張振華

(山東省煤田地質(zhì)局第三勘探隊，山東 泰安 271000)

花崗巖的主量元素、微量元素、同位素等特征分析，對研究與其形成有關(guān)的各種地質(zhì)問題有很好的借鑒作用，至今仍是國內(nèi)外學(xué)者用來探討巖漿源區(qū)、成因、演化和產(chǎn)出的構(gòu)造環(huán)境等基礎(chǔ)理論問題的重要手段之一[1]。南秦嶺龍王洞地區(qū)位于陜西省南部,隸屬安康市石泉縣，地質(zhì)條件復(fù)雜，巖漿活動頻繁。選取該區(qū)分布較廣泛的中生代云峰寨單元細(xì)粒黑云二長花崗巖為研究對象，分析其地球化學(xué)特征，探討其成因、構(gòu)造環(huán)境。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

龍王洞地區(qū)大地構(gòu)造位置位于華南陸塊(Ⅰ)、秦嶺褶皺系(Ⅱ)南緣、白水江-白河褶皺束帶(Ⅲ)中部，西部與揚(yáng)子板塊相鄰，屬于元古代變質(zhì)基底出露區(qū)。地質(zhì)演化過程較為復(fù)雜，局部晚古生代淺變質(zhì)沉積巖蓋層以剝離斷層方式滑覆于變質(zhì)基底之上，形成隆滑構(gòu)造系統(tǒng)。該區(qū)出露的地層主要有中元古代武當(dāng)巖群揚(yáng)坪組、新元古代青白口紀(jì)耀嶺河組、震旦紀(jì)陡山沱組，巖性以絹云綠泥鈉長片巖、絹云石英片巖等片巖類為主，局部夾板巖、灰?guī)r及中基性變質(zhì)火山巖等。該區(qū)構(gòu)造以NW向脆性斷裂為主，發(fā)育一定數(shù)量的韌性剪切帶和糜棱巖帶，局部發(fā)育褶皺構(gòu)造。該區(qū)巖漿活動頻繁，時代跨度較大，以侵入巖為主，主要發(fā)育新元古代小毛壩單元頁理化細(xì)粒石英閃長巖、玉皇廟單元頁理化中粒石英閃長巖、中生代云峰寨單元細(xì)粒黑云二長花崗巖、黃金寨單元中粒黑云二長花崗巖，云峰寨單元花崗巖在該區(qū)主要呈卵狀、橢圓狀侵入于元古代變質(zhì)地層或巖體中，不同部位的花崗巖巖性特征一致，與圍巖呈超動式侵入接觸關(guān)系，局部呈脈動式侵入關(guān)系或斷裂接觸關(guān)系(圖1)。

1—陡山沱組；2—耀嶺河組；3—黃金寨單元；4—云峰寨單元；5—玉皇廟單元；6—小毛壩單元；7—斷裂；8—地質(zhì)界線；9—采 樣位置圖1 龍王洞地區(qū)地質(zhì)略圖

2 巖石礦物學(xué)特征

云峰寨單元侵入巖巖性為細(xì)粒黑云二長花崗巖，花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

2.1 主要礦物成分及特征

斜長石：呈半自形—自形長板狀，多具環(huán)帶構(gòu)造，絹云母化較弱，粒度在0.1～1.5mm之間，分布不均，局部較集中，含量約31%。

鉀長石：多為半自形板狀，少數(shù)不規(guī)則板狀，綠簾石化中等，見不規(guī)則條紋，粒度0.1～2mm，局部與石英呈文象交生，含量約39%。

石英：半自形—他形粒狀，粒度0.05～1.8mm，較均勻分布在上述礦物間，具波狀消光，含量約20%。

黑云母：不規(guī)則片狀，粒度0.1～1.8mm，含量約6%。

2.2 次要礦物成分及特征

副礦物主要有磁鐵礦、鋯石、磷灰石。次生礦物主要有白云母、絹云母(圖2)。

a—露頭照片；b—正交偏光顯微照片圖2 云峰寨單元花崗巖

3 地球化學(xué)特征

3.1 主量元素特征

在云峰寨單元花崗巖有代表性的出露區(qū)域采取樣品3件進(jìn)行各項(xiàng)分析。樣品加工、分析均由陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究所完成，主量元素分析結(jié)果見表1。

表1 巖石化學(xué)分析結(jié)果(×10-2)

巖石地球化學(xué)特征的研究中，一般以SiO2-AR圖判斷巖石堿度，分析結(jié)果中，SiO2>50%，且K2O/Na2O=1.28～1.45，介于1～2.5之間，因此采用AR=(Al2O3+CaO+2Na2O)/(Al2O3+CaO-2Na2O)，根據(jù)該次化學(xué)分析結(jié)果投圖，3件樣品全部落入堿性區(qū)(圖3)。巖石鋁飽和度用A/NK-A/CNK圖來判別，3件樣品全部落入過鋁質(zhì)區(qū)(圖4)。在花崗巖類別判別圖中所有樣品均落入A型花崗巖區(qū)(圖5)。經(jīng)計算，該巖體固結(jié)指數(shù)SI=1.35～2.97，平均2.08，反映巖漿固結(jié)時間長，巖漿結(jié)晶分異程度較高。主量元素有以下特點(diǎn)：

(1)高硅：SiO2含量72.80%～73.35%，鐵相對鎂富集，F(xiàn)e2O3含量1.58%～2.07%，F(xiàn)eO含量0.19%～0.25%，MgO含量0.22%～0.37%。具有A型花崗巖富鐵貧鎂的特征。

(2)高堿：AR指數(shù)3.45～5.75，平均4.75，屬堿性花崗巖。

圖3 花崗巖堿性程度判別圖(據(jù)Wright,1969)

圖4 花崗巖鋁飽和度判別圖(據(jù)Maniar等,1989)

(3)鋁過飽和：A/CNK指數(shù)1.20～1.40，平均1.29，參照Frost等人的花崗巖分類觀點(diǎn)，該巖體屬于A型花崗巖中鋁飽和亞類[2]。

圖5 花崗巖類別判別圖(據(jù)Peive，1975)

主量元素特征反映了其形成于相對還原環(huán)境。其形成過程中氧逸度、溫度、壓力等條件均應(yīng)滿足其還原條件，當(dāng)源巖成分固定時，溫度越高則巖漿體系越處于還原環(huán)境。水分會導(dǎo)致體系中氧逸度增加，不利于形成還原環(huán)境，還原環(huán)境的巖漿水分含量較少。鋁過飽和說明其形成壓力很高，導(dǎo)致巖漿體系中斜長石不穩(wěn)定造成的[3]，因此，云峰寨單元花崗巖形成于高溫、貧水、高壓的還原環(huán)境。

3.2 微量元素特征

微量元素分析結(jié)果見表2。

表2 巖石微量元素分析結(jié)果(×10-6)

在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中(圖6)，大離子親石元素(LILE)Rb和高場強(qiáng)元素(HFSE)Th，U高度富集；而大離子親石元素(LILE)Ba，Sr及高場強(qiáng)元素(HFSE)Nb，Ta呈相對虧損；在蛛網(wǎng)圖中呈現(xiàn)明顯“V”型谷形態(tài)。Sr相對虧損，指示巖漿演化過程中有顯著的斜長石結(jié)晶分異過程。Nb與Ta，Zr與Hf化學(xué)性質(zhì)及地球化學(xué)行為具相似性，Nb/Ta值通常用來指示巖漿分異演化過程，巖漿分異演化程度與Nb/Ta具有負(fù)相關(guān)性，Nb/Ta=11.82～13.17，均值12.34，接近正?；◢弾r(Nb/Ta正常值為11)，說明該巖體巖漿分異演化時間較長、程度較高[4-5]。

圖6 花崗巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖 (原始地幔標(biāo)準(zhǔn)值據(jù)國際地球化學(xué)參考模型數(shù)據(jù)，1998)

3.3 稀土元素特征

∑REE=234.1～251.9,說明云峰寨單元花崗巖稀土元素總體富集。LREE/HREE=4.40～5.77,說明輕稀土元素較重稀土元素富集，是巖體缺少石榴子石、角閃石等礦物的標(biāo)志(表3)。

(La/Yb)N=4.65～5.72，(La/Sm)N=2.61～3.63，(Gd/Yb)N=1.03～1.20，說明稀土元素整體分餾程度較高，且輕稀土元素分餾較重稀土元素明顯。δEu=0.05～0.13，Eu虧損明顯，與典型A型花崗巖一致，表明巖漿過程中有較完整的斜長石結(jié)晶分異過程(表4)。

表3 巖石稀土元素分析結(jié)果(×10-6)

表4 巖石稀土元素特征參數(shù)

稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖(圖7)中可看出，Eu元素附近形成“V”型谷，輕稀土元素一側(cè)緩慢抬升，斜率相對較大，重稀土元素一側(cè)較為平緩，呈舒緩波狀，表明Eu→La元素富集趨勢增大，而Eu→Lu元素含量變化趨勢較為平穩(wěn)，圖形走勢與典型A型花崗巖一致[6-9]。

圖7 花崗巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖 (球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)值據(jù)Boynton，1984)

4 巖石成因

區(qū)域上云峰寨單元花崗巖一般呈卵狀、橢圓狀侵入，符合主動就位機(jī)制特征，且其長軸方向多為NW向，與區(qū)域主構(gòu)造方向一致，說明構(gòu)造對巖漿的上升就位起主要控制作用，即前期斷裂為巖漿的最終就位提供空間，花崗巖的位置首先承襲了前期斷裂位置，后由于巖漿上侵壓力過大，頂部花崗巖結(jié)晶作用開始后，巖漿黏度逐漸增加，迫使尾部巖漿的側(cè)向擴(kuò)張，發(fā)生氣球膨脹效應(yīng)，從而改變了花崗巖體原有的接觸界線，形成卵狀、橢圓狀侵入界線。主動就位機(jī)制的花崗巖巖漿一般產(chǎn)生于地殼較深位置且?guī)r漿活動較早，地殼物質(zhì)熔融后體積膨脹，釋放壓力較大，與巖漿自然浮力相結(jié)合，巖漿擠壓速率大于斷裂拉張速率，上侵就位較為迅速，而巖漿上侵就位速度與其溫度和含水量有直接關(guān)系，溫度愈高、含水量愈低，其上侵就位速率愈快[10]，與判斷云峰寨單元花崗巖形成于高溫、貧水、高壓的還原環(huán)境較為吻合。

廣義的A型花崗巖是代表一大類富鐵貧鎂、適度富堿的長英質(zhì)火成巖的描述性術(shù)語，其本身已經(jīng)失去了巖石成因意義，因此，對于A型花崗巖多種亞類進(jìn)行巖石成因的研究才具有實(shí)際意義。前已述及，云峰寨單元花崗巖屬于A型花崗巖中鋁飽和亞類。汪洋等[3]通過實(shí)例研究證明，鋁飽和A型花崗巖可以形成于壓力較大、具高地溫梯度條件的地殼中下部，鋁飽和A型花崗巖成因主要與陸塊碰撞或島弧巖漿作用影響的大陸地殼(或底侵地殼)有關(guān)。該次樣品中Nb，Ta相對虧損暗示巖漿過程中有地殼物質(zhì)參與，Ba，Sr相對虧損的花崗巖通常被認(rèn)為是地殼物質(zhì)熔融產(chǎn)物，Nb/Ta=11.82～13.17，均值12.34，在正常地殼比值范圍之內(nèi)(10～14)，小于上地幔平均比值(17.5)，表明地殼為巖漿主要來源。樣品Zr/Hf=23.06～29.54，均值26.65，與地殼地幔比值(22，33.6)差別較小，表明巖漿形成過程中以地殼參與為主，但也暗示可能有地幔物質(zhì)參與[11-15]，野外實(shí)際觀測中也發(fā)現(xiàn)巖石局部存在少量可能來自地幔的暗色閃長質(zhì)包體(圖8)。以上特征表明，云峰寨單元花崗巖成因以地殼作用為主，屬地殼重融型花崗巖，深部地殼重融過程中混入少量地幔物質(zhì)。

圖8 花崗巖中暗色閃長質(zhì)包體

5 構(gòu)造環(huán)境

地球化學(xué)特征可以用來研究構(gòu)造環(huán)境，主量元素和微量元素可針對不同類型構(gòu)造環(huán)境劃分進(jìn)行判斷，選取了Y+Nb-Rb圖解(圖9)、Y-Nb圖解(圖10)、Ta+Yb-Rb圖解(圖11)、SiO2-Al2O3圖解分別進(jìn)行判別(圖12)，并做綜合對比分析。

圖9 Y+Nb-Rb圖解(據(jù)Pearce，1984)

圖10 Y-Nb圖解(據(jù)Pearce，1984)

在Y+Nb-Rb圖解中(圖9)，所有樣品均落在火山弧花崗巖與同碰撞花崗巖的分界線附近，說明云峰寨單元花崗巖為火山弧花崗巖與同碰撞花崗巖的過渡類型，同時具備2種花崗巖特點(diǎn)，這與Y-Nb圖解中判別一致(圖10)，而在Ta+Yb-Rb圖解中(圖11)，所有樣品落在同碰撞花崗巖區(qū)，同樣接近火山弧花崗巖與同碰撞花崗巖分界線，暗示了過渡類型的特點(diǎn)，在SiO2-Al2O3圖解(圖12)中，所有樣品均落在后造山花崗巖區(qū)。

圖11 Ta+Yb-Rb圖解(據(jù)Pearce，1984)

圖12 SiO2-Al2O3圖解(據(jù)Maniar等,1989)

A型花崗巖形成的構(gòu)造環(huán)境目前仍有較大爭議，Loiselle和Wones最初提出A型花崗巖的定義時，認(rèn)為其形成于非造山環(huán)境，但此后國內(nèi)外多個地區(qū)A型花崗巖被發(fā)現(xiàn)形成于造山環(huán)境，例如我國哀牢山-金沙江、東秦嶺、新西蘭Mayer島、北美阿伯拉契亞等。顧連興、劉新秒等[16-19]則明確認(rèn)為，A型花崗巖可以形成于后造山構(gòu)造環(huán)境。賈小輝等[18]認(rèn)為，鋁飽和A型花崗巖形成于碰撞后張性構(gòu)造環(huán)境。國外有學(xué)者認(rèn)為，無論何種構(gòu)造環(huán)境，只要具備貧水且適當(dāng)硅鋁質(zhì)的地殼源區(qū)、足以造成地殼部分熔融的熱源以及巖漿上升的適當(dāng)空間，A型花崗巖就可以形成。A型花崗巖形成于造山期或非造山期的張性構(gòu)造環(huán)境是目前能夠被普遍接受的觀點(diǎn)。

隋振民等[20]認(rèn)為，后造山花崗巖在地球化學(xué)特征上往往具有富堿(K2O+NaO)、高鉀(K2O)、LILE(Rb，Th，K等)和LREE相對富集、HFSE(Nb，Ta，Ti等)相對虧損等特點(diǎn)，云峰寨單元花崗巖中K2O+NaO=9.75～10.86，平均10.33，K2O=5.77～6.23，平均5.94，LILE中大部分元素和LREE相對富集，HFSE中大部分元素相對虧損，這些特點(diǎn)與后造山花崗巖相類似，但云峰寨單元花崗巖LILE中的Sr=3.1～6.7，平均5.23，呈非常明顯的虧損狀態(tài)，這實(shí)際上是A型花崗巖的普遍特征，張旗等[21]認(rèn)為，A型花崗巖大多屬于非常低Sr類型。

結(jié)合構(gòu)造環(huán)境判別推斷，云峰寨單元花崗巖是在經(jīng)歷前期陸塊碰撞—俯沖過程后轉(zhuǎn)入到后期折返—垮塌過程的后造山張性構(gòu)造環(huán)境時期產(chǎn)生，與陸殼增厚和地幔物質(zhì)減壓隆升密切相關(guān)，也有可能與深大斷裂活動有關(guān)。秦嶺地區(qū)華北板塊與華南板塊在印支期的碰撞發(fā)生于約230～200Ma,表現(xiàn)為向北西方向延伸的剪刀式斜碰撞;在秦嶺造山帶印支期剪刀式大陸碰撞過程中,東南向的板片撕裂引發(fā)了軟流圈的上涌和隨后的鎂鐵質(zhì)—長英質(zhì)巖漿作用[22]，晚古生代開始，南秦嶺陸內(nèi)造山演化期可分為3個階段：

(1)晚印支期—早燕山期為陸內(nèi)造山垮塌階段。

(2)中—晚燕山期為造山擠壓推覆階段，以出現(xiàn)剝離斷層為標(biāo)志。

(3)喜山期為斷塊隆升階段。

第一階段為張性構(gòu)造環(huán)境，第二階段明顯為擠壓構(gòu)造環(huán)境，第三階段已經(jīng)進(jìn)入新生代，因此推斷，云峰寨單元花崗巖應(yīng)產(chǎn)生于第一階段后期，即早燕山期造山垮塌階段，此階段地殼由于前期造山運(yùn)動而增厚，地殼底部壓力增大，地幔物質(zhì)熔融后減壓隆升，地殼伸展減薄，產(chǎn)生了一系列張性斷裂，形成張性構(gòu)造環(huán)境，地幔物質(zhì)減壓隆升后釋放大量熱能，導(dǎo)致深部地殼物質(zhì)熔融產(chǎn)生大量花崗巖漿，地殼熔融花崗巖漿混入部分地幔物質(zhì)后最終沿張性斷裂空間主動上侵就位到地殼較淺位置[23-32]。

6 結(jié)論

(1)巖石主量元素研究表明，云峰寨單元花崗巖屬于堿性過鋁質(zhì)A型花崗巖，形成于高溫、貧水、高壓的相對還原環(huán)境。

(2)巖石微量元素研究表明，云峰寨單元花崗巖成因以地殼作用為主，屬地殼重融型花崗巖，巖漿經(jīng)歷早期地殼熔融過程后又混入少量地幔物質(zhì)。巖漿固結(jié)時間長，演化分異程度高。

(3)花崗巖中稀土元素總體富集，且輕稀土元素較重稀土元素富集，稀土元素整體分餾程度較高，且輕稀土元素較重稀土元素分餾明顯，稀土元素特征與典型A型花崗巖一致。

(4)云峰寨單元花崗巖為主動就位機(jī)制，是在早燕山期造山垮塌階段的張性構(gòu)造環(huán)境時期產(chǎn)生，與陸殼增厚導(dǎo)致地幔物質(zhì)減壓隆升密切相關(guān)。

致謝：審稿專家在百忙之中審稿并提出了有益意見和建議；山東國土資源雜志社的編輯老師們在文章刊發(fā)過程中付出了辛苦細(xì)致的勞動；山東科技大學(xué)地質(zhì)學(xué)院楊鋒杰教授、山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院汪子杰高級工程師在該文撰寫過程中給予了指導(dǎo)和幫助，在此一并致謝。