西秦岭碌础坝石英闪长岩-花岗闪长岩的地球化学、矿物学研究及其地质意义

任廷仙，李小伟，王 可，葛涵云，关 瑞

(1.中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京 100083；2.中国地质大学(北京)地质资源勘查实验教学中心 成因矿物学研究中心，北京 100083)

0 引 言

花岗岩类是大陆地壳主要的组成部分，不同成因类型的花岗岩组合反映不同的物源或岩浆演化过程，它是探究地球深部信息的重要窗口[1-2]。随着分析测试技术的进步，花岗岩研究与数值模拟、大数据、地球物理等研究方法紧密结合，向着精细化和高科技化方向发展，并在矿物成因过程剖析、实验岩石学制约岩浆侵位的物理条件，以及多种同位素-微量元素探讨岩浆过程等方面均取得了重要的研究进展[3]。

西秦岭造山带中生代时期岩浆活动频繁，广泛分布有三叠纪酸性侵入岩。前人研究资料显示，西秦岭三叠纪花岗岩形成时代可以分为早期(中三叠世251～233 Ma)和晚期(晚三叠世233～201 Ma)两个阶段[4]。西秦岭中部和西部以中三叠世为主，岩石类型主要为花岗闪长岩和石英二长岩，属于中钾-高钾钙碱性岩石；西秦岭东部则以晚三叠世花岗岩为主，岩石类型主要为二长花岗岩和花岗闪长岩，以高钾钙碱性-钾玄质系列I型花岗岩为主，并出现S型和A型花岗岩[5-9]。在地球化学特征上，早期和晚期均出现高Sr/Y花岗岩，但不一定指示其起源于加厚大陆下地壳[10]，对西秦岭三叠纪花岗岩的岩浆起源、构造背景和造山带深部作用过程的研究尚存在争议[11-12]。

花岗岩中造岩矿物的成分可以有效限定岩浆演化过程中的物理化学环境指标。通过全岩锆饱和温度，以及角闪石、斜长石、黑云母等矿物(对)温度计可以有效获得岩体形成的物理化学条件[13]。此外，角闪石组分还可以反映其结晶时岩浆体系的水含量和氧逸度等信息。

碌础坝岩体位于西秦岭造山带的东部，地处甘肃礼县铅、锌、金、铜多金属矿化带[14]，为“五朵金花”岩体群之一。现有研究表明，碌础坝岩体主要形成于晚三叠世235～206 Ma[15-22]，岩性主要为黑云母二长花岗岩和花岗闪长岩，其中杨阳等[18]获得了碌础坝黑云母石英闪长岩(235±1 Ma)和黑云母二长花岗岩((218±2)～(209±1)Ma)的结晶年龄，指出碌础坝岩体经历了两期岩浆作用。但现有研究对碌础坝岩体中花岗质岩石成因类型和源区性质的研究仍存在不同认识[19-23]。为此，本研究结合前人对西秦岭区域地质和花岗岩方面的研究成果，通过详细的岩相学、矿物学和地球化学研究，对碌础坝岩体的岩浆起源、矿物结晶条件以及深部动力学背景作进一步讨论。

1 区域地质背景

西秦岭造山带为秦岭造山带的西延部分，其南北侧分别以玛沁—略阳断裂、青海湖南缘—宝鸡断裂为界，东西侧分别以佛坪隆起、温泉—哇洪山断裂为界，地理坐标范围[24]为96°00′—106°30′E、33°00′—37°40′N，面积约18万km2。西秦岭造山带南缘阿尼玛卿—勉略缝合带与松潘—甘孜造山带相接，构成的“西秦岭—松潘构造结”是中国大陆中部的巨型构造，由印支期诸多地块拼合而成，并经历了印支期后的陆内造山作用(图1)[25]。西秦岭具有太古宙—早元古代的结晶基底和中—晚元古代的褶皱基底，并被晚古生代以来的稳定沉积建造不整合覆盖[26]。区域内广泛出露显生宙地层，从奥陶系至新近系均有出露，并以泥盆系、石炭系、二叠系和三叠系为主[27-28]。

图1 西秦岭印支期岩浆分布图(底图据文献[4]修改)Fig.1 Distribution of Indosinian magmatic rocks in West Qinling (modified after ref.[4])

西秦岭发育有晚古生代、中生代和新生代火山岩，其中三叠纪喷出岩出露面积最广，岩石类型主要为玄武岩、流纹岩、安山岩等；常见火山碎屑岩和酸性火山角砾岩，部分岩石具有高镁安山岩、双峰式火山喷发特征[29-31]。区域内广泛发育三叠纪侵入岩(251～201 Ma)(图1)，岩石类型主要为花岗闪长岩、二长花岗岩和石英二长岩。东部岩体呈点状或者面状分布在成县—礼县—武山一带，呈岩株岩基状产出[32-34]；中部岩体分布在合作—夏河—同仁一带，沿区域构造线呈NWW向展布，部分为复式岩基[35]；西部的岩体主要分布在共和盆地西缘，沿瓦洪山—温泉断裂带呈NW向展布[36-37]。

2 岩相学特征

碌础坝岩体位于西秦岭东段(图1)，出露面积为170.8 km2，侵入泥盆纪和石炭纪地层中，围岩由灰岩和砂板岩组成，岩体中普遍含有围岩捕掳体和深源包体。碌础坝岩体岩性主要为二长花岗岩和花岗闪长岩，各岩相在平面上呈环带分布(图2)，可分为5个单元，从核部向边部岩性依次为含斑电气石黑云母二长花岗岩、含斑细粒黑云母二长花岗岩、似斑状黑云母二长花岗岩、中粗粒黑云母二长花岗岩以及花岗岩闪长岩，形成年龄由新到老(206～235 Ma)；石英闪长岩主要以岩株状产出，零星分布于似斑状黑云二长花岗岩中。

图2 西秦岭碌础坝岩体地质简图(底图据文献[18]修改)Fig.2 Geological map of the Luchuba pluton in West Qinling (modified after ref.[18])

本文采集样品的岩性为石英闪长岩和花岗闪长岩，主要组成矿物为斜长石(35%～45%)、钾长石(15%～20%)、石英(15%～25%)，以及角闪石(约10%)；次要矿物为黑云母；副矿物为磁铁矿、榍石、磷灰石和锆石等。斜长石呈自形-半自形板状，发育聚片双晶；钾长石呈半自形-它形板状；角闪石呈半自形-它形粒状，部分角闪石边部发育黑云母(图3(g))；石英呈它形，填充在矿物间，部分眼球状石英存在暗色矿物镶边现象(图3(e))。矿物粒径存在局部不一致现象(图3(f))，且样品中暗色矿物(主要为角闪石)出现聚晶现象(图3(h))。

图3 西秦岭碌础坝岩体显微镜下照片Fig.3 Photomicrographs of the Luchuba pluton in West Qinling(a)自形角闪石颗粒；(b)半自形角闪石颗粒；(c)斜长石筛状结构；(d)斜长石斑晶；(e)眼球状石英；(f)矿物粒径不一；(g)角闪石黑云母化；(h)暗色矿物聚晶。矿物代号：Hb.角闪石；Bt.黑云母；Pl.斜长石；Kfs.钾长石；Qz.石英；Sph.榍石

3 样品采集与分析方法

本次用于岩石元素地球化学分析的样品包括9件花岗闪长岩和1件石英闪长岩，部分采样点位置见图2。

全岩主量元素的前处理在中国科学院广州地球化学研究所完成，对新鲜样品进行清洗、烘干后研磨粉碎至200目，测量部分岩石样品烧失量并制成玻璃圆片备用。全岩主量元素的测试在中山大学广东省地质过程与矿产资源调查重点实验室完成，使用Rigaku ZSX primus X射线荧光(XRF)光谱仪对样品进行分析，采用USGS岩石标样和中国国家岩石标样(AGV-2，BHVO-2，GSR-1，GSR-2，GSR-3，GSD-9)对样品测试的主量元素含量进行校准。分析精度优于5%。实验测试分析的详细过程参考文献[38]。

全岩微量元素测试在中国地质大学(北京)科学研究院，元素地球化学实验室，等离子体质谱仪检测室完成。样品分析仪器为美国安捷伦公司生产Agilent 7500a型等离子质谱仪。检测前在超净实验室内使用万级数电子天平称取40 mg样品，然后采用两酸(HNO3+HF)高压反应釜(Bomb)溶样方法进行样品的化学预处理。检测用标准物质如下：分析过程中使用美国标准局美国Equipment实验室制备的标准溶液Std-1、Std-2、Std-4为检测外部标样，定值加入的Rh为检测内部标准进行含量标定；使用美国地质调查局(USGS)标准样品AGV2、BHVO-2、W-2进行校准；使用中国地质测试中心岩石标样GSR-1和GSR-3的全流程溶解样品进行分析质量监控。样品分析误差为P、K<15%，Cr、Sc、Cu、Zn、Sr、Ta<10%，其它元素<5%。

矿物电子探针分析在山东省地质科学研究院金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室完成，分析的矿物主要为碌础坝花岗质岩石中的斜长石、钾长石、角闪石和黑云母。分析前，在探针片表面进行喷碳处理以增强其导电性。分析仪器型号为JEOL JXA-8230，电子束斑直径为5～10 μm，加速电压和电流分别为15 kV和10 nA。测试数据采用ZAF方法进行校正，使用纯氧化物和硅酸盐(透长石(K)，硬玉(Na，Si)，透辉石(Mg，Ca)，金红石(Ti)，蔷薇辉石(Mn)，橄榄石(Fe)，铁铝榴石(Al)，氧化铬(Cr))作为标样。分析精度优于2%。使用AX软件和GeoKit等软件对单矿物成分进行计算。

4 结果分析

碌础坝花岗质岩石全岩主量元素和微量元素地球化学分析结果如表1和图4所示。斜长石的化学分析结果见表2，角闪石的化学分析结果见表3，黑云母的化学分析结果见表4。

表1 西秦岭碌础坝岩体的主量元素(%)和微量元素组成(10-6)Table 1 Major (%)and trace (10-6)element contents of the Luchuba pluton in West Qinling

(续)表2 西秦岭碌础坝岩体斜长石电子探针数据(Continued)Table 2 EPMA data of plagioclase from the Luchuba pluton in West Qinling

表4 西秦岭碌础坝岩体黑云母电子探针数据Table 4 Electron probe data of biotite in the Luchuba pluton in West Qinling

图4 碌础坝岩体的岩石分类和系列图解Fig.4 Rock classification and series diagrams of the Luchuba pluton(a)A/CNK-A/NK图解(底图据文献[39])；(b)SiO2-K2O图解(底图据文献[40])。引文数据来自文献[18-23]，下文相同

4.1 岩石地球化学特征

4.1.1 全岩主量元素特征

碌础坝中酸性岩石的SiO2含量为59.65%～67.36%，TiO2含量为0.47%～0.74%，Al2O3含量为14.96%～16.20%，铝饱和指数A/CNK=0.82～1.04，大部分样品属于准铝质系列，部分为弱过铝质(图4(a))。样品的CaO含量为2.73%～4.73%，Na2O含量为3.06%～3.47%，K2O含量3.86%～5.40%，Na2O/K2O=0.57～0.90，富钾，在SiO2-K2O图解(图4(b))上，样品点落入高钾钙碱性到钾玄岩系列范围内。MgO含量为1.50%～3.05%，Fe2O3T含量为3.23%～5.91%，Mg#值(Mg#=Mg2+/(Mg2++Fe2+)×100)为47～53。在哈克图解(图5)中，随着SiO2含量增加，TiO2、Al2O3、Fe2O3T、MnO、MgO、CaO、P2O5含量降低，K2O含量增加，Na2O呈现不明显的降低趋势。

图5 西秦岭碌础坝岩体哈克图解(数据来源同图4)Fig.5 Harker diagrams of the Luchuba pluton in West Qinling (data source as in Fig.4)

4.1.2 全岩微量元素特征

在稀土元素球粒陨石标准化配分图(图6(a))上，碌础坝岩体富集轻稀土(LREE)，亏损重稀土(HREE)，(La/Yb)N=9.43～30.37，具有中等Eu负异常，δEu=0.50～0.77；岩石表现出相对平坦的HREE分配模式，(Gd/Yb)N=1.88～2.68。在微量元素原始地幔标准化蛛网图(图6(b))上，所有样品呈现出富集Rb、Th、U、K和Pb，亏损Nb、Ta、P和Ti的特征；Ba呈现负异常，区别于下地壳的正异常。

图6 西秦岭碌础坝岩体稀土元素球粒陨石标准化配分图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)(标准值据文献[41]，下地壳数据来自文献[42])Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns (a)and primitive mantle-normalized trace element spider diagram (b)of the Luchuba pluton in West Qinling (normalizing values after ref.[41],lower crust data from ref.[42])

4.2 矿物地球化学特征

4.2.1 斜长石特征

斜长石SiO2含量为54.14%～65.62%，Al2O3含量为20.33%～28.56%，CaO含量为1.26%～11.04%，Na2O含量范围为5.20%～10.67%，K2O为0.07%～0.92%。斜长石的An牌号在18～53之间，属于更-中长石，以中长石为主(An主要集中于30～50之间)(图7)。

图7 斜长石分类图解(底图据文献[43])Fig.7 Classification diagram of plagioclase (base map after ref.[43])

部分斜长石具有筛状结构，其核部An牌号为50，具富钙的特征，暗示其形成于偏中性的岩浆源区；边部相对富钠(An=37)，核部和边部之间的不规则边界表明其可能形成于不同的岩浆房。部分斜长石表现出振荡环带(图8)。

图8 斜长石的显微照片(a)(b)、背散射电子图像(c)(d)以及An值成分剖面(e)(f)Fig.8 Optical micrographs(a)(b),SEM-BSE (backscattered-electron)images (c)(d)and An content profiles (e)(f)of plagioclase

4.2.2 角闪石特征

角闪石SiO2含量为44.20%～50.91%，Al2O3含量为2.83%～7.85%，MgO含量在11.00%～15.27%之间，FeOT含量为12.97%～18.23%，TiO2为0.33%～1.39%，Na2O为0.40%～1.58%，K2O为0.16%～0.82%，CaO含量为10.65%～12.71%，Mg/(Mg+Fe2+)值为0.55～0.72。据Leake等[44]角闪石分类法，所有样品CaN>1.5，(Na+K)A<0.5，为钙质角闪石。在Si-Mg/(Mg+Fe2+)图解上，样品投点主要落在镁角闪石区域(图9)。

图9 角闪石分类图解(底图据文献[44])Fig.9 Amphibole classification diagram (base map after ref.[44])

部分角闪石(9个测点)Mg/(Mg+Fe2+)值较高，这部分测点均位于角闪石核部。它们的SiO2含量为49.27%～53.49%，Al2O3含量为0.85%～4.23%，MgO含量12.84%～14.40%，FeOT含量为7.98%～11.13%，TiO2含量为0.13%～0.81%，Na2O含量为0.32%～0.84%，K2O含量为0～0.40%，CaO含量为17.80%～22.67%，Mg/(Mg+Fe2+)值较高，为0.88～0.91。

由此，根据地球化学成分特征角闪石可以分为两类，一类为低钙角闪石(边部或整颗)，自形程度较好；另一类角闪石为高钙角闪石(核部)，具有高Mg#值、高硅，贫铁和贫碱的特征。具正环带结构的角闪石的成分剖面显示(图10)，从核部到边部，Al2O3含量增加，CaO含量和Mg#值呈现骤降的特征，显示了结晶环境的变化。

图10 角闪石显微照片(a)(c)和电子探针成分剖面图(b)(d)Fig.10 Amphibole micrographs (a)(c)and EPMA composition profiles (b)(d)

4.2.3 黑云母特征

黑云母SiO2含量为30.16%～35.64%，Al2O3含量为12.57%～14.22%，MgO为9.34%～11.93%，FeOT含量为18.59%～21.53%，TiO2为3.31%～4.53%，Na2O为0.02%～0.10%，K2O含量范围为7.59%～8.93%。其Mg#值介于0.44～0.57之间。根据Froster[45]的分类方法，样品中黑云母应归为镁质云母(图11(a))。在MgO-10TiO2-(FeO+MnO)判别图上，所有黑云母样品均落入原生黑云母区域(图11(b))，并与钙碱性岩浆体系中结晶的黑云母特征相吻合(图11(c))。

图11 黑云母分类判别图Fig.11 Ternary biotite classification diagrams(a)(Fe2++Mn)-Mg-(AlⅥ+Fe3++Ti)图解(底图据文献[45])；(b)MgO-10TiO2-(FeO+MnO)图解(底图据文献[46])；(c)MgO-FeOT-Al2O3图解(底图据文献[47])

5 讨 论

5.1 结晶物理化学条件

5.1.1 结晶温度

(1)锆饱和温度计。锆石中的Zr元素含量受控于温度变化，同时锆石是岩浆中较早结晶的矿物，且由于其封闭性好，不易受其他因素影响，因此锆石的结晶温度可以近似代表岩浆的液相线温度[48]。根据Watson等[49]锆石溶解度模型，得到锆饱和温度计：

T=12900/[lnDZr(496000/熔体)+2.95+0.85M]-273.15

(1)

式中：T为温度，单位为℃；M=(Na+K+2Ca)/(Al×Si)，为物质的量比；纯锆石中Zr含量为496000×10-6，熔体中Zr含量用全岩Zr含量代替。

根据公式(1)计算得到碌础坝岩体成岩温度介于736～795 ℃之间，平均为764 ℃。

(2)黑云母Ti温度计。矿物中部分微量元素与温度存在线性关系，Henry等[50]利用黑云母中的Ti元素计算黑云母结晶温度：

T={[ln(Ti)-a-c(XMg)3]/b}0.333

(2)

式中：T为温度，单位为℃；Ti是基于22个氧原子计算的黑云母中Ti的阳离子数；XMg=Mg/(Mg+Fe)；a=-2.3594，b=4.6484×10-9，c=-1.7283。该公式适用于岩浆岩的温度计算[51]。

根据公式(2)计算得到碌础坝花岗岩中黑云母结晶温度范围为700～746 ℃，平均为729 ℃，与利用Mg/(Mg+Fe)-Ti图解估计的温度范围近似(图12)。

图12 黑云母Mg/(Mg+Fe)-Ti温度图解(底图据文献[50])Fig.12 Mg/(Mg+Fe)vs.Ti temperature diagram of biotite (base map after ref.[50])

(3)角闪石温度计。Amp-TB计算程序可以得到钙碱性火山岩中钙质角闪石对应的T-p-H2Omelt-fO2条件，其中使用的角闪石温度计算公式为[52]：

T=-151.487Si*+2041

(3)

式中：T为温度，单位为℃；Si*=Si+AlⅣ/15-2TiⅣ-AlⅥ/2+TiⅥ/1.8+Fe3+/9+Fe2+/3.3+Mg/26+CaB/5+NaB/1.3-NaA/15+KA/2.3。

根据公式(3)计算得到碌础坝岩体角闪石结晶温度介于704～824 ℃之间，平均为767 ℃。

5.1.2 结晶压力

(1)黑云母全铝压力计。黑云母的全铝含量与花岗岩的固结压力之间存在线性关系，Uchida等[53]总结出花岗质岩石中黑云母全铝压力计经验公式：

p=-6.53+3.03AlT

(4)

式中：p是以kbar计量的压力，AlT为基于22个氧原子计算所得黑云母的全铝值。

公式(4)是在角闪石压力计基础上建立，尚未经过实验岩石学标定，但是在实际应用中可以取得良好的效果[54]。计算结果显示，西秦岭碌础坝岩体的成岩压力为0.9～1.4 kbar，平均为1.1 kbar。岩体侵位深度可根据压力公式p=ρgh进行估算，重力加速度g取9.8 m/s2，上覆岩层的密度ρ近似值为2.7 g/cm3，计算得到黑云母平均结晶深度为4.1 km。

(2)角闪石全铝压力计。角闪石中Al含量与岩浆形成的压力呈线性关系，根据角闪石Al的含量可估算结晶压力，角闪石全铝压力计适用于钙碱性花岗岩[55]。

Schmidt[56]提出近水饱和条件下角闪石压力计算公式：

p=-3.01+4.76AlT

(5)

式中：AlT是基于23个氧原子每个化学式中Al的阳离子总数。

计算结果显示，西秦岭碌础坝岩体角闪石的压力介于1.0～3.5 kbar之间，平均值为1.9 kbar。角闪石平均形成深度为6.8 km。

样品具有自形的榍石和磁铁矿，指示高的氧逸度环境；结合上文各类温度计结果分析，岩体侵位时温度较低，且温差较小；岩体中富水矿物相富集(角闪石及黑云母等)，表明岩浆含水量较高，故近水饱和条件下角闪石压力计能较好地反映角闪石的结晶压力。

5.1.3 岩浆氧逸度

Ridolfi等[52]提出利用角闪石成分计算岩浆氧逸度的方法：

ΔNNO=-4.01+1.644Mg*

(6)

其中：Mg*=Mg+Si/47-AlⅥ/9-1.3TiⅥ+Fe3+/3.7+Fe2+/5.2-CaB/20-NaA/2.8+KA/9.5。经计算得到碌础坝岩体角闪石的ΔNNO=0.8～2.2。通过Amp-TB程序可得lgfO2为-14.9～-11.7，平均为-13.2。可知角闪石结晶于较高氧逸度条件下(图13)。根据岩相学观察，样品中出现共生的榍石和磁铁矿，进一步印证岩体形成于较高氧逸度环境[57]。

图13 角闪石氧逸度图Fig.13 Oxygen fugacity diagrams of amphibole(a)Al-Fe/(Fe+Mg)图解(底图据文献[58])；(b)T-lgfO2图解(底图据文献[52])

5.1.4 岩浆含水量

Ridolfi等[52]提出角闪石平衡熔体水含量计算公式：

H2Omelt=5.215Al*+12.28

(7)

式中：Al*=AlⅥ+AlⅥ/13.9-(Si+TiⅣ)/5-Fe2+c/3-Mg/1.7+(CaB+KA)/1.2+NaA/2.7-1.56K-Fe#/1.6。

计算结果显示，角闪石结晶时含水量介于3.9%～6.3%之间，平均为4.9%。F-An-Or图解整合了不同压力和初始含水量条件下的闪长岩-花岗岩共晶关系(图14(a))。通过Ab-Qr-Qz相图估计岩浆初始含水量为2%～5%，与角闪石成分计算结果近似(图14(b))。

图14 西秦岭碌础坝岩体的岩浆含水量图Fig.14 Ternary magma water content discrimination diagrams of the Luchuba pluton in West Qinling(a)F-An-Or 图解(底图据文献[59])；(b)Qz-Ab-Or相图(底图据文献[60])；F =FeO + MgO + MnO，a为混染，Ru为残留-未混合，W0为初始含水量(%)；数据来源同图4

温度计算结果显示，全岩锆石饱和温度平均为764 ℃、黑云母结晶温度平均为729 ℃、角闪石结晶温度平均为767 ℃，三种温度结果相近且均小于800 ℃，说明岩体形成于中温环境。

矿物结晶压力计深度计算结果显示，黑云母结晶时的平均压力为1.1 kbar，结晶深度平均为4.1 km；角闪石结晶压力为1.9 kbar，结晶深度平均为6.8 km。因此，岩体侵位深度较浅。

角闪石湿度及氧逸度计显示其相对氧逸度为ΔNNO=0.1～1.3，结晶出角闪石时的岩浆体系含水量为3.9%～6.3%，结合岩相学观察下具有榍石+磁铁矿+石英的矿物组合分析，表明岩体形成于高氧逸度且富水的环境。

综上可知，西秦岭碌础坝岩体形成于中温、富水、高氧逸度的环境。

5.2 岩浆源区性质

5.2.1 岩浆源区

Moyen等[61]提出采用Ca+Al-3Al+2(Na+K)-Al+(Na+K)来区分镁铁质来源和长英质来源的熔体(图15)，图中水平实线代表A/CNK=1，该条实线上方的样品是过铝质的，下方为准铝质；虚线位置(3Al+2×(Na+K))/(Ca+Al)为2:1，虚线上部代表以长英质为主的源区熔融形成的熔体，虚线下部为以镁铁质为主的源区熔融形成的熔体。

图15 (Ca+Al)-(3Al+2(Na+K))-(Al+Na+K)图解(底图据文献[61])Fig.15 (Ca+Al)-(3Al+2(Na+K))-(Al+Na+K)diagram (base map after ref.[61])

本文样品主要落在水平实线以下，与碌础坝岩体呈现准铝质-弱过铝质的地球化学特征一致。样品主要分布在虚线以下，说明西秦岭碌础坝岩体主体形成于镁铁质源区。

此外，样品具有低Al2O3/(MgO+FeOT+TiO2)、高(Al2O3+MgO+FeOT+TiO2)的特征，在判别图解(图16(a)和(c))中，样品主要落入角闪岩以及变玄武岩到变英云质源区部分熔融区域，指示样品可能源于以角闪岩为主的变基性岩源区(图16)。

图16 西秦岭碌础坝岩体化学组成图解((a)和(b)底图据文献[62]，(c)底图据文献[63]；(d)底图据文献[64])Fig.16 Chemical discrimination plots for the Luchuba pluton in West Qinling (base map (a)(b)after ref.[62];base map (c)after ref.[63];base map (d)after ref.[64])

5.2.2 岩石成因

本文西秦岭碌础坝岩体样品主要为花岗闪长岩，样品中普遍发育角闪石，这些样品A/CNK值小于1.1，K2O/Na2O=1.11～1.74，富钾，里特曼指数σ值为2.20～2.91(仅有一个样品为4.34)，指示大部分样品属于钙碱性岩系列，表明岩体为准铝质到弱过铝质高钾钙碱性I型花岗岩。关于高钾钙碱性I型花岗岩的成因认识有：(1)幔源玄武质岩浆结晶分异并同化地壳物质[65-69]；(2)基性下地壳部分熔融[70-71]；(3)幔源镁铁质岩浆与壳源长英质岩浆混合[72-75]。

样品具有微弱的Ba异常和Sr异常，中等的负Eu异常(δEu介于0.50～0.77)，反映样品可能经历了少量斜长石的分离结晶或者源区残留有斜长石。然而样品中δEu和Sr与SiO2之间不存在明显负相关关系(图17(a)和(b))，表明未发生明显的斜长石分离结晶作用，指示花岗质岩石的Eu负异常更可能与源区残留斜长石有关。角闪石的Nb/Ta分配系数大于1(Kd角闪石，Nb/Ta)=1.40[76-77]，因此，角闪石的分离结晶会导致熔体的Nb/Ta值降低，然而在图17(c)中SiO2与Nb/Ta值之间没有呈现出明显相关关系，表明角闪石分离结晶作用不明显。黑云母的Kd黑云母(Dy/Yb)值[78-79]超过1，黑云母的分离结晶会导致熔体的Dy/Yb值降低(图17(d))；此外黑云母对V和Sc的分配系数很高，但对Th的分配系数极低[80]，黑云母分离结晶会导致V/Th值和Sc/Th值降低，然而图中(图17(e)和(f))并未显示出明显趋势，表明黑云母分离结晶作用不明显。综上所述，分离结晶作用不是碌础坝岩体形成的主导因素。

图17 西秦岭碌础坝岩体部分元素哈克图解(数据来源同图4)Fig.17 Selected Harker diagrams for the Luchuba pluton in the West Qinling (data source as in Fig.4)

岩体具有富集大离子亲石元素(Rb、K、Pb)，亏损高场强元素(Nb、Ta、Ti)的特征，在样品微量元素原始地幔标准化蛛网图上微量元素的变化趋势与大陆地壳相似，表明其主要是地壳来源。其Nb/Ta值(13.8～16.9)也与典型壳源岩浆接近。然而，碌础坝岩体的Mg#值(47～53)明显高于下地壳部分熔融作用形成的花岗岩的Mg#值(<45)[81-83]，并且具有高的Cr值(35×10-6～91×10-6)和Ni含量(10×10-6～34×10-6)，表明岩体母岩浆形成过程中有幔源组分参与。

在角闪石Al2O3-TiO2图解上(图18(a))，大部分数据点分布在壳幔混源区域，小部分落入壳源区域；在黑云母MgO-FeO/(FeO+MgO)图解(图18(b))上，黑云母主要分布于壳幔混源区域，反映岩浆具有壳幔混源特征。Harker图解(图5)上，寄主花岗岩和暗色包体的部分主要氧化物呈现良好的线性关系，只有Al2O3、K2O、Na2O和SiO2之间不具有明显的协变关系，这说明岩浆源区的非单一性，更可能为岩浆混合成因[85]。岩相学上，存在暗色矿物镶边的石英“眼球”和矿物粒径大小变化截然的现象通常由岩浆混合作用形成。前人的研究也表明，幔源岩浆可为下地壳部分熔融提供热量和物质来源[86]。综上，碌础坝岩体可能起源于以角闪岩为主的变基性岩部分熔融，幔源组分的参与导致岩体具有高的Mg#值，以及高Cr和Ni含量等特征。

图18 西秦岭碌础坝岩体角闪石Al2O3-TiO2(a)和黑云母MgO-FeO/(FeO+MgO)图解(b)((a)底图据文献[48]；(b)底图据文献[84])Fig.18 Amphibole Al2O3 vs.TiO2 (a)and biotite MgO vs.FeO/(FeO+MgO)(b)plots for the Luchuba pluton in West Qinling (base map (a)after ref.[48];base map (b)after ref.[84])

综合前人数据，西秦岭碌础坝岩体主要形成于晚三叠世中期(219～206 Ma)。岩体显示亏损Nb、Ta、Ti、Hf和HFSE的正常岩浆弧岩石特征，其Sr含量为271.6×10-6～573.6×10-6，Y含量为8.7×10-6～22.1×10-6，Sr/Y值为26.3～31.1，部分样品具有高的Sr含量(>400×10-6)或具有低的Y含量(小于18×10-6)，但其具有较低的Sr/Y和(La/Yb)N(9.4～30.4)比值，在图19上主要投在正常岩浆弧岩石区域，表明岩体不具备埃达克质岩特征。

图19 西秦岭碌础坝岩体Y-Sr/Y图解和YbN-(La/Yb)N图解(据文献[87]，引文数据据文献[17-23]，下文相同)Fig.19 Y vs.Sr/Y (a)and YbN vs.(La/Yb)N(b)plots for the Luchuba pluton in the West Qinling (base map after ref.[87];cited data from refs.[17-23];the same below)

5.3 地球动力学背景

西秦岭广泛分布有三叠纪花岗岩，对它们构造背景的研究仍存在争议，主要集中在华北和扬子板块在西秦岭造山带的碰撞时限问题上。主要存在以下几种观点：(1)阿尼玛卿洋在早三叠世已经闭合，碰撞发生在早三叠世；(2)三叠纪仍处于洋壳俯冲环境，碰撞发生在晚三叠世；(3)中三叠世处于俯冲向碰撞转换的构造环境。

本研究认为西秦岭早三叠世仍处于洋陆俯冲环境，碰撞发生在中晚三叠世。与西秦岭处于同一个构造动力学背景体系下的东昆仑，它内部的镁铁质岩墙群形成于(251±2)Ma，且与洋壳俯冲过程密切相关，指示碰撞发生在早三叠世之后，晚于东秦岭陆-陆碰撞造山作用[88]。西秦岭三叠纪岩浆岩类型复杂，为活动大陆边缘的产物，陆陆碰撞构造体系无法解释其空间分带性及成分极性。部分西秦岭三叠纪岩浆岩中高Sr和低Y、Yb含量以及高Sr/Y、La/Yb、Mg#等特征符合大陆弧背景产物的性质[89-91]。黑沟峡地区火山岩[92]Sm-Nd等时线年龄为(242±21)Ma，Rb-Sr等时线年龄为(221±13)Ma，勉略带分布的高压榴辉岩矿物-全岩[93]Sm-Nd等时线年龄为(192±34)Ma，黑云母40Ar-39Ar坪年龄为(199.6±1.7)Ma，说明在220.0～199.6 Ma由洋-陆俯冲向陆-陆碰撞转变，表明华北与扬子板块在西秦岭区域的碰撞时间不晚于晚三叠世，西秦岭三叠纪处于洋-陆俯冲向陆-陆碰撞转换阶段[94-95]。

值得一提的是，西秦岭区域晚三叠世普遍存在海相地层向非海相沉积地层的转变，这些现象可以在碰撞作用下形成，也可能在俯冲过程中形成[96-97]。

西秦岭三叠纪晚期的地壳厚度，前人已经做了比较详细的讨论[98-99]，认为西秦岭东侧在220～210 Ma发生了显著的增厚事件，但这仍然是一个开放性的问题。本文想强调的是，根据Sr/Y、La/Yb或其他元素比值推断获得的地壳厚度，很大程度上依赖于熔融残余相的矿物类型，例如石榴石，它可以是变基性岩的熔融残余相，亦可以是变泥质岩的熔融残余相，对于前者，可能指示一个较高的源区熔融压力条件，而对于泥质岩，形成石榴子石残余的熔融压力条件[100]可以低于5 kbar。因此，上述元素比值指标的含义有时候存在不确定性。从图16来看，碌础坝岩体的源岩似乎存在少量的变质硬砂岩组分。总之，通过某些元素比值推断地壳加厚事件，总是需要更多的证据来支持，例如如何排除泥质岩源区组分的干扰等。

6 结 论

(1)碌础坝岩体内的石英闪长岩和花岗闪长岩为准铝质-弱过铝质高钾钙碱性岩石，其中花岗闪长岩属I型花岗岩类。碌础坝岩体的铝饱和指数为A/CNK为0.82～1.04，属于钾玄质-高钾钙碱性系列。

(2)电子探针分析结果显示，斜长石的An值为18～53，以中长石为主。角闪石为镁角闪石，Mg/(Mg+Fe2+)值为0.55～0.72，部分核部Mg/(Mg+Fe2+)值较高(0.88～0.91)并具有富钙特征(CaO含量为17.80%～22.67%)。黑云母Mg/(Mg+Fe2+)值为0.44～0.57，属镁质黑云母。

(3)矿物温压计、湿度计及氧逸度计限定碌础坝岩体形成于中温、富水、高氧逸度的环境。全岩锆饱和温度计结果平均为764 ℃。碌础坝岩体角闪石结晶温度为704～824 ℃，压力为1.0～3.5 kbar，平均结晶深度为6.8 km；平衡熔体氧逸度为ΔNNO=0.7～1.4，含水量为3.9%～6.3%；黑云母结晶温度为700～746 ℃，压力为0.9～1.4 kbar，平均结晶深度为4.1 km。

(4)碌础坝岩体具有富集Rb、Th、U、K和Pb等元素，亏损Nb、Ta、P和Ti等元素的特征，具有中等Eu负异常，和平均大陆地壳相似。本文认为碌础坝岩体由角闪岩为主的变基性岩部分熔融形成，幔源组分的输入导致其具有高Mg#值，以及高Cr和Ni含量的特征。综合前人资料，本文提出碌础坝岩体形成于洋-陆俯冲向陆-陆碰撞转换的阶段。

致谢：在本文撰写和修改期间，得到刘家军教授、申俊峰教授、熊富浩副教授的悉心指导；地质调研、数据处理以及论文修改方面亦得到了刘华南博士、邢慧强博士、谢元惠博士，以及王日香硕士的鼎力相助；在此一并表达由衷的谢意！