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摘要:青岛崂山花岗岩分布广泛,岩性包括二长花岗岩、正长花岗岩、碱长花岗岩。崂山主峰—崂顶一带出露岩性主要为碱长花岗岩,为崂山花岗岩后期侵入产物。侵入体呈岩基状分布,为多期侵入。岩石粒度由外向内由粗变细,总体呈半环状特征。根据岩石结构特征、侵入关系,对其进行了岩石谱系单位划分,划分为太清宫、八水河、上清宫、大平兰、小平兰等五个单元,各单元之间侵入关系呈脉动、涌动接触。根据各单元的岩石学特征、岩石化学特征分析,崂顶一带碱长花岗岩为A型花岗岩,为同熔型花岗岩,其形成于非造山期,侵位受沧口断裂控制,形成于沧口断裂活动后期,为张性环境下侵位。
关键词:青岛、崂顶、碱长花岗岩、A型花岗岩、张性环境
中图分类号:C35文献标识码: A
一、引言
青岛崂山一带花岗岩分布广泛,受沧口断裂控制,分布于沧口断裂以东的广大区域(图1)。崂山花岗岩体为一复式岩体,呈多期次侵入的特点。早期侵入的是二长花岗岩,其后为正长花岗岩,晚期为碱长花岗岩。该花岗岩体空间分布上呈一半圆状规律性分布,二长花岗岩位于岩体外边,中间部分为正长花岗岩,岩体中心主要为碱长花岗岩。可见,崂山花岗岩体侵入时间有早到晚,空间上由外向内,岩性均呈碱性程度渐趋增高趋势[1-2]。
通过野外调查,依据岩体的侵入时间、各侵入体的相互接触关系等,将崂山花岗岩体划归为一个超单元。依据岩性不同,又进一步划分为三个亚超单元,即浮山亚超单元(二长花岗岩)、石门山亚超单元(正长花岗岩)、崂顶亚超单元(碱长花岗岩)。
崂山主峰—崂顶一带分布岩性主要为碱长花岗岩(图1),各侵入体规模大小不一,自几平方千米至上百平方千米均有分布,多呈岩基、岩株状产出。对该区碱长花岗岩进行岩石谱系单位划分,研究其岩石学、岩石化学特征以及演化规律,对于探讨其成因和侵位机制具有十分重要的意义。
图1 崂顶一带碱长花岗岩分布图
二、岩石谱系单位划分
崂顶一带碱长花岗岩归属于崂顶亚超单元。根据侵入体岩石结构、构造特征不同,以及各侵入体之间的接触关系、侵入先后顺序,由早到晚将该区的碱长花岗岩划分为五个单元,即太清宫单元、八水河单元、上清宫单元、大平兰单元、小平兰单元,详见表1。
表1崂顶一带碱长花岗岩岩石谱系单位划分表[3]
三、各单元基本特征
(一)太清宫中粗粒碱长花岗岩单元(lT)
该单元分布广泛,多呈岩株状分布。其侵入早期莱阳群地层中,被后期八水河中粒碱长花岗岩脉动侵入。
1.岩石学特征
该单元岩性为中粗粒碱长花岗岩,岩石呈浅灰-浅肉红色,晶洞构造发育,中粗粒花岗结构,粒径2-8mm。主要由钾长石(65-70%)、钠长石(0-2%)、石英(30-35%)组成,黑云母少量,副矿物主要为磷灰石、锆石,局部见钠闪石等碱性暗色矿物。
2.岩石化学特征
太清宫单元岩石化学特征及标准矿物特征见表2、表3.
由表可见,该单元岩石化学成分以高硅、低铝、低铁镁,贫钙、富钠、钾为特征。其里特曼指数σ为0.89,为钙碱性岩系; Al2O3>K2O+Na2O,反映其岩性為过铝质,A/CNK平均为0.95,分异指数DI平均为93.16,反应岩浆侵位较深。
该单元岩石化学特征较戴里碱性花岗岩岩石化学特征相比,SiO2含量相近,Al2O3略高,Fe2O3+FeO、MgO偏低,Na2O略低,K2O偏高,K2O>Na2O。
3.微量元素特征
太清宫单元微量元素含量及有关参数见表4。
该单元微量元素含量较维氏酸性岩相比,大离子亲石元素Sr、Ba低6倍之多,Rb偏低,相容元素Cr、V低数倍,Co、Ni低近1倍,其他元素Nb、Zr、Be、Pb、Sn偏高,Zn、Cu、Mo、Mn偏低,K/Rb值为258.19,Rb/Sr值为2.84。
4.稀土元素特征
太清宫单元稀土元素含量见表5。该单元稀土总量较低,ΣREE=90.1;ΣLREE/ΣHREE=9.42,反映轻重稀土分异程度较高[4];(La/Sm)N=5.19,说明轻稀土分馏较好,为富集型;(Gd/Yb)N=1.0,反映重稀土趋于富集;(La/Yb)N=7.88,δEu=0.14,反映铕负异常明显,铕强度亏损。
(二)八水河中粒碱长花岗岩单元(1B)
该单元分布面积较大,呈岩基、岩株状分布。脉动侵入早期太清宫单元,被后期上清宫单元涌动侵入。
1.岩石学特征
该单元岩性为中粒碱长花岗岩。岩石呈灰白色、浅肉红色,晶洞构造,中粒花岗结构,矿物粒度2-4.5mm,主要矿物成分为石英(25-40%)、钾长石(60-72%)、钠长石(0-3%),局部见钠闪石等碱性暗色矿物,黑云母少量。
2.岩石化学特征
八水河单元岩石化学成分及标准矿物特征见表2、表3。从表中可见该单元岩石化学特征为高硅、低铝、富碱。里特曼指数σ=2.44<3.3,属钙碱性岩系; Al2O3>K2O+Na2O,为过铝质;A/CNK=0.99,分异指数DI平均93.79,说明岩浆分异程度很高,氧化度Ox为0.28,反映岩浆侵位较深。
该单元岩石化学特征较戴里碱性花岗岩相比,SiO2偏高, Fe2O3+FeO、MgO偏低,Al2O3略高,K2O偏高,Na2O略低,CaO稍低,K2O+Na2O 较对照岩性相当,K2O>Na2O。
3.微量元素特征
该单元微量元素含量及有关参数见表4。其微量元素含量较维氏酸性岩相比,大离子亲石元素Sr、Ba含量低近10倍,Rb略高。相容元素Cr、V、Ni、Co均明显偏低。K/Rb=169.11,Rb/Sr=3.73。
4.稀土元素特征
该单元稀土元素含量及有关参数见表5。稀土总量为ΣREE=175.1,较低;ΣLREE/ΣHREE=9.66,反映轻重稀土分异程度较高;(La/Sm)N=7.18,反映轻稀土分馏相对较好;(Gd/Xh)N=0.78,显示重稀土分馏程度较高,重稀土明显富集;(La/Yb)N=8.39,δEu=0.26,反映铕具负异常,铕强度亏损。
(三)上清宫中细粒碱长花岗岩单元(1S)
该单元侵入体呈岩株状分布,规模不大,涌动侵入八水河单元,被后期大平兰单元涌动侵入。
1.岩石学特征
该单元岩性为中细粒碱长花岗岩。岩石呈灰白-浅肉红色,细中粒花岗结构,块状构造,晶洞构造,主要矿物成分:石英(26-40%)、钾长石(60-74%)、钠长石<1%,黑云母少量,见霓石、萤石等。副矿物为磁铁矿、榍石、锆石等。
2.岩石化学特征
上清宫单元岩石化学成分及标准矿物特征见表2、表3。由表中知,该单元岩石化学特征为高硅、低铝、低铁镁、富钠钾。里特曼指数σ=2.29,小于3.3,为钙碱性岩系;Na2O + K2O< Al2O3,为过铝性;A/CNK平均0.95,为A型花岗岩范围之内,分异指数DI=96.82,说明岩浆分异程度极高;氧化度Ox′为0.46,说明岩浆侵位很深。
该单元岩石化学特征较戴里碱性花岗岩相比,SiO2明显偏高,Al2O3偏低,Fe2O3+FeO、MgO、CaO偏低,Na2O偏低,K2O偏高,K2O+Na2O含量相当。
3.微量元素特征
上清宫单元微量元素含量及有关参数见表4。该单元微量元素特征较维氏酸性岩相比、大离子亲石元素Sr、Ba低近14倍,Rb略高,相容元素Cr、V、Ni、Co均明显偏低,K/Rb平均171.4,Rb/Sr=20.8,基本符合A型花岗岩范围。
4.稀土元素特征
该单元稀土元素含量及有关参数见表5。该单元稀土总量ΣREE=184.58,较低;ΣLREE/ΣHREE=8.34,反映轻重稀土分异程度较高;(La/Sm)N为10.47,(Gd/Yb)N为0,94,反映轻重稀土分馏程度都很高,均为富集型。δEu=0.09,反映铕负异常极明显,铕强度亏损。
(四)大平兰斑状中细粒碱长花岗岩单元(1D)
该单元侵入体分布面积不大,呈岩株状分布,涌动侵入上清宫单元,被后期小平兰单元脉动侵入。
1.岩石学特征
该单元岩性为斑状中细粒碱长花岗岩。岩石呈浅肉红色,晶洞构造,似斑状结构、中细粒花岗结构。矿物成分:钾长石(55-70%)、石英(28-43%)、黑云母(0.9-1%)、磁铁矿(2%),局部见钠闪石等碱性暗色矿物。副矿物为磁铁矿、锆石、萤石等。
2.岩石化学特征
大平兰单元岩石化学成分及标准矿物特征见表2、表3。由表中看出,该单元以高硅、低铝、低铁镁、富钾钠为特征。其里特曼指数σ=2.22<3.3,为钙碱性岩系[5];K2O+Na2O 3.微量元素特征
大平兰单元微量元素含量及有关参数见表4。该单元微量元素含量较维氏酸性岩相比,大离子亲石元素Sr、Ba低10-30倍,Rb明显偏高,相容元素Cr、V、Ni、Co等均明显偏低,K/Rb=123.4,Rb/Sr=31.2,显示A型花岗岩之特点。
4.稀土元素特征
该单元稀土元素含量及有关参数见表5。稀土总量为ΣREE=110.81,较低,ΣLREE/ΣHREE=17.58,说明轻重稀土分异程度很高;(La/Sm)N=19.65,反应轻稀土分馏较好,为富集型;(Gd/Yb)N=0.44,说明重稀土富集程度一般,分馏一般;δEu=0.23,反映铕负异常明显,铕强度亏损。
(五)小平兰细粒碱长花岗岩单元(1X)
该单元位于崂顶亚超单元的中心,呈小岩株状分布,脉动侵入早期个单元。
1.岩石学特征
该单元岩性为细粒碱长花岗岩。岩石呈浅肉红色,细粒花岗结构,晶洞构造发育,矿物粒径0.5-1.5mm,主要成分由钾长石62-71%、石英28-37%、钠长石0.2-1%、黑云母0-0.5%、磁铁矿<1%组成。局部见有钠闪石等碱性暗色矿物。
2.岩石化学特征
该单元岩石化学特征、标准矿物特征见表2、表3。由表可见,该单元以高硅、低铝、富碱为特征,里特曼指数σ=2.05,小于3.3,为钙碱性岩系; Al2O3>K2O+Na2O+CaO,为过铝型;部分样品CIPW标准矿物中出现C。A/CNK=1.05,分异指数DI=94.54,反映岩浆分异程度很高;氧化度Ox′=32,反映巖浆侵位较深。
该单元岩石化学成分较戴里碱性花岗岩相比,SiO2明显偏高,Al2O3稍高,Fe2O3偏低,FeO略高,MgO、CaO偏低,Na2O偏低,K2O略高,其中K2O>Na2O。
3.微量元素特征
小平兰单元微量元素含量及有关参数见表4。该单元微量元素含量较维氏酸性岩相比,大离子亲石元素Sr、Ba低近4-6倍,Pb偏高,相容元素Cr、V、Ni、Co均明显偏低,其它元素Nb、Zr、Be、Pb、Sn等略高,K/Rb平均141.43,Rb/Sr平均34.8。
4.稀土元素特征
该单元稀土元素含量及有关参数见表5。该单元稀土总量较低,ΣREE=103.22;ΣLREE/ΣHREE=11.38,说明轻重稀土分馏程度较高;(La/Sm)N=9.76,反映轻稀土分馏较好,轻稀土富集;(Gd/Yb)N=0.44,反映重稀土分馏一般,趋于富集。(La/Yb)N=8.36。δEu=0.37,说明铕强度亏损,铕负异常明显。
四、演化特征
(一)分布特征
崂顶一带碱长花岗岩受区域NE向断裂构造控制,整体呈NE向展布,各单元之间具明显的侵入接触关系。早期太清宫单元中粗粒碱长花岗岩呈环状岩基产出,分布于该亚超单元边部,或呈残留包体状产于后期单元中;中期的八水河单元呈岩基状大面积出露,分布较广;之后的上清宫单元、大平兰单元,则呈岩株状产出;晚期的小平兰单元呈小岩株状产出。由早到晚,侵入体规模逐渐变小,晚期单元多产于早期单元之中,空间上呈近环状分布,由外向内,侵入时间上为由早到晚。
(二)岩石矿物成分演化特征
该区碱长花岗岩侵入时间由早到晚矿物成分表现为渐趋碱性的特点。早期太清宫单元到中期八水河单元,钾长石含量逐渐增高,斜长石降低,暗色矿物黑云母呈逐渐降低趋势。自中期八水河单元至晚期小平兰单元,钾长石含量略有降低,这反映岩浆侵入后期,受围岩不同程度的混染变异,岩浆碱性程度相应降低。该亚超单元局部存在碱性暗色矿物霓石、钠闪石等,反映其碱性程度较高,为典型的碱性花岗岩系列。
(三)组构演化特征
该区碱长花岗岩有早到晚岩石结构上表现出明显的规律性。由早期太清宫单元至晚期的小平兰单元,岩石结构依次表现为中粗粒结构-中粒结构-中细粒结构-斑状中细粒结构-细粒结构,构成一个完整的同源岩浆结构演化序列。由此可见该区碱长花岗岩划分为一个亚超单元是准确地的,有早到晚呈一个以结构演化序列为主,成分演化为辅,结构与成分双重演化为特征的岩浆演化序列。
(四)化学成分演化特征
崂顶一带碱长花岗岩由早到晚,各单元主要氧化物含量变化具明显的规律性。SiO2含量由早到晚呈上升趋势,从早期太清宫单元到中期上清宫单元,SiO2含量渐趋增高,上清宫单元SiO2含量最高,之后略有下降,但又趋于平稳上升;TiO2、Fe2O3+FeO、CaO呈逐渐降低;Al2O3含量总体渐趋降低,于八水河单元为最低点,呈一低谷;MgO总体变化无规律,于大平兰单元呈一峰值;Na2O呈渐趋下降;K2O于太清宫单元偏高,到八水河单元降低,之后则逐渐升高。以上充分反映岩浆演化晚期的特点。
对该区岩石化学成分进行分析研究,认为该区碱长花岗岩其钾、钠组分变化范围不大,但总体显示渐趋碱性的特点;铁镁组分变化范围较窄,总体显示逐渐减少的趋势。对岩石化学分析结果在Q-Ab-Or图解(图2)中投点,显示样品分布较集中,充分反应钙碱性岩系的演化趋势。
图2 崂顶亚超单元Q-Ab-Or图解
(五)微量元素演化特征
该区碱长花岗岩由早到晚微量元素变化规律较明显。其中大离子亲石元素Sr、Ba演化规律基本一致,由太清宫单元到大平兰单元呈渐趋降低,至小平兰单元处呈一异常峰值。而Rb含量与之相反,由太清宫单元到大平兰单元呈逐渐增高,之后则缓慢降低,反映岩浆演化后期的变异特点。相容元素Co、Ni、V,演化曲线相似,由早到晚呈渐趋降低趋势,于小平兰单元处出现异常,呈一明显峰状;Cr则相反,由太清宫到八水河单元呈上升,之后则缓慢下降。
在Rb-Sr-Ba三角图解(图3)中,各单元微量元素含量投点较分散,但总体显示Rb逐渐增高的特点,这与同源岩浆演化趋势基本一致。
根据1:5万青岛幅区调报告反映,对崂顶一带碱长花岗岩的微量元素含量进行球粒陨石标准化投点,显示各单元的球粒陨石配分曲线相近,基本上与福建魁岐山A型花岗岩配分曲线相似,可见该单元具A型花岗岩特征。
图3崂顶 亚超单元 Rb-Sr-Ba图解
(六)稀土元素演化特征
崂顶一带碱长花岗岩稀土元素含量及有关参数变化规律明显。其稀土总量(ΣREE)、轻稀土含量(ΣLREE)、重稀土含量(ΣHREE)有早到晚,变化规律相似,由太清宫单元到小平兰单元总体趋于降低。(La/Sm)N与(Gd/Yb)N呈反相关,有早到晚(La/Sm)N渐趋增高,(Gd/Yb)N呈渐趋降低,说明轻重稀土分馏程度存在互为消长的关系。ΣLREE/ΣHREE由太清宫单元到大平兰单元趋于增高,之后则逐渐降低。δEu由太清宫单元至八水河单元呈逐渐增高,八水河单元至上清宫单元呈渐趋降低,之后至小平兰则呈逐渐升高。以上稀土元素演化特征充分说明晚期岩浆演化变异较大。
五、成因分析
(一)岩浆来源分析
据桂训唐等资料介绍,对太清宫单元碱长花岗岩做Sr同位素分析,87Sr/86Sr初始值为0.7064±0.0013,属于玄武岩区范畴,这反映崂山超单元岩浆来源于地幔;据刘英俊等资料反映,崂顶一带碱长花岗岩Rb/Sr、K/Rb值均接近于同熔型花岗岩特征;而据徐克勤等认为,同熔型花岗岩为上地幔派生岩浆上升,与地壳同熔及混染所形成的岩浆产物。由此分析,崂顶一带碱长花岗岩岩浆源于上地幔。
(二)成岩条件分析
对崂顶一带碱长花岗岩岩石化学计算结果在标准矿物Q-An-Or-H2O图解[6](图4)中投点,发现其样品投点较集中,显示该区碱长花岗岩成岩压力介于1.5-4.8kb之间,成岩温度为700℃左右。
图4 崂顶亚超单元Q-An-Or-H2O图解
(三)其他特征分析
1、空间分布上,崂顶一带碱性花岗岩受NE向断裂控制明显,且与青山群火山岩共生。
2、该区碱长花岗岩晶洞构造发育,晚期单元局部见花斑结构发育。
3、岩石中普遍含碱性暗色矿物:如霓石、钠闪石等,常见萤石。
4、岩石化学成分SiO2含量极高,A/CNK界于0.95-1.05之间,两件样品小于0.96,而具1:5万青岛区调报告,该区碱长花岗岩岩石化学成分中A/CNK值多小于0.96。
5、该区碱长花岗岩稀土元素中富含重稀土、标准化模式图呈“V”形,且V形谷深,谷两侧曲线缓慢向上抬升,δEu值较小,多小于0.3,铕强度亏损。反映该区碱长花岗岩由完全的分异结晶作用形成。
6. 该区碱长花岗岩微量元素球粒陨石配分曲线基本上与福建魁岐山A型花岗岩配分曲线相似。
7、在R1-R2图解(图5)中,该区碱长花岗岩样品多投点于非造山期。
8、在Na2O- K2O图解(图6)中,该区碱长花岗岩所有样品均落于A型花岗岩区。
以上特点均反映崂顶一带碱长花岗岩为典型的A型花岗岩。
图5崂顶亚超单元R1-R2图解、
图6崂顶亚超单元Na2O- K2O图解
六、侵位机制分析
整个崂山花岗岩形成受NE向沧口断裂控制,多呈NE向展布,产于断裂内。其动力来源源于太平洋板块向欧亚板块俯冲。
随着板块俯冲,形成北北西-南南东向的挤压力,沧口断裂开始活动,地下深部来自于上地幔的岩浆开始沿裂隙上侵。可以推断,岩浆开始上侵时,由于岩浆压力较大,而断裂扩张速度远远小于岩浆上侵速度,此时岩浆定位处于挤压环境。随着岩浆不断上侵,断裂活动也不断加剧,岩浆承受的压力逐渐减少,呈降低趋势,岩浆上侵速度逐渐向小于断裂扩张速度转化,岩浆定位环境由挤压向引张过渡。因此崂山花岗岩早期阶段为挤压环境定位,中期为由挤压向引张过度环境,而崂顶一带碱长花岗岩为崂山花岗岩岩浆侵位后期产物,因此其岩浆侵位环境为引张环境。
在LogCaO/(Na2O + K2O)- SiO2图解(图7)中,崂顶一带碱长花岗岩的样品均投点于引张型区,这和分析结果是一致的。
图7LogCaO/(Na2O + K2O)- SiO2图解
在太清宫单元边部有早期莱阳群地层的棱角状包体,且包体杂乱,分布无规律。该单元及后期的各单元内均未发现岩浆主动定位而形成的定向构造,其内部的莱阳群地层包体应为岩浆上侵过程中,顶蚀作用的产物。
根据以上情况分析认为:崂顶一带碱长花岗岩为引张环境下被动定位,具顶蚀特征。
參考文献:
[1]刘建文、刘瑞国、栾元滇等,1:5万青岛等幅区域地质调查报告,内部资料,1999年
[2]张德全等,中国东部花岗岩,中国地质大学出版社,1988年
[3]王世进、万渝生、王伟等,山东崂山花岗岩形成时代-锆石SHRIMPU- Pb定年,山东省国土资源[J],2010,26(10):2
[4]李王中刚,稀土元素地球化学,科学出版社,1989年
[5]邱家骧,应用岩浆岩岩石学,中国地质大学出版社,1991年
[6]张儒瑗等,矿物温度计和矿物压力计,地质出版社,1983年
表2 崂顶一带碱长花岗岩岩石化学特征
表3 崂顶一带碱长花岗岩岩石化学有关参数及标准矿物特征表
表4崂顶一带碱长花岗岩微量元素含量及有关参数
表5崂顶一带碱长花岗岩稀土元素含量及有关参数
关键词:青岛、崂顶、碱长花岗岩、A型花岗岩、张性环境
中图分类号:C35文献标识码: A
一、引言
青岛崂山一带花岗岩分布广泛,受沧口断裂控制,分布于沧口断裂以东的广大区域(图1)。崂山花岗岩体为一复式岩体,呈多期次侵入的特点。早期侵入的是二长花岗岩,其后为正长花岗岩,晚期为碱长花岗岩。该花岗岩体空间分布上呈一半圆状规律性分布,二长花岗岩位于岩体外边,中间部分为正长花岗岩,岩体中心主要为碱长花岗岩。可见,崂山花岗岩体侵入时间有早到晚,空间上由外向内,岩性均呈碱性程度渐趋增高趋势[1-2]。
通过野外调查,依据岩体的侵入时间、各侵入体的相互接触关系等,将崂山花岗岩体划归为一个超单元。依据岩性不同,又进一步划分为三个亚超单元,即浮山亚超单元(二长花岗岩)、石门山亚超单元(正长花岗岩)、崂顶亚超单元(碱长花岗岩)。
崂山主峰—崂顶一带分布岩性主要为碱长花岗岩(图1),各侵入体规模大小不一,自几平方千米至上百平方千米均有分布,多呈岩基、岩株状产出。对该区碱长花岗岩进行岩石谱系单位划分,研究其岩石学、岩石化学特征以及演化规律,对于探讨其成因和侵位机制具有十分重要的意义。
图1 崂顶一带碱长花岗岩分布图
二、岩石谱系单位划分
崂顶一带碱长花岗岩归属于崂顶亚超单元。根据侵入体岩石结构、构造特征不同,以及各侵入体之间的接触关系、侵入先后顺序,由早到晚将该区的碱长花岗岩划分为五个单元,即太清宫单元、八水河单元、上清宫单元、大平兰单元、小平兰单元,详见表1。
表1崂顶一带碱长花岗岩岩石谱系单位划分表[3]
三、各单元基本特征
(一)太清宫中粗粒碱长花岗岩单元(lT)
该单元分布广泛,多呈岩株状分布。其侵入早期莱阳群地层中,被后期八水河中粒碱长花岗岩脉动侵入。
1.岩石学特征
该单元岩性为中粗粒碱长花岗岩,岩石呈浅灰-浅肉红色,晶洞构造发育,中粗粒花岗结构,粒径2-8mm。主要由钾长石(65-70%)、钠长石(0-2%)、石英(30-35%)组成,黑云母少量,副矿物主要为磷灰石、锆石,局部见钠闪石等碱性暗色矿物。
2.岩石化学特征
太清宫单元岩石化学特征及标准矿物特征见表2、表3.
由表可见,该单元岩石化学成分以高硅、低铝、低铁镁,贫钙、富钠、钾为特征。其里特曼指数σ为0.89,为钙碱性岩系; Al2O3>K2O+Na2O,反映其岩性為过铝质,A/CNK平均为0.95,分异指数DI平均为93.16,反应岩浆侵位较深。
该单元岩石化学特征较戴里碱性花岗岩岩石化学特征相比,SiO2含量相近,Al2O3略高,Fe2O3+FeO、MgO偏低,Na2O略低,K2O偏高,K2O>Na2O。
3.微量元素特征
太清宫单元微量元素含量及有关参数见表4。
该单元微量元素含量较维氏酸性岩相比,大离子亲石元素Sr、Ba低6倍之多,Rb偏低,相容元素Cr、V低数倍,Co、Ni低近1倍,其他元素Nb、Zr、Be、Pb、Sn偏高,Zn、Cu、Mo、Mn偏低,K/Rb值为258.19,Rb/Sr值为2.84。
4.稀土元素特征
太清宫单元稀土元素含量见表5。该单元稀土总量较低,ΣREE=90.1;ΣLREE/ΣHREE=9.42,反映轻重稀土分异程度较高[4];(La/Sm)N=5.19,说明轻稀土分馏较好,为富集型;(Gd/Yb)N=1.0,反映重稀土趋于富集;(La/Yb)N=7.88,δEu=0.14,反映铕负异常明显,铕强度亏损。
(二)八水河中粒碱长花岗岩单元(1B)
该单元分布面积较大,呈岩基、岩株状分布。脉动侵入早期太清宫单元,被后期上清宫单元涌动侵入。
1.岩石学特征
该单元岩性为中粒碱长花岗岩。岩石呈灰白色、浅肉红色,晶洞构造,中粒花岗结构,矿物粒度2-4.5mm,主要矿物成分为石英(25-40%)、钾长石(60-72%)、钠长石(0-3%),局部见钠闪石等碱性暗色矿物,黑云母少量。
2.岩石化学特征
八水河单元岩石化学成分及标准矿物特征见表2、表3。从表中可见该单元岩石化学特征为高硅、低铝、富碱。里特曼指数σ=2.44<3.3,属钙碱性岩系; Al2O3>K2O+Na2O,为过铝质;A/CNK=0.99,分异指数DI平均93.79,说明岩浆分异程度很高,氧化度Ox为0.28,反映岩浆侵位较深。
该单元岩石化学特征较戴里碱性花岗岩相比,SiO2偏高, Fe2O3+FeO、MgO偏低,Al2O3略高,K2O偏高,Na2O略低,CaO稍低,K2O+Na2O 较对照岩性相当,K2O>Na2O。
3.微量元素特征
该单元微量元素含量及有关参数见表4。其微量元素含量较维氏酸性岩相比,大离子亲石元素Sr、Ba含量低近10倍,Rb略高。相容元素Cr、V、Ni、Co均明显偏低。K/Rb=169.11,Rb/Sr=3.73。
4.稀土元素特征
该单元稀土元素含量及有关参数见表5。稀土总量为ΣREE=175.1,较低;ΣLREE/ΣHREE=9.66,反映轻重稀土分异程度较高;(La/Sm)N=7.18,反映轻稀土分馏相对较好;(Gd/Xh)N=0.78,显示重稀土分馏程度较高,重稀土明显富集;(La/Yb)N=8.39,δEu=0.26,反映铕具负异常,铕强度亏损。
(三)上清宫中细粒碱长花岗岩单元(1S)
该单元侵入体呈岩株状分布,规模不大,涌动侵入八水河单元,被后期大平兰单元涌动侵入。
1.岩石学特征
该单元岩性为中细粒碱长花岗岩。岩石呈灰白-浅肉红色,细中粒花岗结构,块状构造,晶洞构造,主要矿物成分:石英(26-40%)、钾长石(60-74%)、钠长石<1%,黑云母少量,见霓石、萤石等。副矿物为磁铁矿、榍石、锆石等。
2.岩石化学特征
上清宫单元岩石化学成分及标准矿物特征见表2、表3。由表中知,该单元岩石化学特征为高硅、低铝、低铁镁、富钠钾。里特曼指数σ=2.29,小于3.3,为钙碱性岩系;Na2O + K2O< Al2O3,为过铝性;A/CNK平均0.95,为A型花岗岩范围之内,分异指数DI=96.82,说明岩浆分异程度极高;氧化度Ox′为0.46,说明岩浆侵位很深。
该单元岩石化学特征较戴里碱性花岗岩相比,SiO2明显偏高,Al2O3偏低,Fe2O3+FeO、MgO、CaO偏低,Na2O偏低,K2O偏高,K2O+Na2O含量相当。
3.微量元素特征
上清宫单元微量元素含量及有关参数见表4。该单元微量元素特征较维氏酸性岩相比、大离子亲石元素Sr、Ba低近14倍,Rb略高,相容元素Cr、V、Ni、Co均明显偏低,K/Rb平均171.4,Rb/Sr=20.8,基本符合A型花岗岩范围。
4.稀土元素特征
该单元稀土元素含量及有关参数见表5。该单元稀土总量ΣREE=184.58,较低;ΣLREE/ΣHREE=8.34,反映轻重稀土分异程度较高;(La/Sm)N为10.47,(Gd/Yb)N为0,94,反映轻重稀土分馏程度都很高,均为富集型。δEu=0.09,反映铕负异常极明显,铕强度亏损。
(四)大平兰斑状中细粒碱长花岗岩单元(1D)
该单元侵入体分布面积不大,呈岩株状分布,涌动侵入上清宫单元,被后期小平兰单元脉动侵入。
1.岩石学特征
该单元岩性为斑状中细粒碱长花岗岩。岩石呈浅肉红色,晶洞构造,似斑状结构、中细粒花岗结构。矿物成分:钾长石(55-70%)、石英(28-43%)、黑云母(0.9-1%)、磁铁矿(2%),局部见钠闪石等碱性暗色矿物。副矿物为磁铁矿、锆石、萤石等。
2.岩石化学特征
大平兰单元岩石化学成分及标准矿物特征见表2、表3。由表中看出,该单元以高硅、低铝、低铁镁、富钾钠为特征。其里特曼指数σ=2.22<3.3,为钙碱性岩系[5];K2O+Na2O
大平兰单元微量元素含量及有关参数见表4。该单元微量元素含量较维氏酸性岩相比,大离子亲石元素Sr、Ba低10-30倍,Rb明显偏高,相容元素Cr、V、Ni、Co等均明显偏低,K/Rb=123.4,Rb/Sr=31.2,显示A型花岗岩之特点。
4.稀土元素特征
该单元稀土元素含量及有关参数见表5。稀土总量为ΣREE=110.81,较低,ΣLREE/ΣHREE=17.58,说明轻重稀土分异程度很高;(La/Sm)N=19.65,反应轻稀土分馏较好,为富集型;(Gd/Yb)N=0.44,说明重稀土富集程度一般,分馏一般;δEu=0.23,反映铕负异常明显,铕强度亏损。
(五)小平兰细粒碱长花岗岩单元(1X)
该单元位于崂顶亚超单元的中心,呈小岩株状分布,脉动侵入早期个单元。
1.岩石学特征
该单元岩性为细粒碱长花岗岩。岩石呈浅肉红色,细粒花岗结构,晶洞构造发育,矿物粒径0.5-1.5mm,主要成分由钾长石62-71%、石英28-37%、钠长石0.2-1%、黑云母0-0.5%、磁铁矿<1%组成。局部见有钠闪石等碱性暗色矿物。
2.岩石化学特征
该单元岩石化学特征、标准矿物特征见表2、表3。由表可见,该单元以高硅、低铝、富碱为特征,里特曼指数σ=2.05,小于3.3,为钙碱性岩系; Al2O3>K2O+Na2O+CaO,为过铝型;部分样品CIPW标准矿物中出现C。A/CNK=1.05,分异指数DI=94.54,反映岩浆分异程度很高;氧化度Ox′=32,反映巖浆侵位较深。
该单元岩石化学成分较戴里碱性花岗岩相比,SiO2明显偏高,Al2O3稍高,Fe2O3偏低,FeO略高,MgO、CaO偏低,Na2O偏低,K2O略高,其中K2O>Na2O。
3.微量元素特征
小平兰单元微量元素含量及有关参数见表4。该单元微量元素含量较维氏酸性岩相比,大离子亲石元素Sr、Ba低近4-6倍,Pb偏高,相容元素Cr、V、Ni、Co均明显偏低,其它元素Nb、Zr、Be、Pb、Sn等略高,K/Rb平均141.43,Rb/Sr平均34.8。
4.稀土元素特征
该单元稀土元素含量及有关参数见表5。该单元稀土总量较低,ΣREE=103.22;ΣLREE/ΣHREE=11.38,说明轻重稀土分馏程度较高;(La/Sm)N=9.76,反映轻稀土分馏较好,轻稀土富集;(Gd/Yb)N=0.44,反映重稀土分馏一般,趋于富集。(La/Yb)N=8.36。δEu=0.37,说明铕强度亏损,铕负异常明显。
四、演化特征
(一)分布特征
崂顶一带碱长花岗岩受区域NE向断裂构造控制,整体呈NE向展布,各单元之间具明显的侵入接触关系。早期太清宫单元中粗粒碱长花岗岩呈环状岩基产出,分布于该亚超单元边部,或呈残留包体状产于后期单元中;中期的八水河单元呈岩基状大面积出露,分布较广;之后的上清宫单元、大平兰单元,则呈岩株状产出;晚期的小平兰单元呈小岩株状产出。由早到晚,侵入体规模逐渐变小,晚期单元多产于早期单元之中,空间上呈近环状分布,由外向内,侵入时间上为由早到晚。
(二)岩石矿物成分演化特征
该区碱长花岗岩侵入时间由早到晚矿物成分表现为渐趋碱性的特点。早期太清宫单元到中期八水河单元,钾长石含量逐渐增高,斜长石降低,暗色矿物黑云母呈逐渐降低趋势。自中期八水河单元至晚期小平兰单元,钾长石含量略有降低,这反映岩浆侵入后期,受围岩不同程度的混染变异,岩浆碱性程度相应降低。该亚超单元局部存在碱性暗色矿物霓石、钠闪石等,反映其碱性程度较高,为典型的碱性花岗岩系列。
(三)组构演化特征
该区碱长花岗岩有早到晚岩石结构上表现出明显的规律性。由早期太清宫单元至晚期的小平兰单元,岩石结构依次表现为中粗粒结构-中粒结构-中细粒结构-斑状中细粒结构-细粒结构,构成一个完整的同源岩浆结构演化序列。由此可见该区碱长花岗岩划分为一个亚超单元是准确地的,有早到晚呈一个以结构演化序列为主,成分演化为辅,结构与成分双重演化为特征的岩浆演化序列。
(四)化学成分演化特征
崂顶一带碱长花岗岩由早到晚,各单元主要氧化物含量变化具明显的规律性。SiO2含量由早到晚呈上升趋势,从早期太清宫单元到中期上清宫单元,SiO2含量渐趋增高,上清宫单元SiO2含量最高,之后略有下降,但又趋于平稳上升;TiO2、Fe2O3+FeO、CaO呈逐渐降低;Al2O3含量总体渐趋降低,于八水河单元为最低点,呈一低谷;MgO总体变化无规律,于大平兰单元呈一峰值;Na2O呈渐趋下降;K2O于太清宫单元偏高,到八水河单元降低,之后则逐渐升高。以上充分反映岩浆演化晚期的特点。
对该区岩石化学成分进行分析研究,认为该区碱长花岗岩其钾、钠组分变化范围不大,但总体显示渐趋碱性的特点;铁镁组分变化范围较窄,总体显示逐渐减少的趋势。对岩石化学分析结果在Q-Ab-Or图解(图2)中投点,显示样品分布较集中,充分反应钙碱性岩系的演化趋势。
图2 崂顶亚超单元Q-Ab-Or图解
(五)微量元素演化特征
该区碱长花岗岩由早到晚微量元素变化规律较明显。其中大离子亲石元素Sr、Ba演化规律基本一致,由太清宫单元到大平兰单元呈渐趋降低,至小平兰单元处呈一异常峰值。而Rb含量与之相反,由太清宫单元到大平兰单元呈逐渐增高,之后则缓慢降低,反映岩浆演化后期的变异特点。相容元素Co、Ni、V,演化曲线相似,由早到晚呈渐趋降低趋势,于小平兰单元处出现异常,呈一明显峰状;Cr则相反,由太清宫到八水河单元呈上升,之后则缓慢下降。
在Rb-Sr-Ba三角图解(图3)中,各单元微量元素含量投点较分散,但总体显示Rb逐渐增高的特点,这与同源岩浆演化趋势基本一致。
根据1:5万青岛幅区调报告反映,对崂顶一带碱长花岗岩的微量元素含量进行球粒陨石标准化投点,显示各单元的球粒陨石配分曲线相近,基本上与福建魁岐山A型花岗岩配分曲线相似,可见该单元具A型花岗岩特征。
图3崂顶 亚超单元 Rb-Sr-Ba图解
(六)稀土元素演化特征
崂顶一带碱长花岗岩稀土元素含量及有关参数变化规律明显。其稀土总量(ΣREE)、轻稀土含量(ΣLREE)、重稀土含量(ΣHREE)有早到晚,变化规律相似,由太清宫单元到小平兰单元总体趋于降低。(La/Sm)N与(Gd/Yb)N呈反相关,有早到晚(La/Sm)N渐趋增高,(Gd/Yb)N呈渐趋降低,说明轻重稀土分馏程度存在互为消长的关系。ΣLREE/ΣHREE由太清宫单元到大平兰单元趋于增高,之后则逐渐降低。δEu由太清宫单元至八水河单元呈逐渐增高,八水河单元至上清宫单元呈渐趋降低,之后至小平兰则呈逐渐升高。以上稀土元素演化特征充分说明晚期岩浆演化变异较大。
五、成因分析
(一)岩浆来源分析
据桂训唐等资料介绍,对太清宫单元碱长花岗岩做Sr同位素分析,87Sr/86Sr初始值为0.7064±0.0013,属于玄武岩区范畴,这反映崂山超单元岩浆来源于地幔;据刘英俊等资料反映,崂顶一带碱长花岗岩Rb/Sr、K/Rb值均接近于同熔型花岗岩特征;而据徐克勤等认为,同熔型花岗岩为上地幔派生岩浆上升,与地壳同熔及混染所形成的岩浆产物。由此分析,崂顶一带碱长花岗岩岩浆源于上地幔。
(二)成岩条件分析
对崂顶一带碱长花岗岩岩石化学计算结果在标准矿物Q-An-Or-H2O图解[6](图4)中投点,发现其样品投点较集中,显示该区碱长花岗岩成岩压力介于1.5-4.8kb之间,成岩温度为700℃左右。
图4 崂顶亚超单元Q-An-Or-H2O图解
(三)其他特征分析
1、空间分布上,崂顶一带碱性花岗岩受NE向断裂控制明显,且与青山群火山岩共生。
2、该区碱长花岗岩晶洞构造发育,晚期单元局部见花斑结构发育。
3、岩石中普遍含碱性暗色矿物:如霓石、钠闪石等,常见萤石。
4、岩石化学成分SiO2含量极高,A/CNK界于0.95-1.05之间,两件样品小于0.96,而具1:5万青岛区调报告,该区碱长花岗岩岩石化学成分中A/CNK值多小于0.96。
5、该区碱长花岗岩稀土元素中富含重稀土、标准化模式图呈“V”形,且V形谷深,谷两侧曲线缓慢向上抬升,δEu值较小,多小于0.3,铕强度亏损。反映该区碱长花岗岩由完全的分异结晶作用形成。
6. 该区碱长花岗岩微量元素球粒陨石配分曲线基本上与福建魁岐山A型花岗岩配分曲线相似。
7、在R1-R2图解(图5)中,该区碱长花岗岩样品多投点于非造山期。
8、在Na2O- K2O图解(图6)中,该区碱长花岗岩所有样品均落于A型花岗岩区。
以上特点均反映崂顶一带碱长花岗岩为典型的A型花岗岩。
图5崂顶亚超单元R1-R2图解、
图6崂顶亚超单元Na2O- K2O图解
六、侵位机制分析
整个崂山花岗岩形成受NE向沧口断裂控制,多呈NE向展布,产于断裂内。其动力来源源于太平洋板块向欧亚板块俯冲。
随着板块俯冲,形成北北西-南南东向的挤压力,沧口断裂开始活动,地下深部来自于上地幔的岩浆开始沿裂隙上侵。可以推断,岩浆开始上侵时,由于岩浆压力较大,而断裂扩张速度远远小于岩浆上侵速度,此时岩浆定位处于挤压环境。随着岩浆不断上侵,断裂活动也不断加剧,岩浆承受的压力逐渐减少,呈降低趋势,岩浆上侵速度逐渐向小于断裂扩张速度转化,岩浆定位环境由挤压向引张过渡。因此崂山花岗岩早期阶段为挤压环境定位,中期为由挤压向引张过度环境,而崂顶一带碱长花岗岩为崂山花岗岩岩浆侵位后期产物,因此其岩浆侵位环境为引张环境。
在LogCaO/(Na2O + K2O)- SiO2图解(图7)中,崂顶一带碱长花岗岩的样品均投点于引张型区,这和分析结果是一致的。
图7LogCaO/(Na2O + K2O)- SiO2图解
在太清宫单元边部有早期莱阳群地层的棱角状包体,且包体杂乱,分布无规律。该单元及后期的各单元内均未发现岩浆主动定位而形成的定向构造,其内部的莱阳群地层包体应为岩浆上侵过程中,顶蚀作用的产物。
根据以上情况分析认为:崂顶一带碱长花岗岩为引张环境下被动定位,具顶蚀特征。
參考文献:
[1]刘建文、刘瑞国、栾元滇等,1:5万青岛等幅区域地质调查报告,内部资料,1999年
[2]张德全等,中国东部花岗岩,中国地质大学出版社,1988年
[3]王世进、万渝生、王伟等,山东崂山花岗岩形成时代-锆石SHRIMPU- Pb定年,山东省国土资源[J],2010,26(10):2
[4]李王中刚,稀土元素地球化学,科学出版社,1989年
[5]邱家骧,应用岩浆岩岩石学,中国地质大学出版社,1991年
[6]张儒瑗等,矿物温度计和矿物压力计,地质出版社,1983年
表2 崂顶一带碱长花岗岩岩石化学特征
表3 崂顶一带碱长花岗岩岩石化学有关参数及标准矿物特征表
表4崂顶一带碱长花岗岩微量元素含量及有关参数
表5崂顶一带碱长花岗岩稀土元素含量及有关参数