14变质核杂岩中高Sr低Y型花岗岩的发现及其地质意义.pdf

卷 Volume 22 期 Number 4 总 Total 90矿物岩石 页 Pages 16 21 2002 12 Dec 2002 J M INERAL PET ROL 变质核杂岩中高 Sr 低 Y 型花 岗岩的发现及其地质意义 张海祥 张伯友 中国科学院广州地球化学研究所 广东 广州 510640 摘 要 在星子变质核杂岩和武功山变质核杂岩中发现了高 Sr 低Y 型花岗岩 这是变 质核杂岩构造中高 Sr 低 Y 型花岗岩的首次报道 地球化学研究结果表明 它们具有与 adakite相似的地球化学特征 在时空分布上 属于中国东部adakite 它们是由玄武岩岩浆 底侵到加厚的陆壳底部导致下地壳麻粒岩部分熔融形成的 结合花岗岩的地球化学特征 及现有的资料探讨高 Sr 低 Y 型花岗岩的形成与变质核杂岩构造之间的成因关系 关键词 高Sr低Y型花岗岩 变质核杂岩 成因关系 中图分类号 P588 3 P619 22 2 文献标识码 A 文章编号 1001 6872 2002 04 0016 05 收稿日期 2002 01 09 改回日期 2002 06 17 基金项目 中国科学院创新重要方向性项目 KZCX2 102 和国家自然科学基金 49873008 作者简介 张海祥 男 32岁 博士 副研究员 地球化学专业 研究方向 岩石地球化学 星子变质核杂岩和武功山变质核杂岩分别位于 江西省星子县和宜春市境内 在构造上属扬子南缘 均由中生代地壳伸展作用形成的 图 1 星子变质 核杂岩由古元古代变质岩 新元古代片麻状花岗岩 和中生代花岗岩组成 1 武功山变质核杂岩则由新 元古代变质岩 加里东期片麻状花岗岩和中生代花 岗岩组成 2 星子变质核杂岩与武功山变质核杂岩 中均分布有多期次的中生代花岗岩 详细的元素地 球化学研究发现 这两个变质核杂岩中均有高 Sr 低 Y 型花岗岩 综合这些花岗岩的地球化学特征 并结 合现有的研究资料 探讨这些花岗岩的形成与变质 核杂岩形成之间的联系 1 地质概况 星子变质核杂岩中的中生代花岗岩包括玉京山 超单元和海会超单元 其中玉京山超单元包括黄岭 下 破屋和周家坳三个单元 岩性分别为细粒黑云二 长花岗岩 中细粒黑云二长花岗岩和二云二长花岗 岩 岩石均具有细 中细粒花岗结构 块状构造 由钾 图1 华南中生代岩浆岩分布图 Fig 1 Map showing the distribution of Mesozoic mag matic rocks in the southern China 长石 斜长石 石英和黑云母组成 副矿物组合属锆 石 磷灰石型 海会超单元包括风车口和石上李两个 单元 由片麻状中细粒斑状黑云二长花岗岩和片麻 状细粒少斑二长花岗岩组成 岩石具有细 中细粒花 岗结构 片麻状构造 其中风车口单元斑晶以微斜长 石为主 斜长石次之 基质主要由斜长石 石英 微斜 长石和黑云母组成 副矿物组合属锆石 磷灰石型 武功山变质核杂岩中的中生代花岗岩由新到老 包括凹头单元 三江超单元 浒坑超单元 江源超单 元和池浦岩体 池浦岩体侵入于震旦纪地层中 为细 粒黑云母花岗闪长岩 岩石具有细粒花岗结构 似斑 状结构 块状构造 由斜长石 钾长石 石英和黑云母 组成 副矿物属锆石 磷灰石型 其中斑晶为斜长石 石英和黑云母 基质包括斜长石 钾长石 石英和黑 云母 而三江超单元 浒坑超单元和江源超单元等均 为黑云母二长花岗岩 只是各单元的结构构造之间 存在差异 主要由钾长石 斜长石和石英组成 此外 还有黑云母和白云母 副矿物组合均为锆石 磷灰石 型 2 样品采集及分析 玉京山超单元中的破屋 LS 14 单元的样品采 自东牯山采石场 周家坳 LS 21 单元样品采自詹 家岩 海会超单元的风车口单元 LS 10 样品采自 海会镇 而三江超单元 WHS 19 凹头单元 WHS 38 以及池浦岩体 WHS 39 的样品则分别采自塘 家山 白云和绛云 样品的主量元素分析采用 ICP AES 微量元素 及稀土元素采用 ICP MS 样品分析均由作者在中 科院广州地球化学研究所同位素实验室完成 3 地球化学特征 通过测试 星子变质核杂岩中的破屋单元和周 家坳单元以及武功山变质核杂岩中的池浦岩体显示 出高 Sr 低 Y 型花岗岩的地球化学特征 表 1 3 它们与变质核杂岩中其他中生代花岗岩具有明显不 同的元素地球化学特征 从主量元素来看 表 1 高 Sr 低 Y 型花岗岩样 品的 SiO2介于 67 17 70 98 Al2O3 15 15 04 16 22 Na2O K2O WHS 39 除 外 而其 他 花岗 岩 中的 SiO2介 于 70 60 75 12 Al2O3 15 11 97 14 40 Na2O 20 而其 他中生代花岗岩的 Sr 质量分数明显较低 72 38 10 6 120 10 6 Y 和 Yb 质量分数较高 分别是 11 76 10 6 25 97 10 6和 0 942 10 6 2 658 10 6 Sr Y 比值很低 1 5 25 7 稀土元素方面 3 个高 Sr 低 Y 型花岗岩样品 的稀土配分型式为陡倾型 图 3a 明显亏损重稀 土 Eu 具微弱负异常或无明显异常 与太古宙 T T D G 稀土配分模式相似 而与相对较缓倾斜的火山 弧安山岩和英安岩稀土元素配分型式明显不同 变 质核杂岩中其他花岗岩的稀土元素配分型式为相对 较缓右倾 并具有明显的 Eu 负异常 图 3b 综上所述 星子变质核杂岩以及武功山变质 核杂岩中的高 Sr 低 Y 型花岗岩具有与其他花岗 岩明显不同的地球化学特征 这预示着两者之间 在源岩性质 形成机理等方面的差异 4 结果讨论 4 1 高 Sr 低 Y 型花岗岩的形成机理及其与中 国东部燕山期 adakite 的关系 1990 年 Marc J Defant 等 人 首 先 提 出 adakite 埃达克岩 的概念 3 它是由年轻的 小于 25 Ma 热洋壳在俯冲至75 km 85 km 时发生部 17 第 22 卷 第 4期张海祥等 变质核杂岩中高Sr低Y型花岗岩的发现及其地质意义 图3 花岗岩稀土元素配分型式图 Fig 3 T he chondrite normalized REE pattern of the granites 分熔融形成的 具有特殊地球化学特征 它可以是喷 出岩 也可以是侵入岩 由于它具有特殊的地球化学 特征 加上它形成于特殊的大地构造环境 因此 adakite 一经提出就立刻成为人们关注的焦点 有关 它的形成机理以及形成过程的实验模拟等方面的研 究已很普遍 3 12 国内这两年已有 adakite 的研究 报道 13 17 它们主要集中在中国东部中生代燕山 期 研究表明 与环太平洋地区典型的 adakite 相 比 中国东部的 adakite 虽然符合 Defant 所定义的 adakite 的地球化学特征 但明显富 K2O 贫 Al2O3 Mg 和 SrN值偏低 这不仅表明两者在源岩性质 熔 融温压条件以及残留相矿物组合等方面均存在明显 差异 而且中国东部燕山期处于板内环境 与 De fant 最初定义的 adakite 的形成环境截然不同 因 此 是否将中国东部燕山期这一类中酸性高钾钙碱 性岩石命名为 adakite 仍有许多争议 有些学者认 为将其称为高 Sr 低 Y 型火山岩更为恰当 在研究 变质核杂岩构造中发现的高 Sr 低 Y 型花岗岩具有 与 adakite 相似的地球化学特征 表 3 而且不论在 时空上分布上 还是在地球化学特征方面看 它们都 属于中国东部燕山期 adakite 除了由年轻的 小于 25 Ma 热洋壳在俯冲至 75 km 85 km 时发生部分熔融外 Atherton 等 5 在1993 年提出了 adakite 的另外一种成因 新底 侵的玄武岩地壳的部分熔融 鉴于中国东部燕山期 adakite 形成的构造环境和地球化学特征与环太 平洋地区典型的 adakite 之间存在差异 张旗等 13 认为 中国东部燕山期广泛分布的 adakite 是玄武 岩岩浆底侵到加厚的陆壳 大于 50 km 底部导致的 下地壳麻粒岩部分熔融的产物 并将这一类板内环 境 形成的adakite 称为C型 或 型 它与典型 表 2 微量元素和稀土元素分析结果 w B 10 6 Table 2 The analysis of trace elements and REE of granite in 10 6 高 Sr 低 Y 型花岗岩正常花岗岩 样品 编号 L S 14LS 21WHS 39LS 10江源浒坑WHS 19WHS 38 Cs 4 436 7 767 11 84 6 596 18 1 13 11 30 34 15 98 Rb153 4174 8162 8248 5386372271 5355 6 Ba865 41016 7610722 5340115200 1443 1 Th16 7120 0716 8124 522633 3931 47 U6 5368 1483 8224 5685 75 5629 589 K 2 803 853 81 T a1 8551 9580 8911 20624 620 12 5253 027 Nb11 4712 9611 2914 8217 544 0316 7817 58 L a40 848 346 1549 0834 70 11 24738 79 Ce72 8483 2788 7899 1667 40 24 999 3978 46 Sr 566 1304 8706 71207054 578 4672 38 Nd 25 5827 8537 9641 627 6 14443 9634 19 Hf 4 2855 4084 6415 8034 6083 656 Zr 151 7199 5158 5197 7120137 691 35 Sm 3 7073 986 2347 3236 655 128 256 627 T i2050 8 2065 72061 82686 32346 91192 7 T b0 3070 3610 5870 8681 080 80 9280 623 Y7 87810 9116 3525 1430 80 36 725 9711 76 L a40 848 346 1549 0834 70 11 24738 79 Ce72 8483 2788 7899 1667 40 24 999 3978 46 Pr7 9518 9210 8812 1210 304 3412 7310 04 Nd25 5827 8537 9641 627 60 14 443 9634 19 Sm3 7073 986 2347 3236 655 128 256 627 Eu0 7490 8181 61 140 620 190 6450 484 Gd2 2682 5294 1455 7535 315 686 0074 409 T b0 3070 3610 5870 8681 080 80 9280 623 Dy1 4381 8452 9134 6265 226 064 732 697 Ho0 2720 3710 5710 9361 070 940 9250 441 Er0 7791 1351 5472 5113 622 622 4481 061 Tm0 120 1910 2410 3840 730 360 380 143 Yb0 9371 4241 7352 6583 413 42 5940 942 Lu0 1530 2380 280 4310 520 490 3980 138 adakite 具有完全不同的源岩性质和 形成构造环境 同时相应的将由洋壳 俯冲形成的 adakite 称为 O 型 或 型 19 因此 星子变质核杂岩和武功 山变质核杂岩中的高 Sr 低 Y 型花岗 岩也应该是由玄武岩岩浆底侵到加厚 的陆壳底部导致的下地壳麻粒岩部分 熔融形成的 所以 它们与其它燕山期 花岗岩具有完全不同的地球化学特 征 4 2 高 Sr 低 Y 型花岗岩的形成与 变质核杂岩形成之间的成因联系 研究中首次发现在变质核杂岩中 存在高 Sr 低 Y 型花岗岩 那么 它们 有没有特殊的地质意义 它们在成因 上与变质核杂岩的形成之间有没有联 系 它们形成的时空关系怎样 我们知道 变质核杂岩的地壳伸 展作用的产物 而 adakite 是由玄武 岩岩浆底侵到加厚的陆壳底部导致的 下地壳部分熔融形成的 张旗指出 18 矿 物 岩 石2002 表 3 高 Sr 低 Y 型花岗岩与 adakite 特征地球化学参数对 比 Table3 The geochemical characteristics of the high Sr low Y granite and adakite adakite 特征值 3 LS 14LS 21WHS 39 月山 24 SiO2 5669 6470 9867 1761 5 Al2O3 15 SiO2 70 15 2015 0416 2215 85 M gO 6 0 670 691 090 08 Sr 300 很少 400 566 1304 8706 71604 Y 187 87810 9116 3514 1 Yb 1 90 9371 4241 7351 26 Sc 20 40722843114 La Yb 2044342739 注 w B 其余w B 10 6 adakite 的形成必然引发下地壳的拆沉作用 13 并导 致一系列的地球动力学过程 adakite 从下地壳熔出 后 残留相为榴辉岩 由于它的比重大 与岩石圈一 起发生拆沉作用 沉入软流圈地幔 地壳减薄 周围 的软流圈地幔上涌 减压熔融形成玄武岩 地壳抬 升 随后地壳转入伸展状态 地壳进一步减薄 形成 拉张盆地 从上述地质过程中我们不难发现 由玄武 岩岩浆底侵引起的 adakite 形成势必导致软流圈地 幔上涌 地壳伸展减薄 而变质核杂岩的形成也正是 由于地壳减薄 地幔上隆 地壳岩石加热 岩浆侵入 引起上部地壳的伸展和中下地壳的上隆 因此 伴随 着 adakite 形成后的一系列地球动力学过程正好为 变质核杂岩的形成创造了条件 因此 adakite 的形 成与变质核杂岩构造之间存在一定的联系 从以上分析来看 如果 adakite 的形成与变质 核杂岩之间确实存在这种关系 那么它们应该满足 以下几个事实 1 在时间顺序上 adakite 的形成应 早于变质核杂岩 2 变质核杂岩中的同构造期花岗 岩与 adakite 具有明显不同的地球化学特征 3 有 玄武质岩浆的侵入 4 具有较高的地热梯度 这些 与研究区的实际情况完全吻合 首先 星子变质核杂岩与武功山变质核杂岩中 发现的具 adakite 地球化学特征的花岗岩的形成时 代的确早与变质核杂岩形成时代 星子变质核杂岩 同构造期的海会花岗岩的形成时代为 126 Ma 3 Ma 20 而具有 adakite 特征的破屋单元和周家坳单 元虽然还没有准确的年龄资料 但海会花岗岩直接 侵入其中 因此可以断定它们的形成时间应早于海 会花岗岩 武功山变质核杂岩的形成时代为 126 3 Ma 6 4 Ma 21 而具有 adakite 特征的池浦侵入体 的侵入时间为 161 Ma 0 99 Ma 21 因此 两个变 质核杂岩的形成时代都稍晚于 adakite 的形成时 代 这与上述地球动力学过程完全吻合 其次 由于在源区性质 形成机理等方面存在明 显差异 因此 变质核杂岩中同构造期花岗岩与 adakite 具有明显不同的地球化学特征 从表1 可以 看出 最具指示意义的 Al2O3 Na2O 和 K2O 等几个 主量元素 与 adakite 之间存在显著差别 它们的 Al2O3均小于 15 K2O 明显大于 Na2O 而在判别 adakite 的几个特征微量元素中 表 2 它们的 Sr 质 量分数均小于 300 10 6 而 Y 和 Yb 的质量分数 较高 WHS 38 的 Y 和 Yb 的则较低 Sr Y 比值介 于1 5 25 7 之间 与 adakite 微量元素地球化学特 征明显不同 图 3b 是这些花岗岩的稀土元素配分型 式 它们具有明显的 Eu 负异常 且重稀土的亏损程 度也不如具有 adakite 特征的几个花岗岩 具有明 显不同的稀土配分型式 再次 在这两个核杂岩内都广泛分布有燕山期 的基性岩脉 包括辉绿 辉长岩脉等 其中星子变质 核杂岩中辉绿岩脉单颗粒锆石 U Pb 年龄为 122 9 Ma 2 4 Ma 22 与核杂岩的形成时代接近 应为同 一构造事件的产物 这与上述地球动力学过程中 减 压熔融形成玄武岩 的事实吻合 最后 由新底侵的玄武质下地壳部分熔融形成 adakite 不仅需要地壳增厚 同时具有较高的地热梯 度 在 秘鲁 Cordillera Blanca 杂岩 沿 Cordillera Blanca 断裂带就分布有许多活动热泉 9 同样 这两 个变质核杂岩区地热梯度也较高 分布有多处温泉 其中星子县的温泉乡就是以该地区的温泉命名的 而在武功山地区 温汤温泉也是著名的旅游胜地 此 外 在研究区北部的洪镇变质核杂岩也显示了同样 的特征 洪镇变质核杂岩由元古代董岭群变质岩 中 生代花岗岩组成 其中中生代花岗岩包括月山石英 闪长岩和洪镇花岗岩 23 而变质核杂岩的形成与洪 镇花岗岩密切相关 从我们收集的资料看 月山石英 闪长岩具有 adakite 的地球化学特征 表 2 它的侵 位年龄为 137 Ma 24 早于与核杂岩形成事件相关 的洪镇花岗岩的形成时代 122 Ma 25 而且 陈江 峰曾经指出 24 包括月山石英闪长岩在内的长江中 下游一些与铜矿有关的燕山期 同位素年龄在 136 Ma 138 Ma 岩体偏中性 普通沉积变质岩部分熔 融不可能产生这样的成分 它们的源区岩石必须是 中基性火山岩或者幔源玄武岩和地壳物质混合的产 物 这与中国东部 adakite 的形成不谋而合 更具说 服力的是 根据已有的分析数据 26 这些与铜矿有 关的燕山期中酸性岩体均具有 adakite 的地球化学 特征 因此 adakite 的形成与变质核杂岩构造之间 确实存在一定的因果关系 需要指出的是 虽然 19 第 22 卷 第 4期张海祥等 变质核杂岩中高Sr低Y型花岗岩的发现及其地质意义 adakite 的形成与变质核杂岩构造之间存在一定的 因果关系 但它们并不是一一对应的 虽然 adakite 从下地壳熔出后 岩石圈发生拆沉作用 沉入软流圈 地幔 地壳减薄 周围的软流圈地幔上涌 会造成地 壳抬升 但如果地壳抬升并未及地表 则不会出现变 质核杂岩构造 同样 造成地壳减薄 地幔上隆 岩浆 侵入引起上部地壳的伸展和中下地壳上隆而形成变 质核杂岩构造的并不只有玄武岩底侵作用 也就是 说 还有其他机制同样可以提供变质核杂岩形成所 需的动力学条件 野外工作得到了江西省地质调查研究院张芳荣 工程师和李均辉工程师的帮助 在此深表感谢 参考文献 1 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281 9 Petford N Atherton M P Na rich partial melts from newly underplated basaltic crust The Cordillera Blanca Batholith J Peru J of Petrol 1996 37 6 1 491 1 521 10 Rapp R P Watson E B Dehydration melting of metabasalt at 8 32 Kbar Implications for continental growth and crust mantle recycling J J of Petrol 1995 36 4 891 931 11 Sen C Dunn T Dehydration melting of a basaltic composition amphibolites at 1 5 Gpa and 2 0 Gpa implication for the origin of adakites J Contrib Mineral Petrol 1994 117 4 394 409 12 Rapp R P Watson E B Miller C F Partial melting of amphibolite eclogite and the origin of Archaean trondhjemites and tonalites J Precambrian Research 1991 51 1 4 1 25 13 张旗 王焰 钱青 等 中国东部燕山期adakite的特征及其构造 成矿意义 J 岩石学报 2001 17 2 236 244 14 钱青 Adakite 的地球化学特征及成因 J 岩石矿物学杂志 2001 20 3 297 306 15 张旗 钱青 王二七 等 燕山中晚期的中国东部高原 adakite的启示 J 地质科学 2001 36 2 248 255 16 熊小林 赵振华 白正华 等 西天山阿吾拉勒 adakite 型钠质中酸性岩及地壳垂向增生 J 科学通报 2001 46 4 281 287 17 王焰 张旗 钱青 埃达克岩 adakite 的地球化学特征及其构造意义 J 地质科学 2000 35 2 251 256 18 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