大黑山地区眼球状花岗片麻岩成因及形成环境.pdf

第2 4 卷第4 期 2 0 0 9 年1 2 月 地质找矿论丛 V 0 1 ．2 4N o ．4 D e c ．2 0 0 9 0 引言 新疆东天山大黑山地区 眼球状花岗片麻岩成因及形成环境 余吉远1 ，孟勇1 ，郭琳2 ，李建星1 ，白定邦3 1 ．西安地质矿产研究所，西安7 1 0 0 5 4 ；2 ．长安大学地球科学与国土资源学院，西安7 1 0 0 5 4 ； 3 ．西安地质矿产勘察开发院，西安7 1 0 1 0 0 摘要文章对东天山大黑山地区眼球状花岗质片麻岩的特征及其成因进行探讨。通过野外地 质调查和岩石学、矿物学、地球化学的研究，认为区内岩体为岛弧钙碱性火山一沉积岩系原地重熔 改造的产物，这种原地花岗片麻岩的成岩过程主要为深源熔体和流体与原岩的相互作用，使原岩 发生不同程度的部分熔融，因而其地球化学特征同时受到原岩和外来熔体一流体的控制。锆石U P b 年龄为11 4 1M a 。代表了重熔事件的时间。根据岩石地球化学及构造环境判别图解认为该岩 体为碰撞造山后期一期后的产物。 关键词眼球状花岗质片麻岩；原地莺融改造；碰撞造山后期；大黑山；东天山；新疆 中图分类号P 5 8 8 ．1 2 1文献标识码A 文章编号1 0 0 1 1 4 1 2 2 0 0 9 0 4 0 3 3 5 0 6 在东天山的大黑山地区广泛出露与区域变质作 用密切相关的花岗质片麻岩，与世界各地出露于古 老造山带的花岗质片麻岩极其相似[ 1 - 4 ] ，系变质岩 重熔改造的产物。花岗质片麻岩与区域变质岩为和 谐的顺层产出关系 图1 ，岩石以眼球状斜长石斑 晶为最明显特征 对称型为主，粒径在0 ．5 ～5c m ， 大多集中在l ～2c m 。近年来的研究邝’6 矗0 1 都将其 归为T T G 岩系的一部分，并有概略性阐述，对其具 体特征及其成因未作进一步的研究。 本文在近期1 5 万区域地质调查的基础上，重 点对眼球状花岗质片麻岩进行地球化学特征及成因 的研究，探讨该类花岗岩形成的地质背景，丰富该区 同类岩石研究的信息和资料。 1地质背景 新疆哈密东天山大黑山地区位于卡瓦布拉克断 图1 研究区地质略图 据大黑山四幅1 5 万区调成果编绘 F i g ．1G e o l o g i c a ls k e t c ho ft h es t u d ya r e a 1 ．蓟县系卡瓦布拉克组a 段石英岩、变粒岩2 ．蓟县系卡瓦布拉克 组b 段石英片岩、大理岩3 ．青白口系北塞纳尔塔格组大理岩4 ． 南华系m 义西组火山岩5 ．中元古代眼球状花岗片麻岩6 ．晚元古 代辉长岩7 ．变质岩残留体 裂和阿奇克库都克断裂之间，即处于中天山构造单 元内。关于中天山地质构造属性，李春昱啪、胡受 奚⋯、S u nS h u L 引、胡霭琴0 1 0 1 等均有不同的认识。而 研究区出露的片岩、片麻岩、大理岩、石英岩等绿片 岩相一角闪岩相岩石，分属于长城系星星峡岩群、蓟 收稿日期2 0 0 8 1 0 2 2 基金项目中国地质凋查局西北地区基础地质调查及数据更新计划项目 编号1 2 1 2 0 1 0 6 1 0 3 1 3 资助。 作者简介余吉远 1 9 7 8 一 。男，贵州遵义人。硕士研究生．岩石、矿物、矿床专业，从事区域地质、矿产调查。通信地址陕西省西安市西安 地质矿产研究所；邮政编码7 1 0 0 5 4 ；E m a i l y u j i y u a n l l l 1 6 3 ．c o r n 万方数据 3 3 6地质找矿论丛 2 0 0 9 焦 县系卡瓦布拉克岩群、青白口系北塞纳尔塔格群和 南华系贝义西组。胡霭琴等认为，这类变质岩原岩 属于岛弧钙碱性火山一沉积岩系。但经野外调查研 究，这套变质岩的原岩为一套碎屑岩为主的沉积建 造，而眼球状花岗片麻岩的围岩主要为蓟县系卡瓦 布拉克岩组，岩性为硅质条带状白云质大理岩、石英 片岩、石英岩夹少量变质砂岩、千枚岩。 2 岩体地质特征 花岗质片麻岩位于新疆哈密市土屋铜矿以南约 9 0k m ，岩体平面形态呈带状，近E W 向展布，与区 域构造线一致，岩体与围岩蓟县系卡瓦布拉克岩组 呈渐变过渡关系，又被晚期的花岗岩脉侵入。 该岩体主体岩相为眼球状花岗质片麻岩，斜长石 斑晶大多在l ～2c m ，最大可达5c m ，局部有少量的 钾长石斑晶，分析认为是同时期钾长石交代斜长石。 这可能与红长石化眼球状花岗岩相似[ 5 ] 。岩性不均 匀，其中有少量石英片岩、石英岩、大理岩等围岩残留 体，尤其是边部更加明显。从岩体中心到边部，斑晶 粒径有变小的趋势，而围岩残留体的数量则逐渐增 多，接触带可见眼球状花岗质片麻岩与石英片岩、黑 云斜长变粒岩呈互层状协凋产出，片麻岩中地层残留 体的产状与总体构造线一致f j l 呈线状，长宽比通常可 达l 2 0 ～1 3 0 图2 ；而岩体中的斑晶也有明显 拉长变细的变形特征 图3 。同时，接触带二者出露 规模的比例明显呈现此消彼涨的现象。二者的接触 带附近无明显的接触变质特征。其中还发育后期的 石英脉，由于后期风化改造等作用十分强烈，难以观 图2 地层残留体 F i g ．2 R e l i c so ft h es t r a t a 察到具体的产出规模，但从残积碎石等分析，石英脉 宽一般都在1m 以内，出露长度不一。 以上特征反映了该岩体原地重熔改造的特征， 而不同接触部位残留体的变化反映了原岩成分及重 熔改造条件的差异。 图3 拉长变细的斜长石斑晶 F i g ．3 T h es t r e c h e df e l d s p a rp h e n o e r y s t a l s 3 岩石学特征 岩体的岩石类型主要为眼球状花岗质片麻岩、 钾长石片麻岩、花岗闪长质片麻岩。 1 眼球状花岗质片麻岩为岩体的主体部分， 呈灰色，灰白色，变碎斑一糜棱结构，重熔交代结构， 斑状变晶结构，片麻状构造，局部有条纹状构造，主 要矿物为石英 3 0 ％～3 5 ％ 、斜长石 3 0 ％～3 5 ％ 、 钾长石 3 0 ％～3 5 ％ 、黑云母 5 ％～1 0o ／6 ，斑晶由 斜长石和钾长石以及石英组成，粒度在0 ．5c m 以 上，以斜长石为主，常有白云母化现象，呈圆球状，透 镜状，眼球状，常沿某条带集中；钾长石属交代成因， 含量5 ％～1 0 ％，形成较大的斑晶。基质由石英，斜 长石，黑云母和钾长石组成，往往拉长定向排列，粒 度一般在0 ．1 ～0 ．8m m ，其中黑云母，斜长石和石 英为早期矿物组合，被钾长石、钾钠长石、石英集合 体交代，后者局部有显微文象结构，交代钾长石粒度 与斜长石和石英相似，石英微具塑性变形特征，岩石 中晚期重熔交代矿物占2 0 ％～3 0 ％。 2 钾长石片麻岩一般为浅红色，交代一交代 残余结构，片麻状构造，钾长石占7 0 ％～8 0 ％，晶体 巨大，其内有很多其他矿物包体或残留体，主要是微 斜长石和斜长石，其次是白云母、石英等，或者呈集 合体。其中斜长石常见白云母化，微斜长石交代斜 万方数据 第2 4 卷第4 期余吉远等新疆东天山大黑山地区眼球状花岗片麻岩成因及形成环境 3 3 7 长石，粒径一般小于0 ．5m m ，钾长石之间的交代残 留物 中细粒暗色集合体 ，其结构和组成与眼球状 花岗质混合片麻岩相似，可见斜长石碎斑和黑云母 条痕 局部已绢云母化 ，石英集合体呈透镜状分布， 具有塑性变形特征，这屿仅在残留物占小部分，多数 是碱性长石集合体，常见文象石与之过渡，说明残留 物发生过糜棱岩化，后又重熔，并占主要部分。 3 花岗闪长质片麻岩主为灰色一灰白色，重熔 交代一残留结构，片麻状构造；主要矿物组成为斜长 石 5 0 ％～6 0 ％ 、石英 2 0 ％～3 0 ％ 、钾长石 1 0 ％～ 1 5 ％ 、黑云母 1 0 ％～2 0 ％ 、白云母 1 ．1 1 ．3 7 ～1 ．5 9 的 特点，岩石为过铝质花岗岩，而里特曼指数盯大大小 A 1 2 0 ，M g o F c o T i 0 2 图4A i 2 0 ，／IF e O T M g O T i O z 一 A 1 20 3 F e o T M g O T i 0 2 图解 F i g ．4 A 1 20 3 ／ F e o T M g O T i 0 2 一 A 1 20 3 F e 0 T M g O T i O z d i a g r a m 于3 ．3 o ．2 3 ～0 ．2 5 ，属于钙碱性系列。稀土总量 为叫 ∑R E E 5 1 ．6 4 1 0 _ 6 ～5 1 4 1 0 ～，叫 R b 一2 2 4 1 0 _ 6 ～2 7 0 1 0 一，W T h 一3 ．6 2 1 0 - 6 ～ 4 6 ．7 1 0 一，们 Y 一1 9 ．6 1 0 6 ～5 9 ．6 1 0 一，W Y b ；2 ．6 2 1 0 6 ～5 ．8 8 1 0 一，叫 S o 一2 ．9 8 1 0 _ 6 ～1 1 ．4 1 0 一，总体上变化范围较大。而S r ／Y 值和 L a ／Y b 。值相对较小，分别为1 ．1 ～3 ．3 7 和 2 ．4 1 ～1 5 ．o o ，从微量元素蛛网图 图5 上可以看出 R b ，T h ，C e ，S m 相对富集，而高场强元素 H F S B a ，N b ，T a ，Z r ，H f 总体呈亏损，有明显的谷出现。 R b ／S r 比值较低 2 ．7 6 ～6 ．1 4 。轻稀土较重稀土分 馏明显，出现明显的负E u 异常，显示岩浆曾发生过 斜长石结晶分异，稀土配分曲线为轻稀土富集型 图 6 ，反映了造山带钙碱性花岗岩的特征 H e r d e r s o n ， 1 9 8 4 。这与中天山地区变质岩原岩主要是岛弧钙 碱性火山一碎屑沉积岩系的认识一致[ 5 ] 。同时，稀 土曲线中样品很好地反映了岩体与围岩成分上的变 化，重熔程度越强 岩体中心 的样品稀土总量和E u 异常越稳定，反之 岩体边部 稀土总量和E u 异常 变化越大。综上所述，这种原地花岗片麻岩的成岩 过程主要为深源熔体和流体与原岩的相互作用，使 原岩发生不同程度地部分熔融，因而其地球化学特 征同时受到原岩和外来熔体一流体的控制。 在R b ／3 0 一H f 一3 T a 三角图解中 图7 ，样 品都落入了同碰撞花岗岩区，而R b 一 Y N b 图解 中 图8 ，样品落入了同碰撞花岗岩、火山弧花岗岩 和板内花岗岩的三角点上，这与P e a r e e 1 9 8 4 所认 为的后碰撞环境一致，因此该岩体可能为碰撞造山 后期一期后的产物。 万方数据 3 3 8地质找矿论丛 2 0 0 9 焦 表1 花岗片麻岩的主量元素、 微量元素和稀土元素组成 T a b l el M a j o re l e m e n t sa n dt r a c e e l e m e n t sa n dR E Eo ft h eg r a n i t i cg n e i s s 测试单位中国地质调查局西北地质调查中心岩矿测试中心测试I 测试仪器x 一荧光光谱仪，A x i o s 4 ．0 k w ，S X 一4 5 和等离子体质谱仪。X s e r i e s Ⅱ，S X 一5 0 检测依据G B ／T 1 4 5 0 6 - 1 9 9 3 ； 量的单位主量兀素w B ／％．微量元素，稀土元素W B ／1 0 一。 图5 花岗岩与N M O R B 微量元素蛛网图 据P e a r c e 等，1 9 8 4 F i g ．5 N M R B - - n o r m a l i z e dt r a c ec l e m e n t d i s t r i b u t i o np a t t e r nf o rg r a n i t e s 迨涯三 图6 花岗岩R E E 配分曲线模式图 球粒陨石值据S u n 等，1 9 8 9 F i g ．6 C h o n d r i t e - n o r m a l i z e dR E Ep a t t e r nf o rg r a n i t e s R b ／3 0 1 h 3 图7 花岗岩R b ／3 0 一H f 一3 T a 三角图解 据H a r r i s 等，1 9 8 6 F i g ．7R b ／3 0 一H f 一3 T ap l o tf o rg r a n i t e s o_写口oqg咯妻I 万方数据 第2 4 卷第4 期余吉远等新疆东天山大黑山地区眼球状花岗片麻岩成因及形成环境 3 3 9 图8 花岗岩R b Y N b 图解 据P e a r c e 等，1 9 8 4 F i g ．8R b Y N bp l o tf o rg r a n i t e s 5 讨论 从野外产出形态及与围岩的接触关系，本区眼 球状花岗片麻岩岩体是中天山中元古宙变质岩原地 重熔改造的产物，因此，其岩石学、矿物学和地球化 学等特征都与围岩岛弧钙碱性火山一沉积岩系十分 相近。围岩为卡瓦布拉克群变粒岩、片岩等，此类原 岩重熔改造而成的花岗岩一般具有较高的C a O ／ N a O 比值 o ．3 [ 12 ] ，且总体上R b ／S r 比值与R b ／ B a 比值呈正相关关系[ 1 引，说明该岩体可能为碰撞 造山后期一期后产物。同时，研究区变质岩系达到 角闪岩相变质，形成于造山挤压阶段，该岩体中保留 有大量的韧性变形结构 这应在强烈的重熔结晶过 程中消失的 ，但是斑晶本身几乎没有变形，说明该 岩体成岩前期经历了挤压一拉张的环境。 李伍平等 2 0 0 1 认为早二叠世之后，区域上发 生的近S N 向挤压作用所造成的强烈变形代表了研 究区乃至整个天山最后一次强烈的水平挤压构造运 动。伴随岩浆活动，引起地壳中含水的变质沉积岩发 生部分熔融，并形成了一系列的岩体 除研究区外， 如河西站岩体、红柳河岩体、平顶山岩体 ，在侵位过 程中发生同构造变形，造成岩体形态呈长条状，且片 麻理十分发育。同时，研究区出露大量的辉长岩、辉 绿岩脉和花岗岩脉说明研究区已经进入了拉伸扩张 阶段，进一步说明了东天山南缘古洋盆在中二叠世 之前已经闭合，这与万天丰[ 1 引、夏林圻等[ 1 引、王超 等m 3 对天山研究得出的结论是一致的。 6 结论 通过对东天山大黑山地区眼球状花岗片麻岩的 研究，认为其成因为卡瓦布拉克岩群经原地重熔后 抬升地表的产物，单颗粒锆石U P b 同位素年龄为 11 4 1 6 0 M a r , S ] ，说明重熔事件发生在中元古代。 属于明显的钙碱性系列花岗岩，根据岩石地球化学 及构造环境判别图解认为该岩石为碰撞造山后期一 期后的挤压一拉张转折期的产物。 致谢区域地质调查工作及论文的撰写得到了 西安地质矿产研究所徐学义研究员、李荣社副总工 程师、王永和研究员、校培喜研究员和西北地调中心 测试中心的大力支持，同时得到了项目组成员的支 持与帮助，在此表示感谢 参考文献 [ 1 ] S a n d i l o r dM ，P o w e l lR ．S o m er e m a r k ；o nh i g h - 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b a n 9 3 1 ．X i ，a nI n s t i t u t eo fG e o l o g ya n dM i n e r a lR e s o u r c e s ，X i ’a n7 1 0 0 5 4 ，C h i n a ； 2 ．C o l l e g eo fE a r t hS c i e n c ea n dL a n dR e s o u r s e s ，C h a n g ，a nU n i v e r s i t y ，x i ’a n7 1 0 0 5 4 ，C h i n a ； 3 ．X i ，a nG e o l o g ya n dM i n e r a lE x p l o r a t i o na n dD e v e l o p m e n t ，x i ’a n7 1 0 1 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h i sp a p e ri n v e s t i g a t e st h ec h a r a c t e r i s t i c sa n do r i g i no fa u g e ng r a n i t i cg n e i s si nt h eD a h e i s h a n a r e ai ne a s t e r nT i a n s h a nM o u n t a i n s ．F i e l dr e l a t i o n sa n ds t u d yo np e t r o l o g y ，m i n e r a l o g y ，g e o c h e m i s t r yi n - d i c a t e t h a tt h ef o r m a t i o no ft h eg r a n i t i cg n e i s si sr e s u l to fi n s i t um e l t i n ga n dr e w o r k i n go ft h ei s l a n da r c h c a l c a l k a l iv o l c a n i c s e d i m e n t a r yr o c ks e q u e n c e ．I nt h er o c k f o r m i n gp r o c e s st h ed e e p l yd e r i v e dm e l t i n gm a t e r i a la n df l u i di n t e r a c t e dw i t ht h ei s l a n da r c hc a l c - a l k a l iv o l c a n i c - s e d i m e n t a r yr o c kl e a d i n gt od i f f e r e n t i a l l y p a r t i a lm e l t i n gt h u sg e o c h e m i s t r yo ft h eg n e i s si sb o t hc h a r a c t e r i z e db yt h eo r i g i n a lr o c ka n dt h ed e e p l yd e r i v e dm e l t i n gm a t e r i a la n df l u i d ．T h ez i r c o nU P ba g ei s11 4 1 M ar e p r e s e n t i n gt h ea g eo ft h em e l te v e n t ． B yi l l u s t r a t i o no ft h eg e o t e c t o n i cd i a g r a m R b ／3 0 H f - T a 3V SR b Y N b t h eg r a n i t i cg n e i s si sf o r m e d d u r i n gl a t e t op o s t o r o g e n i cc o l i s i o n ． K e yW o r d s a u g e ng r a n i t i cg n e i s s ；t h ei n - s i t um e l t i n ga n dr e w o r k i n g ；l a t et op o s to r o g e n i cc o l l i s i o n ；D a - h e i s h a n ；e a s t e r nT i a n s h a nM o u n t a i n s ，X i n ji a n g 万方数据 新疆东天山大黑山地区眼球状花岗片麻岩成因及形成环境新疆东天山大黑山地区眼球状花岗片麻岩成因及形成环境 作者余吉远， 孟勇， 郭琳， 李建星， 白定邦， YU Ji-yuan， MENG Yong， GUO Lin， LI Jian-xing， BAI Ding-bang 作者单位余吉远,孟勇,李建星,YU Ji-yuan,MENG Yong,LI Jian-xing西安地质矿产研究所,西安 ,710054， 郭琳,GUO Lin长安大学,地球科学与国土资源学院,西安,710054， 白定邦 ,BAI Ding-bang西安地质矿产勘察开发院,西安,710100 刊名 地质找矿论丛 英文刊名CONTRIBUTIONS TO GEOLOGY AND MINERAL RESOURCES RESEARCH 年，卷期2009,244 参考文献23条参考文献23条 1.郭华春;董富荣;吴玉门 中天山卡瓦布拉克一带古地壳层圈结构特征[期刊论文]-新疆地质 200204 2.张遵忠;顾连兴;杨浩 东天山平顶山巨眼球状片麻状花岗岩特征及成因[期刊论文]-岩石学报 200503 3.Jung S;Hoernes S;Masberg P The petrogenesis of some migmatites and granitescentral Damara orogen,Namibiaevidence for disequlibrium melting,wall rock contamination and crystal fractionation 1999 4.李春昱 中国的内生成矿与板块构造 198103 5.冯成贵;邹伶俐;田德广 东天山卡瓦布拉克喀拉塔格南岩群地质特征[期刊论文]-新疆地质 200603 6.Sylvester P J Post-collisional strongly peraluminou 1998 7.Kebede T;Koeberl C;Koller F Magamtic evolution of the Suqii-Wagga garnet-bearing two-mica granite Wallagga area,Western Ethiopia 200102 8.胡蔼琴;张国新;陈义兵 新疆大陆基底分区模式和主要地质事件的划分[期刊论文]-新疆地质 200101 9.Sandilord M;Powell R Some remark; on high-temperature-low-Pressure metamorphism in convergent.orogens 1991 10.Sun S;Li J L;Lin J L Indosinides in China and the Consumption of Eastern Paleotethys,Controversies in Modem Geology 1991 11.胡受奚;郭继春;顾连兴 加里东造山带在东天山E85～95构造格架中的重要地位及其地质特征 1990 12.新疆维吾尔自治区地矿局第一区调大队 双庆铜矿南幅、哈密鑫泰公司钾盐矿幅、S8三角点幅15区域地质调查 报告 2005 13.新疆地矿局第七地质大队 长白山南幅、西白山幅、喀拉塔格南幅15区域地质调查报告 2005 14.新疆维吾尔自治区地质调查院;中国地质大学武汉地质研究院 黄碱滩幅、红线山幅、路白山幅、乱石条幅 15区域地质调查报告 2005 15.新疆地质矿产局第一区域地质调查大队 大黑山幅125区域地质调查报告 2003 16.Oyinlnve A O Geology,gexhemistry and origin of the banded and granite gneisses in the basement complex of the liesha area,southwestern Nigeria 199804 17.徐学义;马中平;夏祖春 天山中西段古生代花岗岩TMS法锆石U-Pb同位素定年及岩石地球化学特征研究[期刊论文 ]-西北地质 200601 18.修群业;于海峰;李铨 卡瓦布拉克岩群花岗闪长岩单颗粒锆石U-Pb年龄[期刊论文]-新疆地质 200204 19.王超;刘良;罗金海 西南天山晚古生代后碰撞岩浆作用以阔克萨彦岭地区巴雷公花岗岩为例[期刊论文]-岩石学 报 200708 20.夏林圻;夏祖春;徐学义 天山岩浆作用 2007 21.万天丰 中国大地构造学纲要 2003 22.李伍平;王涛;李金宝 东天山红柳河地区海西期花岗岩的岩石学、地球化学及其构造环境[期刊论文]-地质论评 200104 23.Harris N B W;Inger S Trace element modeling of pelite-derived granites 1992 本文读者也读过10条本文读者也读过10条 1. 杨峰.邢善强.YANG Feng.XING Sha-qiang 安徽省琅琊山铜矿床深部资源潜力分析及勘查[期刊论文]-地质找矿 论丛2009,243 2. 吴永良.田景春.朱迎堂.WU Yong-liang.TIAN Jing-chun.ZHU Ying-tang 神经网络判识沉积微相的应用以 桩241块为例[期刊论文]-地质找矿论丛2009,244 3. 张君龙.司英华.汪爱云.ZHANG Jun-long.SI Ying-hua.WANG Ai-yun 苏德尔特构造带贝14块兴安岭群层序地层 分析[期刊论文]-地质找矿论丛2009,243 4. 钟建华.孙正贵.禚元杰.梁刚.ZHONG Jian-hua.SUN Zheng-gui.ZHUO Yuan-jie.LIANG Gang 高分辨率层序地层 学的应用以河125断层区沙三中亚段为例[期刊论文]-地质找矿论丛2009,243 5. 赵海玲.王成.刘振文.刘杰.洪淑新.陈令.随鑫.ZHAO Hai-ling.WANG Cheng.LIU Zhen-wen.LIU Jie.HONG Shu- xin.CHEN Ling.SUI Xin 松辽盆地中生代火山岩中的氟碳钙铈矿特征及成因意义[期刊论文]-地质找矿论丛 2009,243 6. 邹广明.李保华.ZOU Guang-ming.LI Bao-hua 贵州石头寨二叠系生物礁型古油藏包裹体特征[期刊论文]-地质找 矿论丛2009,243 7. 李