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北京房山岩体位于华北克拉通的东部块体,其西为太行山重力梯度带,其北部为燕山造山带。房山岩体的主体为花岗闪长岩,在岩体边缘零星分布有早期形成的细粒石英闪长岩,在岩体内部分布有各种包体和岩脉。本论文主要研究对象是房山岩体的花岗闪长岩、暗色微粒闪长质包体和基性岩脉。系统进行岩石学、年代学和地球化学研究,厘定寄主岩体、包体和基性岩脉的成因机制,进而探讨房山岩体与华北克拉通破坏的关系。
基性岩脉主要分布在岩体的西北边缘,宽窄不一(0.1-3 m),宽的岩脉发育冷凝边,从中央到边缘,由斑状结构或辉绿结构向细粒结构和隐晶质结构变化;窄的岩脉为细粒结构和隐晶质结构。岩性主要为辉绿岩、辉长岩和闪绿岩。锆石CL图像为自形的柱状,具有明显的震荡环带,Th/U比值为0.46-2.4,锆石稀土配分图呈左倾型式,为岩浆成因的锆石。基性岩脉的锆石LA-ICPMS U-Pb年龄为134±2 Ma。全岩SiO2含量为50.02-52.64 wt.%,MgO含量6.02-12.55 wt.%,Mg#为58-72。在全岩微量元素蛛网图中,富集LILE,亏损HFSE,与华北克拉通中生代来自地幔部分熔融的玄武岩特征一致;在全岩稀土元素图中,富集轻稀土、亏损重稀土,表明石榴石富集源区。基性岩脉具有低Fe/Mn和Ni/Mg比值、高MnO,这些特征与地幔橄榄岩部分熔融的特征一致;与PM、MORB、OIB相比,具有高的Ba/Nb比值,低Nb/U比值,与EM1型地幔相似。因此,基性岩脉为含石榴石的地幔橄榄岩部分熔融所形成。
房山岩体由花岗闪长岩和石英闪长岩组成。石英闪长岩零星分散于岩体的周缘。主体为花岗闪长岩,含有大量的基性微粒包体。根据野外产出状态和结构特征,由岩体中央向边缘可划分为3个相带:中央相、过渡相和边缘相。中央相为巨斑状结构,斑晶为钾长石和斜长石为主,并有少量角闪石;过渡相为似斑状结构,斑晶为钾长石和斜长石;边缘相为中粒结构。花岗闪长岩的锆石LA-ICPMS U-Pb年龄为136±2 Ma。花岗闪长岩具有低镁高钾的埃达克质岩的地球化学特征。高的SiO2(58.8-65.9Wt.%)和K2O(3.2-4 wt.%)含量,低的MgO含量(1.4-3 wt.%)和Mg#值(42-48);富集轻稀土、亏损重稀土和低的Y含量,表明花岗闪长岩作为熔体,源区残余相中富集石榴石;具有高Sr含量,没有δ Eu负异常,表明斜长石进入熔体相;高Sr/Y和(La/Yb)N比值。与俯冲背景下形成的埃达克岩不同,房山岩体具有高K2O/Na2O比值的特征,而与大陆加厚下地壳部分熔融形成的埃达克岩相似。综合房山岩体的构造背景、地球化学特征,本文认为,房山岩体形成于加厚大陆下地壳部分熔融。
房山花岗闪长岩中暗色微粒闪长质包体主要分布在岩体的边缘相和过渡相,而中央相则较少分布。包体具明显的岩浆混合特征:(1)野外产出特征,大多呈椭圆状,与寄主岩的接触关系既有截然也有渐变的接触关系,有的呈半塑性拉长,有的具有反映边,有的包体与寄主岩的接触界面具有大的长石斑晶。(2)岩相学特征,包体为细粒结构或斑状结构,未见固态热变质结构;石英与长石常形成蠕虫结构,黑云母包嵌早期的斜长石形成嵌晶结构等,斜长石中常发育由暗色微粒矿物组成的内环带,斜长石内核常包裹早期结晶的暗色微粒矿物。(3)包体的形成时代,锆石LA-ICPMS U-Pb年龄为135±2 Ma,与基性岩脉(134±2 Ma)和寄主岩体(136±2 Ma)一致。(4)包体的全岩地球化学特征,MgO、CaO、FeOT与SiO2在包体和寄主岩体中有较好的相关性,而A12O3、Na2O、K2O等在寄主岩体与包体之间的相关性较差;在主量元素比值-比值图中,包体与寄主岩体和基性岩脉三者呈双曲线分布,在同分母比值图中,三者呈直线分布;微量元素在寄主岩和包体之间也具有较好的相关性,在微量元素蛛网图和稀土元素配分图中,包体显示出与寄主岩体相似的特征。(5)包体的锆石微量元素特征,锆石稀土平均含量介于寄主岩体和基性岩脉之间,锆石微量元素Nb/Ta比值与基性岩脉一致,锆石δ Eu具有明显的亲寄主岩和亲基性岩脉两类,反映其物源与寄主岩体和基性岩脉均有联系。包体具有高镁埃达克质岩的地球化学特征。富集轻稀土、亏损重稀土、低Y含量,表明在熔融过程中有石榴石残留;具有高Sr含量,没有δEu负异常,表明斜长石进入熔体相;高Sr/Y和(La/Yb)N比值;较低的SiO2(52.2-59.6wt.%)含量,高MgO含量(2.6-5.6wt.%)和Mg#值(46-57)。与寄主岩相似,为大陆内部而非俯冲作用下形成的埃达克岩;与大陆下地壳拆沉熔融形成的高镁埃达克岩相比,包体具有更低的SiO2含量;与角闪石和/或石榴石分离结晶作用形成的埃达克岩相比,不存在稀土元素含量与SiO2之间的演化趋势。结合包体的混合成因的特征,本文认为高镁埃达克质包体形成于增厚下地壳部分熔融形成的熔体与幔源岩浆的混合作用。
通过对房山岩体各研究单元的野外产状、岩石学特征、年代学特征、地球化学特征的系统研究,本文提出房山岩体的成因模式为:幔源岩浆的底侵作用引发增厚的下地壳部分熔融,形成低镁的埃达克质寄主岩;下地壳部分熔融形成的熔体与幔源岩浆的混合作用,形成高镁的埃达克质暗色微粒包体。通过区域对比研究表明,华北克拉通东部广泛发育晚中生代花岗岩类,具有埃达克质岩地球化学特征的花岗岩的形成时代均大于130 Ma,而130-135Ma为岩浆作用最为强烈的时期。因此,房山富集地幔来源的基性岩脉、低镁埃达克质寄主岩和高镁埃达克质微粒包体的产出,指示了华北克拉通增厚地壳的破坏,华北克拉通的破坏与幔源岩浆作用有关。