河北省怀来县姚家河早白垩世花岗斑岩体岩石地球化学特征

孟万涛 徐 颖 李艳晨

(1.河北省地矿局第九地质大队 邢台 054000；2.河北省水文工程地质勘查院 石家庄 050031)

1 区域地质背景

研究区位于河北省怀来县东南约40km,其大地构造位置处于柴达木—华北板块(一级),中太古代—第四纪华北陆块(二级),中元古代—中三叠世燕山—辽西裂陷带(三级),宣化—易县盆地(四级)。区域北东向上黄旗—乌龙沟区域断裂从研究区西侧通过,致使该区岩浆活动频繁,岩浆岩广泛分布(图1)。

1.1 地层

(1)新太古代早期右所堡岩组(Ar13y)

岩性主要为斜长浅粒岩、角闪二长变粒岩、角闪斜长变粒岩、黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩等。

(2)长城纪常州沟组(Chc)

为一套碎屑岩,主要为石英砂岩夹长石石英砂岩及粉砂岩,发育平行层理、板状交错层理、楔状交错层理,砂岩中可见波痕。

(3)长城纪串岭沟组(Chch)

为浅海相潮间带碎屑岩沉积地层,岩性为灰黑、灰绿色页岩、砂质页岩夹薄层状石英砂岩,下部含“宣龙式”铁矿。

(4)长城纪高于庄组(Chg)

一段(Chg1)： 灰色中厚层白云岩,含黑色燧石条带和藻类化石；底部相变复杂,为灰白色石英砂岩、砂质白云岩或角砾状白云岩。厚112～222m。

二段(Chg2)： 底部相当蓟县含锰层,为灰褐、黄褐色中厚—薄层微含锰白云岩和黑色页岩,厚10～20m；下部灰白色厚层致密白云岩；上部灰、粉灰色中厚至薄层白云岩,含黑色燧石条带和结核。总厚314～718m。

(5)蓟县纪雾迷山组(Jxw)

一段(Jxw1)： 底部为灰白色白云岩或角砾状白云岩或粉色长石石英砂岩,上部为灰、深灰色厚—巨厚层燧石白云岩。燧石含量少,以条带为主,并具砂岩透镜体。厚173m。

二段(Jxw2)： 灰、深灰色厚层状夹中厚层燧石条带晶质白云岩与致密白云岩和黑色沥青质白云岩互层。沥青质白云岩有层纹和斑点状两类,以铁锤击之后有沥青嗅味。厚416m。

(6)早白垩世张家口组(K1z)

为一套以酸性火山岩为主的地层,岩性主要为灰色流纹质含角砾熔结凝灰岩、浅灰色流纹质凝灰岩、灰色流纹质凝灰角砾岩、灰紫色流纹质含集块角砾岩夹薄层安山岩。该组岩性组合以爆发相为主,间有溢流相。

(7)晚更新世马兰组(Qp3m)

主要为土黄色粘土质粉砂夹砾石层,局部含钙质结核,柱状节理普遍发育,地表出露厚度大于16.6m。

(8)晚更新世冲洪积物(Qp3alp)

大面积分布于山前平缓地带,整合覆盖于晚更新世马兰组之上,岩性主要为土黄色粘土质粉砂(次生黄土)夹砾石层,局部钙质结核发育,粘土质粉砂中层理发育。

图1 怀来县姚家河一带地质简图

(9)全新世冲洪积(Qhalp)

分布于山间冲沟之中,主要为砾石、土黄色砂质粘土、粉砂等,砾石多呈次棱角状、次圆状,为冲沟近源的基岩物质。

1.2 侵入岩

研究区内侵入岩主要为晚三叠世中性岩和早白垩世酸性岩体。

(1)晚三叠世细粒角闪闪长岩(xψδT3)

该岩体岩性较均一,为灰色细粒角闪闪长岩,局部发生轻微蚀变,主要为绢云母化、高岭土化、褐铁矿化、绿泥石化。岩体内多见碳酸盐岩捕虏体,接触带发育各种蚀变,主要为矽卡岩化、绿泥石化、碳酸盐化等,局部形成矽卡岩型铁矿点。岩石呈深灰—灰色,细粒半自形粒状结构,块状构造。岩石由斜长石、钾长石、石英、角闪石、黑云母、不透明矿物组成。

(2)晚三叠世石英正长岩(ξοT3)

岩体岩性为浅肉红色石英正长岩,南侧主要为中粒,北侧主要为细粒,二者为相变关系。岩石风化面粉灰色,新鲜面浅肉红色,中—细粒半自形粒状结构,块状构造。岩石由钾长石、斜长石、石英、角闪石、黑云母组成。

(3)早白垩世花岗斑岩(γπK1)

主体大面积分布于姚家河村一带,其他地段有小面积零星露头,出露面积约5.64km2,侵入层位为早白垩世张家口组火山岩。呈岩株产出,为燕山期火山作用末期的高位侵入体。

1.3 构造

受上黄旗—乌龙沟区域断裂影响,区内主要发育北西向断裂构造,断层性质主要为逆断层,断层倾角在50°～60°之间。

2 岩石学特征

岩石多呈浅肉红色,多斑结构—基质微花岗结构,块状构造,由斑晶、基质组成。

(1)斑晶

由斜长石、钾长石、石英、黑云母、角闪石组成,粒度大部分0.2～2 mm,少部分2～22 mm。斜长石呈半自形板状,杂乱分布,少数呈聚斑状产出,局部可见环带构造,具轻微绢云母化、高岭土化,蚀变较均匀,少量可见聚片双晶,含量25%～30%；钾长石呈半自形板状、宽板状,杂乱分布,少数呈聚斑状产出,钾长石为正长石、条纹正长石,条纹主要呈薄片状,具高岭土化,含量30%～35%；石英呈半自形—它形粒状,星散分布,石英具浑圆状熔蚀,含量约10%；黑云母呈鳞片状、叶片状,呈棕褐色,星散分布,少量具绿泥石化,含量5%～10%；角闪石呈半自形柱粒状,零星分布,呈绿色,少量具绿泥石化,但含量较少。

(2)基质

由长石、石英和少量黑云母组成,粒度一般0.02～0.08mm。长石主要呈微晶状、微粒状,杂乱分布,蚀变及特征同斑晶,颗粒细小,长石种类不能准确区分,以钾长石主,少部分为斜长石,含量约15%；石英呈微粒状,杂乱或填隙状分布于长石粒间,含量5%～10%；黑云母呈微鳞片状,零星分布,特征同斑晶,含量少。

3 岩石化学特征

早白垩世花岗斑岩的岩石化学特征见表1,与中国花岗岩化学成分平均值相比,SiO2、FeO、MgO、MnO、P2O5含量有所偏低,其它成分略有偏高,但大多数较为接近。分异指数DI=72.62～81.06,平均75.50,固结指数SI=5.80～9.54,平均8.22,表明岩浆结晶分异程度较低。组合指数σ=0.63～0.84,平均0.68,为钙碱性岩。K2O＞Na2O,岩石属高钾钙碱性系列岩石(图2)。通过Q-A-P图解,样品落入花岗岩区,与镜下定名一致(图3)。

图2 花岗斑岩K2O-SiO2 岩石系列图解

图3 花岗斑岩Q-A-P图解

表1 早白垩世花岗斑岩岩石化学成分含量及特征值一览表

4 岩石地球化学特征

4.1 稀土元素特征

早白垩世花岗斑岩的稀土元素含量及特征值见表2,稀土配分曲线见图4。稀土总量∑REE 为245.20×10-6～320.90×10-6,平均279.56×10-6,稀土含量偏高。轻重稀土的比值LR/HR 为23.32～27.88,平均25.91；(La/Yb)N比值为34.98～58.94,平均48.46；稀土配分模式为向右倾斜曲线,斜率中等。轻稀土分馏程度(La/Sm)N为4.32～6.76,平均5.54,重稀土分馏程度(Gd/Yb)N为4.52～5.65,平均4.96,轻稀土分馏程度大于重稀土分馏程度,属轻稀土较富集型。δEu值为0.82～0.95,平均0.89,具铕负异常,说明经历了较弱的结晶分异作用。δCe值为1～1.23,平均1.13,具铈正异常。

图4 花岗斑岩稀土元素配分模式图

表2 早白垩世花岗斑岩稀土元素含量及特征值一览表

4.2 微量元素特征

早白垩世花岗斑岩的微量元素含量及特征值见表3,微量元素蛛网图见图5。与维氏酸性岩相比,Ba、Ce、Sr、Hf、Y、Cr含量有所偏高,Rb、K、Th、U、Nb、Zr、Ti、Ta含量均不同程度偏低。Rb/Sr=0.11～0.37,平均0.20,高于地幔平均值(0.025),低于地壳平均值(0.44),说明岩浆在向上运移过程中有壳源物质的混入。

表3 早白垩世花岗斑岩微量元素含量及特征值一览表

图5 花岗斑岩微量元素蛛网图

5 构造环境分析

在R1-R2图解中(图6),花岗斑岩8个样品均落入造山晚期的。在Rb-(Yb+Nb)图解中(图7),样品全部落入火山弧岩浆岩区(VAG 区)。综合上述特征分析,本区早白垩世花岗斑岩主要形成于陆块碰撞造山晚期抬升阶段的岩浆弧挤压构造环境。

图6 花岗斑岩R1-R2图解(据R.A.Batchelor等,1985)

图7 花岗斑岩Rb-(Yb+Nb)图解(据Pearce等,1984)

6 结论

怀来县姚家河早白垩世花岗斑岩为钙碱性岩,属于高钾钙碱性系列岩石；稀土元素轻稀土分馏程度大于重稀土分馏程度,属轻稀土较富集型；微量元素Rb/Sr=0.11～0.37,平均0.20,高于地幔平均值(0.025),低于地壳平均值(0.44),说明岩浆在向上运移过程中有壳源物质的混入。通过综合分析,确定该岩体主要形成于陆块碰撞造山晚期抬升阶段的岩浆弧挤压构造环境。