河南泌阳县陈庄-马谷田一带桃园岩体形成构造环境：岩石地球化学及锆石年代学证据

谷浩

（河南省地质矿产勘查开发局第三地质矿产调查院，郑州450003）

河南泌阳县陈庄-马谷田一带桃园岩体形成构造环境：岩石地球化学及锆石年代学证据

谷浩

（河南省地质矿产勘查开发局第三地质矿产调查院，郑州450003）

分布在泌阳县陈庄-马谷田一带的桃园岩体岩性主要为英云闪长岩、奥长花岗岩、花岗闪长岩，属于TTG岩石组合。岩相学、岩石地球化学研究表明，桃园岩体为低钾钙碱性系列，轻稀土元素富集，明显负铕异常，总体亏损高场强元素和重稀土元素，岩浆来源于地壳物质的部分熔融。桃园岩体锆石（LA-ICP-MS）206Pb/238U加权平均年龄在423.2±2.9 Ma～445.3±1.7 Ma之间，即桃园岩体形成于早志留世。早古生代北秦岭微陆块向北俯冲过程中，在岛弧岩浆岩带靠近海沟一侧俯冲板片部分熔融形成了桃园岩体，属于不成熟岛弧环境下的产物。

桃园岩体；TTG；地球化学特征；锆石U-Pb定年；河南泌阳县

中央造山带是中国大陆内横贯东西的重要的板块构造缝合带，经历了大致600 Ma的地质发展历史，具有多岛弧、多地块、多俯冲和多碰撞的特征[1]，发育加里东期和印支期两期高压超高压变质作用[2-3]。中央造山带东部的桐柏-大别-苏鲁造山带是一个典型的复合造山带，记录了华南与华北板块长期多阶段的拼合过程，而在桐柏造山带记录有更加完整的早古生代演化过程，并伴生有显著的地壳生长[4]；加里东期华北板块南缘与北秦岭地块处于汇聚阶段，在桐柏-泌阳地区发育典型的北秦岭弧盆系[5-6]，该环境下形成了大量的中酸性岩浆岩体，如桃园岩体，年龄为451 Ma[7]，岩体与二郎坪基性火山岩具有相同的岩浆来源，该物质来自俯冲板片上陆壳沉积物的再循环，与二郎坪弧后盆地[8]向北的俯冲消减有密切联系[9]。河南桐柏-泌阳地区官庄四幅的区调工作中发现了早志留世时期的桃园岩体，属于TTG类岩石组合，其为二郎坪-信阳岛弧环境下靠近海洋一侧的岩浆岩体，对恢复该时期的构造环境有重要意义。

1 地质特征

泌阳县桃园岩体为一套中酸性侵入岩，主要出露在泌阳县陈庄-马谷田一带（图1），面积约100km2，由大小12个侵入体组成，呈岩基、岩珠、岩瘤状，与奥陶系二郎坪群细碧-角斑岩侵入接触。桃园岩体岩性主要为英云闪长岩、奥长花岗岩、花岗闪长岩，可见花岗闪长岩侵入奥长花岗岩中，呈港湾状岩基出露，为超动接触。

2 岩体特征

2.1 岩石学特征

英云闪长岩在区内出露较少，浅灰色-灰白色，半自形细粒-中粒变晶结构，块状构造。矿物成分为：更长石（An：25～35）50%～60%，石英15%～20%，黑云母5%左右，角闪石5%～10%。矿物粒径0.5～3 mm。副矿物为磁铁矿、磷灰石、榍石。

奥长花岗岩呈岩基、岩珠状广泛分布。岩石浅褐色，花岗结构，块状构造。矿物成分：更长石（An：25～35）含量55%，呈半自形-它形板状，粒径0.25～2.8 mm，聚片双晶发育，被白云母和绿帘石交代；石英（35%～40%）呈它形粒状，粒径0.2～2.0 mm，具波状消光；白云母（4%～6%）呈鳞片状，无色，粒径0.1×0.2～0.5×0.8 mm2，鲜艳干涉色，近平行消光；黑云母（2%～3%）呈鳞片状，褐色，多色性吸收性显著，粒径0.1×0.2～0.4×0.8 mm2。副矿物为锆石、磷灰石、金属矿物。

花岗闪长岩，细粒花岗结构，块状构造，矿物成分：斜长石（45～50%）呈半自形-它形板状，粒径0.1～0.6 mm，聚片双晶发育；石英（30%～35%）呈它形粒状，粒径0.1～0.6 mm，具波状消光；钾长石（10%～15%）呈它形粒状，粒径0.1～0.6 mm；黑云母（5%～8%）呈鳞片状，红褐色，多色性吸收性显著，粒径0.05×0.1～0.3×0.4 mm2；角闪石（3%～5%）呈柱状，绿色，多色性显著，粒径0.05×0.1～0.3×0.4 mm2，中正突起，角闪石式解理发育。副矿物有锆石、磷灰石等。

2.2 岩石地球化学特征

本次共采集了14件岩石全分析样品（分析结果见表1），制样和测试均在国土资源部河南省岩石矿物测试中心。主量元素主要采用全谱直读等离子体发射光谱（IRIS-Intrepid）分析，分析相对误差＜1%；微量元素和稀土元素多采用等离子质谱（XSERIES2）分析，Sr、Zr、Ba采用射线荧光光谱（ZSX100eX）分析，其相对标准偏差小于5%。

岩体内自英云闪长岩、奥长花岗岩和花岗闪长岩其SiO2含量62.94%～70.24%、68.24%～77.26%和74.92～77.5%，分别为中性、酸性和酸性。在QAP岩性分类图解（图2）和An-Ab-Or图解（图3）中，英云闪长岩样品显示为英云闪长岩，奥长花岗岩显示为花岗闪长岩和奥长花岗岩，花岗闪长岩样品显示为花岗闪长岩和奥长花岗岩。三者里特曼指数σ=0.58～1.48，为亚碱性；三者K/N=0.1～0.43，低钾；在AFM图解（图4）中，样品均落入钙碱性玄武岩与拉斑玄武岩交界处靠近钙碱性玄武岩区。综合考虑，桃园岩体属于低钾钙碱性系列。

图2 桃园岩体Q-A-P岩性分类图解Fig.2 QAP lithologyclassification for Taoyuan intrusion2-碱性长石花岗岩；3a-正常花岗岩或普通花岗岩；3b-二长花岗岩；4-花岗闪长岩；5-英云闪长岩.

图3 桃园岩体An-Ab-Or图解Fig.3 An-Ab-Or diagramofthe Taoyuan intrusion

图4 桃园岩体A-F-M图解Fig.4 A-F-Mdiagramofthe Taoyuan intrusion

英云闪长岩、奥长花岗岩和花岗闪长岩的稀土元素总量分别为（148.91～211.46）×10-6、（153.61～260.73）×10-6和（216.63～289.28）×10-6；三者轻重稀土比值（LR/HR）=2.52～6.26、(La/Yb)N=2.07～3.49、(La/Sm)N=1.79～3.59、（Gd/Yb）N=0.68～1.56（多数小于1），显示为轻稀土富集，且轻稀土分馏程度较弱，重稀土弱分馏；其δEu值为0.22～0.98，整体显示明显负铕异常；稀土元素分配模式曲线（图5）右倾，形态相似，具有岛弧花岗岩稀土元素分布特征。

英云闪长岩、奥长花岗岩和花岗闪长岩痕量元素标准化蛛网如图6，呈峰峦迭起的样式，结合痕量元素含量表1，岩体中大离子亲石元素中Ba、Rb、K较为富集，Sr、Pb亏损；高场强元素中Ce、Hf、Sm偏富集，而Zr、Nb、Ta、Ti则明显亏损。

3 岩体年代学特征

3.1 样品采集与测试

本次在桃园岩体中采集了5件新鲜的锆石U-Pb测年样品 (奥长花岗岩3个，花岗闪长岩2个)，进行了锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素年代学研究。锆石的单矿物分选按常规方法在河北省廊坊区调研究所实验室进行。锆石分选后，在天津地质矿产研究所同位素实验室将分选的锆石颗粒进行锆石挑选、制片、照相及U-Pb同位素分析。在测年之前进行了反射光、透射光和阴极发光照相（CL），选取自形好、裂隙少、光滑平整及环带清晰的锆石，并选择合适的测年晶域进行测年。详细分析方法及仪器参数见李怀坤等（2009）[12]。采用中国地质大学刘勇胜博士研发的ICPMSDataCa程序[13]进行数据处理，同位素比值误差为1σ。

3.2 测试结果

桃园岩体U-Pb同位素测年5个样品中锆石阴极发光均显示晶体内部结构清晰，粒径100～200μm，延长比多在2︰1～3︰1之间，自形程度较好，振荡生长环带发育，为岩浆锆石特点[14]，如：奥长花岗岩D9055-TW1锆石阴极发光（图7）和花岗闪长岩D9014-TW1锆石阴极发光（图8）。

5个锆石U-Pb测年分析样品每个样品测试22～25个点，锆石U-Pb测年分析结果见表2。

奥长花岗岩：锆石Pb含量主要集中在（6～30）×10-6，个别值大于30×10-6，甚至高达363×10-6；U的含量主要集中在（70～260）×10-6，个别分析至大于260×10-6，甚至高达3480×10-6；Pb和U之间具有正相关关系；Th/U值：0.40～0.80，平均值0.709，其比值大于中生代花岗岩类的0.5，可能为岩石遭受后期蚀变等原因使U丢失所致；Th与U之间呈正相关关系，具有岩浆岩成因特征[15]；206Pb/238U年龄变化在438～448 Ma之间，极个别略小于或略大于该区间值，显示较好的集群特征，在锆石U-Pb协和图上中心点多位于协和线上，206Pb/238U加权平均年龄值 D9036-TW1：445.3±1.7 Ma（MSWD=0.18），D9055-TW1：440.0±1.8 Ma（MSWD =0.14），D9053-TW1：440.5±2.2 Ma（MSWD=0.65）（图9），因此，奥长花岗岩形成年龄应在440.0±1.8 Ma～445.3±1.7 Ma之间，为早志留世。

花岗闪长岩：锆石Pb含量主要集中在（6～15）×10-6，U的含量主要集中在（95～220）×10-6，Pb和U之间具有正相关关系；Th/U值：0.341～0.586，平均值0.456，其比值小于中生代花岗岩类的0.5，可能为岩石遭受后期蚀变等原因使Th部分丢失所致，Th与U之间呈正相关关系，具有岩浆岩成因特征[15]；206Pb/238U年龄变化在403～438 Ma之间，显示较好的集群特征，在锆石U-Pb协和图上中心点多位于协和线上，206Pb/238U加权平均年龄值D9014-TW1：431.0±6.0 Ma（MSWD=0.025）、D9058-TW1：423.2± 2.9 Ma（MSWD=2.0）（图10），因此，花岗闪长岩形成年龄应在423.2±2.9 Ma～431.0±6.0 Ma之间，为早志留世。从奥长花岗岩和花岗闪长岩的年龄集中区间可以看出，前者形成时间明显早于后者，两者存在一定的演化关系。

表1 桃园岩体岩石全分析样品分析结果表Table 1 Analysis results of major and trace elements in Taoyuan rock mass

图5 桃园岩体稀土元素球粒陨石配分曲线Fig.5 Chondrite-normalized rare earth element pattern of Taoyuan rock mass

图6 桃园岩体微量元素原始地幔蛛网图Fig.6 Primitive mantle-normalized trace elements pattern of Taoyuan rock mass

图7 D9055-WT1锆石阴极发光照片特征Fig.7 Cathodoluminescence photos ofzircons in sample D9055-WT1

图8 D9014-WT1锆石阴极发光照片特征Fig.8 Cathodoluminescence photos ofzircons in sample D9014-WT1

图9 奥长花岗岩的锆石U-Pb协和图Fig.9 Zircon U-Pb concordia diagramoftrondhjemite in Taoyuan intrusion

4 讨论

4.1 岩石成因

TTG岩类（英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩）是花岗质岩石中的一个非常重要的一个岩类或岩石组合，广泛分布与太古宙-古元古代的花岗-绿岩带[16]或显生宙的岛弧-活动大陆边缘岩浆弧[17-22]。因此，TTG岩类不仅是不成熟的新生陆壳的重要组成部分（太古宙-古元古代），也是成熟陆壳花岗岩（狭义）的源区岩石（古生代、中生代、新生代）[22-23]；其产出环境可以是太古宙灰色片麻岩区或绿岩带周围、元古代-新生代大陆边缘、蛇绿岩带及岛弧潜火山岩[24-25]。桃园岩体岩性主要为英云闪长岩、奥长花岗岩和花岗闪长岩，在TTG花岗岩判别的有效图解[26]-QAP图解和An-Ab-Or图解中主要落入4、5区域及英云闪长岩和奥长花岗岩区。因此，桃园岩体为TTG类岩石组合。

n s i o t r u i n a n u a o y表T果i n结s析分b z i r c o n P -o f U l t s石锆r e s u体i c岩p园桃i s o t o 2 s i s表a l y a n b P -U 2 l e a b T

表续

表续

表续

表续

图10 花岗闪长岩的锆石U-Pb协和图Fig.10 Zircon U-Pb concordia diagramofgranodiorite in Taoyuan intrusion

桃园岩体属于低钾钙碱性岩石，其微量元素总体上以富集LILE、轻稀土Ce和中稀土Sm，亏损高场强元素和重稀土为特征，且稀土元素分配模式曲线具有岛弧花岗岩稀土元素分布特征。在化学成分哈克图解（图11）中，除K2O与SiO2关系不明显外，TiO2、Fe2O3、FeO、Al2O3、MnO、MgO、CaO与SiO2均呈负相关关系，Na2O与SiO2呈正相关关系；英云闪长岩的全碱ALK、碱度率AR、分异指数DI均小于花岗闪长岩和奥长花岗岩，因此桃园岩体内英云闪长岩、奥长花岗岩、花岗闪长岩3者显示一定的岩浆演化特征。

桃园岩体MgO含量小于3%，Mg#小于0.5，显示中酸性岩浆岩来源为壳源[27]；在平衡部分熔融作用和分离结晶作用图解（图12）中，均显示为平衡部分熔融作用，说明在岩浆形成于地壳物质的部分熔融[28]，即为俯冲板片的部分熔融产物[25]；同时也与大别山造山带陆壳物质的再循环相印证。

4.2 构造环境分析

北秦岭弧盆系早古生代时期发育俯冲-碰撞-伸展性中酸性侵入岩，岩体年龄441.9 Ma、439.4 Ma、438 Ma、413.5 Ma均有，从早到晚自基性岛弧拉斑、钙碱性火山岩-闪长岩-正长斑岩类至最晚的二长花岗岩类，显示明显的俯冲-碰撞-伸展岩浆演化序列[29]。

桃园岩体在Hf-Ta*3-Rb/10和Hf-Ta*3-Rb/30构造环境图解（图13）中，样品主要落入火山弧花岗岩区，其形成于俯冲时期岛弧环境。

在英云闪长岩-奥长花岗岩系列在K-Na-Ca及Q-Ab-Or图解（图14）上的演化趋势，均显示为向奥长花岗岩类演化趋势，说明桃园岩体发育靠近海沟一侧。

图11 岩浆岩的哈克图解Fig11 Huck diagramofTaoyuan intrusion

图12 平衡部分熔融作用和分离结晶作用图解Fig.12 Schematic diagramofequilibriumpartial meltingand separation crystallization

图13 桃园岩体Hf-Ta*3-Rb/10和Hf-Ta*3-Rb/30构造环境图解Fig.13 Tectonic Environment discrimination diagramofHf-Ta*3-Rb/10 and Hf-Ta*3-Rb/30 in Taoyuan Rock Mass

图14 桃园岩体内英云闪长岩-奥长花岗岩系列在K-Na-Ca及Q-Ab-Or图解上的演化趋势Fig.14 The K-Na-Ca and Q-Ab-Or diagrams for evolution trend ofthe tonalite trondhjemite series in the Taoyuan intrusion

以上分析结果均显示，在早古生代早期北秦岭微陆块已经向北俯冲，在龟山结合带北侧发育二郎坪早古生代岛弧及宽坪弧后盆地[30]，而桃园岩体形成岛弧岩浆岩带靠近海沟一侧，属于不成熟的岛弧的环境。

5 结论

（1）桃园岩体岩性组合属于TTG岩类，为低钾钙碱性系列；微量元素总体上以富集LILE、轻稀土Ce和中稀土Sm，亏损高场强元素和重稀土元素为特征，岩浆来源于地壳物质的部分熔融。

（2）桃园岩体内奥长花岗岩锆石206Pb/238U加权平均年龄值为440.0±1.8 Ma～445.3±1.7 Ma，花岗闪长岩锆石206Pb/238U加权平均年龄值为423.2± 2.9 Ma～431.0±6.0 Ma，均为早志留世，同时TTG岩石存在时间上的演化关系。

（3）桃园岩体为早古生代北秦岭微陆块向北俯冲过程中，在岛弧岩浆岩带靠近海沟一侧俯冲板片部分熔融形成的岩浆岩体，属于不成熟的岛弧的环境。

本文在修改过程中，得到了河南省地矿局地矿三院杨泽强、李法岭和何孝良等三位教授级高工的宝贵建议，在此表示衷心的感谢！

参考文献:

[1]许志琴,杨经绥,李海兵,姚建新.中央造山带早古生代地体构架与高压超高压变质带的形成[J].地质学报，2006，80（12）:1793-1806.

[2]杨经绥，许志琴，裴先治，史仁灯，吴才来，张建新，李海兵，孟繁聪，戎合.秦岭发现金刚石：横贯中国中部巨型超高压变质带新证据及古生代和中生代两期深俯冲作用的识别[J].地质学报，2002,76（4）：484-495.

[3]鄢全树，钟增球，周汉文.大别超高压变质地体的岩石组合及其演化—以皖西南碧溪岭和双河地区为例[J].地质通报，2004，23(14):1246-1253.

[4]王浩.东秦岭-桐柏造山带新元古代-早古生代不同阶段演化的变质和岩浆作用[D].武汉：中国地质大学（武汉）博士毕业论文，2014.

[5]陆松年，李怀坤，陈志宏，周红英，郭进京.秦岭中-新元古代地质演化及Rodinia超级大陆事件的响应[M].北京：地质出版社，2003.

[6]陆松年，陈志宏，李怀坤,郝国杰,周红英,相振群.秦岭造山带中一新元古代(早期)地质演化[J].地质通报,2004,23 (2):107-112.

[7]翟淳.河南泌阳桃园和梁湾花岗岩类岩石特征[J].成都地质学院学报，1982，(4):27-37.

[8]李亚林，张国伟，宋传中.东秦岭二郎坪弧后盆地双向式俯冲特征[J].高校地质学报，1998,4（3）：156-159.

[9]张利，王林森，周炼.北秦岭弧后盆地俯冲消减与陆壳物质再循环：桃园岩体和黄岗杂岩体的地球化学证据[J].地球科学——中国地质大学学报，2001,26(1):18-24.

[10]Irvine T,Baragar W.A guide tothe chemical classification of the common volcanic rocks[J].Canadian Journal of Earth Sciences,1971,8:523–545.

[11]Kuno H.Differentiation of basalt magmas[C].//In:Hess H H,Poldervaart A (Eds.).The Poldervaart Treatise,on Rocks of Basaltic Composition,Vol.2.Insterscience Publishers, 1968:623-688.

[12]李怀坤,耿建珍,郝爽,张永清，李惠民.用激光烧蚀多接收器等离子体质普仪（LA-MC-ICPMS）测定锆石U-Pb同位素年龄的研究[J].矿物学报，2009,29（增刊）：77.

[13]Liu Y S,Gao S,Hu Z C,Gao C G,Zong K Q,Wang D B. Continental and oceanic crust recycling-induced melt-peridotite interactions in the Trans-North China Orogen:Ub-Pb dating,Hfisotopes and trace elements in zircons frommantle xenoliths[J].Journal ofPetrology,2009,51(1/2):537-571.

[14]高少华,赵红格，鱼磊,刘钊，王海然.锆石U-Pb同位素定年的原理、方法及应用 [J].江西科学，2013，31（3）: 363-368.

[15]Hoskin P W O,Ireland T R.Rare earth element chemistry of zircon and its use as a provence indicator [J].Geology, 2000,28(7):627-630.

[16]张旗，翟明国.太古宙TTG岩石是什么含义？[J].岩石学报，2012,28（11）:3446-3456.

[17]Condie K C.Plate Tectonics and crustal Evolution[M].New york:Pergamon,1982.

[18]Pitcher W S.Granite type and tectonic environment[G].// Hsu KJ.Mountain BuildingProcesses.Acad.London Press, 1982.

[19]Pitcher W S.The nature and Origin of Granite[M].London: Champman&Hall,1993.

[20]Maniar P D,Piccoli P M.Tecnonic discrimination of granitoids[J].Geological SocietyofAmerica Bulletin,1989,101: 635-643.

[21]Condie K C,Benn K.Archean geodymamics:similar to different fromModern geodymamics[G].AGU,Geophys.Monograph.Series,2006,164:47-59.

[22]邓晋福，罗照华，苏尚国，等.岩石成因、构造环境与成矿作用[M].北京：地质出版社，2004.

[23]Jonhannes W,HoltzF.Petrogensis and Experimental Petrology of Grianitic Rocks [M].Berlin:Minerals and Rocks Springverlag,1996,22:335.

[24]Barker F.Trondhjemites,Dacites and Related Rocks[M]. NewYork:Elsevier Sci.Pub Comp,1979.

[25]吴鸣谦，左梦璐，张德会，赵国春.TTG岩套的成因及其形成环境[J].地质评论，2014,60（3）：503-514.

[26]冯艳芳，邓晋福，肖庆辉，邢光福，苏尚国，崔显岳，公凡影.TTG岩类的识别：讨论与建议 [J].高校地质学报，2011，17（3）：406-414.

[27]张旗,王焰,李承东,王元龙,金惟俊,贾秀勤.花岗岩的Sr-Yb分类及地质意义 [J].岩石学报，2006,22(9): 2249-2269.

[28]何世平，王洪亮，陈隽璐，徐学义，张宏飞，任光明，余吉远.北秦岭西段宽坪岩群斜长角闪岩锆石LA-ICP-MS测年及其地质意义[J].地质学报,2007,81(1):79-87.

[29]秦拯纬.北秦岭造山带早古生代岩浆作用及其大陆地壳演化意义[D].武汉：中国地质大学（武汉）博士学位论文，2016.

[30]张利,周炼,王林森,凌文黎.桐柏北部黄岗侵入杂岩岛弧构造环境的厘定[J].矿物岩石地球化学通报,2001,20 (4):245-247.

GUHao

（No.3 Institute of Geological and Mineral Resources Survey of Henan Geological Bureau,Zhengzhou 450003,Henan,China)

Taoyuan intrusion is mainly composed of the diorite,orogranite and granite,and also belongs to the tonalite-trondhjemite-granodiorite(TTG)suite,whichlocatedinChenzhuang-Magutianarea,BixianCounty,Henan Province.Through the research of the petrography,the lithogeochemistry and the zircon U-Pb geochronology, Taoyuanintrusionhavethefollowingcharacteristics:it’sbelongstolowpotassiumcalciumalkalinityseries,enrich in LREE,depleted in HREE and HFSE,specially apparent negative anomaly of Eu,which shows that the magma of Taoyuan intrusion come from the partial melting of crustal material.The weighted average zircon206Pb/238U ages of Taoyuanrocksarebetween423.2±2.9Maand445.3±1.7Ma,whichrepresentstheformationageoftherock,andbelongstotheearlySilurian.AttheperiodofearlyPaleozoic,NorthQinlingMicro-Platesubductedtothenorth,andthe subduction ocean plate melted into forming the Taoyuan intrusion at the side of the island-arc rocks closing to the trench,whichshowthat itistheproductofanimmatureislandarc.

Taoyuan intrusion;TTG;geochemical characteristics;zircon U-Pb dating;Biyang County,Henan Province

P581；P597+.3

A

1007-3701（2017）02-111-16

10.3969/j.issn.1007-3701.2017.02.002

2017-5-22；

2017-6-25.

中国地质调查局国土资源大调查项目“河南1∶5万官庄（I49E019022）、泌阳县（I49E020022）、平氏（I49E021021）、马道幅（I49E021022）区域地质矿产调查”（1212011220499）.

谷浩（1982—），男，工程师，大学本科，资源勘查专业，从事区域地质调查工作，E-mail：879861310@qq.com.

Gu H.Genesis of Taoyuan intrusion in Chenzhuang-Magutian area,Biyang County,Henan Province: evidence from geochemistry and zircon U-Pb geochronology.Geology and Mineral Resources of South China,2017,33(2):111-126.