阿尔泰诺尔特地区塔斯比克都尔根岩体的岩石地球化学特征和形成机制.pdf

地质地球化学 GECLOGY GEO CHEM I ST RY 2 0 0 1 年第 2 9 卷第 2期 Vo - _ 2 9，No 2 2 0 0 1 文章编号 1 0 0 8 0 2 4 4 2 0 0 1 0 2 0 0 3 6 0 6 阿尔泰诺尔特地区塔斯比克都尔根 岩体的岩石地球化学特征和形成机制 袁 峰 周涛发 岳 书仓 舍,q fi Y -． 业太学资源与环境科学系 ， 舍肥 ， 2 3 0 0 0 9 摘要塔斯比克都 尔根 黑云母二长 花 岗岩岩 石学、 岩石化 学厦稀土元素地球f I艺学研 究袁 明 ， 塔斯 比克都 水根 岩体属于 高钾钙碱性 系列花 岗岩 ， 岩浆起 潭；覃度为诺 水特地 区中地 壳位王 ， 成岩精质 采泺于地 壳 为加 里 东 晚期挤压构造 背景 下的产物。成岩机制的研究袁 明， 塔 斯比克都 尔摧岩体 为地 壳部 分埭融作用的产轴。 关键词 花 岗岩彤 成机制 塔斯七克都 托根岩体诺 尔特地区 中图分类号 P 5 8 8 P 5 8 1 文献标识码 A 诺尔特地区位于阿尔泰北部 山区 ， 西伯利亚 板块西南缘 J ， 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 一阿 巴宫构造带、 额尔齐斯构造带 、 布尔津 ～二 台构造带l 2 J 。诺尔特 地区位于北 阿 尔泰构造带的东部。区内出露有上泥盆统忙代恰 组和下石炭统红山嘴组陆相火山岩 、 火山沉积岩、 浅海 一滨海相碎屑岩、 生物灰岩 以及前震旦纪库 威群基底岩系。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。区 内 NW 向 、 NN W 向、 近 E W 向和 NE向 断裂 发育 ， 规模 最大的断裂是红山嘴断裂 ， 该断裂 的活动时间较 长 ， 具多阶段性 。本文将对区内最 大的花岗岩体 加里东晚期塔斯比克都尔根黑云母二长花岗岩的 岩石地球化学特征和形成机制进行探讨。 1 时空分布特征 塔斯比克都尔根黑云母二长花岗岩位于诺尔 特地区东 北部 ， 库尔木图 一忙代 恰 一巴利尔斯 喀依尔提一带。岩体平面形态为不 规 则状 ， 出露 面积约8 2 5 k m ， 岩体与忙代恰组侵人接触 ， 南部 以断层为界 图 1 。测得三个样品的单颗粒锆石 收穑 F I 朝 2 0 0 0 0 8 - 2 5 ； 修 回日期 2 0 0 0 1 1 - 0 1 基金项 目 九五 国家科技攻关项 目 9 6 9 1 5 r 0 2 - 0 4 ， 新疆 3 0 5 作者简舟袁峰 1 9 7 1一 男博 士合肥工业大学讲 师 从事矿床地球化 学教学 和研究 0 新疆维吾尔 自治医地矿 局， 1 2 5万 区域地质 调查报告． 阿克萨 拉迭垣幅 一诺尔特期 幅一塔勒替萨伍幅 ， 1 9 9 0 。 P b P b 年龄0分别为 3 9 6 1 2 Ma 、 4 0 4 9 Ma 、 4 1 2 1 2 M a。 2 岩石学特征 塔斯比克都尔根岩体岩榴变化不明显 ， 新鲜 岩石为灰 白色 ， 风化后为灰灰褐色， 中粒 、 中 一 细粒花岗结构 ， 块状构造 ， 斑杂状构造。岩石中矿 物粒度～般在1 ． 5 ～4 mm之间 ， 个别大于 5 mm， 副矿物粒度一般为0 ． 1 ～0 ． 2 5 mm。岩石 中主要 矿物为 斜长 石 5 0 ％～6 0 ％ 为 中一更长石 A n 3 0左右 ， 半自形一 自形， 具环带构造及聚片双 晶， 双晶纹细密 ， 次生变化有弱的绿帘石化 、 绢云 母化； 石英 2 5 ％--3 0 ％ 呈它形粒状， 充填在其它 矿物间 ， 渡状消光 ； 钾长石 1 0 ％左右 呈它形粒 状 ， 主要为微斜长石 ； 黑云母 1 0 ％左右 ， 呈片状 ， 内台较多的磷灰石 、 锆石等包体。花岗岩 中出现 的副矿物有 锆石 、 磷灰石、 绿帘石、 磁铁矿 、 钛铁 矿 、 褐铁矿 、 黄铁矿等。锆石颜 色主要为无 色、 浅 黄色、 透明至半透明 ， 金刚光泽 ， 贝壳状断 口， 颗粒 直径在0 0 5 --0 ． 5 mm之间 ， 晶形较复杂。 3 岩石化学及稀土元素地球化学特 征 塔斯比克都尔根岩体三个样品 的岩石化学 成分及稀土元素组成如表 1 、 表 2 所示。 3 ． 1 岩石化学特征 化学成分分类将塔斯比克都尔根岩体定名为 二长花岗岩 ， A F M 图解 图 2 及 K z Os O2 相关 维普资讯 第 2期 袁峰等 阿尔泰诺尔特 地区塔斯 比克都尔根 岩体 的岩石 地球化学特征和形成 机制 图解 图 3 显示塔斯 比克都尔根岩体属于高钾钙 碱性系歹 。 图 1 塔斯 比克都 尔根岩体分 布示 意图 Fi g 1 Di s t rib u t i o n o f Ta s i b i k e d u e r g e n g r a n i t e l 一下石炭统红 山嘴组 ； 2一上扼盆统忙代估 组； 3一前震旦 系库 戚群 ； 4 一断层 ； 5 一地质界 线； 6一 加 里东晚期花 岗岩 ； 7 一华力西 中期花 岗岩； 8一华力西 晚期花岗岩 ； 9一燕 山期花 岗岩 ； 1 0一塔斯 比克都尔根花 岗岩体 。 衰 1 岩石 化学 成分 【 ％ T a Me 1 ．Ch e mi c a l c o mp o s i t i o n o f g r a ni t e f ％ HEA 一1 3 3． 5 0 6 2 7 0 7． 6 3 3 0 7 8 6 49 1 4 4 7 4 2 HEA 2 2 1． 92 4 2 3 7 5． 7 7 2 4 2 6 7． 3 8 1． 0 8 9 l 0 HEA 一3 2 0． 6 8 3 7 9 9 4 8 4 1 7． 6 2 3 8 1 0． 6 7 3． 6 6 1 05 6 5 4 1 46 4 3 3 0． 6 l 3 9 2 0 6 0 3 9 3 6 6 4 1 1 6 4 l 1 ． 1 6 2 4 4 7 0 5 1． 0 0 6 ． 6 0 0 9 9 6 8 51 3． 8 1 0 3 0 2 0 0 0 3 3 0 8 0 0 1 2 0 6 2 0 1 0 9 01 1 8 0 测试单位 国家地质实验测试中心。 塔斯比克都尔根岩体为铝过饱和类型 ， 即 A J K NaC a ， A NKC A J 2 o 3Na 2 0 K 2 O C a O 平均值为1 ． 5 5 ， N a ／ K比值平均为0 9 2 ， 氧化 率平均值为0 ． 3 3 ， 对 比华南花 岗岩 分类 j ， 与改 造型花岗岩相似 ， 反映出其源岩以壳源物质为主。 3 2 稀土元素地球化学特征 塔斯比克都尔根岩体稀土元素标准化曲线具 有向右倾斜的轻稀土富集型特征 ， 轻稀土部分的 斜率略大于重稀土瓤分 图 4 ， 具中等负铕异常， 且 8 E u值偏大 ， 即近于0 ． 5 0 或略大于0 ． 5 0 。统计 资料表明， 8 E u 和 L a ／ Y b 对于花岗岩的成因有 重要的鉴定意 义， 当 8 E u小于0 ． 7 时 ， L a ／ Y b 值一般大于 5 ， 为 s型花岗岩， 而 I型花 岗岩则相 反 ， 特点是 8 E u值大， 而 L a ／ Y b 值 小_ 4 J 。塔斯 比克都尔根岩体 8 E u值小于0 ． 7， 而 L a ／ Y b 值 均大于 5 ， 因此具有 s型花岗岩的特点 ， 反映成岩 物质来源于地壳 。 4 岩浆起源的深度和成岩构造背景 在 A bO r QH 2 0四元系平衡相图 中 塔斯比克都尔根岩体成分点位近于 5 0 0 MP a线 维普资讯 地质地球 化学 2 0 0 1 图 4 R E E配分横型 F i g 4 REE d i s t r i b u t i o n D a ne r n s 但岩浆形成的实际压力可能比图中所反映的大一 些 ， 因为 1 该岩体已经经历不同程度的演化 ， 其 成分点已不能代表起源岩浆的位置而是最终的演 化成分， 故投影点位置已明显偏向于 Q端； 2 岩 石中石英斑晶基本发生过熔蚀而呈港湾状 ， 石英 早期结晶成斑晶说明当时岩浆成分点位于石英结 晶区， 随着岩 浆的上侵 降压， A b O r QH2 O 四元相图中的同结线位置向石英一端逐渐靠近 ， 其岩浆成分点逐渐接近并最终跨越同结线而进入 长石结晶区 ， 结果使得先结晶的石英发生熔蚀 ， 因 此确定岩浆起源压 力为 5 0 0 MP a是合适的。按 1 0 0 MP a ／ 3 ． 3 k m 计 算， 岩 浆 起 源 深 度 为 1 6 ． 5 k m， 相 当于诺尔特地区中地壳位置 。 塔斯 比克都尔根岩体 属于 同碰撞花岗岩， 为 加里东晚期哈萨克斯坦板块对西伯 U 亚板块北西 向俯冲的挤压构造背景下的产物 。 。 5 形成机制 结合花岗岩的岩石学 、 岩石化学和地球化学 特征的研究及诺尔特地 区所处的大地构造环境 ， 塔斯比克都尔根岩体的成因可能属以下两种机制 之一 1 由于板块俯冲， 导致 地幔熔融的岩浆上 升并引起地壳熔融 ， 这种机制 可能包括幔源岩浆 的分离结晶 一同化混染和壳幔岩浆的混合作用 ； 2 古老地壳物质因造山作用、 地幔上隆和地壳减 薄 ， 在地壳深部发生深熔 部分熔融 作用。 5 1 稀土元素 一s i 0 2 相关关系制约 花岗岩 的稀土元素 一s i O 2相关图解 图 5 可 以反映一些成岩信息。 40 砉 ％2 0 0 i 5 l 0 罡 0 S 0 s i o {％ 图 5 稀 土元素 一s i 。 2 相关 图解 F i g 5 RE B s i o2 d i a g r a m ． 在 L R E E ／ HR E ES i 0 2及 L a ／ Yb NS i o2 相关关 系中， 样 点相关性不明显 ， 甚 至略显负相 关 。如果在成岩过程 中， 结晶分异作用或 同化混 染作用起主要作用 ， 则上述相关关 系中应显现出 正相关性 ， 即岩石轻、 重稀土的分异随着酸度的增 加而强烈 ， 而若不相关甚至负相关 ， 则有可能是由 于地壳深部部分熔融作用造成的。 在 E RE ES i 及 8 E u S i 0 2相关关 系中， 样点的相关性也不明显。如果在岩浆演化过程中 分离结晶起主要作用 ， 早期结晶的矿物组合 S i o 2 含量低、 稀土含量高， 随着其结晶分异会导致 维普资讯 第 2期 袁峰等 阿尔泰诺尔特地 区塔斯 比克都 尔根 岩体的岩石地球 化学特征和形成机制 3 9 E R E E和 s i O2 出现负相关 ， 同时， 分离 过程 中斜 长石的晶出， 也会导致 娅u与 s i O 2 的负相关变化 规律 。因此塔斯比克都尔根岩体在其岩浆演化过 程中， 分离结晶作用是不明显的。 5 ． 2 痕量元素制约 痕量元素特别是稀土元素作为地质演化的示 踪剂自 7 0年代以来得到了广泛深入的研究 ， 并且 推导出不同岩 浆成因过 程的定量模型 ， 但是 由于 难以准确地确定模型中 F 体系中熔体分数 和 D 总体分配系数 的数值 ， 这些定量模型在实 际应 用中遇到了困难 。近年来 ， 由于认识到利用痕量 元素的协变 图解可以消去 F和 D的影响 ， 所以建 立了不同成岩过程痕量元素的不同关系和协变图 形 J 。研究表明 ， 痕量元素协变图形只能用来 排除那些与此图形不吻合的过程 ， 但不能准确地 确定究竟为何种成岩过程 ， 而且这些图形的三种 形式 直线、 双 曲线 、 幂曲线 在特殊情况下可以相 互转化 ， 且双曲线和幂曲线又难 以区分 ， 所以必须 选择多种元素， 作出各种不同坐标的协变图， 进而 确定图形种类 对塔斯 比克都尔根岩体构 筑的 L a ／ S mL a 比值 一浓度 、 1 ／ E r l ／ Y b 浓度倒数 一浓度倒 数 、 C e ／ YbC e 比值浓度 、 C e ／ L aS m／ Nd 比值 一比值 、 YbL a 浓度 一浓 度 、 L a ／ Nd S m／ Nd 同分母比值 一比值 、 1 ／ S m一1 ／ G d 浓度 倒数 一浓度倒数 、 Gd ／ Y bG d ／ L a 同 分子比值 一 比值 等图解 图 6 可 见其具有部分熔融成岩 机制的特点。 5 ． 3 钕 同位 素 制约 应用 Nd 同位素可 以判断花岗岩形成过程中 幔源岩浆的分离 结晶及对地壳岩石同化的联合作 用的可能性。在这种过程 中， 起决定作用的参数 主要是围岩同化速率与 结晶分异速率之 比， 它决 定于同化混染发生的深度； S r 、 Nd在 固相和熔体 相中的分配 系数 决定于 晶出的矿物 ， 而 N d的分 配系数一般很小 ， 约为0 ． 1 左右 ⋯。 对塔斯 比克都尔根岩体 的成 岩过程进行 AF C过程的模拟计算时 ， 假设初始地幔岩浆组成 为 c 1 4 x 1 0 ～ ， R m d 0 5 1 3 5 1 ； 地 壳混染物 组成为 C 2 81 0 ～， R 0 ． 5 1 1 8 7 7 [ 。模 拟计算结果如图 7所示． 图中表示了不同 r 值 同 化作用速率 ／ 分离结晶作用速率 同化混染 一分离 图 6 琅 量元素协变 图 F i g ． 6．Tr a c e e l e me n t c o n e o r d i a 图 7 “ N d ／ I “N d与 Nd 关系图解 F 7 ．‘ Nd 一4 4 Nd - Nda ga m 结晶 A F c过程 的演化曲线 ， 曲线中数值为 F 残 留岩浆的总分数 ， Nd元素的总体分配系数 D取 0 1 。可见 ， 当 ≤0 ． 2 时 ， 即 同化作用发生在地壳 浅部 ， 同化速率与结晶分异速率之比较小时 ， 无论 维普资讯 地质 地球 化学 2 0 0 1 正 同化哪种地壳混染物 ， 都不可能产生“ 。 Nd ／ Nd 值为0 5 1 2 4 0 8 测试 单位 地质科学 院地质研究 所 的岩浆 ； 当 7 ≥0 8 时 ， 同化作用即发生在地壳 深部， 由于围岩温度高 ， 同化速率与结晶速率之比 可相对提高 ， 此时可 以产生与 花岗岩的 N d同位 素比值一致的岩浆 ， 这时应该晶出与混染量相 当 的基性矿物 ， 因为此时同化作用速率与结晶作用 速率相当， 因此在酸性花岗岩浆形成的同时 ， 将产 生出大致同体积的基性堆晶岩 ， 但在诺尔特地区 未见基性乃至中性的侵入岩体。因此同化混染 ～ 分离结晶 AF t 过程不能很好地 解释塔斯比克都 尔根岩体 的形成机制 。 6 结论 1 塔斯比克都尔根岩体属于高钾钙碱性 系 列花岗岩 ， 岩浆起源深度为诺尔特地区 中地壳位 置 ， 成岩物质来源于地壳， 为加里东晚期挤压构造 背景下的产物 。 2 塔斯比克都尔根岩体的形成机制为地壳 的部分熔融作用。 参考文献 [ 1 ]肖序常 、 汤耀庆 、 冯益民等 ， 新疆北部及其邻区大地构 造。北京 地质出版社 ， 1 9 9 2 ， 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 演化 。新疆地 质科学 第 2辑 ， 北京 地 质 出版社 ， 1 9 9 0． 9～2 0 [ 3 ]刘昌实 、 朱金初 ， 华南四 种成 因类型花岗岩类岩石化学特征对 比。岩石学报 ， 9 8 9 ， 2 3 8 ～4 6 。 [ 4 ]C h a p p e l l B W． ， Wb d t e A J R． ， T wo c o n t r a s t i n g g r a n i t e t y p e s P a c i fic G e o l o g y ，1 9 7 4 ，8 1 7 3 ～1 7 4 5 ]T u t d e 0 F ，O r i g i n。 i g r a n i t e i n t h e l i g h t 0 』 e x p e m e n t a l s t u d i e s J n t h e s y e m N a ．a ．J S i 3 KA I S i 3 S i ．G l o g l c a l S o c i e t y o fAme r i r a n Me n o i r，1 9 5 8， 7 4 1 5 3 6 ] 袁峰 ， 新疆 阿尔泰 诺尔特地区花岗岩形成的构造环境。火山地质与矿产 ， 1 9 9 7 ． 3 2 0 3 ～2 1 0 。 [ 7 ] 杨浩 ， 论痕 量元素 协变关 系的应用 。地质论评 ， 1 9 9 0 ， 1 6 6 ～7 9 c [ 8 ] 黄 锦江 ， 相容 元素 一不相容元素协变图在岩石成因研究中的意义 。现代地质 ， 1 9 8 8 ， 4 4 7 4 --4 7 9 。 [ 9 ] 马昌前、 扬坤光， 唐仲华等， 花岗岩类岩浆动力学 武汉 中国地质大学出版社 ． 1 9 9 4 ， 3 8 ～4 8 。 [ 1 0 ]D e P a o l o D． J ， Nd i s o t o p e g e o c h e r a i t r y A n i n t r o d u c t i o n N e w Yo r k S V r i n g e r Ve r l a g ，1 9 8 8 ， 2 7 --4 8 [ 1 1 ]刘昌实 ， 幔壳混源型花 岗岩成岩模拟。南京大学学报 ， 1 9 9 0 ， 4 7 2 0 ～7 2 9 。 GEOCHEM l CAL CHARACTERI S Tl CS AND l NG M ECHANI S M OF THE TAS I BI KEDUERGEN GRANI TE I N THE NURT AREA ，ALTAY Yu a n Fe n g Z h o u Ta o f a Yu e S h u c a n g De 。 a r t me m o f R e s o u r c e s a n d E n v i r o n me n t a | S c i e n c e ， He f e i Ur fi v e r s i t y 0 f T e c h n o l o g y ， H e f e i 2 3 0 0 0 9 Ab s t r a c t Th e T a s i b i k e d u e 嵋 e n g r a n i t e i s l o c a t e d i n t h e n o r t h e a s t o f t h e Nu r t a r e a ．S t u d i e s o n t h e p e t r o l o g y ， D e t l D c h e mj s t n a n d r a r e e a r t h e l e n a e n t s h o w t h a t t he g r a n i t e b e l o n g s t o h i g h K c a l c a l k a l i n e s e r i e s ．The ma E ma wa s d e r i r e d f r o m t he ml d d l e c r u s t a n d t h e ma t e r i a l o f t he g r a n i t e o r i g i n a t e d f r o m t h e c r u s t ．Th e Ta s i b i k e d u e r g e n g r a n i t e wa s f o r me d i n t h e e x t r u s l o n al e n v i r o n me n t a t L a t e Ca l e d o n i a n a s a r e s u l t o f p a r t i al me l t i n g o f t h e c r u s t ． Ke v wo r d s g r a n i t e；me c h a n i s m o f f o r ma t i o n；Ta s i b i k e d u e r g e n g r a n i t e ；Nu r t a r e a 维普资讯