皖南泾县地区花岗闪长岩岩石地球化学特征及成因探讨

狄勤松，侯克斌，王翔，汪雅菲，白茹玉，储东如，徐锦龙

（安徽省地质调查院，安徽合肥230001）

0 引言

皖南地区位于扬子板块东部北缘，区内出露大面积中生代花岗岩，为我省岩浆作用最为发育的地区之一，称为皖南岩浆岩带，一直受到地学工作者的关注。该地区中生代侵入岩以花岗闪长岩、二长花岗岩和正长花岗岩为主，多构成大型中—深成复式岩体，出露面积几十—数百平方千米，同时还发育近百个岩株、岩枝和岩脉状侵入体(图1)。皖南中生代侵入岩年龄呈现出140Ma左右和125Ma左右两个峰值，岩浆活动呈现出明显的两阶段性，分别对应花岗闪长岩和正长花岗岩[1]。早期花岗闪长岩属高钾钙碱性系列，富碱富钠，准铝—弱过铝质，但对其成岩尚存争论，部分学者认为其具有“I 型”花岗岩特征，岩浆起源于上地幔底侵导致地壳物质不同程度部分熔融；而部分学者则根据其富硅、高Al、高Sr 和HREE 亏损及较低的Y含量特征，认为应为“C”型高钾钙碱性埃达克质岩，岩浆起源于加厚的下地壳底部的部分熔融。泾县地区位于皖南岩浆岩带中部，以(似斑状)花岗闪长岩为主，还发育少量(似斑状)二长花岗岩和正(钾)长花岗岩等，区内花岗闪长岩具有皖南花岗闪长岩典型代表性，仅榔桥岩体开展过较系统研究，其余岩体研究程度较低。本文以泾县地区花岗闪长岩为研究对象，在详细的野外调查基础上开展了岩石学和地球化学研究，进一步探讨花岗闪长岩成因。

1 岩体及样品特征

研究区位于扬子板块东段江南隆起带北缘，跨越江南过渡带和皖南褶断带，地表出露古生代—中生代海相、陆相沉积地层，经历了晋宁期、加里东期、海西期、印支期及燕山期等多期构造活动，形成了现今复杂的构造格局。

区内侵入体主要分布于太平复向斜、七都复背斜核部，总体呈北东向展布(图1)，出露面积较大的有茂林岩体、榔桥岩体、旌德岩体、云岭岩体、包村岩体和应坑岩体，其他多为规模较小的岩株状侵入体，如奎坑、三门等岩株，主体岩性均为花岗闪长岩，区内出露总面积达234.65km2。

本次研究分别从代表性岩体采集8块花岗闪长岩样品：样品D2755 采自云岭岩体南侧，样品PY03-GS11 采自茂林岩体中部，样品D4021 采自包村岩体东南侧，样品YP04-GS9 和样品YP04-GS11 分别采自榔桥岩体北西侧与南东侧，样品YP02-GS5 采自应坑岩体中部，样品D2628 采自旌德岩体西侧，样品D2447采自三门岩体南端。

花岗闪长岩总体呈灰白色、灰黄色，中粒花岗结构，块状构造。主要成分中斜长石（40%～45%)呈柱状或板状，自形—半自形结构，粒径2～7mm，见聚片双晶，双晶纹相对较宽，内部见早期斜长石包晶，边部常被钾长石交代，呈缝合线及蠕英石反应边，局部蚀变为绢云母；钾长石(20%～25%)以斑晶和基质两种形式出现，钾长石斑晶多为自形晶，浅肉红色，粒径多为10～20mm，少数可达50～60mm，钾长石基质多呈长条状或不规则粒状，卡式双晶发育；黑云母(3%～5%)呈暗褐、褐绿、暗绿色，叶片状、鳞片状，一组完全解理；角闪石(3%～5%)呈绿色、褐色，短柱状、针状。

图1 皖南地区地质构造略图Figure 1. Geological and structural map of southern Anhui

2 分析方法

全岩的主量、稀土和微量元素由澳实矿物实验室测定。全岩主量元素的分析方法为X-射线荧光熔片法，微量和稀土元素分析采用HF+HNO3密封溶解，加入Rh 内标溶液后转化为1%HNO3介质，以ICP-MS测定。

表1 泾县地区花岗闪长岩主量元素(10-2)、稀土元素(10-6)、微量元素(10-6)及测试结果Table1. Major element(10-2)、REE（10-6）and trace element(10-6)contents in granodiorite from the Jinxian area

3 岩石地球化学特征

3.1 主量元素地球化学特征

主量元素分析结果列于表1。结果显示，花岗闪长岩SiO2含量65.40%～70.13%(平均67.86%)，在TAS图解中(图2a)，样品点均落在花岗闪长岩区域。全碱(K2O+Na2O)含量为5.48%～7.21%(平均6.47%)，碱度率在1.87～2.53之间(平均2.22)，里特曼指数为1.31～2.17(平均1.68)，K2O/Na2O比值(0.30～1.20，平均0.91)变化范围较大，属高钾钙碱性系列(图2b、2c)。A/CNK 为0.87～1.14，平均0.98，A/NK 为1.40～1.93，平均1.61，为具准铝—弱过铝质花岗闪长岩(图2d)；铁值[FeOT/(FeOT+MgO)]为0.69～0.80(平均0.74)，属于铁质岩石；分异指数DI 值范围在69.53～81.54，平均75.67，分异程度一般。

续表1

3.2 稀土及微量元素地球化学特征

稀土和微量元素分析结果列于表1。花岗闪长岩稀土总量中等，ΣREE为131.00×10-6～257.00×10-6，平均215.43×10-6；LREE/HREE 比值为6.99～12.10，(La/Yb)N比值为7.12～15.87，表现为LREE 富集、重稀土强烈亏损的右倾配分模式(图3a)；轻稀土元素分馏程度中等，重稀土元素较为平坦，与上、下地壳相比，HREE和Y亏损明显；岩石具弱的铕负异常，δEu 为0.54～0.75，暗示斜长石分离结晶作用较弱，δEu均值0.67介于壳型花岗岩(0.46)和壳幔型花岗岩(0.84)平均值之间，指示其源岩可能有一定量的幔源物质加入；δCe 为0.92～1.05，平均1.01，异常不明显。总体与下地壳岩石的配分模式相类似，具有典型壳源岩石的特征。

花岗闪长岩微量元素蜘蛛图(图3b)呈右倾斜型式，岩石略微富集大离子亲石元素（LILE）Rb、Ba，弱亏损高场强元素（HFSE）Nb、P 和Ti，具有强烈的Th、U 正异常和中等程度的Sr负异常。

续表1

图2 花岗岩类分类图解a.TAS classification of granitoids[2]；b.K2O-SiO2 diagram of granitoids[3]；c.AR-SiO2 diagram of granitoids[4]； d.A/NCK-A/NK diagram of granitoids[5]Figure 2. Classification diagram of granitoids

4 讨论

4.1 岩石成因类型

研究区花岗闪长岩具有富碱富钠、准铝质—弱过铝质特点，岩石系列为高钾钙碱性系列，与皖南地区花岗闪长岩地球化学特征基本一致。岩石略微富集大离子亲石元素(LILE)Rb、U、Ba，亏损高场强元素(HFSE)Nb、P、Ti，具有岛弧火山岩或大陆地壳物质组成特征；Nb/Ta 比值为8.76～11.65，平均9.92，在陆壳的Nb/Ta比值范围(8.3～16.7)内，低于球粒陨石Nb/Ta比值17.6；La/Nb比值为2.39～4.12，平均3.29，略高于地壳平均值比值范围1.5～2.2，而远高于地幔的比值范围0.93～1；在δEu-(La/Yb)N图解上，样品点均落在壳源区域内（图4），上述表明区内花岗闪长岩源岩物质主要来自地壳。Sr亏损、较低的Rb/Sr比值（0.17～0.42）与Eu负异常显示岩浆源区可能存在斜长石残余或岩浆演化过程中发生了斜长石分离结晶作用；Nb、P和Ti的相对亏损指示岩浆演化过程中有富钛、富磷相矿物如钛铁矿、金红石和磷灰石等分离结晶或源区残留。岩石Mg#值可辅助判断岩浆形成的过程中是否存在地幔物质的加入，Mg#值低于0.4多反映玄武质下地壳融熔，高于0.4则表征有一定地幔物质的加入，区内花岗闪长岩Mg#为0.44～0.58，暗示其岩浆可能有一定的幔源物质的加入[7]。前人获得的Sm-Nd同位素测试值表明花岗闪长岩属于低Nd模式年龄花岗岩(TDM＜1.6Ga)，但ISr普遍偏高，为0.7080～0.7104。因此 这些侵入体可能主要源自中元古宙的陆壳，源区存在一定量的幔源物质加入[8]。

研究区内花岗闪长岩具有较高的Na2O 和K2O 含量，除云岭岩体外，K2O/Na2O 比值多在1 附近，在岩石成因类型相关图解上(图5)，样品点均落入I 型花岗岩范围，且岩石中含黑云母、角闪石及胶状铁磁型矿物等矿物，表明区内花岗闪长岩属I型花岗岩。研究发现，虽然区内花岗闪长岩具有埃达克质岩石的基本特征，但与典型的高钾钙碱性埃达克质岩不完全相同，虽具有高Sr 特征，但Sr 含量多在300×10-6～400×10-6之间，小于500×10-6；Na2O 含量多数在2.9%～3.5%，仅云岭岩体大于4%，因此也不具备富钠特征（3.5%＜Na2O＜7.5%）；Sr/Y值多为6～10，远远小于40。上述表明区内花岗闪长岩并非埃达克质岩石，而是一套富硅、富钾、铝饱和或弱饱和，轻稀土元素和大离子亲石元素相对富集，重稀土元素亏损，Eu弱负异常，相对高Sr 低Y 的高钾钙碱性I 型岩浆岩，具有典型的壳源特征，并有一定量的幔源岩浆混合，这与皖南地区早期I型花岗闪长岩特征基本一致。

图3 泾县地区花岗闪长岩稀土元素模式图(a)和微量元素蛛网图(b)球粒和初始地幔标准化值引自Sun and McDonough[6]Figure 3. Rare earth element pattern(a)and spider diagram of trace element (b) for granodiorites in the Jinxian area (after Sun and McDonough for chondrite and primitive mantle normalizing values[6])

图4 调查区花岗闪长岩δEu-(La/Yb)N图解Figure 4. δEu-(La/Yb)N diagram of granodiorite in the survey area

图5 调查区花岗闪长岩成因判别图解Figure 5. Genetic discrimination diagram of granodiorite in the survey area

4.2 地球动力学背景和成因机制

中国东部中生代中酸性侵入岩的成岩大地构造背景一直是地质学家们关注的热点。皖南地区中生代岩浆岩的形成环境一直存在争论，主要有以下几种观点：一是与古太平洋板块向西的俯冲作用有关，花岗岩主要产出于岛弧构造环境[9]；二是陆内拉张作用的产物，与太平洋板块俯冲无关[10]；三是俯冲+板内(或弧后)拉张的模式，受到板块俯冲与陆内拉张作用的叠加影响[11]。

研究区花岗闪长岩微量元素显示其具有类似岛弧岩浆岩的特征，即富集大离子亲石元素，亏损高场强元素(Nb、Ta、Zr，Ti 等)，以及轻重稀土发生明显的分异，轻稀土相对重稀土明显富集，在Pearce et al.(1984)的构造判别图解上，样品点均落入火山弧花岗岩区，并向同碰撞区域过渡(图6)，表明花岗闪长岩的源区受到了板块俯冲的影响，其较高的(La/Yb)N和(Gd/Yb)N值表明其源区存在石榴石残留，指示其形成于高压环境下。笔者支持上述第一种洋壳俯冲观点，认为岩浆作用可能发生在一个由挤压环境渐渐向拉张环境过渡的地球动力学背景下。

图6 调查区花岗闪长岩Yb+Ta-Rb图解Figure 6. Yb+Ta-Rb diagram of granodiorite in the survey area

5 结论

皖南泾县地区花岗闪长岩为准铝质—弱过铝质高钾钙碱性I型花岗岩，轻重稀土元素分馏较为明显，轻稀土富集，重稀土强烈亏损，具弱的Eu 负异常，略微富集大离子亲石元素Rb、U、Ba，亏损高场强元素Nb、P、Ti。岩浆起源于地壳，存在一定量的幔源物质加入，岩浆源区可能存在斜长石、石榴石残留，岩浆演化过程中可能发生了斜长石、钛铁矿、金红石和磷灰石等分离结晶作用。岩浆作用可能发生在一个由挤压环境渐渐向拉张环境过渡的地球动力学背景下。