唐相偉，楊澤強，周雷強，許德忠，郭躍閃，種凱琳

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 第三地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院， 河南 鄭州 450000)

雞公山巖體位于秦嶺造山帶的東延部分大別造山帶，后者為三疊紀揚子陸塊向華北陸塊俯沖碰撞形成的大陸碰撞型造山帶，在晚中生代碰撞后伸展機制下，經(jīng)歷了地殼加厚、地殼拆沉作用等過程，期間發(fā)生大規(guī)模的巖漿活動(Maetal., 1998； 高山等， 1999； 毛景文等， 2003； 羅照華等，2006)。許多學者對大別山地區(qū)白堊紀巖漿活動開展了大量研究，發(fā)現(xiàn)巖漿活動主要集中145～110 Ma之間，又分為兩個主要集中時間段： 145～132 Ma和130～110 Ma。前者包括新縣巖體的鋯石U-Pb年齡(133.2±1.7 Ma)(楊春玥等， 2020)、商城巖體的鋯石U-Pb年齡(137±2 Ma)(高昕宇等， 2013)、肖畈似斑狀花崗巖的鋯石U-Pb年齡(139.3±0.64 Ma)(楊澤強等， 2015)； 后者包括湯家坪花崗斑巖的鋯石U-Pb年齡(121.6±4.6 Ma)(魏慶國等， 2010)、千鵝沖花崗斑巖的鋯石U-Pb年齡(129±2 Ma)(高陽等， 2014)、陡坡二長花崗巖的鋯石U-Pb年齡(124.2±0.28 Ma)(孟芳， 2013)。但對下地殼拆沉作用時限還存在較大的分歧， 一些學者認為加厚下地殼拆沉發(fā)生在133 Ma左右或更早(朱江等， 2019； Chenetal.， 2015)， 也有學者認為拆沉減薄作用發(fā)生在130 Ma以后(張超等， 2008； Heetal., 2011； 唐相偉等， 2017)。這一問題還有待進一步研究。

前人對雞公山巖體開展了初步研究， 測得鋯石 U-Pb年齡為135 Ma， 認為巖體可能來源于古元古代古陸殼的部分熔融(Zhangetal., 2018)。20世紀80年代至今， 在雞公山巖體內(nèi)發(fā)現(xiàn)有娘娘頂鈹?shù)V(屠江海等， 2017)和犁華嘴釔礦， 但該區(qū)稀有金屬富集成礦與巖體的源區(qū)、演化等成因的關(guān)系還不清楚。本次在前人研究成果基礎(chǔ)上， 開展了野外地質(zhì)調(diào)查以及鋯石U-Pb年齡、巖石地球化學、Sr-Nd-Hf同位素研究， 欲進一步解析雞公山巖體成因、動力學背景、巖體與成礦關(guān)系， 為指導下一步鈹、稀土找礦提供一定巖石成因的理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

大別造山帶位于欒川-明港斷裂以南、襄樊-廣濟斷裂以北， 又以商丹斷裂(龜山-梅山斷裂)、磨子潭-曉天斷裂為界， 北側(cè)屬北秦嶺弧盆系， 中間為南秦嶺陸棚-陸坡帶， 南側(cè)屬大別高壓-超高壓變質(zhì)雜巖帶。在中侏羅世之前， 受東西向構(gòu)造帶控制， 形成“東西成帶”的構(gòu)造格局。中侏羅世以后， 受構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換的影響， 呈現(xiàn)出斷陷與隆升相間的盆嶺構(gòu)造格局， 即“縱橫成塊”(鐘增球等， 2001； 毛景文等， 2005)。

侏羅紀以前出露地層有新太古界-古元古界大別巖群、古元古界秦嶺巖群、中上元古界滸灣巖組、中-新元古界龜山巖組、震旦系-下古生界肖家廟巖組、古生界定遠組、下古生界寒武系二郎坪群、泥盆系南灣組， 侏羅紀以后出露地層有侏羅系朱集組、段集組， 白堊系金剛臺組、陳棚組、周家灣組。

區(qū)內(nèi)巖漿活動大致可劃分為新太古代、新元古代、古生代、中生代巖漿活動階段， 其中新元古代和中生代巖漿活動最為強烈。中生代中酸性小巖體和大的花崗巖基共存， 既有深成相， 也有淺成相、超淺成相， 構(gòu)成燕山期中酸性侵入巖為主的巖漿巖帶(圖1)， 其中的中酸性小巖體是該區(qū)鉬多金屬礦的主要成礦母巖， 小巖體分布嚴格受斷裂控制， 產(chǎn)出部位往往是北西西向斷裂與北北東向斷裂的交匯部位或附近。

2 樣品采集和分析方法

樣品來自公路旁采石坑新鮮巖石， 無風化， 采樣位置及編號見圖1， 其中似斑狀黑云二長花崗巖U-Pb、Lu-Hf同位素分析樣品1件， 全巖主量元素和微量、稀土元素和Sr-Nd同位素樣品3件。

圖1 大別山燕山期花崗巖分布圖[修改自Chen等(2017)]

全巖主微量元素地球化學分析由河南省巖石礦物測試中心完成， 采用等離子體發(fā)射光譜儀、紫外可見分光光度計、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀等測定， 測試中通過標樣對測得數(shù)據(jù)質(zhì)量進行監(jiān)控， 元素分析精度優(yōu)于5%。

鋯石樣品制靶、陰極發(fā)光、透反射光照相、鋯石U-Pb測年和Lu-Hf同位素分析、全巖Sr-Nd同位素組成分析均由天津地質(zhì)調(diào)查中心實驗測試室完成， 鋯石樣品挑選由河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊實驗室完成， 通過人工破碎、重砂淘洗， 然后， 在雙目鏡下挑純。在透射光、反射光、陰極發(fā)光研究基礎(chǔ)上， 優(yōu)選環(huán)帶較好， 裂隙不發(fā)育鋯石。鋯石 U-Pb測年和 Hf同位素分析采用儀器為美國ESI公司的NEW WAVE 193 nm FX ArF激光器與Thermo Fisher公司的 Neptune多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀。鋯石U-Pb測年束斑直徑約為35 μm， 剝蝕時間30 s左右， 標樣為美國國家標準技術(shù)研究院合成的硅酸鹽物質(zhì) NIST610。Hf同位素分析束斑直徑選擇在50 μm左右， 剝蝕時間30 s左右， 具體流程見耿建珍等(2011)。數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal程序進行(劉勇勝等， 2013)。

取200目全巖樣品粉末， 采用離子交換樹脂技術(shù)進行全巖Sr-Nd同位素組成分析樣品分離，儀器為Triton熱電離質(zhì)譜， 采用標樣為NBS987和國 家 一 級 標 準GBS04419、國際標準巖石BCR-2進行質(zhì)量監(jiān)控。Sr分餾的內(nèi)校正因子均采用88Sr/86Sr=8.375 209、Sm=(6.70±0.14)×10-6、Nd=(28.00±0.56)×10-6、143Nd/144Nd=0.512 633±30， Nd分餾的內(nèi)校正因子均采用146Nd/144Nd=0.721 900， 基本流程同文獻(王樹慶等， 2018)。

3 巖石特征

雞公山巖體呈北西向帶狀展布于四望山-雞公山一帶， 向西延伸至湖北省武勝關(guān)， 出露面積大于300 km2， 與北邊靈山巖體、車云山巖體呈侵入接觸關(guān)系。巖體為似斑狀黑云二長花崗巖， 巖石呈肉紅色， 似斑狀結(jié)構(gòu)， 塊狀構(gòu)造(圖2a～2c)，礦物成分為鉀長石(40%～45%)、斜長石(An=13～15)(25%～35%)、石英(15%～25%)、黑云母(2%～5%)(圖2d、2e)。斑晶為深肉紅色條紋長石和微斜長石， 含量不均勻， 一般在5%～50%， 以10%～20%為多， 大小2.5 mm×4 mm～4 mm×8 mm。基質(zhì)主要為石英、條紋長石、斜長石及少量黑云母。副礦物主要有釔硅磷灰石、褐釔鈮礦、鈮釔礦、輝鉬礦、褐簾石、綠簾石、螢石、鋯石和少量角閃石。巖石內(nèi)部有偉晶巖脈， 偉晶巖呈脈狀或透鏡狀(圖2f)與巖體之間呈過渡接觸關(guān)系， 與犁華嘴釔礦、娘娘頂鈹?shù)V密切相關(guān)。

圖2 偉晶巖手標本(a)、似斑狀黑云二長花崗巖標本(b、c)、似斑狀黑云二長花崗巖鏡下照片(d、e， 單偏光)、野外偉晶巖巖脈(f)照片

4 測試結(jié)果

4.1 巖石地球化學

雞公山巖體全巖分析結(jié)果(表1)顯示， 巖石具有高SiO2(69.22%～71.42%)、Al2O3(14.44%～16.07%)和K2O+Na2O(8.01%～8.92%)特征， K2O/Na2O=0.84～1.15。除樣品JG-QF2為1.21外， 其他樣品的含鋁指數(shù)A/CNK都集中在0.98～1.13之間。A/NK值(1.23～1.43)顯示準鋁質(zhì)到弱過鋁質(zhì)花崗巖特征(圖3a)； 巖體分異指數(shù)DI=85.2～91.02， 在K2O-SiO2圖解上， 巖體屬高鉀鈣堿性系列(圖3b)。

圖3 雞公山巖體A/NK-A/CNK圖解(a， 據(jù)Morrison， 1980)和K2O-SiO2圖解(b， 據(jù)Middlemost， 1994)

表1 雞公山巖體主量元素(wB/%)及微量元素(wB/10-6)分析結(jié)果

巖體稀土元素總量在170.95×10-6～246.45×10-6之間， 輕、重稀土元素比(LREE/HREE)為20.10～26.06， (La/Yb)N= 35.3～56.81， 輕稀土元素分餾明顯，稀土元素球粒隕石標準化模式圖中呈右傾模式(圖4a)， 銪谷不明顯(δEu為0.7～1.09)， 重稀土元素整體稍平坦， Ho弱虧損， 屬輕稀土元素富集型。巖體微量元素蛛網(wǎng)圖(圖4b)顯示， 曲線整體右傾， 大離子親石元素富Ba、K， 高場強元素富集Hf， 虧損Nb、Ta、P等。

圖4 雞公山巖體稀土元素球粒隕石標準化圖解(a， 標準化值據(jù)Boynton， 1984)和微量元素原始地幔標準化圖解(b， 標準化值據(jù)Sun and McDonough， 1989)

其中JG-1、JG-2、JG-3樣品數(shù)據(jù)來自河南省地礦廳第三地質(zhì)調(diào)查隊(1996)(1)河南省地礦廳第三地質(zhì)調(diào)查隊. 1996. 1∶5萬游河幅、信陽市幅、譚家河幅、浉河港幅、李家寨幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.。

4.2 鋯石 U-Pb測年

鋯石呈短柱狀或長柱狀， 多為自形晶， 粒徑為45～75 μm， 長寬比約1∶1～2∶1， 從鋯石的陰極發(fā)光圖像可以觀察到清晰的單生長同心環(huán)帶特征(圖5)， 鋯石的Th/U值較高(0.12～1.5)， 具有巖漿鋯石特征(吳元保等， 2004)。

圖5 雞公山巖體鋯石陰極發(fā)光圖像、激光點位置及U-Pb年齡、εHf(t)值

從雞公山巖體29顆鋯石中， 選擇29個點開展了LA-ICP-MS U-Pb定年測試， 測試結(jié)果見表2。測點14、25由于206Pb/238U年齡明顯偏老， 測點12的206Pb/238U年齡誤差偏大， 其余26顆鋯石206Pb/238U年齡介于146～136 Ma之間， 加權(quán)平均年齡值為141.8±0.8 Ma(n=26， MSWD=1.15)(圖6)， 此年齡值代表了雞公山巖體的結(jié)晶年齡。

圖6 鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡諧和圖(a)和加權(quán)平均年齡圖(b)

表2 雞公山巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結(jié)果

4.3 全巖Sr-Nd同位素

本次采集雞公山巖體樣品的Sr-Nd同位素3件， 分析及計算結(jié)果見表3， 表中其他計算值在142 Ma基礎(chǔ)上計算得到。雞公山巖體樣品的 (87Sr/86Sr)i值為0.707 75～0.708 18，εNd(t)值為-19.21～-17.63， 相應的兩階段模式年齡為2.49～2.36 Ga， 平均2.45 Ga。

表3 雞公山全巖Rb-Sr和Sm-Nd同位素數(shù)據(jù)

4.4 Hf同位素

在LA-ICP-MS U-Pb定年基礎(chǔ)上， 優(yōu)選13顆鋯石， 在相應測年位置， 開展了微區(qū)Lu-Hf同位素測定， 測得176Hf/177Hf值范圍為0.281 845～0.282 083(表4)。根據(jù)測得年齡計算得到εHf(t)為-29.67～-21.31， 平均值-25.18；Hf同位素兩階段模式年齡3.07～2.54 Ga， 平均2.78 Ga。

表4 雞公山巖體鋯石Hf同位素數(shù)據(jù)

5 討論

5.1 巖體成因類型

雞公山巖體SiO2(69.22%～71.42%)、高的Al2O3(14.44%～16.07%)、鉀鈉含量大致相同顯示準鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)花崗巖(A/CNK=0.98～1.13)特征， 屬于高鉀鈣堿性系列。副礦物發(fā)現(xiàn)有少量角閃石， 薄片觀察未見白云母、石榴子石、堇青石、電氣石等礦物。上述特征暗示雞公山巖體具有I型花崗巖的親緣性。雞公山巖體分異指數(shù)DI=85.20～91.02， 巖體內(nèi)外接觸帶發(fā)現(xiàn)有鈹、釔礦等， 副礦物有釔硅磷灰石， 在FeOT/MgO-(Zr+Nb+Ce+Y)關(guān)系圖上樣品均落入分異花崗巖區(qū)域(圖7a)， 證明巖體經(jīng)歷過一定的結(jié)晶分異演化。部分學者用P2O5含量演化趨勢來區(qū)分I型、S型花崗巖(吳福元等， 2007， 2017)， 雞公山巖體P2O5含量不高(0.09%～0.13%)， 與典型S型花崗巖(>0.12%)存在差別，P2O5- SiO2圖解(圖7b)表明P2O5隨SiO2含量增加而減少， 呈現(xiàn)出負相關(guān)性， 具I型演化趨勢， 支持了雞公山巖體具I型花崗巖特征。一般認為， 典型的A型花崗巖高FeOT/MgO、銪谷明顯、Zr+Nb+Ce+Y含量>350×10-6、Yb含量>1×10-6、Sr含量<100×10-6(Bonin， 2007； 張旗等， 2021)。雞公山巖體FeOT/MgO(3.86～5.86)， 銪谷不明顯， Zr+Nb+Ce+Y含量(271×10-6～355×10-6)、Sr含量(418×10-6～670×10-6)、Yb含量(0.73×10-6～0.99×10-6， 一個點為1.1×10-6)， 明顯有別于A型花崗巖特征。綜上所述， 認為雞公山巖體更傾向于為分異I型花崗巖。

圖7 FeOT/MgO-(Zr+Nb+Ce+Y)關(guān)系圖(a， 據(jù)Whalen等， 1987)和P2O5- SiO2圖解(b)

5.2 巖漿源區(qū)

多數(shù)學者研究認為大別山早白堊世花崗巖是揚子板塊中下地殼的產(chǎn)物， 如新縣巖體、達權(quán)店巖體、商城巖體、譚沖花崗巖、千鵝沖花崗巖等(高昕宇等， 2013； 高陽等， 2014； 劉清泉等， 2016； 朱江等， 2019)。雞公山巖體的(87Sr/86Sr)i集中在0.707 75～0.708 18， 具有較大的負εNd(t)值(-19.21～ -17.63)和εHf(t)值(-29.67～ -21.31)， Sr-Nd同位素和Hf同位素均顯示殼源特征。Sr-Nd同位素圖解顯示， 3件樣品點落入揚子下地殼附近(圖8a)， 與大別山區(qū)多數(shù)早白堊世花崗巖Sr-Nd同位素組成類似， 暗示雞公山巖體可能是揚子板塊中下地殼古老物質(zhì)重熔的產(chǎn)物。

近年來， 研究者除在揚子陸核崆嶺地區(qū)發(fā)現(xiàn)最古老的巖石外， 其他地區(qū)也發(fā)現(xiàn)有南秦嶺塊體魚洞子群、陡嶺雜巖等太古宙地殼巖石。在大別地區(qū)新縣、紅安、麻城一帶發(fā)現(xiàn)新太古代巖石， 統(tǒng)稱大別巖群(大別表殼巖， 為一套TTG巖系)。該巖群一般呈殘留包體分布于田鋪序列花崗質(zhì)片麻巖系及中生代花崗巖之中， 如在黃土嶺地區(qū)麻粒巖原巖中測得巖漿中結(jié)晶鋯石為2.7～2.6 Ga(陳能松等， 2006)， 在團風地區(qū)發(fā)現(xiàn)2.8 Ga左右的巖漿鋯石(邱嘯飛等， 2020)， 河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院(2018)(2)河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院. 2018. 大別山銅鉬金銀鉛鋅成礦系統(tǒng)與成礦預測研究報告.測得商城陳家灣一帶大別表殼巖巖漿鋯石U-Pb年齡為2.69～2.58 Ga。大別山早白堊世商城巖體、達權(quán)店巖體(高昕宇等， 2013)、新縣巖體(劉清泉等， 2016)等巖體Hf同位素二階段模式年齡都集中在新太古代， 說明大別山早白堊世部分巖體巖漿源區(qū)為新太古代地殼。雞公山巖體Nd同位素二階段模式年齡為2.49～2.36 Ga， 平均2.45 Ga； Hf同位素二階段模式年齡集中在3.07～2.54 Ga， 平均2.78 Ga， 與區(qū)域同時代巖體具有相同的特征(圖8b)。因此， 推測雞公山巖體巖漿可能為新太古代大別表殼巖物質(zhì)重熔形成。

圖8 雞公山巖體Sr-Nd同位素[a， 據(jù)Jahn等(1999)]和鋯石Hf同位素[b， 據(jù)吳福元(2007)]圖解

5.3 動力學背景及成礦意義

大別造山帶為中晚三疊世揚子陸塊向華北陸塊俯沖碰撞形成的大陸碰撞型造山帶， 經(jīng)歷了早期俯沖碰撞導致加厚地殼形成， 后期折返伸展導致地殼拆沉、減薄， 在擠壓-伸展時期發(fā)生大規(guī)模的中生代巖漿活動(王強等， 2000； 許志琴等， 2003)。該區(qū)擠壓-伸展轉(zhuǎn)化、加厚下地殼拆沉時限仍存在爭議。馬昌前等(2003)對劉家洼花崗巖的研究認為形成135 Ma前的高Sr/Y 花崗巖是加厚地殼開始減薄以及擠壓向伸展轉(zhuǎn)換的產(chǎn)物。高昕宇等(2013)認為商城巖體137 Ma年齡為北淮陽地區(qū)構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換的最小時間。朱江等(2019)認為西大別和東大別造山帶加厚下地殼拆沉和構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換時限基本一致， 發(fā)生在133 Ma左右。但多數(shù)研究者認為， 中生代巖漿在130 Ma前后形成的花崗巖地球化學特征明顯不一樣， >130 Ma花崗巖通常具有高Sr低Yb、較高的(La/Yb)N和Sr/Y值、銪負異常不明顯等特征， 類似于埃達克型花崗巖， 形成于加厚下地殼(>50 km)的部分熔融； <130 Ma花崗巖通常具有低Sr低Yb等特征， 可能發(fā)生了加厚下地殼拆沉作用， 形成于減薄地殼(<35 km)的部分熔融(Wangetal., 2007； Xuetal., 2007； 張超等， 2008)。雞公山巖體鋯石U-Pb年齡介于146～136 Ma之間，同時具高Sr低Yb(Sr=418×10-6～670×10-6， Yb=0.73×10-6～1.1×10-6)， 較高的(La/Yb)N(35.3～56.81)、Sr/Y(42～79)值， 銪谷不明顯等特征， 具有埃達克型花崗巖特征。而高Sr/Y值同樣證明源區(qū)殘留石榴子石的存在(李承東等， 2004)， Nb、Ta和Ti虧損指示源區(qū)可能存在殘留金紅石， 指示熔融深度相當于50 km左右。Mg#在0.23～0.51之間， 除個別大于0.5外， 整體較小， Cr和Ni含量中等， 指示巖漿源區(qū)受到地?；烊镜某潭容^低。綜上， 雞公山巖體發(fā)生于構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換及伸展機制下， 為尚未發(fā)生拆沉的加厚下地殼部分熔融的產(chǎn)物。

前人將偉晶巖主要分為LCT型(Li-Cs-Ta)和NYF型(Nb-Y-F)(蔣少涌等， 2021)， 其中NYF型偉晶巖的母體花崗巖(分為A型花崗巖和I型花崗巖)具準鋁質(zhì)-亞鋁質(zhì)， 稀土元素含量較富集， 內(nèi)部無-弱巖相分帶， 主要形成富含硅鈹釔礦等重稀土礦物的重稀土礦床， 大地構(gòu)造環(huán)境為伸展背景下的非造山環(huán)境， 巖漿可源于虧損LCT元素的中下地殼麻粒巖、花崗巖(毛景文等， 2019； 蔣少涌等， 2021)。雞公山巖體具準鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性巖系特征、較高REE含量、I型花崗巖等特征，巖體與偉晶巖呈過渡接觸關(guān)系(圖2a、2b)， 偉晶巖無巖相分帶，發(fā)現(xiàn)稀土礦為鈹釔礦等重稀土礦物，綜上， 認為雞公山巖體和巖體內(nèi)偉晶巖形成時間一致并有構(gòu)造背景相同， 屬同期巖漿活動；雞公山巖體可能是巖體內(nèi)偉晶巖脈的母體花崗巖， 偉晶巖類型為NYF型(Nb-Y-F)型。

吳福元等(2017)認為高分異花崗巖經(jīng)常與W、Sn、Nb、Ta、Li、Be、Sb和REE等金屬礦化聯(lián)系密切， 稀有金屬花崗巖首先就是一種高分異花崗巖。有研究者提出， 同鋯石Zr/Hf值類似， 全巖的Zr/Hf和Nb/Ta值也可視為花崗巖漿結(jié)晶分異程度的標志(Ballouardetal.， 2016)。Breiter等(2014)提出根據(jù)鋯石的Zr/Hf值， 可將花崗巖劃分為普通花崗巖(Zr/Hf>55)、中等分異花崗巖(25

6 結(jié)論

(1) 雞公山巖體具準鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性巖系特征， 副礦物發(fā)現(xiàn)有少量角閃石等， 地球化學特征和巖石學特征顯示雞公山巖體可能為分異I型花崗巖。Sr-Nd-Hf同位素特征暗示巖漿可能是揚子板塊中下地殼新太古代大別表殼巖物質(zhì)重熔形成。

(2) 雞公山巖體U-Pb年齡值為141.8±0.8 Ma(n=26， MSWD=1.15)， 為早白堊世巖漿活動的產(chǎn)物， 發(fā)生于構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換及伸展機制下， 為尚未發(fā)生拆沉的加厚下地殼部分熔融的產(chǎn)物。

(3) 雞公山巖體可能是巖體內(nèi)含Be-Y偉晶巖脈的母體花崗巖， 為稀有金屬成礦奠定了基礎(chǔ)。

致謝撰稿過程中得到了信陽師范學院史興俊老師、長江大學朱江老師提出寶貴意見。審稿專家對論文提出了寶貴的意見和建議,在此一并表示誠摯感謝!