吉林省敦化地区碱性-偏碱性侵入杂岩体成因探讨

吉林省敦化地区碱性-偏碱性侵入杂岩体成因探讨

1晚二叠世—区域地质概况吉林敦化地区位于中国北方地台北部陆地边缘活动带的东段，吉黑造山带的中心，接壤着树木群、兴凯地块和龙岗群。它经历了一个极其复杂的地质发育故事。目前，对南北方块的连接时间、地点、性质和古代亚洲建筑区向太平洋海岸再植自然的转化机制进行了研究，吸引了许多史学家的注意。在该区内广泛分布有大面积、不同时代的镁铁质-花岗质侵入岩,是古亚洲东西向构造域和滨太平洋北东向构造域多期次叠加作用的产物。其中尤以近东西向展布的晚二叠世—早三叠世花岗质侵入岩最为发育,新一轮1/25万区域地质调查成果显示其形成于晚古生代末期南北向陆-陆拼贴的动力学背景下。晚三叠世碱性-偏碱性侵入杂岩体一般呈岩株状侵入其中,从南向北依次有三岔子、二青背、青林子、宣羊砬子、碱厂沟侵入体,并与晚三叠世断陷盆地一同沿北东向展布,在碱厂沟一带被早白垩世泉水村组不整合覆盖(图1);侵入杂岩体的同位素年龄:辉长岩K-Ar同位素年龄为224Ma,角闪碱长正长岩锆石U-Pb表面年龄权重平均值为(223±1)Ma,与测区南部含角闪石石英碱长正长岩U-Pb等时线年龄226Ma(于洪斌等,1995),及华北地台北缘河北矾山、阳原正长辉长岩—正长岩杂岩体Rb-Sr等时线年龄218.8Ma、235.9Ma,辽宁凤城赛马碱性杂岩体190～240Ma的同位素年龄相当,为晚三叠世。这些碱性-偏碱性侵入杂岩体的形成是地球动力环境发生重大变化的良好指示标志。2岩石及矿物成分三岔子、二青背和青林子岩体在以往的调查工作中被称为含磷辉长岩型岩体群,构成岩体的主要岩性为含钒、钛、磷的细中粒、中粗粒辉长岩及少量碱性辉长岩,岩体下盘(钻孔中)偶尔见到斜长岩及角闪辉长岩,二青背岩体中有角闪碱长花岗岩、角闪石英正长岩侵入体伴生,在青林子岩体东西两侧分别有角闪碱长花岗岩和角闪碱长正长岩侵入体侵入,形成似环状杂岩体,角闪碱长花岗岩侵入角闪碱长正长岩;宣羊砬子岩体由含钒钛磁铁矿的细中粒辉长岩组成,碱厂沟岩体由角闪碱长正长岩和角闪石英正长岩组成,二者呈渐变趋势,只是表现为石英含量的增加,同时粒度变粗。现就主要岩石类型的岩石学特征分述如下:辉长岩:黑绿色,细中粒—中粗粒辉长结构,条带状、块状构造;矿物成分主要有:斜长石,质量分数50%～65%,多者可达70%～80%,粒度1～3mm,An=50～70,多属拉长石,个别为培长石,少量中长石,自形—半自形板状,聚片双晶发育,具绢云母化、钠长石化、钠黝帘石化,个别可见磷灰石包体;辉石,质量分数35%～50%,多数为单斜辉石,少数为斜方辉石—顽火辉石,个别侵入体中出现有碱性暗色矿物霓辉石,呈半自形短柱状和它形粒状分布在长石颗粒之间,多数被纤闪石、黑云母、绿泥石交代,粒度1～4mm不等。副矿物主要为磷灰石、锆石、榍石、钒钛磁铁矿、钛铁矿,其中磷灰石即有早期结晶的矿物晶体(嵌布于暗色矿物及金属矿物中),也有晚期结晶的矿物(多呈它形粒状分布于暗色矿物及金属矿物中)。角闪-石英碱长正长岩:肉红色—黄褐色,中细粒不等粒结构,矿物粒度以0.5～3mm为主,块状构造;矿物成分:石英,它形粒状,约占3%～8%;斜长石质量分数10%～15%,An=24,为更长石,呈半自形粒状—它形粒状。碱长石,它形粒状,少数呈半自形柱状,具反条纹结构和卡氏双晶,质量分数60%～70%;角闪石,自形—半自形,长柱状—短柱状,兰绿色—浅黄色,为钠闪石,具绿泥石化、绿帘石化,质量分数10%～15%;副矿物为磷灰石、锆石、磁铁矿、钛铁矿,锆石为棕褐色,晶内有包体。中细粒碱长花岗岩:肉红色—褐红色,中细粒花岗结构,块状构造,矿物成分:石英,呈它形粒状1～2mm,约占20%～25%;斜长石质量分数为2%～3%,呈半自形—它形粒状;碱长石约占70%～75%,呈半自形—它形粒状,具条纹结构,卡氏双晶,粒度1～3mm;暗色矿物质量分数约占5%±,以角闪石为主,少量黑云母,角闪石呈柱状0.5～1mm,蓝绿色。副矿物组合主要为锆石+磁铁矿+褐铁矿,二青背侵入体中出现变晶锆石—曲晶石。3角闪-石英岩浆侵入杂岩体中辉长岩SiO2质量分数较低,Na2O、K2O、P2O5质量分数较其它不同时代镁铁质侵入岩偏高,于SiO2-NK图上明显投影于碱性系列区(图2),DI=30～57,SI=12.82～25.56,岩浆分异程度较差,在CIPW标准矿物中除有较高的Di分子外,并出现有Ne(霞石)和Ol(橄榄石)分子。角闪-石英碱长正长岩SiO2质量分数为62.36%～69.58%,Al2O3、CaO、MgO等质量分数偏低,并且K2O+Na2O=6.64%～7.27%,NK值较高,而DI=74.38～81.1,SI=10.28～11.22,说明岩浆分异程度较好,δ=1.99～2.28,为钙碱性。角闪碱长花岗岩SiO2质量分数72.79%～77.83%,NK值平均大于8,普遍K2O>Na2O,δ指数=1.8～2.8,为钙碱性,ANKC指数小于1,为弱铝不饱和系列,SI<3.3,DI>90,说明岩浆分异程度较高(表1)。稀土元素的分析统计结果(表2)显示:辉长岩、角闪碱长正长岩、角闪石英正长岩总量∑REE分别为120.33×10-6、127.29×10-6、154.65,为正常丰度—较丰度型,均表现为轻稀土富集,δEu=0.81、0.83、1,无异常或轻微负异常,稀土配分标准化曲线为右倾型,斜率较高,但形态不完整,尤其在重稀土内也表现出分馏现象(图3)。角闪碱长花岗岩稀土元素总量REE=(52.82～91.34)×10-6,表现为较低丰度型,轻稀土富集,分馏较好,δEu=0.03～0.42,具较强的负异常,表明存在岩浆矿物,尤其是斜长石、磷灰石的结晶分离,稀土标准化曲线右倾,斜率不高。辉长岩所含微量元素与维氏所划分的基性岩相比除Cr、Ni、Rb、Sr、Ba元素丰度低于维氏值外,大部分元素丰度值偏高,尤其Zr、Hf、Ta、Tb、Nb等元素高出正常丰度值数倍;角闪-石英碱长正长岩也表现为Cr、Ni、Sr、Ba、Sn等元素丰度值偏低,而Li、Rb、V、W、Ta、Th、Ta等元素丰度值较中性岩类偏高,Rb相对Sr呈逐渐富集趋势,Rb/Sr=4.14,具较高比值;角闪碱长花岗岩表现为Cr、Ta、Hf三种元素丰度较维氏划分的花岗岩高数十倍,Ni、Li、Rb、Sr、Ba、V等元素丰度较维氏值低,其中Ta=100>5×10-6,Hf=100>10×10-6(表3),其高丰度特征与板内型裂谷-类裂谷花岗岩类相一致。所有不同岩石类型的样品,Ta、Th、Zr、Hf和Nb元素的丰度与地壳平均含量(维氏值)相比,均呈高度富集趋势,在不相容元素蛛网图上有近一致的曲线分布特征,K、Sr、Ti出现负异常(图4)。4角闪—成因及构造背景分析上述岩体之岩石学、岩石化学特征显示:辉长岩主要显示富碱贫硅的碱性岩系列特征,CIPW标准矿物中出现有Ne、Ol分子,个别岩石矿物中出现有碱性暗色矿物霓辉石,磷灰石局部富集成矿,其它不相容元素在岩浆中也具有较高丰度;在基性岩体中不相容元素P的高含量是其物质来自深源的重要标志,这充分说明以辉长岩为代表的镁铁质岩浆为富集不相容元素、并富含挥发份的上地幔岩低熔融程度的岩浆产物。角闪—石英碱长正长岩岩石中的暗色矿物角闪石为钠质闪石,副矿物中仍富集磷灰石,岩浆具低钙、多硅、含铝适中、富钠质特点,稀土元素标准化图式与辉长岩特征相一致,δEu无异常—轻微负异常,主要体现在55km地壳深处(1.5GPa),通过分异机制,由玄武质岩浆产生的正长岩—石英正长岩特征。角闪碱长花岗岩,岩石中暗色矿物仍以多色性明显的钠质角闪石为主,其与碱性基性岩、正长岩密切伴生,岩浆高SiO2、富NK,而Al、Ca、Mg明显偏低,尤其Ca>>1,反映为岩浆结晶分异所形成;其强烈的的δEu负异常及微量元素中Hf、Ta的高丰度特征与板内裂谷、类裂谷碱性花岗岩相似,属AA型,是在大陆裂谷长期活动条件下地幔来源物质分异演化的结果。由此可知,敦化地区晚三叠世碱性-偏碱性侵入杂岩主要体现基性碱性岩-中性碱性岩-A型花岗岩的组合特征,岩浆来源于地幔物质不同程度的熔融和分异演化,是典型大陆岩浆作用的产物,但与典型裂谷带的环状碱性杂岩体及A型花岗岩相比,缺少明显的碱性暗色矿物,且具较低丰度的稀土总量,这种岩浆演化从初期到晚期,岩石组合从偏碱性向弱碱性演化的趋势,可能表明其主要形成于大陆裂谷发展的初期阶段,来自上地幔部分熔融产生的玄武质岩浆底侵作用,是其形成重要机制。5晚三叠世岩浆作用期晚三叠世敦化地区晚三叠世碱性-偏碱性侵入岩,从其岩石化学特点、