随枣北部桐柏杂岩中花岗岩地球化学特征、时代及成因探讨

向祥辉， 陈以春， 李炎利， 李 飞， 王 球

(湖北省地质局 第八地质大队，湖北 襄阳 441002)

图1 随枣北部燕山期花岗岩分布示意图Fig.1 Distribution diagram of Yanshanian granite in the north of Suizhou-Zaoyang1.二长花岗岩；2.钾长花岗岩；3.桐柏杂岩；4.绿片岩—低角闪岩带；5.高压岩片带；6.绿片岩带；7.断裂及编号；8.样品采集点。

桐柏杂岩位于扬子地块北缘，是连接东秦岭、苏鲁—大别造山带的重要地质单元，主要由片麻状花岗质岩体、变质岩包体(表壳岩)和未变形花岗岩三部分组成，一直被前人认为是前寒武纪的古老变质杂岩体，且随枣北部桐柏杂岩一直认为仅存在于新(城)—黄(陂)断裂带与桐(柏)—磨(子潭)断裂带之间。最新地质资料显示：其在随枣北部地区其它地段也有分布，同时在新(城)—黄(陂)断裂带与桐(柏)—磨(子潭)断裂带的分布也不连续(图1)。本文通过对随枣北部桐柏杂岩花岗岩地球化学特征的研究分析及采用LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学精确定年，对随枣北部桐柏杂岩花岗岩的物质来源、成岩环境、时代及成因进行分析。

1 桐柏杂岩的组成

桐柏杂岩的主体为变形花岗岩(糜棱岩化花岗岩、花岗质片麻岩或片麻状花岗岩)，约占变形岩总量的75%～80%，其内含一定数量的变质岩包体、局部发育少量未变形花岗岩；变形花岗岩岩性主要为钾长花岗岩、二长花岗岩等，不同区段岩体的岩性存在差异，未变形花岗岩岩性以石英二长岩为主。

2 岩石地球化学特征

依据随枣北部桐柏杂岩花岗岩的组成特征，分别选取糜棱岩化花岗岩、中粒片麻状花岗岩、粗粒片麻状花岗岩、未变形花岗岩(下称石英二长岩)进行采样测试分析，糜棱岩化花岗岩采自天河口水库坝北侧的新(城)—黄(陂)断裂带中，粗粒片麻状花岗岩采自黄家沟钼矿、尖水田钼矿钻孔，中粒片麻状花岗岩采自尖水田钼矿钻孔，石英二长岩采自黄家沟钼矿区地表(图1)。

2.1 主量元素

主量元素分析共采取18组样品，其中糜棱岩化花岗岩1组、粗粒片麻状花岗岩7组、中粒片麻状花岗岩2组、石英二长岩8组。主量元素组成见表1，地球化学特征见表2。

表1 随枣北部桐柏杂岩花岗岩主量元素组成(10-2)(1) 向祥辉、蒋少涌、吕向志等，新—黄断裂带新城—殷店段构造—岩浆作用与成矿作用的关系研究(未刊稿)，2018。 Table 1 Major element composition of Tongbai complex granite in the north of Suizhou-Zaoyang

测试单位：▲为中国地质大学(武汉)；★为国家综合测试实验中心。

表2 随枣北部桐柏杂岩花岗岩主量元素地球化学特征表Table 2 Geochemical characteristics of major elements of Tongbai complex granite in the north of Suizhou-Zaoyang

分析结果显示：①桐柏杂岩花岗岩属酸性岩石，高碱质，高钾；②石英二长岩(ω(SiO2)：62.92%～65.10%，ω(Na2O+K2O)：9.77%～10.11%)较变形花岗岩(ω(SiO2)：67.44%～71.80%，ω(Na2O+K2O)：8.60%～9.61%)具较低的SiO2和较高的全碱质，K2O/Na2O=0.88～2.77，总体>1；③石英二长岩里特曼指数δ=4.35～5.04，介于3.3～9之间，属碱性系列，变形花岗岩里特曼指数δ=2.60～3.78，总体<3.3，属钙碱系列；④富铝：石英二长岩(ω(Al2O3)：16.42%～17.04%)较变形花岗岩(ω(Al2O3)：13.80%～14.90%)Al2O3含量高,铝指数(A∶NK):1.15～1.25,铝饱和系数A∶CNK=0.93～1.03,偏铝质；⑤钙、镁、铁含量较低，石英二长岩较变形花岗岩钙、镁、铁、钛、磷含量偏高，石英二长岩ω(CaO)：2.14%～2.38%，ω(MgO)：0.99%～1.18%，ω(Fe2O3+FeO)：3.25%～3.78%,变形花岗岩ω(CaO)：1.20%～1.68%，ω(MgO)：0.33%～0.63%，ω(Fe2O3+FeO)：1.41%～2.46%；⑥镁指数Mg#=29.8～37.4，镁铁指数MF=75.72～81.46。

随枣北部桐柏杂岩花岗岩A/NK-A/CNK图解(图2)除个别点外，均投影在准铝质范围内；SiO2-K2O+Na2O图解(图3)：未变形花岗岩投影在石英二长岩内，变形花岗岩除个别点外，均在亚碱质花岗岩内；ACF图解(图4)：未变形花岗岩、变形花岗岩均投影在Ⅰ型花岗岩内。

图2 花岗岩A/NK-A/CNK图解Fig.2 A/NK-A/CNK diagram of granite

图3 花岗岩SiO2-K2O+Na2O分类图解Fig.3 Classification diagram of granite SiO2-K2O+Na2O

图4 花岗岩ACF图解(据中田节也和高桥正树,1979)Fig.4 ACF diagram of granite

2.2 稀土元素

稀土元素与主量元素的分析样品为相同样品，稀土元素分析结果见表3，稀土元素地球化学特征见表4、图5。

随枣北部桐柏杂岩花岗岩稀土总量ΣREE=120.31×10-6～402.74×10-6,LREE=114.7×10-6～383.1×10-6,HREE=5.61×10-6～19.83×10-6,LREE/HREE=9.60～23.75，具轻稀土富集、重稀土亏损的特征；δCe=0.68～0.96，具弱负异常。δEu=0.73～1.08，反映岩浆分异度低，(La/Yb)N=11.03～76.50，表明轻重稀土分馏明显，(La/Sm)N=4.07～7.31，表明轻稀土富集程度较高，(Gd/Yb)N=1.60～9.17，表明重稀土分馏程度低[1]；δEu值：石英二长岩具弱的正异常，变形花岗岩具弱的负异常；(La/Yb)N值、(La/Sm)N值、(Gd/Yb)N值：石英二长岩大于或略大于变形花岗岩。

总体上石英二长岩ΣREE、LREE、HREE、LREE/HREE均大于变形花岗岩，岩浆分异度比变形花岗岩低；轻重稀土分馏程度、富集程度均高于变形花岗岩；重稀土分馏程度、富集程度低于变形花岗岩。石英二长岩(La/Sm)N<(Gd/Yb)N，反映LREE分馏程度比HREE分馏程度低;变形花岗岩(La/Sm)N>(Gd/Yb)N，反映LREE分馏程度比HREE分馏程度高。

2.3 微量元素

微量元素与稀土元素、主量元素的分析样品相同，微量元素测试结果见表5，原始地幔标准化蛛网见图6。

随枣北部桐柏杂岩花岗岩均富集Ba、K、Pb等大离子亲石元素，亏损U、P、Ti等高场强元素，石英二长岩具明显的低Y、Yb，高Sr的特点，除Cs、Ta、Pb等元素含量石英二长岩略少于变形花岗岩或与之相当外，其余元素含量均多于变形花岗岩；Sr/Y=31～145，Rb/Sr=0.07～0.20，Nb/Ta=32.2～62.0,Zr/Hf=31.5～39.9，总体上，石英二长岩Sr/Y、Nb/Ta、Zr/Hf大于变形花岗岩，Rb/Sr小于变形花岗岩。

表3 随枣北部桐柏杂岩花岗岩稀土元素组成(10-6)(2) 向祥辉、蒋少涌、吕向志等，新—黄断裂带新城—殷店段构造—岩浆作用与成矿作用的关系研究(未刊稿)，2018。 Table 3 REE compositon of Tongbai complex granite in the north of Suizhou-Zaoyang

测试单位：▲为中国地质大学(武汉)；★为国家综合测试实验中心。

表4 随枣北部桐柏杂岩花岗岩稀土元素地球化学特征(10-6)Table 4 REE geochemical characteristics of Tongbai Complex granite in the north of Suizhou-Zaoyang

图5 稀土元素分配图解Fig.5 Diagram of distribution of rare earth elements

图6 微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.6 Standard spider web of trace elements in primitive mantle

表5 随枣北部桐柏杂岩花岗岩微量元素分析结果表(10-6)(3) 向祥辉、蒋少涌、吕向志等,新—黄断裂带新城—殷店段构造—岩浆作用与成矿作用的关系研究(未刊稿),2018。 Table 5 Trace element analysis results of Tongbai complex granite in the north of Suizhou-Zaoyang

测试单位：▲为中国地质大学(武汉)；★为国家综合测试实验中心。

3 LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学精确定年

针对随枣北部桐柏杂岩中广泛分布的岩浆岩，选取HJG-D5(石英二长岩)、JSTZK801-8(中粒片麻状花岗岩)、HJG ZK001-302与HJG ZK701-P152(粗粒片麻状花岗岩)、TH-J1(糜棱岩化花岗岩)进行LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学精确定年，测试结果见表6。

表6 随枣北部桐柏杂岩花岗岩锆石U-Pb测定结果(4) 向祥辉、蒋少涌、吕向志等，新—黄断裂带新城—殷店段构造—岩浆作用与成矿作用的关系研究( 未刊稿) ，2018。 Table 6 Zircon U-Pb determination results of Tongbai complex granitein the north of Suizhou-Zaoyang

中粒片麻状花岗岩的样品中个别锆石颗粒的年龄为160.7±3.2 Ma；粗粒片麻状花岗岩的两个样品测年结果在误差范围内是一致的，少数锆石颗粒的年龄在141.9—160.7 Ma之间；糜棱岩化花岗岩年龄分布较集中。与变形花岗岩相比，石英二长岩锆石颗粒的年龄组成较复杂，既有与中粒片麻状花岗岩相似的年龄(约为144 Ma),又有与粗粒片麻状花岗岩相似的年龄(约为135 Ma)，个别锆石颗粒的年龄为165.6±3.0 Ma，其可能是岩浆上侵过程中捕获的锆石。

4 岩石成因与构造环境

随枣北部桐柏杂岩花岗岩地球化学特征总体表现出一些典型的埃达克岩的地球化学特征[2]：如SiO2≥56%,高Al2O3(≥15%)(变形花岗岩略低：13.8～14.9),MgO<3%(极少>6%),低Y≤18×10-6、Yb≤1.9×10-6,高Sr>400,LREE富集,δEu无明显负异常和Sr/Y>40。Y-Sr/Y图解(图7)除个别样品外均投影在埃达克岩范围内。下部地壳部分熔融产生的岩浆Mg#一般<45[3]，桐柏杂岩花岗岩Mg#=29.8～37.4，说明桐柏杂岩花岗岩属加厚地壳熔融产物。R1-R2图解(图8)显示：随枣北部桐柏杂岩未变形花岗岩(石英二长岩)和部分变形花岗岩投影在造山晚期范围内，另外部分变形花岗岩投影在同造山期。

桐柏杂岩花岗岩稀土元素配分模型为轻稀土富集的右倾配分模型，曲线相对较陡，与Ⅰ型同熔型花岗岩特征基本一致，具幔源特征；同时，LREE/HREE比值较大，相对富集轻稀土而亏损重稀土，(La/Yb)N总体较高，轻重稀土分馏明显；δEu异常不明显等特征均与埃达克岩特征相似；表明桐柏杂岩花岗岩为加厚地壳部分熔融的产物。

图7 Y-Sr/Y图解Fig.7 Y-Sr/Y diagram

图8 R1-R2图解Fig.8 R1-R2 diagram1.地幔分异产物;2.板块碰撞前;3.碰撞后隆起;4.造山晚期;5.非造山;6.同碰撞或同造山;7.造山后。

桐柏杂岩微量元素特征显示：随枣北部桐柏杂岩花岗岩具地壳—地幔混合源的特点及大离子亲石元素富集、高场元素亏损的特征，Ba和Sr含量高反映花岗岩含有深源物质成分，P、Ti的相对贫化显示花岗岩源区有地壳物质成分的存在；Nb/Ta=32.2～62.0(大陆地壳13.4，地幔60),Zr/Hf=31.5～39.9(大陆地壳33～40，地幔34～60)，流体作用值(25)，说明岩浆来源于地壳物质的熔融；Rb/Sr=0.07～0.20，远高于地幔平均值(约0.025)，低于整个大陆地壳平均值(0.24)，表明岩浆来源于经历了强烈分异演化过程的陆壳，具同熔型花岗岩的特点[4]。

区域上早白垩世桐柏—大别地区发生大规模的岩浆活动，早期(143—129 Ma)花岗岩具明显的埃达克岩特征；晚期(130—117 Ma)花岗岩主要为普通花岗岩[5-6]。

综上所述，随枣北部桐柏杂岩花岗岩为早白垩世同造山期—造山晚期，软流圈地幔物质上涌，加厚下地壳部分熔融的产物，具同熔型花岗岩特点，属埃达克质岩，在此过程中，地壳厚度持续增加；构造环境由挤压向拉张转化。

5 结论

随枣北部桐柏杂岩花岗岩可分为变形花岗岩(糜棱岩化花岗岩、花岗质片麻岩或片麻状花岗岩)和局部发育的未变形花岗岩。变形花岗岩岩性主要为钾长花岗岩、二长花岗岩等，不同区段岩体的岩性存在差异，未变形花岗岩岩性以石英二长岩为主。桐柏杂岩花岗岩属高碱质、高钾、准铝质的酸性岩石，未变形花岗岩属钾玄岩碱性系列，变形花岗岩主要属高钾钙碱系列，少数在钾玄岩碱性系列。

桐柏杂岩花岗岩地球化学特征总体表现出一些典型的埃达克岩的地球化学特征(变形花岗岩Al2O3略低)：属同造山期—造山晚期构造环境由挤压向拉张转化时期加厚下地壳部分熔融的产物，具同熔型花岗岩特点，属埃达克质岩，从早期至晚期地壳厚度持续增加。

桐柏杂岩中粒片麻状花岗岩形成时间为144.7 Ma，粗粒片麻状花岗岩、糜棱岩化花岗岩形成时间为135.2—137.6 Ma，石英二长岩形成时间为127.4 Ma。