河北省懷來縣姚家河早白堊世花崗斑巖體巖石地球化學特征

孟萬濤 徐 穎 李艷晨

(1.河北省地礦局第九地質大隊 邢臺 054000；2.河北省水文工程地質勘查院 石家莊 050031)

1 區域地質背景

研究區位于河北省懷來縣東南約40km,其大地構造位置處于柴達木—華北板塊(一級),中太古代—第四紀華北陸塊(二級),中元古代—中三疊世燕山—遼西裂陷帶(三級),宣化—易縣盆地(四級)。區域北東向上黃旗—烏龍溝區域斷裂從研究區西側通過,致使該區巖漿活動頻繁,巖漿巖廣泛分布(圖1)。

1.1 地層

(1)新太古代早期右所堡巖組(Ar13y)

巖性主要為斜長淺粒巖、角閃二長變粒巖、角閃斜長變粒巖、黑云斜長片麻巖、斜長角閃巖等。

(2)長城紀常州溝組(Chc)

為一套碎屑巖,主要為石英砂巖夾長石石英砂巖及粉砂巖,發育平行層理、板狀交錯層理、楔狀交錯層理,砂巖中可見波痕。

(3)長城紀串嶺溝組(Chch)

為淺海相潮間帶碎屑巖沉積地層,巖性為灰黑、灰綠色頁巖、砂質頁巖夾薄層狀石英砂巖,下部含“宣龍式”鐵礦。

(4)長城紀高于莊組(Chg)

一段(Chg1)： 灰色中厚層白云巖,含黑色燧石條帶和藻類化石；底部相變復雜,為灰白色石英砂巖、砂質白云巖或角礫狀白云巖。厚112～222m。

二段(Chg2)： 底部相當薊縣含錳層,為灰褐、黃褐色中厚—薄層微含錳白云巖和黑色頁巖,厚10～20m；下部灰白色厚層致密白云巖；上部灰、粉灰色中厚至薄層白云巖,含黑色燧石條帶和結核。總厚314～718m。

(5)薊縣紀霧迷山組(Jxw)

一段(Jxw1)： 底部為灰白色白云巖或角礫狀白云巖或粉色長石石英砂巖,上部為灰、深灰色厚—巨厚層燧石白云巖。燧石含量少,以條帶為主,并具砂巖透鏡體。厚173m。

二段(Jxw2)： 灰、深灰色厚層狀夾中厚層燧石條帶晶質白云巖與致密白云巖和黑色瀝青質白云巖互層。瀝青質白云巖有層紋和斑點狀兩類,以鐵錘擊之后有瀝青嗅味。厚416m。

(6)早白堊世張家口組(K1z)

為一套以酸性火山巖為主的地層,巖性主要為灰色流紋質含角礫熔結凝灰巖、淺灰色流紋質凝灰巖、灰色流紋質凝灰角礫巖、灰紫色流紋質含集塊角礫巖夾薄層安山巖。該組巖性組合以爆發相為主,間有溢流相。

(7)晚更新世馬蘭組(Qp3m)

主要為土黃色粘土質粉砂夾礫石層,局部含鈣質結核,柱狀節理普遍發育,地表出露厚度大于16.6m。

(8)晚更新世沖洪積物(Qp3alp)

大面積分布于山前平緩地帶,整合覆蓋于晚更新世馬蘭組之上,巖性主要為土黃色粘土質粉砂(次生黃土)夾礫石層,局部鈣質結核發育,粘土質粉砂中層理發育。

圖1 懷來縣姚家河一帶地質簡圖

(9)全新世沖洪積(Qhalp)

分布于山間沖溝之中,主要為礫石、土黃色砂質粘土、粉砂等,礫石多呈次棱角狀、次圓狀,為沖溝近源的基巖物質。

1.2 侵入巖

研究區內侵入巖主要為晚三疊世中性巖和早白堊世酸性巖體。

(1)晚三疊世細粒角閃閃長巖(xψδT3)

該巖體巖性較均一,為灰色細粒角閃閃長巖,局部發生輕微蝕變,主要為絹云母化、高嶺土化、褐鐵礦化、綠泥石化。巖體內多見碳酸鹽巖捕虜體,接觸帶發育各種蝕變,主要為矽卡巖化、綠泥石化、碳酸鹽化等,局部形成矽卡巖型鐵礦點。巖石呈深灰—灰色,細粒半自形粒狀結構,塊狀構造。巖石由斜長石、鉀長石、石英、角閃石、黑云母、不透明礦物組成。

(2)晚三疊世石英正長巖(ξοT3)

巖體巖性為淺肉紅色石英正長巖,南側主要為中粒,北側主要為細粒,二者為相變關系。巖石風化面粉灰色,新鮮面淺肉紅色,中—細粒半自形粒狀結構,塊狀構造。巖石由鉀長石、斜長石、石英、角閃石、黑云母組成。

(3)早白堊世花崗斑巖(γπK1)

主體大面積分布于姚家河村一帶,其他地段有小面積零星露頭,出露面積約5.64km2,侵入層位為早白堊世張家口組火山巖。呈巖株產出,為燕山期火山作用末期的高位侵入體。

1.3 構造

受上黃旗—烏龍溝區域斷裂影響,區內主要發育北西向斷裂構造,斷層性質主要為逆斷層,斷層傾角在50°～60°之間。

2 巖石學特征

巖石多呈淺肉紅色,多斑結構—基質微花崗結構,塊狀構造,由斑晶、基質組成。

(1)斑晶

由斜長石、鉀長石、石英、黑云母、角閃石組成,粒度大部分0.2～2 mm,少部分2～22 mm。斜長石呈半自形板狀,雜亂分布,少數呈聚斑狀產出,局部可見環帶構造,具輕微絹云母化、高嶺土化,蝕變較均勻,少量可見聚片雙晶,含量25%～30%；鉀長石呈半自形板狀、寬板狀,雜亂分布,少數呈聚斑狀產出,鉀長石為正長石、條紋正長石,條紋主要呈薄片狀,具高嶺土化,含量30%～35%；石英呈半自形—它形粒狀,星散分布,石英具渾圓狀熔蝕,含量約10%；黑云母呈鱗片狀、葉片狀,呈棕褐色,星散分布,少量具綠泥石化,含量5%～10%；角閃石呈半自形柱粒狀,零星分布,呈綠色,少量具綠泥石化,但含量較少。

(2)基質

由長石、石英和少量黑云母組成,粒度一般0.02～0.08mm。長石主要呈微晶狀、微粒狀,雜亂分布,蝕變及特征同斑晶,顆粒細小,長石種類不能準確區分,以鉀長石主,少部分為斜長石,含量約15%；石英呈微粒狀,雜亂或填隙狀分布于長石粒間,含量5%～10%；黑云母呈微鱗片狀,零星分布,特征同斑晶,含量少。

3 巖石化學特征

早白堊世花崗斑巖的巖石化學特征見表1,與中國花崗巖化學成分平均值相比,SiO2、FeO、MgO、MnO、P2O5含量有所偏低,其它成分略有偏高,但大多數較為接近。分異指數DI=72.62～81.06,平均75.50,固結指數SI=5.80～9.54,平均8.22,表明巖漿結晶分異程度較低。組合指數σ=0.63～0.84,平均0.68,為鈣堿性巖。K2O＞Na2O,巖石屬高鉀鈣堿性系列巖石(圖2)。通過Q-A-P圖解,樣品落入花崗巖區,與鏡下定名一致(圖3)。

圖2 花崗斑巖K2O-SiO2 巖石系列圖解

圖3 花崗斑巖Q-A-P圖解

表1 早白堊世花崗斑巖巖石化學成分含量及特征值一覽表

4 巖石地球化學特征

4.1 稀土元素特征

早白堊世花崗斑巖的稀土元素含量及特征值見表2,稀土配分曲線見圖4。稀土總量∑REE 為245.20×10-6～320.90×10-6,平均279.56×10-6,稀土含量偏高。輕重稀土的比值LR/HR 為23.32～27.88,平均25.91；(La/Yb)N比值為34.98～58.94,平均48.46；稀土配分模式為向右傾斜曲線,斜率中等。輕稀土分餾程度(La/Sm)N為4.32～6.76,平均5.54,重稀土分餾程度(Gd/Yb)N為4.52～5.65,平均4.96,輕稀土分餾程度大于重稀土分餾程度,屬輕稀土較富集型。δEu值為0.82～0.95,平均0.89,具銪負異常,說明經歷了較弱的結晶分異作用。δCe值為1～1.23,平均1.13,具鈰正異常。

圖4 花崗斑巖稀土元素配分模式圖

表2 早白堊世花崗斑巖稀土元素含量及特征值一覽表

4.2 微量元素特征

早白堊世花崗斑巖的微量元素含量及特征值見表3,微量元素蛛網圖見圖5。與維氏酸性巖相比,Ba、Ce、Sr、Hf、Y、Cr含量有所偏高,Rb、K、Th、U、Nb、Zr、Ti、Ta含量均不同程度偏低。Rb/Sr=0.11～0.37,平均0.20,高于地幔平均值(0.025),低于地殼平均值(0.44),說明巖漿在向上運移過程中有殼源物質的混入。

表3 早白堊世花崗斑巖微量元素含量及特征值一覽表

圖5 花崗斑巖微量元素蛛網圖

5 構造環境分析

在R1-R2圖解中(圖6),花崗斑巖8個樣品均落入造山晚期的。在Rb-(Yb+Nb)圖解中(圖7),樣品全部落入火山弧巖漿巖區(VAG 區)。綜合上述特征分析,本區早白堊世花崗斑巖主要形成于陸塊碰撞造山晚期抬升階段的巖漿弧擠壓構造環境。

圖6 花崗斑巖R1-R2圖解(據R.A.Batchelor等,1985)

圖7 花崗斑巖Rb-(Yb+Nb)圖解(據Pearce等,1984)

6 結論

懷來縣姚家河早白堊世花崗斑巖為鈣堿性巖,屬于高鉀鈣堿性系列巖石；稀土元素輕稀土分餾程度大于重稀土分餾程度,屬輕稀土較富集型；微量元素Rb/Sr=0.11～0.37,平均0.20,高于地幔平均值(0.025),低于地殼平均值(0.44),說明巖漿在向上運移過程中有殼源物質的混入。通過綜合分析,確定該巖體主要形成于陸塊碰撞造山晚期抬升階段的巖漿弧擠壓構造環境。