京西海坨山巖體的期次劃分、成因類型及構(gòu)造環(huán)境

趙忠海

(北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局,北京 100195)

京西海坨山巖體的期次劃分、成因類型及構(gòu)造環(huán)境

趙忠海

(北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局,北京 100195)

海坨山巖體位于北京市延慶區(qū)與河北省懷來縣的交界處,為一大型復式深成巖基,前人研究工作程度較低。在1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作的基礎(chǔ)上,對該巖體進行了巖性、巖相及侵入期次劃分,并對其成因類型和形成環(huán)境進行了研究和探討。結(jié)果表明,海坨山巖體的主要巖性為石英二長巖、二長花崗巖以及花崗巖,分三個期次侵入,總體屬鈣堿性系列的中—酸性巖,具有K、Rb、Ba及輕稀土元素相對富集,Zr、Yb、Y及重稀土元素相對虧損等特點,其成因類型屬幔、殼混源的I型花崗巖,形成環(huán)境應為活動性大陸邊緣的造山帶環(huán)境,巖漿活動發(fā)生于晚造山期。

海坨山巖體;巖性;巖相;侵入期次;I型花崗巖;造山帶;晚造山期

圖1 海坨山巖體區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造略圖Fig.1 Regional geological tectonic sketch of Haituoshan pluton1.第四系;2.侏羅系;3.薊縣系;4.長城系;5.太古界;6.花崗巖體;7.地質(zhì)界線;8.角度不整合;9.斷層;10.推測斷層;11.斷裂帶。

海坨山巖體位于北京的西北部,地處北京市延慶區(qū)與河北省懷來縣的交界處,平面分布近橢圓形,其出露面積約400 km2。關(guān)于海坨山巖體,前人研究工作程度較低,只是將其作為單一的花崗巖侵入體,認為其形成于中生代晚侏羅世[1],而對其成因類型及形成環(huán)境并沒有進行深入的研究。本次工作發(fā)現(xiàn)該巖體為一大型復式深成巖基,其巖性、結(jié)構(gòu)變化較大,故本文在1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查(延慶幅、靳家堡幅)工作基礎(chǔ)上,對該巖體進行了巖性、巖相及侵入期次劃分,并對其成因類型和形成環(huán)境進行了研究和探討。對于重新認識該巖體以及研究華北地區(qū)中生代的構(gòu)造巖漿活動具有重要的意義。

1 地質(zhì)背景

海坨山巖體分布于北京市延慶區(qū)張山營、佛峪口、東門營、西大莊科以及河北省懷來縣狼山、東黑山口、大海坨、三間房一帶,地處延懷盆地中部,在區(qū)域構(gòu)造上位于山西地塹系NEE向展布的晉冀北張性區(qū)東北端與NW向展布的張家口—蓬萊斷裂帶的復合、交匯部位[2],出露面積約400 km2,平面上呈一長軸方向近NNE向的橢圓形分布,受區(qū)域斷裂構(gòu)造大河南—大海坨斷裂帶及蔚縣—延慶斷裂帶控制明顯。該巖體西側(cè)與太古界變質(zhì)巖及元古界長城系侵入接觸,北、東側(cè)與元古界薊縣系及中生界晚侏羅系侵入接觸,南側(cè)為新生界第四系覆蓋(圖1)。沿接觸帶可見礦化蝕變及矽卡巖化、大理巖化等接觸變質(zhì)現(xiàn)象。巖體中常見變質(zhì)巖、沉積巖捕虜體及暗色的基性斜長角閃巖和中性閃長巖包體,脈巖比較發(fā)育,主要為基性的輝綠玢巖、中性的閃長玢巖以及酸性的正長斑巖、霏細斑巖等。

2 期次劃分

海坨山巖體在產(chǎn)狀上為一大型復式深成巖基,其主要巖性可劃分為石英二長巖、二長花崗巖和花崗巖。其中石英二長巖主要分布于海坨山巖體北部的魚兒場溝—三間房一帶,出露面積約50 km2。根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)及巖石中暗色礦物的變化,石英二長巖又可進一步細分為細粒含黑云母石英二長巖及中粒含角閃石石英二長巖,二者間呈不明顯的漸變接觸關(guān)系;二長花崗巖主要分布于海坨山巖體南部的狼山—大青山以及中部的金家口—蘭角溝一帶,出露面積約260 km2,根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)的變化,二長花崗巖又可進一步細分為中細粒二長花崗巖及中粒似斑狀二長花崗巖,二者間呈不明顯的漸變接觸關(guān)系;花崗巖主要分布于海坨山巖體偏北部的西大莊科—海坨山一帶,出露面積約90 km2。根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)及巖石中暗色礦物的變化,花崗巖又可進一步細分為細粒含黑云母花崗巖及中粒含角閃石花崗巖,二者間呈不明顯的漸變接觸關(guān)系(圖2)。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn),石英二長巖、二長花崗巖和花崗巖之間呈明顯的侵入接觸關(guān)系,是不同演化階段的巖漿分三次侵入活動的結(jié)果。根據(jù)其相互之間的接觸關(guān)系來看,侵入次序由早至晚依次為石英二長巖—二長花崗巖—花崗巖。又根據(jù)其各自結(jié)構(gòu)的變化,分別進行了巖相劃分,劃分出邊緣相和內(nèi)部相(表1)。

3 巖體特征

3.1 地質(zhì)特征

海坨山巖體的主要巖性為石英二長巖、二長花崗巖和花崗巖,巖石風化蝕變比較強烈。其中石英二長巖為灰白色,中—細粒狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要由鉀長石(45%～50%)、斜長石(30%～35%)、石英(7%～10%)以及角閃石(3%～5%)和黑云母(3%～5%)組成,副礦物主要為磷灰石及榍石;二長花崗巖為灰白色—黃灰色,中細粒狀—似斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要由鉀長石(30%～35%)、斜長石(25%～35%)、石英(25%～30%)以及角閃石(3%～5%)和黑云母(3%～5%)組成,副礦物主要為磷灰石及磁鐵礦;花崗巖為灰白色—淺肉紅色,中—細粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要由鉀長石(50%～55%)、斜長石(10%～20%)、石英(25%～30%)以及角閃石(2%～3%)和黑云母(2%～4%)組成,副礦物主要為磷灰石及磁鐵礦。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn),石英二長巖、二長花崗巖和花崗巖之間呈明顯的侵入接觸關(guān)系,在蘭角溝—西大莊科一帶,見中細粒二長花崗巖侵入于細粒含黑云母石英二長巖中,沿二者接觸帶,中細粒二長花崗巖中發(fā)育有0.1～0.5 m的冷凝邊(圖3);在大嶺子—黑龍?zhí)稖弦粠?見中粒含角閃石花崗巖侵入于中粒似斑狀二長花崗巖中,在含角閃石花崗巖中見二長花崗巖捕虜體(圖4)。

圖2 海坨山巖體巖性與侵入期次劃分Fig.2 Lithology and intrusive period division of Haituoshan pluton1.第四系;2.侏羅系;3.薊縣系;4.長城系;5.太古界;6.地質(zhì)界線;7.角度不整合界線;8.巖相界線;9.斷層;10.細粒含黑云母花崗巖;11.中粒含角閃石花崗巖;12.中細粒二長花崗巖;13.中粒似斑狀二長花崗巖;14.細粒含黑云母石英二長巖;15.中粒含角閃石石英二長巖;16.巖性及侵入期次。表1 海坨山巖體侵入期次及巖相劃分Table 1 Intrusive period and lithofacies division of Haituoshan pluton

期次侵入階段巖相帶巖石類型巖石代號產(chǎn)狀主侵入期第三階段第二階段第一階段內(nèi)部相中粒含角閃石花崗巖γ3-3a5巖株邊緣相細粒含黑云母花崗巖γ3-3b5巖株內(nèi)部相中粒似斑狀二長花崗巖ηγ3-2a5巖基邊緣相中細粒二長花崗巖ηγ3-2b5環(huán)帶狀內(nèi)部相中粒含角閃石石英二長巖ηo3-1a5小巖株邊緣相細粒含黑云母石英二長巖ηo3-1b5環(huán)帶狀附加侵入期脈巖相輝綠玢巖βμ脈狀閃長玢巖δμ脈狀正長斑巖ξπ脈狀霏細斑巖μπ小巖株

圖3 二長花崗巖與石英二長巖接觸關(guān)系素描圖Fig.3 Sketch of the contact relation between monzonitic granite and quartz monzonite①.細粒含黑云母石英二長巖;②.中細粒二長花崗巖;③.冷凝邊。

圖4 花崗巖與二長花崗巖接觸關(guān)系素描圖Fig.4 Sketch of the contact relation between granite and monzonitic granite ①.中粒似斑狀二長花崗巖;②.中粒含角閃石花崗巖。

3.2 地球化學特征

本次工作在海坨山巖體中分別采集石英二長巖、二長花崗巖和花崗巖新鮮樣品各2件用于主量、稀土和微量元素地球化學分析,樣品測試在原地質(zhì)礦產(chǎn)部北京市中心實驗室測試完成,其中主量元素采用等離子發(fā)射光譜儀分析,除SiO2采用堿熔法測定外,其它氧化物均采用酸溶法測定,分析精度優(yōu)于2%;稀土和微量元素采用質(zhì)譜儀和X熒光光譜儀分析,分析精度優(yōu)于3%。

3.2.1 主量元素地球化學特征

海坨山巖體的巖石化學特征見表2。從表2中可以看出,該巖體SiO2含量為64.28%～74.60%,屬中—酸性巖;Na2O+K2O含量為7.92%～9.19%,在TAS圖解[3]中均投影至石英二長巖—花崗巖區(qū)域內(nèi)且在堿性—亞堿性系列分界線下方(圖5),屬亞堿性系列花崗巖;Al2O3含量12.74%～15.92%,鋁飽和指數(shù)A/CNK為1.00～1.09,平均1.04,A/CNK>1.0而<1.1,屬弱過鋁質(zhì)花崗巖;里特曼組合指數(shù)δ值為2.16～3.28,均<4,K2O/Na2O的值為0.92～1.03,平均0.97,巖石相對富鈉貧鉀,屬太平洋型鈣堿性系列巖石;巖石分異指數(shù)DI值為79.8～96.6,巖石固結(jié)指數(shù)SI值為0.54～7.40,巖石長英指數(shù)FL值為79.7～96.7,表明其巖漿在演化過程中經(jīng)歷了較好的結(jié)晶分異作用?？傮w看來,該巖體巖漿具有富硅、鋁、堿而貧鈣、鐵、鎂的特點,且由早至晚,體現(xiàn)出SiO2由低至高,Al2O3、MgO、CaO及Fe2O3+FeO由高至低,Na2O+K2O變化不明顯的演化趨勢。

圖5 海坨山巖體TAS圖解Fig.5 Diagram of TAS for Haituoshan pluton

3.2.2 稀土和微量元素地球化學特征

海坨山巖體的稀土和微量元素特征見表3。從表3中可以看出,該巖體稀土元素總量中等偏低,∑REE為141.7×10-6～247.9×10-6,其中∑LREE為125.7×10-6～225.6×10-6,∑HREE為16.0×10-6～27.9×10-6,LR/HR值為7.03～10.1,La/Yb值為40.2～61.6,表明該巖體輕、重稀土分異明顯,LREE 較HREE相對富集。依據(jù)赫爾曼提出的以稀土元素未發(fā)生分餾的球粒隕石的Sm/Nd值判斷稀土元素虧損(Sm/Nd>0.333)和富集(Sm/Nd<0.333)的標準,海坨山巖體的Sm/Nd值為0.16～0.21,均<0.333,屬LREE富集型[4]。在稀土元素球粒隕石標準化[5]分布圖上(圖6),海坨山巖體的分布曲線總體呈右傾型,表明輕、重稀土分異明顯。 Eu左側(cè)的曲線陡傾,Eu右側(cè)的曲線平緩,表明輕稀土的分異程度高于重稀土。La/Sm值為8.6～20.1,Gd/Yb值為1.57～3.91,表明輕稀土元素之間的分異程度大,而重稀土元素之間的分異程度相對較小,這與稀土元素分布曲線的意義一致。

表2 海坨山巖體化學成分特征表Table 2 Chemical compositions of Haituoshan pluton

表3 海坨山巖體稀土和微量元素特征表Table 3 Characteristics of REE and trace element of Haituoshan pluton

圖6 海坨山巖體稀土元素球粒隕石標準分布圖Fig.6 Chondrite-normalized REE distribution of Haituoshan pluton

δEu為0.30～0.74,屬中等—強銪負異常。

海坨山巖體的微量元素以相對富集K、Rb、Ba、Th、Hf,相對虧損Zr、Yb、Y、Cr、Ni等元素為特征。在原始地幔標準化[6]微量元素蛛網(wǎng)圖上(圖7),該巖體的分布曲線總體右傾,巖石中的Rb、Th、K、La、Nd、Hf等元素明顯富集,Nb、 Sr、P、Ti等元素明顯虧損,Ba、U、Ta、Ce、Zr等元素無明顯富集或虧損趨勢。

與維氏同類巖石的平均值相比,海坨山巖體石英二長巖中Ba、Th、U、Ta、Hf等元素相對富集,Sr、Nb、Ni等元素相對虧損,Rb、Zr、Cr等元素相近;二長花崗巖中Ba、Sr、Th等元素相對富集,Rb、Th、U、Ni、Nb等元素相對虧損,Ta、Zr、Cr等元素相近;花崗巖中Nb、Hf等元素相對富集,Sr、Ba、U、Ta、Ni等元素相對虧損,Rb、Zr、Cr等元素相近。

圖7 海坨山巖體微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖Fig.7 Primitive mantle-normalized spider diagram of Haituoshan pluton

由“石英二長巖—二長花崗巖—花崗巖”,巖石中微量元素呈現(xiàn)出Rb、Nb含量增高,Sr、Ba、Ti、Cr、Th、Ni含量降低的趨勢。

4 成因類型

關(guān)于花崗巖成因類型的劃分,不同學者通過對不同地區(qū)花崗巖的研究,從不同角度提出了各自的分類方案。其中以Chappell和White(1974)提出的I型和S型花崗巖以及Ishihara(1979)提出的磁鐵礦系列和鈦鐵礦系列花崗巖分類方案較有代表性。此外,Collins等(1982)劃分出的產(chǎn)于非造山環(huán)境相對不含水的堿性的A型花崗巖以及Pitcher(1983)劃分出的產(chǎn)于蛇綠巖套中的M型花崗巖等,均進一步推進了花崗巖成因研究方面的工作。由于花崗巖是涉及到不同源巖的幾種巖石形成作用過程末期的產(chǎn)物,而每種源巖和巖石形成作用都與特定的構(gòu)造環(huán)境有關(guān),故研究花崗巖成因類型,有助于分析其形成時的構(gòu)造環(huán)境。

目前,確定花崗巖的成因類型主要是依據(jù)各種地球化學參數(shù)或圖解。由于不同的參數(shù)或圖解僅能代表一兩個不同的變量,應用不同的參數(shù)或圖解,有時會得出不一致甚至互相矛盾的結(jié)論。故研究花崗巖成因類型,除了依據(jù)各種地球化學參數(shù)或圖解外,還應綜合考慮巖石組合、巖體產(chǎn)狀以及包體類型等。本文在綜合分析海坨山巖體的地質(zhì)特征、巖石特征、巖石化學特征以及巖石地球化學特征的基礎(chǔ)上,認為該巖體成因類型總體屬于I型,但由早至晚,巖漿中殼源組分逐漸增多。主要依據(jù)如下:

(1) 海坨山巖體的產(chǎn)狀為平面近橢圓形的大型多期復式巖基,這是I型或S型花崗巖的典型特征,與A型花崗巖通常呈多期中心式破火山口雜巖的產(chǎn)狀特征有較大不同[7]。

(2) 海坨山巖體的主要巖性組合為“石英二長巖—二長花崗巖—正長花崗巖”,與I型花崗巖的巖石組合特征相一致。而S型花崗巖的巖石組合通常是“二長花崗巖—正長花崗巖”,A型花崗巖的巖石組合通常是“堿性花崗巖—堿性正長巖”[8]。

(3) 海坨山巖體相對富硅、富鋁、富堿而貧鈣、貧鐵、貧鎂,里特曼指數(shù)δ為2.16～3.28,均<3.3;鋁飽和指數(shù)A/CNK為1.00～1.09,均<1.1;Fe2O3/FeO值為0.70～3.16,均>0.4;巖石分異指數(shù)DI為79.8～96.6,結(jié)晶分異程度較高。這與I型花崗巖特征比較一致[9]。

(4) 海坨山巖體稀土元素的總量中等偏低,稀土分布曲線表現(xiàn)為左高右平的右傾型曲線,石英二長巖與二長花崗巖的銪負異常中等偏弱,在稀土分布曲線上幾乎沒有“銪谷”;花崗巖的銪負異常比較強烈,在稀土分布曲線上表現(xiàn)為很深的“銪谷”,表明海坨山巖體的巖漿具有幔、殼混源的特征,且由早至晚,殼源組分逐漸增多[10]。

(5) 海坨山巖體相對富集Rb、Ba、Th、K、La、Nd、Hf,虧損Sr、 Nb、 P、Ti等元素,符合Ⅰ型花崗巖的特點,巖石普遍具Th/Hf(0.92～2.66)、Yb/Hf(0.06～0.39)較低,Ba/La(2.33～31.57)較高的特征,表明其巖漿除幔源成分外,同時還有陸殼物質(zhì)的摻入[11]。早期巖體Cr、Ni含量較高,表明其巖漿起源深,后期Cr、Ni的含量逐漸降低,表明其巖漿起源深度逐漸變淺[12]。此外,巖石中Zr/Hf為7.8～27.6,Nb/Ta為4.2～19.7,介于地幔與地殼的均值之間[13]。

(6) 在判斷花崗巖成因類型的SiO2-Zr圖解[14]和Fe2O3-FeO圖解[15]中,海坨山巖體均投影于I型花崗巖區(qū)內(nèi)(圖8、圖9);在ACF圖解[16]中,海坨山巖體中的石英二長巖和二長花崗巖均投影于I型花崗巖區(qū)內(nèi),花崗巖則投影于I型與S型花崗巖區(qū)分界線附近(圖10)。

故綜上所述,本文認為海坨山巖體的成因類型為I型花崗巖,且由早至晚,巖漿中殼源組分逐漸增多。

5 構(gòu)造環(huán)境

不同成因系列的巖漿巖產(chǎn)出于不同的構(gòu)造環(huán)境,與板塊構(gòu)造關(guān)系密切。Maniar and Piccoli(1987)利用花崗巖類巖石、礦物學特征和主量元素化學特征將花崗巖類形成的構(gòu)造環(huán)境劃分為造山和非造山兩大類,造山環(huán)境花崗巖又分為島弧、大陸弧、大陸碰撞和造山期后花崗巖等4種環(huán)境類型;非造山環(huán)境花崗巖可能與裂谷有關(guān),也可能與大陸造陸上升有關(guān),還包括大洋斜長花崗巖[17]。海坨山巖體在lgσ-lgτ圖解[18]中(圖11),均投影于造山帶環(huán)境(島弧與活動大陸邊緣)區(qū)內(nèi),但巖石中K2O的含量值為3.84%～4.49%,平均為4.13%,遠高于島弧環(huán)境火山巖K2O的含量(平均為1.6%),而與活動大陸邊緣環(huán)境火山巖K2O的含量(平均為3.25%)比較接近,按照Jakes等人(1972)的觀點,其形成環(huán)境應為活動大陸邊緣環(huán)境[19];又由于其在R1-R2多陽離子參數(shù)構(gòu)造環(huán)境判別圖[20]中均投影于晚造山期花崗巖區(qū)(圖12),故本文認為該巖體形成于造山帶之活動陸緣環(huán)境,其巖漿活動發(fā)生于晚造山期,巖漿以幔、殼混源為主,且由早至晚,巖漿中殼源組分逐漸增多[21]。

圖8 海坨山巖體SiO2-Zr圖Fig.8 SiO2-Zr diagram of Haituoshan pluton

圖9 海坨山巖體Fe2O3-FeO圖Fig.9 Fe2O3-FeO diagram of Haituoshan pluton

圖10 海坨山巖體ACF圖Fig.10 ACF diagram of Haituoshan pluton

圖11 海坨山巖體lgσ-lgτ構(gòu)造環(huán)境判別圖Fig.11 Lgσ-lgτ discrimination diagram for the tectonic environment of Haituoshan pluton

圖12 海坨山巖體R1-R2構(gòu)造環(huán)境判別圖Fig.12 R1-R2 discrimination diagram for the tectonic environment of Haituoshan pluton

6 結(jié)論

本文在1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作基礎(chǔ)上,對海坨山巖體進行了巖性、巖相及侵入期次劃分,將該巖體劃分為石英二長巖、二長花崗巖和花崗巖,并根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)及暗色礦物等變化特征,進一步劃分出了邊緣相和內(nèi)部相。根據(jù)石英二長巖、二長花崗巖和花崗巖相互之間的接觸關(guān)系,將海坨山巖體劃分為三個主要侵入階段,由早至晚依次為:石英二長巖—二長花崗巖—花崗巖。通過對海坨山巖體地質(zhì)特征及地球化學特征等綜合分析后認為,該巖體的成因類型主要為幔、殼混源巖漿形成的I型花崗巖,其形成環(huán)境為造山帶之活動陸緣環(huán)境,其巖漿活動發(fā)生于晚造山期。

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(責任編輯：于繼紅)

Intrusive Stages Division,Genetic Types and Tectonic Setting ofHaituoshan Pluton in Western Beijing

ZHAO Zhonghai

(BeijingGeologicalMineralExplorationandDevelopmentBureau,Beijing100195)

The Haituoshan pluton is located in the junction between Yanqing District of Beijing and Huailai County of Hebei Province. It is a large composite plutonic batholith,of which the previous research work level was relatively low. In this paper,the author focused the research on lithology,lithofacies and intrusive stage division about this pluton on the basis of 1∶50 000 regional geological survey,further,its genetic type and tectonic setting were studied and discussed. The results show that the main lithology of the Haituo Mountain pluton is quartz monzonite,monzonitic granite and granite,and it was the product of three intrusion stages. It belongs to the neutral-acid rocks of the calc-alkaline series,and has the characteristics that K,Rb,Ba and light rare earth elements are relative enrichment while Zr,Yb,Y and heavy rare earth elements are relative depleted. Thus,its magma type belongs to the crust-mantle mixing I-type granite,and it originated in the active continental margin of the orogenic belt,which magmatic activity occurred in the late-orogenic phase.

Haituoshan pluton; lithology; lithofacies; intrusive stages; I-type granite; the orogenic belt; the late-orogenic phase

2016-11-01;改回日期:2016-12-27

趙忠海(1970-),男,教授級高級工程師,碩士,地質(zhì)學與應用地球物理復合型專業(yè),從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)資源勘查、工程物探勘察以及地質(zhì)災害評估、勘查、防治工作。E-mail:zhaozhonghai2011@126.com

P588.12

A

1671-1211(2017)03-0243-07

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.03.002

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170517.1600.004.html 數(shù)字出版日期:2017-05-17 16:00