第30卷第4期2011年7月
岩石矿物学杂志
ACTA PET ROLOGICA ET M INERALOGICA
Vol.30,No.4:610~624
July,2011
北秦岭武关岩体LA-ICPMS锆石U-Pb
定年及岩石成因研究
李平1,2,陈隽璐1,徐学义1,王洪亮1,李婷1,高婷1,2
(1.中国地质调查局西安地质调查中心,西安地质矿产研究所,陕西西安710054;
2.长安大学地球科学与资源学院,陕西西安710054)
摘要:武关岩体位于北秦岭武关镇,侵入于丹凤岩群之中,主要岩石类型为闪长岩和花岗闪长岩,属低钾拉斑-中钾钙碱性系列。微量元素地球化学特征为富集大离子亲石元素而亏损高场强元素、具有较高的L IL E/HF SE比值,且显示出有俯冲沉积物的地球化学信息,因而其形成与大洋俯冲消减作用有关。稀土元素球粒陨石标准化分配型式为LREE富集、HREE平坦的右倾型且无明显的Eu负异常。此外,其明显富铝、富钠,有较高的Sr/Yb比值和CaO/Na2O比值,因而极有可能为角闪石作为主要残余条件下玄武质岩石部分熔融的产物。在假定有角闪石为稳定残留的中下地壳压力条件下,通过对稀土元素的模拟计算表明:以丹凤岩群中形成于岛弧环境下的斜长角闪岩为源岩在部分熔融程度为30%~40%,残余矿物相以角闪石为主并伴有少量的斜长石和单斜辉石(石榴子石极有可能无残余)的条件下,可以形成该类岩体。经锆石阴极发光(CL)研究及LA-ICPM S同位素测年技术分析后可知,武关岩体的锆石U-Pb同位素年龄为43816?212M a。该年龄晚于商丹洋的俯冲消减阶段,但仍明显保留有俯冲消减环境所具有的地球化学特征,因而其可能继承有俯冲消减源区的地球化学特征。以岛弧成因的斜长角闪岩为源岩进行的稀土元素部分熔融模拟计算,可以证明武关岩体为北秦岭加里东造山期中下地壳源区岩石在碰撞造山过程中由/滞后的消减源区0部分熔融的产物。
关键词:武关岩体;丹凤岩群;商丹构造带;俯冲消减作用
中图分类号:P588.12;P597+.1文献标识码:A文章编号:1000-6524(2011)04-0610-15 Petrogenesis and LA-ICPMS zircon U-Pb dating of the Wuguan intrusive body
in North Q inling
LI Ping1,2,CHEN Jun-lu1,XU Xue-yi1,WANG Hong-liang1,LI T ing1and GAO T ing1,2
(1.Xi'an Center of Geological Survey,CG S,Xi'an Institute of Geolog y and M ineral Resour ces,Xi'an710054,China;
2.Faculty of Earth Science and Resources,Chang'an U niversity,X i'an710054,China)
Abstract:Located in North Qinling,the Wuguan intrusive body intruded into the Danfeng Group and developed g neissosity in some regions.It mainly includes diorites and granodiorites and belongs to low-K tholeiitic and medium-K calc-alkaline series,characterized by enrichment of large ion lithophile elements and depletion of high field strength elements,w ith a high LILE/HFSE ratio.Geochem ical data also sugg est the involvement of a sub-duction sedimentary source.All the evidence indicates that the formation of the rock w as associated w ith the o-cean subduction.Chondrite-norm alized REE patterns show an enriched LREE distribution and a flat HREE dis-tribution,w ith no obvious negative Eu anomaly.Moreover,the Wuguan intrusive rocks are rich in sodium and aluminum,and have hig h Sr/Yb and CaO/Na2O ratios.These geochem ical features suggest that these rocks w ere formed by the remelting of the basaltic rocks w ith amphibole as a stable residual phase.The result of simu-
收稿日期:2010-10-19;修订日期:2011-03-28
基金项目:国家自然科学基金资助项目(40972150);中国地质调查局国土资源大调查资助项目(1212010610319)
作者简介:李平(1983-),男,硕士研究生,矿物岩石学专业,E-mai l:gogogi s@https://www.doczj.com/doc/ba11294754.html,。
lation calculation suggests that plagioclase amphibolite produced in an island-arc environment in the Danfeng Group could form the Wuguan intrusive body through partial melting w ith a degree of30%~40%.Besides,the residual m ineral assemblag e is mainly hornblende with a small amount of plagioclase and clinopyroxene,and gar-net-bearing residues may be neglig ible.CL images and LA-ICPM S dating show that zircon U-Pb isotopic age of the Wug uan intrusive body is43816?212M a,and the formation of this intrusive body m ight be attributed to Caledonian collision event of the North Qinling.This zircon U-Pb isotopic age is later than the period of the sub-duction of Shang dan Ocean,but the chemical characteristics of this intrusive body are closely related to the is-land-arc environments.It is therefore inferred that the g eochemical characteristics reflected in the Wuguan intru-sive body m ight have inherited some chemical features of its sources in an arc env https://www.doczj.com/doc/ba11294754.html,bined w ith the REE simulation calculation by the melting of the amphibolites formed in an arc environm ent,it is proved that the Wuguan intrusive body w as formed in a collision orogenic process and it m ight have been a partial melting product of the pre-ex isting source in a subduction environment.
Key words:Wuguan intrusive body;Danfeng Group;Shangdan tectonic belt;effect of subduction
秦岭造山带广泛发育不同时代、不同成因类型的中酸性侵入岩,它们分别形成于秦岭造山带的不同构造演化阶段(张成立等,2008;王涛等,2009)。通过对这些中酸性岩体的成因研究,可为探讨秦岭造山带构造演化历史提供基本的地质依据。
商丹构造带是一条具有多期活动和复杂演化过程的强韧性剪切变形带,由不同时代、不同性质、不同物质来源的构造岩片/块拼合而成(裴先治,1997;裴先治等,2001)。在该构造带内广泛出露中酸性侵入体,前人对这些中酸性侵入体的研究多偏重于同位素年代学和岩石大地构造环境的分析,并认为它们形成于秦岭造山带加里东造山期,但相对缺乏从实验岩石学及岩石地球化学模拟计算等方面来研究其成因。本文拟在前人工作的基础上,结合岩石地球化学研究,从实验岩石学对比及岩石地球化学模拟等不同角度上去揭示武关岩体岩浆源区进而约束其大地构造环境,并借助锆石年代学研究探讨了武关岩体岩石学成因同北秦岭古生代洋陆转换的关系。
1区域地质概况
秦岭造山带为一典型复合型大陆造山带,经历了复杂的裂解拼合过程,其内部被商丹缝合带和勉略缝合带分割为华北地块南缘(北秦岭)、秦岭微地块和扬子地块北缘三部分(张国伟等,1995,2001)。在沉积地层、岩浆作用及岩石地球化学等近些年来研究成果的基础上,亦有学者将秦岭造山带划分为北秦岭弧后-岛弧杂岩带,中秦岭弧前盆地系以及南秦岭增生杂岩带-弧前盆地系-岛弧杂岩带-弧后杂岩带等(陈隽璐,2008;王宗起等,2009)。其中,位于商丹构造带北侧的北秦岭构造带主要由中新元古代宽坪岩群、古生代二郎坪岩群、古元古代秦岭岩群以及新元古代)早古生代的丹凤岩群构成;商丹构造带的南侧则由古生代刘岭群和武关岩群构成(图1)。
商丹构造带主要由古生代丹凤蛇绿岩、洋岛火山岩、岛弧火山岩、花岗质岩浆侵入杂岩体和秦岭群杂岩体共同构成,其中秦岭群杂岩体表现为构造岩块分布于其中。该套组合经历了强烈的韧性剪切作用,糜棱岩和断层碎裂岩十分发育(张国伟等, 2001)。丹凤岩群是商丹构造混杂岩的最主要组成部分,空间上与北侧秦岭群以及南侧武关岩群均以韧性剪切带相接触,区域上呈近东西)北西西向狭长带状展布,向东至商南一带尖灭,向西呈构造透镜体状断续延伸至商州三十里铺、周至黑河、凤县唐藏以及天水李子园、甘谷关子镇一带,为一套强烈变形变质的以火山岩-碎屑岩组合为主的构造岩片体(裴先治,1997;裴先治等,2001)。位于商丹构造丹东段的丹凤岩群主要由斜长角闪片岩、云母石英片岩,夹变粒岩、薄层大理岩、硅质岩等组成,在硅质岩中含奥陶纪-志留纪的化石(崔智林等,1995)。最新研究表明代表俯冲杂岩系的丹凤群与南侧的武关岩群、罗汉寺岩群及刘岭群共同构成华北南缘的俯冲-增生体系,其中大量分布具有俯冲消减地球化学特征的钙碱性侵入体同位素测年显示华北南缘洋盆消亡上限可能为晚泥盆世末期(Yan et al.,2006a,2006b;闫臻等,2007, 2009)。
加里东-海西期为秦巴地区构造运动史上最活跃的时期,特别是位于研究区附近的许庄岩体、枣
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第4期李平等:北秦岭武关岩体LA-ICPM S锆石U-Pb定年及岩石成因研究
图1 北秦岭武关岩体区域地质简图
Fig.1 Simplified reg ional geological map of Wug uan intrusive body in Nor th Q inling
园岩体、灰池子岩体、漂池岩体和宽坪岩体等均形成于此阶段。该阶段内花岗质岩浆活动最为强烈,有一系列碰撞型花岗岩类岩体生成(尚瑞钧等,1988)。其中,早加里东期花岗岩类和晚加里东-早海西期花岗岩类构成了秦巴地区显生宙第一旋回花岗岩,花岗岩类的成分以早期的石英闪长岩和英云闪长岩为主逐渐演化为花岗闪长岩和二长花岗岩(李先梓等,1993)。武关岩体同上述岩体在空间展布上均位于商丹构造混杂岩带附近且都是北秦岭早古生代洋陆转换阶段的产物,通过对其进行深入研究可为秦岭大地构造格局恢复提供重要依据。
本文所讨论的武关岩体侵入于北秦岭商丹构造带的丹凤岩群之中(图1),位于武关镇北西方向(33b 36c 32.9d ,110b 37c 03.6d ),沿武关河路程约4km 。岩体主体宽3~5km 、长可达30km,呈带状侵入于丹凤岩群的大理岩和斜长角闪岩中,岩体内部无包体残余。该岩体自南向北矿物粒度逐渐变粗,局部地区有片麻理发育。与围岩呈平行接触关系,而且1B 20
万商南幅认为岩体的片麻理与外围的太古代侵入
体的黑云母片麻理相一致。根据薄片的镜下观察,岩
图2 武关岩体显微照片
Fig.2 M icr ograph of Wug uan intrusive body
Q )石英;Pl )斜长石;Hb )角闪石;Chl )绿泥石Q )quartz;Pl )plagioclase;Hb )hornblende;Chl )chlorite
体为花岗闪长岩。呈半自形-他形粒状结构,主要
组成矿物为斜长石、
石英、角闪石和绿泥石(图2)。612 岩 石 矿 物 学 杂 志 第30卷
石英含量近20%,具波状消光、有微弱定向性,且具有亚颗粒化及动态重结晶等塑性变形现象。斜长石呈自形-半自形板柱状,含量为65%左右,在后期改造作用的影响下发生轻微绢云母化和绿帘石化;角闪石含量约为15%,多已蚀变为绿泥石,局部保留有角闪石的矿物形态。
2样品采集及分析
本次研究挑选较为新鲜的样品用于锆石分选和岩石地球化学测试分析。测年样品经粗碎、细碎后人工淘选挑选出锆石,而后在双目镜下挑纯。样品粗碎在刚玉鄂式破碎机中进行,粗碎样品经缩分后用日本CM T公司生产的T1-100型钨化细碎机碎至200目以下,整个样品加工过程无污染。
锆石阴极发光图像以及LA-ICPM S定年分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。锆石的阴极发光图像在FEI公司的场发射环境扫描电子显微镜Quanta400EFG上完成。锆石U-Pb原位定年分析所采用的ICP-M S为Elan6100DRC,激光剥蚀系统为德国Lamda Physik公司生产的Geolas200M 深紫外(DU V)193nmArF准分子(excimer)激光剥蚀系统,该系统相对常规的266nm或213nm ND: YAG剥蚀系统具有较小的元素分馏效应。分析所采用的激光束直径为30L m,剥蚀深度为20~40 L m。实验中采用H e作为剥蚀物质的载气,用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST610进行仪器最佳化调试,采样方式为单点剥蚀,数据采集选用一个质量峰一点的跳峰方式,每完成4~5个待测样品测定,插入测标样一次。在所测锆石样品15~20个点前后各测2次N IST610。锆石年龄采用标准锆石91500作为外部标准物质,元素含量采用NIST610作为外标。测试结果通过Glitter软件计算得出,获得的数据采用Andersen(2002)的方法进行同位素比值的校正,并采用Isoplot3123v进行最终的年龄计算和图表的绘制。分析点的同位素比值和同位素年龄的误差(标准偏差)为1R,206Pb/238U加权平均年龄按95%的置信度给出,分析结果见表1,详细分析参见文献(Yuan et al.,2004)。
共选取5件样品进行主量、微量元素和稀土元素测试,样品分析由中国地质调查局西安地质矿产研究所实验测试中心完成,测试结果见表2。主量元素含量用荧光光谱仪(XRF)测试,分析精度和准确度优于5%;微量元素和稀土元素含量采用电感耦合等离子质谱仪(ICP-M S)完成,分析精度和准确度一般也优于5%。
3测试结果
3.1锆石LA-IC PMS U-Pb定年
此次成功测定了28颗锆石,所挑选的锆石绝大部分呈无色透明的长柱状晶体,自形程度较好。根据锆石阴极发光电子图像(CL)及其微量元素含量可将其分为两类。
第一类为岩浆结晶锆石(图3a),共计21颗,发育有典型岩浆锆石所具有的振荡环带。这些锆石的岩浆环带中等较宽,这与岩浆具有较低的锆饱和度有关(Hoskin and Schaltegg er,2003)。此类锆石Th/ U比值变化于0123~0155,平均为0139,位于典型岩浆锆石比值范围内(Belousova et al.,2002; Hoskin and Schaltegger,2003)。本类岩浆锆石的测定点在206Pb/238U-207Pb/235U图中均位于谐和线上或其附近(图4),206Pb/238U表面年龄(图4)变化于430~446M a之间,加权平均值为43816?212Ma (M SWD=213),该年龄代表了岩体的岩浆结晶年龄,即形成年龄。
第二类为变质锆石(图3b),共7颗。本类锆石T h/U比值变化于01003~010965之间,均小于011;而且除7号锆石(Th/U=01096)外,所有锆石T h/U比值均远小于0102。一般认为变质锆石的T h/U比值小于011,而且T h/U比值非常低的锆石(<0102)同后期的矿物-流体作用有密切关联(Car-son et al.,2002)。同前述岩浆锆石相比较,此类锆石颗粒CL强度较弱、多发育面状环带,但部分锆石却仍发育有振荡环带(7、16、17号锆石)。深熔锆石或变质重结晶作用中形成的锆石一般具有规则的外形,无分带到呈明显面状分带,亦可保留有振荡分带(吴元保等,2004)。从CL图像来看,24与13、1与7、6与17、9与16具有相似的结构,极有可能反映了岩浆锆石在后期构造事件中经过了一定的改造。在此过程中经历了放射性Pb丢失以及U含量的积累,导致锆石在保持一定形态结构的同时CL图像光泽明显变暗。锆石的206Pb/238U表面年龄(图4)变化于335~345M a之间,加权平均值为34117? 313Ma(MSWD=219),与武关岩群变玄武岩中代表
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第4期李平等:北秦岭武关岩体LA-ICPM S锆石U-Pb定年及岩石成因研究
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表2武关岩体主量元素(w B/%)和微量元素
(w B/10-6)
Table2Major elements(w B/%)and trace elements
(w B/10-6)compositions of Wuguan intrusive body
样品180-1180-2180-3180-4180-5 SiO260.3560.9564.1463.7957.79 Al2O317.7016.6216.5816.5018.65 Fe2O3 2.74 3.92 2.51 2.31 2.92 FeO 2.68 1.98 2.13 2.30 2.82 CaO 5.54 5.40 5.19 5.24 5.73 M gO 2.28 1.88 1.78 1.78 2.04 K2O 1.060.810.900.83 1.15 Na2O 3.87 4.05 4.12 4.13 4.72 T iO20.4820.5230.3940.4170.515 P2O50.1620.1450.1440.1420.153 M nO0.1080.1080.1140.1170.128 H2O+ 1.99 1.94 1.12 1.31 1.83 H2O-0.04000.130.050.100.07 CO20.880 1.390.6200.400 1.10 Na2O/K2O 3.65 5.02 4.59 4.99 4.10 A/CNK 1.010.960.970.960.96 M g#44.3638.0642.1842.2340.28 Li10.00 6.869.0311.6014.20 Be0.790.920.830.850.93 Sc10.1010.009.0010.7013.10 V93.3094.0082.7082.4099.00 Cr10.209.3312.708.937.57 Co12.0011.9010.309.9211.00 Ni7.14 4.708.06 4.95 4.08 Cu39.2046.8049.40 6.7512.30 Zn75.7049.4068.8071.9079.10 Ga17.1017.5016.9017.2019.60 Rb28.2022.6026.7019.4025.40 Sr423.00373.00398.00407.00444.00 Zr102.00143.0094.7068.90114.00 Nb 5.238.33 4.73 5.42 6.61 Ba568.00387.00575.00580.00513.00 Hf 2.50 3.47 2.50 1.79 2.93 Ta0.250.460.240.260.50 Pb 6.62 5.14 6.73 6.52 6.79 Th 2.34 2.28 2.61 2.42 2.49 La10.7012.0011.2012.8012.80 Ce23.2027.7023.9025.1026.40 Pr 2.68 2.99 2.64 2.95 3.23 Nd11.1012.4010.5011.7013.40 Sm 2.59 3.04 2.31 2.58 3.16 Eu0.810.920.730.810.99 Gd 2.59 3.19 2.31 2.47 3.19 Tb0.390.500.350.380.50 Dy 2.52 3.29 2.34 2.46 3.27 Ho0.530.730.520.540.72 Er 1.40 2.02 1.47 1.52 1.98 Tm0.210.320.230.230.30 Yb 1.37 2.10 1.58 1.58 1.97 Lu0.210.340.260.260.31 Y15.6021.6014.7015.4020.50
D Eu0.950.900.960.970.94 (La/Yb)N 5.28 3.86 4.79 5.47 4.39 (La/Sm)N 2.60 2.48 3.05 3.12 2.55 (Gd/Yb)N 1.53 1.23 1.18 1.27 1.31
E REE60.0971.2060.0865.1271.
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图3锆石阴极发光(CL)照片
Fig.3Zircon CL images
受后期作用改造的锆石U-Pb同位素年龄(348+18/ -12Ma)在误差范围内一致(陈能松等,2009),反映了在438M a
之后研究区内存有一期构造热事件。
图4锆石LA-I CPM S U-Pb同位素年龄谐和图
Fig.4Zirco n U-Pb ag e concordia diagr am
3.2武关岩体岩石地球化学特征
由图5a和图5b可知,武关岩体常量元素地球化学特征显示其属亚碱性低钾拉斑-中钾钙碱性岩石系列。据表2,其SiO2含量介于57179%~ 64114%之间,M gO含量较低(介于1178%~2128%之间),M g#为38106~44136,Na2O+K2O为4186%~5187%,NaO2/K2O为3165~5102;Al2O3含量高(介于16150%~18165%之间),A/CNK= 0196~1101,属于准铝质-弱过铝质。
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第4期李平等:北秦岭武关岩体LA-ICPM S锆石U-Pb定年及岩石成因研究
岩体的稀土元素的总含量较低,E REE 间于60108@10-6~71191@10-6之间。在稀土元素球粒陨石标准化图上(图6a)总体显示具有中等分馏的稀土元素分配型式,呈右倾型分布,(La/Yb)N =3186~5128。LREE 中等略微富集[(La/Sm )N =2148~
3112];H REE 接近平坦[(Gd/Yb)N =1118~1153],具有十分微弱负铕异常(D Eu=0190~0197)。该岩体明显富集Rb 、Ba 、Sr 、K 等大离子亲石元素(LILE),而T i 和Nb 、Ta 等高场强元素(HFSE)具有明显的亏损(图6b)
。
图5 武关岩体(Na 2O+K 2O)-SiO 2图(a,据M iddlemost,1994;Ir vine and Baragar,1971)和K 2O -SiO 2图
(b,据RichWood,1989)
F ig.5 Diagr am of N a 2O+K 2O versus SiO 2(a,after M iddlemost,1994;Irvine and Baragar,1971)and diagram of K 2O versus
SiO 2fo r Wug uan intrusive body(b,after RichWood,
1989)
图6 武关岩体稀土元素球粒陨石标准化图解(a,球粒陨石标准化数据自T aylor and M cLennan,1985)及微量元素
原始地幔标准化图解(b,原始地幔标准化数据自Sun and M cDonough,1989)
F ig.6 Chondr ite -normalized REE patterns (a,normalization v alues of REE after T aylor and M cL ennan,1985)and primitive
mantle -normalized trace elements spider diagr am (b,normalization values of trace after Sun and M cDonoug h,1989)
4 讨论
4.1 岩石形成构造环境分析
武关岩体为低钾拉斑-中钾钙碱性的花岗闪长岩和闪长岩系列,前人认为低钾系列的英云闪长岩、奥长花岗岩和花岗闪长岩是大洋盆地和大洋岛弧环
境中最为发育的中酸性侵入岩类(Beard and Lof -gren,1991),而且钙碱性和岛弧0拉斑玄武质0花岗岩类总体定位于俯冲带上(Barbarin,1999)。本岩体明显富集Rb 、Ba 、Sr 、K 等大离子亲石元素(LILE)、亏
损Nb 、Ta 、Ti 等高场强元素(HFSE),并具有较高的LILE/HFSE 比值。该特征为消减板片变质脱水后释放的富含LILE 的流体进入楔形地幔,诱发地幔源
616 岩 石 矿 物 学 杂 志 第30卷
区发生部分熔融的缘故(Wilson,1989),或与俯冲板片自身的部分熔融及与地幔交代作用有关(Martin,1999;M oyen et al .,2003;M artin et al .,2005),亦或是与俯冲背景下软流圈上涌诱发的玄武质地壳重
熔有关(Guo et al .,2007)。在Nb -Y 和Rb -(Y +Nb)图解中(图7a,7b)该岩体均落入岩浆弧区,亦反
映了其所处于俯冲消减带的构造环境。
图7 武关岩体N b -Y 图解(a)与Rb-(Y+N b)图解(b)(Pearce et al .,1984)
Fig.7 Diagram of Nb versus Y(a)and diagram of Rb versus Y +Nb(b)fo r Wug uan intrusive body(after Pearce et al .,1984)
WPG )板内花岗岩;VAG )火山弧花岗岩;Syn -COLG )同碰撞花岗岩;ORG )洋中脊花岗岩
WPG )intraplate gran i te;VAG )volcanic arc granite;Syn -COLG )syn -collison granite;ORG )oceanic ridge granite
经研究表明,受沉积物混染的上覆地幔部分熔融生成的弧岩浆岩和弧前沉积体系在岩石地球化学
特征上存在密切的联系(Plank and Langmuir,1993;
T ani et al .,2010)。极易受俯冲沉积物影响的Cs 、Rb 、Ba 、Th 、U 和K 等元素可以很大程度上反映俯冲沉积物的地球化学特征(Bailey et al .,2009)。陆源沉积物通常具有明显的Ba N 异常,以小安的列斯群岛(Lesser Antilles,Plank and Langmuir,1998)和上地壳地球化学组分(U CC,Rudnick and Gao,2003)为例,它们均具有Ba N
4.2 岩石形成压力条件及源岩分析
在俯冲消减环境中的下地壳或壳幔结合部,辉石、角闪石、斜长石等均为典型的拉斑-钙碱系列岛弧岩浆岩的重要组成矿物(Davidson et al .,2007);而且,它们作为残余相可以明显影响到那些源自下地壳或俯冲板片部分熔融而成的岩体的地球化学特征(Perez et al .,2009)。研究表明:残余矿物组合与
硅酸盐熔体的含水量及温度和其所处的压力条件有紧密联系(Barker and Arth,1976;Rushmer,1991;Schmidt,1992;Wolf and Wyllie,1994;Rapp et al .,
1991;Pati ìo Douce and Beard,1995;Pati ìo Douce,1996;Watkins et al .,2007;Perez et al .,2009)。因此,可以通过一定温压条件下石榴子石、角闪石、斜长石等矿物的组成情况来约束岩浆过程,进而反映成熟岛弧和典型的大陆活动边缘的岩浆作用及岩石形成的物理环境。
武关岩体的稀土元素分配曲线(图6a)均较为相似,反映了源区物质构成具有一定的均一性。以往的研究表明无负铕异常的中酸性火成岩可能指示有一个加厚陆壳的存在或者具有山根的造山带环境(邓晋福等,1996,2004)。武关岩体无显著的Eu 负异常,其D Eu 值(D Eu=0194?014)均大于华北角闪岩的平均值(D Eu=0184;Gao et al .,1992),说明武关岩体形成于相对较大的深度和压力环境之下。虽然本文并未直接计算出岩浆就位时所处的具体压力环境,但岩体中Al 2O 3的含量往往在一定程度上与成岩过程中施加在岩浆中的压力值成正相关(Barker and Arth,1976)。武关岩体具有较高的Al 2O 3含量,所采集样品的Al 2O 3含量均大于16150%。中酸性侵入体中Al 2O 3含量的差异可以很大程度上体现
617 第4期 李 平等:北秦岭武关岩体LA -ICPM S 锆石U -Pb 定年及岩石成因研究
残余或堆积矿物的变化:低Al 的花岗质岩浆反映了富斜长石、无角闪石(或无石榴子石)的残余矿物组合;而高Al 的花岗岩类则形成于角闪石(或石榴子石)为主要残余相的环境中(Barker and Arth,1976;Rapp and Watson,1995)。
中酸性岩浆岩(包括SiO 2>56%的中酸性火山岩和侵入岩)的Sr 和Yb 含量是两个非常有意义的地球化学指标,高Sr 低Yb 型(Sr >400@10-6和Yb <2@10-6,无Eu 负异常或有弱的Eu 负异常或正异常)中酸性侵入体的地球化学特征指示的岩石学意
义是花岗岩类源区熔融的残留物由石榴子石、辉石、角闪石组成(张旗等,2006,2008)。而未分异的HREE 分布形态则指示源区有角闪石作为主要的稳
定残留,岩体形成的压力环境低于石榴子石稳定残余区(Rapp and Watson,1995;Zhang et al .,2009)。通常情况下当压力小于1GPa 时,石榴子石不会出现在角闪岩熔融的残余相中(Pati ìo Dounce and Beard,1995;Watkins et al .,2007)。本岩体为富钠、高铝、具有较高Sr/Yb 比值的中酸性侵入体,其LREE 富集、HREE 分布形态为平坦型且无明显的Eu 负异常,反映出武关岩体可能形成于角闪石(石榴子石极少或无残余)作为主要稳定残余的压力环境下。实验岩石学表明,CaO/Na 2O 的比值可以用来推断中酸性岩浆的源区特征。当CaO/Na 2O<015时暗示源区为泥质岩,当CaO/Na 2O 比值介于013~115之间时中酸性的花岗质岩石则源于变杂砂岩或
火成岩,而且角闪岩部分熔融而成的偏中性熔体(花岗闪长岩、石英闪长岩等)会具有略高的CaO/Na 2O 比值(Jung and Pf ?nder,2007)。本岩体的CaO/
Na 2O 比值介于1121~1143之间,具有较高的CaO/Na 2O 比值,结合图8可以推断武关岩体极有可能源自角闪岩相的(变)
玄武岩的部分熔融。
图8 武关岩体(N a 2O+K 2O)/(F eO +M gO+T iO 2)-Na 2O +K 2O +FeO+M g+T iO 2图(a)和Al 2O 3/(M g O+FeO tot )-CaO/
(M gO+FeO tot )图(b)(据Pati ìo Douce,1999)
F ig.8 Diag ram of (Na 2O +K 2O)/(F eO +M g O+T iO 2)-N a 2O+K 2O +F eO+M g+T iO 2(a)and diagram of Al 2O 3/
(M g O+FeO tot )-CaO /(Mg O+FeO tot )(b)for Wuguan intrusive body (after Pati ìo Douce,1999)
武关岩体明显富钠,一方面与源区的岩石组分有关,另一方面也与形成时所处的压力环境有关。因为压力升高时斜长石开始消耗,斜长石的分解会促使岩浆中的Na 2O 含量升高(Pati ìo Douce and Beard,1995;Pati ìo Douce,1996;Petford and Ather -ton,1996)。在角闪石作为主要稳定残余相的环境下,伴随着斜长石的分解消耗,会导致源区岩石具有较高的角闪石/斜长石比值。残余相中较高的角闪石/斜长石比值则在一定程度上可以反映源自下地壳熔融的中酸性岩浆形成于较高f (H 2O)条件中(Borg and Clynne,1998)。因此可以推测源自下地壳玄武
岩质岩石部分熔融的富钠的武关岩体形成于较高的f (H 2O)条件中,而当含水的玄武质岩浆底侵于角闪岩相下地壳环境时极有利于中酸性岩浆的生成(Annen et al .,2006)。此外,Jung 等(2009)通过对非洲西南部纳米比亚石英闪长岩-花岗闪长岩-淡色花岗岩组合进行系统研究后发现,具有低SiO 2,高铝,微弱的负Eu 异常及LREE 富集、HREE 略微亏损的岩石化学特征的石英闪长岩和花岗闪长岩源于角闪岩相下地壳的部分熔融。武关岩体具有同其十分类似的地球化学特征,同时还具有较高的Sr/Yb 比值且无
明显的Eu 负异常,进一步表明:武关岩体为中下地
618 岩 石 矿 物 学 杂 志 第30卷
壳角闪岩相压力条件下(<1GPa)含水的玄武质岩石部分熔融的产物。
4.3岩浆源区稀土元素模拟
由于岩体所处的研究区曾遭受过多期次的构造演化,致使那些性质活泼的主量元素和大离子亲石元素极容易在后期的地质运动中发生活化。尤其是广泛发生于自然界的非实比熔融过程,伴随着矿物相比例的变化,相容元素在熔体和残余相中会发生强烈的迁移和变化(许继峰等,1996)而不利于岩石地球化学的模拟研究。但是稀土元素具有极为相似的晶体化学性质和地球化学性质,所以将稀土元素的分配样式作为一个整体来进行研究可以更准确的反映岩石的形成机制和构造环境。
本文拟采用批式熔融的方法(Shaw,1970)对稀土元素分配样式进行模拟计算来论证武关岩体的岩石学成因及形成过程。残余矿物组成比例采用Wolf 和Wy llie(1994)中的Pl、Hb、Grt、Cpx和Opx的含量组成,Wolf和Wyllie(1994)采用SiO2U4814%的角闪岩所进行的部分熔融实验可以得到SiO2含量介于51177%~66134%之间的钠质中酸性熔体,而本样品为SiO2含量介于57179%~64114%之间的富钠的花岗岩类。如前文所述本岩体的形成与大洋俯冲消减环境有密切联系,且围岩为研究区内广泛分布的斜长角闪岩,因而笔者采用分布于武关地区丹凤岩群中与岛弧环境有成因关系的斜长角闪岩(样品07WG5;闫臻等,2009)为物源对武关岩体的岩石学成因进行论证。
从图9中可以观察到Mode1模式由于斜长石残余含量较高,因而在不同程度熔融的REE模拟分配样式图中均有较为微弱的Eu负异常;Model3模式由于少量石榴子石的残留会导致重稀土发生相对亏损,因而这两种残余矿物组合均同研究样品有一定的差距。在M odel2模式中,当F=20%时(图9a),LREE富集,相对于本次分析的样品含量均较高;F=50%时(图9d),LREE仍为富集状态,但相对于研究样品含量均略低;在F=30%~40%的状态下(图9b,9c),模拟计算所取得的REE分配样式同研究样品的REE分配样式基本一致。
稀土元素的模拟计算结果表明:以丹凤群中形成于岛弧环境下的斜长角闪岩为源岩在30%~40%的熔融条件下可以形成武关岩体。而且,矿物的残余相以角闪石为主并伴有少量的斜长石和单斜辉石,石榴子石极有可能无残余,此种残余矿物组合对前述的角闪岩相中下地壳的压力范围作了进一步的限定。
4.4岩石成因与地球动力学机制
秦岭古洋盆沿现今的商丹断裂带一线于早奥陶世开始了俯冲和板块汇聚的过程,期间伴有洋盆消减产物的增生和各类岩浆杂岩的侵入,同时俯冲的动力、热力和流体作用促进了该地区拉斑质及大量深成钙碱系列侵入体的生成,最终形成了消减火山杂岩和岛弧杂岩共同构成的俯冲消减岩浆岩带(周鼎武等,1995)。通过近年来的研究,秦岭造山带中逐渐发现一些具有埃达克岩岩石地球化学特征的岩体(李伍平等,2001;裴先治等,2003;陈隽璐等, 2008;王婧等,2008),这类具有一定指示意义的岩石的发现对于秦岭造山带构造岩浆作用的研究具有十分重要的意义。其中位于商丹带西段、侵入于早古生代丹凤群中的唐藏石英闪长岩(454?117M a)具有O型埃达克岩岩石地球化学特征,是与早古生代岛弧火山岩系有共生关系的侵入体,它的形成同早古生代秦岭主洋盆的俯冲消减作用有密切关联,是古洋壳的俯冲板片部分熔融后与上覆地幔橄榄岩反应的产物(陈隽璐等,2008)。而处于商丹带东段的灰池子花岗质复式岩体的U-Pb同位素年龄为437 M a,其形成与秦岭古洋壳俯冲造成北秦岭地体的斜向抬升有关,由此诱发的地壳加厚和玄武质岩浆的底侵促使下地壳玄武质岩石发生部分熔融,从而形成了此类具有埃达克岩岩石学特征复式岩体(李伍平等,2000,2001)。此外,在丹凤岩群北侧商南松树沟地区发现有指示高压-超高压变质作用存在的高压基性麻粒岩,通过对其锆石微量元素和形态学研究后认为峰期变质事件的U-Pb同位素年龄为485 ?313M a(陈丹玲等,2004),其形成与早古生代北秦岭构造体制转化有密切关联。以上均说明了加里东期商丹带板块片俯冲消减作用与商丹构造混杂岩带的物质组成在地球动力学成因上有紧密联系。
在对锆石阴极发光(CL)显微结构分析和微区原位微量元素分析的基础上,通过激光探针等离子体质谱(LA-ICP-M S)对武关岩体进行定年后认为:武关岩体的形成时代为43816M a。此年龄和同样位于北秦岭的灰池子岩体的形成年龄在误差范围内基本一致,因而二者极有可能为同一构造事件的产物。早古生代是秦岭岩浆岩带在板块体制下主要的中酸性岩浆活动期,在该阶段形成的岩体多,且规模大(徐学义等,2008a,2008b),特别是北秦岭商丹构造
619
第4期李平等:北秦岭武关岩体LA-ICPM S锆石U-Pb定年及岩石成因研究
图9丹凤岩群斜长角闪岩在不同残余矿物相和熔融程度下生成熔体的稀土元素球粒陨石标准化图解
F ig.9Chondr ite-normalized REE patterns of melts generated by partial melting of amphibolite in the Danfeng
G roup
with different mineral phases
源岩数据(样品07WG5)参见文献闫臻等(2009);残余矿物组分参见文献Wolf和Wyllie(1994);稀土元素在斜长石、角闪石、石榴子石中的分配系数参见文献M artin(1987);稀土元素在单斜辉石(Cpx)中的分配系数参见文献Kamei等(2009) Calculated m elt based on residual mineral assemblage from Wolf and Wyllie(1994);data of the source for the Wuguan i ntrusive body from Yan et al.(2009);Kd of REE in Pl,Hb,Grt from M artin(1987);Kd of REE in Cpx from Kamei et al.(2009)
带内出露的大量加里东期花岗岩,多形成于板块俯冲结束后的碰撞造山过程(田伟等,2005)。研究表明在晚奥陶世)中志留世(450~422M a),秦岭地块发生了碰撞挤出、抬升,在此过程中,在北秦岭造山带根部就位的大量早期岛弧或弧后盆地的基性岩作为幔源物源同下地壳共同发生减压熔融而形成大规模的低温I型花岗岩(王涛等,2009)。此外,武关岩体中含有34117?313M a的锆石年代学信息,很可能为商丹构造带南侧古生代持续的俯冲增生作用在该处的响应(Yan et al.,2006a,2006b;闫臻等, 2009)。
形成于中下地壳压力环境中的武关岩体呈现有明显的俯冲消减带岩石地球化学特征,但锆石U-Pb 同位素年龄显示其形成略晚于商丹洋的俯冲事件,因而极有可能为商丹带滞后的消减源区在碰撞造山过程中再次熔融的产物。中酸性侵入体(特别是与俯冲消减环境有成因关系的侵入体)的岩石地球化学特征所反映的大地构造环境有时会同实际的区域地质构造演化过程存有一定的差异(Payne et al., 2010)。实际上,花岗岩类的形成不仅仅受大地构造环境的影响,而且其源区的继承性和熔融与分异程度最终都会直接影响到花岗岩类的物质组成(Frost et al.,2001;Li et al.,2007;吴福元等,2007;张旗等,2007)。因此,武关岩体的形成极有可能为碰撞造山过程中,由岛弧环境下形成的基性岩或变基性岩在中下地壳压力条件下(<1GPa)进一步发生熔融而形成的继承有俯冲消减带岩石地球化学特征的一类岩体。
5结论
在碰撞造山过程中,区域上挤压抬升的减压环
620岩石矿物学杂志第30卷
境可以促使造山带内部含水的基性岩或变基性岩在中下地壳压力环境下发生部分熔融;同时,形成于这种大地构造环境下的中酸性岩体所继承的岩石地球化学特征往往在很大程度上反映的是源区岩石在前期形成过程中所具有的地质构造背景。武关岩体便是在此种大地构造机制下形成的。处于秦岭造山带的商丹洋在早古生代发生了自南而北的俯冲汇聚,同时促使该地区生成了大量的具有俯冲消减带岩石地球化学特征的增生杂岩。后续的挤压碰撞会致使地壳加厚,并随着碰撞作用的逐步加深北秦岭地体存有发生斜向抬升以及玄武质岩浆底侵的可能,继而诱发地壳发生部分熔融以生成广泛分布于研究区内的继承有俯冲消减作用地球化学特征的一类岩体。
武关岩体锆石阴极发光(CL)显微结构和LA-ICPM S锆石U-Pb测年结果共同表明,本岩体形成年龄为43816?212M a,反映其形成于北秦岭早古生代板块俯冲结束后的碰撞造山过程中。该类发育于北秦岭商丹构造混杂岩带内的富钠、高铝,具有较高CaO/Na2O比值,LREE富集、H REE分布形态为平坦型且无明显Eu负异常的/高Sr低Yb0型的中酸性岩体,为加里东造山过程中,广泛分布于北秦岭丹凤岩群的具有俯冲消减带地球化学特征的斜长角闪岩在中下地壳压力条件下发生较大程度部分熔融的产物。
致谢感谢西安地质矿产研究所何世平研究员在论文撰写过程中给予的帮助;同时,感谢审稿专家的细致评审及宝贵的修改建议。
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624岩石矿物学杂志第30卷
ICS 73. 010 D 10 i7旨 中华人民共和国国家标准 GB/T 17412.3-1998 岩石分类和命名方案 变质岩岩石的分类和命名方案 Classification and Nomenclature Schemes of The Rocks Classification and Nomenclature Schemes of metamorphic Rock 1998一06一17发布1999一01一01实施 国家质量技术监督局发布 Gs/T 17412.3-1998 目次 前言·.......................................................................................................................皿 1 范围······。。····················??1 2 术语定义··············。·····。····一1 3 符号和缩略语···············。·····一2 4 变质岩分类和命名的一般原则 (2) 5 变质岩的分类·················??3 6 轻微变质岩类·············??3 7 板岩类 (4) 8 千枚岩类·····················??4 9 片岩类·····················??6 10 片麻岩类. 7 11 变粒岩类 (8) 12 石英岩类·........................................................................................................·一9 13 角闪岩类 (10) 工4 麻粒岩类............................................................................................................n 15 榴辉岩类 (12) 16 铁英岩类···················?. 12 17 磷灰石岩类(变质磷块岩类)······??12 18 大理岩类 (13) 19 钙硅酸盐岩类·，·············??14 20 碎裂岩类·····················??15 21 糜棱岩类，.····················??16 22 角岩类·······················??16 23 矽卡岩类·····，············。··?17 24 气一液蚀变岩类.................................................................................................·一18 25 混合岩类····················??加 GB/T 17412.3-1998 1 范围 本标准规定了变质岩的分类依据和原则，制定了变质岩岩石分类和命名方案。 本标准适用于地质勘查中的变质岩岩石鉴定，也适用于地质教学和科学研究工作。 2 术语定义 本标准采用下列定义。
◆思考 ◆名词：晶体、矿物、同质多相、类质同象 标型组合、标型矿物、标型特征。 ◆论述： 1、矿物的空间演化规律？ 地球内部矿物的空间分布为： （1）内核（6371-5155Km）为金属铁、镍和互化物；过渡层（5155-4640Km）没有矿物；外核（4640-2900Km）为液体状态。 （2）地幔中下地幔（2900-600Km）出现0、Si、Al、Fe、Mg矿物。O主要为立方紧密堆积，六方紧堆。Si、Al、Fe、Mg随机进入四面体、八面体；中地幔（660-400Km）中，为高密度Si、Mg氧化物。Si主要进入四面体，Mg进入八面体；上地幔（400-40Km）主要为橄榄石、斜方辉石、透辉石-硬玉、镁铝榴石。 （3）地壳中有绝大多数矿物，下地壳（超基性-基性岩层）矿物为橄榄石、辉石、斜长石、角闪石、石榴石；上地壳（花岗质岩层）为石英、长石、角闪石、多种含氧岩、氢氧化物、卤化物。 （4）岩石圈、水圈、大气圈接触带出现的矿物种类最多。 空间规律为从地核到地幔再到地壳。矿物种类明显增加，化学键种类增加，晶体化学密度降低，对称性降低，由鲍文反应可以看出。 2、矿物的时间演化规律？ 从时间上看，矿物类并非一开始就这么多，而是随着地史发展而增加的，并加速增加。矿物界有机组织在各层次上的演化规律已被认识，从晶格开始到矿物单体，矿物共生次序，组合和集合体，到矿物界结束。地史发展过程中矿物种的主要形成阶段已建立。最一般的演化规律为：1、在地史过程中，与早期相比，矿物种加速增加，矿物组合的复杂化增加；矿物生长体系的相对能量降低和晶体的化学密度减少；混溶现象增加；熵增加；结构和形体的累积变形增加等等。2、从地史早至晚阶段，矿物界从“立方”到“正交”演化到“单斜”或“三斜”，对称降低。3、在地壳上部层，特别是大地水准面，矿物体系复杂聚集。4、矿物界的演化动力是在稳定的能量消耗条件下，矿物体系发展趋向于平衡。 3、电气石矿物的颜色及成分与成因的关系？ 电气石是族矿物的总称，化学成分比较复杂，是以含硼为特征的铝、钠、铁、镁、
野外三大类岩石简单识别 肉眼对岩石进行分类和鉴定，除了在野外要充分考虑其产状特征外，在室内对手标本的观察上，最关键的是要抓住它的结构、构造、矿物组成等特征。具体步骤可为： （1）首先观察岩石的构造。因为构造从外貌上反映了它的成因类型：如具气孔、杏仁、流纹构造形态时，一定属于火成岩的喷出岩类；具有层理构造以及层面构造时，是沉积岩类；具板状、千枚状、片状或片麻状构造时，属于变质岩类。 三大类岩石的构造中，都有“块状构造”。比如火成岩中的石英斑岩，沉积岩中的石英砂岩，变质，岩中的石英岩，表面上似难区分，此时应结合岩石结构特征的观察进行分析：石英斑岩具火成岩的斑状结晶结构，其中的石英斑晶与基质矿物间呈结晶联结；而石英砂岩具有沉积岩的碎屑结构，碎屑之间呈胶结联结；另外，岩石中的石英颗粒本身也有显著差异----石英斑岩中的石英斑晶具有一定的结 晶外形，呈棱柱状或粒状；石英砂岩中的石英颗粒则呈浑圆状，玻璃光泽已经消失，用锤击或小刀刻划岩石中胶结不牢的部位时，可以看到石英颗粒与胶结物分离后在胶结物上留下的小凹坑。经过重结晶变质作用形成的石英岩，则往往呈致密状，肉眼分辨不出石英颗粒，且石质坚硬、性脆。 （2）对岩石结构的深入观察，可以对岩石进一步的分类。如火成岩中的深成侵入岩类多呈全晶质、显晶质、等粒状结构；而浅成侵入岩类则常呈斑状结晶结构。沉积岩中的碎屑岩、粘土岩、生物化学岩(如
砾岩、砂岩、页岩、石灰岩等)的区分，主要是根据组成物质颗粒的大小，成份及其联结方式。 （3）岩石的矿物组成和化学成份的分析，对岩石的命名和分类也是不可缺少的，特别是与火成岩的命名关系尤为密切。如斑岩和玢岩，同属火成岩中的浅成岩类，其主要区别在于矿物成份。斑岩中的斑晶矿物主要是正长石和石英，玢岩中的斑晶矿物主要是斜长石和黑色矿物。沉积岩中的次生矿物如方解石、白云石、高岭石、石膏、褐铁矿等不可能存在于新鲜的火成岩中。变质矿物如绿泥石、滑石、石棉、石榴子石、红柱石等，则为变质岩所特有。因此，根据某些矿物成分的分析，也可以初步判定岩石的类别。 （4）在岩石命名方面，如果由多种矿物成分组成，则以含量最多的矿物与岩石的基本名称紧紧相连，其他较次要的矿物，按含量多少依次向左排列，如“角闪斜长片麻岩”，说明其矿物组成是以斜长石为主，并有相当数量的角闪石，其他火成岩、沉积岩的多元命名涵意也是如此。 （5）最后应注意的是在肉眼鉴定岩石标本时，常常有许多矿物成份难于辨认。如具隐晶质结构或玻璃质结构的火成岩，泥质或化学结构的沉积岩，以及部分变质岩，由结晶细微或非结晶的物质成份组成，一般只能根据颜色深浅、坚硬性、比重大小和“盐酸反应”等进行初步的判断，火成岩中深色成份为主的，常为基性岩类：浅色成份为主的常为酸性岩类。沉积岩中较坚硬的多为硅质胶结的或硅质成分的岩
变质锆石成因类型及内部结构＼地球化学特征 测年的样品中变质锆石因其可能记录了多次的变质事件的信息，所以往往具有多期生长的、复杂的内部结构。不同的晶域具有不同的年龄，记录了不同地质事件的信息，若不能有效区分所测锆石成因，会给所得年龄的解释带来很大困难。本文阐述了不同成因变质锆石的内部结构及地球化学特征，以期为变质锆石的成因分析及测年数据合理解释提供参考。 标签：变质锆石；U-Pb测年；成因类型 目前对于锆石的成因主要通过锆石的CL图像及Th/U比值来区分锆石为岩浆成因还是变质成因的。一般认为具有振荡环带且Th/U比值较高的（>0.4）锆石为典型岩浆成因的，但并非所有具有这种特征的锆石都是岩浆成因的，有些变质过程中形成的锆石不仅可能具有振荡环带，而且其Th/U比值也有可能较高（>0.7），若将这类锆石鉴定为岩浆锆石，就可能得出错误的结论。因此在判别锆石成因时，还应结合地球化学、基础地质等因素进行合理解释。 1 内部结构 变质锆石根据其形成时的变质作用大体可分为变质增生、深熔、蜕晶化、重结晶和流体改造五种，由于其成因、形成环境等的多样性，决定了其内部结构也非常繁杂，典型的内部结构有无分带、弱分带，扇形分带等（图1）。而对于不同成因的锆石，又具有其优势的内部结构（图2），为鉴别锆石成因提供了一定的依据。 2 各成因类型地球化学特征 2.1 变质增生 变质增生锆石从结构上可分为无继承核和有继承核两类，前者属完全变质新生锆石，其具有多晶面状-不规则状-规则外形；后者在继承核外围形成增生边，与原岩残留锆石之间界限清楚，边界截然，晶核形态变化多样，内部通常较均匀，晶核中有时可保留原生的生长结构。增生锆石中是否含晶核与原岩中是否富含碎屑锆石密切相关，若富含碎屑锆石，变质锆石中则多含有晶核。 变质增生锆石的Th/U比值受变质流体、共生矿物组成及变质锆石的生长速率等因素的影响[1]。U在流体中的活动性比Th强，所以变质流体一般富U贫Th，从这种类型的流体中结晶的锆石常常具有较低的Th/U比值。此外，在锆石结晶同时如有富Th矿物结晶同样会造成Th/U比值的降低。REE含量主要取决于变质流体中REE含量及形成时的环境，其形成时如有富含HREE的矿物晶出，则锆石HREE含量显著降低。
三种常见的岩浆岩： 1．花岗岩是分布最广的深成侵入岩。主要矿物成分是石英、长石和黑云母，颜色较浅，以灰白色和肉红色最为常见，具有等粒状和块状构造。花岗岩既美观抗压强度又高，是优质建筑材料。 2．橄榄岩侵入岩的一种。主要矿物成分是橄榄石及辉石，深绿色或绿黑色，比重大，粒状结构。是铂及铬矿的惟一母岩，镍、金刚石、石棉、菱铁矿、滑石等也同这类岩石有关。 3．玄武岩一种分布最广的喷出岩。矿物成分以斜长石、辉石为主，黑色或灰黑色，具有气孔构造和杏仁状构造，玄武岩本身可用作优良耐磨的铸石原料。 (沉积岩) 又叫“水成岩”。是在常温常压条件下岩石遭受风化作用的破坏产物，或生物作用和火山作用的产物，经过长时间的日晒、雨淋、风吹、浪打，会逐渐破碎成为砂砾或泥土。在风、流水、冰川、海浪等外力作用下，这些破碎的物质又被搬运到湖泊、海洋等低洼地区堆积或沉积下来，形成沉积物。随着时间的推移，沉积物越来越厚，压力越来越大，于是空隙逐渐缩小，水分逐渐排出，再加上可溶物的胶结作用，沉积物便慢慢固结而成岩石，这就是沉积岩。沉积岩分布极广，占陆地面积的75％，是构成地壳表层的主要岩石。
四种常见的沉积岩： 1．砾岩一种颗粒直径大于2毫米的卵石、砾石等岩石和矿物胶结而成的岩石，多呈厚层块状，层理不明显，其中砾石的排列有一定的规律性。 2．砂岩颗粒直径为0．1～2毫米的砂粒胶结而成的岩石。分布很广，主要成分是石英、长石等，颜色常为白色、灰色、淡红色和黄色。 3．页岩由各种黏土经压紧和胶结而成的岩石。是沉积岩分布最广的一种岩石，层理明显，可以分裂成薄片，有各种颜色，如黑色、红色、灰色、黄色等。 4．石灰岩俗称“青石”，是一种在海、湖盆地中生成灰色或灰白色沉积岩。主要由方解石的微粒组成，遇稀盐酸会发生化学反应，放出气泡。石灰岩的颜色多为白色、灰色及黑灰色，呈致密块状。 变质岩：地壳中的火成岩或沉积岩，由于地壳运动、岩浆活动等所造成的物理、化学条件的变化，使其成分、结构、构造发生一系列改变，这种促成岩石发生改变的作用称为变质作用。由变质作用形成的新岩石叫做变质岩，例如由石英砂岩变质而成的石英岩，由页岩变质
矿物是自然作用的产物，其形成、稳定和变化都无不受热力学条件所制约，同时环境的物理化学条件的差异又往往导致矿物在成分、结构、形态及物理性质上的细微变化。因此，矿物成因的研究一直是矿物学中的一个非常重要的课题，并已发展成为现代矿物学中的一个独立的分支学科——成因矿物学。 一、形成矿物的地质作用 矿物的成因通常是按地质作用来分类的。根据作用的性质和能量来源，一般将形成矿物的地质作用分为内生作用、外生作用和变质作用。 1 内生作用 内生作用(endogenic process)主要指由地球内部热能所导致矿物形成的各种地质作用，包括岩浆作用、火山作用、伟晶作用和热液作用等各种复杂的过程。 (1) 岩浆作用(magmatism)：是指由岩浆冷却结晶而形成矿物的作用。岩浆是形成于上地幔或地壳深处的、以硅酸盐为主要成分并富含挥发组分的高温的熔融体。 (2) 火山作用(volcanism)：实际上是岩浆作用的一种形式，为地下深处的岩浆沿地壳脆弱带上侵至地面或直接喷出地表，迅速冷凝的全过程。 火山作用形成的矿物以高温、淬火、低压、高氧、缺少挥发分的矿物组合为特征，甚至形成非晶质的火山玻璃。由于挥发分的逸出，火山岩中往往产生许多气孔，并常为火山后期热液作用形成的沸石、蛋白石、玛瑙、方解石和自然铜等矿物所充填。 (3) 伟晶作用(pegmatitization)：是指在地表以下较深部位的高温高压条件下所进行的形成伟晶岩及其有关矿物的作用。 伟晶作用中形成的矿物最明显的特点是：晶体粗大，富含SiO 2、K 2 O、 Na 2 O和挥发分(F、Cl、B、OH等)(如石英、长石、白云母、黄玉和电气石等)及稀有、稀土和放射性元素(Li、Be、Cs、Rb、Sn、Nb、Ta、TR、U、Th等)(如锂
成因矿物学复习资料 一、名词解释（阐述下列概念，要求举例说明，5*8=40分）） 1、成因矿物学：是研究矿物及矿物共生组合的形成（发生、成长）、演化（存在、变化）的过程和条件，以及反映该过程和条件的标志和信息的矿物学特征的一门基础地质科学。最终与其他地质学科相结合，从阐明矿物的形成、演化机理入手，解决基础地质研究及找矿勘探中的理论和实际问题。 例如锡石的形态及物性特征在一定程度上可以揭示其形成时的地质环境、地球化学背景、物理化学条件等信息。伟晶岩型：{111}为主，Nb、Ta含量高，黑色；热液型：{110}+{111}为主，含Nb、Ta，W、Zr含量高，褐色；接触交代型：{110}为主，不含Nb、Ta，富含Ag、Cu、Pb及Zn，褐色； 2、矿物标型：矿物标型是一种地质成因信息的标志，是一种矿物及其共生组合和组构对其形成环境的表征。这种表征可以通过标型矿物、标型组合、标型组构以及矿物的标型特征去实现。即根据矿物及矿物组合的形态、成分、性质、成因产状等特征及其彼此间的内在联系、对介质的依赖关系等信息，寻找反映介质状态和条件的宏观标志（形态、物性及组构等）和微观标志（成分、同位素特征、晶胞参数、有序—无序结构、类质同像、同质多像、多型等），即矿物的标型性。例如锆石在不同的岩石组合中具有不同的晶体形态，利用锆石的晶体形态判断其形成环境的过程就是矿物标型。A.碱性火山岩，或偏碱性花岗岩，锆石为粒状；B.正常花岗岩，锆石为短柱状；C.中-基性火山岩，锆石为长柱状。 3、标型矿物：在特定的条件下形成的矿物，这种矿物可作为一定形成条件的标志。例如：斯石英只产生于陨石冲击坑中，是高压冲击变质成因的标志矿物。 4、封闭体系和开放体系：将由地质作用形成的岩石或矿石等视为热力学体系。严格讲，自然地质作用多为开放体系。为了研究问题方便，人们一般将岩浆岩、角岩及狭义的区域变质岩视为近封闭体系，而把接触交代岩、混合岩，以及各种外生成岩作用形成的岩石视为开放体系。封闭体系特征：①物质不变，但其浓度、体积可以发生变化的体系；②该体系与外界环境只有能量交换，而无物质交换。自然界中的封闭体系多为近似的封闭体系。开放体系特征：在一定条件下可以交换物质的体系，既有能量交换，又有物质交换。 5、矿物共生组合：同一成因、同一成矿期（或成矿阶段）所形成的不同矿物共存于同一空间。即：同时形成或从同一来源的成矿溶液中依次析出的矿物构成矿物的共生组合。体系中的组分及物理化学条件决定着矿物的共生组合。因此，矿物共生组合是反映其形成条件的重要标志，是成因矿物学研究的一个重要方面。例如在不同的温度环境下有不同的元素、矿物组合。高温热液作用（矿床）：W、Sn、Bi、Mo，黑钨矿、锡石、辉铋矿、辉钼矿；中温热液作用（矿床）：Cu、Pb、Zn，黄铜矿、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿；低温热液作用（矿床）：Sb、Hg、As，辉锑矿、辰砂、雄黄、雌黄。 6、矿物共生分析：应用热力学方法，研究岩石和矿床的形成条件，共生矿物的析出途径，彼此替代关系的顺序。如：超基性岩——橄榄石、斜方辉石、普通角闪石、基性斜长石、铬石榴石、铬铁矿、次生蛇纹石等，不会出现石英。 7、矿物相律：p ≤c，它表示在一定的P—T范围内，同时稳定存在的矿物相的最大数目（p），小于或等于组成该岩石的独立组分的数目（c）。意义：①在一定的P-T范围内，同时稳定存在的矿物相的最大数目(p) 等于组成该岩石的独立组分的数目(c) ，即n个组分组成的体系中，共存矿物不会超过n种；②确定矿物组合的规律；③只适用于封闭体系。例如：由SiO2+Al2O3构成的2元体系，在任意T和P条件下，达到平衡时，则共存矿物数量应为2（或≤2）。蓝晶石、红柱石、夕线石、刚玉和石英中都存在以上两种组分，但在平衡条件下，不可能有两个以上的矿物稳定存在。
岩石构造标本集（沉积岩类） 很多朋友对野外鉴定很头痛，我认为这是基础理论不扎实，野外实践经验较少的原因，所以发上一些标本供大家学习，不光有图片，还有细部描述！ 安山质角砾岩.jpg 岩石名称：安山质角砾岩 英文名称：Andesite breccia 颜色：暗褐绿 构造：块状构造 结构：角砾状结构 主要成分：角砾为绿泥石化安山岩，胶结物为泥质 所属岩类：沉积岩\陆源碎屑岩
白云质石英砂岩.jpg 岩石名称：白云质石英砂岩 英文名称：Dolomitic quartzose sandstone 颜色：灰白 构造：块状构造 结构：粗砂结构 主要成分：碎屑石英，胶结物白云石 所属岩类：沉积岩\陆源碎屑岩 产地：湖北蒲圻
海百合灰岩.jpg 岩石名称：海百合灰岩 英文名称：Encrinite 颜色：暗灰红 构造：块状构造 结构：生物碎屑结构 主要成分：海百合茎,微晶方解石所属岩类：沉积岩\碳酸盐岩 产地：湖北鹤峰
铁质长石砂岩.jpg 岩石名称：铁质长石砂岩 英文名称：Ferruginous arkose 颜色：暗紫红 构造：块状构造 结构：中砂结构 主要成分：长石、石英砂，氧化铁胶结所属岩类：沉积岩\陆源碎屑岩 产地：河南汝州
鲕粒灰岩.jpg 岩石名称：鲕粒灰岩 英文名称：Oolitic limestone 颜色：深灰 构造：块状构造 结构：鲕粒结构 主要成分：方解石质鲕粒，方解石胶结所属岩类：沉积岩\碳酸盐岩 产地：湖北宜昌
泥质长石砂岩.jpg 岩石名称：泥质长石砂岩 英文名称：Medium arkose 颜色：浅红 构造：块状构造 结构：中砂结构 主要成分：长石、石英砂，泥质胶结所属岩类：沉积岩\陆源碎屑岩 产地：河北唐山
岩石的分类 自然界有各种各样的岩石，按成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。 一、岩浆岩 岩浆岩的形成： 地壳下部，由于放射性元素的集中，不断地蜕变而放出大量的热能，使物质处于高温（1000"C 以上）、高压（上部岩石的重量产生的巨大压力）的过热可塑状态。成分复杂，但主要是硅酸盐，并含有大量的水汽和各种其他的气体。当地壳变动时，上部岩层压力一旦减低，过热可塑性状态的物质就立即转变为高温的熔融体，称为岩浆。岩浆内部压力很大，不断向地壳压力低的地方移动，以致冲破地壳深部的岩层，沿着裂缝上升。上升到一定高度，温度、压力都要减低。当岩浆的内部压力小于上部岩层压力时，迫使岩浆停留下，冷凝成岩浆岩。 岩浆的成分： 主要有SiO2、TiO2、A1203、Fe203、FeO、MgO、 MnO、CaO、K2O、Na2O等。 依其含SiO2量的多少，分为： 基性岩浆：特点是富含钙、镁和铁，而贫钾和钠，粘度较小，流动性较大。 酸性岩浆：富含钾、钠和硅，而贫镁、铁、钙，粘度大，流动性较小。 岩浆岩的分类：（成岩的地质环境） （1）深成岩： 岩浆侵入地壳某深处（约距地表3km）冷凝而成的岩石。由于岩浆压力和温度较高，温度降低缓慢，组成岩石的矿物结晶良好。 （2）浅成岩： 岩浆沿地壳裂缝上升距地表较浅处冷凝而成的岩石。由于岩浆压力小，温度降低较快，组成岩石的矿物结晶较细小。 （3）喷出岩： 岩浆沿地表裂缝一直上升喷出地表，这种活动叫火山喷发，对地表产生的一切影响叫火山作用，形成的岩石叫喷出岩。在地表的条件下，温度降低迅速，矿物来不及结晶或结晶较差。肉眼不易看清楚。 岩浆岩的产状： 是反映岩体空间位置与围岩的相互关系及其形态特征。由于岩浆本身成分的不同，受地质条件的
岩石的分类和识别 高二地理 执教李永萍 教学目标 1.通过教学，让学生知道三大类岩石的成因和初步学会三大类岩石的识别技能。 2.联系实际，让学生初步认识岩石与生活、生产活动的关系，为突出“人地关系”主线作好准备。 3.通过参与教学过程，培养学生的观察能力，实事求是的科学精神，学会“比较”、“分析”这些学习方法。 教学重点和难点 三大类岩石的成因和主要特征；三大类岩石的识别技能 教学过程 (全班学生分成四个小组，学生以小组为单位围坐在桌旁，每个小组配有两套岩石标本) [教师] 岩石圈指的是地球内部圈层的哪个范围？ [学生] 指的是地球内部软流层以上的岩石部分。 [教师] 岩石圈的物质组成有何特点？ [学生] 岩石圈是由各种岩石组成的，岩石是由矿物组成，矿物则又由不同的化学元素组成。 [教师] 请同学们把桌上的岩石标本盒打开。这么多的岩石标本，仅是组成岩石圈各类岩石中的一部分。如何来区分和认识它们呢？今天，我们就一起来学习“岩石的分类和识别”。 （板书：岩石的分类和识别）
[教师] 请同学们找出1号和7号岩石标本（花岗岩和玄武岩），观察比较它们的不同点。 （学生活动：各小组进行观察、比较、讨论） [学生] 两块岩石标本颜色不同：1号岩石标本颜色浅，7号岩石标本颜色深。 [学生] 1号岩石标本看得出一粒粒矿物晶粒，7号岩石标本矿物晶粒看不清；7号岩石标本有孔，1号岩石标本则没有。 [教师] 这两块岩石标本为什么会不同？ [学生] 我觉得可能是岩石的组成物质不同。 [学生] 我认为是和形成岩石的环境条件不同有关。 [教师] 两位同学的回答都有道理。要识别岩石的特点，就要了解岩石是怎样形成的，了解岩石的组成成分是什么。 岩石是怎样形成的呢？岩石的形成有多种途径，按照成因，岩石分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。下面我们就一起来学习岩浆岩。 （板书：岩浆岩） [教师] 岩浆岩是怎样形成的呢？ （放映投影片，见图） [教师] 岩浆岩的形成与岩浆活动联系在一起，岩浆岩是由岩浆冷凝而形成的岩石。请大家看图，图中侵入岩和喷出岩是岩浆岩的两大类，两类岩
矿物：在一定的地质条件下形成，具有一定的化学成分和物理性质，并在一定的物理化学条件下稳定存在的单质或化合物叫矿物。矿物是组成岩石和矿石的基本单位。 晶质体：凡是内部质点作规则排列，具有格子构造的物质称为结晶质，结晶质在空间的有限部分称为晶体。晶质在合适的条件下能生成规则的几何外形（晶体）。如石盐、黄铁矿等。非晶质体：内部质点无规律排列，不具固定的几何外形，如玻璃，蛋白石。 自然界大多数矿物都是以晶质矿物形态出现，如水晶（石英的晶体），钻石（金刚石晶体），冰洲石（方解石晶体），蓝宝石（刚玉晶体），碧玺（电气石晶体），海兰宝石，祖母绿（绿柱石晶体）等。 晶质体与非晶质体在一定的压力、温度条件下可以互相转化，非晶质体总是趋向于向晶质体转化，因为晶质具最小内能。如玻璃的老化 空间格子：表示晶体内部构造中质点重复规律的几何图形 空间格子要素：结点，行列，面网，平行六面体（晶胞） 单体形态:在条件允许的情况下，自然界中的矿物总是趋向于生长成具有一定规则几何外形的多面体形状，其形状取决于其晶体结构和生成时的物理化学条件。同一化学成分的矿物在不同的生成条件下可以长成不同的几何外形。 单形：由同一形状、大小的晶面组成，如立方体黄铁矿 聚形：由两种或两种以上的晶面组成。如石英 双晶：同种矿物的两个或两个以上的晶体规则连生称为双晶。（旋转后或中心反伸后可重合或互成镜像） 歪晶：在实际晶体生长过程中，常受外界条件的影响而偏离其理想形态。 、断口：矿物受力后不沿结晶方向破裂而成的断面。贝壳状断口，参差状断口，锯齿状断口，土状断口 类质同象：晶体结构中的某些质点（离子、原子或分子）被性质相似的质点以各种比例相互置换或取代，而晶体结构类型、化学键性和离子正负电荷的平衡保持不变或基本不变，仅晶胞参数和物理性质发生变化的现象。 完全类质同象：如Fe橄榄石—Mg橄榄石 不完全类质同象（有限类质同象）：如铁闪锌矿 同质异象（同质多象）：化学成分相同的物质，在不同的物理化学条件下，可以生成具有不同结晶构造，从而具有不同的形态和物理性质的矿物，这种现象叫同质异象。如石墨和金刚石 成因矿物学是研究矿物和矿物共生组合的形成、稳定和变化的条件，以及反映这些条件的矿物学特征的学科。 成因矿物学的研究内容 1.研究矿物及其共生组合的起源、发生、发展和变化的条件及过程。 2.研究矿物及其共生组合在时间和空间上的分布和演化规律。 3.研究不同物理化学条件下矿物的成分、结构、形态、物性等标型特征。 4.成因矿物学的模拟研究 例：（1）地质温压计。（2）实验矿物（岩石）学。 成因矿物学研究的一般工作步骤 1）调查和了解工作区的地质背景。 2）收集工作区前人的岩石、矿石和矿物资料。 3）系统采集有代表性的标本，进行鉴定和测试分析。 4）广泛收集有关矿物的文献资料作统计分析，找出成因标志。 5）推断工作区矿物的成因，追溯矿物平衡条件，探索矿物及其共生组合演变的规律。
岩石分类和命名方案 沉积岩岩石分类和命名方案 GB/T 17412.2─1998 1 范围 本标准规定了沉积岩分类依据和原则,制订了沉积岩岩石分类和命名方案。 2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 GB5751—1986 中国煤炭分类 GB/T 17412.1—1998 岩石分类和命名方案火成岩石分类和命名方案 3 术语定义 本标准采用下列定义： 3.1 沉积岩是在地壳表层条件下，由风化作用、生物作用、火山作用及其他地质营力下改造的物质，经搬运、沉积、成岩等一系列地质作用形成的岩石。
3.2 陆源沉积岩terrigenous sedimentary rock 由母岩经物理风化作用形成的陆源碎屑物质，经机械搬运、沉积、压实和胶结而成的岩石。 3.3 内源沉积岩endogenetic sedimentary rock 构成岩石的原始物质主要来自陆源溶解物和生物源，少部分来自深源气热液很深卤，在沉积盆地中通过生物沉积作用和化学沉积作用形成的岩石。 3.4 陆源碎屑terrigenous clast 陆源区母岩经物理风化或机械破坏而形成的碎屑物质。 3.5 内源碎屑(内碎屑) intraclast 沉积盆地内弱固结的化学作用沉积物或生物化学作用沉积物，经岸流、潮汐及波浪等作用剥蚀破碎再沉积的碎屑物质。 3.6 粒屑(异化颗粒) grainedclast allochem 沉积盆地内由化学、生物化学、生物作用及波浪、岸流、潮汐作用形成的粒状集合体，在盆地内就地沉积或经短距离搬运再沉积的内碎屑、生物屑、鲕粒、团粒、团块的总称。 3.7 圆度roundness 碎屑物质的棱角被磨蚀圆化的程度。 3.8 杂基matrix 碎屑岩中与砂、砾一起机械沉积下来的起填隙作用的粒径小于0.03mm的物质。 3.9 胶结物cement 碎屑间或粒屑间孔隙内的起胶结作用的各种化学沉积物质。 3.10 泥晶micrite 内源沉积岩中与粒屑同时沉积的充填于粒屑间的化学、生物化学或机械作用形成的晶粒粒径小于0.03mm的物质。
一、基本原理 1、锆石的物理性质 锆石的主要成分是硅酸锆，化学分子式为Zr[SiO4]，除主要含锆外，还常含铪、稀土元素、铌、钽、钍等。由于锆石常含有Th 、U ，故测定锆石中的Th/U 的含量的由它们脱变而成的几种铅同位素间的比值以及它们与U 的比值，可测定锆石及其母岩的绝对年龄。由于Pb 同位素很难进入锆石晶格，锆石结晶时的U 与Pb 发生强烈分馏，因此锆石是良好的U-Pb 同位素定年。此外，越来越多的研究表明，锆石环带状增生的形象十分普遍，结合微区定年法就可以反映与锆石生长历史相对应的地质演化过程。锆石同时还是很可靠的“压力仓”，能够保存来自其母岩或早期变质作用的包裹物。 锆石晶体呈四方双锥状、柱状、板状。锆石颜色多变，与其成分多变有关；玻璃至金刚光泽，断口油脂光泽；透明至半透明。解理不完全；断口不平坦或贝壳状。硬度7.5-8。相对密度4.4-4.8，性脆。当锆石含有较高量的Th 、U 等放射性元素时，据放射性，常引起非晶质化，与普通锆石相比，透明度下降；光泽较暗淡；相对密度和相对硬度降低；折射率下降且呈均质体状态。锆石按成因分为高型锆石和低型锆石。宝石学中依据锆石中放射性元素影响折光率、硬度、密度的程度将它分为“高型”、“中间型”、“低型”三种。锆石属四方晶系。晶体形态呈四方柱和四方双锥组成的短柱状晶形，集合体呈粒状。 强的晶格能和对Pb 的良好保存性，丰富的、可精确分析的U 含量和低的、可忽略的普通Pb 含量是其特点。锆石U-Pb 体系是目前已知矿物同位素体系封闭温度最高的，锆石中Pb 的扩散封闭温度高达900℃，是确定各种高级变质作用峰期年龄和岩浆岩结晶年龄的理想对象。另外，锆石中含有较高的Hf 含量，大多数锆石中含有0.5－2%的Hf ，而Lu 的含量较低，由176Lu 衰变成的176Hf 极少。因此，锆石的176Hf/176Lu 可以代表锆石形成时的176Hf/177Hf 初始比值，从而为讨论其成因提供重要信息。 2、锆石U-Pb 定年原理 自然界U 具有3个放射同位素，其质量和丰度分别是：238U （99.275%），235U （0.720%），234U(0.005%)。234U 是238U 衰变的中间产物。238U 和235U 通过一系列中间子体产物的衰变，最后转变成稳定同位素206Pb 和207Pb 。Th 只有一个同位素232Th,属放射性同位素。自然界存在的其他U 、Th 同位素都是短寿命的放射性同位素，数量极微。238U 、235U 、232Th 衰变反应如下： E Pb Th E Pb U E Pb U +++?→?+++?→? +++?→? ???βαβαβα462084768232 207235206238 206Pb 和207Pb 的衰变常数分别为λ238 =1.55125*10-10a -1， λ235=9.8485*10-10a -1。 Pb 有四种同位素：204Pb 、206Pb 、207Pb 、208Pb ，都是稳定同位素，其中仅204Pb 是非放射成因铅，其余3个同位素既有放射成因组分，又有非放射成因组分，它们分别是238U 、235U 、232Th 竟一系列衰变后的最终产物。U-Pb 年龄测定基于238U 和235U 放射同位素的衰变过程，其年龄可以用下面公式计算： ]1ln[(1238*206 238 +=U Pb t λ （1） ]1)ln[(1235*207 235+=U Pb t λ （2）
第二章天然石料 天然石料：天然岩石经机械或人工开采、加工（或不经加工）获得的各种块料或散粒状石材。 第一节岩石的形成与分类 岩石由于形成条件不同可分为： 岩浆岩（火成岩） 沉积岩（水成岩） 变质岩 一、岩浆岩 （一）岩浆岩的形成与分类 岩浆岩是由地壳深处熔融岩浆上升冷却而成的。 （1）深成岩：岩浆在地壳深处，在上部覆盖层的巨大压力下，缓慢且比较均匀地冷却而形成的岩石。 特点：矿物全部结晶，多呈等粒结构和块状构造，质地密实，表观密度大、强度高、吸水性小、抗冻性高。 建筑上常用的深成岩主要有花岗岩、闪长岩、辉长岩等。 （2）喷出岩：岩浆喷出地表时，在压力急剧降低和迅速冷却的条件下形成的。 特点：岩浆不能全部结晶，或结晶成细小颗粒，常呈非结晶的玻璃质结构、细小结晶的隐晶质结构及个别较大晶体嵌在上述结构中的斑状结构。 建筑上常用的喷出岩主要有玄武岩、辉绿岩、安山岩等。 （3）火山岩：火山岩也称火山碎屑岩，是火山爆发时喷到空中的岩浆经急速冷却后形成的。 常见的有火山灰、火山砂、浮石及火山凝灰岩等。 （二）岩浆岩的主要矿物成分 （1）石英：结晶状态的SiO2 强度高、硬度大、耐久性好。 常温下基本不与酸、碱作用。 温度达575℃以上时，石英体积急剧膨胀，使含石英的岩石，在高温下易产生裂缝岩浆岩分为：
酸性岩石(SiO2>65%) 中性岩石(65%≥SiO2≥55%) 碱性岩石（SiO2<55%） （2）长石：强度、硬度及耐久性均较低（与石英相比） 正长石（K2O·Al2O3·6SiO2） 斜长石钠长石（Na2O·Al2O3·6SiO2） 钙长石（CaO·Al2O3·2SiO2） 干燥条件下耐久性高， 温暖潮湿的条件下较易风化，特别遇CO2，更易于被破坏。风化后主要生成物是高岭石（Al2O3·2SiO2·2H2O）。 （3）云母：含水的铝硅酸盐，柔软而有弹性的成层薄片。 白云母 黑云母 云母含量较多时，易于劈开，降低岩石的强度和耐久性，且使表面不易磨光。 （4）暗色矿物：角闪石、辉石、橄榄石等着色深暗的铁镁硅酸盐类矿物，统称为暗色矿物。 特点：密度特别大（3～4）g/cm3。 与长石相比，强度高，冲击韧性好，耐久性也较高。 在岩石中含量多时，能形成坚固的骨架。 其它：黄铁矿（FeS2）， 特征：岩石表面具有锈斑。 黄铁矿遇水，易氧化成硫酸，腐蚀其它矿物，加速岩石风化。 二、沉积岩 （一）沉积岩的形成与分类 位于地壳表面的岩石，经过物理、化学和生物等风化作用，逐渐被破坏成大小不同的碎屑颗粒和一些可溶解物质。这些风化产物经水流、风力的搬运，并按不同质量、不同粒径或不同成分沉积而成的岩石，称为沉积岩。 特点：有明显的层理，较多的孔隙，不如深成岩密实。 （1）化学沉积岩：原岩石中的矿物溶于水，经聚集沉积而成的岩石。 常见：石膏、白云岩、菱镁矿及某些石灰岩。 （2）机械沉积岩：原岩石在自然风化作用下破碎，经流水、冰川或风力的搬运，逐渐沉积而成。
锆石的成因矿物学研究 摘要：锆石是一种分布范围广，稳定性极强，封闭温度高的富矿物；并且锆石中普通铅含量较低，铀钍较为富集。锆石的成因主要有岩浆成因，变质成因，热液成因。区分锆石不同成因的方法可从以下几方面考虑：a 从锆石的结晶习性，环带b 从锆石的地球化学特征，c从锆石的包裹体矿物，d 从微区拉曼的图像特征等方面来区分。 关键词：锆石成因；岩浆成因；变质成因；热液成因 由于锆石分布于三大岩中，且记录信息丰富，所以弄清锆石的成因不仅可以还原锆石的形成环境，还可以演绎当时的地质过程。 1岩浆成因锆石 1.1岩浆成因锆石的晶体形态及其环带：岩浆成因锆石一般较为自形，为四方柱，四方锥，复四方双锥形，无色透明。岩浆成因的锆石一般有振荡环带；在基性岩中由于成岩温度较高，微量元素扩散较快，环带较宽；在偏酸性岩石中由于成岩温度较低，微量元素扩散较慢，环带较窄且CL为亮色。 1.2岩浆成因的锆石地球化学特征：岩浆成因的锆石铀，钍含量比较高，铀钍比值较高（一般大于0.4）且REE分布较为均匀，HREE较为富集，正Ce异常，适度的Eu负异常；岩浆成因的锆石由核部至边缘ZrO2/HfO2减小而HfO2，UO2，ThO2含量增多 1.3岩浆成因锆石包裹体矿物：岩浆成因的锆石结晶时难免会包含一些矿物和包裹体如金红石，磷灰石，熔体包裹体。 1.4岩浆成因锆石的拉曼光谱特征：岩浆成因锆石由核部至边缘拉曼
峰强度减小并且Δ355值减小. 图2 不同类型岩浆锆石的CL 图像 (a) 辉长岩中的岩浆锆石; (b) 花岗岩中的岩浆锆石和残留核; (c) 花岗岩中的扇形分带锆石. (a) 引自赵子福等人[41] , (b)和(c)分别为大别山主薄 源和北淮阳花岗岩样品(本文) 图3岩浆型锆石从晶体核至边缘(1→5)喇曼光谱图 (a)T9305; (b)9303; (c)M -y-1; (d)M -y-2 Fig. 3Raman spectra from core to rim (1→5) ofmagmatogenic zircons
第三章岩石特征 在岩石圈中岩石种类繁多，按照成因可将其划分为三大类，即岩浆岩、变质岩和沉积岩。这三大类岩石在本区均有不同程度的出露，在野外识别和描述这三大类岩石是地质认识实习的基本任务之一，也是认识各种地质现象的基础。 第一节沉积岩 沉积岩是在地壳表层的温度和压力条件下，在水、大气、生物、生物化学以及重力等的作用下，主要由母岩的风化产物，同时也有火山喷发物质、生物以及宇宙物质，经过搬运作用，沉积作用以及沉积后的成岩作用所形成的岩石。本区沉积岩主要有陆源碎屑岩、碳酸盐岩两大类和火山碎屑岩。 一、陆源碎屑岩 陆源碎屑岩是指陆源碎屑颗粒经过机械搬运作用、沉积作用及成岩作用而形成的岩石。根据碎屑颗粒的粒度大小又分为砾岩、砂岩、粉砂岩和粘土岩四类。 1.砾岩 本区砾岩按所在层位分为底砾岩和层间砾岩两种类型；根据砾石成分，把砾岩分为单成分砾岩和复成分砾岩两类。 底砾岩是在大旋回底部，即在假整合或角度不整合面上的底砾岩，如长龙山组底部硅质砾底砾岩、府君山组底部泥灰质砾底砾岩、馒头组底部泥灰质砾底砾岩、本溪组底部白云质灰岩砾底砾岩以及北票组底部各种砂质砾底砾岩。 层间砾岩整合地夹于其它岩层间，与下伏地层连续沉积。如石千蜂组中的层间砾岩(砂页岩沉积韵律的底部、但砾石成分为砂质、泥质及燧石等)和北票组中的层间砾岩〔砾石成分为各种砂岩及燧石〕。 单成分砾岩砾石成分单一，同种成分的砾石占75%以上。这种单一成分可以是稳定性较高的岩屑或矿屑，也可以是风化稳定性较低的岩屑。前者主要是石英岩质砾岩，它是长期改造的产物，多见于滨岸沉积。后者常见为石灰岩质角砾岩，它是岩石破碎后就近快速堆积并被埋藏的产物。 复成分砾岩砾石成分复杂，砾岩中含有多种成分的砾石，任何一种成分的砾石都不超过50%，砾岩的成分直接与母岩区有关。这种砾岩在河流沉积及山前堆积物中常见。 2.砂岩 按粒度可分为粗砂岩（颗粒粒径为2~0.5mm）、中砂岩（颗粒粒径为0.5~0.25mm）和细砂岩（颗粒粒径为0.25~0.1mm）。 按碎屑成分可划分为三个岩类八种岩石（表3-1）： 说明：当基质含量>15%时，岩石名称相应改称石英杂砂岩、长石杂砂岩和岩屑杂砂岩。 石英砂岩石英含量>90%，以硅质胶结为主，有少量铁质胶结，泥质杂基极少。石英砂岩在不
工程地质岩石分类及鉴定 中国?宜昌 2016年5月4日 目录 1.工民建工程 (3) 2.公路工程 (5) 3.港口工程 (10) 4.铁路工程 (13) 5.工程岩体分级标准 (18)
1 工民建工程 1.1、岩石坚硬程度分类《岩土工程勘察规范》GB50021—2001 注：1 当无法取得饱和单轴抗压强度数据时，科用点荷载试验强度换算，换算方法按现行国家标准《工程岩体分级标准》（GB50218）执行； 2 当岩体完整程度极为破碎时，可不进行坚硬程度分类。 1.3、岩体完整程度分类《岩土工程勘察规范》GB50021—2001 注: 完整性指数为岩体压缩波速与岩块压缩波速之比的平方。
1.4-2、岩体完整程度划分《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002） 1.5、岩石按风化程度分类《岩土工程勘察规范》GB50021—2001 注：1 波速比Kv为风化岩石与新鲜岩石压缩波速度之比; 2 风化系数K f为岩石与新鲜岩石饱和单轴抗压强度之比; 3 花岗岩类岩石，可采用标准贯入试验划分，N≥50为强风化；50＞N≥30为全风化；N＜30为残积土。 4 泥岩和半成岩，可不进行风化程度划分。 1.7、岩石按质量指标RQD分类《岩土工程勘察规范》GB50021—2001 1.8、岩层厚度分类《岩土工程勘察规范》GB50021—2001
注：软化系数（K R）等于饱和状态与风干状态的岩石单轴极限抗压强度之比。 1.10、岩体按结构类型划分《岩土工程勘察规范》GB50021—2001 2 公路工程 2.1、岩石坚硬程度分级《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63—2007） 注：岩石饱和单轴抗压强度试验要点，见本规范附录B。 2.2、岩体完整程度划分《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63—2007） 注: 完整性指数为岩体压缩波速与岩块压缩波速之比的平方。
锆石的阴极发光图像欣赏 （周剑雄供稿zjx@https://www.doczj.com/doc/ba11294754.html,） 锆石是进行同位素地质年代及岩石成因研究的重要矿物，由于锆石晶体所记录的地质历史信息的丰富性和复杂性，近年来，对锆石的各种研究，包括同位素测年和各种成因矿物学的研究，都已经从原来的微量锆石或颗粒锆石发展到了锆石的显微（微区）分析（microanalysis），而所有这些微区分析都是以锆石的内部显微形态结构的研究为基础的，阴极发光是揭示锆石内部显微形态结构的最好手段，所以，没有进行锆石阴极发光特征的首先研究，就没有真正意义的微区分析。 另一方面，对于锆石的阴极发光现象的研究，无论是国内，还是国外又相对的滞后。千变万化的锆石阴极发光图象（见附图版）常常给研究者带来了无数疑团：为什么在一块小小的岩石中常常出现如此多样的阴极发光图象，它们的成因是什么？它们意味着什么？……这正表明了本项研究是急需探索的一个新领域。 锆石研究是当前地学中一个重要的研究热点，而锆石的阴极发光研究是这些研究热点的基础。仅在锆石的年代学研究中，每年国内需要挑选数以千计的岩石中的锆石样品，测年数据上万个。涉及到的地质问题极为广泛，包括我国各省的区域填图中的地质时代问题和许多地质体、矿体及其有关的大地构造活动的时序研究等许多重大课题，如我国一些地质构造的演化、高压带的演化、我国老地层的时序、花岗岩的演化等，所涉及的研究经费得以千万元计。尽管微区测年技术（如离子探针，激光ICPMS等）的发展为我们提供了对单颗锆石的不同晶域进行原位（in-situ）定年的可能，但正如西方研究人员所指出的那样：“锆石可能是唯一的一种矿物，它既能记录所经历的复杂历史，也有可能使这种记录变得非常混乱”（Mezger et al.,1997）。下图是近来由SHRIMP离子探针测得的华南某火山岩的年龄结果，由图可知，这个火山岩中锆石的年龄从800Ma到2000Ma都有，且极分散，虽然分析了二十多个年龄结果，但真正火山作用的年龄仍然不得而知。后经阴极发光仔细研究发现，年龄分析点的部位实际都不是火山成因的锆石，而真正火山成因的锆石晶域的年龄只有500Ma。