隨棗北部桐柏雜巖中花崗巖地球化學(xué)特征、時代及成因探討

向祥輝， 陳以春， 李炎利， 李 飛， 王 球

(湖北省地質(zhì)局 第八地質(zhì)大隊，湖北 襄陽 441002)

圖1 隨棗北部燕山期花崗巖分布示意圖Fig.1 Distribution diagram of Yanshanian granite in the north of Suizhou-Zaoyang1.二長花崗巖；2.鉀長花崗巖；3.桐柏雜巖；4.綠片巖—低角閃巖帶；5.高壓巖片帶；6.綠片巖帶；7.斷裂及編號；8.樣品采集點。

桐柏雜巖位于揚子地塊北緣，是連接?xùn)|秦嶺、蘇魯—大別造山帶的重要地質(zhì)單元，主要由片麻狀花崗質(zhì)巖體、變質(zhì)巖包體(表殼巖)和未變形花崗巖三部分組成，一直被前人認為是前寒武紀的古老變質(zhì)雜巖體，且隨棗北部桐柏雜巖一直認為僅存在于新(城)—黃(陂)斷裂帶與桐(柏)—磨(子潭)斷裂帶之間。最新地質(zhì)資料顯示：其在隨棗北部地區(qū)其它地段也有分布，同時在新(城)—黃(陂)斷裂帶與桐(柏)—磨(子潭)斷裂帶的分布也不連續(xù)(圖1)。本文通過對隨棗北部桐柏雜巖花崗巖地球化學(xué)特征的研究分析及采用LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)精確定年，對隨棗北部桐柏雜巖花崗巖的物質(zhì)來源、成巖環(huán)境、時代及成因進行分析。

1 桐柏雜巖的組成

桐柏雜巖的主體為變形花崗巖(糜棱巖化花崗巖、花崗質(zhì)片麻巖或片麻狀花崗巖)，約占變形巖總量的75%～80%，其內(nèi)含一定數(shù)量的變質(zhì)巖包體、局部發(fā)育少量未變形花崗巖；變形花崗巖巖性主要為鉀長花崗巖、二長花崗巖等，不同區(qū)段巖體的巖性存在差異，未變形花崗巖巖性以石英二長巖為主。

2 巖石地球化學(xué)特征

依據(jù)隨棗北部桐柏雜巖花崗巖的組成特征，分別選取糜棱巖化花崗巖、中粒片麻狀花崗巖、粗粒片麻狀花崗巖、未變形花崗巖(下稱石英二長巖)進行采樣測試分析，糜棱巖化花崗巖采自天河口水庫壩北側(cè)的新(城)—黃(陂)斷裂帶中，粗粒片麻狀花崗巖采自黃家溝鉬礦、尖水田鉬礦鉆孔，中粒片麻狀花崗巖采自尖水田鉬礦鉆孔，石英二長巖采自黃家溝鉬礦區(qū)地表(圖1)。

2.1 主量元素

主量元素分析共采取18組樣品，其中糜棱巖化花崗巖1組、粗粒片麻狀花崗巖7組、中粒片麻狀花崗巖2組、石英二長巖8組。主量元素組成見表1，地球化學(xué)特征見表2。

表1 隨棗北部桐柏雜巖花崗巖主量元素組成(10-2)(1) 向祥輝、蔣少涌、呂向志等，新—黃斷裂帶新城—殷店段構(gòu)造—巖漿作用與成礦作用的關(guān)系研究(未刊稿)，2018。 Table 1 Major element composition of Tongbai complex granite in the north of Suizhou-Zaoyang

測試單位：▲為中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)；★為國家綜合測試實驗中心。

表2 隨棗北部桐柏雜巖花崗巖主量元素地球化學(xué)特征表Table 2 Geochemical characteristics of major elements of Tongbai complex granite in the north of Suizhou-Zaoyang

分析結(jié)果顯示：①桐柏雜巖花崗巖屬酸性巖石，高堿質(zhì)，高鉀；②石英二長巖(ω(SiO2)：62.92%～65.10%，ω(Na2O+K2O)：9.77%～10.11%)較變形花崗巖(ω(SiO2)：67.44%～71.80%，ω(Na2O+K2O)：8.60%～9.61%)具較低的SiO2和較高的全堿質(zhì)，K2O/Na2O=0.88～2.77，總體>1；③石英二長巖里特曼指數(shù)δ=4.35～5.04，介于3.3～9之間，屬堿性系列，變形花崗巖里特曼指數(shù)δ=2.60～3.78，總體<3.3，屬鈣堿系列；④富鋁：石英二長巖(ω(Al2O3)：16.42%～17.04%)較變形花崗巖(ω(Al2O3)：13.80%～14.90%)Al2O3含量高,鋁指數(shù)(A∶NK):1.15～1.25,鋁飽和系數(shù)A∶CNK=0.93～1.03,偏鋁質(zhì)；⑤鈣、鎂、鐵含量較低，石英二長巖較變形花崗巖鈣、鎂、鐵、鈦、磷含量偏高，石英二長巖ω(CaO)：2.14%～2.38%，ω(MgO)：0.99%～1.18%，ω(Fe2O3+FeO)：3.25%～3.78%,變形花崗巖ω(CaO)：1.20%～1.68%，ω(MgO)：0.33%～0.63%，ω(Fe2O3+FeO)：1.41%～2.46%；⑥鎂指數(shù)Mg#=29.8～37.4，鎂鐵指數(shù)MF=75.72～81.46。

隨棗北部桐柏雜巖花崗巖A/NK-A/CNK圖解(圖2)除個別點外，均投影在準鋁質(zhì)范圍內(nèi)；SiO2-K2O+Na2O圖解(圖3)：未變形花崗巖投影在石英二長巖內(nèi)，變形花崗巖除個別點外，均在亞堿質(zhì)花崗巖內(nèi)；ACF圖解(圖4)：未變形花崗巖、變形花崗巖均投影在Ⅰ型花崗巖內(nèi)。

圖2 花崗巖A/NK-A/CNK圖解Fig.2 A/NK-A/CNK diagram of granite

圖3 花崗巖SiO2-K2O+Na2O分類圖解Fig.3 Classification diagram of granite SiO2-K2O+Na2O

圖4 花崗巖ACF圖解(據(jù)中田節(jié)也和高橋正樹,1979)Fig.4 ACF diagram of granite

2.2 稀土元素

稀土元素與主量元素的分析樣品為相同樣品，稀土元素分析結(jié)果見表3，稀土元素地球化學(xué)特征見表4、圖5。

隨棗北部桐柏雜巖花崗巖稀土總量ΣREE=120.31×10-6～402.74×10-6,LREE=114.7×10-6～383.1×10-6,HREE=5.61×10-6～19.83×10-6,LREE/HREE=9.60～23.75，具輕稀土富集、重稀土虧損的特征；δCe=0.68～0.96，具弱負異常。δEu=0.73～1.08，反映巖漿分異度低，(La/Yb)N=11.03～76.50，表明輕重稀土分餾明顯，(La/Sm)N=4.07～7.31，表明輕稀土富集程度較高，(Gd/Yb)N=1.60～9.17，表明重稀土分餾程度低[1]；δEu值：石英二長巖具弱的正異常，變形花崗巖具弱的負異常；(La/Yb)N值、(La/Sm)N值、(Gd/Yb)N值：石英二長巖大于或略大于變形花崗巖。

總體上石英二長巖ΣREE、LREE、HREE、LREE/HREE均大于變形花崗巖，巖漿分異度比變形花崗巖低；輕重稀土分餾程度、富集程度均高于變形花崗巖；重稀土分餾程度、富集程度低于變形花崗巖。石英二長巖(La/Sm)N<(Gd/Yb)N，反映LREE分餾程度比HREE分餾程度低;變形花崗巖(La/Sm)N>(Gd/Yb)N，反映LREE分餾程度比HREE分餾程度高。

2.3 微量元素

微量元素與稀土元素、主量元素的分析樣品相同，微量元素測試結(jié)果見表5，原始地幔標準化蛛網(wǎng)見圖6。

隨棗北部桐柏雜巖花崗巖均富集Ba、K、Pb等大離子親石元素，虧損U、P、Ti等高場強元素，石英二長巖具明顯的低Y、Yb，高Sr的特點，除Cs、Ta、Pb等元素含量石英二長巖略少于變形花崗巖或與之相當外，其余元素含量均多于變形花崗巖；Sr/Y=31～145，Rb/Sr=0.07～0.20，Nb/Ta=32.2～62.0,Zr/Hf=31.5～39.9，總體上，石英二長巖Sr/Y、Nb/Ta、Zr/Hf大于變形花崗巖，Rb/Sr小于變形花崗巖。

表3 隨棗北部桐柏雜巖花崗巖稀土元素組成(10-6)(2) 向祥輝、蔣少涌、呂向志等，新—黃斷裂帶新城—殷店段構(gòu)造—巖漿作用與成礦作用的關(guān)系研究(未刊稿)，2018。 Table 3 REE compositon of Tongbai complex granite in the north of Suizhou-Zaoyang

測試單位：▲為中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)；★為國家綜合測試實驗中心。

表4 隨棗北部桐柏雜巖花崗巖稀土元素地球化學(xué)特征(10-6)Table 4 REE geochemical characteristics of Tongbai Complex granite in the north of Suizhou-Zaoyang

圖5 稀土元素分配圖解Fig.5 Diagram of distribution of rare earth elements

圖6 微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖Fig.6 Standard spider web of trace elements in primitive mantle

表5 隨棗北部桐柏雜巖花崗巖微量元素分析結(jié)果表(10-6)(3) 向祥輝、蔣少涌、呂向志等,新—黃斷裂帶新城—殷店段構(gòu)造—巖漿作用與成礦作用的關(guān)系研究(未刊稿),2018。 Table 5 Trace element analysis results of Tongbai complex granite in the north of Suizhou-Zaoyang

測試單位：▲為中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)；★為國家綜合測試實驗中心。

3 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)精確定年

針對隨棗北部桐柏雜巖中廣泛分布的巖漿巖，選取HJG-D5(石英二長巖)、JSTZK801-8(中粒片麻狀花崗巖)、HJG ZK001-302與HJG ZK701-P152(粗粒片麻狀花崗巖)、TH-J1(糜棱巖化花崗巖)進行LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)精確定年，測試結(jié)果見表6。

表6 隨棗北部桐柏雜巖花崗巖鋯石U-Pb測定結(jié)果(4) 向祥輝、蔣少涌、呂向志等，新—黃斷裂帶新城—殷店段構(gòu)造—巖漿作用與成礦作用的關(guān)系研究( 未刊稿) ，2018。 Table 6 Zircon U-Pb determination results of Tongbai complex granitein the north of Suizhou-Zaoyang

中粒片麻狀花崗巖的樣品中個別鋯石顆粒的年齡為160.7±3.2 Ma；粗粒片麻狀花崗巖的兩個樣品測年結(jié)果在誤差范圍內(nèi)是一致的，少數(shù)鋯石顆粒的年齡在141.9—160.7 Ma之間；糜棱巖化花崗巖年齡分布較集中。與變形花崗巖相比，石英二長巖鋯石顆粒的年齡組成較復(fù)雜，既有與中粒片麻狀花崗巖相似的年齡(約為144 Ma),又有與粗粒片麻狀花崗巖相似的年齡(約為135 Ma)，個別鋯石顆粒的年齡為165.6±3.0 Ma，其可能是巖漿上侵過程中捕獲的鋯石。

4 巖石成因與構(gòu)造環(huán)境

隨棗北部桐柏雜巖花崗巖地球化學(xué)特征總體表現(xiàn)出一些典型的埃達克巖的地球化學(xué)特征[2]：如SiO2≥56%,高Al2O3(≥15%)(變形花崗巖略低：13.8～14.9),MgO<3%(極少>6%),低Y≤18×10-6、Yb≤1.9×10-6,高Sr>400,LREE富集,δEu無明顯負異常和Sr/Y>40。Y-Sr/Y圖解(圖7)除個別樣品外均投影在埃達克巖范圍內(nèi)。下部地殼部分熔融產(chǎn)生的巖漿Mg#一般<45[3]，桐柏雜巖花崗巖Mg#=29.8～37.4，說明桐柏雜巖花崗巖屬加厚地殼熔融產(chǎn)物。R1-R2圖解(圖8)顯示：隨棗北部桐柏雜巖未變形花崗巖(石英二長巖)和部分變形花崗巖投影在造山晚期范圍內(nèi)，另外部分變形花崗巖投影在同造山期。

桐柏雜巖花崗巖稀土元素配分模型為輕稀土富集的右傾配分模型，曲線相對較陡，與Ⅰ型同熔型花崗巖特征基本一致，具幔源特征；同時，LREE/HREE比值較大，相對富集輕稀土而虧損重稀土，(La/Yb)N總體較高，輕重稀土分餾明顯；δEu異常不明顯等特征均與埃達克巖特征相似；表明桐柏雜巖花崗巖為加厚地殼部分熔融的產(chǎn)物。

圖7 Y-Sr/Y圖解Fig.7 Y-Sr/Y diagram

圖8 R1-R2圖解Fig.8 R1-R2 diagram1.地幔分異產(chǎn)物;2.板塊碰撞前;3.碰撞后隆起;4.造山晚期;5.非造山;6.同碰撞或同造山;7.造山后。

桐柏雜巖微量元素特征顯示：隨棗北部桐柏雜巖花崗巖具地殼—地幔混合源的特點及大離子親石元素富集、高場元素虧損的特征，Ba和Sr含量高反映花崗巖含有深源物質(zhì)成分，P、Ti的相對貧化顯示花崗巖源區(qū)有地殼物質(zhì)成分的存在；Nb/Ta=32.2～62.0(大陸地殼13.4，地幔60),Zr/Hf=31.5～39.9(大陸地殼33～40，地幔34～60)，流體作用值(25)，說明巖漿來源于地殼物質(zhì)的熔融；Rb/Sr=0.07～0.20，遠高于地幔平均值(約0.025)，低于整個大陸地殼平均值(0.24)，表明巖漿來源于經(jīng)歷了強烈分異演化過程的陸殼，具同熔型花崗巖的特點[4]。

區(qū)域上早白堊世桐柏—大別地區(qū)發(fā)生大規(guī)模的巖漿活動，早期(143—129 Ma)花崗巖具明顯的埃達克巖特征；晚期(130—117 Ma)花崗巖主要為普通花崗巖[5-6]。

綜上所述，隨棗北部桐柏雜巖花崗巖為早白堊世同造山期—造山晚期，軟流圈地幔物質(zhì)上涌，加厚下地殼部分熔融的產(chǎn)物，具同熔型花崗巖特點，屬埃達克質(zhì)巖，在此過程中，地殼厚度持續(xù)增加；構(gòu)造環(huán)境由擠壓向拉張轉(zhuǎn)化。

5 結(jié)論

隨棗北部桐柏雜巖花崗巖可分為變形花崗巖(糜棱巖化花崗巖、花崗質(zhì)片麻巖或片麻狀花崗巖)和局部發(fā)育的未變形花崗巖。變形花崗巖巖性主要為鉀長花崗巖、二長花崗巖等，不同區(qū)段巖體的巖性存在差異，未變形花崗巖巖性以石英二長巖為主。桐柏雜巖花崗巖屬高堿質(zhì)、高鉀、準鋁質(zhì)的酸性巖石，未變形花崗巖屬鉀玄巖堿性系列，變形花崗巖主要屬高鉀鈣堿系列，少數(shù)在鉀玄巖堿性系列。

桐柏雜巖花崗巖地球化學(xué)特征總體表現(xiàn)出一些典型的埃達克巖的地球化學(xué)特征(變形花崗巖Al2O3略低)：屬同造山期—造山晚期構(gòu)造環(huán)境由擠壓向拉張轉(zhuǎn)化時期加厚下地殼部分熔融的產(chǎn)物，具同熔型花崗巖特點，屬埃達克質(zhì)巖，從早期至晚期地殼厚度持續(xù)增加。

桐柏雜巖中粒片麻狀花崗巖形成時間為144.7 Ma，粗粒片麻狀花崗巖、糜棱巖化花崗巖形成時間為135.2—137.6 Ma，石英二長巖形成時間為127.4 Ma。