安徽南部溪口巖群流紋巖地球化學(xué)特征及成因

趙先超　孫明明　吳禮彬　王利民

摘要： 溪口巖群流紋巖出露于安徽南部休寧一帶，位于揚(yáng)子地塊東南部、江南造山帶東段。通過研究溪口巖群流紋巖巖相學(xué)、主量、微量及稀土元素特征，探討流紋巖的成因及其形成的構(gòu)造環(huán)境。主量元素地球化學(xué)特征表明：該流紋巖高硅，高鈉低鉀，高鋁，低MgO、CaO、TiO2和MnO，屬于鈣堿性系列過鋁質(zhì)流紋巖。微量及稀土元素地球化學(xué)特征表明：該流紋巖富集大離子親石元素K和Rb，Ba、Sr、Sm和Ce相對(duì)虧損，高場(chǎng)強(qiáng)元素U明顯富集，Nb、P、Zr和Hf相對(duì)虧損，Ti明顯虧損。稀土元素總量∑REE為（25.11～54.51）×10-6，輕稀土元素相對(duì)富集，重稀土元素相對(duì)虧損，輕、重稀土元素分異明顯，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線明顯右傾，Eu負(fù)異常明顯。安徽南部溪口巖群流紋巖是洋殼局部重融的產(chǎn)物，形成于與同碰撞有關(guān)的火山弧構(gòu)造環(huán)境。

關(guān)鍵詞： 溪口巖群;流紋巖;地球化學(xué)特征;巖石成因;構(gòu)造環(huán)境;皖南

中圖分類號(hào)：P588.14+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2096-1871（2019）02-091-08

溪口巖群是在安徽休寧縣溪口鎮(zhèn)創(chuàng)名的，是江南造山帶東段基底的重要組成部分，分布于皖贛鄣公山一帶，為一套以陸源細(xì)碎屑巖為主、含少量火山物質(zhì)的淺變質(zhì)強(qiáng)變形構(gòu)造地層體。前人對(duì)溪口巖群做了大量研究，基本理清了各巖組的疊置順序及巖石組合特征[1]。溪口巖群淺變質(zhì)碎屑巖建造及賦存于其中的枕狀玄武巖鋯石U-Pb年代學(xué)研究表明，溪口巖群形成于新元古代青白口紀(jì)晚期[2-5]。關(guān)于溪口巖群物質(zhì)來源及沉積環(huán)境的認(rèn)識(shí)一直存在爭(zhēng)議，馬榮生[6]認(rèn)為溪口巖群形成的構(gòu)造環(huán)境為弧后邊緣盆地，是具有雙重物源（火山弧和穩(wěn)定陸塊）的碎屑沉積;張彥杰等[3]認(rèn)為溪口巖群形成于大陸邊緣拉張構(gòu)造環(huán)境;廖圣兵等[7]認(rèn)為溪口巖群構(gòu)造環(huán)境應(yīng)為陸緣弧后盆地褶皺帶;徐生發(fā)等[8]認(rèn)為溪口巖群主要來源于以長英質(zhì)為主的火山弧和大陸上地殼，沉積環(huán)境為弧后盆地。溪口巖群流紋巖的發(fā)現(xiàn)，對(duì)于研究障公山隆起帶構(gòu)造演化具有重要意義。本次野外調(diào)查，在休寧溪口鎮(zhèn)南部源頭和板橋一帶，發(fā)現(xiàn)流紋巖沿溪口巖群淺變質(zhì)巖片理面出露，局部被斷層破壞。通過詳實(shí)的野外地質(zhì)調(diào)查和剖面測(cè)量，對(duì)流紋巖的巖石學(xué)和地球化學(xué)特征進(jìn)行研究，探討流紋巖成因及形成的構(gòu)造環(huán)境。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于揚(yáng)子地塊東南部，江南造山帶東段（圖1）。新元古代淺變質(zhì)巖系廣泛出露，分為青白口紀(jì)和南華紀(jì)2個(gè)構(gòu)造層。青白口紀(jì)構(gòu)造層由新元古代淺變質(zhì)火山-沉積巖、蛇綠混雜巖和S型花崗閃長巖組成，以伏川蛇綠混雜巖帶為界，東區(qū)歙縣巖群是一套淺變質(zhì)細(xì)碧-角斑巖建造（西村巖組Pt3x）和強(qiáng)烈韌性剪切的淺變質(zhì)富火山物質(zhì)的碎屑巖（昌前巖組Pt3ch），西區(qū)溪口巖群（Pt3X）[9]是一套淺變質(zhì)碎屑巖建造。南華紀(jì)構(gòu)造層由北側(cè)歷口群（QbL）和南側(cè)昱嶺關(guān)巖群井潭組（Qbj）[10]火山-沉積巖及同期具有A型花崗巖特征的正長花崗斑巖組成。蓋層以南華紀(jì)—早志留世地層為主，晚古生代地層分別覆蓋在震旦紀(jì)—寒武紀(jì)褶皺層和前震旦紀(jì)淺變質(zhì)巖系之上;石炭紀(jì)—早三疊世地層零星出露，不整合在新元古代淺變質(zhì)巖系之上。巖漿巖主要有晉寧期休寧、歙縣和許村花崗閃長巖體或花崗（斑）巖體，燕山期鵝湖、旌德、太平花崗閃長巖體和黃山、伏嶺花崗（斑）巖體及小巖株。

研究區(qū)構(gòu)造較發(fā)育，以祁門—歙縣斷裂帶為界，北部為成層有序的弱變形地層，構(gòu)造主要為向北倒轉(zhuǎn)的緊密—開闊褶皺;南部為歙縣巖群和溪口巖群，以強(qiáng)烈剪切和緊密同斜褶皺為主，形成近EW—NEE向韌性剪切的千枚理和軸面劈理。江灣—五城斷裂帶以東的白際嶺構(gòu)造帶為強(qiáng)烈剪切的總體無序、局部有序地層，早期韌性剪切形成的千枚理呈NE向展布，受中生代逆沖推覆構(gòu)造疊加改造后呈NEE向展布。南華系—下志留統(tǒng)蓋層以寬緩褶皺為主;中生代逆沖推覆、滑脫及走滑作用強(qiáng)烈，早期構(gòu)造形跡受NNE向、NE向和NEE向斷層疊加改造，形成復(fù)雜的構(gòu)造格局[9]。

溪口巖群流紋巖片理化較強(qiáng)，與圍巖接觸界線清楚（圖2（a）、（b）），野外露頭呈灰白-淺肉紅色，具變余斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造、流紋構(gòu)造（圖2（c））。斑晶含量約5%～10%，以斜長石、鉀長石和石英為主。斜長石為灰白色，半自形-自形板狀，偶見聚片雙晶及環(huán)邊結(jié)構(gòu)，粒徑1～3.5 mm;鉀長石為肉紅色，半自形-自形板狀，粒徑1～2 mm;石英為灰白色，他形粒狀，粒徑約0.5 mm，早期石英定向變形，部分石英具有動(dòng)態(tài)重結(jié)晶，呈定向條帶排列，表面有絹云母，且被后期重結(jié)晶石英條帶錯(cuò)開，可見拖尾（圖2（d）、（e）、（f））?；|(zhì)為隱晶質(zhì)，由斜長石、鉀長石、石英和暗色礦物組成，含微量鋯石、磷灰石和磁鐵礦等副礦物。此外，見少量細(xì)小黑云母，但已發(fā)生綠泥石化。巖石普遍碎裂成塊，具強(qiáng)片理化，見硅化、褐鐵礦化和黃鐵礦化。

3 地球化學(xué)特征

3.1 樣品采集與分析測(cè)試

樣品采于休寧縣源頭村及附近溪口巖群的基巖露頭中。樣品新鮮，避開接觸帶、蝕變帶和斷裂破碎帶，每個(gè)分析樣品均>2 kg。

在國土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢查中心實(shí)驗(yàn)室完成樣品測(cè)試工作，主量元素采用堿熔玻璃片法（XRF）分析，測(cè)試誤差<2%;微量元素采用等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測(cè)試，測(cè)定精度優(yōu)于5%，詳細(xì)測(cè)試方法見參考文獻(xiàn)[11]。

3.2 主量元素地球化學(xué)特征

溪口巖群流紋巖主量元素分析結(jié)果及特征參數(shù)見表1。流紋巖SiO2含量為74.49%～76.08%，平均含量為75.20%;Al2O3含量為13.72%～15.18%，平均含量為14.29%;Na2O含量為2.95%～7.07%，平均含量為4.63%;K2O含量為0.35%～4.91%，平均含量為2.89%，具有富鋁高鈉低鉀的特征。K、Na含量變化總體較穩(wěn)定，說明后期巖石蝕變較弱;Na2O+K2O為5.83%～8.48%，平均值為7.53%，為富堿巖石;Na2O/K2O為0.60～20.20，大部分樣品Na2O含量大于K2O含量，屬鈉質(zhì)型;TiO2含量為0.06%～0.10%，平均含量為0.07%;Fe2O3含量為0.42%～1.13%，平均含量為0.70%;MgO含量為0.10%～0.26%，平均含量為0.19%;CaO含量為0.26%～0.57%，平均含量為0.48%，與流紋巖Mg、Fe、Ca組分較低的規(guī)律一致，說明巖漿可能經(jīng)歷了強(qiáng)烈的結(jié)晶分異作用。

該套火山巖TiO2含量低，暗示火山巖經(jīng)歷一定程度的分離結(jié)晶作用，鈦鐵氧化物分離結(jié)晶，造成巖石TiO2含量偏低[12]。流紋巖里特曼指數(shù)σ為1.03～2.27，平均值為1.78，屬于鈣堿性巖石;A/CNK為1.56～2.35，大部分為1.56～1.85，屬過鋁質(zhì)巖石;分異指數(shù)DI為90.65～95.61，說明巖漿分離結(jié)晶作用強(qiáng)烈;固結(jié)指數(shù)SI為0.96～2.70，說明巖漿具有殼源巖漿的特點(diǎn)[12]。

在火山巖TAS分類圖解（圖3（a））中，樣品均落在流紋巖區(qū)，且均位于Ir線以下，表明巖石為亞堿性系列巖石;在A/CNK-A/NK 圖解（圖3（b））中，樣品均落在過鋁質(zhì)區(qū)。因此，該套火山巖應(yīng)屬于亞堿性系列過鋁質(zhì)流紋巖。

3.3 微量元素地球化學(xué)特征

溪口巖群流紋巖微量元素和稀土元素分析結(jié)果及特征參數(shù)見表2。

流紋巖大離子親石元素Rb相對(duì)富集，Ba、Sr、Sm和Ce相對(duì)虧損。高場(chǎng)強(qiáng)元素中，除U明顯富集外，Nb、P、Zr和Hf相對(duì)虧損，Ti虧損明顯，P、Ti的虧損暗示存在磷灰石和鈦鐵礦的結(jié)晶分離作用[15]，具有類似島弧火山巖的特征。原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖（圖4（a））顯示，曲線總體右傾，具有相同的巖漿源區(qū)。以上微量元素地球化學(xué)特征反映源區(qū)可能為島弧火山巖。

3.4 稀土元素地球化學(xué)特征

由表2可知，溪口巖群流紋巖的稀土元素總量∑REE為（25.11～54.51）×10-6，其平均值為36.34×10-6。輕稀土元素略富集，重稀土元素略虧損，輕、重稀土元素分異明顯，LREE/HREE為2.59～5.52，平均值為3.96;（La/Yb）N為2.61～7.37，平均值為4.88，反映源區(qū)巖漿分異程度較高[17]，與島弧鈣堿性火山巖（La/Yb）N值相似。δEu為0.2～0.62，平均值為0.43，具明顯的Eu負(fù)異常，反映巖漿存在斜長石的分離結(jié)晶作用[18]，或源巖部分熔融過程中存在斜長石殘留。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線圖（圖4（b））上，各樣品曲線具有較好的一致性，曲線為右傾的V 型，表明該流紋巖具有相同的巖漿演化源區(qū)，同時(shí)具有明顯的弧火山巖地球化學(xué)特征。

4 討 論

4.1 巖石成因

火山弧巖漿主要由受洋殼及其沉積物在俯沖過程中形成的流體或熔體交代上覆地幔楔部分熔融形成的[19-20]。劉壽和等[21]認(rèn)為，火山弧巖漿具有正常分離結(jié)晶作用形成的鈣堿性巖系的巖漿演化趨勢(shì)。與溪口巖群流紋巖對(duì)應(yīng)的井潭組變質(zhì)火山巖時(shí)代為新元古代，是在華南洋殼由東南向北西俯沖到揚(yáng)子地塊之下時(shí)，由于洋殼重融并受陸殼混染而形成的一套島弧型鈣堿性火山巖。

溪口巖群流紋巖富硅偏堿，貧Mg、Fe和Ca，分異指數(shù)為90.65～95.61，具有正常分離結(jié)晶作用下形成鈣堿性巖石系列的演化趨勢(shì)。流紋巖Ti/Y為31.2～51.65，均<100;Ti/Zr為3.69～8.40，Ti/Zr均<10，表明流紋巖為典型殼源巖漿系列[22]。流紋巖強(qiáng)烈虧損Eu，原生巖漿在上升過程中，經(jīng)歷了顯著的結(jié)晶分異作用[23]。從地幔到上地殼，洋脊玄武巖的Rb/Nb平均值為0.36，下地殼的Rb/Nb平均值為0.88，上地殼的Rb/Nb平均值為4.5[24]。溪口巖群流紋巖Rb/Nb平均值為11.8，證明溪口巖群流紋巖源區(qū)為殼源。流紋巖Cr含量為（0.6～1.3）×10-6，平均值為1.1×10-6;Ni含量為（1.2～5.64）×10-6，平均值為3.0×10-6，巖漿源區(qū)可能沒有或只有少量幔源物質(zhì)混入[25]。（La/Yb）N為2.61～7.73，平均值為4.88，反映源區(qū)地殼成熟度較低。稀土元素配分曲線為右傾V 型，表明該流紋巖屬于輕稀土相對(duì)富集型的鈣堿性系列巖石。綜上，溪口巖群流紋巖應(yīng)為洋殼局部重融的產(chǎn)物。

4.2 構(gòu)造環(huán)境

溪口巖群流紋巖低Y、Nb和Yb，說明其類似于火山弧和同碰撞花崗巖，而非板內(nèi)花崗巖或洋脊花崗巖（圖5（a）、（b））。同碰撞花崗巖A/CNK>1.15[14]，流紋巖A/CNK>1.15，推測(cè)為同碰撞花崗巖。在Rb-（Y+Nb）圖（圖5（c）））和Rb-（Yb+Ta）圖（圖5（d））中，多數(shù)流紋巖落在同碰撞花崗巖和火山弧花崗巖范圍內(nèi)。流紋巖Ta、Ti和P呈明顯虧損，Al2O3含量較高，與巖漿源區(qū)受古俯沖帶流體的交代有關(guān)，可能形成于島弧構(gòu)造環(huán)境。Zr、Nb、Y、Ta和Hf均屬于抗蝕變?cè)?，在蝕變和變質(zhì)作用中具有良好的穩(wěn)定性，可指示源區(qū)性質(zhì)。溪口巖群流紋巖Ta/Yb值和Th/Yb值相對(duì)較低，而Th/Ta值和Ba/Nb值相對(duì)較高，顯示其具有島弧火山巖的地球化學(xué)特征。

薛懷民等[26]推測(cè)溪口巖群形成的構(gòu)造環(huán)境應(yīng)為火山弧—弧后盆地;中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心[2]和張彥杰等[3]認(rèn)為，贛東北與溪口巖群對(duì)應(yīng)的雙橋山群主體為火山弧構(gòu)造沉積環(huán)境下的建造組合，含多層島弧鈣堿性中基性和中酸性火山巖系。綜上，溪口巖群流紋巖與火山弧更具親緣性，形成于與同碰撞有關(guān)的火山弧構(gòu)造環(huán)境。

5 結(jié) 論

（1）溪口巖群流紋巖高硅、高鈉、低鉀、高鋁、貧Mg、Fe和Ca，具殼源巖漿特征，屬于亞堿性系列過鋁質(zhì)流紋巖。

（2）溪口巖群流紋巖大離子親石元素Rb相對(duì)富集，Ba、Sr、Sm和Ce相對(duì)虧損;高場(chǎng)強(qiáng)元素除U明顯富集外，Nb、P、Zr和Hf相對(duì)虧損，Ti明顯虧損;稀土元素總量較低，LREE富集、HREE虧損、輕重稀土元素分餾明顯，具明顯Eu負(fù)異常，具明顯的弧火山巖地球化學(xué)特征。

（3）溪口巖群流紋巖是洋殼局部重融的產(chǎn)物，形成于與同碰撞有關(guān)的火山弧構(gòu)造環(huán)境。

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Geochemical characteristics and petrogenesis of rhyolites ofthe Xikou Group in South Anhui Province

ZHAO Xian-chao，SUN Ming-ming，WU Li-bin，WANG Li-min

（Geological Survey of Anhui Province，Hefei 230001，China）

Abstract：Rhyolites of the Xikou Group are tectonically located at the southeastern part of the Yangtze Plate and the eastern Jiangnan Orogen， with outcrop mainly in the Xiuning area， South Anhui Province. This study investigated the petrogenesis and tectonic setting of Xikou Group rhyrolites through petrographic and geochemical analysis. Geochemical characteristics of major elements indicate that the rhyolites are characterized by high SiO2，high Na and low K，high Al2O3，low MgO，low CaO，low TiO2，and low MnO，suggesting a typical calc-alkaline series with peraluminous features. Geochemical characteristics of trace elements show that rhyrolites are enrichment of large-ionlithophile elements K and Rb， relative depletion of Ba， Sr， Sm and Ce; obvious enrichment of high field strength element U， relatively depletion of Nb， P， Zr and Hf， obviously depletion of Ti. The total REE content is （25.11～54.51）×10-6，with slightly enriched LREE， relatively depleted HREE and significant LREE-HREE differentiation. Chondrite-normalized REE distribution patterns show obviously right-dipping and distinct Eu negative anomaly. The above study suggests that the Xikou Group rhyolites in South Anhui were product of partial melting of the oceanic crust and formed in a volcanic arc tectonic environment related to syncollision.

Key words：Xikou Group;rhyolite;geochemical characteristics;petrogenesis;tectonic setting;South Anhui Province