幾類(lèi)常見(jiàn)的超鉀質(zhì)火成巖的特征及成因分析

董昭

摘要：指出了Foley等在20世紀(jì)80年代末，在對(duì)全巖地球化學(xué)特征進(jìn)行研究分析后，總結(jié)并提出了超鉀質(zhì)巖石的概念，其界定條件為：K2O的百分含量大于3%，MgO的百分含量大于3%，K2O/Na2O百分含量之比大于2。并分析了一些諸如CaO、K2O、Al2O3等主量元素的含量及K2O/Na2O比值的特征，將超鉀質(zhì)巖石進(jìn)一步分為鉀鎂煌斑巖類(lèi)、鉀霞橄黃長(zhǎng)巖類(lèi)、斜長(zhǎng)白榴巖類(lèi)等類(lèi)別，它們彼此間存在顯著的成分區(qū)別，并且各自對(duì)應(yīng)著不同的源區(qū)環(huán)境，有著不同的成因。

關(guān)鍵詞：超鉀質(zhì)火成巖；地球化學(xué)特征；成因

中圖分類(lèi)號(hào)：P588.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-9944（2016）22-0138-03

1引言

鉀質(zhì)火成巖（亦稱(chēng)作鉀質(zhì)巖）一般來(lái)說(shuō)，屬于強(qiáng)堿性巖，其K2O/Na2O含量>1%。Foley等在20世紀(jì)80年代末又進(jìn)一步劃分出了超鉀質(zhì)巖，與鉀質(zhì)巖石有些不同，主要體現(xiàn)地球化學(xué)成分上，全巖地球化學(xué)成分K2O>3%，MgO>3%和K2O/Na2O>2%。在地球化學(xué)成分上，鉀質(zhì)火山巖和超鉀質(zhì)火山巖的范圍較廣，從鉀玄質(zhì)成分的巖漿到超鉀質(zhì)的鉀鎂煌斑巖類(lèi)、鉀霞橄黃長(zhǎng)巖類(lèi)和斜長(zhǎng)白榴巖類(lèi)，均可包含其中。這些類(lèi)別的巖石有很多產(chǎn)自島弧中，并且與鈣堿性火山巖共生。因?yàn)榻鸩麕r的K2O/Na2O常常極高（>3%），有時(shí)也把其劃歸于此類(lèi)，特別是含云母的第Ⅱ組金伯利巖[1]。

2分類(lèi)及特征

Foley等根據(jù)全巖地球化學(xué)成分，進(jìn)一步將超鉀質(zhì)巖劃分為四類(lèi)[2]，分別是鉀鎂煌斑巖類(lèi)、鉀霞橄黃長(zhǎng)巖、斜長(zhǎng)白榴巖類(lèi)及鉀鎂煌斑巖與斜長(zhǎng)白榴巖的過(guò)渡類(lèi)型。下面依次介紹幾類(lèi)超鉀質(zhì)巖。

2.1鉀鎂煌斑巖類(lèi)

在世界范圍內(nèi)，比較認(rèn)可的產(chǎn)地是金伯利西部、高斯伯格等地，形成于高鈦的穩(wěn)定陸臺(tái)環(huán)境和碰撞造山帶。這類(lèi)巖石的特征是，含低的主量元素如SiO2、CaO、Al2O3、Na2O，通常含有較高（大于0.6）的K2O/Al2O3比值和Mg#值（Mg#=Mg2+/（Mg2++Fe2+）），多數(shù)情況下含方輝橄欖巖和純橄欖巖，有時(shí)含少量的捕獲的云母或單斜輝石。形成于還原條件，該條件下貧CO2，富H2O、HF，有時(shí)也被認(rèn)為是地幔源區(qū)的再次富集，因?yàn)榈蒯aO、AI2O3、Na2O的含量較低。在礦物成分方面，含深色礦物較多，不少于整個(gè)巖石中礦物含量的1/3。另外，鉀鎂煌斑巖具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，即斑晶自形度極好，基質(zhì)中的鐵鎂礦物自形度亦良好。

如產(chǎn)于塔里木地臺(tái)的鉀鎂煌斑巖，其巖石地球化學(xué)成分與亞洲板塊其他地區(qū)的巖石地球化學(xué)成分也十分相近，一些主量元素如SiO2、FeO、CaO、K2O、Na2O、CO2與含金剛石的鉀鎂煌斑巖相似，TiO2、MgO偏低，而Al2O3偏高。該區(qū)鉀鎂煌斑巖化學(xué)特征與國(guó)內(nèi)外鉀鎂煌斑巖相一致，不論是在稀土（REE）總量、稀土元素配分模式，還是在Eu負(fù)異常等特征上。另外結(jié)合其相對(duì)貧鈦的特征，其源區(qū)地幔富集程度較低[4]。該區(qū)K、Ba、La、Ce等不相容元素顯示正異常，而Sr、Ti、Nb、Ta相對(duì)顯示負(fù)異常，這與鉀鎂煌斑巖的特征相一致。

又如山西大同飲牛溝鉀鎂煌斑巖巖體，其地化特點(diǎn)以超鉀質(zhì)屬性K2O/Na2O>3%和近似鉀過(guò)飽和的K2O/Al2O3≥0.9%為特征。該區(qū)鉀鎂煌斑巖中鈦含量顯示為較低水平，為0.98%～1.29%（平均為1.12%），哈克圖解顯示，SiO2含量與TiO2含量的變化并不具有相關(guān)性，這恰恰顯示出了TiO2來(lái)自于不飽和甚至是極度不飽和的巖漿。

2.2鉀霞橄黃長(zhǎng)巖類(lèi)

該類(lèi)巖石的全巖地球化學(xué)特征是，硅含量低（一般SiO2<40%），而鈣含量較高（一般CaO>10%）。形成條件最優(yōu)越且具有代表性的產(chǎn)地為東非裂谷（典型的大陸裂谷環(huán)境），其特點(diǎn)是CaO的百分含量較高，并且Sr、Nb、Ta等呈現(xiàn)正異常，但是SiO2、Al2O3、Na2O、MgO百分含量卻很低。有時(shí)會(huì)含捕獲的云母，并且單斜輝石發(fā)育，形成于富含CO2、貧H2O的氧化條件，被認(rèn)為是虧損地幔（高鈣、低鋁、鈉）的再度富集[5]。該類(lèi)巖石既可以產(chǎn)在大陸型地殼構(gòu)造環(huán)境產(chǎn)出，也可以產(chǎn)自大洋型地殼構(gòu)造環(huán)境，但以大陸裂谷最為常見(jiàn)，因此鉀霞橄黃長(zhǎng)巖類(lèi)的構(gòu)造背景較為復(fù)雜多變。

在我國(guó)，鉀霞橄黃長(zhǎng)巖類(lèi)的代表性的產(chǎn)地位于甘肅西秦嶺一帶。該區(qū)全巖地球化學(xué)成分貧硅、鋁，高鎂、鈣、鈦和全堿（K2O+Na2O），但K2O/Na2O比值低。另外Mg#值較高（0.70%～0.84%，平均值為0.81%）。微量元素地球化學(xué)特征顯示，西秦嶺地區(qū)輕稀土元素富集較為明顯，另外在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布配分模式曲線中明顯呈現(xiàn)右傾趨勢(shì)，Eu負(fù)異常不明顯。據(jù)董昕等（2008）實(shí)驗(yàn)，反映輕稀土（LREE）富集程度的La/Yb之比在21.96%～43.92%之間，平均值為34.87%，總體來(lái)說(shuō)巖石的LREE強(qiáng)烈富集[3]。該區(qū)巖石鋇正異常明顯，鉛負(fù)異常不明顯和較弱的鈦負(fù)異常，大離子親石元素（如Rb、Ba）和高場(chǎng)強(qiáng)元素（如Nd、Th、Ta、Zr、Hf等）富集，且元素不相容性與元素的富集程度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。該區(qū)的Nb異常高，且明顯高于正常的OIB（具有EMI型富集端元的OIB），暗示巖漿源區(qū)特殊的地球化學(xué)屬性。

2.3斜長(zhǎng)白榴巖類(lèi)

一般說(shuō)來(lái)，因?yàn)榉植挤秶^小，該類(lèi)超鉀質(zhì)巖石不常見(jiàn)到，多產(chǎn)于陸殼俯沖帶或碰撞造山帶，從世界范圍內(nèi)來(lái)看，主要分布在歐洲西部陸殼與洋殼的接觸帶上，含白榴超鉀質(zhì)巖代表性產(chǎn)地在意大利，產(chǎn)出自與俯沖大陸相關(guān)的活動(dòng)造山帶，其巖石地球化學(xué)特點(diǎn)是，主量元素鈣、鋁、硅的含量較高，而Mg#值較低，Ba、Nb、Ta、Zr、Ti負(fù)異常，含單斜輝石捕虜體。形成于H2O>CO2的氧化條件，被認(rèn)為是富集地幔源區(qū)[2]。

在我國(guó)，新疆西天山地區(qū)也有相關(guān)的研究。該區(qū)斜長(zhǎng)白榴巖Si含量的變化與后期形成的鈉長(zhǎng)石的多少有關(guān)，因此SiO2含量變化范圍較大，TiO2及Al2O3的含量與土耳其和意大利等地含白榴巖超鉀質(zhì)巖石的TiO2和Al2O3含量相當(dāng)，并且含量相對(duì)穩(wěn)定。Fe2O3和MnO含量較高，MgO含量正常，K2O和Na2O含量正常，但是K2O含量較低，而Na2O含量稍高。根據(jù)巖相學(xué)的資料，該區(qū)超鉀質(zhì)巖漿與土耳其地區(qū)的一樣，白榴石、鉀長(zhǎng)石等富鉀礦物蝕變強(qiáng)烈，最終導(dǎo)致巖石中偏低的K2O含量值，但是Na2O含量的明顯升高是由于后期的鈉長(zhǎng)石化導(dǎo)致的，因此才顯現(xiàn)出其K2O/Na2O比值波動(dòng)狀況。這說(shuō)明，一旦超鉀質(zhì)巖后期發(fā)生蝕變，就很難再保持其特有的地球化學(xué)特征（如高鉀和高K2O/Na2O比值）[6]。另外，其微量元素特征是，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布配分模式曲線為右傾曲線，大離子親石元素（如Rb、Ba、Sr）低于其他地區(qū)的地球化學(xué)指標(biāo)。且該區(qū)含白榴石超鉀質(zhì)巖石獨(dú)特于其他地區(qū)的是，超鉀質(zhì)巖漿不僅稀土元素（REE）總的含量低于平均水平，并且La/Sm和La/Yb比值也低于平均水平。總的說(shuō)來(lái)，該區(qū)巖石成因是造山帶巖漿巖，因?yàn)槠湮⒘吭豍b的正異常的特征及Zr-Hf值和Nb-Ta值的負(fù)異常的特征。

而在西藏羊八井地區(qū)的白榴斑巖也有相關(guān)的研究，其地化特征是富鉀和鈉且含量較高，而鎂的含量較低。另外巖石硅含量較高，幾乎和基性巖硅含量相當(dāng)，巖石明顯呈現(xiàn)鉀富集，ACKN>1.1%，呈準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過(guò)鋁的特征，該區(qū)δEu平均值為0.6%，Eu負(fù)異常不強(qiáng)烈。與其他地區(qū)的含白榴超鉀質(zhì)巖相比，在其礦物組合上，特征為明顯的硅不飽和，白榴石是其斑晶的主要組成部分，基質(zhì)以鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石及云母等為主，有時(shí)也含少量方輝石。巖石的MgO、FeOT、CaO與SiO2之間存在明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明巖漿的演化過(guò)程中可能存在強(qiáng)烈的橄欖石、輝石和鈦鐵礦等礦物的結(jié)晶分異作用[7]，在這之后才演化成為到一個(gè)十分貧鎂和其他相容元素的巖漿，由于分離結(jié)晶的不是斜長(zhǎng)石，因此巖石沒(méi)有出現(xiàn)明顯大規(guī)模的Eu的負(fù)異常。

3超鉀質(zhì)巖類(lèi)的成因模式

鉀鎂煌斑巖、鉀霞橄黃長(zhǎng)巖及斜長(zhǎng)白榴巖這三類(lèi)超鉀質(zhì)巖具有特征的大地構(gòu)造背景[2]，即鉀鎂煌斑巖位于大陸穩(wěn)定區(qū)（如澳大利亞西部），鉀霞橄黃長(zhǎng)巖位于大陸裂谷（如東非裂谷），而斜長(zhǎng)白榴巖位于消減俯沖帶或碰撞造山帶的共生組合中（如意大利、土耳其）。然而，對(duì)于超鉀質(zhì)巖形成的原因，因其成因復(fù)雜，尤其是鉀來(lái)源多樣，學(xué)術(shù)界至今未有確切的超鉀質(zhì)巖的成因模式。

以青藏高原為例，目前對(duì)青藏高原鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)巖石的成因解釋主要有2種模式[7]：①巖石圈地幔對(duì)流減薄模式，青藏高原北部超鉀質(zhì)巖的成因可用此模式解釋。該模式認(rèn)為，大陸巖石圈地幔在青藏高原地區(qū)由于新生代縮短地殼均勻增厚導(dǎo)致重力不穩(wěn)，部分大陸巖石圈地幔快速分離并被上涌熱的軟流圈替換，從而導(dǎo)致殘留的大陸下部巖石圈地幔發(fā)生部分熔融，并伴隨明顯的地表隆升[8]。②拉張分異模式，于麗芳等認(rèn)為，自中新世開(kāi)始，東西向的拉張作用力就作用在了青藏高原所在的巖石圈上。其巖石圈地幔在拉張作用力下發(fā)生破裂，由于青藏高源巖石圈的密度較軟流圈更大，因而會(huì)下沉，而與此同時(shí)軟流圈會(huì)上浮。由于在上浮過(guò)程中溫度和壓力會(huì)降低而釋放熱量，致使巖石圈底部與軟流圈交界部分會(huì)發(fā)生部分熔融。在初期拉張的時(shí)候，釋放的熱量較少，巖石圈底部巖石熔融程度低，與軟流圈進(jìn)行物質(zhì)交換的程度及規(guī)模均較小，熔融巖漿也較少，造成了超鉀質(zhì)巖石規(guī)模較小；而在晚中新世，亦即拉張中后期，由于熱量的進(jìn)一步釋放，巖石圈巖石熔融的程度和規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，因而該年代學(xué)的超鉀質(zhì)巖分布較初期更為廣泛。例如在西藏查孜地區(qū)，證明超鉀質(zhì)巖形成于拉張模式就是中新世超鉀質(zhì)巖。該超鉀質(zhì)巖形成的構(gòu)造環(huán)境為，一個(gè)東西拉張形成的地塹，因此猜測(cè)該中新世地塹形成于東西向的拉張作用力。另外，查孜地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了一些富鉀的流紋巖，可能是拉薩地塊中上地殼因減壓而發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物[9]。

4結(jié)論

超鉀質(zhì)巖石的成因是極其復(fù)雜多變的，不論從其形成原因或是地質(zhì)構(gòu)造背景，從以上幾類(lèi)超鉀質(zhì)巖的成因的分析結(jié)果就可以看得出來(lái)。這樣成因上的復(fù)雜多變甚至體現(xiàn)在相同地區(qū)的超鉀質(zhì)巖石之間，在同一地區(qū)，不同世代的超鉀質(zhì)巖之間在成分上可能明顯不同。而這些超鉀質(zhì)巖之間的區(qū)別不能用簡(jiǎn)單的成因模式來(lái)進(jìn)行解釋。除了石榴石二輝橄欖巖源巖外，還有：①鉀鎂煌斑巖巖漿形成于地幔虧損而又被再次強(qiáng)烈交代的富集型云母方輝橄欖巖源區(qū)[5]，由于源區(qū)H2O、CO2等含量較高，屬于強(qiáng)還原環(huán)境，而Si的含量由于熔融的位置不同而不一致（因?yàn)椴煌疃鹊娜廴诔潭炔煌＿@樣說(shuō)來(lái)，鉀鎂煌斑巖的源巖位置最深，因?yàn)槠浜薪饎偸饎偸纬捎跍囟群蛪毫^大的深部。②鉀霞橄黃長(zhǎng)巖由于有時(shí)會(huì)含云母，因此判斷其源區(qū)富含云母，并且根據(jù)產(chǎn)區(qū)特點(diǎn)，源區(qū)應(yīng)該賦存H2O、CO2等揮發(fā)分，另外其氧化環(huán)境極佳。③斜長(zhǎng)白榴巖由于富含白榴石，并根據(jù)其特點(diǎn)，猜測(cè)源區(qū)應(yīng)該富含單斜輝石和云母。李天福等的實(shí)驗(yàn)表明，近固相線的礦物組合更能代表源區(qū)的組合[5]。一般認(rèn)為，超鉀質(zhì)巖大部分形成于上地幔，形成的深度大于100km，這樣的深度金剛石也可以穩(wěn)定賦存。而與超鉀質(zhì)巖形成有關(guān)的地幔交代介質(zhì)是地質(zhì)流體和熔融體，交代反應(yīng)需要的條件較為寬松，但是H2O、CO2等揮發(fā)分對(duì)礦物組合影響很大。這種交代作用可能是定期循環(huán)發(fā)生的，并且有一定的偶然性。在巖漿上涌結(jié)晶分異的過(guò)程中，溫度和壓力也會(huì)造成一定的影響，因?yàn)闇貕旱牟煌瑫?huì)影響礦物組合的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響超鉀質(zhì)巖熔融體的成分。

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