东天山伊吾地区侵入岩岩石地球化学特征及构造环境.pdf

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2 0 1 1 年 2 8 卷 3 0 4 - 贵 州 地 质 GU I Z H0U GE 0L 0 GY V o 1 . 2 8 N o . 4 T o 1 . 1 0 9 2 0 1 1 第 4期 总第 1 0 9期 东天山伊吾地区侵入岩岩石地球化学特征及构造环境 谯文浪 , 肖加飞 , 陈 武 , 姚益祥 1 .贵州省地质调查院, 贵州贵阳5 5 0 0 0 5 ; 2 .中国科学院 地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室, 贵州贵阳5 5 0 0 0 2 [ 摘要] 通过对 东天山伊吾县解放 沟、 四道白杨沟、 马依 当等 区段 出露岩体的调查研 究, 查明 了其产 出形态、 岩石类型、 岩石组合特征 、 侵入期次及地球化学特征。岩石类型主要为闪长岩、 闪长玢岩 、 石英闪长岩、 花岗岩、 斜长花岗斑岩、 花 岗斑岩等。本文将从岩石 学特征、 岩石地球化 学特征等方面进行 系统研究, 分析并探讨该区侵入岩的成因及构造环境。 [ 关键词 ] 侵入岩; 地球化学; 构造环境 ; 东天 山伊吾 [ 中图分类号] 1 5 8 8 . 1 2 ; 1 5 9 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 1 0 0 0 5 9 4 3 2 0 1 1 0 4 0 3 04 0 6 东天山伊吾县地区主要位于玛依勒 一莫钦乌 拉大断裂带内, 其岩浆岩广泛分布, 构造形迹丰 富 , 构造演化复杂。2 0 0 4 --2 0 0 5年在该区开展 了 1 5 y Y 石门沟等 四幅区域地质矿产调查 , 使笔者有 机会对该区侵入岩体进行了调查 , 系统地收集 了 该区主要岩体 的岩石学、 岩石地球化学等方 面的 资料 , 并进行了系统地分析研究 , 对该区侵入岩的 成因及构造环境有了粗浅的认识。 1 区域地质概况 研究区出露地层主要为奥 陶系、 志留系、 泥盆 系、 石炭系、 二叠系、 侏罗系等, 其 中以石炭系出露 面积最大、 侏罗系出露面积最小 图 1 。奥陶系主 要分布于解放沟 一石门沟一线北东 , 呈北西 一 南东 向带状展布。岩性主要为板岩、 千枚岩、 变余砂岩、 玄武岩、 安山岩等。志留 一 泥盆系主要分布于马依 当 一四道白杨沟一线以北东 , 岩性主要为长石岩屑 砂岩、 含砾砂岩、 板岩、 凝灰岩等。石炭系 一 二叠系 主要分布于乌尊布拉克一带及解放沟以南西地区, 岩性主要为砂岩、 火山角砾岩、 安山岩、 流纹岩等。 构造发育、 主要呈北西 一 南东向延伸。 通过本次调查 , 查明了测 区侵入岩在 区域上 的分布情况 , 其多呈条带状或球状产出, 少数为不 规则形状, 空间产出形态以复式岩基为主, 少数为 岩株状、 岩脉状。结合侵入层位、 岩石地球化学特 征、 测试年龄以及区域地质背景 , 本次得出区内岩 浆侵人时代为华力西中期 , 并将其细分为两期三 次 , 第一侵入序次主要为角闪石岩、 斜长花岗斑 岩 , 总体规模较小、 零星分布 ; 第二侵入期次可进 一 步分为两个亚侵人次 , 第一亚侵入次主要为闪 长岩、 闪长玢岩、 石英闪长岩、 英云闪长岩等, 它们 多数分布在复式岩基 内部或其附近, 其 中以马依 当闪长岩一石英 闪长岩岩体最大 , 呈北西一南东 向带状分布; 第二亚侵人次主要为酸性二长花岗 岩、 花岗闪长岩、 黑云母花岗岩、 石英斑岩、 花岗斑 岩等, 是研究 区分布范围最广岩类 。以解放沟岩 体、 伊吾煤矿岩体 、 四道 白杨沟岩体为代表。 2岩石学特征 第一侵入序次岩石组合为角 闪石岩、 斜长花 岗斑岩, 多呈岩片、 岩块状产出, 总体沿莫钦乌拉 断裂带分布 , 是研究 区侵人最早 的一套拉张背景 下的岩浆组合。具下列几个特点 岩性 由基性到 酸陛即角闪石岩 一斜长花岗斑岩 ; 结构由中细粒 一 中粗粒 一 似斑状粒状 一 斑状; 石英含量递增, 暗 色矿物从早到晚角闪石 、 辉石从有到无 , 黑云母从 早到晚由少到多。指示 出岩浆作用从早到晚由基 性向酸性增强演化的特点。 [ 收稿日期] 2 0 1 1一 O 71 5 [ 改回日期] 2 0 1 11 0 2 5 [ 基金项目] 地质调查项 目 新疆伊吾县伊吾煤矿一带 1 5 万地质矿产调查, X J Q D Z 2 0 0 41 1 [ 作者简介] 谯文浪 1 9 8 0一 , 男 , 工程师, 长期从事区域地质矿产调查研究工作。 第 4期 谯文浪 , 等 东天山伊吾地区侵入岩岩石地球化学特征及构造环境 3 0 5 图 l 研 究区地质 略图 F i g . 1 Ge o l o g i c a l s k e t c h o f s t u d i e d a r e a 1 一角闪石岩; 2 一辉绿岩、 灰绿玢岩; 3 一闪长玢岩; 4 斜长花岗斑岩 ; 5 一石英闪长岩; 6 一闪长岩; 7 一英云闪长岩; 8 一 石英闪长玢岩; 9 一黑云母花岗闪长岩; 1 0 一黑云母二长花岗岩; l 1 一二长花岗岩; 1 2 一花岗闪长岩; 1 3 一黑云母花岗岩; 1 4 一花岗斑岩 ; 1 5 一石英 斑岩 ; 1 6 一 奥陶系 中 一上统 ; 1 7 一 晚志留系 一早泥盆统 ; 1 8 早 石炭统 ; 1 9 一石炭 系 一二叠系 ; 2 0 侏罗系; 2 1 第四系; 2 2 一断层; 2 3 一角度不整合 第二侵人序次一亚次岩石组合为闪长岩、 石 英闪长岩、 英云闪长岩、 闪长玢岩、 石英闪长玢岩。 岩石单元出露范围较小, 多呈岩株、 残留体、 俘虏 体产出, 形状为圆形、 条状, 个别呈不规则状。具 闪长岩一石英闪长岩一英云闪长岩演化序列, 岩 石多被后期侵位的二长花岗岩、 花岗闪长岩等破 坏、 穿插或包裹, 岩石单元之间有的呈脉动接触, 个别地段为断层接触, 沿断裂带常发生碎裂岩化。 具下列几个特点 岩性由中性到中酸性演化, 即闪 长岩 一 石英闪长岩一英云闪长岩; 结构由中细粒 一 中粗粒 一似斑状粒状 一斑状 ; 主要造岩矿物斜 长石含量变化规律不明显 , 石英递增 , 钾长石 由少 变多。指示出岩浆作用从早到晚由中性向中酸性 增强演化的特点。 第二侵入序次二亚次岩石组合为花岗闪长 岩、 二长花岗岩、 黑云母花 岗闪长岩、 黑云母二长 花岗岩、 黑云母花岗岩、 石英斑岩、 花岗斑岩等。 该侵人次岩石出露较连续, 多呈岩株、 岩基产出, 展布方向总体为北西 一南东向, 与围岩多呈侵入 接触关系。具下列几个 特点 岩性 由基性到酸性 变化 , 即花岗闪长岩 一二长花 岗岩一黑云母花 岗 岩 一 花 岗斑岩; 结构 由中细粒 一中粗粒 一似斑状 粒状 一斑状 ; 主要造岩矿物斜长石含量变化规律 不 明显 , 石英递增。指示出岩浆作用从早到晚由 基性到酸性增强演化的特点。 3岩石地球化学特征 3 . 1 主量元素地球化学特 在研究 区所取侵入岩样 品 S i O 质量分数 为 5 0 . 0 7 %~7 4 . 2 7 %, 平均 6 5 . 7 5 %, A 1 2 0 3质量分 数为 4 . 4 1 % ~ 1 7 . 0 8 % , 除第一 侵入期次 中的角 闪石岩的 N a 2 OK 0质量分数仅为 0 . 6 %以外 , 其余均大于5 %, 碱度率 A R为1 . 7 2 ~3 . 5 3 ; 岩石 分异系数 D I 为 5 8 . 7 7~9 0 . 3 9 , 里特曼指数 盯为 1 . 7 0~3 . 6 0, 上述数据表明所有分析的岩石均为 钙碱性岩石, 与镜下鉴定比较一致。 在 S i O 一K 0图解 中 图 2 , 第一侵入序次 的侵入岩样品点落在低钾系列范 围内, 第二侵人 序次第一亚侵人次的侵入岩样品点落在高钾系列 的范围中, 而第二侵人序次第二亚侵入 次 的侵人 3 0 6 贵州地质 2 0 1 1 年2 8卷 ◆ 第一侵 入序 次役八岩 O 第二匣八序次第一亚次侵入岩 ◆ 第l-侵入序次第二亚次侵入岩 w s io2 % 图2 侵入岩 K 2 OS iO 图解 。 F i g . 2 Di a g x a m o f i n t r u s i v e r o c k K2 O S i O2 岩样品点落在钙 一碱 系列的范围及临近 区域 , 显 现出较大的差异 , 且岩石 K 0含量与 S i O 含量 间 不具有相关关系。总体反应了三次侵入岩浆岩岩 浆源及深度均不一致的特征。 通过对 比表 1中各侵入次岩石的主量元素含 量 , 发现 S i O 含量 的变化范围均较大, 同时 , N a 、 K、 S i 、 A l 的含量除第一侵入期次侵入岩的数据较 小以外 , 其余样品的含量均较高; 而 F e 、 C a 、 M g等 元素则表现出相反的特征 , 其在第一侵入期 次侵 入岩要明显高于其余样品。反应了第一侵入次岩 浆源深度明显大于第二侵入次。 3 . 2 微量元素地球化学特征 研究区各期次侵人 岩微 量元 素的含量见表 2 , 由其标准化处理所 的的蜘蛛 网图见 图 3 , 其标 注化值为 T h o mp s o n球粒 陨石标准化值, 而横坐标 中, 元素从左到右的排列顺序按照其在地幔 的小 程度熔体 中的相容性增加 的次序进行排序 H u g h R . R o l l i n s o n , 1 9 9 2 。在蜘蛛网图上 , 各期 次 侵 入 表 1 侵入岩主量元素含量特征 单位 % T a b l e 1 C o mp o n e n t c h a r a c t e r s o f ma i n e l e me n t s o f t h e i n t r u s i v e r o c k 岩, 特别是第二侵入期侵入岩富集 了大量的 R b , B a , s r , K等大离子 亲石元素 uL E , 且大致表现 为相容性越大的元素富集程度越大。此外 , 上、 下 部大陆地壳物源侵入岩的蜘蛛网图通常有较大的 差别 , 大致而言, 下部大陆地壳 的富集程度要 远小于上部大陆地壳 , 且在 曲线上表现为一凹一 凸, 而且 N b元素虽在蜘蛛图上均表现为下凹, 但 其在下部大陆地壳源的侵入岩的富集程度要小于 上部大陆地壳源的。图3中, 第一侵入次侵入岩 的曲线和第二侵入次各 亚次表现的均不一样 , 其 更接近于反应为下部大陆地壳来源 , 或者是幔源, 而第二次侵入岩的源区可能要相对较浅。 第一侵人 次侵入 岩 的高场强元 素 T h 、 N b 、 C e 、 z r 等 相对大离子亲石元素 B a 、 R b 、 K、 S r 等 无 明显的亏损 , 表明其微量元素不具 B型俯 冲消 减带中的岩浆微量元素特征 , 而具扩张洋脊环境 的微量元素特征 , 反映岩浆来 自地幔源区。第二 侵入期次一亚次则表现出高场强元素相对于大离 子亲石元素存在较 明显 的亏损 , 表明其微量元素 具 B型俯冲消减带中的岩浆微量元素特征 , 具典 型岛弧岩浆岩岩石微量元素特征 ; 第二侵人期次 二亚次各侵入岩中的大离子亲石元素 B a 、 R b 、 S r 、 K含量相对 较大 , 而相对贫 P 、 T i 等, 显示该侵入 次侵入岩单元微量元素具大陆地壳微量元素特征, 第4期 谯文浪, 等 东天山伊吾地区侵入岩岩石地球化学特征及构造环境 。3 0 7 蜷 兹 元素 图3 各期次侵入岩微量元素蜘蛛网图解 F i g . 3 Tr a c e e l e me n t s c o b we b o f the i n t r us i v e r o c k i n d i ff e r e n t p h a s e 表2 侵入岩主量元素含量特征 单位 1 0 T a b l e 2 C o mp o n e n t c h a r a c t e r s o f ma i n e l e me n t s o f t h e i n t r u s i v e r o c k 具碰撞型花岗岩微量元素曲线特征。 3 。 3 稀 土元 素地球化学特征 侵入岩的稀土元素型式受控于岩浆的稀土元 素地球化学和岩浆 演化过程 中矿物 一熔体 的平 衡 , 轻稀土元素相对于重稀土元素 的分馏是研究 侵入岩演化 的一类关键地球化学参数 。从表 3 各期次侵入岩相关地球化学参数中可以看出, 在稀土元素总量方面, 第 二侵入序次第二亚侵人 次岩石样 品的含量总体上要略大 , 第一亚侵入次 岩石样品的含量最小 , 且 表现 出各岩体 的稀土元 素总量差别较大的特点。 由图 4所示 , 除第一亚侵人次侵入 岩中的角 闪石岩的稀土元素标准化曲线没显示出轻稀土元 素相对重稀土元素富集的特点以外 , 其余 1 3件岩 石样品均显示出不同程度的轻稀土相对富集, 其 中第二侵入序次第一亚侵人次中石英闪长岩样品 的轻稀土富集不甚明显 , 其标准化 曲线较为水平 , 从图 4和表 3中都可以看 出, 第二侵人序次第二 亚侵人次各侵入岩岩样的轻稀土相对富集程度都 要大于另外两次, 这表现其轻重稀土分馏程度高, 具壳源稀土分布特征。 铕异常的主要因素是长石的含量 , 因为二价 的 E u可以被斜长石和钾 长石所容 纳, 而三价 的 3 0 8 贵州地质 2 0 1 1 年 2 8卷 E u 却是不相容的, 所以在分馏结晶作用中长石从 岩浆分离出来或在部分熔融作用中长石被残留在 源区, 这样就引起了岩浆中E u的负异常, 本次分 析的 l 4件样品中, 除角闪石岩 中不含长石以外 , 其余各岩石中均含有斜长石或钾长石, 此外, 岩石 中的普通角闪石可引起熔体 中一定 的正异常, 本 次研究的前两期侵入岩岩石中含有角闪石, 特别 是第一侵入期次的角闪石岩, 其角闪石含量达 1 0 0 %, 如此 以来 , 可以判定侵入岩中的负异常程 度与岩石 中长石的含量成正相关 , 而与角闪石呈 一 定的负相关。 表3 侵入岩稀土元素地球化学特征统计表 T a b l e 3 G e o c h e mi s t r y c h a r a c t e r s o f R EE o f i n t r u s i v e r o c k 隧 兹 元 素 图4 各期次侵入岩稀土元素标准化图解 F i g . 4 S t a n d a r d d i a g r a m o f RE E o f i n t r u s i v e r o c k i n d i ffe r e n t p h a s e s 4成 因及构造环境探讨 4 . 1 从主量元素分析对比上, 可知, 三次侵入期 次的 S i O 含量 的变化 范围均较大 , N a 、 K 、 S i 、 A l 的含量除第一侵入期次侵入岩 的数据较小 以外 , 其余样品的含量均较高 , 而 F e 、 C a 、 Mg等元素则 表现出相反的特征 , 其在第一侵入期次侵入岩要 明显高于其余样品。这些特征显示 了, 第一侵入 期次岩浆部分熔融程度高、 碱度低 ; 第二侵入期次 岩浆部分熔融程度低、 碱度较高。 4 . 2 稀土元素地球化学特征 , 第一侵入期次侵入 岩稀土元素具有幔源或下地壳的特征 , 其稀土配 分形式与大洋拉斑玄武岩相似 , 具铕平坦 型的特 第 4 期 谯文浪, 等 东天山伊吾地区侵入岩岩石地球化学特征及构造环境 。 3 0 9 点; 第二侵入期两个亚次侵入岩稀土元素特征均 显示壳源的特征 , 具 铕负异常 的特点。只是第一 亚次稀土配分形式与岛弧岩相似 ; 第二亚次稀土 配分曲线壳源花岗岩配分曲线图相似 。 4 . 3 微量元素地球化学特征, 第一侵入期次侵入 岩微量元素中高场强元素相对大离子亲石元素无 明显的亏损, 其中 s r B 8 元素随着岩石中 S i O 含量增加而亏损明显, 说明有结晶分异作用存在, w T h / W Y b 比值 , 也指示 了该侵人序 次侵入 岩源岩应为岩石圈地幔物质 , 此外 , 不相容元素强 烈富集、 高的S r 含量及低的 R b / S r 比值表明岩浆 来 自 强烈富集地幔源区; 第二侵入期一亚次侵入 岩微量元素中高场强元素相对大离子亲石元素较 明显的亏损, 表明其微量元素具 B型俯冲消减带 中的岩浆微量元素特征, 其中 s r B a 元素随着岩 石 中 S i O 含量增加而亏损明显 , 说 明有结 晶分异 作用存在; 第二侵入期二亚次侵入岩微量元素具 大陆地壳微量元素特征。 4 . 4 根据微量元素 的含量做 的花 岗岩判别 图解 图5 、 6 , 可以看出, 大部分点都投在火山弧花岗 岩区域, 极少部分位于火山弧花岗岩和板内花岗 岩之间, 表明区内各期次侵入岩所处的大地构造 环境为岛弧环境。 l O 0 o 冒 耋 啪 1 0 1 0 1 0 0 l 0 0 o Y N b p p m 图 5 花岗岩的 R b一 Y 4 - N b 判别图解 F i g . 5 R b一 YN b d i s c r i m i n a t i o n o f g r a n i t e 综上所述, 第一侵人期次侵人岩岩浆物质来 源于上地幔或下地壳, 形成以幔源成分为主、 地壳 物质为辅的混合岩浆; 第二侵入期一亚次侵入岩 岩浆物质来源于上地幔或下地壳, 形成以幔源和 地壳物质成分的混合岩浆, 具“ I ” 型花岗岩特征, 岩浆作用为部分熔融结晶机制; 第二侵入期二亚次 ’ p p m 】 图 6 花岗岩 的 T aY b判别 图解 F i g . 6 T aYb d i s c rimi n a t i o n o f g r a n i t e 侵入岩岩浆物质来源于上地幔或下地壳, 形成以幔 源成分为主地壳物质为辅的混合岩浆, 具“ s ” 型花 岗岩特征, 岩浆作用为部分熔融结晶机制。各期次 侵入岩所处的大地构造环境为岛弧环境。 致谢 本文在写作过程 中得 到 了贵 州省地质 调查院张慧研究 员的悉心指导, 在此表 示衷心的 感谢 [ 参 考 文 献] [ 1 ] 叶绍东, 任红民, 李储华, 等 . 苏北盆地新生代侵入岩分布 特征及地质意义[ J ] . 地质评论, 2 0 1 0 , 5 6 2 2 6 9 1 7 4 . 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S e q u e n c e S t r a t i g r a p h y a n d S e d i me n t a r y Ch a r a c t e r s o f To n g s h a n Fo r ma t i o n o f Up p e r P e r mi a n i n W a i l a n g t i a n Ar e a i n P i n g b a,Gu i z h o u KU ANG Z h o n g, L I Yo n g, HU ANG I On一 d -I I G u iz h o u A c a d e m y o f G e o l o g i c S u r v e y ,G u i y a n g 5 5 0 0 0 5 ,G u i z h o u ,C h i n a [ A b s t r a c t ] F o r t h e s e q u e n c e b o u n d a r y a n d t h e b a s ic s e q u e n c e c h a r a c t e r s , th e s e q u e n c e s tr a t i g r a o h i c i n Wa i l a n g t i a n a r e a a r e d i v i d e d a n d s t u d i e d, the r e l a t i o n b e t we e n c o a l f o r mi n g p e r i o d a n d s e q u e n c e s t r a t i g r a p h y a n d t h e s e d i me n t a r y c h a r a c t e r s a r e d i s c u s s e d . [ K e y Wo r d s ] H e s h an f o r m a t i o n ; s e q u e n c e and c h ar a c t e r ; s e d i m e n t a r y e n v ir o n m e n t 上接第 3 0 9页 [ 1 1 ] 李春星, 郭令智, 朱夏, 等 . 板块构造基本问题[ M] .北 京 地震 出版社 , 1 9 8 6 . [ 1 2 ] 许靖华 . 弧后碰撞造山带的大地构造相[ J ] . 南京大学学 报 , 1 9 9 4 , 6 1 11 1 . [ 1 3 ] 徐学义, 等 . 北天山巴音沟蛇绿岩斜长花岗岩S H R I M P测 年及其意义[ J ] . 地质论评, 2 0 0 5 , 5 5 2 3 5 2 7 . [ 1 4 ] [ 1 5 ] [ 1 6 ] 谯文 浪, 刘凌云 , 等 .东天 山伊吾地 区早 石炭世火山岩地 球化学特征及其构造意义[ J ] . 贵州地质, 2 0 1 1 1 . 邱家骧 .开合构造与岩浆活动[ J ] . 地质通报, 2 0 0 4 。 3 2 2 223 1 . 左国朝, 梁广林 , 等 .东 天山觉罗塔格地 区夹 白山一带 晚 古生代 构造格局及演化[ M] .北京 科学 出版社 , 2 0 0 6 . Ge o c h e mi c a l Ch a r a c t e r i s t i c a n d S t r u c t u r a l En v i r o n me n t o f I nt r us i v e Ro c k i n Yi wU Ar e a o f Ea s t Ti a ns h a n M o u n t a i n QI A O We n l a n g , X I A O J h f e i , C H E N Wu , Y A O Y i x i a n g 1 . G u i z h o u A c a d e m y o fG e o l o g i c S u r v e y , G u i y a n g 5 5 0 0 0 5 , G u i z h o u , C h i n a ; 2 . S t a t e K e y L a b o r a t o r y of O r e D e p o s i t G e o c h e m t r y C h i n e s e A c a d e m y of S c i e n c e s ,G u i y a n g 5 5 0 0 0 2 , G u i z h o u , C h i n a [ A b s t r a c t ] F o r th e s e q u e n c e b o u n d a r y a n d t h e b a s ic s e q u e n c e c h a r a c t e r s , t h e s e q u e n c e s t r a t ig r a o h i c i n Wa i l a n g t i a n a r e a a r e d i v i d e d a n d s t u d i e d, t h e r e l a t i o n b e t w e e n c o a l f o r mi n g p e r i o d a n d s e q u e n c e s t r a t i g r a p h y a n d t h e s e d i me n t a r y c h ara c t e r s are d i s c u s s e d . [ K e y Wo r ds] i n t r u s iv e r o c k ; g e o c h e m i s t r y ; s t r u c t u r a l e n v i r o n m e n t ; Y i w u e a s t T i a n s h a n M o u n t a i n 1 J 1J 1 J 1 J 1j 1 J 东天山伊吾地区侵入岩岩石地球化学特征及构造环境东天山伊吾地区侵入岩岩石地球化学特征及构造环境 作者谯文浪, 肖加飞, 陈武, 姚益祥 作者单位谯文浪,陈武,姚益祥贵州省地质调查院,贵州贵阳,550005, 肖加飞中国科学院地球化学研究所矿 床地球化学国家重点实验室,贵州贵阳,550002 刊名 贵州地质 英文刊名Guizhou Geology 年,卷期2011,284 本文链接
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