东昆仑金水口地区麻粒岩包体地球化学特征.doc

东昆仑金水口地区麻粒岩包体地球化学特征龙晓平， 金 巍， 余 能（吉林大学 地球科学院，吉林 长春 130026）摘要：对金水口麻粒岩包体的地球化学特征及其中锆石的Rb-Sr、Sm-Nd同位素分析测试研究表明：金水口麻粒岩包体既不同于典型的下地壳麻粒岩包体，也不同于华北克拉通下地壳和华北克拉通中性及基性麻粒岩，为上地壳物质经历麻粒岩相变质作用的结果，其物源来自上地壳物质；在该麻粒岩包体形成之后，未经历明显的U的丢失，亦未明显的交代蚀变和退变质作用发生；金水口麻粒岩不具明显的辉石、石榴子石及Fe-Ti氧化物的堆晶作用趋势，主要表现为拉斑玄武岩岩浆分异演化趋势。关 键 词：麻粒岩包体；地球化学；金水口地区；东昆仑 中图分类号：P594 文献标识码：A 文章编号：1000-274X(2004)0072-08麻粒岩是一套代表高温相的高级变质岩，蕴藏了丰富的地质信息。作为年轻下地壳的代表岩石麻粒岩包体和古老的麻粒岩地体之间在形成时代、岩性及其结构构造方面存在一定的差别1, 2，尤其玄武岩中的麻粒岩包体是研究大陆下地壳结构、组成、演化和壳幔交换作用的重要样品3。在柴达木盆地周边的东昆仑造山带金水口、天台山和清水泉等地区，以及阿尔金造山带中段阿克塔什塔格等地区，均有麻粒岩体或是麻粒岩包体出露4。在金水口地区，麻粒岩包体出露在一套富铝花岗岩中，明显不同于汉诺坝麻粒岩包体5, 6。对金水口地区出露麻粒岩包体的成因及形成时代，前人的研究已经取得了不少成果7。金水口地区是东昆仑造山带研究的典型地区，也是东昆仑造山带研究的热点地区之一，该区麻粒岩包体的特征及成因，以及麻粒岩相变质事件年龄，对研究金水口地区的演化，甚至整个东昆仑造山带的演化有着重要的意义。本文通过金水口麻粒岩包体及其地球化学特征的研究，讨论该套麻粒岩的成因及其在恢复金水口地区地质演化中的地质意义。1 样品地质背景本次分析的麻粒岩出露于青海省境内诺木洪农场金水口电站附近，主要以椭圆状包体赋存于一套片麻状富铝花岗岩体之中，主要岩性为紫苏斜长麻粒岩、二辉斜长麻粒岩、紫苏角闪斜长麻粒岩。其矿物组合为Hy+Di+Pl+Qz、Hy+Di+Pl+Bi、Hy+Di+Pl+Bi+Qz、Hy+Hb+Pl+Q、Di+Pl+Qz，辉石无色呈网状，角闪石褐色，副矿物以磁铁矿为主，有的麻粒岩包体具有条带状构造。围岩矿物颗粒粗大，为一套堇青石榴黑云母花岗岩。其中：石榴石粉色，边缘港湾状；黑云母棕褐色，片状，部分多色性明显，沿其解理有铁质不透明矿物析出，边部重熔结构明显, 边缘港湾状。该套富铝花岗片麻岩中出现粒状堇青石、柱状红柱石，堇青石浅黄绿色胶蛇纹石化发育。2 分析测试结果样品的常量元素、微量元素及铷-锶、钐-钕同位素在广州地球化学研究所分析测试，其分析结果见表1、2。表1 金水口麻粒岩包体主元素分析结果 Tab.1 Major element copositions of the Jinshuikou granulite exnoliths %样 品SiO2TiO2Al2O3Fe2O3TMnOMgOCaONa2OK2OP2O5LOITotalMg#NJ0100555.070.9414.1712.260.186.8610.540.470.500.120101.1032.41NJ0100749.051.4413.1218.010.276.9411.460.470.090.100100.9624.83NJ0101056.390.9814.0612.560.216.807.410.810.510.07099.8031.70注：Mg#=100Mg/(Mg+FeT)表2 金水口麻粒岩包体微量元素及稀土元素分析结果 Tab.2 Trace and rare earth element copositionsof the Jinshuikou granulite exnoliths g.g-1样 品BaRbSrYZrNbThPbGaNiVCrHfNJ0100572.9936.5372.5424.9673.355.2232.61214.5617.3126.51299.7195.62.163NJ0100732.654.96167.5941.7543.635.0560.3154.58518.2964.34429.8117.31.350NJ01010138.341.5075.6526.5975.855.9821.7337.60517.4816.15306.4175.62.199样 品CsScTaCoULaCePrNdSmEuGdTbNJ010052.04846.580.41739.801.1189.44920.782.94812.233.1010.9734.0000.689NJ010070.36556.470.33657.870.1464.36911.851.92010.103.421.1375.1440.914NJ010101.24144.760.8034.930.5627.6918.542.52611.713.220.7124.2220.688样 品DyHoErTmYbLuLREEHREELREE/HREEREE（La/Lu）NLa/YbEuNJ010054.3510.9642.6370.4232.7790.44749.4816.293.0465.772.233.400.85NJ010076.2661.4333.8340.6594.2940.70032.803.241.4156.040.661.020.83NJ010104.4590.9282.4060.4182.6470.42344.406.192.7460.591.922.910.593 样品地球化学特征金水口麻粒岩包体的常量元素含量变化较大（见表1），如SiO2、Al2O3、CaO、 Fe2O3含量较高，相应的矿物组成中有较高的磁铁矿组分。金水口麻粒岩包体的MgO含量较低，具较低的Mg#值，平均为29.64，均明显低于汉诺坝麻粒岩包体79，而TiO2含量高于汉诺坝麻粒岩包体，常量元素含量总体特征相似于华北太古宙麻粒岩地体811 （见图1）。金水口麻粒岩包体的SiO2与MgO呈负相关，CaO/ Al2O3值随CaO含量的降低而降低（见图1），暗示了这些麻粒岩包体可能是同一岩浆源结晶分异的产物，经历了单斜辉石的结晶分异作用12。在Mg#-SiO2/AlO3图解中（见图2），金水口麻粒岩包体落在中性麻粒岩（Intermediate）和酸性麻粒岩（Silicic）之间，大部分与华北太古宙麻粒岩地体类似，不具明显的辉石、石榴子石及Fe-Ti氧化物的堆晶作用趋势，主要表现为拉斑玄武岩及钙碱性玄武岩岩浆分异演化趋势。图1 金水口麻粒岩包体主量元素变异图Fig.1 Variation of major element compositions of the Jinshuikou granulite xenoliths汉诺坝麻粒岩包体数据来源文献9,10，华北太古宙麻粒岩地体数据来源文献10,12图2 金水口麻粒岩包体的Mg#-SiO2/AlO3图解Fig.2 Mg#-SiO2/Al2O3 diagram for the Jinshuikou granulite xenoliths1汉诺坝基性麻粒岩包体 2汉诺坝偏长英质麻粒岩包体 3安徽女山麻粒岩包体 4金水口麻粒岩包体；汉诺坝麻粒岩包体及华北太古宙麻粒岩地体数据来源同图1，女山麻粒岩包体数据来源文献13，Mafic1为原始玄武岩浆堆晶作用的结果或是含一定比例的镁铁质堆晶相的玄武岩浆，Mafic2为固结玄武岩浆或是相对于Mafic1较为演化的玄武岩浆的堆晶相，Mafic3为中酸性岩浆堆晶作用的结果或是变质沉积岩及中性火成岩熔融的残余；Intermediate为中性麻粒岩，Silicic为酸性麻粒岩，具体成分见文献14，15金水口麻粒岩包体的Ni、Cr含量分别为13.8664.34、117.3318.2 g/g，平均为35.67、162.8 g/g，明显低于华北克拉通中性及基性麻粒岩的平均值16及华北克拉通下地壳的平均值17。Nb、Ta 含量较低，平均5.42 g/g 和 0.52 g/g，Nb/Ta 值较低，远低于华北克拉通太古宙中、酸性麻粒岩16，也低于华北克拉通下地壳平均值（20.7 g/g）17及原始地幔值（17.4 g/g）18。金水口麻粒岩包体的Zr/Hf 值 32.334.5，平均 33.6，低于华北克拉通下地壳的平均值（39.2）17，也远低于太古宙基性火山岩的平均值（42.7）19。在其微量元素原始地幔标准化比值蛛网图上，金水口麻粒岩包体的微量元素总体以 Sr、Ba、Nb、Ta 的亏损为特征（见图3），不同于华北克拉通下地壳和华北克拉通中性及基性麻粒岩。金水口麻粒岩包体稀土含量较低，呈现轻稀土富集特征，LREE/HREE为1.413.04，（La/Lu）N = 0.662.23，其稀土元素分布模式图显示明显的Eu负异常（见图4）。图3 微量元素原始地幔标准化比值蛛网图Fig.3 Spider diagrams of primitive mantal-normalized trace elements 图4 稀土元素分布模式图 Fig.4 REE distribution patterns图中细实线为华北克拉通下地壳平均值17；粗实线为华北克拉通太古宙中性麻粒岩17；粗虚线为扬子克拉通下地壳平均值174 讨 论Eu异常（Eu/Eu*）是示踪地壳演化和壳-交换作用重要的指示剂20,21，幔源岩石通常没有Eu异常，表明由地幔形成的新生地壳同样不具有Eu异常。花岗岩浆活动引起的壳内分异作用，使上地壳和由上地壳风化、剥蚀而成的碎屑沉积岩具有明显的负Eu异常，而部分融融残余的下地壳则具有正Eu异常22。底侵作用产生的下地壳亦具有明显的正Eu异常，全球镁铁质麻粒岩包体的平均Eu异常为1.2323，大陆上地壳Eu异常为0.650.7520,24。金水口麻粒岩包体具有较明显的Eu负异常，轻稀土富集，说明其来源不同于典型的幔源镁铁质麻粒岩包体，反而显示地壳特征。考虑到金水口麻粒岩包体出露于一套早古生代富铝花岗岩之中，加之文献25报道金水口地区早古生代经历了一期以麻粒岩相变质和深熔为代表的构造热事件，所以笔者认为金水口麻粒岩包体应该为上地壳物质经历早古生代麻粒岩相变质作用的结果。利用放射性生热元素的比值图解可以讨论变质作用的特点26，在岩石退变质过程中，由于处于氧化环境，岩石矿物中的U离子具有较强的迁移性，从而降低岩石中的U元素含量，导致Th/U比值降低。金水口麻粒岩包体的Th / U值为1.82.5，在U-Th放射线图解中（见图5）Th、U比值保持了较好的线性规律，经线性回归其拟合度高达0.992 3。这说明在金水口不同麻粒岩样品中Th、U比值变化不大，麻粒岩样品在形成之后未经历明显的U丢失，无明显的交代蚀变和退变质作用发生。图5 麻粒岩包体U-Th的比值图解Fig.5 U-Th diagram for the Jinshuikou granulite xenoliths 图5 麻粒岩包体U-Th的比值图解 Fig. 5 U-Th diagram for the Jinshuikou granulite xenoliths变质作用对Rb-Sr体系存在明显的影响27，在变质作用过程中Rb发生明显的亏损，Sr变化不明显。金水口麻粒岩包体Rb含量变化范围大（4.96110-641.5010-6）（见表3），平均27.6610-6，远远高于全球下地壳麻粒岩的Rb平均含量（5.310-6）27，Sr含量则变化不明显（67.5910-675.6510-6），87Sr/86Sr为0.729 9680.761 204，大于原始地幔值（0.704 5）27，显示富集特征。一般认为变质作用过程对Sm-Nd体系没有影响，但变质过程中新矿物的形成与流体的迁移则可能对Sm-Nd体系产生影响，使麻粒岩具有较大的变化范围，但同位素组成在上、下地壳不存在明显差别28。金水口麻粒岩包体Sm、Nd含量较低（见表3），143Nd / 144Nd值为0.511 750.511 95，在地壳Nd同位素组成范围（0.511 00.512 5）内27，147Sm / 144Nd值变化范围大，Nd为-13-17，与地表岩石尤其是花岗岩相似，表明在麻粒岩相变质作用过程中可能伴有流体的迁移作用。金水口麻粒岩包体钐钕模式年龄大于2.8 Ga，说明该套麻粒岩包体包含有较老的年龄信息，其物源可能来自古老地壳。表3 金水口麻粒岩包体同位素分析数据Tab.3 Isotopic data of the Jinshuikou granulite xenoliths样 品RbSr87Rb/86Sr87Sr/86SrNdSm147Sm/144Nd143Nd/144NdtDM(Ga)NdNJ0100536.5372.541.457 8760.749 66112.233.1010.153 401 8810.511 757 8302.8917.17NJ010074.96167.590.212 4880.761 20410.103.420.204 861 3860.511 940 7948.7413.61NJ0101041.5075.651.588 1360.729 96811.713.220.166 362 10.511 873 0463.2314.93注：tDM(Ga)=103ln1+(143Nd/144NdDM-143Nd/144Ndsample)/ (147Sm/144NdDM-147Sm /144Ndsample)/6.54; 现今亏损地幔（DM）Sm-Nd同位素比值取：143Nd/144NdDM = 0.513 126，147Sm/144NdDM = 0.225；Rb、Sr、Nd、Sm含量为1065 结 论1）金水口麻粒岩包体地球化学特征不同于典型的下地壳麻粒岩包体，也不同于华北克拉通下地壳和华北克拉通中性及基性麻粒岩，是上地壳物质经历麻粒岩相变质作用的结果。 2）金水口麻粒岩包体形成之后，未经历明显的U丢失，无明显的交代蚀变和退变质作用发生。3）金水口麻粒岩不具明显的辉石、石榴子石及Fe-Ti氧化物的堆晶作用趋势，主要表现为拉斑玄武岩岩浆分异演化趋势。参考文献：1 ZhOU X H，SUN M，CHEN S H，et al. 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