砂岩地球化学特点探索范文

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作者：梁科伟李成禄张立东徐国战单位：黑龙江省地质调查研究总院

测区侵入岩非常发育，分布在研究区的中、西部（图1）.出露面积约占研究区总面积的43%.依据对花岗岩岩石类型、结构构造、接触关系、空间分布规律、同位素年龄及地球化学特征的研究，划分出寒武纪侵入杂岩、二叠纪侵入岩、侏罗纪侵入岩和白垩纪侵入岩.寒武纪侵入杂岩在测区内出露较少，总体呈北西向分布，是测区内最古老的变质深成侵入岩.二叠纪侵入岩在测区内十分发育，呈北北东向的带状展布，东西宽约95km，总面积4955.7km2.岩石类型为二长花岗岩、钾长花岗岩、花岗闪长岩、碱长花岗岩、石英二长岩等.侏罗纪侵入岩分布在测区的中东部，呈东西向分布，以岩株状产出，总面积27.0km2，岩石类型为中细粒黑云母花岗闪长岩.白垩纪侵入岩分布于研究区西北部和西南角，总面积68.2km2，岩石类型为中细粒角闪石花岗闪长岩髴.

岩石学特征

诺敏地区二叠纪花岗岩主要由二长花岗岩、钾长花岗岩、碱长花岗岩和花岗闪长岩等组成，其中以二长花岗岩与钾长花岗岩为主.二长花岗岩多呈岩株或小岩基产出.岩石为灰白色，细中粒花岗结构，块状构造.岩石由钾长石、斜长石、石英和少量的黑云母组成.副矿物为锆石、磷灰石、褐铁矿和磁铁矿.钾长花岗岩多呈岩株产出，岩石为肉红色，中粒花岗结构，块状构造.岩石由钾长石、斜长石、石英和黑云母组成.副矿物主要有锆石、磷灰石和磁铁矿.

地球化学特征

对诺敏地区二长花岗岩与钾长花岗岩进行系统采样，所采样品送至国家地质实验测试中心分别进行主量和微量、稀土元素的测定.其中全岩主量元素采用仪器为原子吸收分光光度计，稀土和微量元素采用ICP-MS方法分析，数据列于表1、2.

1主量元素

该区花岗岩中SiO2含量为65.29%~75.86%（其中二长花岗岩为65.29%~69.16%，钾长花岗岩为72.16%~75.86%，含量较高）.K2O含量3.24%~5.66%，且钾长花岗岩的K2O含量（4.4%~5.06%）明显高于二长花岗岩（3.24%~4.42%）.（K2O+Na2O）含量为7.66%~10.25%.Al2O3含量为11.23%~16.06%.钾长花岗岩的Al2O3含量（11.23%~14.65%）明显低于二长花岗岩的Al2O3含量（14.48%~16.06%）.样品A/CNK介于0.98~1.11之间.在ACNK图解上（图2），样品多数落于过铝质区，少数落于准铝质区，属于准铝-过铝质岩.Fe、Mg、Ca氧化物含量较低，多贫磷贫钛，但变化相对较稳定.里特曼指数σ介于2.17~3.6之间，平均为2.72，为钙碱性岩系，分异指数DI为70.47~95.45，且钾长花岗岩的DI明显高于二长花岗岩，显示岩石经历了更强的分异演化.总结以上特点显示，该地区花岗岩具有高硅，略富铝，偏碱，低镁、钠，贫钙的特征.

2稀土、微量元素

本区花岗岩的稀土元素总量∑REE含量较低，在137.52×10-6~342.25×10-6之间.其中钾长花岗岩稀土总量平均值（269.23×10-6）明显高于二长花岗岩稀土元素总量平均值（184.71×10-6）.轻稀土相对富集（其中钾长花岗岩∑Ce/∑Y=1.93~5.62，（La/Yb）N=2.79~11.22；二长花岗岩∑Ce/∑Y=6.1~7.76，（La/Yb）N=11.66~19.40）.轻稀土较重稀土分馏明显（钾长花岗岩（La/Sm）N2.41~4.71，（Gd/Yb）N0.79~1.24；二长花岗岩（La/Sm）N2.56~4.06，（Gd/Yb）N1.68~2.64），δEu介于0.19~0.66之间，表现出较明显负Eu异常.以上特点显示二者有一定的差异.其中钾长花岗岩的稀土配分曲线较二长花岗岩相对平缓，且重稀土元素明显偏高于二长花岗岩，Eu负异常弱于二长花岗岩.总体表明源区残留相中斜长石结晶分离作用均较好.稀土元素标准化配分曲线（图3）总体呈现左高右低的右倾型，反映了轻稀土较富集、Eu较强烈亏损的特征.在原始地幔标准化微量元素蛛网图（图4）上，Rb、Th、K、Nd、Cs、Sm明显富集，Hf弱富集，而U、Nb、Sr、P、Ti、Eu明显亏损，Ta、Zr有弱亏损，且钾长花岗岩与二长花岗岩有细微差别.钾长花岗岩Ba明显亏损，而二长花岗岩则显示亏损与富集两种趋势，Sr也有同样的特征.总体显示岩浆演化过程中长石类矿物或Fe-Ti氧化物等矿物有强烈结晶分异作用，但分异过程中个别元素在不同岩性中的富集、亏损形式有差异.

讨论

1花岗岩的源区组成

诺敏地区花岗岩属于典型的高钾钙碱性岩石系列（图5）.岩石地球化学特征总体表现出富Si、富碱质和低Mg贫Ca的特点，总体基本符合S型花岗岩的特点.稀土元素总量∑REE含量较低，在137.52×10-6~342.25×10-6之间，平均值为227×10-6，明显低于A型花岗岩的∑REE平均值，与S型花岗岩的∑REE基本一致，在ACF图解中（图6）亦均落入S型花岗岩区.王德滋等研究表明，Rb和K有相似的地球化学性质.在地球演化初期，随着壳幔的分离和地壳的演化，Rb会富集于成熟度高的地壳中.Sr和Ca有相似的地球化学行为，在成熟度低、演化不充分的地壳中富集.因此，Rb/Sr比值能较好的记录物质的性质.Taylor认为，地球演化过程中K和Rb不断向上迁移进入硅铝层，所以上地幔越来越亏损K和Rb，Sr主要富集在斜长石中代替Ca.

因此，花岗岩的Rb/Sr比值高，一方面说明岩浆演化程度很高，另一方面说明源岩可能主要来自地壳.据Taylor的资料计算，整个陆壳的Rb/Sr比值平均值约为0.24.本区花岗岩Rb/Sr比值范围在0.05~2.58，平均值为1.09，远高于整个陆壳的平均值，且本区缺少同源的中基性岩浆活动.这些特点说明诺敏地区花岗岩体可能形成于地壳物质的部分熔融.研究表明，不同的源区物质部分熔融形成的熔体往往具有不同的组成特征.一般说来，云母类矿物较之角闪石具有相对高的K、Rb、Cs等碱金属元素，而角闪石则相对富Mg、Na以及Ca、Ba等碱土金属.由角闪石脱水熔融形成的熔体通常富Na、Ca，并具有较低的K2O/Na2O比值，而由云母类矿物脱水形成的熔体则富含Rb、Cs并具有较高的K2O/Na2O比值.又由于白云母相对于黑云母富Al而贫Fe、Mg，在脱水熔融反应中通常形成强过铝质的熔体，黑云母脱水熔融形成的熔体则具有较宽的组成范围（准铝质至强过铝质）.结合诺敏地区花岗岩体多呈准铝质至过铝质的组成特征、具有较高的SiO2（65.29%~75.86%）和Rb、K、Cs含量以及相对高的K2O/Na2O（平均值为1.14）比值，认为其源区中可能含有相当比例的黑云母，推断其源岩可能为变杂砂岩和变中性火山岩.

2构造环境讨论

诺敏地区二叠纪花岗岩在R1-R2（图7）构造关系图解上投点较集中，主要落在同碰撞期与造山晚期、非造山的花岗岩的交界处.而在微量元素Rb-（Yb+Nb）（图8）和Rb-（Yb+Ta）（图9）构造关系判别图解上，则多落在火山弧花岗岩区，样品基本全部投影于后碰撞花岗岩区域［21-23］（即同碰撞、火山弧及板内花岗岩交界处），与R1-R2构造关系图解的结果一致.综合说明诺敏地区花岗岩可能形成于主碰撞之后的陆内碰撞环境.由于大兴安岭地区的额尔古纳地块与兴安地块的拼合已于480Ma前完成，而在兴安地块与松嫩地块的接触部位上分布有大面积的291.5~351Ma之间的花岗岩，说明该两地块的拼合时间应发生在晚古生代末期.诺敏地区二长花岗岩、钾长花岗岩时间上也形成于252～292Ma髴之间，空间上则位于兴安地块中.综合分析额尔古纳、兴安、松嫩地块的拼合时间，说明诺敏地区的花岗岩有可能为兴安地块与松嫩地块接触碰撞造山过程的后碰撞阶段经地壳物质部分熔融而形成.

结论

（1）诺敏地区花岗岩的岩石类型以二长花岗岩、钾长花岗岩为主，属于高钾钙碱性系列，准铝质-过铝质岩，岩石属于S型花岗岩.

（2）诺敏地区花岗岩的微量和稀土元素特征显示，稀土元素总量相对较低，轻稀土元素富集，轻重稀土分馏明显，有明显的负Eu异常.微量元素显示富集Rb、Th、K、Nd、Cs和亏损U、Nb、Sr、P、Ti等元素，显示岩浆演化过程中存在长石类矿物或Fe-Ti氧化物等矿物的强烈结晶分异作用.

（3）诺敏地区花岗岩可能形成于地壳物质的部分熔融，其源岩可能为变杂砂岩和变中性火山岩.

（4）诺敏地区花岗岩形成于后碰撞的构造环境.兴安地块与松嫩地块的接触部位上大面积分布的291.5~351Ma之间的花岗岩，说明两地块拼合后的接触碰撞造山阶段的后碰撞时期是该区花岗岩形成的主要构造背景.