青海香日德水文站岩体斜长石特征及其地质意义

史洪峰，董长春，续琰祺

(1.中国地质调查局南京地质调查中心，江苏 南京　210016；2.江苏省地质调查研究院，江苏 南京　210018)



青海香日德水文站岩体斜长石特征及其地质意义

史洪峰1，董长春1，续琰祺2

(1.中国地质调查局南京地质调查中心，江苏 南京210016；2.江苏省地质调查研究院，江苏 南京210018)

在野外地质调查和岩相学研究基础上，运用电子探针技术对青海香日德水文站岩体中不同类型的斜长石及其环带进行研究，探讨了香日德水文站岩体中斜长石环带的成因，反演岩浆演化过程，计算了地表剥蚀和隆升速率。结果表明，香日德水文站岩体中斜长石具有正环带和韵律环带；石英闪长岩和包体中矿物结晶深度约12km；花岗闪长岩中矿物结晶深度约9km；由侵位深度计算的地表剥蚀速率为0.04km/Ma，20Ma以来隆升速率为0.6 km/Ma，3.6 Ma以来隆升速率为3.0 km/Ma。此外，研究得出斜长石环带由Ca2+Na+, Al3+Si4+的强交代作用和Fe3+Si4+的弱交代作用支配，认为香日德水文站岩体的演化不是简单的侵位模式，而是岩浆交替侵位、多次混合的过程。

香日德水文站岩体；斜长石；地质意义；东昆仑

香日德水文站岩体位于青海省都兰县，构造上处于柴达木盆地与共和盆地之间(姜春发等，2000)，位于多构造体系的复合部位，大面积分布前寒武纪基底变质岩系和各时代侵入杂岩。香日德水文站岩体为印支期岩浆岩，由二长花岗岩(241Ma)(殷鸿福等，2003)、花岗闪长岩(242Ma)(刘成东，2008)和石英闪长岩(239Ma)(刘成东，2008)组成(图1)，各岩体中包体(241Ma)(刘成东，2008)发育，岩体与包体中普遍发育不同类型的斜长石。在野外地质调查和岩相学研究基础上，运用电子探针技术对香日德水文站岩体中不同类型的斜长石及其环带进行研究，探讨香日德水文站岩体中斜长石环带成因，反演岩浆演化过程，并计算地表剥蚀和隆升速率。

图1　香日德水文站岩体地质简图(三角为采样位置)Fig.1　Geological schematic map of Xiangride hydrometric station intrusive body

1　岩体地质特征与岩相学特征

1.1野外地质特征

香日德水文站岩体中，二长花岗岩呈暗红色，花岗结构，块状构造，主要矿物为钾长石、斜长石、石英，含少量角闪石和黑云母；花岗闪长岩呈灰白色，花岗结构，块状构造，主要矿物为斜长石、石英、角闪石，含少量钾长石和黑云母；石英闪长岩为灰黑色，中-细粒结构，块状构造，主要矿物为斜长石、角闪石、石英、钾长石、黑云母。以上岩性中均发育暗色微粒包体，包体为黑色，似斑状结构，块状构造，呈椭圆状、拉长的带状及不规则状等，斑晶为石英、斜长石，具有相同特征的斑晶亦可见于母体岩浆岩中，并可见斑晶切穿包体与岩浆岩边界发育。基质以角闪石、斜长石和黑云母为主。其中石英闪长岩包体体积较大且数量较多，二长花岗岩中的包体体积较小且数量较少。花岗闪长岩侵入石英闪长岩中(图2)，界线处发育岩性过渡带。

图2　花岗闪长岩(γδ)侵入石英闪长岩(δo)在侵入界线处的岩性过渡带图Fig.2　Granodiorite intrude into quartz diorite

1.2岩相学特征

显微镜下观察，二长花岗岩主要矿物为钾长石(35%)、斜长石(25%)、石英(25%)，其次有角闪石(10%)和黑云母(5%)，其中斜长石呈半自形-自形，发育环带(图3a)，具有波状消光现象。花岗闪长岩主要矿物为斜长石(40%)、石英(30%)、黑云母(10%)，次要矿物为角闪石(8%)和钾长石(3%)，其中斜长石发育环带且具消光纹弯曲现象(图3b、图3c)，分为明显的核部和边部，核部蚀变严重，边部较干净。石英闪长岩主要矿物为斜长石(45%)、角闪石(18%)、石英(12%)、钾长石(10%)，次要矿物为黑云母(8%)，部分斜长石核部蚀变明显而边部具有清晰的镶边(图3d)。包体为黑色，主要矿物为斜长石(35%)、石英(30%)、角闪石(18%)和黑云母(12%)，包体中斜长石具有4种类型(图3e、图3f、图3g、图3h)。

Pl.斜长石；Q.石英；Hb.角闪石；Bi.黑云母图3　香日德水文站岩体中的斜长石镜下照片Fig. 3　Plagioclase microscope photoes from Xiangride hydrometric station intrusive body

2　斜长石矿物化学特征

本次研究在香日德水文站的12个点采集了岩石样品(图1)，在各样品点同时采集了代表性暗色微粒包体样品。

本文中斜长石、角闪石主量元素电子探针射线显微分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室进行。所用仪器为日本电子公司生产的JEOL-JXA-8100电子探针分析仪。分析元素包括Mg、Al、Si、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Ni。所采用的标样来自美国SP公司。对所有标样用常规方法，采用测试条件如下：加速电压15 kV，探针电流20 nA，电子束直径5μm。

2.1斜长石成分归类

包体中的斜长石主量元素见表1，岩体中的斜长石主量元素见表2，岩体中斜长石An-Ab-Or图解(图4)见表3。由表1和表2可知，包体中斜长石为中长石-倍长石，牌号主要为40～80，但是An45～55占大多数，为中基性斜长石，以基性为主。岩体中二长花岗岩中斜长石以更长石-中长石为主，牌号主要为19～35，为中酸性斜长石；花岗闪长岩中斜长石为更长石-中长石，以中长石为主，正环带斜长石牌号为32～51，韵律环带斜长石牌号为21～39，无环带斜长石主要为42～53，总体以中性斜长石为主；石英闪长岩中斜长石为中长石-拉长石，牌号主要为40～50，个别达An80以上，为中基性斜长石(图3)。

2.2包体中斜长石特征

包体中斜长石具有如下特征(表1)：①包裹在黑云母中的斜长石SiO2含量为56%～58%，牌号为46～48。②发育聚片双晶的斜长石牌号为43～48。③发育净边斜长石：晶体由核部、过渡带和净边构成，界线较清晰，核部粒径约为0.1 mm×0.2 mm，过渡带宽度约0.15 mm，净边0.05～0.3 mm，牌号为45～74。包体中部分斜长石牌号与花岗闪长岩中斜长石类似(表1、表2)，部分差别较大，花岗闪长岩中也有斜长石与包体中斜长石牌号成分相似(图5)，这说明包体的形成与演化过程可能与岩体有着密切的关系(表1，图5)。

包体石英闪长岩花岗闪长岩二长花岗岩图4　香日德水文站岩体斜长石An-Ab-Or图解Fig. 4　Plagioclases An-Ab-Or diagram of Xiangride Hydrometric Station Intrusive Body

2.3岩体中斜长石特征

图5　石英闪长岩包体(dl02-8)与花岗闪长岩(dl07-1)斜长石牌号比较图Fig.5　Comparison of plagioclase An% between quartz diorite and granodiorite from enclave

表1　包体中斜长石的主量元素(%)数据及其An、Ab、Or成分表

注：“Si、Al、Ca、Na、K”的单位为斜长石分子式中该元素的含量。

二长花岗岩(dl02-9)中的斜长石：发育2组雁列状裂纹，裂纹空隙被微粒暗色矿物填充。斜长石An变化不大，大部分保持在酸性水平(25～30)，核部和边部含量小于25， SiO2含量变化不大，外侧略有波动(图6)。

花岗闪长岩中的斜长石发育韵律环带(dl07-1)和正环带(dl01-1)。韵律环带斜长石(dl07-1)An%为20.4%～38.9%，表现为中性-酸性斜长石的波动；正环带斜长石(dl01-1)核部An%可达51.11%，边部为30%～40%(图7)。

图6　二长花岗岩(dl02-9)斜长石从核部到边部牌号变化趋势图Fig.6　Plagioclase number change from core to rim from monzonitic granite

图7　花岗闪长岩(dl01-1)斜长石从核部到边部牌号变化图

石英闪长岩(dl16-4)中的斜长石可分为核部、过渡带和边部。核部牌号较高(可达86)，这种高An含量的斜长石成因不可能是简单的热力学原因，必然与动力学因素相关，(M.L Stewart et al., 2001)指示岩浆的运移和混合作用。边部斜长石An含量降低，是长英质岩浆侵入镁铁质岩浆的结果。过渡带和边部牌号较低(45～50)，表现出正环带的特征(图8)。

图8　石英闪长岩(dl16-4)斜长石从核部到边部牌号变化图Fig. 8　Plagioclase number change from core to rim from quartz diorite

2.4岩体中斜长石环带的成因

对岩体中斜长石各元素进行相关性分析，发现(表1、表2)，Al3+Si4+和Ca2+Na+的负线形关系非常明显(图9)，说明Ca2+Na+，Al3+Si4+交代作用影响斜长石结晶的化学成分，从而影响了斜长石环带的形成。Fe3+Si4+交代作用对斜长石环带的贡献要小于Ca2+Na+和Al3+Si4+。另外，斜长石环带形成的宏观因素为镁铁质岩浆周期性注入长英质岩浆导致An出现峰值(ORHAN KARSLI et al.，2004)。

2.5斜长石-角闪石温压计

选取香日德水文站岩体中花岗闪长岩、石英闪长岩和包体进行测试，测试结果见表3、表4。温度计的计算采用如下公式：

(Holland T et al.，1994)

压力计的计算采用如下公式：

P[±0.5kbar]=4.23AlT-3.46

(JOHNSON M C et al., 1989)

图9　香日德水文站岩体中斜长石交代机制图解Fig. 9　Metasomatic replacement mechanism of plagioclase from Xiangride hydrological station intrusive body

根据以上温度计、压力计算公式及表3、表4数据，可以计算矿物结晶温度和压力，计算结果见表3。以压力值为基础，根据上覆岩石密度就可以计算岩体结晶时的深度 (SCHMIDT,1992) (MAXW SCHMIDT, 1992; 龚松林，2005)，其中地壳密度选取3.0g/m3，计算结果见表4和图10，由结果可知石英闪长岩和包体中矿物结晶深度相当，平均值约12km，而花岗闪长岩中矿物的结晶深度要相对偏小，平均值约为9 km。

3　剥蚀速率、隆升速率研究

在计算出岩浆侵位深度的基础上，结合岩体的年龄，可以计算出研究区的剥蚀速率(龚松林，2004)(表5)。青藏高原构造隆升是在青藏特提斯经过开合演化形成镶嵌的欧亚大陆之后，由下地壳层流作用引起盆山作用和圈层耦合，形成青藏高原现在的格局(李德威，2003)。结合前人对青藏高原隆升时限的研究，最晚到20Ma，青藏高原平均海拔不高于0.6km(李德威，2003)，以下2个基准估算青藏高原20Ma以来和3.6Ma以来平均隆升速率：①青藏高原20Ma开始隆升时平均海拔为600m。②青藏高原3.6Ma开始隆升时平均海拔为1 000m。

图10　岩体侵位深度示意图Fig.10　Crystallization depths of the magma

注：“Si、Al、Ca、Na、K”单位为斜长石分子式中该元素的含量。

表4　斜长石-角闪石温压计中角闪石主量元素(%)数据表及计算结果表

续表4

注：Si～K表示角闪石分子式中原子个数，TOTAL为分子式原子总数，TA1为A1IV和A1VI之和。

表5　香日德水文站岩体剥蚀速度及隆升速度表

假设岩体年龄为g，岩体初始结晶深度为h，岩体采样位置现在的海拔为a，剥蚀速率为v剥蚀，隆升速率为v隆升，便可得出公式如下：

v剥蚀=h/g

v隆升=(h+a-0.6km)/20Ma

或者v隆升=(h+a-1km)/3.6Ma

以花岗闪长岩采样点为标准，其海拔为2 900m，由此计算得出，香日德水文站一带自242Ma以来地表剥蚀速率为0.038 8mm/a，20Ma以来隆升速率为0.585mm/a，3.6Ma以来隆升速率为3.14mm/a。

4　讨论

较多同行对花岗岩暗色微粒包体进行研究，其成因趋向于深源物质在岩浆混合过程中的残留(图11c)。例如，花岗岩中暗色微粒包体是在伸展的大地构造背景下，上涌的幔源基性岩浆及其诱发的长英质酸性岩浆混合的产物(付建明，2006；付强，2011)等观点。根据笔者研究，以包体为代表的深源镁铁质岩浆成分作为一个端元，则必然存在镁铁质岩浆侵入上地壳的过程(图11a)，并导致上地壳物质发生熔融，形成二长花岗岩为代表的长英质端元(图11b)，从包体→石英闪长岩→花岗闪长岩→二长花岗岩系列中，斜长石牌号依次减小，从基性斜长石变化为酸性斜长石，斜长石矿物成分的分异支持了2个端元的观点。

斜长石环带成因为镁铁质岩侵入长英质岩浆的结果，韵律环带是镁铁质岩浆周期性注入长英质岩浆的结果(ORHAN KARSLI et al., 2004)，基性环带代表了镁铁质岩浆的活动。石英闪长岩中的正环带、花岗闪长岩中的正环带、韵律环带代表了岩浆的多次混合过程，有花岗闪长岩侵入石英闪长岩的野外证据，侵入界线处有岩性过渡带(图2)。说明岩浆侵位时2个岩浆并未完全结晶，此过程既包含了岩浆侵位的过程，又有岩浆混合的性质。此外，包体中斜长石牌号可达75，如此高的牌号不是简单结晶产出，而是与岩浆动力学有关(M.L STEWART et al., 2001)，即与岩浆的侵位有关。因此，该岩体的演化过程不是简单的侵位结晶，而是交替侵位、多次混合的过程(图11d)。

图11　香日德水文站岩体的交替侵位、多次混合运动模式图Fig.11　Alternative emplacement and repeated mix model of Xiangride hydrological station intrusive body

5　结论

(1) 香日德水文站岩体可以把包体→石英闪长

岩→花岗闪长岩→二长花岗岩看作是从镁铁质端元→长英质端元系列，是岩浆演化的结果。

(2) 香日德岩浆岩系列的混合模式不是简单的侵位混合，基性岩浆侵位到酸性岩浆中，而是不同端元岩浆交替侵位、多次混合的过程。

(3) 香日德水文站岩体中斜长石环带是由Ca2+Na+, Al3+Si4+的强交代作用和Fe3+Si4+的弱交代作用支配的。自242Ma以来地表剥蚀速率为0.04mm/a，20Ma以来隆升速率为0.6mm/a，3.6Ma以来隆升速率为3.1mm/a。

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Features and Geological Significance of the Plagioclases from the Intrusive Body in Xiangride Hydrological Station, Qinghai

SHI Hongfeng1, DONG Changchun1, XU Yanqi2

(1.Nanjing Center of China Geological Survey, Nanjing 210016, Jiangsu, China; 2.Geological Survey of Jiangsu Province, Nanjing 210018, Jiangsu, China)

With mafic enclave developed, the intermediate-acidic magmatic rocks are widely distributed in Xiangride area, Qinghai province. They have high content of plagioclase, in which plagioclase zoning texture is common. Based on the field geological investigation and petrography study, the technology of EMPA is used to study the different types of plagioclases and the zoning texture of intrusive body in Xiangride Hydrometric Station for retrieving the magma evolution process, and then the genesis of plagioclase zoning has been discussed. The results show that the plagioclases have normal zoning and oscillation zoning textures. And the mineral crystallization depths of quartz diorite and enclave are both mainly 12km, whereas the granodiorite is 9km. The erosion velocity based on crystallization depths is 0.04km/Ma, and the uplift velocity during 20Ma is 0.6km/Ma with 3.0km/Ma during 3.6Ma. Besides, the zoning of plagioclase is caused by strong metasomatic replacement of Ca2+Na+, Al3+Si4+and weak metasomatic replacement of Fe3+Si4+. It is concluded that the evolution of these rocks from the Xiangride Hydrometric Station is not a simple emplacement mechanism, but the alternative emplacement and repeated mix of mafic magma and felsic magma.

intrusive body in Xiangride hydrological station; plagioclase; geological significance; Eastern Kunlun

2015-03-10；

2015-06-11

中国地质调查局计划项目“青藏高原大陆动力学及资源环境效应之工作13”(1212010918002)

史洪峰(1986-)，男，山东省淄博市人，助理工程师，硕士，在南京地质调查中心从事地质矿产工作。E-mail:Shihongfeng@outlook.com

P575.1

A

1009-6248(2016)01-0109-12