湖北麻城市四道河地區(qū)面理化含榴花崗巖的成因

張富鐵，夏斌，張玉泉，黃強(qiáng)太，2，張紅，2，李賀，2

(1.中國科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所，廣東廣州510640;2.中國科學(xué)院 研究生院，北京100049;3.廣東省有色金屬地質(zhì)勘查局地質(zhì)勘查研究院，廣東廣州510080;4.中山大學(xué)海洋學(xué)院，廣東廣州510275)

湖北麻城市四道河地區(qū)面理化含榴花崗巖的成因

張富鐵1，2，3，夏斌1，4，張玉泉1，黃強(qiáng)太1，2，張紅1，2，李賀1，2

(1.中國科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所，廣東廣州510640;2.中國科學(xué)院 研究生院，北京100049;3.廣東省有色金屬地質(zhì)勘查局地質(zhì)勘查研究院，廣東廣州510080;4.中山大學(xué)海洋學(xué)院，廣東廣州510275)

野外和室內(nèi)研究結(jié)果表明，四道河地區(qū)面理化含榴花崗巖由古生代沉積巖變質(zhì)而成。在元素地球化學(xué)特征上，具有與巖漿成因的堿性花崗巖一致的特點(diǎn):高硅(SiO2=75.24%～77.23%)、富堿(Na2O+K2O=6.87%～8.84%)、低鋁(Al2O3=11.00%～12.78%);富 Rb、Ba、Th、U 等大離子親石元素和 Pb，貧 Nb、Ta、Zr、Hf等高場強(qiáng)元素;稀土元素含量較高(∑REE=101.08～180.1 μg/g)，輕稀土元素相對富集(LREE/HREE=3.1～6.8)，銪有中等負(fù)異常(δEu=0.30～0.68);鋯石成因類型及定年結(jié)果表明，老核(繼承鋯石)是異地多時(shí)代(元古代-古生代)，其寄主巖的原巖是沉積巖，時(shí)代不會(huì)早于古生代。

地球化學(xué);鋯石U-Pb年齡;面理化含榴花崗巖;四道河;湖北麻城市

0 引 言

位于大別山西部湖北省麻城市四道河地區(qū)的面理化含榴花崗巖，具有堿性(A型)花崗巖特征(張宏飛等，2001)。而堿性花崗巖，又分含堿性鐵鎂礦物的鈉質(zhì)堿性花崗巖(Sorensen，1974)，和含非堿性鐵鎂礦物的鉀質(zhì)堿性花崗巖(張玉泉和謝應(yīng)雯，1994)。無論是鈉質(zhì)堿性花崗巖，還是鉀質(zhì)堿性花崗巖，不僅是深源的，而且都產(chǎn)于伸展構(gòu)造環(huán)境(Petro et al.，1979)。近期研究還發(fā)現(xiàn)有由沉積巖變質(zhì)成的堿性花崗巖(張玉泉等，2004)。然而，對大別-蘇魯?shù)貐^(qū)面理化含榴花崗巖的成因和時(shí)代的認(rèn)識還存在分歧(徐樹桐和吳維平，1998;鐘增球等，1999;張宏飛等，2001;張利等，2004;張玉泉等，2004;夏斌等，2011)。分布在麻城市四道河地區(qū)的面理化含榴花崗巖，以往僅對其做過單顆粒鋯石全溶年齡(張宏飛等，2001)和主微量元素分析(鄢全樹等，2005)等。本文在前人研究工作基礎(chǔ)上，著重于四道河地區(qū)面理化含榴花崗巖中鋯石成因類型和微區(qū)定年研究。

1 地質(zhì)、巖石簡況

研究區(qū)的片麻巖，也就是本文所稱的面理化含榴花崗巖，在1/20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告中劃歸紅安群天臺(tái)山組一段(Pt1tn1)①湖北省地質(zhì)局.1974.羅田幅1/20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告(地質(zhì)部分):5-35.，在1/50萬湖北省區(qū)域地質(zhì)志中，劃歸天臺(tái)山組三段(Pt1tn3)(湖北省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1990)。其片理產(chǎn)狀為 240°∠38°(圖1)。巖石呈灰白色，具片麻狀構(gòu)造，柱粒變晶結(jié)構(gòu)、粒狀變余結(jié)構(gòu)和花崗變晶結(jié)構(gòu)等(圖2)。造巖礦物有鉀長石、斜長石、石英和黑云母等。其中黑云母多呈小板條狀，石英多呈帶狀分布，斜長石常呈不規(guī)則的粒狀、孤島狀，以及變晶斜長石的鈉長石雙晶，常垂直晶體的延長方向(圖2)等，表明該片麻巖結(jié)晶時(shí)是在固態(tài)下完成的。另外，石榴石常呈集合體和成片分布等。本文SDH1樣品采自四道河采石場西壁(N31°22.178′，E115°03.723′);DJF1 樣品采自鄧家畈村東北，國道(G206)東側(cè)山邊采石場(N31°21.600′;E115°03.723′)。

圖1 四道河地區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)湖北省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1990)Fig.1 Regional geological map of the Sidaohe area

2 元素地球化學(xué)特征

四道河地區(qū)面理化含榴花崗巖樣品的化學(xué)分析在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所的 Rigaku RIX2000型熒光光譜儀(XRF)測定，分析精度優(yōu)于5%。微量元素(包括稀土元素)在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所Perkin-Elner Sciex ELAN6000型電感耦合等離子體-質(zhì)譜儀(ICP-MS)上分析，分析精度優(yōu)于3%。

2.1 主量元素

四道河地區(qū)面理化含榴花崗巖的巖石化學(xué)成分分析結(jié)果(表1)顯示:SiO2含量變化于75.24%～77.23%之間，全堿(Na2O+K2O)含量為6.87%～8.84%，Na2O/K2O=0.96～1.45 和 Al2O3含量變化于11.00%～12.78%之間，均表明巖石化學(xué)成分具有高硅、低鋁、富堿的特點(diǎn)。不同的是四道河的樣品(SDH1)總堿量低(Na2O+K2O=6.87%～7.99%)和富鈉(Na2O/K2O=1.30～1.45)，鄧家畈的樣品(DJF1)總堿量高(Na2O+K2O=8.28%～8.84%)和富鉀(Na2O/K2O=0.96～0.98)。另外，在 Cox et al.(1979)和Wilson(1989)的巖石化學(xué)分類和命名TAS圖解中(圖3)，絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)都分布在堿性花崗巖區(qū)及其附近，表明四道河地區(qū)面理化含榴花崗巖，在總體上顯示堿性(A型)花崗巖的特點(diǎn)。

圖2 四道河地區(qū)面理化含榴花崗巖巖石顯微照片(正交)Fig.2 Micrographs of the garnet-bearing granites from the Sidaohe area(cross polarizer)

2.2 微量元素和稀土元素

在微量元素(表1)組成特征上，四道河地區(qū)面理化含榴花崗巖富集Rb、Ba、Th、U等大離子親石元素和 Pb，貧 Nb、Ta、Zr、Hf等高場強(qiáng)元素。在微量元素蛛網(wǎng)圖(圖4)上，Ba、Nb、Sr、Eu 等呈現(xiàn)“V”型谷。在稀土元素中，具有比較高的稀土元素總量(∑REE=101.08～180.1 μg/g)，輕稀土元素相對富集(LREE/HREE=3.1～6.8)，銪有負(fù)異常(δEu=0.30～0.68)和稀土模式曲線為向右微傾斜的“V”型(La/Yb=3～5)(圖5)。區(qū)別在于四道河的樣品(SDH1)富 Sr、Ba，貧 Rb，稀土總量高(∑REE=162 μg/g)和銪負(fù)異常明顯(δEu=0.30～0.35)等，而鄧家畈的樣品(DJF1)貧 Sr、Ba，富 Rb，稀土總量低(∑REE=133 μg/g)和銪出現(xiàn)負(fù)異常(δEu=0.45～0.68)等。在前述的大離子親石元素中富Ba貧Sr，有別于巖漿成因的鉀質(zhì)堿性花崗巖，特別富集Sr、Ba等大離子親石元素和輕稀土元素(LREE)，以及銪異常不明顯(夏斌等，2006)。

表1 四道河地區(qū)面理化含榴花崗巖主量元素(%)、微量元素(μg/g)分析結(jié)果Table 1 Major(%)and trace element concentrations(μg/g)of the garnet-bearing granites from the Sidaohe area

圖3 四道河地區(qū)面理化含榴花崗巖全堿-硅圖解(TAS)Fig.3 TAS diagram for the garnet-bearing granites from the Sidaohe area

3 鋯石U-Pb年齡

3.1 鋯石分選

在鋯石分選過程中，為盡量排除交叉混樣，采用下列流程:①先把0.5 kg左右的樣品破碎成約1 cm3的小塊;②把碎好的樣品放入振動(dòng)磨樣機(jī)中(1.1/0.75 kW)研磨5～8 秒后取出，此過程反復(fù)進(jìn)行到樣品全部通過0.3 mm孔徑篩;③洗去粉塵，經(jīng)鋁制淘砂盤富集重礦物，烘干;④通過磁選、電磁選;⑤再淘洗非電磁部分獲得鋯石精礦;⑥在雙目鏡下挑選出用于定年的鋯石。

3.2 分析方法和精度

鋯石LA-ICP-MS分析在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。將鋯石與標(biāo)樣(TEM=417 Ma)置于玻璃板上，用環(huán)氧樹脂固定制成樣品靶，然后磨至約一半，使鋯石內(nèi)部暴露，暴露出鋯石的中心面，噴碳沫照陰極(CL)發(fā)光相。再擦掉碳沫，即可進(jìn)行LA-ICP-MS U、Pb含量測定，采用單點(diǎn)剝蝕的方法(激光剝蝕斑束直徑為31 μm，頻率為8 Hz)。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)流程和數(shù)據(jù)處理見文獻(xiàn)(涂湘林等，2011)。應(yīng)用實(shí)測204Pb校正鋯石中的普通鉛。單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差均為1σ，采用年齡為206Pb/238U年齡，其加權(quán)平均值為95%的置信度。

圖4 四道河地區(qū)含榴花崗巖微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.4 Trace element spider diagrams of the garnetbearing granites from the Sidaohe area

圖5 四道河地區(qū)含榴花崗巖稀土元素配分圖Fig.5 Chondrite normalized REE patterns of the garnet-bearing granites from the Sidaohe area

圖6 四道河面理化含榴花崗巖鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像和測點(diǎn)位置Fig.6 Cathodoluminescence images and analyzed points of zircons in the garnet-bearing granite from the Sidaohe area

圖7 鄧家畈面理化含榴花崗巖鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像和測點(diǎn)位置Fig.7 Cathodoluminescence images and analyzed points of zircons in the garnet-bearing granite from the Dengjiafan area

3.3 分析結(jié)果

鋯石的陰極發(fā)光圖像(圖6、7)顯示:在結(jié)構(gòu)上，既有核、幔、殼三層結(jié)構(gòu)，又有核、殼兩層結(jié)構(gòu)，其中老核(繼承鋯石)為具有韻律環(huán)帶的巖漿碎屑鋯石。本文共完成了25顆粒鋯石30個(gè)點(diǎn)的LA-ICP-MS UPb定年:(1)四道河面理化含榴花崗巖中鋯石，共測定13個(gè)顆粒15個(gè)點(diǎn)(表2):老核(繼承鋯石)測定13個(gè)點(diǎn)，Th含量為65～377 μg/g，U 含量為55～364 μg/g，Th/U大于0.17。其中有8個(gè)年齡屬于元古代(765、727、708、691、686、681、648 和 613 Ma)，有5 個(gè)屬于古生代(534、526、497、493 和 276 Ma);變質(zhì)復(fù)合鋯石的新殼(變質(zhì)鋯石)測定2個(gè)點(diǎn)(圖6)，Th含量為 12～38 μg/g，U 含量為 792～1081 μg/g，Th/U ＜ 0.03，其年齡值分別為 200 Ma和197 Ma，屬于中生代;(2)鄧家畈面理化含榴花崗巖中鋯石，共測定12個(gè)顆粒15個(gè)點(diǎn)(表2):老核(繼承鋯石)測定12個(gè)點(diǎn)，Th含量為39～229 μg/g，U含量為33～366 μg/g，Th/U 大于0.13，其年齡值分別為 807、801、770、763、708、669、655、644 和599 Ma，屬于元古代，其余4個(gè)年齡值分別為569、460、457和342 Ma，屬于古生代。變質(zhì)復(fù)合鋯石的新殼(變質(zhì)鋯石)測定3個(gè)點(diǎn)(圖7)，其中DJF1-02測點(diǎn)，Th/U值接近繼承鋯石，暗示該測點(diǎn)可能有繼承鋯石成分的參與。其余測點(diǎn)，Th含量為16～26 μg/g，U 含量為797～1402 μg/g，Th/U ＜0.03，其年齡值分別為249和239 Ma，屬于中生代，相當(dāng)于早三疊世。

表2 四道河地區(qū)面理化含榴花崗巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡數(shù)據(jù)Table 2 LA-ICP-MS zircons U-Pb results of the garnet-bearing granites from the Sidaohe area

鋯石定年結(jié)果表明，四道河地區(qū)面理化含榴花崗巖中“繼承鋯石”的時(shí)代從元古代到古生代(807～599 Ma→569～267 Ma)，變質(zhì)鋯石亦獲得兩組年齡值:早中三疊世(249～239 Ma)，和接近晚三疊世的年齡(200～197 Ma)。但后者年齡值明顯偏低。

鋯石REE分析結(jié)果(表3)顯示:(1)稀土元素含量高(∑REE=418～2114 μg/g)、特別富集重稀土(HREE/LREE=11～52)、銪負(fù)異常由明顯到不明顯(δEu=0.28～0.83)、模式曲線向左傾;(2)繼承鋯石(巖漿鋯石)的稀土元素含量，均高于變質(zhì)鋯石(圖9和圖11)。

表3 四道河地區(qū)面理化含榴花崗巖鋯石稀土元素?cái)?shù)據(jù)(μg/g)Table 3 Zircons REE concentrations of zircons from the garnet-bearing granites from the Sidaohe area(μg/g)

圖8 四道河面理化含榴花崗巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb諧和圖Fig.8 Concordia diagram showing LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the garnet-bearing granite from the Sidaohe area

圖9 四道河含榴花崗巖鋯石REE配分圖Fig 9 Chondrite normalized REE patterns of zircons from the garnet-bearing granite in the Sidaohe area

4 討 論

4.1 面理化含榴花崗巖的屬性

圖10 鄧家畈面理化含榴花崗巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb諧和圖Fig.10 Concordia diagram showing LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the garnet-bearing granite from the Dengjiafan area

圖11 鄧家畈含榴花崗巖鋯石REE配分圖Fig.11 Chondrite normalized REE patterns of zircons from the garnet-bearing granite in the Dengjiafan area

在早期的1/20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告中，將肉紅色片麻巖描述為堿長片麻巖(湖北省地質(zhì)局，1974)。后來張宏飛等(2001)將麻城市四道河含石榴石片麻巖，命名為面理化含榴花崗巖，其巖石化學(xué)組成具有A型花崗巖地球化學(xué)特征(徐樹桐和吳維平，1998;鐘增球等1999;張利等，2004)。本文在前人的工作基礎(chǔ)上，除進(jìn)行鋯石微區(qū)定年之外，還加補(bǔ)了巖石主量、微量元素成分分析，結(jié)合圖解判別等方法，進(jìn)一步證明了面理化含榴花崗巖，實(shí)屬堿性(A型)花崗巖。

4.2 面理化含榴花崗巖的成因

根據(jù)野外和室內(nèi)研究結(jié)果，面理化含榴花崗巖是由沉積巖變質(zhì)而成，其依據(jù)有:(1)顯示沉積韻律層的黑白條帶，盡管很薄(1～3 mm)，但很穩(wěn)定(延長很遠(yuǎn));(2)經(jīng)過了兩次變質(zhì)作用:第一次，斜長石呈不規(guī)則的粒狀、孤島狀和眼球狀，以及變晶斜長石的鈉長石雙晶，常垂直晶體的延長方向(圖2)。第二次，長英質(zhì)脈(韌性變形體)包裹和切穿前者(圖2)。鋯石CL圖(圖6和圖7)亦顯示兩次變質(zhì)作用:第一次變質(zhì)作用結(jié)晶的鋯石，U、Th含量高，CL圖呈黑色，第二次結(jié)晶的鋯石，U、Th含量低，CL圖呈灰白色;(3)根據(jù)鋯石成因類型:由巖漿作用結(jié)晶的鋯石，晶體自形、發(fā)育有規(guī)則的韻律環(huán)帶，該類鋯石分為巖漿鋯石和具有老核新殼的巖漿復(fù)合鋯石;由變質(zhì)作用結(jié)晶的鋯石，晶體常不規(guī)則和不發(fā)育韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)，該類鋯石分為變質(zhì)鋯石和具有老核新殼的變質(zhì)復(fù)合鋯石(張玉泉等，2004)。而四道河和鄧家畈面理化含榴花崗巖中的鋯石，均為變質(zhì)鋯石和具有老核(繼承鋯石)新殼的變質(zhì)復(fù)合鋯石(圖6和圖7)，表明其寄主巖是變質(zhì)作用的產(chǎn)物;定年結(jié)果還表明，老核(繼承鋯石)多為巖漿碎屑鋯石，而且又是多時(shí)代的(元古代到古生代)等，暗示其寄主巖——面理化含榴花崗巖是沉積巖變質(zhì)的。

4.3 面理化含榴花崗巖成巖和原巖時(shí)代

由于面理化含榴花崗巖的原巖是沉積巖，因此變質(zhì)時(shí)間(面理化的時(shí)間)也就是它的成巖時(shí)間。根據(jù)鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年結(jié)果(圖8和圖10)，變質(zhì)復(fù)合鋯石的新殼(變質(zhì)鋯石)，獲得了240 Ma左右的超高壓變質(zhì)時(shí)間，也就是面理化含榴花崗巖的成巖時(shí)間，屬于印支期，相當(dāng)早-中三疊世。繼承鋯石的時(shí)代，既有屬于元古代的年齡(807～569 Ma)，又有屬于古生代的年齡(534～276 Ma)。比較多的古生代繼承鋯石的存在，暗示四道河地區(qū)面理化含榴花崗巖的原巖(沉積巖)，時(shí)代不會(huì)早于古生代。這一結(jié)果與該區(qū)高壓變質(zhì)帶中榴輝巖的圍巖(變沉積巖)中鋯石的定年結(jié)果完全一致(楊賽紅等，2009)。

5 結(jié) 論

(1)四道河地區(qū)面理化含榴花崗巖，是沉積巖變質(zhì)而成。

(2)沉積巖通過變質(zhì)作用，可以形成與巖漿成因的堿性(A型)花崗巖在元素地球化學(xué)上一致的特點(diǎn)。

(3)四道河地區(qū)面理化含榴花崗巖的原巖沉積巖，時(shí)代不會(huì)早于古生代。

致謝:中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所孫衛(wèi)東研究員、涂湘林研究員等協(xié)助U-Pb年齡測定并提出了許多寶貴的意見，在此表示衷心的感謝!

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Petrogenesis of the Garnet-Bearing Granites in the Sidaohe Region，Macheng City，Hubei Province

ZHANG Futie1，2，3，XIA Bin1，4，ZHANG Yuquan1，HUANG Qiangtai1，2，ZHANG Hong1，2and LI He1，2
(1.Guangzhou Institute of Geochemistry，Chinese Academy of Sciences，Guangzhou510640，Guangdong，China;2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing100049，China;3.Geological Survey Institute of Guangdong Nonferrous Metals Geological Survey Bureau，Guangzhou510080，Guangdong，China;4.School of Marine Sciences，Sun Yat-Sen University，Guangzhou510275，Guangdong，China)

Field and laboratory studies show that the foliated garnet-bearing granites from the Sidaohe region were derived from the Paleozoic sedimentary rocks through metamorphism.Geochemical characteristics of the garnetbearing granites are similar to those of the typical alkali granites，i.e.，rich in silicon(SiO2=75.24%～77.23%)，alkali(Na2O+K2O=6.87%～8.84%)and poor in aluminium(Al2O3=11.00%～12.78%).The rocks are rich in lithophile trace elements(Rb，Ba，Th，U)and poor in HFS elements(Nb，Ta，Zr，Hf).The rocks are relatively rich in LREE(∑REE=101.08～180.1 μg/g，LREE/HREE=3.1～6.8)showing moderate negative Eu anomalies.Genetic types and ages of the zircons from garnet-bearing granites demonstrate that they are inherited zircons in sedimentary rocks formed no earlier than Paleozoic.

geochemistry and zircon U-Pb age;garnet-bearing granites;Sidaohe region;Macheng city，Hubei province

P595;P597

A

1001-1552(2012)02-0293-008

2011-04-26;改回日期:2011-12-30

項(xiàng)目資助:國家重點(diǎn)發(fā)展研究計(jì)劃(973)(編號:2009CB219401)、國家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號:40534019)和中國大洋協(xié)會(huì)項(xiàng)目(DYXM-115-02-3-06)聯(lián)合資助。

張富鐵(1967-)，男，高級工程師，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)。通信作者:夏斌，xiabin01@gmail.com