秦嶺東段南召—鎮(zhèn)平地區(qū)早古生代花崗巖類地球化學(xué)特征*

李開文 方懷賓 郭君功 劉 坤 趙 煥 王小娟

(1.河南省地質(zhì)調(diào)查院；2.河南省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點實驗室)

秦嶺造山帶位于中央造山帶中東部，是華北板塊與揚子板塊的結(jié)合帶，經(jīng)歷了長期的地質(zhì)演化和多期次不同構(gòu)造運動的疊加復(fù)合，使得區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)出復(fù)雜的地質(zhì)面貌[1-3]。秦嶺造山帶至少經(jīng)歷了中—新元古代、古生代、新生代巖漿事件和造山作用，其中，古生代花崗巖在秦嶺巖漿巖研究中占有重要地位。秦嶺地區(qū)古生代花崗巖主要位于北秦嶺地區(qū)，前人對其進行了大量地質(zhì)調(diào)查、地球物理、地球化學(xué)及同位素研究，盡管成果豐碩[4-6]，但該類研究往往偏重于單個巖體，從而導(dǎo)致同一巖漿演化序列形成的巖體之間的相互關(guān)系被忽略。本研究將秦嶺東段南召—鎮(zhèn)平地區(qū)的花崗巖類劃分為閃長巖、花崗閃長巖、二長花崗巖和正長花崗巖4種巖石類型，并結(jié)合最新測試數(shù)據(jù)，對其地球化學(xué)特征進行詳細(xì)分析，并對區(qū)域構(gòu)造演化進行探討。

1 研究區(qū)地質(zhì)特征

秦嶺造山帶由商丹帶(商南—丹鳳斷裂帶)、勉略帶(勉縣—略陽斷裂帶)2條主縫合帶和華北板塊、揚子板塊以及夾于兩者之間的秦嶺微板塊組成[2]。這三大板塊沿2條主縫合帶，經(jīng)加里東期板塊俯沖，在晚海西期—印支期發(fā)生碰撞造山運動從而最終拼合，之后經(jīng)歷中—新生代強烈的陸內(nèi)造山作用疊加復(fù)合，形成了現(xiàn)今的秦嶺造山帶的基本構(gòu)造面貌。研究區(qū)位于秦嶺造山帶東部，橫跨2個Ⅰ級構(gòu)造單元，主要出露地層為早元古界秦嶺巖群和早古生代二郎坪群。秦嶺巖群分布于商丹帶北側(cè)，成分上以成熟度較低的陸源碎屑巖和碳酸鹽巖為主夾有少量火山巖，經(jīng)歷了多期次變質(zhì)、變形和混合巖化[7]。二郎坪群分布于秦嶺巖群北側(cè)，主體為一套變質(zhì)碎屑巖、變質(zhì)基性—中酸性火山巖和碳酸鹽巖沉積建造，目前普遍認(rèn)為是古商丹洋向華北板塊俯沖過程中秦嶺古島弧北側(cè)發(fā)育的弧后盆地[8-9]。

2 巖石學(xué)特征

(1)閃長巖類。閃長巖類巖體的主要巖性為閃長巖、石英二長閃長巖和石英二長巖。巖石呈深灰色，粗—中粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)、似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要組成礦物為斜長石(50%～55%)、鉀長石(5%～15%)、角閃石(10%～25%)、石英(2%～15%)、黑云母(5%～10%)。斜長石呈變晶粒狀、板柱狀，發(fā)育卡納復(fù)合雙晶，長軸常定向排列；石英呈變晶粒狀，具有明顯的波狀消光現(xiàn)象；鉀長石多為微斜長石，自形程度較差；角閃石呈粒柱狀，發(fā)育2組菱形解理；黑云母呈片狀，斷續(xù)定向分布于長石、石英顆粒間。副礦物主要有鋯石、磁鐵礦等，含量小于3%。

(2)花崗閃長巖。巖石主要呈灰白色，中—細(xì)粒粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要組成礦物為斜長石(50%～55%)、石英(20%～25%)、鉀長石(15%～20%)、角閃石(5%～10%)、黑云母(5%～10%)及少量榍石。斜長石呈半自形板柱狀，多為雙晶紋平行細(xì)密的更長石，晶體多被顯微鱗片狀絹云母交代；鉀長石呈半自形—他形板柱狀，多為條紋長石；石英呈他形粒狀零散分布于長石顆粒間；角閃石呈自形—半自形柱狀，雜亂分布于長石、石英顆粒間；黑云母呈鱗片狀，多被綠泥石不均勻交代。

(3)二長花崗巖類。二長花崗巖類巖體的主要巖性為黑云母(二云母)二長花崗巖，可進一步劃分為中細(xì)粒黑云母二長花崗巖、含斑中細(xì)粒黑云母二長花崗巖、(多)斑狀黑云母二長花崗巖、中細(xì)粒二云母二長花崗巖。各巖體之間的多數(shù)地段無明顯接觸面，為漸變過渡關(guān)系。巖體主要組成礦物為斜長石(40%～45%)、鉀長石(20%～30%)、石英(20%～25%)、黑云母(5%～10%)、白云母(3%～5%)。斜長石呈半自形板柱狀，雙晶紋細(xì)密且近平行消光，多為更長石；鉀長石呈他形粒狀，多為條紋長石，部分晶體交代斜長石析出蠕蟲狀石英，形成蠕英結(jié)構(gòu)；石英呈他形粒狀，與鉀長石、斜長石相間分布；黑云母及白云母呈鱗片狀晶體或集合體，雜亂分布于長石、石英等粒狀礦物間。副礦物主要有榍石、鋯石、磷灰石、磁鐵礦等。

(4)正長花崗巖。巖石呈淺玫瑰紅色，似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶為鉀長石，呈半自形粒柱狀，多為微斜長石，含量多為30%～50%，粒徑多為1～3 cm?；|(zhì)主要由鉀長石(25%～30%)、石英(20%～25%)、斜長石(20%～25%)、黑云母(5%～10%)及少量榍石組成。鉀長石呈半自形—他形粒狀、板柱狀，多為條紋長石及微斜長石；石英呈他形粒狀，與鉀長石、斜長石相間分布；斜長石呈半自形板柱狀，多為雙晶紋平行細(xì)密的更長石；黑云母呈鱗片狀，雜亂分布于長石、石英等粒狀礦物間。

3 巖石地球化學(xué)特征

3.1 主量元素特征

閃長巖類w(SiO2)為57.45%～59.93%，平均58.63%，總堿度w(K2O+Na2O)為5.23%～7.47%，平均6.55%，w(K2O)/w(Na2O)為0.78～1.12，平均0.93，顯示略富鈉貧硅、鉀的特征，A/CNK為0.69～0.82，平均0.76，在A/NK-A/CNK圖解上落入準(zhǔn)鋁質(zhì)區(qū)域，CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物中沒有剛玉出現(xiàn)，屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖類。里特曼指數(shù)(σ)為1.58～3.74，平均2.74，為鈣堿性花崗巖類。分異指數(shù)(DI) 為59～65，顯示分異程度較低。在巖石R1-R2分類圖解中主要落入閃長巖-二長閃長巖區(qū)。

花崗閃長巖w(SiO2)為68.86%～69.64%，平均69.62%，總堿度w(K2O+Na2O)為7.27%～7.57%，平均7.47%，w(K2O)/w(Na2O)為0.89～1.07，平均0.95，顯示相對富鈉貧鉀的特征，A/CNK為0.98～1.04，平均1.02，在A/NK-A/CNK圖解上落入準(zhǔn)鋁質(zhì)與過鋁質(zhì)界線附近，屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)—弱過鋁質(zhì)花崗巖類。里特曼指數(shù)(σ)為1.98～2.21，平均2.13，為鈣堿性花崗巖類。在巖石R1-R2分類圖解中均落入花崗閃長巖區(qū)。

二長花崗巖類w(SiO2)為68.25%～74.28%，平均71.02%，總堿度w(K2O+Na2O)為7.50%～8.37%，平均8.03%，w(K2O)/w(Na2O)為0.83～1.45，平均1.18，相對富鉀貧鈉，A/CNK為0.97～1.22，平均1.10，在A/NK-A/CNK圖解上幾乎均落入過鋁質(zhì)區(qū)域，CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物中幾乎均有剛玉出現(xiàn)，屬于過鋁質(zhì)花崗巖類。里特曼指數(shù)(σ)為2.01～2.54，平均2.31，為鈣堿性花崗巖類。分異指數(shù)(DI)為86～93，顯示分異程度較高。在巖石R1-R2分類圖解中均落入二長花崗巖區(qū)。

正長花崗巖w(SiO2)為68.42%～74.29%，平均71.26%，總堿度w(K2O+Na2O)為8.89%～9.39%，平均9.14%，w(K2O)/w(Na2O)為1.48～2.44，平均1.86，明顯富鉀貧鈉，A/CNK為1.05～1.16，平均1.09，在A/NK-A/CNK圖解上均落入過鋁質(zhì)區(qū)域，CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物中均有剛玉出現(xiàn)，屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖類。里特曼指數(shù)(σ)為2.53～3.29，平均2.98，為鈣堿性花崗巖類。分異指數(shù)(DI)為90～95，顯示分異程度偏高。在巖石R1-R2分類圖解中均落入正長花崗巖及鄰區(qū)。

3.2 稀土元素

閃長巖類巖石w(ΣREE)為189.75～436.45 μg/g，平均288.57 μg/g，w(LREE)/w(HREE)為4.46～9.33，平均6.16，(La/Yb)N為14.31～36.89，平均20.85。閃長巖類巖石具有明顯的輕重稀土分餾特征(圖3)，分配曲線為右傾平坦型，可能表明巖漿源區(qū)殘留體聚集了含量較高的重稀土元素的石榴子石和角閃石等礦物。巖體具有中等的負(fù)Eu異常(δEu=0.75～0.82)，可能與斜長石的分離結(jié)晶作用有關(guān)，Ce異?，F(xiàn)象不明顯(δCe=0.87～1.03)。

花崗閃長巖類w(ΣREE)為233.68～266.16 μg/g，平均246.58 μg/g，w(LREE)/w(HREE)為8.31～12.81，平均11.21，(La/Yb)N為28.49～52.20，平均43.67。花崗閃長巖巖石具有明顯的輕重稀土分餾特征。巖體具有中等的負(fù)Eu異常(δEu=0.66～0.83)，Ce異?，F(xiàn)象不明顯(δCe=0.92～0.94)。

二長花崗巖類w(ΣREE)為51.70～320.30 μg/g，平均167.71 μg/g，w(LREE)/w(HREE)為2.08～10.69，平均6.29，(La/Yb)N為7.04～42.50，平均22.90。二長花崗巖類巖石具有明顯的輕重稀土分餾特征。巖體具有中等的負(fù)Eu異常(δEu=0.62～0.86)，Ce異?，F(xiàn)象不明顯(δCe=0.89～1.13)。

正長花崗巖類w(ΣREE)為68.70～107.67 μg/g，平均92.33 μg/g，w(LREE)/w(HREE)為1.34～2.99，平均2.31，(La/Yb)N為4.21～10.27，平均7.58。正長花崗巖巖石具有中等輕重稀土分餾特征。巖體具有中等偏高的負(fù)Eu異常(δEu=0.46～1.15)，Ce異?，F(xiàn)象不明顯(δCe=0.84～0.97)。

總體上，由閃長巖類—花崗閃長巖類—二長花崗巖類—正長花崗巖類，巖石稀土總量和輕稀土總量明顯降低，閃長巖類—花崗閃長巖類，重稀土總量明顯降低，而花崗閃長巖—二長花崗巖類—正長花崗巖，該值又明顯升高。由早期至晚期輕稀土含量的降低可能與巖漿中褐簾石的分離結(jié)晶作用有關(guān)，重稀土含量的富集可能由于流體分異和氟化物的形成共同作用所致[10]。氟化物為重稀土的主要載體，巖漿晚期富F流體作用促使殘余熔體中的重稀土富集。稀土元素配分曲線均表現(xiàn)為向右傾斜的V型特征，不同期次的花崗巖類稀土元素特征基本一致，表明各單元具有相似的來源和巖漿演化過程。

3.3 微量元素

閃長巖類和花崗巖閃長巖類富集K、Rb、Ba等大離子親石元素，可能表明巖體為古老巖體部分熔融的產(chǎn)物[11]。同時，較明顯的Nb、Ta負(fù)異?？赡茉醋愿_板片脫水產(chǎn)生的流體交代地幔楔發(fā)生部分熔融所致，顯示在巖漿演化過程中具有幔源物質(zhì)加入，P、Ti負(fù)異常與秦嶺地區(qū)的I型花崗巖特征類似[5,12]。

二長花崗巖類巖石富集大離子親石元素，相對虧損Ba、Sr、Nb、Ta、Ti和P。w(Zr)/w(Hf)為16.92～40.92，平均34.18，接近正?；◢弾r值(33～40)和地殼平均值(33～46)；w(Nb)/w(Ta)為6.63～21.54，平均11.17，略低于正?；◢弾r比值[13-14]，該值遠低于地幔平均值(60)，而與地殼平均值(10)接近。

正長花崗巖類巖石富集大離子親石元素，相對虧損Ba、Sr、Ta，高度虧損Ti和P，顯示了高度分異演化的花崗巖特征[15]，反映了巖漿演化期后的特征。

總體上，由閃長巖類—花崗閃長巖—二長花崗巖類—正長花崗巖，Ba、Sr、w(Zr)/w(Hf)、w(Nb)/w(Ta)值總體呈降低趨勢，而Rb、w(Rb)/w(Ba)、w(Rb)/w(Sr)值總體呈升高趨勢，反映了巖漿結(jié)晶分異程度的提高。w(Zr)/w(Hf)值降低可能由于巖漿中鋯石的分離結(jié)晶作用促使分異巖漿中Zr含量減少所致，w(Nb)/w(Ta)值降低則是結(jié)晶晚期富F流體的作用促使Ta含量升高所形成。

4 討 論

4.1 成分演化

研究區(qū)閃長巖類和花崗閃長巖類為鈣堿性準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖類，輕重稀土分餾特征明顯，具有中等Eu異常，富集K、Rb、Ba，虧損Nb、Ta、P及Ti，具有俯沖型花崗巖類特征。該期巖體具有低(w(87Sr)/w(86Sr))i值(0.703～0.705)、高εNd(t)值(1.5～1.9)的特征，模式年齡較小，Nd模式年齡為0.91～0.94 Ga[9]。閃長巖類內(nèi)部大量基性包體的出現(xiàn)可能顯示幔源物質(zhì)的混染。

二長花崗巖類巖體為鈣堿性過鋁質(zhì)花崗巖類，具有中等輕重稀土分餾特征及中等Eu異常，富集大離子親石元素，相對虧損Ba、Sr、Nb、Ta、Ti和P，主體顯示碰撞型花崗巖類特征。如北秦嶺資峪輝長巖體具有高(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；鋯石εHf(t)值為-6.2～5.0，TDM2=1.01～1.54 Ga，顯示為中元古代富鋁沉積巖部分熔融的產(chǎn)物[15]。

正長花崗巖類巖體為富鉀鈣堿性過鋁質(zhì)花崗巖類，具有中等輕重稀土分餾特征及較低的Eu異常，富集大離子親石元素，相對虧損Ba、Sr、Ta，高度虧損Ti和P。該期巖體具有中等偏高的(w(87Sr)/w(86Sr))i值(0.708 82～ 0.720 47)，和負(fù)εNd(t)值(-17.70～-7.65)，Nd模式年齡TDM=1.78～1.97 Ga；鋯石具負(fù)εHf(t)值(-21.1～-5.1)，TDM2=1.46～2.29 Ga[15]，一致指示為中元古代和部分古元古代地殼物質(zhì)重熔的產(chǎn)物。結(jié)合該期花崗巖富鉀、強烈分異的特征，推斷為非擠壓環(huán)境下陸殼物質(zhì)熔融巖漿較強分異演化的結(jié)果，顯示造山期后特征。

4.2 構(gòu)造環(huán)境

在花崗巖成因R1-R2判別圖解(圖1)中，閃長巖類落入破壞性活動板塊邊緣花崗巖和板塊碰撞后隆起期花崗巖區(qū)，反映俯沖期特征；花崗閃長巖類落入破壞性活動板塊邊緣花崗巖與同碰撞花崗巖區(qū)的結(jié)合區(qū)域，顯示由俯沖向碰撞的過渡階段；二長花崗巖類全部落入同碰撞花崗巖區(qū)，表明該區(qū)全面進入造山階段；正長花崗巖類落入晚造期花崗巖區(qū)及與同碰撞花崗巖區(qū)的結(jié)合區(qū)，顯示造山期后構(gòu)造特征。上述特征表明：從閃長巖類—花崗閃長巖—二長花崗巖類—正長花崗巖，構(gòu)造環(huán)境分別對應(yīng)于板塊俯沖—碰撞—碰撞后的各個階段。

圖1 研究區(qū)花崗巖類R1-R2成因判別圖解

4.4 與內(nèi)生礦床關(guān)系

北秦嶺地區(qū)古生代巖漿成礦作用顯著，一系列多金屬礦床形成于揚子板塊向華北板塊的俯沖及碰撞過程中。目前，該區(qū)所發(fā)現(xiàn)的銅峪銅礦床、水洞嶺銅鋅礦床及松樹溝鉻鐵礦床主要與俯沖期巖漿作用有關(guān)。因此，在秦嶺東段對俯沖期巖漿作用進行研究是尋找該區(qū)內(nèi)生金屬礦床的重點。

5 結(jié) 語

結(jié)合取樣分析結(jié)果，對秦嶺東段南召—鎮(zhèn)平地區(qū)早古生代花崗巖類地球化學(xué)特征進行了詳細(xì)分析，對于該區(qū)進一步研究該類巖體特征及開展內(nèi)生金屬礦床找礦工作有一定的借鑒價值。