花岗岩的成因与构造环境
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花岗岩及花岗岩景观一、花岗岩花岗岩特征1、花岗岩是地面上最常见的酸性侵入体。
它质地坚硬,岩性较均一,垂直节理发育,多构成山地的核心,成为显著的隆起地形,在流水侵蚀和重力崩塌作用下,常形成挺拔险峻、峭壁耸立的雄奇景观。
表层岩石球状风化显著,还可形成各种造型逼真的怪石,具较高的观赏价值。
2、花岗岩由于节理风化、崩塌等作用,常形成峭壁悬崖、孤峰擎天、石柱林立等奇特景观,著名的如黄山莲花峰、炼丹峰和天都峰三峰鼎立,华山的东西南北中五峰相峙;天柱山的天柱峰,九华山的观普峰也非常典型。
球形风化景观,著名的有海南的天涯海角、鹿回头、“南天一柱”,浙江普陀山的“师石”,辽宁千山的“无根石”,安徽天柱山的“仙鼓峰”和黄山的“仙桃石”等。
花岗岩山地、丘陵山体。
当花岗岩出露地表并处于强烈上升时,流水沿垂直节理裂隙下切,形成石柱或孤峰,石柱、孤峰丛集成为峰林,如黄山的妙笔生花。
花岗岩峰林显得极为雄伟壮观。
如黄山切割深达500-1000 米,形成高度在千米以上的山峰就有70多座。
华山则是东西南北中五峰对峙局面。
另外,天柱山的天柱峰和九华山的观普峰也都是非常典型的峰林地貌。
此类景区一般开发较早,上述几个例子都以开发成熟。
二、花岗岩分布我国的花岗岩地貌大多出现在雨水充沛的东部地区,山高水高,所以在花岗岩峰林地貌发育或较为发育的山岳地区,一般都有瀑布出现。
如黄山的人字瀑、百丈泉、九龙瀑,崂山的靛缸瀑布、龙潭瀑布,太姥山的龙并瀑布和九龙祭瀑布,九华山的桃崖瀑布、织绵瀑布和龙池瀑布,罗浮山的白漓瀑布、白水门瀑布和黄龙洞瀑布等。
中国的花岗岩山地分布广泛,集中分布在云贵高原和燕山山脉以东的第二、三级地形阶梯上。
以海拔2500m以下的中低山和丘陵为主,其他一些山地也有分布。
中国的许多名山,如东北的大、小兴安岭,辽宁千山、医巫闾山、凤凰山,山东的泰山、崂山、峄山,陕西的华山、太白山,安徽的黄山、九华山、天柱山,浙江莫干山、普陀山、天台山,湖南的衡山、九嶷山,江西三清山,河南鸡公山,福建的太姥山、鼓浪屿,广东罗浮山,广西桂平西山、猫儿山,湖北九宫山、黄冈陵,江苏的灵岩山、天平山,天津的盘山,北京云蒙山,河北老岭,宁夏贺兰山,甘肃祁连山,四川贡嘎山,海南大洲岛、铜鼓岭、七星岭、五指山等等,几乎全部或大部分为花岗岩所组成。
花岗岩成因类型划分与板块构造环境根据研究内容的不同,岩浆岩石学又可分为岩类学和岩理学。
岩类学又称描述岩石学、岩相学,主要研究岩石的产状、分布、组成、分类、命名等方面的问题。
岩理学又称理论岩石学、成因岩石学,主要研究岩石的形成条件、成因机理等方面的问题。
(一)相关知识花岗岩有广义和狭义之分。
狭义的花岗岩是指石英含量>20%的侵入岩。
广义的花岗岩称花岗岩类,是空间上与狭义的花岗岩相伴生,成因上与狭义的花岗岩有联系,石英含量一般>5%的各类侵入岩。
花岗岩的成因分类主要有3种类型:S-I-M-A型、壳幔同熔型-陆壳改造型-幔源型、磁铁矿系列-钛铁矿系列。
这3种划分方案中,S-I-M-A型应用较广。
花岗岩浆活动的板块构造背景一般划分为:火山弧花岗岩(V AG.)、板内花岗岩(WPG.)、同碰撞花岗岩(S-COLG.)、洋中脊花岗岩(ORG.)。
花岗岩的S-I-M-A成因类型划分与花岗岩浆活动的板块构造背景有一定的对应关系(表1)。
判别方法需采用地质产状、岩相学特征、岩石化学成分、含矿性等方面综合判断。
岩石化学成分的特征参数和判别图解较多。
主要参考资料如下。
(1)高秉璋,洪大卫,郑基俭,等。
花岗岩类区1∶5万区域地质填图方法指南[M]。
武汉:中国地质大学出版社,1991。
(2)李昌年。
火成岩微量元素岩石学[M]。
武汉:中国地质大学出版社,1992。
(3)邱家骧,林景仟。
岩石化学[M]。
北京:地质出版社,1991。
(4)陈德潜,陈刚。
实用稀土元素地球化学[M]。
北京:冶金工业出版社,1990。
(二)成因类型与板块构造环境的判别图解岩石化学成分主要包括:岩石常量元素分析、岩石稀土元素分析、岩石微量元素分析、岩石同位素分析。
利用岩石化学成分分析结果,进行特征参数计算与判别图解,是研究岩石成因的主要方法。
在化学成分特征参数与判别图解中,常量元素应用较广。
S型花岗岩与I型花岗岩的判别,是工作的重点与难点。
在选用特征参数与判别图解中要注意3方面问题:①要同时选用岩石常量元素、岩石稀土元素、岩石微量元素、岩石同位素的特征参数与判别图解,避免单一图解导出的片面结论;②在选择判别图解中,不同成因类型和板块构造背景的投影区域不应有太多的重叠范围;③在选择特征参数中,各类参数要有明确的对比标准。
花岗岩小知识花岗岩的定义花岗岩(Granite)一、花岗岩一种深成酸性火成岩。
俗称花岗石。
二氧化硅含量多在70%以上。
颜色较浅,以灰白色、肉红色者较常见。
主要由石英、长石和少量黑云母等暗色矿物组成。
石英含量为20%~40%,碱性长石多于斜长石,约占长石总量的2/3以上。
碱性长石为各种钾长石和钠长石,斜长石主要为钠更长石或更长石。
暗色矿物以黑云母为主,含少量角闪石。
具花岗结构或似斑状结构。
按所含矿物种类,可分为黑云母花岗岩、白云母花岗岩、角闪花岗岩、二云母花岗岩等;按结构构造,可分为细粒花岗岩、中粒花岗岩、粗粒花岗岩、斑状花岗岩、似斑状花岗岩、晶洞花岗岩及片麻状花岗岩等;按所含副矿物,可分为含锡石花岗岩、含铌铁矿花岗岩、含铍花岗岩、锂云母花岗岩、电气石花岗岩等。
常见长石化、云英岩化、电气石化等自变质作用。
花岗岩是一种分布广泛的岩石,各个地质时代都有产出。
形态多为岩基、岩株、岩钟等。
在成因方面,有人认为花岗岩是地壳深处的花岗岩浆经冷凝结晶或由玄武岩浆结晶分异而成,也有人认为是深度变质和交代作用所引起的花岗岩化作用的结果。
许多有色金属矿产如铜、铅、锌、钨、锡、铋、钼等,贵金属如金、银等,稀有金属如铌、钽、铍等,放射性元素如铀、钍等,都与花岗岩有关。
花岗岩结构均匀,质地坚硬,颜色美观,是优质建筑石料。
花岗石是一种深成酸性火成岩。
二氧化硅含量多在70%以上。
颜色较浅,以灰白、肉红色者常见。
主要由石英、长石和少量黑云母等暗色矿物组成。
石英含量为20%-40%,碱性长石约占长石总量的2/3以上。
碱性长石为各种钾长石和钠长石,斜长石主要为钠更长石或更长石。
暗色矿物以黑云母为主,含少量角闪石。
具典型的花岗结构或似斑状结构。
按所含矿物种类可分为黑云母花岗岩、白云母花岗岩、角闪花岗岩、二云母花岗岩等;按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、似斑状花岗岩、晶洞花岗岩等;按所含副矿物可分为含锡石花岗岩、含铌铁花岗岩、含铍花岗岩、锂云母花岗岩、电气石花岗岩等。
花岗岩形成的大地构造环境花岗岩的成因和大地构造环境之间具有密切的联系,前人针对花岗岩形成时的构造环境也展开了详细的研究,文章在前人研究的成果上,通过讨论花岗岩和大地构造的成因联系、花岗岩的构造成因分类以及花岗岩的类型和其对应的大地构造的模式这几方面,对花岗岩的大地构造环境进行初步的归纳。
标签:花岗岩;大地构造环境;成因引言通过研究花岗岩形成的大地构造环境以及其出露的大地构造位置,对认识花岗岩的成因具有重要的作用,利用一定的地球化学方法可以初步判别花岗岩形成的大地构造环境[1]。
许多地质学者针对花岗岩形成的大地构造环境展开了研究。
例如,Pearce等提出利用微量元素判别图解来划分花岗岩[2]。
Harris et al.在划分碰撞带中不同构造时期的花岗岩时,利用了Rb-Hf-Ta三元图。
Barbarin在花岗岩形成的构造环境的判别方面做了很多的工作,他根据花岗岩类的岩石性质、矿物种类、地球化学特征等,将其划分成七种类型,每种类型都对应有各自的地球化学环境及源区。
1 花岗岩与大地构造的成因联系Barker D.S.认为岩浆是由地幔或地壳部分熔融产生的,永久的世界性的岩浆房是不存在的;其次,热量无法汇聚在很小的空间中,仅仅通过放射性元素所产生的热能并不能够产生熔融作用。
由此可知,岩浆的形成方式有以下三种:第一种是通过位于岩石下部的岩浆的热传导作用,或者是由断裂、俯冲等的构造作用所产生的能量使岩石达到高温状态产生了熔融;第二种是构造抬升或者贯入而产生的降压作用;第三种是变质作用中固相线较低的物质组分发生变化;不同期次的岩浆作用都会保留各自的地球化学特征。
Peive A.B.等通过研究花岗岩与地壳演化之间的关系,将地壳的演化过程划分为大洋、过渡时期和大陆三个阶段。
近年来Wickham S.M.通过研究东比利牛斯裂谷的变质作用,认为在类似于大陆裂谷的这种高温低压的构造环境中,同样也可以形成花岗岩。
在裂谷环境中,上地幔中的热物质参与了岩浆的改造混染作用,然后地壳逐渐的向过渡型演变,最终逐渐形成了拉张型过渡壳。
花岗岩成因类型划分与板块构造环境
根据研究内容的不同,岩浆岩石学又可分为岩类学和岩理学。
岩类学又称描述岩石学、岩相学,主要研究岩石的产状、分布、组成、分类、命名等方面的问题。
岩理学又称理论岩石学、成因岩石学,主要研究岩石的形成条件、成因机理等方面的问题。
(一)相关知识
花岗岩有广义和狭义之分。
狭义的花岗岩是指石英含量>20%的侵入岩。
广义的花岗岩称花岗岩类,是空间上与狭义的花岗岩相伴生,成因上与狭义的花岗岩有联系,石英含量一般>5%的各类侵入岩。
花岗岩的成因分类主要有3种类型:S-I-M-A型、壳幔同熔型-陆壳改造型-幔源型、磁铁矿系列-钛铁矿系列。
这3种划分方案中,S-I-M-A型应用较广。
花岗岩浆活动的板块构造背景一般划分为:火山弧花岗岩(V AG.)、板内花岗岩(WPG.)、同碰撞花岗岩(S-COLG.)、洋中脊花岗岩(ORG.)。
花岗岩的S-I-M-A成因类型划分与花岗岩浆活动的板块构造背景有一定的对应关系(表1)。
判别方法需采用地质产状、岩相学特征、岩石化学成分、含矿性等方面综合判断。
岩石化学成分的特征参数和判别图解较多。
主要参考资料如下。
(1)高秉璋,洪大卫,郑基俭,等。
花岗岩类区1∶5万区域地质填图方法指南[M]。
武汉:中国地质大学出版社,1991。
(2)李昌年。
火成岩微量元素岩石学[M]。
武汉:中国地质大学出版社,1992。
(3)邱家骧,林景仟。
岩石化学[M]。
北京:地质出版社,1991。
(4)陈德潜,陈刚。
实用稀土元素地球化学[M]。
北京:冶金工业出版社,1990。
(二)成因类型与板块构造环境的判别图解
岩石化学成分主要包括:岩石常量元素分析、岩石稀土元素分析、岩石微量元素分析、岩石同位素分析。
利用岩石化学成分分析结果,进行特征参数计算与判别图解,是研究岩石成因的主要方法。
在化学成分特征参数与判别图解中,常量元素应用较广。
S型花岗岩与I型花岗岩的判别,是工作的重点与难点。
在选用特征参数与判别图解中要注意3方面问题:①要同时选用岩石常量元素、岩石稀土元素、岩石微量元素、岩石同位素的特征参数与判别图解,避免单
一图解导出的片面结论;②在选择判别图解中,不同成因类型和板块构造背景的投影区域不应有太多的重叠范围;③在选择特征参数中,各类参数要有明确的对比标准。
表1 花岗岩的成因与构造环境
A / NKC比值是:Al2O3 / Na2O+K2O+CaO(分子数)或Al / Na+K+2Ca(原子数)的简写。
12
R.A.Batchelor(1985)绘制了花岗岩的R1-R2图解(图1)中,图中R1、R2均为原子数的综合数据。
该图不仅能判别花岗岩的构造环境,还能分析造山旋回中花岗岩碱质变化及板块碰撞的不同阶段特征。
图1 花岗岩成因类型与板块构造环境的R1-R2图解
(仿R.A.Batchelor,1985;引自建水县普雄矿区长岭岗矿段铌稀土矿勘探报告,2015)
R1=4Si-11(Na+K)-2(Fe+Ti),R2=Al+2Mg+6Ca
Ⅰ. 地幔分离的花岗岩,Ⅱ. 板块碰撞前花岗岩,Ⅲ. 碰撞后抬升的花岗岩,Ⅳ. 造山晚期花岗岩,Ⅴ. 非造山花岗岩,Ⅵ. 同碰撞期花岗岩,Ⅶ. 造山期后花岗岩
●燕山晚期花岗岩;■喜马拉雅晚期花岗岩
图1中,各类花岗岩可作如下解释。
(1)地幔分离的花岗岩包括:地幔斜长花岗岩(拉斑玄武岩质花岗岩)-幔源花岗岩(M型花岗岩)。
(2)板块碰撞前花岗岩包括:钙碱性更长花岗岩(消减的活动板块边缘花岗岩)-板块碰撞前消减地区的花岗岩(I型科迪勒拉花岗岩)。
(3)碰撞后抬升的花岗岩包括:高钾钙碱性花岗岩(加里东型深熔花岗岩)-板块碰撞后隆起区的花岗岩(I型加里东花岗岩)。
(4)造山晚期花岗岩包括:二长岩(造山晚期花岗岩-晚造山期花岗岩)。
(5)非造山花岗岩包括:碱性、强碱性花岗岩(非造山区加里东花岗岩)。
(6)同碰撞期花岗岩包括:地壳熔融的花岗岩(同造山花岗岩)-同碰撞花岗岩(S型花岗岩)。
(7)造山期后花岗岩包括:碱性、强碱性花岗岩(造山期后的A型花岗岩。
该图解有2个明显的优点。
一是参与作图的因数较多,二是在图解中可以区分7种不同类型的花岗岩。
ACF图解(图2)中,A、C、F均为氧化物的综合数据。
该图解参加作图的因素较多。
在区分S型、I型花岗岩中,效果较好。
图2 判别花岗岩成因类型的ACF图解
(仿中田节也,1979;引自建水县普雄矿区长岭岗矿段铌稀土矿勘探报告,2015)
A=Al2O3-Na2O-K2O,C = CaO,F = MgO+FeO
●燕山晚期花岗岩;■喜马拉雅晚期花岗岩
3. 稀土元素分配型式图
不同成因的花岗岩,稀土分配型式不同有明显差别(图3、表2)。
图3 霞石正长岩稀土元素分配型式
(据建水县普雄矿区长岭岗矿段铌稀土矿勘探报告,2015)
表2 稀土元素分配型式特征
4. 微量元素蛛网图
微量元素蛛网图是判别花岗岩板块构造环境的重要图解之一(图4)。
不同板块构造环境的花岗岩的微量元素蛛网图特征有明显差别(表3),可作为判别花岗岩板块构造环境的参考资料。
图4 霓辉霞石正长岩的微量元素蛛网图
((仿高秉璋,1991;据建水县普雄矿区长岭岗矿段铌稀土矿勘探报告,2015)表3 不同板块构造环境的花岗岩的微量元素蛛网图特征
用于标准化的洋脊花岗岩数值见表4。
表4 洋脊花岗岩的微量元素含量(biao zhun)
注:表中含量单位除K2O为%外,其余元素均为10-6。
5. 非活动元素图解
非活动元素图解(图5)中,不同板块构造环境的投影点落入不同的区域内。
图5 判别花岗岩板块构造环境的非活动元素图解
(仿Pearce,1984;据建水县普雄矿区长岭岗矿段铌稀土矿勘探报告,2015)V AG. 火山弧花岗岩,WPG. 板内花岗岩,S-COLG. 同碰撞花岗岩,
ORG. 洋中脊花岗岩,A-0RG. 异常洋中脊花岗岩
●燕山晚期花岗岩;■喜马拉雅晚期花岗岩
(三)岩浆的形成与演化
1. 判别岩浆岩分离结晶的非活动元素图解
此图解又称哈克图(图6),是判别岩浆岩分离结晶作用的重要图解之一。
Fen li qu shi xian
图6 判别岩浆岩分离结晶的非活动元素图解
●碱长正长岩,◆黑云霞石正长岩,▲霓辉霞石正长岩,+黑榴霞石正长岩,■霞石正长岩
2. 判别岩浆岩岩源区的δEu-Sr图解
此图解(图7)是判别岩浆岩源区的重要图解之一。
图7 判别碱性侵入岩源区的δEu-Sr图解
(仿霍玉华,1986;据建水县普雄矿区长岭岗矿段铌稀土矿勘探报告,2015)
Ⅰ. 壳源,Ⅱ. 幔源
●碱长正长岩,+黑云霞石正长岩,▲霓辉霞石正长岩,◆黑榴霞石正长岩,■霞石正长岩。