蘇榮昆，薛懷民，曹光躍

(1. 中國地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)研究所，北京 100037； 2. 中國地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)研究所，北京離子探針中心，北京 100037)

研究中酸性火山巖-侵入巖之間的聯(lián)系，對于理解硅質(zhì)大陸地殼的成因等重大地質(zhì)問題有著重要意義。自18世紀(jì)James Hutton 提出火成巖的定義后，學(xué)者們基于野外觀察，對中酸性火山巖與侵入巖之間的聯(lián)系做了大量研究(王碩等，2020)。目前對于兩者之間的成因聯(lián)系還存在較大的爭議，主要有兩種觀點(diǎn)： ① 認(rèn)為火山巖由“晶粥”中的熔體抽離后噴發(fā)而成(Hildreth，2004； Bachmann and Bergantz，2004)，但富含晶體的火山巖并非簡單的晶粥模型可以解釋，可能與巖漿系統(tǒng)的再活化有關(guān)(Wattsetal., 2016)； ② 認(rèn)為火山巖是由獨(dú)立于同期侵入巖的巖漿噴發(fā)而成(Glazneretal., 2015)。上述兩種觀點(diǎn)的爭論點(diǎn)主要在于火山巖和侵入巖是否來自相同的巖漿房，形成時(shí)間和空間展布是否一致。大興安嶺南段的黃崗梁火山-侵出隆起由火山噴發(fā)的流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、侵出巖穹(流紋質(zhì)碎斑熔巖)及侵入的斑狀二長花崗巖構(gòu)成，它們之間在空間分布、礦物組成、地球化學(xué)特征等方面具密切聯(lián)系，形成時(shí)代也連續(xù)，為研究中酸性火山巖與侵入巖之間關(guān)系提供了一個(gè)難得的實(shí)例。本文在對該火山機(jī)構(gòu)不同巖相較系統(tǒng)的巖相學(xué)、年代學(xué)、地球化學(xué)和Sr-Nd同位素研究的基礎(chǔ)上，重塑了該機(jī)構(gòu)巖漿活動(dòng)的歷史，闡明了火山巖與侵入巖之間的成因聯(lián)系。

1 地質(zhì)背景

黃崗梁火山-侵出隆起位于大興安嶺南段，南鄰西拉木倫河-長春斷裂，疊置在松遼地塊之上(圖1a)。研究區(qū)出露的地層包括二疊系大石寨組、哲斯組、林西組，侏羅系新民組，白堊系滿克頭鄂博組、瑪尼吐組、白音高老組和第四系烏爾吉組。其中二疊系大石寨組主要為玄武巖、安山巖及凝灰質(zhì)砂巖； 二疊系哲斯組主要為角巖、白色糖粒狀大理巖和矽卡巖化灰?guī)r； 二疊系林西組主要為變質(zhì)粉砂巖、粉砂巖； 侏羅系新民組主要為粉砂巖、砂巖、礫巖、中酸性凝灰?guī)r和安山質(zhì)熔結(jié)角礫巖； 白堊系主要為火山巖與沉積巖； 第四系烏爾吉組主要為亞砂土，柱狀節(jié)理發(fā)育(Yingetal., 2010)。

區(qū)內(nèi)出露大面積中生代火山巖，前人(內(nèi)蒙古地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991； Yingetal., 2010)將其劃分為滿克頭鄂博組、瑪尼吐組、白音高老組，其中滿克頭鄂博組主要為流紋巖、流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r及流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r等，與新民組沉積巖呈不整合接觸； 瑪尼吐組主要為安山巖、火山碎屑巖； 白音高老組主要為流紋巖、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、含角礫熔結(jié)凝灰?guī)r和沉積巖夾層。此外，區(qū)內(nèi)也發(fā)育大量侵入巖體，主要有早白堊世斑狀二長花崗巖、石英二長斑巖、閃長玢巖和早白堊世中細(xì)粒黑云母花崗巖等。

2 巖相學(xué)及樣品特征

黃崗梁火山-侵出隆起位于克什克騰旗北側(cè)，呈北東東向展布的串珠狀，是黃崗梁地區(qū)晚中生代火山活動(dòng)末期的產(chǎn)物，疊置在早期形成的一系列火山機(jī)構(gòu)之上，其產(chǎn)物在黃崗梁火山-構(gòu)造隆起出露廣泛，占據(jù)了整個(gè)構(gòu)造隆起出露面積的一半以上(約700 km2)，是導(dǎo)致黃崗梁火山-構(gòu)造隆起形成的決定性因素(圖1b)。

黃崗梁火山-侵出隆起的巖漿活動(dòng)可以劃分為3個(gè)期次： 第1期的產(chǎn)物為火山灰流相的灰白色、灰色的流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r，分布于火山-侵出隆起的最外側(cè)，局部有塑性變形不明顯的巖漿團(tuán)塊(圖2a)，推測其為富含揮發(fā)分的巖漿沸騰外溢或火山灰云噴發(fā)所形成的，火山噴發(fā)方式為中心式噴發(fā)。第2期產(chǎn)物為侵出相的碎斑熔巖體，侵出覆蓋在第1期產(chǎn)物流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r之上，它們構(gòu)成黃崗梁火山-侵出隆起的主體，推測其為流紋質(zhì)巖漿侵出所形成的。核部的碎斑熔巖與邊部的晶屑凝灰?guī)r之間呈漸變過渡關(guān)系，其界線野外很難區(qū)分，整體表現(xiàn)為越向外側(cè)晶屑粒徑越小、晶屑含量略有減少、角礫(巖屑)含量增多、熔結(jié)現(xiàn)象越來越明顯，該現(xiàn)象類似于部分學(xué)者所描述的熔離成因的熔結(jié)凝灰?guī)r或碎斑熔巖所表現(xiàn)的特征(謝家瑩等，1993)。第3期是斑狀二長花崗巖的侵入，其總體圍繞碎斑熔巖體的外側(cè)侵位，從形態(tài)和產(chǎn)出部分可以推測是沿該火山機(jī)構(gòu)晚期發(fā)育的環(huán)狀斷裂侵位的(圖1b)。從火山機(jī)構(gòu)中心到邊緣的巖相依次為侵出相、淺成侵入相和火山灰流相，侵出相覆蓋在灰流相之上，淺成侵入相圍繞侵出相展布，這一接觸關(guān)系為該火山巖和侵入巖的成因聯(lián)系提供了空間上的依據(jù)。

本次分析的樣品采自該火山機(jī)構(gòu)巖漿活動(dòng)第1期的產(chǎn)物流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、第2期的產(chǎn)物碎斑熔巖和第3期的產(chǎn)物斑狀二長花崗巖。詳細(xì)的采樣位置見圖1b、表1和表2。

流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r，巖石新鮮面為灰色，風(fēng)化面為淺灰色-灰色，主要成分為晶屑和凝灰物，晶屑主要為石英晶屑(15%～20%)和長石晶屑(15%～20%)，石英晶屑粒徑約2 mm，長石粒徑為2～3 mm； 凝灰物約占60%～70%，粒徑小于2 mm(圖2b)。局部可見熔結(jié)條帶(圖2c)。

碎斑熔巖主要為灰白色、灰黃色，塊狀構(gòu)造，碎斑結(jié)構(gòu)，碎斑晶主要為鉀長石(20%～35%)、斜長石(10%～20%)和石英(10%～25%)，碎斑晶總體呈“碎而不散、散而不亂、亂而不遠(yuǎn)”的特征，且發(fā)育珠邊結(jié)構(gòu)?；|(zhì)主要為粒狀結(jié)構(gòu)(圖2d、2e、2f、2g)。

斑狀二長花崗巖為淺肉紅色，似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶主要為鉀長石(10%～15%)、斜長石(10%～15%)和石英(～10%)，鉀長石為自形-半自形板狀，粒徑為2～5 mm，斜長石為自形-半自形板狀，粒徑3～5 mm，石英為他形粒狀，粒徑為3～5 mm?；|(zhì)含量為60%～70%，成分主要為石英(15%～20%)、鉀長石(～20%)、斜長石(～20%)及少量黑云母(5%～10%)，半自形-他形粒狀，粒徑為0.2～0.5 mm(圖2h、2i)。

3 分析方法

鋯石的制靶、陰極發(fā)光和SHRIMP U-Pb同位素測試全部在北京離子探針中心完成，單個(gè)鋯石分析二次離子流束斑直徑大小為25 μm，具體測試方法及流程參考宋彪等(2002)。對鋯石測年結(jié)果采用Isoplot 3 程序處理。單個(gè)測試數(shù)據(jù)誤差和206Pb/238U 的年齡加權(quán)平均值誤差為1δ。

樣品主、微量元素分析在國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心完成，主量元素分析采用的儀器為X射線熒光光譜儀(PW4400)，H2O+的檢測方法依據(jù)為GB/T14506.2-2010，F(xiàn)eO的檢測依據(jù)為GB/T14506.14-2010，其余主量元素的檢測依據(jù)為GB/T14506.28-2010。利用濕化學(xué)法可得到FeO的含量，而Fe2O3的含量為TFe2O3與FeO的差值。微量元素及稀土元素分析采用的儀器為等離子質(zhì)譜儀(PE300Q)，檢測依據(jù)為GB/T 14506.30-2010。

全巖Sr-Nd同位素測試在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司的MC-ICP-MS(Neptune Plus)上完成，相關(guān)的測試步驟及儀器參數(shù)詳見Li等(2012)。實(shí)驗(yàn)采取的標(biāo)樣包括NBS987、AlfaSr、GSB、AlfaNd、BCR-2、RGM-2，其測試值與標(biāo)準(zhǔn)推薦值在誤差范圍內(nèi)基本一致。本實(shí)驗(yàn)選擇的巖石標(biāo)樣流紋巖RGM-2具有較高的Rb含量(149×10-6)和適中的Sr含量(108×10-6)，可以有效監(jiān)控Rb的分離過程和測試結(jié)果。實(shí)驗(yàn)得到的145Nd/144Nd數(shù)據(jù)可以很好地指示質(zhì)量分餾校正和144Sm校正。145Nd/144Nd推薦值為0.348 416±0.000 008(2δ；n=26； Lietal., 2012)。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb年齡

本次實(shí)驗(yàn)分別在3個(gè)靶樣中選取形態(tài)完整、以長柱狀為主的鋯石進(jìn)行測年，結(jié)果見表1。這些鋯石Th/U值在0.27～0.56之間，其CL高清圖像呈現(xiàn)環(huán)帶發(fā)育的特征(圖3a～3c)，屬于巖漿鋯石。

在流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r(D3011)中共測試了15個(gè)鋯石，其中，測試點(diǎn)2和點(diǎn)12不諧和，剩余13個(gè)測試點(diǎn)都位于U-Pb諧和線及其附近(圖3d)，最終得到的206Pb/238U加權(quán)平均年齡值為140.27±0.93 Ma(MSWD=0.40)，代表流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r的形成年齡。

在碎斑熔巖(D1577)中共測試了15個(gè)鋯石，其中，測試點(diǎn)10和點(diǎn)12不諧和，剩余13個(gè)測試點(diǎn)都位于U-Pb諧和線及其附近(圖3e)，最終得到的206Pb/238U加權(quán)平均年齡值為140.41±0.92 Ma(MSWD=0.94)，這一年齡值代表了碎斑熔巖的形成年齡。

在斑狀二長花崗巖(D0050)中共測試了16個(gè)鋯石，其中，測試點(diǎn)5和點(diǎn)14不諧和，剩余14個(gè)測試點(diǎn)都位于U-Pb諧和線及其附近(圖3f)，最終得到的206Pb/238U加權(quán)平均年齡值為141.75±0.96 Ma(MSWD=1.2)，代表斑狀二長花崗巖的形成年齡。

綜上，黃崗梁火山-侵出隆起中火山巖與侵入巖的鋯石結(jié)晶年齡在誤差范圍內(nèi)一致(141.75～140.27 Ma)，說明該火山機(jī)構(gòu)大規(guī)模的酸性巖漿是在短時(shí)間內(nèi)定位的，這為其火山巖和侵入巖的成因聯(lián)系提供了年代學(xué)制約。

4.2 巖石地球化學(xué)

4.2.1 主量元素

從表2可見，黃崗梁火山-侵出隆起第1期到第3期產(chǎn)物樣品的SiO2含量介于66.13%～75.57%之間，K2O含量為3.82%～5.21%，全堿(K2O+Na2O)含量為8.12%～9.00%，表現(xiàn)出富堿和富鉀的特征。在TAS圖解上，樣品點(diǎn)位于流紋巖-粗面巖區(qū)域，屬于亞堿性巖類(圖4a)。在A/NK-A/CNK圖解上，樣品點(diǎn)屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)巖(圖4b)。在K2O-SiO2圖解上，樣品都屬于高鉀鈣堿性系列(圖4c)。在K2O-Na2O圖解上，樣品都屬于鉀質(zhì)巖(圖4d)。從第1期產(chǎn)物到第3期產(chǎn)物，其SiO2和K2O的含量呈連續(xù)降低的趨勢(圖4)，顯示巖漿活動(dòng)是由成分分帶的酸性巖漿房逐層排出定位的。

4.2.2 稀土元素

從表2可見，黃崗梁火山-侵出隆起第1期到第3期產(chǎn)物樣品均表現(xiàn)出富集輕稀土元素(LREE)以及重稀土元素分布(HREE)相對平坦的特征，ΣREE為137.7×10-6～363.9×10-6，在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖(圖5a)中，表現(xiàn)為右傾的V字形，強(qiáng)烈的負(fù)Eu異常，其中δEu介于0.14～0.47之間，(La/Yb)N值為3.10～9.98。從第1期到第3期產(chǎn)物，δEu的平均值連續(xù)增加，分別為0.22、0.21和0.39，(La/Yb)N的平均值連續(xù)升高，分別為5.96、6.46、7.46。

4.2.3 微量元素

在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖5b)上，黃崗梁火山-侵出隆起第1期到第3期產(chǎn)物樣品均表現(xiàn)出富集大離子親石元素Rb、Th和U，強(qiáng)烈虧損大離子親石元素Ba、Sr和高場強(qiáng)元素Ti、Nb、Ta的特征，并且異常程度從第1期到第3期逐漸降低。過渡元素Cr(<10.00×10-6)、Co(0.63×10-6～11.70×10-6)、Ni(0.56×10-6～8.92×10-6)的含量均很低，且從1期到第3期逐漸升高(表2)。

黃崗梁火山-侵出隆起不同巖相之間主量元素的連續(xù)變化，稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖的形態(tài)一致，均指示彼此之間密切的成因聯(lián)系。

表2 黃崗梁火山-侵入雜巖主量(wB/%)和微量、稀土元素(wB/10-6)組成Table 2 Major(wB/%), trace elements and REE compositions(wB/10-6) of the Huanggangliang volcano-intrusive complex

續(xù)表 2-1 Continued Table 2-1

續(xù)表 2-2 Continued Table 2-2

圖3 黃崗梁晶屑凝灰?guī)r、碎斑熔巖和斑狀二長花崗巖的部分鋯石陰極發(fā)光圖(a～c)和SHRIMP鋯石U-Pb諧和圖及206Pb/238U年齡圖(d～f)Fig.3 Partial zircon CL images (a～c) and SHRIMP zircon U-Pb concordia and 206Pb/238U age diagrams (d～f) of the crystalline tuff, porphyroclastic lava, and porphyritic monzogranite from Huanggangliang

4.2.4 Sr-Nd同位素組成

黃崗梁火山-侵出隆起第1期到第3期產(chǎn)物樣品的全巖Sr-Nd同位素分析結(jié)果見表3。所有樣品具有幾乎一致的εNd(t)值和二階段Nd模式年齡tDM2，第1期產(chǎn)物流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r樣品的εNd(t)值為-0.43～-0.40，相應(yīng)的二階段Nd模式年齡tDM2均為0.98 Ga，(87Sr/86Sr)i為0.702 2～0.703 3。第2期產(chǎn)物碎斑熔巖樣品的εNd(t)值為-0.36～-0.10，相應(yīng)的二階段Nd模式年齡tDM2為0.98 Ga和0.96 Ga，(87Sr/86Sr)i為0.704 5～0.704 7。第3期產(chǎn)物斑狀二長花崗巖樣品的εNd(t)值為-0.16～-0.08，相應(yīng)的二階段Nd模式年齡tDM2均為0.96 Ga，(87Sr/86Sr)i為0.705 4～0.705 7(圖6)。

圖4 黃崗梁火山-侵入雜巖TAS(a，Ir實(shí)線據(jù) Irvine and Baragar，1971)、A/NK-A/CNK(b, 底圖據(jù)Maniar and Piccoli, 1989)、K2O-SiO2(c，底圖據(jù)Peccerillo and Taylor, 1976)和K2O-Na2O(d，據(jù)Middlemost，1975)圖解Fig.4 TAS(a, Ir line after Irvine and Baragar, 1971), A/NK-A/CNK(b, after Maniar and Piccoli, 1989), K2O-SiO2(c, after Peccerillo and Taylor, 1976), and K2O-Na2O (d, after Middlemost, 1975) diagrams from the volcano-intrusive complex in the Huanggangliang

圖5 黃崗梁火山-侵入雜巖稀土配分圖(a)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)據(jù)Sun and McDongough，1989)Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spidergram (b) from the volcano-intrusive complex in the Huanggangliang (normalized values are from Sun and McDongough, 1989)

表3 黃崗梁火山-侵入雜巖全巖Sr-Nd同位素組成Table 3 Sr-Nd isotopic compositions of the Huanggangliang volcano-intrusive complex

圖6 黃崗梁火山-侵入雜巖εNd(t)-SiO2圖解(a)和εNd(t)-(87Sr/86Sr)i圖解(b)(底圖據(jù)Zindler and Hart，1986)Fig.6 εNd(t)-SiO2 (a) and εNd(t)-(87Sr/86Sr)i (b) diagrams from the volcano-intrusive complex in the Huanggangliang(after Zindler and Hart, 1986)

5 討論

5.1 黃崗梁火山巖與侵入巖的關(guān)系

晶粥模型可以解釋流紋質(zhì)火山巖-花崗巖的成因聯(lián)系，這一模型自2004年被提出至今，已得到了物理過程計(jì)算、計(jì)算機(jī)模擬、地球化學(xué)反演等方式的驗(yàn)證(Hildrelth，2004； Bachmann and Bergantz，2004； Gelmanetal., 2014)。該模型所構(gòu)建的結(jié)晶分異過程主要是指顆粒在重力驅(qū)動(dòng)下，可通過受阻沉降、壓實(shí)作用等機(jī)制與熔體分離，受阻沉降是指在巖漿停止對流后，晶體顆粒以較低速率下沉，壓實(shí)則是指晶粥體中的晶體顆粒受到重力作用，自下而上地將晶間熔體擠出。抽離熔體可形成高硅花崗巖或流紋質(zhì)火山巖，而剩余堆晶則可能固結(jié)成花崗巖(Gelmanetal., 2014)。質(zhì)疑晶粥模型的證據(jù)主要是全球全巖地球化學(xué)匯編中與火山巖同期的堆晶巖出露并不明顯(Glazneretal., 2015)。黃崗梁晶屑凝灰?guī)r、碎斑熔巖、斑狀二長花崗巖的形成時(shí)代基本一致，為141.75～140.27 Ma。它們的εNd(t)變化范圍很小，為-0.43～-0.08，相應(yīng)的Nd模式年齡(tDM2)為0.98～0.96 Ga，表明其應(yīng)起源于相同的源區(qū)，在εNd(t)-(87Sr/86Sr)i圖中(圖6b)，樣品點(diǎn)分布在原始地幔附近，指示其可能來源于新元古代含有大量幔源組分的新生地殼物質(zhì)(季根源等，2021)。并且，研究區(qū)火山巖與侵入巖產(chǎn)出的空間位置緊鄰，說明它們之間存在密切相關(guān)的成因聯(lián)系。黃崗梁火山-侵出隆起晶屑凝灰?guī)r、碎斑熔巖、斑狀二長花崗巖的SiO2和 K2O含量呈連續(xù)降低的趨勢，呈現(xiàn)右傾的輕稀土富集模式，表現(xiàn)出富集大離子親石元素Rb、Th和U，強(qiáng)烈虧損Ba、Sr和高場強(qiáng)元素Ti、Nb、Ta的特征，說明其來源具有相關(guān)性，很可能為同一巖漿房的產(chǎn)物。從主要氧化物與SiO2的協(xié)變圖(圖7)中可以看出： Al2O3、MgO、TFeO、TiO2、Na2O、CaO、MnO、P2O5與SiO2呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。這可能與巖漿演化過程中鐵鈦氧化物、斜長石和磷灰石的分離結(jié)晶有關(guān)。結(jié)合該隆起巖石樣品強(qiáng)烈虧損Ba、Sr、P和Ti的特征，說明在巖漿演化過程中可能也發(fā)生了強(qiáng)烈的黑云母、斜長石、鉀長石、磷灰石和鐵鈦氧化物的分離結(jié)晶作用。

圖7 黃崗梁火山-侵入雜巖主要氧化物和SiO2協(xié)變圖(陰影部分為實(shí)驗(yàn)下地殼部分熔融熔體的組成)(據(jù)Wolf and Wyllie，1994； Rapper and Watson, 1995； Springer and Seck, 1997； Sisson et al., 2005； Xiao et al., 2007)Fig.7 Major element oxide variations of the volcano-intrusive complex in the Huanggangliang (the shaded area represents the compositions of the experimental melts produced by partial melts of lower crustal rocks)(after Wolf and Wyllie, 1994； Rapper and Watson, 1995； Springer and Seck, 1997； Sisson et al., 2005； Xiao et al., 2007)

從主量元素與SiO2的協(xié)變圖上(圖7)，可以看出晶屑凝灰?guī)r、碎斑熔巖和斑狀二長花崗巖呈現(xiàn)出明顯的分帶性，推測其為同一巖漿房3個(gè)不同期次排出的產(chǎn)物。結(jié)合黃崗梁火山-侵入雜巖富含晶體的特征，推測其巖漿房可能為富含晶體的多晶粥狀態(tài)，經(jīng)過黑云母、斜長石、鉀長石、磷灰石、鋯石和鐵鈦氧化物的結(jié)晶分離，形成演化程度較高的熔體和演化程度較低的晶粥體。3種巖相的Eu/Eu*變化也支持了長石的結(jié)晶，經(jīng)過晶屑凝灰?guī)r(δEu平均值為0.22)和碎斑熔巖(δEu平均值為0.21)的抽離，殘留的晶粥為相對富含斜長石的斑狀二長花崗巖(δEu平均值為0.39)。晶屑凝灰?guī)r和碎斑熔巖顯示強(qiáng)烈的Ba和Eu虧損，這是典型的流紋質(zhì)熔體的特征(Hildreth, 2004)。相對于晶屑凝灰?guī)r和碎斑熔巖，斑狀二長花崗巖中富集Zr、Ba，表明其富集鋯石和長石(±黑云母)，這與晶粥模型中抽離熔體和堆晶體化學(xué)成分互補(bǔ)的特點(diǎn)一致(圖8)。

黃崗梁火山巖與侵入巖之間具有成分上的互補(bǔ)關(guān)系，火山巖屬于抽離的高硅熔體噴發(fā)/侵出的產(chǎn)物，而第3期較為基性的斑狀二長花崗巖則屬于同時(shí)期相對應(yīng)的堆晶巖，SiO2含量較低。從早到晚，SiO2含量在很多地方都呈降低的趨勢(張招崇等，1994； 王德滋等，2000； 周華等，2016； Wattsetal., 2016； Schaenetal., 2017)，黃崗梁火山機(jī)構(gòu)也是如此，這與晶粥模型的特點(diǎn)一致，即巖漿房中的巖漿演化程度自上而下逐漸降低。

圖8 黃崗梁火山-侵入雜巖Ba-Rb諧和圖(a)和Zr-Rb諧和圖(b)Fig.8 Ba-Rb (a) and Zr-Rb (b) diagrams from the volcano-intrusive complex in the Huanggangliang

影響巖漿最終定位方式的因素很多，既有巖漿自身的物理化學(xué)性質(zhì)(尤其是粘度)，也有巖漿周邊的構(gòu)造條件、火山通道的寬窄及其中堵塞物的強(qiáng)度等因素。在諸多因素中，巖漿粘度是一個(gè)主要控制因素，巖漿粘度主要與巖漿成分、溫度、揮發(fā)分含量及斑晶礦物的含量有關(guān)，酸性巖漿的粘度較大，不易溢出地表，更多表現(xiàn)為猛烈爆發(fā)(揮發(fā)分含量較高)或侵出(缺少揮發(fā)分)?；鹕酵ǖ赖膶挾扰c火山噴發(fā)的烈度往往成反比，火山通道越窄，越有利于巖漿中揮發(fā)分的聚集，一旦爆發(fā)，其烈度較大?；鹕酵ǖ涝綄挄常瑤r漿更易溢出地表，也不利于巖漿中揮發(fā)分的聚集，即使爆發(fā)，其烈度往往也不大。

隨著礦物顆粒的結(jié)晶，晶間熔體逐漸演變成高硅組分，晶體顆粒通過受阻沉降、壓實(shí)作用等與熔體分離，晶間熔體被“抽離”到巖漿房頂部，形成SiO2含量較高的分層(Bachmann and Bergantz，2004)。這些高硅高鉀的熔體粘度較大，易從帶狀火山通道噴發(fā)而出，形成流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r(圖9a)。隨著巖漿中的揮發(fā)分被大量消耗和火山通道的寬度增大，火山作用的烈度降低，這些高硅熔體便沿火山通道擠出地表，形成碎斑熔巖(圖9b)。最后在火山活動(dòng)的末期，揮發(fā)分消耗殆盡，巖漿房壓力較小，相對貧硅低鉀的晶粥體沿著環(huán)狀斷裂侵入到火山口附近，形成斑狀二長花崗巖(圖9c)。

5.2 巖石成因

黃崗梁火山-侵出隆起火山-侵入雜巖屬于高鉀鈣堿性準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)巖石，地球化學(xué)上表現(xiàn)為高Si、K和Na，低Ca、Al、Mg、P，富集大離子親石元素Rb、Th和U，強(qiáng)烈虧損Ba、Sr和高場強(qiáng)元素Ti，Eu呈強(qiáng)烈的負(fù)異常(δEu介于0.14～0.47之間，平均值為0.27)，稀土元素配分曲線呈右傾的V字型，TFeO/MgO(4.06～13.06)和104×Ga/Al(3.04～5.03)值較高，與A型花崗巖的地球化學(xué)特征相似。在104×Ga/Al與Nb、Ce、K2O/MgO、TFeO/MgO等花崗巖分類判別圖解中(Whalenetal., 1987)，黃崗梁地區(qū)所有樣品點(diǎn)均落在A型花崗巖區(qū)域(圖10)。在高分異的情況下，A型花崗巖與I型、S型花崗巖難以通過地球化學(xué)和礦物組成來區(qū)分(吳福元等，2007)。但高分異S型花崗巖的一個(gè)重要特征是P2O5含量與SiO2呈明顯的正相關(guān)關(guān)系(Chappell and White, 1992)，黃崗梁巖石樣品的P2O5含量與SiO2呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，明顯不同于高分異S型花崗巖的化學(xué)特征。高分異I型花崗巖的TFeO含量較低，一般小于1%，形成溫度較低，平均值為764℃； 而A型花崗巖的TFeO含量較高，一般大于1%，形成溫度較高，一般大于800℃(Chappell and White, 1992； Kingetal., 1997)。黃崗梁巖石樣品的TFeO含量為0.79%～5.11%，平均值為2.51%； 采用鋯石飽和溫度計(jì)得出的巖石形成溫度為801～874℃，這些都屬于A型花崗巖的特征，明顯不同于高分異I型花崗巖。

圖9 黃崗梁火山-侵出隆起形成過程示意圖Fig.9 Schematic diagram of the formation process of Huanggangliang volcanic-extrusive uplift

目前對于A型花崗巖的成因仍有不同認(rèn)識(shí)，主要的成因模式是： ① 富F麻粒巖相下地殼部分熔融(Whalenetal., 1987)； ② 幔源巖漿與殼源巖漿混合(Yangetal., 2006)； ③ 幔源的堿性基性巖-中性巖分異演化(Bonin, 2007)。幔源巖漿分異形成的A型花崗巖往往伴隨著大規(guī)模同時(shí)代的基性-超基性巖產(chǎn)出(Turneretal., 1992)。黃崗梁地區(qū)僅在火山機(jī)構(gòu)中部及西南邊出現(xiàn)少量的閃長玢巖等中性巖石，缺少同時(shí)代的基性巖-超基性巖，基本可以排除其由幔源巖漿分異成因的可能。再者，如果是由幔源巖漿和殼源巖漿混合成因，那么A型花崗巖中應(yīng)當(dāng)有大量的暗色鎂鐵質(zhì)包體發(fā)育(Yangetal., 2006； 張舒等，2009)，而黃崗梁火山-侵入雜巖中并未見到大量的暗色鎂鐵質(zhì)包體，指示其由幔源與殼源巖漿混合而成的可能也不成立。一般地，地幔來源的巖漿其Nb/Ta值約為17.5，Nb/U平均值為47，Ce/Pb平均值為27； 而地殼來源的巖漿其Nb/Ta值為11.0～12.0，Nb/U平均值為6.2，Ce/Pb平均值為3.9(Green, 1995； Hofmann, 1988； Rudnick and Gao, 2003)。黃崗梁火山-侵入雜巖的Nb/Ta值為9.27～15.99，Nb/U值為3.10～13.72，Ce/Pb值為0.21～7.36，這與地殼來源的巖漿成分相似。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)顯示，玄武巖/變玄武巖在800～3 200 MPa壓力下部分熔融可形成具有高鉀鈣堿性特征的中酸性熔體(Rapp and Watson, 1995)，并且熔體具有低MgO、Mg#(<45)和高Al2O3含量。黃崗梁火山-侵入雜巖主量元素的組成與實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)下地殼部分熔融的熔體一致(圖7)。

黃崗梁巖石樣品Sr含量為42.2×10-6～253.0×10-6，Yb含量為3.41×10-6～7.80×10-6，屬于低Sr、高Yb花崗巖類，表明其形成時(shí)源區(qū)處于較低的壓力環(huán)境(張旗等，2006)。此外，A型花崗巖是在高溫下形成的，這種高溫?zé)嵩纯梢杂绍浟魅ι嫌炕蜥Ｔ存V鐵質(zhì)巖漿的底侵和侵入作用提供(Wuetal., 2002)。

綜上，黃崗梁火山-侵入雜巖是在早白堊世軟流圈上涌或者幔源鎂鐵質(zhì)巖漿的底侵作用下，誘發(fā)上覆地殼發(fā)生大規(guī)模部分熔融形成的。

圖10 黃崗梁火山-侵入雜巖成因類型判別圖解(a～d底圖據(jù)King et al., 1997)Fig.10 The genetic type discrimination diagrams from the volcano-intrusive complex in the Huanggangliang (a～d after King et al., 1997)

6 結(jié)論

(1) 黃崗梁火山-侵出隆起晶屑凝灰?guī)r、碎斑熔巖和斑狀二長花崗巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡分別為140.27±0.93 Ma、140.41±0.92 Ma和141.75±0.96 Ma，在誤差范圍內(nèi)一致，屬于早白堊世。

(2) 黃崗梁火山-侵入雜巖屬于高鉀鈣堿性系列巖石，具有準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)A型花崗巖的特征，是從下地殼部分熔融形成的巖漿房中逐層排出形成的。其中，第1期產(chǎn)物晶屑凝灰?guī)r是演化程度較高的高硅熔體噴發(fā)形成的，第2期產(chǎn)物碎斑熔巖是高硅熔體侵出形成的，第3期產(chǎn)物斑狀二長花崗巖是演化程度較低的晶粥體沿該火山機(jī)構(gòu)晚期發(fā)育的環(huán)狀斷裂侵位形成的。