姜 珊， 武文治（.長(zhǎng)安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，西安 70000; .金誠(chéng)信礦業(yè)管理股份有限公司，北京 0500）

造山后與后造山花崗巖類(lèi)的高場(chǎng)強(qiáng)元素特征及原因淺析

姜 珊1， 武文治2
（1.長(zhǎng)安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，西安 710000; 2.金誠(chéng)信礦業(yè)管理股份有限公司，北京 101500）

造山后與后造山構(gòu)造階段是碰撞造山的后續(xù)階段。大別造后山與后造山花崗巖類(lèi)為晚侏羅世—早白堊世巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，其巖性以高鉀鈣堿性系列為特征，高場(chǎng)強(qiáng)元素較地殼而言相對(duì)虧損，較造山后相對(duì)富集；造山后花崗巖類(lèi)巖性以堿性—鈣堿性系列、準(zhǔn)鋁質(zhì)為特征，高場(chǎng)強(qiáng)元素較后造山類(lèi)花崗巖類(lèi)相對(duì)虧損。后造山與造山后花崗巖類(lèi)高場(chǎng)強(qiáng)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(qū)以及礦物相有密切的關(guān)系。

造山后；后造山；花崗巖類(lèi)；高場(chǎng)強(qiáng)元素

0 引言

自上個(gè)世紀(jì)八十年代以來(lái)，眾多學(xué)者對(duì)造山帶及造山運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究，并對(duì)造山帶及造山運(yùn)動(dòng)的構(gòu)造格架、構(gòu)造單元、其所處的構(gòu)造環(huán)境和其巖漿組合以及碰撞后及其后續(xù)階段所形成巖石的地球化學(xué)特征做出了較為全面闡述。但是研究對(duì)碰撞后的構(gòu)造階段（尤其是后造山與造山后）的劃分均未達(dá)成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，也未對(duì)其高場(chǎng)強(qiáng)元素特征進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)。筆者通過(guò)對(duì)諸多文獻(xiàn)的閱讀并結(jié)合數(shù)據(jù)分析與總結(jié)，以大別造山帶花崗巖類(lèi)為例，對(duì)造山后與后造山花崗巖類(lèi)的地球化學(xué)特征，尤其是高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Zr、Hf的特征做出系統(tǒng)的歸納整理，對(duì)其所出現(xiàn)差異的原因做出簡(jiǎn)要分析，對(duì)花崗巖類(lèi)構(gòu)造環(huán)境的研究以及造山后期階段的演化具有重要意義。

1 關(guān)于后造山與造山后

在近二十年的研究中，各專(zhuān)家學(xué)者對(duì)于造山的構(gòu)造階段有不同的認(rèn)識(shí)。造山運(yùn)動(dòng)的結(jié)束通常以伸展構(gòu)造的發(fā)育為標(biāo)志。本文研究的構(gòu)造階段是在陸—陸碰撞完成之后很快就開(kāi)始的后造山與造山后階段。后造山為陸—陸碰撞后階段，此時(shí)地殼處于隆升—走滑環(huán)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(gòu)造活動(dòng)逐漸減弱，轉(zhuǎn)為板內(nèi)造山后階段，此時(shí)地殼發(fā)生伸展塌陷、拆沉等作用，地幔物質(zhì)上涌，造山后巖漿組合以鈣堿性—堿性的準(zhǔn)鋁質(zhì)巖漿為主，少量為基性[1]。

2 大別造山后與后造山花崗巖類(lèi)

在我國(guó)，秦嶺—大別—蘇魯造山帶為華北與華南陸塊三疊紀(jì)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(cè)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(lèi)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(shí)代大致為中侏羅世—晚白堊世，但絕大多數(shù)酸性侵入巖類(lèi)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(lèi)，因此現(xiàn)只關(guān)注大別造山帶的后造山與造山后構(gòu)造階段的花崗巖類(lèi)。

2.1 大別后造山花崗巖類(lèi)

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

20多年的研究資料表明，大別造山帶后造山花崗巖類(lèi)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(zhǎng)花崗巖、二長(zhǎng)巖與鉀長(zhǎng)花崗巖等組成，相對(duì)富鉀且多數(shù)屬于偏鋁質(zhì)、亞堿性系列。

2.2 大別造山后花崗巖類(lèi)

造山后花崗巖類(lèi)是緊接著擠壓造山作用和鈣堿性巖基侵位結(jié)束之后形成于伸展環(huán)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(zhǔn)鋁質(zhì)到堿性和過(guò)堿性的巖石，取決于斜長(zhǎng)石和角閃石所起的作用。造山后組合以準(zhǔn)鋁質(zhì)為主，巖石更富Cao和MgO[3]。

據(jù)大量的同位素資料及研究表明，大別地區(qū)代表性的造山后花崗巖類(lèi)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(qiáng)或者快速拉伸已經(jīng)出現(xiàn)。巖石系列表現(xiàn)為基性—超基性（超鎂鐵質(zhì)）和酸性巖漿活動(dòng)基本同時(shí)的雙峰式。代表性花崗巖類(lèi)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(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、正長(zhǎng)花崗巖等組成，以鈣堿性—堿性，準(zhǔn)鋁質(zhì)為特點(diǎn)，少量為過(guò)鋁質(zhì)。

3 造山后與后造山花崗巖類(lèi)中的Nb、Ta、Zr、Hf含量對(duì)比

3.1 高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Zr、Hf豐度

Nb、Ta、Zr、Hf屬于高場(chǎng)強(qiáng)元素（亦屬于不相容元素），地球化學(xué)性質(zhì)一般較穩(wěn)定，不易受變質(zhì)、蝕變和風(fēng)化作用等的影響，因此常用來(lái)恢復(fù)遭后期變化巖石的原巖性質(zhì)。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(nèi)，Nb/Ta比值近于10，Nb/Ta可作為形成條件的地球化學(xué)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(chǎng)強(qiáng)元素含量對(duì)研究巖石的成因和演化具有重要意義。

巖漿中Ti的含量對(duì)Nb、Ta的地球化學(xué)行為影響很大，鈦礦物含量高時(shí)，Nb、Ta就以類(lèi)質(zhì)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(guān)，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(lèi)中的含量差別

結(jié)合大量研究資料表明，高場(chǎng)強(qiáng)元素在后造山與造山后花崗巖類(lèi)中的含量微有差異，通過(guò)對(duì)高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Zr、Hf含量的對(duì)比，結(jié)合其它地球化學(xué)分析以及年代學(xué)資料，可以對(duì)花崗巖類(lèi)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(gè)后造山花崗巖類(lèi)巖體以及白馬尖、天柱山兩個(gè)巖體的Nb、Ta、Zr、Hf數(shù)據(jù)[5-6]，其中后造山花崗巖類(lèi)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(lèi)的平均含量分別約為11、1、116、3ppm。

對(duì)比可發(fā)現(xiàn)造山后花崗巖類(lèi)中Nb、Ta、Zr、Hf含量均較低于后造山花崗巖類(lèi)中的含量，即后造山花崗巖類(lèi)Nb、Ta、Zr、Hf相對(duì)富集。

4 原因淺析

筆者通過(guò)對(duì)多地的碰撞造山過(guò)程進(jìn)行研究，總結(jié)出Nb、Ta、Zr、Hf在后造山與造山后花崗巖類(lèi)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(huán)境，流體富F，具有較強(qiáng)的氧化性，利于角閃石分離，巖漿向過(guò)鋁方向演化，Al3+的含量影響高場(chǎng)強(qiáng)元素在金紅石中的分配系數(shù)，兩者呈正相關(guān)關(guān)系；后造山伸展環(huán)境流體富Cl，具有較強(qiáng)的還原性有利于斜長(zhǎng)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(gòu)造環(huán)境與后造山擠壓環(huán)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(chǎng)強(qiáng)元素則虧損。

4.2 巖漿源區(qū)

Nb、Ta、Zr、Hf在地殼中具有強(qiáng)烈富集的趨勢(shì)，地幔中相對(duì)虧損。后造山擠壓環(huán)境下所形成的花崗巖類(lèi)多為殼源亦或混染；而造山后的伸展環(huán)境導(dǎo)致地殼減薄，地幔抬升，軟流圈物質(zhì)上涌，地幔發(fā)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(lèi)中的物質(zhì)多為殼?；煸?，因此Nb、Ta、Zr、Hf含量相對(duì)虧損。

4.3 礦物相的影響

下地殼底部最常見(jiàn)的巖石為斜長(zhǎng)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(chǎn)出（ 如角閃麻粒巖、 角閃榴輝巖等） 。

后造山碰撞環(huán)境下，由于擠壓造山，地殼增厚，高壓變質(zhì)作用顯著，碰撞擠壓釋放的熱導(dǎo)致溫度升高，下地殼熔融，殘留相由富高場(chǎng)強(qiáng)元素的石榴石+輝石+金紅石等組成，巖漿熔體則強(qiáng)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(lèi)相對(duì)虧損這些元素。

但在造山后伸展環(huán)境下，由于伸展作用，地殼減薄，地幔物質(zhì)上涌，花崗巖類(lèi)是巖漿結(jié)晶作用和流體共同作用形成的。榴輝巖等變質(zhì)巖發(fā)生退變質(zhì)作用，石榴石、輝石、金紅石等分解為斜長(zhǎng)石和角閃石等，在HF和HCl的影響下，熔體中高場(chǎng)強(qiáng)元素含量又相對(duì)增加，但由于殼?；煸吹挠绊懀琋b、Ta、Zr、Hf含量亦虧損。筆者認(rèn)為，造山后所發(fā)生的退變質(zhì)時(shí)間短，不足以使高場(chǎng)強(qiáng)元素在熔體中富集，因而與后造山碰撞后構(gòu)造階段相比，巖石中高場(chǎng)強(qiáng)元素相對(duì)虧損，而后造山花崗巖類(lèi)中則相對(duì)富集。

[1]馬昌前.大陸地殼造山—非造山構(gòu)造轉(zhuǎn)換及巖漿作用響應(yīng)[A]. 2004年全國(guó)巖石學(xué)與地球動(dòng)力學(xué)研討會(huì)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(xué)證據(jù)[J].中國(guó)地質(zhì),2003,30（02）:159—165.

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

[4]黎彤.化學(xué)元素的地球豐度[J].地球化學(xué)，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(lèi)[J].華南地質(zhì)與礦產(chǎn)，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(xué)研究[J].巖石學(xué)報(bào)，2005,21（03）：607—622.

姜珊（1988-），女，山東臨沂人，長(zhǎng)安大學(xué)2013級(jí)礦產(chǎn)普查與勘探專(zhuān)業(yè)碩士研究生，研究方向：礦床學(xué)、區(qū)域成礦學(xué)。