砂巖地球化學(xué)特點探索范文

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

測區(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，劃分出寒武紀侵入雜巖、二疊紀侵入巖、侏羅紀侵入巖和白堊紀侵入巖.寒武紀侵入雜巖在測區(qū)內(nèi)出露較少，總體呈北西向分布，是測區(qū)內(nèi)最古老的變質(zhì)深成侵入巖.二疊紀侵入巖在測區(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.巖石類型為二長花崗巖、鉀長花崗巖、花崗閃長巖、堿長花崗巖、石英二長巖等.侏羅紀侵入巖分布在測區(qū)的中東部，呈東西向分布，以巖株狀產(chǎn)出，總面積27.0km2，巖石類型為中細粒黑云母花崗閃長巖.白堊紀侵入巖分布于研究區(qū)西北部和西南角，總面積68.2km2，巖石類型為中細粒角閃石花崗閃長巖髴.

巖石學(xué)特征

諾敏地區(qū)二疊紀花崗巖主要由二長花崗巖、鉀長花崗巖、堿長花崗巖和花崗閃長巖等組成，其中以二長花崗巖與鉀長花崗巖為主.二長花崗巖多呈巖株或小巖基產(chǎn)出.巖石為灰白色，細中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造.巖石由鉀長石、斜長石、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.鉀長花崗巖多呈巖株產(chǎn)出，巖石為肉紅色，中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造.巖石由鉀長石、斜長石、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

對諾敏地區(qū)二長花崗巖與鉀長花崗巖進行系統(tǒng)采樣，所采樣品送至國家地質(zhì)實驗測試中心分別進行主量和微量、稀土元素的測定.其中全巖主量元素采用儀器為原子吸收分光光度計，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%（其中二長花崗巖為65.29%~69.16%，鉀長花崗巖為72.16%~75.86%，含量較高）.K2O含量3.24%~5.66%，且鉀長花崗巖的K2O含量（4.4%~5.06%）明顯高于二長花崗巖（3.24%~4.42%）.（K2O+Na2O）含量為7.66%~10.25%.Al2O3含量為11.23%~16.06%.鉀長花崗巖的Al2O3含量（11.23%~14.65%）明顯低于二長花崗巖的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)落于準鋁質(zhì)區(qū)，屬于準鋁-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，且鉀長花崗巖的DI明顯高于二長花崗巖，顯示巖石經(jīng)歷了更強的分異演化.總結(jié)以上特點顯示，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.其中鉀長花崗巖稀土總量平均值（269.23×10-6）明顯高于二長花崗巖稀土元素總量平均值（184.71×10-6）.輕稀土相對富集（其中鉀長花崗巖∑Ce/∑Y=1.93~5.62，（La/Yb）N=2.79~11.22；二長花崗巖∑Ce/∑Y=6.1~7.76，（La/Yb）N=11.66~19.40）.輕稀土較重稀土分餾明顯（鉀長花崗巖（La/Sm）N2.41~4.71，（Gd/Yb）N0.79~1.24；二長花崗巖（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Eu異常.以上特點顯示二者有一定的差異.其中鉀長花崗巖的稀土配分曲線較二長花崗巖相對平緩，且重稀土元素明顯偏高于二長花崗巖，Eu負異常弱于二長花崗巖.總體表明源區(qū)殘留相中斜長石結(jié)晶分離作用均較好.稀土元素標準化配分曲線（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較強烈虧損的特征.在原始地幔標準化微量元素蛛網(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，且鉀長花崗巖與二長花崗巖有細微差別.鉀長花崗巖Ba明顯虧損，而二長花崗巖則顯示虧損與富集兩種趨勢，Sr也有同樣的特征.總體顯示巖漿演化過程中長石類礦物或Fe-Ti氧化物等礦物有強烈結(jié)晶分異作用，但分異過程中個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，總體基本符合S型花崗巖的特點.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認為，地球演化過程中K和Rb不斷向上遷移進入硅鋁層，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的資料計算，整個陸殼的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，遠高于整個陸殼的平均值，且本區(qū)缺少同源的中基性巖漿活動.這些特點說明諾敏地區(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高的K、Rb、Cs等堿金屬元素，而角閃石則相對富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.又由于白云母相對于黑云母富Al而貧Fe、Mg，在脫水熔融反應(yīng)中通常形成強過鋁質(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（準鋁質(zhì)至強過鋁質(zhì)）.結(jié)合諾敏地區(qū)花崗巖體多呈準鋁質(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含量以及相對高的K2O/Na2O（平均值為1.14）比值，認為其源區(qū)中可能含有相當比例的黑云母，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)二疊紀花崗巖在R1-R2（圖7）構(gòu)造關(guān)系圖解上投點較集中，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間應(yīng)發(fā)生在晚古生代末期.諾敏地區(qū)二長花崗巖、鉀長花崗巖時間上也形成于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花崗巖、鉀長花崗巖為主，屬于高鉀鈣堿性系列，準鋁質(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，稀土元素總量相對較低，輕稀土元素富集，輕重稀土分餾明顯，有明顯的負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石類礦物或Fe-Ti氧化物等礦物的強烈結(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期是該區(qū)花崗巖形成的主要構(gòu)造背景.