漢南雜巖高橋溝花崗斑巖體巖石地球化學(xué)特征及侵位機(jī)制時(shí)代歸屬探討

吳新斌 ，吳凡 ，毛友亮 ，李巖

（陜西地礦漢中地質(zhì)大隊(duì)有限公司，陜西 漢中 723000）

揚(yáng)子地塊北緣的漢南地區(qū)是中國最重要的基性-超基性巖體分布區(qū)之一，對(duì)研究和了解揚(yáng)子板塊新元古代構(gòu)造演化具有非常重要的意義（李章志賢等，2023）。漢南雜巖體位于揚(yáng)子板塊北緣，前人總結(jié)認(rèn)為其經(jīng)歷了4 個(gè)演化階段：①與新太古代（?）—古元古代初始陸殼形成相關(guān)的巖漿巖。例如，良心河片麻巖套 、代肖河片麻巖套，為花崗片麻巖 、角閃斜長(zhǎng)片麻巖等。②與中元古代板緣裂解相關(guān)的中-基性巖漿巖。例如，白勉峽基性雜巖體、文貫花崗巖體等。③與俯沖相關(guān)的中、新元古代中酸性巖漿巖。例如，望江山基性雜巖體、酉水閃長(zhǎng)巖體、碾子溝超單元、五堵門英云閃長(zhǎng)巖體、二里壩石英閃長(zhǎng)巖體（李章志賢等，2023）。④與板塊后碰撞階段相關(guān)的新元古代酸性花崗巖類。例如，黃家營侵入巖、西鄉(xiāng)花崗巖、黃官嶺花崗巖、鋼廠花崗巖、鐵船山堿性花崗巖等（李章志賢等，2023；俞勝等，2023）。前人對(duì)漢南雜巖“與板塊后碰撞階段相關(guān)的新元古代酸性花崗巖類”的研究主要在西鄉(xiāng)花崗巖體、鋼廠花崗巖體等，對(duì)黃冠嶺花崗巖體的研究較少，尤其缺少鋯石U-Pb 法同位素年齡數(shù)據(jù)。筆者在陜西寧強(qiáng)-黎坪一帶開展1∶5 萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，選取高橋溝花崗斑巖為研究對(duì)象，從巖石地球化學(xué)特征和形成時(shí)代入手，探討其形成的構(gòu)造環(huán)境和侵位機(jī)制，為進(jìn)一步研究漢南地區(qū)巖漿活動(dòng)及構(gòu)造環(huán)境提供新的依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于揚(yáng)子板塊北緣（圖1a），地層區(qū)劃隸屬米倉山地層小區(qū)。漢南雜巖體隸屬于中—新元古代漢南-小磨嶺巖漿巖帶，漢南雜巖地質(zhì)特征是巖石類型齊全（超基性-基性-酸性-堿性），從深成-淺成-噴出均有，為多期次活動(dòng)的雜巖群，主體形成于晉寧期（中—新元古代），空間就位（展布）具明顯的遷移性（東北→西南），其成份具有基→酸→堿性的演化趨勢(shì)（涂懷奎，1991） 。

圖1 揚(yáng)子板塊北緣大地構(gòu)造略圖（a）南鄭區(qū)黃官鎮(zhèn)一帶地質(zhì)簡(jiǎn)圖（b）據(jù)陜西省地質(zhì)調(diào)查院，2008 修改）及高橋溝一帶地質(zhì)簡(jiǎn)圖（c）（據(jù)陜西省地質(zhì)調(diào)查院，2013 修改）Fig.1 (a) Geological sketch map of the Northern Yangtze Block, (b) Huangguan and (c) Gaoqiao simplified geological maps

高橋溝二長(zhǎng)花崗斑巖位于漢南雜巖體的南西部，屬于黃官嶺巖體的一部分（圖1b），黃官嶺巖體主要分布在南鄭區(qū)黃官鎮(zhèn)一帶，主要侵入中元古界上兩組（Pt2s）中，呈近南北向帶狀產(chǎn)出，南側(cè)與古生代-中生代地層為斷層接觸，西側(cè)被南華系南沱組沉積不整合覆蓋，東側(cè)脈動(dòng)侵入于先期形成的中細(xì)粒淺色鉀長(zhǎng)花崗巖之中。

2 巖體地質(zhì)及巖相學(xué)特征

該期侵入巖（體）在區(qū)域上構(gòu)成漢南花崗巖體最外部的二長(zhǎng)花崗斑巖帶，呈近北東向展布，與區(qū)域構(gòu)造方向基本一致。高橋溝巖體呈小巖枝分布于高橋溝一帶（圖1c），呈近南北向帶狀產(chǎn)出，巖性為二長(zhǎng)花崗斑巖。南側(cè)與肉紅色似斑狀二長(zhǎng)花崗巖為脈動(dòng)接觸，西側(cè)、東側(cè)被南華系南沱組超覆其上，北側(cè)延出研究區(qū)外。

二長(zhǎng)花崗斑巖呈淺暗褐色、灰黑色，斑狀結(jié)構(gòu)、霏細(xì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造（圖2A）。巖石由斑晶（15%±）和基質(zhì)（85%±）組成。斑晶主要為石英（5%～6%）、鉀長(zhǎng)石（6%～7%）、斜長(zhǎng)石（3%），大小多為0.5～1.5 mm，少量為0.2～0.5 mm 及2～3 mm。鉀長(zhǎng)石斑晶呈不規(guī)則他形板狀，主要為正長(zhǎng)石及條紋長(zhǎng)石；斜長(zhǎng)石呈半自形板柱狀（圖2b），發(fā)育聚片雙晶，邊圈均見熔蝕，且表面較污濁；石英呈它形粒狀，局部見港灣狀熔蝕邊圈或熔蝕穿孔?；|(zhì)主要為霏細(xì)狀長(zhǎng)石及石英（75%±）、顯晶質(zhì)長(zhǎng)石石英（10%±）及少量綠泥石、磁鐵礦，大多都小于0.005 mm，可見少量為0.01～0.05 mm。副礦物含量較少，主要為鋯石、黃鐵礦、閃鋅礦、綠簾石、褐鐵礦、鈦鐵礦和磁鐵礦。

圖2 高橋溝二長(zhǎng)花崗斑巖野外特征（a）及顯微鏡下特征（b）Fig.2 (a) The field characteristics and (b) micropotographof monzonitic granite porphyry

3 形成時(shí)代

高橋溝二長(zhǎng)花崗斑巖侵入于太古代—元古代中、高級(jí)變質(zhì)結(jié)晶基底中（1：25 萬漢中幅報(bào)告），被南華系南沱組超覆，研究區(qū)外南江縣桃園鎮(zhèn)茶園溝震旦系陡山沱組沉積不整合于南華紀(jì)細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖之上。本次工作在二長(zhǎng)花崗斑巖中采集1 件鋯石U-Pb 法同位素年齡樣品（LTW3），在樣品中挑選了19 顆鋯石,陰極發(fā)光顯示為巖漿成因鋯石特征（圖3），經(jīng)西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，采用激光等粒子體質(zhì)譜儀（LA-MCP-MS）進(jìn)行分析測(cè)試，由U-Pb 同位素年齡諧和圖（圖4a）和加權(quán)平均求得的同位素年齡為（794.4±5.7）Ma（圖4b），U-Pb 同位素參數(shù)值見（表1）。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景、構(gòu)造期并參考該同位素年齡值，筆者確定該期侵入所形成的二長(zhǎng)花崗斑巖時(shí)代為南華紀(jì)早期。

表1 高橋溝二長(zhǎng)花崗斑巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 測(cè)年數(shù)據(jù)表Tab.1 LA-ICP-MS U-Pb dating of the Gaoqiaogou adamellite porphyry

圖4 二長(zhǎng)花崗斑巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 年齡諧和圖（a）及206Pb/238U 加權(quán)平均年齡圖（b）Fig.4 (a) LA-ICP-MS Zircon U-Pb age Concordia diagram and (b) 206Pb/238U weighted average age for monzonitic granite porphyry

4 主量、微量元素特征

4.1 主量元素特征

高橋溝二長(zhǎng)花崗斑巖的SiO2含量為75.78%～76.51%，平均值為76.15%，屬酸性巖范疇；Al2O3為11.80%，堿含量一般，其中Na2O 為3.75%，K2O 為4.07%；其他氧化物含量分別為：TFe2O3為1.40%；MgO為0.18%；CaO 為0.50%；TiO2為0.23%；MnO 為0.18%；P2O5為0.05%。二長(zhǎng)花崗斑巖中氧化物含量與中國花崗巖類平均含量相比，除SiO2含量偏高，其余大部分均偏低。

二長(zhǎng)花崗斑巖以富堿（K2O＋Na2O 值為7.78%～7.84%），富K（K2O/Na2O 值為1.07～1.10）為特征。里特曼指數(shù)σ 值為1.83～1.85，屬于鈣堿性系列，表現(xiàn)出高鉀鈣堿性的演化趨勢(shì)。二長(zhǎng)花崗斑巖的鋁飽和指數(shù)A/CNK 平均值為0.95，小于1；而A/NK 為平均值為1.02，略大于1，屬于鋁正常系列（石啟慧等，2023）。它們的分異指數(shù)（DI）值為93.32，反映該期侵入體的分異程度高。鎂鐵指數(shù)（MF）大（MF=93.19），長(zhǎng)英指數(shù)（FL）也大（FL= 94），說明巖漿分離結(jié)晶程度高（李昌年，1992）。

4.2 微量元素特征

二長(zhǎng)花崗斑巖中微量元素特征為強(qiáng)不相容元素Rb、Th、Ba、U 元素強(qiáng)烈富集；中等不相容元素Sr 強(qiáng)烈虧損，與斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶相關(guān)（陳雋璐等，2008）。而相容元素Ni、Co、V、Sn 含量很低。巖石中其他有益元素大部分無明顯富集趨勢(shì)。微量元素特征與成熟大陸弧花崗巖型基本一致。

二長(zhǎng)花崗斑巖中稀土總量∑REE 值為272.57×10-6，輕稀土LREE 含量為226.58×10-6，重稀土HREE 含量為45.99×10-6，LREE/HREE 值 為4.93；（La/Yb）N值 為3.89，（La/Sm）N值為3.13，輕重稀土元素組之間分餾明顯（孫巍等，2023；田龍等，2023），輕稀土元素內(nèi)部的分餾也明顯，重稀土元素組內(nèi)部分餾較弱。δEu 值為0.58，具較明顯的負(fù)Eu 異常，表明巖漿源區(qū)有大量的斜長(zhǎng)石殘留或者在巖漿演化過程中斜長(zhǎng)石發(fā)生過較強(qiáng)的分離結(jié)晶作用。δCe 值為1，無異常，其特征顯示巖漿源于下地殼物質(zhì)的熔融或殼幔接合部。

從稀土元素特征可以看出，輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，（La/Yb）N值為3.89，說明輕稀土元素較重稀土元素富集且分異程度較好。

5 花崗巖成因及構(gòu)造環(huán)境分析侵位機(jī)制探討

5.1 巖石成因及構(gòu)造環(huán)境分析

高橋溝二長(zhǎng)花崗斑巖以斑狀結(jié)構(gòu)，含少量的鋯石、黃鐵礦、閃鋅礦、綠簾石、褐鐵礦、鈦鐵礦、磁鐵礦為特征，屬高鉀鈣堿性花崗巖類，根據(jù)樣品分析結(jié)果結(jié)合1∶25 萬南江市幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，認(rèn)為區(qū)內(nèi)二長(zhǎng)花崗斑巖為巖漿成因。二長(zhǎng)花崗斑巖鋁飽和指數(shù)（A/CNK）值為0.92～0.99，均小于1，這與I 型花崗巖的鋁飽和指數(shù)（A/CNK）小于1相符（石啟慧等，2023）。在稀土元素方面，二長(zhǎng)花崗斑巖的輕重稀土比值（LREE/HREE）為4.93，輕稀土元素富集，重稀土元素虧損的特征，與I 型花崗巖相似。結(jié)合地質(zhì)產(chǎn)出特征，筆者認(rèn)為二長(zhǎng)花崗斑巖屬I 型花崗質(zhì)巖類。δEu 值為0.58，具較明顯的負(fù)Eu 異常；δCe 值為1，無異常，顯示巖漿源為殼源，其特征顯示巖漿源于下地殼物質(zhì)的熔融或殼幔接合部，巖漿形成初期可能有幔源物質(zhì)加入。巖石微量元素特征顯示，相容元素Ni、Co 等強(qiáng)烈虧損，而不相容元素Rb、Rb、Th、Ba、REE 等則強(qiáng)烈富集，形成強(qiáng)烈對(duì)比，說明巖漿主源區(qū)并非來自地幔，而是經(jīng)地殼深熔作用或部分熔融作用形成巖漿。二長(zhǎng)花崗斑巖巖漿源于下地殼或太古宙沉積巖、火山巖局部熔融，形成于巖漿演化中晚期階段。部分巖漿沿構(gòu)造脆弱帶率先侵入近地表，形成淺成-超淺成相的具霏細(xì)結(jié)構(gòu)基質(zhì)的二長(zhǎng)花崗斑巖。

漢南雜巖體U-Pb 同位素年齡年齡為（794.4±5.7）Ma。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景、構(gòu)造期并參考該同位素年齡值，筆者確定該期侵入所形成的二長(zhǎng)花崗斑巖時(shí)代為南華紀(jì)早期。根據(jù)前人總結(jié)的漢南雜巖體的4 個(gè)巖漿演化階段，其中，第4 階段是與板塊后碰撞階段相關(guān)的新元古代酸性花崗巖類階段（新元古代中晚期），發(fā)生晉寧遠(yuǎn)動(dòng)，原中酸性巖或殘留巖漿因物理化學(xué)條件的變化，開始向上侵位并熔融上地殼中物質(zhì)形成酸性巖漿，形成花崗閃長(zhǎng)巖向花崗巖演化趨勢(shì)。該演化趨勢(shì)符合漢南雜巖體演化趨勢(shì)，即中基性巖漿向中酸性巖漿演化，再向酸性巖漿演化特征。根據(jù)研究區(qū)花崗巖的地質(zhì)產(chǎn)出特點(diǎn)，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景分析認(rèn)為，研究區(qū)內(nèi)侵入巖為后造山構(gòu)造環(huán)境。

5.2 侵位機(jī)制探討

二長(zhǎng)花崗斑巖呈暗褐-灰黑色，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)霏細(xì)結(jié)構(gòu)，鎂鐵含量較高。根據(jù)巖石特征表現(xiàn)出近地表的侵入巖特點(diǎn)，說明其形成深度具淺成-超淺成相的形成特點(diǎn)。

在薊縣紀(jì)末揚(yáng)子區(qū)地殼總體上升的基礎(chǔ)上，新元古代地殼加厚，使當(dāng)時(shí)的漢南地區(qū)地殼上升，巖漿隨之上升侵入于火地埡群中，形成漢南雜巖體中的淺成相的礦物以中細(xì)粒為主，呈斑狀、似斑狀結(jié)構(gòu)的花崗質(zhì)巖體，以巖基、巖株或巖枝狀產(chǎn)出。縱觀漢南雜巖體出露巖體，該期出露面積較小，但在巖體邊緣均有出露，西側(cè)為研究區(qū)內(nèi)及附近南鄭鋼廠為代表的花崗巖體，東側(cè)為西鄉(xiāng)花崗巖體。總體呈現(xiàn)出侵吞的方式產(chǎn)出在巖體邊緣。由此可預(yù)測(cè)，研究區(qū)在新元古代晚期南華紀(jì)，總體處于一個(gè)相對(duì)較強(qiáng)的伸展拉張環(huán)境，由于拉張及構(gòu)造作用導(dǎo)致區(qū)域地溫即區(qū)域熱流值升高，巖漿體積急劇膨脹，體積擴(kuò)張應(yīng)變速率超過由巖漿的浮力所造成的擠壓應(yīng)變速率，造成巖漿源區(qū)向上遷移，導(dǎo)致中下地殼部分熔融，使巖漿以刺破式就位于早期形成的巖體邊緣，形成花崗質(zhì)巖體。侵入巖屬強(qiáng)力就位的侵位機(jī)制。

6 結(jié)論

（1）高橋溝花崗斑巖體位于揚(yáng)子板塊北緣，屬于漢南雜巖的一部分。巖體呈小巖枝分布于高橋溝一帶，呈近南北向帶狀產(chǎn)出，南側(cè)與肉紅色似斑狀二長(zhǎng)花崗巖為脈動(dòng)接觸，西側(cè)、東側(cè)被南華系南沱組超覆其上。侵入時(shí)代為南華紀(jì)早期，巖性為二長(zhǎng)花崗斑巖。巖石化學(xué)分析顯示SiO2含量為75.78%～76.51%，平均值為76.15%，屬酸性巖范疇；鋁飽和指數(shù)（A/CNK）平均值 為0.95，屬于鋁正常系列花崗巖，巖石富堿、富鉀，里特曼指數(shù)σ 值為1.83～1.85，屬于鈣堿性系列，其分異指數(shù)、鎂鐵指數(shù)、長(zhǎng)英指數(shù)整體高，說明巖漿分離結(jié)晶程度高。

（2）二長(zhǎng)花崗斑巖微量元素中強(qiáng)不相容元素Rb、Th、Ba 等元素強(qiáng)烈富集；中等不相容元素Sr 強(qiáng)烈虧損，而相容元素Ni、Co、V、Sn 含量很低，巖石中其它有益元素大部分無明顯富集趨勢(shì)。二長(zhǎng)花崗斑巖的稀土總量∑REE 值為272.57×10-6，輕重稀土元素組之間分餾明顯，輕稀土元素內(nèi)部分餾也明顯，重稀土元素組內(nèi)部分餾較弱。δEu 為0.58，具較明顯的負(fù)Eu 異常；δCe 為1，無異常。稀土元素特征為輕稀土元素富集，重稀土元素虧損。

（3）漢南雜巖體U-Pb 同位素年齡年齡為（794.4±5.7）Ma。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景、構(gòu)造期并參考該同位素年齡值，筆者確定該期侵入所形成的二長(zhǎng)花崗斑巖時(shí)代為南華紀(jì)早期，該巖體呈刺破式就位于早期形成的的巖體邊緣，巖石具I 型花崗巖特征；侵入巖屬強(qiáng)力就位的侵位機(jī)制，形成于淺成-超淺成相帶。

致謝：本文在編寫和修改過程中得到陳雋璐正高級(jí)工程師、趙平甲正高級(jí)工程師的熱心指導(dǎo)，提出了寶貴意見和建議，在此致以衷心的感謝！