桐柏山—大别山地区中生代花岗岩地球化学特征

颜代蓉，汪国虎，谭 超，万 能，叶 琴

(湖北省地质调查院，湖北武汉 430034)

桐柏山—大别山地区中生代花岗岩地球化学特征

颜代蓉，汪国虎，谭 超，万 能，叶 琴

(湖北省地质调查院，湖北武汉 430034)

桐柏山—大别山造山带是秦岭造山系的东延部分，其岩浆、构造等地质条件与东秦岭钼成矿带的地质条件十分接近，带内主要发育受北西向和北东向断裂控制的中生代中酸性花岗岩，且具高的SiO2和高K2O含量，K2O/Na2O＞1，(K2O+Na2O)＞8等特点，属I型和S型 (同熔型)岩石类型。∑REE较高，δEu值平均0.87，显示微弱的 Eu异常，δCe值平均0.95，显示弱的 Ce异常;LREE/HREE比值平均16.30，说明轻稀土较为富集;(La/Yb)N平均34.43，说明轻重稀土分馏程度较高，显示深源花岗岩特征。桐柏山—大别山造山带构造体制上经历了从古生代挤压为主、EW向构造格局向中生代早期的NNE向伸展为主构造格局的转变。岩石圈减薄拆沉，下地壳则增厚并发生重熔，形成S型或I型花岗岩，并具备形成钼矿的地球化学条件。

桐柏山—大别山造山带;中生代花岗岩;岩石地球化学特征

0 引言

桐柏山—大别山造山带为东秦岭造山系的东延部分，区内地质构造演化复杂，岩浆活动频繁，不同时期均有不同程度的岩浆活动。其中，燕山期花岗岩在区内发育最为广泛，现已查明燕山期中酸性花岗岩体与钼等多金属矿化关系较密切，并在陕西、河南、安徽等省相继发现了多处大型、超大型与中生代花岗岩有关的钼矿，在鄂北地区也发现了矿化程度较高的钼矿化点。结合鄂北地区的地质、构造条件，认为桐柏山—大别山(鄂北地区)具有寻找斑岩型钼矿的潜力。

1 区域地质背景

桐柏山—大别山造山带位于华北地块与扬子地块交接带，属秦岭褶皱系南东的延伸部分。确山—合肥断裂带控制造山带的北部边界，襄樊—广济断裂带控制造山带的南部边界，北西向的桐柏—商城断裂带及新黄断裂带与北东向的断裂控制着桐柏山—大别山造山带各期岩浆岩的展布。以北西向为主的深大断裂及与之配套的北东向断裂构成桐柏山—大别山造山带地质构造的基本格架(图1)。区内地层主要为晚太古代—早元古代大别山群、新元古代武当群和中生代地层。区内岩浆岩分布广泛，燕山早期，超基性、基性、中性及酸性岩均有产出，主要分布于桐柏—商城断裂带以南及新黄断裂带以北。燕山晚期岩浆岩活动最为强烈，岩浆岩主要为浅成、超浅成侵入岩，岩体的分布与构造格架相吻合:北西西向深大断裂控制着岩浆岩带。

2 中生代岩体地质特征

2.1 岩体产状、规模、形态及接触关系

中生代侵入岩多具近圆形、同心环带状产出特征。小岩体多以岩株为主，少数为岩墙、岩滴、岩脉，平面形态一般近等轴状、椭圆形，有的为不规则状、纺锤状和长条状，也有为筒状，上大下小的漏斗状等。目前已查明与矿化有关岩体的规模都不大，多在1～0.5 km2以下。岩体具分枝、复合现象，与围岩接触面多不规则，以岩枝、岩脉伸入围岩。岩体(筒)多陡倾斜或直立，与围岩界限清楚［1］。

2.2 岩石类型

小岩体主要为二长花岗岩及少数花岗斑岩、二长花岗斑岩、石英斑岩、二长闪长岩等，多构成从中性至酸性的杂岩体。中性或中酸性岩体最先侵入，接着是花岗闪长斑岩及花岗斑岩，最晚侵入的是石英斑岩及细粒花岗斑岩脉。同一杂岩体内，中性及中酸性岩类多分布岩体四周，成环状;酸性岩则多居岩体中部，表现出岩浆活动的多旋回性和从中性→中酸性→酸性的岩浆演化序列。其中与成矿关系最为密切的是浅色细—中粒花岗岩、花岗斑岩。

图1 秦岭—大别山东段地质构造略图❶❶王建新等，1∶5万片区总结，湖北省地质调查院，2001。Fig.1 Geological and tectonic sketch map of eastern part of Qinling-Dabie Orogen

3 岩体化学特征

3.1 主量元素化学特征

桐柏—大别地区中生代侵入岩的TAS投图，多数样品落入石英二长岩和花岗岩区域(图2)，部分样品落入花岗闪长岩和正长岩区域内。区内岩石均具高的SiO2(62.6% ～72.04%)和高 K2O(3.43% ～8.35%)含量(表1)，除个别样品的Na2O含量较高外(4.66% ～6.08%)，多数样品 Na2O 在 0.73% ～3.98% 之间，K2O+Na2O 在5.6～12.15之间，多数样品的(K2O+Na2O)＞8，多数样品 K2O/Na2O ＞1(1.1 ～9.4)，里特曼指数＜3.3。在SiO2-K2O关系图中样品多落入高钾钙碱性岩区(图3)。氧化指数 OX为0.22～0.71，说明氧化程度较高，反映浅成的特征。多数样品的A/CNK＜1.1，具I型花岗岩特征。在 A/CNK-A/NK图(图4)中，岩石处于准铝质和过铝质边界附近，属于弱过铝质。在花岗岩类型判别图中(图5)，投点主要落入I/S型造山花岗岩区，有个别样品落入分异花岗岩区。在K2O-Na2O图上，岩体K2O/Na2O值大多落于I型花岗岩区(图6)，并在图上大致呈负线性趋势，K2O含量逐渐增加，Na2O含量逐渐减少。

综上所述，区内侵入岩具明显偏酸、富碱、低钠的特点，与中国(黎彤，1962)和世界(Nockolds，S.R.，1954)同类岩石的平均成分相比，具有高硅、富碱、贫镁、缺钙和钾大于钠等显著特征。

图2 花岗质岩石的TAS分类图解(Middlemost，1994)Fig.2 TAS classification of granitoid rock

图3 桐柏—大别地区中生代花岗岩SiO2-K2O图(Rollinson，1993)Fig.3 K2O-SiO2diagram for Mesozoic granitoids from Tongbo-Dabie Orogen

图4 桐柏—大别地区中生代花岗岩A/CNK-A/NK图解Fig.4 A/CNK versus A/CK diagram for Mesozoic granitoids from Tongbo-Dabie Orogen

图5 花岗岩类型判别图Fig.5 Discriminant diagram of granitoid rock

东秦岭钼成矿带的钼矿成矿岩体具有富硅(SiO2平均为74.6%)、富碱(K2O+Na2O 平均为8.7%)，高钾(K2O/Na2O 平均为 1.4)贫铁(FeO=1.0%)、钛(0.3%)、镁(MgO=0.2%)和钙(CaO=0.7%)的地球化学特征，研究认为东秦岭钼矿成矿岩体的物质来源于下地壳(魏庆国，2009)。与我省紧邻的河南汤家坪斑岩 SiO2为72.94% ～77.9%，属硅过饱和。Al2O3含量变化大，多在12%左右。里特曼指数为1.44～3.03，为钙碱性系列。A/CNK 介于0.95 ～1.2 之间，多数 ＜1.1，为弱过铝质。(Na2O+K2O)为7.9% ～9.66%，K2O/Na2O为1.21～2.12，整体属高钾钙碱性系列。研究区中生代的中酸性岩体化学特征与东秦岭钼矿带的含矿斑岩体的化学特征一致，岩体的物质来源可能与东秦岭地区钼矿岩体一致。

图6 桐柏—大别地区中生代花岗岩K2O-Na2O图解Fig.6 K2O-Na2O diagram for Mesozoic granitoids from Tongbo-Dabie Orogen

3.2 稀土元素化学特征

对研究区内中生代侵入岩做稀土元素地球化学分析，并与大别山北麓最大的斑岩型钼矿——汤家坪钼矿花岗斑岩体的稀土元素化学特征进行对比(表2):研究区内中生代侵入岩的∑REE较高变化范围在83.5～327.2 μg/g之间，平均 154.45 μg/g，LREE 为 83.3 ～312 μg/g，而汤家坪岩体的∑REE变化范围在97.73～261.05 μg/g 之间，LREE 为 92.93 ～ 261.05 μg/g。研究区侵入岩的 δEu 值 0.75 ～0.91，平均 0.87，显示弱的 Eu 异常，δCe值 0.92 ～1.06，平均 0.95，显示弱的Ce异常;汤家坪岩体的 δEu值0.46 ～0.59，显示明显的 Eu负异常，δCe值0.98～1.10，显示弱的 Ce异常。研究区侵入岩 LREE/HREE比值在4.68～23.55之间，平均16.30，说明轻稀土较为富集;(La/Yb)N在4.77 ～55.57，平均 34.43，说明轻重稀土分馏程度较高，具深源花岗岩特征。汤家坪岩体的LREE/HREE比值在17.29～21.32之间，说明轻稀土较重稀土富集，(La/Yb)N在 20.27 ～23.52说明轻重稀土分馏程度也较高(图7)。区内侵入岩与汤家坪花岗斑岩体相比铕的负异常并不明显，说明区内的岩浆分异程度不如汤家坪岩体的高，区内岩浆演化过程中，斜长石的分离结晶程度不如汤家坪的高，但是同样较高的(La/Yb)N值，说明研究区内的侵入岩体与汤家坪岩体均形成于地壳较厚的时期，具有相同的地质背景。

图7 桐柏—大别地区中生代花岗岩稀土元素球粒陨石标准化图解Fig.7 Chondrite-normalized REE pattern for Mesozoic granitoids from Tongbo-Dabie Orogen

桐柏山—大别山地区中生代花岗岩从图5、图6的投图结果又可初步分为I型和S型花岗岩。I型花岗岩是由地壳物质熔融后上侵而成;S型花岗岩则是由地壳重熔—交代作用改造而成。虽然这两种类型花岗岩的REE模式都表现为曲线右倾且较平滑，但在总体上仍有一定区别:S型的∑REE和LREE/HREE值都高于I型，前者的Eu亏损程度也明显高于后者;I型花岗岩在某种程度上接近M型(地幔基性岩浆分异而成，曲线较为平坦)。究其原因，可能与其产生的地质背景密切相关:来源于地壳下部(28～32 km)的I型花岗岩浆，深度上接近M面，由于中国南北古板块的拼合作用［2］，使这些花岗质岩浆有可能混入了地幔岩组份;另一方面，由于它的浅成作用(3 km左右)，强烈的氧化环境，引起Eu呈Eu3+状态存在，不与其它REE发生分馏，这也是I型花岗岩基本上不显示Eu异常的原因之一;S型花岗岩来源于地壳浅部(8～12 km)，由壳源的物质重熔交代而成，因而保持了强烈的源岩继承性特征。它们的源岩物质大多为前寒武纪的中基性火山岩和太古代变质岩，所以具有轻微的 Eu 亏损［3］。

表1 桐柏—大别地区中生代侵入岩化学主量分析结果Table 1 Major(wt%)element analyses for Mesozoic granitoids in Tongbo-Dabie Orogen

4 地球动力学背景

东秦岭—大别地区大规模岩浆活动主要发生在中侏罗纪—早白垩纪之间，成岩成矿年龄集中于160～110 Ma(图8)，自西向东略显逐渐变新的趋势［4］。毛景文等［5］提出华北克拉通及其邻区的中生代金属矿床大规模成矿作用出现在200～160 Ma、140 Ma左右和130～110 Ma3个时期。李永峰［6］(2005)通过对中生代地球动力学演化的分析研究，认为这三大成矿期所对应的地球动力学背景应分别为华北板块与扬子板块的碰撞造山后陆内造山和伸展过程、南北主应力场向东西主应力场构造体制大转折和东西向岩石圈大规模减薄作用。桐柏—大别地区的钼矿主要形成于第三个时期，桐柏山—大别山造山带作为秦岭造山带大规模成矿作用的组成部分，其区域应力场也应处于伸展环境。

表2 桐柏—大别地区中生代侵入岩稀土元素分析结果Table 2 Trance element(10－6)analyses for Mesozoic granitoids in Tongbo-Dabie Orogen

图8 秦岭—大别地区钼矿床分布略图［4，7，8］Fig.8 Schematic map showing the tectonics and distribution of molybdenum deposits in East Qinling-Dabie area

扬子克拉通与华北克拉通在238～218 Ma之间实现碰撞对接［9］到碰撞造山作用期间，挤压与伸展作用交替出现。受特提斯构造域和太平洋构造域构造动力此弱彼强的影响，整个中国大陆中东部的区域构造体制发生转换［10］，从印支期以近 EW 向构造为主、NNE—近NS向构造为次进入以NNE—近NS向构造为主、近NW向构造为次的构造—动力体制大转换的时期，构造体制上经历了从古生代 EW向构造格局转变到中生代早期的NNE向构造格局，由挤压为主到伸展为主的构造体制转变。桐柏—大别地区由于大洋板块的俯冲作用和深切至地幔的郯庐断裂的左行走滑运动使地幔对流平衡和岩石圈状态平衡遭到破坏，岩石圈不同程度减薄，发生的岩石圈拆沉作用，幔源岩浆与地壳重熔的岩浆混合形成花岗质岩浆，最终形成同熔型或I型花岗岩。

5 结论

通过对桐柏—大别地区中生代花岗岩进行岩石地球化学研究得到以下认识:

(1)桐柏山—大别山地区中生代花岗岩区内岩石均具高的 SiO2(62.6% ～72.04%)和高 K2O(3.43% ～8.35%)含量，K2O/Na2O ＞1(1.1 ～9.4)，富碱(K2O+Na2O)＞8的地球化学特征。

(2)桐柏—大别地区中生代侵入岩稀土元素具∑REE 较高，变化范围在 83.5 ～327.2 μg/g之间，平均154.45 μg/g，δEu 值 0.75 ～ 0.91，平均 0.87，δCe 值0.92 ～1.06，平均 0.95;LREE/HREE 比值在 4.68 ～23.55 之间，平均 16.30;(La/Yb)N在 4.77 ～55.57，平均34.43，具深源花岗岩特征。

(3)桐柏山—大别山地区中生代侵入岩多为花岗岩和石英二长岩，属深源浅成型弱铝质钙碱性岩石。

(4)桐柏山—大别山地区中生代花岗岩为中生代华南与华北古板块碰撞造山的产物，属碰撞型(I型)或陆壳重熔型(S型)花岗岩类。

(5)桐柏山—大别山地区中生代花岗岩的岩石化学特征与东秦岭地区超大型钼矿成矿母岩的化学性质十分接近，成岩成矿物质来源基本一致，具有形成钼矿的岩石化学条件。

［1］ 杨泽强.北大别山商城汤家坪富钼花岗斑岩体地球化学特征及构造环境［J］.地质论丛，2009，55(5):745 －752.

［2］ 林潜龙.河南古板块构造［J］.河南地质，1989，7(4):21 －27.

［3］ 张正伟，卢欣祥.东秦岭花岗岩类稀土元素统计分析及地球化学意义［J］.河南地质，1992，10(1):47 －55.

［4］ 李诺，陈衍景，等.东秦岭斑岩钼矿带的地质特征和成矿构造背景［J］.地学前缘，2007，14(5):187 －198.

［5］ 毛景文，张作衡，余金杰，等.华北及邻区中生代大规模成矿的地球动力学背景:从金属矿床年龄精测得到启示［J］.中国科学(D辑)，2003，33(4):289 －299.

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［7］ 李厚民，陈毓川，等.东秦岭—大别地区中生代与岩浆活动有关钼(钨)金银铅锌矿床成矿系列［J］.地质学报，2008，82(11):1 168－1 178.

［8］ 郭波，朱赖民，等.东秦岭金堆城大型斑岩钼矿床同位素及元素地球化学研究［J］.矿床地质，2009，28(3):265 －281.

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(责任编辑:于继红)

Geochemistry of Mesozoic Granite in Tongbo-Dabie Mountains

YAN Dairong，WANG Guohu，TAN Chao，WAN Neng，YE Qin
(Hubei Institute of Geological Survey，Wuhan，Hubei430034)

Tongbo-Dabie Orogen lie in east of Qinling Mountains，the two mountains have same geologic conditoion，high SiO2and high K2O contents，while mesozoic magmagranite is controlled by orientation fractures.The main types of grainite with high content of SiO2＆ K2O belong to I and S type rock.REE patterns without obvious Eu and Ce anomalies and the Total REE have large change.LREE/HREE have large ratio，indicate LREE and HREE existing high degree fraction.Tongbo-Dabie Orogen experience the transforming stage of compression to extension in Mesozoic-Cenozoic period.The change of fabric configuration leads to the lithospheric thinning and lower crust melting.The thickening lower crust at the south edge of the North China plate was subjected to partial melting and generated granitic magma，then invading formed the types of I and S granites.

Tongbo-Dabie Orogen;Mesozoic granite;lithochemistry

P588.12+1;P584

A

1671－1211(2012)04－0325－06

2011－09－28;改回日期:2011－10－24

颜代蓉 (1976－)，女，工程师，矿床学专业，从事矿床研究工作。E－mail:dryan919@tom.com