大同火山区位于大兴安岭-太行山重力梯度带西侧,所发育的第四纪玄武岩岩石地球化学特征为探索该区火山岩成因提供了重要约束,同时也为华北克拉通西部岩石圈地幔与软流圈的相互作用提供重要依据。根据火山地貌和岩性的不同,沿着北东向陈庄-许堡断裂可将大同玄武岩大致分为东西两区,西区火山多呈锥状,以碱性玄武岩为主,东区则以溢流拉斑玄武岩为主,锥体少。镜下岩相学研究观察到大量橄榄石和单斜辉石斑晶,结合Ni、Cr两种元素随着Mg O含量降低而减小,这两种矿物应是分离结晶作用下的主要产物。这些玄武岩的Si O₂和（K₂O+Na₂O）含量分别为45.02%-53.3%和3.59%-6.53%,相对富集轻稀土元素（（La/Yb）_N=5.8-31.6）,并显示富集LILE（Rb、Ba、Sr正异常）以及HFSE（Nb、Ta、Zr正异常）的洋岛玄武岩（OIB）特征。根据La/Yb-Sm/Yb图解模拟计算得出大同玄武岩均是石榴石相二辉橄榄岩低程度部分熔融的结果,其中碱性玄武岩约为1.5%-3%,拉斑玄武岩约为4%-8%。所研究的玄武岩有较低⁸⁷Sr/⁸⁶Sr（0.703302-0.705102）、较高的¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd（0.512561-0.512963）和¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf（0.282922-0.283072）比值。在¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd-⁸⁷Sr/⁸⁶Sr图解上大同玄武岩落在OIB范围内,显示良好的负相关;²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb-²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb和¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd-²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb图解表明它们来自PREMA和EMI端元的二元混合。大同碱性玄武岩和拉斑玄武岩的地球化学特征不同可以用两点原因来解释:（1）主量与微量元素特征的差异是两种玄武岩部分熔融程度不一样形成的;（2）同位素特征表明两种玄武岩都来自软流圈亏损端元的部分熔融并存在少量岩石圈富集端元物质的加入,其差异则是加入比例不同造成的。推测大同玄武岩的成因为新生代以来,由于岩石圈伸展,大同地区软流圈对流程度增强,具有PREMA地球化学特征的熔体同化具有EMI特征的岩石圈形成布丁,在大同西区由于岩石圈厚度大,伸展薄弱,同化的“布丁”较少,因此形成部分熔融程度较低,同位素较为亏损的碱性玄武岩,在大同东区由于岩石圈较薄,软流圈同化的“布丁”较多,因此形成部分熔融程度较高,同位素较为富集的拉斑玄武岩。