西昆仑北坡恰尔隆一带花岗岩类地球化学特征及构造背景初论.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第24卷 第1期 2009年3月 西 南 科 技 大 学 学 报 Journal of SouthwestUniversity of Science and Technology Vol . 24 No. 1 Mar . 2009 收稿日期 2007 - 12 - 05 基金项目新疆维吾尔族自治区人民政府项目办公室资助XJQDZ2006 - 18。 作者简介崔春龙1958 - ,男,博士,教授,主要从事沉积学及非金属矿产开发利用方面的教学与科研工作。E - mail ccl5811yahoo. com. cn。 西昆仑北坡恰尔隆一带花岗岩类地球 化学特征及构造背景初论 崔春龙 1 范飞鹏 2 李 源 1 杨恒书 1 1. 西南科技大学环境与资源学院 四川绵阳 621010; 2.国土资源部南京地质矿产研究所 江苏南京 210010 摘要通过对西昆仑北坡恰尔隆一带花岗岩的常量元素、 稀土元素及微量元素成分进行分析和对比研究,对花岗岩 的成因及形成的构造环境进行了综合判别。提出西昆仑北坡恰尔隆一带岩浆岩为钙碱性强过铝质花岗岩 S 型花 岗岩 , 具有相似的岩浆源和演化过程,花岗岩形成环境长期处于不稳定状态,总体属造山花岗岩,主要形成于板块 碰撞前、 造山晚期和同碰撞时期,并且遭受过挤压和拉张等的作用。 关键词花岗岩 地球化学 构造 西昆仑 中图分类号 P595; P588. 12 1 文献标识码A 文章编号 1671 - 87552009 01 - 0048 - 08 Si mple Research for Characteristics of Geochem ical and Structural Environment in the Qia Erlong Region ofW est Kunlun CU IChun2long 1 , FAN Fei2peng 2 , L I Yuan 1 , YANG Heng2shu 1 1.School of Environm ental Engineering and Resources, Southwest University of Science and Technology, M ianyang621010, Sichuan, China;2. Nanjing Institute of Geology and M ineral Resources, CAGS, N anjing210010, Jiangsu, China AbstractThis paper compared and analyzed the compositistion of the granitic nor mal weight, rare2earth and trace elements in the Qia Erlong of Xinjiang, which is used to judge the origin and structure environ2 ment of granitic. And the granitic is the magmatic rock of calc2alkali and Strong Peraluminous graniticS 2type granitic in theQia Erlong rigion of the north alope ofwest Kunlun, which has the similaritiesof the elemental and evolutionary process . The environmentof granite ation is al ways instable, which isorge2 netic granitic, and suffering squeezing and tensile action. Key words Granite; Geochemical; Structural; The west Kunlun 西昆仑北坡恰尔隆地区是我国地质、 矿产研究程度最低的地区之一。其基础地质研究已远远不能满足 生产的需要,尤其在花岗岩形成的构造环境和成因等问题研究方面。根据近年来最新研究成果表明在岩浆 岩成因和构造环境方面也存在着不同的看法。主要有以下几种恰尔隆地区属西昆仑北缘早古生代岛弧带, 为I型花岗岩,是下地壳部分熔融和冷凝结晶产物 [1, 2 ] ;侵入岩主体为地幔同熔成因,形成于碰撞前消减板块 边缘环境 [3] ;加里东期花岗岩是岛弧花岗岩 [4] ;加里东早期花岗岩形成于火山弧环境,加里东中期相当于中 奥陶世花岗岩形成于碰撞后隆起环境,华力西期侵入岩形成于岛弧环境 [5 - 9] ;地球化学特征与岛弧及碰撞 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 带花岗岩相似 [10 ] ,为幔源型 [11]。本文旨在通过对西昆仑北坡条件艰苦地区恰尔隆一带花岗岩的主量、 微量 和稀土元素进行初步研究,探讨其成因及构造环境。 1 研究区地质特征 恰尔隆地区花岗岩均为侵入岩,位于新疆喀什市克孜勒苏柯尔克孜自治州阿克陶县与喀什地区塔什库 尔干县的交接部位,出露面积大于620 km 2。总体在整个大区域上呈 NW - SE向展布。 西昆仑复合造山带由北向南可分为多个构造单元 [1 - 2, 12 - 13 ] ,恰尔隆地区属塔里木板块,纵跨二个三级构 造单元,处于其中的西北昆仑古生代复合沟弧带和西中昆仑地块交接部位图 1 。 研究区出露的地层主要为中元古界长城系和奥 陶系 志留系图 2 。长城系变质岩有深灰 灰黑 色角闪云母石英片岩、 云母石英片岩、 石榴云母片岩 夹少量斜长角闪片岩及灰白色 深灰色厚层 块 状大理岩等;地层总体呈现近南北向分布,根据笔者 实际调查,原始沉积面理 S 0已大多被后期区域变 质作用所改造而普遍发育S1及S2面理;奥陶 志 留系与长城系间呈断裂接触,岩性为灰 深灰色千 枚状粉砂质板岩夹薄层状变质粉砂岩及少量结晶灰 岩;石炭系 二叠系主要为粉砂岩、 杂砂岩,岩性为 极低级变质相的灰 深灰色砂岩、 粉砂岩及灰黑色 含炭质、 粉砂质板岩的复理石建造,中夹少量含海百合生物碎屑灰岩及石英质砾岩。 区域内海西期和印支期岩浆活动频繁 [2]。研究区岩浆岩岩性复杂 ,以复合岩基、 岩株、 岩脉、 岩枝等 形式产出。关于岩浆岩期次划分,目前的认识尚不一致。本文认为岩浆活动与晋宁期、 加里东期、 晚华力 早印支期、 晚印支期、 燕山期及喜马拉雅期等构造地质事件关系密切。岩性以中酸性岩为主,岩性主要有片 麻状花岗岩、 二长花岗岩、石英闪长岩、 二长岩和花岗二长岩,同时还有花岗伟晶岩、 细粒花岗岩、 闪长岩 和辉长辉绿岩脉侵入到岩体内部及接触带附近。岩体与围岩呈穿切或顺层侵入接触,沿接触面常分布有 蚀变石榴云母石英片岩透镜体等。 研究区内出露的岩浆岩主要有晋宁期、 晚加里东期、 晚华力西 早印支期、 燕山期及喜马拉雅期侵入岩。 晋宁期岩体变形强烈,岩石类型为浅灰色粗粒黑云母片麻状花岗岩或花岗片麻岩 , 区内以岩基形式侵位 于长城系地层中。晚加里东期岩体分布在近NS向库科西力克断裂以东和空巴克断裂之间分布,主要岩石 类型为蚀变石英闪长岩,因遭受较强的动力变质作用,呈现为浅灰 深灰色片理化糜棱岩化石英闪长岩, 94 第1期 崔春龙,等西昆仑北坡恰尔隆一带花岗岩类地球化学特征及构造背景初论 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 岩体的产出形态为较大型岩株,地面分布呈南北向长垣状,侵位于奥陶 志留系变质岩中。晚华力西期 早 印支期岩体分布于研究区中、 东部,呈岩基形式产出,该期岩浆活动具有多序次性,最早期岩体为深灰 灰黑 色蚀变闪长岩,而后呈现大规模侵位的是绿灰 浅绿灰色蚀变石英闪长岩或石英二长岩,更晚期的是深灰 暗绿色细晶闪长岩及粗晶 伟晶闪长岩局部地方有斜长伟晶岩脉。燕山期岩体分布于研究区中部偏西 部位岩石类型为浅灰 灰白色黑云母二长花岗岩或花岗二长岩,呈岩株状产出,岩体侵位围岩有奥陶 志留 系地层及晚华力西期 早印支期杂岩体,该期岩浆活动穿侵闪长岩体,并在岩体边缘出现较多深色闪长岩俘 虏体或塌陷角砾岩或集块岩,局部地带出现隐爆角砾岩。喜马拉雅期岩体多为暗绿灰色辉长岩、 辉绿岩和浅 灰 灰白色石英斑岩或细晶岩等,多呈岩脉产出,且多沿断裂带分布,该期岩体侵位于各时代地层及燕山期 二长花岗岩中体中。 区域内断裂发育,主要呈NW向或NNW向展布,其中规模较大的有康西瓦断裂、 大红柳滩断裂、 布伦口 断裂、 喀喇昆仑断裂、 塔什库尔干断裂和库什拉甫断裂等,沿上述断裂两侧分布有较多岩浆岩,表明这些断裂 对区域内岩浆岩和矿床有控制作用。研究区发育SN向、 发育有NE - S W向、NW - SE向、 及EW向等多组 断裂构造,靠近SN向断裂附近明显可见花岗质脉体穿插及基性岩脉发育。 2 样品采集与测试 样品均采自较为新鲜的岩体中, 1、2、3号样品分别采自晚加力东期岩体中, 4、5、6、7号样品采自晚华力 西期多个序次岩体,岩性由闪长岩到花岗岩均有, 8号岩体采自燕山期的花岗岩体中, 9号样品采自晋宁期岩 体。样品加工测试均在国土资源部成都矿产资源监督检测中心完成。 3 常量元素特征 恰尔隆地区花岗岩的主量元素分析数据见表1。 表1 恰尔隆地区花岗岩的主量元素wB / 分析数据 Table 1 Contents of normal elements in Qia Erlong region w B / 样品 123456789 片麻状花岗岩闪长岩石英闪长岩闪长岩花岗岩闪长岩正长岩闪长岩花岗闪长岩 SiO270. 561. 765. 8959. 8972. 1861. 4962. 7759. 5666. 63 TiO20. 30. 550. 470. 560. 160. 750. 470. 760. 47 Al2O314. 6817. 3917. 2317. 6214. 6115. 617. 3616. 8915. 9 FeO22. 512. 161. 550. 371. 870. 472. 941. 48 Fe2O33. 224. 880. 885. 461. 526. 13. 725. 153. 85 MgO0. 732. 171. 632. 40. 513. 080. 971. 821. 36 MnO0. 050. 0750. 0430. 0840. 0290. 10. 0660. 080. 056 CaO2. 554. 64. 635. 661. 733. 093. 675. 022. 97 Na2O3. 313. 326. 263. 664. 164. 534. 394. 024. 51 K2O4. 063. 440. 622. 513. 82. 886. 554. 71. 31 P2O50. 050. 170. 140. 170. 0080. 310. 0930. 240. 2 LO I0. 81. 51. 981. 41. 061. 661. 110. 841. 68 ToTal100. 2599. 8199. 7699. 499. 7799. 6101. 1699. 0898. 93 A /CNK1. 481. 531. 51. 491. 511. 491. 191. 231. 81 ALK7. 376. 766. 886. 177. 967. 4110. 948. 725. 82 σ1. 982. 442. 072. 252. 172. 976. 054. 591. 43 AR2. 491. 891. 921. 722. 92. 313. 172. 321. 89 注 a.分析单位国土资源部成都矿产资源监督检测中心; b.ALKNa2O K2O;σ ALK 2 / Si O2- 43 ;AR Al2O3 CaO ALK / Al2O3CaO -ALK 由表1可以看出,研究区花岗岩的主元素组成具有以下特点①SiO2、K2O含量低于中国花岗岩类元素 丰度值 [14 ] ,而Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、TiO2和Na2O均大于中国花岗岩类元素丰度值。具有富硅富铝富镁 05 西 南 科 技 大 学 学 报 第24卷 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 铁富钙的特点,显然经历了较大程度的结晶分异,铝过饱和指数A /CN K为1. 19～1. 81,平均1. 47,属强过 铝质花岗岩;② 里特曼指数σ为1. 43～6. 05,平均2. 88,碱度率AR为1. 72～3. 17,属钙碱性系列图3 ;③ 除8号样品外,其余样品Na2O含量均大于K2O, K2O /Na2O为0. 1～1. 49,平均0. 84。研究表明,在地壳演化 的不同阶段花岗质岩石K2O和Na2O含量将发生规律性的变化 [15 ]。Na 2O含量普遍高于K2O含量,反映了 花岗岩层的新生性和不成熟特点,这说明洋壳在俯冲作用等一系列复杂的过程中受到改造,向过渡壳演化。 图4为全碱 硅TAS分类图解。由图可知,研究区测试数据除一个落在正长岩区内,其余落在石英闪 长岩、 花岗闪长岩和碱性花岗岩区。这表明研究区内岩体以中酸性岩为主。利用ACF图解来判别该区大多 数花岗岩成因为“S” 型花岗岩图 6 。 在Harker图解图 5 中,恰尔隆一带花岗岩的Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、MnO、P2O5、TiO2含量与SiO2含 量呈明显的负相关关系,而Na2O和K2O与Si O2含量没有明显的相关性。这说明在岩浆的演化过程中有富 铝矿物、 铁镁矿物、 斜长石、 磷灰石、 含钛矿物等结晶,从而使恰尔隆一带花岗岩最后富硅铝碱。 岩石常量元素判别花岗岩形成的构造环境结果表明图7 ,区内花岗岩样品投点几乎落在岛弧花岗岩 类 I AG、 大陆弧花岗岩类CAG和大陆碰撞花岗岩类CCG混合区,属造山花岗岩类。 15 第1期 崔春龙,等西昆仑北坡恰尔隆一带花岗岩类地球化学特征及构造背景初论 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 依据Bechelor等1985在判断构造环境的R1 - R2图解图 8 上,所有的点主要投在Pre - Plate Colli2 sion 板块碰撞前、Late - Orogenic造山晚期和Syn - Collision同碰撞区。这同样说明研究区的花岗岩形 成环境复杂,主要形成于板块碰撞前、 造山晚期和同碰撞时期。根据上述常量元素特征,表明研究区内花岗 岩经历了较大程度的结晶分异,主要为钙碱性强过铝质花岗岩 S 型花岗岩。其构造环境长期处于不稳定 状态,从洋 洋碰撞、 洋 陆碰撞到陆 陆碰撞的各种环境均有表现,总体属造山花岗岩。 4 稀土元素特征 球粒陨石标准化稀土元素分布模式如图9和表2所示。 稀土元素总量较高,w∑REE为91. 4010 - 6 ～359. 7410 - 6 ,平均值为197. 2010 - 6 ,总体大于中 国地壳丰度值 [16 ] ;轻稀土元素富集,wΣLREE为81. 510 - 6 ～331. 010 - 6 ,平均值为180. 3010 - 6 , LREE内部分异较明显,wLa /wYb N为3. 79～11. 72,说明有斜长石的结晶,重稀土元素亏损,w ΣHREE为9. 9310 - 6 ～28. 7910 - 6 ,平均值为16. 910 - 6 ,wLREE /wHREE为7. 55～15. 76,平 均值为10. 50;所有样品具有中等的铕异常,δEU0. 25～0. 36, La/Yb N为9. 93～28. 79,表明轻重稀土元 素分离程度较高。研究区不同种类花岗岩稀土配分曲线形式基本一致,均表现为左高右平型曲线,表明它们 具有相似岩浆源和演化过程。 表2 恰尔隆一带花岗岩的稀土元素wB/10 - 6分析数据 Table 2 Contents of rare earth elements in Qia Erlong region wB/10- 6 样品 123456789 片麻状花岗岩闪长岩石英闪长岩闪长岩花岗岩闪长岩正长岩闪长岩花岗闪长岩 La43. 628. 32433. 422. 764. 580. 383. 962. 6 Ce55. 144. 945. 850. 932. 798. 210713382 Pr6. 86. 657. 947. 644. 3214. 514. 319. 810. 8 Nd23. 526. 33430. 417. 658. 452. 277. 438. 5 Sm3. 724. 636. 345. 363. 2210. 58. 2213. 15. 76 Eu1. 091. 551. 341. 720. 933. 182. 393. 81. 97 Gd3. 473. 634. 554. 132. 587. 886. 9210. 15. 11 Tb0. 580. 630. 830. 770. 51. 341. 031. 620. 7 Dy3. 023. 384. 23. 982. 666. 354. 897. 183. 08 Ho0. 650. 680. 840. 820. 581. 260. 971. 420. 58 Er1. 961. 942. 362. 361. 593. 482. 763. 931. 62 Tm0. 320. 290. 360. 350. 250. 50. 410. 550. 21 Yb2. 241. 952. 342. 251. 563. 182. 643. 521. 31 Lu0. 330. 280. 330. 310. 210. 460. 380. 470. 18 ∑REE146. 38125. 11135. 23144. 3991. 4273. 73284. 41359. 74214. 42 LREE/ HREE10. 658. 797. 558. 658. 210. 213. 2211. 515. 76 Eu30. 30. 380. 250. 360. 320. 350. 320. 330. 36 注分析单位国土资源部成都矿产资源监督检测中心。 25 西 南 科 技 大 学 学 报 第24卷 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 吴泰然1995比较了挤压与拉张环境的稀土元素分布特征得出,拉张环境中花岗岩的Gd/Lu值一般在 15～20之间,而挤压环境中花岗岩的Gd/Lu值一般在8～12之间。区内花岗岩Gd/Lu值在10. 52～28. 39 之间,分布域较宽,表明研究区内花岗岩均遭受过拉张和挤压等构造环境。 5 微量元素特征 由表3可知,该区花岗岩的大离子亲石元素 Rb 、Sr、 Ba 浓度变化较大,wRb为14. 6310 - 6 ～ 232. 3610 - 6 ,wSr大多为0,wBa为32. 2410 - 6 ～1540. 5310 - 6 ;非活动性元素 Nb 、Ta、Zr、 Hf 总 体浓度较低,wNb为5. 8710 - 6 ～20. 2710 - 6 ,wTa大多为0,少量为3. 610 - 6 ～9. 8310 - 6 ,w Zr为24. 0610 - 6 ～256. 8810 - 6。 表3 恰尔隆一带花岗岩的微量元素wB/10 - 6分析数据 Table 3 Contents of trace earth elements in Qia Erlong region w B/10 - 6 样品 123456789 片麻状花岗岩闪长岩石英闪长岩闪长岩花岗岩闪长岩正长岩闪长岩花岗闪长岩 Sc00000000. 110 V34. 7973. 1763. 5888. 7714. 3994. 1747. 3686. 9729. 39 Cr141. 63105. 3756. 79122. 4769. 176. 6345. 1687. 58100. 58 Co5. 154. 5706. 3207. 264. 364. 91. 96 Ni12. 6215. 7713. 4114. 26. 711. 8321. 29158. 68 Ga14. 1316. 3717. 1114. 8814. 1316. 3716. 3715. 6217. 11 Ge3. 120. 422. 220. 9700000 Rb179. 22108. 8114. 6381. 38124. 36139. 9232. 26108. 8143. 89 Sr197. 02572. 46283. 27647. 72414. 34558. 93828. 68972. 43512. 43 Y20. 4717. 3218. 919. 6914. 9628. 3523. 6231. 513. 39 Zr116. 23154. 7224. 06140. 66142. 14168. 79256. 88245. 04220. 61 Nb11. 885. 8720. 276. 996. 516. 0813. 9820. 2716. 08 Ba344. 83858. 0432. 24670. 85698. 61583. 071540. 531477. 83241. 83 Ta9. 830000012. 2803. 6 Pb1364. 0597. 4761. 2794. 6993. 7669. 6247. 34110. 47 Th23. 734. 2222. 857. 384. 3917. 5821. 092. 917. 58 注分析单位国土资源部成都矿产资源监督检测中心。 对不同构造环境中酸性侵入岩地球化学特征的广泛研究表明,在很多情况下,微量元素可被用作确定岩 浆侵入的构造环境的判别标志。在微量元素蜘蛛网图图 10 上,岩石明显富集大离子亲石元素,特别是 Rb、Th。除个别样品外,有Ba、Nb、Sr相对亏损。在Pearce等的wY -wNb和wRb -wY Nb花 岗岩构造环境判别图图 11 上,该区的花岗岩主要落入火山弧花岗岩区内。 35 第1期 崔春龙,等西昆仑北坡恰尔隆一带花岗岩类地球化学特征及构造背景初论 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 6 几点认识 通过对该区花岗岩的常量元素、 微量元素包括稀土元素的研究,我们得到以下几点认识 1研究区地球化学特征明显,花岗岩经历了较大程度的结晶分异,主要为钙碱性强过铝质花岗岩 S 型花岗岩。构造环境属造山花岗岩,并向过渡壳转换,表现出花岗岩层的新生性质和不成熟特点。 2稀土元素具明显呈左高右平型,轻稀土富集,重稀土亏损,具有中等的铕异常δEU0. 25～0. 36 , 说明有斜长石的结晶,同时反映出具有相似岩浆源和演化过程,遭受过拉张和挤压等作用的环境。 3微量元素特征清楚,表现出研究区花岗岩形成于火山弧时期。 参考文献 [1] 董永观,郭坤一,肖惠良,等.西昆仑地区成矿远景[J ].中国地质, 2003, 302 173～178. DONG Yong2guan, GUO Kun2yi, XI AO Hui2liang, et al . Ore Prospectsof theWest KunlunArea inWestern China[J ]. Geolo2 gy in China, 2003, 302 173～178. in Chinese [2] 董永观,郭坤一,廖圣兵,等.新疆西昆仑科库西里克铅锌矿床地质及元素地球化学特征[J ].地质学报, 2006, 11, 80 11 1730～1738. DONG Yong2guan, GUO Kun2yi,L I AO Sheng2bing, et al .Geological and Geochemical Characteristics of the Kekuxil ik Lead2 Zinc Ore Deposit, West Kunlun, Xinjiang[J ]. ACTA GEOLOGI CA SI N ICA, 2006, 8011 1730～1738. in Chinese [3] 方锡廉,汪玉珍.西昆仑加里东期花岗岩类浅认识[J ].新疆地质, 1990, 2 153～158. FANG Xi2lian, WANG Yu2zhen.Simple Cognition Tetonic Type of Caledonian Granitoids in the West Kunlun Mts[J ]. 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