造山后與后造山花崗巖類的高場強元素特征及原因淺析

姜 珊， 武文治（.長安大學 地球科學與資源學院，西安 70000; .金誠信礦業管理股份有限公司，北京 0500）

造山后與后造山花崗巖類的高場強元素特征及原因淺析

姜 珊1， 武文治2
（1.長安大學 地球科學與資源學院，西安 710000; 2.金誠信礦業管理股份有限公司，北京 101500）

造山后與后造山構造階段是碰撞造山的后續階段。大別造后山與后造山花崗巖類為晚侏羅世—早白堊世巖漿活動的產物，其巖性以高鉀鈣堿性系列為特征，高場強元素較地殼而言相對虧損，較造山后相對富集；造山后花崗巖類巖性以堿性—鈣堿性系列、準鋁質為特征，高場強元素較后造山類花崗巖類相對虧損。后造山與造山后花崗巖類高場強元素的差異與流體中鹵族元素的還原性與氧化性、巖漿源區以及礦物相有密切的關系。

造山后；后造山；花崗巖類；高場強元素

0 引言

自上個世紀八十年代以來，眾多學者對造山帶及造山運動進行了研究，并對造山帶及造山運動的構造格架、構造單元、其所處的構造環境和其巖漿組合以及碰撞后及其后續階段所形成巖石的地球化學特征做出了較為全面闡述。但是研究對碰撞后的構造階段（尤其是后造山與造山后）的劃分均未達成統一的認識，也未對其高場強元素特征進行系統的總結。筆者通過對諸多文獻的閱讀并結合數據分析與總結，以大別造山帶花崗巖類為例，對造山后與后造山花崗巖類的地球化學特征，尤其是高場強元素Nb、Ta、Zr、Hf的特征做出系統的歸納整理，對其所出現差異的原因做出簡要分析，對花崗巖類構造環境的研究以及造山后期階段的演化具有重要意義。

1 關于后造山與造山后

在近二十年的研究中，各專家學者對于造山的構造階段有不同的認識。造山運動的結束通常以伸展構造的發育為標志。本文研究的構造階段是在陸—陸碰撞完成之后很快就開始的后造山與造山后階段。后造山為陸—陸碰撞后階段，此時地殼處于隆升—走滑環境，巖漿組合以高鉀鈣堿性—鉀玄巖系列演講為主，晚期可分異形成少量堿性花崗巖。碰撞后，構造活動逐漸減弱，轉為板內造山后階段，此時地殼發生伸展塌陷、拆沉等作用，地幔物質上涌，造山后巖漿組合以鈣堿性—堿性的準鋁質巖漿為主，少量為基性[1]。

2 大別造山后與后造山花崗巖類

在我國，秦嶺—大別—蘇魯造山帶為華北與華南陸塊三疊紀俯沖-碰撞造山帶，大別造山帶為其中段。大別造山帶西起河南桐柏山，東側到郊城—廬江斷裂帶。大別造山帶的造山后與后造山火成巖類主要在燕山期形成，該期巖體約占基巖出露面積的三分之一，形成時代大致為中侏羅世—晚白堊世，但絕大多數酸性侵入巖類形成于晚侏羅世—早白堊世[2]。本文著重研究的是后造山與造山后花崗巖類，因此現只關注大別造山帶的后造山與造山后構造階段的花崗巖類。

2.1 大別后造山花崗巖類

后造山花崗巖類形成于碰撞造山后的地殼隆升—走滑環境，主要以高鉀鈣堿性花崗巖類為主。花崗巖類型多樣，以I型為主，A型和S型花也較常見，與后碰撞花崗巖類同期甚至可以出現鎂鐵—超鎂鐵質巖石，顯示出后碰撞深成巖漿作用的多樣性和復雜性。

20多年的研究資料表明，大別造山帶后造山花崗巖類巖體主要以西熊文、小寨、石鼓尖、姚河、古碑、以及靈山等為主，多分布在北大別一帶，出露面積小且較為分散。巖性為二長花崗巖、二長巖與鉀長花崗巖等組成，相對富鉀且多數屬于偏鋁質、亞堿性系列。

2.2 大別造山后花崗巖類

造山后花崗巖類是緊接著擠壓造山作用和鈣堿性巖基侵位結束之后形成于伸展環境。造山后巖漿組合一般為低鉀富鈉的成分，既有基性巖也有酸性巖，以A型為主。巖石系列上包括堿鈣性的準鋁質到堿性和過堿性的巖石，取決于斜長石和角閃石所起的作用。造山后組合以準鋁質為主，巖石更富Cao和MgO[3]。

據大量的同位素資料及研究表明，大別地區代表性的造山后花崗巖類多形成于早白堊世，期間缺乏火山作用，表明拉伸作用的加強或者快速拉伸已經出現。巖石系列表現為基性—超基性（超鎂鐵質）和酸性巖漿活動基本同時的雙峰式。代表性花崗巖類主要有白馬尖、天柱山、九資河及天堂寨等，巖性主要由花崗閃長巖、二長花崗巖、正長花崗巖等組成，以鈣堿性—堿性，準鋁質為特點，少量為過鋁質。

3 造山后與后造山花崗巖類中的Nb、Ta、Zr、Hf含量對比

3.1 高場強元素Nb、Ta、Zr、Hf豐度

Nb、Ta、Zr、Hf屬于高場強元素（亦屬于不相容元素），地球化學性質一般較穩定，不易受變質、蝕變和風化作用等的影響，因此常用來恢復遭后期變化巖石的原巖性質。Nb、Ta、Zr、Hf在地球及其各圈層的豐度大不相同，以在地殼中富集，上地幔較為富集為特征[4]。

地殼中，鈮平均含量約為20ppm，鉭則在2—3.4ppm范圍內，Nb/Ta比值近于10，Nb/Ta可作為形成條件的地球化學指示劑。Zr的克拉克值較高（160ppm），比Cu、Pb、Zn、Sn高很多；Hf的含量很低，只有3ppm，Zr/Hf約為50，Zr/Hf可指示巖石的成因及演化。因此，研究巖石中的高場強元素含量對研究巖石的成因和演化具有重要意義。

巖漿中Ti的含量對Nb、Ta的地球化學行為影響很大，鈦礦物含量高時，Nb、Ta就以類質同象的形式分散在這些礦物中，不利于巖漿期后的富集。鋯、鉿含量由超基性巖到酸性巖增加，堿性巖中增加顯著，Zr/Hf比值向巖漿演化的后期降低。Zr的分布與巖石成因有關，地幔成因的巖石含Zr低。

3.2 Nb、Ta、Zr、Hf在后造山與造山后花崗巖類中的含量差別

結合大量研究資料表明，高場強元素在后造山與造山后花崗巖類中的含量微有差異，通過對高場強元素Nb、Ta、Zr、Hf含量的對比，結合其它地球化學分析以及年代學資料，可以對花崗巖類是否形成于后造山或造山后階段具有一定的指示作用。

本文挑選了姚河、石鼓尖、西熊文、古碑四個后造山花崗巖類巖體以及白馬尖、天柱山兩個巖體的Nb、Ta、Zr、Hf數據[5-6]，其中后造山花崗巖類Nb、Ta、Zr、Hf的平均含量分別約為12、3、210、6ppm，而造山后花崗巖類的平均含量分別約為11、1、116、3ppm。

對比可發現造山后花崗巖類中Nb、Ta、Zr、Hf含量均較低于后造山花崗巖類中的含量，即后造山花崗巖類Nb、Ta、Zr、Hf相對富集。

4 原因淺析

筆者通過對多地的碰撞造山過程進行研究，總結出Nb、Ta、Zr、Hf在后造山與造山后花崗巖類中存在的這種含量上的差異原因有三方面。

4.1 流體中鹵族元素的氧化性與還原性

造山后擠壓環境，流體富F，具有較強的氧化性，利于角閃石分離，巖漿向過鋁方向演化，Al3+的含量影響高場強元素在金紅石中的分配系數，兩者呈正相關關系；后造山伸展環境流體富Cl，具有較強的還原性有利于斜長石分離，巖漿向堿性方向演化，Nb、Ta、Zr、Hf在堿性巖漿中較為富集。造山后的伸展構造環境與后造山擠壓環境相比，富F貧Cl，有利于Nb、Ta、Zr、Hf元素在殘留相中富集，而巖漿熔體中的高場強元素則虧損。

4.2 巖漿源區

Nb、Ta、Zr、Hf在地殼中具有強烈富集的趨勢，地幔中相對虧損。后造山擠壓環境下所形成的花崗巖類多為殼源亦或混染；而造山后的伸展環境導致地殼減薄，地幔抬升，軟流圈物質上涌，地幔發生減壓熔融作用，形成玄武巖，玄武巖底侵，使下地殼熔融形成花崗巖。造山后形成的花崗巖類中的物質多為殼?；煸矗虼薔b、Ta、Zr、Hf含量相對虧損。

4.3 礦物相的影響

下地殼底部最常見的巖石為斜長角閃巖、 麻粒巖和榴輝巖，麻粒巖和榴輝巖中也可以有少量角閃石產出（ 如角閃麻粒巖、 角閃榴輝巖等） 。

后造山碰撞環境下，由于擠壓造山，地殼增厚，高壓變質作用顯著，碰撞擠壓釋放的熱導致溫度升高，下地殼熔融，殘留相由富高場強元素的石榴石+輝石+金紅石等組成，巖漿熔體則強烈虧損Nb、Ta，Zr、Hf含量較地殼虧損。因此，巖漿作用所形成的花崗巖類相對虧損這些元素。

但在造山后伸展環境下，由于伸展作用，地殼減薄，地幔物質上涌，花崗巖類是巖漿結晶作用和流體共同作用形成的。榴輝巖等變質巖發生退變質作用，石榴石、輝石、金紅石等分解為斜長石和角閃石等，在HF和HCl的影響下，熔體中高場強元素含量又相對增加，但由于殼?；煸吹挠绊?，Nb、Ta、Zr、Hf含量亦虧損。筆者認為，造山后所發生的退變質時間短，不足以使高場強元素在熔體中富集，因而與后造山碰撞后構造階段相比，巖石中高場強元素相對虧損，而后造山花崗巖類中則相對富集。

[1]馬昌前.大陸地殼造山—非造山構造轉換及巖漿作用響應[A]. 2004年全國巖石學與地球動力學研討會論文摘要集，2004.

[2]戴圣潛,鄧晉福,吳宗絮.大別造山帶燕山期造山作用的巖漿巖石學證據[J].中國地質,2003,30（02）:159—165.

[3]馬昌前，佘振兵，張金陽.地殼根、造山熱與巖漿作用[J]. 地學前緣，2006,13（02）:130—138.

[4]黎彤.化學元素的地球豐度[J].地球化學，1976（03）:167—174.

[5]王超，趙展，焦若鴻.大別造山帶晚造山期花崗巖類[J].華南地質與礦產，2010（04）.

[6]徐小軍，趙子福，鄭永飛等.大別造山帶天柱山燕山期中酸性巖漿巖元素和同位素地球化學研究[J].巖石學報，2005,21（03）：607—622.

姜珊（1988-），女，山東臨沂人，長安大學2013級礦產普查與勘探專業碩士研究生，研究方向：礦床學、區域成礦學。