吉林省集安县上绿水桥铝质A型花岗岩体的地球化学特征及其构造意义

秦 亚，梁一鸿，胡兆初，冯 坚，宋志韬，李 敏

1.吉林大学地球科学学院，长春 130061 2.中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，武汉 430074

吉林省集安县上绿水桥铝质A型花岗岩体的地球化学特征及其构造意义

秦 亚1，梁一鸿1，胡兆初2，冯 坚1，宋志韬1，李 敏1

1.吉林大学地球科学学院，长春 130061 2.中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，武汉 430074

吉林省集安县上绿水桥岩体主要岩石类型为晶洞碱长花岗岩。岩石的化学成分具有高硅（SiO2质量分数为75.94%～76.34%）、富碱（ALK质量分数为8.29%～9.63%）、高TFeO／MgO值（比值为39.6～66.1）、富钾（K2O质量分数为5.14%～5.20%，K2O／Na2O值为1.47～1.68）、低CaO和TiO2的特点；强烈亏损Ba、Sr、Ti、Nb、Ta、P，富集K、Rb、Th等亲石元素；具有右倾海鸥型的球粒陨石标准化稀土配分型式及强烈的负铕异常等。主量和微量元素研究表明，上绿水桥岩体为铝质A型花岗岩（A／CNK为0.99～1.10，A／NK为1.05～1.16）。LA－ICP－MS锆石U－Pb定年结果为（117.8±2.3）Ma，属早白垩世侵入体。岩体具有相对较低的Ce／Nb、Y／Nb、Yb／Ta值，为A1型非造山花岗岩，是华北板块东部岩石圈减薄在吉南地区的浅部地质响应。

上绿水桥岩体；铝质A型花岗岩；LA－ICP－MS定年；地球化学；非造山环境

Key words：Shanglüshuiqiao instrusive；aluminous A－type granite；LA－ICP－MS dating；geochemistry；non－orogenic setting

0 引言

自从Loiselle和Wones［1］提出A型花岗岩的概念后，以其碱性、贫水和非造山的特征而倍受地质研究者的重视。国内外许多地质学者对其鉴别标志、亚类的划分、形成构造环境等多方面进行了阐述［2－6］。A型花岗岩具有较高的Ga／Al、TFeO／MgO，富集HFSE、Y，低Ca，贫Fe和Mg，强烈亏损Sr、Ba、Eu、P、Ti等［6］。随着研究的深入，A型花岗岩的定义也得到了扩展，其不仅包括碱性花岗岩，而且含有铝质花岗岩；其形成构造环境不再局限于非造山，也包括板块碰撞造山后的伸展拉张环境。

花岗岩是大陆地壳主要组成部分之一，其形成与所处的构造环境息息相关。笔者对吉林省集安地区花岗岩类进行了详细的野外调查和室内研究，运用LA－ICP－MS锆石U－Pb定年，在上绿水桥地区首次厘定出一套早白垩世铝质A型花岗岩。通过研究该岩体的岩石学、岩石地球化学特征，讨论其成因类型及形成构造背景，说明其可能为华北板块东部岩石圈减薄在吉南地区的地质响应。

1 地质背景及岩体特征

研究区位于华北板块东部，辽吉古元古代裂谷带东段。

辽吉古元古代裂谷带呈向北凸出的弧形，夹于龙岗地块和朝鲜的狼林地块之间。区内结晶基底主要由太古宙杂岩和古元古代的集安群和老岭群组成。古生代沉积盖层零星分布，而中、新生代火山－沉积岩系分布广泛。

中生代，研究区内岩浆活动强烈，发育大量的花岗岩侵入体，如老岭岩体、高台子岩体和上绿水桥岩体等（图1）。

上绿水桥岩体分布于吉林省南部集安县北太平沟－上绿水桥一带。西侧侵入于前寒武系中，东侧侵入于高台子岩体中，出露面积为30km2。主要岩石类型为晶洞碱长花岗岩。岩石呈肉红色，斑状结构，镜下为文象结构（图2a），蠕虫结构，晶洞构造（图2b），块状构造。主要矿物组成为钾长石（50%～60%）、斜长石（5%～10%）、石英（25%～30%）、黑云母（＜5%）等，副矿物为锆石、磷灰石和钛铁矿等。

图1 上绿水桥岩体地质简图Fig.1 Geological sketch map of Shanglüshuiqiao pluton

图2 上绿水桥晶洞碱长花岗岩特征Fig.2 Characteristics of miarolitic alkali feldspar granite of Shanglüshuiqiao pluton

晶洞构造为该岩体特有的标志。晶洞是在岩浆冷凝过程中，挥发分逸出后所形成，并为后期的硅质所充填，因而常在晶洞内发育有水晶晶簇。该岩体中，晶洞直径为2～15mm，呈椭圆状、不规则状，常充填有乳白色石英晶体或集合体。

2 岩石地球化学特征

上绿水桥岩体的常量元素测定由吉林大学测试科学实验中心用AAS法完成（表1）；稀土元素和微量元素的测定用ICP－MS完成（表2）。

2.1 常量元素

上绿水桥岩体常量元素具有高硅（SiO2质量分数为75.94%～76.34%）、富碱（ALK质量分数为8.29%～9.63%）、高TFeO／MgO值（39.6～66.1）、富钾（K2O质量分数为5.14%～5.20%，K2O／Na2O值为1.47～1.68）、低CaO和TiO2（质量分数分别为0.15%～0.56%和0～0.04%）的特征。岩浆酸性程度高，分异演化强烈，其分异指数（DI）为94.36～96.29。Al2O3质量分数为11.83%～12.52%，其A／CNK值为0.99～1.10，A／NK为1.05～1.16，在含铝指数图解（图3）中，为准铝质到过铝质。这些特征表明上绿水桥岩体为铝质A型花岗岩，在TFeO／MgO－SiO2及K2O－SiO2成因类型判别图解中，亦落入A型花岗岩区。晶洞构造的存在也满足A型花岗岩的高温要求［7］。

图3 含铝指数图解Fig.3 Aluminous index diagram of granite

表1 上绿水桥岩体常量元素分析结果Table 1 Major element analytical results of Shanglüshuiqiao pluton wB／%

表2 上绿水桥岩体微量和稀土元素分析结果Table 2 Trace and rare earth element analytical results of Shanglüshuiqiao pluton wB／10－6

2.2 稀土元素

上绿水桥岩体稀土元素质量分数偏低，∑REE为（101.90～156.86）×10－6，平均值为132.10× 10－6，低于国内A型花岗岩的平均质量分数219.03×10－6［6］。LREE较富集，HREE相对亏损，LREE／HREE值为7.70～10.68，LaN／YbN值为6.05～9.77，轻重稀土分馏不太明显。具有右倾海鸥型的稀土元素球粒陨石标准化配分模式（图4），强烈的负铕异常，δEu值为0.05～0.06，这也是A型花岗岩的判别标志之一［6］。

图4 稀土元素球粒陨石标准化配分型式图Fig.4 Chondrite－normalized REE pattern of granite

2.3 微量元素

图5 微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.5 Primitive mantle－normalized spider diagram

在原始地幔标准化微量元素蛛网图（图5）中，存在Ba、Nb－Ta、Sr－P、Ti等4个强烈的亏损谷，不相容元素K、Rb、Th等富集最明显，为近原始地幔标准值的300余倍，元素Zr、Hf、Nd等呈现不同程度的富集。此外，岩体具有较高的Rb／Sr、Rb／Ba值，分别高达近29～31和7.23～8.31，与国内A型花岗岩的Rb／Sr、Rb／Ba平均值相当，远大于国际A型花岗岩的Rb／Sr、Rb／Ba平均值［6］；其反映岩石经历了高程度的分异演化作用［8］。Sr、Ba、Eu等的强烈亏损，也是A型花岗岩的一种判别标志［6］。

在偏铝质酸性岩中，Sr在斜长石、磷灰石中的分配系数最大，而Ba在黑云母和钾长石中的分配系数最大，Ti在角闪石和黑云母中的分配系数较高［7］，而Eu异常主要受控于长石，因而Sr、Ba、Eu的强烈亏损，表明斜长石、磷灰石和黑云母发生了分离结晶作用。P和Ti的亏损则与副矿物磷灰石和钛铁矿的分离结晶有关。而Nb和Ta的强烈亏损说明岩浆可能为地壳来源。

3 锆石U－Pb定年

运用LA－ICP－MS对上绿水桥岩体晶洞碱长花岗岩进行了锆石U－Pb定年。锆石的阴极发光图像在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成，数据的测试在中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室完成（表3）。详细流程见文献［9］。

所测锆石多呈短柱状、长柱状，粒径为60～200 μm（图6）。其Th、U质量分数分别为（125.67～1 185.58）×10－6和（225.76～845.33）×10－6，232Th／238U值较大，为0.56～1.46。阴极发光图像中，具有明显的岩浆振荡环带，说明所测锆石为岩浆锆石，可以代表岩体形成年代。

对上绿水桥岩体测试了14粒锆石，同位素分析数据均落在谐和线上及其附近（图7），加权平均年龄为（117.8±2.3）Ma，MSWD＝8.1，为早白垩世产物。与辽东半岛早白垩世花岗岩形成年代（117～131Ma）［10］一致。

表3 上绿水桥岩体花岗岩LA－ICP－MS锆石U－Pb年龄数据Table 3 LA－ICP－MS U－Pb ziron age deta for granite from Shanglüshuiqiao pluton

图6 锆石阴极发光图像Fig.6 CL images of ziron

图7 U－Pb年龄谐和图Fig.7 U－Pb zircon concordia diagrams

4 成因类型及构造环境探讨

4.1 成因类型

大量的研究表明，花岗岩的成因类型不仅反映岩浆源区的性质，而且还是岩浆形成构造环境的一种鉴别标志［7，11］。主微量元素研究表明上绿水桥岩体为A型花岗岩，其特有的晶洞构造也满足A型花岗岩的高温要求［7］。在Collis等的主微量元素判别图解中，亦落入A型花岗岩区。进一步的研究表明，A型花岗岩不仅指碱性、非造山和贫水这一类花岗岩，也含有准铝质到过铝质花岗岩。上绿水桥岩体在含铝指数图解（图3）中，为准铝质到过铝质，属于铝质A型花岗岩。

Eby等［11］根据采自不同构造环境的A型花岗岩的化学成分不同，将其分为A1型非造山和A2型造山后花岗岩。它们具有不同的物质来源，并且对应不同的大地构造环境。上绿水桥岩体具有相对较低的Ce／Nb、Y／Nb、Yb／Ta值，在Eby的A型花岗岩分类中，归于A1型非造山花岗岩（图8）。在Nb－Y－3Ga和Nb－Y－Ce判别图中，也落入A1型非造山花岗岩区（图略）。

图8 A型花岗岩成因类型判别图解Fig.8 Diagram showing the genetic type of the A－type granites

4.2 构造环境探讨

上绿水桥岩体为A1型非造山花岗岩，在R1－R2图解中，也显示非造山的特征，表明其形成与热点、地幔柱或板内裂谷环境有关。孙金凤等［12］认为华北板块东部广泛发育一期早白垩世A1型非造山花岗岩，形成于伸展构造背景，为华北板块东部岩石圈强烈减薄的浅部地质响应。上绿水桥岩体为该期A型花岗岩在吉南地区的体现，与该期其他A型花岗岩体应形成于统一的伸展构造环境。

复县和蒙阴等地的金伯利岩中的金刚石及其中的矿物包裹体资料显示，该金伯利岩形成时（约470 Ma）具有大约200km厚的岩石圈［13－14］。然而，华北东部新生代玄武岩中的幔源包体研究获得的岩石圈厚度在100km左右［15］，表明华北板块东部发生了近100km的岩石圈减薄。而且岩石圈性质由古老、低密度、冷、难熔和同位素富集的岩石圈地幔转变为年轻、高密度、热和同位素亏损的岩石圈地幔［13］。减薄的主要机制有热－化学侵蚀和拆沉作用。关于岩石圈减薄的时限问题，吴福元等［16］根据华北板块东部强烈的岩浆、构造、成矿事件，认为120～130Ma的早白垩世为岩石圈减薄的最大时期。岩石圈减薄，软流圈上涌，底侵到地壳深部、参与到花岗岩的成岩过程中，或为地壳物质的熔融提供热或流体，导致地壳发生改变，广泛发育岩浆活动、成矿作用和伸展构造。

华北板块东部中生代成矿大爆发，其最重要的矿床类型为金矿床。杨进辉等［17］对不同地区的金矿床进了年代学和成因研究，认为均形成于125Ma左右，且在形成过程中，发生过地壳尺度的大规模流体循环，具有大规模的热异常。

华北板块东部晚中生代伸展构造分布广泛，变质核杂岩、拆离断层、断陷盆地及同构造花岗岩等广泛发育。刘俊来等［18］、王涛等［19］从华北板块及周边的变质核杂岩（辽南变质核杂岩、小秦岭变质核杂岩、医巫闾山变质核杂岩）等伸展构造入手，查明伸展构造变形对地壳及岩石圈减薄的贡献，认为变质核杂岩等伸展构造为岩石圈减薄的浅部地质响应。林伟等［20］根据辽东半岛的拆离断层、断陷盆地及变质核杂岩，总结了辽东半岛的伸展构造特征，认为华北板块岩石圈减薄的地壳响应可分为侏罗纪的弱伸展和白垩纪的强伸展两个阶段。朱光等［21］对华北克拉通东部早白垩世伸展盆地进行了研究，认为岩石圈减薄以拆沉机制为主。

A型花岗岩形成于伸展构造背景，在引张环境下，压力降低有利于岩石的熔融，同时岩石圈减薄、深部高温的软流圈或地幔物质上涌，加热地壳物质而进一步熔融。上绿水桥岩体的晶洞构造具有较高的温度要求，为深部高温物质上涌的结果。深部高温物质的上涌为A型花岗岩的形成提供了热源，因此认为上绿水桥岩体是华北东部岩石圈减薄在吉南地区的浅部地质响应。

5 结论

1）上绿水桥岩体形成于（117.8±2.3）Ma，属早白垩世侵入体。

2）上绿水桥岩体具有高硅、富碱、高TFeO／MgO、富钾、低CaO和TiO2的特征，为准铝质到过铝质；强烈的负铕异常，具有海鸥型球粒陨石标准化稀土配分模式；亏损P、Ti、Ba、Sr、Nb、Ta，富集K、Rb、Th等亲石元素及HFS（Zr、Hf），为铝质A型花岗岩。

3）岩体具有较低的Ce／Nb、Y／Nb、Yb／Ta值，为A1型非造山花岗岩，是华北板块东部岩石圈减薄在吉南地区的浅部地质响应。

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Geochemical Characteristics and Tectonic Significance of the Shanglüshuiqiao Aluminous A－Type Granites Intrusive in the Ji’an Area，Jilin Province

Qin Ya1，Liang Yi－hong1，Hu Zhao－chu2，Feng Jian1，Song Zhi－tao1，Li Min1

1.College of Earth Sciences，Jilin University，Changchun 130061，China 2.State Key Laboratory of Geological Process and Mineral Resource，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China

The Shanglüshuiqiao instrusion exposed in Ji’an area of Jilin Province mainly consists of miarolitic K－feldspar granite.The granites in the Shanglüshuiqiao instrusion are characterized by high SiO2（75.94%－76.34%）and TFeO／MgO value（39.6－66.1），enrichment in alkali（ALK＝8.29%－9.63%）and K（K2O＝5.14%－5.20%，K2O／Na2O＝1.47－1.68），low CaO and TiO2.On the primitive mantle－normalized spider diagrams，the granites show positive K，Rb and Th anomalies and negative Ba，Sr，Ti，Nb，Ta and P anomalies.Moreover，They have particularly intensive Eu negative anomalies and their chondrite－normalized REE patterns are of the seagull shape.Research on the major and trace elements of these granites indicates that they are aluminous A－type granite.By LA－ICP－MS dating，the Shanglvshuiqiao intrusion was formed in the early Cretaceous（U－Pb age of（117.8±2.3）Ma）.The low ratios of Ce／Nb、Y／Nb and Yb／Ta reveal that the instrusion is non－orogenic A1－type granite.They are the shallow geological response of the lithosphere thinning event of the eastern North China plate in the southern Jilin Province.

book=2012,ebook=462

P588.12

A

1671－5888（2012） 04－1076－08

2011－10－14

中国地质调查局项目（1212011120156）；吉林省科技厅项目（20090480）

秦亚（1986－），男，博士研究生，主要从事区域构造演化、花岗岩与构造环境研究，E－mail：qinya11111＠sohu.com。