该构造岩浆岩带主要展布于研究区的北中部丰镇—兴和一线以北,向西、向东及向北皆延伸出工作区范围,之所以又称其为重熔型岩浆杂岩带,主要原因:一是该带主体上为集宁岩群重熔形成的富铝的变质花岗岩类,岩浆再造作用明显;二是该带内岩石种类繁多,从基性到中基性再到中、酸性和偏碱性岩石皆有分布,故称其为杂岩带;三是带内侵入岩形成时代的大量同位素测年成果表明形成于古元古代。带内根据其岩石特征、地质体的空间展布、接触关系等可划分出14个填图单位(表3-42),根据其岩石化学成分特点,又可划分为两大类:一类为基性-中性岩类,另一类为S型花岗岩类。
(一)变质辉长岩(Pt1υ)
1.地质特征
古元古代变质辉长岩区内不发育,多呈规模较小的不规则岩株状、岩脉状或岩墙状产出,主要侵入于古元古代集宁岩群中,多见于内蒙古自治区兴和县黄土窑地区和兴和县大榆树沟一带,多呈顺层岩脉状(图3-131)和岩瘤状(图3-132)产出,规模一般较小,脉体宽一般数米,长十数米到上百米。该岩墙在兴和县黄土窑地区较为典型,钱祥鳞等称其为黄土窑岩墙。
区内侵入于桑干岩浆岩带上深井片麻岩、柳子堡片麻岩、于家窑片麻岩中的斜长角闪岩十分发育,尤其在大同市古店镇和大同县上深井村一带密集分布,由于受构造改造,多呈布丁体断续分布,岩脉宽一般数米到十数米,延长数十米到数百米。在大同-阳高新太古代岩浆岩带中的葛胡窑片麻岩、峨沟片麻岩等新太古代地质体中也有少量分布。
图3-131 顺层侵入黄土窑岩组中的变质辉长岩
(兴和县落官窑)
图3-132 呈岩瘤状侵入黄土窑岩组中的变质辉长岩
(兴和县葛胡窑西北)
在黄土窑地区变质辉长岩常保留有较好的侵入接触带,从侵入接触带可以看出,岩墙中心到边部和围岩近处到远处均有矿物粒度及岩石结构构造的变化。有时可见围岩被加热现象。在黄土窑西站马沟和落官窑可见到矽线石榴斜长片麻岩被侵入后,岩墙两侧围岩均有对称的重熔伟晶岩化。被侵入的长英质岩石中有时也可见到同样现象。围岩加热现象的存在无疑为侵入成因提供了依据。变质辉长岩侵入其中的集宁岩群是一套具孔兹岩系性质的变质沉积岩,据陈亚平等(1990)黄土窑实测剖面粗略统计,孔兹岩总厚332.9m,其中夹5层变质辉长岩,最厚2m,最薄0.3m,累计厚5.3m,占剖面总厚的1.74%。从岩石组合来看,难以想象一个较稳定的沉积环境中有如此之薄的基性火山岩喷发夹层,进而从另一个侧面说明了孔兹岩系中的部分变质基性岩不是火山喷发岩系,而是侵入其中的变质基性岩墙。由于强烈变形结果,本期辉长质岩墙主要呈顺层的透镜体和不连续层出现。在黄土窑地区断续出露的变质基性岩墙可长达数千米,有些透镜体呈斜列式排列,并可见切穿集宁岩群孔兹岩岩层片理现象。另外,岩墙的边界也不整齐,局部有张性裂隙发育。
上述特征表明,本区变质基性岩的原岩不是火山岩,而是侵入于葛胡窑灰色片麻岩系和集宁岩群孔兹岩系中的古元古代变质基性岩墙群,其原岩恢复相当于辉长-亚碱性辉长-闪长岩类。
2.岩石特征
变质辉长岩类变质后的岩性与其分布位置有关,侵入集宁岩群的变质辉长岩一般经历了麻粒岩相的变质,常见岩性包括斜长二辉麻粒岩、石榴斜长二辉麻粒岩、角闪斜长辉石岩、黑云角闪辉石岩等,而侵入桑干岩浆岩带内由于只经历了角闪岩相的变质,而为角闪斜长透辉石岩及透辉斜长角闪岩、斜长角闪岩等。其共同的特征为岩石呈灰黑色、黑色,块状构造,暗色矿物具弱定向排列趋势,呈条纹条痕状构造,细粒变晶结构。其中斜长二辉麻粒岩、石榴斜长二辉麻粒岩、角闪斜长辉石岩、黑云角闪辉石岩暗色矿物以辉石、角闪石为主,黑云母次之,浅色矿物以斜长石为主,但不均,个别呈超镁铁质岩,常见石榴石。现择其常见岩性介绍如下。
斜长二辉麻粒岩:紫苏辉石含量15%~40%,次透辉石0~35%,斜长石50%。
石榴斜长二辉麻粒岩:单斜辉石40%,紫苏辉石10%,角闪石3%,斜长石25%,石榴石20%。
二辉角闪岩:角闪石70%左右,紫苏辉石15%,单斜辉石15%。
辉石斜长角闪岩:辉石5%,角闪石40%,斜长石40%,黑云母5%。
斜长角闪岩:角闪石45%,斜长石40%,黑云母5%。
在黄土窑地区,据陈亚平(1990)等研究,变质辉长岩墙与新太古代变质基性岩墙之间最明显的差别就是变质辉长岩墙岩石结晶粗大,野外可见最大紫苏辉石单晶体长达17cm。岩石主要造岩矿物与新太古代变质基性岩墙是一样的,但含量有很大不同,石榴石在变质辉长岩岩墙中较为常见,最多可达10%,斜长石含量较少,一般不足10%,与变质基性岩墙不同的是斜长石更为基性。另外,变质辉长岩岩墙中角闪石含量也较多,一般在20%~40%之间,明显比早期变质基性岩墙含量多。同时,晚期超镁铁质岩墙中也常发育与岩墙近直交的长英质脉体,脉体附近常有紫苏辉石的粗大晶体及黑云母团块。这些特征似乎表明,本期变质辉长岩墙更加富含挥发分。
3.岩石地球化学特征
1)主量元素
变质辉长岩主量元素含量见表3-43,微量元素含量见表3-44,稀土元素含量见表3-45。
由表3-43可以看出,主要采自黄土窑地区的变质辉长岩14件样品SiO2含量介于45.36%~53.76%之间,平均为50.52%,属于基性岩的含量范畴。Al2O3含量介于5.41%~15.09%之间,平均为8.72%。Na2O含量在0.07%~2.47%之间变化,平均为0.69%。K2O含量在0.27%~2.24%之间,平均为0.99%。K2O/Na2O为0.17~18.86,平均为4.37,多数样品钾大于钠的含量。CaO含量在4.03%~8.88%之间,平均为6.61%。MgO含量介于8.02%~21.69%之间,平均为17.09%。TiO2含量介于0.30%~1.56%之间,平均为0.71%。全铁(=FeO+0.899×Fe2O3)在10.17%~13.98%之间,平均为12.31%。Mg#[(Mg#=Mg/(Mg+Fe2+)](原子数比)为0.25~0.82,平均为0.55。其岩石化学成分特点为高硅,富钾、铁、镁,贫钠。采用侵入岩TAS图解(图3-133)对其岩石类型进行判别,投点主要落于亚碱性辉长岩区和辉长闪长岩区。在图3-134上样品具有从富镁向富铁演化的趋势,总体上显示为拉斑玄武岩系列。
图3-133 变质辉长岩类TAS图解
虚线上方为碱性;下方为亚碱性
图3-134 变质辉长岩类Fe2O*3-(Na2O+K2O)-MgO图
TH.拉斑玄武岩系列;CA.钙碱性玄武岩系列
与早期侵入葛胡窑片麻岩中的新太古代变质基性岩岩墙群相比,古元古代变质辉长岩岩墙群在常量元素方面显示了明显差异。表现为新太古代变质基性岩墙群以富Ca、Na、Al为特征,而古元古代变质辉长岩墙群则更富Mg,新太古代变质基性岩墙群的K2O/Na2O为0.26~0.41,而晚期变质辉长岩墙的K2O/Na2O除1个为0.51外,其余均高于l,最高可达18.86,古元古代变质辉长岩K2O/Na2O较高,但K2O+Na2O却比新太古代变质基性岩墙群低很多。
表3-43 变质辉长岩主量元素分析结果表(%)
注:表中序号1~7号为本次工作样品;8~14号据陈亚平等(1990)。
表3-44 变质辉长岩微量元素分析结果表(×10-6)
注:表中序号1~3号为本次工作所采样品,4号为引自陈亚平等(1990)。
表3-45 变质辉长岩稀土元素分析结果表(×10-6)
注:表中序号1~3号为本次工作所采样品,4~5号为引自陈亚平等(1990)。
2)微量元素
变质辉长岩4件样品微量元素总体上含量偏低,其中不相容元素略显偏高,均是原始地幔的10倍到数十倍,而相容元素含量偏低,一般为原始地幔的数倍,且随着相容程度的增高,元素含量明显降低,强相容元素含量不及原始地幔的10%。微量元素原始地幔标准化蛛网图基本呈平坦型(图3-135),起伏较小,具弱的Nb、Ta、P、Ti亏损,反映其在上升过程中受到陆壳成分的轻微混染。本区两期变质基性岩墙群微量元素的含量及分配特点有很大的差别,早期变质基性岩墙群是贫Rb、Ni和Cr,而Sr却相对富集。晚期变质辉长岩墙群则正好相反,Rb、Ni和Cr相对富集,而Sr相对亏损。两者在Ti、Zr、P、Sc等几个元素的含量上较接近。
图3-135 变质辉长岩类微量元素原始地幔标准化比值蛛网图
(原始地幔值据Sun & McDoungh,1995)
3)稀土元素
在稀土元素方面,其稀土总量偏低,∑REE为(34.30~110.7)×10-6,平均为56.69×10-6,LREE为(27.72~97.04)×10-6,平均为45.60×10-6,HREE为(6.81~16.75)×10-6,平均为11.09×10-6,LREE/HREE为1.83~7.11,平均为4.18,其轻、重稀土分馏程度较低,δEu为0.75~1.06,平均为0.95,铕异常不明显,反映基性岩浆的分异作用较弱。其球粒陨石标准化配分图(图3-136)略向右倾斜,在轻稀土部分斜率较大,在重稀土部分趋于平缓。
图3-136 变质辉长岩类稀土元素配分图
(球粒陨石值据Sun & McDoungh,1989)
4.时代讨论
本期变质辉长岩墙侵入于包括葛胡窑片麻岩、集宁岩群、桑干岩浆岩带等新太古代各个地质体中,未侵入古元古代地质体,并被中元古代辉绿岩墙穿切,经历了古元古代变质、变质作用的改造,因此笔者认为其形成时代为古元古代。
5.构造环境探讨
本期变质辉长岩侵入于集宁岩群明显较为成熟的大陆壳表层的浅水沉积物之中,这说明其不可能形成于活动的大陆边缘,而是形成于相对稳定的构造环境中。
变质辉长岩微量元素原始地幔比值蛛网图呈向右倾斜的近于平坦型,发育有较明显的Nb、Ta异常,稀土元素球粒陨石标准化图也呈向右缓倾的近于平坦型,同样具有近于大陆拉斑玄武岩的特征,结合其高钾的岩石化学特征,可能反映其形成于拉张环境。
(二)教厂滩片麻岩(Pt1Jgn)
1.地质特征
研究区内只在内蒙古自治区卓资县六苏木乡南教厂滩一带分布有一个侵入体,呈北东向展布的岩株状侵入于沙渠村岩组之中,并被变质石榴二长岩侵入,出露不完整,被白垩纪助马堡组、新近纪汉诺坝组角度不整合覆盖,出露面积约8km2。侵入体北侧边界为具条带状构造之石榴黑云斜长片麻岩,与沙渠村岩组呈渐变过渡关系,条带边界不清;与寄主岩石间呈渐变过渡关系,条带形态呈不规则的肠状、囊状、钩状等形态,宽窄不一,延伸不稳定,表明其具有深熔成因的可能(图3-137)。向侵入体内部渐变为块状构造之石榴紫苏斜长麻粒岩,岩性均匀,野外宏观上显示较典型的岩体外貌,球状风化十分发育(图3-138),这种由岩体与围岩接触带向岩体中心的变化现象说明由于本侵入体的侵入造成了沙渠村岩组的重熔,形成混合岩化。岩体内可见暗色黑云紫苏斜长麻粒岩包体,反映其具有幔源混染成因的可能。
图3-137 教厂滩片麻岩与沙渠村岩组接触处的混合岩化现象,形成条带状石榴黑云斜长片麻岩
图3-138 教厂滩片麻岩具球状风化特征
2.岩石特征
如前所述,该侵入体边部为片麻状、条带状石榴黑云斜长片麻岩,逐渐过渡为石榴黑云紫苏斜长麻粒岩,岩石风化面一般呈灰褐色,新鲜面一般为浅灰色、青灰色,主要矿物成分为斜长石、石英、紫苏辉石、黑云母、石榴石、钾长石等,其中石榴石呈团块状集合体,分布不均。
3.副矿物特征
教厂滩片麻岩副矿物组合为钛铁矿+钛磁铁矿+锆石+磷灰石+金红石+独居石+赤褐铁矿+黄铁矿,含有大量的钛铁矿和钛磁铁矿,反映了其具有幔源成因的特点。
4.岩石地球化学特征
教厂滩片麻岩主量、微量、稀土元素含量分别见表3-46。由表3-46可以看出,教厂滩片麻岩4件样品的SiO2含量介于58.37%~62.50%之间,平均为59.32%,属于中性岩的含量范畴。Al2O3含量介于16.69%~17.50%之间,平均为16.99%,含量偏高。Na2O含量在2.62%~2.96%之间变化,平均为2.78%。K2O含量在1.79%~2.16%之间,平均为1.95%。Na2O+K2O为4.41%~4.93%,碱质总量偏低,K2O/Na2O为0.63~0.78,岩石以富钠为特征。用TAS图解(图3-139)对其岩石类型进行判别,主要落于闪长岩区及其周边,并显示为钙碱性岩,在图3-140上显示为钙碱性岩系列。CaO含量在4.43%~5.50%之间,平均为4.69%。MgO含量介于2.60%~5.76%之间,平均为3.93%,含量偏高。TiO2含量介于0.83%~1.10%之间,平均为0.96%,略显偏高。全铁(=FeO+0.899×Fe2O3)在6.03%~8.15%之间,含量偏高。Mg#[Mg#=Mg/(Mg+Fe2+)](原子数比)为0.54~0.60,普遍偏高,反映其具幔源物质混染成因的可能。A/CNK为1.027~1.188,结合其含石榴石,说明其属于强过铝的花岗岩类。
表3-46 古元古代教厂滩片麻岩主量(%)、微量(×10-6)、稀土元素(×10-6)含量表
续表3-46
图3-139 TAS图解
资料来源:Earth-Science Reviews,vol.37,(1994):215-224。Ir.Irvine分界线,上方为碱性,下方为亚碱性。
1.橄榄辉长岩;2a.碱性辉长岩;8.二长辉长岩;9.二长闪长岩
图3-140 K2O-SiO2图解
教厂滩片麻岩微量元素原始地幔比值蛛网图(图3-141)呈向右陡倾型,由不相容元素向相容元素含量明显降低,过渡到相容元素一侧呈近平坦型,到强相容元素一侧则又呈现向右陡倾型,高场强元素Th、Nb、Ta、P、Ti、Dy亏损,大离子亲石元素Ba、K、Nd、Tb富集,这些特征均说明其源区主要来自地壳物质的重熔,但受到地幔物质的混染。
图3-141 教厂滩片麻岩微量元素原始地幔标准化比值蛛网图
(原始地幔值据Sun & McDoungh,1995)
在稀土元素方面,3件样品给出了比较一致的含量特征,∑REE为(165.7~427.1)×10-6,平均为276.3×10-6,含量明显偏高,LREE为(157.9~412.7)×10-6,平均为264.3×10-6,HREE为(7.73~14.26)×10-6,平均为11.96×10-6,LREE/HREE为16.11~28.74,其轻、重稀土分馏程度较高,(La/Sm)N为4.70~7.47,平均为5.95,(Gd/Yb)N为4.04~8.75,平均为5.88,轻稀土分馏程度较重稀土分馏程度略高。δEu为0.66~0.84,平均为0.80,负铕异常较弱。其球粒陨石标准化配分图(图3-142)呈向右陡倾型,但到重稀土一侧趋于平坦。稀土元素特征指示岩浆在上升过程经历了较明显的结晶分异过程。
图3-142 教厂滩片麻岩稀土元素配分图
(球粒陨石值据Sun & McDoungh,1989)
5.时代讨论
本次工作在卓资县城南约6km大石头沟村南一带的沟中采取了同位素测年样品,样品岩性为石榴黑云紫苏斜长麻粒岩,其锆石阴极发光图像(图3-143)显示锆石呈次浑圆—浑圆粒状、柱粒状和长柱状,粒度较粗,单个锆石最大粒径均大于100μm,可明显划分为核部和幔部两部分。核部多呈柱状形态,色暗,内部发育不太清晰的振荡环带,显然为岩浆结晶成因,但显然受到了后期热事件的改造。核部共测试27个点,其结果见图3-144和表3-47,其中有9个点高度谐和,其余均表现为轻微的铅丢失,沿不一致线分布,且核部所有测点的Th/U值多数大于0.1(图3-145),获得30个测点的207 Pb/206 Pb加权平均年龄为1993.6±6.3Ma,上交点年龄为1994.1±3.5Ma,二者结果相近,代表其岩浆结晶的年龄。
幔部为灰—灰白色的外圈,与核部界线清晰,部分截切核部环带,大多数保留有弱的环带结构,其宽度在30μm以上,其Th/U值虽大于0.1(图3-145),但多数Th、U含量明显低于核部含量,反映其可能为变质重结晶成因,测试结果多数测点落于谐和线上,有4个测点沿不一致线分布,获得上交点年龄为1927.8±6.4Ma。分析认为该年龄代表着变质的时代。
图3-143 教厂滩片麻岩02RZ2号样品锆石阴极发光图像
表3-47 教厂滩片麻岩02RZ2号样品测年结果表
续表3-47
注:与02RZ2测年样品配套的地球化学样品编号为02Gs06。
图3-144 教厂滩片麻岩02RZ2号样品测年结果谐和图
图3-145 教厂滩片麻岩02RZ2号样品Th-U相关图
(三)白牙岔山片麻岩(Pt1Bgn)
1.地质特征
白牙岔山片麻岩见于丰镇市北白牙岔山—石庄沟一带,呈北东向带状侵入于沙渠村岩组中,岩体出露不完整,被白牙岔山变质石榴白岗岩侵入(图3-146、图3-147)和变质斑状石榴二长花岗岩截切,并被新近纪汉诺坝组、第四系角度不整合覆盖,出露面积一般为5km2。其宏观上岩性较为均匀,风化后具典型的丘状地貌。该侵入体由于遭受了后期强烈的构造变形,长石斑晶剪切变形成眼球状,长英质矿物被拉长定向排列,显拔丝构造,暗色矿物定向排列,形成片麻状构造,表现为片麻岩的岩石外貌,故命名为片麻岩类填图单位。
图3-146 变质石榴白岗岩侵入白牙岔山片麻岩中
(丰镇白牙岔山)
图3-147 白牙岔山片麻岩的眼球状构造
(丰镇白牙岔山)
2.岩石特征
其岩性为眼球状、变斑状石榴黑云二(钾)长片麻岩,岩石一般呈浅灰色、灰色、灰红色,变斑状结构、中细粒鳞片粒状变晶结构、交代蠕英结构,条纹状构造、片麻状构造、眼球状构造。其中变余斑晶为长石,石榴石呈变斑晶状,主要矿物组成为斜长石15%~39%,微斜长石15%~40%,石英10%~25%,石榴石10%~34%,矽线石2%~15%,黑云母1%~10%,紫苏辉石0~10%。
3.人工重砂副矿物特征
白牙岔山片麻岩的副矿物组合为钛铁矿+锆石+独居石±磷灰石±磁铁矿±金红石±赤-褐铁矿±黄铁矿,副矿物含量及锆石特征见表3-48,从其副矿物组合来看,其钛铁矿含量较高,显示其具壳幔岩浆混合的成因可能。
4.岩石地球化学特征
白牙岔山片麻岩主量、微量、稀土元素含量分别见表3-48、表3-49、表3-50。由表3-48可以看出,白牙岔山片麻岩6件样品SiO2含量介于63.78%~68.47%之间,平均为65.64%,属于中酸性岩的含量范畴。Al2O3含量介于15.946%~16.75%之间,平均为16.07%,含量偏高。Na2O含量在1.72%~2.34%之间变化,平均为2.08%。K2O含量在1.69%~3.78%之间,平均为3.03%。Na2O+K2O为4.03%~5.91%,K2O/Na2O为0.72~2.01,岩石以富钾为特征。用TAS图解(图3-139)对其原岩类型进行判别,主要落于花岗闪长岩区,并显示为亚碱性岩,在图3-140上显示为高钾钙碱性系列。CaO含量为2.02%~3.44%,平均为2.84%。MgO含量介于2.3%~2.83%之间,平均为2.52%,含量偏高。TiO2含量介于0.61%~1.079%之间,平均为0.77%,略显偏高。全铁(=FeO+0.899×Fe2O3)在4.99%~5.75%之间,含量偏低。Mg#[Mg#=Mg/(Mg+Fe2+)](原子数比)为0.44~0.55,较一般花岗岩类偏高,反映其可能有幔源物质加入。A/CNK为1.283~1.653,结合其含石榴石和矽线石,说明其属于强过铝的花岗岩类。
白牙岔山片麻岩微量元素原始地幔比值蛛网图(图3-148)呈向右缓倾的“三隆两谷”形态,由不相容元素向相容元素含量明显降低,过渡到相容元素一侧呈近平坦型,含量与原始地幔接近,到强相容元素一侧则又呈现向右陡倾型,高场强元素Nb、Ta、P亏损明显,这些特征均说明其源区主要为地壳物质的重熔,但又受到地幔物质的混染。
表3-48 古元古代白牙岔山片麻岩主量元素含量表(%)
表3-49 古元古代白牙岔山片麻岩微量元素含量表(×10-6)
表3-50 古元古代白牙岔山片麻岩稀土元素含量表(×10-6)
稀土元素方面,2件样品给出了比较相似的含量特征,其特征与集宁岩群较为接近(图3-149),但有一件样品特征与之差异明显。2件样品∑REE为(333.1~556.1)×10-6,含量较高,LREE为(298.2~524.6)×10-6,HREE为(31.52~34.9)×10-6,LREE/HREE为8.54~16.64,其轻、重稀土分馏程度中等偏高,(La/Sm)N为5.07~5.27,(Gd/Yb)N为1.29~3.11,轻稀土分馏程度较重稀土分馏程度略显偏高。δEu为0.49~0.52,负铕异常较明显。其球粒陨石标准化配分图(图3-149)呈右倾型,但到重稀土一侧趋于平坦,稀土元素特征指示岩浆在上升过程经历了较明显的结晶分异过程。另一件岩性为石榴紫苏黑云二长片麻岩的样品与之相比,稀土总量偏低,无铕异常。稀土元素特征方面的差异可能与岩浆混合的不均匀和结晶分异作用有关。
图3-148 白牙岔山片麻岩微量元素原始地幔标准化蛛网图
(原始地幔值据Sun & McDoungh,1995)
图3-149 白牙岔山片麻岩稀土元素配分图
(球粒陨石值据Sun & McDoungh,1989)
5.时代讨论
本次工作在由丰镇市去往西边墙村的简易公路边采集了年龄样品,样品岩性为石榴紫苏黑云二长片麻岩,其锆石阴极发光图像(图3-150)显示锆石呈次浑圆粒状、柱粒状和长柱状,粒度较粗,单个锆石最大粒径均大于100μm,色暗,振荡环带发育,显然为岩浆结晶成因,部分锆石环带有趋于模糊的倾向,表明其受到了后期热事件的改造。共测试25个点,测试结果见图3-151和表3-51,仅有2个点高度谐和,落于谐和线上,其余均表现为不同程度的铅丢失,沿不一致线分布,多数测点的Th/U值大于0.1(图3-152),获得19个测点的上交点年龄为2024.6±7.3Ma,代表其岩浆结晶的年龄。
表3-51 白牙岔山片麻岩10RZ3号样品测年结果表
注:10RZ3号测年样品对应地球化学样品为10GS-5。
图3-150 白牙岔山片麻岩10RZ3号样品锆石阴极发光图像
图3-151 白牙岔山片麻岩10RZ3号样品测年结果谐和图
图3-152 白牙岔山片麻岩10RZ3号样品锆石Th-U相关图
(四)大土坑片麻岩(Pt1Dgn)
1.地质特征
大土坑片麻岩主要分布于内蒙古自治区察哈尔右翼前旗大土坑一带,丰镇市北水泉牧场附近亦有出露。大体呈北东向的带状侵入于沙渠村岩组中,并被变质石榴正长花岗岩(图3-153)、变质石榴白岗岩侵入。野外球状风化地貌特征明显(图3-154),岩性均匀,主体上以块状构造为主,略显片麻状构造(图3-155、图3-156)。
2.岩石特征
该岩类以石榴黑云二长片麻岩为主。岩石一般呈灰色、灰黄色,中细粒鳞片柱粒状变晶结构,块状构造为主,局部显弱片麻状构造。主要矿物组成为斜长石38%~44%,石英20%~30%,微斜长石25%~35%,黑云母5%~10%,石榴石0~10%,矽线石0~2%。其中石榴石分布不均,多呈团块状集合体,已蚀变为绿泥石。
图3-153 大土坑片麻岩被变质石榴正长花岗岩侵入
图3-154 大土坑片麻岩的岩貌(水泉)
图3-155 大土坑片麻岩的片麻状构造(大土坑村北西)
图3-156 大土坑片麻岩具弱片麻状构造(水泉)
3.副矿物特征
大土坑片麻岩的副矿物组合为钛铁矿[(1363.63~1452.74)×10-6]+磷灰石[(6.55~267.82)×10-6]+锆石[(43.89~148.48)×10-6]+赤-褐铁矿[(25.93~827.26)×10-6]+磁铁矿[(0.29~7.26)×10-6]+黄铁矿(数十粒至0.35×10-6]±白钛石±独居石,其锆石为玫瑰色,浑圆—次浑圆粒状、柱粒状,透明,金刚光泽,高硬度,表面受溶蚀,晶棱、晶面模糊不清,个别晶内可见黑色固相包体,伸长系数在1~2.3之间,少数在2.3~3.6之间,粒径为0.01~0.26,少数为0.26~0.3,从其副矿物组合来看,钛铁矿含量较高,显示其具幔源岩浆混合成因的可能。
4.岩石地球化学特征
大土坑片麻岩主量元素含量见表3-52。从表3-52中可以看出,大土坑片麻岩4件样品SiO2含量介于62.15%~66.23%之间,平均为64.59%,属于中酸性岩的含量范畴。Al2O3含量介于15.67%~16.05%之间,平均为15.92%,含量偏高。Na2O含量在1.89%~2.48%之间,平均为2.16%。K2O含量在3.06%~3.85%之间,平均为3.45%。Na2O+K2O为5.23%~5.94%,碱质总量偏低,K2O/Na2O为1.32~1.92,岩石以富钾为特征。用TAS图解(图3-139)对其岩石类型进行判别,主要落于花岗闪长岩区,并显示为亚碱性岩,在图3-140上显示为高钾钙碱性系列。CaO含量在2.82%~3.30%之间,平均为3.06%。MgO含量介于2.30%~3.84%之间,平均为2.77%,含量稍高。TiO2含量介于0.74%~0.90%之间,平均为0.85%,略显偏高。全铁(=FeO+0.899×Fe2O3)在4.67%~5.68%之间,含量偏高。Mg#[Mg#=Mg/(Mg+Fe2+)](原子数比)为0.49~0.65,较一般花岗岩类偏高,同样反映其可能具幔源物质的混染。A/CNK为1.162~1.305,结合其含石榴石和矽线石,说明其属于强过铝的花岗岩类。
表3-52 古元古代大土坑片麻岩主量元素含量表(%)
(五)林场麻粒岩(Pt1Lgn)
1.地质特征
该填图单位研究区内主要出露有4个侵入体,全部侵入于集宁岩群沙渠村岩组中,分别为内蒙古自治区察哈尔右翼前旗南林场、丰镇市九龙湾乡、卓资县大南沟-大老虎沟、兴和县杏花沟北,以林场岩体最具代表性。林场岩体平面呈板状形态,北东东向展布,出露面积约为12.6km2,被变质斑状石榴石英闪长岩(图3-157)和变质石榴正长花岗岩侵入。大老虎沟岩体呈近东西向展布,面积约为17.6km2。九龙湾岩体中呈岩株状产出,面积约为2km2,杏花沟岩体呈不规则岩株状产出,面积不足1.5km2,并发育有岩枝侵入于沙渠村岩组中,在该侵入体中可见有沙渠村岩组石榴石英岩的捕虏体(图3-158)。另外亦见规模极小的岩株或岩脉状侵入体。该地质体根据其矿物组合中有紫苏辉石,其变质程度达麻粒岩相,但变形程度较低,总体为块状构造,局部地段暗色矿物略显定向排列趋势,呈条纹或条痕状构造。另外位于韧性剪切带中的侵入体具糜棱岩化,野外宏观露头岩体地貌特征明显,球状风化发育。由于其钛铁矿和钛磁铁矿含量较高,当地作为铁矿开采。
图3-157 脉状变质斑状石榴石英闪长岩侵入于林场麻粒岩中
(察哈尔右翼前旗沟子口村南)
图3-158 林场麻粒岩侵入于沙渠村岩组中,并含其石榴石英岩捕虏体
(兴和县杏花沟)
2.岩石特征
林场麻粒岩组成岩性复杂,主要有角闪紫苏斜长麻粒岩、角闪紫苏钾长麻粒岩、黑云透辉钾长片麻岩、角闪紫苏钾长麻粒岩、黑云二辉斜长麻粒岩等,这几种岩性为渐变过渡接触关系。岩石新鲜面一般呈深灰色、灰黑色,风化面呈灰黄色、铁锈色,中细粒柱粒状変晶结构,岩石总体为块状构造,局部地段暗色矿物略显定向排列趋势,呈条纹或条痕状构造,黑云母增多时呈片麻状构造。主要矿物由浅色矿物(钾长石、斜长石、石英)、暗色矿物(紫苏辉石、透辉石、角闪石、黑云母)组成。其中浅色矿物含量一般在60%左右,暗色矿物含量一般在40%左右。
3.人工重砂副矿物特征
林场麻粒岩副矿物组合为钛铁矿+钛磁铁矿+磷灰石+锆石+黄铁矿,含有大量的钛铁矿和钛磁铁矿,反映了其幔源成因特点。
4.岩石地球化学特征
林场麻粒岩主量、微量、稀土元素含量分别见表3-53、表3-54、表3-55。
由表3-53可以看出,林场麻粒岩9件样品主量元素含量变化区间较大,但从野外调查来看,虽然其主量元素含量变化较大,但总体上岩貌特征相似,且在同一个侵入体内,岩石化学成分变化也较大,如沟子口岩体其内部不同岩性间并无明显的接触界线,故仍归于同一个填图单位进行讨论。其SiO2含量介于47.28%~57.17%之间,平均为51.97%,含量偏低。Al2O3含量介于8.44%~18.63%之间,平均为14.46%,含量略显偏高。Na2O含量在0.20%~2.95%之间变化,平均为2.08%。K2O含量在1.13%~3.60%之间,平均为1.99%。Na2O+K2O为1.77%~6.67%,平均为4.07%,K2O/Na2O为0.40~7.85,钾钠含量的巨大变化可能与后期花岗岩侵入而钾化有关。CaO含量在5.36%~10.23%之间,平均为6.90%,含量偏高。MgO含量介于3.39%~17.66%之间,平均为8.09%。TiO2含量介于0.40%~2.16%之间,平均为1.28%,略显偏高。全铁(=FeO+0.899×Fe2O3)在8.52%~13.78%之间,平均为10.55%,含量偏高。其镁铁质元素Fe2O*3+MgO+Mn O+TiO2(Fe2O*3=total Fe expressed as Fe2O3)含量在14.89%~31.06%之间,平均为19.92%,含量较高。Mg#[Mg#=Mg/(Mg+Fe2+)](原子数比)为0.45~0.77,普遍偏高,平均为0.62,反映其幔源成因的特点。采用侵入岩TAS图解(图3-159)对其岩石类型进行判别,投点较为分散,主要落于亚碱性辉长岩区、辉长闪长岩区、闪长岩区、二长闪长岩区和二长辉长岩区,并以亚碱性岩为主,有一个样品显示为碱性岩。在图3-160上样品总体显示为钙碱性系列—高钾钙碱性系列甚至钾玄岩系列。
虽然林场麻粒岩中变质辉长岩类和变质辉长闪长岩类微量元素原始地幔比值蛛网图(图3-161)在Zr、Hf含量上给出了不同的含量特征,但曲线总体特征基本一致,右倾特征明显,高场强Th、Nb、Ta、P、Ti亏损明显,在变质辉长岩类中有Zr、Hf亏损,而在变质辉长闪长岩类中则无Zr、Hf亏损现象的出现,表明在岩浆上升过程中受到地壳物质不同程度的混染。
在稀土元素方面,5件样品中有4件给出了比较一致的含量特征,∑REE为(229.1~545.0)×10-6,平均为399.17×10-6,含量明显偏高,LREE为(216.6~492.0)×10-6,平均为364.85×10-6,HREE为(12.58~53.06)×10-6,平均为34.32×10-6,LREE/HREE为8.86~17.21,平均为10.63,其轻、重稀土分馏程度较高,(La/Sm)N为1.73~4.59,平均为2.44,(Gd/Yb)N为2.66~4.09,平均为3.14,轻稀土分馏程度较重稀土分馏程度略低。δEu为0.77~1.02,平均为0.94,负铕异常较弱。其球粒陨石标准化配分图(图3-162)右倾特征明显,稀土元素特征指示岩浆在上升过程经历了较明显的结晶分离过程,从而也说明其岩石化学成分上的明显变化可能与其结晶分异作用有关。
表3-53 林场麻粒岩主量元素岩石化学成分表(%)
表3-54 林场麻粒岩微量元素含量表(×10-6)
表3-55 林场麻粒岩稀土元素含量表(×10-6)
图3-159 林场麻粒岩TAS图解
[资料来源:Earth-Science Reviews,vol.37,(1994):215-224]Ir.Irvine分界线,上方为碱性,下方为亚碱性。
1.橄榄辉长岩;2a.碱性辉长岩;8.二长辉长岩;9.二长闪长岩;14.副长石二长闪长岩;15.副长石二长正长岩
图3-160 林场麻粒岩系列划分图
实线据Peccerillo & Taylor,1976;虚线据Middlemost,1985
图3-161 林场麻粒岩微量元素原始地幔标准化比值蛛网图
(原始地幔值据Sun & McDoungh,1995)
图3-162 林场麻粒岩稀土元素配分图
(球粒陨石值据Sun & McDoungh,1989)
5.时代讨论
林场麻粒岩侵入于集宁岩群沙渠村岩组中,并被变质斑状石榴石英闪长岩和变质石榴正长花岗岩侵入,说明其侵位时代较早。
本次工作采集了03RZ2、03RZ3两件同位素年龄样品进行单颗粒锆石U-Pb测年。
其中03RZ2采自内蒙古自治区察哈尔右翼前旗沟子口村南约1200m处,所采样品岩性为紫苏二长麻粒岩,其锆石阴极发光图像(图3-163)显示其颗粒较粗,均大于100μm,多呈柱状、粒状,大致可划分为核、边两部分。核部一般呈深色,多数具模糊不明的环带结构,少数仍保留有清晰细密的互不干涉构造,显示为岩浆成因,并可能经历了后期的改造。边部显亮色,宽度一般在30~50μm,与核部多呈渐变过渡,个别界线清楚并截切核部环带,内部均匀无分带。对其核部打点测试,其Th/U值全部大于0.1(表3-56,图3-164),有4个点落于谐和线上(图3-165),其他各点均沿不一致线分布,求得上交点年龄为1977.8±5.4Ma,30个点207 Pb/206 Pb加权平均年龄为1976.9±6.5Ma,该年龄可以代表其成岩年龄。
表3-56 林场麻粒岩03RZ2号样品测年结果表
注:该年龄样品对应的地球化学样品为03Gs-3。
图3-163 林场麻粒岩03RZ2号样品锆石阴极发光图像
图3-164 林场麻粒岩03RZ2号样品Th-U相关图
图3-165 林场麻粒岩03RZ2号样品测年结果谐和图
03RZ3号样品与03RZ2皆采自03号剖面上,二者相距约1000m,所采样品岩性为角闪紫苏钾长麻粒岩,岩石具柱粒状变晶结构,变斑状构造、块状构造。岩石主要由反条纹长石(54%)、条纹长石(5%)、紫苏辉石(15%)、角闪石(1%),少量黑云母和以长石为主的含量约为30%的碎粒组成,其中角闪石和黑云母为退变质矿物。其锆石阴极发光图像(图3-166)显示,锆石粒度较粗,以长柱状晶体为主,少量呈近等轴粒状,单个锆石最大粒径均大于100μm,可明显划分为核部和幔部两部分。核部柱状形态,色暗,内部发育有较清晰的振荡环带,且晶体棱角分明,显然为岩浆结晶成因,对其核部共测试24个点(表3-57),有4个点高度谐和(图3-167),其余均表现为轻微的铅丢失,沿不一致线分布,核部所有测点的Th/U值全部大于0.1(图3-168),获得上交点年龄为1976.8±8.6Ma,代表其岩浆结晶的年龄。
表3-57 林场麻粒岩03RZ3号样品测年结果表
续表3-57
注:03RZ3号测年样品配套的地球化学样品号为03Gs-7。
图3-166 林场麻粒岩03RZ3号样品阴极发光图像
幔部色亮,呈灰白色,宽度一般大于30μm,围绕核部发育,一般与核部界线清晰,部分亦呈渐变过渡关系,少量截切核部环带,其内部均匀无分带或呈模糊不清的面状分带,显示为变质重结晶成因,对其幔部共测试19个点,其Th/U值全部大于0.1,但与核部相比,Th、U含量总体上偏低(图3-168),共获得了两组年龄,其中一组位于谐和线上的14个点207 Pb/206 Pb加权平均年龄为1933±13Ma,另一组位于谐和线上的3个点207 Pb/206 Pb加权平均年龄为1885±23Ma,这两组年龄分别代表其变质峰期年龄和其退变质的年龄。
图3-167 林场麻粒岩03RZ3号样品测年谐和图
图3-168 林场麻粒岩03RZ3号样品Th-U相关图
(六)张臬片麻岩(Pt1Zhgn)
1.地质特征
张臬片麻岩在研究区内共分布有两个侵入体,分别位于兴和县南东张臬镇北东和丰镇市大庄科北一带,以长轴呈北东—北东东向的岩株状产出,出露面积张臬镇北岩体约为7km2,大庄科北岩体约为3km2。其侵入于沙渠村岩组中,在张臬镇北被变质黑云正长花岗岩侵入,岩貌单调均一,岩体之球状风化(图3-169)显然属于变质侵入岩类。岩石中磁铁矿含量较高,当地当作铁矿开采。
图3-169 张臬片麻岩特征
a.岩貌特征(大庄科);b.张臬片麻岩球状风化现象(张臬一带)
2.岩石特征
张臬片麻岩的主要岩性为二长片麻岩,其一般呈灰黄色,变斑状结构,局部穿孔结构明显,暗色矿物定向排列形成片麻状构造,局部为眼球状构造,矿物成分为条纹长石、斜长石、石英、辉石、角闪石、黑云母等。
3.岩石地球化学特征
张臬片麻岩主量、微量、稀土元素含量见表3-58。
表3-58 张臬片麻岩主量(%)、微量(×10-6)、稀土元素(×10-6)含量表
续表3-58
由表3-58可以看出,张臬片麻岩4件样品其SiO2含量为52.97%~58.94%,平均为56.33%,含量偏低。Al2O3含量为16.01%~18.27%,平均为17.06%,含量略显偏高。Na2O含量在3.27%~3.77%之间变化,平均为3.58%。K2O含量在5.06%~7.32%之间,平均为6.16%。Na2O+K2O为8.35%~11.09%,碱质总量明显偏高,K2O/Na2O为1.54~1.94。采用TAS图解(图3-170)对其岩石类型进行判别,主要落于二长闪长岩区、二长岩区和正长岩区,并显示为碱性岩,在图3-171上显示为钾质碱性岩系列。CaO含量在3.49%~5.17%之间,平均为4.64%。MgO含量介于1.69%~3.40%之间,平均为2.74%。TiO2含量介于0.55%~0.83%之间,平均为0.71%,略显偏高。全铁(=FeO+0.899×Fe2O3)在3.82%~9.54%之间,含量偏高。Mg#[(Mg#=Mg/(Mg+Fe2+)](原子数比)为0.53~0.67,普遍偏高,平均为0.59,反映其幔源成因的特点。A/CNK为0.732~0.892,为偏铝质。
图3-170 张臬片麻岩TAS图解
[资料来源:Earth-Science Reviews,vol.37,(1994):215-224]Ir.Irvine分界线,上方为碱性,下方为亚碱性。
1.橄榄辉长岩;2a.碱性辉长岩;8.二长辉长岩;9.二长闪长岩;14.副长石二长闪长岩;15.副长石二长正长岩
图3-171 张臬片麻岩碱性系列An-Ab-Or图
(据Irvine,1971)
张臬片麻岩微量元素原始地幔比值蛛网图(图3-172)显示4件样品含量特征非常接近,曲线右倾特征明显,高场强元素Th、Nb、Ta、P、Ti亏损明显,表明在岩浆上升过程受到地壳物质不同程度的混染。
图3-172 张臬片麻岩微量元素原始地幔标准化比值蛛网图
(原始地幔值据Sun & McDoungh,1995)
在稀土元素方面,4件样品给出了比较一致的含量特征,∑REE为(405.0~762.3)×10-6,平均为561.3×10-6,含量明显偏高,LREE为(380.8~730.4)×10-6,平均为532.7×10-6,HREE为(24.23~31.88)×10-6,平均为28.59×10-6,LREE/HREE为15.71~22.91,平均为18.63,其轻、重稀土分馏程度较高,(La/Sm)N为3.43~5.20,平均为4.15,(Gd/Yb)N为3.17~3.62,平均为3.41,轻稀土分馏程度较重稀土分馏程度略高。δEu为0.77~0.84,平均为0.81,负铕异常较弱。其球粒陨石标准化配分图(图3-173)呈向右陡倾型,稀土元素特征指示岩浆在上升过程经历了较明显的结晶分离过程。
图3-173 张臬片麻岩稀土元素配分图
(球粒陨石值据Sun & McDoungh,1989)
(七)变质斑状石榴石英闪长岩(Pt1πδοg)
1.地质特征
变质斑状石榴石英闪长岩主要分布于内蒙古自治区察哈尔右翼前旗南东沟子口一带,大体呈北东向带状、脉状侵入于沙渠村岩组中(图3-174a)和林场麻粒岩中,宽一般数百米,长数千米。局部地段可见与变质石榴花岗岩呈脉状侵入(图3-174b),并呈脉状侵入于林场麻粒岩中(图3-174c),在该侵入体中多见由石榴石组成的透镜状残留体(图3-174d)和沙渠岩组的石榴浅粒岩之捕虏体(图3-174e),并糜棱岩化(图3-174f),另在其中也可见到紫苏斜长麻粒岩呈规模较小的透镜体。
2.岩石特征
由于岩石普遍遭受了变形变质的改造和后期糜棱岩化,其原岩面貌已难以恢复。现今岩石为灰黄色、灰红色,变斑状变晶结构、中细粒粒状变晶结构,条纹状、弱片麻状构造。主要由碎斑(石榴石、钾长石、斜长石、石英)、碎粒(长石、石英、矽线石、黑云母、紫苏辉石)组成,个别薄片中可见微量尖晶石、堇青石。野外定名为变质石榴黑云二长花岗岩,薄片定名黑云矽线石榴花岗质初糜棱岩,但据岩石化学分析属中性岩类,故综合定名为变质斑状石榴石英闪长岩。
3.副矿物特征
变质斑状石榴石英闪长岩人工重砂副矿物组合为钛铁矿(1491.5×10-6)+钛磁铁矿(596.3×10-6)+独居石(359.6×10-6)+锆石(151.1×10-6)+白钛石(44.5×10-6)+金红石(3.3×10-6)+黄铁矿(14.6×10-6)+磷灰石(5~10粒)+尖晶石(21~50粒)。其中锆石浅粉色,次浑圆—浑圆粒状、柱粒状、柱状,晶体可见裂纹,表面可见凹坑沟槽,似为溶蚀痕迹,部分有铁染,弱金刚—毛玻光泽,透明—半透明,可见固相黑包体,粒径(mm)以0.02~0.15为主,少量为0.15~0.5,伸长系数以1~2.5为主,少量2.5~4。从上述副矿物组合特征来看,变质斑状石榴石英闪长岩具有幔源物质的混入。
4.岩石地球化学特征
变质斑状石榴石英闪长岩主量、微量、稀土元素含量见表3-59。由表3-59可以看出,变质斑状石榴石英闪长岩5件样品中,SiO2含量介于57.28%~62.95%之间,平均为60.84%,属于中性岩的含量范畴。Al2O3含量介于16.62%~21.72%之间,平均为18.40%,含量偏高。Na2O含量在0.78%~2.56%之间变化,平均为1.69%。K2O含量在2.49%~4.00%之间,平均为3.28%。Na2O+K2O为4.25%~6.16%,碱质总量偏低,K2O/Na2O为1.20~4.45,岩石以富钾为特征。采用TAS图解(图3-175)对其岩石类型进行判别,主要落于闪长岩区及其周边,并显示为亚碱性岩,在图3-176上显示为高钾钙碱性岩系列。CaO含量为0.54%~3.32%,平均为1.96%。MgO含量介于2.63%~3.51%之间,平均为3.04%,含量偏高。TiO2含量介于0.67%~1.38%之间,平均为0.94%,略显偏高。全铁(=FeO+0.899×Fe2O3)在6.47%~9.70%之间,含量偏高。Mg#[Mg#=Mg/(Mg+Fe2+)](原子数比)为0.40~0.47,较一般花岗岩类偏高,反映其可能具幔源物质的混染。A/CNK为1.23~3.61,结合其含石榴石和矽线石,说明其属于强过铝的花岗岩类。
图3-174 变质斑状石榴石英闪长岩
a.变质斑状石榴石英闪长岩(深色者)与沙渠村岩组(浅色者)的接触界线(沟子口剖面);b.变质斑状石榴石英闪长岩被变质石榴花岗岩脉侵入;c.变质斑状石榴石英闪长岩呈脉状侵入林场麻粒岩中;d.变质斑状石榴石英闪长岩中的原岩残留体;e.变质斑状石榴石英闪长岩中的沙渠村岩组捕虏体;f.糜棱岩化变质斑状石榴石英闪长岩
变质斑状石榴石英闪长岩的微量元素原始地幔比值蛛网图(图3-177)呈向右陡倾型,由不相容元素向相容元素含量明显降低,过渡到相容元素一侧呈近平坦型,到强相容元素一侧则又呈现向右陡倾型,高场强元素Nb、Ta、P、Ti、Dy亏损明显,大离子亲石元素K、Nd富集,这些特征均说明其源区主要来自地壳物质的重熔,但受到地幔物质的混染。
表3-59 变质斑状石榴石英闪长岩主量(%)、微量(×10-6)、稀土元素(×10-6)含量表
在稀土元素方面,共4件样品含量变化较大,∑REE为(169.2~660.4)×10-6,平均为362.0×10-6,含量明显偏高,LREE为(145.2~621.7)×10-6,平均为333.3×10-6,HREE为(22.83~38.71)×10-6,平均为28.73×10-6,LREE/HREE为6.04~16.06,其轻、重稀土分馏程度较高,(La/Sm)N为4.13~6.01,平均为5.01,(Gd/Yb)N为1.67~3.57,平均为2.40,轻稀土分馏程度高于重稀土分馏程度。δEu为0.68~1.19,平均为0.78,负铕异常较弱。其球粒陨石标准化配分图(图3-178)呈向右陡倾型,但到重稀土一侧趋于平坦,稀土元素特征指示岩浆在上升过程经历了较明显的结晶分异过程。
图3-175 变质斑状石榴石英闪长岩TAS图解
[资料来源:Earth-Science Reviews,vol.37,(1994):215-224]Ir.Irvine分界线,上方为碱性,下方为亚碱性。
1.橄榄辉长岩;2a.碱性辉长岩;8.二长辉长岩;9.二长闪长岩;14.副长石二长闪长岩;15.副长石二长正长岩
图3-176 变质斑状石榴石英闪长岩系列划分图
图3-177 变质斑状石榴石英闪长岩微量元素原始地幔标准化比值蛛网图
(原始地幔值据Sun & McDoungh,1995)
图3-178 变质斑状石榴石英闪长岩稀土元素配分图
(球粒陨石值据Sun & McDoungh,1989)
5.时代讨论
本次工作在察哈尔右翼前旗土贵乌拉南的沟子口村南1km的沟中采取了同位素测年样品,其锆石阴极发光图像(图3-179)显示锆石呈次浑圆—浑圆粒状、柱粒状和长柱状,粒度较粗,单个锆石最大粒径均大于100μm,最大可达400μm左右,可明显划分为核部和幔部两部分,核部多呈柱状形态,部分呈近等轴粒状,色暗,内部发育不太清晰的振荡环带,显然为岩浆结晶成因,核部共测试27个点,其结果见图3-180和表3-60,其中有15个点高度谐和,其余均表现为轻微的铅丢失,沿不一致线分布,且核部所有测点的Th/U值全部大于0.1(图3-181),获得15个测点207 Pb/206 Pb加权平均年龄为1983±10Ma,上交点年龄为1985.5±5.1Ma,二者结果相近,代表其岩浆结晶的年龄。
图3-179 变质斑状石榴石英闪长岩03RZ1号样品的锆石阴极发光照片
图3-180 变质斑状石榴石英闪长岩03RZ1号样品锆石U-Pb年龄谐和图
图3-181 变质斑状石榴石英闪长岩03RZ1号样品锆石Th-U相关图
表3-60 变质斑状石榴石英闪长岩03RZ1号样品测年结果表
续表3-60
注:与03RZ1测年样品配套的地球化学样品编号为03Gs-2。
幔部呈灰—灰白色的外圈,与核部界线清晰,其宽度均在30μm以上,内部无分带或具面状分带,个别具冷杉状分布,其Th/U值虽大于0.1(图3-181),但多数U含量明显低于核部含量,反映其可能为变质重结晶成因,测试结果多数测点落于谐和线上,获得19个测点的207 Pb/206 Pb加权平均年龄为1923±9Ma(图3-180),分析认为该年龄代表着变质的时代。
(八)变质斑状石榴花岗闪长岩(Pt1πδγg)
1.地质特征
该类侵入体多呈规模较小的岩株状产出,被变质斑状石榴二长花岗岩侵入,多数地段与变质斑状石榴二长花岗岩呈渐变过渡关系,其中规模最大的侵入体分布于内蒙古自治区察哈尔右翼前旗麻迷图乡一带,可称为麻迷图岩体,其出露面积约为11.3km2。
2.岩石特征
岩石呈灰色、灰红色,变余似斑状构造、块状构造,片麻状构造极不发育,主要矿物成分为钾长石(含量25%,一般呈斑晶)、斜长石(35%)、石榴石(10%)、石英(20%左右)、黑云母(7%左右)、紫苏辉石(3%)等组成。
3.副矿物特征
其人工重砂副矿物组合为钛铁矿(7548×10-6)+钛磁铁矿(2325×10-6)+磷灰石(1039×10-6)+锆石(293×10-6)+独居石(16×10-6)+白钛石(0.47×10-6)+黄铁矿(5~10粒),其中锆石浅粉色,部分轻微水化,次浑圆—浑圆粒状、柱粒状,透明—半透明,弱金刚光泽—金刚光泽,高硬,表面受溶蚀,晶棱、晶面模糊不清,伸长系数在1~2.3之间,少数在2.3~5之间,粒径为0.02~0.26,少数为0.26~0.43。从上述副矿物组合特征来看,变质斑状石榴花岗闪长岩具有幔源物质的混入。
4.岩石地球化学特征
变质斑状石榴花岗闪长岩主量、微量、稀土元素含量分别见表3-61、表3-62、表3-63。由表3-61可以看出,变质斑状石榴花岗闪长岩SiO2含量为64.28%,属于中酸性岩的含量范畴。Al2O3含量为15.82%,含量偏高。Na2O含量为2.24%,K2O含量为3.22%,Na2O+K2O为5.46%,碱质总量偏低,K2O/Na2O为1.44,岩石以富钾为特征。采用TAS图解(图3-182)对其岩石类型进行判别,主要落于花岗闪长岩区,并显示为亚碱性岩,在图3-183上显示为高钾钙碱性系列。CaO含量为2.83%。MgO含量为1.87%,含量偏低。TiO2含量为1.08%,略显偏高。全铁(=FeO+0.899×Fe2O3)为7.01%,含量偏高。Mg#[Mg#=Mg/(Mg+Fe2+)](原子数比)为0.36,较一般区内其他花岗岩类偏低。A/CNK为1.285,结合其含石榴石,说明其属于强过铝的花岗岩类。(www.xing528.com)
其微量元素原始地幔比值蛛网图(图3-184)呈向右缓倾斜型,由不相容元素向相容元素含量明显降低,过渡到相容元素一侧呈近平坦型,含量是原始地幔的10倍左右,到强相容元素一侧含量突然降低,高场强元素Nb、Ta、P、Ti具一定程度的亏损,大离子亲石元素Sr也呈亏损状态,元素的富集特征表现不明显,这些特征均说明其源区主要来自地壳物质的重熔,但又受到地幔物质的混染。
在稀土元素方面,∑REE为270.1×10-6,含量偏高,LREE为236.1×10-6,HREE为34.06×10-6,LREE/HREE为6.93,其轻、重稀土分馏程度一般,(La/Sm)N为3.69,(Gd/Yb)N为1.43,轻稀土分馏程度较重稀土分馏程度明显偏高。δEu为0.62,负铕异常明显。其球粒陨石标准化配分图(图3-185)呈向右缓倾型,到重稀土一侧更加平缓,稀土元素特征指示岩浆在上升过程经历了一定程度的结晶分异过程。
表3-61 变质石榴碱长花岗岩、变质石榴正长花岗岩、变质石榴二长花岗岩、变质石榴白岗岩、变质石英二长岩、变质斑状石榴二长花岗岩、变质斑状石榴花岗闪长岩主量元素含量表(%)
续表3-61
表3-62 变质石榴碱长花岗岩、变质石榴正长花岗岩、变质石榴白岗岩、变质石英二长岩、变质石榴二长花岗岩、变质斑状石榴二长花岗岩、变质斑状石榴花岗闪长岩微量元素含量表(×10-6)
表3-63 变质石榴碱长花岗岩、变质石榴正长花岗岩、变质石榴白岗岩、变质石英二长岩、变质石榴二长花岗岩、变质斑状石榴二长花岗岩、变质斑状石榴花岗闪长岩稀土元素含量表(×10-6)
注:表3-62和表3-63中序号1、2号为变质石榴碱长花岗岩;3~7号为变质石榴正长花岗岩;8、9号为变质石榴正长花岗岩;10~15号为变质石榴白岗岩;16、17号为变质石英二长岩;18~23号为变质石榴二长花岗岩;24~27号为变质斑状石榴二长花岗岩;28号为变质斑状石榴花岗闪长岩。
图3-182 TAS图解
[资料来源:Earth-Science Reviews,vol.37,(1994):215-224]Ir.Irvine分界线,上方为碱性,下方为亚碱性。
1.橄榄辉长岩;2a.碱性辉长岩;8.二长辉长岩;9.二长闪长岩;14.副长石二长闪长岩;15.副长石二长正长岩
图3-183 系列划分图
图3-184 变质斑状石榴花岗闪长岩微量元素原始地幔标准化比值蛛网图(原始地幔值据Sun & McDoungh,1995)
图3-185 变质斑状石榴花岗闪长岩稀土元素配分图
(球粒陨石值据Sun & McDoungh,1989)
5.时代讨论
本次工作在内蒙古自治区察哈尔右翼前旗麻迷图乡西采取了同位素测年样品,样品岩性为变质斑状石榴花岗闪长岩,其锆石阴极发光图像(图3-186)显示锆石以次浑圆—浑圆粒状、柱粒状为主,少量为柱状,粒度较粗,单个锆石最大粒径均大于100μm,可明显划分为核、幔两部分,核部多呈柱状形态,个别呈粒状,色暗,内部发育不太清晰的振荡环带,为岩浆结晶成因,显然它受到了后期热事件的改造,核部共测试28个点,其结果见表3-64,图3-187a,其中有14个点高度谐和,其余均表现为轻微的铅丢失,沿不一致线分布,且核部绝大多数测点的Th/U值多数大于0.1(图3-187b),采用24个测点的207 Pb/206 Pb表面年龄加权平均为1969.2±7.3Ma,上交点年龄为1966.8±3.4Ma,二者结果相近,代表其岩浆结晶的年龄。
图3-186 变质斑状石榴花岗闪长岩MMTRZ1号样品锆石阴极发光图像
幔部为灰—灰白色的外圈,与核部界线清晰,其宽度均在30μm以上,内部无分带或具面状分带,其中有17个点测试结果测点落于谐和线上,求得其207 Pb/206 Pb加权平均年龄为1929.6±9.9Ma(图3-187a),其Th/U值虽大于0.1(图3-187b),但多数U含量明显低于核部含量,反映其可能为变质增生成因,共打点18个,分析认为该年龄代表着变质的时代。
图3-187 变质斑状石榴花岗闪长岩MMTRZ1号样品单颗粒锆石U-Pb核部测年结果
a.年龄谐和图;b.Th-U相关图
表3-64 变质斑状石榴花岗闪长岩MMTRZ1号样品测年结果表
续表3-64
注:M MTRZ1号测年样品对应地球化学样品号为MMGs1。
(九)变质斑状石榴二长花岗岩(Pt1πηγg)
1.地质特征
该类岩石在区内分布广泛,出露面积最大,是区内凉城-集宁古元古代重熔型构造岩浆杂岩带的主要组成部分,主要分布于卓资县八苏木乡—察汉营村、凉城县岱海北—麻迷图乡、丰镇市隆盛庄—九龙湾一带、兴和县东杏花沟一带,其宏观上具典型的丘状岩体地貌特征(图3-188a),岩体内部多发育有定向组构(图3-188b),显示其经历了区域变质作用的改造。单个侵入体多为长轴呈北东东向不规则的带状展布,规模大小不等,多数出露不全,被汉诺坝组、第四纪散堆积物角度不整合覆盖,规模最大的侵入体为岱海北和九龙湾-隆盛庄岩体,出露面积大于100km2,其与沙渠村岩组、东沟村岩组均呈侵入接触关系,并见其呈岩枝状穿插其中,岩体中多见巨大的沙渠村岩组和东沟村岩组捕虏体。但局部地段与沙渠村岩组界线模糊,为渐变过渡关系,与大土坑片麻岩(图3-188c)、林场麻粒岩也呈侵入接触关系,并被变质石榴二长花岗岩侵入(图3-188d)。岩体内可见大量沙渠村岩组石榴矽线浅粒岩捕虏体(图3-188e)和以石榴石为主聚集形成的团块(残留体)(图3-188f)。岩体内亦可见一些暗色细粒斜长二辉麻粒岩和斜长紫苏麻粒岩的包体((图3-189)。
图3-188 变质斑状石榴二长花岗岩特征
a.变质斑状石榴二长花岗岩的宏观外貌;b.变质斑状石榴二长花岗岩发育有定向构造;c.变质斑状石榴二长花岗岩呈脉状侵入大土坑片麻岩中;d.变质石榴二长花岗岩呈脉状侵入变质斑状石榴二长花岗岩中;e.变质斑状石榴二长花岗岩中沙渠村岩组捕虏体;f.变质斑状石榴二长花岗岩的石榴石团块(残留体?)
2.岩石特征
岩石呈肉红色,变余似斑状结构,块状、片麻状构造,长石斑晶定向构造较发育。由于岩石普遍经历了韧性变形作用,多具碎斑结构和重结晶糜棱结构。其矿物成分主要为斑晶含量10%~40%,以钾长石、石英为主。粒度变化较大,2mm×2.5mm~13mm×14mm。基质含量50%~90%,粒径0.1~1.5mm,以斜长石、钾长石、石英、黑云母、石榴石为主,常含少量矽线石,其中黑云母含量1%~5%,石榴石5%~10%,矽线石含量一般0~3%。由于其矿物分布不均,常过渡为变质斑状石榴花岗闪长岩。另外其所含暗色包体岩性为斜长二辉麻粒岩或紫苏斜长麻粒岩,其矿物成分为斜长石50%~60%,紫苏辉石30%~37%,次透辉石0~15%,角闪石1%,石英少见,黑云母1%。
图3-189 变质斑状石榴二长花岗岩中的暗色包体
3.人工重砂副矿物特征
变质斑状石榴二长花岗岩人工重砂副矿物组合为锆石+白钛石+独居石+磷灰石+金红石+黄铁矿±磁铁矿±钛磁铁矿±赤-褐铁矿。组合虽然复杂,但含量普遍偏低,反映其源岩可能来自地壳变质沉积岩的重熔。
4.岩石地球化学特征
变质斑状石榴二长花岗岩主量、微量、稀土元素含量分别见表3-61、表3-62、表3-63。由表3-61可以看出,变质斑状石榴二长花岗岩7件样品SiO2含量介于63.92%~79.28%之间,平均为70.45%,含量变化范围大,从中酸性到酸性。Al2O3含量介于13.63%~16.87%之间,平均为14.44%,含量偏高。Na2O含量在1.50%~2.56%之间变化,平均为2.07%。K2O含量在1.72%~4.85%之间,平均为3.65%。Na2O+K2O为3.54%~7.41%,碱质总量中等偏高,K2O/Na2O为0.95~2.18,岩石以富钾为特征。采用TAS图解(图3-182)对其岩石类型进行判别,主要落于花岗闪长岩区和花岗岩区,并显示为亚碱性,在图3-183上显示为高钾钙碱性系列。CaO含量在1.25%~3.12%之间,平均为1.99%。MgO含量介于1.14%~2.30%之间,平均为1.50%,含量偏低。TiO2含量介于0.35%~0.87%之间,平均为0.60%,含量偏低。全铁(=FeO+0.899×Fe2O3)在3.09%~5.79%之间,含量偏低。Mg#[Mg#=Mg/(Mg+Fe2+)](原子数比)为0.39~0.49,略显偏高,反映其可能具幔源物质混染的成因。A/CNK为1.204~1.615,结合其含石榴石和矽线石,说明其属于强过铝的花岗岩类。
其微量元素原始地幔比值蛛网图(图3-190)5件样品给出了非常一致的曲线特征,呈向右缓倾斜的多谷型,由不相容元素向相容元素含量明显降低,过渡到相容元素一侧呈近平坦型,含量是原始地幔的10倍左右,到强相容元素一侧则急剧下降,高场强元素Nb、Ta、Sr、P亏损,无明显富集元素,这些特征均说明其源区主要来自地壳物质的重熔,但又受到地幔物质的混染。
在稀土元素方面,5件样品给出了比较一致的含量特征,∑REE为(232.4~316.3)×10-6,平均为261.3×10-6,含量偏高,LREE为(211.7~293.6)×10-6,平均为241.2×10-6,HREE为(15.76~24.76)×10-6,平均为20.15×10-6,LREE/HREE为9.41~15.72,其轻、重稀土分馏程度较高,(La/Sm)N为3.90~5.77,平均为4.76,(Gd/Yb)N为1.58~4.04,平均为2.01,轻稀土分馏程度较重稀土分馏程度明显偏高。δEu为0.49~0.94,平均为0.72,具负铕异常。其球粒陨石标准化配分图(图3-191)呈向右陡倾型,但到重稀土一侧趋于平坦。稀土元素特征指示岩浆在上升过程中经历了较明显的结晶分异过程。
图3-190 变质斑状石榴二长花岗岩微量元素原始地幔标准化比值蛛网图
(原始地幔值据Sun & McDoungh,1995)
图3-191 变质斑状石榴二长花岗岩稀土元素配分图
(球粒陨石值据Sun & McDoungh,1989)
5.时代研究
测年样品采自土贵乌拉南东的沟中,样品岩性为变质斑状石榴二长花岗岩。其阴极发光图像显示锆石色暗,多呈长柱状(图3-192),粒径在100μm左右,晶形较完整,内部岩浆振荡环带发育,边部似发育有截切内部环带的变质增生边,但宽度较小,本次工作仅对其核部进行了测试,其中有3个测点落于谐和线上,其余沿不一致线分布(表3-65,图3-193),其上交点年龄为1962.8±6.2Ma,其Th/U值多数大于0.1(图3-194),分析认为这组年龄信息可以代表其岩浆结晶的时代。
图3-192 变质斑状石榴二长花岗岩03RZ9样品锆石阴极发光图像
表3-65 变质斑状石榴二长花岗岩03RZ9号样品测年结果表
注:03RZ9号测年样品对应地球化学样品编号为03Gs 18。
图3-193 变质斑状石榴二长花岗岩03RZ9号样品测年谐和图
图3-194 变质斑状石榴二长花岗岩03RZ9号样品Th-U相关图
(十)变质石英二长岩(Pt1ηο)
1.地质特征
变质石英二长岩仅见于丰镇市新林村九号北约1km处,呈北东向展布的岩株状侵入于沙渠村岩组中,出露面积不足1km2。
2.岩石特征
岩石呈灰黄色,鳞片花岗变晶结构,弱片麻状构造,其矿物成分为斜长石40%~57%,石英10%~15%,条纹长石30%~35%,石榴石0~2%,黑云母5%~10%,矽线石0~1%。
3.岩石地球化学特征
变质石英二长岩主量、微量、稀土元素含量分别见表3-61、表3-62、表3-63。由表3-61可以看出,变质石英二长岩2件样品SiO2含量介于65.40%~67.13%之间,平均为66.27%,属于中酸性岩的含量范畴。Al2O3含量介于15.96%~17.90%之间,平均为16.93%,含量偏高。Na2O含量在2.50%~3.58%之间变化,平均为3.04%。K2O含量在4.09%~5.42%之间,平均为4.76%。Na2O+K2O为7.67%~7.92%,碱质总量偏高,K2O/Na2O为1.14~2.17,岩石以富钾为特征。采用TAS图解(图3-182)对其岩石类型进行判别,主要落于石英二长岩区,并显示为亚碱性岩,在图3-183上显示为高钾钙碱性-钾玄岩系列。CaO含量在2.26%~2.93%之间,平均为2.60%。MgO含量介于1.22%~1.81%之间,平均为1.52%,含量偏低。TiO2含量介于0.99%~1.29%之间,平均为1.14%,略显偏高。全铁(=FeO+0.899×Fe2O3)在2.21%~2.32%之间,含量偏低。Mg#[Mg#=Mg/(Mg+Fe2+)](原子数比)为0.54~0.61,较一般花岗岩类偏高,反映其成因上具幔源物质混染的可能。A/CNK为1.13~1.14,结合其含石榴石和矽线石,说明其属于强过铝的花岗岩类。
其微量元素原始地幔比值蛛网图(图3-195)呈向右倾斜的多隆多谷型,由不相容元素向相容元素含量明显降低,过渡到相容元素一侧呈近平坦型,含量与原始地幔接近,到强相容元素一侧则又呈现向右陡倾型,高场强元素Th、Nb、Ta、P、Sm、Dy亏损,大离子亲石元素Ba、K富集,这些特征均说明其源区主要来自地壳物质的重熔,但又受到地幔物质的混染。
图3-195 变质石英二长岩微量元素原始地幔标准化比值蛛网图
(原始地幔值据Sun & McDoungh,1995)
在稀土元素方面,2件样品给出了比较一致的含量特征,∑REE为(114.1~186.8)×10-6,平均为150.4×10-6,含量偏高,LREE为(110.7~181.2)×10-6,平均为146.0×10-6,HREE为(3.35~5.57)×10-6,平均为4.46×10-6,与球粒陨石含量相近,LREE/HREE为32.56~33.05,其轻、重稀土分馏程度较高,(La/Sm)N为10.17~12.72,平均为11.45,(Gd/Yb)N为5.86~6.27,平均为6.07,轻稀土分馏程度较重稀土分馏程度明显偏高。δEu为2.58~5.18,平均为3.85,正铕异常强烈。其球粒陨石标准化配分图(图3-196)呈向右陡倾型,但到重稀土一侧趋于平坦。稀土元素特征指示岩浆在上升过程中经历了较明显的结晶分异过程。
图3-196 变质石英二长岩稀土元素配分图
(球粒陨石值据Sun & McDoungh,1989)
(十一)变质石榴白岗岩(Pt1γχg)
1.地质特征
该岩类是凉城-集宁古元古代重熔型岩浆杂岩带内另一种较为主要的变质侵入岩,其分布较为广泛,以岩株状为主,也见有呈岩脉状、带状分布之侵入体,区内规模较大的侵入体包括丰镇市东十八台村—山底七号一带的白牙岔山岩体(图3-197a),其长轴为北东向,呈椭圆状,出露面积近20km2,其侵入于沙渠村岩组及白牙岔山片麻岩和大土坑片麻岩中,并被变质石榴正长花岗岩侵入,在变质石榴白岗岩中多见白牙岔山片麻岩捕虏体;在兴和县东南十八号村一带的变质石榴白岗岩出露不完整,被汉诺坝组和宝格达乌拉组角度不整合覆盖,出露面积约为12.5km2;分布于卓资县南河子上村、羊圈湾乡及大湾子村一带的变质石榴白岗岩呈不规则的岩株、岩枝、岩脉及岩带状侵入于沙渠村岩组,并与变质石榴二长花岗岩相伴产出,二者间多呈渐变过渡关系,部分地段见其被变质石榴二长花岗岩侵入,也见其侵入于变质石榴二长花岗岩中。
变质石榴白岗岩与沙渠村岩组总体上为侵入接触关系(图3-197b),野外可见其呈岩枝状穿插于沙渠村岩组中,但在同一露头上也可见到其与沙渠村岩组呈渐变过渡关系。在变质石榴白岗岩中多见沙渠村岩组石榴矽线浅粒岩之透镜体(图3-197c),二者间界线模糊,渐变过渡,多呈长条状或椭圆状,应多为其残留体。变质石榴白岗岩中基本不含暗色矿物,岩性均匀,地貌上多呈凸出的岩体地貌,定向构造一般不发育,但位于韧性剪切带中的侵入体具糜棱岩化,表现为石英拉长呈丝带状定向排列(图3-197d)。
图3-197 变质石榴白岗岩的特征
a.变质石榴白岗岩的地貌特征;b.变质石榴白岗岩与沙渠村岩组间的接触界线特征;c.变质石榴白岗岩中含沙渠村岩组浅粒岩捕虏体或残留体;d.变质石榴白岗岩韧性剪切变形石英呈丝带状
2.岩石特征
岩性特征为瓷白色、粉红色含石榴白岗岩,基本未见暗色矿物,中细粒变晶结构、交代结构,变斑状构造、块状-条纹状构造。主要矿物组成为钾长石50%~72%,他形粒状,粒径1~5mm,条纹长石为主,高岭土化、绢云母化;斜长石0~3%,他形粒状,粒径为0.3mm×(2.2~0.1)mm,部分呈交代残留体;石英25%~35%,透镜状、条纹状,粒径为0.45mm×2mm~0.7mm×0.1mm,交代长石;石榴石1%~2%,变斑状,矽线石1%~10%,石榴石分布极不均匀,几乎为块状构造,但由于岩石经历了韧性剪切变形,故可见石英具明显的定向构造,具拔丝现象。
3.副矿物特征
变质石榴白岗岩的副矿物组合极为简单且含量均较低,最常见的副矿物为尖晶石+锆石±磁铁矿±黄铁矿,其副矿物组合特点显示其源岩可能来自变质沉积岩的重熔。
4.岩石地球化学特征
变质石榴白岗岩主量、微量、稀土元素含量分别见表3-61、表3-62、表3-63。由表3-61可以看出,变质石榴白岗岩9件样品的主量元素特征基本一致,其SiO2含量介于73.41%~76.19%之间,平均为75.21%,属于酸性岩的含量范畴。Al2O3含量介于13.94%~15.00%之间,平均为14.45%,含量偏高。Na2O含量在2.90%~4.34%之间变化,平均为3.61%。K2O含量在3.71%~5.16%之间,平均为4.37%。Na2O+K2O为7.06%~8.49%,碱质总量偏高,K2O/Na2O为0.85~1.66,岩石总体上以富钾为特征。利用TAS图解(图3-182)对其岩石类型进行判别,投点比较集中且全部落于花岗岩区,并显示为亚碱性岩,在图3-183上显示为高钾钙碱性系列。CaO含量在0.43%~0.89%之间,平均为0.67%,含量明显偏低。Mg O含量介于0.08%~0.30%之间,平均为0.16%,含量偏低。TiO2含量介于0.01%~0.08%之间,平均为0.04%,含量较低。全铁(=FeO+0.899×Fe2O3)在0.30%~0.94%之间,含量偏低。Mg#[Mg#=Mg/(Mg+Fe2+)](原子数比)为0.21~0.43,平均为0.36,显示其受幔源物质混染程度低。A/CNK为1.134~1.348,结合其含石榴石和矽线石,说明其属于强过铝的花岗岩类。
其微量元素原始地幔比值蛛网图(图3-198)呈向右倾斜的多隆多谷型,由不相容元素向相容元素含量显著降低,过渡到相容元素一侧呈近平坦型,含量与原始地幔接近,到强相容元素一侧则又呈现向右陡倾型,含量不足原始地幔的1/10,高场强元素Th、Nb、Ti亏损明显,大离子亲石元素Rb、K、稀土元素Eu富集,这些特征均说明其源区主要来自地壳物质的重熔。
图3-198 变质石榴白岗岩微量元素原始地幔标准化比值蛛网图
(原始地幔值据Sun & McDoungh,1995)
在稀土元素方面,6件样品虽然含量高低不一,但总体特征比值类似。其∑REE为(16.2~127.1)×10-6,平均为54.1×10-6,含量明显偏低,LREE为(13.6~118.6)×10-6,平均为49.1×10-6,HREE为(2.55~8.46)×10-6,平均为5.1×10-6,含量极低且与球粒陨石含量相近,LREE/HREE为3.06~20.78,其轻、重稀土分馏程度差异较大,多数分馏程度偏低,(La/Sm)N为3.31~11.19,平均为7.1,(Gd/Yb)N为0.46~2.29,平均为0.9,轻稀土分馏程度较重稀土分馏程度明显偏高且重稀土基本无分馏。δEu为0.82~3.07,平均为2.0,正铕异常强烈,与其主要矿物成分长石有关。其球粒陨石标准化配分图(图3-199)呈向右陡倾型,但到重稀土一侧趋于平坦且有向上翘起之趋势。稀土元素的含量特征反映其源区残留有大量石榴石。
图3-199 变质石榴白岗岩稀土元素配分图
(球粒陨石值据Sun & McDoungh,1989)
5.时代讨论
本次工作对该岩体采集了同位素测年样品进行单颗粒锆石U-Pb激光烧蚀法测年,样品采自丰镇市北前往西边墙村的简易公路边,样品编号为10RZ6,岩性为典型的变质石榴白岗岩,采样点周围地质情况单一,无后期岩浆活动。其锆石阴极发光图像(图3-200)显示其锆石多呈近等轴的粒状,棱角分明,色较浅呈浅—浅灰色,粒度较粗,粒径一般均大于100μm,最大可达300μm左右,内部结构单一,环带发育,且较清晰,测试结果见图3-201和表3-66,其Th/U值全部大于0.1,显示为岩浆成因,获得22个点207 Pb/206 Pb加权平均年龄为1969.9±7.7Ma,认为该年龄可以代表其成岩时代。另获得1个点207 Pb/206 Pb表面年龄为1860±36Ma,可能是其变质时代的反映。
图3-200 变质石榴白岗岩10RZ6号样品锆石阴极发光图像
图3-201 变质石榴白岗岩10RZ6号样品测年结果(a)及Th-U相关图(b)
表3-66 变质石榴白岗岩10RZ6号样品测年结果表
注:10RZ6号测年样品对应的地球化学样品号为10Gs-12。
(十二)变质石榴二长花岗岩(Pt1ηγg)
1.地质特征
该岩类主要分布于卓资县南部后房子乡和其东北部的八苏木乡一带,在凉城县岱海两岸和土贵乌拉一带也有分布,多呈规模大小不等、不规则的岩株状和岩带状侵入于沙渠村岩组、东沟村岩组及变质斑状石榴二长花岗岩中,长轴多呈北东向展布,其中规模最大的侵入体位于后房子乡一带,出露不全,向西延伸出图,向东被汉诺坝组角度不整合覆盖,出露面积大于73.5km2。该期侵入体普遍经历了古元古代变质作用的改造而呈现出弱片麻状构造。
2.岩石特征
变质石榴二长花岗岩为变余中粗粒花岗结构或少斑结构,块状、弱片麻状构造,其矿物成分为钾长石(27%~44%)、斜长石(25%~37%)、石英(20%~27%)、黑云母(5%)、石榴石(1%~7%)、矽线石(0~1%)组成。
3.人工重砂副矿物特征
变质石榴二长花岗岩的人工重砂副矿物组合为锆石+独居石+金红石+磁铁矿+黄铁矿±白钛石±磷灰石±赤-褐铁矿,但所有副矿物的含量均较低,与前述变质斑状石榴二长花岗岩类相近,反映其源岩可能主要来自地壳变质泥砂质岩的重熔。
4.岩石地球化学特征
变质石榴二长花岗岩主量、微量、稀土元素含量分别见表3-61、表3-62、表3-63。
由表3-61可以看出,变质石榴二长花岗岩SiO2含量介于72.87%~76.48%之间,平均为74.55%,属于酸性岩浆岩的含量范畴。Al2O3含量介于11.74%~15.01%之间,平均为13.88%,含量偏高。Na2O含量在1.31%~4.59%之间变化,平均为3.07%。K2O含量在3.54%~5.36%之间,平均为4.48%。Na2O+K2O为5.76%~9.47%,碱质总量偏高,K2O/Na2O为0.77~3.40,岩石以富钾为特征。利用TAS图解(图3-182)对其岩石类型进行判别,全部落于花岗岩区,并显示为亚碱性岩。CaO含量为0.26%~1.33%之间,平均为0.74%。MgO含量介于0.09%~1.04%之间,平均为0.45%,含量明显偏低。TiO2含量介于0.05%~0.31%之间,平均为0.15%,明显偏低。全铁(=FeO+0.899×Fe2O3)为0.84%~2.58%之间,含量偏低。Mg#[Mg#=Mg/(Mg+Fe2+)](原子数比)为0.18~0.45,反映其主要源自地壳物质的重熔,幔源物质混染程度低。A/CNK为1.079~1.472,多数大于1.1,结合其含石榴石和矽线石,说明其属于强过铝的花岗岩类。
其微量元素原始地幔比值蛛网图(图3-202)呈向右陡倾斜的多隆多谷型,由不相容元素向相容元素含量明显降低,过渡到相容元素一侧呈近平坦型,含量是原始地幔的10倍以下,到强相容元素一侧则又呈现向右陡倾型,高场强元素Th、Nb、P亏损明显,而Ti亏损不明显,大离子亲石元素Rb、K富集,这些特征均说明其源区主要来自地壳物质的重熔。
在稀土元素方面,5件样品给出了比较一致的含量特征,∑REE为(72.1~148.6)×10-6,平均为112.8×10-6,含量偏低,LREE为(67.4~133.1)×10-6,平均为113.3×10-6,HREE为(4.69~15.49)×10-6,平均为9.42×10-6,是球粒陨石的10倍左右,LREE/HREE为8.60~14.36,其轻、重稀土分馏程度较高,(La/Sm)N为5.53~10.23,平均为7.46,(Gd/Yb)N为1.14~2.52,平均为1.57,轻稀土分馏程度较重稀土分馏程度明显偏高。δEu为0.90~1.83,平均为1.41,正铕异常明显。其球粒陨石标准化配分图(图3-203)呈向右缓倾型,到重稀土一侧趋于平坦。稀土元素特征指示岩浆在上升过程中结晶分异程度偏低。
图3-202 变质石榴二长花岗岩微量元素原始地幔标准化比值蛛网图
(原始地幔值据Sun & McDoungh,1995)
图3-203 变质石榴二长花岗岩稀土元素配分图
(球粒陨石值据Sun & McDoungh,1989)
5.时代研究
测年样品采自卓资县后房子乡后房子村东北,岩性为变质石榴二长花岗岩,其锆石阴极发光图像(图3-204)显示锆石形态多呈近等轴的粒状,个别呈柱状,粒度较小,粒径一般在100μm左右,色暗,核部发育环带,边部结构不清晰,无分带,与核部相比颜色区别较明显。本次工作对其核部进行了测年,其结果见表3-67和图3-205、图3-206,由此可见,绝大多数测点的Th/U值大于0.1,反映其核部为岩浆成因锆石。测试结果多数测点的谐和度低,仅7个测点落于谐和线上,其207 Pb/206 Pb加权平均年龄为1955±15Ma,其余沿不一致线分布,获得上交点年龄为1955.4±6.4Ma,结合其侵入于斑状石榴二长花岗岩的地质依据,认为该年龄可以代表其岩浆结晶的年龄。
图3-204 变质石榴二长花岗岩02RZ3号样品锆石阴极发光图像
表3-67 变质石榴二长花岗岩02RZ3号样品测年结果表
注:02RZ3号测年样品对应地球化学样品号为02Gs06。
图3-205 变质石榴二长花岗岩02RZ3号样品测年结果
图3-206 变质石榴二长花岗岩02RZ3号样品Th-U相关图
(十三)变质含石榴正长花岗岩(Pt1ξγg)
1.地质特征
该类变质含石榴正长花岗岩零星分布于研究区西北部的大土坑村、西部狮子沟南、驼盘村,以及研究区北中部的红砂坝、中东部的张臬一带,一般单个侵入体规模较小,小于5km2,仅大土坑村—榆树湾村和张臬村一带规模较大,出露面积分别为7.5km2和11km2。多呈北东东向带状、不规则岩株状、岩枝状、岩脉状侵入于沙渠村岩组和东沟村岩组中及古元古代早期变质深成侵入岩类中,其中在大土坑村东一带可见其与东沟村岩组大理岩具清楚的侵入接触关系,二者接触界线总体走向为北北东向,港湾状延伸,产状近于直立(图3-207),二者接触处见宽10余米的混染带,东沟村岩组大理岩具硅化,并见变质正长花岗岩呈枝脉状穿插其中,而在变质正长花岗岩中可见呈棱角状的东沟村岩组大理岩捕虏体。其呈细脉状侵入变质细粒花岗闪长岩中,并造成大土坑片麻岩普遍钾化。
图3-207 大土坑村北变质含石榴正长花岗岩与东沟村岩组的接触界线
a.灰白色为东沟村岩组大理岩,灰红色为变质含石榴正长花岗岩;b.二者接触界线近于直立,且发育有宽10余米的混染带
2.岩石特征
岩石呈特征的砖红色,变斑状结构,块状构造为主,弱片麻状构造。其主要矿物成分为钾长石(微斜长石)49%~63%,粒状晶体,粒径0.2~0.7mm,格子双晶发育;石英25%,他形粒状,粒径1~2mm,定向拉长;斜长石10%~20%,柱状,粒径0.2mm左右,轻微泥化、绢云母化;黑云母5%左右;石榴石0~10%,他形粒状,粒径0.9~2mm,分布不均;矽线石0~1%。
3.人工重砂副矿物特征
副矿物组合为钛铁矿+磁铁矿+锆石+独居石+白钛石+黄铁矿+赤褐铁矿±金红石±磷灰石,最为常见组合为锆石+独居石+磁铁矿。
4.岩石地球化学特征
变质含石榴正长花岗岩主量、微量、稀土元素含量分别见表3-61、表3-62、表3-63。从表3-61可以看出,变质含石榴正长花岗岩12件样品SiO2含量介于66.90%~77.76%之间,平均为72.17%,属于酸性岩的含量范畴。Al2O3含量介于10.65%~15.13%之间,平均为14.00%,含量偏高。Na2O含量在0.67%~2.38%之间变化,平均为1.74%。K2O含量在2.91%~7.13%之间,平均为5.63%。Na2O+K2O为4.02%~8.92%,平均为7.37%,碱质总量偏高,K2O/Na2O为1.94~10.19,岩石以富钾为特征。利用TAS图解(图3-182)对其岩石类型进行判别,主要落于花岗岩区,少数落于花岗闪长岩区,并显示为亚碱性岩,在图3-183上显示为高钾钙碱性-钾玄岩系列。CaO含量为0.28%~2.99%,平均为1.15%。MgO含量介于0.16%~2.01%之间,平均为0.80%,含量偏低。TiO2含量介于0.13%~1.01%之间,平均为0.40%,略显偏低。全铁(=FeO+0.899×Fe2O3)为0.66%~5.05%之间,含量偏低。Mg#[Mg#=Mg/(Mg+Fe2+)](原子数比)为0.32~0.59。A/CNK为1.075~1.636,结合其含石榴石和矽线石,说明其具强过铝花岗岩类的特征。
其微量元素原始地幔比值蛛网图(图3-208)呈向右倾斜的多谷型,由不相容元素向相容元素含量明显降低,过渡到相容元素一侧呈近平坦型,含量与原始地幔接近,到强相容元素一侧则又呈现向右陡倾型,高场强元素Nb、Ta、P、Ti亏损明显。
在稀土元素方面,7件样品稀土总量基本接近,其∑REE为(123.3~255.5)×10-6,平均为191.3×10-6,含量中等偏高,LREE为(118.0~243.4)×10-6,平均为176.9×10-6,HREE为(5.29~23.43)×10-6,平均为14.4×10-6,LREE/HREE为8.67~26.20,其轻、重稀土分馏程度较高,(La/Sm)N为4.14~10.59,平均为6.22,(Gd/Yb)N为1.17~4.61,平均为1.82,轻稀土分馏程度较重稀土分馏程度明显偏高。δEu为0.56~2.97,平均为1.11,正铕异常明显。其球粒陨石标准化配分图(图3-209)呈向右陡倾型,但到重稀土一侧趋于平坦,稀土元素特征指示岩浆在上升过程中经历了较明显的结晶分异过程。
图3-208 变质含石榴正长花岗岩微量元素原始地幔标准化比值蛛网图
(原始地幔值据Sun & McDoungh,1995)
图3-209 变质含石榴正长花岗岩稀土元素配分图
(球粒陨石值据Sun & McDoungh,1989)
5.时代研究
本次工作在大土坑村南一带采集了同位素年龄样品,其锆石多呈粒状,颗粒细小,粒径多在100μm左右(图3-210),次棱角—棱角状,暗色为主,可大致划分为核部和边部两部分,核部棱角状晶形,并发育有振荡环带,具岩浆锆石的特征,边部色偏浅,内部结构不发育,宽度较小,小于30μm,并见部分窄边截切核部环带,可能为变质增生成因。本次仅对核部进行了打点测试,获得21个点207 Pb/206 Pb谐和年龄加权平均为1910±9Ma(图3-211a,表3-68),且多数测点的Th/U值大于0.1(图3-211b),故认为该年龄可代表其岩浆结晶的时代。
图3-210 变质含石榴正长花岗岩01RZ2锆石阴极发光图像
图3-211 变质含石榴正长花岗岩01RZ2单颗粒锆石U-Pb年龄谐和图(a)及Th-U相关图(b)
表3-68 变质含石榴正长花岗岩01RZ2号样品测年结果表
另本次工作还在丰镇市张臬村西采集了样品进行测年(样品编号RZTW9),其锆石多呈长柱状(图3-212),颗粒粗大,粒径多在100μm以上,次棱角—棱角状晶形完整,暗色为主,振荡环带发育清晰,具典型岩浆锆石的特征。通过打点测试,有近一半测点的普通铅含量较高,而未获得理想结果,有3个测点落于谐和线上,其余测点沿不一致线分布,其上交点年龄为1923.0±9.4Ma(图3-213,表3-69),且绝大多数测点的Th/U值大于0.1,故认为该年龄可代表其岩浆结晶的时代。
综合其野外地质关系和两件样品的测年结果,认为区内变质正长花岗岩的侵位时代为古元古代晚期。
图3-212 变质黑云正长花岗岩RZTW9号样品锆石阴极发光图像
(采样地点:丰镇市南张臬村西)
图3-213 变质黑云正长花岗岩RZTW9号样品测年结果(A)和Th-U相关图(B)
(样品编号RZTW9,采样地点:丰镇市南张臬村西)
表3-69 变质含石榴正长花岗岩RZTW9号样品测年结果表
(十四)变质含石榴碱长花岗岩(Pt1χργg)
1.地质特征
该变质含石榴碱长花岗岩主要分布于研究区北西部的老羊圈村—益元村、哈风井林场一带,呈岩株状侵入于东沟村岩组大理岩中,岩体被汉诺坝组角度不整合覆盖而出露不完整,其中老羊圈村-益元村岩体出露面积约为16.4km2,哈风井林场岩体出露面积仅3.4km2,另外在其余地区也见零星分布,但多为规模极小的脉状。岩体中多见巨大的东沟村岩组大理岩捕虏体或顶垂体(图3-214),在遥感图像上清晰可辨。
图3-214 老羊圈村一带变质含石榴碱长花岗岩侵入于东沟村岩组中,并见东沟村岩组呈巨大的顶垂体
2.岩石特征
岩石呈特征的砖红色,粗粒花岗变晶结构,块状构造、弱片麻状构造,其矿物成分为微斜长石72%、斜长石1%左右、石英25%~30%、黑云母1%~3%。部分岩石见含少量石榴石和矽线石,但分布不均。
3.人工重砂副矿物特征
人工重砂副矿物组合为磁铁矿+锆石+钍石+磷灰石+黄铁矿+赤-褐铁矿。
4.岩石地球化学特征
变质含石榴碱长花岗岩主量、微量、稀土元素含量分别见表3-61、表3-62、表3-63。从表3-61可以看出,变质含石榴碱长花岗岩3件样品SiO2含量介于71.27%~73.43%之间,平均为72.18%,属于酸性岩的含量范畴。Al2O3含量介于14.06%~15.36%之间,平均为14.67%,含量偏高。Na2O含量在1.60%~3.14%之间变化,平均为2.28%。K2O含量在7.71%~8.33%之间,平均为8.04%。Na2O+K2O为9.93%~10.85%,碱质总量较高,K2O/Na2O为2.46~5.21,岩石以强烈富钾为特征。利用TAS图解(图3-182)对其岩石类型进行判别,落于花岗岩区,并显示为碱性岩系列,为钾质碱性岩系列。CaO含量为0.26%~0.53%之间,平均为0.42%。MgO含量介于0.06%~0.50%之间,平均为0.23%,含量较低。TiO2含量介于0.09%~0.23%之间,平均为0.14%,略显偏高。全铁(=FeO+0.899×Fe2O3)为0.64%~1.53%之间,含量偏低。Mg#[Mg#=Mg/(Mg+Fe2+)](原子数比)为0.32~0.52。A/CNK为1.071~1.158,结合其含石榴石和矽线石,说明其属于强过铝的花岗岩类。
其微量元素原始地幔比值蛛网图(图3-215)呈向右倾斜的多隆多谷型,斜率较大,由不相容元素向相容元素含量明显降低,过渡到相容元素一侧呈近平坦型,含量略高于原始地幔,到强相容元素一侧则又呈现向右陡倾型,高场强元素Nb、Ta、P、Ti亏损。
在稀土元素方面,2件样品稀土总量差别较大,其∑REE为(196.4~847.8)×10-6,含量偏高,LREE为(186.0~830.6)×10-6,HREE为(10.47~17.23)×10-6,LREE/HREE为17.77~48.21,其轻、重稀土强烈分馏,(La/Sm)N为6.22~11.1,(Gd/Yb)N为4.94~5.75,轻稀土分馏程度较重稀土分馏程度明显偏高。δEu为0.41~0.73,负铕异常较明显。其球粒陨石标准化配分图(图3-216)呈向右陡倾型,但到重稀土一侧趋于平坦。稀土元素特征指示岩浆在上升过程中经历了较明显的结晶分异过程。
图3-215 变质含石榴碱长花岗岩微量元素原始地幔标准化比值蛛网图
(原始地幔值据Sun & McDoungh,1995)
图3-216 变质含石榴碱长花岗岩稀土元素配分图
(球粒陨石值据Sun & McDoungh,1989)
5.时代研究
本次工作在集宁市南大土坑一带的变质含石榴碱长花岗岩中采集了测年样品(样品号RZTW1),其锆石多呈粒状(图3-217),颗粒较粗,粒径多大于100μm,晶形多不完整,棱角状外形,暗色为主,并发育模糊不清的振荡环带,具岩浆锆石的特征,本次工作获得10个点207 Pb/206 Pb谐和年龄加权平均为1921±12Ma(表3-70,图3-218),且绝大多数测点的Th/U值大于0.1,故认为该年龄可代表其岩浆结晶的时代。综合分析其形成时代应为古元古代晚期。
图3-217 RZTW1号样品锆石阴极发光图像
表3-70 变质含石榴碱长花岗岩RZTW1号样品测年结果表
图3-218 变质含石榴碱长花岗岩测年结果(RZTW1号样品)
(十五)凉城-集宁古元古代重熔型岩浆杂岩带岩石成因、构造环境
1.岩石成因讨论
凉城-集宁古元古代重熔型岩浆杂岩带的物质组成复杂,从基性到中酸性的辉长岩到辉长闪岩类,再到中性的石榴闪长岩类、中酸性的石榴花岗闪长岩类和酸性的石榴花岗岩类皆有分布,侵入岩类型多样,从钙碱性到高钾钙碱性再到钾玄武岩甚至碱性岩系列,表明该岩浆岩带具有复杂的成因类型。从岩石化学方面可划分为两个序列:一为中基性的钙碱性系列-钾质碱性岩系列,带内林场麻粒岩和张臬片麻岩属于此序列;二为中酸性-酸性钙碱性-钾质碱性系列,教厂滩片麻岩、变质斑状石榴石英闪长岩、变质石英二长岩、大土坑片麻岩、白牙岔山片麻岩、变质斑状石榴花岗闪长岩、变质斑状石榴二长花岗岩、变质石榴二长花岗岩、变质石榴白岗岩、变质石榴正长花岗岩、变质碱长花岗岩属于此序列。同位素年代学研究表明,其侵入时代主要集中于20亿~19亿年,并且基性、中基性的侵入岩与酸性侵入岩多相伴而生的产出特征表明不同类型的侵入岩间具有某种成因上的联系,所以探讨本岩浆岩带内各个侵入体的成因应综合考虑上述因素,不可单一地、孤立地进行单个侵入体的岩石成因研究。
从前面对凉城-集宁古元古代重熔型岩浆杂岩带物质组成的地质特征、岩石特征、岩石地球化学特征和同位素年代学研究以及各个填图单位的基本特征来看,区内除林场麻粒岩类和变质角闪二长岩为偏铝质外,其余变质侵入岩均为过铝质,岩石中均含有石榴石、矽线石,部分侵入体中还见有少量堇青石,A/CNK全部大于1.0,且除个别小于1.1外,其余绝大多数大于1.1(图3-219),其CIPW标准矿物计算均含有大于1%的刚玉和0.53%~24.66%的紫苏辉石,从上述特征来看,凉城-集宁古元古代重熔型岩浆杂岩带内除林场麻粒岩类和变质角闪二长岩外,其余变质侵入岩类均属于过铝花岗岩类。为了更加明确地辨别区内过铝质花岗岩类的成因类型,有必要对其基本概念和特征进行简单的梳理。
过铝花岗岩的概念是由Shand(1927)提出的。对于过铝质有不同的认识,一种是将过铝质岩用于表示实质上Al2O3为过饱和的岩石;另一种是Miller等(1981)用Al2O3“绝对量”为划分标准,要求过剩铝进入原生白云母、黄玉、红柱石等,其矿物学特征是含原生白云母、黑云母、刚玉、电气石、黄玉、铁铝榴石和锰铝榴石,其化学特征是出现标准矿物分子刚玉而没有紫苏辉石。过铝花岗岩虽不是规范化术语,尚未收入权威性的各类地质词典中,但经后来众多的工作,也表征了一部分花岗岩的共性,而且散见于文献中。“过铝花岗岩”已有基本明确的定义,即全岩的A/CNK大于1,其中含有原生白云母、堇青石、石榴石、电气石、矽线石和红柱石等铝硅酸盐矿物的花岗质岩石,因此,在矿物成分方面则包含了高铝的原始相。大多数过铝花岗岩色率较低(一般小于5%),可称为淡(浅)色花岗岩类,多为狭义花岗岩、花岗闪长岩和一些英闪岩。
图3-219 A/CNK-A/NK图解
A/CNK=Al2O3/(CaO+K2O+Na2O);A/NK=Al2O3/(K2O+Na2O)(摩尔数比)。
IAG.岛弧花岗岩类;CAG.大陆弧花岗岩类;CCG.大陆碰撞花岗岩类;POG.后造山花岗岩类;RRG.与裂谷有关的花岗岩类;CEUG.与大陆的造陆抬升有关的花岗岩类;OP.大洋斜长石花岗岩
郭素淑等(2007)总结了淡色花岗岩的基本特征,其典型矿物组合为石英+斜长石+钾长石+白云母±黑云母±电气石±石榴石,常见副矿物包括磷灰石、锆石、独居石等,暗色矿物很少见,其典型地球化学特征是:主量元素含量稳定,SiO2≥72%,Al2O3≥14%,Na2O和K2O含量高,MgO、FeO*、TiO2含量低,绝大多数样品K2O/Na2O>1,但K2O+Na2O固定在8.5%左右,ASI[即全岩的Al2O3/(CaO+K2O+Na2O)分子比]≥1.1;微量元素在不同岩体间有较大变化,总体具高Rb[(200~600)×10-6],低Th、Sr(分别小于18×10-6和180×10-6)和Ba,因而表现为高Rb/Sr比(1~35)、低Sr/Y比(1~10)的特点,Ba和B的含量因具体岩石类型不同而有很大的变化区间;稀土总量(∑REE)较一般花岗岩低[(30~120)×10-6],LREE轻度到中度富集[(La/Yb)N=4~13],一般具有Eu负异常;少数样品可以具有很低的∑REE[(1~9)×10-6]和扁平的REE模型[(La/Yb)N=0.5~1.4]。淡色花岗岩微量元素含量的共同特征是在微量元素蛛网图上(原始地幔值据Sun & McDoungh,1995)显示Ba、Sr、Ti的负异常和Pb的正异常,Nb则由于La的富集程度很低而不显示明显负异常。淡色花岗岩可划分为二云母型或黑云母型、电气石型和石榴石型。并认为淡色花岗岩是含水变质长英质岩石(变质泥质岩、变硬砂岩、片麻岩)经云母脱水部分熔融生成,在部分熔融过程中,源区钾长石及富稀土矿物(如独居石、磷灰石等)残留相控制了其微量元素组成。
过铝花岗岩类、S型花岗岩类、弱过铝与强过铝花岗岩类、含堇青石花岗岩类和二云母花岗岩类等术语之间有着不同的涵义。
目前广泛应用S型和I型花岗岩的分类方案。S型花岗岩代表海西型大陆碰撞造山带环境,I型花岗岩代表科迪勒拉型和加里东型造山带环境,国内大量文献也把A/CNK>1的过铝花岗岩类均归类为S型,从而均鉴别为大陆碰撞造山带环境,这是一种误解。
从目前国外报道来看,尽管过铝花岗岩类型和成因很多,但最主要的、最常见的有两种类型,分别称为CPGs和MPGs(Barbarin)。①含堇青石过铝花岗岩类(CPGs),主要由英云闪长岩、花岗闪长岩和二长花岗岩组成,含有大量黑云母,且包体较多,包括暗残体和镁铁质包体。这种类型通常构成侵入深成岩体或岩盘,还可作为深熔杂岩体产出,分异演化程度不如MPGs。过铝性则随着分异作用的进行而大大减弱或略有增强。通常产在地壳减薄地区,是在有幔浆注入或发生底侵的地壳内较“干”的条件下发生岩浆熔融的产物。②含白云母过铝花岗岩类(MPGs),主要由淡色花岗岩(即富含钾长石和钠斜长石的、含镁铁质矿物不到5%的长英质花岗岩类及二长花岗岩)组成,包体相对缺乏,最特征的矿物为原生白云母,它是MPGs中的一种岩浆结晶的矿物相。这类岩石分异演化程度较高,过铝性随分异作用大大加强,并以快速或极快速度变化。它们产在地壳加厚的横切造山带的横推断层或逆掩型的韧性剪切带中,呈巨大的深成岩基或侵入体产出,是在加厚地壳受大的地壳剪切带或逆冲带影响而发生“湿”的深熔作用的产物。
典型的S型花岗岩是指含白云母、堇青石、石榴石等矿物的强过铝(strongly peraluminous)花岗岩类岩石,A/CNK>1.1,C-norm(刚玉标准分子)>1%(Miller & Bradfish,1980)。而所谓的I型花岗岩类中的一部分可以是弱过铝的(weakly peralu-minous),不含上述强过铝的特征矿物(King et al.,1997)。
对各种类型CPGs的研究表明,“S型花岗岩类”和“过铝质花岗岩类”不是同义词。S型花岗岩类是特殊类型的CPGs;过铝质花岗岩类不仅包含S型花岗岩类在内的CPGs,而且还包含MPGs。所以不能简单地从源岩上划分为S型和I型花岗岩,它们的形成有其更深刻的原因。I型和S型花岗岩的术语在20世纪七八十年代曾被广泛采用,这两类花岗岩不仅地球化学性质不同,而且其形成的温度、压力、源区的深度和组成均不同:I型花岗岩应当主要源于下地壳的部分熔融;而S型花岗岩相反,在中上地壳环境内即可形成。实验研究表明,I型花岗岩类可能是由镁铁质-中性的变质岩在下地壳源区内极端热的条件下形成的。
对过铝花岗岩的成因机制以前认为主要有4种(Clarke,1981):即直接与过铝质源岩相联系;与围岩发生反应的结果;通过偏铝质岩浆分异派生;晚期岩浆或固相线以下岩石与热液流体之间相互作用的结果。近年来的研究表明,S型、I型和A型花岗岩中都有过铝类型,不仅变沉积岩在低压下(p<1GPa)部分熔融可以产生过铝花岗岩浆,而且长英质火成岩和变沉积岩发生高压(p>2GPa)熔融作用也可以衍生出过铝的A型花岗岩来,并且大量的研究表明,过铝花岗岩的形成不仅是地壳物质再循环的结果,而且还可能有幔源组分的参与。如林广春和马昌前(2003)根据对江西九岭岩体的野外工作,并结合皖南、桂北、新疆等地的资料,将过铝花岗岩岩浆按物质来源分为壳源、幔源和壳幔混源3种类型,是地壳、地幔以及地壳物质与地幔物质相互混合和相互作用的结果。上述CPGs属于壳源,而MPGs则为幔源或壳幔混源,各种不同类型之间不是截然分开的,可能存在一种地壳源与地幔源之间的连续谱系。
区内该岩浆岩带较早侵入的变质辉长-闪长岩类侵入体属于基性-中基性岩类侵入岩,其暗色矿物为紫苏辉石、透辉石、角闪石、黑云母,含量高达40%左右,以及极高的Mg#值,反映了其幔源成因的特点,地球化学特征上具有高场强元素Th、Nb、Ta、P、Ti亏损明显,稀土总量偏高,轻、重稀土元素中等分馏和铕负异常的存在,并含有大量的钛铁矿、钛磁铁矿等副矿物,说明其在上升过程中受到了地壳物质的混染,并发生了明显的分离结晶作用。
张臬片麻岩属于中酸性岩类的钾质碱性系列,A/CNK为0.732~0.892,为偏铝质。地球化学特征方面具有Mg#值高,高场强元素Th、Nb、Ta、P、Ti亏损明显,稀土总量偏高,轻、重稀土元素分馏强和无铕异常的特点,反映其岩浆主要来源于地幔并经历了较强的结晶分异作用。
教厂滩片麻岩和变质斑状石榴石英闪长岩为中性岩类。教厂滩片麻岩属钙碱性系列,而变质斑状石榴石英闪长岩为高钾钙碱性系列,暗色矿物为黑云母和紫苏辉石,二者中皆含有大量的钛铁矿、钛磁铁矿等副矿物,岩石中普遍含有石榴石、矽线石等富铝矿物,属于强过铝的花岗岩类。变质斑状石榴石英闪长岩中常可见到主要由石榴石等物质组成的残留体,教厂滩片麻岩与集宁岩群沙渠村岩组具渐变过渡关系,直接反映其源岩主要与集宁岩群变质沉积岩的部分熔融作用有关。地球化学特征方面高场强元素Th、Nb、Ta、P、Ti、Dy亏损,稀土总量偏高,轻、重稀土元素分馏强的特点也间接说明其与集宁岩群和部分重熔有关,并经历了较强的分异过程。其铕无异常及较高的Mg#值,反映其岩浆受到了地幔岩浆的混染。
变质石英二长岩为酸性偏碱性岩类,属高钾钙碱系列—钾玄岩系列,暗色矿物为黑云母,含少量石榴石和矽线石,说明其也具有强过铝花岗岩的特征,具有Mg#值高,高场强元素Th、Nb、Ta、P、Sm、Dy亏损,大离子亲石元素Ba、K富集,富集轻稀土元素而重稀土元素与球粒陨石接近,具较强的正铕异常的地球化学特征,说明其源岩与变质沉积岩有关,并受到了地幔物质的混染。
大土坑片麻岩、白牙岔山片麻岩和变质斑状石榴花岗闪长岩这3个填图单位属中酸性岩类,变质细粒花岗闪长岩暗色矿物为黑云母,白牙岔山片麻岩和变质斑状石榴花岗闪长岩中暗色矿物以黑云母为主,暗色矿物含量5%~10%,三者皆有石榴石、矽线石,说明其属于过铝的花岗岩类,其副矿物组合中皆含有大量钛铁矿、钛磁铁矿和磷灰石,为壳源成因的反映,其较高的Mg#值和含少量紫苏辉石,说明其可能受到了地幔物质的混染。
变质斑状石榴二长花岗岩和变质石榴二长花岗岩中暗色矿物均见5%左右黑云母,含有大量的石榴石和分布不均之矽线石,A/CNK>1.1,变质斑状石榴二长花岗岩中含有暗色细粒的斜长二辉麻粒岩或紫苏斜长麻粒岩包体、集宁岩群石榴矽线浅粒岩和富含石榴石的残留体,变质斑状石榴二长花岗岩副矿物组合为锆石+白钛石+独居石,变质石榴二长花岗岩的副矿物组合为锆石+独居石+金红石,这些特征均表明其源岩主要与变质沉积岩类有关,变质斑状石榴二长花岗岩Mg#值0.39~0.49,平均为0.46,略显偏高,说明有地幔物质的添加。变质石榴二长花岗岩Mg#值为0.18~0.45,平均为0.35,总体上偏低,说明其基本未受到地幔物质的混染。
变质石榴白岗岩侵入于沙渠村岩组中,与沙渠村岩组呈渐变过渡接触关系,并含黑云石榴矽线二长片麻岩捕虏体或残留体,基本未见暗色矿物,为正长花岗岩类,属亚碱性,主要矿物组合为微斜长石与石英,并含少量矽线石和石榴石,副矿物组合为尖晶石+锆石,稀土总量低,轻重稀土分馏程度高,重稀土含量低,具正铕异常,Mg#值为0.21~0.43,平均为0.36,说明其基本未受到地幔物质的混染,而正铕异常的出现与其岩石主要由微斜长石组成有关,重稀土含量低可能与石榴石含量低(石榴石可能作为残留相矿物)有关。上述特征暗示其源岩与集宁岩群中的泥质原岩有关。
变质正长花岗岩和变质碱长花岗岩侵入于沙渠村岩组和东沟村岩组中,其矿物组合为钾长石+石英+黑云母±斜长石,黑云母含量5%左右,并含少量分布不均之石榴石和矽线石,副矿物组合为钛铁矿+磁铁矿+锆石+独居石+白钛石,说明其源岩主要为变质沉积岩,但可能受到了幔源岩浆的混染。铕基本无异常可能与石榴石作为主要残留相矿物有关。
从上述各个填图单位的基本特征来看,区内除林场麻粒岩类和张臬片麻岩为偏铝质外,其余变质侵入岩均为强过铝花岗岩类,但上述侵入体的CIPW标准矿物计算除含有大于1%的刚玉外,还含有0.53%~24.66%不等的紫苏辉石,并且在实际矿物中也有部分过铝花岗岩中含有紫苏辉石,与Miller等(1981)用Al2O3“绝对量”为划分标准,所定义的化学特征是出现标准矿物分子刚玉而没有紫苏辉石不符,但这似乎并不影响其强过铝的特征。
带内强过铝花岗岩类若以Miller和Bradfish(1980)所定义的典型S型花岗岩的特征来看,均属于S型花岗岩,但不同侵入体间又存在着明显的差异。从暗色矿物组合来看,其中教厂滩片麻岩、变质斑状石榴石英闪长岩、变质石英二长岩、大土坑片麻岩、白牙岔山片麻岩、变质斑状石榴花岗闪长岩、变质斑状石榴二长花岗岩、变质石榴二长花岗岩、变质正长花岗岩和变质碱长花岗岩属于同一种类型,其暗色矿物以黑云母为主,中性岩类中还含有紫苏辉石;变质石榴白岗岩基本不含暗色矿物,属于淡色花岗岩类。但若以副矿物组合来看,教厂滩片麻岩、变质斑状石榴石英闪长岩、变质石英二长岩、大土坑片麻岩、白牙岔山片麻岩、变质斑状石榴花岗闪长岩以及变质正长花岗岩和变质碱长花岗岩属于同一种类型,以含大量钛铁矿为特征,变质斑状石榴二长花岗岩、变质石榴二长花岗岩和变质石榴白岗岩属于同一种类型,以不含钛铁矿为特征,且副矿物含量低。
从微量元素特征来看(图3-220),可划分为两类:一类包括除变质石榴白岗岩类外的所有强过铝花岗岩类,其特征为高场强元素Nb、Ta、P、Ti亏损明显;另一类为变质石榴白岗岩类,其特征为Th、Nb、Ta、Ti亏损明显。
图3-220 凉城-集宁古元古代重熔型岩浆杂岩带各填图单位微量元素平均原始地幔标准化比值蛛网图
(原始地幔值据Sun & McDoungh,1995)
从稀土元素特征来看(图3-221),可划分为3种类型:第一种包括中性-中酸性的变质斑状石榴石英闪长岩、白牙岔山片麻岩和变质石榴花岗闪长岩、变质石榴二长花岗岩,具有稀土总量高,轻、重稀土分馏程度低,弱的负铕异常之特征;第二种包括变质碱长花岗岩和教厂滩片麻岩,其稀土总量偏高,重稀土含量低,轻、重稀土分馏程度高,弱负铕异常;第三种包括变质正长花岗岩、变质石榴白岗岩、变质石榴二长花岗岩和变质石英二长岩,其共同特征是稀土总量低,尤以变质石榴白岗岩为最低,重稀土含量低,轻、重稀土分馏程度低,正铕异常。
图3-221 凉城-集宁古元古代重熔型岩浆杂岩带各填图单位稀土元素平均含量配分图
(球粒陨石值据Sun & McDoungh,1989)
通过与典型过铝花岗岩的特征对比,认为带内强过铝花岗岩类大部分与CPGs特征相似,但变质石榴白岗岩较为特殊,从矿物组合和岩石化学方面看具有淡色花岗岩的特征,似具有MPGs的特征,但由于其不含白云母而又与之不同,另外其微量元素和稀土元素的某些方面又与典型淡色花岗岩差别较大。
带内强过铝花岗岩主要源岩与变质沉积岩有关,但从岩石特征、副矿物特征和地球化学特征上明显可以看到部分侵入岩中地幔物质的贡献,从中性到中酸性再到酸性岩类,其混染程度逐渐降低,但随着碱度的增加,混染程度又有增加的趋势。
带内各强过铝花岗岩类在图3-222a上投点均落于S型花岗岩区,并明显具有贫CaO和FeO+MnO+MgO,而富Al2O3的特征,并且随着酸性程度的增高,富铝的特征越加明显。在图3-222b上投点大部分样品落于S型花岗岩区,但变质石榴白岗岩和变质石榴花岗岩显示了更高的Na2O含量而落于A型花岗岩区,教厂滩片麻岩由于具有较低的K2O含量而落于I型花岗岩区。
图3-222 花岗岩成因判别图
Sylvester(1998)侧重研究了“碰撞后的强过铝花岗岩”。这里所谓强过铝花岗岩或称SP花岗岩是指铝饱和指数A/CNK>1.1的花岗岩,相当于怀特和查佩尔(1974)的S型花岗岩。按Pitcher(1983)、Pearce(1984)和Harris等(1986)的理解,与碰撞有关的SP花岗岩形成于地壳缩短和叠置的同碰撞早期,而富K的钙碱性或I型加里东期花岗岩形成于抬升、拉伸和走滑断裂的碰撞后晚期。然而Sylvester认为,绝大多数与碰撞有关的SP花岗岩都是“碰撞后”的,因为它们的侵位在地壳缩短高峰之后。例如,欧洲海西造山带广泛分布的340~300Ma的SP花岗岩,其年龄几乎都晚于与碰撞早期有关的中压(巴罗型)变质事件,而与碰撞晚期高温/低压区域变质作用和拉伸、走滑断裂运动有关,因而是碰撞后的。
Sylvester(1998)首先收集了阿尔卑斯、喜马拉雅、海西、英国加里东等造山带和澳大利亚拉克兰褶皱带88个花岗岩类侵入体的化学成分,其A/CNK值都在1.1~1.4范围内,应属于SP花岗岩。同时许多侵入体都具有较高的K2O含量,SiO2>72%,(FeO*+MgO+TiO2)<2%,表明均是富钾的淡色花岗岩。进一步研究表明,这些花岗岩的Al2O3/TiO2值趋向于随CaO/Na2O的降低而升高,在用上述两比值所作的直角对数坐标图上大多被一个四边形所限定,其4个角顶的端元可用4个特定岩体的化学成分(Be、Mo、Vy、Sh)限定(表3-71,图3-223至图3-225)。图中从具高Al2O3/Na2O(>0.3)的SP花岗岩岩浆沉淀出的奥长石(An20)、钾长石(Or90)、黑云母和钛铁矿这一可能组合的净效应是使衍生液体中的CaO/Na2O和Al2O3/TiO2值都升高,并与所观察到的趋势斜交。
表3-71 强过铝花岗岩(SP)的端元组成表
注:据Sylvester,1998。
图3-223 按造山带区分的碰撞后SP花岗岩的CaO/Na2O-Al2O3/TiO2图(一)
箭头表示分离结晶演化趋势。An20.更长石;kspar.钾长石;biot.黑云母;ilm.钛铁矿
图3-224 按造山带区分的碰撞后SP花岗岩的CaO/Na2O-Al2O3/TiO2图(二)
研究结果认为SP花岗岩的形成是不同造山带中的碰撞后过程所致(图3-226)。在诸如欧洲阿尔卑斯和喜马拉雅“高压”碰撞带中,超厚地壳(>50km)于碰撞后剥露(exhumation),并被同碰撞增厚过程中K、U、Th的放射性衰变导致加热,产生了具高Al2O3/TiO2值的小—中等体积的冷(<875℃)SP花岗岩熔体。在诸如海西构造带和拉克兰褶皱带(LFB)的“高温”碰撞带中,同碰撞的地壳增厚较少(≤50km)。地壳深熔作用与碰撞后的岩石圈“剥离”和热软流圈的上涌有关,形成具低Al2O3/TiO2值的、大体积的、热(≥875℃)SP花岗岩熔体。
图3-225 按造山带区分的碰撞后SP花岗岩的CaO/Na2O-Al2O3/TiO2图(三)
(据Sylvester,1998)
图3-226 碰撞后SP花岗岩形成示意图
(据Sylvester,1998)
对于SiO2含量在67%~77%之间的强铝质花岗岩,根据以下4个重要的标志对其源岩成分进行了判别。
第一,以CaO/Na2O=0.3为界,小于0.3者为泥质岩石的局部熔浆组成,大于0.3者为杂砂岩的局部熔浆组成,CaO/Na2O大小主要依赖于斜长石/黏土比值,在泥质岩源岩中该比值低(因为贫斜长石),而在杂砂岩源岩中该比值高(因为贫黏土),这样,强过铝花岗岩的CaO/Na2O比值可作为判断原岩的重要标志。根据该标志,带内变质斑状石榴二长花岗岩、变质正长花岗岩的源岩应该为富斜长石的杂砂岩。而变质石榴白岗岩和变质石榴二长花岗岩及变质碱长花岗岩的源岩为贫斜长石的泥质岩。
第二,强过铝花岗岩Al2O3/TiO2比值主要依赖于温度,该比值较高(Al2O3/TiO2>100)者为低温(825~900℃),低者(Al2O3/TiO2<100)为高温(900~950℃),这是因为温度升高使含钛矿物(如黑云母和钛铁矿)更易分解,更多的TiO2进入熔浆,这样,Al2O3/TiO2比值为岩浆形成的温度提供了重要标志。根据该判别标志,带内变质斑状石榴二长花岗岩、变质正长花岗岩的源岩形成温度较高(>875℃)。而变质石榴白岗岩和变质石榴二长花岗岩及变质碱长花岗岩的源岩形成温度相对偏低(<875℃)。
第三,低CaO/Na2O比值(<0.3)的熔浆具有高SiO2、低FeO*+MgO+TiO2含量特征,源岩为泥质岩,如端元Vy(Vysoky-Kamen)和Sh(Shisha Pangma)属之。但是,玄武岩岩浆的混合可使SiO2含量降低,FeO*+Mgo+TiO2含量升高;高CaO/Na2O比值(>0.3)的熔浆具有低SiO2,高FeO*+Mg O+TiO2含量特征,源岩为杂砂岩,如端元Be和Mo属之。这样,(FeO*+Mg O+TiO2)-SiO关系为强过铝花岗岩的源岩性质提供了第三个重要标志。据此,带内变质斑状石榴二长花岗岩、变质正长花岗岩的源岩应该为富斜长石的杂砂岩并受到了玄武岩的混合(图3-227a),这一结论也得到了在变质斑状石榴二长花岗岩中发现含有变质中基性岩包体和带内多处发育有大量时代相当的具幔源岩浆特征的林场麻粒岩、张臬片麻岩及富铝的教厂滩片麻岩类侵入岩的支持。而变质石榴白岗岩、变质石榴二长花岗岩及变质碱长花岗岩的源岩为贫斜长石的泥质岩,且基本未受到玄武岩的混合。
第四,具高CaO/Na2O比值(>0.3)的强过铝花岗岩具有低Rb/Sr和Rb/Ba比值,源岩为杂砂岩,如端元Be(Bethanga)属之;具低CaO/Na2O比值(<0.3)的强过铝花岗岩具有高的Rb/Sr和Rb/Ba比值,源岩为泥质岩,如端元Vy和Sh属之;这是因为Sr、Ba是斜长石的相容元素,Rb则为不相容元素,由杂砂岩导源的强过铝花岗岩两者比值偏低,而由泥质岩导源的强过铝花岗岩两者比值偏高,这样,Rb/Sr和Rb/Ba比值为强过铝花岗岩的源岩性质提供了第四个重要标志。将本区样品投于图3-227b中,我们发现除变质石榴白岗岩落点较为分散且显示其源岩为富黏土的源岩外,其余地质体均显示为贫黏土的源岩,且随岩石SiO2含量的增加,Rb/Ba和Rb/Sr值皆呈增高趋势。
图3-227 (FeO*+MgO+TiO2)-SiO2图解(a)与Rb/Ba-Rb/Sr图解(b)
(底图据Sylvester,1998)
野外地质关系表明,带内强过铝花岗岩与集宁岩群关系密切,一方面强过铝花岗岩的空间分布严格受集宁岩群的控制,另一方面在地质关系方面二者既呈明显侵入接触关系,也存在渐变过渡的接触关系,并且在强过铝花岗岩类中常可见到集宁岩群的捕虏体和残留体,说明区内集宁岩群是强过铝花岗岩类的源岩。
综合上述讨论,我们可以得出这样的认识:
(1)本区强过铝花岗岩类既有属于高温类型的,也有属于低温类型的;既有源岩为杂砂岩的(变质斑状石榴二长花岗岩、变质正长花岗岩的源岩就属于此种类型),也有源岩为泥质岩的(变质石榴白岗岩和变质石榴二长花岗岩及变质碱长花岗岩属于此类)。这一结论在野外观察得到了证实,即在变质石榴白岗岩中发现有由石榴石、黑云母和矽线石等难熔矿物组分形成的残留体和石榴矽线黑云斜长片麻岩捕虏体(图3-228)。
(2)既有变质斑状石榴二长花岗岩、变质正长花岗岩形成环境与澳大利亚的拉克伦造山带(LFB)一致,属于“热”造山带,也有像变质石榴白岗岩、变质石榴二长花岗岩及变质碱长花岗岩与喜马拉雅造山带一样属于高压低温的环境。由此来看,本区强过铝花岗岩类具有极为复杂的成因可能,非单一的模式所能解释。如果结合本区SP花岗岩的形成序次来看,似乎更好理解这种高温低压与高压低温并存的现象,也更易理解本区古元古代构造岩浆演化的过程(详见构造演化部分)。
调查发现本区内强过铝花岗岩类主要矿物为石榴石和钾长石,而本图幅西南邻图幅偏关县幅相邻地区所发育的强过铝花岗岩中则含有大量堇青石和石榴石,反映其东北部压力较低,温度较高;而西南部温度较低,压力较高。
图3-228 变质石榴白岗岩中的源岩残留体
a.由石榴石、黑云母、矽线石组成的残留体;b.石榴矽线黑云斜长片麻岩残留体
2.构造环境探讨
花岗岩产出的构造环境或其出露的构造位置在讨论其成因方面具有重要的意义。随着研究的深入,过铝花岗岩形成的构造环境,除以往认为的陆-陆碰撞造山环境外,它们还广泛地分布于与碰撞后的走滑、伸展断裂及地壳隆升有关的环境中,既有大陆碰撞型,也有造山后隆升、晚造山、后造山、非造山、活动大陆边缘等不同类型。不仅碰撞过程中的地壳加厚、陆内俯冲可以为过铝花岗岩浆的产生提供热机制,而且过铝花岗岩的形成还可能联系到加厚地壳的伸展塌陷、岩石圈拆沉或大陆地壳的超深俯冲作用,乃至必须要有上地幔软流圈的加热作用。由于过铝质A型花岗岩的发现以及过铝花岗岩与富碱侵入岩组合的确定,认为岩浆底侵、板片断离、岩石圈对流减薄等机制都可能为过铝花岗岩浆的形成提供热源和动力学条件。对过铝花岗岩成因与构造环境关系认识上的突破,使过铝花岗岩及其构造环境意义的研究成为近年来国际地质学界关注的焦点之一。
Maniar和Piccoli(1989)利用花岗岩类岩石、主元素化学和矿物学特征将花岗岩类的构造环境划分为造山花岗岩和非造山花岗岩两类:其中造山花岗岩类包括①岛弧花岗岩类(IAG);②大陆弧花岗花岩类(CAG);③大陆碰撞花岗岩类(CCG);④后造山花岗岩类(POG)。非造山花岗岩类岩石包括①与裂谷有关的花岗岩类(RRG);②与大陆的造陆抬升有关的花岗岩类(CEUG);③大洋斜长花岗岩(OP)。为此,Maniar和Piccoli(1989)总结了上述不同类型花岗岩的矿物学标志,并提出了5种图解,用以判别上述花岗岩构造环境的方法。根据这些判别图解(图3-229),本区强过铝花岗岩类的投点主要落于IAG+CAG+CCG,结合矿物学标志和A/CNK指数远大于1.15,本区强过铝花岗岩类明显属于CCG。
本区强过铝花岗岩类在Pearce设计的微量元素花岗岩的构造环境判别图(图3-330)上投点落于VAG和syn-COLG区内或二者的交界部位,该部位也被部分学者划分为后碰撞的构造,在Harris et al.(1986)设计的构造环境判别图上投点(图3-231、图3-232)显示为火山弧花岗岩和碰撞大地构造背景。
区内强过铝花岗岩虽然岩体内部透入性面理不发育,但明显经历了古元古代变形、变质作用的改造,并获得了大量1930 Ma左右的变质年龄,同时叠加有晚期具伸展性质的韧性剪切作用形成的糜棱岩化现象。结合本区强过铝花岗岩的成因与集宁岩群的重熔作用有关,并且在其源岩的形成过程中幔源岩浆的贡献极为重要,认为本区强过铝花岗岩主要形成于低压高温的环境中。综合上述分析,笔者认为区内集宁-凉城岩浆杂岩带形成于由碰撞后构造环境向造山后伸展构造环境转换阶段,其可能产出于北部的阴山陆块与本区的大同-阳高陆块之间陆-陆碰撞后向造山后伸展垮塌转换的构造环境中。
图3-229 Maniar & Piccoli(1989)构造环境判别图(图中代号说明同图3-219)
a.SiO2-FeO*/(FeO*+Mg O)判别图解;b.SiO2-Al2O3判别图解;c.(Al2O3-Na2O-K2O)-CaO-(FeO*+MgO)三元系判别图解[即计算出三元系中的CaO、(FeO*+MgO)值之后的投影];d.(Al2O3-Na2O-K2O)-Mg O-FeO*三元系判别图解(即计算出三元系中的MgO、FeO值之后的投影)
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