花岗岩的成因与构造环境

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（VAG.）、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

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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

成因类型 M型花岗岩 幔源型 构造环境 洋中脊 花岗岩 I型花岗岩 I型花岗岩（科迪勒拉型） （加里东型） 壳幔同熔型 火山弧花岗岩 英云闪长岩、闪岩石种类 斜长花岗岩 长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、中性侵入岩 暗色矿物 普通角闪石、黑云母 普通角闪石、 黑云母 花岗闪长岩、二长花岗岩及其中侵入性岩 黑云母（Ng′黑云母 ＝红棕色）、白云母 磁铁矿、钛铁矿 ≈1.0 0.705～0.709 8～10 Sr、Ti、P（强烈） 安山岩、英安岩、辉长岩 闪长岩 线型大型 复合岩体 安底斯型陆弧 埋深变质 斑岩型铜、钼矿 玄武岩、安山岩、闪长岩、辉长岩 混杂岩石 分散、孤立的复合侵入体 造山期后隆起带 退变质 少见 钛铁矿、独居石、石榴石、菫青石 ＞1.1 ＞0.708 ＞10 Ba、Ti、P （中等） 含菫青石的酸性火山岩 变质的 沉积岩 规模较小的复合岩基 大陆碰撞 褶皱带 低压变质 钨、锡 硅铝层增厚重熔的产物，位于板块俯冲带上盘 以二长花岗岩为主 S型花岗岩 陆壳改造型 同碰撞 花岗岩 A型花岗岩 Lie gu 板内花岗岩 花岗岩、碱性花岗岩、碱性侵入岩 黑云母（Ng′＝蓝绿色） 碱性闪石、辉石 0.9～1.1 0.703～0.712 8～10 Ba、Ti、P （中等） 碱性火山岩 同源岩石、 镁铁岩 裂谷带和 板块内部 锡、萤石、铌铁矿 地幔低辟使地壳下部物质重熔而成 副矿物 A/NKC 87辉石 ≤0.6 ＜0.704 5.5～6 Ba、Ti、P （较小） 石英闪长岩、辉长岩 镁铁岩 小型复合 岩体 大洋岛弧、洋中脊 埋深变质 斑岩型铜、金矿 超镁铁、镁磁铁矿、榍石 1.1～1.0 ＜0.706 Sr / 86Sr δ18O 亏损元素 伴生岩石 包 体 产 状 构造环境 变质作用 矿 化 由基性火山岩、下部地壳物质重熔形成。也可以由钙碱性玄武岩浆、洋岛玄武岩浆结晶分异形成 岩浆成因 铁岩浆分异形成 A / NKC比值是：Al2O3 / Na2O+K2O+CaO（分子数）或Al / Na+K+2Ca（原子数）的简写。

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1. 常量元素的R1-R2图解

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。

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2. 常量元素的ACF图解

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）

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表2 稀土元素分配型式特征

岩石类型 S型花岗岩 I型花岗岩 A型花岗岩 M型花岗岩 铕异常 不同程度的负异常 无异常 明显的负异常 略具正异常或负异常 稀土曲线形态 轻稀土富集型 轻稀土富集型 平坦型 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

岩石类型 洋脊花岗岩 火山弧花岗岩 板内花岗岩 同碰撞花岗岩 微量元素蛛网图 平坦型 右倾型 右倾型 右倾型 多数各元素比值 0.5～5.0 11～0.1 11～0.1 14～0.1 其他 K2O、Rb的比值≤0.6 比值较火山弧花岗岩高

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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)

元素符号 数值 元素符号 数值 K2O 0.4 Ce 35 Rb 4 Hf 9 Ba 50 Zr 340 Th 0.8 Sm 9 Ta 0.7 Y 70 Nb 10 Yb 80 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）

VAG. 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

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●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

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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

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