黃順生， 楊用彪， 田春明， 王海歐， 徐旭峰

(江蘇省地質調查研究院，江蘇南京210049)

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溧陽盆地金山花崗巖地球化學特征及構造意義

黃順生， 楊用彪， 田春明， 王海歐， 徐旭峰

(江蘇省地質調查研究院，江蘇南京210049)

摘要：金山地區(qū)處于下揚子與江南隆起的過渡帶，區(qū)內侵入巖巖石類型主要有花崗斑巖、石英閃長斑巖。巖石地球化學分析結果表明金山花崗巖為高鉀鈣堿性、準鋁質巖漿巖，SiO2 質量分數為65.11%～71.40%，K2O/Na2O比值為1.30～2.56，鋁飽和指數(A/CNK)集中于1.02～2.05。稀土元素屬輕稀土富集型，輕重稀土分異明顯，富集K、Rb、Th、U、K、Nd、Zr，虧損Ba、Nb、Ta、Sr、P、Ti，無明顯負Eu異常。區(qū)域構造背景、巖石學和元素地球化學特征綜合分析顯示，研究區(qū)處于由擠壓向拉張轉折的轉換階段，花崗巖的形成與幔源物質底侵引起的下地殼物質部分熔融形成的巖漿分異結晶作用有關。

關鍵詞：地球化學特征；花崗巖；構造環(huán)境；溧陽盆地；江蘇

0引言

金山地區(qū)位于伍員山—南渡斷褶帶的北段，在漫長的地質歷史發(fā)展時期，發(fā)生了強烈的火山噴發(fā)和深成巖漿侵入活動以及強烈的構造活動，成礦地質條件比較有利。區(qū)內侵入巖活動集中于燕山晚期，其中廣泛分布的燕山晚期花崗斑巖、石英閃長斑巖脈是形成熱液型銅鎢多金屬礦的有利控礦因素，也是巖漿熱液礦床的主要熱液、物源和流體來源。江蘇宜溧地區(qū)鐵銅礦遠景調查工作中，發(fā)現金山地區(qū)鎢銅多金屬礦化與花崗斑巖、石英閃長斑巖關系非常密切。因此，研究金山地區(qū)花崗巖地球化學特征及構造特點對該區(qū)找礦工作的深入具有十分重要的意義。

1區(qū)域地質背景

1.1地層

金山地區(qū)位于下揚子地層分布區(qū)南緣，與江南地層區(qū)毗鄰，區(qū)內地層出露不全，除宜興屺亭太陽山有零星下奧陶統(tǒng)泥灰?guī)r出露外，全區(qū)最老地層為中志留統(tǒng)墳頭組，與泥盆系組成背斜核部，石炭系、二疊系組成背、向斜翼部，三疊系組成向斜核部，侏羅系上統(tǒng)主要出露于社渚和戴埠盆地，形成火山巖丘陵，白堊系上統(tǒng)出露于平原與低山丘陵交接部位，第四系廣布于研究區(qū)北部的平原區(qū)(圖1)。

1.2構造

三疊紀末期以來，研究區(qū)遭受了強烈的構造變動，地殼表層形變劇烈，并以發(fā)育的斷塊活動及逆沖-推覆構造為特征。區(qū)內褶皺以開闊、寬緩的短軸背斜、向斜及中新生代盆地發(fā)育為特征，向斜、盆地之間多發(fā)育受斷裂干擾、改造的隆褶帶，主要有東西向的周城—銅官山、太華山—五通山隆褶帶和近南北向的伍員山、大賢嶺及高山—白峴隆褶帶。區(qū)內斷裂構造非常發(fā)育，按方向大致可分為4組：北東—北北東向、近東西向、近南北向及北西向(圖1)，北西向斷裂多以張扭型為主，一般表現為正斷層，其他方向的斷裂以壓扭性為主，沿斷裂帶逆沖推覆現象發(fā)育，且多見飛來峰、構造窗等構造現象。

圖1　溧陽盆地區(qū)域地質構造略圖1-古近系；2-上白堊統(tǒng)；3-上侏羅—下白堊統(tǒng)；4-石炭—下三疊統(tǒng)；5-中志留—上泥盆統(tǒng)；6-中酸性侵入巖；7-玄武巖；8-推測斷裂；9-逆斷層；10-金山研究區(qū)Fig.1　Sketch showing regional geological structures in the Liyang Basin

1.3巖漿巖

區(qū)內巖漿巖較為發(fā)育，巖石類型以酸性巖為主，其次為中性巖、中酸性巖及少量基性巖。主要分布于南渡—溧陽一線以南的廣大地區(qū)。巖漿活動以噴發(fā)作用最強烈，侵入活動次之；活動時代以燕山晚期為主，且具有多期次、多旋回特點；活動中心亦呈規(guī)律遷移，形成了中酸性—酸性的火山-侵入雜巖體，其成礦系列主要是銅、鉛、鋅礦等。巖漿活動晚期，巖漿向偏堿性方向演化，其成礦系列主要是鈾、鈮、錫、鉛礦等。

2巖石學特征

研究區(qū)位于北北東向伍員山—南渡斷褶帶的北段，東西兩側分別是戴埠、社渚2個火山巖盆地。區(qū)內石英閃長斑巖、花崗斑巖主要分布于金山—燈籠山—前峰山一帶，呈巖株狀產出，侵入三疊系青龍組。根據物探資料推斷，空間上與大溪水庫隱伏巖體有緊密關系，為后者的衍生物(江蘇省地質礦產局，1991)。樣品采集于金山地區(qū)采坑及鉆孔。

結合野外觀察、鏡下分析以及全巖主量元素成分分析，區(qū)內巖石以石英閃長斑巖、花崗斑巖為主。

石英閃長斑巖呈淺灰色，斑狀結構,塊狀構造。斑晶質量分數約30%，以斜長石為主，次為黑云母。斜長石呈半自形板柱狀，粒徑一般為0.4 mm×0.8 mm—1.8 mm×4.0 mm，部分已絹云母化，局部見殘留的聚片雙晶。黑云母呈片狀，延長一般小于2 mm?；|為長英質，粒狀微晶結構，質量分數約70%，部分石英包裹斜長石形成顯微鑲嵌結構，局部見球粒結構(圖2)。

花崗斑巖呈灰色，斑狀結構、塊狀構造。斑晶質量分數約40%，以斜長石、堿性長石為主，次為石英、黑云母。長石(斜長石與堿性長石質量分數之比為1∶1)呈他形—半自形板狀，粒徑一般為0.5 mm×1.0 mm—2.0 mm×2.5 mm。石英呈粒狀，粒徑小于1.2 mm，具有港灣狀熔蝕邊。黑云母呈片狀，延長一般在0.4～1.5 mm。基質為長英質，以球粒結構為主，局部見粒狀微晶結構、顯微鑲嵌結構(圖2)。

圖2　花崗斑巖及石英閃長斑巖鏡下鑒定特征Fig.2　Microscopic characteristics of granite porphyry and quartz diorite porphyry(a) granite porphyry(orthogonal polarized, 25×); (b) quartz dioritic porphyry(orthogonal polarized, 25×)

3元素地球化學特征

3.1主量元素特征

所有樣品主量元素含量(表1)經過無燒失量100%標準化后，金山地區(qū)的花崗斑巖、石英閃長斑巖的SiO2質量分數為65.11%～71.40%，全堿(K2O+Na2O)質量分數為4.22%～8.23%，w(K2O)/w(Na2O)=1.30～2.56，表明巖漿富鉀質。

在全堿-硅(TAS)分類圖解中(圖3)，樣品點落在石英閃長巖-花崗閃長巖-花崗巖范圍，這與野外、

鏡下巖相學命名基本一致。巖石A/CNK集中于1.02～2.05之間，屬準鋁質類型。

在SiO2-K2O投影圖上(圖4)，樣品集中于高鉀鈣堿性區(qū)域，僅極個別點落入鉀玄巖系列，結合巖石里特曼指數(σ=0.81～2.71)，兩者均表明巖石屬于高鉀鈣堿性巖系。氧化指數[w(Fe3+)/w(Fe3++Fe2+)]為0.20～0.52，其中石英閃長斑巖為0.22～0.27，花崗斑巖平均值為0.34。可見出露地表花崗斑巖脈的氧化指數高于石英閃長斑巖體，可能說明花崗斑巖脈處于相對較開放、氧化程度偏高的環(huán)境。

表1　溧陽金山地區(qū)中酸性侵入巖化學全分析結果

續(xù)表1

項目 花崗斑巖石英閃長斑巖Y1Y2Y3Y4Y5項目 花崗斑巖石英閃長斑巖Y1Y2Y3Y4Y5σ1.302.712.480.920.81Er1.692.241.882.122.50w(Fe3+)/w(Fe3++Fe2+)0.520.290.200.270.22Tm0.300.370.320.360.42Rb13117319717889.4Yb2.022.332.122.292.67Ba514548556202362Lu0.320.380.340.380.44Sr139300318106186∑REE135142144157147Th25.014.335.010.310.4LREE/HREE11.38.811.010.58.5U3.142.673.031.852.54(La/Yb)N11.29.311.410.78.2

注：主量元素單位為%，微量元素單位為g/t

圖3　TAS分類圖解(據Wilson,1989)Fig.3　TAS categorization diagram(after wilson, 1989)

圖4　K2O-SiO2圖解(據Middlemost,1985)Fig.4　K2O-SiO2 diagram(after Middlemost,1985)

3.2微量元素特征

金山地區(qū)石英閃長斑巖、花崗斑巖稀土元素組合特征總體表現為稀土總量(∑REE)較低，為135～157 g/t，平均值為145 g/t，略高于國內I型花崗巖(平均值115 g/t)，低于國內S型花崗巖(平均值173 g/t)。輕重稀土比值(LREE/HREE)為8.47～11.3，(La/Yb)N為8.23～11.4，變化范圍不大，反映出金山石英閃長斑巖、花崗斑巖都是巖漿演化至同一階段的產物，屬于輕稀土富集型，且重稀土分異不明顯，可能說明源區(qū)部分熔融程度較高。δEu值為0.67～0.79，具有輕微Eu負異常，巖石的稀土元素球粒隕石標準化配分曲線均表現出向右輕微傾斜、弱銪負異常特征(圖5a)。

金山地區(qū)石英閃長斑巖、花崗斑巖微量元素總體變化特征基本一致，表現為選擇性的富集與虧損。Rb的含量較高，變化于89.4～197 g/t；Sr的含量較低，變化于106～318 g/t之間；高場強元素Zr、Nb、Y含量偏低，Zr+Nb+Ce+Y值為250～361 g/t，平均值311 g/t。Rb/Sr比值介于0.58～1.68之間，K/Rb比值為146～251，指示巖體分異演化程度高。

元素總體特征均表現為富集K、Rb、Th、U、K、Nd、Zr，貧Ba、Nb、Ta、Sr、P、Ti，在微量元素蛛網圖上，Sr、P、Ti、Ba、Ta呈明顯的“V”形谷(圖5b)。Ba、Sr負異常表明受長石結晶的影響，而Ti、Nb、Ta的虧損很可能是鈦鐵礦、金紅石、榍石等分離結晶造成的(Foley et al., 2000; Rudnick et al.,2000)。

圖5　球粒隕石標準化配分REE圖(a)和微量元素原始地幔標準化蛛網圖(b)(標準化數據據Sun et al., 1989)Fig.5　Chondrite-normalized REE distribution patterns (a); primitive mantle-normalizd spider diagram of trace elements (b)(after Sun et al. for normalized values,1989)

4討 論

4.1巖石類型

花崗巖成因類型目前最為普遍的分類方案是I型、S型、M型、A型，自然界中真正由地幔巖漿衍生的M型花崗巖極少，因此花崗巖的成因類型有I、S、A型3類，尤其以I型和S型為主。對這3類花崗巖的判定已有大量文獻論述，其中角閃石、堇青石和堿性鐵鎂礦物被認為是判斷這3類花崗巖最為重要且有效的標志(吳福元等，2007)，此外，有學者提出一套A型花崗巖判別圖解，可以較好地區(qū)分A型與I型、S型花崗巖(Whalen et al.，1987)。本次樣品點全部落在I型、S型區(qū)域而非A型區(qū)域，

除了Ga/Al判別圖解外，研究的花崗巖還有其他重要特征與A型花崗巖不符：(1) Ga/Al比值及Zr、Nb、Ce、Y等元素的含量偏低，w(Ga/Al)×104=1.06～2.43，明顯低于A型花崗巖的平均值3.75(Whalen et al.,1987)，而Zr+Nb+Ce+Y含量為250～361 g/t，平均值為311 g/t，明顯低于A型花崗巖下限值(350 g/t)；(2) 堿性指數A.I.[(K2O+Na2O)/Al2O3](mol比值)是判別花崗巖成因類型的重要參數，A型花崗巖的這一參數通常大于1.0(邱檢生等，2008)，而A.I.為0.35～0.72，均明顯低于1.0；(3) 盡管該區(qū)花崗巖的全堿含量較高，但FeO*/MgO比值較低(0.98～2.17)，有別于A型花崗巖顯著富鐵的特征(FeO*/MgO比值>10，Whalen et al.， 1987)。因此，這些巖體應屬于I型花崗巖。

I型和S型花崗巖可以用P2O5含量和P2O5-SiO2圖解加以區(qū)分。實驗表明，在準鋁質—弱過鋁質巖漿中，磷灰石的溶解度很低，并在巖漿分異過程中隨SiO2的增加而降低；而在強過鋁質巖漿中，磷灰石溶解度變化趨勢則與此相反(Wolf et al.，1994)。研究區(qū)花崗巖P2O5質量分數均在0.18%以下，且P2O5與SiO2之間有較顯著的負消長演化關系，這點也明顯不同于典型S型花崗巖，后者常具較高的P2O5含量，且隨分異作用，P2O5有遞增的演化趨勢(Chappell，1999)。

另外，金山地區(qū)花崗巖還具有I型花崗巖典型特征(邱家驤，1985)：(1) 鋁飽和指數(A/NKC)<1.1(除樣品Y4外)；(2) 稀土元素總量∑REE為135～157 g/t，大部分小于140 g/t，具有弱的Eu負異常；(3) Rb/Ba比值<0.35(除樣品Y4外)，接近0.35。

基于上述理由，金山地區(qū)燕山晚期花崗巖不是A型或S型，而是I型。微量和稀土元素特征相似于皖南地區(qū)的I型花崗巖(陳子微等，2013)。

4.2構造環(huán)境

對于長江中下游以及中國東部晚侏羅世—早白堊世具I型花崗巖特征的高鉀鈣堿性中酸性火成巖的形成環(huán)境長期存在爭論，多數學者認為與古太平洋板塊向西的俯沖作用有關(吳利仁，1985；Chen et al., 2001);近年來又有人主張俯沖+板內(或弧后)拉張的模式，認為受太平洋板塊俯沖和陸內拉張作用的雙重影響或早期與俯沖有關，晚期疊加了伸展作用的影響；另一種意見認為中國東部巖漿作用是陸內拉張作用的產物，與太平洋板塊的俯沖無關(張旗等，2001)。

微量元素可以用來示蹤巖漿源區(qū)的組成與特征，進而分析巖漿形成的構造環(huán)境(武廣等，2008；Pitcher, 1983)。在各種花崗巖構造環(huán)境判別圖中，Rb-(Y+Nb)圖和Rb-(Yb+Ta)圖被廣泛使用(Pearce et al.，1984)。在Rb-(Y+Nb)圖和Rb-(Yb+Ta)圖中(圖6)，金山花崗巖樣品主要落在板內環(huán)境，少數落在島弧環(huán)境，顯示了從火山弧向后碰撞演化的趨勢。高場強元素(Nb、Ta、Ti、P)虧損通常被認為是與俯沖有關的火成巖的共同特征，但也可能因地殼混染所致，只要巖漿殘留相中出現角閃石或者含鐵鈦氧化物(如金紅石、鈦鐵礦)，熔體就會出現Nb、Ta、Ti虧損(Ma et al., 1998)。此外,地殼的平均成分接近弧巖漿，Nb、Ta、Ti、P虧損可能主要表現與地殼成分相關的性質。由于Ba在流體中的活動性遠遠高于Th，因此，Ba/Th比值用于度量與俯沖有關的流體對巖漿源區(qū)的貢獻，而Nb/Zr是地幔因先前的熔融作用而發(fā)生虧損的標志(熊小林等，2007)。在Ba/Th-Nb/Zr協(xié)變圖解中(圖7)，金山地區(qū)中酸性巖顯示富集地幔源的演化趨勢，較少受到板片流體的影響，與俯沖作用基本無關。

圖6　構造環(huán)境判別圖(據Pearce et al.，1984)Fig.6　Discrimination diagrams of tectonic setting(after Pearce et al.，1984)

圖7　Ba/Th-Nb/Zr圖解(江蘇省地質礦產局，1988)Fig.7　Ba/Th-Nb/Zr diagram(after Jiangsu Geology & Mineral Exploration Bureau,1988)

中國東南部燕山晚期經歷了廣泛而強烈的巖漿作用，形成大面積火山-侵入巖，總體呈北東向展布于沿海諸省，構成了大陸邊緣醒目的地質特征，其中火山巖分布于浙、閩、粵、贛及蘇、皖、魯等沿海地區(qū)。東南沿海區(qū)分布的燕山晚期侵入巖的同位素年齡主要為2個時期，即140～125 Ma和125～85 Ma(毛建仁等，2009)。研究區(qū)巖漿活動時期主要在早中白堊世(125～74 Ma)(江蘇省地質礦產局，1988)，巧合的是，它與東南沿海燕山晚期第二階段侵入活動時間十分吻合。

lg[w(CaO)/w(Na2O+K2O)]-w(SiO2)圖解(圖8)顯示，I型花崗巖落在擠壓型與伸展型巖漿混合作用區(qū)，反映了金山地區(qū)巖體侵位時正處于擠壓向伸展轉折過程中，這與溧陽盆地I型、A型花崗巖空間緊鄰分布的地質現象相吻合。

圖8　lg[w(CaO)/w(K2O+Na2O)]-w(SiO2)圖解 (江蘇省地質礦產局，1988)Fig.8　Diagram of lg[w(CaO)/K2O+Na2O)]-w(SiO2)(after Jiangsu Geology & Mineral Exploration Bureau,1988)

通常認為比較高的I(Sr)值是地殼來源的標志，而ε(t)(Nd)為負值則指示源區(qū)為地殼或富集地幔。溧陽盆地花崗斑巖I(Sr)值介于0.709 2～0.709 5之間，ε(t)(Nd)介于-5.25～-9.35之間(江蘇省地質礦產局，1988)，顯示出殼?；煸春拖碌貧さ奶卣?。溧陽花崗斑巖ε(t)(Nd)值位于張旗等(2001)歸納出的下揚子元古宙下地殼I(Sr)(0.705～0.709)和ε(t)(Nd)值(-4～-16)之間，元古宙的下地殼基底中可能有較多年輕的玄武質巖石底侵加入。因此，金山花崗斑巖、石英閃長斑巖是幔源玄武質巖漿底侵作用促使下地殼熔融作用的產物。

前人多認為長江中下游在晚中生代主要受古太平洋板塊的俯沖影響，處于巖石圈拆沉減薄的伸展環(huán)境，并伴隨一系列構造-巖漿作用(Sunetal., 2007)。通過分析，金山侵入巖屬于板內伸展環(huán)境(圖8)，而花崗巖構造判別圖解(圖6a、b)顯示多數點屬火山弧環(huán)境，這表明研究區(qū)侵入巖既具有板內伸展環(huán)境，又兼有火山弧的特征，結合研究區(qū)侵入巖的同位素年齡多為125～74Ma的事實，反映當時研究區(qū)的構造機制處于由擠壓向拉張轉折的階段，在來自地幔的巖漿或者熱源影響下，下地殼因構造伸展而減壓，發(fā)生部分熔融形成花崗質巖漿，并且伴隨著區(qū)域眾多北北東向斷裂的活動，發(fā)生了大規(guī)模巖漿的侵入與噴發(fā)(翁望飛等，2011)，從而形成了現今的I型花崗巖。

5結論

(1) 研究區(qū)構造上處于下揚子與江南隆起的過渡帶，金山地區(qū)侵入巖巖石類型主要有花崗斑巖、石英閃長斑巖。

(2) 金山花崗巖SiO2質量分數為65.11%～71.40%，K2O/Na2O比值為1.30～2.56，鋁飽和指數(A/CNK)集中于1.02～2.05，屬高鉀鈣堿性的準鋁質巖漿巖。稀土元素屬輕稀土富集型，輕重稀土分異不明顯，富集K、Rb、Th、U、K、Nd、Zr，虧損Ba、Nb、Ta、Sr、P、Ti，無明顯負Eu異常。

(3) 區(qū)域構造背景、巖石學和元素地球化學特征綜合分析顯示，研究區(qū)的構造機制處于由擠壓向拉張轉折的階段，花崗巖的形成與幔源物質底侵引起的下地殼物質部分熔融形成的巖漿分異結晶作用有關。

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HUANG Shunsheng， YANG Yongbiao， TIAN Chunming, WANG Haiou， XU Xufeng

(Geological Survey of Jiangsu Province, Nanjing 210018， Jiangsu, China)

Abstract：The Jinshan area is located in the transitional zone between the Lower Yangtze region and Jiangnan uplift, and the intrusive rocks consist of granitic porphyry and quartz diorite porphyry. Petrochemical studies show that the Jinshan granites are high-K calc-alkaline and metaluminous magmatic rocks, with SiO2 content of 65.11%～71.40%, K2O/Na2O ratios of 1.30～2.56, and A/CNK ratios of 1.02～2.05. The granitic rocks are LREE-enriched, with high ratios of LREE/HREE, and are enriched in K, Rb, Th, U, K, Nd and Zr, depleted in Ba, Nb, Ta, Sr, P and Ti, with no significant negative Eu anomalies. Comprehensive regional geological setting, lithology and geochemical characteristics suggest that the tectonic mechanism of this area is converting from compression to extension, and that the granites mostly originated from partial melting of lower crust as a result of decompression and experienced the magmatic evolution of crystallization and differentiation.

Keywords：geochemical characteristics； granite； tectonic environment； Liyang Basin; Jiangsu Province

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.01.15

收稿日期：2015-02-01；修回日期：2015-02-16；編輯：蔣艷

基金項目：中國地質調查局項目“長江中下游成礦帶地質礦產調查”(1212011120855)

作者簡介：黃順生(1975—)，男，高級工程師，礦物學、巖石學、礦床學專業(yè)，主要從事礦產勘查工作，E-mail: geohuangss@163.com

中圖分類號：P588.121

文獻標識碼：A

文章編號：1674-3636(2016)01-0015-08