韓宗珠,張 賀,田 元,鄧聲貴,張凱棣,王淑杰,高 芳

(中國(guó)海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院,海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東青島266100)

山東省棲霞牙山花崗閃長(zhǎng)巖巖石地球化學(xué)特征及成因探討

韓宗珠,張 賀,田 元,鄧聲貴,張凱棣,王淑杰,高 芳

(中國(guó)海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院,海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東青島266100)

棲霞牙山地區(qū)地處華北地臺(tái)東部,對(duì)該區(qū)的似斑狀花崗閃長(zhǎng)巖體所作的巖石地球化學(xué)研究表明,該區(qū)巖石為鈣堿性偏鋁質(zhì)巖石;微量元素MORB標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖顯示富集大離子親石元素Ba、Sr,虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Hf、Y;K/Rb比值為295.34～388.88,Rb/Sr比值為0.21～0.29;稀土元素蛛網(wǎng)圖表現(xiàn)為較平滑的具微弱負(fù)Eu異常向右陡傾的稀土元素配分模式曲線,∑LREE/∑HREE為9.14～12.22,顯示輕重稀土元素分異較好。結(jié)合構(gòu)造背景分析,認(rèn)為牙山花崗閃長(zhǎng)巖體為早白堊世太平洋板塊向歐亞板塊俯沖誘發(fā)的地幔柱活動(dòng),造成地幔底辟,引起地殼部分熔融,形成殼幔混合巖漿并進(jìn)一步侵入形成。

棲霞;花崗閃長(zhǎng)巖;巖石地球化學(xué);成因

白堊紀(jì)是環(huán)太平洋構(gòu)造域形成演化的重要階段,同時(shí)也是中國(guó)東部地區(qū)構(gòu)造演變的重要時(shí)期,在山東地區(qū)主要以巖石圈減薄,裂陷盆地的形成,大規(guī)模的火山活動(dòng)為特征[1-5]。前人對(duì)包括膠萊盆地和郭家?guī)X巖體等在內(nèi)的棲霞附近區(qū)域的構(gòu)造演化機(jī)制,成礦成油氣機(jī)制,巖漿活動(dòng),巖體成因做了大量研究[6-10],并得出一系列重要的結(jié)論。本文通過對(duì)牙山花崗閃長(zhǎng)巖主微量元素進(jìn)行測(cè)定,從巖石地球化學(xué)的角度,對(duì)該區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖體的成因進(jìn)行探討。其對(duì)研究區(qū)的花崗巖起源,以及中國(guó)東部中生代巖石圈減薄和構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換有重要意義。

1 地質(zhì)背景

山東省棲霞地區(qū)位于華北克拉通東部,區(qū)域內(nèi)出露地層不全,從老至新依次包括上太古界膠東群,下元古界荊山群和粉山子群和上元古界的蓬萊群,古生界地層缺失,中生界有萊陽群、青山群、王氏群,新生界有第三系和第四系[6]。

燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期在山東棲霞地區(qū)形成的火成巖分布廣泛,分早期和晚期兩個(gè)階段。早期侵入巖以酸性花崗巖類為主,其時(shí)代為180～140 Ma,以玲瓏花崗巖體的侵入年齡(160 Ma)為界,分兩次侵入。第一次侵入形成的巖體主要有磁山巖體、鵲山巖體、昆侖山巖體、文登巖體和玲瓏花崗巖體,第二次侵入形成的巖體主要有郭家?guī)X巖體和孟家?guī)r體。晚期分為兩個(gè)階段,即早期艾山階段和晚期嶗山階段。晚期有多次侵入活動(dòng),形成了多階段多次侵入巖,類型復(fù)雜。其中在魯西出露面積約1 000 km2,多為中基性—中酸性—堿性雜巖體或巖體,呈巖盆、巖床或巖株產(chǎn)出,其同位素年齡多為140～100 Ma,屬艾山階段侵入巖,本期巖體包括濟(jì)南雜巖體、鄒平雜巖體、萊蕪雜巖體和郗山堿性雜巖體等;在魯東出露面積約為4 780 km2,多為酸性巖體,呈巖基產(chǎn)出,主要屬艾山階段和嶗山階段侵入巖,多分布于膠北和膠南。

燕山晚期的巖漿活動(dòng)在研究區(qū)內(nèi)亦很強(qiáng)烈,形成了一系列花崗閃長(zhǎng)巖和花崗巖類。主要包括艾山階段鋸齒牙似斑狀花崗閃長(zhǎng)巖體、營(yíng)盤中細(xì)粒黑云母花崗閃長(zhǎng)巖體和嶗山階段嵐店中細(xì)?；◢弾r巖體,出露總面積約92 km2。前人對(duì)牙山巖體進(jìn)行SHRIMP鋯石U-Pb年齡測(cè)定,該巖體年齡為(117.7±9)Ma[11]。

本區(qū)斷裂構(gòu)造以桃村斷裂為特征,該斷裂屬牟平—即墨斷裂帶,總體呈NE40(°)～50(°),斷裂帶由一系列壓性壓扭性斷裂組成,壓性特征顯著,具平移性質(zhì)和多期活動(dòng)特征。

2 巖石學(xué)特征

牙山花崗閃長(zhǎng)巖一般呈灰色、灰白色,不等粒半自行粒狀結(jié)構(gòu),似斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,基質(zhì)為花崗結(jié)構(gòu),斑晶主要為斜長(zhǎng)石(An=38)、鉀長(zhǎng)石和石英,斑晶含量一般為2%～5%,大小一般為1～2 cm左右,個(gè)別較大者可達(dá)10 cm以上?；|(zhì)主要礦物成分為石英、斜長(zhǎng)石(An=26)、鉀長(zhǎng)石,以中細(xì)粒為主。副礦物成分主要為榍石、磷灰石、鋯石、磁鐵礦等。暗色礦物為黑云母和角閃石,含量約為15%。鏡下觀察角閃石發(fā)生中等強(qiáng)度綠簾石化,斜長(zhǎng)石發(fā)生輕微絹云母化。樣品的礦物組合具有I型花崗巖的標(biāo)準(zhǔn)的礦物組合,即:角閃石+榍石+磁鐵礦[12]。

圖1 棲霞牙山附近巖漿巖體分布圖Fig.1 Distribution of magmatic rocks in Qixia Yashan

野外觀察研究區(qū)內(nèi)花崗閃長(zhǎng)巖普遍含有暗色包體,其形狀大小不一,初步判定其成分為閃長(zhǎng)巖包體。

牙山山峰的花崗閃長(zhǎng)巖巖體,其圍巖為太古宙膠東群,為明顯的侵入接觸關(guān)系,邊部有圍巖的捕擄體,流動(dòng)構(gòu)造明顯,流面傾向北東,傾角65(°)。

3 樣品采集和分析方法

樣品的采樣位置主要在棲霞304省道桃村至唐家泊段公路兩側(cè),由于T037位于本區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖與膠東古老變質(zhì)巖的交界處,其數(shù)值與其他樣品有較大,故特此標(biāo)出。

對(duì)采自棲霞牙山的具代表性的10件巖石樣品,粉碎至200目做主量、微量和稀土元素分析。其中主量元素在中國(guó)海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院XRF分析實(shí)驗(yàn)室作了基質(zhì)XRF分析,分析精度優(yōu)于0.5%;微量元素和稀土元素在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所實(shí)驗(yàn)中心完成,應(yīng)用ICP-AES和ICP-MS微量元素和稀土元素分析5件,分析精度優(yōu)于5%。

4 巖石地球化學(xué)特征

4.1 主量元素地球化學(xué)特征

主量元素分析結(jié)果如下(見表1),分析結(jié)果表明,研究樣品SiO2含量介于58.12%～69.28%之間,除T037含量為58.12%之外,其余標(biāo)本含量均在65%以上;巖石中Al2O3、CaCO3含量較高,Al2O3含量為14.46%～15.78%,CaCO3含量為1.93%～5.00%;K2O+Na2O含量為5.78%～7.43%,Na2O/K2O(分子數(shù)比)>1;里特曼指數(shù)(σ)為1.66～2.35,屬于鈣堿性系列。鋁飽和度判別指數(shù)(分子數(shù)比)(Na2O+K2O)

牙山花崗巖的TAS圖解(Wilson1989)見圖2,結(jié)果顯示除T037樣品投在閃長(zhǎng)巖范圍內(nèi),以及T012樣品投在花崗巖范圍內(nèi),其他樣品均投影在花崗閃長(zhǎng)巖范圍內(nèi)。

圖2 棲霞牙山花崗閃長(zhǎng)巖的全堿-硅圖解(TAS)Fig.2 Granodiorite TAS diagram in Yashan Qixia

表1 山東省棲霞牙山花崗閃長(zhǎng)巖主量元素分析結(jié)果Table 1 Granodiorite analysis of major elements in Yashan Qixia

4.2 微量元素地球化學(xué)特征

樣品的微量元素含量見表2,K/Rb比值為295.34～388.88,Rb/Sr比值為0.21～0.29,Nb/Ta比值為13.58～19.03,Zr/Hf比值為32.92～74.06。其中T037Rb/Sr比值與其他樣品差別較大。這些比值均顯示牙山花崗巖經(jīng)歷了高度的演化,分異程度好[13-15]。

在微量元素MORB標(biāo)準(zhǔn)化配分圖上,花崗閃長(zhǎng)巖主要富集大離子親石元素Ba、Rb以及Ce,虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Hf、Y(見圖3),還有Ti元素的虧損。此外,在微量元素標(biāo)準(zhǔn)化圖中出現(xiàn)Nb-Ta槽。

圖3 棲霞牙山花崗閃長(zhǎng)巖微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.3 The spider diagram of trace elements of Yashan Qixia granodiorite

由稀土元素的數(shù)據(jù)見表3,∑REE在(90.2～186.85)×10-6;δEu=0.79～0.91,顯示微弱的Eu負(fù)異常,稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(見圖4)呈現(xiàn)較為平滑的向右陡傾的LREE富集模式;∑LREE/∑HREE為9.13～12.23,(La/Yb)N=12.39～49.82, (La/Sm)N=3.69～9.87,(Ce/Yb)N=8.82～29.2,顯示輕稀土元素富集,輕、重稀土元素較強(qiáng)的分異作用。

圖4 棲霞牙山花崗閃長(zhǎng)巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖Fig.4 Chondrite-mormalized REE patterns of Yasahn Qixia granodiorite

表2 花崗閃長(zhǎng)巖微量元素含量Table 2 Trace Elements in granodiorite

表3 花崗閃長(zhǎng)巖稀土元素含量Table 3 Rare Earth Elements in granodiorite

5 構(gòu)造環(huán)境分析

微量元素具有很好的指示作用,對(duì)于不同構(gòu)造環(huán)境形成的酸性侵入巖,具有不同的巖石地球化學(xué)特征。

圖5 棲霞牙山花崗閃長(zhǎng)巖Y-Nb判別圖Fig.5 Tectonic discrimination digrams of Y-Nb for granodiorite in Yashan Qixia

在Y-Nb構(gòu)造環(huán)境判別圖上(見圖5)所有樣品均落在VAG+Syn-COL G區(qū)域,即火山弧花崗巖+同碰撞花崗巖區(qū)域;在Rb-(Y+Nb)判別圖中,所有樣品的投點(diǎn)都落入火山弧型花崗巖區(qū)(見圖6)。由此指示牙山花崗閃長(zhǎng)巖起源于火山弧環(huán)境。

圖6 棲霞牙山花崗閃長(zhǎng)巖體Rb-(Y+Nb)判別圖Fig.6 Tectonic discrimination digrams of Rb-(Y+Nb)for granodiorite in Yashan Qixia

6 成因討論

從巖石學(xué)特征及主量元素特征來看,牙山花崗閃長(zhǎng)巖具有角閃石磁鐵礦榍石的礦物組合,Na2O/K2O (分子數(shù)比)>1,里特曼指數(shù)(σ)測(cè)定為鈣堿性系列,這些均具有I型花崗巖的特征[16];巖石閃長(zhǎng)質(zhì)暗色包體,說明可能幔源巖漿和殼源巖漿相互混合而成[17]。稀土元素中Ba、Sr、Rb等大離子親石元素,在微量元素標(biāo)準(zhǔn)化圖解上出現(xiàn)Nb-Ta虧損谷,說明其起源于地殼,符合I型花崗巖特征;在稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化圖解上,曲線呈向右陡傾的形式,亦顯示I型花崗巖特征[14]。

Whalen等在研究研究加拿大花崗巖成因類型時(shí)認(rèn)為,Ga/Al與一些主量元素K2O、Na2O、MgO及微量元素Y、Ce、Nb、Zr之間相互關(guān)系可以區(qū)分I型、A型、M型以及A型花崗巖。如圖所示,牙山花崗巖樣品全部落在I、M、S型花崗巖區(qū)域(見圖7)。在K2ONa2O圖解中待測(cè)樣品中,除T018好樣品落在S型花崗巖區(qū)外,其他樣品均落在I型花崗巖的區(qū)域(見圖8)。說明本區(qū)花崗巖可能起源于地殼。

圖7 牙山花崗閃長(zhǎng)巖K2O+Na2O、K2O/MgO、Y、Zr與Ga/Al的關(guān)系圖[17]Fig.7 Diagram of K2O+Na2O,K2O/MgO,Y and Zr vs.Ga/Al for granodiorite in Yashan

圖8 牙山花崗閃長(zhǎng)巖K2O-Na2O判別圖[18]Fig.8 Diagram of K2O-Na2O for Yashan granodiorite

圖9 地殼花崗巖與殼幔花崗巖圖解Fig.9 Granite originite from crust and crust vsmantle

我國(guó)學(xué)者涂光熾[13]認(rèn)為,依據(jù)花崗巖的稀土元素特征可以區(qū)分不同源區(qū)的花崗巖?！芌EE總量<200 10-6,(La/Yb)>10,Eu虧損不明顯,δEu平均值為0.84,為殼幔源花崗巖[13]。對(duì)該研究區(qū)花崗巖進(jìn)行投圖研究(見圖9),其全部落入殼幔源花崗巖的范圍內(nèi)。說明其在演化的過程中可能受到地幔物質(zhì)的混染[13]。

膠東地區(qū)中生代巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈,前人對(duì)膠東地區(qū)花崗巖體進(jìn)行研究,根據(jù)研究成果,本區(qū)花崗巖巖體大致可以分為侏羅紀(jì)和早白堊世2期。前者以玲瓏巖體為代表,后者主要以郭家?guī)X、艾山等巖體為代表。而在在巖石成因方面,前者主要以地殼熔融為主,后者主要表現(xiàn)為巖漿混合特征[10-11,17,20-21]。

牙山花崗巖的同位素年齡指示其形成于早白堊世中晚期(125～100 Ma),是中國(guó)東部巖石圈大規(guī)模減薄時(shí)期。在這一時(shí)期中國(guó)東部發(fā)生了大規(guī)模中酸性巖漿侵入和火山巖的噴發(fā)[2],同時(shí)也是大陸裂谷作用的高峰期,而這種大規(guī)模的巖漿構(gòu)造活動(dòng)與太平洋板塊向歐亞板塊俯沖有關(guān)[22]。當(dāng)太平洋板塊俯沖達(dá)到一定的深度時(shí),誘發(fā)地幔熔融,形成局部地幔柱的升降活動(dòng)。當(dāng)?shù)蒯Ｖ仙恋貧さ撞繒r(shí),使膠東群變質(zhì)基底發(fā)生熔融,地幔成分與地殼成分發(fā)生了混染,形成殼幔混合巖漿,并沿著地殼拉張的薄弱地帶向上侵入從而形成一系列火成巖體。

[1] 張?jiān)罉?趙越,董樹文,等.中國(guó)東部及鄰區(qū)早白堊世裂陷盆地構(gòu)造演化階段[J].地學(xué)前緣,2004,11(3):123-133.

[2] 巫建華,劉帥.大地構(gòu)造學(xué)概論與中國(guó)大地構(gòu)造學(xué)綱要[M].北京:地質(zhì)出版社,2008.

[3] 張?zhí)?張?jiān)罉?膠北隆起晚中生代構(gòu)造-巖漿演化歷史[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2008,82(9):1210-1228.

[4] 郭春麗,吳福元,楊進(jìn)輝,等.中國(guó)東部早白堊世巖漿作用的伸展構(gòu)造性質(zhì)——以遼東半島南部飲馬灣山巖體為例[J].巖石學(xué)報(bào), 2004,20(5):1193-1204.

[5] 王濤,劉燊,胡瑞忠,等.蘇魯造山帶堿性巖的成因研究——主微量元素地球化學(xué)證據(jù)[J].礦物學(xué)報(bào),2010,30(2):194-206.

[6] 張國(guó)剛.山東棲霞區(qū)域地質(zhì)特征及找礦標(biāo)志和方向[J].黃金科學(xué)技術(shù),2008,16(4):54-57.

[7] 劉進(jìn),吳沖龍.膠萊盆地巖漿活動(dòng)特征及油氣地質(zhì)意義[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2007,26(5):36-40.

[8] 任鳳樓,張?jiān)罉?膠萊盆地白堊紀(jì)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)與轉(zhuǎn)換機(jī)制[J].大地構(gòu)造與成礦學(xué),2007,31(2):157-167.

[9] 張?jiān)罉?李金良,張?zhí)?等.膠萊盆地及其鄰區(qū)白堊紀(jì)—古新世沉積構(gòu)造演化歷史及區(qū)域動(dòng)力學(xué)意義[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2008,82(9): 1229-1257.

[10] 常裕林,鄭曉禮,王暉.膠東西北部玲瓏、郭家?guī)X超單元花崗巖成因探討[J].地質(zhì)找礦叢論,2006,10:90-94.

[11] 邱連貴,任鳳樓,曹忠祥,等.膠東地區(qū)晚中生代巖漿活動(dòng)對(duì)大地構(gòu)造的制約[J].大地構(gòu)造與成礦學(xué),2008,32(1):117-123.

[12] 孫鼐,彭亞鳴.火成巖石學(xué)[M]北京:地質(zhì)出版社,1985.

[13] 戴塔根,劉漢元.微量元素地球化學(xué)及其應(yīng)用[M].長(zhǎng)沙:中南工業(yè)大學(xué)出版社,1992.

[14] 劉英俊,曹立明.元素地球化學(xué)導(dǎo)論[M].北京:地質(zhì)出版社, 1987.

[15] 陳得潛,陳剛.實(shí)用稀土元素地球化學(xué)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1990.

[16] 陸鳳香,桑龍康.巖石學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社,2002.

[17] 曲曉明,王鶴年,饒冰.郭家?guī)X花崗閃長(zhǎng)巖巖體中閃長(zhǎng)質(zhì)包體的成因研究[J].礦物學(xué)報(bào),1997,17(3):302-309.

[18] Whalen J B,Carrie K L,Chapell B W.A type granites:Geochemical characteristics,discrimination and petrogenesis[J]. Contribution to Mineralogy and Petrology,1987,95:407-419.

[19] Collions W J,Beams S D,White A J R.Nature and origin of A-type granites with particular reference to southeastern Australia [J].Contribution to Mineralogy and Petrology,1982,80:189-200.

[20] 苗來成,羅鎮(zhèn)寬,關(guān)康,等.玲瓏花崗巖中鋯石的離子質(zhì)譜U-Pb年齡及其巖石學(xué)意義[J].巖石學(xué)報(bào),1998,14(2):198-206.

[21] 張華峰,李勝榮,翟明國(guó),等.膠東半島早白堊世地殼隆升剝蝕及其動(dòng)力學(xué)意義[J].巖石學(xué)報(bào),2006,22(2):285-295.

[22] 劉和甫,梁慧社,李曉清,等.中國(guó)東部中新生代裂陷盆地與伸展山嶺耦合機(jī)制[J].地學(xué)前緣,2000,7(4):477-486.

Abstract: Qixia Yashan area is located at the east of the North China platform.The geochemical studies about the porphyritic granodiorites in this area shows that the rocks belong to calc-akaline and metalumious series.The MORB-normalized spider diagram of trace elements reveals enriching LILE of Ba and Sr, and lacking of HFSE of Nb,Ta,Hf and Y.The ratio of K/Rb is 295.34～388.88 and Rb/Sr is 0.21～0.29.The spider diagram of rare earth element,show relative smooth,weak negative abnormal of Eu and right steep patterns.∑LREE/∑HREE is 9.14～12.22.They all indical well differentiation between LREE and HREE.Through the analysis of strural factors the genesis of Yashan granodiorite is that sabduction of Pacific plate to Eurasian plate causes mantle plume activlty,which produces mantdiapir and crust partial melting,then form crust-mantle magma,and the furture invasion form the granodiorite.

Key words: Qixia;granodiorite;petrogeochemistry;genesis

責(zé)任編輯 徐 環(huán)

The Petrogeochemistry and Genesis of Granodiorite in Yashan Qixia, Shandong Province

HAN Zong-Zhu,ZHANG He,TIAN Yuan,DEN G Sheng-Gui, ZHANG Kai-Li,WAN G Shu-Jie,GAO Fang
(College of Marine Geoscience,The Key Laboratory of Science and Exploration,Ocean University of China,Qingdao 266100, China)

P588.12;P595

A

1672-5174(2011)06-097-07

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41072152);中國(guó)海洋大學(xué)OUC_SRTP項(xiàng)目(0912010510)資助

2010-10-20;

2011-04-08

韓宗珠(1964-),男,教授。E-mail:hanzongzhu@ouc.edu.cn