秦岭东段南召—镇平地区早古生代花岗岩类地球化学特征*

2018-08-17李开文方怀宾郭君功王小娟

现代矿业 2018年7期

李开文方怀宾郭君功刘坤赵焕王小娟

(1.河南省地质调查院；2.河南省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室)

秦岭造山带位于中央造山带中东部，是华北板块与扬子板块的结合带，经历了长期的地质演化和多期次不同构造运动的叠加复合，使得区内呈现出复杂的地质面貌[1-3]。秦岭造山带至少经历了中—新元古代、古生代、新生代岩浆事件和造山作用，其中，古生代花岗岩在秦岭岩浆岩研究中占有重要地位。秦岭地区古生代花岗岩主要位于北秦岭地区，前人对其进行了大量地质调查、地球物理、地球化学及同位素研究，尽管成果丰硕[4-6]，但该类研究往往偏重于单个岩体，从而导致同一岩浆演化序列形成的岩体之间的相互关系被忽略。本研究将秦岭东段南召—镇平地区的花岗岩类划分为闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩和正长花岗岩4种岩石类型，并结合最新测试数据，对其地球化学特征进行详细分析，并对区域构造演化进行探讨。

1 研究区地质特征

秦岭造山带由商丹带(商南—丹凤断裂带)、勉略带(勉县—略阳断裂带)2条主缝合带和华北板块、扬子板块以及夹于两者之间的秦岭微板块组成[2]。这三大板块沿2条主缝合带，经加里东期板块俯冲，在晚海西期—印支期发生碰撞造山运动从而最终拼合，之后经历中—新生代强烈的陆内造山作用叠加复合，形成了现今的秦岭造山带的基本构造面貌。研究区位于秦岭造山带东部，横跨2个Ⅰ级构造单元，主要出露地层为早元古界秦岭岩群和早古生代二郎坪群。秦岭岩群分布于商丹带北侧，成分上以成熟度较低的陆源碎屑岩和碳酸盐岩为主夹有少量火山岩，经历了多期次变质、变形和混合岩化[7]。二郎坪群分布于秦岭岩群北侧，主体为一套变质碎屑岩、变质基性—中酸性火山岩和碳酸盐岩沉积建造，目前普遍认为是古商丹洋向华北板块俯冲过程中秦岭古岛弧北侧发育的弧后盆地[8-9]。

2 岩石学特征

(1)闪长岩类。闪长岩类岩体的主要岩性为闪长岩、石英二长闪长岩和石英二长岩。岩石呈深灰色，粗—中粒半自形粒状结构、似斑状结构，块状构造。主要组成矿物为斜长石(50%～55%)、钾长石(5%～15%)、角闪石(10%～25%)、石英(2%～15%)、黑云母(5%～10%)。斜长石呈变晶粒状、板柱状，发育卡纳复合双晶，长轴常定向排列；石英呈变晶粒状，具有明显的波状消光现象；钾长石多为微斜长石，自形程度较差；角闪石呈粒柱状，发育2组菱形解理；黑云母呈片状，断续定向分布于长石、石英颗粒间。副矿物主要有锆石、磁铁矿等，含量小于3%。

(2)花岗闪长岩。岩石主要呈灰白色，中—细粒粒状结构，块状构造。主要组成矿物为斜长石(50%～55%)、石英(20%～25%)、钾长石(15%～20%)、角闪石(5%～10%)、黑云母(5%～10%)及少量榍石。斜长石呈半自形板柱状，多为双晶纹平行细密的更长石，晶体多被显微鳞片状绢云母交代；钾长石呈半自形—他形板柱状，多为条纹长石；石英呈他形粒状零散分布于长石颗粒间；角闪石呈自形—半自形柱状，杂乱分布于长石、石英颗粒间；黑云母呈鳞片状，多被绿泥石不均匀交代。

(3)二长花岗岩类。二长花岗岩类岩体的主要岩性为黑云母(二云母)二长花岗岩，可进一步划分为中细粒黑云母二长花岗岩、含斑中细粒黑云母二长花岗岩、(多)斑状黑云母二长花岗岩、中细粒二云母二长花岗岩。各岩体之间的多数地段无明显接触面，为渐变过渡关系。岩体主要组成矿物为斜长石(40%～45%)、钾长石(20%～30%)、石英(20%～25%)、黑云母(5%～10%)、白云母(3%～5%)。斜长石呈半自形板柱状，双晶纹细密且近平行消光，多为更长石；钾长石呈他形粒状，多为条纹长石，部分晶体交代斜长石析出蠕虫状石英，形成蠕英结构；石英呈他形粒状，与钾长石、斜长石相间分布；黑云母及白云母呈鳞片状晶体或集合体，杂乱分布于长石、石英等粒状矿物间。副矿物主要有榍石、锆石、磷灰石、磁铁矿等。

(4)正长花岗岩。岩石呈浅玫瑰红色，似斑状结构，块状构造。斑晶为钾长石，呈半自形粒柱状，多为微斜长石，含量多为30%～50%，粒径多为1～3 cm。基质主要由钾长石(25%～30%)、石英(20%～25%)、斜长石(20%～25%)、黑云母(5%～10%)及少量榍石组成。钾长石呈半自形—他形粒状、板柱状，多为条纹长石及微斜长石；石英呈他形粒状，与钾长石、斜长石相间分布；斜长石呈半自形板柱状，多为双晶纹平行细密的更长石；黑云母呈鳞片状，杂乱分布于长石、石英等粒状矿物间。

3 岩石地球化学特征

3.1 主量元素特征

闪长岩类w(SiO2)为57.45%～59.93%，平均58.63%，总碱度w(K2O+Na2O)为5.23%～7.47%，平均6.55%，w(K2O)/w(Na2O)为0.78～1.12，平均0.93，显示略富钠贫硅、钾的特征，A/CNK为0.69～0.82，平均0.76，在A/NK-A/CNK图解上落入准铝质区域，CIPW标准矿物中没有刚玉出现，属于准铝质花岗岩类。里特曼指数(σ)为1.58～3.74，平均2.74，为钙碱性花岗岩类。分异指数(DI) 为59～65，显示分异程度较低。在岩石R1-R2分类图解中主要落入闪长岩-二长闪长岩区。

花岗闪长岩w(SiO2)为68.86%～69.64%，平均69.62%，总碱度w(K2O+Na2O)为7.27%～7.57%，平均7.47%，w(K2O)/w(Na2O)为0.89～1.07，平均0.95，显示相对富钠贫钾的特征，A/CNK为0.98～1.04，平均1.02，在A/NK-A/CNK图解上落入准铝质与过铝质界线附近，属于准铝质—弱过铝质花岗岩类。里特曼指数(σ)为1.98～2.21，平均2.13，为钙碱性花岗岩类。在岩石R1-R2分类图解中均落入花岗闪长岩区。

二长花岗岩类w(SiO2)为68.25%～74.28%，平均71.02%，总碱度w(K2O+Na2O)为7.50%～8.37%，平均8.03%，w(K2O)/w(Na2O)为0.83～1.45，平均1.18，相对富钾贫钠，A/CNK为0.97～1.22，平均1.10，在A/NK-A/CNK图解上几乎均落入过铝质区域，CIPW标准矿物中几乎均有刚玉出现，属于过铝质花岗岩类。里特曼指数(σ)为2.01～2.54，平均2.31，为钙碱性花岗岩类。分异指数(DI)为86～93，显示分异程度较高。在岩石R1-R2分类图解中均落入二长花岗岩区。

正长花岗岩w(SiO2)为68.42%～74.29%，平均71.26%，总碱度w(K2O+Na2O)为8.89%～9.39%，平均9.14%，w(K2O)/w(Na2O)为1.48～2.44，平均1.86，明显富钾贫钠，A/CNK为1.05～1.16，平均1.09，在A/NK-A/CNK图解上均落入过铝质区域，CIPW标准矿物中均有刚玉出现，属于准铝质花岗岩类。里特曼指数(σ)为2.53～3.29，平均2.98，为钙碱性花岗岩类。分异指数(DI)为90～95，显示分异程度偏高。在岩石R1-R2分类图解中均落入正长花岗岩及邻区。

3.2 稀土元素

闪长岩类岩石w(ΣREE)为189.75～436.45 μg/g，平均288.57 μg/g，w(LREE)/w(HREE)为4.46～9.33，平均6.16，(La/Yb)N为14.31～36.89，平均20.85。闪长岩类岩石具有明显的轻重稀土分馏特征(图3)，分配曲线为右倾平坦型，可能表明岩浆源区残留体聚集了含量较高的重稀土元素的石榴子石和角闪石等矿物。岩体具有中等的负Eu异常(δEu=0.75～0.82)，可能与斜长石的分离结晶作用有关，Ce异常现象不明显(δCe=0.87～1.03)。

花岗闪长岩类w(ΣREE)为233.68～266.16 μg/g，平均246.58 μg/g，w(LREE)/w(HREE)为8.31～12.81，平均11.21，(La/Yb)N为28.49～52.20，平均43.67。花岗闪长岩岩石具有明显的轻重稀土分馏特征。岩体具有中等的负Eu异常(δEu=0.66～0.83)，Ce异常现象不明显(δCe=0.92～0.94)。

二长花岗岩类w(ΣREE)为51.70～320.30 μg/g，平均167.71 μg/g，w(LREE)/w(HREE)为2.08～10.69，平均6.29，(La/Yb)N为7.04～42.50，平均22.90。二长花岗岩类岩石具有明显的轻重稀土分馏特征。岩体具有中等的负Eu异常(δEu=0.62～0.86)，Ce异常现象不明显(δCe=0.89～1.13)。

正长花岗岩类w(ΣREE)为68.70～107.67 μg/g，平均92.33 μg/g，w(LREE)/w(HREE)为1.34～2.99，平均2.31，(La/Yb)N为4.21～10.27，平均7.58。正长花岗岩岩石具有中等轻重稀土分馏特征。岩体具有中等偏高的负Eu异常(δEu=0.46～1.15)，Ce异常现象不明显(δCe=0.84～0.97)。

总体上，由闪长岩类—花岗闪长岩类—二长花岗岩类—正长花岗岩类，岩石稀土总量和轻稀土总量明显降低，闪长岩类—花岗闪长岩类，重稀土总量明显降低，而花岗闪长岩—二长花岗岩类—正长花岗岩，该值又明显升高。由早期至晚期轻稀土含量的降低可能与岩浆中褐帘石的分离结晶作用有关，重稀土含量的富集可能由于流体分异和氟化物的形成共同作用所致[10]。氟化物为重稀土的主要载体，岩浆晚期富F流体作用促使残余熔体中的重稀土富集。稀土元素配分曲线均表现为向右倾斜的V型特征，不同期次的花岗岩类稀土元素特征基本一致，表明各单元具有相似的来源和岩浆演化过程。

3.3 微量元素

闪长岩类和花岗岩闪长岩类富集K、Rb、Ba等大离子亲石元素，可能表明岩体为古老岩体部分熔融的产物[11]。同时，较明显的Nb、Ta负异常可能源自俯冲板片脱水产生的流体交代地幔楔发生部分熔融所致，显示在岩浆演化过程中具有幔源物质加入，P、Ti负异常与秦岭地区的I型花岗岩特征类似[5,12]。

二长花岗岩类岩石富集大离子亲石元素，相对亏损Ba、Sr、Nb、Ta、Ti和P。w(Zr)/w(Hf)为16.92～40.92，平均34.18，接近正常花岗岩值(33～40)和地壳平均值(33～46)；w(Nb)/w(Ta)为6.63～21.54，平均11.17，略低于正常花岗岩比值[13-14]，该值远低于地幔平均值(60)，而与地壳平均值(10)接近。

正长花岗岩类岩石富集大离子亲石元素，相对亏损Ba、Sr、Ta，高度亏损Ti和P，显示了高度分异演化的花岗岩特征[15]，反映了岩浆演化期后的特征。

总体上，由闪长岩类—花岗闪长岩—二长花岗岩类—正长花岗岩，Ba、Sr、w(Zr)/w(Hf)、w(Nb)/w(Ta)值总体呈降低趋势，而Rb、w(Rb)/w(Ba)、w(Rb)/w(Sr)值总体呈升高趋势，反映了岩浆结晶分异程度的提高。w(Zr)/w(Hf)值降低可能由于岩浆中锆石的分离结晶作用促使分异岩浆中Zr含量减少所致，w(Nb)/w(Ta)值降低则是结晶晚期富F流体的作用促使Ta含量升高所形成。

4 讨论

4.1 成分演化

研究区闪长岩类和花岗闪长岩类为钙碱性准铝质花岗岩类，轻重稀土分馏特征明显，具有中等Eu异常，富集K、Rb、Ba，亏损Nb、Ta、P及Ti，具有俯冲型花岗岩类特征。该期岩体具有低(w(87Sr)/w(86Sr))i值(0.703～0.705)、高εNd(t)值(1.5～1.9)的特征，模式年龄较小，Nd模式年龄为0.91～0.94 Ga[9]。闪长岩类内部大量基性包体的出现可能显示幔源物质的混染。

二长花岗岩类岩体为钙碱性过铝质花岗岩类，具有中等轻重稀土分馏特征及中等Eu异常，富集大离子亲石元素，相对亏损Ba、Sr、Nb、Ta、Ti和P，主体显示碰撞型花岗岩类特征。如北秦岭资峪辉长岩体具有高(w(87Sr)/w(86Sr))i值(0.706 05～0.708 55)、低εNd(t)值(-4.99～-1.22)，TDM2=1.59～1.29 Ga；锆石εHf(t)值为-6.2～5.0，TDM2=1.01～1.54 Ga，显示为中元古代富铝沉积岩部分熔融的产物[15]。

正长花岗岩类岩体为富钾钙碱性过铝质花岗岩类，具有中等轻重稀土分馏特征及较低的Eu异常，富集大离子亲石元素，相对亏损Ba、Sr、Ta，高度亏损Ti和P。该期岩体具有中等偏高的(w(87Sr)/w(86Sr))i值(0.708 82～ 0.720 47)，和负εNd(t)值(-17.70～-7.65)，Nd模式年龄TDM=1.78～1.97 Ga；锆石具负εHf(t)值(-21.1～-5.1)，TDM2=1.46～2.29 Ga[15]，一致指示为中元古代和部分古元古代地壳物质重熔的产物。结合该期花岗岩富钾、强烈分异的特征，推断为非挤压环境下陆壳物质熔融岩浆较强分异演化的结果，显示造山期后特征。

4.2 构造环境

在花岗岩成因R1-R2判别图解(图1)中，闪长岩类落入破坏性活动板块边缘花岗岩和板块碰撞后隆起期花岗岩区，反映俯冲期特征；花岗闪长岩类落入破坏性活动板块边缘花岗岩与同碰撞花岗岩区的结合区域，显示由俯冲向碰撞的过渡阶段；二长花岗岩类全部落入同碰撞花岗岩区，表明该区全面进入造山阶段；正长花岗岩类落入晚造期花岗岩区及与同碰撞花岗岩区的结合区，显示造山期后构造特征。上述特征表明：从闪长岩类—花岗闪长岩—二长花岗岩类—正长花岗岩，构造环境分别对应于板块俯冲—碰撞—碰撞后的各个阶段。