中国东部燕山期强过铝质花岗岩的地球动力学意义——经冀晋辽地区和广东吴川—四会地区为例

中国东部燕山期强过铝质花岗岩的地球动力学意义——经冀晋辽地区和广东吴川—四会地区为例 中国东部燕山期强过铝质花岗岩的地球动力学意义——经冀晋辽地区和广东吴川— 四会地区为例 北京地质2002年9月第14卷第3期 BEIJINGGEOLOGYVo1.14No.3September.2002 CN11—3713/P ISSN1OO7—1903 中国东部燕山期强过铝质花岗岩的 地球动力学意义 —— 以冀晋辽地区和广东吴川一四会地区为例 汪洋h (1.中国科学院广州地球化学研究所,广州510640; 2.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院岩石教研室,北京100083) 摘要:强过铝质花岗岩的岩石化学特征可以提供地壳发生部分熔融时的温压条件 的信息.在冀晋辽地区和广东省吴川一四会地区均有燕山期强过铝质花岗岩出露. 它们的岩石化学成分 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现出高钾质的特征.冀晋辽地区燕山期强过铝质花岗岩的 AlO./Tioz比值变化于50到250之间,暗示其熔融温度在800到900'C之间;而 燕山期强过铝质花岗岩,其大多数的Alo./Tio比值较低,暗示其源区熔融温度 在875C以上.它们的稀土元素配分形式指示其熔融源区的残留矿物组合中含有 斜长石,单斜辉石,石榴子石和角闪石,表明这些强过铝质岩浆形成于0.9,1.7 GPa的压力条件下.这表明中国大陆东部地区燕山期深部热背景存在南北差异. 在造山作用特征方面,华南在燕山期表现出"热"造山带的特点,华北则表现出 过渡型的特点. 关键词:强过铝质花岗岩;岩石化学特征:冀晋辽地区;广东吴川一四会地区;中 国东部;燕山期 中图分类号:P594.1文献标识码:A文章编号:1007—1903(2002)03—0001—10 1引言 强过铝质花岗岩是指其过铝指数(A/CNK,等于Al0.分子数除以CaO,NaO和KO 三者分子数之和)大于等于1.1O的花岗岩类,一般含有原生白云母,堇青石,矽线石等富 铝矿物,属于S型花岗岩类口].前人研究表明,过铝质花岗岩主要是地壳物质发生部分熔 融的产物一. Sylvester根据实验岩石学的研究结果结合全球典型造山带花岗岩类的成分统计表明: 对SiOz含量在67,77wt之间的强过铝质花岗岩而言,其CaO/NaO比值反映其源区成 其查 及谓 构质助 结地资 维国合 三中联 圈,百金 南后 博顷 国查州中调 展,:质 发地 技和 科?" 部?怅源?眭资和土造撒 锨 维岩 号三岗 编圈花 石带 目岩山 项区造 金啦山 基燕 学毕黔 自?究加家研 国合加 : 综:目?质规 项地日 金础稿 基化基收 分特征,而Al0./TiO比值反映其形成时的部分熔融温度_-1].由砂岩(或正变质岩)部分 熔融形成的花岗质熔体的CaO/NaO比值高于由泥岩部分熔融形成的熔体.统计表明, CaO/NaO比值高于0.3者其源区属于砂岩成分,而低于0.3者为泥岩成分Il.同时,不论 是砂岩还是泥岩,在发生部分熔融时,温度越高,熔体的AlzO./TiOz比值越低,一般而言, Al0./Ti0比值大于100对应的熔融温度在875IC以下("低温"类型),而小于100者在 875C以上("高温"类型).其中,造山带地壳增厚导致的放射性生热元素衰变热能的聚 集是形成"低温"强过铝质花岗岩岩浆的主要热源;而来自软流圈地幔的平流热传 递贡献 对形成造山带"高温"强过铝质花岗岩岩浆起着重要作用I】].因此,造山带出露的强过铝质 花岗岩类的岩石化学特征可以反映造山过程中地壳物质发生部分熔融时的壳源岩浆源区的 温度条件和成分特征等重要深部地质信息. 中国大陆东部燕山期岩浆活动十分强烈.在冀北,晋东北和辽西地区,燕山期岩浆岩 主要属于高钾钙碱性和钙碱性火成岩,但也包含有少量过铝质花岗岩I4].这些过铝质侵入 岩的岩性以花岗斑岩,石英斑岩,石英正长斑岩等为主,岩体出露面积小l-4].在这些过铝 质花岗岩中有不少属于强过铝质岩石.而广东省西部的吴川一四会地区属于华南造山带的一 部分,其燕山期s型花岗岩活动十分强烈,形成大量的强过铝质花岗岩,而且岩体出露面 积较大L6].对冀晋辽地区和吴川I一四会地区燕山期强过铝质花岗岩的岩石化学特征所蕴涵的 信息进行挖掘,可以为恢复当地中生代构造岩浆活动高峰期的深部温压条件提供重要的线 索,进而深化对中国大陆东部燕山造山带深部动力学机制的理解.基于此认识,我们对这 两个地区的燕山期强过铝质花岗岩的岩石化学和地球化学成分数据进行了归纳和整理,以 提取其形成时的源区成分特征以及熔融温度方面的信息,进而了解华北和华南地区燕山期 深部动力学过程的异同. 2冀晋辽地区强过铝质花岗岩岩石化学特征及其所反映的源区信息 冀晋辽地区的22个燕山期siO含量在67,77wt%之间的强过铝质酸性岩体的岩 石 化学成分数据显示,这些花岗岩在化学成分上具有高钾或超钾质的特征,总体上属于富钾, 贫钠,高钾钠比值的岩石(表1,图1);而其稀土元素特征显示出中等程度的轻稀土元素 富集和明显的负铕异常(表2,图2).许保良等(1999)认为它们明显区别于目前国内外 所报道的KO<6%,NaO>39/5,KO/NaO<1.5的常见钾质酸性岩类,与冀晋辽地区中 生代钙碱性和碱性一过碱性花岗岩类也均存在显着差异,推断其属于具有独立物质来源的岩 石类型. 表1冀晋辽地区燕山期强过铝质花岗岩的岩石化学特征 岩体si.zc N, K20/Na20A/CNKA12Oa/TIO2CaO/Na20 王家洼碱性花岗斑岩 蚂蚁沟花岗闪长岩 口前花岗斑岩 太阳沟石英斑岩 分水岭二长花岗岩 水帘洞石英斑岩 76.O9 70.78 71.3O 75.96 72.13 73.87 7.45 7.O6 8.25 8.O8 8.84 8.84 2.34 0.70 1.75 1.43 O.82 11.63 1.19 1.22 1.27 1.15 111 1.22 77.93 123.77 51.43 l47.22 139.27 79.19 O.12 0.43 0.14 0.14 0.17 O.34 ? 2? 原始数据据[4,5] - 参 0 Sio2wt% 图1冀晋辽地区燕山期强过铝质花岗岩SiO一KO图解 Shoshoniteseries:钾玄岩系列,High—KCalc—alkalineseries:高钾钙碱性系列.Calc—alkalineseries:钙碱性系列 Low—K(tholeiite)series:低钾(拉斑)系列.3条框线代表各岩石系列之间的(过渡)分界线. 冀晋辽地区燕山期强过铝质酸性岩体的成分数据在CaO/Na:O—AI.O./TiO.图解上的 投点显示,这些岩体的AlO./TiO比值变化在50~250之间,没有<100或>1O0的明显 趋势(图3),其中具有高CaO/MaO比值的岩体的AIO./TiO比值点均匀分布在 AlzO./TiOz一100的两侧.据此我们推测这些岩体发生部分熔融时的温度不大于975C(石 榴子石完全熔融的温度).这表明冀晋辽地区强过铝质花岗岩形成时,其源区的熔融温度大 ? 3? ._: 矗 互 的 矗 墨 三 暑 日 (力 CeNdSmC,d1oeErYb 图2冀晋辽地区燕山期强过铝质花岗岩稀土元素配分图解 致在8OO,900C之间,既不能完全归为"高温"类型,也不全归于"低温"类型. 表2冀晋辽地区燕山期强过铝质花岗岩典型岩体的稀土元素特征 原始数据据[4] ?4? AI203/TiO2 图3冀晋辽地区燕山期强过铝质花岗岩CaO/NaO—AIO/TiO图解 冀晋辽地区燕山期强过铝质花岗岩的CaO/NaO比值同样显示出较大的变化范围,从 0.01变化到1.14;其中大于和小于0.3者各占一半(图3).这表明这些强过铝质岩体既有 泥岩质成分的源区,也有砂岩或正变质岩成分的源区.另外,CaO/NazO比值小于0?2的岩 体的KO/NaO比值均小于3,而CaO/NaO比值大于0.2的其KO/NazO比值绝大多数 大于3(图4).这暗示这些强过铝质花岗岩的钾含量主要取决于其源岩的成分,我们推断 冀晋辽地区燕山期超钾质的强过铝质酸性花岗岩的源岩可能是中元古界大红峪组和串岭沟 组的富钾火山岩和砂岩(或其变质产物). 0 CaO/Na20 图4冀晋辽地区燕山期强过铝质花岗岩KO/NaO—CaO/NaO图解 冀晋辽地区燕山期强过铝质花岗岩显示出中等程度的轻稀土元素富集,具明显的负铕 异常和较为平坦的重稀土元素配分模式,Y/Yb值在lO左右,同时sr含量低(不大于100 ×10)(表2,图2),这些特征表明其熔融源区的残留矿物相中含有长石,石榴子石,角 闪石和单斜辉石..根据邓晋福等(1996)所给出的陆壳岩石在角闪岩相和麻粒岩相条件 下的矿物共生组合相图_8],斜长石,石榴子石和辉石可以共存的压力范围是0.9,1.7GPa, 对应的深度为3O,60km左右.前人对过铝质花岗岩的研究亦表明,含铝较少的原岩在低于 麻粒岩相的压力下,在约800850C时部分熔融可以产生过铝质熔体-. 综合上述我们推断,冀晋辽地区在燕山期地壳发生部分熔融形成强过铝质花岗岩时,其 源区深度不大于60km,其熔融温度在8OO,900C之间. 3吴川一四会地区强过铝质花岗岩岩石化学特征及其所反映的源区信息 广东吴川一四会地区燕山期SiO含量在67,77wt之间的强过铝质酸性岩体的岩石化学 成分数据显示,这些花岗岩在化学成分上具有高钾质的特征,其稀土元素特征显示出中等程度的 轻稀土元素富集和明显的负铕异常(表3,4,图5,6).这些强过铝质花岗岩的AlO./TiO.比 值大多数小于100(图7),据此我们推断大部分强过铝质岩浆的源区的熔融温度大于875C.而 少数AlzOs/TiO比值大于100的花岗岩,其源区熔融温度小于875C. ? 5? 表3广东吴川一四会地区燕山期强过铝质花岗岩的岩石化学特征 原始数据据E6].TA为全碱,等于KO+NaO~TFeO为全铁 表4广东吴川四会地区燕山期强过铝质花岗岩典型岩体的稀土元素特征 原始数据据E6]. 吴川一四会地区燕山期强过铝质花岗岩的CaO/Na.O比值大多大于0.3,少数小于0.3 (图7),指示岩浆源区成分以砂岩或正变质岩为主,少数为泥岩质成分].这指示多数花岗 岩的源区成分以砂岩(或正变质岩)为主,少数为泥岩质成分.一般认为,泥岩质成分的源 区其成熟度较高,而砂岩成分源区其成熟度较低].这似乎表明吴Jif一四会成矿带燕山期强过铝 质花岗岩的源区的成分成熟度不高.但是,我们注意到这些强过铝质花岗岩的CaO/Na.O比值与 其MgO/TFeO比值呈正相关关系(图8),暗示其源区不一定是砂岩成分,而更有可能是基 性的正变质岩_1].因此我们认为,吴Jif一四会地区燕山期强过铝质花岗岩多数是华南造山带 偏基性的下地壳发生熔融的产物,少数是再循环表壳物质发生部分熔融的产物.当然,不 排除泥岩熔融产物和玄武质岩浆发生混合而形成强过铝质花岗岩的可能性]. 吴川一四会地区燕山期强过铝质花岗岩具明显的负铕异常和较为平坦的重稀土元素配 分模式,多数显示中等程度的轻稀土元素富集(图6);而轻稀土元素富集程度低的花岗岩, 其AIzO~/TiO比值大于100,CaO/NaO比值小于0.3(表3,4).这表明这些强过铝质花 岗岩中的大多数,其熔融源区的残留矿物相中包括斜长石,石榴子石和角闪石,压力范围 ?' 71 I f 6l ? 图5吴川一四会地区燕山期强过铝质花岗岩Sio.一K.0图解 Shoshoniteseries:钾玄岩系列,High—KCale—alkalineseries:高钾钙碱性系列,Cale—alkalineseries:钙碱性系列, Low—K(tholeiite)series:低钾(拉斑)系列.3条框线代表各岩石系列之问的(过渡)分界线. ceNdsmG4DyErYb 图6吴川一四会地区燕山期强过铝质花岗岩稀土元素配分图解 大致为0.9,1.7GPa,对应的深度在30~60km之间;而少数轻稀土元素富集程度低的 深度相对较浅. 花岗岩,其源区残留矿物相不包括石榴子石, 因此,吴川一四会地区燕山期强过铝质花岗岩大部分形成于下地壳的含石榴子石麻粒岩 相源区,其熔融温度在875C以上;而少数形成于不含石榴子石的源区,并且其熔融温度低 于875C. 4讨论与结论 强过铝质花岗岩的岩石化学特征为我们提供了对于中国东部燕山期造山运动峰期地壳 ?7' .I矗-——一礴{,3l盘_二矗? AhO3/-rio1 图7吴川一四会地区燕山期强过铝质花岗岩ca0/Naz0一AI0/Ti0z图解 CaO/Na2o 图8吴川一四会地区燕山期强过铝质花岗岩MgO/TFeO—CaO/NazO图解 发生部分熔融时,地壳深部的温压信息的制约.冀晋辽地区燕山期强过铝质花岗岩的岩石 化学特征表明,其发生部分熔融时的温度大致在8OO,900C左右,源区深度在3O,60km之 间.这暗示冀晋辽地区既不类似于欧洲海西造山带那样典型的"热"造山带,也不属于喜 马拉雅造山带那样典型的"冷"造山带__1j,而属于两者之间的过渡类型.与之相反,广东吴 川一四会地区燕山期强过铝质花岗岩的岩石化学特征表明,其大部分强过铝质花岗岩的源区 熔融温度在875C以上;暗示燕山期的深部动力学背景类似于欧洲海西造山带,属于 而地"热"造山带,既其花岗质岩浆作用的深部能量主要来源于底侵的玄武质岩浆,壳增厚 并不显着n].同时,吴川一四会地区中有少部分的燕山期强过铝质花岗岩形成源区相对较浅, 可能与逆冲推覆断层的剪切生热作用相关. 冀晋辽地区燕山期强过铝质花岗岩的源区物质成分既包括泥质沉积岩,也包括高钾的 火成岩和砂岩;后者可能是中元古界大红峪组和串岭沟组的富钾火山岩和砂岩(或其变质 ?8? 产物).这可能暗示在冀晋辽地区在燕山期发生的挤压变形事件中,部分中元古界下部层位 已俯冲到地壳深部(30km以下).广东吴川一四会地区燕山期强过铝质花岗岩中的 大部分,可 能是偏基性的下地壳在相对高温条件下发生部分熔融的产物,少数则是在逆冲推覆断层的 剪切生热作用下由再循环的表壳物质发生部分熔融的产物.而两地强过铝质花岗岩的高钾 含量主要是因为其源岩的成分相对富钾. 综合上述,我们认为中国大陆东部地区燕山期深部温度背景在空间上存在南北差异,华 南地区地壳深部温度相对较高,而华北略低.整体上,华南在燕山期属于"热"造山带,华 北则属于过渡型的造山带. 参考文献 [1]SylvestePJ,Post—collisionalstronglypealuminousgranitesEJ].Lithos,1998,45:29,44 E2]ZenE.Aluminumenrichmentinsilicatemeltsbyfractionalcrystallization:somemineral ogicandpetrologiccon— straints[J].JournalofPetrology,1986,27:lO95,l1l7 [3] 4 5 6 7 [8] [9] [1O] [11] ForstBR,BarnesCG,CollinsWJ,ArculusRJ,EllisDJ,FrostCD.Ageochemicalclassificatio nforzranitic rocksEJ].JournalofPetrology,2001,42:2033~2048 王季亮,李丙泽,周星德,等.河北省中酸性岩体地质特征及成矿关系EM].北京:地质 出版社.l994 许保良,阎国翰,张臣,等.冀晋辽地区燕山期超钾过铝质斑岩特征及岩石学意义EJ].地质论评,1999,45 (sup).52O,527 王联魁,覃慕陶,刘师先,等.吴川一四会断裂带铜金矿控矿条件和成矿预测EM].北 京:地质出版社2001 DefantMJ,DrummondMS?Derivationofsomemodarnarcmagmasbymeltingofyoungsub ductedlithosphere EJ].Nature,l990,347:662,665 邓晋福,赵海玲,莫宣学,等.中国大陆根一柱构造一大陆动力学的钥匙[M].北京:地 质出版社.l996,l10pp DengJ-F'LuoZ-H,ZhaoH— L,eta1.Trachyteandsyenite:petrogenesisconstrainedbythepetrologicalphase equilibrium[A].见:北京大学地质学系编,北京大学国际地质科学学术研讨会论文 集.北京:地震出版社. 1998.74S,757 VielzeufD,SchmidtMW.Meltingrelationsinhydroussystemsrevisited:applicationtometa pelites,meta greywackesandmetabasahsEJ].Contrib.Minera1.Petro1.,2001,l41:251,267 林景阡主编.岩浆岩成因导论[M].北京:地质出版社l987 OntheGeodynamicSignificanceofStronglyPeraluminous GranitoidsofYanshanianPeriodinthe EasternPartofChina —— CasestudiesontheHebei—Shanxi—LiaoningAreaand theWuchuan—SihuiAreaofGuangdong WANGYang' (1?GuangzhouInstituteofGeochemistry,ChineseAcademyofSciences,Guangzhon51064 0,China; 2?DivisionofPetrology,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China) Abstract:Thepetrochemicalcharacteristicsofstronglyperaluminousgranitoids(SPG)can providetheinformationOnP-Tconditionofcrustalmeltingduringorogenicepisode .The YanshanianSPGoccurssporadicallyandextensivelyinHebei— Shanxi—Iiaoningareaand Wuchuan—SihuiareaofGuangdong,respectively. Theirpetrochemicaldataexhibithigh ?9? potassiumfeature.TheAI203/TiO2ratiosofSPGinHebei—Shanxi— Iiaoningareavaryfrom 50to250;andthesevaluesimplythatthemeltingtemperatureofSPGisinrangeof800tO 900C.Meanwhile,themostofSPGinWuchuan—SihuiareaofGuangdongexhibitlower Al2O3一/TiO2ratio,anditimpliesthatthemeltingtemperatureofsourceisabove875C. TheREEpatternsoftheserocksindicatethattheresidualmineralassemblageofmelting sourceincludesplagioclase,clinopyroxene,garnetandhornblende.Itmeansthestrongly peraluminousmagmawasoriginatedunder0.9,1.7GPacondition.Therefore,thediffer— enceofdeepthermalbackgroundexistsbetweenthenorthernandsouthernpartsofEast ChinainYanshanianperiod.Ingenera1.theYanshanianorogenesisexhibits"hot''feature inSouthChina,whereasthetransitiona1characteristicsinNorthChina. Keywords:stronglyperaluminousgranitoid;petrochemicalcharacteristics;Hebei— Shanxi— Liaoningarea;Wuchuan—SihuiareaofGuangdong;EasternpartofChina;YanshanianPe— ri0d (上接第25页) EsJ南京大学水文地质工程地质教研室,工程地质学EM].北京:地质出版社.l982 E6]徐好民,从王恭厂灾看顺义一良乡断裂的活动ECl.华北地震科 学,l988,Vo1.6,No.1 [7]李华章,北京地区新构造运动与地震的关系Ec].北京师范大学(自然科学 版).1989 E8J罗炜,气体地球化学在探索活动断层中的应用Ec].中国地震,Vo1.4,No.2,l988 E93王慧敏等,1996年12月16日北京顺义地震时序特征及其与邻区地震活动的 关系Ec].地震.1998,Vo1.18,No.1 PreliminarilyDiscussiononTheOriginandPreventive MeasurementofLandCrackinTheCity ProperofShunyi,Beijing ZHAOZhong—hai (BeijingInstituteofGeology.Beijingl00011) Abstract:Onthebaseof1:50000regionalgeologysurveyandlargesurveyofShunyi countylandresourcesandgeologicalenvironment,throughfieldinvestigation,consulta greatofdataonregionalgeology,geo—physicalprospectiing,geo—chemicalprospecting, hydrologyandon—the—spotsurvey,thispaperin— depthstudiedthemaincharacteristicand rateoflandcrackinthecityproperofShunyi,Beijing,preliminarilydiscusseditsori— split— gin,regardedexcessiverecoverytogroundwaterandtectonicactivityisthemainfactorto landcrack.Thus,presentsthepreventiveadviceandmeasure. Keywords:thecityproperofShunyi;landcrack;characteristic;split—rate;origin;preven— tion