斜长花岗岩以强烈富钠贫钾(Na2O/K2O>10)为特征,早先以为斜长花岗岩大多与蛇绿岩相伴,被称为M型花岗岩。后来的研究表明,还有一些斜长花岗岩并不与蛇绿岩相伴,例如安达曼侵入在蛇绿岩中的斜长花岗岩(该斜长花岗岩是在蛇绿岩侵位后侵入的,与蛇绿岩的成因无关)和新疆奥依塔格斜长花岗岩等(Jafri et al.,1995;张传林等,2006)。据我们研究,斜长花岗岩的Sr、Yb含量变化范围较大,可分布在本书划分的4类花岗岩中(图4.11)。
4.4.1.1 斜长花岗岩的分类
4.4.1.1.1 高Sr低Yb型(西湾型)斜长花岗岩
该类花岗岩以出露在赣东北西湾、内蒙古图林凯和土耳其阿纳托利亚中部Aksaray-Sarokaraman蛇绿岩Terlemez石英二长岩(Li and Li,2003;刘敦一等,2003;Yaliniz et al., 1999)为代表(图4.11,表4.4)。在本书第2章第2.2.1和2.2.1节已有详细讨论,此处不予赘述。
4.4.1.1.2 月牙山型(低Sr低Yb)斜长花岗岩
该类花岗岩的分布比西湾型广,如内蒙古的月牙山蛇绿岩(周国庆等,2000)、西湾(Li WX et al.,2008)、金沙江蛇绿岩(魏君奇,2000)、摩洛哥Tasriwine蛇绿岩(Samson et al.,2004)、俄罗斯西北楚科奇半岛Pekulney洋脊(Luchitskaya et al.,2005)、加拿大Thetford蛇绿岩(Whitehead et al., 2000)、大洋剪切带(Flagler and Spray, 1991)等(图4.11)。 以内蒙古北山的月牙山为例,该类斜长花岗岩的SiO2含量在58%～78%之间,贫钾富钠,Sr=134～219×10-6,Yb=0.27～1.74×10-6,Nd和Sr同位素为典型洋壳的特征(εNd=7.37～7.89,εSr=0.702),被认为是玄武质岩石俯冲进入地幔,在高压条件下形成榴辉岩,在约40 km处发生部分熔融形成的(周国庆等,2000)。在月牙山蛇绿岩中观察到榴辉岩包体的存在,证实了这种可能性。 由于月牙山斜长花岗岩的Sr含量相对于埃达克岩偏低,推测形成的深度可能比西湾型略浅(图4.12)。 Luchitskaya et al.(2005)报道的俄罗斯远东楚科奇半岛(Chukotka Peninsula)的一类与岛弧有关的斜长花岗岩(表4.5),岩体为很小的岩墙状花岗岩,已强烈变形,显然来自板块消减带,也是低Sr低Yb的(Sr=82～340×10-6,Yb=0.32～1.2×10-6),模拟计算表明,斜长花岗岩可能是变质玄武岩(辉长岩)10%～15%部分熔融形成的,源于岛弧基底(Luchitskaya et al., 2005)。 Flagler and Spray(1991)发现在洋内剪切带中的角闪岩深熔作用产生的斜长花岗岩也具有低Sr低Yb的特征。
图4.11 斜长花岗岩的Sr-Yb图
4.4.1.1.3 安达曼型(低Sr高Yb)斜长花岗岩
该类花岗岩的实例较少(如安达曼和阿曼,图4.11),安达曼斜长花岗岩侵入到仰冲的蛇绿岩(辉长岩)中,可能并非蛇绿岩的成员(Jafri et al., 1995)。 其之所以具有斜长花岗岩的特征,推测花岗岩可能源于岛弧底部贫钾的玄武质岩石(图4.12)。
4.4.1.1.4 洋脊型(非常低Sr高Yb)斜长花岗岩
这是分布最广的斜长花岗岩,蛇绿岩中的许多斜长花岗岩属于该类,如塞浦路斯(Coleman,1977)、云南双沟(张旗等,1992)、新疆卡拉麦里(唐红峰等,2007)、乌依塔格(姜耀辉等,2000)、奥依塔格(张传林等,2006)、康古尔塔格(李文铅等,2005)、库尔提(张海祥等,2003)、西藏古昌(张宽忠和陈玉禄,2007)、土耳其阿纳托利亚(Floyd et al., 1998)、印度Gothara(Kaur and Mehta,2005)、阿尔巴尼亚(Bébien et al.,1997)、意大利Piedmont-Ligurian(Borsi et al., 1996)等(图4.11),世界各地平均的斜长花岗岩也落在该区(Kaur and Mehta,2005及其所引用的参考文献)。但是,少数该类花岗岩也可能与蛇绿岩无关。 例如张传林等(2006)报道的塔里木西部奥依塔格一个独特的斜长花岗岩,独特在于岩体很大,产状特殊。该岩体出露面积达60 km2,侵入于中元古代片岩、千枚岩和下石炭统火山岩中。 主要由英云闪长岩和斜长花岗岩组成,有少量闪长岩和石英闪长岩。 岩体富Na贫K(Na/K = 4～87,摩尔数比),属于Na质系列。 中等Eu负异常(δEu=0.3～0.6),微量元素表现为高的Yb(4.8～6.1×10-6,)和很低的Sr含量(48～67×10-6)和正的Nd初始值(εNd(331 Ma)=6.23～7.65)。张传林等(2006)认为,上述特征与产于洋岛或洋脊的斜长花岗岩非常相似,然而区域地质特征(尤其是它的规模)并不支持它直接来自地幔的玄武岩浆结晶分异形成。推测其原始岩浆是来自“年轻的”玄武质地壳经过50%左右的部分熔融形成的,熔融温度在850℃～950℃,压力小于0.9 GPa(地壳厚度<30 km),可能反映了塔里木石炭纪时期经历了大陆减薄过程。
表4.4 赣东北西湾蛇绿岩中的斜长花岗岩的地球化学成分(据Li and Li,2003)
表4.5 俄罗斯楚科奇半岛斜长花岗岩的地球化学成分(Luchitskaya et al.,2005)
4.4.1.2 斜长花岗岩的成因
对斜长花岗岩的成因存在不同的认识,主要为:①初始MORB熔体晚期分异形成的;②辉长岩部分熔融形成的;③拉斑玄武质熔体不混溶形成的;④早先蚀变的基性岩墙的部分熔融和同化混染作用的产物。 实验研究表明,由于富水流体的触发而使深部洋壳发生部分熔融可能是斜长花岗岩最可能的形成机制。研究表明,大多数斜长花岗岩可能是含水条件下辉长岩部分熔融形成的(张旗等,1992;张旗和周国庆,2001;Koepke et al.,2007)。
图4.12 斜长花岗岩形成示意图
我们以图4.12示意说明各类斜长花岗岩所代表的意义。 该图是根据目前所获得的资料归纳的,显然不可能包括所有的斜长花岗岩产出的情况。从图中看出,西湾型和月牙山型斜长花岗岩由于形成的深度较大,花岗岩大多具变形组构、与蓝片岩伴生,有的见榴辉岩包体(周国庆等,2000),因此,其成因可能与板块的消减作用有关。如果压力大,形成的斜长花岗岩将具有埃达克岩的特征(残留相为石榴石+角闪石+辉石);如果压力较低,角闪石的脱水熔融将发生在角闪岩相范围内,所形成的花岗岩将具有低Sr低Yb的特征(月牙山型斜长花岗岩),残留相为斜长石+角闪石+石榴石。安达曼型斜长花岗岩具有低Sr高Yb的特征,推测可能形成在较厚的岛弧底部,熔融的残留相应当为斜长石+角闪石。 洋脊型斜长花岗岩顾名思义形成在洋脊处,很可能是辉长岩在水加入的情况下熔融形成的,其深度不会超过2～5 km,残留相由斜长石+辉石组成。 由洋壳内的剪切带脱水熔融形成的斜长花岗岩,可能是洋脊型的,也可能是安达曼型或月牙山型的,视由剪切产生的均压力的大小而定,也许还有其他的我们尚不知道的制约因素,需要进一步研究。