李小林, 胡俊良, 陳姣霞, 劉勁松, 劉阿睢, 邵 鑫

(1.湖北省地質(zhì)礦業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司,湖北 武漢 430022; 2. 武漢地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,湖北 武漢 430205;3.中國地質(zhì)調(diào)查局 花崗巖成巖成礦地質(zhì)研究中心,湖北 武漢 430205; 4.湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034)

大別山地區(qū)木子店巖體的地球化學(xué)特征與成因

李小林1, 胡俊良2,3*, 陳姣霞4, 劉勁松2,3, 劉阿睢2, 邵 鑫2

(1.湖北省地質(zhì)礦業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司,湖北 武漢 430022; 2. 武漢地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,湖北 武漢 430205;3.中國地質(zhì)調(diào)查局 花崗巖成巖成礦地質(zhì)研究中心,湖北 武漢 430205; 4.湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034)

木子店巖體大地構(gòu)造位置處于北大別北部,主要巖性為黑云二長花崗巖。巖體具有高硅(SiO2=67.44%～74.19%)、富鉀(K2O=3.51%～5.42%)的特征,Al2O3=13.28%～16.56%,鋁飽和指數(shù)ACNK值為0.94～1.08,為一套準(zhǔn)鋁質(zhì)—過鋁質(zhì)的高鉀鈣堿性巖石,巖石主體為I型花崗巖。木子店巖體Rb、Ba、Th、Pb等大離子親石元素明顯富集,Sr、Ba含量較高(分別為341～1 160 μg/g和557～2 000 μg/g),Y和Yb含量較低(分別為1.93～16.9 μg/g和0.2～2.72 μg/g),強(qiáng)烈虧損Nb、Ta和Ti,反映源區(qū)可能有石榴子石和金紅石殘留而無斜長石殘留,巖漿來源深度大;巖體為富集輕稀土、虧損重稀土的右傾型稀土配分模式((La/Yb)N=13.2～187.9),Eu正負(fù)異常均存在(δEu=0.46～1.97),只有月形塘單元(K1Yηγβψ)表現(xiàn)為明顯Eu負(fù)異常。結(jié)合Y和Yb含量較低,Sr/Y比值較高,木子店巖體的主體部分白衣沖單元(K1Bπηγβ)、烏石巖單元(K1Wηγβ)均表現(xiàn)為明顯埃達(dá)克巖特征,而月形塘單元(K1Yηγβψ)具有島弧火山巖特征。對(duì)巖體進(jìn)行構(gòu)造環(huán)境投圖,得其為火山弧環(huán)境;結(jié)合大別造山帶大量前人研究成果,認(rèn)為木子店巖體屬于富鉀的鈣堿性二長花崗巖類,形成于造山帶造山作用結(jié)束后大陸板塊從擠壓向伸展轉(zhuǎn)換的構(gòu)造環(huán)境,標(biāo)志著大別造山帶垮塌的開始,即厚的地殼伸展減薄的開始。

木子店巖體;花崗巖;地球化學(xué);成因機(jī)制;北大別

秦嶺—大別造山帶位于中國中部,是一個(gè)經(jīng)歷了多階段構(gòu)造演化的復(fù)雜的大陸碰撞造山帶[1-2],其演化后期廣泛發(fā)育花崗質(zhì)巖漿作用,根據(jù)前人的研究成果,東秦嶺—大別地區(qū)中生代巖漿巖的形成時(shí)代主要集中于145—110 Ma之間[3-7]。大別造山帶中生代巖漿活動(dòng)特別強(qiáng)烈,是世界上超高壓變質(zhì)地體中碰撞后花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)最為強(qiáng)烈的地區(qū)[8],大規(guī)模的晚中生代花崗巖類出露面積約占區(qū)域面積的17%[9]。在145—130 Ma形成的花崗巖體,常具有高Sr、Ba、La/Yb,低Y、Yb的地球化學(xué)性質(zhì),被稱為“埃達(dá)克質(zhì)巖”;在130—110 Ma形成的普通花崗巖,具有明顯虧損 Ba、Sr、Eu的地球化學(xué)特征[10-11];在130—123 Ma,基性侵入體也比較發(fā)育[12-14]。這兩個(gè)階段的花崗巖可能分別形成于碰撞和地殼加厚之后的伸展隆升階段,代表了不同的深部地殼大陸動(dòng)力學(xué)過程。不同階段花崗巖類的巖石地球化學(xué)和同位素地球化學(xué)特征很可能記錄了不同的熱源和物源對(duì)花崗巖漿作用的貢獻(xiàn),進(jìn)而能制約造山帶的演化歷程。

其中大別山地區(qū)因其超高壓變質(zhì)巖的發(fā)現(xiàn),受到地質(zhì)工作者的廣泛關(guān)注,同時(shí)由于早白堊紀(jì)巖石圈的強(qiáng)烈伸展垮塌產(chǎn)生了巨量的以花崗巖類為主的巖漿活動(dòng),從目前已有研究資料來看,早白堊紀(jì)巖漿作用主要集中在120—135 Ma之間[4-7,15-17],早白堊紀(jì)中酸性侵入巖普遍認(rèn)為是下地殼部分熔融產(chǎn)生[4,18-19],但對(duì)于源巖存在較大分歧,主要有鎂鐵質(zhì)榴輝巖和大別片麻巖兩種觀點(diǎn)[20-22],另外,幔源物質(zhì)也可能參與其形成[19],畢竟,大量的基性—超基性巖也發(fā)育在這一時(shí)期[23-25],暗示地幔來源的鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)巖漿作用與花崗質(zhì)巖漿作用之間的成因聯(lián)系[26]。對(duì)于其形成構(gòu)造背景主要存在三種觀點(diǎn):一種認(rèn)為形成于三疊紀(jì)陸—陸碰撞造山后環(huán)境[10,19,27];一種認(rèn)為與太平洋板塊的西向俯沖有關(guān),形成于晚中生代整個(gè)中國東部巖石圈減薄的構(gòu)造背景下,與三疊紀(jì)陸—陸碰撞無關(guān)[28-30];第三種認(rèn)為形成機(jī)制可能與早白堊世地幔超柱事件熱擾動(dòng)所引起的部分熔融有關(guān)[31]?？梢?對(duì)于該時(shí)期花崗巖類侵入體的成因和構(gòu)造背景還存在爭(zhēng)議。

大別造山帶是大別山早白堊紀(jì)中酸性巖漿活動(dòng)最為強(qiáng)烈的地區(qū),中酸性侵入巖廣泛分布,較大的巖體包括主簿源、天柱山、白馬尖、天堂寨、石鼓尖、商城等。而木子店巖體位于該地區(qū)南緣湖北境內(nèi),與商城巖體和達(dá)權(quán)店巖體比鄰,被曉天—磨子潭斷裂(局部稱為藥鋪—青山斷裂)隔開。商城巖體周緣由于距今發(fā)現(xiàn)了沙坪溝超大型鉬礦等較多大型超大型礦床一直備受矚目,研究程度也較高,而木子店巖體研究程度相對(duì)較低,本文采集了木子店巖體的樣品進(jìn)行巖石地球化學(xué)研究,并對(duì)其成因進(jìn)行初步探討,為其與比鄰的巖體進(jìn)行對(duì)比分析提供依據(jù),以指導(dǎo)該地區(qū)找礦工作。

1 地質(zhì)背景及巖相學(xué)特征

秦嶺—大別造山帶又稱中央造山帶,是一個(gè)大陸碰撞型造山帶,由華北地臺(tái)南部大陸邊緣(北秦嶺帶)、揚(yáng)子地臺(tái)北部大陸邊緣(南秦嶺帶)和位于其間的包含古洋殼殘余的對(duì)接帶組成。大別山位于其東部,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了長期多次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),尤以燕山期最為強(qiáng)烈,并伴以大規(guī)模的巖漿侵入和火山噴發(fā)。大別造山帶是三疊紀(jì)揚(yáng)子板塊和華北板塊俯沖—碰撞形成的高壓—超高壓變質(zhì)帶,其構(gòu)造體系根據(jù)主要構(gòu)造形跡,尤其是主干壓性、壓扭性構(gòu)造的特征、空間展布和排列組合方式,從北到南分為北淮陽構(gòu)造帶,北大別變質(zhì)雜巖帶,南大別高壓、超高壓變質(zhì)帶和宿松雜巖帶四個(gè)部分[32-33],大別山早白堊世中酸性巖在四個(gè)構(gòu)造單元中均有分布,在北大別出露最為廣泛[31,34-35]。

圖1 北大別木子店地區(qū)地質(zhì)簡圖及大地構(gòu)造位置?胡俊良等,湖北木子店—安徽吳家店地區(qū)礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查,2015。Fig.1 Generalized geologic map and tectonic position of the Muzidian area in North Dabie orogen

木子店巖體位于大別造山帶西部,以曉天—磨子潭斷裂(局部稱為藥鋪—青山斷裂)為界與商城巖體和達(dá)權(quán)店巖體比鄰,出露面積約為300 km2(圖1)。巖性主要為黑云母二長花崗巖,同時(shí)也有斑狀黑云母二長花崗巖、斑狀黑云母角閃二長花崗巖、鉀長花崗巖及少量花崗閃長巖。關(guān)于本項(xiàng)目巖石年齡也采樣進(jìn)行了測(cè)試,年齡為130 Ma(±,未發(fā)表數(shù)據(jù)),為晚白堊世侵入巖。

1∶5萬填圖過程中,根據(jù)巖性和粒度結(jié)合年代將木子店巖體劃分為四個(gè)巖石單元:①白衣沖單元(K1Bπηγβ),斑狀黑云二長花崗巖,部分巖石受后期熱液作用發(fā)生鉀化,甚至已變?yōu)殁浕◢弾r;巖石呈肉紅色,似斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。巖石礦物粒度不均勻,變化較大,含有3%～10%的鉀長石斑晶,局部斑晶很少;基質(zhì)為中—細(xì)粒結(jié)構(gòu),礦物成分為長石、石英及少量云母,其中黑云母含量一般在2%～5%,最高可達(dá)10%。②月形塘單元(K1Yηγβψ),斑狀黑云角閃二長花崗巖,巖石呈灰色—淺灰色,似斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。斑晶為鉀長石,含量非常高,呈自形長方板狀,少數(shù)呈他形粒狀,部分被壓扁拉長,呈定向分布,粒徑一般在0.6 cm×1 cm～1 cm×2 cm;基質(zhì)為中—細(xì)結(jié)構(gòu),礦物成分為斜長石、鉀長石、石英及少量角閃石和黑云母,粒徑多在0.2～3.5 mm之間,暗色礦物多斷續(xù)定向分布,巖石色率>15%。③烏石巖單元(K1Wηγβ),巖性為細(xì)中粒黑云二長花崗巖,巖石呈淺肉紅色、灰白色,細(xì)中粒、中粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。礦物成分主要為石英、長石和少量云母,礦物粒度比較均勻,一般在1～3.5 mm,少數(shù)>4 mm,黑云母含量一般在3%左右,最多不超過5%。④桃花尖單元(K2Tηγβ),巖性為黑云二長花崗巖,巖石呈灰白—淺肉紅色,細(xì)粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。礦物成分主要為斜長石、鉀長石、石英和少量黑云母。斜長石呈半自形—自形板狀,粒徑0.25～2 mm,鉀長石呈半自形—他形板狀,粒徑0.5～1.5 mm。副礦物主要為榍石、磷灰石,少量褐簾石、鋯石等。

從野外觀測(cè)來看,白衣沖單元(K1Bπηγβ)和烏石巖單元(K1Wηγβ)為木子店巖體的主體巖性,所出露的面積也是最大。而月形塘單元(K1Yηγβψ)主體在月形塘村附近存在,面積不大,桃花尖單元(K2Tηγβ)更是零星出露,主要以巖脈形式穿插在其他巖體或圍巖中。從它們之間的接觸關(guān)系來看,白衣沖單元(K1Bπηγβ)與月形塘單元(K1Yηγβψ)為涌動(dòng)接觸關(guān)系,無明顯界限,為過渡關(guān)系,K1Yηγβψ巖石粒度較粗,鉀長石斑晶粗大、密集,而K1Bπηγβ粒度較細(xì),斑晶較少,推測(cè)K1Bπηγβ比K1Yηγβψ先侵位;烏石巖單元(K1Wηγβ)侵入月形塘單元(K1Yηγβψ),為脈動(dòng)接觸關(guān)系;桃花尖單元(K2Tηγβ)為最后,普遍呈巖脈狀侵入周圍各類巖石。

2 樣品與分析方法

本次工作的樣品均為1∶5萬填圖過程中采集的新鮮樣品,樣品采集點(diǎn)散布在整個(gè)區(qū)域,共計(jì)19個(gè)樣品,包含烏石巖單元(K1Wηγβ)、白衣沖單元(K1Bπηγβ)、月形塘單元(K1Yηγβψ)及桃花尖單元(K2Tηγβ)。19個(gè)樣品磨成200目以下粉末用于主、微量地球化學(xué)分析。

樣品測(cè)試在中南監(jiān)督檢測(cè)中心完成,主量元素用X射線熒光光譜法(XRF)測(cè)試,分析儀器為荷蘭帕納科公司PANalytical Axios,分析精度優(yōu)于2%。微量元素用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)測(cè)試,分析儀器為美國Perkin Elmer X-seriesⅡ,分析精度可達(dá)5%。在質(zhì)譜分析中采用Rh和Re元素作為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行儀器內(nèi)標(biāo)校正,混合標(biāo)準(zhǔn)作為外部校正,實(shí)驗(yàn)室采用巖石(GSR系列)、土壤(GSS系列)、水系沉積物(GSD系列)等作為參考標(biāo)準(zhǔn)。

3 分析結(jié)果

3.1 主量元素地球化學(xué)特征

木子店巖體樣品的主量元素分析結(jié)果列于表1。

木子店巖體具有較高的SiO2(67.44%～74.19%)、Na2O(3.34%～5.93%)、K2O(3.51%～5.42%)、CaO(0.53%～2.34%)含量,較低的TiO2(0.10%～0.45%)、MgO(0.15%～0.91%)、P2O5(0.03%～0.25%)。在TAS圖(圖2)中,由于SiO2含量高,樣品點(diǎn)大多投點(diǎn)在第6區(qū)域，也就是花崗巖范圍內(nèi),少量落入粗面英安巖區(qū)內(nèi),總體在堿性亞堿性分界線附近靠亞堿性一側(cè),為亞堿性巖石,說明Na2O+K2O總體并不是太高。而在K2O-SiO2關(guān)系圖(圖3)中,由于巖石鉀含量高,樣品點(diǎn)除一個(gè)在鈣堿性系列中,其他樣品點(diǎn)均落入高鉀鈣堿性系列中,一部分甚至在鉀玄巖范圍內(nèi),說明巖石整體屬于高鉀鈣堿性巖石。巖石貧鈦,TiO2(0.10%～0.45%)均在1.0%以下,說明巖石氧化指數(shù)高。

木子店巖體樣品的Al2O3含量為13.28%～16.56%,鋁飽和指數(shù)ACNK值(Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)摩爾比)為0.94～1.08,ANK-ACNK分類圖(圖4)中主要落入準(zhǔn)鋁質(zhì)—弱過鋁質(zhì)范圍。

在Harker圖解上,木子店巖體SiO2與Al2O3、TiO2、MgO、CaO、Fe2O3、P2O5等均呈現(xiàn)良好的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖5),表明存在著單斜輝石、磷灰石及鈦鐵礦等礦物的顯著分離結(jié)晶作用。且負(fù)相關(guān)線性關(guān)系良好,說明這些巖性不同的花崗巖為同源巖漿分異演化的產(chǎn)物。

3.2 微量元素地球化學(xué)特征

大別山地區(qū)木子店巖體樣品的微量元素分析結(jié)果列于表1。木子店巖體Rb、Ba、Th、Pb等大離子親石元素明顯富集,其含量相當(dāng)于原始地幔的數(shù)十—數(shù)百倍,明顯高于大陸地殼的平均值[39];而Nb、Ta呈現(xiàn)虧損。虧損HFSE元素巖石的Rb/Sr和Rb/Ba值分別為0.045～3.058和0.013～0.211,均遠(yuǎn)離地幔的相應(yīng)值(約0.029和0.088),表明巖漿經(jīng)歷了較高的分異演化[24]。巖石的Rb/Sr比值變化范圍大(0.067～1.913),均高于地幔的相應(yīng)值(約0.025),表明巖漿經(jīng)歷了較高程度的分異演化。木子店巖體相對(duì)于原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的配分型式與大陸地殼十分相似,均表現(xiàn)出顯著的Nb、Ti負(fù)異常和Pb正異常(圖6)。

表1 木子店巖體樣品的主量元素(%)、微量及稀土元素(μg/g)分析結(jié)果

圖2 木子店巖體巖石分類圖(據(jù)文獻(xiàn)[38])Fig.2 Petrological classification and silica-alkali diagramof the Muzidian granite

圖3 木子店巖體K2O-SiO2圖解(樣號(hào)同圖2)Fig.3 K2O vs. SiO2 diagram of the Muzidian granite

圖4 木子店巖體ANK-ACNK圖解(樣號(hào)同圖2)Fig.4 ANK-ACNK diagram of the Muzidian granite

圖5 木子店巖體Harker圖解(樣號(hào)同圖2)Fig.5 The Harker diagram of the Muzdian granite

Nb的負(fù)異常通常被認(rèn)為是俯沖帶火山巖或典型陸殼巖石的標(biāo)志[40]。Arndt et al.,[41]通過對(duì)玄武巖的研究認(rèn)為,巖石的Nb負(fù)異常很可能與巖石圈地幔的交代作用有關(guān)。木子店巖體的La/Nb比值變化范圍較大,在1.13～16.67之間;Ba/Nb比值變化范圍也較大,介于29.47～396.14。其La/Nb、Ba/Nb 比值較之洋脊玄武巖、洋島玄武巖及原始地幔均顯著偏高,在La/Nb-Ba/Nb關(guān)系圖上,絕大多數(shù)樣品點(diǎn)均投影在島弧火山巖區(qū),只有桃花尖單元(K2Tηγβ)樣品與大陸地殼的分布區(qū)較接近(圖7),這一特征也指示陸源物質(zhì)參與了該巖性單元的成巖過程。

木子店巖體的稀土總量介于49.7～481.7,除3個(gè)樣品較低<100,大多集中在200余,平均值為216.5。巖體的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式均反映輕稀土富集、重稀土虧損的特征(圖8)。巖體LREE/HREE=4.9～31.2,(La/Yb)N=13.2～187.9,平均67。表明巖漿源區(qū)中有較多的富重稀土礦物(如石榴石)殘留,這種特征也說明巖漿的來源較深。巖體的銪異常δEu=0.15～0.65,其中只有月形塘單元(K1Yηγβψ)在0.5附近,表現(xiàn)為明顯負(fù)異常;烏石巖單元(K1Wηγβ)最高為1.97,表現(xiàn)為明顯正異常;其他在1.0左右,正負(fù)異常不明顯,說明成巖過程中月形塘單元(K1Yηγβψ)斜長石的分離結(jié)晶作用強(qiáng),其他不明顯。木子店巖體的各個(gè)地質(zhì)單元球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的配分型式相似,均表現(xiàn)出輕稀土富集的右傾斜型(圖8),說明巖體源區(qū)富集程度很高。

圖6 木子店巖體微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.6 Primitive mantle-normalized spidergram of the Muzidian granite

圖7 木子店巖體La/Nb-Ba/Nb圖解(樣號(hào)同圖2)Fig.7 La/Nb-Ba/Nb diagram of the Muzidian granite

在Sr-Yb圖(圖9)上,木子店巖體樣品點(diǎn)大部分投影于張旗等[42]歸納出的高Sr低Yb花崗巖區(qū)域,其中白衣沖單元(K1Bπηγβ)、烏石巖單元(K1Wηγβ)具有明顯高Sr低Yb特征,其樣品點(diǎn)大多在Sr/Yb = 800線附近;而月形塘單元(K1Yηγβψ)和桃花尖單元(K2Tηγβ)均在Sr/Yb = 200線附近,高Sr低Yb特征不明顯,這些樣品點(diǎn)投入低Sr低Yb及高Sr高Yb范圍內(nèi),與這些樣品整體微量含量異常有關(guān)。巖體(特別是主體巖性白衣沖單元(K1Bπηγβ)、烏石巖單元(K1Wηγβ))具有明顯埃達(dá)克巖特征,且?guī)r體具有隨著Sr含量升高、Yb含量隨之升高的趨勢(shì),表明源區(qū)隨時(shí)間深度有逐漸變深的趨勢(shì)。

4 討論

4.1 成因類型

木子店巖體的巖性主要為斑狀黑云二長花崗巖、不同粒度的二長花崗巖,屬于高硅富堿特征的高鉀鈣堿性、準(zhǔn)鋁質(zhì)—弱過鋁質(zhì)花崗巖(ACNK=0.94～1.08)。除K2O外,其他主元素與SiO2含量均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖5)。有花崗巖主元素含量和Zr含量計(jì)算的鋯石飽和溫度大部分集中于709～823℃之間,平均為774℃,由于巖體富含繼承鋯石(未發(fā)布成果),源區(qū)中鋯石是飽和的,其Zr含量一部分是在繼承鋯石中,而不全在熔體中,因此計(jì)算得的tZr代表了巖漿溫度的上限[43]。

鋁飽和指數(shù)ACNK普遍<1.1,表明木子店巖體主體為I型花崗巖特征;另外Harker圖解(圖5)中,實(shí)驗(yàn)研究表明,P2O5在弱過鋁質(zhì)和強(qiáng)過鋁質(zhì)巖漿中隨SiO2增加變化趨勢(shì)不同,圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)P2O5與SiO2含量成明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系,按照野外觀測(cè)及項(xiàng)目成果,四個(gè)巖石單元由老到新隨SiO2含量增高,P2O5的演化趨勢(shì)總體上呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,沿I型演化趨勢(shì)分布。由此說明木子店巖體主體為I型花崗巖,I型花崗巖代表的是活動(dòng)大陸邊緣。

圖8 木子店巖體稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式Fig.8 Chondirite-normalized REE distribution patterns for the Muzidian granite

圖9 花崗巖Sr-Yb分類圖(據(jù)文獻(xiàn)[42],樣號(hào)同圖2)Fig.9 Classification of granitoids on the basis of Sr and Yb contents

4.2 巖石成因

根據(jù)微量元素和稀土元素分析,木子店巖體大體上具有埃達(dá)克巖[44-45]的地球化學(xué)特征,如SiO2>56%、MgO<3%、Na2O>3.3%、高Sr(>400 μg/g)、低Y和Yb(Y=1.28～8.32,<15 μg/g;Yb=0.2～1.54,<1.9 μg/g)、富集LREE、虧損HREE等,與大別山廣泛出露的早白堊世低鎂埃達(dá)克巖地球化學(xué)特征相似[46]。低的HREE、Y和Yb含量,表明源區(qū)有石榴子石殘留[47]。Sr在石榴子石、角閃石和單斜輝石中分配系數(shù)很小(分別為0.015、0.058和0.2),而在斜長石中很大,因此巖石的Sr正異常和高Sr/Y比值表明巖漿源區(qū)的斜長石在巖漿形成過程中由于高壓條件發(fā)生分解作用進(jìn)入熔體。樣品進(jìn)行原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化后的蛛網(wǎng)圖上可以看出木子店巖體明顯虧損Nb、Ta和Ti,這可能與金紅石的分離結(jié)晶或源區(qū)殘留有關(guān)[48-49]。實(shí)驗(yàn)研究表明,當(dāng)玄武巖熔融形成含金紅石的榴輝巖時(shí),熔體強(qiáng)烈虧損Nb和Ta[50-51],因此殘留相中金紅石的產(chǎn)出會(huì)導(dǎo)致熔融的花崗巖貧Nb、Ta、Ti等元素。

在Sr/Y-Y和(La/Yb)N-YbN圖解(圖10)中,木子店巖體的樣品點(diǎn)大部分投影埃達(dá)克巖范圍內(nèi),其中白衣沖單元(K1Bπηγβ)有兩個(gè)點(diǎn)在典型島弧巖漿巖(Typical ARC Rocks)區(qū)域以外,其他點(diǎn)都在埃達(dá)克巖區(qū)域內(nèi);烏石巖單元(K1Wηγβ)均在埃達(dá)克巖區(qū)域內(nèi);月形塘單元(K1Yηγβψ)三個(gè)樣品具有典型島弧巖漿巖性質(zhì);桃花尖單元(K2Tηγβ)卻在兩個(gè)范圍之外;結(jié)合Sr/Y-Y圖,圖上同樣是大部分樣品落入埃達(dá)克巖范圍內(nèi),白衣沖單元(K1Bπηγβ)的大部分樣品、烏石巖單元(K1Wηγβ)、桃花尖單元(K2Tηγβ)均具有埃達(dá)克巖性質(zhì),只有月形塘單元(K1Yηγβψ)具有明顯島弧巖漿巖性質(zhì)。

綜上所述,木子店巖體的主體部分白衣沖單元(K1Bπηγβ)的大部分樣品、烏石巖單元(K1Wηγβ)具有明顯埃達(dá)克巖性質(zhì),可歸入埃達(dá)克巖進(jìn)行討論,而月形塘單元(K1Yηγβψ)具有島弧巖漿巖性質(zhì)。

結(jié)合熔融曲線和木子店巖體的地球化學(xué)特征,推測(cè)殘留相主要以石榴子石、角閃石、金紅石為主。石榴子石穩(wěn)定出現(xiàn)的壓力至少>0.8～1.0 GPa,通常>1.5 GPa(以金紅石的出現(xiàn)為標(biāo)志)[52],因此木子店巖體巖漿部分熔融壓力>1.5 GPa,相應(yīng)的深度至少>50 km。

圖10 木子店巖體的Sr/Y-Y和(La/Yb)N-YbN圖解(據(jù)文獻(xiàn)[53],樣號(hào)同圖2)Fig.10 Plots of Sr/Y-Y and (La/Yb)N-YbN for the Muzidian granite

近年來的研究表明,玄武質(zhì)巖漿底侵提供熱源促使加厚的下地殼(>50 km)基性巖石的部分熔融,以及拆沉作用引起的下地殼玄武質(zhì)巖石的部分熔融[54-55],可能是中國東部增厚下地殼減薄的兩個(gè)重要機(jī)制。根據(jù)Barbarin[56]的花崗巖類分類方案,木子店巖體屬于富鉀的鈣堿性斑狀二長花崗巖類(K-rich and K-feldspar porphyritic calc-alkaline granitoids;KKG),這類花崗巖能夠很好地指示地球動(dòng)力學(xué)背景,KKG形成于造山帶造山作用結(jié)束后大陸板塊從擠壓向伸展轉(zhuǎn)換的構(gòu)造環(huán)境,木子店巖體中白衣沖單元(K1Bπηγβ)、烏石巖單元(K1Wηγβ)具有明顯埃達(dá)克巖性質(zhì),而月形塘單元(K1Yηγβψ)具有島弧巖漿巖性質(zhì),正好符合這一構(gòu)造環(huán)境特征。這標(biāo)志著大別造山帶垮塌的開始,即厚的地殼伸展減薄的開始。

4.3 成巖構(gòu)造環(huán)境

木子店巖體的源區(qū)構(gòu)造環(huán)境可以通過其地球化學(xué)特征進(jìn)行分析,利用Nb-Y、Rb-Y+Nb圖解(圖11)對(duì)樣品進(jìn)行投圖,其中Nb-Y圖中樣品點(diǎn)落入了火山弧花崗巖和同碰撞花崗巖的共同區(qū)域,而在Rb-Y+Nb圖中,樣品點(diǎn)全部落在火山弧花崗巖區(qū)域,也就是說木子店巖體的構(gòu)造環(huán)境為火山弧環(huán)境。這說明巖體是在大別山造山帶俯沖碰撞后期,俯沖板片拆沉進(jìn)入巖石圈或是更深,隨著溫度升高和空間釋放,深部熔融巖漿是在碰撞帶外圍形成的火山弧環(huán)境中形成的,此時(shí)已到造山后期,構(gòu)造轉(zhuǎn)換由擠壓環(huán)境到近伸展環(huán)境,大規(guī)模巖漿才可能形成火山弧。

圖11 木子店巖體Nb-Y、Rb-Y+Nb構(gòu)造環(huán)境判別圖解(樣號(hào)同圖2)Fig.11 Discrimination diagrams (Nb vs. Y、Rb vs. Y+Nb) of tectonic setting for the Muzidian granite

結(jié)合年代學(xué)研究,大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,大別造山帶廣泛出露的高壓—超高壓榴輝巖相變質(zhì)作用主要出現(xiàn)在240—220 Ma[57-58]。這些年齡被看作為揚(yáng)子克拉通陸殼向北俯沖于華北克拉通之下以及超高壓變質(zhì)作用之后巖石剝露和冷凝的時(shí)間[59]。在板塊聚合的過程中,大陸板塊的深俯沖/碰撞普遍導(dǎo)致大陸造山帶下加厚地殼的形成[60],從擠壓向伸展的轉(zhuǎn)換則更晚。Liu et al.,[61]通過對(duì)大別山地區(qū)中生代的盆地分析認(rèn)為,伸展作用可能始于晚侏羅世—早白堊世左右;馬昌前等[62]通過巖漿作用的研究進(jìn)一步指出碰撞后強(qiáng)烈增厚的地殼開始趨于伸展減薄,伸展作用可能始于早白堊世。

大別山地區(qū)有若干同木子店巖體地球化學(xué)特征相似,也具有高Sr/Y比值和虧損重稀土元素特征的埃達(dá)克質(zhì)巖侵位,其鋯石U-Pb年齡介于140—130 Ma之間[3,6,25,40,62],這些花崗巖體被認(rèn)為是增厚的玄武質(zhì)下地殼部分熔融的產(chǎn)物,但此時(shí)的構(gòu)造環(huán)境已經(jīng)不是擠壓模式。木子店巖體侵位年齡為131—136 Ma(未發(fā)表數(shù)據(jù)),屬于富鉀的鈣堿性二長花崗巖類,形成于造山帶造山作用結(jié)束后大陸板塊從擠壓向伸展轉(zhuǎn)換的構(gòu)造環(huán)境,標(biāo)志著大別造山帶垮塌的開始,即厚的地殼伸展減薄的開始。巖石圈減薄可以使地殼巖石因減壓而熔融[63]。然而,沒有深部地幔物質(zhì)或熱源的供給,單純?cè)龊竦貧さ臏p壓熔融只能形成小規(guī)模的巖體,缺少足夠的熱量不可能形成大規(guī)模的巖漿活動(dòng),應(yīng)有外來熱源的加入使巖漿源區(qū)大規(guī)模熔融。通常認(rèn)為幔源巖漿活動(dòng)(特別是基性巖漿的底侵和侵入)提供的熱是導(dǎo)致地殼物質(zhì)重熔形成花崗巖的重要因素,地幔與地殼之間的熱傳遞被認(rèn)為是地殼熔融的主要方式,而最有效的方式是通過幔源巖漿底侵作用將地幔熱傳遞到下地殼引發(fā)熔融形成中酸性巖漿[64],同時(shí)伴隨基性巖漿作用,前人在大別地區(qū)進(jìn)行的大量零星分布的早白堊世輝石巖—輝長巖侵入體、基性巖墻/脈和基性火山巖的研究證明了這一點(diǎn)。

5 結(jié)論

(1) 木子店巖體大地構(gòu)造位置處于北大別北部,主要巖性為黑云二長花崗巖,SiO2含量高,堿含量較高,其中K2O>Na2O,Al2O3含量較高,為一套準(zhǔn)鋁質(zhì)—過鋁質(zhì)的高鉀鈣堿性巖石,巖石主體為I型花崗巖。

(2) 木子店巖體Rb、Ba、Th、Pb等大離子親石元素明顯富集,Sr、Ba含量較高,Y和Yb含量較低,強(qiáng)烈虧損Nb、Ta和Ti,反映源區(qū)可能有石榴子石和金紅石殘留而無斜長石殘留,巖漿來源深度大;巖體為富集輕稀土、虧損重稀土的右傾型稀土配分模式,Eu正負(fù)異常均存在,只有月形塘單元(K1Yηγβψ)表現(xiàn)為明顯Eu負(fù)異常。結(jié)合Y和Yb含量較低,Sr/Y比值較高,木子店巖體的主體部分白衣沖單元(K1Bπηγβ)、烏石巖單元(K1Wηγβ)均表現(xiàn)為明顯埃達(dá)克巖特征,而月形塘單元(K1Yηγβψ)具有島弧火山巖特征。

(3) 對(duì)巖體進(jìn)行構(gòu)造環(huán)境投圖,得其為火山弧環(huán)境;結(jié)合大別造山帶大量前人研究成果,認(rèn)為木子店巖體屬于富鉀的鈣堿性二長花崗巖類,形成于造山帶造山作用結(jié)束后大陸板塊從擠壓向伸展轉(zhuǎn)換的構(gòu)造環(huán)境,標(biāo)志著大別造山帶垮塌的開始,即厚的地殼伸展減薄的開始。

致謝:審稿人對(duì)稿件進(jìn)行了認(rèn)真地審閱并提出了寶貴的修改意見,對(duì)本文的改進(jìn)起到了很大的作用,在此表示誠摯的謝意。

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(責(zé)任編輯：于繼紅)

Geochemistry and Petrogenesis of the Muzidian Granites in theDabie Mountains

LI Xiaolin1, HU Junliang2,3, CHEN Jiaoxia4, LIU Jinsong2,3, LIU Asui2, SHAO Xin2

(1.HubeiGeological&MiningExplorationCompany,Ltd.,Wuhan,Hubei430022; 2.WuhanInstituteofGeologyandMineralsRecourses,Wuhan,Hubei4302053;3.ResearchCenterforPetrogenesisandMineralizationofGranitoidRocks,ChinaGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei430205; 4.HubeiGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei430034)

The Muzidian granite are located in the north of the Dabie Mountains,and it mainly consists of biotite monzogranite. The granitic rocks are quasi-aluminous to weak peraluminous,high-K calc-alkaline granite,they mainly are I-type granite. The rocks enriched in silica(SiO2=67.44%～74.19%),potassium(K2O=3.51%～5.42%),aluminum(Al2O3=13.28%～16.56%,ACNK=0.94～1.08). The Muzidian granite is enriched in Sr(341～1 160 μg/g),Ba(557～2 000 μg/g) and depleted in Y(1.93～16.9 μg/g) and Yb(0.2～2.72 μg/g),Nb,Ta and Ti,indicative of a deep origin with garnet and rutile residual. The rocks are enriched in LREE and depleted in HREE((La/Yb)N=13.2～187.9),and Eu anomalies(δEu=0.46～1.97) are both positive and negetive,only K1Yηγβψhas obviously negative anomalies. With the depleting in Y and Yb and the high Sr/Y value,which means the main rocks(K1Bπηγβand K1Wηγβ) of the Muzidian granite are adakites,but the K1Yηγβψhas the typical arc rocks charateristics. The discrimination diagrams(Nb vs. Y、Rb vs. Y+Nb) for the Muzidian granite indicates the tectonic setting was volcanic arc. With many earlier researches of Dabie rocks,the authors consider the Muzidian granite belongs to K-rich rock calc-alkaline adamellite,formed by partial melting of crustal materials heated by mantle-derived magma under extensional circumstances after the collision organism of the Dabie orogenic belt. It indicates that the lithosphere thining and the transformation of tectonic regime to an extension setting.

the Muzidian granite; granite; geochemistry; petrogenesis; Northe Dabie Montains

2015-12-18;改回日期:2016-03-17

中國地調(diào)局地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)專項(xiàng)項(xiàng)目(編號(hào):12120113068000)。

李小林(1966-),男,高級(jí)工程師,地質(zhì)勘查專業(yè),從事地質(zhì)勘查工作。E-mail:361835123@qq.com

*通訊作者:胡俊良(1982-),男,高級(jí)工程師,礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè),從事礦床地球化學(xué)方面研究工作。E-mail:hjl1982da@163.com

P588.12+1

A

1671-1211(2016)04-0556-11

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.04.003

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160707.1404.018.html 數(shù)字出版日期:2016-07-07 14:04