北京八達(dá)嶺斑狀花崗巖研究

曹義+王敏+陳志明+廖錦波

摘要：通過野外實(shí)地考察和室內(nèi)微觀研究相結(jié)合，對北京八達(dá)嶺地區(qū)斑狀花崗巖的特征及成因進(jìn)行了探究，對斑狀花崗巖與細(xì)粒花崗巖的接觸關(guān)系進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：研究區(qū)斑狀花崗巖出露地表的部分已嚴(yán)重風(fēng)化，主要的構(gòu)成礦物為鉀長石、石英和黑云母，鉀長石粒徑可達(dá)2 cm左右，是斑狀花崗巖顯著的特點(diǎn)；研究區(qū)斑狀花崗巖有后期侵入形成的細(xì)粒花崗巖巖脈；斑狀花崗巖內(nèi)有淺色花崗閃長質(zhì)包體和暗色閃長質(zhì)包體存在；斑狀花崗巖中還有少量次要礦物斜長石、磁鐵礦和副礦物榍石。

關(guān)鍵詞：八達(dá)嶺斑狀花崗巖；細(xì)粒花崗巖；巖脈；包體

中圖分類號：P588.121

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）20-0149-03

1 引言

1.1 選題依據(jù)

八達(dá)嶺花崗巖體是北京西山分布著的侵入體中最大的一個，是一個結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜的巖體，已知是由基性到酸性的各種類型巖石所組成[1]。八達(dá)嶺花崗巖與居庸關(guān)的堿性花崗巖同屬花崗巖中的不同類型，為了能夠進(jìn)一步了解與八達(dá)嶺堿性花崗巖不同類型的其它花崗巖的特征及其成因，選擇八達(dá)嶺長城沿線的花崗巖對其特征及其成因進(jìn)行研究。

1.2 研究思路、研究內(nèi)容及意義

要了解八達(dá)嶺長城沿線斑狀花崗巖的特征及其成因，首先必須要通過閱讀大量的文獻(xiàn)和資料來知道前人對八達(dá)嶺斑狀花崗巖的研究程度，了解在前人的研究方法上有沒有本人可以借鑒的。其次再進(jìn)行系統(tǒng)的野外考察，弄清八達(dá)嶺長城沿線斑狀花崗巖與周圍其它類型花崗巖的相互接觸關(guān)系，并對典型區(qū)域的巖石進(jìn)行采樣及照片采集。所以，對斑狀花崗巖的野外觀察、較系統(tǒng)的采樣及對樣品的偏光顯微鏡巖相結(jié)構(gòu)分析是本次研究的關(guān)鍵。

本文重點(diǎn)研究以下三個方面內(nèi)容：①八達(dá)嶺斑狀花崗巖的礦物組成、結(jié)構(gòu)特征；②八達(dá)嶺斑狀花崗巖和細(xì)粒花崗巖的關(guān)系；③八達(dá)嶺斑狀花崗巖中的包體特征。其研究意義在于通過對八達(dá)嶺長城沿線斑狀花崗巖的特征及其成因的研究，為進(jìn)一步開展八達(dá)嶺花崗巖特征和成因的研究工作奠定基礎(chǔ)。

2 野外地質(zhì)考察

2.1 考察路線和采樣點(diǎn)

此次野外地質(zhì)考察從八達(dá)嶺的前山停車場至后山的滾天溝，沿線共設(shè)了4個采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)以及采樣編號如下：采樣點(diǎn)①編號：13BDL-01；采樣點(diǎn)② 編號：13BDL-02；采樣點(diǎn)③編號：13BDL-03；采樣點(diǎn)④編號：13BDL-04.

2.2 典型地質(zhì)特征

2.2.1 八達(dá)嶺斑狀花崗巖的礦物組成、結(jié)構(gòu)特征及其成因環(huán)境

在樣點(diǎn)①出露地表的斑狀花崗巖多已嚴(yán)重風(fēng)化，呈現(xiàn)黃色到淺褐色；從新鮮面可見鉀長石大的可達(dá)1～2 cm左右，形狀較為規(guī)則，顏色為肉紅色；其次，還可見石英和黑云母。樣點(diǎn)④區(qū)域的斑狀花崗巖中鉀長石的粒徑普遍比前幾個樣點(diǎn)大。這與斑狀花崗巖的成巖環(huán)境有很大聯(lián)系，花崗巖屬于火成巖中的酸性巖類，是分布最廣的深成巖類，主要由鉀長石、富鈉斜長石以及石英組成，并含有少量的黑云母或角閃石。其組成成分中通常鉀長石多于斜長石，鉀長石多呈半自形板狀，柱狀，肉紅或淡黃，在巖石的斷口上可見長石的解理面。

關(guān)于特點(diǎn)，斑狀花崗巖屬花崗巖類，也具有花崗巖的特征，具似斑狀結(jié)構(gòu)；其中僅有斑狀花崗巖中有微紋長石斑晶的似斑狀結(jié)構(gòu)這一特征，也是辨別斑狀花崗巖的主要標(biāo)志；斑狀花崗巖中鉀長石斑晶成分簡單，斑晶為自形柱狀和板狀， 其晶體邊緣呈鑲嵌。

關(guān)于成因環(huán)境，似斑狀結(jié)構(gòu)多見于斑狀花崗巖，成巖巖漿中富含鉀、鋁、硅組分，這些組成成分在一定條件下能夠達(dá)到鉀長石的形成要求；可見，巖漿中富含鉀、鋁、硅組分是形成似斑狀結(jié)構(gòu)中鉀長石的物質(zhì)基礎(chǔ)；其次，燕山期四個成巖階段環(huán)境條件都較穩(wěn)定，巖漿要在結(jié)晶條件穩(wěn)定的環(huán)境中，才能形成似斑狀結(jié)構(gòu)；再次，結(jié)晶作用時(shí)間相對較長，在穩(wěn)定的結(jié)晶環(huán)境中，巖漿從邊緣較高成巖溫度緩慢地冷卻到中心相對較低的成巖溫度，需經(jīng)歷較長時(shí)間，這種巖漿結(jié)晶時(shí)間也就較長；最后容易生成含有大晶體礦物的鉀長石[6]；這一系列的因素造就了似斑狀結(jié)構(gòu)的斑狀花崗巖。

2.2.2 八達(dá)嶺斑狀花崗巖和細(xì)粒花崗巖的關(guān)系

此次的野外地質(zhì)考察中發(fā)現(xiàn)樣點(diǎn)③出現(xiàn)了不同類型的花崗巖，此花崗巖與前兩個樣點(diǎn)相同的斑狀花崗巖相互交錯形成，初步確定為細(xì)粒花崗巖，顏色為淺灰色，并出現(xiàn)嚴(yán)重風(fēng)化現(xiàn)象，且沿節(jié)理面嚴(yán)重破碎。該類巖石中鉀長石的粒徑減小許多，石英的含量也少了許多，幾乎不見黑云母，但在該花崗巖中發(fā)現(xiàn)有假化石

的現(xiàn)象，并且大量地存在。淺色細(xì)粒花崗巖及巖脈屬后期侵入體，剖面東西向的厚度約為11.8 m，此剖面巖石向西約10 m和11.2 m處出現(xiàn)兩條同類型的細(xì)粒花崗巖巖脈，兩條巖脈交匯于山頂?shù)纳w層之下。通過初步的研究可以確定這塊區(qū)域?yàn)樾∶娣e的細(xì)粒花崗巖侵入到大面積斑狀花崗巖的侵入接觸關(guān)系。并且可以確定作為侵入者的細(xì)粒花崗巖要比被侵入的斑狀花崗巖成巖時(shí)間要晚。經(jīng)過進(jìn)一步研究可以大致確定這條作為侵入者的細(xì)粒花崗巖走向近似為南北走向；在此，筆者作者有個大膽的猜想，基于前期在居庸關(guān)一帶進(jìn)行的野外地質(zhì)考察中，本文作者發(fā)現(xiàn)實(shí)習(xí)所經(jīng)區(qū)域有很多的巖墻和侵入體的走向都大致呈南北走向，與筆者現(xiàn)在所觀察到的細(xì)粒花崗巖侵入體的走向近似一致，而且在考察中所見巖墻和侵入體的成巖時(shí)間也要比被侵入的巖體成巖時(shí)間晚。所以，筆者大膽的認(rèn)為是否在某個地質(zhì)時(shí)期北京八達(dá)嶺居庸關(guān)一帶巖體大規(guī)模侵入之后，階段性的出于張性環(huán)境，出現(xiàn)了數(shù)條近似南北走向的張裂，使得后期不同類型的巖墻和侵入體沿大斷裂帶侵入，才形成現(xiàn)如今北京八達(dá)嶺居庸關(guān)一帶的復(fù)雜巖墻分布特征，但具體原因有待進(jìn)一步研究。

2.2.3 八達(dá)嶺斑狀花崗巖中的包體特征

在樣點(diǎn)④的斑狀花崗巖中筆者還發(fā)現(xiàn)了兩種不同類型的包體。

包體指一塊包在火成巖中的外來物質(zhì)。花崗巖類侵入體中包體可分為三種類型：捕擄體、富云母包體和微晶粒狀包體[4]。

其中一種包體初步判定為淺色花崗閃長質(zhì)包體，呈棱角或近似圓狀；另一種包體呈不同程度的渾圓狀，是典型的火成巖結(jié)構(gòu)，此包體比寄主的顏色更加深，成分更加基性，初步判定為暗色閃長質(zhì)包體。無論何種包體都具有相似的巖石特征，都呈現(xiàn)灰黑色，以細(xì)粒——微粒近等粒結(jié)構(gòu)為主，礦物組成主要為斜長石、少量堿性長石和石英，暗色礦物有黑云母及角閃石，有時(shí)可見明顯類似于主巖礦物的長石和石英斑晶[4]。值得一提的是，據(jù)白志民（1990）提到八達(dá)嶺花崗巖屬于対臼峪花崗巖單元，而對臼峪酸性侵入巖中的包體多屬微晶粒狀包體，所以在此區(qū)域發(fā)現(xiàn)淺色花崗閃長質(zhì)包體和暗色閃長質(zhì)包體也正好與史書中所論證的相吻合。

2.3 小結(jié)

通過野外地質(zhì)考察發(fā)現(xiàn)，此次研究的八達(dá)嶺斑狀花崗巖主要發(fā)育于燕山晚期，是本研究區(qū)主要的花崗巖類型，也是一種十分復(fù)雜的巖體；經(jīng)過宏觀觀察可知，構(gòu)成八達(dá)嶺斑狀花崗巖的主要礦物有鉀長石、石英以及黑云母，其中又以鉀長石的含量最多、粒徑最大；此外，在此研究區(qū)域內(nèi)還發(fā)現(xiàn)有近似南北走向的細(xì)粒花崗巖侵入體和細(xì)粒花崗巖巖脈現(xiàn)象，并推測此研究區(qū)是否在某個地質(zhì)時(shí)期發(fā)生過大規(guī)模近似南北走向的張裂；另外，研究區(qū)的斑狀花崗巖內(nèi)還有淺色花崗閃長質(zhì)包體和暗色閃長質(zhì)包體存在的現(xiàn)象。

3 八達(dá)嶺花崗巖顯微結(jié)構(gòu)特征分析

3.1 斑狀花崗巖的顯微結(jié)構(gòu)特征分析

通過觀察斑狀花崗巖在偏光顯微鏡下圖片，發(fā)現(xiàn)在斑狀花崗巖中石英分布較多，呈粒狀，具有多種同質(zhì)多像變體，柱面上有明顯的橫紋，淺色的為鉀長石，是組成斑狀花崗巖的主要礦物，呈肉紅或淺黃，半透明，有兩組解理直交。從鉀長石和石英所占組成斑狀花崗巖礦物比例之多可知，這兩種礦物是斑狀花崗巖的主要組成礦物。在觀察中還發(fā)現(xiàn)在斑狀花崗巖中還存在少量的黑云母礦物，有明顯的單向最完全解理，黑褐至黑色，黑云母也是斑狀花崗巖的組成礦物。此外，在其中發(fā)現(xiàn)了少量的斜長石，只是因?yàn)榱捷^小和含量較少才不易被發(fā)現(xiàn)。通過把幾張不同采樣點(diǎn)獲得的偏光顯微鏡圖片進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)在其中暗色礦物的含量在逐漸增加，這也進(jìn)一步說明在同一種類型的巖石中其主要構(gòu)成礦物的分布不一定是均勻的。觀察中還發(fā)現(xiàn)一種橫斷面形狀為菱形的礦物，而且這種橫斷面形狀為菱形的礦物只在斑狀花崗巖內(nèi)部的局部區(qū)域中出現(xiàn)；經(jīng)過查閱資料可初步認(rèn)定其為斑狀花崗巖中的副礦物榍石，榍石晶形多以單晶體出現(xiàn)，呈扁平的楔形，長石晶體界面彎曲而改變；顯然，榍石小晶體的取向關(guān)系與鉀長石的生長過程有關(guān)，榍石可以提煉出鈦，也可以被當(dāng)作寶石[7]。另外，還發(fā)現(xiàn)了一些在單偏光下呈不透光的暗色礦物，可初步確定這種暗色礦物為斑狀花崗巖中的次要礦物磁鐵礦，不透明，無解理。

3.2 細(xì)粒花崗巖的顯微結(jié)構(gòu)特征分析

從細(xì)粒花崗巖在偏光顯微鏡下的結(jié)構(gòu)圖中可以清晰的辨別出鉀長石、石英和斜長石，而且構(gòu)成細(xì)粒花崗巖的鉀長石和斜長石這兩種主要礦物在細(xì)粒花崗巖中的含量大致相等，細(xì)粒花崗巖中石英的含量要比斑狀花崗巖中石英的含量要高出許多；細(xì)粒花崗巖中的暗色礦物和次要礦物的含量卻比斑狀花崗巖中暗色礦物和次要礦物的含量要少很多。從中還可觀察到在細(xì)粒花崗巖局部地方出現(xiàn)有淺色的礦物侵入的現(xiàn)象；此外，還觀察到細(xì)粒花崗巖中鉀長石礦物表面有高嶺土化現(xiàn)象。在此，作者簡單的談一談細(xì)粒花崗巖和斑狀花崗巖的關(guān)系。細(xì)粒花崗巖和斑狀花崗巖均屬于火成巖，只是兩種巖石中礦物顆粒本身的特點(diǎn)和顆粒之間的相互關(guān)系有所差別，從產(chǎn)狀來看為細(xì)粒花崗巖侵入斑狀花崗巖。斑狀花崗巖具有似斑狀結(jié)構(gòu)，主要礦物為鉀長石，石英和黑云母，另有少量次要礦物斜長石、磁鐵礦和副礦物榍石，而細(xì)粒花崗巖的主要成分也為鉀長石和石英，但黑云母含量很少。

4 八達(dá)嶺斑狀花崗巖的成因討論

關(guān)于八達(dá)嶺斑狀花崗巖的成因討論主要有以下幾點(diǎn)。

（1）通過對八達(dá)嶺斑狀花崗巖的野外地質(zhì)考察和偏光顯微鏡下的觀察研究發(fā)現(xiàn)斑狀花崗巖是研究區(qū)域內(nèi)主要巖石類型，斑狀花崗巖具有似斑狀結(jié)構(gòu)，主要組成礦物有鉀長石、石英以及黑云母，另外含有少量的次要礦物斜長石、磁鐵礦和榍石。

（2）細(xì)粒花崗巖侵入體和巖脈，顏色為淺灰色，解理發(fā)育，多沿節(jié)理面發(fā)生破碎，細(xì)粒花崗巖的主要成分為鉀長石和石英，黑云母含量很少。

（3）細(xì)粒花崗巖為八達(dá)嶺斑狀花崗巖侵位后再次侵入，呈東北—西南走向，與該區(qū)域上大規(guī)模侵入的巖墻具有相似的特點(diǎn)，但細(xì)粒花崗巖與區(qū)域上的基性巖墻不同，可能是與八達(dá)嶺斑狀花崗巖同源巖漿后期侵入形成。

（4）八達(dá)嶺斑狀花崗巖的結(jié)晶較粗，具斑狀、似斑狀結(jié)構(gòu)，反映了其較深的結(jié)晶深度，淺色花崗閃長質(zhì)和暗色閃長質(zhì)包體的存在，表明其為早期巖漿成分的殘留，與四橋子處于巖體與圍巖接觸帶附近，發(fā)育圍巖捕擄體是不同的，反映了巖漿侵入過程、侵位環(huán)境對花崗巖結(jié)構(gòu)的制約。

5 結(jié)論

通過野外地質(zhì)考察和微觀研究相結(jié)合對北京八達(dá)嶺地區(qū)斑狀花崗巖的特征及成因已得出了初步的結(jié)論。

（1）斑狀花崗巖特征。宏觀上來看，斑狀花崗巖是研究區(qū)域內(nèi)主要巖石類型；從微觀來看，斑狀花崗巖具似斑狀結(jié)構(gòu)，主要構(gòu)成礦物有鉀長石、石英和黑云母，鉀長石粒徑可達(dá)2 cm左右，這是斑狀花崗巖最顯著的特點(diǎn)。

（2）斑狀花崗巖成因。此研究區(qū)域的斑狀花崗巖為巖漿沿大斷層侵入作用形成的侵入巖。由于地殼的不穩(wěn)定性，大的斷層在被侵入之后又不斷形成新的斷裂，在巖漿第一次侵入完成并成巖之后，接著巖漿又沿新的斷裂不斷侵入，如此反復(fù)多次；又由于巖漿在每次侵入時(shí)的溫度、壓力和侵位位置不可能完全相同，導(dǎo)致巖漿在結(jié)晶程度和巖相上都有所差別，遂形成了研究區(qū)內(nèi)的斑狀花崗巖和細(xì)粒花崗巖。

（3）斑狀花崗巖與研究區(qū)內(nèi)不同類型巖石的關(guān)系。由于巖漿的結(jié)晶程度不同，在此區(qū)域內(nèi)還出現(xiàn)了細(xì)粒花崗巖的侵入體和巖脈現(xiàn)象。經(jīng)筆者研究后發(fā)現(xiàn)，是細(xì)粒花崗巖侵入到先成巖的斑狀花崗巖中；其次，在斑狀花崗巖中還發(fā)現(xiàn)有淺色花崗閃長質(zhì)包體和暗色閃長質(zhì)包體的現(xiàn)象，淺色花崗閃長質(zhì)包體呈近似圓狀；暗色閃長質(zhì)包體呈不同程度的渾圓狀。

（4）顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)在斑狀花崗巖中還有少量次要礦物斜長石、磁鐵礦和副礦物榍石。

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