湘西黔陽地區(qū)輝長輝綠巖礦物學(xué)和地球化學(xué)特征

李 帥，陳維利，李沐春，曾文輝，黃德祥，袁銘君

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四一三隊，湖南 常德 415000）

湘西黔陽地區(qū)新元古代板溪群中發(fā)育一條走向為北東向的基性/超基性巖墻帶，該巖帶對研究揚子陸塊南緣新元古代大地構(gòu)造演化過程、堿性巖漿作用提供了重要的信息載體。許多學(xué)者對該區(qū)內(nèi)的基性/超基性巖墻帶進(jìn)行了巖石學(xué)、礦物學(xué)、地球化學(xué)及年代學(xué)研究（賀安生，1995；周金城等，2008；王艷楠等，2014），然而由于堿性巖漿源的多解性導(dǎo)致對該套堿性巖漿巖的成因尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為其形成于板內(nèi)裂谷環(huán)境（Zhou et al.，2007；王劍等，2003），少部分學(xué)者認(rèn)為它們形成于弧后拉張環(huán)境（Zhao et al.，2011），還有學(xué)者認(rèn)為它們的形成與地幔柱有關(guān)（張春紅等，2009）。

本文將通過對區(qū)內(nèi)基性巖的學(xué)和巖石化學(xué)特征進(jìn)行研究，初步探討該基性巖巖石成因。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

湘西黔陽地區(qū)位于江南造山帶西南段的雪峰弧形構(gòu)造帶中段，出露地層主要有新元古界板溪群、南華系-震旦系，早古生界寒武-志留系、及中生界白堊系等。其中板溪群-南華系為裂谷盆地火山-碎屑沉積，震旦系-志留系為被動大陸邊緣盆地陸源碎屑沉積，白堊系為紅色陸相斷陷盆地碎屑沉積。

該區(qū)自早至晚經(jīng)歷了武陵、加里東、印支及燕山等多次構(gòu)造旋回，先后造就了板溪群與冷家溪群、晚古生界與志留系、白堊系與侏羅系之間的角度不整合接觸。區(qū)域構(gòu)造主要為北東向斷裂，規(guī)模較大的斷裂主要有溆浦-靖州斷裂、懷化-沅陵斷裂及通道-安化斷裂等。

該區(qū)內(nèi)巖漿活動發(fā)育，主要有橄欖巖、輝長輝綠巖、輝綠巖、正長巖、角礫狀玄武巖、云斜煌斑巖、閃斜煌斑巖及黑云母二長花崗巖等。其中輝長輝綠巖、輝綠巖主要出露于安江-黃獅洞-隘口一帶，呈NE向條帶狀侵入于板溪群中，長達(dá)25km，大塘界一帶最寬達(dá)2.1km。本次研究的5件輝長輝綠巖樣品采集于湖南省懷化市黔陽縣大塘界村鉆孔ZK02中。

2 礦物學(xué)特征

巖石呈灰綠色，具輝長輝綠結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石主要造巖礦物為斜長石和普通輝石（圖1）。其中斜長石呈自形-半自形板條狀，粒徑一般為0.1mm～0.5mm，單偏光下無色透明，正低突起，正交光下一級灰白干涉色，雙晶帶較寬，Np′與（010）夾角30°左右。

普通輝石以半自形為主，粒徑一般為0.05mm～0.2mm，單偏光下淡褐色，無多色性，正突起較高；正交光下二級干涉色，C∧Ng消光角大于30°。

巖石重砂礦物組合為普通輝石、金紅石、銳鈦礦、綠簾石、重晶石、黃鐵礦、磷灰石、鋯石、辰砂、板鈦礦、碳硅石等。

表1 黔陽地區(qū)輝長輝綠巖主量元素（wB/%）分析結(jié)果表

表2 黔陽地區(qū)輝長輝綠巖微量元素（wB/10-6）分析結(jié)果表

圖1 輝長輝綠巖顯微特征（樣號ZK02b3）Px-輝石，Pl-斜長石

3 地球化學(xué)特征

3.1 主量元素特征

該區(qū)輝長輝綠巖主量元素分析結(jié)果見表1。其中SiO2含量為44.09%～50.57%，平均為47.06%，Al2O3含量為12.45%～15.35%，平均13.61%；MgO含 量為 6.66%～13.63%，Mg#為 56.8～67.4。Na2O 含量為2.46%～4.27%，平均為3.33%，K2O含量為0.07%～1.31%，平均為0.50%，Na2O+K2O含量為2.53%～5.16%，里特曼指數(shù)為δ=3.61，Na2O＞K2O，為鈉質(zhì)堿性火山巖。在TSK分類圖解中（Middlemost，1994）落入橄欖輝長巖、副長輝長巖及堿性輝長巖范圍內(nèi)。

3.2 稀土及微量元素特征

該區(qū)輝長輝綠巖的微量及稀土元素分析結(jié)果見表2，從表2中得知該區(qū)輝長輝綠巖∑REE在136.96～227.81×10-6，∑LREE范圍為102.96～165.89×10-6，∑HREE范圍為34～61.92×10-6。∑LREE/∑HREE為2.68～3.23，LaN/YbN為6.48～9.68，δEu為0.69～1.10，說明原始巖漿成分演化過程中分餾程度不高，個別樣品中存在Eu負(fù)異常，可能與巖漿演化過程中存在斜長石的分離結(jié)晶作用有關(guān)。總體呈現(xiàn)出稀土總量較高、輕稀土富集和重稀土虧損，稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分配曲線具右傾特征（圖2.a），與典型的板內(nèi)玄武巖稀土元素地球化學(xué)特征基本一致。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（圖2.b）中，各樣品均表現(xiàn)為富集強(qiáng)不相容元素Rb、Ba、Th，而明顯虧損K、U、Sr、Zr的特點。其中K的虧損可能與巖漿源區(qū)存在富鉀角閃石的殘留有關(guān)，Sr的虧損可能暗示該巖漿巖在上升過程中受到了一定程度的地殼物質(zhì)混染。

圖2 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布圖（a）及微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（b）（標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)參考文獻(xiàn)[7]）

圖3 黔陽地區(qū)輝長輝綠巖Zr-Nb（a）和Zr-Y（b）判別圖解（底圖據(jù)參考文獻(xiàn)[8]）

圖4 黔陽地區(qū)輝長輝綠巖Zr-Zr/Y圖解（底圖據(jù)參考文獻(xiàn)[9]）

4 巖石成因討論

從表1中得知，該區(qū)輝長輝綠巖中隨著MgO含量逐漸增高，Na2O和K2O含量逐漸降低，顯示出較明顯的負(fù)相關(guān)性，表明巖漿演化過程中經(jīng)歷了明顯的分離結(jié)晶作用。前人通過研究，認(rèn)為K2O/TiO2、K2O/P2O5比值可以用來判斷在巖漿演化過程中是否受地殼物質(zhì)參與。

該區(qū)輝長輝綠巖K2O/TiO2、K2O/P2O5比值與MgO呈負(fù)相關(guān)，表明該區(qū)輝長輝綠巖演化過程中有地殼物質(zhì)的參加。

從稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化分配曲線圖及微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上看，該區(qū)輝長輝綠巖總體上富集輕稀土元素（LREE），富集大離子親石組元素Rb、Ba、Th，略虧損高場強(qiáng)元素Zr、Ti、Y，顯示出與OIB型玄武巖非常相似的配分模式。

微量元素Zr-Nb、Zr-Y圖解（圖3）中，大多數(shù)樣品分布在富集型地幔區(qū)內(nèi)及附近，可能暗示了該輝長輝綠巖來自于富集型地幔；微量元素Zr-Zr/Y的圖解（圖4）中，5個樣品均位于板內(nèi)玄武巖區(qū)內(nèi)及附近，顯示該輝長輝綠巖形成于板內(nèi)環(huán)境。

上述特征綜合表明，湘西黔陽地區(qū)輝長輝綠巖墻的母巖漿應(yīng)該是在板內(nèi)大規(guī)模伸展環(huán)境下，來自富集的巖石圈地幔發(fā)生熔融，形成輝長輝綠巖漿并向上侵位而成。