吉林榆樹河子、黃泥河子地區(qū)變質(zhì)深成侵入體的地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

牟靜濤，柴貝貝，李忠水，2

1.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長春 130021；2.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院， 吉林 長春 130061

0 引言

20世紀(jì)80年代以來，高級(jí)區(qū)變質(zhì)深成巖漿巖的研究所取得的最大進(jìn)展之一就是從原劃分為變質(zhì)地層的層狀片麻巖中識(shí)別出大量變質(zhì)深成侵入巖，從而改變了以前高級(jí)變質(zhì)區(qū)以變質(zhì)地層和混合巖為主的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。變質(zhì)深成侵入巖有兩個(gè)方面的含義，一方面，是指巖漿通過長距離的運(yùn)移、侵位并結(jié)晶形成的巖石；另一方面，遭受通過變質(zhì)、變形和深熔作用的改造，已具有變質(zhì)巖石的所有特征。測(cè)區(qū)內(nèi)太古宙變質(zhì)深成侵入巖占有相當(dāng)高的比例（＞85%），本文通過實(shí)地調(diào)查（1:5萬區(qū)調(diào)）和微觀（巖石化學(xué)分析、稀土及微量元素）地質(zhì)地球化學(xué)特征的研究著重對(duì)變質(zhì)深成侵入巖的原巖成分和巖石地球化學(xué)特征、形成環(huán)境、成因及其對(duì)區(qū)域礦產(chǎn)的控制作用進(jìn)行了研究，以期對(duì)今后找礦方向有所指導(dǎo)。

1 地質(zhì)概況

圖1 吉林榆樹河子、黃泥河子地區(qū)綜合地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of Yushuhezi and Huangnihezi area in Jilin

區(qū)內(nèi)前中生代構(gòu)造為龍崗陸塊，中生代以后為瀕太平洋活動(dòng)帶。區(qū)內(nèi)地層出露簡單，太古宙表殼巖分布面積僅占15%，巖石類型有斜長角閃巖、黑云斜長片麻巖、黑云變粒巖夾磁鐵石英巖（見圖1）。黑云斜長片麻巖片麻理發(fā)育，局部長英質(zhì)條帶塑性變形強(qiáng)烈，磁鐵石英巖中Fe2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)25%～40%。以角閃巖相變質(zhì)作用為主，其原巖為一套基性火山巖-硅鐵質(zhì)沉積建造。其余85%的巖石定為變質(zhì)深成侵入體。根據(jù)野外巖石宏觀變質(zhì)變形和巖石化學(xué)、地球化學(xué)特征劃分為三個(gè)填圖單元，分別為會(huì)全棧片麻巖（Hgn）、白山鎮(zhèn)片麻巖（Bgn）及榆樹鎮(zhèn)片麻巖（Ygn），其主要特征見表1。主要呈北東向分布在測(cè)區(qū)中部，東北部，中西部也有部分出露。主要巖性為英云閃長質(zhì)片麻巖及花崗閃長質(zhì)片麻巖，奧長花崗質(zhì)片麻巖出露范圍較少。變形及變質(zhì)作用較強(qiáng)，大部分巖石表現(xiàn)為片麻狀、條帶狀構(gòu)造。與表殼巖呈侵入接觸，多數(shù)表殼巖呈捕擄體形式殘留在花崗質(zhì)片麻巖中（見圖2），證明表殼巖形成在前，花崗質(zhì)片麻巖形成在后。

2 巖石化學(xué)特征

對(duì)所采20件樣品進(jìn)行巖石化學(xué)分析，分析結(jié)果見（表2）。其中會(huì)全棧片麻巖5件，白山鎮(zhèn)片麻巖4件，榆樹鎮(zhèn)片麻巖11件。 將分析結(jié)果進(jìn)行CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算，按An-，Ab-，Or-norm%折算成An+ Ab+ Or=100%時(shí)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，然后投影在O’Conner(1965) 標(biāo)準(zhǔn)礦物圖解（圖3）上，會(huì)全棧片麻巖落入英云閃長巖區(qū)，白山鎮(zhèn)片麻巖落入奧長花崗巖區(qū)，榆樹鎮(zhèn)片麻巖落入花崗閃長巖區(qū)。

3 地球化學(xué)特征

3.1 微量元素

對(duì)所采20件樣品的微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(表3)分析顯示，本區(qū)變質(zhì)深成侵入體巖石的Nb/Ta值（9.02～18.30，平均13.98）高于正常花崗巖 值（11），Zr/Hf值（18.65～ 150.88， 平 均 為46.29）高于正常花崗巖值（33～40）（Green T H,1995;Dostal J et al.,2000）。巖石的Rb/Sr值（0.04～0.57，平均為0.22）和Rb/Ba值（0.06～0.36平均為0.14），大部分樣品的比值接近于下地殼值（0.17,0.07）（Mc-Donough W F et al.,1995）, 而明顯高于地幔 Rb/Sr（0.03）、Rb/Ba（0.09）（Mc-Donough W F et al.,1995），說明巖體物質(zhì)來源于下地殼。由原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蛛網(wǎng)圖解(圖4)可見，蛛網(wǎng)圖解曲線表現(xiàn)出向右傾斜的特征，表明隨著元素不相容性的增加，巖石的富集度逐漸增加。Rb、K、Ba、Th、Sr等強(qiáng)不相容性元素高于原始地幔巖（Sr相對(duì)于其他元素虧損），在巖石中明顯富集，在蛛網(wǎng)圖解上多表現(xiàn)為波峰，而Nb、Ta、Zr、Hf等較不活潑的高場(chǎng)強(qiáng)元素則在巖石中相對(duì)虧損，在蛛網(wǎng)圖上多表現(xiàn)為波谷。樣品顯示Nb、Ta的負(fù)異常，表明巖漿源區(qū)曾遭受地殼物質(zhì)的混染或俯沖殘留洋殼流體的交代（Fittion J G et al.1991）。大多數(shù)樣品具有正的Sr異常表明為長石富集。巖體為典型的高Ba、Sr花崗巖，是殼源物質(zhì)的高程度部分熔融的產(chǎn)物。樣品微量元素地球化學(xué)特征表明，太古宙變質(zhì)深成侵入體是通過俯沖的玄武質(zhì)板片的部分熔融形成在熱的板塊構(gòu)造俯沖帶中。巖漿來源于下地殼，并且含有地幔物質(zhì)及較老的大陸地殼物質(zhì)參與到巖漿源區(qū)中。

表 1 太古宙變質(zhì)深成侵入體特征一覽表Table 1 Features of Archean metamorphic plutonic intrusive body

圖2 花崗閃長質(zhì)片麻巖中的黑云斜長片麻巖包體剖面素描圖Fig.2 Profi le sketch of biotite plagiogneiss inclusions within the granite diorite gneiss

圖3 An-Ab-Or圖解Fig.3 Diagram of An- Ab - Or

表 2 太古宙變質(zhì)深成侵入體巖石主量元素分析結(jié)果Table 2 Main element analytical results of Archean metamorphic plutonic intrusive rocksw(B)/10-2

表 3 太古宙變質(zhì)深成侵入體巖石微量元素分析結(jié)果Table 3 Trace element analytical results of Archean metamorphic plutonic intrusive rocksw(B)/10-6

圖 4 微量元素的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Standardized web texture of trace elements original mantle

表 4 太古宙變質(zhì)深成侵入體巖石稀土元素分析結(jié)果Table 4 Rare earth element analytical results of Archean metamorphic plutonic intrusive rocksw(B)/10-6

圖 5 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線圖Fig.5 REE chondrite standardized curves

3.2 稀土元素

從所采20個(gè)稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)（表4）中計(jì)算出，稀土元素的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)（∑REE）在(23.83～213.28)×10-6之間，輕稀土總質(zhì)量分?jǐn)?shù)（∑LREE）在(22.72～192.31)×10-6之間，重稀土總質(zhì)量分?jǐn)?shù)（∑HREE）在(1.11～42.88)×10-6之間，L/H比值為3.08～27.16，表明輕稀土略富集；稀土元素曲線略顯右傾型(圖5)，且重稀土具有較平坦的配分模式。

w(La)/w(Yb) N在1.95～44.18之間，w(La)/w(Lu)N在1.99～42.36之 間，w(Ce)/w(Yb)N在2.16～35.47之間，其均值大于1，屬輕稀土富集型，w(La)/w(Sm)N在1.20～9.70之間，輕稀土具中等分餾；w(Gd)/w(Yb)N在0.63～4.01之間，為重稀土虧損性。δEu在0.39～6.75之間，其均值為1.21具弱的正異常，這些特征通常被認(rèn)為反映了石榴子石和角閃石在殘留相或分離相中的存在和斜長石在殘留相中的缺乏。且各樣品稀土元素總量、輕稀土元素總量、重稀土元素總量變化較大。樣品稀土元素地球化學(xué)特征顯示太古宙變質(zhì)深成侵入巖是殼幔混源型巖漿的特點(diǎn)。w(Ce)/w(Yb)N平均值為11.49，比較接近陸殼的比值，表明巖石是地殼衍生的或者廣泛的地殼混染作用形成的。

4 巖漿成因與成礦討論

綜上分析，榆樹河子、黃泥河子地區(qū)太古宙變質(zhì)深成侵入體的原巖為英云閃長巖-花崗閃長巖-奧長花崗巖。堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高（K2O+Na2O=3.16%～7.47%，平均為5.53%），高鎂和鐵（MgO+Fe2O3+FeO+TiO2=3.50%～23.30%，平均為12.00%）在CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物中，剛玉標(biāo)準(zhǔn)分子和透輝石標(biāo)準(zhǔn)分子都不全為零，顯示殼幔源的特點(diǎn)。而大離子親石性元素Rb、Ba、Th、Sr的富集，高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Zr、Hf和重稀土Yb的虧損，都表明是俯沖環(huán)境的火山巖最突出的地球化學(xué)特征。由于地幔熱流及強(qiáng)烈的擠壓作用使地殼深部的變質(zhì)基性-中酸性火山巖及少量的硅鋁殼部分熔融，形成英云閃長質(zhì)、花崗閃長質(zhì)巖漿。

本次樣品多數(shù)采集于韌性剪切帶內(nèi)，帶內(nèi)分布大量長英質(zhì)脈、石英脈。是深部地殼中的一個(gè)構(gòu)造薄弱帶，它通常構(gòu)成地殼內(nèi)一個(gè)線形的熱液蝕變帶、退變質(zhì)帶、線形構(gòu)造巖漿侵入帶和成礦帶，為成礦提供有利條件。

測(cè)區(qū)脈石礦物主要為石英、及蝕變角閃石、黑云母。巖漿作用初期形成磁鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦等高溫型礦石礦物；巖漿熱液作用形成方鉛礦、黃銅礦等中低溫型礦石礦物。

5 結(jié)論

（1）區(qū)內(nèi)所確定的三種花崗質(zhì)片麻巖單元巖石組構(gòu)、特征、巖石化學(xué)特征、地球化學(xué)特征與世界典型TTG組合較為相似。

（2）巖石學(xué)、地球化學(xué)特征顯示太古宙變質(zhì)深成侵入體主要物質(zhì)來源為殼源，含有一定的幔源成分，屬于殼幔混源型。

（3）微量元素、稀土元素地球化學(xué)特征表明，巖漿起源于下地殼，且地殼物質(zhì)參與了巖漿作用過程，可能具有地殼混染作用，主要受部分熔融控制。

（4）構(gòu)造剪切帶內(nèi)可作為Au、Ag、Cu、Pb、Zn等多金屬礦地質(zhì)勘探的思考方向。

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