江 峰 李 慧 张国宾

(1.黑龙江省有色金属地质勘查局七〇三队；2.辽宁工程技术大学地质工程系)



·地质·测量·

黑龙江二股营林场二长花岗岩地球化学特征及成因*

江 峰1李 慧1张国宾2

(1.黑龙江省有色金属地质勘查局七〇三队；2.辽宁工程技术大学地质工程系)

黑龙江二股营林场二长花岗岩位于小兴安岭东北部，为伊春—延寿岩浆构造带的重要组成部分。在分析区域地质背景的基础上，结合相关测试结果，对区内二长花岗岩地球化学特征及成因进行了详细讨论，结果表明：①二长花岗岩具有富硅(w(SiO2)65.23%～71.20%)、高铝(w(Al2O3)13.46%～17.07%)、富碱(w(Na2O+K2O)6.56%～8.27%)的特征，为偏铝质高钾钙碱性岩石系列；②二长花岗岩相对富集大离子亲石元素(如K、Rb、Ba)和化学性质活泼的不相容元素(如U、Th)，相对亏损高场强元素(如Nb、Sr、Ti)及重稀土元素(如Y、Yb、Lu)，具有与I型花岗岩相似的地球化学特征；③二长花岗岩形成于与太平洋板块俯冲作用相关的火山弧构造环境。

二长花岗岩 地球化学特征 成因 火山弧构造环境

花岗岩是大陆地壳的基本组成部分，记录着陆壳形成、壳—幔相互作用、岩石圈演化的丰富信息，在大陆的形成与再循环过程中扮演着十分重要的角色[1-7]。近年来，有关花岗岩成因的研究受到了学者们的广泛关注[8-12]。经黑龙江伊春二股林场1∶5万区域地质矿产调查，发现二股营林场二长花岗岩体与二股铁铅锌多金属矿在成因上有直接联系。通过对二股营林场二长花岗岩进行系统取样分析，对其地球化学特征及成因进行分析，为二股铁铅锌多金属矿及东北中生代“花岗岩海”成因的研究提供新的证据。

1 区域地质背景

二股营林场二长花岗岩位于小兴安岭东北段，区内出露地层有寒武系大理岩、砂岩、板岩夹凝灰岩，奥陶系中—酸性熔岩、凝灰质砂岩、板岩，泥盆系凝灰质砂岩、板岩夹大理岩，二叠系砂岩、中—酸性火山岩夹大理岩，白垩系中—酸性熔岩、凝灰岩，第四系砾石夹砂质黏土。研究区经历了多次拉张裂解和挤压闭合，具有多旋回发展特点，地质构造以NW、SN、NE向断裂构造为主。区内岩浆岩发育，主要包括奥陶纪花岗岩，晚二叠世—晚三叠纪花岗岩，侏罗纪—早白垩世二长花岗岩、正长花岗岩、碱长花岗岩及花岗闪长岩，晚侏罗世花岗岩，晚白垩世花岗岩。二股营林场二长花岗岩为二股—丰林岩体的一部分，二股—丰林岩体出露面积约800 km2，大体呈NE向展布，岩石类型为二长花岗岩、正长花岗岩、碱长花岗岩及花岗闪长岩(图1)。二长花岗岩多具块状构造，似斑状结构，主要由斜长石(25%～30%)、碱性长石(35%～40%)、石英(30%～35%)、黑云母(1%～2%)及微量角闪石组成，多含闪长质包裹体，副矿物为磁铁矿。岩石斑晶为斜长石、碱性长石和石英，粒度5～20 mm，含量5%～10%；基质为斜长石、碱性长石、石英、黑云母和角闪石，粒度0.5～3 mm，为中—细粒半自形粒状结构。

图1 二股营林场区域地质概况

2 岩石地球化学特征

二长花岗岩样品主量及微量元素测试工作在国土资源部国家地质实验测试中心进行。主量元素采用XRF(X荧光光谱仪3080E)方法测试，分析精度为5%；稀土微量元素通过等离子质谱仪(ICP-MS-Excell)进行分析，测试精度为5%。相关分析结果分别见表1、表2。

二股营林场二长花岗岩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)为0.89～1.21，平均1.02；里特曼指数σ为1.60～2.64(σ<3.3)，w(Al2O3)/w(Na2O+K2O)为1.31～1.66，平均1.44；铝饱和指数w(Al2O3)/w(CaO+Na2O+K2O)为0.86～1.05，平均0.93。在A/CNK-ANK图解(图2)中，样品主要落入偏铝质-弱过铝质区域内；在w(SiO2)-w(K2O)图解(图3)上，样品主要落入高钾钙碱性系列中；在硅-碱图解(图4)中，样品点绝大多数落入亚碱性花岗岩范围内，由此确定二长花岗样品属偏铝质高钾钙碱性岩石系列。

表1 二股营林场二长花岗岩主量元素分析结果

表2 二股营林场二长花岗岩稀土微量元素分析结果

图3 二长花岗岩w(K2O)-w(SiO2)图解[14]

二股营林场二长花岗岩样品的稀土元素配分模式均为轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的右倾型(图5)。稀土元素总量(ΣREE)为(152.08～211.20)×10-6，平均182.28×10-6；轻、重稀土元素分馏程度中等，w(LREE)/w(HREE)为7.19～15.01，平均10.12，(La/Yb)N值为5.07～21.04，平均11.16；重稀土元素之间分馏较弱，(Gd/Yb)N为1.03～3.02，具有Eu负异常，δEu为0.38～0.81，平均0.55，基本无Ce异常，δCe为0.94～1.26，平均1.07。 Eu负异常可能是由岩石形成过程中，源岩部分熔融的残留固相组合中有少量长石矿物的存在，或熔体从源区分离至大规模结晶之前发生了部分长石矿物的分离结晶所致[15]。原始地幔标准化微量元素蛛网图(图6)显示，二长花岗岩样品相对富集大离子亲石元素(如K、Rb、Ba)和化学性质活泼的不相容元素(如U、Th)，相对亏损高场强元素(如Nb、Sr、Ti)及重稀土元素(如Y、Yb、Lu)。

3 岩石成因

花岗岩中K、Na含量主要与源岩及其演化过程密切相关，故可利用K、Na含量判断花岗岩成因[18]。

图4 二长花岗岩样品硅-碱图解

图5 二长花岗岩稀土元素球粒陨石标准化图解[16]

图6 微量元素元素地幔标准化图解[17]

在地壳漫长的历史演化过程中，风化作用将原生岩浆岩中的钾长石、钠长石逐渐变为黏土及其他成分，由于K、Na活动性具有一定的差异(Na多溶入水，K易被吸附保存于土壤中)，因而壳源成因的花岗岩偏于富K[19]，K、Na含量既能反映地壳成熟度，又可为岩浆和成矿提供信息[20-21]。在w(Na2O)-w(K2O)图解中二股营林场二长花岗岩样品落入I 型花岗岩区内；在w(Ce)-w(SiO2)图解中(图7)，二股营林场二长花岗岩样品均落于I 型花岗岩区内；在w(Na2O+K2O)/w(CaO)图解中(图8)，二股营林场二长花岗岩样品均落于I 型花岗岩区内。由此可见，二股营林场二长花岗岩为I 型花岗岩。

图7 二长花岗岩w(Ce)-w(SiO2)图解

图8 二长花岗岩w(Na2O+K2O)/w(CaO)图解

4 成岩地球动力学背景

二股营林场二长花岗岩样品为偏铝质-弱过铝质、高钾钙碱性岩石系列，轻稀土元素相对富集，重稀土元素相对亏损，具有Eu负异常，相对富集大离子亲石元素(如K、Rb、Ba)和化学性质活泼的不相容元素(如U、Th)，相对亏损高场强元素(如Nb、Sr、Ti)及重稀土元素(如Y、Yb、Lu)，具有俯冲板片提供的流体交代地幔楔而形成的富集地幔源产生岩浆的特征[14,22]。在w(Rb)-w(Y+Nb)、w(Nb)-w(Y)图解中，样品均落入了火山弧与同碰撞花岗岩区域(图9)，显示出岛弧或活动大陆边缘的特征。可见，二股—丰林二长花岗岩形成于火山弧构造环境，与板块俯冲作用相关。鉴于小兴安岭—张广才岭花岗岩带的展布方向(近SN向)与太平洋板块俯冲形成的构造带方向近乎一致，结合日本和我国东北地区东部大量中生代增生杂岩的存在，认为区内中生代成岩成矿活动与太平洋俯冲密切相关。

图9 二长花岗岩构造环境判别图解[23]

5 结 语

结合黑龙江省二股营林场二长花岗岩样品测试分析结果，对岩石地球化学特征及成因进行了详细分析，对于区内开展二股铁铅锌多金属矿找矿工作有一定的参考价值。

[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，洪大卫，许保良.花岗岩拓扑学的研究展望[J].地质论评，2001(4)：356-360.

[4] 肖庆辉，邱瑞照，邓晋福，等.中国花岗岩与大陆地壳生长方式初步研究[J].中国地质，2005(3)：343-352.

[5] 吴福元，李献华，杨进辉，等.花岗岩成因研究的若干问题[J].岩石学报，2007(6)：1217-1238.

[6] 李献华，李武显，王选策，等.幔源岩浆在南岭燕山早期花岗岩形成中的作用：错石原位Hf-O同位素制约[J].中国科学：D辑，2009(7)：872-887.

[7] 徐夕生，贺振宇.花岗岩研究进展[J].矿物岩石地球化学通报，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，孙明志，等.论花岗岩的成因系列——以华南中生代花岗岩为例[J].地质学报，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] 张 旗，王 焰，熊小林，等.埃达克岩和花岗岩:挑战与机遇[M].北京：中国大地出版社，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] 马顺清，陈 静.黑龙江鹿鸣钼矿区花岗岩锆石年龄地球化学特征及其地质意义[J].中国地质，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 伟.花岗岩拓扑学的反思[J].地学前缘, 2003(3):1-13.

[19] 伍跃中，王 战，过 磊，等.阿尔金山西南段花岗岩类的时空变化与构造作用——来自钾钠含量变化的证据[J].大地构造与成矿学，2009，33(4)：573-587.

[20] 杜乐天.碱交代作用地球化学原理[J].中国科学： B辑，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，孙景贵，唐 臣，等.黑龙江嘉荫连珠山金矿床成岩成矿年代学及其地质意义[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

*黑龙江省矿产资源勘查基金项目( 编号: SD2002—022，SD20050—36)

2016-05-03)

江 峰(1983—)，男，工程师，150300 黑龙江省哈尔滨市阿城区金都大街地质大厦。