西秦嶺三疊紀(jì)高an值斜長石成因及其對巖漿系統(tǒng)演化的制約

西秦嶺三疊紀(jì)高an值斜長石成因及其對巖漿系統(tǒng)演化的制約

斜長石作為地殼最重要的造巖材料之一，經(jīng)常出現(xiàn)在酸性巖漿中。它的結(jié)構(gòu)和組成特征記錄了巖漿的屬性和演化過程。這是因?yàn)樾遍L石的主要元素（na、ca、al、si）具有緩慢晶擴(kuò)散的特點(diǎn)。巖漿中高An值斜長石(An=70～95)，常出現(xiàn)在島弧高鋁玄武巖、大洋中脊玄武巖中(近年來，地質(zhì)學(xué)家和地球物理學(xué)家基于多方面的證據(jù)，提出了穿地殼巖漿系統(tǒng)模型(本文選取西秦嶺過馬營復(fù)式巖體中含高An區(qū)的斜長石作為主要研究對象，通過系統(tǒng)的巖相學(xué)、礦物成分和原位同位素分析，結(jié)合其它造巖礦物的成分信息以及全巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)，綜合限定高An值斜長石的成因，約束不同性質(zhì)巖漿房的演化路徑，從而建立穿地殼巖漿系統(tǒng)內(nèi)不同層次巖漿房之間的聯(lián)系。1過馬營復(fù)合巖體西秦嶺造山帶夾持于太平洋構(gòu)造域、特提斯構(gòu)造域和古亞洲洋構(gòu)造域三者之間(西秦嶺造山帶自元古代至新生代經(jīng)歷了復(fù)雜的演化歷史。秦嶺群是西秦嶺最古老的結(jié)晶基底(U-Pb年齡:2172～2267Ma)，巖性主要為大理巖、角閃巖、片麻巖等(西秦嶺巖漿作用以印支期和燕山期為主(過馬營地區(qū)位于西秦嶺北西段，主要出露酸性侵入巖。過馬營復(fù)式巖體主要侵位于三疊系，局部被第三系覆蓋(圖2)。該巖體呈不規(guī)則形狀出露，出露面積約為58km兩類巖性中均出現(xiàn)高鈣斜長石，斜長石粒徑在2～3.5mm之間，自形-半自形結(jié)構(gòu)，常見聚片雙晶，一些斜長石具有振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖3b)，還有一些斜長石內(nèi)部具有復(fù)雜的篩狀結(jié)構(gòu)(圖3a,c)。大的斜長石“粗晶(可達(dá)3.5～4.5mm)”中常見黑云母包裹體(圖3a,c)，部分鉀長石大顆粒中包裹斜長石與石英。兩組樣品中角閃石均為自形常與黑云母呈集合體出現(xiàn)(圖3d)。磷灰石常呈包裹體存在于斜長石、角閃石和黑云母內(nèi)部。2測試測試2.1電子探針分析方法礦物電子探針分析在山東省地質(zhì)科學(xué)院山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，電子探針分析儀器為JEOLJXA-8230。激發(fā)電壓為15kV，激發(fā)電流為20nA，測試長石所用束斑直徑為1～10μm，分析黑云母所用束斑直徑為1～5μm，分析精度優(yōu)于±2%。2.2icp-ms分析斜長石微量元素含量分布面掃描實(shí)驗(yàn)在合肥工業(yè)大學(xué)礦床與勘查中心(ODEC)完成，采用激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)對樣品薄片進(jìn)行分析測定。分析儀器配備了激光燒蝕系統(tǒng)(PhotonMachinesAnalyteHEwith193nmArFExcimer),ICP-MS型號為Agilent7900。為了提高剝蝕材料的運(yùn)輸效率，激光燒蝕系統(tǒng)中以氦氣作為運(yùn)載氣體，氬氣作為補(bǔ)充氣體通過T型接頭與氦氣混合后進(jìn)入ICP。實(shí)驗(yàn)采用的激光頻率、能量密度與激光束斑直徑大小分別為:10Hz、2J/cm2.3la-mc-icp-ms法斜長石原位Sr同位素分析在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司進(jìn)行，使用搭配一套193nm激光燒蝕系統(tǒng)的多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(LA-MC-ICP-MS)進(jìn)行，激光剝蝕過程中使用氦氣作為載氣，傳輸速度為600ml/min，束斑直徑90μm、剝蝕頻率8Hz、能量密度為8J/cm3礦物元素面特征分析本文主要對一些主要造巖礦物(斜長石、黑云母)進(jìn)行了主量元素電子探針分析，為了更直觀地分析元素分布及環(huán)帶特征，選取斜長石顆粒進(jìn)行了LA-ICP-MS元素面掃描，其重要元素及相關(guān)參數(shù)呈一定的特征分布。3.1斜長石主要用于珍珠、分量、sr-so3.1.1斜長石與低an區(qū)碳質(zhì)細(xì)度和成分的分布特征兩類巖性內(nèi)的斜長石主量成分?jǐn)?shù)據(jù)列于表1中，斜長石成分上主要為中長石、拉長石與倍長石，少量為奧長石(圖4)。斜長石存在成分突變，即高An(72～85)區(qū)與低An(20～55)區(qū)之間呈跳躍式變化。兩者氧化物含量上(SiO斜長石高鈣區(qū)與低鈣區(qū)元素含量變化不連續(xù)，在接觸界限兩側(cè)呈跳躍式變化，低An區(qū)SiO兩類巖性中斜長石“粗晶”均存在高鈣區(qū)(圖4、圖5)，即高An(72～85)值斜長石。根據(jù)不同顆粒內(nèi)高鈣區(qū)An值大小可將高鈣斜長石“粗晶”分為兩類，第1類高鈣斜長石(圖4:Pl-3)的An值偏高，主要集中在80～85之間，具有更高的Al含高鈣區(qū)的斜長石粗晶，高鈣區(qū)有的分布于斜長石核部，呈不規(guī)則團(tuán)塊狀、斑點(diǎn)狀出現(xiàn)，還有呈狹窄環(huán)帶狀分布于斜長石幔部。從成分環(huán)帶上看，斜長石存在核3.1.2斜長石內(nèi)部元素分布特征本文分別選擇兩顆含高鈣區(qū)域的斜長石顆粒(分別來自偏鋁質(zhì)和過鋁質(zhì)花崗巖類)，進(jìn)行LA-ICP-MS元素面掃描分析，通過面掃描可以獲得整個(gè)顆粒的元素含量(表2)，更直觀的展示斜長石顆粒內(nèi)部不同元素分布特征與相關(guān)關(guān)系。如圖6所示，本研究利用LA-ICP-MS面掃描數(shù)據(jù)計(jì)算斜長石牌號An，結(jié)果與電子探針原位數(shù)據(jù)基本一致。斜長石內(nèi)部根據(jù)An值可分為高鈣區(qū)與低鈣區(qū)，且相應(yīng)分區(qū)上Al、Fe、Rb、Sr、Ba、Mg、La、Ce、Pr、Nd顯示出分帶特征。本文在斜長石晶體上分別切出1條剖面來顯示不同元素與An的相關(guān)性。剖面數(shù)據(jù)顯示，高An區(qū)Fe、Mg、Ba元素含量相對較高，且Fe、Mg含量差異很大。低An區(qū)Fe、Mg總體含量很低且呈平坦分布，An與Sr、Ba呈微弱的一致性變化趨勢。高An區(qū)與低An區(qū)Sr、Ba元素含量均在小范圍內(nèi)變化。3.1.3sr-u兩類巖性樣品中斜長石低鈣區(qū)Sr同位素組成較為均一，偏鋁質(zhì)花崗巖類與過鋁質(zhì)花崗巖類中3.2黑云母兩類巖性中黑云母各成分含量比較均一，其中Al4討論4.1斜長石內(nèi)部成分突變成因過馬營復(fù)式巖體中出現(xiàn)含高An區(qū)的斜長石，即高An(72～85)斜長石被自形低An(30～50)值斜長石所包裹，兩者接觸界限兩側(cè)An值有大于20以上的跨度，出現(xiàn)成分突變，同時(shí)高An區(qū)與低An區(qū)對應(yīng)的微量元素(Fe、Mg、Sr、Ba等)也存在系統(tǒng)的差異。造成斜長石內(nèi)高An和低An區(qū)成分差異的因素通常包括:(1)晶體內(nèi)部擴(kuò)散與動力學(xué)過程;(2)巖漿環(huán)境的改變(由于斜長石成分對巖漿物理、化學(xué)條件(溫度、壓力、含水量)的敏感性(4.1.1晶體內(nèi)部擴(kuò)散通常情況下，斜長石的成分環(huán)帶的形成可能會受到晶內(nèi)擴(kuò)散與動力學(xué)作用的影響。具體而言，動力學(xué)過程通常發(fā)生在晶體快速生長時(shí)期，斜長石沒有足夠的時(shí)間與寄主熔體平衡(斜長石結(jié)晶后，晶內(nèi)擴(kuò)散可以改變或均勻相鄰晶域的元素組成，它是另一個(gè)影響斜長石組分分布的因素。元素的擴(kuò)散系數(shù)通常強(qiáng)烈依賴于斜長石成分(4.1.2影響變化的因素在巖漿系統(tǒng)中，巖漿成分與巖漿房環(huán)境物理?xiàng)l件變化是影響斜長石An值變化的重要因素。對于物理參數(shù)來說，在高溫、高含水量、減壓等條件下，熔體易結(jié)晶高An值斜長石(巖漿演化過程中流體混入與構(gòu)造擾動可造成巖漿物理化學(xué)環(huán)境的改變，是兩個(gè)影響結(jié)晶礦物物質(zhì)組分的重要因素(4.1.3斜長石成因與化礦關(guān)系高An斜長石核常結(jié)晶于基性巖漿環(huán)境(本研究根據(jù)高鈣區(qū)An值相對大小將高鈣斜長石分為兩類:第1類An(80～85)，存在于過鋁質(zhì)巖石中，高鈣區(qū)具有明顯高Fe、Mg，相對高Ba低Sr的特征，且Fe、Mg、Sr、Ba與An值均沒有明顯的相關(guān)性(圖9Pl-3);第2類An(72～78)，過鋁質(zhì)、偏鋁質(zhì)巖石均存在。高鈣區(qū)Fe、Mg含量相對第1種明顯偏低，Ba相對偏低，Sr相對偏高，F(xiàn)e、Mg、Sr與An表現(xiàn)出微弱相關(guān)性(圖9Pl-1、Pl-2)。兩者元素含量差異暗示第1種高An斜長石形成巖漿可能更富Fe、Mg、Ba。斜長石中Sr、Ba含量主要取決于熔體成分與其分配系數(shù)的變化，D綜上所述，第1類富鈣斜長石與第2類富鈣斜長石可能并非形成于同一種玄武質(zhì)巖漿中，且各自巖漿環(huán)境為亞穩(wěn)定狀態(tài)。第1類富鈣斜長石形成的巖漿相對更富Mg、Fe、Ba。兩類斜長石中高鈣區(qū)有的形成于深部，后被玄武質(zhì)巖漿攜帶進(jìn)入淺部巖漿房，有的為玄武質(zhì)巖漿進(jìn)入淺部巖漿房后結(jié)晶形成的。4.1.4鋁質(zhì)砂巖pa源區(qū)前人研究表明過馬營巖體起源于7～10kbar(源區(qū)深度大于25km)的源區(qū)，屬于西秦嶺中下地殼-下地殼，偏鋁質(zhì)花崗巖類的原巖類型主要以角閃巖為主，而過鋁質(zhì)花崗巖類則為角閃巖疊加富長石組分發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物，后均上升運(yùn)移到1.89～2.39kbar的淺部環(huán)境(4.2軟流圈地表土體參數(shù)在西秦嶺早-中三疊世，阿尼瑪卿洋連續(xù)俯沖和回撤，軟流圈地幔上涌產(chǎn)生的熱量，促進(jìn)下覆交代地幔楔產(chǎn)生原生玄武質(zhì)熔體或高鎂安山質(zhì)熔體(基于前人研究成果(5巖漿房模型建立本文主要對斜長石進(jìn)行電子探針(EMPA)、LA-ICP-MS微量元素面掃描、原位Sr同位素分析，同時(shí)結(jié)合黑云母的成分特征，對含高An核斜長石的成因進(jìn)行探討，示蹤不同巖漿房端員的屬性，約束巖漿演化過程，建