曹正琦 ，蔡逸濤 ，周向輝 ，戚文龍 ，丁文秀

（1.湖北文理學(xué)院，湖北 襄陽(yáng) 441053；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢），湖北 武漢 430030；3.金陵科技學(xué)院，江蘇 南京 211169；4.湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北 武漢 430034；5.武漢民政職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430062；6.湖北地震局，湖北 武漢 430071）

大別造山帶是中國(guó)研究程度較高的高壓—超高壓變質(zhì)帶之一，也是2 個(gè)陸—陸碰撞造山后，中生代的巖漿活動(dòng)之最強(qiáng)烈地區(qū)（Ma et al.，1998）。前人的研究表明，大別造山帶在早白堊世發(fā)生了大規(guī)模巖漿活動(dòng)（120～138 Ma） （李曙光等，1999；Jahn et al.，1999；Xu et al.，2007；穆可斌等，2019；張凱等，2020） , 侵入的巖體主體為中酸性巖，鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖次之，大量與其年代相近的中酸性、基性脈巖穿切巖體（王世明等，2010）。中基性巖脈的研究對(duì)于了解區(qū)域的殼幔相互作用及構(gòu)造環(huán)境具有十分重要的意義。

基性巖漿能反映地幔源區(qū)性質(zhì)，成因環(huán)境和形成演化過(guò)程，能為底侵以及殼幔巖漿相互作用提供可靠信息，對(duì)大別地區(qū)鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖石為碰撞后侵入巖的認(rèn)識(shí)已逐漸統(tǒng)一（Hacker et al.，1995；Hacker et al.，1998 ；葛寧潔等，1999；趙子福等，2003），但對(duì)于大別基性巖巖漿來(lái)源存在較大分歧： ①認(rèn)為地幔和地殼混合形成（戚學(xué)祥等，2002）。②由俯沖的揚(yáng)子巖石圈地幔部分熔融產(chǎn)生（趙子福等，2003； Zhao et al.，2005 ）。上述巖漿來(lái)源的地質(zhì)構(gòu)造背景，前人將之歸納成3 種觀點(diǎn)：①觀點(diǎn)認(rèn)為陸—陸碰撞造山后環(huán)境形成于三疊紀(jì)時(shí)期（Chen et al.，2002；Xu et al.，2007）。②認(rèn)為不是三疊紀(jì)時(shí)期的陸—陸碰撞，可能與中國(guó)東部的巖石圈發(fā)生減薄構(gòu)造事件有關(guān)，是由太平洋板塊在晚中生代時(shí)期西向俯沖導(dǎo)致的（任志等，2014；劉清泉等，2015）。③認(rèn)為可能與巖石的部分熔融有關(guān)，該部分熔融是由地幔柱在早白堊世時(shí)期對(duì)巖石圈熱擾動(dòng)所引起的 （趙子福等，2004）。針對(duì)大別基性巖的巖漿源區(qū)性質(zhì)及大地構(gòu)造背景的認(rèn)識(shí)還存在的差異，筆者以翔實(shí)的野外觀察為基礎(chǔ)，通過(guò)研究大悟地區(qū)出露的閃長(zhǎng)玢巖脈地球化學(xué)特征，結(jié)合野外閃長(zhǎng)玢巖脈穿切花崗斑巖脈的地質(zhì)事實(shí)，分析閃長(zhǎng)玢巖的巖漿源區(qū)性質(zhì)及所處大地構(gòu)造環(huán)境，探討大別造山帶的殼—幔相互作用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

秦嶺-大別造山帶是揚(yáng)子地塊在三疊紀(jì)時(shí)期與華北地塊發(fā)生俯沖-碰撞，而產(chǎn)生的高壓-超高壓變質(zhì)帶，東被郯城-廬江斷裂所截，北連華北克拉通，南為揚(yáng)子地塊（圖1）。在大悟地區(qū)早白堊世時(shí)期基性脈巖侵位分布廣泛，種類(lèi)較多，包括輝綠（玢）巖、煌斑巖、輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)玢巖等，有的基性脈巖切割或穿插晚中生代時(shí)期的中酸性巖體，基性巖脈的走向分布主要為北東東，北西向脈巖占據(jù)部分，巖脈傾角均較陡，與其圍巖的接觸界線清晰（王世明等，2010）。

圖1 大別山地區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)圖（據(jù)索書(shū)田等，1993 修改）Fig.1 Structural sketch of Dabie Mountain area

閃長(zhǎng)玢巖脈分布規(guī)模小，出露寬度為10～25 cm，延伸長(zhǎng)度一般為1～3 m，圍巖巖性主要為馬吼嶺群白云鈉長(zhǎng)石英變粒巖（圖2a），個(gè)別閃長(zhǎng)玢巖脈交截花崗斑巖脈（圖2b）。

2 巖相學(xué)和礦物學(xué)特征

閃長(zhǎng)玢巖表現(xiàn)為黑色或黑褐色，具斑狀結(jié)構(gòu)，呈塊狀構(gòu)造。斑晶成份幾乎為暗色礦物，少量基性斜長(zhǎng)石，斑晶總量約為20%，暗色礦物絕大多數(shù)被碳酸鹽礦物、綠泥石交代為殘余柱狀、六邊形假象（屬角閃石），極少數(shù)被綠泥石、白云母交代為殘余片狀假象（屬黑云母）?；孕遍L(zhǎng)石發(fā)生交代作用被碳酸鹽礦物所取代，呈現(xiàn)出殘余柱狀構(gòu)造的型式。

基質(zhì)總量約為80%，成分主要由具碳酸鹽化、鈉黝簾化殘余自形小板條狀的基性斜長(zhǎng)石組成，許多玻璃質(zhì)充填三角形空隙格架內(nèi)，無(wú)序分布（在單偏光下顯淺褐色，外形呈隱晶集合體，在正交偏光下顯黑色并具均質(zhì)性全消光）、暗色礦物及少量的鐵質(zhì)礦物（種類(lèi)有磁鐵礦和鈦鐵礦）、微量的石英而組成變余間隱間粒結(jié)構(gòu)的特征（圖2c）。巖石中還可見(jiàn)一顆外形呈不規(guī)則狀的杏仁體，沿其內(nèi)充填著粗大粒狀的石英晶體（圖2d）。

3 樣品采集及分析測(cè)試方法

野外采集新鮮的閃長(zhǎng)玢巖樣品，在自然資源部武漢礦產(chǎn)資源檢測(cè)中心完成樣品的主量元素、微量元素及稀土元素的測(cè)試，利用X 射線熒光光譜分析熔鑄玻璃片法分析主量元素，分析儀器的型號(hào)為XRF-1500，對(duì)于分析精度要求精于1%，F(xiàn)inningMAT 公司生產(chǎn)的等離子質(zhì)譜儀（ICP—MS）測(cè)定樣品中的微量元素、稀土元素，分析精度要求高于5%。

4 巖石地球化學(xué)特征

4.1 主量元素特征

閃 長(zhǎng) 玢 巖 （樣 品D2073/1、D2073/2、D2073/3、D2073/4、D2073/5 和D4078/4）的主量元素和微量元素分析結(jié)果顯示，SiO2含量為49.97%～55.01%，屬于基性—中基性成分，樣品號(hào)為D2073/2、D2073/3 的SiO2含量較高，可能與脈巖侵位過(guò)程中與花崗斑巖發(fā)生交代作用有關(guān)。MgO 含量為4.63%～5.49%，Al2O3含量為14.01%～14.65%，P2O5含量為0.52%～0.80%，CaO含量為 4.70%～6.17%，K2O 含量為3.41%～4.39%，Na2O含量為1.82%～3.86%，巖石富堿，K2O/Na2O 值為 0.41～1.11（表1）。樣品中MgO 含量與SiO2含量相反，隨之增高而降低，Al2O3、P2O5含量隨SiO2含量增高而升高，表現(xiàn)出巖漿分異演化的一般規(guī)律。

表1 閃長(zhǎng)玢巖主量元素、微量元素、稀土元素分析結(jié)果表Tab.1 Analysis results of major elements, trace elements and rare earth elements of diorite porphyrite

4.2 稀土元素特征

閃長(zhǎng)玢巖稀土總量為219.04×10—6～338.08×10—6。其中，輕重稀土比為13.29～20.74，平均值為17.05。Zr 含量為218.8×10—6～262.66×10—6，Y 含量為17.3×10—6～20.79×10—6（表1），Nb 異常值0.16～0.25，（La/Yb）N值為21.21～43.34，表明閃長(zhǎng)玢巖輕稀土富集，輕、重稀土分異程度較大，整體表現(xiàn)為右傾型，較陡（圖3a）。其中，樣品的δEu 值為0.84～0.93，負(fù)異常不明顯，說(shuō)明斜長(zhǎng)石結(jié)晶分異作用較弱（劉軍等，2022）。大悟地區(qū)的閃長(zhǎng)玢巖樣品脈稀土配分模式總體同安徽廬樅地區(qū)的閃長(zhǎng)玢巖類(lèi)似，顯示為右傾型特征，稀土模式表明LREE 富集、HREE 虧損，但廬樅盆地的樣品稀土配分更平緩。

4.3 微量元素特征

微量元素蛛網(wǎng)圖顯示閃長(zhǎng)玢巖的微量元素分配型式整體變化趨勢(shì)相近（圖3b），虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Hf、Ti，富集元素Gd、Nd、Sr、Th，可能與俯沖板片形成的熔體有關(guān)。廬樅盆地閃長(zhǎng)玢巖的蛛網(wǎng)圖也表現(xiàn)出虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Hf、Ti，大離子親石元素Th 等富集，Sr 元素不同程度虧損，可能受到了地幔交代作用和斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用的影響（汪晶等，2014）。

5 討論

5.1 成巖時(shí)代

野外出露特征顯示閃長(zhǎng)玢巖脈晚期侵入至花崗斑巖體中，因此其形成時(shí)代應(yīng)該略晚于或晚于該花崗斑巖結(jié)晶年代。曹正琦（2016）通過(guò)鋯石U-Pb 定年測(cè)試獲得研究區(qū)花崗斑巖的侵位年齡為（130.8±1.8）Ma，本研究中的閃長(zhǎng)玢巖巖漿結(jié)晶年齡應(yīng)晚于花崗斑巖侵位年齡。范裕等（2010）在寧蕪盆地中利用LA-ICPMS 同位素定年方法獲得閃長(zhǎng)玢巖中同位素鋯石U-Pb 年齡為（130.2±2.0）Ma。黃丹峰等（2010）在大別山北緣利用SHRIMP 同位素定年方法得到閃長(zhǎng)玢巖中同位素鋯石U-Pb 年齡為（129.1±2.2）Ma。綜上所述，西大別大悟地區(qū)閃長(zhǎng)玢巖的形成很可能約為130 Ma。

5.2 脈巖成因

閃長(zhǎng)玢巖的巖石地球化學(xué)燒失量為3.62%～7.83%，表明樣品遭受一定程度蝕變。Nb、Ti、Zr 等不相容元素具有活動(dòng)性小，對(duì)巖石風(fēng)化、交代和蝕變等作用過(guò)程反應(yīng)不靈敏，利用與其他元素的圖解，討論相關(guān)元素的活動(dòng)特點(diǎn)（Gibson et al.，1982），可以為巖石源區(qū)地幔性質(zhì)和成分提供信息。

脈巖是母巖漿的代表，能有效反映源區(qū)物質(zhì)組成（Westerman et al.，2003），閃長(zhǎng)玢巖脈具有較低SiO2含量（49.97%～55.01%）、MgO 含量（4.63%～5.49%），較高Al2O3含 量 （14.01%～14.65%）、 FeO*含 量（1.63%～7.45%），殼源混染會(huì)使巖漿中SiO2含量明顯增高、降低MgO 值，但脈巖的SiO2—MgO 不相關(guān)，說(shuō)明殼源混染對(duì)脈巖影響不大。其次脈巖中微量元素、稀土元素含量變化不大，表明脈巖的巖漿在上升時(shí)沒(méi)有受到殼源混染作用的干擾。輕稀土富集，輕、重稀土分異的程度較大，整體表現(xiàn)為較陡右傾型，（La/Yb）N值為21.21～43.34，δEu 值為0.84～0.93，負(fù)異常不明顯，表明在巖漿源區(qū)沒(méi)有殘留斜長(zhǎng)石，而存在石榴子石和金紅石殘留，說(shuō)明脈巖的巖漿來(lái)自深度較大（俞勝等，2022）。 Mg#值為60.17～90.19，大于下地殼的熔融 產(chǎn)物Mg#值＜40（Rapp et al.，1995）； Nb/T a 值 為13.06～18.47，大 于 地 殼 平 均 值（11.4）（Rudnik et al.，2003），接近于地幔值(17.5±2) （Hofmann，1988；Green，1995）；Zr/Hf 值為40.09～44.05，接近于地幔值（36.7），樣品投點(diǎn)均接近于Zr-Y 圖解的富集地幔區(qū)域（圖4），表明脈巖的巖漿源區(qū)可能來(lái)自于富集地幔，與安徽廬樅盆地閃長(zhǎng)玢巖的Sr-Nd-Pb 同位素特征反映富集地幔巖漿源區(qū)的認(rèn)識(shí)較為一致（汪晶等，2014）。

圖4 閃長(zhǎng)玢巖Zr-Y 判別圖解（據(jù)Maitre et al.，1989）Fig.4 Zr—Y discrimination diagram of diorite porphyrite

從三疊紀(jì)開(kāi)始，揚(yáng)子板塊俯沖碰撞華北板塊后，區(qū)域巖石圈地幔成分變化較大，早白堊世時(shí)期，中國(guó)東部巖石圈拉張構(gòu)造事件對(duì)大別造山帶產(chǎn)生影響，大量鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體侵位至西大別地區(qū)，其同位素顯示出富集特征（εNd（t）＜—12），Zr—Y 判別圖解顯示閃長(zhǎng)玢巖樣品均靠近富集地幔(圖4)。以上特征表明區(qū)域巖漿源區(qū)為富集地幔（王世明等，2010）。

微量元素蛛網(wǎng)圖分配型式的變化趨勢(shì)表現(xiàn)為整體相近，虧損不相容元素Nb、Ta、Hf、Ti；富集親石元素Sr，其中不相容元素Nb、Ta 的虧損是由板塊俯沖時(shí)巖漿噴發(fā)造成（Gill，1981），脈巖Nb 異常值范圍0.16～0.25，Nb 的負(fù)異常特征通常被認(rèn)為是俯沖帶上火山巖或者陸殼巖石的明顯特征（Jahn et al.，1999），微量元素特征可能是與俯沖板片作用相關(guān)的巖石圈地幔部分熔融有關(guān)（Pearce et al.，1995；彭松柏等，2016），與廬樅盆地中受古板塊俯沖交代作用影響而形成的火 山 巖 類(lèi) 似（袁 峰 等，2008），巖 石 中Sr 含 量 為625.32×10—6～1 112.55×10—6，明顯高于地幔值（17.8×10—6）（Taylor et al.，1985），暗示脈巖的巖漿源區(qū)受到了俯沖板片流體交代作用的影響，使Sr 含量增高（McCulloch et al.，1991），深俯沖大陸巖石圈可能在上地幔頂部滯留幾十甚至上百個(gè)百萬(wàn)年之后，才形成熔融巖漿（趙子福等，2004）。從閃長(zhǎng)玢巖的野外空間分布形態(tài)（圖2a、圖2b），間接反映了地區(qū)斷裂構(gòu)造結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)和斷裂結(jié)構(gòu)特征，大致可以辨別該脈巖充填的裂隙具剪張性，符合鎂鐵質(zhì)巖漿貫入長(zhǎng)英質(zhì)巖漿結(jié)晶度及流變學(xué)特征的4 個(gè)階段混合模式，第一階段為長(zhǎng)英質(zhì)巖漿結(jié)晶；第二階段為花崗質(zhì)巖漿近處于固態(tài)，在應(yīng)力作用下產(chǎn)生巖石裂隙；第三階段為具流變特征的基性巖漿注入到已經(jīng)形成的花崗巖石裂隙，并在局部與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成具兩者特性的復(fù)合巖墻，閃長(zhǎng)玢巖呈角礫或鋸齒狀斑塊產(chǎn)出；第四階段為花崗質(zhì)巖石已經(jīng)固結(jié)，同時(shí)較為連續(xù)的基性巖墻（Fernandez et al.，1991）。區(qū)域深部的巖漿源區(qū)可能存在鎂鐵質(zhì)和花崗質(zhì)2 種類(lèi)型巖漿，前者可能稍晚侵位至后者，兩者進(jìn)一步進(jìn)行混合作用。

綜上所述，閃長(zhǎng)玢巖脈的地球化學(xué)特征綜合顯示其巖漿來(lái)源于富集地幔，但俯沖而來(lái)的板片流體與其發(fā)生交代作用，使基性脈巖兼具俯沖作用的地球化學(xué)特征，該脈巖的巖漿源區(qū)可能受到了富集地幔與俯沖板片流體交代作用的影響，花崗斑巖、閃長(zhǎng)玢巖為造山后伸展—拉張環(huán)境下形成的脈巖組合 。

5.3 構(gòu)造環(huán)境

脈巖是研究深部巖石圈動(dòng)力演化過(guò)程的重要“探針”（Poland et al.，2004），脈巖一般認(rèn)為是巖漿在區(qū)域性地殼在拉張作用下而形成，對(duì)研究區(qū)域構(gòu)造演化具有十分重要的意義（Halls，1982），閃長(zhǎng)玢巖脈巖地球化學(xué)特征為中基性巖，TiO2-K2O-P2O5判別圖解顯示樣品均落于大陸玄武巖區(qū)（圖5a），TiO2-Zr（P2O5×10 000）圖解顯示脈巖樣品屬于拉斑玄武巖系列（圖5b），與廬樅盆地的樣品均為板內(nèi)玄武巖（圖5c），Th/Nb 值為0.48～0.60，Nb/Zr 值為0.05～0.08，符合大陸拉張帶玄武巖特征（0.27＜Th/Nb＜0.67，Nb/Zr＞0.04）（孫書(shū)勤等，2003）；且脈巖樣品均落于Th/Hf—Ta/Hf 圖解的大陸拉張帶玄武巖區(qū)（圖5d）。

圖5 TiO2-K2O-P2O5 判別圖解（a）（Pearce，1975）； TiO2-Zr（P2O5×10 000）判別圖解（b）（Winchester et al.，1976）；Ti-Zr 判別圖解（c）（Pearce et al.，1973）；Th/Hf-Ta/Hf 判別圖解（d）（據(jù)汪云亮等，2001）Fig.5 (a) Discriminant diagram of TiO2—K2O—P2O5, (b) Discriminant diagram of TiO2—Zr (P2O5×10 000),(c) Ti-Zr discriminant diagram, and (d) Th/ Hf—Ta/Hf discrimination diagram

大別地區(qū)位于華北板塊與揚(yáng)子板塊之間，是蘇魯—大別超高壓變質(zhì)帶的重要組成部分，經(jīng)歷了洋—陸碰撞、陸—陸碰撞等構(gòu)造演化過(guò)程。前人研究顯示，大別地區(qū)的高壓與超高壓榴輝巖相反映了揚(yáng)子地塊陸殼向北俯沖至華北陸塊之下， 240～220 Ma 是其變質(zhì)作用發(fā)生的重要時(shí)期，即大別造山帶形成時(shí)間 （Li et al.，1993； Hacker et al.，1998 ；李曙光等，2005；劉福來(lái)等，2006）；碰撞造山導(dǎo)致地殼增厚（Leech et al.，2001），隨后出現(xiàn)應(yīng)力松弛，區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)從擠壓轉(zhuǎn)換到伸展，由伸展作用所引起的花崗巖侵位，通常會(huì)稍晚于區(qū)域地殼部分熔融，所以加厚地殼部分熔融作用發(fā)生時(shí)間通常被當(dāng)作區(qū)域構(gòu)造體制開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)間的最低值（David et al.，2001 ；Whitney et al.，2003）。馬昌前等（2003）通過(guò)研究大別地區(qū)鎂鐵質(zhì)巖石侵位年代學(xué)和花崗巖侵位年代學(xué)以及分別分析其巖石地化綜合特征，認(rèn)為135 Ma 是區(qū)域地殼構(gòu)造體制的轉(zhuǎn)換時(shí)間。吳元保等（2001）以北大別地區(qū)巖石發(fā)生混合巖化時(shí)的年代學(xué)證據(jù)為依據(jù)，分析認(rèn)為（137±4）Ma 是大別地區(qū)從擠壓向伸展發(fā)生轉(zhuǎn)換的時(shí)間；并提出早白堊世大別造山帶發(fā)生伸展垮塌，發(fā)生大量中酸性花崗巖侵位。吳開(kāi)彬等（2013）通過(guò)對(duì)比西大別石鼓尖巖體、天堂寨巖體、薄刀峰巖體的Sr 同位素比值及結(jié)晶年齡，將其分為三期，第一期石鼓尖巖體具同構(gòu)造侵位變形特征，反映了擠壓環(huán)境；第二期天堂寨巖體，變形發(fā)育在接觸帶和剪切帶內(nèi)，暗示著大別造山帶的伸展垮塌；第三期薄刀尖巖體無(wú)變質(zhì)變形，被認(rèn)為是形成于大別造山帶垮塌之后，反映了伸展環(huán)境。根據(jù)筆者對(duì)巖石地球化學(xué)特征研究及野外地質(zhì)特征，認(rèn)為大悟地區(qū)閃長(zhǎng)玢巖為板內(nèi)拉斑玄武巖系列，反映了大陸拉張構(gòu)造環(huán)境，結(jié)合閃長(zhǎng)玢巖脈侵位時(shí)代為早白堊世。因此，大悟地區(qū)早白堊世閃長(zhǎng)玢巖形成于造山后大陸拉張環(huán)境，與前人認(rèn)為大別造山帶伸展時(shí)期較為一致（吳開(kāi)彬等，2013）。

6 結(jié)論

（1）巖石地球化學(xué)特征顯示，閃長(zhǎng)玢巖屬于中基性巖，為大陸拉斑玄武巖系列；稀土元素有較高的總量，稀土配分模式顯示強(qiáng)烈富集輕稀土的右傾型，虧損不相容元素Nb、Ta、Hf、Ti；大離子親石元素Sr 富集。

（2）研究區(qū)閃長(zhǎng)玢巖脈的巖漿源區(qū)可能受到了俯沖板片流體交代作用的影響，地球化學(xué)特征綜合顯示其可能來(lái)源于富集地幔；

（3）脈巖野外地質(zhì)特征及前人研究資料表明，閃長(zhǎng)玢巖侵位于早白堊世，為大別造山后伸展—拉張環(huán)境下形成的脈巖。

致謝：衷心感謝中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心陳雋璐正高級(jí)工程師對(duì)論文寫(xiě)作的指導(dǎo)！