桂北摩天岭和元宝山花岗岩类岩石地球化学及成因研究＊

韩宗珠，衣伟虹，李三忠，来志庆，张 贺

（中国海洋大学海洋地球科学学院，海底科学与探测技术教育部重点实验室，山东青岛266100）

桂北摩天岭和元宝山花岗岩类岩石地球化学及成因研究＊

韩宗珠，衣伟虹，李三忠，来志庆，张 贺

（中国海洋大学海洋地球科学学院，海底科学与探测技术教育部重点实验室，山东青岛266100）

桂北摩天岭和元宝山地区广泛发育花岗岩类岩石。岩石地球化学研究表明，该区花岗岩类岩石具有相对富硅、钾，贫钠、钙，富集轻稀土以及Ba、Sr、Eu亏损的特征。岩石属于碱性－钙碱性高钾花岗岩，其分离结晶作用强烈，是岩浆演化至晚阶段的产物。对岩石的成因分析表明，该区花岗岩类岩石是在扬子板块与华夏板块以及个别小型岛弧地体的碰撞造山作用下形成的后造山花岗岩类。

花岗岩类；岩石地球化学；成因；桂北

华南扬子地块周边广泛出露新元古代火成岩，Li ZX et al［1－5］认为华南板块是Rodinia超大陆的重要组成部分，大约在0.7Ga时，Rodinia的裂解使得华南（包括扬子陆块和华夏陆块）与其它大陆分离。该地区新元古代中期（830～740Ma）的火成岩是板内岩浆作用形成，并与Rodinia超大陆下的地幔柱／超级地幔柱活动引起的大规模地壳去顶、南华与康滇裂谷的发育具有同时性［6－9］。所以，研究新元古代岩浆作用对于Rodinia超大陆的研究具有重要的指示性意义。

桂北地区广泛发育有前寒武纪花岗岩类岩石，主要岩石类型为黑云母花岗岩和花岗闪长岩。前人对桂北地区花岗岩体进行过不同程度的研究，积累了丰富的资料（毛景文等［10］；葛文春等［11］；邱检生等［12］），探讨了桂北不同地区花岗岩的岩石地球化学特征和成因。此外，前人还通过锆石U－Pb测年得出该区花岗岩类形成于820～825Ma左右的晋宁晚期［13］。

桂北地区花岗岩类成因和构造环境的研究，对扬子地块东南缘新元古代花岗岩的成因和大地构造背景的研究具有重要的意义。本文选取摩天岭和元宝山花岗岩类为研究对象，通过对该区花岗岩类的岩石地球化学特征的研究，并结合前人研究资料，讨论该区岩石的成因及构造环境。

1 地质背景及岩石学特征

桂北地区位于扬子地块南缘，其主要地质单元包括中元古代四堡群、新元古代丹洲群、花岗岩及区内广泛分布的镁铁质－超镁铁质侵入体（见图1）。四堡群火山－沉积岩系厚度巨大，为形成于活动大陆边缘的粉砂质－泥质沉积岩和枕状玄武质火山岩系。四堡群岩石遭受晋宁期绿片岩相变质作用，被认为是桂北地区的变质基底［11］。而丹洲群为上元古界的一套浅变质岩。广泛发育的新元古代花岗岩体均侵入四堡群变质地层之中，其中摩天岭和元宝山地区岩体出露面积较大，具有代表性。此外还有很多地区也有花岗岩体的出露。

图1 桂北地区花岗岩类分布简图Fig.1 Simplified geological map showing the distribution of the granitoids in northern Guangxi

桂北摩天岭花岗岩体北缘主要指黔桂边境地区的贵州省从江县西部、广西壮族自治区融水县北部一带。在构造上，摩天岭花岗岩体北缘地处扬子陆块东南边缘，扬子陆块北接华北陆块和秦岭造山带，西接右江造山带并与印度陆块相邻，东接太平洋板块，南与华南陆块毗邻，其发展演化历史是与周边各大地构造单元相互作用和影响的历史。摩天岭花岗岩体略呈椭圆形，沿NNE－SSW向延伸，面积约1 000km2，侵入于围岩中元古界四堡群中，接触界线清楚，局部地段为渐变关系，与围岩关系比较协调，没有强烈的冲挤现象。接触面均向四周倾斜，南北两端倾角较缓，东西两端倾角较陡，一般为45（°）～50（°），对围岩造成的接触热变质明显，因遭受不同程度的变形变质作用改造普遍具有片麻理构造。该岩体主要由三防岩体、本洞岩体和汪洞岩体等小型岩体组成。三防岩体主要由黑云母花岗岩组成，并侵入本洞岩体，本洞岩体呈肾状，主要由花岗闪长岩组成。

元宝山花岗岩岩体位于融水县元宝山，呈一长轴为近南北向的椭圆状，长约28km，宽约13km，出露面积约20km2。岩性基本都是斑状黑云母二长花岗岩。元宝山岩体中，特别是岩体中西部，广泛发育片麻状构造。

研究区花岗岩岩体规模大、活动期次多，本文所用样品主要采集于四堡－雪峰期岩体。对研究区花岗岩类的镜下观察，可见典型矿物组合为石英（26%～30%）＋斜长石（26%～30%）＋微斜长石（35%～44%）＋黑云母（4%～6%）＋白云母（1%～5%），其中白云母可以分为长石颗粒空隙中结晶的较自形原生白云母和沿岩石裂隙或斜长石蚀变而成的次生白云母，如样品GX07－047；副矿物为绿帘石＋锆石＋电气石。

2 岩石地球化学特征

桂北摩天岭和元宝山花岗岩类岩石样品的主元素和微量元素组分分别列于表1和2。岩石样品的主元素测试方法采用X荧光光谱（XRF）法（中国海洋大学地质实验室，分析精度优于2%～5%）和硅酸盐全岩分析法（山东省第四地质勘查院，分析精度优于1%～5%）。微量元素采用电感耦合等离子质谱（ICP－MS）分析法（中国海洋大学地质实验室，分析精度优于3%）和湿法化学分析法（青岛海洋地质研究所，分析精度优于0.1%）测得。由于实验过程中采用了不同的元素分析测试方法，所以对同一元素的含量测试存在一定的误差。但是对实验结果的影响较小，所以本文直接采用了测试数据。

2.1 主量元素

表1中列出区内花岗岩类的岩石化学成分、CIPW标准矿物组成和岩石化学参数。通过与世界花岗岩平均值对比可以看出，研究区花岗岩类具有以下特点：

a.富硅：研究区花岗岩类的二氧化硅含量高于世界花岗岩平均值。

b.富钾贫钠：区内ALK含量低于世界花岗岩的含量，K2O含量远大于世界平均值，Na2O含量远低于世界平均值，N／K＝0.39。

c.贫钙：区内花岗岩类的CaO含量仅为0.59%，约为世界平均值的1／3。

d.此外，Mn O含量远高于世界平均值；Mg O、Al2O3、TiO2含量低于世界平均值。

e.DI＝88，略高于世界平均值；SI＝6.18，但样品间差异较大从0.39～13.61不等。

可见，研究区花岗岩类在演化过程中岩浆的分离结晶作用强烈，分异度高，酸度高，是岩浆演化至晚阶段的产物［14］。

岩石的CIPW标准矿物中均出现刚玉，可将其归为过铝质花岗岩类，表示其源区物质为硅铝质地壳物质，但样品间含量的差异又表示其源区的组成并非完全相同［12］。

根据岩石的全碱－硅（TAS）分类图（见图2）和K2O vs SiO2图（见图3）、SiO2－AR（碱度率）图（见图4），研究区岩石样品为碱性－钙碱性高钾花岗岩。根据花岗岩构造环境Al2O3－SiO2判别图（见图5），研究区花岗岩为后造山环境下形成的花岗岩类。

表1 桂北摩天岭和元宝山花岗岩类岩石主元素组成Table 1 Major element compositions of granitoids／%

表2 桂北摩天岭和元宝山花岗岩类岩石微量元素和稀土元素组成Table 2 Trace element and REE compositions of granitoids／μg·g－1

2.2 微量元素和稀土元素

表2中列出了研究区花岗岩类岩石样品的微量元素和稀土元素含量。从表中可知该区岩石的基性元素Co、Ni、Cr含量较低，主要介于1.13～4.81μg／g、1.29～6.30μg／g、1.64～13.60μg／g，说明岩石经历了高度的结晶分异作用［10］。而Rb／Sr比值介于0.65～6.29，平均值为1.88，较斜长花岗岩比值（约0.016）高［10］。Th／U比值介于0.64～5.74，平均值为3.13。根据前人资料，华南Ⅰ型花岗岩Rb／Sr一般小于3，Th／U＞3，S型花岗岩Rb／Sr＞3，Th／U＜3［17］。通过对比可以看出，研究区花岗岩类与斜长花岗岩并不相同，而与Ⅰ型花岗岩十分类似［10］。在微量元素蛛网图（见图6）中，Ba、Sr元素表现为明显的负异常，显示弧火山岩的特征［18］。

研究区花岗岩样品的∑REE和L／H变化范围主要为50.78～99.54μg／g和2.84～5.13之间；（La／Yb）N值介于1.77～5.06，仅个别样品的（La／Yb）N值小于2.0；δEu的范围为0.11～0.37。在稀土元素分布模式图中表现为富集轻稀土，并有不同程度的Eu负异常（见图7）。Eu的负异常表明岩石在演化过程中斜长石的分离结晶作用较显著［12］。此外，部分Ce也表现出轻微的负异常特征。从REE模式图中可以看出样品具有M型稀土元素四分组效应，第一组La－Ce－Pr－Nd、第二组Pm－Sm－Eu－Gd、第三组Gd－Tb－Dy－Ho和第四组Er－Tm－Yb－Lu。其中第二组元素受Eu亏损影响而偏离上凸曲线［19］。

据花岗岩类的Ce－SiO2判别图（见图8）划分岩石类型，样品投点于Ⅰ型区，表示该区花岗岩类型属于Ⅰ型花岗岩。在花岗岩类微量元素构造判别图（图9）中，岩石投影于syn－COLG区，个别投影于VAG区，表明岩石的形成与碰撞造山作用有关，这与主元素判别的结果相吻合。

图6 花岗岩类微量元素蛛网图［15－16］Fig.6 Spider diagram for trace elements of granites

3 岩石成因讨论

桂北摩天岭和元宝山地区分布的前寒武纪花岗岩体在规模上较为局限，岩体具有典型侵入定位的结构、构造特点，普遍缺乏边缘混合岩化带。这与定位期和后期定向构造有关［20］。从岩体产出的构造环境来看，岩体分布于扬子地块南缘，扬子地块与华夏地块在1000Ma左右的晋宁时期发生碰撞对接［12］。而前人的锆石U－Pb测年显示该区花岗岩类形成于820～825Ma左右，属于晋宁晚期。

晋宁运动时，中元古代晚期扬子古陆块与华夏古陆块间发生洋－陆俯冲和陆－陆碰撞作用。碰撞的早期，夹杂着镁铁质杂岩的低成熟度的四堡群变质基底发生部分熔融。之后，随着俯冲作用的进一步加强，扬子板块南缘的深部发生大规模的幔源岩浆底侵作用，以四堡群为基底的高成熟度的上部地壳物质发生部分熔融，从而导致区内大规模的花岗质岩浆活动［12］。此外，有研究发现，大约以桂北九万山近东西断裂构造带为界，以北是扬子大陆的大陆边缘，以南是被一小洋盆相隔的岛弧地体，四堡期末该地体与扬子大陆边缘发生碰撞拼贴造山作用，具体过程见文献［21］。在这些作用的共同影响下，形成了该区的花岗岩地体。即该区花岗岩是桂北地区“迅速”进入陆内俯冲造山阶段的产物。

另外，从岩石的地球化学特征可以看出该地区花岗岩类属于碰撞造山作用下形成的后造山花岗岩类，其岩浆来源于为硅铝质地壳物质，是岩浆演化至晚阶段的产物。

4 结论

通过以上研究，可以得出以下几点结论：

（1）桂北地区花岗岩类岩石的地球化学特征表明：岩石在演化过程中经历了强烈的分离结晶作用，岩石特征与Ⅰ型花岗岩十分类似，具有弧火山岩的特征，是岩浆演化至晚阶段的产物。

（2）岩石标准矿物中刚玉的出现说明该花岗岩类属于过铝质花岗岩类，其源区物质为硅铝质地壳物质。

（3）研究区岩石为碱性－钙碱性高钾花岗岩，该花岗岩的形成与碰撞造山作用有关，为后造山环境下形成的花岗岩类。

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Geochemistry and Petrogenesis of Granitoid Rocks in Motianling Area and Yanbaoshan Area，Northern Guangxi

HAN Zong－Zhu，YI Wei－Hong，LI San－Zhong，LAI Zhi－Qing，ZHANG He
（The Key Lab of Submarine Geosciences and Prospecting Techniques，College of Marine Geoscience，Ocean University of China，Qingdao 266100，China）

Granitoid rocks are widely distributed in Motianling Area and Yanbaoshan Area in northern Guangxi.According to rock geochemistry，these granitoid rocks are characterized by relatively enriched in Si、K and poor in Na、Ca、Ba、Sr、Eu，and have higher LREE.These rocks belong to alkaline－－calcium－alkaline granites，and have high fractional crystallization.Based on the analysis of their petrogenesis，it is concluded that the granitoid rocks are formed at the collision between the Cathaysia block and the Yangtze block or between the Yangtze block and a certain island arc block，and are postorogenic granites.

granites；geochemistry；petrogenesis；northern Guangxi

P588.12；P595

A

1672－5174（2012）04－059－07

2011－05－08；

2012－03－05

韩宗珠（1964－），男，教授。E－mail：hanzongzhu＠ouc.edu.cn

责任编辑 徐 环