石先濱, 鄧乾忠

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢　430034)

0　引言

在南秦嶺造山帶東南段武當(dāng)山地區(qū)與揚子克拉通北緣與接壤地帶,巖漿活動從新元古代至晚古生代均有侵入,基性、堿性、酸性均有產(chǎn)出。近10年來,前人對武當(dāng)群變質(zhì)火山巖系、基性巖墻等進行了大量年代學(xué)及大地構(gòu)造環(huán)境研究[1-6],獲取了豐富的同位素測年數(shù)據(jù)。其中,前人對部分基性侵入巖的形成時代,采用鋯石U-Pb定年方法,獲得年齡為679～822 Ma[7];采自武當(dāng)群雙臺(巖)組變晶屑巖屑凝灰?guī)r,由36粒鋯石構(gòu)成的不一致線與諧和曲線的上交點年齡為(749±8)Ma(MSWD=0.93),由其中11粒諧和鋯石獲得的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(752±4)Ma(MSWD=0.94),另兩粒基本諧和的鋯石206Pb/238U年齡分別為(820±6)和(833±6)Ma;采自耀嶺河組變流紋質(zhì)火山巖,22粒諧和鋯石獲得的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(686±3)Ma(MSWD=0.85),形成于晉寧期,相當(dāng)于新元古代中—晚期,為研究秦嶺造山帶南緣這一時期地質(zhì)構(gòu)造發(fā)展與演化積累了豐富的資料。但是,對于該時期武當(dāng)群分布區(qū)的酸性侵入巖體研究顯得較為薄弱,尤其是對該類巖體的產(chǎn)出與規(guī)模、形成時代與地質(zhì)意義的資料顯得較為缺乏。

作者通過近幾年對造山帶南緣與揚子克拉通北緣與接壤地帶進行的1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作,于造山帶南緣房縣石埡子一帶發(fā)現(xiàn)了花崗斑巖巖體,巖體產(chǎn)出于區(qū)域性竹山斷裂構(gòu)造帶北側(cè)的武當(dāng)群變中酸性火山碎屑巖中(圖1),過去未發(fā)現(xiàn)本類型侵入巖。本文主要是通過對該巖體進行的地質(zhì)特征、巖石學(xué)特征、巖石地球化學(xué)特征、同位素年代學(xué)研究,進而進行巖漿成因與形成構(gòu)造環(huán)境探討。

圖1　花崗斑巖體大地構(gòu)造位置簡圖Fig.1　Diagram of tectonic position of granite-porphyry bodies1.巖體位置；2.南秦嶺造山帶;3.中新生代盆地;4.上揚子地塊前陸褶沖帶;5.上揚子地塊臺地褶皺區(qū);6.輝綠巖體;7.神農(nóng)架基底;8.青峰斷裂;9.陽日斷裂;10.新華斷裂;11.竹山斷裂。

1　巖體地質(zhì)特征

花崗斑巖侵入體分布于房縣石埡子,呈近東西向透鏡狀產(chǎn)出于武當(dāng)群雙臺巖組(Nh1s)變中酸性火山巖中,巖體的產(chǎn)出形態(tài)與圍巖基本一致,出露面積較小,不足10 m2,花崗斑巖在空間上與圍巖呈侵入接觸關(guān)系清楚,呈指狀侵入于武當(dāng)群雙臺巖組(Nh1s)中(圖2、圖3),與武當(dāng)群變質(zhì)火山巖具明顯差異,巖體邊部巖石蝕變與片理化現(xiàn)象明顯,靠近中心部位,巖石結(jié)構(gòu)顆粒粗大,含較好的斑晶,略具片狀定向構(gòu)造。宏觀上地質(zhì)特征顯示整個巖體具較強的變形變質(zhì)特征(照片1)。

圖2　花崗斑巖與圍巖接觸關(guān)系特征Fig.2　Characteristics of contact relationship of granite-porphyry and surrounding rock1.花崗斑巖;2.武當(dāng)群雙臺巖組白云鈉長片巖。

圖3　花崗斑巖與圍巖接觸關(guān)系特征Fig.3　Characteristics of contact relationship of granite-porphyry and surrounding rock1.花崗斑巖;2.武當(dāng)群雙臺巖組白云鈉長片巖;3.第四系松散的礫石或亞砂土。

2　巖石學(xué)特征

該巖石主要礦物成分為:鉀長石46%,斜長石15%,石英20%,綠簾石15%,綠泥石2%,褐鐵礦1%,磷灰石>1%;鉀長石主要是正長石，次之為條紋長石,斜長石以更長石為主,長石多呈半自形板條狀,雙晶及解理發(fā)育,石英呈他形粒狀,巖石為碎斑結(jié)構(gòu)、花崗結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。

巖石中受到了強烈的脆性動力變質(zhì)作用,致使原巖中的主要礦物發(fā)生不同程度的碎裂,包括蝕變礦物綠簾石也發(fā)生了碎裂。巖石中碎基含量約占30%左右,長石多呈碎斑狀(照片2)。其巖石類型為強綠簾石化的變質(zhì)花崗斑巖。

通過該巖石野外產(chǎn)狀、組構(gòu)特征及礦物組合特征分析,該巖石發(fā)生變質(zhì)而生成新礦物綠簾石,具有殘余斑狀結(jié)構(gòu),基質(zhì)具微粒狀結(jié)構(gòu),綠簾石對原巖礦物交代,致使原巖面貌全非,但是可以看到半自形板條狀的鉀長石或他形—半自形板狀的斜長石,它們應(yīng)是原巖中的長石斑晶,而斑晶之間的長英質(zhì)礦物粒徑僅0.1～0.3 mm,斑晶粒徑可達1～1.5 mm,其原巖為花崗斑巖。

3　巖石地球化學(xué)特征

花崗斑巖巖石化學(xué)成分及含量由表1所示:主量元素SiO269.71%、TiO20.36%、A12O314.13%、Fe2O32.17%、FeO 0.85%、MnO 0.15%、CaO 3.29%、Na2O 5.42%、K2O 0.72%。巖石具酸性特征,SiO2含量為69.71(WB%); Na2O+ K2O含量較低,都在6.14(WB%)左右,且Na2O>K2O。巖石化學(xué)成份與戴里閃長巖平均值相比,除K2O含量偏低外,其它氧化物含量基本相當(dāng),A/CNK值0.901左右,主要屬準(zhǔn)鋁質(zhì);在SiO2-AR(堿度率)和硅、鉀相關(guān)圖解中,為鈣堿性或低鉀系列。

照片1　花崗斑巖與圍巖接觸界線Photo 1　Contact boundary of granite-porphyry and surrounding rock

照片2　花崗斑巖花崗結(jié)構(gòu)特征(正交偏光×16倍)Photo 2　Structural characteristics of granite-porphyry

根據(jù)該巖體微量元素含量特征(表2)及微量元素比值蛛網(wǎng)圖(圖4),總體具Nb、Ta、Ti等元素負(fù)異常,TiO2=0.36%,低Nb、低Ta和低Ti不能作為判別巖體屬于島弧巖系的絕對指標(biāo)[8],因為大陸地殼或大陸巖石圈的混染作用都能夠給出似島弧信號,因此,在利用該巖體的構(gòu)造環(huán)境地球化學(xué)判別圖解時必須考慮選用元素的適用性。另外,低Nb/La值(<1)是地殼混染作用的一個可靠的微量元素指標(biāo)[9],該巖體Nb/La=0.22,Ba/Nb=45,這個特點表明其母源的玄武質(zhì)巖漿遭受到大陸地殼物質(zhì)的混染,巖漿中的不相容元素,如La或Ba就會相對于Nb明顯增高,從而具有低Nb/La、高Ba/Nb的特點,該巖體的地球化學(xué)成分與原巖具有一定的繼承性,該特點也表明了其受到了強烈的地殼混染。

表1　石埡子巖體巖石化學(xué)成分表Table 1　Chemical composition of rocks of Shiyazi rock mass

注:樣品分析由湖北武漢綜合巖礦測試中心完成,主元素采用ICP-AES測定。

圖4　石埡子巖體微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.4　Spider diagram of trace element of Shiyazi rock mass

該巖體稀土元素總量130.35×10-6，為輕稀土富集型。δEu值較大,為0.92(表3)[10],表明大多數(shù)銪

為弱虧損。在稀土元素配分型式圖中(圖5),總體為向右傾斜曲線,銪谷較小,鈰谷則不清晰,具鈰的弱負(fù)異?；蛱潛p不明顯。輕稀土一側(cè)傾斜,重稀土一側(cè)為平緩型曲線。

4　同位素地球化學(xué)特征

本次采用微區(qū)原位測試技術(shù),在雙目顯微鏡下挑選條形晶形較完好,顆粒較大,透明的鋯石進行制靶,并保證整個制作過程中樣品的純凈,以保證鋯石測試的可靠性。鋯石的分選工作由廊坊誠信地質(zhì)服務(wù)公司完成。鋯石制靶、陰極發(fā)光照相及微區(qū)分選均在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室完成,使用的激光剝蝕系統(tǒng)為德國Lamda Physik公司生產(chǎn)GeoLas2005深紫外(DUV)193nmUArF準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng),采用的激光束斑直徑為32 μm,同位素數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal(ver 3.0)軟件[11-12],使用Andersen(2002)編制的軟件對測試數(shù)據(jù)進行普通鉛校正,并采用ISOPLOT程序進行加權(quán)平均年齡計算和諧和圖的繪制,單個分析值誤差為1 σ,年齡平均值誤差為96%置信度。

圖5　稀土元素配分曲線圖Fig.5　Curve of REE pattern

表2　石埡子巖體微量元素含量表

Table 2　Trace element content of Shiyazi rock mass 單位:×10-6

表3　石埡子巖體稀土元素含量表Table 3　REE content of Shiyazi rock mass　單位:×10-6

注：球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough,1989。

通過鋯石陰極發(fā)光照相(圖6),鋯石多數(shù)為淺灰黃色,不透明—半透明,油脂光澤,晶面光滑,少量發(fā)育裂紋,振蕩環(huán)帶較為清晰,但環(huán)帶較窄,鋯石形態(tài)呈板條狀,自形—半自形特征,晶棱渾圓,具熔蝕現(xiàn)象,晶體內(nèi)部有少量包體。根據(jù)鋯石的標(biāo)點年齡顯示,其年齡值較為集中,對比鋯石核部和環(huán)帶部位的年齡值,一般相差10～20 Ma左右。

該巖體同位素年齡采用鋯石LA-ICP-MS定年結(jié)果,鋯石分析測試的樣品選用鋯石顆粒較大,呈板狀,自形程度相對較好,陰極發(fā)光圖像顯示具有較寬的振蕩環(huán)帶,部分鋯石的核部與環(huán)帶均較為清晰,同時也挑選少部分鋯石核部進行測試。對該樣品21個點進行了U-Pb年齡測定(表4),其中Th含量28×10-6～460×10-6,平均267×10-6;U含量52×10-6～422×10-6,平均152×10-6;Th/U比值介于0.53～1.09之間,符合巖漿型鋯石的特征。從鋯石U-Pb諧和圖(圖7-圖9)可見206Pb/238U年齡值介于688～763 Ma之間,MSWD值較小,數(shù)據(jù)較為集中,年齡值較為接近,16個點的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(722.9±6)Ma,MSWD=0.46,n=16,代表了該巖體形成的年齡,屬晉寧期構(gòu)造熱事件的產(chǎn)物,地質(zhì)時代對應(yīng)于早南華世晚期。

5　巖漿成因與形成構(gòu)造環(huán)境探討

根據(jù)巖體出露形態(tài)特征、產(chǎn)狀及與圍巖接觸關(guān)系,界線兩側(cè)巖性突變,呈不規(guī)則的鋸齒狀,在接觸界線附近熱接觸變質(zhì)現(xiàn)象明顯,由巖體邊緣向中心礦物顆粒逐漸變粗,該巖體具酸性特征,巖石類型為花崗斑巖,巖石化學(xué)成分反映全堿(Na2O+K2O)和CaO較高,Na2O大于K2O,A/CNK比值為0.9,受后期變質(zhì)作用,性質(zhì)活潑的主量元素(K、Na)濃度發(fā)生了一定程度的改變;巖石地球化學(xué)特征分析表明其以火成巖為源區(qū),為玄武巖漿上升后受地殼不同程度混染或虧損地殼熔融的產(chǎn)物。

圖6　鋯石陰極發(fā)光照片及標(biāo)點年齡值Fig.6　Cathodoluminescence photos of zircon and age value

圖7　鋯石U-Pb諧和圖Fig.7　Concordia diagram of zircon U-Pb

圖8　鋯石206Pb/238U年齡柱狀分布圖Fig.8　Columner distribution of zircon206Pb/238U age

圖9　206Pb/238U加權(quán)平均年齡Fig.9　Weighted mean 206Pb/238U age

表4　石埡子巖體鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果Table 4　Analysis result of zircon U-Pb isotope of Shiyazi rock mass

注:206Pb為放射性成因206Pb的含量;普通鉛根據(jù)實測204Pb進行校正;誤差為1σ;年齡值的單位為Ma。

根據(jù)前人總結(jié)的秦嶺造山帶中具有兩條新元古代巖漿巖帶[13],調(diào)查區(qū)內(nèi)的該巖體處于南巖漿巖帶內(nèi),進一步證實了秦嶺造山帶南部可能存在一條新元古代中期裂谷帶,形成時代介于810～710 Ma之間。南華紀(jì)時期由于大陸地殼減薄,在伸展環(huán)境的巖漿作用下形成該巖漿巖帶,為該區(qū)構(gòu)造背景研究提供了新的可靠資料。區(qū)域上,它也是勞倫、澳大利亞和塔里木—揚子等大陸初始裂解的產(chǎn)物,該巖漿巖帶的存在,為研究Rodinia超大陸中的勞倫西部、澳大利亞和塔里木—揚子克拉通之間的破裂提供了動力學(xué)機制方面的依據(jù)。因此,本區(qū)花崗斑巖的發(fā)現(xiàn)對于研究南秦嶺造山帶構(gòu)造—巖漿—熱事件具有十分重要的意義。

6　結(jié)論

通過對房縣石埡子花崗斑巖的研究表明,結(jié)論有以下幾點:

(1) 南秦嶺造山帶南緣武當(dāng)群變酸性火山碎屑巖分布區(qū)房縣石埡子花崗斑巖體的發(fā)現(xiàn),具有重要地學(xué)研究意義,為重新認(rèn)識南秦嶺造山帶新元古代時期地質(zhì)發(fā)展與構(gòu)造演化提供了新的資料和依據(jù)。

(2) 通過對該巖體地質(zhì)特征、巖石特征、地球化學(xué)特征研究,巖體侵位形成后,經(jīng)受了較強區(qū)域構(gòu)造熱動力變質(zhì)變形作用,致使巖石呈碎裂狀結(jié)構(gòu),表明巖體的侵位早于主造山期。

(3) 通過對花崗斑巖采集鋯石U-Pb同位素年齡測試分析,獲得了206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(722.9±6)Ma,表明該巖體形成于晉寧期,對應(yīng)地質(zhì)時代為早南華世晚期。

(4) 結(jié)合巖漿成因與構(gòu)造環(huán)境分析,該花崗斑巖在伸展作用下,巖漿上升后受地殼不同程度混染或虧損地殼熔融,形成于裂谷構(gòu)造環(huán)境,應(yīng)屬Rodinia超大陸裂解的產(chǎn)物。

致謝：野外工作中得到了湖北省地質(zhì)調(diào)查院教授級高級工程師胡正祥、吳傳榮的現(xiàn)場指導(dǎo)；審稿專家對本文進行了認(rèn)真審閱,提出了寶貴的修改意見,在此一并致謝。

該擾動界面受到RT不穩(wěn)定性的作用, 界面小擾動開始增長. 起初, 界面小擾動按照線性e指數(shù)增長, 當(dāng)擾動幅值增長到一定程度后進入非線性階段. 在弱非線性階段, 由于非線性模耦合過程, 高次諧波(即2次諧波、 3次諧波等)相繼產(chǎn)生. 為此, 界面函數(shù)ηs(φ,θ,t)和速度勢函數(shù)φ(r,φ,θ,t)可以展開為小參數(shù)的冪級數(shù)形式

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