粵北地區(qū)河口巖體次英安斑巖地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

林坤，李海東，劉章月，胡鵬，龍自強(qiáng)

（1.核工業(yè)二九〇研究所，廣東 韶關(guān) 512029；2.廣東省環(huán)境保護(hù)核輻射追蹤研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 韶關(guān) 512029；3.廣東省放射性生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程技術(shù)研究中心，廣東 韶關(guān) 512029；4.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029）

在加里東期，華夏地塊和揚(yáng)子地塊發(fā)生強(qiáng)烈地殼運(yùn)動(dòng)，形成加里東褶皺帶，隨之產(chǎn)出大量的花崗巖，集中分布于華夏板塊一側(cè)。華南加里東期巖漿巖成巖年齡呈階梯狀變化的趨勢(shì)：華夏地塊東南區(qū)域的巖漿活動(dòng)主要集中在450 Ma；諸廣山區(qū)域的巖漿活動(dòng)主要集中在430 Ma；雪峰山區(qū)域的巖漿活動(dòng)主要集中在410 Ma，可見加里東期巖漿活動(dòng)具由南東向北西遷移的特點(diǎn)［1］。加里東期花崗巖的巖石學(xué)、地球化學(xué)、年代學(xué)特征研究成果較豐富；隨著加里東期侵入巖的深入研究，而同期的火山巖-次火山巖研究較少。

近年來，研究學(xué)者在粵北大寶山、河口地區(qū)及贛南南逕盆地等陸續(xù)發(fā)現(xiàn)加里東期火山活動(dòng)線索，并開展了巖石學(xué)、地球化學(xué)、年代學(xué)研究［2-9］，打開了加里東期火山活動(dòng)研究的窗口。貴東巖體西部的南緣產(chǎn)出著名的大寶山銅多金屬礦床，礦區(qū)內(nèi)丘壩巖體出露大量次英安斑巖；前人對(duì)其開展了系統(tǒng)的巖石地球化學(xué)、年代學(xué)研究［5-9］，認(rèn)為大寶山丘壩巖體的次英安斑巖為高鉀鈣堿性系列巖石；瞿泓瀅、毛偉等認(rèn)為次英安斑巖形成時(shí)代為志留紀(jì)，而趙如意、王磊等認(rèn)為次英安斑巖是早侏羅世晚期（175 Ma）沿逆沖推覆構(gòu)造侵位的次火山巖，并捕獲了大量志留紀(jì)巖漿鋯石。

河口巖體距丘壩巖體約30 km，研究相對(duì)較少，缺少巖石地球化學(xué)特征、巖石成因、巖漿來源等方面研究，而且?guī)r體的形成年齡存在不同的觀點(diǎn)：1995 年，核工業(yè)二九〇研究所在河口盆地獲得碎斑熔巖K-Ar 年齡為143 Ma，將其地質(zhì)時(shí)代歸于晚侏羅世［10］；徐夕生等（2005）獲得河口盆地凝灰?guī)rLA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡大于400 Ma［11］；陳武欽等（2006）在河口巖體北側(cè)坪田附近獲得的火山巖單顆粒鋯石U-Pb 表面年齡為419～393 Ma，地質(zhì)時(shí)代屬晚志留世［12］；巫建華等（2012）在對(duì)該地區(qū)不同巖石進(jìn)行野外劃分和定名基礎(chǔ)上，測(cè)定該區(qū)碎斑熔巖的鋯石U-Pb 年齡為（443.6±5.4）Ma［2］。

筆者在野外調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)河口巖體的次英安斑巖和丘壩巖體的次英安斑巖相似。因此，選擇河口巖體次英安斑巖作為研究對(duì)象，選取新鮮的巖石樣品進(jìn)行主微量元素測(cè)試，分析區(qū)內(nèi)次英安斑巖地球化學(xué)特征，并與大寶山丘壩巖體次英安斑巖進(jìn)行對(duì)比研究，以探討其巖石地球化學(xué)特征，繼而判別巖石成因及形成的大地構(gòu)造環(huán)境。

1 地質(zhì)概況

河口巖體位于粵北地區(qū)貴東巖體中部的北緣，大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)與華夏古陸之間的加里東褶皺帶邊緣，即閩贛后加里東隆起與湘桂粵北海西-印支坳陷的剛?cè)岬貕K結(jié)合部。貴東巖體以印支期、燕山期花崗巖為主，其獨(dú)特的區(qū)域構(gòu)造格局，為巖體的形成與演化、構(gòu)造的發(fā)生與發(fā)展、蝕變作用的產(chǎn)生提供了有利的條件。貴東巖體東部的下莊鈾礦田是我國重要的花崗巖型鈾礦基地。

河口巖體為破火山口構(gòu)造，整體呈不規(guī)則方形，面積約32 km2（圖1），主要由次英安斑巖、碎斑熔巖、長(zhǎng)英質(zhì)火山角礫巖、凝灰?guī)r等組成，未見玄武巖層［1］。次英安斑巖在河口山鎢礦采坑內(nèi)及樟樹灣水電站旁的河床中出露較好，而邊緣的凝灰?guī)r、英安巖和凝灰質(zhì)砂巖等風(fēng)化較強(qiáng)，剝蝕較嚴(yán)重，未見較好露頭。北西側(cè)與寒武系呈斷層接觸，東側(cè)與寒武系-中奧陶統(tǒng)變質(zhì)巖系不整合接觸；南側(cè)被燕山早期司前花崗巖體侵入破壞（圖1），以細(xì)粒二云母花崗巖為主，成巖年齡為（151.0±11）Ma［13］。

圖1 粵北地區(qū)河口巖體地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological map of Hekou pluton in North Guangdong

2 樣品采集與分析

本次采集次英安斑巖樣品9 個(gè)，主要位于河口山鎢礦外圍及樟樹灣水電站旁，取樣位置見圖1。樣品為新鮮的次英安斑巖，并在野外手標(biāo)本鑒定和室內(nèi)顯微鑒定的基礎(chǔ)上，進(jìn)行主量元素、微量元素、稀土元素分析，結(jié)果見表1。所有樣品分析測(cè)試工作在核工業(yè)二九〇研究所分析測(cè)試實(shí)驗(yàn)室完成，主量元素分析采用濕化學(xué)法，測(cè)試精度高于1%；微量、稀土元素測(cè)試在Finnigan ElementⅡ型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）上完成，檢測(cè)限優(yōu)于0.5×10-9，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差優(yōu)于5%。

表1 次英安斑巖樣品主量、微量和稀土元素分析結(jié)果Table 1 Analytical result of main,trace and rare earth elements in porphyritic dacite samples

表1 （續(xù)）

3 巖相學(xué)特征

巖石呈斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)呈顯微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、顯微鑲嵌結(jié)構(gòu)（圖2）。主要礦物成分為石英、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、黑云母。斑晶約占35%，其中石英含量約占10%，粒度為1～3.5 mm，少數(shù)切面呈四邊形，局部具碎裂及熔蝕現(xiàn)象（圖2a）；斜長(zhǎng)石約占15%，板柱狀，粒度為1.5～4.0 mm，發(fā)育強(qiáng)絹（白）云母化及綠簾石化，部分可見殘留聚片雙晶；條紋長(zhǎng)石約占5%，粒度為1.5～4.0 mm，發(fā)育微條紋結(jié)構(gòu)，輕微泥化（圖2b）；黑云母約占5%，粒度為1.5～2.0 mm，發(fā)育強(qiáng)綠泥石化、綠簾石化，殘留呈黃褐色，干涉色為自身顏色掩蓋。基質(zhì)約占65%，粒度為0.03～0.1 mm，主要由石英、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、黑云母組成，石英約25%，斜長(zhǎng)石約15%，鉀長(zhǎng)石約15%，長(zhǎng)石與石英相間生長(zhǎng)，長(zhǎng)石少量發(fā)育絹云母化（圖2c），黑云母，呈小片狀，占5%，發(fā)育綠泥石化及綠簾石化（圖2d）。

圖2 次英安斑巖顯微特征（正交偏光，×50）Fig.2 The microscopic feature of porphyritic dacite

4 地球化學(xué)特征

4.1 主量元素

河口巖體次英安斑巖SiO2含量為68.15%～69.66%，變化范圍很小，平均值為68.88%；Al2O3含量為13.44%～14.82%，平均值為13.84%；巖石全堿含量較高，K2O＋Na2O 為6.32%～7.87%，平均值為7.45%，變化范圍不大。TiO2含量在0.35%～0.40%范圍內(nèi)，平均值為0.37%；TFe2O3含量在1.11%～1.79%范圍內(nèi)，平均值為1.34%；MgO含量介于0.75%～1.37%之間，平均值為0.98%；CaO含量在0.26%～2.10%范圍內(nèi)，平均值為1.61%。

巖石里特曼指數(shù)δ 值為1.50～2.42，平均值為2.12，在標(biāo)準(zhǔn)礦物中剛玉分子含量介于0.30～7.90 之間，平均值為1.48，固結(jié)指數(shù)為6.34～9.94，平均值為7.79，反映出殼源巖漿的特征。在TAS 圖解［14］中，所有樣品均落在亞堿性系列英安巖范圍內(nèi)（圖3）；在A/CNK-A/NK圖解［15］中，所有樣品均落在過鋁質(zhì)范圍內(nèi)（圖4）。在SiO2-K2O 圖解中，樣品多落于高鉀鈣堿性系列（圖5）。因此，河口巖體次英安斑巖屬亞堿性高鉀鈣堿性過鋁質(zhì)系列。

圖3 次英安斑巖TAS 圖解Fig.3 TAS diagram of porphyritic dacite

圖4 次英安斑巖A/CNK-A/NK 圖解Fig.4 A/CNK-A/NK diagram of porphyritic dacite

圖5 次英安斑巖SiO2-K2O 圖解Fig.5 SiO2-K2O diagram of porphyritic dacite

4.2 稀土元素

河口巖體次英安斑巖的稀土元素總量為（98.41～127.45）×10-6，均值為110.13×10-6，與酸性巖的平均豐度288×10-6相比［16］，具有較低的稀土總量。輕重稀土分異明顯，輕重稀土比值（LREE/HREE）為6.05～9.57，在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖中［17］（圖6），顯示了右傾型特征，輕稀土之間分異不明顯，重稀土之間分異亦不明顯?？傮w反映源區(qū)地殼成熟度較高。

δEu 值介于0.55～0.66 之間，平均值為0.62，表現(xiàn)出明顯的負(fù)銪異常。研究表明，Eu主要替換斜長(zhǎng)石中的Ca 進(jìn)入斜長(zhǎng)石中富集，因此，次英安斑巖中Eu 的負(fù)異常特征暗示巖漿分離結(jié)晶過程中存在斜長(zhǎng)石的分離，進(jìn)一步表明次英安斑巖為地殼物質(zhì)部分融入形成的。此外，引用大寶山丘壩巖體次英安斑巖4 個(gè)樣品（DB-1～DB-4）的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比［6］，可見兩者具有相似的稀土元素分布特征（圖6），表明兩者均源于地殼物質(zhì)經(jīng)局部熔融而形成的巖漿系列。

圖6 次英安斑巖稀土元素配分曲線圖（據(jù)Sun and McDonough，1989）Fig.6 REE patterns of porphyritic dacite（after Sun and McDonough，1989）

4.3 微量元素

微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖顯示［18］，研究區(qū)次英安斑巖樣品的微量元素配分曲線具有較好的一致性，均表現(xiàn)了Rb、Nd、Sm 等元素的相對(duì)富集，Sr、Nb、Ti、Zr 等元素相對(duì)虧損的特征（圖7），這與地殼部分熔融形成的英安巖類似，反映出該區(qū)次英安斑巖為地殼部分熔融的產(chǎn)物。與大寶山丘壩巖體次英安斑巖4 個(gè)樣品（DB-1～DB-4）的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比［6］，具有相似的微量元素分布特征（圖7），僅Zr、Hf 兩種元素存在差異。結(jié)合本地區(qū)地質(zhì)背景及巖石地球化學(xué)特征，認(rèn)為兩者為相同大地構(gòu)造背景下，由地殼物質(zhì)熔融形成的巖體，推測(cè)為同時(shí)期同源區(qū)形成的巖體。

圖7 次英安斑巖微量元素蛛網(wǎng)圖（據(jù)McDonough et al.，1995）Fig.7 The spider diagram of porphyritic dacite（after McDonough et al.，1995）

5 討論

5.1 巖石成因類型

樣品的主量元素特征顯示，河口巖體次英安斑巖應(yīng)屬于亞堿性高鉀鈣堿性過鋁質(zhì)系列。在1000Ga/Al-Zr 圖解中［19］，樣品均落于I 型和S 型區(qū)域內(nèi)（圖8）；在Zr-TiO2圖解上［19］，樣品均投在S 型花崗巖區(qū)域內(nèi)（圖9），可見次英安斑巖屬于S 型花崗巖。

圖8 次英安斑巖1000Ga/Al-Zr 圖解Fig.8 The 1000Ga/Al-Zr diagram for porphyritic dacite

圖9 次英安斑巖Zr-TiO2圖解Fig.9 The Zr-TiO2 diagram for porphyritic dacite

5.2 巖漿源區(qū)

前人研究成果表明，長(zhǎng)英質(zhì)火山巖的成因主要分以下兩種：形成于幔源基性巖漿經(jīng)歷廣泛結(jié)晶分異和同化混染作用［20-21］；形成于因幔源巖漿的熱量促使地殼物質(zhì)脫水發(fā)生重熔作用［22-23］。

河口巖體次英安斑巖具有以下特征：具有較高的Th 含量（平均值為12.85×10-6），暗示物質(zhì)來源與地殼有關(guān)［17］；在Rb/Y-Nb/Y 判別圖解上，樣品均落于平均上地殼線的下方（圖10），表明其為地殼巖漿來源［24］，屬地殼部分熔融成因。

圖10 次英安斑巖Rb/Y-Nb/Y 圖解Fig.10 The Rb/Y-Nb/Y diagram for porphyritic dacite

對(duì)于中酸性巖漿巖，可以利用CaO/Na2O 值來判斷其巖漿源區(qū)成分特征，CaO/Na2O＞0.3，源區(qū)為砂屑巖；CaO/Na2O＜0.3，源區(qū)為泥質(zhì)巖［25］。河口巖體次英安斑巖CaO/Na2O 介 于0.35～2.0 之間，表明河口巖體次英安斑巖源區(qū)很可能為砂巖。

綜上所述，結(jié)合本地區(qū)前人研究成果，本文認(rèn)為次英安斑巖是導(dǎo)致地殼物質(zhì)脫水發(fā)生部分熔融形成的產(chǎn)物。此外，所有分析樣品都表現(xiàn)出較低的Ni（平均值為0.87×10-6）和Cr（平均值為16.20×10-6）含量，表明在形成過程中僅有少量或無幔源物質(zhì)混入。

5.3 構(gòu)造環(huán)境

在（Y＋Nb）-Rb 構(gòu)造判別圖解上［26］，樣品均位于后碰撞區(qū)范圍內(nèi)（圖11），在SiO2-TFe2O3/（TFe2O3＋MgO）判別圖解上［27］，樣品多位于后造山和大陸碰撞花崗巖類范圍內(nèi)（圖12），表明次英安斑巖的巖漿活動(dòng)很可能形成于后碰撞的構(gòu)造環(huán)境中。

圖11 次英安斑巖（Y＋Nb）-Rb 圖解Fig.11 The（Y＋Nb）-Rb diagram for porphyritic dacite

圖12 次英安斑巖SiO2-TFe2O3/（TFe2O3＋MgO）圖解Fig.12 The SiO2-TFe2O3/（TFe2O3＋MgO）diagram for porphyritic dacite

6 結(jié)論

1）河口巖體次英安斑巖具有高硅、富堿、富鋁的特征，為亞堿性高鉀鈣堿性過鋁質(zhì)系列；輕稀土元素富集，重稀土元素相對(duì)虧損，輕重稀土元素分異明顯。

2）河口巖體次英安斑巖是地殼物質(zhì)脫水發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物；形成于后碰撞造山構(gòu)造環(huán)境，可能是在陸陸碰撞導(dǎo)致地殼不斷增厚的背景下，地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物。

3）河口巖體次英安斑巖顯示出殼源S 型花崗巖的特征，其源巖來自上部地殼，可能為砂巖。

4）河口巖體次英安斑巖的地球化學(xué)特征研究為探討貴東巖體的巖漿活動(dòng)期次及其構(gòu)造背景提供了新的證據(jù)。