魯西彩山地區(qū)變角閃輝長巖地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

劉偉，靳立杰，孫天河 ，于松 ，江振國 ，楊帆

(1. 山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院, 山東 濟(jì)南 250010；2. 山東省富鐵礦勘查技術(shù)開發(fā)工程實(shí)驗(yàn)室, 山東 濟(jì)南 250010)

魯西是華北克拉通新太古代巖漿作用最為發(fā)育的地區(qū)之一，存在從新太古代早期到晚期不同階段、不同類型的巖漿記錄[1-3]。前人對(duì)魯西地區(qū)新太古代侵入巖已經(jīng)進(jìn)行了較為深入的研究[4-8]，萬渝生等[4]在綜合了眾多新太古代樣品的一系列數(shù)據(jù)成果后，將魯西地區(qū)太古宙基底從東北到西南依次劃分為A、B、C 三個(gè)巖帶: A 帶為新太古代晚期的殼源花崗巖，B 帶為新太古代早期的TTG片麻巖和變質(zhì)表殼巖，C 帶為新太古代晚期的新生巖漿巖。王躍等[5]認(rèn)為魯西地區(qū)新太古代花崗巖和二長花崗巖構(gòu)造背景為同碰撞背景，該構(gòu)造模式是大陸地殼有效增生。南澇坡序列變角閃輝長巖，是魯西地區(qū)新太古代晚期侵入巖的重要組部分，其隸屬于新太古代晚期第一構(gòu)造階段，但是該巖體的地質(zhì)資料幾乎僅是20世紀(jì)獲得的地質(zhì)調(diào)查成果，研究程度相對(duì)薄弱。在野外地質(zhì)工作的基礎(chǔ)上，對(duì)磁窯鎮(zhèn)彩山地區(qū)變角閃輝長巖進(jìn)行詳細(xì)鏡下巖相學(xué)觀察，并開展全巖地球化學(xué)分析，為魯西地區(qū)構(gòu)造-巖漿演化活動(dòng)提供礦物學(xué)、地球化學(xué)尺度上的約束。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

磁窯鎮(zhèn)西部彩山地區(qū)在地理位置上屬于山東省魯西南地區(qū)，大地構(gòu)造單元屬于華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(qū)(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)蒙山-蒙陰斷隆(Ⅳ)蒙山凸起(Ⅴ)的西北邊緣[9]，北側(cè)與汶東凹陷相接(圖1)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造以北東向脆性斷裂為主，主要有北側(cè)的云亭山斷裂和東側(cè)的磁窯斷裂。彩山地區(qū)主要發(fā)育新太古代晚期變質(zhì)侵入巖，巖性主要有二長花崗巖、花崗閃長巖、石英閃長巖以及變角閃輝長巖。北側(cè)汶東凹陷以沉積蓋層為主，主要發(fā)育寒武紀(jì)長清群地層以及第四系全新世沉積物。

1-南澇坡序列；2-姚營單元石英閃長巖；3-龜蒙頂單元花崗閃長巖；4-松山單元二長花崗巖；5-調(diào)軍頂二長花崗巖；6-長清群；7-第四系；8-不整合接觸；9-斷層；10-采樣位置。

2 地質(zhì)及巖石學(xué)特征

南澇坡序列變角閃輝長巖主要出露于磁窯鎮(zhèn)西部彩山一帶，分布較廣，規(guī)模較小。巖體沿NW向區(qū)域構(gòu)造線方向呈不規(guī)則帶狀或橢圓狀分布，多呈包體賦存于嶧山巖套和傲徠山巖套中(圖2)，遭受角閃巖相和后期退變質(zhì)作用的疊加改造。巖石發(fā)育較弱的片麻理，風(fēng)化后呈灰黃色，由于差異風(fēng)化作用在地貌形態(tài)上常表現(xiàn)為負(fù)地形。

(a)巖石被姚營單元石英閃長巖侵入

顯微鏡下特征顯示：巖石新鮮面呈墨綠色，半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為斜長石50%～55%、普通角閃石30%～35%、黑云母10%～15%，其次含少量的微斜長石、石英以及副礦物。斜長石：無色，自形-半自形板狀，中心普遍具較強(qiáng)粘土礦化、絹云母化蝕變而顯得較污濁，環(huán)帶構(gòu)造發(fā)育，具較細(xì)密的聚片雙晶，粒徑一般為0.4～2.2 mm。普通角閃石：多色性明顯，自形-半自形柱狀、粒狀，可見閃石式解理，多成群分布在一起，充填在斜長石之間，局部被黑云母交代充填，粒徑一般為0.3～2.0 mm，部分角閃石由輝石退變質(zhì)而成，保留輝石假象。黑云母：褐色，褐-黃多色性明顯，為半自形片狀，平行消光，干涉色受自身顏色影響不明顯，多沿角閃石周圍交代充填，粒徑一般為0.4～1.5 mm。

3 地球化學(xué)特征

樣品主量元素測(cè)試分析在山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院實(shí)驗(yàn)室完成。選取新鮮未蝕變樣品，并對(duì)表皮進(jìn)行去風(fēng)化殼處理，然后用破碎機(jī)粉碎，再用球磨儀研磨至粉末狀(>200 目)。主量元素采用硼酸鋰熔融消解、X射線熒光光譜法(XRF)測(cè)試，F(xiàn)eO應(yīng)用氫氟酸-硫酸溶液、重鉻酸鉀滴定的容量法，分析偏差優(yōu)于1%。微量元素在山東省物化探勘查院巖礦測(cè)試中心完成，采用四酸消解、等離子質(zhì)譜綜合分析(ICP-MS)，分析偏差優(yōu)于5%。分析結(jié)果見表1。

表1 變角閃輝長巖主量元素、微量元素測(cè)試分析結(jié)果

3.1 主量元素特征

巖石主量元素含量測(cè)試結(jié)果表明，變角閃輝長巖中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.72%，為典型的基性巖-基偏中性巖。與世界輝長巖以及中國輝長巖平均含量相比，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低，為15.62%；全堿含量偏低，K2O + Na2O為2.36%；富鐵(TFe2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.54%)；富鈦(TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.13%) ；貧磷(P2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.22%)；MnO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.14%，屬正常范圍。里特曼指數(shù)為0.54，屬鈣堿性巖類。在深成巖全堿-硅(TAS)分類圖上(圖3a)，其主要屬于亞堿性輝石閃長巖;在SiO2-K2O 圖中(見圖3b)，樣品投點(diǎn)在鈣堿性系列區(qū)。巖石鎂鐵指數(shù)(MF)為74.41，固結(jié)指數(shù)(SI)為23.67，分異指數(shù)(DI)為30.99，堿度指數(shù)A·R為1.23，長英指數(shù)FL為25.05。由上述參數(shù)特征可知，巖漿分離結(jié)晶程度一般，屬于中等偏低的分異，這與基性程度較高的巖體特征相吻合。

(a)TAS圖解 (b)K2O-SiO2圖解

3.2 微量元素特征

原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蛛網(wǎng)圖(圖4a)顯示，曲線呈“M”形緩右傾，表明隨著元素不相容性的增加，巖石的富集度逐漸降低。巖石中大離子親石元素中 Rb 、Ba、Sr相對(duì)富集， K明顯虧損；高場(chǎng)強(qiáng)元素 Zr、Hf相對(duì)富集，Ti、Nb、Ta、P 元素相對(duì)虧損。

(a)微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖 (b)稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖

3.3 稀土元素特征

巖石稀土元素總量較高，∑REE為165.62×10-6，其中∑LREE為149.88×10-6，∑HREE為15.74×10-6，LREE/HREE為9.52，輕重稀土分餾明顯；δEu為0.88，顯示為弱負(fù)Eu異常，表明巖石具有較弱的斜長石堆積作用。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖(圖4b)上顯示輕稀土相對(duì)富集、重稀土比較平坦的右傾配分模式。

4 地質(zhì)意義

南澇坡序列變角閃輝長巖具有較低的SiO2含量(52.72%)，較高的TFe2O3(14.54%)及Cr(128.7×10-6)含量，指示巖漿起源于地幔源區(qū)，但是樣品的Sr含量(Sr=502.5×10-6)顯著高于地幔值(17.8×10-6)，指示巖漿源區(qū)并不是單一來自地幔，可能受到圍巖混染，而使其Sr含量增高[10]。

由于火成巖巖石化學(xué)成分的某些高場(chǎng)強(qiáng)元素不易受后期熱液蝕變和低于角閃石相的變質(zhì)作用影響[11],可以用ω(La)/ω(Nb)與ω(La)/ω(Ta)值來判別巖漿源區(qū)。源于軟流圈地幔的玄武巖ω(La)/ω(Nb)<1.5,ω(La)/ω(Ta)<22，反之，則指示源區(qū)為巖石圈地幔[12]。調(diào)查區(qū)輝長巖ω(La)/ω(Nb)=3.04,ω(La)/ω(Ta)= 68.92, 指示該輝長巖巖漿源區(qū)為巖石圈地幔。

高原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化(Th/Nb)N比值(>1)、低Nb/La比值(<1)、具有明顯的Nb、Ta、Ti負(fù)異常的微量元素分配形式是受到地殼混染大陸玄武巖的最鮮明特點(diǎn)[13]。輝長巖樣品具有較高的(Th/Nb)N=3.37，Nb/La=0.33，且虧損Nb、Ta、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素，表明輝長巖受過地殼物質(zhì)混染。

綜上所述，輝長巖巖漿可能來自巖石圈富集地幔的部分熔融,并在上升過程中與地殼物質(zhì)發(fā)生同化混染作用 。

南澇坡序列變角閃輝長巖巖體侵入新太古代早、中期侵入巖，呈包體狀分布于嶧山序列侵入巖和傲來序列山侵入巖中。在蒙陰縣桃墟鄉(xiāng)余糧店村變輝長巖鋯石內(nèi)核得到的SHRIMP U-Pb年齡為2 550 Ma[14]，推測(cè)該巖體巖漿活動(dòng)發(fā)生在2 550 Ma前后。該巖體多呈NW向帶狀或包體狀產(chǎn)出，分布在構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈區(qū)域，反映巖漿侵位與基底構(gòu)造活動(dòng)密切相關(guān)，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)可能導(dǎo)致了巖漿作用的發(fā)生。

全球范圍內(nèi)，太古宙克拉通廣泛記錄了2 700 Ma的構(gòu)造巖漿熱事件，與之不同的是，華北克拉通不僅記錄了2 700 Ma構(gòu)造巖漿熱事件，還記錄了大量2 500～2 550 Ma構(gòu)造熱事件信息[15]；新太古代晚期巖漿活動(dòng)非常強(qiáng)烈，可能是地殼重新活動(dòng)加劇的反映[16]。作為華北克拉通重要組成部分，魯西地區(qū)前寒武紀(jì)變質(zhì)基底形成時(shí)代與華北克拉通其他地區(qū)十分相近，主要在2 500～2 560 Ma的新太古代晚期大規(guī)模巖漿侵入活動(dòng)形成[17-18]。南澇坡變角閃輝長巖是2 550 Ma地幔巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，作為魯西地區(qū)新太古代晚期第一階段的侵入巖[19]，該期巖漿活動(dòng)代表了魯西大規(guī)模陸殼增生和克拉通化階段的開始。

5 結(jié)論

1)變角閃輝長巖巖體呈條帶狀或橢圓狀的包體賦存于新太古代晚期嶧山侵入巖和傲來山侵入巖中，巖石主要由斜長石、角閃石、黑云母以及少量的微斜長石、石英以及副礦物組成。

2)根據(jù)巖石的地球化學(xué)分析結(jié)果顯示，巖漿來自巖石圈富集地幔的部分熔融,并在上升過程中與地殼物質(zhì)發(fā)生同化混染作用。巖漿的形成與基底構(gòu)造活動(dòng)密切相關(guān)。

3)以野外地質(zhì)調(diào)查為基礎(chǔ)，結(jié)合前人年代學(xué)成果，巖體形成于2 550 Ma前后，是魯西地區(qū)新太古代晚期第一階段的侵入巖，該期巖漿活動(dòng)代表了魯西大規(guī)模陸殼增生和克拉通化階段的開始。