砂巖地球化學(xué)特點(diǎn)探索范文

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作者：梁科偉李成祿張立東徐國(guó)戰(zhàn)單位：黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院

測(cè)區(qū)侵入巖非常發(fā)育，分布在研究區(qū)的中、西部（圖1）.出露面積約占研究區(qū)總面積的43%.依據(jù)對(duì)花崗巖巖石類型、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、接觸關(guān)系、空間分布規(guī)律、同位素年齡及地球化學(xué)特征的研究，劃分出寒武紀(jì)侵入雜巖、二疊紀(jì)侵入巖、侏羅紀(jì)侵入巖和白堊紀(jì)侵入巖.寒武紀(jì)侵入雜巖在測(cè)區(qū)內(nèi)出露較少，總體呈北西向分布，是測(cè)區(qū)內(nèi)最古老的變質(zhì)深成侵入巖.二疊紀(jì)侵入巖在測(cè)區(qū)內(nèi)十分發(fā)育，呈北北東向的帶狀展布，東西寬約95km，總面積4955.7km2.巖石類型為二長(zhǎng)花崗巖、鉀長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、堿長(zhǎng)花崗巖、石英二長(zhǎng)巖等.侏羅紀(jì)侵入巖分布在測(cè)區(qū)的中東部，呈東西向分布，以巖株?duì)町a(chǎn)出，總面積27.0km2，巖石類型為中細(xì)粒黑云母花崗閃長(zhǎng)巖.白堊紀(jì)侵入巖分布于研究區(qū)西北部和西南角，總面積68.2km2，巖石類型為中細(xì)粒角閃石花崗閃長(zhǎng)巖髴.

巖石學(xué)特征

諾敏地區(qū)二疊紀(jì)花崗巖主要由二長(zhǎng)花崗巖、鉀長(zhǎng)花崗巖、堿長(zhǎng)花崗巖和花崗閃長(zhǎng)巖等組成，其中以二長(zhǎng)花崗巖與鉀長(zhǎng)花崗巖為主.二長(zhǎng)花崗巖多呈巖株或小巖基產(chǎn)出.巖石為灰白色，細(xì)中粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造.巖石由鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英和少量的黑云母組成.副礦物為鋯石、磷灰石、褐鐵礦和磁鐵礦.鉀長(zhǎng)花崗巖多呈巖株產(chǎn)出，巖石為肉紅色，中粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造.巖石由鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英和黑云母組成.副礦物主要有鋯石、磷灰石和磁鐵礦.

地球化學(xué)特征

對(duì)諾敏地區(qū)二長(zhǎng)花崗巖與鉀長(zhǎng)花崗巖進(jìn)行系統(tǒng)采樣，所采樣品送至國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心分別進(jìn)行主量和微量、稀土元素的測(cè)定.其中全巖主量元素采用儀器為原子吸收分光光度計(jì)，稀土和微量元素采用ICP-MS方法分析，數(shù)據(jù)列于表1、2.

1主量元素

該區(qū)花崗巖中SiO2含量為65.29%~75.86%（其中二長(zhǎng)花崗巖為65.29%~69.16%，鉀長(zhǎng)花崗巖為72.16%~75.86%，含量較高）.K2O含量3.24%~5.66%，且鉀長(zhǎng)花崗巖的K2O含量（4.4%~5.06%）明顯高于二長(zhǎng)花崗巖（3.24%~4.42%）.（K2O+Na2O）含量為7.66%~10.25%.Al2O3含量為11.23%~16.06%.鉀長(zhǎng)花崗巖的Al2O3含量（11.23%~14.65%）明顯低于二長(zhǎng)花崗巖的Al2O3含量（14.48%~16.06%）.樣品A/CNK介于0.98~1.11之間.在ACNK圖解上（圖2），樣品多數(shù)落于過鋁質(zhì)區(qū)，少數(shù)落于準(zhǔn)鋁質(zhì)區(qū)，屬于準(zhǔn)鋁-過鋁質(zhì)巖.Fe、Mg、Ca氧化物含量較低，多貧磷貧鈦，但變化相對(duì)較穩(wěn)定.里特曼指數(shù)σ介于2.17~3.6之間，平均為2.72，為鈣堿性巖系，分異指數(shù)DI為70.47~95.45，且鉀長(zhǎng)花崗巖的DI明顯高于二長(zhǎng)花崗巖，顯示巖石經(jīng)歷了更強(qiáng)的分異演化.總結(jié)以上特點(diǎn)顯示，該地區(qū)花崗巖具有高硅，略富鋁，偏堿，低鎂、鈉，貧鈣的特征.

2稀土、微量元素

本區(qū)花崗巖的稀土元素總量∑REE含量較低，在137.52×10-6~342.25×10-6之間.其中鉀長(zhǎng)花崗巖稀土總量平均值（269.23×10-6）明顯高于二長(zhǎng)花崗巖稀土元素總量平均值（184.71×10-6）.輕稀土相對(duì)富集（其中鉀長(zhǎng)花崗巖∑Ce/∑Y=1.93~5.62，（La/Yb）N=2.79~11.22；二長(zhǎng)花崗巖∑Ce/∑Y=6.1~7.76，（La/Yb）N=11.66~19.40）.輕稀土較重稀土分餾明顯（鉀長(zhǎng)花崗巖（La/Sm）N2.41~4.71，（Gd/Yb）N0.79~1.24；二長(zhǎng)花崗巖（La/Sm）N2.56~4.06，（Gd/Yb）N1.68~2.64），δEu介于0.19~0.66之間，表現(xiàn)出較明顯負(fù)Eu異常.以上特點(diǎn)顯示二者有一定的差異.其中鉀長(zhǎng)花崗巖的稀土配分曲線較二長(zhǎng)花崗巖相對(duì)平緩，且重稀土元素明顯偏高于二長(zhǎng)花崗巖，Eu負(fù)異常弱于二長(zhǎng)花崗巖.總體表明源區(qū)殘留相中斜長(zhǎng)石結(jié)晶分離作用均較好.稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線（圖3）總體呈現(xiàn)左高右低的右傾型，反映了輕稀土較富集、Eu較強(qiáng)烈虧損的特征.在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖（圖4）上，Rb、Th、K、Nd、Cs、Sm明顯富集，Hf弱富集，而U、Nb、Sr、P、Ti、Eu明顯虧損，Ta、Zr有弱虧損，且鉀長(zhǎng)花崗巖與二長(zhǎng)花崗巖有細(xì)微差別.鉀長(zhǎng)花崗巖Ba明顯虧損，而二長(zhǎng)花崗巖則顯示虧損與富集兩種趨勢(shì)，Sr也有同樣的特征.總體顯示巖漿演化過程中長(zhǎng)石類礦物或Fe-Ti氧化物等礦物有強(qiáng)烈結(jié)晶分異作用，但分異過程中個(gè)別元素在不同巖性中的富集、虧損形式有差異.

討論

1花崗巖的源區(qū)組成

諾敏地區(qū)花崗巖屬于典型的高鉀鈣堿性巖石系列（圖5）.巖石地球化學(xué)特征總體表現(xiàn)出富Si、富堿質(zhì)和低Mg貧Ca的特點(diǎn)，總體基本符合S型花崗巖的特點(diǎn).稀土元素總量∑REE含量較低，在137.52×10-6~342.25×10-6之間，平均值為227×10-6，明顯低于A型花崗巖的∑REE平均值，與S型花崗巖的∑REE基本一致，在ACF圖解中（圖6）亦均落入S型花崗巖區(qū).王德滋等研究表明，Rb和K有相似的地球化學(xué)性質(zhì).在地球演化初期，隨著殼幔的分離和地殼的演化，Rb會(huì)富集于成熟度高的地殼中.Sr和Ca有相似的地球化學(xué)行為，在成熟度低、演化不充分的地殼中富集.因此，Rb/Sr比值能較好的記錄物質(zhì)的性質(zhì).Taylor認(rèn)為，地球演化過程中K和Rb不斷向上遷移進(jìn)入硅鋁層，所以上地幔越來越虧損K和Rb，Sr主要富集在斜長(zhǎng)石中代替Ca.

因此，花崗巖的Rb/Sr比值高，一方面說明巖漿演化程度很高，另一方面說明源巖可能主要來自地殼.據(jù)Taylor的資料計(jì)算，整個(gè)陸殼的Rb/Sr比值平均值約為0.24.本區(qū)花崗巖Rb/Sr比值范圍在0.05~2.58，平均值為1.09，遠(yuǎn)高于整個(gè)陸殼的平均值，且本區(qū)缺少同源的中基性巖漿活動(dòng).這些特點(diǎn)說明諾敏地區(qū)花崗巖體可能形成于地殼物質(zhì)的部分熔融.研究表明，不同的源區(qū)物質(zhì)部分熔融形成的熔體往往具有不同的組成特征.一般說來，云母類礦物較之角閃石具有相對(duì)高的K、Rb、Cs等堿金屬元素，而角閃石則相對(duì)富Mg、Na以及Ca、Ba等堿土金屬.由角閃石脫水熔融形成的熔體通常富Na、Ca，并具有較低的K2O/Na2O比值，而由云母類礦物脫水形成的熔體則富含Rb、Cs并具有較高的K2O/Na2O比值.又由于白云母相對(duì)于黑云母富Al而貧Fe、Mg，在脫水熔融反應(yīng)中通常形成強(qiáng)過鋁質(zhì)的熔體，黑云母脫水熔融形成的熔體則具有較寬的組成范圍（準(zhǔn)鋁質(zhì)至強(qiáng)過鋁質(zhì)）.結(jié)合諾敏地區(qū)花崗巖體多呈準(zhǔn)鋁質(zhì)至過鋁質(zhì)的組成特征、具有較高的SiO2（65.29%~75.86%）和Rb、K、Cs含量以及相對(duì)高的K2O/Na2O（平均值為1.14）比值，認(rèn)為其源區(qū)中可能含有相當(dāng)比例的黑云母，推斷其源巖可能為變雜砂巖和變中性火山巖.

2構(gòu)造環(huán)境討論

諾敏地區(qū)二疊紀(jì)花崗巖在R1-R2（圖7）構(gòu)造關(guān)系圖解上投點(diǎn)較集中，主要落在同碰撞期與造山晚期、非造山的花崗巖的交界處.而在微量元素Rb-（Yb+Nb）（圖8）和Rb-（Yb+Ta）（圖9）構(gòu)造關(guān)系判別圖解上，則多落在火山弧花崗巖區(qū)，樣品基本全部投影于后碰撞花崗巖區(qū)域［21-23］（即同碰撞、火山弧及板內(nèi)花崗巖交界處），與R1-R2構(gòu)造關(guān)系圖解的結(jié)果一致.綜合說明諾敏地區(qū)花崗巖可能形成于主碰撞之后的陸內(nèi)碰撞環(huán)境.由于大興安嶺地區(qū)的額爾古納地塊與興安地塊的拼合已于480Ma前完成，而在興安地塊與松嫩地塊的接觸部位上分布有大面積的291.5~351Ma之間的花崗巖，說明該兩地塊的拼合時(shí)間應(yīng)發(fā)生在晚古生代末期.諾敏地區(qū)二長(zhǎng)花崗巖、鉀長(zhǎng)花崗巖時(shí)間上也形成于252～292Ma髴之間，空間上則位于興安地塊中.綜合分析額爾古納、興安、松嫩地塊的拼合時(shí)間，說明諾敏地區(qū)的花崗巖有可能為興安地塊與松嫩地塊接觸碰撞造山過程的后碰撞階段經(jīng)地殼物質(zhì)部分熔融而形成.

結(jié)論

（1）諾敏地區(qū)花崗巖的巖石類型以二長(zhǎng)花崗巖、鉀長(zhǎng)花崗巖為主，屬于高鉀鈣堿性系列，準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)巖，巖石屬于S型花崗巖.

（2）諾敏地區(qū)花崗巖的微量和稀土元素特征顯示，稀土元素總量相對(duì)較低，輕稀土元素富集，輕重稀土分餾明顯，有明顯的負(fù)Eu異常.微量元素顯示富集Rb、Th、K、Nd、Cs和虧損U、Nb、Sr、P、Ti等元素，顯示巖漿演化過程中存在長(zhǎng)石類礦物或Fe-Ti氧化物等礦物的強(qiáng)烈結(jié)晶分異作用.

（3）諾敏地區(qū)花崗巖可能形成于地殼物質(zhì)的部分熔融，其源巖可能為變雜砂巖和變中性火山巖.

（4）諾敏地區(qū)花崗巖形成于后碰撞的構(gòu)造環(huán)境.興安地塊與松嫩地塊的接觸部位上大面積分布的291.5~351Ma之間的花崗巖，說明兩地塊拼合后的接觸碰撞造山階段的后碰撞時(shí)期是該區(qū)花崗巖形成的主要構(gòu)造背景.