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第三章花岗岩类区区域地质填图理论与方法

第三章花岗岩类区区域地质填图理论与方法
第三章花岗岩类区区域地质填图理论与方法

第三章花岗岩类区区域地质填图理论与方法

第一节花岗岩类的基本概念及产出特点

一、花岗类岩类的基本概念

1.花岗岩概念

花岗岩(Granite)是一种分布很广的深成酸性火成岩,SiO2含量多在70%以上,颜色较浅,以灰白色、肉红色较为常见。主要由石英、长石及少量深色矿物组成。石英含量在20%以上。碱性长石常多于斜长石。斜长石主要为酸性,碱性长石为各种钾长石及钠长石。深色矿物以黑云母为主。具花岗结构或似斑状结构。

花岗岩依深色矿物种类可分为:黑云母花岗岩、白云母花岗岩、二云母花岗岩、角闪花岗岩等;依结构、构造可分为细粒花岗岩、中粒花岗岩、粗粒花岗岩、斑状花岗岩及片麻状花岗岩等。通常呈岩基、岩株、岩钟等产出。花岗岩在我国有广泛分布,各个地质时代都有出露。与它有关的矿产也极为丰富,主要有钨、锡、钼、铋、汞、锑、金、铜、铅、锌、铌、钽、铍等以及放射性元素等矿产。

狭义的花岗岩是指含石英20%~60%,碱性长石占长石总量65%~90%具花岗结构的岩石。

2.花岗岩类概念

图3—1 花岗岩类过渡种属关系示意图(据高秉璋等,1991)

在野外,狭义的花岗岩常和含石英的中酸性深成岩伴生,并随石英含量减少,斜长

石量增多,长石牌号增大而向石英闪长岩、闪长岩过渡,随石英含量减少,钾长石含量增多并向石英碱长正长岩、碱长正长岩过渡。花岗岩与这些含石英的过渡性岩石总称为花岗岩类。包括SiO2含量在60%以上的正长花岗岩、二长花岗岩、花岗闪长岩、英云闪长岩、石英正长岩、石英二长岩、石英二长闪长岩、石英闪长岩、石英碱长正长岩、碱长正长岩等酸性、酸碱性和中酸性岩石,一般以含石英超过5%和具花岗岩外貌为特征。这些岩石类型,在成因上常有一定联系,在空间分布上关系也非常密切。但是,必须指出,在一定的地质构造环境条件下,其他一些中、基性岩类,如正长岩、闪长岩、二长岩和辉长岩等,它们的石英含量低于5%,SiO2含量低于60%,与上述岩石类型仍有密切的伴生和成因联系,因而在一定条件下亦可以列入花岗岩类岩石系列的研究范围之内,即花岗岩类(图3—1)。

二、花岗类岩类的分布与产出特点

花岗岩类岩石是大陆壳中分布最广泛的岩石之一,是构成大陆地壳的重要组成部分。在大陆地壳形成发展的历史中,花岗岩类占十分重要的地位。因此,长期以来,花岗岩类是地质科学的主要研究对象之一。

1.花岗岩的分布

从全球和区域构造带(造山带)的角度看,花岗岩类具有明显的区域成带状分布的特点,在时间上则显示出花岗岩浆多旋回活动的特点。由于同一个岩带内在不同地质时期有不同的构造环境,所以,常常形成不同成因类型花岗岩的转化、叠置和迁移,显示出多成因的特点,因此,花岗岩类在时、空分布上的“区域成带性”、“多旋回性”和“多成因性”是花岗岩类分布的基本特征。花岗岩类的形成、演化与大地构造环境和地壳演化有密切关系。

我国花岗岩类分布广泛,出露面积约85050km2,占侵入岩出露总面积86.5%,约占全国陆地面积的9%左右。从太古宙到新近纪均有。

2.花岗岩类的产出特征

但从一个区域地质填图项目或从一个单独填图图幅范围来分析,花岗岩类的产出特点主要是指其在野外露头尺度的主要出露样式和位态。总的来说,由于大多数花岗岩类是通过主动强力就位争夺和占据空间而就位的地质体,其产出特点与前章沉积岩的产出和位态明显不同,主要有以下重要特点:

(1)边界形态多为不规则的圆状、椭圆状、卵状、条带状、脉状和枝状等;

(3)大岩基和复式岩体群体产出的花岗岩类,一般岩性复杂,多时代岩体杂居,互相包裹和穿插关系复杂,且成因类型也相对复杂;

(4)花岗岩类与其围岩是在两种或多种成岩环境分别形成的岩类,因此,在露头尺度具有明显有别于围岩的岩性特征和界线标志,因而有极好的可分性(可识别性);

(5)较之沉积岩和火山岩类,花岗岩类的时代更难确定,通过岩体与围岩的侵入关系、含已知时代地层的捕虏体,有时还可借助不整合关系等大致判断岩体的相对地质时代,但这些间接方法确定的时代总是相对的。确切获得花岗岩类时代的最可靠方法仍是借助同位素测年工作;

(6)在一个大的构造岩浆带或造山带,不同时期的花岗岩类会有多旋回性,但对一个区域地质填图的图幅内,尤其对一个独立产出且体积相对较小的岩体而言,一般受岩浆分异作用控制,岩性相对简单;

(7)成岩过程中会有多种地质作用的参与或干扰,如岩浆与围岩间的同化混染作用,来自不同岩浆房的岩浆间的岩浆混合作用等,因而有多成因性(多成岩作用);

(8)花岗岩类岩浆成因和演化理论研究历史悠久,分类体系多,不同理论指导下的分类方案呈现多样性,因此在区域地质填图工作中,选择能够正确指导建立花岗岩地质填图单位的分类理论就显得尤为重要。

3.花岗岩的类图幅图面结构特点

花岗岩类的特征,尤其是多源区、多期次、多成因、多旋回性,以及成岩过程中常常发生的岩浆混合作用和混染作用等复杂成岩作用,决定了其填图单位划

分的多样性和接触关系的多样性。花岗岩类的产出特点,决定了其地质图面固有的特点,以广西六万大山地区1∶5万地质图(高秉章等,1991)为例,一幅以花岗岩类为主的地质图,总体图面结构和内容有以下特点:

(1)地质体形态不规则,不一定总是平行于区域构造线展布。“红(色)”、“花朵状”是图面总体结构特色。

(2)地质体中常见被包裹与反包裹关系。切、穿、插、交织等关系多样。

(3)地质体内部相对均一,总体显示为块状地质体,但各侵入体间界线类型多样,有侵入、突变、渐变多种。

(4)产状变化大,有直立、外倾、内倾,且变化幅度大。尤其与围岩关系复杂,岩体对围岩在热、力、成分3个方面发生复杂作用,交代、蚀变、重结晶、围岩边部变形多见。

(5)脉体发育,且多为与岩浆作用有关,脉体呈现岩类多、期次多、定向等

特色。

(6)花岗岩类中有较多包体、捕虏体。

第二节 花岗岩类的多重分类方案

花岗岩类分类体系是体现花岗岩理论不断发展的重要标志。随着花岗岩类理论的不

断发展和完善,新的花岗岩类分类体系也随之诞生,由此形成了不同分类体系下的填图体系与方案。

回顾花岗岩类的分类体系,至少有基本分类、成因分类和综合分类三个分类体系在

影响着花岗岩类的研究与填图工作。

一、花岗岩类的基本分类

基本分类是以矿物学—岩石学为基本准则对花岗岩类进行的分类方案,又称岩类学

或岩相学(Petrography )分类。以国际

地科联(IUGS )火成岩分类委员会

(Maitre et al.,1989)推荐的方案为

代表(1991年中译),在具体操作中通

常采用Q —A —P 三角图解(图3—2)

和配套图解进行岩石学分类。该分类

是以主要常见造岩矿物为对象的岩石

分类定名方法,定名在野外露头尺度

观察即可完成(有时需要借助镜下薄

片观察),具有标准统一、易掌握、不

带成因等分析性和推断性分类因素,

因而可用于所有花岗岩类分类和定

名。 二、花岗岩的成因分类 1.传统成因分类 人们最早认识和研究花岗岩类时,尤其是对花岗岩进行填图时,大都认为一个岩体一般只经历了一次岩

浆分异并上侵就位形成的,虽然认识

到了花岗岩类成岩过程中的分异作用,但没有将这种分异与岩浆的上侵和就位相联系。20世纪60~70年代,随着构造—岩浆旋回的概念建立,才开始注意到按构造旋回对花岗岩类进行期次分类,即每一构造旋回都伴有相应的岩浆旋回。这种分类仅是花岗岩的粗

略分类,在地质填图中一般按大的构造旋回确立和划分岩浆旋回(如加里东旋回、印支 图3—2 花岗岩类岩石类型Q —A —P 图

(据Streckeisen ,1973;Le Mairte et al.,1989)

1a —硅英岩;1b —富石英花岗岩;2—碱长花岗岩;3a —正长

花岗岩;3b —二长花岗岩;4—花岗闪长岩;5—英云闪长岩(斜

长花岗岩、奥长花岗岩);6—碱长正长岩;6*—石英碱长正长

岩;7*—石英正长岩;7—正长岩;8*—石英二长岩;8—二长

岩;9—二长闪长岩/二长辉长岩;9*—石英二长岩/石英二长辉

长岩;10—闪长岩/辉长岩/斜长岩;10*—石英闪长岩/石英辉长

岩/石英斜长岩

旋回、燕山旋回)。

2.花岗岩类的派生成因分类

在基本分类方案的基础上,附加各种成因的分类统称为派生分类方案。

第一类派生分类以源岩所在岩石圈的大致位置,并结合其他地质因素或增加某些有

限的地球化学参数限定的分类。前者以我国科学家徐克勤先生的同熔型、改造型、幔源型分类为代表;后者以ISMA 分类为代表。

I 型和S 型花岗岩类最早由Chappell 和White (1974)在研究澳大利亚Lachlan 褶皱

带早古生代花岗岩类岩石时提出。最初的意义是,S 型花岗岩(含火山岩)的源岩应以沉积岩或变质沉积岩等壳层沉积物为主,因而其特性继承了沉积岩和变质沉积岩的某些重要地球化学特征(S 型取Sedimentary 首字母)。与其相对应的I 型火成岩,源岩则主要由火成岩,尤其是基性程度偏高的火成岩、变质火成岩类(I 型取Igneous 首字母)。此后,I 型和S 型分别代表了成熟度较高地区下地壳硅镁层(火成岩)和上地壳硅铝层(沉积岩)物质的重熔和简单成岩过程中形成的两

类花岗岩类。

Collins (1998)的三源组分混熔模式被认为是

现今对I 型和S 型花岗岩源岩的最合乎实际的解释。

Collins 指出Lachlan 褶皱带的I 型花岗岩由是玄武

值岩浆与绿岩系部分混熔形式,当这种岩浆在地壳

中又受到了大量沉积岩的充分混染,则I 型花岗岩

就变成了过铝质S 型花岗岩类(图3—3)。可以看

出,三源组分解释与Chappell 最初的定义无本质上

的区别。ISMA 分类在此后的推广中,分类内容不

断增补,但由于不同研究者在运用于其他花岗岩区

的研究中,对其理解的差异以及各地花岗岩特征的

差异性,尤其是Pearce 等将其与构造环境相联系并加以改造原始分类,使这一分类更为混乱。

Pearce 指出“I 型、S 型分类方案是有用的,但要将矿物分类和主要元素分类方案用

于构造环境判别的效果一般较差,因为它们仅仅依赖于几个为数不多的变量,而且全部不能用来进行构造分类,在这些花岗岩类中并不存在环境之间的简单对应关系”。不难理解,I 型、S 型最初的分类是以岩石学、矿物学这标准的分类,并仅仅分析两类不同特征的岩石与源岩的关系,而大多数应用者试图努力寻找到该分类与构造环境的对应关系,必然引起很多争论。

较集中的争论是其定义混乱并且在不同地区尤其是造山带地区极难对比和应用。之

所以混乱是因为这些成因类型是仅仅根据几个有限的地球化学参数确定的,地质过程如

此复杂,要想用几个参数简单化、数字化加以概括和分类,几乎是难以置信的,也导致 图3—3 花岗岩类三源组分混合模式图 (据Collins ,1998)

了许多矛盾;之所以极难对比和应用,从根本上说是因为I 型、S 型花岗岩分类的基础在造山带受到了置疑。

第二类派生分类以日本学者日原瞬三依据特征矿物磁铁矿、钛铁矿为标准的分类。

已经证实岩浆中的SO 2含量直接决定磁铁矿和钛铁矿的相对含量,不具推广意义。

第三类派生分类即是将花岗岩的形成环境与大地构造环境相联系的分类,主要有

Maniar 的造山型和非造山型分类;Pearce 的洋脊、火山弧、板内、碰撞带分类以及对ISMA 型的构造相联系的成因分类;杨树逢以板块边界为主的板块俯冲幔源型、板缘挤压型(岛弧型)、板缘拉张型、板内改造型、板内裂谷型分类;李永军等(1995,1996)将西秦岭造山带花岗岩划分为造山型包括俯冲(洋陆)碰撞型、陆陆碰撞型、造山期后型,非造山型包括板内裂谷型,板内浅熔型、板内深熔型等,也属于此类。

三、花岗岩类的综合性分类

在基本分类基础上综合了各派生分类方案建立的分类称为综合性分类。最新的花岗

岩类综合性分类方案由法国学者Barbarin (1999)提出(图3—4)。

这一分类方案广泛吸收了近年来许多学者对花岗岩类的分类方案,并将花岗岩类的

主要造岩矿物组合、Q —A —P 岩石类型和野外关系及重要的岩石化学、同位素特征相联系,同时也将主要岩石类型与花岗岩的形成环境相联系。

Barbarin 称这一方案不是仅仅根据化学和同位素准则,也考虑了野外关系,岩石学

和矿物学准则,并对现行大多数分类作了补充,具有在野外即可区分不同花岗岩类型的优点。

容易看出,一旦将一种花岗岩分类与其成因相联系,尤其是与构造环境相联系,必

然增加了不确定性。因为花岗岩类型的主控因素是不同种类源岩而不是构造环境(成岩过程的复杂因素对成因类型的变化仅起调节作用)。特定的一种源岩可以被不同的构造作用所活化,最终仍产生类似的花岗岩类。故这一分类尽管有许多合理的组合,但在基

本分类基础上强加任何派生分类参数或依据,必将导致对基本分类主体岩石类型的限

图3—4 Barbarin 花岗岩类综合性分类图

IAG —岛弧花岗岩类;CAG —大陆弧花岗岩类;CCG —

大陆碰撞花岗岩类;POG —后造山花岗岩类;RRG —与

裂谷有关花岗岩类;CEUG —与大陆的造陆抬升有关的花

岗岩类;OP —大洋斜长花岗岩。Ⅰ—石英碱性正长岩;

Ⅱ—石英正长岩;Ⅲ—石英二长岩;Ⅳ—石英二长闪长

岩;Ⅴ—石英闪长岩;Ⅵ—英云闪长岩,奥长花岗岩;

Ⅶ—花岗闪长岩;Ⅷ—花岗岩;Ⅸ—碱性花岗岩

定、掩盖或是暄宾夺主,淡化了基本分类的优点,并且由于更多矛盾的发现、积累,必然产生新的限定、方案的调整或者修正,形成了更多的、不断的变化,因而在造山带是否具有推广意义尚难定论。

四、岩浆混合花岗岩类

依现今的识知能力和研究水平,岩浆分异作用和岩浆混合作用是决定花岗岩浆的演化过程,形成不同岩石类型的最主要两大成岩作用方式。在某种程度上,岩浆的同化(混染)作用也会产生新的岩石类型,但从区域地质填图角度来看,其形成的岩石类型可归入岩浆分异作用形成的花岗岩类中。

前述分类方案中的各类型均是岩浆分异作用的产物。以下再讨论较为普遍存在的另一种极为重要的成岩作用类型及其形成的花岗岩类——岩浆混合花岗岩类。

岩浆混合花岗岩简称为浆混岩,它是不同岩浆经混合作用(Mixing)和混和作用(Mingling)形成的一类特殊岩石。浆混岩是岩浆混合杂岩体(简称浆混杂岩体)内重要的组成部分,除此以外,浆混杂岩体还包括岩浆混合后残余的端元岩浆岩以及与岩浆混合作用无关的非岩浆混合岩等。

当两种具有不同温度、不同成分、来自不同岩浆房的岩浆混合在一起时,发生热传输并导致岩浆的流变学性质的明显改变、成岩过程中两类岩浆成分的交换等复杂成岩作用。

最易识别的浆混岩是两个端元性质差异较大的岩浆混合,最有地质意义的浆混岩是代表壳源的酸性端元和代表幔源的基性端元的岩浆混合。

人们在很早以前就已观察到不同成分岩浆的混合现象。这些现象,无论在火山岩还

是在侵入岩体中,都可以见到。人们特别注意到,在花岗岩体中普遍分布着暗色微粒岩石包体(MME)。对这些暗色包体的成因解释,自20世纪70年代以来一直存在着两种观点的争论。一种是残留体说,认为这些包体是地壳岩石发生深熔作用产生花岗岩浆后残留下来的偏基性的难熔残余。另一种观点则认为暗色微粒岩石包体是基性岩浆与酸性岩浆混合作用过程的产物。这一争论涉及到花岗岩类的成因及壳幔相互作用的许多基本问题,因而有着重要意义。

捕掳体及捕掳晶

残留体

镁铁质微粒包体(Mafic Microgranular enclave),又称为镁铁质微粒花岗岩类包体(Mafic Microgranitoid enclave),或镁铁质岩浆包体(Mafic Magmatic enclave),是花岗

岩类侵入体中最丰富的包体类型。这三个名称英文缩写均为MME。

镁铁质微粒包体最重要的特征是:①具有岩浆结构,是岩浆结晶的产物;②粒度通常为微粒—细粒,小于1mm,有的也可达到2~3mm以上,但总是小于其寄主花岗岩;

③包体大小变化较大,直径从数厘米,到数十厘米,甚至到数米。最常见的形状为具有塑性流变特征的椭圆状、椭球状、斑块(点)状、不规则状、拉长状等(图版Ⅱ—a),角砾状尽管不多见,但也可以见到,取决于其初始物理性质及岩浆的运动状况;④有时具有细粒冷却边缘;⑤包体多成群成带分布,还有一类岩墙状包体群,是同深成作用岩墙破碎而成的(图版Ⅱ—b),有时还见有共生的基性岩墙群;⑥在包体中常见捕虏晶,有的边界较完整,但多数显示被熔蚀呈浑圆状和不规则状,其地球化学成分与寄主岩石中的斑晶相同,故来自于寄主岩石,有时还能见到一个斑晶犹如铆钉一端插入寄主岩石而另一端嵌入包体中(图3—5),可称其为“铆钉晶”,表明寄主岩石和包体只有同时呈粥状时才有“铆钉晶”存在的可能;⑦包体有时与寄主岩石界线清晰,表现为突变关系,有时二者界线模糊,成渐变过渡关系,有时同一个包体在一侧为突变关系,而另一侧为渐变过渡关系,寄主岩石和包体有时会出现被包和反包;⑧无论是寄主还是包体中均易见到矿物的交代边、熔蚀边,常常见多种不平衡矿物共生和多圈基性—酸性矿物轮生的环带,寄主岩石中长石易出现异常环带;⑨在包体中常见针状空心磷灰石;⑩包体的同位素年龄与寄主岩石年龄相近。

镁铁质微粒包体

图3—5 镁铁质微粒包体的边界特征及捕虏晶和“铆钉晶”

西秦岭糜署岭岩体是一典型的岩浆混合花岗岩体,侵位于分割中秦岭与南秦岭的近东西向大断裂带中,沿断裂带还有多个小岩体相伴(图3—6)。其中的黄渚关、草关岩体岩性与糜署岭寄主岩石岩性基本一致,而董河和挖泉山岩体岩性与糜署岭岩体中的镁铁质微粒包体成分基本相同。

图3—6 糜署岭岩浆带地质略图(据李永军等,20031)

1—断裂;2—岩体;3—镁铁质微粒包体

寄主岩石可分出似斑状的二长花岗岩—花岗闪长岩—石英闪长岩等3个填图单元。在镁铁质微粒包体分布较少区域,寄主岩石岩性以二长花岗岩—花岗闪长岩为主;反之,则以石英二长闪长岩—石英闪长岩—辉长闪长岩为主。可见镁铁质微粒包体的岩浆混合比例以及与寄主岩石的成分交换程度决定着寄主岩石的岩

1李勇、裴先治、李永军等. 2003. 甘肃I48C002003(天水市幅)1∶25万区域地质调查

性特征及变化。

图3—7 糜署岭岩浆混合花岗岩宏观及镜下特征(据李永军等,2003)

a—镁铁质微粒包体形态及定向性分布特征;b—镁铁质微粒包体形态及与围岩的成分交换和与寄主岩石的渐变过渡关系,图中包体上部与寄主岩石的渐变过渡明显,包体中有长石捕虏晶(白色);c—密集分布的镁铁质微粒包体群,中心区密度大,包体似涡旋状分布;d—镁铁质微粒包体塑性形变形态,边缘具冷凝边,包体中见长石捕虏晶(白色);e—肠状镁铁质微粒包体,两端与与寄主岩石的渐变过渡关系,包体中具有角闪石等暗色矿物集合体镶边的眼球状长石及石英捕虏晶;f—镁铁质微粒包体中具有暗色矿物镶边及的长石晶体,其上有针状磷灰石,角闪石晶体中

有石英包晶;g—斜长石异常环带,中心为钠长石,向外有2圈以暗色矿物为主的细粒化边,其上见大量针状磷灰石;h—早期晶出的长石被角闪石等暗色矿物交代,边缘为不规则状,部分长石成为暗色矿物的包裹晶,其上见大量针状

磷灰石。

镁铁质微粒包体的形态极其复杂,类型多样。见球状、椭球状、浑圆状、透镜状、纺锤状、铁饼状、扁豆状、长条状、蝌蚪状、撕裂状、火焰状、花瓶状及不规则形态。大小变化较大,大至米级,小至厘米级甚至更小(图3—7e)。常见的“拖尾”现象等流线性形态(图3—7b、d、e)表明镁铁质微粒包体在被“包裹”时呈塑性状态,而非刚性或脆性。由此看来,镁铁质微粒包体很有可能是由于基性岩浆混入酸性岩浆之后,被携带搬运发生分裂而形成的,尤如两种粥状物质混合在一起造成形态变化一样。形态特征记录了镁铁质微粒包体被“包裹”时的物理状态的重要信息。

镁铁质微粒包体的结构为细粒半自形粒状结构。黑云母边缘成港湾状,早期晶出的长石被角闪石等暗色矿物交代,边缘为不规则状,部分长石成为暗色矿物的包裹晶(图3—7g、h),见针状磷灰石插在其他矿物之间(图3—7f、g、h)。部分边界见冷凝边(图3—7d)。

寄主岩石中见斜长石斑晶内部具自形的环带,其外缘发育多层它形生长边,表明斜长石有多次生长。此外,斜长石中包有黑云母等暗色矿物,有时环绕其周边也分布着一些细小的暗色矿物,其外又发育它形生长边(图3—7f、g),表明结晶过程中岩浆成分有突变,有异常成分岩浆的加入。

从镜下可以看出,镁铁质微粒包体与寄主岩石间的界线也并不是截然的,而呈过渡状态。野外露头及手标本常见到长石斑晶嵌入其中,并已被圆化,形成含斑或残斑结构(图3—7b、d、f)。

多数镁铁质微粒包体与寄主岩石在成分、色率、组构、呈弱过渡关系,界线模糊(图3—7b、e)。宏观上镁铁质微粒包体中经常混入寄主岩石中的钾长石巨晶(捕虏晶),斑晶约1~2cm,其粒度较MME中的正常矿物粒度大1个甚至几个数量级。包体中可看到长石斑晶在其内部定向排列或被圆化,或被基性矿物充填于其中的现象(图3—7f、g、h),暗色矿物如角闪石、黑云母粒度明显由主岩向包体逐渐减小,在过渡区域内尚有少量石英存在,但在镁铁质微粒包体核心区几乎没有石英存在,即镁铁质微粒包体与寄主岩石间不仅界线模糊,而且存在着成分交换。

镁铁质微粒包体遍布糜署岭岩体之中,各区分布密度相差十分悬殊。就整体来看,包体含量由西向东骤减,而且个体大小也是西部大而东部小。包体富集区多呈密集成群、成带状分布,个体大小悬殊,形态复杂,并且显示定向性(图3—7a)。富集点连线与区域性构造线平行呈近东西向,由此可以推断基性岩浆的产生很有可能与区域性深大断裂有关。部分密集区镁铁质微粒包体呈旋涡状分布(图3—7c),比例高达65%以上。

镁铁质微粒包体在寄主岩体中排列有一定规律。量测各处镁铁质微粒包体的

产状发现,岩体边界区,其产状与边界走向基本平行,并与区域主构造线一致,有可能是岩浆流动过程中受到围岩限制或区域构造共同作用形成的。岩体中心地带,镁铁质微粒包体大部分南倾,倾角55°~75°,可能是受岩浆流动方向及其流体压力的作用造成的。

糜署岭寄主岩石的同位素年龄为235~237Ma,而幔源岩浆包体的成岩时代为236Ma,十分接近。同位素年龄佐证,糜署岭岩浆带的各岩体是同时形成的,且幔源岩浆与壳源岩浆也是同时产生的。

大量岩石化学、稀土及微量元素地球化学显示寄主岩石主体为壳源成因,但也有清晰的幔源岩浆混合信息,如较多的氢、氧、锶、钕同位素示踪佐证寄主岩石与幔源岩浆之间有显著混合。

第三节花岗岩类区域地质填图方法

一、花岗岩类地质填图单位建立的基本原则

花岗岩类地质填图方法是伴随对花岗岩类分类、填图实践的积累以及研究技术、手段的不断更新而逐步完善的。分类理论的创新,带来了填图方法的更新。

地质填图,是对客观地质体根据比例尺需要进行的图面表达。图面可表示、野外可识别、分布区可对比是对花岗岩类填图的基本要求。1976年国际地层划分委员会在《国际地层指南》中曾明确指出:“岩性地层单位是主要由某种岩性类型或类型组合构成,或者具有其他统一的岩性标志而一体化的岩性地层体。它可以由沉积岩、火成岩、或者变质岩组成,也可以由两种或多种岩石构成,岩性地层单位是根据可见的自然特征而不是根据推断的地质历史或成因模式来识别确定的”。

花岗岩类是地质自然出露体的一部分,因此在填图中,应当视花岗岩与沉积岩、火山岩、变质岩基本相同的类似于“岩石地层”的划分原则,即要根据宏观岩性特征及野外识别的变化内容将岩基分解成各填图单位,使其物理属性可见化,以便进一步研究其组成、结构、时空存在(侵位及排列顺序、分布及变化)状况,解释其形成年代、环境及地质发展历史,最大限度地挖掘客观岩石出露体中蕴藏的各种地质信息。

花岗岩类填图单位要依据宏观岩性特征、相对分布、出露位置等确立。整体岩性基本一致,野外露头尺度易于识别和区别是填图单位划分的关键。填图单元确定应以客观岩石学、矿物学、组构学为标准,以易识别、易统一、易掌握、易填绘、确定性强、可操作性强为前提。岩性均一或单一、岩类与岩性的规律组合及复杂多变是整体岩性一致的不同表现形式。同一填图单位要保持相对稳定性。

对比上述各分类方案,并考虑建立填图单位的基本要求,花岗岩类填图单位的确立标准不应以有推断性、认识可变性和野外露头尺度不可区分性因素,尤其是带有成因性模式为依据。因此在区域地质填图工作中,只能选择前述各方案中的基本分类方案,才能够正确指导建立花岗岩地质填图单位。基本分类方案是确定花岗岩类岩石名称和适合建立地质填图单位的唯一分类。以Q—A—P基本分类为标准,确定基本名称和类型,结合岩石组构、颜色、特征矿物,将基本名称进一步细分,这样才更有利于在野外露头尺度细分岩石类型,提高划分精度,确保填图质量。

二、花岗岩类相带填图法

回顾和总结我国不同时期的花岗岩填图方法,可概括为相带填图法和谱系填图方法两种,相应的有两套填图单位类型。

20世纪60~70年代,在传统成因分类理论的指导下,我国对花岗岩类的岩浆结晶和分异理论研究仍处于较为简单的认识阶段。因而,在填图中对于简单的岩体只划分到某构造旋回,对于较复杂的岩基,虽然亦注意到深成岩内部岩石在成分上、结构上以及颜色等方面的变化特征,但在填图中将深成岩体内部不同成分、不同结构的岩石类型填绘成不同的相带(边缘相、过渡相、内部相,图版Ⅱ—c2)。

这种填图方法可称之为花岗岩类相带填图法,该方法没有进一步深入研究与调查深成岩体内部由于成分和结构的循序变化出现的鲜明的不同类型的内部接触关系,以至误以为一次岩浆热事件多次脉动或涌动上侵所形成的多期复式岩体是一次侵入活动的简单深成岩体。因而在区域地质填图中主要采用岩性—相变方法进行填图,强调以基本岩石类型为填图单位,图面主要反映主体岩石的岩石类型和相带分布特征(简称相带图),表达内容相对简单,边缘相、过渡相、内部相可看作是这一填图体系的填图单位。三、花岗岩类谱系填图法

相带填图法其指导思想和理论陈旧,地质填图单位中没有很好的反映岩浆多期分异规律,对群居岩体间的空间共生与组合关系、成因联系、新老时序和演化特征都没有引起足够的重视,地质图面内容简单,不适合更大比例尺地质填图中对复杂岩体的解体。

20世纪80年代以后,国际上开始流行花岗岩类的I—S型分类体系和方案,地质学家开始思索建立在这一流行分类方案基础上的花岗岩类填图方法新体系。南美和北美的地质学家,分别在安第斯山海岸和内华达山脉岩基的I型花岗岩类的岩石谱系填图方法上取得了一些重要进展,尤其是对复杂岩基内部的多个侵入体的识别、分解和地质填图。

适逢中国开展新一轮1∶5万区域地质填图改革,学习和借鉴了国外Ⅰ型花岗岩类岩石谱系填图的方法,推广了Ⅰ型花岗岩类成分演化序列填图方法,取得了一些成果。解体复杂岩体的经验很快推广。受这一思想的启发,从中国大量分布S型花岗岩类这一实际出发,在花岗岩研究程度较高的华南等地部署试点图幅,探索适合S型花岗岩类的岩基解体、侵入体识别、建立单元和归并超单元的岩石谱系填图方法(也称单元—超单元填图方法),并很快取得了重要进展。尔后在全国较多的1∶5万地质填图中全面推广,并颁布了《花岗岩类区1∶5万区域地质填图指南》。近年来的1∶5万区调填图,多数图幅中对花岗岩类进行了岩石谱系单位填图方法尝试和实践。其主要作法是运用岩石谱系单位填图的最基本方法,对以往认为较单一岩体从识别和填绘侵入体入手进行解体,重视各侵入体之间的接触关系和识别标志,表达和反映序列演化观和强调了谱系关系(简称谱系图),侵入体、单元、超单元是谱系填图法的主要填图单位。

1.岩石谱系单位的由来和基本概念

岩石谱系单位填图方法始于北美。和沉积岩相比,花岗岩是一种不连续、与周围环境不完全协调的不成层的地质体,不受沉积叠覆律和侧向沉积原理支配。虽然可以采用类似于岩石地层单位方法填图,但是,相同岩性的花岗岩不应该是岩石地层单位。因此,北美地层命名委员会(1983)建议建立花岗岩类等级体制新地层单位,即岩石谱系单位。《北美地层指南》的定义是,“岩石谱系单位主要是由侵入、强烈变形和(或)高度变质的岩石组成的有边界的地质体,根据岩石的特征加以区分和圈定。与岩石地层单位对比,它一般不受层序律的限制,它与其他一些岩石单位的接触可以是沉积的、侵出的、侵入的、构造的或者是变质的。”

2.花岗岩类岩浆的同源性及其演化序列的基本概念

所谓岩浆同源关系,实质上就是所有岩石构成单位具有一定的空间和时间关系、矿物成分之间的关系,同时保持着相类似的结构特点。亦即,一定的空间和时间范围内所形成的花岗岩类来自一个公共的母岩浆房,这样,就需要确定它们必须来自同一母岩浆房,其中不仅岩石类型一致,而且具有相似的岩石结构和矿物形态、相似的包体形态和数量、相似的岩墙组合。此外,还要从地球化学及地质年代学等方面找到证据。同源岩浆序列是一次熔融事件演化所形成的一套岩石组合,可能是由于岩浆离开一个公共的母岩浆房之后分异演化形成。

一定的空间范围内,岩浆的同源性及其演化序列有其固定的模式。这样,在一个复

杂深成岩体所建立起来的同源岩浆序列,与另一个复杂深成岩体内的同源岩浆序列基本上可以对比。因此,可以通过区域填图揭示出各个深成岩体及其内部的各个侵入体的生成顺序和空间分布规律,建立相应的等级,按照岩石谱系单位的原则进行划分和填图。

3.岩石谱系单位的填图单位建立方法

一些大型岩体或岩基不仅是由若干个独立侵入体所组成的复式岩体,而且这些侵入体的出现具有一定的次序,并在一定的区域范围内保持相对稳定。花岗岩类填图方法的核心是划分岩石谱系单位、建立等级体制,它是一种以岩浆同源性质及其演化为理论,以岩浆多次脉(涌)动上侵形成的岩石单位为基础,以岩体内部接触关系、年龄、成分为标志,划分侵入体,归并建立单元、超单元,并分析研究其定位机制的填图方法。

现行的花岗岩类岩石谱系单位主要有以下4种。

(1)侵入体(Intrusive body):是指岩浆单一贯入,单独就位形成的侵入实体。是花岗岩类地质填图中的基本单元,是深成岩体中最小的地质单位,也是区域地质填图中所填绘和圈定的地质实体。一个侵入体常表现为一个单独的并具有一定规模的岩石块体。常见的侵入体如岩床、岩盖、岩盆、岩鞍、岩脉、岩镰、岩瘤、岩株。侵入体与其他地质体间一般具有明显的侵入关系。

花岗岩类侵入体在平面上常呈圆形、卵形,有时形态较为复杂。大多数体积较小的侵入体,其岩石成分和结构是较均匀的,而对体积较大的侵入体来说,其岩石成分和结构是会有变化的,但在同一侵入体内部,这种变化一般是渐变的。同一侵入体内部,不存在两种以上岩石成分和结构截然不同或相差悬殊的岩石类型,也不应存在不连续界面(侵入接触界面)。

(2)单元(Unit):是岩石谱系单位的基本单位,是由多个侵入体归并而成,相当于岩石地层单位中的组,是同源深成侵入岩岩区地质填图中最基本的填图单位。归并于同一个单元的所有侵入体,应该被肯定地认为是在同一岩段或岩石区内花岗岩类侵入顺序中占据同一个特定的位置,并具有特有的基本相同的岩石学特征(成分、结构、构造)和相对时间特征。它相当于北美地层指南(1983年)中的岩簇。单元的命名可采用“地名+单元”来命名,如会昌幅的春坑单元;或地名加岩石名称,如春坑二长花岗岩单元。

归并为同一单元的各侵入体应满足5个基本条件:①基本一致的岩石成分,②基本一致的岩石结构,③侵入体所含包体基本相同或相似,④侵入体所赋存的脉

岩和脉岩组合基本相类似,⑤侵入体形成的时间基本相同。

(3)超单元(Super unit):是具有亲缘演化关系的单元组合,相当于岩石地层单位中的群。凡在时间上和空间上紧密相关,并且在岩石特征(包括成分和结构)上具有某些类似特征和清楚的亲缘演化关系,未被其他地质事件所中断的两个或两个以上的单元可归并组成为一个超单元,是一次熔融事件(岩浆热事件)的全部产物。把单元归并为超单元最重要的标志是超单元的各单元空间上紧密共生、具有成因联系和亲缘演化关系。超单元的命名由“地名+超单元”组成,例如会昌幅的富城超单元。

(4)超单元组合(Super unit assemblage):是岩石谱系单位中最高一级的单位,相当于岩石地层单位的超群。它代表整个构造—岩浆旋回或特定的某个地质历史阶段形成的若干超单元在一定空间范围内的组合。超单元组合中的所有超单元,虽然不是一次熔融事件的产物,却包含同一熔融层有间断地多次发生熔融上侵。它们都是同一次构造事件影响下在同一个熔融层有间断地发生多次岩浆热事件所形成的岩浆组合群。超单元组合命名由“地方性专用名称+超单元组合”构成。

四、花岗岩类的接触关系和地质填图界线

花岗岩类填图中,最根本的是要根据露头尺度可识别(并可区别)的宏观岩性特征及变化内容建立填图单位,填绘各侵入体,再逐级进行归并研究,因此接触关系是确定花岗岩类空间关系的主要依据,客观真实的图示花岗岩类空间关系、分布与变化特征,就要查明花岗岩类的全部接触关系,而这些全部接触关系的界线实际上就是野外地质填图中最主要地质填图界线。花岗岩类就位后与围岩间可出现断层关系、不整合关系(岩体被抬升和遭剥蚀后,新的沉积层覆盖于其上,也称超覆接触),但这些关系都是后期地质作用的结果。涉及花岗岩类原生的接触关系主要有侵入、突变、渐变和相变4大类。地质填图中要准确表达界线信息以及界线两侧地质体的岩性特征。

1.侵入接触关系

产生于岩体与非岩体间,指花岗岩类与沉积岩、火山岩、变质岩(包括变质深成岩,如花岗质片麻岩和片麻状花岗岩),图面上用实线“———”表示,与传统的侵入表达方法相同。图3—8花岗岩与片麻状花岗质岩侵入关系,前者花岗结构清晰,岩石总体呈块状,后者片麻状构造发育,岩石变质较深。

2.突变接触关系

突变接触关系在花岗岩类岩体中极为常见,界线位置准确,露头尺度清晰可辨,界线两侧地质体在成分上或是结构上明显有别,图面上用“―·―·―”表示。突变接触关系主要见于以下几种情况:

图3—8 花岗岩与片麻状花岗质岩侵入关系图(转引自莫宣学PPT,2002)

图3—9 花岗岩类突变接触关系(据李永军等,2005)

(1)不同岩体间(相当于《花岗岩类区1∶5万区域地质填图指南》中所确定不同超单元间,原称其为超动关系),如图3—9中,西秦岭三叠纪大堡二长花岗岩(T dηγ)突变侵入志留纪百花闪长岩(S bδ)中,图3—9b、c中侏罗纪吴砦岩体侵入于二叠纪太碌岩体中,野外见吴砦浅肉红色似斑状中粗粒正长花岗岩(J wξ)侵入于太碌灰色细粒二长花岗岩(P tηγ)中,并在中粗粒正长花岗岩中见太碌灰白色细粒二长花岗岩捕虏体(李永军等,2005)。图版Ⅱc中的图二叠纪其那尔萨依序列二长花岗岩与石炭纪库勒萨依序列石英闪长玢岩间的突变关系(李永军等,2007)。

(2)同一岩体中的不同侵入体间(相当于《花岗岩类区1∶5万区域地质填图指南》中所确定同一单元内部的不同单元间,原称其为脉动关系),如广西六万大山江口单元花岗岩与永安单元花岗闪长岩为突变关系,接触处界线清晰,江口单元侵入体边部有永安单元的包体,且江口单元侵入体边部岩石有明显的细粒化边(图3—10)。

图3—10 花岗岩类突变、渐变接触关系(据高秉璋等,1991,有改动)

a —江口花岗岩与永安花岗闪长岩突变关系; b—玉林市横冲南东225m周田单元与横冲

单元涌动关系;

石英闪长岩与正长花岗岩脉突变接触关系细粒二长花岗岩与粗粒二长花岗岩突变接触关系

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