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鸳赤雍
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1 第 26 卷增 2 岩石力学与工程学报 Vol.26 Supp 年 12 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec.,2007 甘肃北山预选区新场地段花岗岩类岩石特征研究金远新 1, 闵茂中 2, 陈伟明 1, 赵宏刚 (1. 核工业北京地质研究院, 北京 ;2. 南京大学地球科学系, 江苏南京 ) 1 摘要 : 我国高放废物地质处置库北山预选区, 处置库候选围岩为花岗岩新场地段是北山预选区中的一个有利地段, 其围岩为花岗岩类岩石, 主要包括二长花岗岩和花岗闪长岩, 少量为石英闪长岩等岩石中广泛产出角闪石磁铁矿榍石等多见于同熔型 I 型花岗岩类中的特征矿物 ; 少部分花岗闪长岩中出现白云母石榴子石等上地壳特征矿物花岗岩类的常量化学成分, 属高钾钙碱性系列花岗岩类, 具同熔型或 I 型花岗岩的特征关键词 : 岩石力学 ; 地质处置 ; 花岗岩 ; 高放废物中图分类号 :TU 45 文献标识码 :A 文章编号 : (2007) 增 STUDY ON GRANITE CHARACTERISTICS OF XINCHANG SECTION OF CANDIDATE BEISHAN AREA,GANSU PROVINCE JIN Yuanxin 1,MIN Maozhong 2,CHEN Weiming 1,ZHAO Honggang 1 (1. Beijing Research Institute of Uranium Geology,Beijing ,China;2. Department of Geoscience, Nanjing University,Nanjing,Jiangsu ,China) Abstract:Xinchang section is one of the candidate fields in Beishan area,gansu Province the preselected area for China s high-level radioactive waste repository. The results show that the dominant rock characteriastics from Xinchang section are monolithic granite and granodiorite. The minor dominant rock is the quartz diorite. Mineral assemblage such as hornblende,magnetite,sphene,titanite,etc. show that the kinds of minerals mentioned above are of syntectic or I-typed granite. Some mineral assemblages of granodiorites such as muscovite,garnet,etc. are found during upper crust forming. The petrochemistry composition belongs to high potassium Ca-alkaline series, showing the special feature of syntectic or I-typed granite. Key words:rock mechanics;geological disposal;granite;high-level radioactive waste 1 引言围岩作为防止核素迁移扩散进入生物圈的天然屏障, 关系到高放废物地质处置库能否长期安全运行及能否有效隔离废物 [1] 岩石的结构构造矿物组成化学特征等是影响围岩中核素迁移的主要环境因素, 是岩石 TMHC 耦合过程研究的基础目前国际上主要针对花岗岩黏土岩凝灰岩和岩盐等开展高放废物地质处置库围岩研究 [2,3], 并在这些岩石中建造地下实验室 [4~6] 我国自 1985 年以来, 一直在开展与高放废物地质处置相关的研究工作, 包括处置库场址选择选址工作从全国筛选地区筛选到现在的地段筛选甘肃北山预选区新场地段是我国高放废物地质处置库北山预选区中的有利地段 [7], 其候选围岩为 [8~10] 花岗岩类岩石殷国平等的研究表明, 研究区同一花岗岩体在岩性时代划分上存在不统一, 以及地质界线不相衔接等基础地质问题研究工作根据岩石谱系单位划分的方法和理论, 建立 3 个超单收稿日期 : ; 修回日期 : 作者简介 : 金远新 (1962 ), 男, 硕士,1988 年于中国地质科学院获硕士学位, 现任研究员, 主要从事高放废物地质处置等方面的研究工作 jinyx20@hotmail.com

2 第 26 卷增 2 金远新, 等. 甘肃北山预选区新场地段花岗岩类岩石特征研究 3975 元和 3 个独立单元本文主要介绍新场地段花岗岩类岩石的特征矿物组成化学特征 2 地质背景新场地段位于甘肃北山南带中段, 大地构造位置处于塔里木板块东端 [7], 为塔里木地块阿拉善地块及柴达木地块的衔接部位选区地层属塔里木南疆地层大区天山地层区的中天山北山地层分区红柳园地层小区 [11] 出露的地层包括前长城系敦煌岩群长城系咸水井群下石炭统沙枣泉组侏罗系下白垩统新民堡群及第四系新场地段内岩浆活动发育区内地质构造复杂, 以 NNE~EW 向构造为主, 其次为 NE 向断裂 3 花岗岩类岩石特征 3.1 侵入岩岩石谱系单位划分新场地段花岗岩类出露分布较广, 占研究区面积的 45% 运用岩石谱系单位超单元单元划分的理论和方法, 将该地段花岗岩体划分为 3 个超单元和 3 个独立单元 3.2 主要花岗岩类岩石特征红柳井南山超单元该单元位于研究区北部, 呈 EW 向条带状分布, 包括红柳井南山单元 ( Pt 2 2 H ) 和鸳鸯沟单元 ( Pt 2 2 Y) (1) 红柳井南山单元 ( Pt 2 2 H) 该单元主要岩性为片麻状黑云母花岗闪长岩, 其次为片麻状黑云母二长花岗岩岩体沿前长城系鱼脊山岩群走向展布, 侵入于长城系前长城系变质围岩中, 又被晚期两侵入单元穿插, 或成为晚期两侵入单元岩石的残留捕虏体岩体边缘广泛发育大量暗色条带条纹及条痕, 暗色条带为黑云母石英闪长岩, 走向 110, 与片麻状花岗闪长岩中片麻理片理的走向, 以及围岩中片理方向一致暗色条带宽 0.1~2.0 m, 最宽者超过 10 m, 延伸数十米至数公里 ; 宽数厘米者为暗色条纹, 更细小的称条痕, 一般成群出现暗色条带中出现交代成因长石变斑晶, 片麻理清楚暗色条带两侧的浅色侵入岩中暗色矿物含量, 一般较正常的片麻状花岗闪长岩稍高, 片麻理也明显这些出现在岩体边缘的大量成群暗色条带条纹及条痕, 可能是围岩地层受混合岩化和花岗岩化作用的产物片麻状中细粒花岗闪长岩的特征为 :1 外貌呈灰白色, 片麻理发育, 中 ~ 中细粒状结构 ;2 矿物组成 : 石英约占 25%, 波状消光碎裂重结晶现象多见 ; 斜长石 ( 环带构造发育, 为中长石, An 30 ~35) 占 40%~45%; 碱性长石约占 15%, 为微斜长石 ( 格子双晶为特征 ) 和显微条纹长石, 后者有时生成小斑晶, 包含众多细小斜长石的捕虏晶 ;3 碱性长石与斜长石交界处蠕英石多见 ; 黑云母占 10%~15% 另含副矿物石榴子石磷灰石锆石褐帘石等岩石化学 TAS 图解显示,5 个岩石样品投影点均落入花岗岩类范围 ; 在岩石化学标准矿物 QAP 图解中,4 个投影点分别落入二长花岗岩和花岗闪长岩范围内属于花岗闪长岩与英云闪长岩的过渡类型岩石中钠长石交代钾长石, 形成穿孔结构石英它形粒状, 成不等粒集合体产出, 大的单体尺寸为 2.76 mm 4.60 mm, 明显细粒化重结晶波状消光暗色矿物为黑云母, 具它形片状叶片状, 尺寸为 0.23 mm 0.46 mm, 有时丛生, 有时连晶成枝杈状弯曲的脉状, 构成片麻理副矿物少, 多见锐钛矿, 黑云母偶然包容单颗粒锆石褐帘石及磷灰石, 可见少量斜长石碳酸盐化显微构造表现为石英细粒化重结晶波状消光, 微裂隙构造发育, 岩石的结构一般为细中粒花岗结构, 片麻状构造, 含裂隙构造 (2) 鸳鸯沟单元 ( Pt 2 2 Y) 该单元分布于红柳井南山超单元西部, 以脉动的方式侵入红柳井南山单元中岩石以白色中粒片麻状二长花岗岩为主中粗粒结构, 白 ~ 灰白色, 个别地段为浅肉红色岩石均具片麻状构造主要矿物及含量为 : 石英占 25%; 碱性长石占 32%; 斜长石占 36%; 暗色矿物和副矿物占 6% 其中斜长石多为它形粒状, 少量呈半自形板状, 少部分为聚片双晶, 晶纹密集属更长石 ; 石英多为它形粒状不等粒, 聚生, 颗粒间相互成港湾状嵌接, 弱细粒化, 波状消光明显 ; 黑云母多为长柳叶状长条状连晶沿构造裂隙填充, 呈脉状穿过石英集合体和碳酸盐细脉, 在构造裂隙中还有粉状黑云母填充 ; 副矿物中偶见锐钛矿和自形短柱状锆石, 包于黑云母中新场超单元

3 3976 岩石力学与工程学报 2007 年该单元分布在测区的西北部, 划分为 2 个侵入单元, 即机井构单元 (O 1 J) 和新场单元 (O 1 X) (1) 机井沟单元 (O 1 J) 该单元分布于在新场超单元的中东部, 形态极不规则, 岩体零散出露, 以灰色细粒块状花岗闪长岩为主, 部分地段为细粒似斑状, 也见有中粒结构者岩体以超动式侵入红柳井南山单元中细粒片麻状花岗闪长岩主体岩石为块状花岗闪长岩, 为深灰色细粒花岗结构, 块状构造, 个别地段出现的似斑状结构岩石面积都很小, 为平方米到几十平方米斑晶含量少, 为 10% 左右, 粒径为 3~5 mm, 为更中长石该侵入单元块状花岗闪长岩的特征主要为 :1 外貌呈灰白色, 块状构造, 无片理, 中细粒花岗结构, 暗色矿物含量为 15% 左右 ;2 矿物组成 : 石英, 占 15%~20%; 斜长石 ( 中长石, C Np =10,An 32 ~35) 约占 70%, 环带构造发育 ; 碱性长石,5%~10%, 主要为微斜长石 ; 普通角闪石, 占 5%~7%, 浅绿色, 多色性显著 ; 黑云母, 占 7%~8%; 另含磷灰石锆石榍石 ( 含量大于 1%) 磁铁矿等副矿物岩石化学标准矿物 QAP 图解显示,4 个样品的投影点落入花岗闪长岩范围内 TAS 图解中 4 个样品的岩石化学投影点分别落入花岗岩花岗闪长岩和闪长岩的范围内鉴于存在少量 (10%) 碱性长石, 定名为花岗闪长岩 (2) 新场单元 (O 1 X) 该单元岩石出露于旧井东北部新场一带, 因其岩体内部有大量红柳井南山单元的中细粒片麻状花岗闪长岩的残留体 ( 捕虏体 ) 存在, 因而使之成为破碎大叶片状该侵入单元主要分布于新场超单元岩体北部, 东西长约 20 km, 南北宽 2~6 km, 面积约 42 km 2 ( 岩株 ) 主体岩石是二长花岗岩, 该单元岩体北部有东西向分布的多个小岩体, 为肉红色中粒片麻状二长花岗岩岩石以肉红色为主, 亦有灰白色具中粒花岗结构, 似片麻状构造, 片麻状理产状与岩体分布方向一致岩体南部与该单元似斑状二长花岗岩体之间有大量花岗闪长岩相隔岩体中南部为浅肉红色 ~ 白色中粒似斑状二长花岗岩, 为岩体的内部相 ; 在其东南部与地层接触处分布有细粒黄褐色二长花岗岩岩体东部为边缘相, 呈黄褐 ~ 黄白色, 为中细 ~ 细粒似斑状花岗闪长岩, 斑晶含量不稳定, 多时可达 20% 以上, 少时只稀疏可见似斑状中细 ~ 细粒花岗闪长岩与中粒似斑状二长花岗岩体之间为渐变过渡关系该侵入体的剥蚀深度较浅, 围岩顶垂体多见 ; 岩体边部出现细粒花岗岩冷凝边, 宽仅数米至十余米 ; 边缘部位与早期侵入岩石的同化混染作用十分明显, 岩石的岩浆侵入特征明显该单元岩体不同部位的岩性有一定差异 :1 北部多为黑云母二长花岗岩, 呈肉红 ~ 灰白色, 具半自形粒状结构, 似片麻状构造, 部分为似斑状结构岩石由石英 (20%~25%) 斜长石(35%~40%) 微斜长石 (30%~35%) 黑云母(5%) 以及少量褐帘石榍石磷灰石钛铁矿锆石等副矿物组成, 其粒径为 1.0~4.5 mm 微斜长石晶体较粗大, 粒径达 1 cm, 为斑晶, 内布嵌有细小自形斜长石斑晶占 5%~10% 2 东部及东南部为黄白色细粒似斑状花岗闪长岩石英二长岩和似斑状二长花岗岩, 具细粒花岗结构, 块状构造 3 岩体南部为边缘相, 出现大量微斜长石斑晶, 斑晶尺寸为 1.0 cm 1.5 cm, 晶体中包含有大量的斜长石石英黑云母, 达自身的 50% 以上, 目估碱性长石占 22%; 斜长石占 40%; 石英占 23%; 黑云母占 15% 岩石中暗色矿物占 15%, 因此, 综合分析此段岩石, 认为定为花岗闪长岩更为合理 4 单元内部相位于岩体西部旧井东北, 为浅肉色, 含斑晶, 但分布不普遍, 为粗中粒黑云母二长花岗岩微斜长石含量为 29%, 为不等粒状或为斑状, 包含有许多自形柱状板状斜长石和黑云母斜长石为半自形板柱状它形粒状, 一般粒径为 0.3 mm 1.4 mm, 含量为 37%; 石英为全它形粒状, 集合体状聚生, 粒径显不等粒, 小的粒径为 0.1 mm 0.1 mm, 大的粒径为 0.9 mm 1.8 mm, 含量为 28%; 黑云母为小板片状它形片状, 粒径一般为 0.3 mm 0.5 mm; 副矿物主要有褐帘石碎屑锆石磷灰石和磁铁矿岩石普遍遭遇轻微的次生变化, 即黑云母边缘的绿泥石化, 钾长石中心部位绢云母化碳酸盐化, 微裂隙构造比较常见, 并被绢云母碳酸盐充填闭合而成微细脉状该中 ~ 中粗粒黑云母二长花岗岩的主要特征为 :1 外貌呈灰白色, 中 ~ 中粗粒花岗结构, 无明显片理或片麻理, 块状构造, 暗色矿物含量约为 10%~15%;2 矿物组成 : 石英占 30%; 斜长石 ( 更长石,C Np = 5,An 32 ~35), 密集聚片双晶, 偶见弱环带状构造, 含量与碱性长石 ( 微斜长石显微条纹长石 ) 含量比为 3 2; 黑云母占 7%~8%; 普通角闪石占 5%~7%;3 在构造带附近, 岩石片理化, 石英重结晶波状消光, 岩石具眼球状构造

4 第 26 卷增 2 金远新, 等. 甘肃北山预选区新场地段花岗岩类岩石特征研究 3977 该侵入单元中 ~ 中粗粒黑云母二长花岗岩在岩 [12] 石化学标准矿物 QAP 图解中,4 个投影点中除 1 个投影点落在花岗闪长岩范围中外, 其余 3 个投影点均落入二长花岗岩范围内 4 个样品在岩石化学 [13] TAS 图解中的投影点, 均落入花岗岩范围内 ; 结合实际矿物成分情况, 认为二长花岗岩这一名称是合适的虽然是二长花岗岩, 但多数花岗结构并不典型, 原因是受构造影响, 不同程度地显现碎裂构造岩体成面状分布, 内部有大量的围岩捕虏体 ( 残留体 ), 面积较大, 在残留体中又有二长花岗岩的小岩枝出现, 表明这种捕虏体只是二长花岗岩的顶盖, 捕虏体的展布方位与岩层总体延伸方向相同 ; 岩体中混染岩的条带与围岩产状 ( 走向 ) 相同, 这些都表明二长花岗岩的侵入没有造成围岩的移位, 应是一种顶蚀被动就位 ; 有较宽的边缘相大面积的顶盖残留体, 且中期尚有小型的二长花岗岩侵入体或岩枝, 表明二长花岗岩顶部的残留体厚度小, 二长花岗岩只是刚刚出露, 下部应为一个完整岩体 ; 岩体北侧岩石普遍具片麻状构造, 且呈条带形, 表明该部位岩体就位过程中经历了变形作用, 侧向的挤压和升力造成剪切, 形成了片麻状构造和糜棱岩, 属中等深度被动就位, 浅剥蚀菜场子井超单元该单元分布于测区的西南部, 同时位于旧井复式岩体的南东端, 是该巨大复式岩基的一部分, 呈 NWW~SEE 向展布因此与新场超单元一起为旧井复式岩体的一部分进行研究是合理的该超单元可划分出 3 个单元, 即芨芨槽单元菜场子井北单元和四十里井西单元该超单元分布区地势平坦, 残积物较多其总面积超过 40 km 2 (1) 芨芨槽单元 (P 1 J) 该单元主侵入岩石为中粒黑云母二长花岗岩, 分布在菜场子井超单元的西南部, 岩体呈长透镜状 NE~SE 向展布 ; 东部出露良好, 中部及西部由于剥蚀浅, 岩体上部残留有大量前长城系变质岩西延到邻区板滩以北, 其规模可达小型岩基岩体长大于 13 km, 宽 3~4 km, 面积约 26 km 2 遥感影像上岩体细部影像不清晰, 多呈现白色块状体 ; 山岗细碎, 形成皮肤状丘疹花纹以及花岗岩类微水系影像该单元东端中部的浅灰 ~ 粉红色部分为次一级侵入体细粒黑云母二长花岗岩白色团块状影像则为其第 3 次级侵入体树枝状灰蓝色条带为植被覆盖的富水沟谷 ; 连续直线状暗色线条为充填暗色脉岩的断裂该单元次要侵入岩为细 ~ 中粒二云二长花岗岩, 分布在芨芨槽单元东段, 以脉动式侵入中粒二云二长花岗岩中沿接触面产出有宽 5~15 cm 的白云母和长石晶体组成的似伟晶岩带长石和白云母直径达 1~2 cm, 表明在细粒二云二长花岗岩脉动侵入时, 主体的中粒二云二长花岗岩尚末硬结, 岩浆中丰富挥发分物质在接触面处形成了似伟晶岩带 ; 当细粒二云二长花岗岩浆与已凝固的中粒二云二长花岗岩接触时, 则形成冷凝边地质特征 : 该单元侵入于前长城系鱼脊山群上高铝片岩中, 外接触带云母石英片岩的热接触变质作用角岩化较弱, 该岩体的接触界线呈不规则港湾状, 有中粒黑云母二长花岗岩的岩枝穿插于围岩中接触面外倾, 南侧倾角达 50 ~60, 北侧为 30 ~ 60, 个别地段仅 10 岩体顶部残存有大量鱼脊山岩群地层和辉长岩残留体 ; 该岩体内部围岩的捕虏体较少这些特征均表明, 该侵入单元属岩浆侵入花岗岩类岩体东段见两类岩石即灰白色中粒二长花岗岩和白色细 ~ 中粒二长花岗岩, 其具体范围有待进一步确定在岩体东部前人采获的钾氩法同位素年龄值为 259 Ma( 早二叠世末, 晚二叠世初 ; 海西晚期 ) 该单元整个岩体的断裂节理较少, 为优质建材, 因而在该岩体东端数公里范围内现有 4 个采石厂在施工这种花岗岩就裂隙少这一点而言, 十分有利于作为高放废物处置主岩不足之处, 该岩体宽度较小 ( 4 km), 在形态上若呈等轴列状则更好该岩体的剥蚀深度较小, 围岩老地层的顶垂体多见该单元岩体中的脉岩较发育, 主要为细粒花岗岩细晶岩伟晶岩辉绿岩等岩体内地貌为灰白色圆滑低矮山丘, 植被不发育, 岩石裸露地表, 风蚀残洞多见此外, 该岩体中沿构造破碎带的后期红色化明显, 宽度数十厘米至 2 m 不等经镜下鉴别, 基本由沿裂隙破碎带的次生褐铁矿化引起, 局部存在弱钾质交代, 其生成时间应早于褐铁矿化, 最可能属侵入岩生成后期的自交代成因这些构造破碎带若延伸至处置深度, 则对安全处置高放废物有不利影响无论何种蚀变作用, 均为水岩, 流体岩石反应的结果水岩或流体岩石反应是放射性核素迁移的动因之一该侵入单元中粒黑云母二长花岗岩的主要岩石学特征为 :1 外貌呈浅灰白色, 中细粒花岗结构, 块状构造, 无片理构造 ; 暗色矿物含量占 5%~6%;

5 3978 岩石力学与工程学报 2007 年 2 矿物组成 : 石英, 占 25%, 有时生成小聚斑, 具变余砂状结构 ; 斜长石与碱性长石的含量大致接近, 或斜长石略多余碱性长石斜长石为聚片双晶稠密少量为弱环带状构造的更长石,C Np =5 ~ 7,An 25 ~30; 碱性长石为微斜长石显微条纹长石 ; 与碱性长石接触的斜长石中蠕英石发育 ; 黑云母, 占 5%, 其中锆石包体丰富部分岩石中含少量白云母, 故前人划出二云母二长花岗岩种属 [12] 在岩石化学标准矿物 QAP 图解中,6 个投影点中有 2 个投影点落入花岗闪长岩范围内外, 其余 [13] 均落入二长花岗岩范围内 ; 在岩石化学 TAS 图解中, 该侵入单元 6 个投影点中, 除 1 个投影点落入花岗闪长岩范围内外, 其余均落入花岗岩范围内考虑到该岩石中斜长石和碱性长石实际矿物含量较接近, 现有岩石名称定为黑云母二长花岗岩是适宜的 (2) 菜场子井北单元 (P 1 C) 该单元分布在菜场子井超单元的中部, 呈一狭长的锐角三角形, 锐角朝向 NWW, 顺着 SEE 方向展布, 呈东宽西窄, 面积约 9 km 2 地质特征 : 该单元侵入于前长城系鱼脊山岩群, 与南部二长花岗岩 (P 1 J) 相距 500~1 500 m, 经物探证实两岩体深部亦不相连遥感影像上岩体呈浅粉色, 具花岗岩体细碎地貌, 微水系发育, 形成皮肤状花纹影像岩体具片麻状定向构造, 走向 105 ~ 120, 中间的小团块状黄白色中细粒二长花岗岩侵入于新场南花岗闪长岩体中, 侵入关系清楚岩体内倾, 北侧倾角 25, 南侧倾角 75 西部变窄处岩石片麻理极为发育, 达尖灭处则为破劈理岩体南部边缘带内析离体甚多, 可达 5%, 为楕圆状到浑圆状, 其尺寸大者 10 cm 30 cm, 小者 5 cm 10 cm, 排列方向为 120 该单元岩石特征 : 为灰白色, 局部呈浅肉红色, 具中细粒不等粒它形状结构, 块状构造及似片麻状构造组成矿物 : 碱性长石, 占 20%; 斜长石, 占 40%~45%; 石英, 占 28%~35%; 黑云母, 占 7%~9%; 含少量副矿物锆石磷灰石镜下鉴定结果为主体岩石为中粒花岗闪长岩碱性长石仅见有微斜长石, 呈它形粒状, 一般粒径为 1.61 mm 1.38 mm, 为中粒, 亦有细粒出现, 格子双晶清晰总体碱性长石含量较少且单一斜长石亦都为它形, 一般粒径为 0.92 mm 1.61 mm, 中粒, 部分为小于 1 mm 的细粒, 实为不等粒, 双晶很不发育, 偶见有简单接触的双晶和模糊不清的接触双晶, 但环带状构造较为普遍, 故多为中长石 (An 30 ~35) 斜长石稳定性较差, 常有一定程度的黏土化和星点状绢云母化蚀变石英呈它形粒状, 单晶粒径 0.74 mm 1.61 mm, 中粒, 但也有细粒, 不均匀分布, 常在延长方向上连晶, 形成断续的条带, 与斜长石相间产出 ( 微条痕构造 ) 暗色矿物为黑云母, 成叶片状它形片状, 大小一般为 0.16 mm 0.69 mm, 有连晶定向构成片理的趋势含少量普通角闪石副矿物简单, 仅见有微细锆石磷灰石被包含于黑云母之中, 但含量甚微由于锆石的放射性的辐射作用, 可形成变异的黑色晕圈, 故可见石英中有少量未被充填显微构造裂隙该单元岩石具有以下特征 :1 尽管通过化学分析及镜下鉴定, 定名为花岗闪长岩, 但它并不具有典型的花岗闪长岩结构, 而是不等粒它形粒状结构 2 岩石具微条痕构造片麻状构造, 显示原来老地层的某些痕迹, 表明均一化的岩浆作用不彻底这两点可作为划分本单元的部分依据就位机制 : 岩石具片麻状构造 ; 岩体延长方向与地层走向相同, 且与地层接触界线平直 ; 岩体接触带产状内倾, 陡立, 具同构造侵入体性质岩浆上升时受侧向挤压力, 使其向压力低的方向移动, 形成长条状岩体, 且边缘平滑, 上升和膨胀形成内倾岩体, 属强力就位岩石的中细粒结构表明就位于中浅部, 岩石普遍的片麻状构造说明就位后变形强烈, 剥蚀程度中等 (3) 四十里井西单元 (P1S) 该单元分布在菜场井超单元的北部, 即四十里井西 8 km 处总体呈透镜状, 近东西向展布, 断续延伸长约 10 km, 宽约 2 km, 面积约 6 km 2 岩体北侧侵入于前长城系鱼脊山群和晚志留世辉长岩中, 南侧侵入于晚志留世辉长岩中西部岩体中见有坨状大小不一呈捕虏体存在的辉长岩南部岩体中多有变质岩残留体, 岩体接触带外倾外接触围岩具混合岩化, 由于后期构造运动, 岩石破碎据区调旧井四十里井幅资料, 前人曾在鱼脊山南同期岩体中取二长花岗岩全岩年龄样品, 其 K-Ar 年龄值为 244 Ma 为此, 将该岩体划归为海西晚期下二叠世单元该单元的主体岩石为中细粒花岗闪长岩岩体边部见有少量红色细粒花岗岩分布, 两者为渐变过渡关系主体为白色, 部分为红色, 具中细粒结构, 块状构造主要矿物为微斜长石和微斜条纹长石, 它形粒状, 格子双晶清晰, 微斜条纹长石中钠质条纹粗而明显, 量少粒径为 0.5 mm 0.7 mm~2.7

6 第 26 卷增 2 金远新, 等. 甘肃北山预选区新场地段花岗岩类岩石特征研究 3979 mm 1.6 mm, 含量为 25%~26%; 斜长石以更长石为主, 见聚片双晶及简单双晶与聚片双晶的复合双晶, 部分双晶不发育而具简单环带结构, 为中长石 (An 30 ~35), 有微量早期蠕英石化, 含量为 35%~ 41%; 石英, 它形粒状嵌填在斜长石粒间, 有单晶也有聚晶, 含量为 25%~30%; 黑云母, 叶片状它形片状, 含量为 4%, 晶片尺寸为 0.16 mm 0.69 mm~1.04 mm 1.50 mm; 白云母, 叶片状板条状及集合体簇生, 含量为 4%~6%; 交代黑云母和斜长石, 富含电气石为其特征 ; 副矿物有磷灰石石榴石锆石等就位机制 : 从岩体呈长椭圆形和长带状与地层界线平滑岩体边界与地层走向一致地层有被胀开之势及岩体顶部残留有大量的地层和辉长岩看, 推测岩浆是在构造薄弱地带上移, 并随侧向压力流动形成长短轴相差悬殊的边缘平滑岩浆体, 就位于地壳中等深度地带并较快冷凝, 以强力就位为主后期剥蚀较浅, 中西段则刚露出地面, 就位后经受较轻微的变形 3.3 主要花岗岩副矿物特征机井沟单元 (O 1 J) 花岗闪长岩新场单元 (O 1 X) 二长花岗岩和芨芨槽单元二长花岗岩人工重砂岩样品副矿物组合的研究结果 ( 见表 1) 表明 :(1) 磁铁矿榍石的含量普遍较高 (>0.1 g/t), 这是同熔型或 I 型花岗岩的特征副矿物 (2) 菜场子井超单元芨芨槽单元 (P 1 J) 中粒黑云母二长花岗岩钛铁矿石榴子石锆石含量明显多于其它岩石, 究其原因, 是侵入单元中的上地壳物质数量比例稍高钛铁矿石榴子石和锆石在上地壳源岩中的含量一般多于亏损地幔或下地层源区, 其中石榴子石是上地壳源岩中的特征矿物 (3) 锆石的晶形及晶体长宽比如下 : 新场单元 (O 1 X) 二长花岗岩中锆石, 长宽比取 ~ ( 长柱状 ); 锆石晶形见图 1(a); 机井沟单元 (O 1 J) 块状中细粒花岗闪长岩中锆石, 长宽比取 ~ ; 锆石晶形见图 1(b); 菜场子井超单元芨芨槽单元 (P 1 J) 中粒二长花岗岩中锆石, 长宽比取 ~ ; 锆石晶形见图 1(c) 3.4 主要花岗岩类岩石化学特征新场超单元从新场超单元中机井沟单元 (O 1 J) 和新场单元 (O 1 X) 侵入单元岩石的常量元素化学分析结果可得出如下认识 : (1) SiO 2 含量 : 机井沟单元的均值为 69.45%, [14,15] 新场单元的均值为 74.13%, 与华南花岗岩的均值 72.05% 和中国平均花岗岩 ( 黎彤 ) 的均值 71.27% 相比, 该超单元二长花岗岩的 SiO 2 含量高于前两者, 而花岗闪长岩的 SiO 2 含量低于前两者 (2) Al 2 O 3 含量 : 机井沟单元的均值为 14.45%, 新场单元的均值为 12.88%, 与华南花岗岩的均值 13.72% 和中国花岗岩 ( 黎彤 ) 的均值 14.25% 相比, 差异较小 (3) Fe 2 O 3,FeO 含量分别为 : 机井沟单元的均值分别为 3.30% 和 2.06%, 新场单元的均值分别为 1.96% 和 1.15% Fe 2 O 3 /FeO 平值分别为 1.60 和 1.70, 与华南花岗岩 (Fe 2 O 3 的均值 0.98%,FeO 的均值 1.96%) 和中国平均花岗岩 ( 黎彤 )(Fe 2 O 3 的均值 1.62%, FeO 的均值 1.24%) 相比有较大差异 (4) MgO 含量 : 机井沟单元的均值为 1.24%, 新场单元的均值为 0.48%, 与华南花岗岩的均值 0.66% 和中国花岗岩 ( 黎彤 ) 的均值 1.62% 相比有一定差异 (5) CaO 含量 : 机井沟单元的均值为 2.71%, 新场单元的均值为 1.67%, 与华南花岗岩的均值 1.38% 和中国花岗岩 ( 黎彤 ) 的均值 0.80% 相比, 有较大差异 (6) Na 2 O,K 2 O 平均含量 : 机井沟单元的分别为 3.89% 和 3.07%; 新场单元的分别为 3.63% 和 3.93%, 与华南平均花岗岩的 3.22%,4.54% 和中国花岗岩表 1 花岗岩的副矿物含量分级 Table 1 Accessory mineral assemblage of granite 岩性机井沟单元花岗闪长岩新场单元二长花岗岩锆石榍石磷灰石黄铁矿金红石钍石锐钛矿电气石磁铁矿钛铁矿方铅矿石榴子石褐帘石独居石磷钇矿白钛石黄铜矿重晶石芨芨槽单元二长花岗岩注 :+~++++ 表示含量分级, 其中 :+ 表示几粒 ;++ 表示微量 ;+++ 表示少量 ;++++ 表示含量大于 0.1g/t

7 3980 岩石力学与工程学报 2007 年 (a) (b) (c) 图 1 花岗岩中锆石晶形示意图 Fig.1 Sketch of zircon from granite ( 黎彤 ) 的 4.03%,3.79% 相比, 差异较小菜场子井超单元菜场子井超单元各侵入单元岩石的常量元素化学特征如下 : (1) SiO 2 含量 : 芨芨槽单元二长花岗岩的均值为 74.08%, 四十里井西单元花岗闪长岩的均值为 68.9%, 菜场子井北单元花岗闪长岩的均值为 73.40% 与华南花岗岩的均值 72.05% 和中国花岗岩 ( 黎彤 ) 的均值 71.27% 相比, 四十里井西单元花岗闪长岩的 SiO 2 含量明显偏低, 其余两单元二长花岗岩和花岗闪长岩的 SiO 2 含量略高 (2) Al 2 O 3 含量 : 芨芨槽单元二长花岗岩的均值为 13.50%, 四十里井西单元花岗闪长岩的均值为 14.70%, 菜场子井北单元花岗闪长岩的均值为 13.40%, 与华南花岗岩的均值 13.72% 和中国 ( 黎彤 ) 花岗岩的均值 14.25% 相接近或略低 (3) Fe 2 O 3,FeO 含量 : 芨芨槽单元二长花岗岩的均值分别为 2.01% 和 1.42%; 四十里井西单元花岗闪长岩的均值分别为 3.24% 和 2.12%; 菜场子井北东单元花岗闪长岩的均值分别为 2.44% 和 1.68% 3 个单元的 Fe 2 O 3 /FeO 的均值依次为 1.42,1.53 和 1.45, 以三价铁占优势与华南花岗岩 Fe 2 O 3 的均值 0.98%,FeO 的均值 1.62%;Fe 2 O 3 /FeO 的均值 0.61, 中国 ( 黎彤 ) 花岗岩的均值 Fe 2 O 3 的 1.62%,FeO 的均值 1.24% 和 Fe 2 O 3 /FeO 的均值 1.31) 相比, 与后者的值相接近 (4) MgO 含量 : 芨芨槽单元的均值为 0.41%; 四十里井西单元的均值为 1.23%; 菜场子井北东单元的均值为 0.65% 与华南花岗岩的均值 0.66% 和中国花岗岩 ( 黎彤 ) 的均值 1.62% 相接近 (5) Na 2 O 含量 : 芨芨槽单元的均值为 3.62%; 四十里井西单元的均值为 4.06%; 菜场子井北东的均值为 3.72% 与华南花岗岩的均值 3.22% 相接近上述 3 个单元的均值分别为 3.89%,2.93% 和 3.33% 与中国花岗岩 ( 黎彤 ) 的均值 3.79% 相接近菜场子井超单元和新场超单元不同, 侵入单元岩石中常量元素的组合, 随 SiO 2 含量变化趋势具有如下特征 : (1) 除 SiO 2 -MnO 外, 其余常量组分与 SiO 2 含量显示较好的线性反消长关系, 由早 ~ 晚岩石的 SiO 2,K 2 O 含量逐渐增高 ; 由早 ~ 晚岩石的 Al 2 O 3, Fe 2 O 3,FeO,MgO,CaO,P 2 O 5,TiO 2,MnO 含量逐渐降低 (2) 在 K 2 O-SiO 2 图解中, 菜场子井超单元的样品点大多落入高钾钙碱性系列花岗岩类范围内, 高钾钙碱性花岗岩类主要为造山带晚期的演化产物 (3) 新场超单元和菜场子井超单元 ASI 值分别为 0.96~0.99 和 0.97~1.12 其岩石化学成分属偏铝质高钾钙碱性系列, 具同熔型或 I 型花岗岩的特征 4 结论通过野外地质勘察和室内研究, 新场地段主要花岗岩单元具有如下特征 : (1) 该地段花岗岩主要是花岗质岩浆侵入结晶的产物 :1 围岩产生不同程度的热接触变质作用 ;2 不同侵入单元花岗岩类岩石之间相互呈突变接触穿插, 早阶段侵入岩常成为晚阶段侵入岩的包裹体捕虏体, 晚阶段侵入岩可呈脉状穿插早阶段侵入岩中 ;3 岩浆流动构造 : 岩石中暗色矿物 ( 角闪石黑云母 ) 和围岩捕虏体, 呈线状流动态半定向排列新场杂岩体边部广泛发育混合岩化 (2) 各侵入单元岩石成分主要为二长花岗岩, 其次为花岗闪长岩, 少量为石英闪长岩石英二长闪长岩等广泛产出角闪石磁铁矿榍石等多见于同熔型 I 型花岗岩类中的特征矿物 ; 少部分花岗闪长岩中出现白云母石榴子石等上地壳特征矿物 (3) 各侵入单元岩石化学成分特征 : 新场超单元和菜场子井超单元的 ASI 值分别为 0.96~0.99 和 0.97~1.12 其岩石化学成分属偏铝质高钾钙碱性系列, 具同熔型或 I 型花岗岩的特征花岗岩类

8 第 26 卷增 2 金远新, 等. 甘肃北山预选区新场地段花岗岩类岩石特征研究 3981 的常量化学成分, 属高钾钙碱性系列花岗岩类, 主要为造山带晚期的演化产物 (4) 新场地段花岗岩体断裂构造不发育, 岩体完整性较好, 是高放废物处置库较适宜的预选地段参考文献 (References): Mechanics and Engineering,2006,25(4): [7] 王驹, 徐国庆, 金远新, 等. 甘肃北山区域地壳稳定性研究 [M]. 北京 : 地质出版社,2000.(WANG Ju,XU Guoqing,JIN Yuanxin, et al. Study on the crust stability of Beishan area,gansu Province, China[M]. Beijing:Geological Publishing House,2000.(in Chinese)) [8] 殷国平, 王志恒, 沈秉恺. 旧井幅四十里井幅区域地质调查报告 [R]. 兰州 : 甘肃省地质矿产局,1990.(YIN Guoping,WANG [1] 金远新, 王文广, 陈璋如. 中国高放废物处置库围岩岩石类型的选择 [M]. 北京 : 中国核工业音像出版社,2001.(JIN Yuanxin,WANG Wenguang,CHEN Zhangru. Selection of the host rock for China s high level radioactive waste repository[m]. Beijing:China Nuclear Industry Audio and Visual Publishing House,2001.(in Chinese)) [2] 郭永海, 王驹, 金远新. 世界高放废物地质处置库选址研究概况及国内进展 [J]. 地学前缘,2001,(2): (GUO Yonghai, WANG Ju,JIN Yuanxin. The general situation of geological disposal repository siting in the world and research progress[j]. Earth Science Frontiers,2001,(2): (in Chinese)) [3] 王驹, 陈伟明, 苏锐, 等. 高放废物地质处置及其若干关键科学问题 [J]. 岩石力学与工程学报,2006,25(4): (WANG Ju,CHEN Weiming,SU Rui,et al. Geological disposal of high-level radioactive waste and its key scientific issues[j]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2006, 25(4) : (in Chinese)) [4] 王驹, 徐国庆, 金远新. 论高放废物地质处置围岩 [J]. 世界核地质科学,2006,(4): (WANG Ju,XU Guoqing,JIN Yuanxin. On the host rock for the geological repositories of high level radioactive waste[j]. World Nuclear Geoscience,2006,(4): (in Chinese)) [5] 金远新, 王文广, 陈璋如. 中国高放废物处置库围岩岩石类型的选择 [C]// 中国高放废物地质处置十年进展. 北京 : 原子能出版社, 2004:62 73.(JIN Yuanxin,WANG Wenguang,CHEN Zhangru. Selection of the host rock for China s high level radioactive waste repository[c]// Geological Disposal on High Level Radioactive Waste in China:Progress in the Last Decade. Beijing:Atomic Energy Press, 2004:62 73.(in Chinese)) [6] WANG J,SU R,CHEN W M,et al. Deep geological disposal of high-level radioactive wastes in China[J]. Chinese Journal of Rock Zhiheng,SHEN Bingkai. Geological survey of Jiujing and Sishilijing sections[r]. Lanzhou:Bureau of Geology and Mineral Resources of Gansu Province,1990.(in Chinese)) [9] 侯云生, 王志恒, 沈秉恺. 红柳疙瘩井幅区域地质调查说明书 [R]. 兰州 : 甘肃省地质矿产局,1992.(HOU Yunsheng,WANG Zhiheng, SHEN Bingkai. Geological survey of Hongliugedajing dection[r]. Lanzhou: Bureau of Geology and Mineral Resources of Gansu Province,1992.(in Chinese)) [10] 殷国平, 王志恒, 汤光中. 架子井幅新场幅区域地质调查报告 [R]. 兰州 : 甘肃省地质矿产局,1991.(YIN Guoping,WANG Zhiheng, TANG Guangzhong. Geological survey of Jiazhijing and Xinchang sections[r]. Lanzhou:Bureau of Geology and Mineral Resources of Gansu Province,1991.(in Chinese)) [11] 甘肃省地质矿产局. 甘肃省岩石地层 [M]. 武汉 : 中国地质大学出版社,1997.(Bureau of Geology and Mineral Resources of Gansu Province. Rock and stratum of Gansu Province[M]. Wuhan:China University of Geosciences Press,1997.(in Chinese)) [12] LE MAITRE R W,BATEMAN P,DUDEK A,et al. A classification of igneous rocks and glossary of terms[m]. Oxford:Blackwell Scientific Publications,1989. [13] MIDDLEMOST E A K. Naming materials in the magma/igneous rock system[j]. Earth Sci. Rev.,1994,37(2): [14] 南京大学地质系. 华南不同时代花岗岩类及其与成矿关系 [M]. 北京 : 科学出版社,1981.(Department of Geology,Nanjing University. Granitoids with different ages and their relations to metallization in South China[M]. Beijing:Science Press,1981.(in Chinese)) [15] 张祖还, 章邦同. 华南产铀花岗岩及有关铀矿床研究 [M]. 北京 : 原子能出版社,1991.(ZHANG Zuhai,ZHANG Bangtong. On the uranium-bearing granites and their related uranium deposits in South China[M]. Beijing:Atomic Energy Press,1991.(in Chinese))