烏克蘭地盾基洛沃格勒地塊古元古代AMCG 巖組地球化學(xué)特征及構(gòu)造屬性探討

虞航，李子穎，蔡煜琦，胡超男

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 中核集團鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京 100029）

巖體型斜長巖時空上常與奧長環(huán)斑花崗巖共生，構(gòu)成AMCG（Anorthosite-Mangerite-Charnockite-Granite）巖石組合，被認為屬非造山巖漿作用的產(chǎn)物，可能代表大陸裂谷環(huán)境；也有一部分數(shù)據(jù)結(jié)果顯示其可形成于造山作用的后期階段，暗示產(chǎn)出于碰撞后環(huán)境［1］。它們形成于元古宙，僅賦存在前寒武紀變質(zhì)地層中，其成因在大陸地殼演化過程中具有特殊意義，代表地球演化歷史上很特殊的構(gòu)造-熱事件，是地球科學(xué)研究的熱點。

烏克蘭地盾基洛沃格勒地塊科松-新和平城巖體主要以輝長-斜長巖體（斜長巖、輝長-蘇長巖、淡色蘇長巖、二長巖、二長-蘇長巖、二長閃長巖等）和奧長環(huán)斑花崗巖體（環(huán)斑花崗巖、粗粒黑云母花崗巖、花崗巖等）構(gòu)成［2］，具有A 型花崗巖特征。筆者采用地球化學(xué)手段對分屬該兩類巖體的輝石二長巖和環(huán)斑花崗巖開展研究，來討論它們的地球化學(xué)特征，進一步探討它們的構(gòu)造屬性及其在烏克蘭地盾基洛沃格勒地塊地質(zhì)演化過程中的意義。

1 區(qū)域構(gòu)造背景

烏克蘭地盾主要形成演化時間為36.5～16.5 億年［3-5］，由6 個古老地塊和3 條韌性剪切帶構(gòu)成，其中基洛沃格勒地塊和克里沃羅格韌性剪切帶是烏克蘭交代型鈾礦床集中產(chǎn)出地區(qū)，又稱烏克蘭中央鈾成礦省?；逦指窭盏貕K主要形成于古元古代，大約20 億年左右［5］，大部分由古元古代因古爾-因古列茨系列變質(zhì)巖和混合巖（23～21 億年）構(gòu)成［6］?；逦指窭?、新烏克蘭卡花崗巖體和科松-新和平城奧長環(huán)斑花崗巖體是區(qū)內(nèi)主要巖漿巖?；逦指窭蘸托聻蹩颂m卡花崗巖體是同一時期產(chǎn)物，形 成 于2 060 Ma～2 025 Ma［7］?？?松-新 和 平城巖體，總出露面積為6 000 km2，巖性以奧長環(huán)斑花崗巖為主，被中部霍德斯克-斯米拉輝長-斜長巖體分成南北兩部分，南部仍見少數(shù)輝長-斜長巖小巖體出露。該巖體東西兩側(cè)發(fā)現(xiàn)少數(shù)小型鈾礦床、礦點，超大-大型鈾礦床則主要發(fā)育在南側(cè)新烏克蘭卡和基洛沃格勒巖體中，已發(fā)現(xiàn)的鈾礦床、礦點呈環(huán)繞其產(chǎn)出的特征（圖1）。

2 采樣位置及分析方法

輝石二長巖樣品采自科松-新和平城巖體南部一規(guī)模較小的露天采石場，樣品較為新鮮，未見巖體與圍巖的接觸關(guān)系。巖石具有似斑狀結(jié)構(gòu)和二長結(jié)構(gòu)（圖2）。其中，長石含量為70%左右，其中正長石為30%～35%，斜長石為35%～40%，輝石含量為10%～15%，角閃石含量為5%～10%，石英含量為5%，見少量黑云母，副礦物以鋯石、鈦鐵氧化物為主，應(yīng)是輝長-斜長巖向奧長環(huán)斑花崗巖過渡的產(chǎn)物。環(huán)斑花崗巖樣品采自諾沃米奧洛得鎮(zhèn)西側(cè)一廢棄露天采石場，樣品遭受了地表風(fēng)化。巖石具有似斑狀結(jié)構(gòu)，偶爾見長石斑晶，具有環(huán)斑結(jié)構(gòu)。其中，長石含量為65%～70%，石英含量為25%，黑云母含量為5%左右，副礦物可見鋯石等（圖2）。

樣品在無污染情況下粉碎至200 目。主量元素含量采用X 射線熒光光譜法測得，所用儀器為Axios-mAX 波長色散X 射線熒光光譜儀，檢測方法依據(jù)GB/T 4506.14—2010《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第14 部分：氧化亞鐵量測定》，GB/T 14506.28—2010《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第28部分：16 個主次成分量測定》和巖石礦物分析《第四版16.20 灼燒減量的測定》完成；微量元素含量采用NexION300D 等離子體質(zhì)譜儀完成，檢測方法依據(jù)GB/T 14506.30—2010《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第30 部分：44 個元素量測定》。

圖1 烏克蘭地盾基洛沃格勒地塊地質(zhì)簡圖（a）及樣品采集位置（b）Fig.1 Geological sketch（a）and sample locations（b）of the Kirovograd megablock，Ukrainian Shield

圖2 輝石二長巖和環(huán)斑花崗巖鏡下特征Fig.2 The microscopic photos of pyroxene monzonite and rapakivi granite

3 AMCG 巖組地球化學(xué)特征

輝石二長巖和環(huán)斑花崗巖巖石樣品的地球化學(xué)分析結(jié)果（表1）表明，其分別是硅飽和的準鋁質(zhì)和過鋁質(zhì)巖石（圖3）。

圖3 輝石二長巖和環(huán)斑花崗巖A/CNK-A/NK 判別圖解Fig.3 Diagram of A/CNK-A/NK of pyroxene monzonite and rapakivi granite

輝石二長巖的SiO2平均值為61.37%，環(huán)斑花崗巖平均值為70.68%，巖石中都可見有石英；Al2O3含量中等（13.61%～15.99%），A/NK＞1，A/CNK（鋁指數(shù)）在0.81～1.37之間；Na2O/K2O 為0.51～0.77；Na2O＋K2O 為7.39%～8.82%，K2O/Na2O 值＞1（1.30～1.95），無過堿性礦物出現(xiàn)。

微量元素分析結(jié)果表明（表1），與世界典型A 型花崗巖類的平均值接近［8］，具有較高的104×Ga/Al 值（3.43～3.65）和REE 含量（∑REE＞300×10-6，不含Y，Ce＞100×10-6），均大于A型花崗巖的下限值［9］。在104×Ga/Al-（Na2O＋K2O），104×Ga/Al-FeOT/MgO，104×Ga/Al-Ce，104×Ga/Al-Nb，104×Ga/Al-Y，104×Ga/Al-Zr分類圖解中（圖4），巖石樣品均落入A 型花崗巖區(qū)。

在球粒隕石標準化微量元素蛛網(wǎng)圖上（圖5a），兩者明顯富集Rb、K、Ba、Th 等大離子親石元素，虧損高場強元素Nb、Ti 和Sr、P，具有明顯的負異常特征。輝石二長巖和環(huán)斑花崗巖的Rb/Sr 值分別為0.60 和1.24，遠高于原始地幔的相應(yīng)值0.029［10］，反應(yīng)出巖漿經(jīng)歷了較高程度的分異演化；Rb/Ba 值分別為0.05 和0.12，與原始地幔的相應(yīng)值0.088 比較或低或高［10］，是由于巖體早期結(jié)晶的鉀長石斑晶引起B(yǎng)a 富集導(dǎo)致的。

在球粒隕石標準化稀土元素配分圖上（圖5b），兩者表現(xiàn)為一平滑的右傾曲線，輕稀土富集，∑LREE/∑HREE 平均值為6.98，輝石二長巖δEu 平均值為0.76，環(huán)斑花崗巖δEu 平均值為0.48，表明巖漿形成過程中發(fā)生過斜長石的分異。

4 構(gòu)造背景探討

4.1 成巖構(gòu)造背景

Pearce 等［11］把石英含量大于5%的侵入巖都籠統(tǒng)地定義為花崗質(zhì)巖石，并分為大洋脊、火山弧、板內(nèi)和碰撞型。輝石二長巖和環(huán)斑花崗巖在花崗巖類構(gòu)造環(huán)境（Y+Nb）-Rb、（Y+Ta）-Rb 判別圖解上，樣品投點均落在板內(nèi)花崗巖區(qū)（圖6），表明其形成于相對穩(wěn)定的板內(nèi)環(huán)境［2］。

輝石二長巖和環(huán)斑花崗巖都具有典型的A型花崗巖地球化學(xué)特征。Eby［12］根據(jù)化學(xué)成分將A 型花崗巖類分為A1型和A2型兩個亞類。從元素比值來看，A1亞類與洋島玄武巖（OIB）具有一定的相似性，其成因可能與洋島玄武巖來源相似的巖漿侵位于大陸裂谷或在板內(nèi)巖漿作用過程中的分異產(chǎn)物［13］，與非造山運動的板內(nèi)裂谷或地幔柱、熱點活動有關(guān)，如東非裂谷系的Naivasha、也門裂谷以及新罕布什爾州白山巖基等。A2亞類與地殼平均值和島弧玄武巖具有一定的相似性，代表的環(huán)境范圍要廣得多，它包括碰撞后花崗巖以及在漫長的高熱流、花崗質(zhì)巖漿作用階段末期所侵位的花崗巖［14］，如澳大利亞的Gabo、Mumbulla、Lachland褶皺帶、紐芬蘭的Topsails 雜巖等。在Ce/Nb-Y/Nb 和Y/Nb-Yb/Ta 圖解中（圖7），輝石二長巖樣品投點均落入A1區(qū)域，代表與非造山運動的板內(nèi)裂谷或地幔柱、熱點活動有關(guān)；環(huán)斑花崗巖樣品在Ce/Nb-Y/Nb 圖解中，雖都落入A2區(qū)域，但地球化學(xué)特征更靠近洋島玄武巖，在Y/Nb-Yb/Ta 圖解中，部分落入A1區(qū)域，小部分向A2區(qū)域過渡，結(jié)合其花崗巖類構(gòu)造環(huán)境辨別圖解表明其形成于相對穩(wěn)定的板內(nèi)環(huán)境，認為板內(nèi)“漫長的高熱流、花崗質(zhì)巖漿作用”導(dǎo)致環(huán)斑花崗巖具有該地球化學(xué)特征。

表1 輝石二長巖和環(huán)斑花崗巖的主量/%、微量/10-6和稀土元素/10-6分析結(jié)果Table 1 Analytical results of major(%),trace elements(10-6)and REE(10-6)of pyroxene monzonite and rapakivi granite

圖4 基洛沃格勒地塊A 型花崗巖類地球化學(xué)判別圖解（底圖據(jù)Whalen 等，1987）Fig.4 Discrimination diagram for A-type granitoids in Kirovograd megablock

圖5 微量元素蛛網(wǎng)圖（a）和稀土元素配分曲線（b）（球粒隕石標準化值據(jù)和原始地幔標準化值據(jù)Sun 等，1989）Fig.5 Spider diagram of trace elements（a）and chondrite normalized REE patterns（b）

圖6 輝石二長巖和環(huán)斑花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解（底圖據(jù)Pearce 等，1984）Fig.6 The tectonic discrimination diagrams for pyroxene monzonite and rapakivi granite

烏克蘭地盾基洛沃格勒地塊基洛沃格勒巖體（形成于2 060～2 025 Ma）和新烏克蘭卡巖體（形成于2 040～2 025 Ma）被認為是碰撞后環(huán)境下形成的產(chǎn)物［7］，代表造山運動的結(jié)束。科松-新和平城巖體形成年齡［2］為1 757～1 750 Ma，晚于上一次造山運動250 Ma。該年齡結(jié)果也佐證了輝石二長巖和環(huán)斑花崗巖地球化學(xué)圖解判別其形成于穩(wěn)定的板內(nèi)構(gòu)造環(huán)境。

4.2 巖石成因

斜長巖-奧長環(huán)斑花崗巖-花崗巖組合，一般被認為是輝長巖原始巖漿分異作用的產(chǎn)物。普遍大量賦存的高壓礦物巨（斑）晶（如斜長巖中的斜長石和輝石，環(huán)斑花崗巖中的鉀長石卵球），是巖體型斜長巖和環(huán)斑花崗巖類在造巖礦物共生組合上最明顯的特征，也是AMCG 組合“深源淺侵位”直接的依據(jù)［15］。

目前主要有兩種代表性成因模式：底侵模式［16］和地殼舌狀物熔融模式［17］。前者可能與板內(nèi)伸展構(gòu)造體制相關(guān)聯(lián)，后者可能與碰撞后或造山環(huán)境相關(guān)聯(lián)［1］。本文從地球化學(xué)成分方面研究，判別輝石二長巖和環(huán)斑花崗巖屬A1型花崗巖，其成因與板內(nèi)裂谷、地幔柱或熱點活動有關(guān)，故認為底侵模式更適合該地塊AMCG 巖組的成因模式：1）大陸地殼克拉通化后，地慢上涌、巖石圈減薄和破裂，導(dǎo)致上地慢減壓熔融產(chǎn)生玄武質(zhì)巖漿；2）玄武質(zhì)巖漿匯聚在殼-幔邊界附近，形成巨大的鎂鐵質(zhì)巖漿房并發(fā)生底侵作用，導(dǎo)致下地殼深熔作用，形成長英質(zhì)巖漿房；3）經(jīng)過高壓結(jié)晶和深部分異作用形成粥狀巖漿；4）由于密度差異以及伸展體制下的剛性破裂，使粥狀巖漿以及分異的殘余巖漿以底辟方式進入上地殼淺部并固結(jié)，下沉到玄武質(zhì)巖漿房底部的鎂鐵硅酸鹽礦物堆積體，可能進一步下沉進人地慢或殘留在下地殼的底部。

圖7 輝石二長巖和環(huán)斑花崗巖Ce/Nb-Y/Nb 和Y/Nb-Yb/Ta 關(guān)系圖解（底圖據(jù)Eby，1992）Fig.7 Ce/Nb-Y/Nb and Y/Nb-Yb/Ta diagram of pyroxene monzonite and rapakivi granite

4.3 鈾成礦構(gòu)造背景

基洛沃格勒地塊造山運動結(jié)束（2.0 Ga）以后，持續(xù)長達200 Ma 穩(wěn)定板內(nèi)構(gòu)造環(huán)境。至1.8 Ga，區(qū)內(nèi)出現(xiàn)大量鎂鐵質(zhì)和超鎂鐵質(zhì)巖墻，有人認為這些鎂鐵質(zhì)和超鎂鐵質(zhì)巖墻，是Volgo-Sarmatia 板塊和Fennoscandia 板塊碰撞后巖石圈擴張環(huán)境下形成的［18］，也有人認為它們代表地幔柱活動的跡象［19］。鑒于Volgo-Sarmatia 板塊和Fennoscandia 板塊碰撞發(fā)生于1.76 Ga±［20］，作者更傾向于1.8 Ga 形成的鎂鐵質(zhì)和超鎂鐵質(zhì)巖墻是由于地幔柱活動引起的。

本文討論的科松-新和平城巖體形成于1.75 Ga±，其地球化學(xué)特征顯示形成于板內(nèi)擴張環(huán)境下，與地幔柱或熱點活動有關(guān)。那么，自1.8 Ga 至1.75 Ga 之間，是否存在長達50 Ma的地幔柱或熱點？作者認為是有可能的。通常情況下，認為與地幔柱或熱點活動相關(guān)的火成巖侵入事件小于2 Ma，如西伯利亞火山噴發(fā)事件，但依然有一些與地幔柱或熱點相關(guān)的地質(zhì)事件在較長一段時間內(nèi)表現(xiàn)為脈沖式活動的特征，如北美大湖地區(qū)基維諾火成巖區(qū)［21］。

基洛沃格勒地塊交代型鈾礦床的形成年齡為（1 812±42）Ma 至（1 753±42）Ma［22］，與可能存在的地幔柱或熱點地質(zhì)事件，在時間跨度上高度吻合。已有部分地球化學(xué)數(shù)據(jù)證明，區(qū)內(nèi)鈾成礦受到深部還原性流體的影響［23］。作者認為，持續(xù)的板內(nèi)擴張環(huán)境下，“長達50 Ma、脈沖式活動的地幔柱或熱點”，導(dǎo)致了深部的成礦流體與成礦物質(zhì)上涌，促使區(qū)內(nèi)鈾成礦。當(dāng)然，仍需更多的地球化學(xué)判據(jù)來證明這一結(jié)論。

5 結(jié)論

1）科松-新和平城巖體輝石二長巖和環(huán)斑花崗巖依據(jù)其地球化學(xué)成分，屬于板內(nèi)A1型花崗巖，與大陸裂谷、地幔柱或熱點相關(guān)，代表板內(nèi)伸展擴張的環(huán)境。

2）科松-新和平城巖體的成因模式為與“地幔上涌、下地殼熔融、伸展體制”相關(guān)的底侵模式。烏克蘭地盾基洛沃格勒地塊1.8 Ga 至1.75 Ga 期間“長達50 Ma、脈沖式活動的地幔柱或熱點”，可能促使區(qū)內(nèi)交代型鈾礦的成礦過程。