劉同輝,阿米娜·托合提,王續(xù)文,蘭寶石,宮相寬
(新疆中亞造山帶大陸動力學(xué)與成礦預(yù)測實(shí)驗(yàn)室·新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院,新疆烏魯木齊830046)
秦嶺造山帶位于中國大陸中部,近東西向帶狀展布于揚(yáng)子和華北兩大板塊之間,是一條經(jīng)歷多期造山作用形成的大陸型碰撞造山帶[1]。早中生代期間,隨著揚(yáng)子板塊和華北板塊的匯聚碰撞,秦嶺地區(qū)經(jīng)歷了強(qiáng)烈的構(gòu)造—巖漿熱事件,形成了大面積分布、巖石類型多樣的花崗質(zhì)侵入體[2]。寶雞巖體呈不規(guī)則巖基狀出露于商丹縫合帶以北,是秦嶺造山帶早中生代碰撞造山過程中巖漿活動的產(chǎn)物和北秦嶺規(guī)模最大的早中生代復(fù)式花崗巖體,鉀長花崗巖形成于早侏羅世早期(195Ma±2Ma)[3]。王家山地區(qū)寶雞巖體鉀長花崗巖中發(fā)育了較多暗色包體,本文通過巖相學(xué)和礦物化學(xué)分析方法對這些包體的成因進(jìn)行了研究,以期為秦嶺造山帶早中生代構(gòu)造演化歷史提供限定。
秦嶺造山帶自北而南被洛南—欒川斷裂、商丹縫合帶和勉略縫合帶劃分為華北板塊南緣、北秦嶺、南秦嶺和揚(yáng)子板塊北緣[1]。北秦嶺位于造山帶的北部,近東西向帶狀夾持于洛南—欒川斷裂和商丹縫合帶之間,根據(jù)帶內(nèi)不同地質(zhì)體的巖石組合、變質(zhì)變形特征以及鋯石U-Pb同位素測年結(jié)果,北秦嶺進(jìn)一步劃分為寬坪巖群、二郎坪巖群、秦嶺巖群和丹鳳巖群。寬坪巖群位于北秦嶺構(gòu)造帶最北部,是一套經(jīng)歷高綠片巖相—低角閃巖相變質(zhì)的中淺變質(zhì)巖系,主要巖石類型包括云母石英片巖、石英大理巖和綠片巖,詳細(xì)的碎屑鋯石U-Pb同位素定年結(jié)果顯示,寬坪巖群淺變質(zhì)沉積巖的形成時代應(yīng)該晚于530Ma[4]。二郎坪巖群主要由枕狀玄武巖、塊狀玄武巖、放射蟲硅質(zhì)巖以及碎屑沉積物和碳酸鹽巖等組成,是一套形成在古秦嶺洋俯沖引發(fā)的弧后盆地環(huán)境的蛇綠巖組合,形成時代為460Ma~500Ma[5]。秦嶺巖群是一套主要由各種片麻巖、片巖和大理巖組成的中深變質(zhì)雜巖體,可能形成于中—新元古代[6]。丹鳳巖群主體為一套綠片巖相至低角閃巖相變質(zhì)的島弧火山—沉積巖系,夾有蛇綠巖殘片,被解釋為秦嶺古洋盆演化的產(chǎn)物,形成時代為534Ma~450Ma[7]。
寶雞巖體位于陜西省寶雞市—甘肅省天水市一帶,出露于北秦嶺構(gòu)造帶西段,巖體北部侵位于寬坪巖群云母石英片巖,南部侵入秦嶺巖群黑云斜長片麻巖、黑云斜長變粒巖以及二郎坪巖群火山—沉積巖之中。本文所研究的暗色包體出露于寶雞巖體王家山一帶鉀長花崗巖中,巖石新鮮呈渾圓狀或橢球狀,直徑介于20~40cm,與鉀長花崗巖之間接觸關(guān)系截然(圖1a)。
暗色包體呈黑灰色,細(xì)粒半自形粒狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要由斜長石(46%~48%)、黑云母(29%~31%)、堿性長石(13%~15%)、角閃石(4%~5%)和石英(2%~3%)組成。斜長石較自形,聚片雙晶清晰可見;黑云母呈半自形片狀;堿性長石包括微斜長石和條紋長石,呈半自形—他形板狀或粒狀;少量長石顯示明顯的環(huán)斑結(jié)構(gòu)(圖1b),內(nèi)部可見定向分布的鱗片狀黑云母;角閃石為不規(guī)則粒狀,輕微綠泥石化;石英呈不規(guī)則狀夾于其它礦物粒間。此外,包體中可見不規(guī)則狀榍石和大量針狀磷灰石,磷灰石長寬比普遍大于15∶1(圖1c)。
圖1 巖石野外產(chǎn)狀(a)及暗色微粒包體顯微照片(b,c)
對兩顆具有環(huán)斑結(jié)構(gòu)的長石顆粒進(jìn)行了成分分析,結(jié)果見圖2。長石核部相對富K2O(16.96%~17.37%),低Na2O(0.05%~0.39%)和Al2O3(18.34%~18.53%),屬于正長石,端元組成為Ab0.41~3.40Or96.60~99.59,與寄主巖石中的鉀長石成分基本一致(Ab0.59~5.36Or94.64~99.41);正長石邊緣(顆粒幔部)呈不規(guī)則狀或港灣狀,具有熔蝕或蝕變特征,發(fā)育成分上相對富Na2O、低K2O的鈉長石,端元組成為An1.40Ab95.74Or2.86;環(huán)斑結(jié)構(gòu)長石邊部為斜長石,具有富Na2O(8.24%~9.63%)、低K2O(0.11%~0.19%)和高Al2O3(22.22%~22.88%)的特征,為更長石,端元組成為An14.37~16.17Ab83.12~84.93Or0.68~1.12。
圖2 環(huán)斑結(jié)構(gòu)長石成分分析結(jié)果
按照陽離子總數(shù)為8,陰離子總負(fù)電價為23的理論值,以22個氧原子為基礎(chǔ)計(jì)算了黑云母的陽離子數(shù)。暗色包體中黑云母主體呈半自形片狀,MgO含量較高,變化于10.66%~12.84%,F(xiàn)eOT含量為18.31%~19.38%,MF值[2·Mg/(Mg+Mn+Fe)]介于0.98~1.08,顯示富鎂的特征,在Mg-(AlVI+Fe3++Ti)-(Fe2++Mn)判別圖解中,成分點(diǎn)主要落入鎂質(zhì)黑云母范圍,但顯示向鐵質(zhì)黑云母演化的趨勢(圖3a)。在FeOT/(FeOT+MgO)-MgO判別圖解中,所有成分點(diǎn)均落入殼—幔混源型黑云母范圍,并具有明顯的線性相關(guān)性(圖3b)。
以23個氧原子為基礎(chǔ)計(jì)算了角閃石的陽離子數(shù)。分析結(jié)果表明,所測角閃石MgO和FeOT含量較高,分別為11.90%~12.07%和16.06%~16.72%,CaO含量為11.53%~11.78%,TiO2含量較低,介于0.46%~0.67%,Al2O3含量較高,為5.93%~6.57%。Mg/(Mg+Fe2+)比值高,均大于0.5,在Mg/(Mg+Fe2+)-Si圖解中,所測角閃石屬于鎂質(zhì)角閃石(圖4a),在TiO2-Al2O3判別圖解中,成分點(diǎn)均落入殼—幔混源區(qū)域(圖4b)。
大量研究資料表明,花崗質(zhì)巖石中暗色包體的成因主要有三種,即鎂鐵質(zhì)巖漿與長英質(zhì)巖漿混合作用的產(chǎn)物、捕擄體或者熔融殘留。本文的研究顯示,王家山地區(qū)鉀長花崗巖中的暗色包體為巖漿混合成因,證據(jù)如下:①暗色包體與寄主鉀長花崗巖之間為截然的接觸關(guān)系,具有渾圓狀、橢球狀的外形,顯示塑性流變特征;②鏡下觀察發(fā)現(xiàn),包體中發(fā)育大量針狀磷灰石,長寬比值普遍大于15∶1,反映快速降溫的特點(diǎn);③環(huán)斑結(jié)構(gòu)長石具有復(fù)雜的成分突變環(huán)帶,核部為正長石,與寄主花崗巖中鉀長石成分一致,應(yīng)該為捕擄晶,幔部為鈉長石,邊部為更長石,類似于巖漿混合成因的更長環(huán)斑結(jié)構(gòu);④礦物化學(xué)成分分析顯示,角閃石和黑云母相對富Mg,但均為殼?;旌铣梢?。
此外,暗色包體中針狀磷灰石的出現(xiàn),指示發(fā)生了高溫鎂鐵質(zhì)巖漿注入溫度較低的花崗質(zhì)巖漿的巖漿混合和淬冷過程[12]。在這一過程中,花崗質(zhì)巖漿中先形成的正長石被外來的高溫鎂鐵質(zhì)巖漿捕獲,因受到所處熱力學(xué)環(huán)境和復(fù)雜成分的影響,重新達(dá)到正長石的液相線溫度,遭受溶蝕改造,邊部形成港灣狀構(gòu)造,礦物化學(xué)成分發(fā)生改變和再平衡,由于長石—熔體之間的組分交換,正長石被分解,并在成分交換過程中富Na2O,隨著熔體逐漸降溫結(jié)晶,更長石在晶體周圍繼續(xù)生長,形成更長石環(huán)帶。因此,暗色包體的形成應(yīng)該經(jīng)歷了深部高溫鎂鐵質(zhì)巖漿向淺部低溫花崗質(zhì)巖漿的注入過程,兩者發(fā)生巖漿混合后共同冷卻結(jié)晶。
圖3 黑云母Mg-AlVI+Fe3++Ti-Fe2++Mn(a,底圖據(jù)文獻(xiàn)[8])與FeOT/(FeOT+MgO)-MgO判別圖(b,底圖據(jù)文獻(xiàn)[9])
圖4 角閃石分類圖解(a,底圖據(jù)文獻(xiàn)[10])和TiO2-Al2O3判別圖(b,底圖據(jù)文獻(xiàn)[11])
本文的研究表明,秦嶺造山帶存在早侏羅世早期的幔源巖漿活動和相關(guān)的殼—幔巖漿混合作用。前人已有研究表明,秦嶺造山帶大致在210Ma花崗巖漿活動產(chǎn)物出現(xiàn)環(huán)斑結(jié)構(gòu)花崗巖和高分異富鉀花崗巖,伴隨少量同期基性巖脈和煌斑巖脈的發(fā)育,具有雙峰式巖漿組合特征[2,13],表明晚三疊世時秦嶺造山帶很可能已經(jīng)進(jìn)入后碰撞晚期相對穩(wěn)定的伸展環(huán)境,碰撞造山過程基本結(jié)束。因此,此次早侏羅世幔源巖漿活動和殼幔巖漿混合事件的確定,表明此時秦嶺很可能已經(jīng)進(jìn)入非造山伸展構(gòu)造演化階段。