ina ting

圖15　單斜輝石TiO2-MnO-Na2O圖解［14］Fig.15 TiO2-MnO-Na2O diagram o f c linopyroxene

本文利用F1-F2構(gòu)造環(huán)境判別圖解來(lái)判斷孔店組玄武巖形成的構(gòu)造環(huán)境。該圖解要求樣品的成分范圍是：12%＜w（MgO+CaO）＜20%，F(xiàn)eO/ Fe2O3＞0.5，總量（包括H2O）在99%～101%之間?；谝陨吓袆e圖的使用限定條件，對(duì)黃驊坳陷孔店組火山巖的巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了認(rèn)真地挑選，KD-1樣品的（MgO+CaO）值為9.77%不符合F1-F2圖解適用范圍。KD-4、KD-9樣品的主量元素總量分別為101.72%和 101.61%，超過(guò)了101%，不符合精度要求。用其他6個(gè)符合條件的點(diǎn)投圖（圖14），樣品投點(diǎn)全部落于板內(nèi)玄武巖區(qū)域中。以輝綠巖中單斜輝石的TiO2-MnO-Na2O計(jì)算成100%，投影于單斜輝石TiO2-MnO-Na2O圖上（圖15），樣品點(diǎn)投在了板內(nèi)玄武巖與島弧玄武巖區(qū)內(nèi)［13］。結(jié)合F1-F2圖解和TiO2-MnONa2O圖解認(rèn)為孔店組玄武巖和輝綠巖形成于板內(nèi)構(gòu)造環(huán)境。

5　結(jié)論

（1）孔店組火成巖巖石組合為玄武巖和輝綠巖，以堿性玄武巖為主，同時(shí)有少量強(qiáng)堿性玄武巖。主量元素顯示高鋁、高堿特征。

（2）玄武質(zhì)巖漿無(wú)明顯的地殼組分加入，巖石成分主要受部分熔融程度控制，結(jié)晶分異作用較小。

（3）孔店組玄武巖形成于板內(nèi)構(gòu)造環(huán)境。

致謝：本文完成過(guò)程中得到了中國(guó)地質(zhì)大學(xué)馬昌前教授、張超博士、張金陽(yáng)博士的悉心指導(dǎo)，在此表示衷心感謝。感謝評(píng)審老師提出的寶貴意見(jiàn)。

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Petrology and Geochem istry CharacteristicsofM agm atic Rocks in Kongdian Formation in theHuanghua Depression

ZHANG Xue-mei1，ZENGWei2，LILing-yue3，GAO Zhi-rui2
（1.Tianjin GeothermalExploratiom and DevelopmentDesigning Institute，Tianjin 300170，China；
2.Tianjin Center，China Geological Survey，Tianjin 300170，China；
3.NO.1OilProduction Plantof Dagang Oil Field Company，Tianjin 300170，China；）

Basedon the Petrographic and geochem ical studyof the Lower Tertiary Kongdian formation basaltand diabase in Huanghua Depression，we suggest thatbasaltand diabase belong toalkaline seriesw ith LREEenrichment and noEu anomality.Themagma evolution wasmainly controlled by themantle partialmelting w ith little crystallization differentiation and little crustal contam ination.Tectonic environment discrim ination results show that themagmatic rocksof the Kongdian formation formed in intraplateenvironment.

Huanghua depression；Kongdian formation；volcanic rock；geochemsitry；WPB

P588.1；P595

A

1672－4135（2015）04－0248-08

2015-06-02

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查“武當(dāng)-桐柏-大別成礦帶成礦規(guī)律與選區(qū)研究（12120113068800）”

張雪梅（1983-），女，工程師，主要從事石油勘探及研究工作，E-mail：358999648@qq.com；*通訊作者：曾威（1985-），男，工程師，主要從事礦產(chǎn)勘查及成礦理論研究工作，E-mail:314818431@qq.com。