秦 亞,梁一鴻,胡兆初,馮 堅,宋志韜,李 敏
1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,長春 130061 2.中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室,武漢 430074
吉林省集安縣上綠水橋鋁質(zhì)A型花崗巖體的地球化學(xué)特征及其構(gòu)造意義
秦 亞1,梁一鴻1,胡兆初2,馮 堅1,宋志韜1,李 敏1
1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,長春 130061 2.中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室,武漢 430074
吉林省集安縣上綠水橋巖體主要巖石類型為晶洞堿長花崗巖。巖石的化學(xué)成分具有高硅(SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75.94%~76.34%)、富堿(ALK質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.29%~9.63%)、高TFeO/MgO值(比值為39.6~66.1)、富鉀(K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.14%~5.20%,K2O/Na2O值為1.47~1.68)、低CaO和TiO2的特點;強烈虧損Ba、Sr、Ti、Nb、Ta、P,富集K、Rb、Th等親石元素;具有右傾海鷗型的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分型式及強烈的負(fù)銪異常等。主量和微量元素研究表明,上綠水橋巖體為鋁質(zhì)A型花崗巖(A/CNK為0.99~1.10,A/NK為1.05~1.16)。LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果為(117.8±2.3)Ma,屬早白堊世侵入體。巖體具有相對較低的Ce/Nb、Y/Nb、Yb/Ta值,為A1型非造山花崗巖,是華北板塊東部巖石圈減薄在吉南地區(qū)的淺部地質(zhì)響應(yīng)。
上綠水橋巖體;鋁質(zhì)A型花崗巖;LA-ICP-MS定年;地球化學(xué);非造山環(huán)境
Key words:Shanglüshuiqiao instrusive;aluminous A-type granite;LA-ICP-MS dating;geochemistry;non-orogenic setting
自從Loiselle和Wones[1]提出A型花崗巖的概念后,以其堿性、貧水和非造山的特征而倍受地質(zhì)研究者的重視。國內(nèi)外許多地質(zhì)學(xué)者對其鑒別標(biāo)志、亞類的劃分、形成構(gòu)造環(huán)境等多方面進行了闡述[2-6]。A型花崗巖具有較高的Ga/Al、TFeO/MgO,富集HFSE、Y,低Ca,貧Fe和Mg,強烈虧損Sr、Ba、Eu、P、Ti等[6]。隨著研究的深入,A型花崗巖的定義也得到了擴展,其不僅包括堿性花崗巖,而且含有鋁質(zhì)花崗巖;其形成構(gòu)造環(huán)境不再局限于非造山,也包括板塊碰撞造山后的伸展拉張環(huán)境。
花崗巖是大陸地殼主要組成部分之一,其形成與所處的構(gòu)造環(huán)境息息相關(guān)。筆者對吉林省集安地區(qū)花崗巖類進行了詳細(xì)的野外調(diào)查和室內(nèi)研究,運用LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年,在上綠水橋地區(qū)首次厘定出一套早白堊世鋁質(zhì)A型花崗巖。通過研究該巖體的巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)特征,討論其成因類型及形成構(gòu)造背景,說明其可能為華北板塊東部巖石圈減薄在吉南地區(qū)的地質(zhì)響應(yīng)。
研究區(qū)位于華北板塊東部,遼吉古元古代裂谷帶東段。
遼吉古元古代裂谷帶呈向北凸出的弧形,夾于龍崗地塊和朝鮮的狼林地塊之間。區(qū)內(nèi)結(jié)晶基底主要由太古宙雜巖和古元古代的集安群和老嶺群組成。古生代沉積蓋層零星分布,而中、新生代火山-沉積巖系分布廣泛。
中生代,研究區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈,發(fā)育大量的花崗巖侵入體,如老嶺巖體、高臺子巖體和上綠水橋巖體等(圖1)。
上綠水橋巖體分布于吉林省南部集安縣北太平溝-上綠水橋一帶。西側(cè)侵入于前寒武系中,東側(cè)侵入于高臺子巖體中,出露面積為30km2。主要巖石類型為晶洞堿長花崗巖。巖石呈肉紅色,斑狀結(jié)構(gòu),鏡下為文象結(jié)構(gòu)(圖2a),蠕蟲結(jié)構(gòu),晶洞構(gòu)造(圖2b),塊狀構(gòu)造。主要礦物組成為鉀長石(50%~60%)、斜長石(5%~10%)、石英(25%~30%)、黑云母(<5%)等,副礦物為鋯石、磷灰石和鈦鐵礦等。
圖1 上綠水橋巖體地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch map of Shanglüshuiqiao pluton
圖2 上綠水橋晶洞堿長花崗巖特征Fig.2 Characteristics of miarolitic alkali feldspar granite of Shanglüshuiqiao pluton
晶洞構(gòu)造為該巖體特有的標(biāo)志。晶洞是在巖漿冷凝過程中,揮發(fā)分逸出后所形成,并為后期的硅質(zhì)所充填,因而常在晶洞內(nèi)發(fā)育有水晶晶簇。該巖體中,晶洞直徑為2~15mm,呈橢圓狀、不規(guī)則狀,常充填有乳白色石英晶體或集合體。
上綠水橋巖體的常量元素測定由吉林大學(xué)測試科學(xué)實驗中心用AAS法完成(表1);稀土元素和微量元素的測定用ICP-MS完成(表2)。
2.1 常量元素
上綠水橋巖體常量元素具有高硅(SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75.94%~76.34%)、富堿(ALK質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.29%~9.63%)、高TFeO/MgO值(39.6~66.1)、富鉀(K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.14%~5.20%,K2O/Na2O值為1.47~1.68)、低CaO和TiO2(質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.15%~0.56%和0~0.04%)的特征。巖漿酸性程度高,分異演化強烈,其分異指數(shù)(DI)為94.36~96.29。Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.83%~12.52%,其A/CNK值為0.99~1.10,A/NK為1.05~1.16,在含鋁指數(shù)圖解(圖3)中,為準(zhǔn)鋁質(zhì)到過鋁質(zhì)。這些特征表明上綠水橋巖體為鋁質(zhì)A型花崗巖,在TFeO/MgO-SiO2及K2O-SiO2成因類型判別圖解中,亦落入A型花崗巖區(qū)。晶洞構(gòu)造的存在也滿足A型花崗巖的高溫要求[7]。
圖3 含鋁指數(shù)圖解Fig.3 Aluminous index diagram of granite
表1 上綠水橋巖體常量元素分析結(jié)果Table 1 Major element analytical results of Shanglüshuiqiao pluton wB/%
表2 上綠水橋巖體微量和稀土元素分析結(jié)果Table 2 Trace and rare earth element analytical results of Shanglüshuiqiao pluton wB/10-6
2.2 稀土元素
上綠水橋巖體稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低,∑REE為(101.90~156.86)×10-6,平均值為132.10× 10-6,低于國內(nèi)A型花崗巖的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)219.03×10-6[6]。LREE較富集,HREE相對虧損,LREE/HREE值為7.70~10.68,LaN/YbN值為6.05~9.77,輕重稀土分餾不太明顯。具有右傾海鷗型的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式(圖4),強烈的負(fù)銪異常,δEu值為0.05~0.06,這也是A型花崗巖的判別標(biāo)志之一[6]。
圖4 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分型式圖Fig.4 Chondrite-normalized REE pattern of granite
2.3 微量元素
圖5 微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.5 Primitive mantle-normalized spider diagram
在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖5)中,存在Ba、Nb-Ta、Sr-P、Ti等4個強烈的虧損谷,不相容元素K、Rb、Th等富集最明顯,為近原始地幔標(biāo)準(zhǔn)值的300余倍,元素Zr、Hf、Nd等呈現(xiàn)不同程度的富集。此外,巖體具有較高的Rb/Sr、Rb/Ba值,分別高達(dá)近29~31和7.23~8.31,與國內(nèi)A型花崗巖的Rb/Sr、Rb/Ba平均值相當(dāng),遠(yuǎn)大于國際A型花崗巖的Rb/Sr、Rb/Ba平均值[6];其反映巖石經(jīng)歷了高程度的分異演化作用[8]。Sr、Ba、Eu等的強烈虧損,也是A型花崗巖的一種判別標(biāo)志[6]。
在偏鋁質(zhì)酸性巖中,Sr在斜長石、磷灰石中的分配系數(shù)最大,而Ba在黑云母和鉀長石中的分配系數(shù)最大,Ti在角閃石和黑云母中的分配系數(shù)較高[7],而Eu異常主要受控于長石,因而Sr、Ba、Eu的強烈虧損,表明斜長石、磷灰石和黑云母發(fā)生了分離結(jié)晶作用。P和Ti的虧損則與副礦物磷灰石和鈦鐵礦的分離結(jié)晶有關(guān)。而Nb和Ta的強烈虧損說明巖漿可能為地殼來源。
運用LA-ICP-MS對上綠水橋巖體晶洞堿長花崗巖進行了鋯石U-Pb定年。鋯石的陰極發(fā)光圖像在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室完成,數(shù)據(jù)的測試在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室完成(表3)。詳細(xì)流程見文獻[9]。
所測鋯石多呈短柱狀、長柱狀,粒徑為60~200 μm(圖6)。其Th、U質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為(125.67~1 185.58)×10-6和(225.76~845.33)×10-6,232Th/238U值較大,為0.56~1.46。陰極發(fā)光圖像中,具有明顯的巖漿振蕩環(huán)帶,說明所測鋯石為巖漿鋯石,可以代表巖體形成年代。
對上綠水橋巖體測試了14粒鋯石,同位素分析數(shù)據(jù)均落在諧和線上及其附近(圖7),加權(quán)平均年齡為(117.8±2.3)Ma,MSWD=8.1,為早白堊世產(chǎn)物。與遼東半島早白堊世花崗巖形成年代(117~131Ma)[10]一致。
表3 上綠水橋巖體花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)Table 3 LA-ICP-MS U-Pb ziron age deta for granite from Shanglüshuiqiao pluton
圖6 鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.6 CL images of ziron
圖7 U-Pb年齡諧和圖Fig.7 U-Pb zircon concordia diagrams
4.1 成因類型
大量的研究表明,花崗巖的成因類型不僅反映巖漿源區(qū)的性質(zhì),而且還是巖漿形成構(gòu)造環(huán)境的一種鑒別標(biāo)志[7,11]。主微量元素研究表明上綠水橋巖體為A型花崗巖,其特有的晶洞構(gòu)造也滿足A型花崗巖的高溫要求[7]。在Collis等的主微量元素判別圖解中,亦落入A型花崗巖區(qū)。進一步的研究表明,A型花崗巖不僅指堿性、非造山和貧水這一類花崗巖,也含有準(zhǔn)鋁質(zhì)到過鋁質(zhì)花崗巖。上綠水橋巖體在含鋁指數(shù)圖解(圖3)中,為準(zhǔn)鋁質(zhì)到過鋁質(zhì),屬于鋁質(zhì)A型花崗巖。
Eby等[11]根據(jù)采自不同構(gòu)造環(huán)境的A型花崗巖的化學(xué)成分不同,將其分為A1型非造山和A2型造山后花崗巖。它們具有不同的物質(zhì)來源,并且對應(yīng)不同的大地構(gòu)造環(huán)境。上綠水橋巖體具有相對較低的Ce/Nb、Y/Nb、Yb/Ta值,在Eby的A型花崗巖分類中,歸于A1型非造山花崗巖(圖8)。在Nb-Y-3Ga和Nb-Y-Ce判別圖中,也落入A1型非造山花崗巖區(qū)(圖略)。
圖8 A型花崗巖成因類型判別圖解Fig.8 Diagram showing the genetic type of the A-type granites
4.2 構(gòu)造環(huán)境探討
上綠水橋巖體為A1型非造山花崗巖,在R1-R2圖解中,也顯示非造山的特征,表明其形成與熱點、地幔柱或板內(nèi)裂谷環(huán)境有關(guān)。孫金鳳等[12]認(rèn)為華北板塊東部廣泛發(fā)育一期早白堊世A1型非造山花崗巖,形成于伸展構(gòu)造背景,為華北板塊東部巖石圈強烈減薄的淺部地質(zhì)響應(yīng)。上綠水橋巖體為該期A型花崗巖在吉南地區(qū)的體現(xiàn),與該期其他A型花崗巖體應(yīng)形成于統(tǒng)一的伸展構(gòu)造環(huán)境。
復(fù)縣和蒙陰等地的金伯利巖中的金剛石及其中的礦物包裹體資料顯示,該金伯利巖形成時(約470 Ma)具有大約200km厚的巖石圈[13-14]。然而,華北東部新生代玄武巖中的幔源包體研究獲得的巖石圈厚度在100km左右[15],表明華北板塊東部發(fā)生了近100km的巖石圈減薄。而且?guī)r石圈性質(zhì)由古老、低密度、冷、難熔和同位素富集的巖石圈地幔轉(zhuǎn)變?yōu)槟贻p、高密度、熱和同位素虧損的巖石圈地幔[13]。減薄的主要機制有熱-化學(xué)侵蝕和拆沉作用。關(guān)于巖石圈減薄的時限問題,吳福元等[16]根據(jù)華北板塊東部強烈的巖漿、構(gòu)造、成礦事件,認(rèn)為120~130Ma的早白堊世為巖石圈減薄的最大時期。巖石圈減薄,軟流圈上涌,底侵到地殼深部、參與到花崗巖的成巖過程中,或為地殼物質(zhì)的熔融提供熱或流體,導(dǎo)致地殼發(fā)生改變,廣泛發(fā)育巖漿活動、成礦作用和伸展構(gòu)造。
華北板塊東部中生代成礦大爆發(fā),其最重要的礦床類型為金礦床。楊進輝等[17]對不同地區(qū)的金礦床進了年代學(xué)和成因研究,認(rèn)為均形成于125Ma左右,且在形成過程中,發(fā)生過地殼尺度的大規(guī)模流體循環(huán),具有大規(guī)模的熱異常。
華北板塊東部晚中生代伸展構(gòu)造分布廣泛,變質(zhì)核雜巖、拆離斷層、斷陷盆地及同構(gòu)造花崗巖等廣泛發(fā)育。劉俊來等[18]、王濤等[19]從華北板塊及周邊的變質(zhì)核雜巖(遼南變質(zhì)核雜巖、小秦嶺變質(zhì)核雜巖、醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖)等伸展構(gòu)造入手,查明伸展構(gòu)造變形對地殼及巖石圈減薄的貢獻,認(rèn)為變質(zhì)核雜巖等伸展構(gòu)造為巖石圈減薄的淺部地質(zhì)響應(yīng)。林偉等[20]根據(jù)遼東半島的拆離斷層、斷陷盆地及變質(zhì)核雜巖,總結(jié)了遼東半島的伸展構(gòu)造特征,認(rèn)為華北板塊巖石圈減薄的地殼響應(yīng)可分為侏羅紀(jì)的弱伸展和白堊紀(jì)的強伸展兩個階段。朱光等[21]對華北克拉通東部早白堊世伸展盆地進行了研究,認(rèn)為巖石圈減薄以拆沉機制為主。
A型花崗巖形成于伸展構(gòu)造背景,在引張環(huán)境下,壓力降低有利于巖石的熔融,同時巖石圈減薄、深部高溫的軟流圈或地幔物質(zhì)上涌,加熱地殼物質(zhì)而進一步熔融。上綠水橋巖體的晶洞構(gòu)造具有較高的溫度要求,為深部高溫物質(zhì)上涌的結(jié)果。深部高溫物質(zhì)的上涌為A型花崗巖的形成提供了熱源,因此認(rèn)為上綠水橋巖體是華北東部巖石圈減薄在吉南地區(qū)的淺部地質(zhì)響應(yīng)。
1)上綠水橋巖體形成于(117.8±2.3)Ma,屬早白堊世侵入體。
2)上綠水橋巖體具有高硅、富堿、高TFeO/MgO、富鉀、低CaO和TiO2的特征,為準(zhǔn)鋁質(zhì)到過鋁質(zhì);強烈的負(fù)銪異常,具有海鷗型球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分模式;虧損P、Ti、Ba、Sr、Nb、Ta,富集K、Rb、Th等親石元素及HFS(Zr、Hf),為鋁質(zhì)A型花崗巖。
3)巖體具有較低的Ce/Nb、Y/Nb、Yb/Ta值,為A1型非造山花崗巖,是華北板塊東部巖石圈減薄在吉南地區(qū)的淺部地質(zhì)響應(yīng)。
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Geochemical Characteristics and Tectonic Significance of the Shanglüshuiqiao Aluminous A-Type Granites Intrusive in the Ji’an Area,Jilin Province
Qin Ya1,Liang Yi-h(huán)ong1,Hu Zhao-chu2,F(xiàn)eng Jian1,Song Zhi-tao1,Li Min1
1.College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130061,China 2.State Key Laboratory of Geological Process and Mineral Resource,China University of Geosciences,Wuhan 430074,China
The Shanglüshuiqiao instrusion exposed in Ji’an area of Jilin Province mainly consists of miarolitic K-feldspar granite.The granites in the Shanglüshuiqiao instrusion are characterized by high SiO2(75.94%-76.34%)and TFeO/MgO value(39.6-66.1),enrichment in alkali(ALK=8.29%-9.63%)and K(K2O=5.14%-5.20%,K2O/Na2O=1.47-1.68),low CaO and TiO2.On the primitive mantle-normalized spider diagrams,the granites show positive K,Rb and Th anomalies and negative Ba,Sr,Ti,Nb,Ta and P anomalies.Moreover,They have particularly intensive Eu negative anomalies and their chondrite-normalized REE patterns are of the seagull shape.Research on the major and trace elements of these granites indicates that they are aluminous A-type granite.By LA-ICP-MS dating,the Shanglvshuiqiao intrusion was formed in the early Cretaceous(U-Pb age of(117.8±2.3)Ma).The low ratios of Ce/Nb、Y/Nb and Yb/Ta reveal that the instrusion is non-orogenic A1-type granite.They are the shallow geological response of the lithosphere thinning event of the eastern North China plate in the southern Jilin Province.
book=2012,ebook=462
P588.12
A
1671-5888(2012) 04-1076-08
2011-10-14
中國地質(zhì)調(diào)查局項目(1212011120156);吉林省科技廳項目(20090480)
秦亞(1986-),男,博士研究生,主要從事區(qū)域構(gòu)造演化、花崗巖與構(gòu)造環(huán)境研究,E-mail:qinya11111@sohu.com。