桐柏山—大別山地區中生代花崗巖地球化學特征

顏代蓉，汪國虎，譚 超，萬 能，葉 琴

(湖北省地質調查院，湖北武漢 430034)

桐柏山—大別山地區中生代花崗巖地球化學特征

顏代蓉，汪國虎，譚 超，萬 能，葉 琴

(湖北省地質調查院，湖北武漢 430034)

桐柏山—大別山造山帶是秦嶺造山系的東延部分，其巖漿、構造等地質條件與東秦嶺鉬成礦帶的地質條件十分接近，帶內主要發育受北西向和北東向斷裂控制的中生代中酸性花崗巖，且具高的SiO2和高K2O含量，K2O/Na2O＞1，(K2O+Na2O)＞8等特點，屬I型和S型 (同熔型)巖石類型。∑REE較高，δEu值平均0.87，顯示微弱的 Eu異常，δCe值平均0.95，顯示弱的 Ce異常;LREE/HREE比值平均16.30，說明輕稀土較為富集;(La/Yb)N平均34.43，說明輕重稀土分餾程度較高，顯示深源花崗巖特征。桐柏山—大別山造山帶構造體制上經歷了從古生代擠壓為主、EW向構造格局向中生代早期的NNE向伸展為主構造格局的轉變。巖石圈減薄拆沉，下地殼則增厚并發生重熔，形成S型或I型花崗巖，并具備形成鉬礦的地球化學條件。

桐柏山—大別山造山帶;中生代花崗巖;巖石地球化學特征

0 引言

桐柏山—大別山造山帶為東秦嶺造山系的東延部分，區內地質構造演化復雜，巖漿活動頻繁，不同時期均有不同程度的巖漿活動。其中，燕山期花崗巖在區內發育最為廣泛，現已查明燕山期中酸性花崗巖體與鉬等多金屬礦化關系較密切，并在陜西、河南、安徽等省相繼發現了多處大型、超大型與中生代花崗巖有關的鉬礦，在鄂北地區也發現了礦化程度較高的鉬礦化點。結合鄂北地區的地質、構造條件，認為桐柏山—大別山(鄂北地區)具有尋找斑巖型鉬礦的潛力。

1 區域地質背景

桐柏山—大別山造山帶位于華北地塊與揚子地塊交接帶，屬秦嶺褶皺系南東的延伸部分。確山—合肥斷裂帶控制造山帶的北部邊界，襄樊—廣濟斷裂帶控制造山帶的南部邊界，北西向的桐柏—商城斷裂帶及新黃斷裂帶與北東向的斷裂控制著桐柏山—大別山造山帶各期巖漿巖的展布。以北西向為主的深大斷裂及與之配套的北東向斷裂構成桐柏山—大別山造山帶地質構造的基本格架(圖1)。區內地層主要為晚太古代—早元古代大別山群、新元古代武當群和中生代地層。區內巖漿巖分布廣泛，燕山早期，超基性、基性、中性及酸性巖均有產出，主要分布于桐柏—商城斷裂帶以南及新黃斷裂帶以北。燕山晚期巖漿巖活動最為強烈，巖漿巖主要為淺成、超淺成侵入巖，巖體的分布與構造格架相吻合:北西西向深大斷裂控制著巖漿巖帶。

2 中生代巖體地質特征

2.1 巖體產狀、規模、形態及接觸關系

中生代侵入巖多具近圓形、同心環帶狀產出特征。小巖體多以巖株為主，少數為巖墻、巖滴、巖脈，平面形態一般近等軸狀、橢圓形，有的為不規則狀、紡錘狀和長條狀，也有為筒狀，上大下小的漏斗狀等。目前已查明與礦化有關巖體的規模都不大，多在1～0.5 km2以下。巖體具分枝、復合現象，與圍巖接觸面多不規則，以巖枝、巖脈伸入圍巖。巖體(筒)多陡傾斜或直立，與圍巖界限清楚［1］。

2.2 巖石類型

小巖體主要為二長花崗巖及少數花崗斑巖、二長花崗斑巖、石英斑巖、二長閃長巖等，多構成從中性至酸性的雜巖體。中性或中酸性巖體最先侵入，接著是花崗閃長斑巖及花崗斑巖，最晚侵入的是石英斑巖及細粒花崗斑巖脈。同一雜巖體內，中性及中酸性巖類多分布巖體四周，成環狀;酸性巖則多居巖體中部，表現出巖漿活動的多旋回性和從中性→中酸性→酸性的巖漿演化序列。其中與成礦關系最為密切的是淺色細—中粒花崗巖、花崗斑巖。

圖1 秦嶺—大別山東段地質構造略圖??王建新等，1∶5萬片區總結，湖北省地質調查院，2001。Fig.1 Geological and tectonic sketch map of eastern part of Qinling-Dabie Orogen

3 巖體化學特征

3.1 主量元素化學特征

桐柏—大別地區中生代侵入巖的TAS投圖，多數樣品落入石英二長巖和花崗巖區域(圖2)，部分樣品落入花崗閃長巖和正長巖區域內。區內巖石均具高的SiO2(62.6% ～72.04%)和高 K2O(3.43% ～8.35%)含量(表1)，除個別樣品的Na2O含量較高外(4.66% ～6.08%)，多數樣品 Na2O 在 0.73% ～3.98% 之間，K2O+Na2O 在5.6～12.15之間，多數樣品的(K2O+Na2O)＞8，多數樣品 K2O/Na2O ＞1(1.1 ～9.4)，里特曼指數＜3.3。在SiO2-K2O關系圖中樣品多落入高鉀鈣堿性巖區(圖3)。氧化指數 OX為0.22～0.71，說明氧化程度較高，反映淺成的特征。多數樣品的A/CNK＜1.1，具I型花崗巖特征。在 A/CNK-A/NK圖(圖4)中，巖石處于準鋁質和過鋁質邊界附近，屬于弱過鋁質。在花崗巖類型判別圖中(圖5)，投點主要落入I/S型造山花崗巖區，有個別樣品落入分異花崗巖區。在K2O-Na2O圖上，巖體K2O/Na2O值大多落于I型花崗巖區(圖6)，并在圖上大致呈負線性趨勢，K2O含量逐漸增加，Na2O含量逐漸減少。

綜上所述，區內侵入巖具明顯偏酸、富堿、低鈉的特點，與中國(黎彤，1962)和世界(Nockolds，S.R.，1954)同類巖石的平均成分相比，具有高硅、富堿、貧鎂、缺鈣和鉀大于鈉等顯著特征。

圖2 花崗質巖石的TAS分類圖解(Middlemost，1994)Fig.2 TAS classification of granitoid rock

圖3 桐柏—大別地區中生代花崗巖SiO2-K2O圖(Rollinson，1993)Fig.3 K2O-SiO2diagram for Mesozoic granitoids from Tongbo-Dabie Orogen

圖4 桐柏—大別地區中生代花崗巖A/CNK-A/NK圖解Fig.4 A/CNK versus A/CK diagram for Mesozoic granitoids from Tongbo-Dabie Orogen

圖5 花崗巖類型判別圖Fig.5 Discriminant diagram of granitoid rock

東秦嶺鉬成礦帶的鉬礦成礦巖體具有富硅(SiO2平均為74.6%)、富堿(K2O+Na2O 平均為8.7%)，高鉀(K2O/Na2O 平均為 1.4)貧鐵(FeO=1.0%)、鈦(0.3%)、鎂(MgO=0.2%)和鈣(CaO=0.7%)的地球化學特征，研究認為東秦嶺鉬礦成礦巖體的物質來源于下地殼(魏慶國，2009)。與我省緊鄰的河南湯家坪斑巖 SiO2為72.94% ～77.9%，屬硅過飽和。Al2O3含量變化大，多在12%左右。里特曼指數為1.44～3.03，為鈣堿性系列。A/CNK 介于0.95 ～1.2 之間，多數 ＜1.1，為弱過鋁質。(Na2O+K2O)為7.9% ～9.66%，K2O/Na2O為1.21～2.12，整體屬高鉀鈣堿性系列。研究區中生代的中酸性巖體化學特征與東秦嶺鉬礦帶的含礦斑巖體的化學特征一致，巖體的物質來源可能與東秦嶺地區鉬礦巖體一致。

圖6 桐柏—大別地區中生代花崗巖K2O-Na2O圖解Fig.6 K2O-Na2O diagram for Mesozoic granitoids from Tongbo-Dabie Orogen

3.2 稀土元素化學特征

對研究區內中生代侵入巖做稀土元素地球化學分析，并與大別山北麓最大的斑巖型鉬礦——湯家坪鉬礦花崗斑巖體的稀土元素化學特征進行對比(表2):研究區內中生代侵入巖的∑REE較高變化范圍在83.5～327.2 μg/g之間，平均 154.45 μg/g，LREE 為 83.3 ～312 μg/g，而湯家坪巖體的∑REE變化范圍在97.73～261.05 μg/g 之間，LREE 為 92.93 ～ 261.05 μg/g。研究區侵入巖的 δEu 值 0.75 ～0.91，平均 0.87，顯示弱的 Eu 異常，δCe值 0.92 ～1.06，平均 0.95，顯示弱的Ce異常;湯家坪巖體的 δEu值0.46 ～0.59，顯示明顯的 Eu負異常，δCe值0.98～1.10，顯示弱的 Ce異常。研究區侵入巖 LREE/HREE比值在4.68～23.55之間，平均16.30，說明輕稀土較為富集;(La/Yb)N在4.77 ～55.57，平均 34.43，說明輕重稀土分餾程度較高，具深源花崗巖特征。湯家坪巖體的LREE/HREE比值在17.29～21.32之間，說明輕稀土較重稀土富集，(La/Yb)N在 20.27 ～23.52說明輕重稀土分餾程度也較高(圖7)。區內侵入巖與湯家坪花崗斑巖體相比銪的負異常并不明顯，說明區內的巖漿分異程度不如湯家坪巖體的高，區內巖漿演化過程中，斜長石的分離結晶程度不如湯家坪的高，但是同樣較高的(La/Yb)N值，說明研究區內的侵入巖體與湯家坪巖體均形成于地殼較厚的時期，具有相同的地質背景。

圖7 桐柏—大別地區中生代花崗巖稀土元素球粒隕石標準化圖解Fig.7 Chondrite-normalized REE pattern for Mesozoic granitoids from Tongbo-Dabie Orogen

桐柏山—大別山地區中生代花崗巖從圖5、圖6的投圖結果又可初步分為I型和S型花崗巖。I型花崗巖是由地殼物質熔融后上侵而成;S型花崗巖則是由地殼重熔—交代作用改造而成。雖然這兩種類型花崗巖的REE模式都表現為曲線右傾且較平滑，但在總體上仍有一定區別:S型的∑REE和LREE/HREE值都高于I型，前者的Eu虧損程度也明顯高于后者;I型花崗巖在某種程度上接近M型(地幔基性巖漿分異而成，曲線較為平坦)。究其原因，可能與其產生的地質背景密切相關:來源于地殼下部(28～32 km)的I型花崗巖漿，深度上接近M面，由于中國南北古板塊的拼合作用［2］，使這些花崗質巖漿有可能混入了地幔巖組份;另一方面，由于它的淺成作用(3 km左右)，強烈的氧化環境，引起Eu呈Eu3+狀態存在，不與其它REE發生分餾，這也是I型花崗巖基本上不顯示Eu異常的原因之一;S型花崗巖來源于地殼淺部(8～12 km)，由殼源的物質重熔交代而成，因而保持了強烈的源巖繼承性特征。它們的源巖物質大多為前寒武紀的中基性火山巖和太古代變質巖，所以具有輕微的 Eu 虧損［3］。

表1 桐柏—大別地區中生代侵入巖化學主量分析結果Table 1 Major(wt%)element analyses for Mesozoic granitoids in Tongbo-Dabie Orogen

4 地球動力學背景

東秦嶺—大別地區大規模巖漿活動主要發生在中侏羅紀—早白堊紀之間，成巖成礦年齡集中于160～110 Ma(圖8)，自西向東略顯逐漸變新的趨勢［4］。毛景文等［5］提出華北克拉通及其鄰區的中生代金屬礦床大規模成礦作用出現在200～160 Ma、140 Ma左右和130～110 Ma3個時期。李永峰［6］(2005)通過對中生代地球動力學演化的分析研究，認為這三大成礦期所對應的地球動力學背景應分別為華北板塊與揚子板塊的碰撞造山后陸內造山和伸展過程、南北主應力場向東西主應力場構造體制大轉折和東西向巖石圈大規模減薄作用。桐柏—大別地區的鉬礦主要形成于第三個時期，桐柏山—大別山造山帶作為秦嶺造山帶大規模成礦作用的組成部分，其區域應力場也應處于伸展環境。

表2 桐柏—大別地區中生代侵入巖稀土元素分析結果Table 2 Trance element(10－6)analyses for Mesozoic granitoids in Tongbo-Dabie Orogen

圖8 秦嶺—大別地區鉬礦床分布略圖［4，7，8］Fig.8 Schematic map showing the tectonics and distribution of molybdenum deposits in East Qinling-Dabie area

揚子克拉通與華北克拉通在238～218 Ma之間實現碰撞對接［9］到碰撞造山作用期間，擠壓與伸展作用交替出現。受特提斯構造域和太平洋構造域構造動力此弱彼強的影響，整個中國大陸中東部的區域構造體制發生轉換［10］，從印支期以近 EW 向構造為主、NNE—近NS向構造為次進入以NNE—近NS向構造為主、近NW向構造為次的構造—動力體制大轉換的時期，構造體制上經歷了從古生代 EW向構造格局轉變到中生代早期的NNE向構造格局，由擠壓為主到伸展為主的構造體制轉變。桐柏—大別地區由于大洋板塊的俯沖作用和深切至地幔的郯廬斷裂的左行走滑運動使地幔對流平衡和巖石圈狀態平衡遭到破壞，巖石圈不同程度減薄，發生的巖石圈拆沉作用，幔源巖漿與地殼重熔的巖漿混合形成花崗質巖漿，最終形成同熔型或I型花崗巖。

5 結論

通過對桐柏—大別地區中生代花崗巖進行巖石地球化學研究得到以下認識:

(1)桐柏山—大別山地區中生代花崗巖區內巖石均具高的 SiO2(62.6% ～72.04%)和高 K2O(3.43% ～8.35%)含量，K2O/Na2O ＞1(1.1 ～9.4)，富堿(K2O+Na2O)＞8的地球化學特征。

(2)桐柏—大別地區中生代侵入巖稀土元素具∑REE 較高，變化范圍在 83.5 ～327.2 μg/g之間，平均154.45 μg/g，δEu 值 0.75 ～ 0.91，平均 0.87，δCe 值0.92 ～1.06，平均 0.95;LREE/HREE 比值在 4.68 ～23.55 之間，平均 16.30;(La/Yb)N在 4.77 ～55.57，平均34.43，具深源花崗巖特征。

(3)桐柏山—大別山地區中生代侵入巖多為花崗巖和石英二長巖，屬深源淺成型弱鋁質鈣堿性巖石。

(4)桐柏山—大別山地區中生代花崗巖為中生代華南與華北古板塊碰撞造山的產物，屬碰撞型(I型)或陸殼重熔型(S型)花崗巖類。

(5)桐柏山—大別山地區中生代花崗巖的巖石化學特征與東秦嶺地區超大型鉬礦成礦母巖的化學性質十分接近，成巖成礦物質來源基本一致，具有形成鉬礦的巖石化學條件。

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(責任編輯:于繼紅)

Geochemistry of Mesozoic Granite in Tongbo-Dabie Mountains

YAN Dairong，WANG Guohu，TAN Chao，WAN Neng，YE Qin
(Hubei Institute of Geological Survey，Wuhan，Hubei430034)

Tongbo-Dabie Orogen lie in east of Qinling Mountains，the two mountains have same geologic conditoion，high SiO2and high K2O contents，while mesozoic magmagranite is controlled by orientation fractures.The main types of grainite with high content of SiO2＆ K2O belong to I and S type rock.REE patterns without obvious Eu and Ce anomalies and the Total REE have large change.LREE/HREE have large ratio，indicate LREE and HREE existing high degree fraction.Tongbo-Dabie Orogen experience the transforming stage of compression to extension in Mesozoic-Cenozoic period.The change of fabric configuration leads to the lithospheric thinning and lower crust melting.The thickening lower crust at the south edge of the North China plate was subjected to partial melting and generated granitic magma，then invading formed the types of I and S granites.

Tongbo-Dabie Orogen;Mesozoic granite;lithochemistry

P588.12+1;P584

A

1671－1211(2012)04－0325－06

2011－09－28;改回日期:2011－10－24

顏代蓉 (1976－)，女，工程師，礦床學專業，從事礦床研究工作。E－mail:dryan919@tom.com