相山高分異A型花崗巖的識(shí)別及地質(zhì)意義

劉龍，張樹(shù)明,2*，張?chǎng)?2

(1.東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南昌 330013;2.東華理工大學(xué)放射性地質(zhì)與勘探技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室,南昌 330013)

花崗質(zhì)巖石作為大陸地殼的重要組成部分，不僅在陸殼形成于演化大陸具有重要意義，而且是內(nèi)生金屬礦床的寄主巖石，因此一直是地質(zhì)學(xué)家和礦床學(xué)家的研究熱點(diǎn)[1-10]。徐夕生等[9]在系統(tǒng)總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上認(rèn)為，新時(shí)期中外花崗巖的研究呈現(xiàn)精細(xì)化和高技術(shù)化的特點(diǎn)，在揭示巖漿和礦物成因過(guò)程、地殼深熔與熔體形成初始過(guò)程、深化花崗巖成因研究等諸多領(lǐng)域能夠提供越來(lái)越多更加精細(xì)的證據(jù)。為研究陸殼形成與演化，首先解決的就是花崗巖的成因問(wèn)題[6]。相山火山侵入雜巖體位于贛杭構(gòu)造帶西段，因其是中國(guó)最大的火山巖型鈾礦田，其巖石成因機(jī)制備受關(guān)注。目前，相山火山侵入雜巖體存在兩種不同認(rèn)識(shí)：S型[11-15]和A型[16-18]。

近年來(lái)的研究表明，花崗巖能夠發(fā)生有效結(jié)晶分異作用，不僅是大陸地殼成分成熟度的標(biāo)志，也與一系列稀有金屬成礦作用關(guān)系密切[7]。因此，高分異花崗巖的成巖成礦機(jī)制是近年來(lái)的研究重點(diǎn)[19-22]，但相山火山侵入雜巖體是否為高分異花崗巖卻鮮有報(bào)道。在收集大量相山鈾礦田地球化學(xué)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，現(xiàn)從高分異花崗巖的角度為相山火山侵入雜巖體巖石成因機(jī)制提供證據(jù)。

1為第四系黏土；2為上白堊統(tǒng)砂巖、砂礫巖；3為鵝湖嶺組碎斑熔巖；4為鵝湖嶺組晶屑凝灰?guī)r、砂礫巖；5為打鼓頂組流紋英安巖；6為打鼓頂組砂巖、熔結(jié)凝灰?guī)r；7為上三疊統(tǒng)石英砂巖、頁(yè)巖；8為中元古界片巖、千枚巖；9為加里東期花崗巖；10為花崗斑巖；11為斷裂；12為礦床圖1 相山火山-侵入雜巖地質(zhì)略圖[24]Fig.1 Geological sketch map of Xiangshan volcanic-intrusive complex[24]

1 區(qū)域地質(zhì)概況

相山火山雜巖體位于贛杭構(gòu)造帶西南段，揚(yáng)子板塊與華夏板塊接觸帶內(nèi)，近橢圓形，東西長(zhǎng)約26 km，南北寬約16 km(圖1)。相山破火山口基底主要為早中元古代和新元古代震旦系變質(zhì)角巖和片巖組成。打鼓頂組和鵝湖嶺組兩個(gè)旋回火山侵入雜巖不整合上覆于前寒武基底之上。第一旋回早期由熔結(jié)凝灰?guī)r、火山碎屑巖組成，晚期為流紋英安巖，主要分布于盆地北部和北西部；第二旋回早期由熔結(jié)凝灰?guī)r和碎斑熔巖組成，晚期為花崗斑巖等次火山巖，沿著環(huán)狀裂隙侵入并與碎斑熔巖互相穿插。已有高精度測(cè)年結(jié)果匯總優(yōu)選，認(rèn)為相山火山侵入雜巖形成時(shí)代集中在138～135 Ma，為一次集中且短暫的火山侵入活動(dòng)[23]。

2 相山火山侵入雜巖判別現(xiàn)狀

A型花崗巖是一種具有非造山(anorogenic)或者無(wú)水(anhydrous)，適度堿性(mildly alkaline)等特征的特殊花崗巖類。A型花崗巖整體的微量元素特征表現(xiàn)為富集稀土元素(rare earth element，REE)(Eu除外)、F、Zr、Zn、Nb、Y、Ga等高場(chǎng)強(qiáng)元素，并且具有較高的Ga/Al比值[25]。中國(guó)廣泛使用Na2O-K2O圖解鑒別伸展構(gòu)造環(huán)境的A型花崗巖。在圖1中，劃分為3個(gè)區(qū)域，Na2O高為I型花崗巖，K2O高為S型花崗巖，Na2O和K2O均高為A型花崗巖。Whalen等[25]通過(guò)資料總結(jié)發(fā)現(xiàn)，以10 000Ga/Al比值(>2.6)和Zr+Nb+Ce+Y含量(>350)為橫坐標(biāo)，將K2O+Na2O、Zr、Ce、Nb等作為縱坐標(biāo)，構(gòu)建了一系列判別不同成因類型的花崗巖圖解。按照相山火山侵入雜巖旋回特征，通過(guò)系統(tǒng)收集相山火山侵入雜巖判別參數(shù)，10 000Ga/Al變化范圍2.07～3.44，平均2.71，Zr+Nb+Ce+Y分布范圍165～744，平均435(表1、表2和表3)。在K2O-Na2O判別圖解[圖2(a)]和10 000Ga/Al-Nb圖解[圖2(b)]中，相山火山侵入雜巖同時(shí)投點(diǎn)與A型與S型花崗巖區(qū)域，并不完全屬于A型花崗巖或S型花崗巖。

表1 相山第一旋回火山侵入雜巖巖石類型參數(shù)判別表Table 1 A list of parameters for distinguishing rock types of the first cycle,Xiangshan volcanic intrusive complex

表2 相山第二旋回侵入巖參數(shù)判別表Table 2 A list of parameters for distinguishing intrusive rocks of the second cycle,northern Xiangshan

表3 相山第二旋回火山巖巖石類型參數(shù)判別表Table 3 A list of parameters for distinguishing volcanic rocks of the second cycle,Xiangshan volcanic intrusive complex

圖2 相山火山侵入雜巖體判別圖解Fig.2 Diagrams of Xiangshan volcanic intrusive complex

3 相山火山侵入雜巖成因類型

與未分異或弱分異的花崗巖中鋯石為早期結(jié)晶產(chǎn)物的情況不同，高分異花崗巖鋯石屬于晚結(jié)晶礦物[30]，且具較高的Hf和P含量，從而使富鉿/磷成為高分異花崗石最重要的副礦物指標(biāo)。此外，結(jié)晶分異作用中隨著鋯石的結(jié)晶析出會(huì)導(dǎo)致Zr含量不斷降低。依據(jù)鋯石Zr/Hf比值變化，將花崗巖劃分為普通花崗巖(Zr/Hf>55)、中等分異花崗巖(25

圖3 相山高分異花崗巖Zr/Hf-Nb/Ta變異圖[7] Fig.3 Zr/Hf vs. Nb/Ta diagram of highly differentiated granite from Xiangshan[7]

在圖10 000Ga/Al-Zr圖解中[圖4(a)]，相山火山侵入雜巖整體上屬于高分異A型花崗巖。在10 000Ga/Al-Zr+Nb+Ce+Y圖解中[圖4(b)]，部分樣品落入A型花崗巖區(qū)域，隨著巖漿演化過(guò)程，其余樣品的投影點(diǎn)具有向高分異花崗巖區(qū)演化的趨勢(shì)。此外，樣品的Y/Nb比值隨著巖漿演化并沒(méi)有明顯的變化，應(yīng)屬于Eby[32]提出的A2型花崗巖[圖5(a)、圖5(b)]，這與Yu等[18]得出的結(jié)論一致。綜上所述，相山火山侵入雜巖應(yīng)屬于高分異的A2型花崗巖。

圖4 相山高分異花崗巖判別圖解Fig.4 Diagrams for identifying highly differentiated granites from Xiangshan

圖5 相山火山侵入雜巖巖石成因圖解[32-33]Fig.5 Diagrams of diagenesis of Xiangshan volcanic-intrusive complex[32-33]

4 討論

相山火山侵入雜巖歷經(jīng)六十多年的研究，在基礎(chǔ)地質(zhì)和礦床地質(zhì)取得了一系列成果，但是這套火山侵入雜巖的成因仍然存在爭(zhēng)議。爭(zhēng)議的原因主要存在以下兩點(diǎn)：一是不同學(xué)者的樣品地球化學(xué)數(shù)據(jù)存在差異，可能直接影響相應(yīng)的判別；二是前人對(duì)巖石成因類型的判斷均采用相應(yīng)的地球化學(xué)判別圖解進(jìn)行，但是這類圖解對(duì)于高分異花崗質(zhì)巖石的判別并不準(zhǔn)確。

相山火山侵入雜巖富含基底物質(zhì)，影響地球化學(xué)成分。磷灰石作為巖漿巖、變質(zhì)巖和沉積巖常見(jiàn)副礦物，因其對(duì)熔體和流體較為敏感，可利用磷灰石的化學(xué)成分變化探索巖石成因。Yu等[18]對(duì)相山火山侵入雜巖中磷灰石的研究結(jié)果表明其屬于A型巖系。與I&S型花崗巖具有低F磷灰石不同，相山火山侵入雜巖中磷灰石具有高F，且與主巖范圍廣泛鋁飽和指數(shù)(aluminum saturation index，ASI)值成正比。從結(jié)晶分異角度亦證明相山火山侵入雜巖屬于高分異A2型花崗巖。

鋯石具有很高的Hf同位素封閉體系，因此鋯石可以記錄巖漿源區(qū)不同性質(zhì)的源巖特征，是討論巖漿起源甚至是探討地殼演化以及地殼演化以及殼幔相互作用的重要工具。相山火山侵入雜巖鋯石Hf同位素具有明顯的負(fù)值，位于上地殼和下地殼演化線之間，表明其形成于陸殼物質(zhì)的部分熔融[16]。郭福生等[15]通過(guò)Pb同位素判別圖解認(rèn)為，相山火山侵入雜巖巖漿來(lái)源于上地殼有關(guān)。因此，相山火山侵入雜巖的物質(zhì)來(lái)源應(yīng)集中在上中地殼。

至于幔源物質(zhì)參與，郭福生等[15]根據(jù)二元混合模型，計(jì)算流紋英安巖、碎斑熔巖、粗斑花崗斑巖及似斑狀花崗巖上地殼端元組分的平均值為78.18%、81.07%、77.16%和74.69%。傳統(tǒng)的全巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)容易受到圍巖混染導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確反映巖漿的物理化學(xué)條件，而黑云母、磷灰石等礦物化學(xué)特征對(duì)熔體和流體極為敏感，因此更具優(yōu)勢(shì)。磷灰石和黑云母的化學(xué)特征表明，地幔物質(zhì)的參與直到巖漿晚期的石英二長(zhǎng)斑巖才顯著發(fā)生[16,34]。

A型花崗巖多形成于拉張構(gòu)造環(huán)境中，Zhou等[35]根據(jù)華南中生代花崗巖-火山巖Nd同位素模式年齡等值線識(shí)別出華南地區(qū)三條晚中生代低Nd模式年齡帶，分別為浙閩粵沿海帶、南嶺帶和十杭帶(湘桂粵帶和贛杭帶)。這三個(gè)低Nd年齡模式帶內(nèi)分布眾多燕山期A型花崗巖，且與深大斷裂密切相關(guān)，反映幔源物質(zhì)的參與[36]。但是幔源物質(zhì)的加入并不明顯，其在相山火山侵入雜巖形成過(guò)程中主要提供熱源，直到石英二長(zhǎng)斑巖形成開(kāi)始才有明顯的幔源物質(zhì)混合。

因此，相山火山侵入雜巖A2型花崗巖可能的成因模式如下：中新元古代上中地殼變質(zhì)基底，在燕山晚期強(qiáng)烈的拉張作用下，受上涌地幔物質(zhì)加熱而發(fā)生部分熔融，形成A2型花崗質(zhì)巖漿，該巖漿經(jīng)歷了較強(qiáng)的結(jié)晶分異作用，最終形成高分異的A2型花崗巖。晚期，殼幔混合作用明顯，形成了與流紋英安巖、碎斑熔巖、花崗斑巖完全不同的石英二長(zhǎng)斑巖。

5 結(jié)論

相山火山侵入雜巖共有116組Zr/Hf和Nb/Ta表明，相山火山侵入雜巖屬于高分異花崗巖范疇(Zr/Hf<38，Nb/Ta<17)。地球化學(xué)判別圖解表明，相山火山侵入雜巖具有A型花崗巖演化趨勢(shì)和A2型花崗巖特征，為高分異A2型花崗巖。相山火山侵入雜巖A2型花崗巖可能的成因模式如下：中新元古代上中地殼變質(zhì)基底，在燕山晚期強(qiáng)烈的拉張作用下，受上涌地幔物質(zhì)加熱而發(fā)生部分熔融，形成A2型花崗質(zhì)巖漿，該巖漿經(jīng)歷了較強(qiáng)的結(jié)晶分異作用，最終形成高分異的A2型花崗巖。晚期，殼?；旌献饔妹黠@，形成了與流紋英安巖、碎斑熔巖、花崗斑巖完全不同的石英二長(zhǎng)斑巖。