湘西黔阳地区辉长辉绿岩矿物学和地球化学特征

李 帅，陈维利，李沐春，曾文辉，黄德祥，袁铭君

（湖南省地质矿产勘查开发局四一三队，湖南 常德 415000）

湘西黔阳地区新元古代板溪群中发育一条走向为北东向的基性/超基性岩墙带，该岩带对研究扬子陆块南缘新元古代大地构造演化过程、碱性岩浆作用提供了重要的信息载体。许多学者对该区内的基性/超基性岩墙带进行了岩石学、矿物学、地球化学及年代学研究（贺安生，1995；周金城等，2008；王艳楠等，2014），然而由于碱性岩浆源的多解性导致对该套碱性岩浆岩的成因尚未形成统一认识。多数学者认为其形成于板内裂谷环境（Zhou et al.，2007；王剑等，2003），少部分学者认为它们形成于弧后拉张环境（Zhao et al.，2011），还有学者认为它们的形成与地幔柱有关（张春红等，2009）。

本文将通过对区内基性岩的学和岩石化学特征进行研究，初步探讨该基性岩岩石成因。

1 区域地质背景

湘西黔阳地区位于江南造山带西南段的雪峰弧形构造带中段，出露地层主要有新元古界板溪群、南华系-震旦系，早古生界寒武-志留系、及中生界白垩系等。其中板溪群-南华系为裂谷盆地火山-碎屑沉积，震旦系-志留系为被动大陆边缘盆地陆源碎屑沉积，白垩系为红色陆相断陷盆地碎屑沉积。

该区自早至晚经历了武陵、加里东、印支及燕山等多次构造旋回，先后造就了板溪群与冷家溪群、晚古生界与志留系、白垩系与侏罗系之间的角度不整合接触。区域构造主要为北东向断裂，规模较大的断裂主要有溆浦-靖州断裂、怀化-沅陵断裂及通道-安化断裂等。

该区内岩浆活动发育，主要有橄榄岩、辉长辉绿岩、辉绿岩、正长岩、角砾状玄武岩、云斜煌斑岩、闪斜煌斑岩及黑云母二长花岗岩等。其中辉长辉绿岩、辉绿岩主要出露于安江-黄狮洞-隘口一带，呈NE向条带状侵入于板溪群中，长达25km，大塘界一带最宽达2.1km。本次研究的5件辉长辉绿岩样品采集于湖南省怀化市黔阳县大塘界村钻孔ZK02中。

2 矿物学特征

岩石呈灰绿色，具辉长辉绿结构，块状构造。岩石主要造岩矿物为斜长石和普通辉石（图1）。其中斜长石呈自形-半自形板条状，粒径一般为0.1mm～0.5mm，单偏光下无色透明，正低突起，正交光下一级灰白干涉色，双晶带较宽，Np′与（010）夹角30°左右。

普通辉石以半自形为主，粒径一般为0.05mm～0.2mm，单偏光下淡褐色，无多色性，正突起较高；正交光下二级干涉色，C∧Ng消光角大于30°。

岩石重砂矿物组合为普通辉石、金红石、锐钛矿、绿帘石、重晶石、黄铁矿、磷灰石、锆石、辰砂、板钛矿、碳硅石等。

表1 黔阳地区辉长辉绿岩主量元素（wB/%）分析结果表

表2 黔阳地区辉长辉绿岩微量元素（wB/10-6）分析结果表

图1 辉长辉绿岩显微特征（样号ZK02b3）Px-辉石，Pl-斜长石

3 地球化学特征

3.1 主量元素特征

该区辉长辉绿岩主量元素分析结果见表1。其中SiO2含量为44.09%～50.57%，平均为47.06%，Al2O3含量为12.45%～15.35%，平均13.61%；MgO含 量为 6.66%～13.63%，Mg#为 56.8～67.4。Na2O 含量为2.46%～4.27%，平均为3.33%，K2O含量为0.07%～1.31%，平均为0.50%，Na2O+K2O含量为2.53%～5.16%，里特曼指数为δ=3.61，Na2O＞K2O，为钠质碱性火山岩。在TSK分类图解中（Middlemost，1994）落入橄榄辉长岩、副长辉长岩及碱性辉长岩范围内。

3.2 稀土及微量元素特征

该区辉长辉绿岩的微量及稀土元素分析结果见表2，从表2中得知该区辉长辉绿岩∑REE在136.96～227.81×10-6，∑LREE范围为102.96～165.89×10-6，∑HREE范围为34～61.92×10-6。∑LREE/∑HREE为2.68～3.23，LaN/YbN为6.48～9.68，δEu为0.69～1.10，说明原始岩浆成分演化过程中分馏程度不高，个别样品中存在Eu负异常，可能与岩浆演化过程中存在斜长石的分离结晶作用有关。总体呈现出稀土总量较高、轻稀土富集和重稀土亏损，稀土元素球粒陨石标准化分配曲线具右倾特征（图2.a），与典型的板内玄武岩稀土元素地球化学特征基本一致。在原始地幔标准化蛛网图（图2.b）中，各样品均表现为富集强不相容元素Rb、Ba、Th，而明显亏损K、U、Sr、Zr的特点。其中K的亏损可能与岩浆源区存在富钾角闪石的残留有关，Sr的亏损可能暗示该岩浆岩在上升过程中受到了一定程度的地壳物质混染。

图2 稀土元素球粒陨石标准化分布图（a）及微量元素原始地幔标准化蛛网图（b）（标准化值据参考文献[7]）

图3 黔阳地区辉长辉绿岩Zr-Nb（a）和Zr-Y（b）判别图解（底图据参考文献[8]）

图4 黔阳地区辉长辉绿岩Zr-Zr/Y图解（底图据参考文献[9]）

4 岩石成因讨论

从表1中得知，该区辉长辉绿岩中随着MgO含量逐渐增高，Na2O和K2O含量逐渐降低，显示出较明显的负相关性，表明岩浆演化过程中经历了明显的分离结晶作用。前人通过研究，认为K2O/TiO2、K2O/P2O5比值可以用来判断在岩浆演化过程中是否受地壳物质参与。

该区辉长辉绿岩K2O/TiO2、K2O/P2O5比值与MgO呈负相关，表明该区辉长辉绿岩演化过程中有地壳物质的参加。

从稀土元素标准化分配曲线图及微量元素原始地幔标准化蛛网图上看，该区辉长辉绿岩总体上富集轻稀土元素（LREE），富集大离子亲石组元素Rb、Ba、Th，略亏损高场强元素Zr、Ti、Y，显示出与OIB型玄武岩非常相似的配分模式。

微量元素Zr-Nb、Zr-Y图解（图3）中，大多数样品分布在富集型地幔区内及附近，可能暗示了该辉长辉绿岩来自于富集型地幔；微量元素Zr-Zr/Y的图解（图4）中，5个样品均位于板内玄武岩区内及附近，显示该辉长辉绿岩形成于板内环境。

上述特征综合表明，湘西黔阳地区辉长辉绿岩墙的母岩浆应该是在板内大规模伸展环境下，来自富集的岩石圈地幔发生熔融，形成辉长辉绿岩浆并向上侵位而成。