蒲萬峰,嚴鏡,汪宏濤,王舒恒,劉景顯
(甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,甘肅 蘭州 730050)
甘肅金塔縣堿凹井巖體巖石地球化學(xué)特征及構(gòu)造環(huán)境分析
蒲萬峰,嚴鏡,汪宏濤,王舒恒,劉景顯
(甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,甘肅 蘭州 730050)
甘肅金塔縣東北的張家疙瘩一帶發(fā)育大量侵入巖體,堿凹井巖體出露規(guī)模較大,侵入薊縣系平頭山組,北東局部侵入石炭系干泉組,巖性主要為二長花崗巖和正長花崗巖。巖石組合類型和巖石地球化學(xué)研究表明,堿凹井巖體SiO2含量71.59%~75.86%,平均74.06%,Na2O含量3.73%~4.10%,K2O含量4.55%~4.76%,鋁飽和指數(shù)A/CNK= 1.04~1.20,稀土元素總量為79.95×l0-6~201.65×l0-6,(La/Yb)N=1.05~2.24,球粒隕石標準化分布模式圖總體呈略微右傾的V字型,具相對平緩的富集輕稀土元素稀土分布模式。重稀土元素分餾不明顯且相對虧損,Eu具明顯負異常,δEu=0.07~0.36。在微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖上,虧損Ba,Nb,Sr,Ti,富集Rb,Th,K。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景認為,該巖體形成于后碰撞伸展作用階段,可能源于幔源巖漿底侵,導(dǎo)致上覆年輕地殼(可能為洋殼和島弧建造組成)部分熔融,并發(fā)生了較強的結(jié)晶分異作用。
北山;堿凹井;富堿高鉀花崗巖;巖石地球化學(xué);構(gòu)造環(huán)境
北山造山帶位于甘肅、內(nèi)蒙古和新疆交界處,西鄰天山和阿爾泰山,東接阿拉善,為華北板塊、塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊陸緣結(jié)合部,構(gòu)造過程極復(fù)雜,為一多旋回復(fù)合造山帶。該帶大地構(gòu)造分區(qū)一直存在爭議,多年來備受國內(nèi)地質(zhì)學(xué)家關(guān)注[1-15]。北山造山帶由北向南依次為雀兒山古生代巖漿弧、紅石山晚古生代蛇綠構(gòu)造混雜巖帶、白山晚古生代巖漿弧、馬鬃山早古生代巖漿弧、牛圈子早古生代弧后盆地、雙鷹山早古生代被動陸緣、紅柳園古生代裂谷和石板墩前陸基底[16]。其中紅柳園古生代裂谷的形成與演化是北山南帶古生代構(gòu)造演化研究的難點和重點。因此,對北山南帶花崗巖體的成因、構(gòu)造環(huán)境背景及形成時代等問題的研究,不僅對闡明北山南帶的大地構(gòu)造歸屬具重要意義,且對古生代構(gòu)造演化及EW構(gòu)造帶對比尤為重要。前人研究主要集中在對該區(qū)花崗巖巖體巖相學(xué)及成礦專屬性調(diào)查[17-21],缺乏對巖石地球化學(xué)及地質(zhì)意義專題研究。筆者在甘肅省金塔縣石板泉一帶1:5萬礦產(chǎn)遠景調(diào)查時,對堿凹井巖體進行了詳細的調(diào)查研究。本文通過巖石學(xué)和巖石地球化學(xué)研究,結(jié)合前人鋯石LA-ICP-MS定年,對該巖體成因機制及構(gòu)造意義進行探討,為該地區(qū)晚古生代構(gòu)造演化提供依據(jù)。
金塔縣位于塔里木板塊與華北、西伯利亞板塊交匯部位,大地構(gòu)造位置特殊,構(gòu)造變形復(fù)雜,是鐵、銅、鉛鋅等多金屬礦產(chǎn)成礦的有利地段,也是研究造山帶理論的典型地區(qū)。區(qū)內(nèi)出露地層以中元古代片巖、石英巖、糜棱巖和千枚巖,志留系淺變質(zhì)砂泥質(zhì)碎屑巖和火山巖及石炭系中酸性火山巖、碎屑巖和灰?guī)r為主。區(qū)內(nèi)侵入巖發(fā)育,有正長花崗巖、二長花崗巖、花崗斑巖、花崗閃長巖、閃長巖、角閃輝長巖等,其中二長花崗巖分布最廣,次為正長花崗巖,多呈帶狀分布于張家疙瘩、石板泉、白山堂、大紅山、拐把頭、羊頭泉、白石壩以及鐵礦場一帶。巖體侵入時代主要為加里東中期及華力西期,以華力西期巖漿侵入最強烈,如小紅山巖體、苗兒山巖體、堿凹井巖體和輝長山巖體。
堿凹井巖體在小紅山北西、張家疙瘩南至堿凹井一帶呈巖株狀產(chǎn)出,呈NW向展布(圖1)[22]?趙福壽,胡令善.張家疙瘩幅、石板泉幅1:5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告,1994,出露面積約60 km2,侵入于薊縣系平頭山組中。北東局部與石炭系干泉組侵入接觸,北側(cè)和南側(cè)多被第四系覆蓋。巖性主要為二長花崗巖和正長花崗巖,平面上呈NWW向展布,西頭大,東頭小,形狀不規(guī)則,侵入接觸關(guān)系清楚。侵入體在中心部位石英含量較高,蝕變微弱,邊緣部位石英含量較低,有明顯的綠簾石化、綠泥石化、褐鐵礦化等。巖體與圍巖呈突變接觸,接觸面傾向圍巖,局部與圍巖接觸處粒度變細,圍巖有不同程度熱變質(zhì),呈不規(guī)則狀。在前人研究基礎(chǔ)上,據(jù)野外調(diào)查及室內(nèi)分析將堿凹井巖體解體為二長花崗巖和正長花崗巖兩個組成部分,二者呈脈動接觸關(guān)系。
圖1 堿凹井巖體地質(zhì)略圖Fig.1 Geological sketch of Jianaojing pluton
二長花崗巖新鮮面為灰白色,中細粒半自形粒狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造(圖2-a)。巖石中石英呈煙灰色或無色波狀消光,且脆性裂隙發(fā)育,含量35%;斜長石呈灰白色,聚片雙晶發(fā)育,An=29,為更長石,次生礦物為絹云母等,約占28%;鉀長石呈肉紅色,交代嚴重,含量33%。黑云母除部分殘留體外,多褪色,并有白云母交代現(xiàn)象,次生礦物有綠泥石,含量4%。正長花崗巖新鮮面為肉紅色,中細-中粗?;◢徑Y(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造(圖2-b)。礦物成分主要為石英(30%~40%)、鉀長石(40%~50%)、斜長石(10%~15%)及少量黑云母,次為角閃石,副礦物為螢石、鋯石等。石英晶面亮凈;斜長石呈半自形板粒狀,不同程度絹云母化,一般中心部位絹云母化明顯;鉀長石為條紋長石,半自形板柱狀,晶體粗大,常包含斜長石晶體。次生礦物有簾石。
圖2 堿凹井巖體正長花崗巖(a)和二長花崗巖(b)顯微照片F(xiàn)ig.2 Microscopic photos of syenogranite(a)and monzonitic granite(b)for Jianaojing Pluton
3.1 主量元素
:%su單位anty,Gun數(shù)Jinta Co參及Gran相關(guān)ite of據(jù)數(shù)化學(xué)aojing巖of石Jian體er井mb巖堿凹縣塔d index nu金an肅1甘data表Table 1 Petrochemistry量總100.6799.99 99.90 99.83燒失1.710.860.850.48P2O5 0.070.070.020.01MnO 0.030.040.040.03Na2O 4.104.003.733.73K2O 4.764.554.614.68MgO 0.450.260.350.28CaO 1.140.680.850.56FeO 0.240.440.161.10Fe2O3 1.341.051.470.53Al2O3 .20 15.60 14.36 12.49 12TiO2 0.040.020.090.08SiO2 71.59 73.42 75.37 75.86巖巖巖巖性崗崗崗崗巖花花花花長長長二長正二正號編品-01 -02 -03 -04樣YQYQYQYQ號1234序100.03OX0.570.580.580.580.99K/N 1.161.141.241.250.04K N+8.868.558.348.410.04R22.68442.13370.92358.90313.89R12 162.632 371.452 578.752 592.664.65MF77.83 85.14 82.32 85.34 0.34FL0 88.63 92.65 90.76 93.70.81AR3.013.203.593.670.491.09SI4.132.523.392.71.66 13DI.36 90.62 92.61 93.81 930.06/ANK0.780.790.900.9074.06K A/CN1.171.201.041.07巖巖巖巖崗崗性崗崗花巖花花花長長長長正二正二值均號平編品-01 -02 -03 -04樣YQYQYQYQ號1234序0.58Ap0.150.150.040.02p(CIPW源資土;國集采1.16Il0.08Lc+K0.04+N院r+勘0.15Ab查0.17質(zhì)8.54He0.830.02DI=Q礦+O產(chǎn)1.22數(shù)三0.00地異局0.76指第1.161.50Mt0.39Fe2O3);分礦0.77地37省/(FeO+甘由肅eO品2 426.37fs0.00Hy0.000.001.51=FOX);樣數(shù)+M化82.66指eOHy0.66gOen0.6.0.7.l2O3;氧e2O3+F1.14K2O)/A)/(FeO91.44 Ac0.000.000.000.00/A=(Na2O+=100×(Fe2O3+FMFC1.380.28);NK0.002.01比數(shù)子指3.37K2O)(分鐵Ne0.00Na2O+0.000.000.00Al2O3/(CaO+K2O+2.992.74CaO);鎂3.20An5.303.36K2O)/(Na2O+K=a2O+標準01A/CN.02 .60 G93-3534.1(N.83 92Ab31.73 31數(shù)00指=1DZ和FL合;指符飽數(shù)K2O)英質(zhì)鋁27.53 28.45 0.85Or量27.15 27.86 -(Na2O+長aOa2O+析,2012,K2O);/(Al2O3+C+N法31.37eO方分34.22 34.25 1.12Q26.89 Fe2O3+F等譜光巖巖巖巖K2O)子崗原崗崗性崗P巖花花花花/(MgO+IC長長長長+(Na2O+gOSI=100×M心二e+aO二用正正中值測均號檢平編品-01 -02 -03 -04 =(Al2O3+CAR指監(jiān)YQYQYQYQ數(shù)督樣率固資結(jié)源度);產(chǎn):堿據(jù)礦序號1234注數(shù)州算蘭計部
堿凹井巖體主量元素分析結(jié)果見表1。巖石SiO2含量71.59%~75.86%,平均74.06%;Al2O3含量12.36%~15.20%,A/CNK=1.04~1.20,在鋁飽和指數(shù)判別圖解上落在過鋁質(zhì)區(qū)域(圖3-a);K2O+Na2O含量較高,平均8.54%,富鉀(Na2O=3.73%~4.10%,K2O= 4.55%~4.76%,Na2O/K2O<1),NK/A=0.78~0.90,在SiO2-AR與堿度關(guān)系圖解上,樣品均落入堿性系列區(qū)域。樣品總體在SiO2-K2O圖中屬高鉀堿性系列(圖3-b)。氧化指數(shù)(OX)=0.57~0.58,反應(yīng)巖體就位較淺,形成于相對氧化的環(huán)境。另外,P2O5含量低且變化不大(0.01%~0.07%);低CaO(0.56%~1.14%);低TiO2(0.02%~0.09%);低MgO(0.26%~0.45%)。分異指數(shù)(DI)較高(90.36~93.81,平均92.60),固結(jié)指數(shù)(SI)較低(2.52~4.13,平均3.19),長英指數(shù)(FL)和鎂鐵指數(shù)(MF)都較大,平均分別為91.43和82.66,表明巖體形成過程中受外來物質(zhì)影響程度較低,巖漿演化分異程度較高。綜上所述,堿凹井巖體SiO2飽和,形成于相對氧化的環(huán)境,為分異程度較高的富堿高鉀型花崗巖。
圖3 堿凹井巖體鋁飽和指數(shù)判別圖(a)及堿凹井巖體SiO2-K2O圖(b)Fig.3 The alkalinity ratio versus(a)and SiO2-K2O(b)diagram of the Jianaojing pluton
表2 甘肅金塔縣堿凹井巖體微量元素數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)Table 2 Trace elements and index number of Jianaojing Granite of Jinta County,Gansu單位:×l0-6
3.2 稀土元素
由表2看出,堿凹井花崗巖體稀土元素總量相對較低,為79.95×l0-6~201.65×l0-6,隨酸度增加呈增大趨勢,表明總體變異趨勢不明顯。在球粒隕石標準化分布模式圖中(圖4-a),相對富集輕稀土元素(LREE),重稀土元素(HREE)分餾不明顯且相對虧損,但明顯高于10倍球粒隕石豐度,因此具相對較低的(La/Yb)N比值(1.05~2.24)。Eu具明顯負異常,δEu=0.07~0.36,可能與斜長石在源區(qū)的殘余有關(guān)。稀土元素球粒隕石標準化分布模式整體呈略微右傾V字形。
3.3 微量元素
在微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖中(圖4-b),樣品的稀土模式圖和原始地幔標準化圖基本平行,顯示了同源演化特征。Nb,Ba,Sr和Ti出現(xiàn)較大虧損,Rb,Th和K具明顯正異常,其中Nb元素明顯虧損,反映了伸展環(huán)境[25],類似大陸裂谷或減薄的大陸巖石圈花崗巖特點。在花崗巖Sr-Yb類型判別圖解中投入非常低Sr高Yb區(qū)[27],張旗等認為具非常低Sr高Yb型花崗巖形成的壓力極低,相圖上多位于高溫低壓區(qū),代表了地殼減薄產(chǎn)物[27-29]。在Rb-Y+Nb圖解上(圖5-a),樣品均落入后碰撞范圍。在樣品與典型后碰撞花崗巖大洋中脊標準化圖解中(圖5-b),樣品走勢與典型后碰撞花崗巖不一致,表明堿凹井花崗巖體非典型后碰撞花崗巖,可能為后碰撞晚期初始伸展階段產(chǎn)物。
圖4 堿凹井巖體稀土元素球粒隕石標準化圖(a)和微量元素原始地幔標準化圖(b)Fig.4 Chondrite-normalized REE patterns(a)and primitive mantle normalized trace element spider diagram(b)of the Jianaojing pluton
圖5 Rb-Y+Nb圖解(a)與典型后碰撞花崗巖大洋中脊標準化圖解(b)Fig.5 Diagram of Rb-Y+Nb(a)and ocean ridge granite(ORG)normalized geochemical patterns for samples and representative post-collision granites(b)
堿凹井花崗巖體高硅,富堿富鉀,具較低的CaO和MgO,稀土元素球粒隕石標準化分布模式整體呈略微右傾的V字形,類似于A型花崗巖。在Na2OK2O判別圖解中[32],不能完全投入到A型花崗巖區(qū)域中,推測其為一種向A型花崗巖過渡的富堿高鉀型花崗巖。
工作區(qū)位于北山造山帶南帶,具獨特的大地構(gòu)造位置。石炭紀時期,北山北部古洋殼向南俯沖形成一套大陸邊緣弧的早志留世流紋巖和晚志留世花崗巖類組合。早石炭世,中等成熟的過渡型地殼再次發(fā)生拉張作用,發(fā)育一套裂谷型雙峰式火山巖建造(紅柳園組)。進入鼎盛時期的晚石炭世,測區(qū)裂谷演化到消亡時期,形成甘泉組,這次裂谷巖漿作用可能預(yù)示著裂谷即將進入閉合、碰撞擠壓造山過程[3,6,16,33],本次碰撞造山屬“軟碰撞弱造山”[34],經(jīng)歷時間較短。趙福壽等對堿凹井巖體進行鋯石U-Pb同位素定年,年齡為302 Ma?趙福壽,胡令善.張家疙瘩幅、石板泉幅1:5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告,1994。據(jù)馮繼承等在研究區(qū)以西約240 km的橋灣北地區(qū)研究成果,該時期主碰撞造山作用已結(jié)束,進入后碰撞伸展作用階段[35]。樣品在Pearce等花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解中均投入后碰撞環(huán)境(圖5)[30-31]。后碰撞環(huán)境是一個復(fù)雜時期,該時期包括了諸如板塊間沿剪切帶的大規(guī)模運動、合攏、巖石圈拆沉作用、小型海洋板塊的俯沖及裂谷生成等,這些事件包括持續(xù)的或間隙的伸展體系[36]。吳泰然將該類花崗巖歸為拉張型過渡花崗巖(EGG),認為其形成是由于地殼的拉伸減薄,上地幔熱物質(zhì)上涌,使地殼形成一種高溫低壓環(huán)境,并使地殼發(fā)生部分重熔,同時上地幔上涌的熱物質(zhì)沿拉張的裂隙與地殼的熱物質(zhì)發(fā)生混染作用,對陸殼物質(zhì)進行改造,使之向過渡類型轉(zhuǎn)化,形成拉張型過渡殼的花崗巖[37]。
綜上所述,北山地區(qū)在晚石炭世裂谷作用期間,伸展作用可能導(dǎo)致巖石圈連續(xù)性遭破壞而弱化。在隨后裂谷閉合碰撞擠壓造山過程中,部分脆弱的巖石圈過早地發(fā)生拆沉作用,引起地幔底辟上升部分熔融形成玄武質(zhì)巖漿,隨后,玄武質(zhì)巖漿底侵作用又導(dǎo)致上覆年輕地殼(洋殼和島弧建造組成)的部分熔融,在巖漿上升過程中發(fā)生了較強的結(jié)晶分異作用和混染作用,最終形成酸性侵入巖巖體。
(1)堿凹井巖體為一種向A型花崗巖過渡的富堿高鉀型花崗巖,Eu虧損明顯,稀土元素球粒隕石標準化分布模式整體呈略右傾的V字形,富集Rb,Th和K,虧損Nb,Ba,Sr和Ti。
(2)堿凹井巖體可能源于幔源巖漿底侵導(dǎo)致年輕地殼(洋殼和島弧建造組成)部分熔融,并發(fā)生較強的結(jié)晶分異作用和混染作用,最終形成酸性侵入巖體。
(3)堿凹井巖體形成年齡為302 Ma,研究區(qū)在該階段主碰撞造山作用已結(jié)束,進入后碰撞伸展作用階段,即堿凹井巖體形成于后碰撞伸展環(huán)境。
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Tectonic Setting and Geochemical Characteristics of the Jianaojing Pluton in Jinta County,Gansu
Pu Wanfeng,Yan Jing,Wang Hongtao,Wang Shuheng,Liu Jingxian
(No.3 Geological and Mineral Exploration team,Gansu Provincial Bureau of Geology and Mineral Exploraion and Development,Lanzhou,Gansu,730050,China)
A large lump intrusive rocks develop in Zhangjiageda area of northeast of Jinta County,Gansu Province. Among them,Jianaojing pluton is the biggest one in the region.The pluton,intruding into Jixian Period Pingtoushan Formation in the west and south,and Carboniferous Period Ganquan Formation in the northeast,is mainly composed of syenogranite and monzonitic granite.Based on detailed field survey,the rock assemblage and geochemistry shows that the SiO2content in the pluton is 71.59%~75.86%,the average is 74.06%,Na2O content is 3.73%~4.10%,K2O content is 4.55%~4.76%,aluminum saturation index A/CNK=1.04~1.20,and the total rare earth element(REE)between 79.95×l0-6and 201.65×l0-6,(La/Yb)N=4.95~28.95.The Chondrite-normalized REE pattern was slightly rightist Figure V-shaped,with a relatively flat LREE enriched REE patterns.Besides,heavy REE fractionation is not obvious and relatively at loss.Moreover,Eu has obvious negative anomaly,with δEu=0.07~0.36.In the trace element spider diagram,loss is marked as Ba,Nb,Sr,Ti and the enrichment as Rb,Th,K.Combined with regional geological background,it is inferred that the pluton emplaced in post-collision setting.It may be resulted from partial melting of the overlying young crust(possibly be constructed by oceanic crust and island arc)caused by bottom invasion of mantle-derived magmas and a strong crystallization and differentiation occurred.
Beishan mountain;Jian'aojing;Alkali-rich potassium-high granites;Petrogeochemistry;Tectonic setting
1000-8845(2015)02-263-07
P111
A
項目資助:甘肅省金塔縣石板泉一帶礦產(chǎn)遠景調(diào)查(甘財建(2010)254號)資助
2014-05-01;
2014-06-06;作者E-mail:395911917@qq.com
蒲萬峰(1984-),男,甘肅蘭州人,助理工程師,2009年畢業(yè)于長安大學(xué)地質(zhì)學(xué)專業(yè),主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查