粤北地区河口岩体次英安斑岩地球化学特征及地质意义

林坤，李海东，刘章月，胡鹏，龙自强

（1.核工业二九〇研究所，广东 韶关 512029；2.广东省环境保护核辐射追踪研究重点实验室，广东 韶关 512029；3.广东省放射性生态环境保护工程技术研究中心，广东 韶关 512029；4.核工业北京地质研究院，北京 100029）

在加里东期，华夏地块和扬子地块发生强烈地壳运动，形成加里东褶皱带，随之产出大量的花岗岩，集中分布于华夏板块一侧。华南加里东期岩浆岩成岩年龄呈阶梯状变化的趋势：华夏地块东南区域的岩浆活动主要集中在450 Ma；诸广山区域的岩浆活动主要集中在430 Ma；雪峰山区域的岩浆活动主要集中在410 Ma，可见加里东期岩浆活动具由南东向北西迁移的特点［1］。加里东期花岗岩的岩石学、地球化学、年代学特征研究成果较丰富；随着加里东期侵入岩的深入研究，而同期的火山岩-次火山岩研究较少。

近年来，研究学者在粤北大宝山、河口地区及赣南南迳盆地等陆续发现加里东期火山活动线索，并开展了岩石学、地球化学、年代学研究［2-9］，打开了加里东期火山活动研究的窗口。贵东岩体西部的南缘产出著名的大宝山铜多金属矿床，矿区内丘坝岩体出露大量次英安斑岩；前人对其开展了系统的岩石地球化学、年代学研究［5-9］，认为大宝山丘坝岩体的次英安斑岩为高钾钙碱性系列岩石；瞿泓滢、毛伟等认为次英安斑岩形成时代为志留纪，而赵如意、王磊等认为次英安斑岩是早侏罗世晚期（175 Ma）沿逆冲推覆构造侵位的次火山岩，并捕获了大量志留纪岩浆锆石。

河口岩体距丘坝岩体约30 km，研究相对较少，缺少岩石地球化学特征、岩石成因、岩浆来源等方面研究，而且岩体的形成年龄存在不同的观点：1995 年，核工业二九〇研究所在河口盆地获得碎斑熔岩K-Ar 年龄为143 Ma，将其地质时代归于晚侏罗世［10］；徐夕生等（2005）获得河口盆地凝灰岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄大于400 Ma［11］；陈武钦等（2006）在河口岩体北侧坪田附近获得的火山岩单颗粒锆石U-Pb 表面年龄为419～393 Ma，地质时代属晚志留世［12］；巫建华等（2012）在对该地区不同岩石进行野外划分和定名基础上，测定该区碎斑熔岩的锆石U-Pb 年龄为（443.6±5.4）Ma［2］。

笔者在野外调查时发现河口岩体的次英安斑岩和丘坝岩体的次英安斑岩相似。因此，选择河口岩体次英安斑岩作为研究对象，选取新鲜的岩石样品进行主微量元素测试，分析区内次英安斑岩地球化学特征，并与大宝山丘坝岩体次英安斑岩进行对比研究，以探讨其岩石地球化学特征，继而判别岩石成因及形成的大地构造环境。

1 地质概况

河口岩体位于粤北地区贵东岩体中部的北缘，大地构造位置处于扬子准地台与华夏古陆之间的加里东褶皱带边缘，即闽赣后加里东隆起与湘桂粤北海西-印支坳陷的刚柔地块结合部。贵东岩体以印支期、燕山期花岗岩为主，其独特的区域构造格局，为岩体的形成与演化、构造的发生与发展、蚀变作用的产生提供了有利的条件。贵东岩体东部的下庄铀矿田是我国重要的花岗岩型铀矿基地。

河口岩体为破火山口构造，整体呈不规则方形，面积约32 km2（图1），主要由次英安斑岩、碎斑熔岩、长英质火山角砾岩、凝灰岩等组成，未见玄武岩层［1］。次英安斑岩在河口山钨矿采坑内及樟树湾水电站旁的河床中出露较好，而边缘的凝灰岩、英安岩和凝灰质砂岩等风化较强，剥蚀较严重，未见较好露头。北西侧与寒武系呈断层接触，东侧与寒武系-中奥陶统变质岩系不整合接触；南侧被燕山早期司前花岗岩体侵入破坏（图1），以细粒二云母花岗岩为主，成岩年龄为（151.0±11）Ma［13］。

图1 粤北地区河口岩体地质简图Fig.1 Geological map of Hekou pluton in North Guangdong

2 样品采集与分析

本次采集次英安斑岩样品9 个，主要位于河口山钨矿外围及樟树湾水电站旁，取样位置见图1。样品为新鲜的次英安斑岩，并在野外手标本鉴定和室内显微鉴定的基础上，进行主量元素、微量元素、稀土元素分析，结果见表1。所有样品分析测试工作在核工业二九〇研究所分析测试实验室完成，主量元素分析采用湿化学法，测试精度高于1%；微量、稀土元素测试在Finnigan ElementⅡ型电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）上完成，检测限优于0.5×10-9，相对标准差优于5%。

表1 次英安斑岩样品主量、微量和稀土元素分析结果Table 1 Analytical result of main,trace and rare earth elements in porphyritic dacite samples

表1 （续）

3 岩相学特征

岩石呈斑状结构，基质呈显微晶质结构、显微镶嵌结构（图2）。主要矿物成分为石英、斜长石、钾长石、黑云母。斑晶约占35%，其中石英含量约占10%，粒度为1～3.5 mm，少数切面呈四边形，局部具碎裂及熔蚀现象（图2a）；斜长石约占15%，板柱状，粒度为1.5～4.0 mm，发育强绢（白）云母化及绿帘石化，部分可见残留聚片双晶；条纹长石约占5%，粒度为1.5～4.0 mm，发育微条纹结构，轻微泥化（图2b）；黑云母约占5%，粒度为1.5～2.0 mm，发育强绿泥石化、绿帘石化，残留呈黄褐色，干涉色为自身颜色掩盖。基质约占65%，粒度为0.03～0.1 mm，主要由石英、斜长石、钾长石、黑云母组成，石英约25%，斜长石约15%，钾长石约15%，长石与石英相间生长，长石少量发育绢云母化（图2c），黑云母，呈小片状，占5%，发育绿泥石化及绿帘石化（图2d）。

图2 次英安斑岩显微特征（正交偏光，×50）Fig.2 The microscopic feature of porphyritic dacite

4 地球化学特征

4.1 主量元素

河口岩体次英安斑岩SiO2含量为68.15%～69.66%，变化范围很小，平均值为68.88%；Al2O3含量为13.44%～14.82%，平均值为13.84%；岩石全碱含量较高，K2O＋Na2O 为6.32%～7.87%，平均值为7.45%，变化范围不大。TiO2含量在0.35%～0.40%范围内，平均值为0.37%；TFe2O3含量在1.11%～1.79%范围内，平均值为1.34%；MgO含量介于0.75%～1.37%之间，平均值为0.98%；CaO含量在0.26%～2.10%范围内，平均值为1.61%。

岩石里特曼指数δ 值为1.50～2.42，平均值为2.12，在标准矿物中刚玉分子含量介于0.30～7.90 之间，平均值为1.48，固结指数为6.34～9.94，平均值为7.79，反映出壳源岩浆的特征。在TAS 图解［14］中，所有样品均落在亚碱性系列英安岩范围内（图3）；在A/CNK-A/NK图解［15］中，所有样品均落在过铝质范围内（图4）。在SiO2-K2O 图解中，样品多落于高钾钙碱性系列（图5）。因此，河口岩体次英安斑岩属亚碱性高钾钙碱性过铝质系列。

图3 次英安斑岩TAS 图解Fig.3 TAS diagram of porphyritic dacite

图4 次英安斑岩A/CNK-A/NK 图解Fig.4 A/CNK-A/NK diagram of porphyritic dacite

图5 次英安斑岩SiO2-K2O 图解Fig.5 SiO2-K2O diagram of porphyritic dacite

4.2 稀土元素

河口岩体次英安斑岩的稀土元素总量为（98.41～127.45）×10-6，均值为110.13×10-6，与酸性岩的平均丰度288×10-6相比［16］，具有较低的稀土总量。轻重稀土分异明显，轻重稀土比值（LREE/HREE）为6.05～9.57，在稀土元素球粒陨石标准化图中［17］（图6），显示了右倾型特征，轻稀土之间分异不明显，重稀土之间分异亦不明显。总体反映源区地壳成熟度较高。

δEu 值介于0.55～0.66 之间，平均值为0.62，表现出明显的负铕异常。研究表明，Eu主要替换斜长石中的Ca 进入斜长石中富集，因此，次英安斑岩中Eu 的负异常特征暗示岩浆分离结晶过程中存在斜长石的分离，进一步表明次英安斑岩为地壳物质部分融入形成的。此外，引用大宝山丘坝岩体次英安斑岩4 个样品（DB-1～DB-4）的分析数据进行对比［6］，可见两者具有相似的稀土元素分布特征（图6），表明两者均源于地壳物质经局部熔融而形成的岩浆系列。

图6 次英安斑岩稀土元素配分曲线图（据Sun and McDonough，1989）Fig.6 REE patterns of porphyritic dacite（after Sun and McDonough，1989）

4.3 微量元素

微量元素原始地幔标准化蛛网图显示［18］，研究区次英安斑岩样品的微量元素配分曲线具有较好的一致性，均表现了Rb、Nd、Sm 等元素的相对富集，Sr、Nb、Ti、Zr 等元素相对亏损的特征（图7），这与地壳部分熔融形成的英安岩类似，反映出该区次英安斑岩为地壳部分熔融的产物。与大宝山丘坝岩体次英安斑岩4 个样品（DB-1～DB-4）的分析数据进行对比［6］，具有相似的微量元素分布特征（图7），仅Zr、Hf 两种元素存在差异。结合本地区地质背景及岩石地球化学特征，认为两者为相同大地构造背景下，由地壳物质熔融形成的岩体，推测为同时期同源区形成的岩体。

图7 次英安斑岩微量元素蛛网图（据McDonough et al.，1995）Fig.7 The spider diagram of porphyritic dacite（after McDonough et al.，1995）

5 讨论

5.1 岩石成因类型

样品的主量元素特征显示，河口岩体次英安斑岩应属于亚碱性高钾钙碱性过铝质系列。在1000Ga/Al-Zr 图解中［19］，样品均落于I 型和S 型区域内（图8）；在Zr-TiO2图解上［19］，样品均投在S 型花岗岩区域内（图9），可见次英安斑岩属于S 型花岗岩。

图8 次英安斑岩1000Ga/Al-Zr 图解Fig.8 The 1000Ga/Al-Zr diagram for porphyritic dacite

图9 次英安斑岩Zr-TiO2图解Fig.9 The Zr-TiO2 diagram for porphyritic dacite

5.2 岩浆源区

前人研究成果表明，长英质火山岩的成因主要分以下两种：形成于幔源基性岩浆经历广泛结晶分异和同化混染作用［20-21］；形成于因幔源岩浆的热量促使地壳物质脱水发生重熔作用［22-23］。

河口岩体次英安斑岩具有以下特征：具有较高的Th 含量（平均值为12.85×10-6），暗示物质来源与地壳有关［17］；在Rb/Y-Nb/Y 判别图解上，样品均落于平均上地壳线的下方（图10），表明其为地壳岩浆来源［24］，属地壳部分熔融成因。

图10 次英安斑岩Rb/Y-Nb/Y 图解Fig.10 The Rb/Y-Nb/Y diagram for porphyritic dacite

对于中酸性岩浆岩，可以利用CaO/Na2O 值来判断其岩浆源区成分特征，CaO/Na2O＞0.3，源区为砂屑岩；CaO/Na2O＜0.3，源区为泥质岩［25］。河口岩体次英安斑岩CaO/Na2O 介 于0.35～2.0 之间，表明河口岩体次英安斑岩源区很可能为砂岩。

综上所述，结合本地区前人研究成果，本文认为次英安斑岩是导致地壳物质脱水发生部分熔融形成的产物。此外，所有分析样品都表现出较低的Ni（平均值为0.87×10-6）和Cr（平均值为16.20×10-6）含量，表明在形成过程中仅有少量或无幔源物质混入。

5.3 构造环境

在（Y＋Nb）-Rb 构造判别图解上［26］，样品均位于后碰撞区范围内（图11），在SiO2-TFe2O3/（TFe2O3＋MgO）判别图解上［27］，样品多位于后造山和大陆碰撞花岗岩类范围内（图12），表明次英安斑岩的岩浆活动很可能形成于后碰撞的构造环境中。

图11 次英安斑岩（Y＋Nb）-Rb 图解Fig.11 The（Y＋Nb）-Rb diagram for porphyritic dacite

图12 次英安斑岩SiO2-TFe2O3/（TFe2O3＋MgO）图解Fig.12 The SiO2-TFe2O3/（TFe2O3＋MgO）diagram for porphyritic dacite

6 结论

1）河口岩体次英安斑岩具有高硅、富碱、富铝的特征，为亚碱性高钾钙碱性过铝质系列；轻稀土元素富集，重稀土元素相对亏损，轻重稀土元素分异明显。

2）河口岩体次英安斑岩是地壳物质脱水发生部分熔融的产物；形成于后碰撞造山构造环境，可能是在陆陆碰撞导致地壳不断增厚的背景下，地壳物质发生部分熔融的产物。

3）河口岩体次英安斑岩显示出壳源S 型花岗岩的特征，其源岩来自上部地壳，可能为砂岩。

4）河口岩体次英安斑岩的地球化学特征研究为探讨贵东岩体的岩浆活动期次及其构造背景提供了新的证据。