文章编号:1007-3701(2004)04-0063-08紫苏花岗岩成因及构造意义彭松柏1,2,金振民1,付建明2,刘云华2(1.中国地质大学地球科学学院,武汉430074;2.宜昌地质矿产研究所,湖北宜昌443003)摘要:紫苏花岗岩主要以地壳增生作用、玄武岩底侵地壳熔融、构造增厚地壳熔融、地幔下陷增厚地壳熔融几种方式形成,但紫苏花岗岩化与深层次韧性构造变形具有密切的成因关系。

无论是缺乏流体(脱水熔融)还是存在流体(富CO2)的热作用都表明,从地壳岩石形成紫苏花岗岩需要低H2O环境。

熔融作用高级阶段导致紫苏花岗岩和紫苏花岗岩-花岗岩杂岩的产生,这些条件可能在玄武质岩浆侵入下地壳提供热源的带中最常见。

A型紫苏花岗岩形成的重要因素是共生流体相的成分,通常与非造山和造山后构造背景相关。

造山带紫苏花岗岩化与深层次韧性剪切变形,特别是与造山作用过程的减压抬升揭顶作用具有密切关系。

关　键　词:紫苏花岗岩成因;A型紫苏花岗岩;韧性剪切;揭顶作用中图分类号:P588.12+1文献标识码:A 紫苏花岗岩是一种特殊的岩类,它经常与麻粒岩相变质岩紧密伴生,出现于前寒武纪以及显生宙以来的不同时代,但最为发育的是早前寒武纪陆核区,其次是早元古代造山带的根部。

尽管它与麻粒岩原岩性质不同,但其变质作用的形成机理十分相近或一致。

因此,研究中下地壳必须考虑紫苏花岗岩的形成,这样才能对下地壳重要组成及麻粒岩的成因有一个更为全面的认识。

随着大陆动力学的兴起,紫苏花岗岩作为大陆中下地壳的重要组成部分,以及与下地壳麻粒岩相变质作用的密切关系,特别是对其构造意义的研究成为人们关注的重要问题。

1　紫苏花岗岩的基本特征1.1　术语紫苏花岗岩(char nockite)最早在印度南部普遍发现,Holland[1]定义为含斜方辉石花岗岩成分收稿日期:2004-05-20基金项目:国家自然科学基金项目(40072069);中国地质调查局中南地区基础地质综合研究项目(20031300041).作者简介:彭松柏(1963—),男,研究员,主要从事构造地质及花岗岩地质研究.的岩石。

Holland确定的这种岩石类型已证明是所有大陆克拉通地体一种重要单元,但对于大多数岩石要说明其在Holland定义上是紫苏花岗岩必须进行薄片统计。

因此,许多研究者采用了Pichamuthu[2]更为广泛和非成因的定义,即紫苏花岗岩是含有紫苏辉石的任何长英质岩石。

我国的地质学者也大都在该定义下使用这一术语[3]。

1.2　岩石组合关系(1)紫苏花岗岩与麻粒岩的关系紫苏花岗岩总是与麻粒岩相地体密切相关。

长英质岩石中紫苏辉石广泛存在是麻粒岩相的充足定义,这些岩石组合范围从具清楚侵入边界和旋转包体的岩浆紫苏花岗岩到保存有残留面理的角闪岩相片麻岩。

岩浆侵入、混合岩化和固态蚀变的现象都在紫苏花岗岩岩石组合中存在,有时它们密切相关,如在林波波带南缘带的片麻岩-紫苏花岗闪长岩组合[4]。

(2)深成紫苏花岗岩岩石组合花岗岩-紫苏花岗岩深成岩岩石组合通常出现在区域麻粒岩相等变线附近,以大量紫苏花岗深成岩体为特征[5],显生宙紫苏花岗岩很少。

一些紫苏花岗岩-花岗岩组合表现为内部过渡相,单华南地质与矿产　2004年 Geolo gy and M iner al Resources of So uth China 第4期　个侵入体内部化学变化及其他特征的规律显示出单批次岩浆的内部分异。

在一些紫苏花岗岩-花岗岩组合中环斑花岗岩是其中的一个重要岩石类型,如瑞典南部和格陵兰南端等花岗杂岩[6]。

(3)区域变质组合在变质地体中常表现为非紫苏花岗质岩相到紫苏花岗质岩相的区域变质过渡,这些关系可能是进变质也可以是退变质。

在进变质过渡区,斜方辉石似乎在各种岩相中都与黑云母和角闪石互为消长,有时表现为辉石与黑云母和角闪石共生的不连续形式。

在一些地方如印度Kar nataka南部和格陵兰南西Bj rnesund地区过渡地段的露头上初始紫苏花岗岩表现为具残留面理的酸性角闪-黑云片麻岩上叠加的脉体和斑块(Patches),这些地区紫苏花岗岩似乎是由渗透流体作用引起的进变质固相交代的产物[7]。

1.3　岩石和地球化学特征(1)紫苏花岗岩的岩相学特征紫苏花岗岩最常见的矿物组合是Q+Pl+ Kfs+Opx+Bt+M ag,长石一般为中长石,常具粗气泡状—条纹状反条纹长石出溶。

黑云母均富T i,T iO2含量一般5%～6%。

斜方辉石为紫苏辉石,并具有与黑云母相似的M g/Fe比,特别是斜方辉石变为绢石(利蛇纹石)的蚀变作用常见。

块状紫苏花岗岩通常不具花岗变晶结构,石英常为粗粒舌状颗粒,长石颗粒大小不等,并散布有粗粒斜长石和少量钾长石。

一些钾长石颗粒大小变化是大颗粒边缘应变导致重结晶作用的产物,但更多的是原始的。

粗粒斜长石常为半自形,沿晶体光学面具弱舌状颗粒边界。

基性矿物相常松散聚集出现,斜方辉石为颗粒状到锯齿状,一些地方半矩形斑晶长度可达20mm,空间上与斜方辉石有关的黑云母在一些地方明显作为锯齿状辉石斑晶的环边或者作为较小的线状排列板状颗粒。

与斜方辉石有关的黑云母中具有石英平行于黑云母解理面的指状-气泡状交生的特征结构,这些结构特别是半自形斜长石,尽管具有一些亚固相改造的证据,但与平衡的变质结构相比更接近于岩浆结构。

锯齿状斜方辉石与邻近黑云母空间相关或者黑云母环绕斜方辉石的黑云母-石英交生体通常解释为记录了斜方辉石与黑云母之间的反应关系,这种明显一致的相关关系和结构普遍发育于块状紫苏花岗岩中。

片麻状紫苏花岗岩则一般显示为粒状结构,石英局部形成大的舌状颗粒,长石具有块状紫苏花岗岩中更为均匀和较细的颗粒尺寸。

斜方辉石作为小的圆颗粒出现,常分散聚集,无光学连续性。

黑云母呈平行线状排列的分散板片,在这类岩石中斜方辉石和黑云母的结构记录了麻粒岩相条件下的结构平衡而不是反应关系。

(2)地球化学特征紫苏花岗岩系的化学成分范围较宽,一般认为从基性到酸性都有,但主要集中在中酸性范围内,通常具有岩浆结晶的特点。

在K2O-Na2O-CaO图解上可进一步分为奥长花岗岩和钙碱性岩两大系列: 奥长花岗岩系列的紫苏花岗岩化学成分富钠(Na2O/K2O远大于1);A l2O3,FeOt, M gO,CaO,T iO2与SiO2之间都有较好的负相关关系;Na2O,K2O随SiO2含量的增加基本上没有变化。

这以印度南部、挪威南部D带紫苏花岗岩、苏格兰刘易斯麻粒岩相变质片麻岩,以及我国冀东迁西太平寨、内蒙古武川米拉沟和吉林桦甸老金厂的紫苏花岗岩为代表。

钙碱性岩系列的化学成分多富钾(Na2O/K2O近于1);A l2O3,FeOt, M gO,CaO,T iO2与SiO2都有较好的负相关性; Na2O随SiO2增大略有降低;K2O的离散性较大,但整体随SiO2增加呈增大趋势,以挪威南部C 带、瑞士Var beg、印度M adras的紫苏花岗岩及我国桐柏的紫苏花岗岩为代表。

在奥长花岗岩系列中紫苏花岗岩的微量元素一般严重亏损大离子亲石元素(K,Rb,Cs,U,Th 等),Sr及Ba等元素基本未亏损,而在钙碱性系列中则相对富集大离子亲石元素。

奥长花岗岩系列紫苏花岗岩可以和印度南部、挪威南部D带紫苏花岗岩及苏格兰列易斯麻粒岩相变质片麻岩的微量元素特征相对比,K/Rb比集中在500～1000之间;Rb/Sr集中在0.01～0.1之间;K/Ba 集中在16～70之间;Sr/Ba集中在1.0左右。

钙碱性岩系列紫苏花岗岩则可与挪威南部C带、印度M adr as及巴西Jequie等地的微量元素特征相64华南地质与矿产 2004年　对比,K/Rb比集中在200～500之间;Rb/Sr集中在0.1～0.6之间;K/Ba集中在50～100之间; Sr/Ba集中在0.25～1.0之间,部分同时亏损Rb,Sr,Ba等元素(Rb<20×10-6,Sr<100×10-6,Ba<120×10-6)。

紫苏花岗岩的稀土元素地球化学特征通常都为轻稀土富集型,铕异常有正有负,稀土总量与SiO2含量之间没有明显的相关性,但稀土总量和铕异常之间有较好的相关性。

铕正异常者,稀土总量低;铕负异常者,稀土总量高。

奥长花岗岩系列稀土总量较低,一般小于150×10-6,轻重稀土分异常程度较低(LREE/HREE一般小于1);钙碱性岩系列的稀土总量较高,一般大于150×10-6,轻重稀土分异程度也较高(LREE/HREE一般在10～35之间)。

2　紫苏花岗岩的成因2.1　地壳增生作用麻粒岩相地体成因的一个简单综合理论是其主要形成于地壳增生作用[8,9]的幔源花岗岩浆以地壳规模尺度的深成岩体侵入,它们在规模上类似结晶时内部分异产生的地壳尺度深成岩体。

更原始的深部地壳岩浆进入麻粒岩相凝固,即它们冷凝结晶出斜方辉石以及石英和长石,分异更多的H2O和侵位于更高层,位冷凝形成角闪岩相岩石矿物组合。

以这种方式形成的层状地壳具有下地壳亏损不相容元素和贫H2O的麻粒岩和上地壳角闪岩相的岩石。

狭义紫苏花岗岩地壳增生成因存在的主要问题:一是对橄榄岩和玄武岩的熔融实验既没有获得花岗质熔体,也没有分异出大量花岗质熔体[10,11],大多数研究者认为产生富钾花岗质熔体需要酸性地壳熔融[12];二是时间问题,通常大规模花岗岩的产生常晚于地壳增生主幕约几十到几百个百万年(如瑞典Saudi Ar abia 西部的泛非地盾)[13]。

2.2　玄武质岩底侵地壳熔融大规模地壳熔融需要一个强大和持续的热源,许多研究者设想深部地壳玄武质岩浆侵入体作为最终似乎合理的热传输作用体。

高地壳热流条件最可能在安底斯边缘[14]和拉张背景下获得[15]。

玄武岩既可以像大洋中脊玄武岩是贫挥发份的,也可以像东澳大利亚大量新生代玄武岩是富挥发份的,后一种类型玄武岩具高H2O和CO2含量、喷发中心,以及显示碱交代作用的深部地壳和上地幔成因捕虏体。

经历麻粒岩相变质地体的下地幔富集程度可能决定了变质作用是富挥发份(如印度南部),还是贫挥发份(如Adirondacks)。

2.3　构造增厚地壳熔融England等[16]提出由大陆尺度仰冲增厚造成的双层地壳放射性加热到麻粒岩相条件,并在回返和剥蚀作用期间几到几十个百万年发生熔融,自加热作用由于较快的放射性衰变,在早前寒武纪可能更为有效。

酸性岩浆可以在喜马拉雅型碰撞的下板块中大量产生,碰撞作用中沉积物挥发份和深埋的低级浅变质岩将增强熔融作用。

一个热侵蚀造山地体对相邻克拉通的仰冲作用能引起低级变质地体的迅速加热作用,并可能导致富挥发物质的熔融,在初始低级变质克拉通下板块中碳酸盐岩绿岩带释放的CO2可能也对深熔作用向紫苏花岗质岩石发展的趋势产生重要影响。