西秦岭三叠纪高an值斜长石成因及其对岩浆系统演化的制约

西秦岭三叠纪高an值斜长石成因及其对岩浆系统演化的制约

斜长石作为地壳最重要的造岩材料之一，经常出现在酸性岩浆中。它的结构和组成特征记录了岩浆的属性和演化过程。这是因为斜长石的主要元素（na、ca、al、si）具有缓慢晶扩散的特点。岩浆中高An值斜长石(An=70～95)，常出现在岛弧高铝玄武岩、大洋中脊玄武岩中(近年来，地质学家和地球物理学家基于多方面的证据，提出了穿地壳岩浆系统模型(本文选取西秦岭过马营复式岩体中含高An区的斜长石作为主要研究对象，通过系统的岩相学、矿物成分和原位同位素分析，结合其它造岩矿物的成分信息以及全岩地球化学数据，综合限定高An值斜长石的成因，约束不同性质岩浆房的演化路径，从而建立穿地壳岩浆系统内不同层次岩浆房之间的联系。1过马营复合岩体西秦岭造山带夹持于太平洋构造域、特提斯构造域和古亚洲洋构造域三者之间(西秦岭造山带自元古代至新生代经历了复杂的演化历史。秦岭群是西秦岭最古老的结晶基底(U-Pb年龄:2172～2267Ma)，岩性主要为大理岩、角闪岩、片麻岩等(西秦岭岩浆作用以印支期和燕山期为主(过马营地区位于西秦岭北西段，主要出露酸性侵入岩。过马营复式岩体主要侵位于三叠系，局部被第三系覆盖(图2)。该岩体呈不规则形状出露，出露面积约为58km两类岩性中均出现高钙斜长石，斜长石粒径在2～3.5mm之间，自形-半自形结构，常见聚片双晶，一些斜长石具有振荡环带结构(图3b)，还有一些斜长石内部具有复杂的筛状结构(图3a,c)。大的斜长石“粗晶(可达3.5～4.5mm)”中常见黑云母包裹体(图3a,c)，部分钾长石大颗粒中包裹斜长石与石英。两组样品中角闪石均为自形常与黑云母呈集合体出现(图3d)。磷灰石常呈包裹体存在于斜长石、角闪石和黑云母内部。2测试测试2.1电子探针分析方法矿物电子探针分析在山东省地质科学院山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室完成，电子探针分析仪器为JEOLJXA-8230。激发电压为15kV，激发电流为20nA，测试长石所用束斑直径为1～10μm，分析黑云母所用束斑直径为1～5μm，分析精度优于±2%。2.2icp-ms分析斜长石微量元素含量分布面扫描实验在合肥工业大学矿床与勘查中心(ODEC)完成，采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)对样品薄片进行分析测定。分析仪器配备了激光烧蚀系统(PhotonMachinesAnalyteHEwith193nmArFExcimer),ICP-MS型号为Agilent7900。为了提高剥蚀材料的运输效率，激光烧蚀系统中以氦气作为运载气体，氩气作为补充气体通过T型接头与氦气混合后进入ICP。实验采用的激光频率、能量密度与激光束斑直径大小分别为:10Hz、2J/cm2.3la-mc-icp-ms法斜长石原位Sr同位素分析在武汉上谱分析科技有限责任公司进行，使用搭配一套193nm激光烧蚀系统的多接收电感耦合等离子体质谱仪(LA-MC-ICP-MS)进行，激光剥蚀过程中使用氦气作为载气，传输速度为600ml/min，束斑直径90μm、剥蚀频率8Hz、能量密度为8J/cm3矿物元素面特征分析本文主要对一些主要造岩矿物(斜长石、黑云母)进行了主量元素电子探针分析，为了更直观地分析元素分布及环带特征，选取斜长石颗粒进行了LA-ICP-MS元素面扫描，其重要元素及相关参数呈一定的特征分布。3.1斜长石主要用于珍珠、分量、sr-so3.1.1斜长石与低an区碳质细度和成分的分布特征两类岩性内的斜长石主量成分数据列于表1中，斜长石成分上主要为中长石、拉长石与倍长石，少量为奥长石(图4)。斜长石存在成分突变，即高An(72～85)区与低An(20～55)区之间呈跳跃式变化。两者氧化物含量上(SiO斜长石高钙区与低钙区元素含量变化不连续，在接触界限两侧呈跳跃式变化，低An区SiO两类岩性中斜长石“粗晶”均存在高钙区(图4、图5)，即高An(72～85)值斜长石。根据不同颗粒内高钙区An值大小可将高钙斜长石“粗晶”分为两类，第1类高钙斜长石(图4:Pl-3)的An值偏高，主要集中在80～85之间，具有更高的Al含高钙区的斜长石粗晶，高钙区有的分布于斜长石核部，呈不规则团块状、斑点状出现，还有呈狭窄环带状分布于斜长石幔部。从成分环带上看，斜长石存在核3.1.2斜长石内部元素分布特征本文分别选择两颗含高钙区域的斜长石颗粒(分别来自偏铝质和过铝质花岗岩类)，进行LA-ICP-MS元素面扫描分析，通过面扫描可以获得整个颗粒的元素含量(表2)，更直观的展示斜长石颗粒内部不同元素分布特征与相关关系。如图6所示，本研究利用LA-ICP-MS面扫描数据计算斜长石牌号An，结果与电子探针原位数据基本一致。斜长石内部根据An值可分为高钙区与低钙区，且相应分区上Al、Fe、Rb、Sr、Ba、Mg、La、Ce、Pr、Nd显示出分带特征。本文在斜长石晶体上分别切出1条剖面来显示不同元素与An的相关性。剖面数据显示，高An区Fe、Mg、Ba元素含量相对较高，且Fe、Mg含量差异很大。低An区Fe、Mg总体含量很低且呈平坦分布，An与Sr、Ba呈微弱的一致性变化趋势。高An区与低An区Sr、Ba元素含量均在小范围内变化。3.1.3sr-u两类岩性样品中斜长石低钙区Sr同位素组成较为均一，偏铝质花岗岩类与过铝质花岗岩类中3.2黑云母两类岩性中黑云母各成分含量比较均一，其中Al4讨论4.1斜长石内部成分突变成因过马营复式岩体中出现含高An区的斜长石，即高An(72～85)斜长石被自形低An(30～50)值斜长石所包裹，两者接触界限两侧An值有大于20以上的跨度，出现成分突变，同时高An区与低An区对应的微量元素(Fe、Mg、Sr、Ba等)也存在系统的差异。造成斜长石内高An和低An区成分差异的因素通常包括:(1)晶体内部扩散与动力学过程;(2)岩浆环境的改变(由于斜长石成分对岩浆物理、化学条件(温度、压力、含水量)的敏感性(4.1.1晶体内部扩散通常情况下，斜长石的成分环带的形成可能会受到晶内扩散与动力学作用的影响。具体而言，动力学过程通常发生在晶体快速生长时期，斜长石没有足够的时间与寄主熔体平衡(斜长石结晶后，晶内扩散可以改变或均匀相邻晶域的元素组成，它是另一个影响斜长石组分分布的因素。元素的扩散系数通常强烈依赖于斜长石成分(4.1.2影响变化的因素在岩浆系统中，岩浆成分与岩浆房环境物理条件变化是影响斜长石An值变化的重要因素。对于物理参数来说，在高温、高含水量、减压等条件下，熔体易结晶高An值斜长石(岩浆演化过程中流体混入与构造扰动可造成岩浆物理化学环境的改变，是两个影响结晶矿物物质组分的重要因素(4.1.3斜长石成因与化矿关系高An斜长石核常结晶于基性岩浆环境(本研究根据高钙区An值相对大小将高钙斜长石分为两类:第1类An(80～85)，存在于过铝质岩石中，高钙区具有明显高Fe、Mg，相对高Ba低Sr的特征，且Fe、Mg、Sr、Ba与An值均没有明显的相关性(图9Pl-3);第2类An(72～78)，过铝质、偏铝质岩石均存在。高钙区Fe、Mg含量相对第1种明显偏低，Ba相对偏低，Sr相对偏高，Fe、Mg、Sr与An表现出微弱相关性(图9Pl-1、Pl-2)。两者元素含量差异暗示第1种高An斜长石形成岩浆可能更富Fe、Mg、Ba。斜长石中Sr、Ba含量主要取决于熔体成分与其分配系数的变化，D综上所述，第1类富钙斜长石与第2类富钙斜长石可能并非形成于同一种玄武质岩浆中，且各自岩浆环境为亚稳定状态。第1类富钙斜长石形成的岩浆相对更富Mg、Fe、Ba。两类斜长石中高钙区有的形成于深部，后被玄武质岩浆携带进入浅部岩浆房，有的为玄武质岩浆进入浅部岩浆房后结晶形成的。4.1.4铝质砂岩pa源区前人研究表明过马营岩体起源于7～10kbar(源区深度大于25km)的源区，属于西秦岭中下地壳-下地壳，偏铝质花岗岩类的原岩类型主要以角闪岩为主，而过铝质花岗岩类则为角闪岩叠加富长石组分发生部分熔融的产物，后均上升运移到1.89～2.39kbar的浅部环境(4.2软流圈地表土体参数在西秦岭早-中三叠世，阿尼玛卿洋连续俯冲和回撤，软流圈地幔上涌产生的热量，促进下覆交代地幔楔产生原生玄武质熔体或高镁安山质熔体(基于前人研究成果(5岩浆房模型建立本文主要对斜长石进行电子探针(EMPA)、LA-ICP-MS微量元素面扫描、原位Sr同位素分析，同时结合黑云母的成分特征，对含高An核斜长石的成因进行探讨，示踪不同岩浆房端员的属性，约束岩浆演化过程，建