花岗岩地球化学特征范文

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《地质与资源杂志》2015年第一期

1地球化学特征

1.1主量元素特征表1分析表明大桦背花岗岩主量元素具有以下特征：（1）富硅，大桦背花岗岩体的SiO2含量为71.68%～75.72%，平均73.40%.结晶分异程度高，DI值为86.82～94.24，平均89.99，低于福建北东沿海强分异I型花岗岩的DI值（DI>95）［1］，但与华南福冈（DI=82～94）、西藏冈底斯东部察隅（DI=82～92）强分异I花岗岩相近［2-3］，同时与AckleyI型花岗岩相似.（2）弱过铝质（图2）［4］，A/CNK=1.03～1.09，平均1.05，这可能与其原岩特征有关.（3）高碱，ALK=8.22%～8.84%，并且相对富钾，K2O/Na2O=1.01～1.38，平均1.16；岩石碱度率指数（AR）=3.22～4.44，平均3.72，里特曼指数（σ43）=2.20～2.54，平均2.36<3.3，属高钾钙碱性系列（图3）［5］，具有岩浆弧岩浆岩特征.正长花岗岩钾含量高于二长花岗岩，斑状粗粒正长花岗斑岩的钾含量与其余类型相近.（4）铁、镁、钙、钛、磷、锰的含量均低，也说明了其经历了很强的分异演化过程.TFeO/MgO=5.71～13.57，平均8.56，全部落在高分异I型花岗岩范围内（TFeO/MgO=4～16）［6］.二长花岗岩较正长花岗岩富铁、镁、钙，正长花岗岩富Ti、P等，正长花岗岩分异程度较高.

1.2微量元素特征就微量元素组成（表1、图4）［7］而言，所有样品不同程度富集Rb、Th、La、Pb、Nd、Hf、Dy，亏损Ta、Nb、Ce、P、Sm、Ti.高场强元素（HFSE）Ti、P明显亏损，Nb、Ta含量较低，表现出类似于与俯冲带有关的活动大陆边缘或岛弧岩浆岩的特征［8-9］，Rb、Th富集和Nb亏损暗示有上地壳物质的参与［10］，指示了不同岩石类型的同源演化特征.粗粒正长花岗岩Ba强烈亏损，中细粒黑云二长花岗岩富集，其余类型略有亏损，说明粗粒正长花岗岩结晶分异程度最高，中细粒黑云二长花岗岩最差，其余介于两者之间.粗粒正长花岗岩和中粗粒正长花岗岩富集铕，二长花岗岩略亏损铕，正长花岗斑居中，也指示正长花岗岩演化程度高于二长花岗岩，且粒度粗的高于细的.

1.3稀土元素特征稀土元素（表1和图5）配分曲线整体表现为轻稀土富集、重稀土亏损的右倾型，轻稀土右倾明显，重稀土曲线较为平缓.稀土总量整体较低，介于107.10×10-6～就δEu而言，斑状中粗粒二长花岗岩、粗粒正长花岗岩、中粗粒正长花岗岩显示负铕异常，结晶分异作用发育，其中粗粒正长花岗岩演化程度最高，斑状中粗粒二长花岗岩较高，中粗粒正长花岗岩中等；中粗粒二长花岗岩、粗粒正长花岗斑岩和中细粒二长花岗岩显示正铕异常，说明其分异作用不明显，可能与原岩特征有关、结晶温压等条件变化有关.中细粒二长花岗岩显示较为异常的稀土配分特征，可能与同化混染有关.

2岩石成因

2.1年代学特征华北克拉通北缘发育安第斯型岩浆弧环境的时间为324～300Ma，而后碰撞花岗岩类的年龄为254～237Ma.古亚洲洋沿兴蒙造山带，自西向东关闭，最终在索伦-延吉缝合线全部闭合，古亚洲洋闭合时间和华北-蒙古弧碰撞时间限定在290～250Ma.前人发表的大桦背花岗岩的锆石U-Pb年龄介于330～365.7Ma，指示大桦背为海西期早石炭世产物.另外，大桦背北部约5km处发育早石炭世石英闪长岩（戴朝成，未发表），可见当时研究区尚处于古亚洲洋板块向华北板块俯冲的环境，古亚洲洋尚未关闭.

2.2成因类型按照花岗岩物源分类（I、A、S、M和H型花岗岩）方案，关于大桦背花岗岩的成因，前人存在两种不同的观点：S型同碰撞和I型同碰撞-后碰撞过渡成因.本研究所选大桦背花岗岩样品中，A/CNK<1.1，小于典型S型花岗岩的A/CNK值［19］，有别于S型花岗岩.大桦背花岗岩体同样具有不同于A型花岗岩的特征：Zr+Nb+Ce+Y值（222.71×10-6～325.04×10-6，平均268.79×10-6，小于350×10-6）和10000Ga/Al值（2.03~2.56，平均2.32，小于2.6），均低于A型花岗岩的下限值.10000Ga/Al系列图解和Zr+Nb+Ce+Y图解中，大桦背基本上都落在I型花岗岩范围内，与加拿大AckleyI型花岗岩体相似.TFeO/MgO-10000Ga/Al图解（图6）中，落在分异花岗岩范围内，表现出与华南佛冈典型I型、加拿大AckleyI型花岗岩体相似的特点。花岗岩体的锆石的Zr饱和温度为762.12～817.28°C，平均786.80°C，与华南佛冈、西藏冈底斯东部察隅高分异I型花岗岩Zr饱和温度范围相近，都低于A型花岗岩的成岩温度，这样也就排除了大桦背岩体是分异A型花岗岩的可能.另外，大桦背花岗岩中存在角闪石，也是其为I型花岗岩的重要矿物学证据.

2.3源区特征从微量元素特征，可以看出本区花岗岩具有岩浆弧的特征，Rb、Th和Nb特征暗示其具有壳源特征，Ba、Sr亏损，也指示结晶分异作用的存在.为进一步揭示其源区特征，在前人数据（表2）基础上，进行Pb同位素物源分析.207Pb/204Pb-206Pb/204Pb图解（图9）显示，本区花岗岩原岩分布较为分散，有下地壳、成熟岛弧和部分上地壳，但大多数分布于下地壳.208Pb/204Pb-206Pb/204Pb图解（图10）中，主要落在成熟岛弧、下地壳和大洋岛玄武岩中.△γ-△β图解（图11）中，样品投入到上地壳与地幔混合的俯冲铅和造山带铅的范围内，其中沉积作用应该是俯冲板片的海洋沉积物.由于其中落入造山带铅的样品的模式年龄均早于大桦背的形成年龄，该区当时并未发生碰撞造山.该区SiO2含量平均73.40%，说明幔源组分参与量很少.综上所述，笔者认为大桦背的原岩主要为中下地壳、成熟岛弧和大洋岛弧玄武岩，有部分上地壳组分、海洋沉积物和少量的幔源加入.

3构造环境

在区域地质、岩石地球化学综合研究的基础上，对样品进行构造环境分析，即分别对样品进行R2-R1图解、Rb-Y+Nb图解和lg［CaO/（Na2O+K2O）］-SiO2图解［30］（图12）分析，3种图解从不同侧面反映了相似的构造环境.具体说，R2-R1图解中大桦背岩体样品落入同碰撞-后碰撞过渡环境中.Rb-Y+Nb图解（图13）中，样品在后碰撞范围内.lg［CaO/（Na2O+K2O）］-SiO2图解（图14）中，大桦背岩体落入到由挤压环境向伸展环境转化的过渡环境.加之，大桦背花岗岩属于高钾钙碱系列，高场强元素（HFSE）中Ti、P明显缺失，Nb、Ta含量较低，均指示其岛弧和活动大陆边缘有关的构造背景.由以上知，大桦背花岗岩体可能形成于弧后挤压向伸展环境过渡的活动大陆边缘构造背景.具体而言，图12～14中，粗粒正长花岗岩形成于伸展环境或接近伸展环境，中细粒二长花岗岩、斑状中粗粒二长花岗岩更靠近同碰撞或挤压环境，其他岩石类型处于两者之间的过渡环境.

4结论

大桦背花岗岩为分异型I型花岗岩，正长花岗岩演化分异程度高于二长花岗岩，相同岩性粒度粗的岩石演化程度高于粒度细的，花岗斑岩演化程度不高，岩体的细分有助于花岗岩成因内幕细节的揭示.大桦背花岗岩属于高钾钙碱性岩浆系列.它形成于海西期早石炭世古亚洲洋板块向华北板块俯冲晚期的同碰撞-后碰撞过渡阶段.该阶段俯冲板片插入地幔脱水熔融，致使地幔因体积增加而上涌.另外，俯冲挤压使陆壳水平缩短，垂向加厚，中下地壳、成熟岛弧和大洋岛弧大面积部分熔融，伴有少量地幔与未知含量的海洋沉积物及早期造山作用产物等物质的不同程度混合作用，于构造有利部位形成大桦背花岗岩.大桦背花岗岩的形成，也进一步印证了华北板块北缘陆缘弧增生的事实.

作者：张辉 戴朝成 闫秋实 王新亮 时国 陈文文 胡志成 单位：东华理工大学 地球科学学院 成都理工大学 核工程与核技术学院 内蒙古地质矿产勘查院 长江大学 地球科学学院