青海香日德水文站巖體斜長(zhǎng)石特征及其地質(zhì)意義

史洪峰，董長(zhǎng)春，續(xù)琰祺

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，江蘇 南京　210016；2.江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京　210018)

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青海香日德水文站巖體斜長(zhǎng)石特征及其地質(zhì)意義

史洪峰1，董長(zhǎng)春1，續(xù)琰祺2

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，江蘇 南京210016；2.江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京210018)

在野外地質(zhì)調(diào)查和巖相學(xué)研究基礎(chǔ)上，運(yùn)用電子探針技術(shù)對(duì)青海香日德水文站巖體中不同類型的斜長(zhǎng)石及其環(huán)帶進(jìn)行研究，探討了香日德水文站巖體中斜長(zhǎng)石環(huán)帶的成因，反演巖漿演化過程，計(jì)算了地表剝蝕和隆升速率。結(jié)果表明，香日德水文站巖體中斜長(zhǎng)石具有正環(huán)帶和韻律環(huán)帶；石英閃長(zhǎng)巖和包體中礦物結(jié)晶深度約12km；花崗閃長(zhǎng)巖中礦物結(jié)晶深度約9km；由侵位深度計(jì)算的地表剝蝕速率為0.04km/Ma，20Ma以來隆升速率為0.6 km/Ma，3.6 Ma以來隆升速率為3.0 km/Ma。此外，研究得出斜長(zhǎng)石環(huán)帶由Ca2+Na+, Al3+Si4+的強(qiáng)交代作用和Fe3+Si4+的弱交代作用支配，認(rèn)為香日德水文站巖體的演化不是簡(jiǎn)單的侵位模式，而是巖漿交替侵位、多次混合的過程。

香日德水文站巖體；斜長(zhǎng)石；地質(zhì)意義；東昆侖

香日德水文站巖體位于青海省都蘭縣，構(gòu)造上處于柴達(dá)木盆地與共和盆地之間(姜春發(fā)等，2000)，位于多構(gòu)造體系的復(fù)合部位，大面積分布前寒武紀(jì)基底變質(zhì)巖系和各時(shí)代侵入雜巖。香日德水文站巖體為印支期巖漿巖，由二長(zhǎng)花崗巖(241Ma)(殷鴻福等，2003)、花崗閃長(zhǎng)巖(242Ma)(劉成東，2008)和石英閃長(zhǎng)巖(239Ma)(劉成東，2008)組成(圖1)，各巖體中包體(241Ma)(劉成東，2008)發(fā)育，巖體與包體中普遍發(fā)育不同類型的斜長(zhǎng)石。在野外地質(zhì)調(diào)查和巖相學(xué)研究基礎(chǔ)上，運(yùn)用電子探針技術(shù)對(duì)香日德水文站巖體中不同類型的斜長(zhǎng)石及其環(huán)帶進(jìn)行研究，探討香日德水文站巖體中斜長(zhǎng)石環(huán)帶成因，反演巖漿演化過程，并計(jì)算地表剝蝕和隆升速率。

圖1　香日德水文站巖體地質(zhì)簡(jiǎn)圖(三角為采樣位置)Fig.1　Geological schematic map of Xiangride hydrometric station intrusive body

1　巖體地質(zhì)特征與巖相學(xué)特征

1.1野外地質(zhì)特征

香日德水文站巖體中，二長(zhǎng)花崗巖呈暗紅色，花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英，含少量角閃石和黑云母；花崗閃長(zhǎng)巖呈灰白色，花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為斜長(zhǎng)石、石英、角閃石，含少量鉀長(zhǎng)石和黑云母；石英閃長(zhǎng)巖為灰黑色，中-細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為斜長(zhǎng)石、角閃石、石英、鉀長(zhǎng)石、黑云母。以上巖性中均發(fā)育暗色微粒包體，包體為黑色，似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，呈橢圓狀、拉長(zhǎng)的帶狀及不規(guī)則狀等，斑晶為石英、斜長(zhǎng)石，具有相同特征的斑晶亦可見于母體巖漿巖中，并可見斑晶切穿包體與巖漿巖邊界發(fā)育?；|(zhì)以角閃石、斜長(zhǎng)石和黑云母為主。其中石英閃長(zhǎng)巖包體體積較大且數(shù)量較多，二長(zhǎng)花崗巖中的包體體積較小且數(shù)量較少。花崗閃長(zhǎng)巖侵入石英閃長(zhǎng)巖中(圖2)，界線處發(fā)育巖性過渡帶。

圖2　花崗閃長(zhǎng)巖(γδ)侵入石英閃長(zhǎng)巖(δo)在侵入界線處的巖性過渡帶圖Fig.2　Granodiorite intrude into quartz diorite

1.2巖相學(xué)特征

顯微鏡下觀察，二長(zhǎng)花崗巖主要礦物為鉀長(zhǎng)石(35%)、斜長(zhǎng)石(25%)、石英(25%)，其次有角閃石(10%)和黑云母(5%)，其中斜長(zhǎng)石呈半自形-自形，發(fā)育環(huán)帶(圖3a)，具有波狀消光現(xiàn)象?；◢忛W長(zhǎng)巖主要礦物為斜長(zhǎng)石(40%)、石英(30%)、黑云母(10%)，次要礦物為角閃石(8%)和鉀長(zhǎng)石(3%)，其中斜長(zhǎng)石發(fā)育環(huán)帶且具消光紋彎曲現(xiàn)象(圖3b、圖3c)，分為明顯的核部和邊部，核部蝕變嚴(yán)重，邊部較干凈。石英閃長(zhǎng)巖主要礦物為斜長(zhǎng)石(45%)、角閃石(18%)、石英(12%)、鉀長(zhǎng)石(10%)，次要礦物為黑云母(8%)，部分斜長(zhǎng)石核部蝕變明顯而邊部具有清晰的鑲邊(圖3d)。包體為黑色，主要礦物為斜長(zhǎng)石(35%)、石英(30%)、角閃石(18%)和黑云母(12%)，包體中斜長(zhǎng)石具有4種類型(圖3e、圖3f、圖3g、圖3h)。

Pl.斜長(zhǎng)石；Q.石英；Hb.角閃石；Bi.黑云母圖3　香日德水文站巖體中的斜長(zhǎng)石鏡下照片F(xiàn)ig. 3　Plagioclase microscope photoes from Xiangride hydrometric station intrusive body

2　斜長(zhǎng)石礦物化學(xué)特征

本次研究在香日德水文站的12個(gè)點(diǎn)采集了巖石樣品(圖1)，在各樣品點(diǎn)同時(shí)采集了代表性暗色微粒包體樣品。

本文中斜長(zhǎng)石、角閃石主量元素電子探針射線顯微分析在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。所用儀器為日本電子公司生產(chǎn)的JEOL-JXA-8100電子探針分析儀。分析元素包括Mg、Al、Si、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Ni。所采用的標(biāo)樣來自美國(guó)SP公司。對(duì)所有標(biāo)樣用常規(guī)方法，采用測(cè)試條件如下：加速電壓15 kV，探針電流20 nA，電子束直徑5μm。

2.1斜長(zhǎng)石成分歸類

包體中的斜長(zhǎng)石主量元素見表1，巖體中的斜長(zhǎng)石主量元素見表2，巖體中斜長(zhǎng)石An-Ab-Or圖解(圖4)見表3。由表1和表2可知，包體中斜長(zhǎng)石為中長(zhǎng)石-倍長(zhǎng)石，牌號(hào)主要為40～80，但是An45～55占大多數(shù)，為中基性斜長(zhǎng)石，以基性為主。巖體中二長(zhǎng)花崗巖中斜長(zhǎng)石以更長(zhǎng)石-中長(zhǎng)石為主，牌號(hào)主要為19～35，為中酸性斜長(zhǎng)石；花崗閃長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石為更長(zhǎng)石-中長(zhǎng)石，以中長(zhǎng)石為主，正環(huán)帶斜長(zhǎng)石牌號(hào)為32～51，韻律環(huán)帶斜長(zhǎng)石牌號(hào)為21～39，無環(huán)帶斜長(zhǎng)石主要為42～53，總體以中性斜長(zhǎng)石為主；石英閃長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石為中長(zhǎng)石-拉長(zhǎng)石，牌號(hào)主要為40～50，個(gè)別達(dá)An80以上，為中基性斜長(zhǎng)石(圖3)。

2.2包體中斜長(zhǎng)石特征

包體中斜長(zhǎng)石具有如下特征(表1)：①包裹在黑云母中的斜長(zhǎng)石SiO2含量為56%～58%，牌號(hào)為46～48。②發(fā)育聚片雙晶的斜長(zhǎng)石牌號(hào)為43～48。③發(fā)育凈邊斜長(zhǎng)石：晶體由核部、過渡帶和凈邊構(gòu)成，界線較清晰，核部粒徑約為0.1 mm×0.2 mm，過渡帶寬度約0.15 mm，凈邊0.05～0.3 mm，牌號(hào)為45～74。包體中部分斜長(zhǎng)石牌號(hào)與花崗閃長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石類似(表1、表2)，部分差別較大，花崗閃長(zhǎng)巖中也有斜長(zhǎng)石與包體中斜長(zhǎng)石牌號(hào)成分相似(圖5)，這說明包體的形成與演化過程可能與巖體有著密切的關(guān)系(表1，圖5)。

包體石英閃長(zhǎng)巖花崗閃長(zhǎng)巖二長(zhǎng)花崗巖圖4　香日德水文站巖體斜長(zhǎng)石An-Ab-Or圖解Fig. 4　Plagioclases An-Ab-Or diagram of Xiangride Hydrometric Station Intrusive Body

2.3巖體中斜長(zhǎng)石特征

圖5　石英閃長(zhǎng)巖包體(dl02-8)與花崗閃長(zhǎng)巖(dl07-1)斜長(zhǎng)石牌號(hào)比較圖Fig.5　Comparison of plagioclase An% between quartz diorite and granodiorite from enclave

表1　包體中斜長(zhǎng)石的主量元素(%)數(shù)據(jù)及其An、Ab、Or成分表

注：“Si、Al、Ca、Na、K”的單位為斜長(zhǎng)石分子式中該元素的含量。

二長(zhǎng)花崗巖(dl02-9)中的斜長(zhǎng)石：發(fā)育2組雁列狀裂紋，裂紋空隙被微粒暗色礦物填充。斜長(zhǎng)石An變化不大，大部分保持在酸性水平(25～30)，核部和邊部含量小于25， SiO2含量變化不大，外側(cè)略有波動(dòng)(圖6)。

花崗閃長(zhǎng)巖中的斜長(zhǎng)石發(fā)育韻律環(huán)帶(dl07-1)和正環(huán)帶(dl01-1)。韻律環(huán)帶斜長(zhǎng)石(dl07-1)An%為20.4%～38.9%，表現(xiàn)為中性-酸性斜長(zhǎng)石的波動(dòng)；正環(huán)帶斜長(zhǎng)石(dl01-1)核部An%可達(dá)51.11%，邊部為30%～40%(圖7)。

圖6　二長(zhǎng)花崗巖(dl02-9)斜長(zhǎng)石從核部到邊部牌號(hào)變化趨勢(shì)圖Fig.6　Plagioclase number change from core to rim from monzonitic granite

圖7　花崗閃長(zhǎng)巖(dl01-1)斜長(zhǎng)石從核部到邊部牌號(hào)變化圖

石英閃長(zhǎng)巖(dl16-4)中的斜長(zhǎng)石可分為核部、過渡帶和邊部。核部牌號(hào)較高(可達(dá)86)，這種高An含量的斜長(zhǎng)石成因不可能是簡(jiǎn)單的熱力學(xué)原因，必然與動(dòng)力學(xué)因素相關(guān)，(M.L Stewart et al., 2001)指示巖漿的運(yùn)移和混合作用。邊部斜長(zhǎng)石An含量降低，是長(zhǎng)英質(zhì)巖漿侵入鎂鐵質(zhì)巖漿的結(jié)果。過渡帶和邊部牌號(hào)較低(45～50)，表現(xiàn)出正環(huán)帶的特征(圖8)。

圖8　石英閃長(zhǎng)巖(dl16-4)斜長(zhǎng)石從核部到邊部牌號(hào)變化圖Fig. 8　Plagioclase number change from core to rim from quartz diorite

2.4巖體中斜長(zhǎng)石環(huán)帶的成因

對(duì)巖體中斜長(zhǎng)石各元素進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)(表1、表2)，Al3+Si4+和Ca2+Na+的負(fù)線形關(guān)系非常明顯(圖9)，說明Ca2+Na+，Al3+Si4+交代作用影響斜長(zhǎng)石結(jié)晶的化學(xué)成分，從而影響了斜長(zhǎng)石環(huán)帶的形成。Fe3+Si4+交代作用對(duì)斜長(zhǎng)石環(huán)帶的貢獻(xiàn)要小于Ca2+Na+和Al3+Si4+。另外，斜長(zhǎng)石環(huán)帶形成的宏觀因素為鎂鐵質(zhì)巖漿周期性注入長(zhǎng)英質(zhì)巖漿導(dǎo)致An出現(xiàn)峰值(ORHAN KARSLI et al.，2004)。

2.5斜長(zhǎng)石-角閃石溫壓計(jì)

選取香日德水文站巖體中花崗閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖和包體進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表3、表4。溫度計(jì)的計(jì)算采用如下公式：

(Holland T et al.，1994)

壓力計(jì)的計(jì)算采用如下公式：

P[±0.5kbar]=4.23AlT-3.46

(JOHNSON M C et al., 1989)

圖9　香日德水文站巖體中斜長(zhǎng)石交代機(jī)制圖解Fig. 9　Metasomatic replacement mechanism of plagioclase from Xiangride hydrological station intrusive body

根據(jù)以上溫度計(jì)、壓力計(jì)算公式及表3、表4數(shù)據(jù)，可以計(jì)算礦物結(jié)晶溫度和壓力，計(jì)算結(jié)果見表3。以壓力值為基礎(chǔ)，根據(jù)上覆巖石密度就可以計(jì)算巖體結(jié)晶時(shí)的深度 (SCHMIDT,1992) (MAXW SCHMIDT, 1992; 龔松林，2005)，其中地殼密度選取3.0g/m3，計(jì)算結(jié)果見表4和圖10，由結(jié)果可知石英閃長(zhǎng)巖和包體中礦物結(jié)晶深度相當(dāng)，平均值約12km，而花崗閃長(zhǎng)巖中礦物的結(jié)晶深度要相對(duì)偏小，平均值約為9 km。

3　剝蝕速率、隆升速率研究

在計(jì)算出巖漿侵位深度的基礎(chǔ)上，結(jié)合巖體的年齡，可以計(jì)算出研究區(qū)的剝蝕速率(龔松林，2004)(表5)。青藏高原構(gòu)造隆升是在青藏特提斯經(jīng)過開合演化形成鑲嵌的歐亞大陸之后，由下地殼層流作用引起盆山作用和圈層耦合，形成青藏高原現(xiàn)在的格局(李德威，2003)。結(jié)合前人對(duì)青藏高原隆升時(shí)限的研究，最晚到20Ma，青藏高原平均海拔不高于0.6km(李德威，2003)，以下2個(gè)基準(zhǔn)估算青藏高原20Ma以來和3.6Ma以來平均隆升速率：①青藏高原20Ma開始隆升時(shí)平均海拔為600m。②青藏高原3.6Ma開始隆升時(shí)平均海拔為1 000m。

圖10　巖體侵位深度示意圖Fig.10　Crystallization depths of the magma

注：“Si、Al、Ca、Na、K”單位為斜長(zhǎng)石分子式中該元素的含量。

表4　斜長(zhǎng)石-角閃石溫壓計(jì)中角閃石主量元素(%)數(shù)據(jù)表及計(jì)算結(jié)果表

續(xù)表4

注：Si～K表示角閃石分子式中原子個(gè)數(shù)，TOTAL為分子式原子總數(shù)，TA1為A1IV和A1VI之和。

表5　香日德水文站巖體剝蝕速度及隆升速度表

假設(shè)巖體年齡為g，巖體初始結(jié)晶深度為h，巖體采樣位置現(xiàn)在的海拔為a，剝蝕速率為v剝蝕，隆升速率為v隆升，便可得出公式如下：

v剝蝕=h/g

v隆升=(h+a-0.6km)/20Ma

或者v隆升=(h+a-1km)/3.6Ma

以花崗閃長(zhǎng)巖采樣點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)，其海拔為2 900m，由此計(jì)算得出，香日德水文站一帶自242Ma以來地表剝蝕速率為0.038 8mm/a，20Ma以來隆升速率為0.585mm/a，3.6Ma以來隆升速率為3.14mm/a。

4　討論

較多同行對(duì)花崗巖暗色微粒包體進(jìn)行研究，其成因趨向于深源物質(zhì)在巖漿混合過程中的殘留(圖11c)。例如，花崗巖中暗色微粒包體是在伸展的大地構(gòu)造背景下，上涌的幔源基性巖漿及其誘發(fā)的長(zhǎng)英質(zhì)酸性巖漿混合的產(chǎn)物(付建明，2006；付強(qiáng)，2011)等觀點(diǎn)。根據(jù)筆者研究，以包體為代表的深源鎂鐵質(zhì)巖漿成分作為一個(gè)端元，則必然存在鎂鐵質(zhì)巖漿侵入上地殼的過程(圖11a)，并導(dǎo)致上地殼物質(zhì)發(fā)生熔融，形成二長(zhǎng)花崗巖為代表的長(zhǎng)英質(zhì)端元(圖11b)，從包體→石英閃長(zhǎng)巖→花崗閃長(zhǎng)巖→二長(zhǎng)花崗巖系列中，斜長(zhǎng)石牌號(hào)依次減小，從基性斜長(zhǎng)石變化為酸性斜長(zhǎng)石，斜長(zhǎng)石礦物成分的分異支持了2個(gè)端元的觀點(diǎn)。

斜長(zhǎng)石環(huán)帶成因?yàn)殒V鐵質(zhì)巖侵入長(zhǎng)英質(zhì)巖漿的結(jié)果，韻律環(huán)帶是鎂鐵質(zhì)巖漿周期性注入長(zhǎng)英質(zhì)巖漿的結(jié)果(ORHAN KARSLI et al., 2004)，基性環(huán)帶代表了鎂鐵質(zhì)巖漿的活動(dòng)。石英閃長(zhǎng)巖中的正環(huán)帶、花崗閃長(zhǎng)巖中的正環(huán)帶、韻律環(huán)帶代表了巖漿的多次混合過程，有花崗閃長(zhǎng)巖侵入石英閃長(zhǎng)巖的野外證據(jù)，侵入界線處有巖性過渡帶(圖2)。說明巖漿侵位時(shí)2個(gè)巖漿并未完全結(jié)晶，此過程既包含了巖漿侵位的過程，又有巖漿混合的性質(zhì)。此外，包體中斜長(zhǎng)石牌號(hào)可達(dá)75，如此高的牌號(hào)不是簡(jiǎn)單結(jié)晶產(chǎn)出，而是與巖漿動(dòng)力學(xué)有關(guān)(M.L STEWART et al., 2001)，即與巖漿的侵位有關(guān)。因此，該巖體的演化過程不是簡(jiǎn)單的侵位結(jié)晶，而是交替侵位、多次混合的過程(圖11d)。

圖11　香日德水文站巖體的交替侵位、多次混合運(yùn)動(dòng)模式圖Fig.11　Alternative emplacement and repeated mix model of Xiangride hydrological station intrusive body

5　結(jié)論

(1) 香日德水文站巖體可以把包體→石英閃長(zhǎng)

巖→花崗閃長(zhǎng)巖→二長(zhǎng)花崗巖看作是從鎂鐵質(zhì)端元→長(zhǎng)英質(zhì)端元系列，是巖漿演化的結(jié)果。

(2) 香日德巖漿巖系列的混合模式不是簡(jiǎn)單的侵位混合，基性巖漿侵位到酸性巖漿中，而是不同端元巖漿交替侵位、多次混合的過程。

(3) 香日德水文站巖體中斜長(zhǎng)石環(huán)帶是由Ca2+Na+, Al3+Si4+的強(qiáng)交代作用和Fe3+Si4+的弱交代作用支配的。自242Ma以來地表剝蝕速率為0.04mm/a，20Ma以來隆升速率為0.6mm/a，3.6Ma以來隆升速率為3.1mm/a。

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Features and Geological Significance of the Plagioclases from the Intrusive Body in Xiangride Hydrological Station, Qinghai

SHI Hongfeng1, DONG Changchun1, XU Yanqi2

(1.Nanjing Center of China Geological Survey, Nanjing 210016, Jiangsu, China; 2.Geological Survey of Jiangsu Province, Nanjing 210018, Jiangsu, China)

With mafic enclave developed, the intermediate-acidic magmatic rocks are widely distributed in Xiangride area, Qinghai province. They have high content of plagioclase, in which plagioclase zoning texture is common. Based on the field geological investigation and petrography study, the technology of EMPA is used to study the different types of plagioclases and the zoning texture of intrusive body in Xiangride Hydrometric Station for retrieving the magma evolution process, and then the genesis of plagioclase zoning has been discussed. The results show that the plagioclases have normal zoning and oscillation zoning textures. And the mineral crystallization depths of quartz diorite and enclave are both mainly 12km, whereas the granodiorite is 9km. The erosion velocity based on crystallization depths is 0.04km/Ma, and the uplift velocity during 20Ma is 0.6km/Ma with 3.0km/Ma during 3.6Ma. Besides, the zoning of plagioclase is caused by strong metasomatic replacement of Ca2+Na+, Al3+Si4+and weak metasomatic replacement of Fe3+Si4+. It is concluded that the evolution of these rocks from the Xiangride Hydrometric Station is not a simple emplacement mechanism, but the alternative emplacement and repeated mix of mafic magma and felsic magma.

intrusive body in Xiangride hydrological station; plagioclase; geological significance; Eastern Kunlun

2015-03-10；

2015-06-11

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局計(jì)劃項(xiàng)目“青藏高原大陸動(dòng)力學(xué)及資源環(huán)境效應(yīng)之工作13”(1212010918002)

史洪峰(1986-)，男，山東省淄博市人，助理工程師，碩士，在南京地質(zhì)調(diào)查中心從事地質(zhì)礦產(chǎn)工作。E-mail:Shihongfeng@outlook.com

P575.1

A

1009-6248(2016)01-0109-12