Nb/U法判別花崗巖大地構(gòu)造環(huán)境概述

王哲 鐘文 唐運(yùn)秀

摘要：花崗巖成因類型的不同代表了不同的構(gòu)造活動(dòng)帶、不同的源巖及巖石形成作用過(guò)程的最終產(chǎn)物。在總結(jié)概括前人研究工作的基礎(chǔ)上，論述花崗巖分類方法的不足，并嘗試?yán)没◢弾r的Nb/U比值判別花崗巖形成的構(gòu)造環(huán)境。旨為以后判別花崗巖大地構(gòu)造環(huán)境的研究奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：花崗巖；構(gòu)造環(huán)境；Nb/U

花崗巖與大地構(gòu)造環(huán)境之間存在著一定的成因聯(lián)系，特征的花崗巖產(chǎn)在特定的構(gòu)造環(huán)境中，不同構(gòu)造環(huán)境產(chǎn)出的花崗巖不盡相同，可以利用花崗巖判別一定的構(gòu)造環(huán)境。國(guó)內(nèi)外針對(duì)花崗巖的研究已有大量研究成果[1-3]。自20世紀(jì)六七十年代以來(lái)，有關(guān)花崗巖的分類方案已有20多種，在當(dāng)時(shí)都有一定的積極意義。特別是80年代總結(jié)提出的M-I-S-A字母分類方案，更是受到人們的青睞。

關(guān)于花崗巖類型分類的研究成果較多，但由于時(shí)代的局限性，每種分類方法都存在不足。至今，科研工作者還在研究花崗巖的分類。本文在總結(jié)概括前人研究工作的基礎(chǔ)上，論述現(xiàn)有花崗巖分類特征及不足，給出新的分類方案；嘗試?yán)没◢弾r的Nb/U比值判別花崗巖形成的構(gòu)造環(huán)境，并以例子證明Nb/U比值判別花崗巖形成的構(gòu)造環(huán)境是否可行。

1. 研究方法概述

花崗巖分類方法的研究始于20世紀(jì)60年代。依據(jù)各花崗巖分類的依據(jù)和原則，花崗巖的分類主要有性質(zhì)——礦物巖石地球化學(xué)分類、構(gòu)造環(huán)境分類和綜合分類三大分類方案。據(jù)花崗巖的源巖性質(zhì)，研究者將花崗巖分為M-I-S-A。M型花崗巖的母巖漿可能直接來(lái)源于地?；蚋_到大洋島弧之下的洋殼，I型花崗巖主要發(fā)育在大洋——大陸板塊碰撞邊緣，S型花崗巖石大陸——大陸碰撞帶或者是克拉通之上的韌性剪切帶的產(chǎn)物，A型花崗巖在地盾區(qū)與裂谷作用有關(guān)的巖漿活動(dòng)或造山帶期后拉張環(huán)境下活動(dòng)的產(chǎn)物[4]。

根據(jù)花崗巖的構(gòu)造環(huán)境分為洋脊花崗巖（ORG）、火山弧花崗巖（VAR）、板內(nèi)花崗巖（WPG）和碰撞花崗巖（COLG）四大類[5-6]。Barbarin在系統(tǒng)總結(jié)有關(guān)花崗巖質(zhì)巖石分類特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，依據(jù)花崗巖質(zhì)巖石的野外地質(zhì)學(xué)、礦物組合、巖相學(xué)和巖石地球化學(xué)、地球動(dòng)力學(xué)環(huán)境等特征，將花崗巖質(zhì)巖石分為7種類型[7]。

其中，M-I-S-A法普遍受到研究者青睞。近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，M-I-S-A法對(duì)花崗巖的原始定義已不符合地質(zhì)事實(shí)。如A型花崗巖原來(lái)的定義是堿性、無(wú)水、非造山環(huán)境形成的，但觀察事實(shí)是A型花崗巖也可出現(xiàn)在造山環(huán)境中。另，M-I-S-A作為分類依據(jù)的參考因素有限，主要強(qiáng)調(diào)的是作為示蹤的同位素的組成特征，不能全面解釋花崗巖的復(fù)雜成因，也不能很好地區(qū)分不同類型的花崗巖。

以構(gòu)造環(huán)境分類花崗巖的缺陷在于花崗巖的“構(gòu)造環(huán)境”指的是大的地球動(dòng)力學(xué)背景，如洋脊、島弧和洋島環(huán)境，裂谷環(huán)境等，而非具體的構(gòu)造（變形）事件的力學(xué)環(huán)境，如“碰撞階段”的擠壓（逆沖、疊覆）構(gòu)造作用和碰撞后階段的伸展（拉張、走滑）構(gòu)造作用。而以構(gòu)造環(huán)境作為分類花崗巖的方案，將大的地球動(dòng)力學(xué)背景和具體的構(gòu)造（變形）事件混為一談，并認(rèn)為“碰撞”指的是兩個(gè)分離的物體拼合在一起的過(guò)程，而不是強(qiáng)調(diào)物體內(nèi)部相互擠壓的過(guò)程。顯然，以構(gòu)造環(huán)境分類花崗巖存在不足。

前人嘗試采用同位素比值法進(jìn)行分類花崗巖，但主要采用Sr-Nd的初始同位素比值（87Sr/86Sr）i和（εNd）i以及稀土元素來(lái)示蹤物質(zhì)的來(lái)源。但是這些元素尤其是（87Sr/86Sr）i和（εNd）i的組成，一般比較穩(wěn)定，很難受到后期巖漿活動(dòng)等地質(zhì)作用的影響，很難破壞其成分組成。因此在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候，很難排除原巖（物源）的同位素或者化學(xué)成分組成對(duì)花崗巖的影響，容易形成誤判，給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)不便。但是Nb和U的地球化學(xué)性質(zhì)相對(duì)比較活潑，很容易受到后期巖漿活動(dòng)等地質(zhì)作用的影響，其對(duì)原巖（物源）的同位素或者化學(xué)成分組成的繼承作用的影響可以消除。

Ian H.Campbell[8]根據(jù)殼幔演化過(guò)程中Nb、U的地球化學(xué)性質(zhì)不同，在不同類型的地殼和地幔中的Nb/U值不同，測(cè)得原始地幔Nb/U=34（或30），現(xiàn)今洋殼的（殘余地幔、MORB、OIB）的Nb/U=47，陸殼的Nb/U=10（或9.7）。花崗巖主要形成在地殼中（可有幔源的物質(zhì)加入），因此可以嘗試?yán)肗b/U比值來(lái)判別花崗巖形成的構(gòu)造環(huán)境。

2. Nb和U比值法

在洋陸俯沖碰撞發(fā)生熔融的過(guò)程中，U和Nb由于具有不同的地球化學(xué)親和性，U選擇進(jìn)入陸殼巖石圈而Nb則傾向于進(jìn)入洋殼再返回到地幔中。降低進(jìn)入陸殼巖石圈發(fā)生熔融的殘余洋殼物質(zhì)的Nb/U值（接近于陸殼的值，但應(yīng)高于陸殼的值10），隨著陸殼物質(zhì)的加入和U、Nb的不同親和性，會(huì)使Nb/U值降低，花崗巖的Nb/U值應(yīng)>10；而在陸陸碰撞形成花崗巖的過(guò)程中，由于碰撞的兩側(cè)地體性質(zhì)幾乎一致，Nb/U不會(huì)有太大變化，但Nb/U<10。下面以例子證明這一推論：

郭亮[9]將東構(gòu)造結(jié)西緣南拉薩地塊的構(gòu)造演化分為165Ma～80Ma、80Ma～68、68Ma～40Ma和30Ma～22Ma四個(gè)階段。在165Ma～80Ma，新特提斯洋已經(jīng)開(kāi)始向北俯沖于南拉薩地塊之下；新特提斯洋中脊在80Ma開(kāi)始進(jìn)入俯沖帶；在65Ma～55Ma時(shí)，印度板塊與歐亞板塊發(fā)生碰撞，印度板塊俯沖于拉薩地塊之下?？芍獤|喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)西緣南拉薩地塊的花崗巖，在65Ma前為洋陸俯沖碰撞形成的花崗巖屬于洋陸碰撞環(huán)境，在此之后形成的花崗巖屬于陸陸碰撞環(huán)境。樣品的分析數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1）

由于U和Nb不同的地球化學(xué)親和性及陸殼的Nb/U=10，陸殼物質(zhì)會(huì)對(duì)樣品T670和T701產(chǎn)生影響，可造成樣品Nb和U的增加或減少，使Nb/U值出現(xiàn)小于10的情況（分別為7.1和5.6）。樣品T671和T673在沒(méi)有證據(jù)表明受后期地質(zhì)作用影響的情況下，其Nb/U值>10，符合“洋陸碰撞環(huán)境下形成的花崗巖的Nb/U>10”的推論。

對(duì)于陸陸碰撞環(huán)境下形成的花崗巖樣品（T656、T529=4.72、T774、T775-1、T775-2、T777和T932=3.8）來(lái)說(shuō)，同樣存在后期的地質(zhì)作用的影響，同樣會(huì)有Nb和U的增加或減少。陸殼Nb/U=10（或9.7），樣品在陸殼受到后期地質(zhì)作用的影響，其Nb/U也<10。在這種情況下無(wú)法區(qū)分樣品形成洋陸碰撞環(huán)境是受到地質(zhì)作用的影響還是樣品本身是陸陸碰撞環(huán)境。為了很好地利用Nb/U值來(lái)區(qū)分洋陸碰撞環(huán)境和陸陸碰撞環(huán)境下形成的花崗巖，必須使用未受后期地質(zhì)作用影響的花崗巖樣品來(lái)分析。

3. 結(jié)論

（1）花崗巖的Nb/U比值可以用來(lái)判別其構(gòu)造環(huán)境，特別是對(duì)洋陸碰撞和陸陸碰撞作用形成的花崗巖。洋陸碰撞形成的花崗巖Nb/U應(yīng)該大于陸陸碰撞形成的花崗巖的Nb/U值，且洋陸碰撞環(huán)境下形成的花崗巖的Nb/U>10，而陸陸碰撞環(huán)境下形成的花崗巖Nb/U<10。

（2）對(duì)于島弧花崗巖，由于其復(fù)雜的構(gòu)造環(huán)境和形成作用，很難用某一對(duì)元素或同位素來(lái)判別其形成的構(gòu)造環(huán)境，需要同時(shí)結(jié)合多對(duì)元素或同位素，或者利用多種方法手段來(lái)綜合判別。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蔡青龍，鄭志文，何俊.西藏岡底斯西部地區(qū)花崗巖鋯石U-Pb年齡及其地質(zhì)意義[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，38（1）：49-57.

[2] 楊春鵬，夏菲，潘家永，等.江西修水蓮花芯銅鉬多金屬礦床花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年及其地質(zhì)意義[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，37（2）：192-198.

[3] 肖愛(ài)芳，黎敦朋.福建省紫金山復(fù)式花崗巖鋯石LA-ICP-MSU-Pb測(cè)年[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，35（4）：343-351.

[4] 馬鴻文.花崗巖成因類型的判別分析[J].巖石學(xué)報(bào)，1992，8（4）：341-350.

[5] 陳士海，王斌，張健仁，等.班公湖-怒江成礦帶西段弗野花崗巖體的巖石地球化學(xué)特征及年代學(xué)研究[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，37（1）：37-44.

[6] 呂科，王勇，肖劍.西華山復(fù)式花崗巖株地球化學(xué)特征及構(gòu)造環(huán)境探討[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，34（2）：117-128.

[7] Barbarin B. A review of the relationships between granitoid types，their origins and their geodynamic environments[J]. Lithos， 1999，46：605-625.

[8] Ian H. Campbell，Constraints on continental growth models fromNb/U ratios in the 3.5 Ga Barberton and other Archaean basaltkomatiite suites， AJS Online April 2003 vol. 303 no. 4319-4351.

[9] 郭亮.喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)西緣構(gòu)造——巖漿事件及其地球動(dòng)力學(xué)意義[D].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2012.