韓宗珠，衣偉虹，李三忠，來(lái)志慶，張 賀

（中國(guó)海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院，海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266100）

桂北摩天嶺和元寶山花崗巖類巖石地球化學(xué)及成因研究＊

韓宗珠，衣偉虹，李三忠，來(lái)志慶，張 賀

（中國(guó)海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院，海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266100）

桂北摩天嶺和元寶山地區(qū)廣泛發(fā)育花崗巖類巖石。巖石地球化學(xué)研究表明，該區(qū)花崗巖類巖石具有相對(duì)富硅、鉀，貧鈉、鈣，富集輕稀土以及Ba、Sr、Eu虧損的特征。巖石屬于堿性－鈣堿性高鉀花崗巖，其分離結(jié)晶作用強(qiáng)烈，是巖漿演化至晚階段的產(chǎn)物。對(duì)巖石的成因分析表明，該區(qū)花崗巖類巖石是在揚(yáng)子板塊與華夏板塊以及個(gè)別小型島弧地體的碰撞造山作用下形成的后造山花崗巖類。

花崗巖類；巖石地球化學(xué)；成因；桂北

華南揚(yáng)子地塊周邊廣泛出露新元古代火成巖，Li ZX et al［1－5］認(rèn)為華南板塊是Rodinia超大陸的重要組成部分，大約在0.7Ga時(shí)，Rodinia的裂解使得華南（包括揚(yáng)子陸塊和華夏陸塊）與其它大陸分離。該地區(qū)新元古代中期（830～740Ma）的火成巖是板內(nèi)巖漿作用形成，并與Rodinia超大陸下的地幔柱／超級(jí)地幔柱活動(dòng)引起的大規(guī)模地殼去頂、南華與康滇裂谷的發(fā)育具有同時(shí)性［6－9］。所以，研究新元古代巖漿作用對(duì)于Rodinia超大陸的研究具有重要的指示性意義。

桂北地區(qū)廣泛發(fā)育有前寒武紀(jì)花崗巖類巖石，主要巖石類型為黑云母花崗巖和花崗閃長(zhǎng)巖。前人對(duì)桂北地區(qū)花崗巖體進(jìn)行過(guò)不同程度的研究，積累了豐富的資料（毛景文等［10］；葛文春等［11］；邱檢生等［12］），探討了桂北不同地區(qū)花崗巖的巖石地球化學(xué)特征和成因。此外，前人還通過(guò)鋯石U－Pb測(cè)年得出該區(qū)花崗巖類形成于820～825Ma左右的晉寧晚期［13］。

桂北地區(qū)花崗巖類成因和構(gòu)造環(huán)境的研究，對(duì)揚(yáng)子地塊東南緣新元古代花崗巖的成因和大地構(gòu)造背景的研究具有重要的意義。本文選取摩天嶺和元寶山花崗巖類為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)該區(qū)花崗巖類的巖石地球化學(xué)特征的研究，并結(jié)合前人研究資料，討論該區(qū)巖石的成因及構(gòu)造環(huán)境。

1 地質(zhì)背景及巖石學(xué)特征

桂北地區(qū)位于揚(yáng)子地塊南緣，其主要地質(zhì)單元包括中元古代四堡群、新元古代丹洲群、花崗巖及區(qū)內(nèi)廣泛分布的鎂鐵質(zhì)－超鎂鐵質(zhì)侵入體（見(jiàn)圖1）。四堡群火山－沉積巖系厚度巨大，為形成于活動(dòng)大陸邊緣的粉砂質(zhì)－泥質(zhì)沉積巖和枕狀玄武質(zhì)火山巖系。四堡群巖石遭受晉寧期綠片巖相變質(zhì)作用，被認(rèn)為是桂北地區(qū)的變質(zhì)基底［11］。而丹洲群為上元古界的一套淺變質(zhì)巖。廣泛發(fā)育的新元古代花崗巖體均侵入四堡群變質(zhì)地層之中，其中摩天嶺和元寶山地區(qū)巖體出露面積較大，具有代表性。此外還有很多地區(qū)也有花崗巖體的出露。

圖1 桂北地區(qū)花崗巖類分布簡(jiǎn)圖Fig.1 Simplified geological map showing the distribution of the granitoids in northern Guangxi

桂北摩天嶺花崗巖體北緣主要指黔桂邊境地區(qū)的貴州省從江縣西部、廣西壯族自治區(qū)融水縣北部一帶。在構(gòu)造上，摩天嶺花崗巖體北緣地處揚(yáng)子陸塊東南邊緣，揚(yáng)子陸塊北接華北陸塊和秦嶺造山帶，西接右江造山帶并與印度陸塊相鄰，東接太平洋板塊，南與華南陸塊毗鄰，其發(fā)展演化歷史是與周邊各大地構(gòu)造單元相互作用和影響的歷史。摩天嶺花崗巖體略呈橢圓形，沿NNE－SSW向延伸，面積約1 000km2，侵入于圍巖中元古界四堡群中，接觸界線清楚，局部地段為漸變關(guān)系，與圍巖關(guān)系比較協(xié)調(diào)，沒(méi)有強(qiáng)烈的沖擠現(xiàn)象。接觸面均向四周傾斜，南北兩端傾角較緩，東西兩端傾角較陡，一般為45（°）～50（°），對(duì)圍巖造成的接觸熱變質(zhì)明顯，因遭受不同程度的變形變質(zhì)作用改造普遍具有片麻理構(gòu)造。該巖體主要由三防巖體、本洞巖體和汪洞巖體等小型巖體組成。三防巖體主要由黑云母花崗巖組成，并侵入本洞巖體，本洞巖體呈腎狀，主要由花崗閃長(zhǎng)巖組成。

元寶山花崗巖巖體位于融水縣元寶山，呈一長(zhǎng)軸為近南北向的橢圓狀，長(zhǎng)約28km，寬約13km，出露面積約20km2。巖性基本都是斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖。元寶山巖體中，特別是巖體中西部，廣泛發(fā)育片麻狀構(gòu)造。

研究區(qū)花崗巖巖體規(guī)模大、活動(dòng)期次多，本文所用樣品主要采集于四堡－雪峰期巖體。對(duì)研究區(qū)花崗巖類的鏡下觀察，可見(jiàn)典型礦物組合為石英（26%～30%）＋斜長(zhǎng)石（26%～30%）＋微斜長(zhǎng)石（35%～44%）＋黑云母（4%～6%）＋白云母（1%～5%），其中白云母可以分為長(zhǎng)石顆?？障吨薪Y(jié)晶的較自形原生白云母和沿巖石裂隙或斜長(zhǎng)石蝕變而成的次生白云母，如樣品GX07－047；副礦物為綠簾石＋鋯石＋電氣石。

2 巖石地球化學(xué)特征

桂北摩天嶺和元寶山花崗巖類巖石樣品的主元素和微量元素組分分別列于表1和2。巖石樣品的主元素測(cè)試方法采用X熒光光譜（XRF）法（中國(guó)海洋大學(xué)地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室，分析精度優(yōu)于2%～5%）和硅酸鹽全巖分析法（山東省第四地質(zhì)勘查院，分析精度優(yōu)于1%～5%）。微量元素采用電感耦合等離子質(zhì)譜（ICP－MS）分析法（中國(guó)海洋大學(xué)地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室，分析精度優(yōu)于3%）和濕法化學(xué)分析法（青島海洋地質(zhì)研究所，分析精度優(yōu)于0.1%）測(cè)得。由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用了不同的元素分析測(cè)試方法，所以對(duì)同一元素的含量測(cè)試存在一定的誤差。但是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響較小，所以本文直接采用了測(cè)試數(shù)據(jù)。

2.1 主量元素

表1中列出區(qū)內(nèi)花崗巖類的巖石化學(xué)成分、CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物組成和巖石化學(xué)參數(shù)。通過(guò)與世界花崗巖平均值對(duì)比可以看出，研究區(qū)花崗巖類具有以下特點(diǎn)：

a.富硅：研究區(qū)花崗巖類的二氧化硅含量高于世界花崗巖平均值。

b.富鉀貧鈉：區(qū)內(nèi)ALK含量低于世界花崗巖的含量，K2O含量遠(yuǎn)大于世界平均值，Na2O含量遠(yuǎn)低于世界平均值，N／K＝0.39。

c.貧鈣：區(qū)內(nèi)花崗巖類的CaO含量?jī)H為0.59%，約為世界平均值的1／3。

d.此外，Mn O含量遠(yuǎn)高于世界平均值；Mg O、Al2O3、TiO2含量低于世界平均值。

e.DI＝88，略高于世界平均值；SI＝6.18，但樣品間差異較大從0.39～13.61不等。

可見(jiàn)，研究區(qū)花崗巖類在演化過(guò)程中巖漿的分離結(jié)晶作用強(qiáng)烈，分異度高，酸度高，是巖漿演化至晚階段的產(chǎn)物［14］。

巖石的CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物中均出現(xiàn)剛玉，可將其歸為過(guò)鋁質(zhì)花崗巖類，表示其源區(qū)物質(zhì)為硅鋁質(zhì)地殼物質(zhì)，但樣品間含量的差異又表示其源區(qū)的組成并非完全相同［12］。

根據(jù)巖石的全堿－硅（TAS）分類圖（見(jiàn)圖2）和K2O vs SiO2圖（見(jiàn)圖3）、SiO2－AR（堿度率）圖（見(jiàn)圖4），研究區(qū)巖石樣品為堿性－鈣堿性高鉀花崗巖。根據(jù)花崗巖構(gòu)造環(huán)境Al2O3－SiO2判別圖（見(jiàn)圖5），研究區(qū)花崗巖為后造山環(huán)境下形成的花崗巖類。

表1 桂北摩天嶺和元寶山花崗巖類巖石主元素組成Table 1 Major element compositions of granitoids／%

表2 桂北摩天嶺和元寶山花崗巖類巖石微量元素和稀土元素組成Table 2 Trace element and REE compositions of granitoids／μg·g－1

2.2 微量元素和稀土元素

表2中列出了研究區(qū)花崗巖類巖石樣品的微量元素和稀土元素含量。從表中可知該區(qū)巖石的基性元素Co、Ni、Cr含量較低，主要介于1.13～4.81μg／g、1.29～6.30μg／g、1.64～13.60μg／g，說(shuō)明巖石經(jīng)歷了高度的結(jié)晶分異作用［10］。而Rb／Sr比值介于0.65～6.29，平均值為1.88，較斜長(zhǎng)花崗巖比值（約0.016）高［10］。Th／U比值介于0.64～5.74，平均值為3.13。根據(jù)前人資料，華南Ⅰ型花崗巖Rb／Sr一般小于3，Th／U＞3，S型花崗巖Rb／Sr＞3，Th／U＜3［17］。通過(guò)對(duì)比可以看出，研究區(qū)花崗巖類與斜長(zhǎng)花崗巖并不相同，而與Ⅰ型花崗巖十分類似［10］。在微量元素蛛網(wǎng)圖（見(jiàn)圖6）中，Ba、Sr元素表現(xiàn)為明顯的負(fù)異常，顯示弧火山巖的特征［18］。

研究區(qū)花崗巖樣品的∑REE和L／H變化范圍主要為50.78～99.54μg／g和2.84～5.13之間；（La／Yb）N值介于1.77～5.06，僅個(gè)別樣品的（La／Yb）N值小于2.0；δEu的范圍為0.11～0.37。在稀土元素分布模式圖中表現(xiàn)為富集輕稀土，并有不同程度的Eu負(fù)異常（見(jiàn)圖7）。Eu的負(fù)異常表明巖石在演化過(guò)程中斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用較顯著［12］。此外，部分Ce也表現(xiàn)出輕微的負(fù)異常特征。從REE模式圖中可以看出樣品具有M型稀土元素四分組效應(yīng)，第一組La－Ce－Pr－Nd、第二組Pm－Sm－Eu－Gd、第三組Gd－Tb－Dy－Ho和第四組Er－Tm－Yb－Lu。其中第二組元素受Eu虧損影響而偏離上凸曲線［19］。

據(jù)花崗巖類的Ce－SiO2判別圖（見(jiàn)圖8）劃分巖石類型，樣品投點(diǎn)于Ⅰ型區(qū)，表示該區(qū)花崗巖類型屬于Ⅰ型花崗巖。在花崗巖類微量元素構(gòu)造判別圖（圖9）中，巖石投影于syn－COLG區(qū)，個(gè)別投影于VAG區(qū)，表明巖石的形成與碰撞造山作用有關(guān)，這與主元素判別的結(jié)果相吻合。

圖6 花崗巖類微量元素蛛網(wǎng)圖［15－16］Fig.6 Spider diagram for trace elements of granites

3 巖石成因討論

桂北摩天嶺和元寶山地區(qū)分布的前寒武紀(jì)花崗巖體在規(guī)模上較為局限，巖體具有典型侵入定位的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特點(diǎn)，普遍缺乏邊緣混合巖化帶。這與定位期和后期定向構(gòu)造有關(guān)［20］。從巖體產(chǎn)出的構(gòu)造環(huán)境來(lái)看，巖體分布于揚(yáng)子地塊南緣，揚(yáng)子地塊與華夏地塊在1000Ma左右的晉寧時(shí)期發(fā)生碰撞對(duì)接［12］。而前人的鋯石U－Pb測(cè)年顯示該區(qū)花崗巖類形成于820～825Ma左右，屬于晉寧晚期。

晉寧運(yùn)動(dòng)時(shí)，中元古代晚期揚(yáng)子古陸塊與華夏古陸塊間發(fā)生洋－陸俯沖和陸－陸碰撞作用。碰撞的早期，夾雜著鎂鐵質(zhì)雜巖的低成熟度的四堡群變質(zhì)基底發(fā)生部分熔融。之后，隨著俯沖作用的進(jìn)一步加強(qiáng)，揚(yáng)子板塊南緣的深部發(fā)生大規(guī)模的幔源巖漿底侵作用，以四堡群為基底的高成熟度的上部地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融，從而導(dǎo)致區(qū)內(nèi)大規(guī)模的花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)［12］。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，大約以桂北九萬(wàn)山近東西斷裂構(gòu)造帶為界，以北是揚(yáng)子大陸的大陸邊緣，以南是被一小洋盆相隔的島弧地體，四堡期末該地體與揚(yáng)子大陸邊緣發(fā)生碰撞拼貼造山作用，具體過(guò)程見(jiàn)文獻(xiàn)［21］。在這些作用的共同影響下，形成了該區(qū)的花崗巖地體。即該區(qū)花崗巖是桂北地區(qū)“迅速”進(jìn)入陸內(nèi)俯沖造山階段的產(chǎn)物。

另外，從巖石的地球化學(xué)特征可以看出該地區(qū)花崗巖類屬于碰撞造山作用下形成的后造山花崗巖類，其巖漿來(lái)源于為硅鋁質(zhì)地殼物質(zhì)，是巖漿演化至晚階段的產(chǎn)物。

4 結(jié)論

通過(guò)以上研究，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）桂北地區(qū)花崗巖類巖石的地球化學(xué)特征表明：巖石在演化過(guò)程中經(jīng)歷了強(qiáng)烈的分離結(jié)晶作用，巖石特征與Ⅰ型花崗巖十分類似，具有弧火山巖的特征，是巖漿演化至晚階段的產(chǎn)物。

（2）巖石標(biāo)準(zhǔn)礦物中剛玉的出現(xiàn)說(shuō)明該花崗巖類屬于過(guò)鋁質(zhì)花崗巖類，其源區(qū)物質(zhì)為硅鋁質(zhì)地殼物質(zhì)。

（3）研究區(qū)巖石為堿性－鈣堿性高鉀花崗巖，該花崗巖的形成與碰撞造山作用有關(guān)，為后造山環(huán)境下形成的花崗巖類。

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Geochemistry and Petrogenesis of Granitoid Rocks in Motianling Area and Yanbaoshan Area，Northern Guangxi

HAN Zong－Zhu，YI Wei－Hong，LI San－Zhong，LAI Zhi－Qing，ZHANG He
（The Key Lab of Submarine Geosciences and Prospecting Techniques，College of Marine Geoscience，Ocean University of China，Qingdao 266100，China）

Granitoid rocks are widely distributed in Motianling Area and Yanbaoshan Area in northern Guangxi.According to rock geochemistry，these granitoid rocks are characterized by relatively enriched in Si、K and poor in Na、Ca、Ba、Sr、Eu，and have higher LREE.These rocks belong to alkaline－－calcium－alkaline granites，and have high fractional crystallization.Based on the analysis of their petrogenesis，it is concluded that the granitoid rocks are formed at the collision between the Cathaysia block and the Yangtze block or between the Yangtze block and a certain island arc block，and are postorogenic granites.

granites；geochemistry；petrogenesis；northern Guangxi

P588.12；P595

A

1672－5174（2012）04－059－07

2011－05－08；

2012－03－05

韓宗珠（1964－），男，教授。E－mail：hanzongzhu＠ouc.edu.cn

責(zé)任編輯 徐 環(huán)