珲春小西南岔白垩纪花岗岩的地球化学及岩浆源区特征

付长亮, 孙德有, 魏红艳, 苟 军

1．中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083 2．吉林大学地球科学学院，长春 130061



珲春小西南岔白垩纪花岗岩的地球化学及岩浆源区特征

付长亮1, 孙德有2, 魏红艳1, 苟 军2

1．中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083 2．吉林大学地球科学学院，长春 130061

珲春小西南岔地区白垩纪花岗岩主要有英云闪长岩和花岗闪长岩两种类型。英云闪长岩属于中钾钙碱性系列(Na2O/K2O=1.99～2.76)，具有高Al2O3(15.46%～17.13%)、Sr(559×10-6～731×10-6)、Sr/Y(40～78)、La/Yb(16～21)，低Y(9×10-6～14×10-6)、Yb(0.8×10-6～1.3×10-6)的特征，与埃达克质岩石地球化学特征类似。花岗闪长岩为高钾钙碱性系列，Na2O/K2O=1.01～1.56，w(Sr)=312×10-6～410×10-6、w(Yb )=1.23×10-6～2.13×10-6、Sr/Y=13～32，属正常的高钾钙碱性花岗岩。两类花岗岩的源区均为玄武质下地壳物质，英云闪长质岩浆形成压力较高(>1.0 GPa)，深度大于33 km，花岗闪长质岩浆形成压力相对较低(0.8～1.0 GPa)，岩浆来源深度为26～33 km。

花岗岩；地球化学；岩浆源区；小西南岔

0 引言

珲春小西南岔地区构造演化复杂，显生宙中酸性岩浆岩十分发育，是中国东部重要的金(铜)-多金属矿化集中区，著名的小西南岔金铜矿就位于其中，因而历来深受广大地质工作者的重视。前人对该区与中酸性岩浆热液相关的金属矿床已有了比较深入系统的研究，许多学者围绕该区金(铜)-多金属矿床的成因等做了大量工作[1-7]，提出该区金属矿床的成矿时代属于早白垩世[2-4]，成因类型属于斑岩铜矿床或斑岩-热液矿床等[4-6]观点。该区显生宙中酸性岩浆岩的研究也积累了一批高精度的年代学和地球化学资料[8-10]，但这些研究成果多以晚古生代--早中生代时期的岩石为对象，而与成矿时代接近的白垩纪花岗岩的研究相对薄弱，除少量的年代学资料外，地球化学以及岩石成因方面的资料较缺乏。因此，珲春小西南岔地区白垩纪花岗岩的成因研究，不仅有助于深化该区矿床成因的认识，也能为探讨延边乃至东北地区中生代大地构造演化提供依据。

1 地质背景

珲春小西南岔位于吉林省延边地区，东侧紧邻俄罗斯，地处中国东北环太平洋陆缘、兴蒙造山带东端复合部位，夹于佳木斯--兴凯地块和华北克拉通之间(图1)。前中生代经历了古亚洲洋构造域演化，中生代以来受太平洋板块活动的强烈影响与改造，构成环太平洋构造带的重要组成部分，是一个大陆边缘复合构造区[12-14]。该区也是我国东部滨太平洋金(铜)-多金属矿化集中区，有大量的斑岩型、浅成低温热液型金(铜)-多金属矿床及矿化点[4-6]。近年来在该区不断发现钨、钼等矿床。

区内最古老的地层为经历了绿片岩相--低角闪岩相变质作用的五道沟群，主要岩性为：炭质板岩、千枚岩、红柱石云母片岩、石英片岩、斜长角闪岩及变质砂岩等，形成时代为早二叠世[15]；此外还有上三叠统托盘沟组，主要由下部砾石段和上部安山岩段组成；第三系土门子组砾岩和船底山组玄武岩。

研究区侵入岩发育，尤以中-酸性岩石为主，金(铜)-多金属矿产与这些侵入岩关系密切。主要有晚二叠世花岗闪长岩-英云闪长岩、中三叠世石英闪长岩、早侏罗世二长花岗岩和早白垩世花岗闪长岩-英云闪长岩，以及不同时代的各类脉岩。这些脉岩以白垩纪闪长玢岩为主，呈南北向、北北东向、北北西向展布(图1)。

2 岩石学特征及形成时代

小西南岔地区白垩纪花岗岩类型主要为英云闪长岩和花岗闪长岩(表1和图2)，呈岩基状出露在太平沟--小西南岔金铜矿--雪带山一带(图1)，从北到南岩性依次为中细粒花岗闪长岩、中粗粒花岗闪长岩和细粒英云闪长岩、中细粒英云闪长岩，岩石中常见细粒闪长岩包体，并被晚期的闪长玢岩脉侵入。

2.1 花岗闪长岩

花岗闪长岩主要出露于小西南岔矿区周围3～5 km范围内，面积不大。岩石呈灰白色，中细--中粗粒半自形结构，块状构造。主要造岩矿物包括斜长石(55%～65%)、碱性长石(10%～15%)和石英(20%)，少量角闪石(3%～7%)和黑云母(3%～10%)。斜长石呈半自形板条状，聚片双晶和环带结构发育，偶见卡纳聚合双晶，总体蚀变较弱，个别颗粒绢云母化很强烈，粒度主要为1～3 mm，部分颗粒可达5～10 mm；碱性长石为他形板状，见条纹结构，粒度为1～3 mm ；石英为他形粒状，1～5 mm不等；角闪石为他形--半自形长柱状，深绿--浅黄绿多色性，见黑云母反应边，以1～3 mm为主；黑云母为红棕--浅黄多色性，个别颗粒绿泥石化强烈，粒度为1～2 mm。副矿物有磷灰石、锆石和磁铁矿等。根据矿物颗粒大小和含量，可细分为中粗粒黑云角闪花岗闪长岩(图3a)和中细粒角闪黑云花岗闪长岩(图3b)。

据文献[11]修改，年龄引自文献[2]。图1 小西南岔地区地质简图Fig.1 Simplified geological map of the Xiaoxinancha area

样品编号岩性采样位置年龄资料来源D0802⁃1灰白色细粒角闪黑云英云闪长岩N43°10．144′，E130°48．743′D0803⁃1灰白色中细粒黑云角闪英云闪长岩N43°10．468′，E130°48．682′(112±3)Ma文献[2]D0806⁃1灰白色中细粒黑云角闪英云闪长岩N43°09．068′，E130°50．475′D0809⁃1灰白色中细粒黑云角闪英云闪长岩N43°08．729′，E130°51．542′D0843⁃1灰白色中细粒黑云角闪英云闪长岩N43°08．945′，E130°49．731′D0819⁃1灰白色中细粒角闪黑云花岗闪长岩N43°13．002′，E130°52．899′(105±3)Ma文献[2]D0821⁃1灰白色中细粒角闪黑云花岗闪长岩N43°13．011′，E130°52．169′D0848⁃1灰白色中细粒角闪黑云花岗闪长岩N43°12．385′，E130°53．167′D0835⁃1灰白色中粗粒黑云角闪花岗闪长岩N43°11．799′，E130°52．517′(107±2)Ma文献[2]D0836⁃2灰白色中粗粒黑云角闪花岗闪长岩N43°11．730′，E130°52．487′D0838⁃1灰白色中粗粒黑云角闪花岗闪长岩N43°11．623′，E130°52．028′

图2 小西南岔地区花岗岩QAP分类图Fig.2 QAP diagram of the Cretaceous granites from Xiaoxinancha area

2.2 英云闪长岩

英云闪长岩主要出露于小西南岔矿区南约5 km处到雪带山一带，出露面积约55 km2。岩石呈灰白色，细--中细粒半自形结构，块状构造。主要矿物有斜长石(60%～65%)、石英(20%～25%)、角闪石(5%～10%)和黑云母(5%～10%)，碱性长石(2%～3%)体积分数较少(图3c、d)。斜长石为自形--半自形板条状，发育聚片双晶、环带结构，个别样品绢云母化强烈，粒径主要为1.5～3.0 mm，大者达5～8 mm；碱性长石为他形填隙状，高岭土化较强，粒径为0.5～2.0 mm；石英呈他形粒状，粒度为0.5～4.0 mm；角闪石为黄绿色半自形长柱状，见简单双晶和黑云母反应边及绿泥石化现象，0.5～4.0 mm不等；黑云母呈暗褐--浅黄色片状，绿泥石化较明显，粒径为1.5～3.0 mm。副矿物有磷灰石、锆石、榍石和磁铁矿等。根据矿物颗粒大小和含量，可细分为细粒角闪黑云英云闪长岩和中细粒黑云角闪英云闪长岩(表1)。

2.3 花岗岩的形成时代

前人对小西南岔--雪带山一带的花岗岩进行了锆石SHRIMP U-Pb年龄测定，结果表明中细粒黑云母二长花岗岩(JXNC-Ⅰ-1)、中细粒黑云母花岗闪长岩(JXNC-1)和似斑状角闪花岗闪长岩(JXNC-2)3种岩石分别形成于(105±3)Ma、(107±2)Ma和(112±3)Ma[2]，指示它们形成于早白垩世。本文所研究的中细粒角闪黑云花岗闪长岩、中粗粒黑云角闪花岗闪长岩和中细粒黑云角闪英云闪长岩，与孙景贵等[2]所述的中细粒黑云母二长花岗岩、中细粒黑云母花岗闪长岩和似斑状角闪花岗闪长岩分别采自同一岩体，应形成于早白垩世。

3 地球化学特征

样品元素地球化学测试工作在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成，主量元素采用X射线荧光光谱(XRF)玻璃熔片法分析，分析精度和准确度优于5%；稀土和微量元素采用电感耦合等离子质谱(ICP-MS)分析方法，分析精度和准确度优于10%。分析结果列于表2。

3.1 主量元素

英云闪长岩的w(SiO2)=65.91%～67.58%，w(Al2O3)=15.46%～17.13%，w(Na2O+K2O)=6.16%～6.55%，具高铝、富碱特点。Na2O/K2O=1.99～2.76，属富钠型。铁、镁和钙的质量分数相对较高，分别为：w(CaO)=3.77%～4.48%、w(TFe2O3)=3.37%～4.32%和w(MgO)=1.55%～2.44%。与英云闪长岩相比，花岗闪长岩的硅和钾略高，w(SiO2)=65.61%～69.76%、w(K2O)=2.48%～3.43%；而钠、钙、铝和Na2O/K2O比值偏低，w(Na2O)=3.46%～3.91%、w(CaO)=3.19%～4.05%、w(Al2O3)=14.56%～15.89%，Na2O/K2O=1.01～1.56；而铁、镁和全碱的质量分数二者较为一致，分别为w(TFe2O3)=3.15%～4.05%、w(MgO)=1.70%～2.24%和w(Na2O+K2O)=6.34%～ 6.89%。岩石的里特曼指数(σ)为1.60～1.92，碱度率(AR)为1.88～2.22，属钙碱性岩(图4a)。在w(K2O)-w(SiO2)图解(图4b)中，英云闪长岩为中钾钙碱性系列，而花岗闪长岩为高钾钙碱性系列。英云闪长岩和花岗闪长岩的A/CNK分别为0.91～0.98和0.97～1.00，属于准铝质岩石。

Qtz.石英；Pl.斜长石；Hbl.角闪石；Bt.黑云母。图3 小西南岔白垩纪花岗岩显微照片Fig. 3 Microphotographs of the Cretaceous granites from Xiaoxinancha area

底图据文献[16-17]。图4 小西南岔白垩纪花岗岩的w(SiO2)-AR关系图(a)和w(K2O)-w(SiO2)图(b)Fig.4 The w(SiO2)-AR diagram (a) and w(K2O)-w(SiO2) diagram (b) of the Cretaceous granites from Xiaoxinancha area

3.2 稀土和微量元素

英云闪长岩的w(ΣREE)为67.42×10-6～112.23×10-6，LREE/HREE=10.02～12.17，(La/Yb)N比值为11.47～15.16(表2)。稀土配分曲线呈较强的右倾型，轻重稀土分馏明显，富集轻稀土、亏损重稀土元素，Eu弱负异常--弱正异常，δEu=0.82～1.10。与英云闪长岩相比，花岗闪长岩的稀土总量较高，为83.97×10-6～148.22×10-6，δEu值均小于1(0.57～0.91)，LREE/HREE值(8.97～9.62)和(La/Yb)N值(9.51～10.57)较小(表2)，显示轻重稀土分馏程度较英云闪长岩弱，(Gd/Yb)N值(1.53～1.60)较小，重稀土元素展布较为平坦(图5a)。

英云闪长岩和花岗闪长岩的微量元素原始地幔标准化曲线(图5b)较为相似，均为右倾的强不相容元素富集型，富集Rb、Zr和Hf，亏损Nb、Ta、P和Ti等元素。区别在于：英云闪长岩具有Sr正异常；而花岗闪长岩微量元素总量较高，Th和U弱富集，Sr弱亏损。

球粒陨石和原始地幔数值据文献[18]。图5 小西南岔白垩纪花岗岩的稀土配分型式图(a)和微量元素蛛网图(b)Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns (a) and spiderdiagram of trace elements (b) of the Cretaceous granites from Xiaoxinancha area

4 讨论

4.1 成因类型

小西南岔地区白垩纪花岗闪长岩的主要矿物组合为斜长石+石英+钾长石+角闪石+黑云母，副矿物为磁铁矿+磷灰石+锆石±榍石，矿物组合上具有I型花岗岩的特点。岩石的铝饱和指数(A/CNK)为0.97～1.00，CIPW标准矿物中仅1个样品出现刚玉(质量分数为0.26)，w(Zr+Nb+Ce+Y)和10 000Ga/Al值较低，分别为169×10-6～340×10-6和2.05～2.17，与典型的S型花岗岩(A/CNK>1.1，CIPW标准矿物中出现质量分数大于1%的刚玉)和A型花岗岩(w(Zr+Nb+Ce+Y)>350×10-6，10 000Ga/Al>2.6)明显不一致。白垩纪花岗闪长岩样品，在w(Na2O)-w(K2O)图解(图6)上落入拉克兰褶皱带I型花岗岩区,在w(Y)-w(Rb)和w(Th)-w(Rb)图解上均呈正相关关系，也与拉克兰褶皱带的I型花岗岩趋势一致(图7)。因此，白垩纪花岗闪长岩属于高钾钙碱性I型花岗岩。

小西南岔地区白垩纪英云闪长岩的w(SiO2)=65.91%～67.58%，w(Al2O3)=15.46%～17.13%，w(MgO)=1.55%～2.44%，与埃达克岩(w(SiO2)≥56%，w(Al2O3)≥15%，w(MgO)≤3%)的主量元素组成一致[21]。轻重稀土分馏明显((La/Yb)N=11.47～15.16)，存在微弱的Eu异常(δEu=0.82～1.10)(图3a)。岩石的Sr、Y、Yb质量分数分别为559×10-6～731×10-6、9.42×10-6～14.20×10-6，0.84×10-6～1.30×10-6，Sr/Y比值为40～78，与埃达克岩高Sr(w(Sr)>400×10-6)、低Y(w(Y)<18×10-6)、低Yb(w(Yb)<1.9×10-6)和高Sr/Y比值(>20)的微量元素特征一致[22]。在埃达克岩和正常岛弧岩浆岩判别图解中，白垩纪英云闪长岩样品位于埃达克岩区，属埃达克质花岗岩(图8)。

底图据文献[19]。图6 小西南岔白垩纪花岗岩的w(Na2O)-w(K2O)相关图Fig.6 Plots showing w(Na2O)-w(K2O) relations of the Cretaceous granites from Xiaoxinancha area

4.2 源区特征

底图据文献[20]。图7 小西南岔白垩纪花岗岩的w(Y)-w(Rb)和w(Th)-w(Rb)相关图Fig.7 Plots showing w(Y)-w(Rb) and w(Th)-w(Rb) relations of the Cretaceous granites from Xiaoxinancha area

由于花岗质岩浆不大可能发生分离结晶作用，源区组成的不同是花岗岩多样性的最主要因素[24]，导致花岗岩的化学成分主要受源岩性质而非其形成过程控制[25]，因而花岗岩的地球化学特征能直接反映其源区的特征。小西南岔白垩纪花岗岩显著富集强不相容元素Rb、Zr、Hf，明显亏损高场强元素Nb、Ta、Ti(图5b)，表明岩浆源区以地壳物质为主。研究表明，无负Eu异常的中酸性火成岩标志着加厚陆壳的存在，或者说具山根的造山带环境，其形成于加厚陆壳的底部或造山带山根的底部[26]。小西南岔白垩纪花岗岩无负Eu异常(英云闪长岩)或具弱的负Eu异常(花岗闪长岩)，表明花岗岩浆形成深度较大(下地壳深度)。在花岗岩源区类型判别图(图9)中，白垩纪花岗岩均投入变基性岩区域，而与变质杂砂岩和变质泥质岩源岩熔融产物明显不同，表明花岗岩源区主要为基性下地壳物质。

底图据文献[21-23]。图8 小西南岔白垩纪花岗岩的Sr/Y-w(Y)和w(Sr)-w(Yb)图解Fig.8 The Sr/Y-w(Y) and w(Sr)-w(Yb) diagrams of the Cretaceous granitoid rocks from Xiaoxinancha area

底图据文献[27-28]。图9 小西南岔白垩纪花岗岩岩石成因的主量元素鉴别图Fig.9 Major element diagram of the Cretaceous granites from Xiaoxinancha area

虽然具有相似的源区特征，但英云闪长岩和花岗闪长岩具有不同的地球化学行为，英云闪长岩具有埃达克岩的特征，花岗闪长岩为正常的钙碱性系列花岗岩类，反映两者熔融源区和熔融压力的不同。英云闪长岩的稀土配分模式表现为轻稀土元素富集而重稀土元素明显亏损的斜率较大的右倾斜，说明其源区残留相主要为石榴石。变质玄武岩体系相平衡实验和熔体微量元素特征研究表明，在大于1.0 GPa的条件下，熔融残留物中将出现石榴石，导致熔体产生高Sr/Y和显著亏损HREE的特征[29-30]。白垩纪英云闪长岩表现出高Sr/Y、低HREE的特征，属于埃达克型花岗岩，说明其源区残留相存在石榴石，所以花岗岩岩浆应来源于33 km以上基性岩石的部分熔融。花岗闪长岩的REE配分模式以Eu为界呈左陡右缓的“右倾”式，LREE段曲线较陡，HREE段曲线较平缓，在花岗岩w(Sr)-w(Yb)分类图(图8b)上位于埃达克型花岗岩和浙闽型花岗岩的过渡区域，表明其源区也可能有石榴石存在，但角闪石为主要的源区残留相。同时岩石具有Sr和Eu的负异常，说明残留相中有富Ca的斜长石存在，致使熔融的岩浆贫Al、Ca和Sr、Eu。根据石榴石和斜长石同时出现的温压条件0.8～1.0 GPa[21]，估算研究区花岗闪长岩岩浆的形成深度相当于26～33 km。

5 结论

1)小西南岔地区白垩纪花岗岩主要为英云闪长岩和花岗闪长岩，源岩为玄武质下地壳。英云闪长岩属埃达克型花岗岩，花岗闪长岩为浙闽型花岗岩。

2)两类花岗岩形成深度明显不同，英云闪长岩的形成压力较高(>1.0 GPa)，岩浆来源深度大于33 km；花岗闪长岩形成压力相对较低(0.8～1.0 GPa)，岩浆来源深度为26～33 km。

吉林大学孙景贵教授提供了用于观察的重要岩石标本和资料，西北大学大陆动力学国家重点实验室在样品测试分析和数据处理过程中提供的诸多帮助，在此一并感谢。

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Geochemistry and Magma Source Characteristics of the Cretaceous Granites from Xiaoxinancha in Hunchun, Jilin

Fu Changliang1, Sun Deyou2, Wei Hongyan1, Gou Jun2

1．ChinaAeroGeophysicalSurvey&RemoteSensingCenterforLandandResources，Beijing100083，China2．CollegeofEarthSciences，JilinUniversity，Changchun130061，China

The Cretaceous granites from Xiaoxinancha in Hunchu area consist predominantly of tonalites and granodiorites. The tonalites belong to sodic calc-alkaline series (Na2O/K2O=1.99-2.76), and are characterized by high Al2O3(15.46%-17.13%) and Sr (559×10-6-731×10-6), high Sr/Y (40-78) and La/Yb (16-21) ratios, but low Y (9×10-6-14×10-6) and Yb (0.8×10-6-1.3×10-6), similar to adakites. The granodiorites are high K and calc-alkaline. Na2O/K2O and Sr/Y ratios fall in the ranges of 1.01 to 1.56, 13 to 32 respectively, Sr and Yb contents are 312×10-6to 410×10-6, 1.23×10-6to 2.13×10-6respectively, features of high-potassium calc-alkaline I-type granites. Both tonalites and granodiorites were resulted from partial melting of the basaltic lower crust. The tonalitic magmas were generated under a pressure greater than 1.0 Gpa and a depth over 33 km, while the granodioritic magmas were produced under a relatively lower pressure ( 0.8-1.0 GPa) and a depth from 26 km to 33 km.

granite；geochemistry；magma source；Xiaoxinancha

10.13278/j.cnki.jjuese.201505115.

2014-12-30

国家自然科学基金重点项目(41172058)

付长亮(1983--)，男，工程师，主要从事火成岩与遥感地质学的研究，E-mail:fu_chliang@sina.com

孙德有(1965--)，男，教授，主要从事火成岩的研究与教学工作，E-mail:sundy@jlu.edu.cn。

10.13278/j.cnki.jjuese.201505115

P588.12

A

付长亮, 孙德有, 魏红艳,等.珲春小西南岔白垩纪花岗岩的的地球化学及岩浆源区特征.吉林大学学报:地球科学版,2015,45(5):1436-1446.

Fu Changliang, Sun Deyou, Wei Hongyan, et al. Geochemistry and Magma Source Characteristics of the Cretaceous Granites from Xiaoxinancha in Hunchun Area, Jilin.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(5):1436-1446.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201505115.