Petro-Geochemical Characteristics and Tectonic Setting of Cenozoic Shoshonitic Basalts from Maguan, Yunnan Province
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摘要: 云南马关地区广泛出露了一套富含大量幔源包体和捕掳晶的新生代玄武岩.对该地区的新生代玄武岩进行了岩石学和地球化学方面的研究, 为该地区自新生代印度-欧亚大陆碰撞以来发生的岩浆活动及壳幔物质交换等问题提供重要的信息和岩浆岩约束.研究表明: 该区玄武岩具有富碱且富钾的特征, 其中全碱含量w(K2O+Na2O)变化在2.94%~8.23%之间、K2O/Na2O在0.44~6.72之间, 21个样品平均的K2O/Na2O比值为1.26.采用火山岩类型系列与划分方法, 确定本区多数岩石属于钾玄岩类的玄武岩或碧玄岩.岩石具有富集LREE和LILE的特征, 经球粒陨石/原始地幔标准化后的稀土元素配分形式和微量元素蜘蛛图均具有与OIB相似的特征.岩石中含有大量深源岩石包体, 斑晶含量少且结晶程度低, 相容元素Ni含量较高等特点, 符合原生岩浆的基本特征; 唯有Mg#(0.49~0.72)偏低, 可能与源区本身的性质或者源区发生的壳幔混合作用等因素有关.根据钾质岩石构造环境判别标准, 显示岩石形成于板内环境, 其成因与印度-欧亚大陆的碰撞诱发的软流圈物质向高原东南方向侧向挤出有关.Abstract: A suite of Cenozoic shoshonitic basalts bearing abundant mantle-derived xenoliths and xenocrysts outcropped in Maguan area, Yunnan Province. This study provides results of petrological and geochemical characteristics of the Cenozoic shoshonitic volcanic rocks, aiming to offer some food to thoughts related to volcanism and mantle-crust interation induced by to the continental collision between India and Asia plates. Results showed that Cenozoic shoshonitic basalts from this area have relatively high and variable alkali contents (2.94%-8.23%), and are rich in potassium (average K2O/Na2O of 21 samples is 1.26). They are classified as shoshonitic basalts or basanite. They are enriched in both light rare earth elements (LREE) and large ion lithophile elements (LILE), and distribution patterns in the chondrite-normalized diagram and primitive-normalized spidergram collectively resemble the pattern of OIB. The shoshonitic basalts contain abundant mantle-derived xenoliths and xenocrysts, and are poorly crystallized with very low contents of phenocrysts, and have considerably high abundance of compatible elements such as Ni, implying that the Cenozoic basaltic rocks of Maguan area are representatives of primary magma derived from mantle sources. The relatively low Mg# of rocks, ranging from 0.49 to 0.72, can either be ascribed to the intrinsic characteristics of the source region or to the mixing of crust and mantle materials in the source region, which needs to be further studied. The Cenozoic shoshonitic basalts formed in a within-plate tectonic setting, the petrogenesis of which is related to the lateral extrusion of asthenospheric mantle along the southeastern of Tibetan plateau induced by the Indo-Asia collision.
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Key words:
- Maguan area of Yunnan Province /
- Cenozoic potassic basalts /
- petrology /
- geochemistry /
- tectonic setting
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钾玄岩系列岩石是一类富碱(K2O+Na2O > 5%)、具有高的K2O/Na2O比值(> 0.5)、低TiO2(< 1.3%)、Al2O3含量高而且变化范围大(9%~20%)，并强烈富集大离子亲石元素(LILE)和轻稀土元素(LREE)的超钾质岩浆岩(Morrison, 1980).其产状包括火山岩以及成分相当的浅成岩和深成侵入岩.众多学者对钾玄岩类岩石的特征以及产出的构造环境等问题进行了大量研究，提出了钾玄岩的构造环境的判别标志(Bergman，1987；Foley et al., 1987；Muller et al., 1992).一些学者(Nelson et al., 1986；Conticelli and Peccerillo, 1992)针对西澳大利亚、意大利、西班牙和东非裂谷等地超钾质-钾质火山岩提出超钾质火山岩的成因与富集地幔的部分熔融有关.产于造山带的钾玄岩类岩石蕴含了造山作用过程中钾与其他高度不相容元素在岩浆中的富集过程与机制等重要信息，对于深刻揭示岩浆的分异作用，地壳沉积物的俯冲与混染，熔体与流体对岩石圈地幔的交代等壳幔交换信息具有重要的意义.因此，对钾玄岩类岩石的研究，一直是国内外岩石学地球化学及大地构造学研究者们关注的热点(Varne, 1985；Rogers et al., 1987；Foley, 1992a, 1992b；Carlson and Nowell, 2001)
金沙江-哀牢山-红河断裂带北起青藏高原东缘，南经越南进入北部湾，是滇藏特提斯与扬子-华南陆块在地质和地形方面的重要分界.印度支那半岛沿着该剪切带相对于华南陆块向东南方向挤出了约600 km，并导致了南海的张开(Tapponnier et al., 1982；Chung et al., 1998)，因此该区一直是国际地学界研究大陆碰撞及有关效应的重点地区.该带广泛分布新生代钾玄质富碱斑岩，前人对富碱斑岩等岩石开展了大量岩石学与地球化学的研究，提出新生代富碱斑岩于65 Ma以来印度-欧亚大陆碰撞的动力学条件下，金沙江-哀牢山-红河断裂带的左行走滑和拉张诱发的地幔部分熔融作用有关，源区可能是富含金云母的交代地幔(张玉泉和谢应雯，1997；邓万明, 1998a, 1998b；王建等，2003).但是该带幅员辽阔，钾质岩浆岩分布广泛，岩浆岩类型复杂，因此有关该钾质岩浆岩的起源成因及其动力学条件等问题仍存在争议，还有待于进一步研究.
在金沙江-哀牢山-红河断裂带南端的马关地区，发育了一套富含幔源包体的新生代钾质玄武岩，为深入研究钾质岩浆的起源条件与成因、地幔源区特征和壳幔交换等地球动力学问题提供了得天独厚的条件.前人对马关地区的玄武岩和幔源包体开展了岩石学和地球化学方面的研究，初步厘定了包体的起源深度和地温梯度，探讨了地幔变形特征以及岩浆作用的起源成因与动力学意义等(梅厚钧，1966；舒小辛，1995；Xu et al., 2001；魏启荣等, 2003, 2006；魏启荣和王江海，2004；Wei and Wang, 2004；夏萍和徐义刚, 2004, 2006；喻学惠等，2006).但是，与中国东部新生代玄武岩与地幔包体的研究相比，马关地区玄武岩与地幔包体的研究程度还非常低，而该区处于金沙江-哀牢山-红河断裂带南段的大地构造部位，是研究与确定滇西特提斯与扬子-华南陆块过渡与转化的关键地区.因此，对该区新生代玄武岩与地幔包体开展深入的岩石学、矿物学与地球化学研究是非常必要的.
本文提供了马关八寨地区新生代钾质玄武岩详细的岩石学与稀土微量元素地球化学分析数据，并对岩石形成的构造环境与成因进行了讨论，为该地区深部地质过程研究提供进一步的岩浆岩约束.
1. 地质背景及玄武岩岩相学特征
1.1 地质背景
马关处于云南省文山州境内，位于金沙江-哀牢山-红河巨型走滑断裂带东南端，大地构造上处于扬子地台的西南缘，是滇藏特提斯与华南褶皱系过渡地带.马关地区广泛分布了新生代富含深源岩石包体的玄武岩，以小型岩筒/岩管或岩脉/岩墙侵位于寒武系和奥陶系地层中.深源岩石包体类型丰富，包括含尖晶石的二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和单辉橄榄岩，含石榴子石的二辉橄榄岩以及石榴子石、单斜辉石、金云母和透长石巨晶等(魏启荣等, 2003, 2006；夏萍和徐义刚，2006；喻学惠等，2006).之前所获得玄武岩中黑云母的40Ar/39Ar年龄为11.9~12.4 Ma(Wang et al., 2001).
1.2 玄武岩岩相学特征
本次研究工作的玄武岩样品采自马关八寨-木厂街地区的下河头村、郑家山、蒿子坝和老厂等地(图 1).各地玄武岩的岩相学特征如下：
图 1 马关地区八寨-木厂街地质简图和采样位置示意(据魏启荣等，2003修改)Fig. 1. Simplified geological map of Bazhai-Muchangjie area in Maguan county showing sampling locations下河头玄武岩为中心式喷发的岩筒.火山岩筒平面上近圆形，直径仅几十米，由强烈喷发的火山角砾岩组成.野外露头上可以较清楚地看到灰岩和变质岩的围岩角砾.
下河头玄武岩手标本上为黑色-灰黑色，斑状结构，气孔构造或块状构造，班晶主要是橄榄石和辉石，斑晶含量很少.其中橄榄石斑晶含量5%，粒径0.2~0.5 mm，少数大斑晶可达2~3 mm，单斜辉石斑晶含量2%~3%，粒径0.3~0.5 mm，橄榄石多数已经遭受了不同程度的蛇纹石化，单斜辉石蚀变程度稍低.基质部分为微晶-隐晶质结构，由于蚀变强烈颗粒不清楚.
下河头玄武石中含有较多角砾和大量幔源岩石包体.角砾成分复杂，主要是灰岩或其他变质岩，也有少量同成分的火山岩角砾.角砾形态不规整，分选与磨圆都很差，大小从几厘米至几十厘米不等.包体多呈不规则圆球形或扁圆形，直径从几厘米至几十厘米不等，主要是含尖晶石、石榴石的辉石岩或二辉岩，含尖晶石的二辉橄榄岩和含石榴石的二辉橄榄岩，以及少量的纯橄岩和方辉橄榄岩.此外玄武岩中还可见单斜辉石巨晶和石榴石巨晶.单斜辉石巨晶为黑色，沥青光泽，因熔蚀晶面圆滑，大小从1~9 cm不等.石榴石巨晶为深红色，大小从1~3 cm不等，晶形不完整，但非常新鲜.有些巨晶已经碎裂.
郑家山玄武岩手标本上为黑色-灰黑色，斑状结构，块状构造，几乎未见角砾.斑晶含量较少，主要为橄榄石和辉石，含量分别为5%和2%，橄榄石大斑晶达1~2 mm，其裂隙中有辉石颗粒充填.岩石中含有橄榄石和尖晶石捕掳晶，其中橄榄石捕虏晶发育波状消光和扭折带，尖晶石捕虏晶为棕红色，大小不等，大者可达0.5 mm，边缘发育富铁矿物的反应边结构.基质部分具间粒间隐结构，长条状斜长石微晶杂乱分布，其间为橄榄石、单斜辉石、磁铁矿和火山玻璃等充填.郑家山玄武岩中也含有很多幔源辉石岩和橄榄岩包体以及单斜辉石巨晶，幔源包体特征和大小与下河头相似，辉石巨晶边缘发育由辉石和橄榄石的细小颗粒组成的反应边.本次工作还在郑家山玄武岩薄片中发现一颗石英捕掳晶，其周围被环状的淬火玻璃和辉石微晶环绕.
蒿子坝玄武岩为斑状结构，块状构造，偶见角砾状构造，但角砾含量很少，斑晶主要为橄榄石，粒径为0.1~0.2 mm，含量5%；单斜辉石斑晶量少，粒径比橄榄石稍大，为0.2~0.4 mm，一组完全解理清晰可见.此外，岩石中也见少量橄榄石捕掳晶，粒径2~3 mm，以发育扭折带和波状消光可与斑晶橄榄石区别.基质具间粒间隐结构，大量长条状斜长石微晶杂乱密集分布，其间充填有橄榄石、辉石、磁铁矿和火山玻璃等.蒿子坝玄武岩中也含有幔源岩石包体，但包体数量较少，个体较小且蚀变比较显著.
老厂玄武岩也具斑状结构，块状构造，斑晶主要为橄榄石和辉石，含量分别为5%和2%，岩石中含有较多的橄榄石和尖晶石捕掳晶，以及具反应边结构的单斜辉石巨晶.基质为间粒间隐结构，斜长石微晶含量多而排列杂乱，其间为细小的单斜辉石、磁铁矿和隐晶质充填.老厂玄武岩中几乎未见深源包体.
2. 分析方法及分析结果
2.1 分析方法
本次工作对马关地区的玄武岩开展了全岩化学与稀土微量元素地球化学分析和研究.样品的预处理在河北省廊坊区调队实验室完成.通常的方法是将样品去掉表皮，选取内部新鲜部分粗碎后，先在超声波清洗池中震动30 min，再用纯净水清洗3次，烘干后将其磨细至200目.主量元素由国土资源部武汉矿床资源监督检测中心(武汉综合岩矿测试中心)采用湿化学法分析，分析精度优于1%；微量元素由中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室采用Agilent7500a等离子体质谱仪(ICP-MS)分析，精度优于5%.详细的溶液制备方法和分析流程见Gao et al.(2002).
2.2 主量、稀土和微量元素
马关玄武岩样品的主量稀土和微量元素元素分析结果列于表 1和表 2.在火山岩类型划分的TAS图解中(图 2)，样品点比较分散，多数样品点落在玄武岩区上部靠近粗面玄武岩的区域，也有部分样品点落在粗面玄武岩区内或粗面玄武岩与碧玄岩交界处，还有3个样品点落在响岩质碱玄岩下部靠近玄武质粗面安山岩的位置.在SiO2-K2O图解中(图 3a)，样品主要落在钾玄岩区，少数样品落在高钾钙碱性岩与钙碱性过渡区域.在Na2O-K2O图(图 3b)中，除3个样品落在高钾质岩石区内，其余样品点均落在钾质岩石区.由表 1可见，本区玄武岩的SiO2含量在45.23%~52.38%之间；Al2O3的含量较高，在12.13%~17.18%范围内；MgO变化范围较大，在3.91%~14.72%之间，其中有5个样品的MgO含量较低，在3.91%~4.22%之间，其余样品MgO含量均大于6%，平均为8.57%；TiO2含量较高，为1.23%~3.32%；K2O+Na2O含量的变化范围也较大，在2.94%~8.23%之间，K2O/Na2O比值在0.44~6.72之间，平均达1.26.全岩的Mg#{Mg2+/(Mg2++Fe2+)}在0.42~0.72之间，绝大多数的样品Mg# < 0.65，在0.49~0.63之间，仅2个样品的Mg#≥0.65.与世界火成岩平均化学成分(Le Maitre, 1989)相比，马关地区新生代玄武岩的SiO2含量与拉斑玄武岩和碧玄岩的平均值相当，但是岩石的全碱含量特别是钾的含量总体偏高，基本上与世界碧玄岩及霞石白榴石玄武岩相当，MgO含量也与碧玄岩和霞石白榴石玄武岩接近.与黎彤和饶纪龙(1963)提供的中国主要岩浆岩的平均化学成分相比，马关地区新生代玄武岩的SiO2和MgO含量大体与白榴石玄武岩和粗面玄武岩相当，但全碱含量及K2O含量稍低.
表 1 马关地区新生代玄武岩主量元素分析结果(%)Table Supplementary Table Major element compositions (%) of Cenozoic basalts from Maguan area样品号 SiO2 TiO2 Al2O3 TFe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 烧失量 总量 Mg# K2O/Na2O K2O+Na2O MG-HZB 49.64 2.36 13.63 11.67 7.87 0.16 8.86 7.72 2.93 2.03 0.51 1.27 99.76 0.60 0.70 4.96 MG-XHT2 45.37 1.34 14.08 10.74 7.37 0.17 6.11 12.47 2.02 1.48 0.14 6.80 99.79 0.53 0.73 3.51 MG-ZJS 48.65 2.28 13.48 11.21 7.37 0.16 9.75 8.07 2.79 1.33 0.61 2.39 99.75 0.63 0.48 4.12 MG-LC 45.84 1.86 10.97 11.07 7.77 0.18 14.72 8.53 1.74 1.56 0.76 3.53 99.72 0.72 0.90 3.31 MG018 49.16 1.23 14.25 11.30 7.12 0.16 6.78 10.94 1.77 1.18 0.14 3.08 99.50 0.54 0.66 2.94 MG08 46.76 2.70 14.05 9.70 3.67 0.09 8.09 5.60 0.47 3.17 0.69 8.47 97.56 0.62 6.72 3.64 MG01-1-1 50.48 1.77 16.85 9.84 5.91 0.19 3.91 4.51 4.99 3.82 0.86 3.98 99.76 0.44 0.77 8.81 MG01-1-2 50.93 1.76 15.86 10.20 5.84 0.16 3.93 5.44 4.80 3.31 0.45 3.71 99.30 0.43 0.69 8.12 MG01-2 49.82 2.01 17.18 9.61 5.13 0.19 3.93 4.33 4.83 3.52 1.11 3.95 99.33 0.45 0.73 8.36 MG01-27 49.10 1.91 15.78 11.40 7.70 0.15 4.22 5.63 4.02 2.21 1.07 5.23 99.41 0.42 0.55 6.24 MG01-12 46.21 2.01 12.33 10.35 7.55 0.20 9.66 9.06 2.00 1.86 0.84 5.70 99.37 0.65 0.93 3.86 MG01-21-1 50.11 1.28 16.47 10.76 6.73 0.19 3.92 4.92 4.52 3.71 0.86 3.92 99.56 0.42 0.82 8.23 MG01-21-2 45.73 1.80 12.95 11.43 7.13 0.18 8.64 5.52 1.95 2.42 0.73 9.33 99.59 0.60 1.24 4.37 MG01-24-1 45.67 1.81 13.64 10.24 7.09 0.20 8.75 5.93 1.97 2.50 0.80 9.13 99.43 0.63 1.27 4.48 MG01-24-2 46.97 1.66 12.76 10.50 7.24 0.21 8.75 6.04 2.06 2.44 8.58 0.73 99.40 0.62 1.19 4.51 MG-3 46.86 3.32 13.15 11.17 6.87 0.15 6.44 7.75 2.47 3.55 0.92 4.22 99.77 0.53 1.44 6.01 MG-4 52.38 2.27 12.13 11.38 6.98 0.15 8.23 7.64 3.00 2.09 0.65 0.08 100.73 0.59 0.70 5.09 MG-6 49.15 2.45 13.13 11.78 6.54 0.16 8.82 8.09 3.14 2.24 0.65 0.37 99.40 0.60 0.71 5.38 MG-10 47.90 2.84 14.17 10.99 7.02 0.13 7.44 4.84 2.32 4.68 1.02 3.68 100.53 0.57 2.02 6.99 MG-12 48.12 2.65 14.34 10.66 6.82 0.12 6.76 5.07 2.51 4.45 1.06 4.29 100.44 0.56 1.77 6.96 MG-15 45.23 2.51 13.04 11.12 6.35 0.15 9.28 7.84 1.95 3.00 0.81 5.07 99.80 0.62 1.53 4.95 平均值 48.10 2.09 14.01 10.82 6.77 0.16 7.48 6.95 2.77 2.69 1.11 4.23 99.61 0.56 1.26 5.47 注：表内前6套数据为本次分析，第7~15套数据引自魏启荣等(2004)，第16~21套数据引自夏萍和徐义刚(2004)；Mg#=Mg2+/(Mg2++Fe2+). 表 2 马关地区新生代玄武岩中稀土和微量元素分析结果(10-6)Table Supplementary Table REE and trace elements compositions of Cenozoic basalts from Maguan area样品号 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Rb Ba Th U Nb MG-HZB 20.69 42.43 5.46 24.31 6.24 2.00 6.34 0.98 5.26 0.89 2.32 0.30 1.77 0.24 67.54 335.89 2.95 0.99 43.51 MG-XHT2 9.52 21.06 2.69 11.96 3.28 1.10 3.84 0.69 4.21 0.82 2.38 0.33 2.21 0.33 35.44 207.19 1.89 0.68 8.51 MG-ZJS 26.50 53.79 6.75 29.36 6.90 2.23 6.83 1.01 5.40 0.94 2.37 0.31 1.70 0.25 75.15 434.30 3.49 1.34 60.64 MG-LC 33.86 67.22 8.18 35.28 7.62 2.29 7.33 1.06 5.53 0.91 2.34 0.29 1.69 0.23 116.41 326.67 4.64 1.28 56.26 MG01-12 36.05 71.46 8.50 38.11 8.81 2.34 7.16 1.04 5.48 0.95 2.42 0.27 1.74 0.22 72.60 450.00 6.52 1.59 80.20 MG01-21-2 31.30 63.64 7.67 35.90 8.37 2.35 7.32 1.11 5.59 1.01 2.53 0.35 1.87 0.21 73.40 465.00 4.92 1.69 71.60 MG01-24-1 28.97 58.54 6.98 32.36 7.69 2.15 6.70 1.00 5.25 0.96 2.28 0.30 1.66 0.22 74.36 464.00 4.73 1.70 70.40 MG01-24-2 29.55 59.59 7.06 32.85 7.99 2.25 6.93 1.07 5.64 0.99 2.44 0.31 1.76 0.22 70.50 461.00 4.86 1.78 71.00 样品号 Ta Pb Sr Zr Hf Y Sc Cr Co Ni Cu Zn LREE HREE ∑REE (La/Yb)n (La/Sm)n δEu δCe MG-HZB 2.54 3.16 448.03 182.32 4.49 24.20 16.21 257.61 50.38 212.26 53.40 114.04 108.45 34.97 143.42 7.89 2.08 0.97 0.94 MG-XHT2 0.52 3.36 264.01 94.82 2.59 20.90 18.10 148.97 45.00 90.23 152.32 80.72 54.13 31.19 85.32 2.90 1.82 0.95 0.99 MG-ZJS 3.55 3.34 518.81 219.12 4.99 24.55 12.24 245.87 46.97 246.85 43.66 116.92 133.36 35.51 168.88 10.54 2.41 0.98 0.95 MG-LC 3.14 3.22 533.70 187.99 4.32 24.28 11.25 526.80 55.59 561.38 55.50 92.28 162.85 35.27 198.12 13.50 2.80 0.93 0.94 MG01-12 3.95 6.52 789.00 242.00 5.58 26.40 15.48 335.80 54.60 293.00 57.40 144.00 165.27 19.28 184.55 14.80 2.60 0.88 0.97 MG01-21-2 3.94 10.32 747.00 221.00 5.73 27.52 15.65 265.70 49.90 247.90 68.30 166.00 149.23 19.99 169.22 12.00 3.20 0.90 0.98 MG01-24-1 3.72 9.79 753.00 215.00 5.48 25.60 14.71 249.10 46.60 239.50 60.30 146.00 136.70 18.36 155.06 12.50 3.30 0.90 0.98 MG01-24-2 3.72 9.84 732.00 218.00 5.47 26.30 15.99 282.20 47.50 239.20 59.10 152.00 139.28 19.34 158.62 12.10 3.30 0.90 0.98 注：表前4套数据为本次分析结果，后4套数据引自魏启荣等(2004). 
图 2 马关地区新生代玄武岩TAS图(底图取自Le Maitre, 1989)Pc.苦橄玄武岩；B.玄武岩；O1.玄武安山岩；O2.安山岩；O3.英安岩；R.流纹岩；S1.粗面玄武岩；S2.玄武质粗面安山岩；S3.粗面安山岩；T.粗面岩、粗面英安岩；F.副长石岩；U1.碱玄岩、碧玄岩；U2.响岩质碱玄岩；U3.碱玄质响岩；Ph.响岩；Ir-Irvine分界线，上方为碱性，下方为亚碱性Fig. 2. TAS diagram of Cenozoic basalts from Maguan area
图 3 马关地区新生代钾质玄武岩K2O-SiO2图解(a)和K2O-Na2O图解(b)Fig. 3. K2O-SiO2 diagram (a) and K2O-Na2O diagram (b) of Cenozoic basalts在主量元素的哈克图解(图 4)中，Al2O3和Na2O与SiO2之间显示出较好的正相关关系，MgO与SiO2大致呈负相关，而其他氧化物K2O、CaO、TiO2和TFe2O3与SiO2之间的相关性不明显或较差.
马关地区新生代玄武岩的稀土元素总量∑REE在(85.3~198.1)×10-6之间，其中轻稀土元素总量∑LREE为49.61×10-6~154.45×10-6，重稀土元素总量∑HREE为35.71×10-6~43.6×10-6，反映轻重稀土分馏程度的∑LREE/∑HREE和(La/Yb)n比值分别为1.39~3.52和2.90~13.50.经球粒陨石标准化后的稀土元素配分型式为较平滑的右倾型(图 5)，显示了轻稀土富集特征，但其富集程度明显低于青藏高原(Chung et al., 2003)和西秦岭(喻学惠等，2009)新生代钾质火山岩，HREE分布相对比较平坦.δEu=0.89~0.98和δCe=0.94~1.0，说明无明显的Eu和Ce的异常，表明岩浆未经历过斜长石的分离结晶作用.
Fig. 5. Chondrite-normalized rare earth elements distribution patterns (a) and primitive mantle-normalized incompatible elements spidergram (b) of Cenozoic basalts from Maguan area微量元素具有富集大离子亲石元素(LILE)和高场强元素(HFSE)的特征(表 2)，经原始地幔标准化后的微量元素蜘蛛图中，绝大多数样品具K、Rb、Nb、Ta、Zr、Ti等元素的正异常和Pb、Th的负异常.仅XHT-2一个样品微量元素的总含量低于其他样品，且具有明显Ti的正异常和Pb的正异常，但K、Nb、Ta的正异常较弱.
样品的稀土和微量元素的分配型式总体上与OIB相似.
3. 讨论与结论
3.1 马关新生代钾质玄武岩是原生岩浆吗？
Frey et al.(1978)在研究玄武岩的起源与源区特征时，最早提出原生玄武岩的判别标志.莫宣学(1988)在对中国东部新生代含地幔包体的碱性玄武岩的研究中，进一步阐述了原生岩浆的判别标志，归纳起来有如下几方面.(1)岩石中含有大量幔源岩石包体，被认为是岩浆快速上升的标志.因为岩浆快速上升，避免了岩浆的结晶分离作用与同化混染作用的发生，使岩浆原始成分得以保持，因此是原生岩浆必备的条件之一.(2)玄武岩中斑晶含量低，岩石总体的结晶程度差，反映岩浆在上升过程中基本保持其熔体性质.(3) 玄武质原生岩浆的Mg#变化范围在0.68~0.75(Frey et al., 1978)或者0.65~0.72之间(邓晋福等，2004).(4)原生岩浆中相容元素的含量较高，当MgO含量为10.0~12.5时，原生岩浆中NiO含量应为0.03%~0.05%.
马关地区新生代玄武岩中含有大量的幔源包体，包体数量多且个体大，只有当岩浆以十分快的速度上升时，才可能将如此多和如此大的包体带到地表浅部.为此笔者采用莫宣学(1984)根据包体大小推测岩浆上升时间的公式做初步计算.
计算公式和过程如下：
$$ {V_{\rm{n}}} = {(\frac{{4{r_{\rm{n}}}\Delta \rho g}}{{27{\rho _{\rm{L}}}^{2/5}}})^{5/7}}{({d_{\rm{n}}}/{\eta _{\rm{L}}})^{3/7}}, $$ 式中Vn为包体沉降速度，也就是岩浆必需的最小上升速度，dn、rn分别为包体的直径和半径，ηL为岩浆粘度，ρL为岩浆密度，Δρ为包体与岩浆的密度差，g为重力加速度(980 cm/s2)，取橄榄岩包体的密度ρn=3.234 g/cm3，岩浆的密度ρL=2.550 g/cm3，岩浆的粘度ηL=16.44 pois(莫宣学，1984).计算结果如下.假设岩浆所含包体的大小(直径)分别为1、5和10 cm时，岩浆的上升速度分别为0.14、0.85和1.88 km/h.当这样的岩浆从100 km深处上升至地表，所需要的时间分别近似为30、5和2 d.事实上，马关地区玄武岩所含包体有较多直径大于10 cm，最大者可达40 cm.O'Reilly et al.(2009)曾做过类似估算，认为携带地幔包体的岩浆上升速度非常之快，到达地表的时间最长不会超过60 h，可能在20 h左右，与笔者的计算结果比较接近.由此可以判断，马关地区玄武岩的上升速度是非常快的.因此基本上可以排除岩浆在上升过程中发生明显分异作用的可能性.
另外，马关地区绝大多数玄武岩具有斑状结构或显微斑状结构，而且斑晶含量不高(低于10%或更低)，因此岩石的结晶程度较低；岩石中相容元素Ni的含量较高，多数样品Ni的含量高于200×10-6，接近或超过原生玄武岩的Ni含量.但岩石的Mg#的变化范围较大，在0.72~0.49之间，除2个样品的Mg#达到原生岩浆的Mg#(分别为0.65和0.72)，其他样品的Mg#均低于0.65.综合上述特征，笔者认为马关地区新生代玄武岩基本上应属于原生岩浆结晶的产物.初步推测可能有如下几个方面的原因造成岩石Mg#偏低：(1)与岩浆源区的类型有关；(2)与岩浆源区的壳幔混合作用有关；(3)与分析样品本身有关.比如由于风化与蚀变作用导致岩石中FeT增高，从而降低了岩石的Mg#；(4)岩浆在捕获包体之前已经发生了某种分异作用等.对此尚需作深入研究.
3.2 马关钾质玄武岩的构造环境判别与岩石成因
火成岩构造环境的判别和确定一直是火成岩研究中的一个重大问题.因为钾玄岩类岩石具有特殊的成因指示意义并且与矿产具有密切的关系，对其产出的构造环境的判别更是众多学者十分关注的研究课题(喻学惠等，2009).目前应用愈来愈广泛的岩浆岩的微量元素构造环境判别图解为研究岩石的构造环境提供了非常大的便利，但在使用过程中也存在很多的问题.利用图解进行构造环境判别时，必须要遵守判别图解与判别的岩石类型一致的原则，对于特殊类型的岩石要选择专门用于该类型的判别图解，如碱性花岗岩和钾质火成岩.由于钾质火成岩的显著特点是富K，亏损高场强元素Ti、Nb和Ta，对于常用的玄武岩的微量元素构造环境判别图解是不适用的，比如在Ti-Zr，Ti-Zr-Y以及Hf/3-Th-Ta图解中钾质火成岩处于图解所确定的各种构造环境之外(赵振华，2007).根据钾质火山岩主量和微量元素的差异，Muller et al.(1992)将钾玄岩类岩石的大地构造环境进一步划分为5类，分别是大陆弧、后碰撞弧、初始洋弧、晚期洋弧和板内.马关地区玄武岩主要属于钾玄岩类岩石，因此笔者采用Muller et al.(1992)提出的钾质火成岩构造环境判别的Zr/Al2O3-TiO2/Al2O3和TiO2-Al2O3图解，来确定其形成的构造环境(图 6).在Zr/Al2O3-TiO2/Al2O3图中(图 6a)，除一个样品点落入大陆弧环境之外，其他所有样品点均落到板内环境；在TiO2-Al2O3图中(图 6b)，大多数样品点同样投在代表板内环境的区域内，少数样品落在了靠近板内环境的过渡区域.
图 6 钾质火成岩构造环境判别(据Muller et al., 1992)CAP.大陆弧；IOP.初始洋弧；LOP.晚期洋弧；PAP.后碰撞弧；WIP.板内Fig. 6. Tectonic setting discriminant diagram of potassic volcanic rocks前已述及，马关地区地处金沙江-哀牢山-红河断裂带的东南端，是滇西特提斯造山带与华南陆块交接过渡的地区.马关地区新生代玄武岩是整个金沙江-哀牢山-红河新生代岩浆岩带的重要组成部分.已有的研究表明，滇西古特提斯洋与金沙江洋盆早已于晚三叠世完全闭合，而金沙江-哀牢山-红河断裂带新生代岩浆活动主要发生在45~30 Ma之间(喻学惠等，2009)，马关地区钾质玄武岩浆活动的时间更晚，主要在16 Ma以后(Wang et al., 2001).因此，该区岩浆活动属于板内岩浆作用的产物.
有关金沙江-哀牢山-红河断裂带钾质火山岩成因，前人提出过很多解释(张玉泉和谢应雯，1997；邓万明等，1998a；王建等，2003；夏萍和徐义刚，2004).研究表明，青藏高原及其周边地区新生代岩浆活动是对印度-亚洲大陆碰撞作用的一种响应.岩浆作用大致可以划分为碰撞期(65~45 Ma)和后碰撞(< 45 Ma)两个大的构造-岩浆旋回(莫宣学，2009).从火山岩的时空分布来看，始于65 Ma左右的岩浆活动主要出露在高原腹地的冈底斯带林子宗地区；而45 Ma以后的后碰撞火山活动首先发生在羌塘-“三江”北段，之后的岩浆活动继续向北西方向的可可西里、南部的冈底斯、高原东北角的西秦岭和西北角的西昆仑以及高原东南方向的“三江”地区迁移(莫宣学等，2007).为此，Chung et al.(2005)和Mo et al.(2006)提出青藏高原及其周边地区碰撞-后碰撞火成活动具有明显而有规律的时空迁移特征，并推测其成因与印度-欧亚大陆强烈碰撞诱发的高原下深部物质的横向流动有关.
陈忠等(2004)和喻学惠等(2006)基于对马关深源岩石包体的研究也发现，马关地区的大地热流值和上地幔的流动应力均高于中国东部，采用各种深源包体平衡温压推算的包体起源深度可达到93 km左右，可能接近该区岩石圈底界或软流圈的深度，而深源包体的寄主玄武岩浆应该来源更深，直接起源于软流圈地幔.从金沙江-哀牢山-红河断裂带岩浆活动的时空分布来看，早期(65~45 Ma±)的岩浆岩主要分布在金沙江-哀牢山断裂带的北东段；晚期(45~20 Ma±)的岩浆活动集中出露在该带中段地区；而该断裂带东南端的马关地区，新生代玄武岩形成于16 Ma以后(Wang et al., 2001).综合以上，笔者认为马关地区新生代碱性玄武岩的成因与印度-欧亚大陆强烈碰撞诱发的软流圈物质的横向流动有关.金沙江-哀牢山-红河断裂带自新生代以来的剪切走滑，为软流圈物质的上涌提供了通道.
3.3 结论
(1) 马关地区新生玄武岩具有富碱特别是富钾的特征，岩石类型主要属钾玄岩.在稀土微量元素地球化学方面，具有富集LREE和LILE的特征，经标准化后的稀土和微量元素分配型式总体上显示出与OIB相似的特征.
(2) 马关地新生代玄武岩中含有大量深源岩石包体和高压巨晶，岩石的斑晶含量少且结晶程度低，以及相容元素Ni含量高等特征均表明，该区玄武岩总体应该属于原生玄武岩浆.影响岩石的Mg#变化范围大且总体偏低的原因很多，尚须进一步深入研究.
(3) 马关地区新生代玄武岩产于板内构造环境，其成因与印度-欧亚大陆的碰撞诱发的深部地幔物质的流动与软流圈向高原东南方向侧向挤出有关.金沙江-哀牢山-红河断裂带自新生代以来的剪切走滑，为软流圈地幔上涌提供了通道.
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图 1 马关地区八寨-木厂街地质简图和采样位置示意(据魏启荣等，2003修改)
Fig. 1. Simplified geological map of Bazhai-Muchangjie area in Maguan county showing sampling locations
图 2 马关地区新生代玄武岩TAS图(底图取自Le Maitre, 1989)
Pc.苦橄玄武岩；B.玄武岩；O1.玄武安山岩；O2.安山岩；O3.英安岩；R.流纹岩；S1.粗面玄武岩；S2.玄武质粗面安山岩；S3.粗面安山岩；T.粗面岩、粗面英安岩；F.副长石岩；U1.碱玄岩、碧玄岩；U2.响岩质碱玄岩；U3.碱玄质响岩；Ph.响岩；Ir-Irvine分界线，上方为碱性，下方为亚碱性
Fig. 2. TAS diagram of Cenozoic basalts from Maguan area
图 3 马关地区新生代钾质玄武岩K2O-SiO2图解(a)和K2O-Na2O图解(b)
Fig. 3. K2O-SiO2 diagram (a) and K2O-Na2O diagram (b) of Cenozoic basalts
图 5 马关新生代玄武岩稀土元素配分图(a)和微量元素原始地幔标准化蜘蛛图(b) (据Evensen et al., 1978; Sun and McDonough, 1989)
Fig. 5. Chondrite-normalized rare earth elements distribution patterns (a) and primitive mantle-normalized incompatible elements spidergram (b) of Cenozoic basalts from Maguan area
图 6 钾质火成岩构造环境判别(据Muller et al., 1992)
CAP.大陆弧；IOP.初始洋弧；LOP.晚期洋弧；PAP.后碰撞弧；WIP.板内
Fig. 6. Tectonic setting discriminant diagram of potassic volcanic rocks
表 1 马关地区新生代玄武岩主量元素分析结果(%)
Table 1. Major element compositions (%) of Cenozoic basalts from Maguan area
样品号 SiO2 TiO2 Al2O3 TFe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 烧失量 总量 Mg# K2O/Na2O K2O+Na2O MG-HZB 49.64 2.36 13.63 11.67 7.87 0.16 8.86 7.72 2.93 2.03 0.51 1.27 99.76 0.60 0.70 4.96 MG-XHT2 45.37 1.34 14.08 10.74 7.37 0.17 6.11 12.47 2.02 1.48 0.14 6.80 99.79 0.53 0.73 3.51 MG-ZJS 48.65 2.28 13.48 11.21 7.37 0.16 9.75 8.07 2.79 1.33 0.61 2.39 99.75 0.63 0.48 4.12 MG-LC 45.84 1.86 10.97 11.07 7.77 0.18 14.72 8.53 1.74 1.56 0.76 3.53 99.72 0.72 0.90 3.31 MG018 49.16 1.23 14.25 11.30 7.12 0.16 6.78 10.94 1.77 1.18 0.14 3.08 99.50 0.54 0.66 2.94 MG08 46.76 2.70 14.05 9.70 3.67 0.09 8.09 5.60 0.47 3.17 0.69 8.47 97.56 0.62 6.72 3.64 MG01-1-1 50.48 1.77 16.85 9.84 5.91 0.19 3.91 4.51 4.99 3.82 0.86 3.98 99.76 0.44 0.77 8.81 MG01-1-2 50.93 1.76 15.86 10.20 5.84 0.16 3.93 5.44 4.80 3.31 0.45 3.71 99.30 0.43 0.69 8.12 MG01-2 49.82 2.01 17.18 9.61 5.13 0.19 3.93 4.33 4.83 3.52 1.11 3.95 99.33 0.45 0.73 8.36 MG01-27 49.10 1.91 15.78 11.40 7.70 0.15 4.22 5.63 4.02 2.21 1.07 5.23 99.41 0.42 0.55 6.24 MG01-12 46.21 2.01 12.33 10.35 7.55 0.20 9.66 9.06 2.00 1.86 0.84 5.70 99.37 0.65 0.93 3.86 MG01-21-1 50.11 1.28 16.47 10.76 6.73 0.19 3.92 4.92 4.52 3.71 0.86 3.92 99.56 0.42 0.82 8.23 MG01-21-2 45.73 1.80 12.95 11.43 7.13 0.18 8.64 5.52 1.95 2.42 0.73 9.33 99.59 0.60 1.24 4.37 MG01-24-1 45.67 1.81 13.64 10.24 7.09 0.20 8.75 5.93 1.97 2.50 0.80 9.13 99.43 0.63 1.27 4.48 MG01-24-2 46.97 1.66 12.76 10.50 7.24 0.21 8.75 6.04 2.06 2.44 8.58 0.73 99.40 0.62 1.19 4.51 MG-3 46.86 3.32 13.15 11.17 6.87 0.15 6.44 7.75 2.47 3.55 0.92 4.22 99.77 0.53 1.44 6.01 MG-4 52.38 2.27 12.13 11.38 6.98 0.15 8.23 7.64 3.00 2.09 0.65 0.08 100.73 0.59 0.70 5.09 MG-6 49.15 2.45 13.13 11.78 6.54 0.16 8.82 8.09 3.14 2.24 0.65 0.37 99.40 0.60 0.71 5.38 MG-10 47.90 2.84 14.17 10.99 7.02 0.13 7.44 4.84 2.32 4.68 1.02 3.68 100.53 0.57 2.02 6.99 MG-12 48.12 2.65 14.34 10.66 6.82 0.12 6.76 5.07 2.51 4.45 1.06 4.29 100.44 0.56 1.77 6.96 MG-15 45.23 2.51 13.04 11.12 6.35 0.15 9.28 7.84 1.95 3.00 0.81 5.07 99.80 0.62 1.53 4.95 平均值 48.10 2.09 14.01 10.82 6.77 0.16 7.48 6.95 2.77 2.69 1.11 4.23 99.61 0.56 1.26 5.47 注：表内前6套数据为本次分析，第7~15套数据引自魏启荣等(2004)，第16~21套数据引自夏萍和徐义刚(2004)；Mg#=Mg2+/(Mg2++Fe2+). 
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表 2 马关地区新生代玄武岩中稀土和微量元素分析结果(10-6)
Table 2. REE and trace elements compositions of Cenozoic basalts from Maguan area
样品号 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Rb Ba Th U Nb MG-HZB 20.69 42.43 5.46 24.31 6.24 2.00 6.34 0.98 5.26 0.89 2.32 0.30 1.77 0.24 67.54 335.89 2.95 0.99 43.51 MG-XHT2 9.52 21.06 2.69 11.96 3.28 1.10 3.84 0.69 4.21 0.82 2.38 0.33 2.21 0.33 35.44 207.19 1.89 0.68 8.51 MG-ZJS 26.50 53.79 6.75 29.36 6.90 2.23 6.83 1.01 5.40 0.94 2.37 0.31 1.70 0.25 75.15 434.30 3.49 1.34 60.64 MG-LC 33.86 67.22 8.18 35.28 7.62 2.29 7.33 1.06 5.53 0.91 2.34 0.29 1.69 0.23 116.41 326.67 4.64 1.28 56.26 MG01-12 36.05 71.46 8.50 38.11 8.81 2.34 7.16 1.04 5.48 0.95 2.42 0.27 1.74 0.22 72.60 450.00 6.52 1.59 80.20 MG01-21-2 31.30 63.64 7.67 35.90 8.37 2.35 7.32 1.11 5.59 1.01 2.53 0.35 1.87 0.21 73.40 465.00 4.92 1.69 71.60 MG01-24-1 28.97 58.54 6.98 32.36 7.69 2.15 6.70 1.00 5.25 0.96 2.28 0.30 1.66 0.22 74.36 464.00 4.73 1.70 70.40 MG01-24-2 29.55 59.59 7.06 32.85 7.99 2.25 6.93 1.07 5.64 0.99 2.44 0.31 1.76 0.22 70.50 461.00 4.86 1.78 71.00 样品号 Ta Pb Sr Zr Hf Y Sc Cr Co Ni Cu Zn LREE HREE ∑REE (La/Yb)n (La/Sm)n δEu δCe MG-HZB 2.54 3.16 448.03 182.32 4.49 24.20 16.21 257.61 50.38 212.26 53.40 114.04 108.45 34.97 143.42 7.89 2.08 0.97 0.94 MG-XHT2 0.52 3.36 264.01 94.82 2.59 20.90 18.10 148.97 45.00 90.23 152.32 80.72 54.13 31.19 85.32 2.90 1.82 0.95 0.99 MG-ZJS 3.55 3.34 518.81 219.12 4.99 24.55 12.24 245.87 46.97 246.85 43.66 116.92 133.36 35.51 168.88 10.54 2.41 0.98 0.95 MG-LC 3.14 3.22 533.70 187.99 4.32 24.28 11.25 526.80 55.59 561.38 55.50 92.28 162.85 35.27 198.12 13.50 2.80 0.93 0.94 MG01-12 3.95 6.52 789.00 242.00 5.58 26.40 15.48 335.80 54.60 293.00 57.40 144.00 165.27 19.28 184.55 14.80 2.60 0.88 0.97 MG01-21-2 3.94 10.32 747.00 221.00 5.73 27.52 15.65 265.70 49.90 247.90 68.30 166.00 149.23 19.99 169.22 12.00 3.20 0.90 0.98 MG01-24-1 3.72 9.79 753.00 215.00 5.48 25.60 14.71 249.10 46.60 239.50 60.30 146.00 136.70 18.36 155.06 12.50 3.30 0.90 0.98 MG01-24-2 3.72 9.84 732.00 218.00 5.47 26.30 15.99 282.20 47.50 239.20 59.10 152.00 139.28 19.34 158.62 12.10 3.30 0.90 0.98 注：表前4套数据为本次分析结果，后4套数据引自魏启荣等(2004).
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