陕西汉阴县观音河花岗岩脉成因分析

张健，杨兴科,杨宏宇，韩珂

(长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安　710054)



陕西汉阴县观音河花岗岩脉成因分析

张健，杨兴科,杨宏宇，韩珂

(长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安710054)

通过对陕西汉阴县观音河花岗岩脉的地球化学分析，初步探讨观音河花岗岩脉的地球化学特征和成因。岩脉产出于勉略缝合带以北，位于白水江—白河褶皱束。研究表明，观音河花岗岩脉岩性为花岗闪长岩，具有高硅、富铝、贫铁镁、低碱的特征，属过铝质钙碱性岩。富集Rb、Ba、Th等大离子亲石元素及Sr等不相容元素，亏损K、Ta、Nb等元素，未见Eu异常，稀土元素配分模式呈陡的右倾型。显微镜下可见方解石既形成独立矿物颗粒，又为斜长石蚀变矿物，指示热液作用。成岩类型为I型。构造环境为靠近同碰撞花岗岩(syn-COLG)的火山弧花岗岩(VAG)，本区花岗岩脉是勉略构造带晚二叠—中晚三叠世俯冲削减-碰撞造山过程中形成，是岩浆的后期热液产物。

花岗岩脉；地球化学特征，成因分析；观音河

1　区域地质背景

研究区位于汉阴县境内，毗邻安康市和石泉县。大地构造位置位于秦岭商丹缝合带与勉略缝合带之间，属南秦岭构造带(图1)，位于南秦岭南部勉略构造带逆冲推覆系中(张国伟，2001)，观音河花岗岩脉出露地区位于白水江-白河褶皱束。区域地层属于秦岭区的徽县—旬阳分区，总体上是由中元古界武当岩群、耀岭河群火山岩系构成基底，寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系的深-浅海相的硅质岩、细碎屑岩构成上覆地层。志留系梅子垭组为一套深水滞留环境下沉积的含碳泥质碎屑岩建造，其中发现的金矿床(点)构成一条呈北西向展布的金成矿带(卢纪英，2001)。月河断裂、牛山复背斜及其北翼的一系列倒转背向斜及韧性剪切带构成了该区构造的基本格架。构造线呈近东西向。不同程度的变形变质作用在地层中普遍发育。

2　地球化学特征

2.1样品采集与测试方法

用于分析的样品全部采于新鲜露头，未蚀变(图1)。化学分析在长安大学成矿作用及其动力学实验室完成，主量元素采用X射线荧光光谱分析，微量元素、稀土元素采用ICP-MS法分析。符合DZ-0130-94标准。

1.石炭系；2.中泥盆统上部；3.中泥盆统下部；4.志留系；5.洞河群；6.中元古界耀岭河群；7.闪长岩；8.花岗岩；9.花岗岩脉；10.断裂；11.金矿床(点)；12.秦岭勉略缝合带图1　陕西石泉—汉阴北部区域地质图(改编自卢纪英，2001)Fig.1　Regional geological map of northern Shiquan-Hanyin area, Shaanxi Province (Adapted from LU Jiying，2001)

2.2岩体地质及岩相学特征

观音河花岗岩脉长约25m，宽1.5～2m，走向295°，倾角60°，围岩为绢云石英片岩(图2)。野外观察发现一个有趣的现象，露头上可见岩脉核部呈新鲜浅灰色，截面呈似椭圆状(图2)，外围岩石呈暗灰色，两者接触截面明显，成因猜测多样，但经主微量、稀土元素分析数据对比，两者特征相同，由此判断外层岩石呈暗色是由氧化作用造成。岩性为花岗闪长岩，呈浅灰色，具细粒花岗结构，块状构造。镜下石英含量约40%，他形粒状结构，呈浑圆状、不规则状、港湾状。具暗化边，成岩过程中可能有流体的参与。斜长石含量约51%，呈半自形-他形，颗粒边部可见呈港湾状、不规则状，见微弱的钠黝帘石化。碱性长石含量约1%。黑云母含量约3%，呈板状、针状，半自形-他形，边界多不规则，可见数量众多细碎(细粒)黑云母颗粒，沿解理可见暗色不透明矿物析出。白云母含量约3%，呈片状、针状。见极少量方解石，含量约1%，呈两种方式产出，一为半自形粒状；二为不规则状产于斜长石中，为斜长石蚀变产物。暗色矿物含量约1%(图3)。

图2　观音河花岗岩脉野外露头Fig.2　Field outcrops of Guanyinhe granite vein

2.3主量元素

花岗闪长岩常量元素分析由长安大学成矿作用及其动力学实验室采用X射线荧光光谱分析，分析结果见表1。由表1可见，花岗闪长岩SiO2含量为64.59%～65.89%；Al2O3含量高，为16.75%～17.03%；富Na2O,贫K2O，Na2O/K2O为2.24～2.34。A/NK值为1.66～1.70，碱度率(AR指数)为2.03～2.04，在SiO2-AR图中全部落入钙碱性岩区(图4)(肖庆辉等,2002)，岩石里特曼指数(σ)为2.00～2.10，为钙碱性系列。A/NK-A/CNK图(图5)中全部落入过铝质区，显示观音河花岗岩属于过铝质钙碱性花岗岩类。分异指数(DI)为74.91～76.19，平均75.55，表明原始岩浆结晶分异强烈。固结指数(SI)较高，为10.2～10.43，表明岩浆分异程度较高；长英指数FL较高，为66.93～69.37，镁铁指数MF很高，为98.40～98.71，随着岩浆分离结晶作用的进行，镁铁组分最早从岩浆中分离，残余熔体越来越富集长英质成分。如果岩浆分离结晶作用程度越高，镁铁指数越大，长英指数越大，这表明观音河花岗岩脉具有高度分异的特点。

图3　观音河花岗闪长岩显微镜下照片(4×，正交偏光)Fig.3　Photo under the microscope of Guanyinhe granodiorite (4×，crossed polars)

表1　观音河花岗岩脉岩石化学数据及相关参数表(%)

注：分析单位：长安大学成矿作用及其动力学实验室；分析方法：X射线荧光光谱分析。

碱值=(Na2O+K2O)/Al2O3(%)；碱度率AR=[Al2O3+CaO+(Na2O+K2O)]/[Al2O3+CaO-(Na2O+K2O)](%)；铝饱和指数A/CNK=Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)(分子比)；A/NK=Al2O3/(Na2O+K2O)(分子比)；分异指数DI=Q+Or+Ab+Ne+Lc+Kp(CIPW计算数据)；固结指数SI=100×MgO/(MgO+Fe2O3+FeO+Na2O+K2O)(%)；长英指数FL=100(Na2O+K2O)/(Na2O+K2O+CaO)(%)；镁铁指数MF=100×(Fe2O3+FeO)/(MgO+Fe2O3+FeO)(%)；里特曼指数σ=(Na2O+K2O)2/(SiO2-43)。

图4　观音河花岗岩脉SiO2-AR图解Fig.4　A SiO2-AR diagram of the Guanyinhe granite vein

图5　观音河花岗岩脉A/NK-A/CNK图解Fig.5　The A/NK-A/CNK diagram of the Guanyinhe granite vein

2.4稀土微量元素

花岗岩稀土微量元素质量分数列于表2。观音河岩体以高Sr，低Ta、Nb和低Rb/Sr值为特征，低场强元素Rb、Ba含量较低(Rb稍大于维氏值)，其中Sr的丰度为970.1×10-6～958.2×10-6，Rb/Sr值为0.11～0.12。表明岩体形成过程中可能有流体的加入。强不相容元素Nb、Ta含量均低于维氏值。根据张旗(2005)按照Sr、Yb含量而划分的5类花岗岩类型，观音河岩脉属于高Sr低Yb型(Sr>400×10-6，Yb<2×10-6)，可能为埃达克质岩(具有SiO2>56%，Al2O3>15%，Sr>400×10-6,LREE富集，HREE亏损，Yb<2×10-6，Y<18×10-6，无明显负Eu异常的特点)。在原始地幔标准化的微量元素蛛网图上(图6)(PEARCE A. J.,1984)，Th、Ta、Nb、Nd等元素呈现明显低谷，不相容元素Sr正异常最明显，为原始地幔含量的50倍左右。整体呈右倾型。

表2　观音河花岗岩脉稀土微量元素质量分数(10-6)及相关参数表

图6　微量元素原始地幔标准化蛛网图(原始地幔标准化值来自SUN S S, 1989)Fig.6　Primitive mantle normalized trace element spidergrams

观音河花岗岩的稀土元素含量较低(79.1×10-6～86.25×10-6)，δEu为0.96～0.98，没有发生明显的斜长石结晶分异作用，δCe为0.96～0.97。稀土配分模式呈明显的右倾型(图7)(亨德森 P, 1989)，明显富集轻稀土元素。LREE/HREE=3.78～4.08, (La/Yb)N=25.05～29.59，轻、重稀土元素的分馏明显，(La/Sm)N=4.09～4.24，(Gd/Yb)N=4.35～4.77。10000Ga/Al为1.21～1.26，最接近I型花岗岩平均值(I型花岗岩平均值2.1，WHALEN J B，1987)通常认为，高的La/Sm值(>4.5)暗示了地壳物质的混染(LASSITER et al,1997)，样品的La/Sm值暗示地壳物质的加入。

图7　稀土元素配分模式图(球粒陨石标准化值来自SUN S S, 1989)Fig.7　Chondrite-normalized REE pattern

3　岩石成因及构造意义

花岗岩成因系列Na2O-K2O图解(图8)中，样品投在I型花岗岩区，且岩石类型为花岗闪长岩，矿物组合为石英、斜长石、碱性长石、黑云母，不相容元素Rb、Ba、Th、U、LREE具高正异常，La/Sm值高，表明其为壳幔混合的产物。岩石化学特征显示为过铝质，表明原始岩浆中有大量地壳中富铝质沉积物加入。显微镜下鉴定可见碳酸盐化，且方解石既形成独立矿物颗粒，又为斜长石蚀变矿物，且岩石中未见捕掳体，表明为岩浆后期热液的产物。

图8　观音河花岗岩脉成因系列Na2O-K2O图解(据Collins W J et al，1982)Fig.8　The Na2O-K2O diagram of the Guanyinhe granite vein

构造环境Rb-Y+Nb判别图上样品投在靠近同碰撞花岗岩(syn-COLG)的火山弧花岗岩(VAG)区域(图9)。这表明本区花岗岩脉形成于板块俯冲-碰撞造山时期。据前人研究，勉略构造带的形成演化是多期复合构造活动的产物，在先期秦岭大别板块俯冲碰撞缝合的基础上叠加了中新生代陆内构造，其演化阶段为：中晚泥盆—中二叠世勉略洋盆打开、初期发育，晚二叠—中晚三叠世俯冲削减-碰撞造山，晚三叠世及其之后转为陆内板块构造演化(张国伟，2004)。同碰撞花岗岩的成因可能为主造山期间板块碰撞导致地壳增厚、剪切运动，来自低温梯度、剪切作用、流体的热量诱发地壳物质熔融(袁士松等，2013)。结合上述分析，本区花岗岩脉可能是洋壳俯冲部分熔融产生的岩浆在碰撞造山时期混染陆壳富铝沉积物，后期热液或原岩浆结晶后碰撞造山使其部分熔融产生热液沿构造软弱带侵位形成岩脉。

Syn-COLG.同碰撞花岗岩类；WPG.板内花岗岩；VAG.火山弧花岗岩；ORG.洋脊花岗岩图9　观音河花岗岩脉成因系列Y+Nb-Rb图解(据PEARCE J A et al，1984)Fig.9　The Y+Nb-Rb diagram of the Guanyinhe granite vein

4　结论

研究表明,陕西汉阴观音河花岗岩脉具有高硅、低铝、贫钙镁、富碱的特征。富集Rb、Ba、Th等大离子亲石元素，及Sr等不相容元素，亏损K、Ta、Nb等元素，未见Eu异常，稀土元素配分模式呈陡的右倾型。成岩类型判别图显示为I型，为岩浆后期热液的产物。

结合微量元素蛛网图、稀土配分模式图、构造环境判别图以及其他地质资料指出,观音河花岗闪长岩脉形成于勉略洋俯冲关闭-碰撞造山时期，支持晚二叠世—中晚三叠世勉略洋盆打开-俯冲-关闭的观点。

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Analysis on the Cause of the Guanyinhe Granodiorite Vein in Hanyin County, Shaanxi Province

ZHANG Jian, YANG Xingke, YANG Hongyu, HAN Ke

(School of Earth Sciences and Resources, Chang’an University, Xi’an 710054, Shaanxi, China)

In this paper, the geochemical characteristics and genesis of Guanyinhe granite vein in Hanyin County, Shaanxi Province have been discussed. The granite veinis located in the north of Mianlue suture,serving as one part of Baishuijiang-Baihe fold beam. Studies have shown that the lithology of this granite vein is granodiorite. It has high Si and Al contents, with low Fe and Mg contents, belongs to peraluminous calc-alkaline rock, which isrich in Rb, Ba, Th and other large ion lithophile elements, as well as Sr and other incompatible elements, with a low content of K, Ta and Nb elements, without Eu anomaly.REE pattern shows steep deviation. Photos under microscope show that calcite mineral has 2 forms, the ones are independent particles, the others are mineral scaused by plagioclase’s erosion, indicating hydrothermal activity.Diagenetic type of this granite vein is I-type. Its tectonic environment is the ones of volcanic arc granite (VAG), which is close to the ones of syn-collision granite (syn-COLG), indicating that the granite vein was formed during the plate subduction and collision orogenic process in Late Permian and Mid-Late Triassic, and serving as the products of late magma hydrothermal.

granitoidveins; geochemical characteristics; genetic analysis; Guanyinhe

2015-11-16；

2016-04-07

中央高校基本科研业务费“矿田构造与成矿预测”(310827153408)；中国地质调查局整装勘查区基础地质调查与潜力评价工程项目“陕西石泉—旬阳金矿整装勘查区关键基础地质研究”(12120114014201)

张健(1992-)，男，河北邢台人，长安大学资源学院在读研究生，构造地质学专业。E-mail:1440785731@qq.com

P588.12

A

1009-6248(2016)03-0084-07