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巴彦查干牧点晚石炭世花岗岩岩体地球化学巴彦查干牧点晚石炭世花岗岩岩体地球化学特征及构造环境探讨特征及构造环境探讨 研究思路及技术路线研究思路及技术路线 本文以“1:5万哈达图测区区域地质调查”项目为依托，通过测制剖面PM402及路线地质调查对花岗岩岩体解体，在区域地质背景下，把其岩石学、岩石化学、地球化学特征结合起来，利用相关判别图解分析，探讨其形成的构造环境。岩石学岩石化学地球化学岩性种属区域地质背景结论测制PM402，采集薄片、硅酸盐、微量、稀土样品构造环境汇报提纲汇报提纲一、区域地质背景二二、岩石学特征岩石学特征三三、岩石化学、地球化学特征岩石化学、地球化学特征四四、构造环境探讨构造环境探讨五五、结论结论西伯利亚板块华北板块兴蒙造山带 研究区地理位置为东乌旗东150公里。位于兴蒙造山带东北。造山带位于西伯利亚板块、华北板块之间，两大板块碰撞形成。一、区域地质背景 该岩体位于第四幅北部，该图幅内大面积第四系覆盖，局部地势较高处可见白音高老组地层，岩体零星出露，通过测制剖面PM402对岩体解体，划分出中粗粒二长花岗岩、细粒（含斑）碱长花岗岩两套岩体。中粗粒二长花岗岩细粒（含斑）碱长花岗岩一、区域地质背景Q汇报提纲汇报提纲一、一、区域地质背景区域地质背景二、岩石学特征三三、岩石化学、地球化学特征岩石化学、地球化学特征四四、构造环境探讨构造环境探讨五五、结论结论中粗粒二长花岗岩宏观地质特征中粗粒二长花岗岩宏观地质特征细粒（含斑）碱长花岗岩地质特征细粒（含斑）碱长花岗岩地质特征中粗粒二长花岗岩镜下特征中粗粒二长花岗岩镜下特征细粒（含斑）碱长花岗岩镜下特征二、岩石学特征一、中粗粒二长花岗岩：肉红色，中粗粒花岗结构，块状构造，粒度2-6cm,矿物成分钾长石35%-40%，斜长石30%-35%，石英20%-25%，少量黑云母组成。次生矿物主要为高岭土、粘土、绿泥石、绢云母。二、细粒含斑碱长花岗岩：浅灰色，似斑状基质微细粒花岗结构-文象结构，块状构造。斑晶约占5%，以钾长石为主，粒度1mm5mm。部分样品可见霓辉石斑晶，呈浅草绿色，半自形柱粒状，零星分布。基质由钾长石（65%-70%）、石英（20%）组成粒度0.5mm1mm。次生矿物由高岭土、硅质、粘土组成。细粒碱长花岗岩：浅灰色、浅灰红色，具细粒花岗结构，文象结构，块状构造。岩石由钾长石（65%70%）、石英（25%-30%）、斜长石（5%）、少量暗色矿物假象组成。其中钾长石为半自形板状它形粒状，杂乱分布，粒度一般0.1-1mm，具高岭土化，表面脏，常见与石英呈文象状共生。石英：它形粒状，杂乱分布，粒度一般0.1-1.6mm，粒内具波状、带状消光，局部与钾长石文象状共生。斜长石：半自形板状，星散分布，粒度一般0.1-0.3mm，具粘土化等，表面较脏。据国际分类，1972二、岩石学特征 两种岩性区别在于粒度大小、钾长石、斜长石相对含量多少 投图显示，中粗粒二长花岗岩位于二长花岗岩区；主体岩性细粒（含斑）碱性花岗岩岩体样品分布比较集中，均位于碱长花岗岩区汇报提纲汇报提纲一、一、区域地质背景区域地质背景二二、岩石学特征岩石学特征三、岩石化学、地球化学特征四四、构造环境探讨构造环境探讨五五、结论结论1 1、样品采集及分析项目、样品采集及分析项目2 2、常量元素及有关图解、常量元素及有关图解3 3、微量、稀土及有关图解、微量、稀土及有关图解三、岩石化学、地球化学特征样品采集及分析项目样品采集及分析项目 采集样品采集样品 任何成功的地球化学研究都必须建立任何成功的地球化学研究都必须建立在对研究区域地质学正确认识的基础之上；在对研究区域地质学正确认识的基础之上；扎实的地质基础是从事岩石地球化学研究是从事岩石地球化学研究工作的前提。工作的前提。任何地质研究及生产工作成果的基础，任何地质研究及生产工作成果的基础，都基于对样品的把握。都基于对样品的把握。分析项目分析项目1、常量元素:SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO 、Na2O、K2O、P2O5、H2O+、CO2（误差范围99.30%-100.70%）。2、微量元素：Sc、Co、Cu、Zn、Ga、Rb、Zr、Nb、Cs、Hf、Ta、Pb、Th、U、Ba、Cr、Ni、Sr3、稀土元素：La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb 、Lu、Y 样品采集及分析项目样品采集及分析项目 实物工作量实物工作量样品采集及分析项目样品采集及分析项目0 01 1 Na Na2 2O+KO+K2 2O-SiOO-SiO2 2分类命名图解分类命名图解 碱度碱度ARAR与与SiOSiO2 2关系图关系图（据J.B.Wright,1969）A/CNK-A/NKA/CNK-A/NK图解图解常量元素及有关图解岩石化学成分的命名图解成因演化图解02020303常量元素及有关图解常量元素及有关图解晚石炭世花岗岩岩石化学成分一览表晚石炭世花岗岩岩石化学成分一览表晚石炭世花岗岩TAS图解资料来源：Earth-Science Reviews,vol.37,(1994):215-224，IrIrvine 分界线，上方为碱性，下方为亚碱性 岩体样品去除CO2及H2O，经过重新计算，在K2ONa2O-SiO2投图显示，该岩体样品大部分位于花岗岩区间。和QAP矿物图解图吻合 晚石炭世花岗岩AR-SiO2与碱度关系图（据J.B.Wright,1969）赖特(J?B?Wright,1969)认为,w(SiO2)70%的岩石,用里特曼指数划分碱度精度较差。其碱度不仅与SiO2和全碱有关,而且与Al2O3和CaO也有关。因此,他提出用碱度率来研究岩系的碱性程度,赖特并用SiO2-AR直角坐标图来确定岩石的碱性程度,研究岩系的演化。在AR-SiO2投图显示，该岩体样品大部分属于碱性岩区间，一个样品位于过碱性区间。碱度率(AR)=Al2O3+CaO+(Na2O+K2O)/Al2O3+CaO-(Na2O+K2O)(Wt%)；在A/CNK-A/NK图解上位于弱过铝质-过铝质区间。晚石炭世花岗岩A/CNK-A/NK图解A/CNK=Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)(分子比)；A/NK=Al2O3/(Na2O+K2O)(分子比)通过表1、及图解1、图解2、图解3可知该岩体有以下特点：常量元素及有关图解常量元素及有关图解 1、高硅。SiO2含量在71.31%-82.12%，平均值75.9%，分异指数为91.71-96.81，说明岩浆经历了高程度的分异演化。2、富碱。K2ONa2O等于6.76%-10.37%。K2O/Na2O等于0.97-2.41，且大部分大于1。NK/A 为0.88-1.24，大部分样品为0.97附近。与Whalen厘定的A型花岗岩平均值(NK/A=0.95)相近。3、显著的富铁贫镁（FeO/FeO+MgO为0.70-0.94）的特征，与A型花岗岩高铁贫镁特征吻合（Whalen，1987）4、贫钙、贫镁。镁、钙含量较低。CaO平均含量0.14%-0.58%。MgO为0.08%-0.37%。5、贫铝。Al2O3平均含量10.06%-13.74%。6、多数样品的CIPW标准矿物中出现了霓石分子，碱性长石的含量占60%以上，斜长石极少，与薄片鉴定结果吻合。综上所述，该岩体在化学成分上具高硅、富碱、K2O/Na2O值高、显著的富铁贫镁、贫钙、贫镁、贫铝、氧化指数高等特点。与碱性花岗岩的特点一致。微量、稀土及有关图解微量、稀土及有关图解晚石炭世花岗岩微量元素原始地幔比值蛛网图(原始地幔值据Sun and McDoungh,1989)微量元素原始地幔标准化蛛网图上，Ba、Nb、Sr、Eu亏损，Rb、Th、Pb等略显富集，形成两个大的低谷，其余元素呈富集状态，微量元素原始地幔标准化蛛网图显示配分型式弱右倾特征。曲线在不相容元素部分斜率较大，到相容元素一侧趋于平坦，反映岩浆经历了较强的结晶分异作用。微量、稀土及有关图解微量、稀土及有关图解 从ORG标准化微量元素蛛网图上可以看出，样品具有相似的曲线特征，K、Rb、Th含量略高于ORG，其余元素低于ORG。曲线显示其Ba、Ce为弱亏损，具弱Ba、Ce谷，Rb、Th峰。晚石炭世花岗岩微量元素ORG比值蛛网图(洋脊花岗岩值据Pearce et al.,1984)晚石炭世侵入岩稀土元素含量表晚石炭世花岗岩稀土元素球粒陨石标准化图（Taylor and McLennan,1985）该碱性花岗岩岩体稀土元素含量及有关参数见表。其中四件样品稀土元素含量较为接近，其稀土总量REE为94.6010-6426.1510-6，含量较低。LREE为85.7010-6395.7210-6，HREE为13.9510-630.4210-6，LREE/HREE为5.4013.90，反应轻重稀土分馏程度（La/Yb）的值N为3.9015.65，反映出轻稀土相对重稀土略为富集。Eu0.210.55，具明显的铕负异常，显示经历了较强的斜长石分离结晶作用。该花岗岩为晚期演化阶段形成的碱性花岗岩。这类花岗岩是稀土配分型式,总体呈铕负异常、弱右倾平坦式。中粗粒二长花岗岩微量、稀土及有关图解微量、稀土及有关图解汇报提纲汇报提纲一、一、区域地质背景区域地质背景二二、岩石学特征岩石学特征三三、岩石化学、地球化学特征岩石化学、地球化学特征四、构造环境探讨五五、结论结论291 1、造山作用过程、造山作用过程2 2、兴蒙造山带的介绍兴蒙造山带的介绍3 3、构造环境探讨、构造环境探讨29四、构造环境造山过程图造山过程图后造山非造山造山板内活动时间角度构造位置后碰撞（陆内）大洋板块的俯冲原始主碰撞1、造山：包括大洋俯冲、碰撞作用及后碰撞：碰撞：两个或多个大陆板块最初的主碰撞，以大型逆冲断层和高压变质作用为特征。后碰撞：时间上比碰撞作用时间晚，但仍于碰撞作用相关。3、后造山：造山作用的最后阶段。侵入的花岗岩类岩石，一般是在造山地区的变形作用结束后侵入的，这种花岗岩类岩石与造山作用在时间和空间上都有联系，仍属造山作用产物，人们认为它们代表了大陆地壳在经历后造山以后向稳定化发展的转变期。4、非造山：与与大陆的造陆抬升及裂谷有关。西伯利亚板块华北板块关于两大板块最终碰撞拼合的缝合带位置与时代是研究区存在的重要问题。目前多数学者认为西伯利亚板块与华北板块其拼接过程虽有争议，但对接地点是索伦缝合带带的认识已成为众多地质学者的共识（李春晏等，1983；唐克东等，1991；邵积安等，1986），其碰撞结束的时间主要由以下两种：1晚泥盆-至早石炭世：2早二叠世。兴蒙造山带两大板块碰撞结束时间的观点一、晚泥盆-至早石炭世1、Tang(1990)依据缝合带的岩石组合和沉积相分析，指出西伯利亚板块与华北板块碰撞发生在泥盆纪之前。2、徐备等（2014，兴蒙造山带前中生代构造单元初步探讨）中认为，根据古地磁资料最晚在石炭纪，古亚洲洋闭合。3、洪大卫等认为，早元古代时期，西伯利亚板块、华北板块为统一的大陆。在中-晚元古代统一大陆分裂。大约1400Ma之后，在西伯利亚地台和华北地台之间的古亚洲洋形成并持续扩张，其中还可能飘着若干微小的古陆和大洋岛屿。从晚元古代-晚奥陶世，古亚洲洋向两侧俯冲，分别在西伯利亚板块南缘和华北板块北缘形成相应的沟-弧-盆系。晚泥盆世-早石炭世，古亚洲洋残余海盆最后封闭。二、早二叠世4、二叠纪-早三叠世：李益龙等（2009，华北板块与西伯利亚板块的对接过程）构造环境探讨一、结合区域地质事件1、结合花岗岩的产状，构造位置、成因系列和其他地质特征进行判别，地质特征往往是花岗岩形成环境的直接证据，图解判别则是辅助手段。二、应用图解。花岗岩形成的构造环境是非常复杂的，后期叠加的种种地质过程更增加了构造环境判别的难度，尤其一些样品会存在多解或误判，这是任何图解都存在的问题，因此在使用图解中，应注意以下问题：1、用已知的被验证准确的构造环境图解确定相应构造环境区域。在图解中不同构造区域界线是根据大量已经过地质、地球化学样品的分析数据经过统计分析建立。2、构建图解的元素选择。多选择化学性质稳定的元素（Nb、Th、Ta等），这些元素具有很强的分异能力，具有良好的判别意义；不同的构造环境微量元素差别很大，主量元素差别很小，元素选择优越性：微量元素比值微量元素主量元素.3、多种判别图解同时使用，并结合花岗岩最大可能的形成环境，作为判别结果。构造环境图解构造环境图解04040 03 302020101（Maniar Piccoli,1989）常量元素Al2O3-SiO2判别图解；TFeO/w(TFeO)+w(MgOTFeO/w(TFeO)+w(MgO)-SiO)-SiO2 2判别图解判别图解。（Batchelor R A and Bowden P.Batchelor R A and Bowden P.，19851985 ）R1-R2R1-R2双因子图解双因子图解洪大卫（1995）提出的 10000Ga/Al-R1双因子图解 05 05 通过前面对该岩体岩石化学、微量元素、稀土元素特征确定其属碱性花岗岩后，运用属于碱性花岗岩岩石图解5进行判断。（Eby,1992）碱性花岗岩构造环境判别图解:Rb/Nb-Y/Nb图解;Sc/Nb-Y/Nb图解;Nb-Y-Ce图解;Nb-Y-3Ga图解。一、常量元素图解一、常量元素图解二、常量元素、微量元素结合的图解二、常量元素、微量元素结合的图解三、微量元素图解三、微量元素图解Al2O3-SiO2判别图解及TFeO/w(TFeO)+w(MgO)-SiO2判别图解（Maniar Piccoli,1989）该图解应用前提是样品K2O含量大于1%。在Al2O3-SiO2判别图解及TFeO/w(TFeO)+w(MgO)-SiO2判别图解上，样品均位于后造山花岗岩类。图解1图解2这幅图解的优点是充分考虑到岩石化学的总体特征，涉及的化学元素共8个，对一般的侵入岩来说，这八个元素的氧化物占总含量95%以上。在Bechelor等（1985）R1-R2关系图上，投影点落在靠近造山期后的A型花岗岩区和晚造山花岗岩区分界线上，且靠近靠近造山后A型花岗岩。判断其位于后造山环境。晚石炭世碱性花岗岩R1-R2双因子图解Batchelor R A and Bowden P.，1985 R1=4Si-11(Na+K)-2(Fe+Ti)；R2=6Ca+2Mg+Al碱性花岗岩10000Ga/Al-R1双因子图解洪大卫，1995，碱性花岗岩的构造环境分类及其鉴别标志，中国科学(B辑)，25(4)：418-426 R2=6Ca+2Mg+Al洪大卫在碱性花岗岩构造环境及鉴别标志中认为碱性花岗岩至少分为造山后和非造山两种类型。该岩体样品大部分落于后造山花岗岩区，与前面图解所在环境总体一致。图解3图解4碱性花岗岩构造环境判别图解（Eby,1992）Eby(1992)提出了用于碱性花岗岩构造环境的判别图。即Rb/Nb-Y/Nb;Sc/Nb-Y/Nb;Nb-Y-Ce;Nb-Y-3Ga等。这些元素均是碱性花岗岩非常特征的元素。Eby用微量元素比值将A型花岗岩划分为A1和A2两类。他们代表各自不同的构造环境信息：A1 代表与洋岛浆、板内浆、裂谷浆来源相同的地幔分异产物，A2代表来源于大陆壳或板下地壳，与陆-陆碰撞或岛弧岩浆作用有关，代表着碰撞后环境或造山期后环境。四个图解中样品大部分落于A2（后碰撞或后造山环境）图区图解5花岗岩的Rb-Y;Ta-Yb;Rb-Y+Nb；Rb-Yb+Ta 图解（据Pearce.,1996）对碱性花岗岩构造环境的研究，如果用普通的花岗岩构造判别图，一般落在板内或同碰撞，火山弧，不能反应确切构造环境。在Pearce（1996）的Yb-Ta、Y-Nb、Yb+Ta-Rb和Y+Nb-Rb）图上均落入火山弧花岗岩、碰撞花岗岩与板内花岗岩的三者的分界线一带，该区也被做为Post-COLG（后碰撞花岗岩）区。图解6 该碱性花岗岩岩体在上述图解该碱性花岗岩岩体在上述图解1、2、3、4、5中，基本均落于后造山环境区间，中，基本均落于后造山环境区间，图解图解6间接验证了前五种图解的合理性。该间接验证了前五种图解的合理性。该碱性花岗岩体碱性花岗岩体应为后造山环境拉张作用应为后造山环境拉张作用的的产物，产物，303.5 1.2Ma中粗粒二长花岗岩中粗粒二长花岗岩 2994.6Ma细粒含斑碱长花岗岩细粒含斑碱长花岗岩构造环境的总结构造环境的总结结合岩体地质年龄结合岩体地质年龄299Ma及及303Ma，为晚石，为晚石炭世。支持兴蒙造山带碰撞于炭世。支持兴蒙造山带碰撞于晚泥盆晚泥盆-至早至早石炭世石炭世的观点。其位于的后造山环境可作的观点。其位于的后造山环境可作为为造山作用结束的标志。代表了大陆地壳造山作用结束的标志。代表了大陆地壳在经历后造山以后向稳定化发展的转变期。在经历后造山以后向稳定化发展的转变期。汇报提纲汇报提纲一、一、区域地质背景区域地质背景二二、岩石学特征岩石学特征三三、岩石化学、地球化学特征岩石化学、地球化学特征四四、构造环境探讨构造环境探讨五、结论 五、结论五、结论14一、一、矿物学上，主体岩性细粒（含斑）碱长花岗岩具典型花矿物学上，主体岩性细粒（含斑）碱长花岗岩具典型花岗结构，斑状岗结构，斑状-基质花岗结构，文象结构，块状构造。以碱性基质花岗结构，文象结构，块状构造。以碱性长石、石英为主要矿物，少见斜长石、霓辉石等碱性暗色矿物。长石、石英为主要矿物，少见斜长石、霓辉石等碱性暗色矿物。二、化学成分上具高硅、富碱、二、化学成分上具高硅、富碱、K2O/Na2O值高、显著的富铁值高、显著的富铁贫镁、贫钙、贫镁、贫铝、氧化指数高等特点。与碱性花岗岩贫镁、贫钙、贫镁、贫铝、氧化指数高等特点。与碱性花岗岩的特点一致。的特点一致。三、两种岩体年龄分别为三、两种岩体年龄分别为303.5 1.2Ma、2994.6Ma。形成时。形成时代为晚石炭世。代为晚石炭世。四、四、细粒碱长花岗岩侵入中粗粒二长花岗岩，符合侵入岩一细粒碱长花岗岩侵入中粗粒二长花岗岩，符合侵入岩一般由酸性般由酸性-碱性的演化规律。碱性的演化规律。五、五、在主量元素、微量元素构造环境的各种图解中，所有的在主量元素、微量元素构造环境的各种图解中，所有的点几乎都落在后造山环境中，属后造山构造环境的产物。代表点几乎都落在后造山环境中，属后造山构造环境的产物。代表造山作用的结束。造山作用的结束。兴蒙造山带的研究是个复杂而艰巨的课题，本文的岩体规模第四系覆盖程度高，未见同时代宝力高庙组地层，所提供的地质信息有限，只是提供一种岩浆岩的工作方法，与大家共同学习！谢谢各位领导、同事，不足之处多多指导！