吉林榆树河子、黄泥河子地区变质深成侵入体的地球化学特征及其地质意义

2015-03-08牟静涛柴贝贝李忠水

吉林地质 2015年1期

牟静涛，柴贝贝，李忠水，2

1.中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林长春 130021；2.吉林大学地球科学学院，吉林长春 130061

0 引言

20世纪80年代以来，高级区变质深成岩浆岩的研究所取得的最大进展之一就是从原划分为变质地层的层状片麻岩中识别出大量变质深成侵入岩，从而改变了以前高级变质区以变质地层和混合岩为主的地质结构。变质深成侵入岩有两个方面的含义，一方面，是指岩浆通过长距离的运移、侵位并结晶形成的岩石；另一方面，遭受通过变质、变形和深熔作用的改造，已具有变质岩石的所有特征。测区内太古宙变质深成侵入岩占有相当高的比例（＞85%），本文通过实地调查（1:5万区调）和微观（岩石化学分析、稀土及微量元素）地质地球化学特征的研究着重对变质深成侵入岩的原岩成分和岩石地球化学特征、形成环境、成因及其对区域矿产的控制作用进行了研究，以期对今后找矿方向有所指导。

1 地质概况

图1 吉林榆树河子、黄泥河子地区综合地质图Fig.1 Geological map of Yushuhezi and Huangnihezi area in Jilin

区内前中生代构造为龙岗陆块，中生代以后为濒太平洋活动带。区内地层出露简单，太古宙表壳岩分布面积仅占15%，岩石类型有斜长角闪岩、黑云斜长片麻岩、黑云变粒岩夹磁铁石英岩（见图1）。黑云斜长片麻岩片麻理发育，局部长英质条带塑性变形强烈，磁铁石英岩中Fe2O3质量分数可达25%～40%。以角闪岩相变质作用为主，其原岩为一套基性火山岩-硅铁质沉积建造。其余85%的岩石定为变质深成侵入体。根据野外岩石宏观变质变形和岩石化学、地球化学特征划分为三个填图单元，分别为会全栈片麻岩（Hgn）、白山镇片麻岩（Bgn）及榆树镇片麻岩（Ygn），其主要特征见表1。主要呈北东向分布在测区中部，东北部，中西部也有部分出露。主要岩性为英云闪长质片麻岩及花岗闪长质片麻岩，奥长花岗质片麻岩出露范围较少。变形及变质作用较强，大部分岩石表现为片麻状、条带状构造。与表壳岩呈侵入接触，多数表壳岩呈捕掳体形式残留在花岗质片麻岩中（见图2），证明表壳岩形成在前，花岗质片麻岩形成在后。

2 岩石化学特征

对所采20件样品进行岩石化学分析，分析结果见（表2）。其中会全栈片麻岩5件，白山镇片麻岩4件，榆树镇片麻岩11件。将分析结果进行CIPW标准矿物计算，按An-，Ab-，Or-norm%折算成An+ Ab+ Or=100%时的质量分数，然后投影在O’Conner(1965) 标准矿物图解（图3）上，会全栈片麻岩落入英云闪长岩区，白山镇片麻岩落入奥长花岗岩区，榆树镇片麻岩落入花岗闪长岩区。

3 地球化学特征

3.1 微量元素

对所采20件样品的微量元素质量分数(表3)分析显示，本区变质深成侵入体岩石的Nb/Ta值（9.02～18.30，平均13.98）高于正常花岗岩值（11），Zr/Hf值（18.65～ 150.88，平均为46.29）高于正常花岗岩值（33～40）（Green T H,1995;Dostal J et al.,2000）。岩石的Rb/Sr值（0.04～0.57，平均为0.22）和Rb/Ba值（0.06～0.36平均为0.14），大部分样品的比值接近于下地壳值（0.17,0.07）（Mc-Donough W F et al.,1995）, 而明显高于地幔 Rb/Sr（0.03）、Rb/Ba（0.09）（Mc-Donough W F et al.,1995），说明岩体物质来源于下地壳。由原始地幔标准化的微量元素蛛网图解(图4)可见，蛛网图解曲线表现出向右倾斜的特征，表明随着元素不相容性的增加，岩石的富集度逐渐增加。Rb、K、Ba、Th、Sr等强不相容性元素高于原始地幔岩（Sr相对于其他元素亏损），在岩石中明显富集，在蛛网图解上多表现为波峰，而Nb、Ta、Zr、Hf等较不活泼的高场强元素则在岩石中相对亏损，在蛛网图上多表现为波谷。样品显示Nb、Ta的负异常，表明岩浆源区曾遭受地壳物质的混染或俯冲残留洋壳流体的交代（Fittion J G et al.1991）。大多数样品具有正的Sr异常表明为长石富集。岩体为典型的高Ba、Sr花岗岩，是壳源物质的高程度部分熔融的产物。样品微量元素地球化学特征表明，太古宙变质深成侵入体是通过俯冲的玄武质板片的部分熔融形成在热的板块构造俯冲带中。岩浆来源于下地壳，并且含有地幔物质及较老的大陆地壳物质参与到岩浆源区中。

表 1 太古宙变质深成侵入体特征一览表Table 1 Features of Archean metamorphic plutonic intrusive body

图2 花岗闪长质片麻岩中的黑云斜长片麻岩包体剖面素描图Fig.2 Profi le sketch of biotite plagiogneiss inclusions within the granite diorite gneiss

图3 An-Ab-Or图解Fig.3 Diagram of An- Ab - Or

表 2 太古宙变质深成侵入体岩石主量元素分析结果Table 2 Main element analytical results of Archean metamorphic plutonic intrusive rocksw(B)/10-2

表 3 太古宙变质深成侵入体岩石微量元素分析结果Table 3 Trace element analytical results of Archean metamorphic plutonic intrusive rocksw(B)/10-6

图 4 微量元素的原始地幔标准化蛛网结构图Fig.4 Standardized web texture of trace elements original mantle

表 4 太古宙变质深成侵入体岩石稀土元素分析结果Table 4 Rare earth element analytical results of Archean metamorphic plutonic intrusive rocksw(B)/10-6

图 5 稀土元素球粒陨石标准化曲线图Fig.5 REE chondrite standardized curves

3.2 稀土元素

从所采20个稀土元素质量分数（表4）中计算出，稀土元素的总质量分数（∑REE）在(23.83～213.28)×10-6之间，轻稀土总质量分数（∑LREE）在(22.72～192.31)×10-6之间，重稀土总质量分数（∑HREE）在(1.11～42.88)×10-6之间，L/H比值为3.08～27.16，表明轻稀土略富集；稀土元素曲线略显右倾型(图5)，且重稀土具有较平坦的配分模式。

w(La)/w(Yb) N在1.95～44.18之间，w(La)/w(Lu)N在1.99～42.36之间，w(Ce)/w(Yb)N在2.16～35.47之间，其均值大于1，属轻稀土富集型，w(La)/w(Sm)N在1.20～9.70之间，轻稀土具中等分馏；w(Gd)/w(Yb)N在0.63～4.01之间，为重稀土亏损性。δEu在0.39～6.75之间，其均值为1.21具弱的正异常，这些特征通常被认为反映了石榴子石和角闪石在残留相或分离相中的存在和斜长石在残留相中的缺乏。且各样品稀土元素总量、轻稀土元素总量、重稀土元素总量变化较大。样品稀土元素地球化学特征显示太古宙变质深成侵入岩是壳幔混源型岩浆的特点。w(Ce)/w(Yb)N平均值为11.49，比较接近陆壳的比值，表明岩石是地壳衍生的或者广泛的地壳混染作用形成的。

4 岩浆成因与成矿讨论

综上分析，榆树河子、黄泥河子地区太古宙变质深成侵入体的原岩为英云闪长岩-花岗闪长岩-奥长花岗岩。碱质量分数较高（K2O+Na2O=3.16%～7.47%，平均为5.53%），高镁和铁（MgO+Fe2O3+FeO+TiO2=3.50%～23.30%，平均为12.00%）在CIPW标准矿物中，刚玉标准分子和透辉石标准分子都不全为零，显示壳幔源的特点。而大离子亲石性元素Rb、Ba、Th、Sr的富集，高场强元素Nb、Ta、Zr、Hf和重稀土Yb的亏损，都表明是俯冲环境的火山岩最突出的地球化学特征。由于地幔热流及强烈的挤压作用使地壳深部的变质基性-中酸性火山岩及少量的硅铝壳部分熔融，形成英云闪长质、花岗闪长质岩浆。

本次样品多数采集于韧性剪切带内，带内分布大量长英质脉、石英脉。是深部地壳中的一个构造薄弱带，它通常构成地壳内一个线形的热液蚀变带、退变质带、线形构造岩浆侵入带和成矿带，为成矿提供有利条件。

测区脉石矿物主要为石英、及蚀变角闪石、黑云母。岩浆作用初期形成磁铁矿、黄铁矿、闪锌矿等高温型矿石矿物；岩浆热液作用形成方铅矿、黄铜矿等中低温型矿石矿物。