湘南印支期塔山巖體地球化學(xué)特征及形成構(gòu)造背景

鐘 響，柏道遠(yuǎn)，賈朋遠(yuǎn)，熊 雄，黃文義

ZHONGXiang,BAIDao-Yuan,JIA Peng-Yuan,XIONGXiong,HUANGWen-Yi

(湖南省地質(zhì)調(diào)查院，湖南長(zhǎng)沙，410016)

(Hunan Institute of Geology Survey,Changsha 410016,China)

華南地區(qū)印支期花崗巖廣泛發(fā)育，其中湖南境內(nèi)總面積超過(guò)5000 km2[1-3]。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)華南印支期花崗巖及其相關(guān)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)展開(kāi)了大量研究，目前尚存在一些認(rèn)識(shí)分歧。如關(guān)于印支運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，有學(xué)者認(rèn)為中三疊世晚期印支運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度不大，上古生界中NNE向主體褶皺形成于燕山運(yùn)動(dòng)甚至更晚[4-9]；另有研究則強(qiáng)調(diào)印支運(yùn)動(dòng)的重要性，認(rèn)為區(qū)域上古生界中NNE向?yàn)橹鞯纳w層褶皺主要形成于印支運(yùn)動(dòng)[10-17]。關(guān)于印支期花崗巖成因背景，則存在島弧[18,19]、后碰撞[20-22]、早期同碰撞后期后碰撞[23]、后造山[24]、擠壓加厚地殼局部伸展[25]等不同觀點(diǎn)。

近年來(lái)筆者對(duì)湘南地區(qū)塔山巖體的地球化學(xué)特征、成因及形成構(gòu)造背景進(jìn)行了研究，結(jié)果表明其為印支運(yùn)動(dòng)之后形成的后碰撞強(qiáng)過(guò)鋁花崗巖，認(rèn)為其形成主要與印支運(yùn)動(dòng)陸內(nèi)碰撞后的陸殼減壓熔融有關(guān)，并可能受到軟流圈地幔上隆的影響。

1 地質(zhì)概況

塔山巖體位于華南造山帶的北西緣、郴州-邵陽(yáng)NW向基底隱伏斷裂帶的西南側(cè)[26]（圖1a），出露面積約200 km2，侵入于下古生界和泥盆系之中（圖1b）。接觸面傾向圍巖，傾角一般45°左右，陡傾及波狀彎曲者也常見(jiàn)，且常呈脈狀伸入圍巖中。所侵入圍巖熱接觸變質(zhì)作用較明顯，常見(jiàn)有角巖化、硅化、大理巖化、矽卡巖化等，其寬度一般500~800m，最寬者達(dá)1500 m。巖體內(nèi)部具熱液蝕變作用，一般為綠泥石化、絹云母化、云英巖化等，蝕變巖石多循斷裂方向零星出露。在巖體各期次接觸界線附近發(fā)育呈橢球狀的暗色同源析離體，長(zhǎng)約3~15 cm。在巖體近圍巖處常見(jiàn)有小捕虜體?？傮w呈中深成相的巖基產(chǎn)出，遭受中等剝蝕。

根據(jù)已知的鋯石SHRIMPU-Pb年齡、不同巖石單元之間的侵入接觸關(guān)系、巖石學(xué)及地球化學(xué)特征等，將塔山巖體劃分為3個(gè)侵入期次（圖1），自早到晚依次為粗中-中粒斑狀二云母二長(zhǎng)花崗巖（ηγT3a，218±3 Ma①）、中細(xì)粒-細(xì)粒斑狀二云母二長(zhǎng)花崗巖（ηγT3b，215±3 Ma①）、細(xì)粒二云母二長(zhǎng)花崗巖（ηγT3c）。巖石均呈灰白色，多具塊狀構(gòu)造。造巖礦物主要為鉀長(zhǎng)石（20%~30%）、斜長(zhǎng)石（18%~35%）、石英（22%~30%）、黑云母（3%~4%）、白云母（1%~7%）等組成，副礦物有電氣石、磷灰石等，蝕變礦物為絹云母、粘土礦物及少量斜黝簾石和綠泥石等。

2 分析方法

主量元素、微量元素和稀土元素由湖北武漢綜合巖礦測(cè)試中心測(cè)定。主量元素除CO2采用非水滴定法、H2O+采用高溫加熱-濃硫酸吸收-重量法外，其它氧化物均采用X射線熒光光譜法（XRF）分析；樣品采用無(wú)水四硼酸鋰作為熔劑。微量元素分別采用X射線熒光光譜法（XRF）、電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）、原子熒光光譜法（AFS）、發(fā)射光譜法（ES）等方法測(cè)定；除W、Mo采用堿溶法測(cè)定外，其它微量元素均采用酸溶法測(cè)定。稀土元素采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）分析，樣品處理采用酸溶法。

圖1 塔山巖體地理位置（a）及地質(zhì)略圖（b）Fig.1 Positional(a)and Geological(b)sketch map of Tashan pluton

1-早燕山期花崗巖；2-印支期花崗巖；3-加里東期花崗巖；4-花崗巖；5-地質(zhì)界線；6-角度不整合界線；7-斷裂；Q-第四系；D3-上泥盆統(tǒng)；D2-中泥盆統(tǒng)；O2-3-中-上奧陶統(tǒng)；C-寒武系；ηγT3a-晚三疊世粗中-中粒斑狀二云母二長(zhǎng)花崗巖；ηγT3b-晚三疊世中細(xì)-細(xì)粒斑狀二云母二長(zhǎng)花崗巖；ηγT3c-晚三疊世細(xì)粒二云母二長(zhǎng)花崗巖；XJF-溆浦-靖州斷裂；CXF-城步-新化斷裂；CSF-郴州-邵陽(yáng)隱伏斷裂；ACF-安仁-常德隱伏斷裂.

Rb-Sr和Sm-Nd同位素測(cè)定由武漢地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素室完成。

Rb-Sr同位素測(cè)定：采用陽(yáng)離子樹(shù)脂(Dowex50×8)交換法分離和純化銣、鍶，用熱電離質(zhì)譜儀MAT261分析Rb、Sr同位素組成，用同位素稀釋法計(jì)算試樣中的銣、鍶含量及鍶同位素比值，用GBW04411、NBS607和NBS987標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分別對(duì)分析流程和儀器進(jìn)行監(jiān)控；全流程Rb、Sr空白分別為0.4×10-9g和0.8×10-9g。

圖2 印支期塔山巖體氧化物Harker圖解Fig.2 Harker diagramsfor the Indosinian Tashan granitic rocks

表1 印支期塔山巖體的主量元素組成（wt%）Table 1 Petrochemical components of granites in Indosinian Tashan pluton

Sm-Nd同位素分析：取加入145Nd+149Sm混合稀釋劑和不加稀釋劑的樣品各1份，以氫氟酸和高氯酸溶解后用Dowe50x8陽(yáng)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行分離和純化。加了稀釋劑的樣品用于Sm、Nd含量質(zhì)譜分析；未加稀釋劑的解吸液上P507有機(jī)萃取樹(shù)脂柱分離和純化Nd以用于Nd同位素比值分析。Sm、Nd含量和Nd同位素比值質(zhì)譜分析采用熱電離質(zhì)譜儀Triton完成，Sm、Nd含量采用同位素稀釋法公式計(jì)算得到。用GBW04419和ZkbzNd（JMC）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)分析流程和儀器進(jìn)行監(jiān)控。全流程N(yùn)d、Sm空白分別為1×10-10和0.7×10-10g。

3 巖石地球化學(xué)特征

3.1 主量元素

印支期塔山巖體樣品的主量元素分析結(jié)果如表1所示。巖石SiO2含量高，為71.57%~75.01%（SiO2及以下主元素含量值均系無(wú)水化處理結(jié)果，故與表1略有差別），平均為73.06%。隨著SiO2含量的增加，Al2O3、FeOT、TiO2、MgO、CaO、P2O5等總體呈減少趨勢(shì)，而Na2O和K2O則未顯示出規(guī)律變化（圖2）。Al2O3含量高，為13.92%~15.51%，平均14.75%。K2O含量中等，為3.51%~5.20%，平均4.47%；全堿（ALK）含量中等，Na2O+K2O為6.89%~8.62%，平均7.73%；K2O均大于Na2O，K2O/Na2O比值在1.00~1.89之間，平均為1.41。FeOT含量中等，為0.81%~3.18%，平均2.12%。TiO2、MgO、CaO、P2O5含量平均分別為0.24%、0.48%、0.68%、0.22%。

根據(jù)Frost等[27]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(gè)地球化學(xué)變量以及ANK（Al/(Na+K)（分子比）），印支期塔山巖體花崗巖總體屬鐵質(zhì)、堿鈣性及過(guò)鋁質(zhì)花崗巖（圖3(a)~(c)）。CIPW 標(biāo)準(zhǔn)礦物C含量1.77%~5.50%，平均3.85%；ASI均大于1.10（1.12~1.52），平均達(dá)1.33，屬典型強(qiáng)過(guò)鋁花崗巖。在硅-鉀圖中，總體屬高鉀鈣堿性系列（圖3(d)）。

圖3 印支期塔山巖體地球化學(xué)分類(lèi)圖解Fig.3 Diagrams of geochemical classification for the Indosinian Tashan granitoids a-c據(jù)Frost et al.(2001)[27];d據(jù)Peccerilloetal.(1976)[28].

在SiO2-(K2O+Na2O)圖解中，印支期塔山巖體樣品均落入花崗巖區(qū)（圖4）。

3.2 微量和稀土元素

印支期塔山巖體花崗巖微量元素和稀土元素分析結(jié)果分別見(jiàn)表2和表3。

圖4 印支期塔山巖體SiO2-(K2O+Na2O)圖解Fig.4 SiO2-(K2O+Na2O)diagramof Indosinian Tashan pluton（據(jù)Middlemost，1994）[29]

表2 印支期塔山巖體微量元素分析結(jié)果（×10-6，Au×10-9）及有關(guān)參數(shù)Table 2 Analysis results of trace elements in Indosinian Tashan granites

在不相容元素對(duì)原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化分布曲線圖上（圖5），除HX222-1外的其它樣品元素分布特征總體一致，與相鄰元素相比，Ba、Nb、Sr、Ti表現(xiàn)為明顯的虧損，而Rb、（Th+U+K+Ta）、（La+Ce）、Nd、（Zr+Hf+Sm）、（Y+Yb+Lu）等則相對(duì)富集，顯示出一般殼源花崗巖特征。Nb相對(duì)Ta顯著虧損，表明二者間發(fā)生過(guò)明顯分餾，也暗示花崗巖具有殼源花崗巖特征[30]。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(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石和黑云母分離結(jié)晶所造成，Ti負(fù)異常反映出鈦鐵礦的分離結(jié)晶作用。與相鄰元素相比，P未顯示出明顯異常，暗示磷灰石未經(jīng)歷明顯的分離結(jié)晶。樣品HX222-1的微量元素組合特征顯然有別于其它樣品，主要表現(xiàn)為與相鄰元素相比無(wú)Nb的虧損，但卻有P的顯著富集（圖5），成因可能與其為高度分異強(qiáng)過(guò)鋁花崗巖有關(guān)[31]：S型花崗巖高度分異后的殘余熔漿中，因Al3++P5+置換2Si4+，P可以進(jìn)入到堿性長(zhǎng)石，使少數(shù)強(qiáng)分異S型花崗巖和花崗質(zhì)偉晶巖有很高的P2O5含量[32]。

塔山巖體花崗巖稀土元素含量較低（表3），ΣREE為17.9~184.0μg/g，平均為119.1μg/g。ΣCe/ΣY為1.273~5.67，平均為3.80；(La/Yb)N值為2.52~17.89，平均10.77，顯示輕稀土相對(duì)重稀土較明顯富集。Eu顯著虧損，δEu值0.17~0.37，平均為0.30，暗示經(jīng)歷了顯著的斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶作用。除樣品HX222-1和LJ5外的其它樣品輕稀土配分曲線明顯右傾（圖6），反映輕、重稀土均具有明顯分餾。樣品HX222-1和LJ5的稀土配分曲線特征顯著區(qū)別于其它樣品（圖6），其稀土總量顯著偏低，曲線總體呈近水平海鷗狀，但具明顯的M型四分組效應(yīng)特征，可能與高程度演化的花崗質(zhì)巖漿結(jié)晶晚期流體/熔體的相互作用有關(guān)[33]。

綜上，塔山巖體花崗巖多數(shù)樣品的微量元素蛛網(wǎng)圖及稀土元素配分曲線形態(tài)總體一致，暗示其為同時(shí)代、同來(lái)源的產(chǎn)物。個(gè)別樣品曲線形態(tài)即元素

組成的差異，可能與巖漿結(jié)晶晚期強(qiáng)分異及流體/熔體相互作用等有關(guān)。

表3 印支期塔山巖體稀土元素分析結(jié)果（×10-6）及有關(guān)參數(shù)Table 3 Analysis results of rare earth elements in Indosinian Tashan granites（×10-6）

圖5 印支期塔山巖體微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.5 Primitivemantle-normalized trace element spider diagram for Indosinian Tashan granites

圖6 印支期塔山巖體稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布模式Fig.6 Chondrite-normalized REEpattern of Indosinian Tashan granites

表4 印支期塔山巖體Sr、Nd同位素組成及有關(guān)參數(shù)計(jì)算Table 4 Sr and Nd isotope compositions of granites in Indosinian Tashan pluton

3.3 Sr、Nd 同位素

對(duì)印支期塔山巖體早期侵入的粗中—中粒斑狀二云母二長(zhǎng)花崗巖（ηγT3a）進(jìn)行了2個(gè)樣品的Rb-Sr和Sm-Nd同位素測(cè)定，同位素測(cè)試數(shù)據(jù)及有關(guān)參數(shù)值列于表4。根據(jù)巖體的鋯石SHRIMP U-Pb年齡（見(jiàn)前文），在計(jì)算有關(guān)參數(shù)時(shí)樣品年齡取值216 Ma。巖體花崗巖ISr值為0.73271、0.72739（平均0.73005），εSr(t)值為324.9、400.4，εNd(t)值為-11.05、-10.82，t2DM為1.87、1.89 Ga。

4 討論

4.1 巖石成因

印支期塔山巖體與圍巖呈清楚的侵入接觸關(guān)系，外接觸帶具熱接觸變質(zhì)，鏡下表現(xiàn)出典型的巖漿結(jié)晶結(jié)構(gòu)，因此花崗巖應(yīng)為巖漿成因。

巖體的地質(zhì)學(xué)、巖石地球化學(xué)及Sr、Nd同位素地球化學(xué)特征表明其為陸殼重熔型花崗巖，且源巖主要為中、上地殼酸性巖石；巖漿形成與陸殼減壓熔融及軟流圈熱傳遞有關(guān)；巖漿過(guò)程受部分熔融、分離結(jié)晶及巖漿混合作用控制。具體分析如下：

（1）巖石為ASI值均大于1.1的強(qiáng)過(guò)鋁（SP）花崗巖（ASI值平均達(dá)1.33），而前人研究表明強(qiáng)過(guò)鋁花崗巖多為地殼物質(zhì)熔融產(chǎn)物，屬于S型花崗巖類(lèi)[37-38]。

（2）微量元素蛛網(wǎng)圖（圖5）上巖石顯示出一般殼源花崗巖特征（見(jiàn)前述）。

（3）湘桂內(nèi)陸帶花崗巖的Nd模式年齡（tDM）背景值為1.8~2.4 Ga[42,43]，基底的時(shí)代主要在1.7~2.7 Ga間[44]。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1.22 Ga~1.76 Ga之間[44]。由上可見(jiàn)，印支期塔山巖體的兩階段Nd模式年齡值（1.87 Ga、1.89 Ga）與基底地殼相當(dāng)，并高于有地幔物質(zhì)加入的湘東南早燕山期殼源花崗巖。鑒此，初步推斷巖體主要源于基底地殼的重熔。此外，巖體ISr值（0.73271和0.72739，平均0.73005）與大陸地殼0.719的ISr平均值[39]相近，Sr、Nd同位素組成（εSr(t)=324.9和400.4，εNd(t)=-11.05和-10.82）與澳大利亞?wèn)|南部Lachlan褶皺帶S型花崗巖（εSr(t)=77和204，εNd(t)=-6.1和-9.8）[40]類(lèi)似，在εNd(t)-εSr(t)圖解[41（]圖7）中落入華南S型花崗巖區(qū)，也說(shuō)明巖體主要源于地殼重熔。

（4）Allégre[45]指出花崗巖εSr(t)值大于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。印支期塔山巖體εSr(t)=324.9和400.4，暗示源巖主要為中、上地殼酸性巖石，而不是下地殼基性巖?；◢弾rC/MF-A/MF圖解顯示源巖為變質(zhì)泥質(zhì)巖，可能有少量變質(zhì)雜砂巖[46]（圖8），對(duì)此提供了進(jìn)一步佐證。

圖7 印支期塔山巖體εNd(t)-εSr(t)圖解Fig.7εNd(t)-εSr(t)diagramfor Indosinian Tashan granites

圖8 印支期塔山巖體C/MF-A/MF圖解[46]Fig.8 C/MF-A/MFdiagramof Indosinian Tashan granites

（5）根據(jù)Sylvester[37]有關(guān)強(qiáng)過(guò)鋁花崗巖物源和形成溫度的理論，具強(qiáng)過(guò)鋁特征的印支期塔山花崗巖樣品CaO/Na2O比值大多低于0.3，少量高于0.3（圖9），暗示其源巖主要為泥質(zhì)巖石，部分為長(zhǎng)英質(zhì)巖石。這一推斷與圖8所反映的信息基本一致。此外，大部分樣品Al2O3/TiO2比值小于100（圖9），暗示巖漿主要形成于溫度高于875℃的“高溫”條件，除造山帶地殼增厚導(dǎo)致升溫外，軟流圈地幔熱能向上傳遞可能對(duì)巖漿形成起到一定作用。

（6）La/Sm-La圖解（圖10）顯示，巖漿過(guò)程既受部分熔融也受分離結(jié)晶作用控制。La/Sm-La圖解中較好的正相關(guān)關(guān)系顯示出部分融熔趨勢(shì)，但趨勢(shì)線斜率很低而與分離結(jié)晶趨勢(shì)線靠近。結(jié)合前述微量元素和稀土元素特征顯示的分離結(jié)晶及晚期高度分異巖漿信息，初步推斷巖漿過(guò)程既受部分熔融也受分離結(jié)晶作用控制。

（7）鎂鐵質(zhì)微粒包體的發(fā)育可能與巖漿混合作用有關(guān)，并暗示存在軟流圈地幔的上隆和熱能向上傳遞。

圖9 印支期塔山巖體CaO/Na2O-Al2O3/TiO2圖解Fig.9 CaO/Na2O-Al2O3/TiO2 plot of Indosinian Tashan granites

圖10 印支期塔山巖體La/Sm-La圖解Fig.10 La/Sm-Laplot of Indosinian Tashan granites

4.2 巖體形成構(gòu)造環(huán)境及機(jī)制

區(qū)域上印支運(yùn)動(dòng)的主幕發(fā)生于中三疊世后期[11,44]，而塔山巖體(218±3)Ma的侵位年齡表明其主要形成于晚三疊世早期，因此巖體應(yīng)形成于印支運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈擠壓后的后碰撞構(gòu)造環(huán)境。順便指出，區(qū)域印支運(yùn)動(dòng)屬板內(nèi)造山運(yùn)動(dòng)，因此塔山巖體相關(guān)的“碰撞”作用并非通常所指的大陸板塊之間的碰撞，而是陸塊內(nèi)部的強(qiáng)擠壓作用。

上述后碰撞構(gòu)造環(huán)境的判斷可得到構(gòu)造環(huán)境判別圖解的支持。在Maniar和Piccoli[47]提出的多組主元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解中，印支期塔山巖體的分析樣品主要落入IAG+CAG+CCG區(qū)，且有較多樣品位于與POG重疊區(qū)之外（圖11），因此總體應(yīng)屬于IAG+CAG+CCG組類(lèi)型。而巖體的所有樣品均屬ASI值大于1.1的強(qiáng)過(guò)鋁（SP）花崗巖，進(jìn)而可進(jìn)一步判斷為大陸碰撞花崗巖類(lèi)（CCG）[48]。在Pearceetal[49]多組微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解中（圖12），塔山巖體所有樣品顯示為“同碰撞花崗巖（S-COLG）”或“火山弧花崗巖+同碰撞花崗巖（VAG+S-COLG）”。

結(jié)合前文巖漿成因和形成環(huán)境，推斷塔山巖體形成機(jī)制為：中三疊世后期印支運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)烈陸內(nèi)變形，導(dǎo)致地殼疊置、增厚和升溫，變形峰值后進(jìn)入地殼伸展階段，在變形減弱、應(yīng)力松弛的后碰撞構(gòu)造環(huán)境下，基底地殼減壓重熔向上侵位形成塔山巖體。此外，地殼重熔可能尚受軟流圈地幔上隆及其熱傳遞的影響。

5 結(jié)論

（1）晚三疊世塔山巖體高硅、富鋁、中鉀、中堿，總體屬鐵質(zhì)、高鉀鈣堿性系列強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)花崗巖類(lèi)。

（2）塔山花崗巖屬S型花崗巖，源巖主要為中、上地殼泥質(zhì)巖石，部分為長(zhǎng)英質(zhì)巖石。

（3）塔山花崗巖的形成主要與印支運(yùn)動(dòng)陸內(nèi)強(qiáng)擠壓之后的地殼減壓熔融有關(guān)，并可能受到軟流圈地幔上隆的影響。

圖11 印支期塔山巖體構(gòu)造環(huán)境氧化物判別圖Fig.11 Diagramsfor discrimination of structural enviroment of Indosinian Tashan granites

圖12 印支期塔山巖體微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig.12 Traceelement diagramsfor discrimination of tectonic environment of Indosinian Tashan granites

注釋?zhuān)?/p>

①湖南省地質(zhì)調(diào)查院.湖南上堡地區(qū)礦產(chǎn)遠(yuǎn)景調(diào)查報(bào)告(野外驗(yàn)收稿)[R].2014.

②湖南地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局.1∶5萬(wàn)羅家橋幅.陽(yáng)嘉洲幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R].1999.

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