岩墙群的岩石学和地球化学特征
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发布时间：2022-04-26 16:43
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时间：2023-10-15 01:14
1.岩石学特征
岩墙群的岩石结构和矿物成分较单一，除粒度由边部向中间由细变粗之外，其岩石结构和矿物成分没有什么变化，岩石类型为辉绿岩和辉绿玢岩，其中早侏罗世为以辉绿岩为主，中侏罗世和早白垩世以辉绿玢岩为主。
辉绿岩：岩石呈灰绿色、黑绿色，块状构造、辉绿结构，主要矿物成分为单斜辉石和斜长石，副矿物为磁铁矿、钛磁铁矿和磷灰石。岩墙边部的矿物粒度细，为0.1mm左右，中间部分粒度粗，为0.8～0.6mm。
辉绿玢岩：岩石呈灰绿色、墨绿色，斑状构造，基质为辉绿结构，斑晶为斜长石和单斜辉石。镜下见单斜辉石和斜长石斑晶穿插现象，说明它们几乎是同时结晶的。基质也主要由斜长石和单斜辉石组成，副矿物有磁铁矿、钛磁铁和磷灰石。斜长石斑晶粒度一般为2mm左右，最大可达5mm；单斜辉石斑晶粒度一般小于斜长石斑晶，基质斜长石粒度一般为0.1～0.4mm，单斜辉石粒度与基质斜长石相近。斑晶斜长石含量为5%～25%，斑晶单斜辉石含量为0～10%；基质斜长石含量35%～55%，基质单斜辉石含量35%～50%，其他少量。
闪长玢岩：岩石呈灰黑色，具斑状结构，斑晶为斜长石及少量角闪石。
2.矿物学特征
通过电子探针分析对矿物学组成特征描述如下。
（1）辉石
辉石是辉绿岩中最主要的造岩矿物，我们所研究的岩墙群中只有单斜辉石，未见斜方辉石。单斜辉石斑晶为半自形—自形，基质中为他形，常见简单双晶和聚片双晶。其电子探针分析结果及端元组分见表8-2。由表8-2可知，所研究的基性岩墙群的单斜辉石以含较高的MgO、CaO、P2O5为特征，多数样品质量分数 MgO ＞13%、CaO ＞18.5%、P2O5＞0.20%。另外，斑晶辉石比基质辉石富含Al2O3，可能表明斑晶结晶时的压力大于基质结晶。早白垩世岩墙中辉石MgO含量（14.57%～17.13%）高于早、中侏罗世岩墙的辉石（12.09%～15.99%）。单斜辉石的Wo-En-Fs关系图（图8-3）中亦反映出这个特点，即早、中侏罗世岩墙中的单斜辉石全部落在普通辉石区，而早白垩世岩墙的单斜辉石大部分落在顽（镁）透辉石区。早侏罗世辉绿岩墙的单斜辉石含 TiO2较高（1.99%～3.13%）。辉石含Ti高反映早期岩浆源区压力比较大，晚期辉石含Mg高反映源区岩浆富镁，来源深度大，表示地壳伸展程度和渗透程度增加。
表8-2 单斜辉石的电子探针分析结果
注：表8-2和表8-3的探针分析数据均由北京大学地球与空间科学学院舒桂明测定，*为辉石斑晶。
图8-3 单斜辉石的Wo-En-Fs关系图
Ⅰ—次透辉石；Ⅱ—顽（镁）透辉石；Ⅲ—普通辉石
1—早侏罗世辉石；2—中侏罗世辉石；3—早白垩世辉石；4—后期中基性岩脉中辉石
（2）斜长石
斜长石是辉绿岩/辉绿玢岩中最主要的造岩矿物，斑晶斜长为板状，长条状，自形—半自形晶，不论是斑晶还是基质，都发育有各类双晶，常见为聚片双晶，次为卡纳复合双晶，部分斜长石电子探针分析结果及其牌号见表8-3。从表中可知，早侏罗世岩墙之An为63-66之间。
通常岩墙代表一次岩浆快速侵位的产物，岩墙边部和中心的成分差异不甚明显，但是岩墙两侧率先结晶的冷凝边往往代表初始未演化的岩浆组分，如果是基性岩浆，其斜长石牌号有可能比岩墙中心部分略微偏大。斜长石成分的细微变化往往有规律地反映出岩石形成过程物质成分演变的特点。
表8-3中G1、G2、G3、G4 是从同一条1.34m宽的早侏罗世岩墙中依次采集的样品，G3位于中间，粒度最粗，G2、G4分别在两边，粒度中细，G1为最东侧的冷凝边最细（西侧冷凝边因被后期碱性岩脉侵入蚀变，未取样）。虽然它们对应的斜长石牌号相差甚小，但还是表现出从中间向两边变小的趋势，这与一般单脉岩墙正好相反（陈孝德等，1983），证实它可能不是一次侵位的单脉岩墙，后期有基性程度更高的岩浆补充。
中侏罗世辉绿玢岩的斜长石斑晶中出现环带构造，环带中心的斜长石偏基性，An为85，外围部分An为66，差异之大可能反映早期在偏基性的岩浆中结晶的长石被后期岩浆捕获。岳永君（1991）发现同一样品的斜长石斑晶和基质的牌号An分别为76和44，也反映后期岩浆偏中性。上述现象反映在岩浆演化过程中（或许在岩浆房内）有过多次基性程度不同的岩浆补给及相互作用。
早白垩世辉绿玢岩中斜长石钠质程度明显提高（4.52%），基质中斜长石牌号（An56）也提高，反映早白垩世岩浆更偏基性和碱性，表明岩浆来源不断加深。
表8-3 斜长石电子探针分析结果
3.岩石化学成分特征
本区的基性岩墙群SiO2含量变化于48.53%～52.%，MgO变化于3.82%～8.45%，CaO变化于 6.34%～11.41%，Na2O变化于 1.58%～3.60%，K2O变化于 0.87%～1.50%，Na2O＞K2O。从CIPW标准矿物计算看，早、中侏罗世含标准矿物石英（Q），早白垩世含标准矿物橄榄石（Ol），从岩墙群的Mg′值［100×Mg/（Mg+Fe）］看，早白垩世Mg′值从早、中侏罗世的51～61增到67（表8-4）。在TAS图解（图8-4）中除一个样品投影于碱性系列玄武岩区以外，其余均位于拉斑系列玄武岩区。随着时间的推移，SiO2、Na2O+K2O含量总体降低。
表8-4 辉绿岩墙群的岩石化学分析（wB/%）结果及CIPW标准矿物计算结果
注：F3、F9、F10、Sh1由北京有色冶金设计研究总院中心化验室分析；G编号为中国科学院矿物资源中心X荧光法分析；C56和C12数据引自佘宏泉。
在R1-R2图解（图8-5）中，除了早侏罗世外，从晚三叠世、中侏罗世到早白垩世的岩墙群投点连续变化，从二长闪长岩经辉长岩演变到辉长苏长岩和橄榄辉长岩，岩墙基性程度逐渐提高，早侏罗世和早白垩世两期岩墙基性程度高，与岩浆来源加深有关。
与上述斜长石部分阐述的早侏罗世的复式岩墙的斜长石牌号变化规律一致，G1至G5为依次的全岩成分，具有对称分布的规律（表8-5），两侧的G1和G5 相近，G2和G4相近，G3显示了MgO、Na2O和Mg′值最高的特点，结合前述中间带G3号样品的斜长石牌号增高的特点，可以认为这种变化不是岩浆自身演化造成的，可能来自岩浆的多次补给与充填，而且这种再次充填和补给时间相隔不长，在接近的温度条件下，使得新生岩墙两侧不具冷凝边，只保留了最初侵位时形成的冷凝边。反之如果是新上涌的岩浆从两侧边部充填，则应有不止一对冷凝边存在。因此作者将其定为复式岩墙。这种从中心向两侧对称扩展的填充方式类似大洋中脊的扩张。早侏罗世和早白垩世复式岩墙的存在也表明这两个时期伸展作用最强。这种对称扩展的岩墙显示了深部岩浆上涌造成水平方向的伸展作用。
图8-4 辉绿岩墙TAS图解
1—早白垩世；2—中侏罗世；3—早侏罗世；4—晚三叠世
图8-5 R1-R2图解
图例同图8-4
表8-5 林西富林构早侏罗世复式岩墙的组成（wB/%）
注：由中国科学院地质地球物理所矿物资源中心测试，Mg′=100×Mg/（Mg+Fe）。
4.微量元素特征
表8-6 中列出了研究区辉绿岩岩墙群的微量元素分析结果。和前述 R1-R2图解（图8-5）中显示的结果类似，除了早侏罗世外，从晚三叠世、中侏罗世到早白垩世岩墙群的稀土元素总量（ΣREE）不断降低，早白垩世的ΣREE只有42.5×10-6，近于晚三叠世ΣREE的1/3。图8-6中也表现出晚三叠世、中侏罗世到早白垩世的稀土配分曲线斜率依次变小，早白垩世呈现近水平状，具有轻微的Eu负异常，早侏罗世曲线与之平行，只是呈平坦型。轻、重稀土的富集与否及其程度与岩石成因有关，晚三叠世稀土配分型式反映岩浆来源以地壳的局部熔融作用为主，因为局部熔融时轻稀土优先进入熔体，重稀土在部分熔融时易于保留在残余固相中。而早白垩世的配分型式表示有未分异的原始地幔岩浆的加入，受地壳混染程度较低。
表8-6 各时代岩墙群稀土元素分析（wB/10-6）
图8-6 各时代岩墙群的稀土配分曲线
（样号同表8-6）
从岩墙群岩石的微量元素（表8-6）和蛛网图（图8-7）看，晚三叠世与早、中侏罗世和早白垩世的配分型式明显不同，前者Th富集，Nb、Zr、Hf亏损，而后者Nb、Ta富集，Th相对亏损。Th的富集和Nb的亏损表明岩浆局部有陆壳特征或受到地壳混染。与此相反，Nb的富集和Th的亏损说明幔源岩浆受地壳混染程度很低或基本未受混染（Oliveira et al.，1990），裂谷初期玄武岩以Th的亏损为典型（李昌年，1992）。由此看来，晚三叠世岩墙群具有*壳的特征，而早、中侏罗世和早白垩世辉绿岩或辉绿玢岩来自地幔，受混染程度低，具有裂谷初期玄武岩的特征。
图8-7 各时代岩墙群的微量元素蛛网图
（样号同表8-6）
Thompson等认为La/Nb比是地壳混染的一个有用指数（转引自Wilson，19），洋岛玄武岩、*碱性玄武岩和金伯利岩La/Nb＜1，而*溢流玄武岩La/Nb为0.5～7，从表8-7中可见除了晚三叠世C12的La/Nb＞1外，其他样品La/Nb＜1。结合部分微量元素比值（Hart et al.，1992）来看，赤峰地区晚三叠世闪长质岩墙群的比值与*地壳十分接近，而北部林西地区的侏罗-白垩纪的辉绿岩或辉绿玢岩岩墙群大部分与原始地幔的微量元素比值接近，个别元素之比，如Th/Nb显示了亏损地幔的特征，这与其他手段的分析结果一致。
表8-7 岩墙群的部分微量元素比值和原始地幔部分微量元素丰度
（据Hart et al.，1992）
5.Sr-Nd同位素特征
林西地区的两个采样地点位于大兴安岭主峰带，岩墙群侵位于古生代增生陆壳基底上，早-中侏罗世和早白垩世辉绿岩岩墙群的ISr比值分别为0.7036、0.7044和0.7048（表8-8），初始比值低，显示岩浆来源于上地幔，未受到明显的地壳混染，TDM模式年龄表明基底不存在古老陆壳。而位于华北克拉通北缘的赤峰柴胡栏子晚三叠世的辉长闪长岩ISr值为0.7072，显示了岩浆来源与地壳部分熔融关系密切。
表8-8 岩墙群的Sr-Nd同位素组成
注：均由中国科学院地质地球物理研究所质谱实验室乔广生、张任祜测试。
