湘西南苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖地球化學(xué)特征及形成環(huán)境＊

柏道遠，鐘 響，賈朋遠，熊 雄

（湖南省地質(zhì)調(diào)查院，長沙 410016）

湘西南與桂東北交界地區(qū)發(fā)育新元古代、加里東期、印支期和早燕山期等多階段花崗巖（圖1）。其中加里東期和印支期花崗巖分布最廣，并已得到較多研究［1－7］。早燕山期花崗巖分布較少，且主要分布于苗兒山前侏羅紀巖體中（圖1）。盡管前人對該地區(qū)中生代花崗巖的成巖成礦時代和成礦作用等進行了較多研究［6－11］，但對于早燕山期花崗巖地質(zhì)地球化學(xué)特征及形成環(huán)境方面的研究尚非常薄弱。

本文對苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖的地球化學(xué)特征進行研究，探討巖體成因及其形成的構(gòu)造環(huán)境，為區(qū)域早燕山期花崗巖及成礦背景研究提供新資料。

1 地質(zhì)和巖石概況

苗兒山巖體地處南嶺西段，跨湘西南和桂東北，為一長軸呈SN 向至NNE 向的大型復(fù)式巖體（圖1a）。巖體主體為加里東期花崗巖，少量印支期和早燕山期花崗巖；巖體西側(cè)尚出露少量新元古代花崗巖［12］（圖1b）。早燕山期花崗巖大多侵入于加里東期、印支期巖體中，呈侵入接觸關(guān)系，局部與白堊系呈角度不整合接觸。U－Pb 鋯石年齡為153～70Ma??，考慮到可能有繼承鋯石的影響，初步判斷巖體形成于晚侏羅世早期。侵入體大小不一，大者有20km2，小者約0．1km2，多呈不規(guī)則條帶狀、橢圓狀巖脈和巖株產(chǎn)出。

早燕山期花崗巖的主要巖石類型為細粒—中粗粒斑狀黑云母二長花崗巖，局部發(fā)育細粒二云母二長花崗巖。黑云母二長花崗巖主要礦物成分為石英（28%～40%）、斜長石（20%～45%）、鉀長石（20%～47%），少量黑云母（2%～10%）。巖石中副礦物有錫石、綠簾石、鋯石、磷灰石和金屬礦物等，少量蝕變礦物為絹云母和粘土礦物。

圖1 苗兒山巖體地理位置（a）及地質(zhì)略圖（b）（據(jù)文獻［1－2］修改）Fig．1 Location（a）and geological sketch map（b）of Miao′ershan pluton

2 巖石地球化學(xué)特征

2．1 主量元素地球化學(xué)特征

苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖的主量元素分析結(jié)果如表1 所示。巖石SiO2為76．02%～80．26%（SiO2及以下主元素含量值均系無水化處理結(jié)果，故與表1 略有差別），平均為77．09%；Al2O3為10．94%～12．88%，平均為12．40%；K2O 為3．42%～5．34%，平均為4．75%；全堿（ALK）Na2O＋K2O為5．37%～8．22%，平均為7．68%；K2O＞Na2O，K2O／Na2O 比值為1．41～1．92，平均為1．64；FeOT為1．33%～2．65%，平均1．85%。TiO2、MgO、CaO 和P2O5分別平均為0．11%、0．18%、0．56%和0．02%。

根據(jù)Frost等［13］提出的Fe 數(shù)（FeO／（FeO＋MgO），這里“FeO”為全鐵（FeO＋0．9×Fe2O3）），修改的堿鈣指數(shù)（Na2O＋K2O－CaO）、鋁飽和指數(shù)（ASI）（Al／（Ca－1．67P＋Na＋K）（分子比））等三個地球化學(xué)變量以及ANK 值（Al／（Na＋K）（分子比）），苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖總體屬鐵質(zhì)、鈣堿性及過鋁質(zhì)花崗巖（圖2（a）～圖2（c））。ASI＞1．0（1．04～1．31），平均1．14，屬弱過鋁－強過鋁花崗巖，并以強過鋁花崗巖為主。在硅－鉀圖中總體屬高鉀鈣堿性系列（圖2（d））。

值得指出的是，苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖的SiO2含量（76．02%～80．26%，平均77．09%）明顯高于該巖體加里東期花崗巖的SiO2含量（70．09%～76．59%，平均72．70%）［2］，表明前者具有更高的結(jié)晶分異演化程度。

2．2 微量和稀土元素地球化學(xué)特征

苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖微量元素和稀土元素分析結(jié)果分別見表2和表3，微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖和稀土元素球粒隕石標準化配分曲線分別見圖3和圖4。

在微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖（圖3）上可以看出，苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖明顯富集大離子親石元素。與相鄰元素相比，Ba、Sr、P、Ti表現(xiàn)為強烈虧損，而Rb、（Th＋U＋K）、（La＋Ce）、Nd、（Zr＋Hf＋Sm）、（Y＋Yb＋Lu）等則相對富集，顯示出殼源花崗巖特征。Nb相對Ta顯著虧損，也暗示花崗巖具有殼源花崗巖特征［17］。Rb、Ba、Sr、Ti含量的變化主要受造巖礦物控制，Rb升高和Sr、Ba降低一般由鉀長石、斜長石和黑云母分離結(jié)晶所造成，Ti負異常反映出鈦鐵礦的分離結(jié)晶作用，P 虧損暗示存在磷灰石的分離結(jié)晶。

表3 苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖稀土元素分析數(shù)據(jù)（×10－6）及參數(shù)Table 3 Rare earth elements analyses（×10－6）and parameters of the early Yanshanian granites in Miao′ershan area

圖3 苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖（原始地幔值據(jù)文獻［15］）Fig．3 Primitive mantle－normalized trace element spiderdiagram of the early Yanshanian granites in Miao′ershan area

圖4 苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖稀土元素球粒隕石標準化配分曲線圖（球粒隕石值據(jù)文獻［16］）Fig．4 Chondrite－normalized REE patterns of the early Yanshanian granites in Miao′ershan area HX308－1、HX302－1 和HX307－1 為苗兒山巖體加里東期花崗巖典型樣品，據(jù)文獻［2］。

花崗巖稀土元素含量較低（表3），ΣREE 為（122．9～175．4）×10－6，平均為146．1×10－6。ΣCe／ΣY 為1．17～2．06，平均為1．50；（La／Yb）N為2．55～3．79，平均為3．14，顯示輕稀土相對重稀土略有富集。Eu強烈虧損，δEu為0．07～0．22，平均為0．13，暗示經(jīng)歷了強烈的斜長石分離結(jié)晶作用。輕稀土配分曲線總體明顯右傾（圖4），并具Ce負異?；駽e正異常，反映輕稀土具有明顯分餾的特征；重稀土配分曲線總體水平并具M 型四分組效應(yīng)之彎曲特征，暗示存在高程度演化的花崗質(zhì)巖漿結(jié)晶晚期流體／熔體的相互作用［18］。

值得指出的是，苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖的稀土元素組成特征明顯區(qū)別于該地區(qū)加里東期花崗巖（圖4）：前者輕稀土含量及（La／Yb）N值（2．55～3．79，平均3．14）明顯低于后者（（La／Yb）N＝5．07～14．33）［2］，Eu 虧損明顯強于后者（前者δEu 值0．07～0．22，平均0．13；后者δEu＝0．15～0．46［2］）。上述稀土特征差異反映早燕山期花崗巖相對加里東期花崗巖經(jīng)歷了更高的結(jié)晶分異演化過程，此與前述SiO2含量差異反映的信息一致。

2．3 Sr、Nd同位素地球化學(xué)特征

對苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖的2個樣品進行了Rb－Sr和Sm－Nd同位素測定，分析方法詳見文獻［1－2］，同位素測試數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)見表4。根據(jù)巖體的鋯石U－Pb年齡，計算有關(guān)參數(shù)時樣品年齡取值160Ma?；◢弾rISr值分別為0．99007和1．15860，εSr（t）值分別為4053和6445，εNd（t）值分別為－9．20和－8．80，t2DM分別為1．69Ga和1．66Ga。

表4 苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖Sr、Nd同位素組成及相關(guān)參數(shù)Table 4 Sr and Nd isotopic compositions and parameters of the early Yanshanian granites in Miao′ershan area

3 討論

3．1 巖漿成因

苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖大部分樣品屬ASI值＞1．1的強過鋁（SP）花崗巖，據(jù)此可大體判斷其為源于地殼物質(zhì)熔融的S型花崗巖類［20－21］。如前述，微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖（圖3）上巖石也顯示殼源花崗巖的特征。此外，花崗巖ISr值高（0．99007和1．15860），Nd同位素組成（εNd（t）＝－9．20和－8．80）與澳大利亞東南部Lachlan褶皺帶S型花崗巖（εNd（t）＝－6．1和－9．8）［22］類似，可能暗示巖體主要源于地殼重熔。Allégre（1980）［23］指出花崗巖εSr（t）值＞0，反映同位素與中、上地殼的親緣性而不是麻粒巖相下地殼，苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖兩個樣品的εSr（t）值分別為5053和6445，暗示其源巖主要為中、上地殼酸性巖石，而不是下地殼基性巖，此與花崗巖C／MF－A／MF圖解反映的變質(zhì)雜砂巖和變質(zhì)泥質(zhì)巖信息（圖5）相吻合。

根據(jù)Silvester（1998）有關(guān)強過鋁花崗巖物源和形成溫度的理論［20］，苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖具強過鋁質(zhì)特征的樣品CaO／Na2O 比值一般＜0．3，個別＞0．3（圖6），暗示其源巖以泥質(zhì)巖石為主，少量為長英質(zhì)巖石。這一推斷與圖5所反映的信息基本吻合。此外，部分樣品Al2O3／TiO2比值＜100（圖6），暗示巖漿部分形成于溫度高于875℃的“高溫”條件或巖漿形成溫度較高，故推測巖漿形成與之前的中侏羅世造山帶地殼增厚導(dǎo)致升溫和軟流圈地幔熱能向上傳遞兩方面因素有關(guān)。

圖5 苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖C／MF－A／MF 圖解（底圖據(jù)文獻［24］）Fig．5 C／MF VS．A／MF diagram of the early Yanshanian granites in Miao′ershan area

圖6 苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖CaO／Na2O－Al2O3／TiO2 圖解（底圖據(jù)文獻［20］）Fig．6 CaO／Na2O VS．Al2O3／TiO2diagram of the early Yanshanian granites in Miao′ershan area

軟流圈地幔熱能向上傳遞的推論可進一步得到Nd同位素組成的支持。湘桂內(nèi)陸帶花崗巖的Nd模式年齡（tDM）背景值為1．8～2．4Ga［25－26］，基底的時代主要在1．7～2．7Ga間［27］。湘東南地區(qū)具地幔物質(zhì)加入的早燕山期花崗巖t2DM多在1．22Ga～1．76Ga之間［27］。由上可見，苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖1．69Ga和1．66Ga的兩階段Nd模式年齡值介于地殼與具地幔物質(zhì)加入的湘東南早燕山期殼源花崗巖之間。鑒此，推斷苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖除主要源于地殼重熔外，尚有少量地幔物質(zhì)加入。此外，苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖1．69Ga和1．66Ga的兩階段Nd模式年齡，明顯小于苗兒山地區(qū)加里東期花崗巖的1．81～1．84Ga［2］，而已有研究表明后者為源于中、上地殼巖石重熔的S 型花崗巖［2］，由此也可推測更年輕地幔物質(zhì)的加入導(dǎo)致了早燕山期花崗巖Nd模式年齡較加里東期花崗巖低。

綜上所述，苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖的巖石地球化學(xué)及Sr、Nd同位素地球化學(xué)特征表明其為源于中、上地殼酸性巖石重熔的S型花崗巖，并可能有少量地幔物質(zhì)加入；巖漿形成與陸殼增厚升溫及軟流圈地幔的熱傳遞有關(guān)。

3．2 構(gòu)造環(huán)境

在Maniar和Piccoli（1989）［28］提出的多組主元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解中（圖7），苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖樣品或位于IAG＋CAG＋CCG 區(qū)一側(cè)（AFM 和ACF 圖解），或位于RRG＋CUEG 一側(cè)（SiO2－Al2O3圖解和SiO2－（TFeO／（TFeO＋MO））圖解），暗示花崗巖形成于后造山構(gòu)造環(huán)境（POG）。

在Pearce et al．（1984）［29］多組微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解中，樣品或落入“同碰撞花崗巖（SCOLG）”區(qū)（圖8（a）、圖8（b）），或落入“板內(nèi)花崗巖（WPC）”區(qū)（圖8（c）），進一步暗示花崗巖形成于碰撞造山向板內(nèi)過渡的后造山構(gòu)造環(huán)境。

區(qū)域上中三疊世晚期發(fā)生的印支運動為陸內(nèi)擠壓造山運動［30－31］，其使地殼增厚并普遍造成上三疊統(tǒng)（或侏羅系）與泥盆統(tǒng)－中三疊統(tǒng)之間的角度不整合［32－33］；晚三疊世在擠壓減弱、應(yīng)力松弛的背景下，因地殼增厚升溫形成的殼源巖漿上侵而形成大量后碰撞S型花崗巖［4－5，34－35］；中侏羅世又因陸內(nèi)擠壓作用（早燕山運動）而發(fā)育類前陸盆地［36－38］。因此，印支晚期－中侏羅世總體處于陸內(nèi)造山階段。晚燕山期（白堊紀）區(qū)域上處于以斷陷盆地廣泛發(fā)育為特征的大規(guī)模伸展階段。從構(gòu)造演化的理論過程考慮，處于中侏羅世陸內(nèi)造山與白堊紀大規(guī)模伸展之間的晚侏羅世應(yīng)為后造山階段，與前述地球化學(xué)圖解顯示的早燕山期花崗巖后造山環(huán)境相吻合。

圖7 苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖（底圖據(jù)文獻［28］）Fig．7 Tectonic setting discriminations of the early Yanshanian granites in Miao′ershan area

綜上，主量和微量元素構(gòu)造環(huán)境判別及區(qū)域構(gòu)造演化過程表明，苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖應(yīng)形成于后造山伸展構(gòu)造環(huán)境，這與湘東南地區(qū)早燕山期花崗巖形成構(gòu)造環(huán)境研究認識［27］相一致。后造山構(gòu)造環(huán)境通常伴有巖石圈地幔的拆沉導(dǎo)致軟流圈地幔上涌，與前文地球化學(xué)特征指示的少量地幔物質(zhì)加入及軟流圈地幔熱傳遞相吻合。

圖8 苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解（底圖據(jù)文獻［29］）Fig．8 Trace element tectonic setting discriminations of the early Yanshanian granites in Miao′ershan area

4 結(jié)論

（1）苗兒山地區(qū)早燕山期花崗巖總體屬鐵質(zhì)、鈣堿性系列過鋁質(zhì)花崗巖類。

（2）花崗巖為S型花崗巖，源巖主要為中、上地殼酸性巖石，并有少量地幔物質(zhì)加入。

（3）巖石形成于后造山伸展構(gòu)造環(huán)境，與先期的中侏羅世陸殼增厚升溫及軟流圈地幔的熱傳遞有關(guān)。

注釋

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