黑龍江二股營林場二長花崗巖地球化學(xué)特征及成因*

江 峰 李 慧 張國賓

(1.黑龍江省有色金屬地質(zhì)勘查局七〇三隊(duì)；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)地質(zhì)工程系)

?

·地質(zhì)·測量·

黑龍江二股營林場二長花崗巖地球化學(xué)特征及成因*

江 峰1李 慧1張國賓2

(1.黑龍江省有色金屬地質(zhì)勘查局七〇三隊(duì)；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)地質(zhì)工程系)

黑龍江二股營林場二長花崗巖位于小興安嶺東北部，為伊春—延壽巖漿構(gòu)造帶的重要組成部分。在分析區(qū)域地質(zhì)背景的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)測試結(jié)果，對區(qū)內(nèi)二長花崗巖地球化學(xué)特征及成因進(jìn)行了詳細(xì)討論，結(jié)果表明：①二長花崗巖具有富硅(w(SiO2)65.23%～71.20%)、高鋁(w(Al2O3)13.46%～17.07%)、富堿(w(Na2O+K2O)6.56%～8.27%)的特征，為偏鋁質(zhì)高鉀鈣堿性巖石系列；②二長花崗巖相對富集大離子親石元素(如K、Rb、Ba)和化學(xué)性質(zhì)活潑的不相容元素(如U、Th)，相對虧損高場強(qiáng)元素(如Nb、Sr、Ti)及重稀土元素(如Y、Yb、Lu)，具有與I型花崗巖相似的地球化學(xué)特征；③二長花崗巖形成于與太平洋板塊俯沖作用相關(guān)的火山弧構(gòu)造環(huán)境。

二長花崗巖 地球化學(xué)特征 成因 火山弧構(gòu)造環(huán)境

花崗巖是大陸地殼的基本組成部分，記錄著陸殼形成、殼—幔相互作用、巖石圈演化的豐富信息，在大陸的形成與再循環(huán)過程中扮演著十分重要的角色[1-7]。近年來，有關(guān)花崗巖成因的研究受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注[8-12]。經(jīng)黑龍江伊春二股林場1∶5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)二股營林場二長花崗巖體與二股鐵鉛鋅多金屬礦在成因上有直接聯(lián)系。通過對二股營林場二長花崗巖進(jìn)行系統(tǒng)取樣分析，對其地球化學(xué)特征及成因進(jìn)行分析，為二股鐵鉛鋅多金屬礦及東北中生代“花崗巖海”成因的研究提供新的證據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

二股營林場二長花崗巖位于小興安嶺東北段，區(qū)內(nèi)出露地層有寒武系大理巖、砂巖、板巖夾凝灰?guī)r，奧陶系中—酸性熔巖、凝灰質(zhì)砂巖、板巖，泥盆系凝灰質(zhì)砂巖、板巖夾大理巖，二疊系砂巖、中—酸性火山巖夾大理巖，白堊系中—酸性熔巖、凝灰?guī)r，第四系礫石夾砂質(zhì)黏土。研究區(qū)經(jīng)歷了多次拉張裂解和擠壓閉合，具有多旋回發(fā)展特點(diǎn)，地質(zhì)構(gòu)造以NW、SN、NE向斷裂構(gòu)造為主。區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育，主要包括奧陶紀(jì)花崗巖，晚二疊世—晚三疊紀(jì)花崗巖，侏羅紀(jì)—早白堊世二長花崗巖、正長花崗巖、堿長花崗巖及花崗閃長巖，晚侏羅世花崗巖，晚白堊世花崗巖。二股營林場二長花崗巖為二股—豐林巖體的一部分，二股—豐林巖體出露面積約800 km2，大體呈NE向展布，巖石類型為二長花崗巖、正長花崗巖、堿長花崗巖及花崗閃長巖(圖1)。二長花崗巖多具塊狀構(gòu)造，似斑狀結(jié)構(gòu)，主要由斜長石(25%～30%)、堿性長石(35%～40%)、石英(30%～35%)、黑云母(1%～2%)及微量角閃石組成，多含閃長質(zhì)包裹體，副礦物為磁鐵礦。巖石斑晶為斜長石、堿性長石和石英，粒度5～20 mm，含量5%～10%；基質(zhì)為斜長石、堿性長石、石英、黑云母和角閃石，粒度0.5～3 mm，為中—細(xì)粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)。

圖1 二股營林場區(qū)域地質(zhì)概況

2 巖石地球化學(xué)特征

二長花崗巖樣品主量及微量元素測試工作在國土資源部國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心進(jìn)行。主量元素采用XRF(X熒光光譜儀3080E)方法測試，分析精度為5%；稀土微量元素通過等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS-Excell)進(jìn)行分析，測試精度為5%。相關(guān)分析結(jié)果分別見表1、表2。

二股營林場二長花崗巖w(SiO2)65.23%～71.20%，平均67.83%；w(Al2O3)13.46%～17.07%，平均15.08%；w(K2O)2.80%～4.16%，平均3.86%；w(Na2O)3.35%～4.30%，平均3.83%；w(Na2O+K2O)6.56%～8.27%，平均6.69%；w(K2O)/w(Na2O)為0.89～1.21，平均1.02；里特曼指數(shù)σ為1.60～2.64(σ<3.3)，w(Al2O3)/w(Na2O+K2O)為1.31～1.66，平均1.44；鋁飽和指數(shù)w(Al2O3)/w(CaO+Na2O+K2O)為0.86～1.05，平均0.93。在A/CNK-ANK圖解(圖2)中，樣品主要落入偏鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)區(qū)域內(nèi)；在w(SiO2)-w(K2O)圖解(圖3)上，樣品主要落入高鉀鈣堿性系列中；在硅-堿圖解(圖4)中，樣品點(diǎn)絕大多數(shù)落入亞堿性花崗巖范圍內(nèi)，由此確定二長花崗樣品屬偏鋁質(zhì)高鉀鈣堿性巖石系列。

表1 二股營林場二長花崗巖主量元素分析結(jié)果

表2 二股營林場二長花崗巖稀土微量元素分析結(jié)果

圖3 二長花崗巖w(K2O)-w(SiO2)圖解[14]

二股營林場二長花崗巖樣品的稀土元素配分模式均為輕稀土元素富集、重稀土元素虧損的右傾型(圖5)。稀土元素總量(ΣREE)為(152.08～211.20)×10-6，平均182.28×10-6；輕、重稀土元素分餾程度中等，w(LREE)/w(HREE)為7.19～15.01，平均10.12，(La/Yb)N值為5.07～21.04，平均11.16；重稀土元素之間分餾較弱，(Gd/Yb)N為1.03～3.02，具有Eu負(fù)異常，δEu為0.38～0.81，平均0.55，基本無Ce異常，δCe為0.94～1.26，平均1.07。 Eu負(fù)異常可能是由巖石形成過程中，源巖部分熔融的殘留固相組合中有少量長石礦物的存在，或熔體從源區(qū)分離至大規(guī)模結(jié)晶之前發(fā)生了部分長石礦物的分離結(jié)晶所致[15]。原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖6)顯示，二長花崗巖樣品相對富集大離子親石元素(如K、Rb、Ba)和化學(xué)性質(zhì)活潑的不相容元素(如U、Th)，相對虧損高場強(qiáng)元素(如Nb、Sr、Ti)及重稀土元素(如Y、Yb、Lu)。

3 巖石成因

花崗巖中K、Na含量主要與源巖及其演化過程密切相關(guān)，故可利用K、Na含量判斷花崗巖成因[18]。

圖4 二長花崗巖樣品硅-堿圖解

圖5 二長花崗巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解[16]

圖6 微量元素元素地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解[17]

在地殼漫長的歷史演化過程中，風(fēng)化作用將原生巖漿巖中的鉀長石、鈉長石逐漸變?yōu)轲ね良捌渌煞郑捎贙、Na活動性具有一定的差異(Na多溶入水，K易被吸附保存于土壤中)，因而殼源成因的花崗巖偏于富K[19]，K、Na含量既能反映地殼成熟度，又可為巖漿和成礦提供信息[20-21]。在w(Na2O)-w(K2O)圖解中二股營林場二長花崗巖樣品落入I 型花崗巖區(qū)內(nèi)；在w(Ce)-w(SiO2)圖解中(圖7)，二股營林場二長花崗巖樣品均落于I 型花崗巖區(qū)內(nèi)；在w(Na2O+K2O)/w(CaO)圖解中(圖8)，二股營林場二長花崗巖樣品均落于I 型花崗巖區(qū)內(nèi)。由此可見，二股營林場二長花崗巖為I 型花崗巖。

圖7 二長花崗巖w(Ce)-w(SiO2)圖解

圖8 二長花崗巖w(Na2O+K2O)/w(CaO)圖解

4 成巖地球動力學(xué)背景

二股營林場二長花崗巖樣品為偏鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性巖石系列，輕稀土元素相對富集，重稀土元素相對虧損，具有Eu負(fù)異常，相對富集大離子親石元素(如K、Rb、Ba)和化學(xué)性質(zhì)活潑的不相容元素(如U、Th)，相對虧損高場強(qiáng)元素(如Nb、Sr、Ti)及重稀土元素(如Y、Yb、Lu)，具有俯沖板片提供的流體交代地幔楔而形成的富集地幔源產(chǎn)生巖漿的特征[14,22]。在w(Rb)-w(Y+Nb)、w(Nb)-w(Y)圖解中，樣品均落入了火山弧與同碰撞花崗巖區(qū)域(圖9)，顯示出島弧或活動大陸邊緣的特征。可見，二股—豐林二長花崗巖形成于火山弧構(gòu)造環(huán)境，與板塊俯沖作用相關(guān)。鑒于小興安嶺—張廣才嶺花崗巖帶的展布方向(近SN向)與太平洋板塊俯沖形成的構(gòu)造帶方向近乎一致，結(jié)合日本和我國東北地區(qū)東部大量中生代增生雜巖的存在，認(rèn)為區(qū)內(nèi)中生代成巖成礦活動與太平洋俯沖密切相關(guān)。

圖9 二長花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解[23]

5 結(jié) 語

結(jié)合黑龍江省二股營林場二長花崗巖樣品測試分析結(jié)果，對巖石地球化學(xué)特征及成因進(jìn)行了詳細(xì)分析，對于區(qū)內(nèi)開展二股鐵鉛鋅多金屬礦找礦工作有一定的參考價值。

[1] Windley J A.The origin of granite:the role and source of water in the evolution of granitic magma[J].Geological Society of America Bulletin,1988(12):1886-1897.

[2] Liu P J, Li X H, Chen S M, et al.New SIMS U-Pb zircon age and its constraint on beginning of the Nantuo glaciation[J].Science Bulletin,2015(10):958-963.

[3] 董申保，洪大衛(wèi)，許保良.花崗巖拓?fù)鋵W(xué)的研究展望[J].地質(zhì)論評，2001(4)：356-360.

[4] 肖慶輝，邱瑞照，鄧晉福，等.中國花崗巖與大陸地殼生長方式初步研究[J].中國地質(zhì)，2005(3)：343-352.

[5] 吳福元，李獻(xiàn)華，楊進(jìn)輝，等.花崗巖成因研究的若干問題[J].巖石學(xué)報，2007(6)：1217-1238.

[6] 李獻(xiàn)華，李武顯，王選策，等.幔源巖漿在南嶺燕山早期花崗巖形成中的作用：錯石原位Hf-O同位素制約[J].中國科學(xué)：D輯，2009(7)：872-887.

[7] 徐夕生，賀振宇.花崗巖研究進(jìn)展[J].礦物巖石地球化學(xué)通報，2012，31(3)：205-209.

[8] White A,Chappell B.Granitoid types and their distribution in the Lachlan fold belt,Southeastern Australia[J].Geological Socity of America Memoirs,1983(1):21-34.

[9] 徐克勤，胡受奚，孫明志，等.論花崗巖的成因系列——以華南中生代花崗巖為例[J].地質(zhì)學(xué)報，1983(2)：107-117.

[10] Knesel K M ,Dacidson J P.Isotopic disequilibrium during melting of granite and implications for crustal contamination of magmas[J].Geology,1996(6):243-246.

[11] Chappell B W,White S F R.Two granite types:25 years later[J].Australian Journal of Earth Sciences,2001 (4):489-499.

[12] 張 旗，王 焰，熊小林，等.埃達(dá)克巖和花崗巖:挑戰(zhàn)與機(jī)遇[M].北京：中國大地出版社，2008.

[13] Maniar P D,Piccoli P M.Tectonic discrimination of granitoids[J].Geological Society of American Bulletin,1989(5):635-643.

[14] Pearce J A,Peate D W.Tectonic implications of the composition of volcanic arc magma[J].Annual Review of Earth and Planetary Sciences,1995(23):251-285.

[15] 馬順清，陳 靜.黑龍江鹿鳴鉬礦區(qū)花崗巖鋯石年齡地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義[J].中國地質(zhì)，2012(5)：1162-1171.

[16] Boynton W V. Geochemistry of the rare-earth elements:meteorite studies[J].Rare Earth Element Geochemistry,1984(1):93-114.

[17] Sun S S,McDonough W F.Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes[J].Geological Society,1989(1):313-345.

[18] 董申保，田 偉.花崗巖拓?fù)鋵W(xué)的反思[J].地學(xué)前緣, 2003(3):1-13.

[19] 伍躍中，王 戰(zhàn)，過 磊，等.阿爾金山西南段花崗巖類的時空變化與構(gòu)造作用——來自鉀鈉含量變化的證據(jù)[J].大地構(gòu)造與成礦學(xué)，2009，33(4)：573-587.

[20] 杜樂天.堿交代作用地球化學(xué)原理[J].中國科學(xué)： B輯，1986(1)：81-90.

[21] Chen H, Xia Q K , Ingrin J.Water content of the Xiaogulihe ultrapotassic volcanic rocks,NE China: implications for the source of the potassium-rich component[J].Science Bulletin,2015(16):1468-1470.

[22] 任 亮，孫景貴，唐 臣，等.黑龍江嘉蔭連珠山金礦床成巖成礦年代學(xué)及其地質(zhì)意義[J].2015，31(8)：2435-2449.

[23] Pearce J A, Harris N B W,Tindle A G.Trace element discrimination diagrams for the tectonic interpretation of granitic rocks[J].Journal of Petrology,1984(4): 956-983.

Petrogeochemistry Characteristics and Genesis of the Monzonitic Granite in Erguying Forest Farm in Heilongjiang Province

Jiang Feng1Li Hui1Zhang Guobin2

(1.The 703 team of Nonferrous Metals of Geology and Mineral Investigation Bureau of Heilongjiang Province; 2.Department of Geology, Liaoning Technical University)

The monzonitic granite in Erguying forest farm is located in the northeast area of Lesser Khingan Mountaines,it is the important part of the Yichun-Yanshou magma belt.Based on analyzing the regional geological background,combing with the related test results,the petrogeochemistry characteristics and genesis of the monzonitic granite in Erguying forest farm are discussed in detail.The results show that:①the monzonitic granite with the characteristics of high silica (w(SiO2) 65.23%～71.20%),alumina (w(Al2O3) 13.46%～17.07%) and rick alkali (w(Na2O+K2O)6.56%～8.27%),it belongs to the partial aluminum calc-alkalic rock series with high potassium;②the monzonitic granite is enriched in large ion lithophile elements (such as K、Rb、Ba) and incompatible elements with lively chemical properties (such as U, Th), it is relatively depleted in high field strength elements (such as Nb、Sr、Ti) and heavy rare earth elements (such as Y、Yb、Lu ),the petrogeochemistry characteristics of the monzonitic granite is similar to the ones of I type granite;③the monzonitic granite is formed in volcanic arc tectonic environment related to the Pacific plate subduction.

Monzonitic granite, Petrogeochemistry characteristics, Genesis, Volcanic arc tectonic environment

*黑龍江省礦產(chǎn)資源勘查基金項(xiàng)目( 編號: SD2002—022，SD20050—36)

2016-05-03)

江 峰(1983—)，男，工程師，150300 黑龍江省哈爾濱市阿城區(qū)金都大街地質(zhì)大廈。