皖南涇縣地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖巖石地球化學(xué)特征及成因探討

狄勤松，侯克斌，王翔，汪雅菲，白茹玉，儲(chǔ)東如，徐錦龍

（安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽合肥230001）

0 引言

皖南地區(qū)位于揚(yáng)子板塊東部北緣，區(qū)內(nèi)出露大面積中生代花崗巖，為我省巖漿作用最為發(fā)育的地區(qū)之一，稱(chēng)為皖南巖漿巖帶，一直受到地學(xué)工作者的關(guān)注。該地區(qū)中生代侵入巖以花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖和正長(zhǎng)花崗巖為主，多構(gòu)成大型中—深成復(fù)式巖體，出露面積幾十—數(shù)百平方千米，同時(shí)還發(fā)育近百個(gè)巖株、巖枝和巖脈狀侵入體(圖1)。皖南中生代侵入巖年齡呈現(xiàn)出140Ma左右和125Ma左右兩個(gè)峰值，巖漿活動(dòng)呈現(xiàn)出明顯的兩階段性，分別對(duì)應(yīng)花崗閃長(zhǎng)巖和正長(zhǎng)花崗巖[1]。早期花崗閃長(zhǎng)巖屬高鉀鈣堿性系列，富堿富鈉，準(zhǔn)鋁—弱過(guò)鋁質(zhì)，但對(duì)其成巖尚存爭(zhēng)論，部分學(xué)者認(rèn)為其具有“I 型”花崗巖特征，巖漿起源于上地幔底侵導(dǎo)致地殼物質(zhì)不同程度部分熔融；而部分學(xué)者則根據(jù)其富硅、高Al、高Sr 和HREE 虧損及較低的Y含量特征，認(rèn)為應(yīng)為“C”型高鉀鈣堿性埃達(dá)克質(zhì)巖，巖漿起源于加厚的下地殼底部的部分熔融。涇縣地區(qū)位于皖南巖漿巖帶中部，以(似斑狀)花崗閃長(zhǎng)巖為主，還發(fā)育少量(似斑狀)二長(zhǎng)花崗巖和正(鉀)長(zhǎng)花崗巖等，區(qū)內(nèi)花崗閃長(zhǎng)巖具有皖南花崗閃長(zhǎng)巖典型代表性，僅榔橋巖體開(kāi)展過(guò)較系統(tǒng)研究，其余巖體研究程度較低。本文以涇縣地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖為研究對(duì)象，在詳細(xì)的野外調(diào)查基礎(chǔ)上開(kāi)展了巖石學(xué)和地球化學(xué)研究，進(jìn)一步探討花崗閃長(zhǎng)巖成因。

1 巖體及樣品特征

研究區(qū)位于揚(yáng)子板塊東段江南隆起帶北緣，跨越江南過(guò)渡帶和皖南褶斷帶，地表出露古生代—中生代海相、陸相沉積地層，經(jīng)歷了晉寧期、加里東期、海西期、印支期及燕山期等多期構(gòu)造活動(dòng)，形成了現(xiàn)今復(fù)雜的構(gòu)造格局。

區(qū)內(nèi)侵入體主要分布于太平復(fù)向斜、七都復(fù)背斜核部，總體呈北東向展布(圖1)，出露面積較大的有茂林巖體、榔橋巖體、旌德巖體、云嶺巖體、包村巖體和應(yīng)坑巖體，其他多為規(guī)模較小的巖株?duì)钋秩塍w，如奎坑、三門(mén)等巖株，主體巖性均為花崗閃長(zhǎng)巖，區(qū)內(nèi)出露總面積達(dá)234.65km2。

本次研究分別從代表性巖體采集8塊花崗閃長(zhǎng)巖樣品：樣品D2755 采自云嶺巖體南側(cè)，樣品PY03-GS11 采自茂林巖體中部，樣品D4021 采自包村巖體東南側(cè)，樣品YP04-GS9 和樣品YP04-GS11 分別采自榔橋巖體北西側(cè)與南東側(cè)，樣品YP02-GS5 采自應(yīng)坑巖體中部，樣品D2628 采自旌德巖體西側(cè)，樣品D2447采自三門(mén)巖體南端。

花崗閃長(zhǎng)巖總體呈灰白色、灰黃色，中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要成分中斜長(zhǎng)石（40%～45%)呈柱狀或板狀，自形—半自形結(jié)構(gòu)，粒徑2～7mm，見(jiàn)聚片雙晶，雙晶紋相對(duì)較寬，內(nèi)部見(jiàn)早期斜長(zhǎng)石包晶，邊部常被鉀長(zhǎng)石交代，呈縫合線(xiàn)及蠕英石反應(yīng)邊，局部蝕變?yōu)榻佋颇?；鉀長(zhǎng)石(20%～25%)以斑晶和基質(zhì)兩種形式出現(xiàn)，鉀長(zhǎng)石斑晶多為自形晶，淺肉紅色，粒徑多為10～20mm，少數(shù)可達(dá)50～60mm，鉀長(zhǎng)石基質(zhì)多呈長(zhǎng)條狀或不規(guī)則粒狀，卡式雙晶發(fā)育；黑云母(3%～5%)呈暗褐、褐綠、暗綠色，葉片狀、鱗片狀，一組完全解理；角閃石(3%～5%)呈綠色、褐色，短柱狀、針狀。

圖1 皖南地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造略圖Figure 1. Geological and structural map of southern Anhui

2 分析方法

全巖的主量、稀土和微量元素由澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。全巖主量元素的分析方法為X-射線(xiàn)熒光熔片法，微量和稀土元素分析采用HF+HNO3密封溶解，加入Rh 內(nèi)標(biāo)溶液后轉(zhuǎn)化為1%HNO3介質(zhì)，以ICP-MS測(cè)定。

表1 涇縣地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖主量元素(10-2)、稀土元素(10-6)、微量元素(10-6)及測(cè)試結(jié)果Table1. Major element(10-2)、REE（10-6）and trace element(10-6)contents in granodiorite from the Jinxian area

3 巖石地球化學(xué)特征

3.1 主量元素地球化學(xué)特征

主量元素分析結(jié)果列于表1。結(jié)果顯示，花崗閃長(zhǎng)巖SiO2含量65.40%～70.13%(平均67.86%)，在TAS圖解中(圖2a)，樣品點(diǎn)均落在花崗閃長(zhǎng)巖區(qū)域。全堿(K2O+Na2O)含量為5.48%～7.21%(平均6.47%)，堿度率在1.87～2.53之間(平均2.22)，里特曼指數(shù)為1.31～2.17(平均1.68)，K2O/Na2O比值(0.30～1.20，平均0.91)變化范圍較大，屬高鉀鈣堿性系列(圖2b、2c)。A/CNK 為0.87～1.14，平均0.98，A/NK 為1.40～1.93，平均1.61，為具準(zhǔn)鋁—弱過(guò)鋁質(zhì)花崗閃長(zhǎng)巖(圖2d)；鐵值[FeOT/(FeOT+MgO)]為0.69～0.80(平均0.74)，屬于鐵質(zhì)巖石；分異指數(shù)DI 值范圍在69.53～81.54，平均75.67，分異程度一般。

續(xù)表1

3.2 稀土及微量元素地球化學(xué)特征

稀土和微量元素分析結(jié)果列于表1。花崗閃長(zhǎng)巖稀土總量中等，ΣREE為131.00×10-6～257.00×10-6，平均215.43×10-6；LREE/HREE 比值為6.99～12.10，(La/Yb)N比值為7.12～15.87，表現(xiàn)為L(zhǎng)REE 富集、重稀土強(qiáng)烈虧損的右傾配分模式(圖3a)；輕稀土元素分餾程度中等，重稀土元素較為平坦，與上、下地殼相比，HREE和Y虧損明顯；巖石具弱的銪負(fù)異常，δEu 為0.54～0.75，暗示斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶作用較弱，δEu均值0.67介于殼型花崗巖(0.46)和殼幔型花崗巖(0.84)平均值之間，指示其源巖可能有一定量的幔源物質(zhì)加入；δCe 為0.92～1.05，平均1.01，異常不明顯?？傮w與下地殼巖石的配分模式相類(lèi)似，具有典型殼源巖石的特征。

花崗閃長(zhǎng)巖微量元素蜘蛛圖(圖3b)呈右傾斜型式，巖石略微富集大離子親石元素（LILE）Rb、Ba，弱虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE）Nb、P 和Ti，具有強(qiáng)烈的Th、U 正異常和中等程度的Sr負(fù)異常。

續(xù)表1

圖2 花崗巖類(lèi)分類(lèi)圖解a.TAS classification of granitoids[2]；b.K2O-SiO2 diagram of granitoids[3]；c.AR-SiO2 diagram of granitoids[4]； d.A/NCK-A/NK diagram of granitoids[5]Figure 2. Classification diagram of granitoids

4 討論

4.1 巖石成因類(lèi)型

研究區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖具有富堿富鈉、準(zhǔn)鋁質(zhì)—弱過(guò)鋁質(zhì)特點(diǎn)，巖石系列為高鉀鈣堿性系列，與皖南地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖地球化學(xué)特征基本一致。巖石略微富集大離子親石元素(LILE)Rb、U、Ba，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)Nb、P、Ti，具有島弧火山巖或大陸地殼物質(zhì)組成特征；Nb/Ta 比值為8.76～11.65，平均9.92，在陸殼的Nb/Ta比值范圍(8.3～16.7)內(nèi)，低于球粒隕石Nb/Ta比值17.6；La/Nb比值為2.39～4.12，平均3.29，略高于地殼平均值比值范圍1.5～2.2，而遠(yuǎn)高于地幔的比值范圍0.93～1；在δEu-(La/Yb)N圖解上，樣品點(diǎn)均落在殼源區(qū)域內(nèi)（圖4），上述表明區(qū)內(nèi)花崗閃長(zhǎng)巖源巖物質(zhì)主要來(lái)自地殼。Sr虧損、較低的Rb/Sr比值（0.17～0.42）與Eu負(fù)異常顯示巖漿源區(qū)可能存在斜長(zhǎng)石殘余或巖漿演化過(guò)程中發(fā)生了斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶作用；Nb、P和Ti的相對(duì)虧損指示巖漿演化過(guò)程中有富鈦、富磷相礦物如鈦鐵礦、金紅石和磷灰石等分離結(jié)晶或源區(qū)殘留。巖石Mg#值可輔助判斷巖漿形成的過(guò)程中是否存在地幔物質(zhì)的加入，Mg#值低于0.4多反映玄武質(zhì)下地殼融熔，高于0.4則表征有一定地幔物質(zhì)的加入，區(qū)內(nèi)花崗閃長(zhǎng)巖Mg#為0.44～0.58，暗示其巖漿可能有一定的幔源物質(zhì)的加入[7]。前人獲得的Sm-Nd同位素測(cè)試值表明花崗閃長(zhǎng)巖屬于低Nd模式年齡花崗巖(TDM＜1.6Ga)，但I(xiàn)Sr普遍偏高，為0.7080～0.7104。因此 這些侵入體可能主要源自中元古宙的陸殼，源區(qū)存在一定量的幔源物質(zhì)加入[8]。

研究區(qū)內(nèi)花崗閃長(zhǎng)巖具有較高的Na2O 和K2O 含量，除云嶺巖體外，K2O/Na2O 比值多在1 附近，在巖石成因類(lèi)型相關(guān)圖解上(圖5)，樣品點(diǎn)均落入I 型花崗巖范圍，且?guī)r石中含黑云母、角閃石及膠狀鐵磁型礦物等礦物，表明區(qū)內(nèi)花崗閃長(zhǎng)巖屬I(mǎi)型花崗巖。研究發(fā)現(xiàn)，雖然區(qū)內(nèi)花崗閃長(zhǎng)巖具有埃達(dá)克質(zhì)巖石的基本特征，但與典型的高鉀鈣堿性埃達(dá)克質(zhì)巖不完全相同，雖具有高Sr 特征，但Sr 含量多在300×10-6～400×10-6之間，小于500×10-6；Na2O 含量多數(shù)在2.9%～3.5%，僅云嶺巖體大于4%，因此也不具備富鈉特征（3.5%＜Na2O＜7.5%）；Sr/Y值多為6～10，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于40。上述表明區(qū)內(nèi)花崗閃長(zhǎng)巖并非埃達(dá)克質(zhì)巖石，而是一套富硅、富鉀、鋁飽和或弱飽和，輕稀土元素和大離子親石元素相對(duì)富集，重稀土元素虧損，Eu弱負(fù)異常，相對(duì)高Sr 低Y 的高鉀鈣堿性I 型巖漿巖，具有典型的殼源特征，并有一定量的幔源巖漿混合，這與皖南地區(qū)早期I型花崗閃長(zhǎng)巖特征基本一致。

圖3 涇縣地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖稀土元素模式圖(a)和微量元素蛛網(wǎng)圖(b)球粒和初始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值引自Sun and McDonough[6]Figure 3. Rare earth element pattern(a)and spider diagram of trace element (b) for granodiorites in the Jinxian area (after Sun and McDonough for chondrite and primitive mantle normalizing values[6])

圖4 調(diào)查區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖δEu-(La/Yb)N圖解Figure 4. δEu-(La/Yb)N diagram of granodiorite in the survey area

圖5 調(diào)查區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖成因判別圖解Figure 5. Genetic discrimination diagram of granodiorite in the survey area

4.2 地球動(dòng)力學(xué)背景和成因機(jī)制

中國(guó)東部中生代中酸性侵入巖的成巖大地構(gòu)造背景一直是地質(zhì)學(xué)家們關(guān)注的熱點(diǎn)。皖南地區(qū)中生代巖漿巖的形成環(huán)境一直存在爭(zhēng)論，主要有以下幾種觀(guān)點(diǎn)：一是與古太平洋板塊向西的俯沖作用有關(guān)，花崗巖主要產(chǎn)出于島弧構(gòu)造環(huán)境[9]；二是陸內(nèi)拉張作用的產(chǎn)物，與太平洋板塊俯沖無(wú)關(guān)[10]；三是俯沖+板內(nèi)(或弧后)拉張的模式，受到板塊俯沖與陸內(nèi)拉張作用的疊加影響[11]。

研究區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖微量元素顯示其具有類(lèi)似島弧巖漿巖的特征，即富集大離子親石元素，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Ta、Zr，Ti 等)，以及輕重稀土發(fā)生明顯的分異，輕稀土相對(duì)重稀土明顯富集，在Pearce et al.(1984)的構(gòu)造判別圖解上，樣品點(diǎn)均落入火山弧花崗巖區(qū)，并向同碰撞區(qū)域過(guò)渡(圖6)，表明花崗閃長(zhǎng)巖的源區(qū)受到了板塊俯沖的影響，其較高的(La/Yb)N和(Gd/Yb)N值表明其源區(qū)存在石榴石殘留，指示其形成于高壓環(huán)境下。筆者支持上述第一種洋殼俯沖觀(guān)點(diǎn)，認(rèn)為巖漿作用可能發(fā)生在一個(gè)由擠壓環(huán)境漸漸向拉張環(huán)境過(guò)渡的地球動(dòng)力學(xué)背景下。

圖6 調(diào)查區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖Yb+Ta-Rb圖解Figure 6. Yb+Ta-Rb diagram of granodiorite in the survey area

5 結(jié)論

皖南涇縣地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖為準(zhǔn)鋁質(zhì)—弱過(guò)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性I型花崗巖，輕重稀土元素分餾較為明顯，輕稀土富集，重稀土強(qiáng)烈虧損，具弱的Eu 負(fù)異常，略微富集大離子親石元素Rb、U、Ba，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、P、Ti。巖漿起源于地殼，存在一定量的幔源物質(zhì)加入，巖漿源區(qū)可能存在斜長(zhǎng)石、石榴石殘留，巖漿演化過(guò)程中可能發(fā)生了斜長(zhǎng)石、鈦鐵礦、金紅石和磷灰石等分離結(jié)晶作用。巖漿作用可能發(fā)生在一個(gè)由擠壓環(huán)境漸漸向拉張環(huán)境過(guò)渡的地球動(dòng)力學(xué)背景下。