吴灿灿，曹 静，赵景宇

1.宿州学院资源与土木工程学院，安徽宿州,234000；2.中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州,221000

花岗岩是一种酸性侵入岩，在地壳中较为广泛分布[1]。花岗岩的形成常受到大地构造背景和区域构造演化的影响和控制。通过对花岗岩的研究能够了解区域地壳的演化及壳-幔相互作用，具有重要意义[2-3]。

宿州地区位于华北板块的东南缘，在中生代发生了强烈的岩浆侵入活动，形成多期次侵入的岩体[4-7]，但总体出露情况较少。前人对研究区的岩浆活动进行了一些相关研究，主要集中于中生代侵入杂岩体及其中包体的地球化学和年代学工作[8-11]，其他岩浆活动研究基本停留在地质调查研究阶段，对于研究区花岗岩体，目前没有开展系统的研究工作。基于此，本文以宿州八山花岗岩体为研究对象，通过对岩石样品镜下分析及元素地球化学特征分析，从而揭示宿州花岗岩的成因，并探讨其构造背景，以期为华北板块东南缘中生代构造演化提供约束。

1 区域地质背景及岩石学特征

皖北八山地理位置位于安徽省宿州市夹沟镇，构造位置上属于华北板块东南缘[12]。区内出露地层以寒武系和震旦系为主。八山花岗岩体出露于夹沟镇东南的八山、火山一带，发育于寒武系馒头组内部，成脉体分布，与围岩接触面清楚(图1)。

图1 研究区地理位置及地质简图

八山花岗岩岩石学特征如下：花岗岩为浅红灰色，细晶结构，粒度0.2 mm左右，均一块状构造，主要成分为长石，其次为石英。显微镜下呈斑状结构，斑晶为斜长石和石英，斜长石含量3%，为自形短柱状，长0.3 mm左右，内部具熔融孔洞，见聚片双晶；石英含量1%，长0.1～0.2 mm，被熔融成圆形。基质具微粒等粒结构，主要为长石和石英，偶见黑云母，长石含量80%，正长石为主，呈自形的柱状，横截面正方形，长0.1～0.2 mm，少量为斜长石(10%)，具聚片双晶；石英含量16%，它形粒状，充填于长石之间的孔隙中，无色透明，粒度0.1 mm左右；黑云母为黄绿-暗绿色，多色性明显，一组极完全解理，0.12 mm(图2)。

图2 八山花岗岩岩石学特征

2 样品采集与测试

花岗岩岩体样品采自安徽宿州市夹沟镇八山，具体位置见图1。将采集的样品拿到实验室进行初步处理，清洗干净、自然风干、切除表层、超纯水清洗、烘箱烘干，机器粉碎并用玛瑙研钵研磨至200目，样品送至武汉上谱分析测试中心测定主量元素和微量元素含量。主量元素采用X射线荧光光谱仪(Axios MAX)分析完成，微量元素利用电感耦合等离子体质谱仪(Agilent 7700e ICP-MS)分析完成，详细测试方法均参照《硅酸盐岩石化学分析方法》(GB/T14506-2010)。测试精度均优于5%，全岩主微量元素分析结果见表1，其中烧失量(LOI)是一定质量样品烘干后于950 ℃反复灼烧直至恒重，通过计算所得。

3 地球化学特征

3.1 主量元素

八山花岗岩主量元素分析结果具体见表1。从测试结果中可以看出，宿州八山花岗岩样品中SiO2含量为74.58%～76.01%，含量较高；MgO含量为0.06%～0.1%；P2O5含量为0.01%～0.11%；TiO2含量为0.07%～0.08%，在岩石样品中含量较低，但分布较均匀。八山花岗岩全碱(Na2O+K2O)含量为8.29%～8.62%，平均为8.44%，含量较高。在TAS图解中(图3)，样品被分类为花岗岩。样品ω(K2O)>ω(Na2O)含量高，K2O/Na2O值为1.06～1.29，均大于1，为富钾岩石，里特曼组合指数为2.18～2.25。通过SiO2-K2O图解[13-14](图4)，可知样品属于高钾钙碱系列。花岗岩样品Al2O3含量平均为13.3%～13.93%，铝饱和指数A/CNK为1.49～1.59，属过铝质岩石[15](图5)。

表1 八山花岗岩主量元素(ωt%)及微量元素(×10-6)分析结果

(续表)

图3 TAS图解 图4 K2O-SiO2图解 图5 A/NK-A/CNK图解

3.2 微量元素和稀土元素

八山花岗岩微量元素蛛网图上(图6)，所有样品的微量元素分布模式均为总体右倾斜型。八山花岗岩Rb元素含量为222×10-6～240×10-6，Hf 元素含量为3.96×10-6～4.16×10-6，Th元素含量为28.6×10-6～31.7×10-6，较为富集。Ba元素含量为25.7×10-6～34.5×10-6，Nb元素含量为34.2×10-6～37.6×10-6，相对较为亏损。Sr元素亏损，含量为15.6×10-6～37.3×10-6，可能是岩浆中存在斜长石残留导致[16]。

图6 八山花岗岩微量元素蛛网图

八山花岗岩的稀土总量较低，ΣREE为23.65×10-6～32.82×10-6，平均为26.45×10-6，高于上地幔稀土元素含量(17.7×10-6)，远低于上地壳稀土元素含量(165.35×10-6)[17]。其中轻稀土元素含量在20.32×10-6～28.55×10-6之间，重稀土元素含量为2.95×10-6～4.27×10-6。ΣLREE/ΣHREE为5.77～7.01，反映出轻稀土富集、重稀土亏损的特征。(La/Yb)N为4.83～5.86，表明轻重稀土元素分馏较为明显。在八山花岗岩稀土元素分布型式图上(图7)，可以看出曲线总体呈右倾海鸥型分布，元素Eu明显负异常(δEu介于0.44～0.59)。曲线特征及Eu负异常可能是长石从岩浆中分离结晶引起，或部分熔融作用中长石残留在源区所导致[18]。

图7 八山花岗岩稀土元素分布型式图

4 讨 论

4.1 岩石成因

花岗岩通常被分为I、S、A和M型四类，是以岩浆性质划分的[19]。在分类过程中最常用的手段为元素地球化学。

一般A型花岗岩TFeO含量较高，大于1%，与高分异I型花岗岩(TFeO小于1%)能够很好区分。八山花岗岩样品TFeO含量为1.04%～1.4%，TFeO/MgO比值为13.7～20.95(平均为15.87)，与世界A型花岗岩平均值(13.4)相近[20-22]，远高于I型(2.27)、S型(2.38)和M型(2.37)花岗岩。样品在TFeO/MgO-SiO2图解中[23-24](见图8)均落入A型花岗岩区域。八山花岗岩元素Ga含量为21.3×10-6～22.8×10-6，接近世界典型A型花岗岩数值(18.54×10-6～24.6×10-6)[24]。10 000×Ga/Al值常用作A型花岗岩的判别依据，当数值大于2.6，认定为A型花岗岩[19-20]。研究区花岗岩10 000×Ga/Al值为2.99～3.14，均大于2.6。从八山花岗岩微量元素蛛网图及稀土元素分布图中，可以看出稀土元素配分曲线型式呈右倾海鸥型分布，Sr、Eu、Ba等元素负异常和Zr、Hf等元素明显富集，这均与典型A型花岗岩表现出的元素特征一致。

图8 TFeO/MgO-SiO2图解

在Nb-SiO2、Na2O-K2O、(Na2O+K2O)/CaO-10 000Ga/Al、TFeO/MgO-(Ce+Y+Zr+Nb)、Nb-10 000Ga/Al和K2O/MgO-10 000Ga/Al图解[23，25]中(见图9、图10)，八山花岗岩样品基本落入A型花岗岩区域内，能够与I、S型花岗岩区分。从主微量元素及稀土元素地球化学角度，八山花岗岩属于铝质A型花岗岩。

图9 Nb-SiO2和Na2O-K2O图解

图10 花岗岩类型判别图解

A型花岗岩的成因有幔源岩浆、或与地壳岩浆混染分异以及大陆地壳部分熔融三种观点。八山花岗岩具有较高的SiO2(74.58%～76.01%)和较低的MgO(0.06%～0.1%)含量，不是来源于地幔岩浆的直接熔融。岩石中Sr、Eu亏损说明形成花岗岩的岩浆可能存在斜长石残留，且区域内没有发现同期次基性-超基性岩，说明不是幔源岩浆直接分离结晶形成。八山花岗岩SiO2的高含量和Hf、Zr元素富集，显示出壳源岩石来源。八山花岗岩Rb/Nb值为6.29～6.8，高于全壳均值5.36[16]，Nb/Ta值为13.18～14.22，低于幔源熔体均值22[26-28]，接近大陆地壳均值(11～16)[28]，表明八山花岗岩源自地壳，而非地幔物质。在岩石源区判别图解[29]中(图11)，样品均落入变质杂砂岩部分熔融区。

图11 花岗岩源区判别图解

4.2 构造环境

图12 Rb/10-Hf-3Ta和Rb/30-Hf-3Ta图解

地壳能够部分熔融，表明地下深处存在热异常，基本由拉张引起，因此，A型花岗岩代表伸展背景的构造环境[19]。在Rb/10-Hf-3Ta构造环境判别图解中(见图12)，研究区花岗岩样品落在碰撞大地构造背景和板内背景的接触区域，暗示造山期即将结束，板内期即将来临。在Rb/30-Hf-3Ta图解中(见图12)，落在碰撞后区域内，反映其形成应该在俯冲或碰撞作用结束后。在Nb-Y图解和Rb-(Y+Nb)图解[31]中(见图13)，八山花岗岩样品投落在碰撞花岗岩区域内。通过R1-R2图解[32]进一步判别(见图14)，落在造山期后A型花岗岩区域。

图13 Nb-Y和Rb-(Y+Nb)图解

图14 R2-R1图解

三叠纪末期开始，扬子陆块俯冲碰撞华北陆块，使华北板块东南部陆壳增厚，产生高压-超高压变质岩石。到中侏罗世时期，华北板块东南部进入构造伸展环境，高压-超高压变质岩折返到中下部地壳，同时，岩石圈开始减薄，拉张引起中下部地壳的部分熔融，产生一系列岩浆活动[33]。晚侏罗世-早白垩世，古太平洋板块俯冲中国陆块东部，郯庐断裂带大规模向北推移，触发下地壳拆沉作用，引起软流圈物质上涌，交代侵蚀地幔，上升造成地壳岩石部分熔融，形成早白垩世双峰式火成岩[7,34-35]。

八山花岗岩侵入于寒武系地层中，其时代确定为寒武系之后，据报道，华北板块东南缘的岩浆活动主要发生在元古代和中生代[36-41]。据其出露特征，八山花岗岩体侵入时间为中生代。康从轩等在研究华北克拉通东南缘蚌埠隆起早白垩世二长花岗岩发现，岩石年龄集中于114.6±3.3～121±1.0 Ma，主要来源于地壳的部分熔融，但有地幔物质参与[7]。王清海等对华北克拉通东南缘中生代侵入杂岩测年发现形成时间约为127 Ma，岩体中携带丰富幔源捕掳体，暗示岩石形成也有地幔物质参与[33]。这也就确定八山花岗岩不可能是在早白垩世时期形成的，早白垩世时期岩浆活动有地幔的参与，可以推断八山花岗岩体大致形成于中侏罗世-晚侏罗世时期,至于岩体具体形成时间，后期将进一步深入研究。通过以上认识可以得出，八山A型花岗岩形成于造山期后的伸展构造环境。

5 结 论

(1)从主微量元素及稀土元素地球化学角度，八山花岗岩属于铝质A型花岗岩。

(2)Hf、Zr元素富集及Rb/Nb、Nb/Ta值特征表明八山花岗岩主要来源地壳物质，可能为变质杂砂岩的部分熔融。

(3)八山花岗岩体形成于造山期后的伸展构造环境。