阿尔泰诺尔特地区花岗岩岩浆的分凝作用.pdf

第 2 4卷 第 3 期 2 0 0 1年 6月 合 肥 工 业 大 学 学 报 自 然科学版 J OURNAL OF HEFEI UNI VERSI TY OF TEC HNOL OGY Vo 1 ． 2 4 NO ． 3 J u n ． 2 0 0 1 阿尔泰诺尔特地 区花岗岩岩浆的分凝作用 袁峰 ， 周涛发 ， 岳书仓 台肥 工业太学 资源与环境科学系 ． 安徽 台肥 2 3 0 0 0 9 摘要 诺尔特地区位于阿尔奉北部山区， 西伯利亚板块西南缘。 花岗岩广泛分布． 主要为加里东晚期、 华力西中晚期及燕山 期 花岗岩 。 文章选取 诺尔特地区各 时期 代表性岩体进行岩浆分凝作用的研究． 确定的动力学参数包括岩浆的含水 量 、 粘度厦 密碰 分凝速度的计算表明． 区内各岩体花岗质岩浆中分凝作用是存在的． 但是分凝速度软小， 分凝作用对于大颗粒的残亲 体的分离 作用是明显 的 ， 而对于 小颗粒的残泉体的分离 作用很 小 经过分凝作用之后 ， 岩浆的成分发生 丁变 化， 岩 浆中依 然 牟在小翱 粒的耐熔残 晶 关键词 岗岩 ． 分凝作 用 诺尔特 地置 中图分娄号 P 6 1 2 ； P 5 9 5 文献标t 只 码 A 文章编号 1 0 0 3 5 0 6 0 2 0 0 1 0 3 0 2 9 9 O 6 Se g r e g a t i o n g r a ni t o i d m a g m a i n t he Nu r t a r e a． Al t a y YUAN F e n g， ZHOU Ta o f a ，YUE S h u c a n g Dc p o f Na t u r a l Re s o u r c e s a n d Env ir on me n t a l S c ie n c e-He f e i Un i v e r s it y o f Te c hn o l o g y，He f e i 2 3 0 0 0 9、Ch i n a Ab s t r a c t Th e Nu r t a r e a i s l o c a t e d i n t h e n o r t h o f Aha y ， a t t h e s o u t h we s t o f t h e S i b e r i a p l a t e ． Th e g r a n i t e s wh i c h f o r me d a t l a t e Ca l e d o n i a n s t a g e， mi d d l e He r c y n i a n s t a g e ， l a t e He r c y n l a n s t a g e a n d Ya h s h a n i a n s t a g e a r e wi d e l y e x p o s e d i n t h e Nu r t a r e a ． Th i s p a p e r i n v e s t i g a t e s t h e s e g r e g a t i o n o f t h e r e p r e s e n t a t i o n a l g r a n i t e a t e a c h s t a g e a n d s o me d y n a mi c s p a r a me t e r o f ma g ma a r e c a l c u l a t e d，i n c l u d i n g t h e wa t e r c o n t e n t ， t h e v i s c o s i t y a n d t h e d e n s i t y o f t h e ma g ma Th e r e s u l t s o f t h e s e g r e g a t i v e v e l o c i t y s h o w t h a t t h e s e g r e g a t i o n e x i s t i n t h e ma g ma ．Th e s e g r e g a t i v e v e l o c i t i e s a r e l o we r ． Th e b i g c r y s t a l s we r e a f f e c t e d b y t h e s e g r e g a t i o n o b v i o u s l y a n d t h e s ma l l c r y s t a l s we r e h a r d l y a f f e c t e d b y t h e s e g r e g a t i o n ． Th e s e g r e g a t i o n c a u s e d t h e c o mp o n e n t v a r i a t i o n o f t h e ma g ma a n d t h e s ma l l c r y s t a l s s t i l l e x i s t e d i n t he ma gma． Ke y wo r ds gr a ni t es e g r e ga t i o n；Nur t ar e a 诺尔特地区位于阿尔泰北部山区 ， 酉伯利亚板块西南缘踟， 属阿尔泰造山带。阿尔泰造山带划分为 5个构造带 北阿尔泰构造带、 南阿尔泰构造带 、 琼库尔阿 巴宫构造带、 额 尔齐斯构造带及布尔津一二 台构造带 ， 诺尔特地区位于北阿尔泰构造带的东部。 收稿 日期 2 0 0 0 ． 1 1 0 9 基金项 目 “ 九五 国家科技攻关项 目 9 6 9 1 5 --O 2 0 4 作者简开 袁峰 1 9 7 1 一 ， 男 ． 湖南邵阳 ， 博士 ． 台肥工业大学讲师 } 周涛发 1 9 6 4 ， 男． 安徽庐江， 博士． 台肥工业大学教授， 博士生导师 F 岳1 1 9 3 1 一 ， 男- 满族t 北京市人- 合肥工业大学教授， 博士生导师， 全国政协常委， 安徽省政协副主席 维普资讯 3 0 0 合肥I业大学学报 自然科学版 第 2 4 卷 区内出露 卜泥盆统忙代恰组和下石炭统红山嘴组陆相火山岩、 火山沉积岩、 浅海滨海相碎屑岩、 生物灰岩以及前震 纪库威群基底岩系。 区内NW 向、 NNW 向、 近 E W 向和 NE向断裂发育 ， 规模最大 的断裂是红 山嵴断裂， 该断裂的活动时间较长 ． 具多阶段性 诺尔特地 岩广泛分布， 主要为加里东晚期、 华力西中晚期及燕 山期花岗岩 ， 主要受红山嘴断 裂控制 ， 花岗岩体措红山嘴断裂及其次级断裂分布。加里东晚期花岗岩主要分布于诺尔特地区中部 ， 库 尔术图 代恰致巴利尔斯喀依尔提 一 带 另外在西部西岔河阿阻拜一带也有分布， 岩体展布方 向 为北 西南 东向 华力西 中期花岗岩主要分布于西北部库尔木同一诺尔特山一托格尔托别一带 ， 另外在 宝格庳 马苏 错也有 出露 ， 岩体展市方向与区域构造线方向一 致 。 华力西晚期花岗岩主要分布于库马 苏、 库额尔齐} 昕 游及中蒙边境l 带。燕 山期花岗岩出露范围小 ， 分布于金格及库额尔齐斯河上游附 近 ， 目前发既 的确l 提什岩体和加勒格孜阿嘎希岩体 _杠文将对 冈广泛分布的花岗岩进行有关岩浆分凝作用的探讨 ， 选取的研 究岩体 为加里东晚期塔 斯 比克都尔艰岩体、 华力西 l T 期阔克牙克达拉斯岩体、 华力西晚期海尔特岩体及燕 山期阿提什岩体 ， 如 昕示 。 l 发境红 山峨纽 l ‘ 链 f t 竹m {l i J 糸库 威样 1断层5地质界毡 6 蛐里 东晚期花 岗岩7华力西中期花岗岩8但 力两晚期花岗岩9燕 山期花 岗岩 1 0研究岩体 图 】 诺尔特地 区花岗岩分布示意圉 1 岩石学及岩石化学特征 1 1 岩石学特征 塔斯毙克郁‘ 根岩体岩柑变化 明显 ， 岩性主要 为黑 母花岗岩 ， 岩石新鲜面为灰 白色 ， 风化面为 灰灰褐色． 中牲 、 中一细粒花岗结构 ， 块状构造， 斑杂状构造 岩石中矿物粒度一般在 1 5 ～4 ． 0mm之 间． 个别大 f 5 ． u I n F F ， 副矿物粒度 般为 0 ． 1 o ～0 ． 2 5 mm 岩石中主要矿物为 斜长石 5 0 ～6 O ， 为中更长石 An 一3 0左右 ， 半 自形一 自形， 宽板状、 柱状及板柱状 ， 具环带构造及聚片双 晶， 其双晶 纹细密， 近于半 r 消光， 次生变化有少量绿帘石、 绢云母 } 石英 2 5 ～3 0 ， 它形粒状 、 不规则状充填在 其它矿物 间． 有溅状 消光； 钾长石 | 0 左右 ， 呈它形粒状分布在其它矿物间， 主要为微斜长石 { 黑云母 1 0 左右 j ， 呈j I 状 ． 内含较多的磷灰石、 锫石等矿物包体。 出现的副矿物有 锆石 、 磷灰石、 绿帘石、 磁铁 矿 、 钛铁矿 、 褐 铁矿 及黄 铁矿 等 。 阔克牙克达托斯岩体岩性为花岗斑岩 ， 新鲜面呈灰一灰绿色 ， 斑状结构 ， 基质为显微半 自形粒状结 构 ， 块状构造 斑 晶含量 5 o ～5 5 ， 主要 为 石英 1 2 ～1 7 ， 熔蚀港湾状、 次 圆状 ； 斜长石 3 5 左 维普资讯 第 3期 峰 ， 等 阿 尔泰诺 尔特 地 区花 岗岩岩 浆的分凝 作 用 3 0 1 ， 板条状 、 粒状 ， 常 见聚片双晶 ， 为中更长石 An 一3 0左右 ； 黑云母约占 3 。 基质主要 由粒状石英 和半 自形粒状的斜长石及黑 云母、 绢云母组成 ． 含量 4 j ～5 O ， 长石有不同程度的高岭土化和绢云母 化 出现的甜矿物为 磁铁矿、 钛铁矿、 锆石及绿帘石 ． 其次有黄铁矿及磷灰石 海尔特甜体岩性主要为黑云母花岗岩， 灰 白色 ， 中细粒结构， 块状构造， 具典型的中粒花岗结构 。岩 石 芒要成分 为 钾长石 4 6 ， 主要为微斜长石； 石英 3 0 ， 具蠕石英结构 ； 斜长石 2 0 为中更长 百 An 一3 0左右 ， 具缝合线 、 净边结构 ， 见微斜长石交代斜长石 ； 黑云母 4 。副矿物主要有锫石、 磷 灰石 等 阿提 什 体 岩性 为二 花 岗岩， 主要矿物成分 为 石英 3 5 ， 有波状 消光及文象结构 ； 钾 长石 3 ， 主要为微斜 长石， 略有高岭 土化 ； 斜长石 3 2 ， 为更长石 t An 一2 7 ， 零星绢云母化和高岭土 化， 有的具环带结构 ； 云母 3 左右 。 石英 、 长石、 云母颗粒均较大 。 副矿物主要有磁铁矿、 褐铁矿、 锆石 及磷灰石等 。 1 ． 2 岩石化学特征 花岗岩平均岩石化学成分如表 1 所列。各花 岗岩体均为铝过饱和类型 ， 根据 K。 os i O。 相关关系 及 AF M 兑系． 各花岗岩体均属于高钾钙碱性系列。 根据Ah Or Q三元平衡相图及Ah --Ks p Q H O体 系的实验结 果 ， 确定各花 岗岩体 的结 f 温 度7 、 及 { 力P分别 为 塔 斯 比克都 尔根岩体 7 6 0℃， 7 ． 6 1 0 7 P a； 阔克牙克达 拉斯 岩体 7 4 o ℃， 8 ． 8 ] 0 P a ； 海尔特岩体 7 4 0℃， 8 ． 8 1 0 P a ； 阿提什岩体 7 3 0℃， 9 、 4 1 0 P a 。 表 1 花瑚岩平均化学成分 注 删试单位为国家地质实验测试中心 2 岩浆动力学参数的确定 ． 1 花 岗质岩浆中水的质量分数 根据硅酸盐熔体 中水的质量分数x 。 计算公式“ 计算 的各岩体 花岗质岩浆 中水的质量分数分 别为 塔 斯 比克都尔根岩体 3 ． 4 3 ， 阔克牙 克达 拉斯岩体3 ． 7 4 ， 海尔特岩体 3 ． 2 5 ， 阿提 什岩体 ． 9 0 温度 、 压力取结晶时的温度、 压力 。花岗质岩浆水的质量分数与世界一般花岗质岩浆水的质量 分数t 2 ． 6 ～6 ． o 相 比属 中等水平 2 ． 2 花岗质岩浆的粘度 文献I S ] 根据实验结果 ， 在阿累尼乌斯粘度一温度关系的基础上提出 了 ． 计算粘度的经验公式 ， 该方 法考虑 r岩浆中溶解的水对粘度的影响， 因此实际计算时需用水的质量分数对各组分加以校正。 计算的 各岩体花 岗质岩浆在不同温度 T一8 0 0 ～1 3 0 o℃ 下的粘度见表 2所列 。此外 ， 根据文献[ 9 ] 的资料 ， 随着岩浆中晶体的体积分数增加， 会使其流变学性质复杂化， 对于晶体的体积分数不是特 别多的岩浆 ， 可根据式 1 号虑晶体的体积分数对岩浆粘度的影响 ． 即 一 1一 R 。 1 维普资讯 合肥 I业 大学 学报 自然科 学版 第 2 4卷 式中 、 ， 分别为含晶体岩浆的有效粘度、 熔体粘度 ， P a s 晶体 的体积分数 ， R一常数 对于非球状晶体 ， 取 1 ． 6 7 对 于花 岗质岩浆 ， 取岩浆液相线温度为 1 0 0 0 C， 晶体体 积分数 与温度 了 1 的关 系可用式 2 计 算- ， 即 z 4 3 3 1 0△7’ 2 式巾 △ 7 初熔温度与全熔 温度的差值 对于诺尔特地区的花岗质岩浆， 考虑 QOr - Ab An H O体 系， 取 △ 了 1 5 0℃， 因此岩浆的晶 体体积分数约为 0 ． 2 1 6 j ， 据此计算得到的岩浆有效粘度见表 3所列。 表 2 岩浆在不同温度卞的粘度 P ㈣ 2 3 花 岗质岩 浆 的密度 对任意温度下硅酸盐熔体密度的计算必须综合考虑硅酸盐的熔体结构、 温度压力条件、 化学成分、 各氧化物的偏庠 尔体积等复杂田素。 ” ， 当 x。 m 在 0 4 ～0 8 范围内时， 可认为 S i O 等组分的偏摩 尔体积与化学成分无关 标准误差一般小于 2 ” 。对诺尔特地 区各岩体花岗质岩浆在不同温度下 的 密度 ， 本文采用文献 [ 1 2 ] 的公式及文献[ 1 4 ] 对偏摩尔体积 的研究结果进行计算 ， 结果 见表4 所列 。 由 表 4可见花 岗质岩浆的密度在 2 1 ～2 3 g ／ c m 之间， 随着温度的升高， 密度减小。 袭 4 岩 黎在不 同温度下的密度 g ／ c m3 维普资讯 第 3期 袁 峰 ． 等 阿 尔泰诺 尔特地 区花 岗岩岩浆 的分凝 作用 3 0 3 3 花岗质岩浆的分凝作用 岩浆系统本质上是 一 个非平衡的、 开放的自组织系统， 相同的成分演变趋势可以由多种岩浆动力学 过程产生 存部分熔融作用过程中 ， 能够导致岩浆成分变化的主要方式是残余体不完全分离和渐进深熔 作用， 而这些 与熔体的分凝和 升机制 及岩浆的对流作用有关 。因此， 熔体的分凝及在源区和上升过 程中岩浆 的对流 ， 将会 导致岩浆成分的演化 地壳岩石的部分熔融作用 ， 是花岗岩与混合岩 包括部分片 麻岩 之 间存在密切成 因联系的纽带， 一般地， 混合岩是经受了低度部分熔融后形成的熔体未与残 晶分 离 且多 半停留在原地的熔体和残晶混合物 ， 而花岗岩则是熔体与耐熔残晶分离 分凝作用 后 上升侵位 产物或含有残品的活动性岩浆侵位产物 。因此岩浆成分的演化首先是分凝作用能否发生及分凝作用的 强弱 问题 对 j 低爰部分熔融 ，一 般把熔体与残余体 的分凝问题当作二相流动问题处理 。 而本 区各花岗岩源区 产生的熔件 瞳已经超 过花岗质岩浆 的临界熔体分数一 ， 因此熔体与残余 晶体的分离， 可 以按晶体在低 密度粘性流体 中下沉的情况来处理。据斯托克斯定律加 修改 ， 得到分凝速度的表达式为 口一 2 d 。 g A p ／ 9 M 3 式中 分凝速度 ， m／ s 。 晶体半径 ， m g 重力加速度 ， m／ s △ 一晶体与熔体间密度差， k g ／ m M 拖曳系数 M 一 1 一 。 ／ [ 1一 9 ／ 4 it“ “ 5 ／ 2 x一 9 ／ 4 x 十 ] 式 3 中 05 “ 含义同前。 本文考虑斜长石晶体 ， 斜长石密度取 P一 2 ． 5 4 1 0 k g ／ m。 ， 计算在 T一 8 0 0℃ 时， 斜长石颗粒半 径分别为 0 ． 0 0 0 l m、 0 0 0 0 5 m、 0 ． 0 0 5 m、 0 ． 0 1 m 时岩浆与晶体的分凝情况 ， 计算结果见表 5所列。 曰表 5 r 见． 区内各岩体花岗质岩浆中分凝作用是存在的， 晶体颗粒越大 ， 则分凝速度越大 虽然分 凝作用是存在的． 但是分凝速度较小 ， 在 1 0 ～ 1 0 m／ s 之间， 反映了较弱的分凝作 用。 例如 ， 当 n o o 1 m时． 在 1 Ma 的时间尺度内 变质-深熔作用持续的时间为 1 ～1 0 Ma ， 岩浆与晶体的分离距 离为 1 8 0 m； 而若 a o ． 0 0 1 m ， 则分离距离仅为 1 ． 8 m， 可以忽略不计 由此可见． 分凝作用对于太颗粒的残余体的分离作用是明显的， 而对于小颗粒的残余体的分离作用 很小 此 ， 经过分凝作用之后 ， 岩浆的成分发生了变化 ， 岩浆 中依然存在小颗粒的耐熔残晶， 这可能也 是在本 医花岗岩体中几乎未见较大 的深源捕虏体或暗色包体的原因。 表 5 岩浆的舟凝速度 m ／ s 维普资讯 4 结束语 合肥 I业大学学报 自然科学版 第 2 4卷 本文选取诺尔特地区各时期代表性岩体进行岩浆分凝作用的研究， 确定的动力学参数包括岩浆的 含水量、 粘度及密度。而本区各花岗岩源区产生的熔体量已经超过花岗质岩浆的临界熔体分数， 因此考 虑高熔体分数条件下 的分凝作用 。分凝速度的计算表明， 区内各岩体花岗质岩浆中分凝作用是存在的， 但是分凝速度较小 ， 分 凝作用对于大颗粒的残余体的分离作用是明显的 ， 而对于小颗粒的残余体的分离 作用很小。因此 ． 经过分凝作用之后， 岩浆的成分发生了变化 ， 岩浆中依然存在小颗粒的耐熔残品。 [ 参考文献] [ 1 ] 肖序常． 汤耀废． 玛益民， 等． 新疆北部及其邻区大地构造[ M] ． 北京 地质出版社t 1 9 9 Z ． 8 4 1 0 3 ． [ 2 ] 何国琦． 韩宝福． 岳永君， 等． 中国阿尔泰造山带的构造分区和地壳消化新疆地质科学第 2 辑[ M]北京 地质出版社， 1 9 9 0 ． 9 2 0 3 ] Tu r t l e 0 F． B o we n N L ．Or i g i n o f g r a n i t e i n t h e l i g h t o f e x p e r i me n t a [ s t u d i e s i n t h e s y s t e m Na Al s j 3 0B KAI S t a Os S i O 2 [ j ] ． Ge o l o g i c a t S oc ie t y o f Ame r i c a n Me n oi r ． 1 9 5 8 ， 7 4 i i 5 3 ． [ 4 ] Ni c h o H s J A s i mp let h e r 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a t i o n a [ c h e m ic a l f r a c U o n a t i o n [ J ]J G e o p h y s R e s ， 1 9 8 2 ． 8 7 2 8 7 5 5 --8 7 6 7 ． [ 1 o ] 马昌前 硅酸盐熔体的粘度、 密度盈其计算方法[ J ]地质科技情报， 】 9 8 7 ， 2 1 4 2 --1 5 0 ． [ 1 1 ] Hu p p e r t H E， S p a r k s R S】 Me l t i n gt h e r o o f o f a c h a mb e r c o n t a i n i n g。h o t ， t u r b u [ e n t y c o n v e c fi n gf l u i d [ J J F l u i dMe c h ， 1 9 8 8 ， 7 4【 1 1 0 7 1 3 1 ． 1 2 ] B o t t i n g a Y D e n s i t y c a l c u l a t io n s f o r s i l i c a t e l i q u i d s I -- R e v i s e d m e t h o d f o r a [ u m e n o s i l i c a t e c o m p o s it i o n [ j ] ． G e o c h t m i c a e 1． C o s m o c h i m ic a Ac t s， 1 9 8 2- 45 4 9 09 9 1 9 ． [ 1 3 ] S p a r k s R S J ， Hu p p e r t H E．The f l u id d y n a mi c s o f e v o [ u t i n g m a g ma c h a mb e r s [ J ] ． R o y a l c i c t y L o n d o n P h i t e s o p h i c a [ Tr a n s a c t i ㈣3 9 8 4， 31 0 3 - 5 11 5 3 4 ． [ 1 4 ] 奠直学 岩浆中氧化物组分的偏摩尔体积及其岩石学意义l J ] ． 地球科学， 1 9 8 4 ， 1 ； 3 1 2 ． [ 1 5 ] 袁蜂 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