北京八达岭斑状花岗岩研究

曹义+王敏+陈志明+廖锦波

摘要：通过野外实地考察和室内微观研究相结合，对北京八达岭地区斑状花岗岩的特征及成因进行了探究，对斑状花岗岩与细粒花岗岩的接触关系进行了分析。结果表明：研究区斑状花岗岩出露地表的部分已严重风化，主要的构成矿物为钾长石、石英和黑云母，钾长石粒径可达2 cm左右，是斑状花岗岩显著的特点；研究区斑状花岗岩有后期侵入形成的细粒花岗岩岩脉；斑状花岗岩内有浅色花岗闪长质包体和暗色闪长质包体存在；斑状花岗岩中还有少量次要矿物斜长石、磁铁矿和副矿物榍石。

关键词：八达岭斑状花岗岩；细粒花岗岩；岩脉；包体

中图分类号：P588.121

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）20-0149-03

1 引言

1.1 选题依据

八达岭花岗岩体是北京西山分布着的侵入体中最大的一个，是一个结构相当复杂的岩体，已知是由基性到酸性的各种类型岩石所组成[1]。八达岭花岗岩与居庸关的碱性花岗岩同属花岗岩中的不同类型，为了能够进一步了解与八达岭碱性花岗岩不同类型的其它花岗岩的特征及其成因，选择八达岭长城沿线的花岗岩对其特征及其成因进行研究。

1.2 研究思路、研究内容及意义

要了解八达岭长城沿线斑状花岗岩的特征及其成因，首先必须要通过阅读大量的文献和资料来知道前人对八达岭斑状花岗岩的研究程度，了解在前人的研究方法上有没有本人可以借鉴的。其次再进行系统的野外考察，弄清八达岭长城沿线斑状花岗岩与周围其它类型花岗岩的相互接触关系，并对典型区域的岩石进行采样及照片采集。所以，对斑状花岗岩的野外观察、较系统的采样及对样品的偏光显微镜岩相结构分析是本次研究的关键。

本文重点研究以下三个方面内容：①八达岭斑状花岗岩的矿物组成、结构特征；②八达岭斑状花岗岩和细粒花岗岩的关系；③八达岭斑状花岗岩中的包体特征。其研究意义在于通过对八达岭长城沿线斑状花岗岩的特征及其成因的研究，为进一步开展八达岭花岗岩特征和成因的研究工作奠定基础。

2 野外地质考察

2.1 考察路线和采样点

此次野外地质考察从八达岭的前山停车场至后山的滚天沟，沿线共设了4个采样点，采样点以及采样编号如下：采样点①编号：13BDL-01；采样点② 编号：13BDL-02；采样点③编号：13BDL-03；采样点④编号：13BDL-04.

2.2 典型地质特征

2.2.1 八达岭斑状花岗岩的矿物组成、结构特征及其成因环境

在样点①出露地表的斑状花岗岩多已严重风化，呈现黄色到浅褐色；从新鲜面可见钾长石大的可达1～2 cm左右，形状较为规则，颜色为肉红色；其次，还可见石英和黑云母。样点④区域的斑状花岗岩中钾长石的粒径普遍比前几个样点大。这与斑状花岗岩的成岩环境有很大联系，花岗岩属于火成岩中的酸性岩类，是分布最广的深成岩类，主要由钾长石、富钠斜长石以及石英组成，并含有少量的黑云母或角闪石。其组成成分中通常钾长石多于斜长石，钾长石多呈半自形板状，柱状，肉红或淡黄，在岩石的断口上可见长石的解理面。

关于特点，斑状花岗岩属花岗岩类，也具有花岗岩的特征，具似斑状结构；其中仅有斑状花岗岩中有微纹长石斑晶的似斑状结构这一特征，也是辨别斑状花岗岩的主要标志；斑状花岗岩中钾长石斑晶成分简单，斑晶为自形柱状和板状， 其晶体边缘呈镶嵌。

关于成因环境，似斑状结构多见于斑状花岗岩，成岩岩浆中富含钾、铝、硅组分，这些组成成分在一定条件下能够达到钾长石的形成要求；可见，岩浆中富含钾、铝、硅组分是形成似斑状结构中钾长石的物质基础；其次，燕山期四个成岩阶段环境条件都较稳定，岩浆要在结晶条件稳定的环境中，才能形成似斑状结构；再次，结晶作用时间相对较长，在稳定的结晶环境中，岩浆从边缘较高成岩温度缓慢地冷却到中心相对较低的成岩温度，需经历较长时间，这种岩浆结晶时间也就较长；最后容易生成含有大晶体矿物的钾长石[6]；这一系列的因素造就了似斑状结构的斑状花岗岩。

2.2.2 八达岭斑状花岗岩和细粒花岗岩的关系

此次的野外地质考察中发现样点③出现了不同类型的花岗岩，此花岗岩与前两个样点相同的斑状花岗岩相互交错形成，初步确定为细粒花岗岩，颜色为浅灰色，并出现严重风化现象，且沿节理面严重破碎。该类岩石中钾长石的粒径减小许多，石英的含量也少了许多，几乎不见黑云母，但在该花岗岩中发现有假化石

的现象，并且大量地存在。浅色细粒花岗岩及岩脉属后期侵入体，剖面东西向的厚度约为11.8 m，此剖面岩石向西约10 m和11.2 m处出现两条同类型的细粒花岗岩岩脉，两条岩脉交汇于山顶的盖层之下。通过初步的研究可以确定这块区域为小面积的细粒花岗岩侵入到大面积斑状花岗岩的侵入接触关系。并且可以确定作为侵入者的细粒花岗岩要比被侵入的斑状花岗岩成岩时间要晚。经过进一步研究可以大致确定这条作为侵入者的细粒花岗岩走向近似为南北走向；在此，笔者作者有个大胆的猜想，基于前期在居庸关一带进行的野外地质考察中，本文作者发现实习所经区域有很多的岩墙和侵入体的走向都大致呈南北走向，与笔者现在所观察到的细粒花岗岩侵入体的走向近似一致，而且在考察中所见岩墙和侵入体的成岩时间也要比被侵入的岩体成岩时间晚。所以，笔者大胆的认为是否在某个地质时期北京八达岭居庸关一带岩体大规模侵入之后，阶段性的出于张性环境，出现了数条近似南北走向的张裂，使得后期不同类型的岩墙和侵入体沿大断裂带侵入，才形成现如今北京八达岭居庸关一带的复杂岩墙分布特征，但具体原因有待进一步研究。

2.2.3 八达岭斑状花岗岩中的包体特征

在样点④的斑状花岗岩中笔者还发现了两种不同类型的包体。

包体指一块包在火成岩中的外来物质。花岗岩类侵入体中包体可分为三种类型：捕掳体、富云母包体和微晶粒状包体[4]。

其中一种包体初步判定为浅色花岗闪长质包体，呈棱角或近似圆状；另一种包体呈不同程度的浑圆状，是典型的火成岩结构，此包体比寄主的颜色更加深，成分更加基性，初步判定为暗色闪长质包体。无论何种包体都具有相似的岩石特征，都呈现灰黑色，以细粒——微粒近等粒结构为主，矿物组成主要为斜长石、少量碱性长石和石英，暗色矿物有黑云母及角闪石，有时可见明显类似于主岩矿物的长石和石英斑晶[4]。值得一提的是，据白志民（1990）提到八达岭花岗岩属于対臼峪花岗岩单元，而对臼峪酸性侵入岩中的包体多属微晶粒状包体，所以在此区域发现浅色花岗闪长质包体和暗色闪长质包体也正好与史书中所论证的相吻合。

2.3 小结

通过野外地质考察发现，此次研究的八达岭斑状花岗岩主要发育于燕山晚期，是本研究区主要的花岗岩类型，也是一种十分复杂的岩体；经过宏观观察可知，构成八达岭斑状花岗岩的主要矿物有钾长石、石英以及黑云母，其中又以钾长石的含量最多、粒径最大；此外，在此研究区域内还发现有近似南北走向的细粒花岗岩侵入体和细粒花岗岩岩脉现象，并推测此研究区是否在某个地质时期发生过大规模近似南北走向的张裂；另外，研究区的斑状花岗岩内还有浅色花岗闪长质包体和暗色闪长质包体存在的现象。

3 八达岭花岗岩显微结构特征分析

3.1 斑状花岗岩的显微结构特征分析

通过观察斑状花岗岩在偏光显微镜下图片，发现在斑状花岗岩中石英分布较多，呈粒状，具有多种同质多像变体，柱面上有明显的横纹，浅色的为钾长石，是组成斑状花岗岩的主要矿物，呈肉红或浅黄，半透明，有两组解理直交。从钾长石和石英所占组成斑状花岗岩矿物比例之多可知，这两种矿物是斑状花岗岩的主要组成矿物。在观察中还发现在斑状花岗岩中还存在少量的黑云母矿物，有明显的单向最完全解理，黑褐至黑色，黑云母也是斑状花岗岩的组成矿物。此外，在其中发现了少量的斜长石，只是因为粒径较小和含量较少才不易被发现。通过把几张不同采样点获得的偏光显微镜图片进行比较发现在其中暗色矿物的含量在逐渐增加，这也进一步说明在同一种类型的岩石中其主要构成矿物的分布不一定是均匀的。观察中还发现一种横断面形状为菱形的矿物，而且这种横断面形状为菱形的矿物只在斑状花岗岩内部的局部区域中出现；经过查阅资料可初步认定其为斑状花岗岩中的副矿物榍石，榍石晶形多以单晶体出现，呈扁平的楔形，长石晶体界面弯曲而改变；显然，榍石小晶体的取向关系与钾长石的生长过程有关，榍石可以提炼出钛，也可以被当作宝石[7]。另外，还发现了一些在单偏光下呈不透光的暗色矿物，可初步确定这种暗色矿物为斑状花岗岩中的次要矿物磁铁矿，不透明，无解理。

3.2 细粒花岗岩的显微结构特征分析

从细粒花岗岩在偏光显微镜下的结构图中可以清晰的辨别出钾长石、石英和斜长石，而且构成细粒花岗岩的钾长石和斜长石这两种主要矿物在细粒花岗岩中的含量大致相等，细粒花岗岩中石英的含量要比斑状花岗岩中石英的含量要高出许多；细粒花岗岩中的暗色矿物和次要矿物的含量却比斑状花岗岩中暗色矿物和次要矿物的含量要少很多。从中还可观察到在细粒花岗岩局部地方出现有浅色的矿物侵入的现象；此外，还观察到细粒花岗岩中钾长石矿物表面有高岭土化现象。在此，作者简单的谈一谈细粒花岗岩和斑状花岗岩的关系。细粒花岗岩和斑状花岗岩均属于火成岩，只是两种岩石中矿物颗粒本身的特点和颗粒之间的相互关系有所差别，从产状来看为细粒花岗岩侵入斑状花岗岩。斑状花岗岩具有似斑状结构，主要矿物为钾长石，石英和黑云母，另有少量次要矿物斜长石、磁铁矿和副矿物榍石，而细粒花岗岩的主要成分也为钾长石和石英，但黑云母含量很少。

4 八达岭斑状花岗岩的成因讨论

关于八达岭斑状花岗岩的成因讨论主要有以下几点。

（1）通过对八达岭斑状花岗岩的野外地质考察和偏光显微镜下的观察研究发现斑状花岗岩是研究区域内主要岩石类型，斑状花岗岩具有似斑状结构，主要组成矿物有钾长石、石英以及黑云母，另外含有少量的次要矿物斜长石、磁铁矿和榍石。

（2）细粒花岗岩侵入体和岩脉，颜色为浅灰色，解理发育，多沿节理面发生破碎，细粒花岗岩的主要成分为钾长石和石英，黑云母含量很少。

（3）细粒花岗岩为八达岭斑状花岗岩侵位后再次侵入，呈东北—西南走向，与该区域上大规模侵入的岩墙具有相似的特点，但细粒花岗岩与区域上的基性岩墙不同，可能是与八达岭斑状花岗岩同源岩浆后期侵入形成。

（4）八达岭斑状花岗岩的结晶较粗，具斑状、似斑状结构，反映了其较深的结晶深度，浅色花岗闪长质和暗色闪长质包体的存在，表明其为早期岩浆成分的残留，与四桥子处于岩体与围岩接触带附近，发育围岩捕掳体是不同的，反映了岩浆侵入过程、侵位环境对花岗岩结构的制约。

5 结论

通过野外地质考察和微观研究相结合对北京八达岭地区斑状花岗岩的特征及成因已得出了初步的结论。

（1）斑状花岗岩特征。宏观上来看，斑状花岗岩是研究区域内主要岩石类型；从微观来看，斑状花岗岩具似斑状结构，主要构成矿物有钾长石、石英和黑云母，钾长石粒径可达2 cm左右，这是斑状花岗岩最显著的特点。

（2）斑状花岗岩成因。此研究区域的斑状花岗岩为岩浆沿大断层侵入作用形成的侵入岩。由于地壳的不稳定性，大的断层在被侵入之后又不断形成新的断裂，在岩浆第一次侵入完成并成岩之后，接着岩浆又沿新的断裂不断侵入，如此反复多次；又由于岩浆在每次侵入时的温度、压力和侵位位置不可能完全相同，导致岩浆在结晶程度和岩相上都有所差别，遂形成了研究区内的斑状花岗岩和细粒花岗岩。

（3）斑状花岗岩与研究区内不同类型岩石的关系。由于岩浆的结晶程度不同，在此区域内还出现了细粒花岗岩的侵入体和岩脉现象。经笔者研究后发现，是细粒花岗岩侵入到先成岩的斑状花岗岩中；其次，在斑状花岗岩中还发现有浅色花岗闪长质包体和暗色闪长质包体的现象，浅色花岗闪长质包体呈近似圆状；暗色闪长质包体呈不同程度的浑圆状。

（4）显微镜下观察，发现在斑状花岗岩中还有少量次要矿物斜长石、磁铁矿和副矿物榍石。

参考文献：

[1]刘金钊. 北京西山居庸关——八达岭花岗岩研究[J]. 地球科学——中国地质大学学报， 1961（00）：116～122.

[2]王 焰， 张 旗. 八达岭花岗杂岩的组成、地球化学特征及其意义[J]. 岩石学报， 2001， 17（4）：533～540.

[3]池际尚. 池际尚论文选集[C]. 北京：地质出版社， 1997 ：115～128.

[4]白志民， 许淑贞， 葛世伟. 八达岭花岗杂岩[M]. 北京：地质出版社， 1991 ：105～110，117～118.

[5]鲍亦冈， 刘振峰， 王世发，等.北京地质百年研究[M].北京：地质出版社，2001.

[6]刘师先. 诸广山花岗岩的斑状和似斑状结构特点及成因讨论[J]. 放射性地质， 1983（1）：7～13.