顧楓華 章永梅 劉瑞萍 鄭硌 孫玄

1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，成都 610059

2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083

花崗巖成因一直是巖石學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，主要存在結(jié)晶分異(Bowen，1948;Loiselle and Wones，1979)、巖漿混合(Anderson，1976;Sparks et al.，1977)、深熔作用和部分熔融(Brown and Solar，1999)等幾種認(rèn)識(shí)。近年來(lái)，越來(lái)越多的學(xué)者注意到，花崗巖中廣泛發(fā)育的暗色微粒包體可為花崗巖成因研究提供有力證據(jù)(王濤，2000;周珣若，1994;Perugini et al.，2002a，b)。有關(guān)暗色微粒包體的成因，盡管存在巖漿熔融殘留體(Chappell and White，1991;王德滋等，1992)、圍巖捕擄體(Bouloton and Gasquet，1995;Maas et al.，1997)、巖漿結(jié)晶分異和巖漿混合(Hibbard，1981;Bussy，1990)等爭(zhēng)議，但花崗巖體中的暗色包體大多由巖漿混合作用形成的觀點(diǎn)已得到越來(lái)越多學(xué)者的認(rèn)可(Silva et al.，2000;Perugini et al.，2003;Landi et al.，2004)。近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)暗色包體的研究更多地側(cè)重于巖漿混合作用的過(guò)程和機(jī)理(董國(guó)臣等，2006;王玉往等，2007;薛玉山等，2014;Ruprecht et al.，2012;de Campos et al.，2011)。

內(nèi)蒙古烏拉山地區(qū)大面積出露的花崗巖是華北地臺(tái)北緣中酸性巖漿帶的重要組成部分，也是研究巖體成因的天然實(shí)驗(yàn)室。該區(qū)出露的花崗巖體主要包括大樺背、西沙德蓋和沙德蓋巖體，前人對(duì)其中的大樺背巖體和西沙德蓋巖體作了較為詳細(xì)的研究，包括巖石學(xué)、地球化學(xué)和同位素年代學(xué)等方面(章永梅等，2011;侯萬(wàn)榮等，2012;苗來(lái)成，2001;李大鵬等，2009);對(duì)沙德蓋巖體也開(kāi)展了少量的巖石學(xué)、年代學(xué)和成因研究(侯萬(wàn)榮等，2012;趙慶英等，2009;顧楓華等，2014)，但對(duì)該巖體和其中廣泛發(fā)育的暗色微粒包體的巖相學(xué)、礦物化學(xué)組成、同位素年代學(xué)及其所反映的巖漿作用過(guò)程和機(jī)理則少有論述。本文在大量巖相學(xué)觀察的基礎(chǔ)上，利用電子探針和U-Pb 同位素定年等方法，對(duì)沙德蓋花崗巖體及其中的暗色微粒包體開(kāi)展了系統(tǒng)研究，探討了巖石成因和巖漿混合作用過(guò)程，為研究華北地臺(tái)北緣構(gòu)造巖漿作用過(guò)程提供了新的資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

內(nèi)蒙古烏拉山地區(qū)以出露大面積的太古宙烏拉山群變質(zhì)巖和多個(gè)海西-印支期花崗質(zhì)巖體為特征，其南北分別為包頭-呼和浩特深大斷裂和臨河-集寧深大斷裂所夾持。烏拉山群巖性主要為黑云角閃斜長(zhǎng)片麻巖、含石榴石黑云斜長(zhǎng)片麻巖和角閃黑云二長(zhǎng)片麻巖，夾少量斜長(zhǎng)角閃巖和淺粒巖;侵入巖以鉀長(zhǎng)花崗巖為主，次為石英閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖，由西南向東北岀露有大樺背巖體、西沙德蓋巖體和沙德蓋巖體(圖1)。此外，區(qū)內(nèi)的脈巖也較為發(fā)育，主要有花崗偉晶巖脈及輝綠玢巖脈。

圖1 華北地臺(tái)北緣烏拉山地區(qū)區(qū)域地質(zhì)略圖Fig.1 Sketch geologic map of the Wulashan area at the north margin of the North China craton

圖2 沙德蓋花崗巖與暗色包體的野外及鏡下照片(a)鉀長(zhǎng)花崗巖中的二長(zhǎng)巖包體，兩者界線截然;(b)包體與寄主巖接觸界線呈漸變過(guò)渡的“雙包體”;(c)包體與寄主巖的接觸界線不規(guī)則，包體中含鉀長(zhǎng)石捕擄晶;(d)寄主花崗巖中的短柱狀磷灰石和不透明礦物(+);(e)暗色包體中的石英眼斑和環(huán)斑狀長(zhǎng)石;(f)包體中的環(huán)斑長(zhǎng)石和鎂鐵質(zhì)團(tuán)塊;(g)包體中由黑云母、榍石、角閃石等組成的鎂鐵質(zhì)團(tuán)塊(+);(h)包體中的鈣長(zhǎng)石“針尖”(+);(i)包體中斜長(zhǎng)石的包體帶，細(xì)粒鎂鐵質(zhì)礦物呈帶狀被包裹在斜長(zhǎng)石中，可見(jiàn)大量針柱狀磷灰石(+);(j、k)包體中的針狀及針柱狀磷灰石，它們常穿越不同礦物晶體顆粒(+);(l)包體中的斜長(zhǎng)石環(huán)帶(+)，數(shù)字1-6 為電子探針?lè)治鰷y(cè)試點(diǎn)，結(jié)果見(jiàn)表1.MME-暗色微粒包體;Om-不透明礦物;Rf-環(huán)斑長(zhǎng)石;Qzo-石英眼斑;Mc-鎂鐵質(zhì)團(tuán)塊;Am-角閃石;Spn-榍石;Bi-黑云母;Pl-斜長(zhǎng)石;An-鈣長(zhǎng)石牌號(hào);Ap-磷灰石Fig.2 Field photos and micrographs of the Shadegai granite and its MMEs

烏拉山地區(qū)經(jīng)歷了一系列長(zhǎng)期且復(fù)雜的地質(zhì)演化過(guò)程，包括陸核的孕育、陸塊的形成、發(fā)展、消減、碰撞和縫合(唐克東，1989)。太古宙時(shí)期，該區(qū)經(jīng)歷了大規(guī)模的區(qū)域變質(zhì)、混合巖化、巖漿活動(dòng)以及陸核形成等過(guò)程，形成了太古宙變質(zhì)巖(唐克東，1989;沈保豐和李俊建，2001)。古元古代早期，通過(guò)古陸塊的裂解作用，初步形成了烏拉山-大青山山前包頭-呼和浩特?cái)嗔押团R河-集寧山后斷裂;古元古代晚期，區(qū)內(nèi)的花崗巖發(fā)生大規(guī)模侵位并最終形成較為穩(wěn)定的地臺(tái)(王荃等，1991;聶鳳軍，2007)。中、新元古代，地臺(tái)發(fā)生裂解，基性巖墻群和非造山花崗巖大量侵入，使古陸塊進(jìn)一步擴(kuò)大。古生代時(shí)期，本區(qū)經(jīng)歷了洋盆擴(kuò)張、衰減、封閉及大陸碰撞造山等階段。古生代早期相對(duì)穩(wěn)定，到了晚期，古亞洲洋向南北兩側(cè)的華北和西伯利亞板塊俯沖，并伴隨大規(guī)模的巖漿活動(dòng)，形成了大面積中酸性火山巖及花崗巖類(lèi)(Badarch et al.，2002)。晚二疊世至早三疊世，隨著古亞洲洋的消亡，華北板塊與西伯利亞板塊碰撞拼接在一起(王荃等，1991)。中生代，該區(qū)處于碰撞后造山環(huán)境，區(qū)域性深大斷裂再次活動(dòng)，在強(qiáng)烈的構(gòu)造-巖漿活動(dòng)下，形成了一系列的富堿侵入巖(彭振安等，2010)。

2 巖體地質(zhì)和巖相學(xué)特征

沙德蓋巖體呈巖株?duì)钋秩胗跒趵饺鹤冑|(zhì)巖中，靠近臨河-集寧深大斷裂南緣產(chǎn)出。巖體分為兩部分，西側(cè)巖體呈不規(guī)則長(zhǎng)條狀，東側(cè)巖體呈不規(guī)則倒三角狀，兩部分出露面積共約65km2。巖體巖性主要為肉紅色鉀長(zhǎng)花崗巖，其次為黑云母鉀長(zhǎng)花崗巖，巖體中鎂鐵質(zhì)暗色微粒包體廣泛發(fā)育(圖2a-c)。鉀長(zhǎng)花崗巖為中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物包括鉀長(zhǎng)石(30%～35%)、斜長(zhǎng)石(20%～25%)、石英(38%～42%)和黑云母(2%～3%);黑云母花崗巖為中細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為鉀長(zhǎng)石(30%～35%)、斜長(zhǎng)石(20%～25%)、石英(34%～38%)以及黑云母(6%～8%)，巖石中見(jiàn)有少量短柱狀磷灰石，其長(zhǎng)寬比在2～3 之間(圖2d)。花崗巖中的暗色微粒包體主要是灰黑色二長(zhǎng)巖，大小不一，直徑多在10～30cm 之間;其形態(tài)多樣，主要為渾圓狀、橢圓狀、透鏡狀，部分呈港灣狀或長(zhǎng)條狀。組成包體的礦物多呈細(xì)粒半自形粒狀，主要包括鉀長(zhǎng)石(33%～38%)、斜長(zhǎng)石(30%～35%)、黑云母(15%～20%)、角閃石(2%～5%)和石英(2%～4%)。暗色包體與寄主巖接觸界線大多明顯，少量呈漸變過(guò)渡關(guān)系，偶爾見(jiàn)有中間深色外部淺色的“雙包體”形態(tài)(圖2b)。暗色包體中有時(shí)可見(jiàn)長(zhǎng)石斑晶或鉀長(zhǎng)石巨晶，部分斑晶因邊緣被溶蝕而變得不規(guī)則(圖2c)。

巖相學(xué)觀察表明，暗色微粒包體常具有以下獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征:(1)石英眼斑，由石英捕擄晶和鎂鐵質(zhì)環(huán)邊組成，在暗色包體中局部以2～4 個(gè)/100cm2的密度出現(xiàn)。石英眼斑的直徑在0.5～1cm 之間，邊緣因被溶蝕而多呈渾圓狀;石英眼斑周?chē)逆V鐵質(zhì)礦物主要由細(xì)粒的黑云母和角閃石組成(圖2e)。(2)環(huán)斑狀長(zhǎng)石，肉紅色的鉀長(zhǎng)石晶體被灰白色斜長(zhǎng)石環(huán)邊所包裹，其大小約在0.5～2cm 之間，斜長(zhǎng)石環(huán)邊寬約1～2mm(圖2e，f)。(3)鎂鐵質(zhì)團(tuán)塊，大小在3～8mm 之間，組成礦物包括角閃石、黑云母、榍石以及少量不透明礦物，礦物晶體具有自形(半自形結(jié)構(gòu)，大小在0.5～3mm 之間(圖2g)。(4)鉀長(zhǎng)石巨晶的溶蝕現(xiàn)象，在鏡下可以觀察到鉀長(zhǎng)石巨晶邊緣較為圓滑，是經(jīng)歷過(guò)溶蝕作用后的表現(xiàn)。(5)鈣長(zhǎng)石“針尖”結(jié)構(gòu)，即在低鈣的斜長(zhǎng)石晶體幔部發(fā)育一圈高鈣的斜長(zhǎng)石環(huán)帶，斜長(zhǎng)石中有時(shí)還見(jiàn)有長(zhǎng)約0.5～1mm 的針柱狀磷灰石，這種含有鈣長(zhǎng)石“針尖”的斜長(zhǎng)石大小一般在0.2～0.6mm 之間(圖2h)。(6)斜長(zhǎng)石中的包體帶和溶蝕邊，細(xì)粒的角閃石和黑云母等鎂鐵質(zhì)礦物呈帶狀包裹在邊緣被溶蝕的斜長(zhǎng)石晶體中，這類(lèi)結(jié)構(gòu)的斜長(zhǎng)石晶體內(nèi)部還經(jīng)常見(jiàn)有大量針柱狀磷灰石(圖2i)。(7)針柱狀磷灰石，鏡下在暗色微粒包體中見(jiàn)有較多的針柱狀或針狀磷灰石，長(zhǎng)度在0.1～0.3mm 之間，長(zhǎng)寬比變化于十至數(shù)十之間，它們常穿越不同的礦物晶體顆粒，與之伴生的還見(jiàn)有少量的短柱狀磷灰石(圖2j，k)。

3 樣品采集和測(cè)試

本次研究的分析測(cè)試樣品采自沙德蓋露天采石場(chǎng)，樣品新鮮，包括肉紅色鉀長(zhǎng)花崗巖和灰黑色二長(zhǎng)巖暗色微粒包體。電子探針?lè)治鲈谥袊?guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)科學(xué)研究院電子探針室完成，使用儀器為日本島津公司生產(chǎn)的EPMA-1600型電子探針儀。測(cè)試條件:加速電壓15kV，束流1 ×10-8A，束斑直徑1μm，ZAF 修正法，標(biāo)準(zhǔn)樣品為美國(guó)SPI 公司研制的電子探針標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，主量元素的允許相對(duì)誤差＜5%。分析樣品使用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為:鈉長(zhǎng)石(Na、Al、Si)、鉀長(zhǎng)石(K)、金紅石(Ti)、磁鐵礦(Fe)、方解石(Ca)、方鎂石(Mg)和紅鈦錳礦(Mn)。

巖石主微量元素分析和鋯石U-Pb 同位素定年均在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室礦床地球化學(xué)微區(qū)分析室完成。主微量元素分析方法和測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)顧楓華等(2014)。同位素定年所采用的激光剝蝕系統(tǒng)為美國(guó)產(chǎn)Geolas 193 準(zhǔn)分子固體進(jìn)樣系統(tǒng)，ICP-MS 為美國(guó)生產(chǎn)的Thermo Fisher X Series Ⅱ型四極桿等離子體質(zhì)譜儀。測(cè)試過(guò)程中，激光斑束直徑為32μm，頻率為8Hz，采用He 作為載氣，Ar 氣作為補(bǔ)償氣。采用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST610 對(duì)儀器進(jìn)行最佳化，并將其作為微量元素含量測(cè)定的外標(biāo)。采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500 作為定年外標(biāo)，采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石GJ-1 作為監(jiān)控樣品。測(cè)試過(guò)程中每測(cè)定5 個(gè)樣品點(diǎn)測(cè)定兩次標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500，每個(gè)樣品的信號(hào)采集時(shí)間為100s，其中前20s 為背景信號(hào)采集時(shí)間，樣品信號(hào)采集時(shí)間為50s。測(cè)試完成后，采用軟件ICPMSDataCal(Liu et al.，2010)對(duì)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，年齡計(jì)算和協(xié)和圖的繪制采用Isoplot 3.0完成。

4 礦物化學(xué)特征

4.1 長(zhǎng)石

本次研究對(duì)沙德花崗巖及其暗色微粒包體中的斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石進(jìn)行了電子探針?lè)治?，結(jié)果見(jiàn)表1、表2。沙德蓋花崗巖中，斜長(zhǎng)石SiO2含量為63.69%～65.18%，平均64.44%;Al2O3含量變化于20.81%～21.70 之間，平均為21.09%;Na2O 含量為10.18%～11.16%，平均10.58%;CaO含量為1.69%～3.17%，平均2.73%;K2O 含量較低，變化于0.24%～0.63%之間，平均0.43%。在暗色微粒包體中，斜長(zhǎng)石SiO2(57.81%～65.70%，平均63.34%)和Al2O3(19.87%～25.33%，平均21.48%)含量與寄主巖中相近，而Na2O(7.25%～11.14%，平均9.86%)與K2O(0.15%～0.43%，平均0.28%)的含量略低，CaO 含量較高(2.04%～8.20%，平均4.11%)。通過(guò)計(jì)算斜長(zhǎng)石端元組分，寄主巖和包體中的斜長(zhǎng)石主要為Ab，含量在61.22%～91.09% 之間，An 含量在7.62%～37.69%之間，Or 含量最少，為0.79%～3.89%。在長(zhǎng)石成分分類(lèi)圖解中，花崗巖中的斜長(zhǎng)石主要為鈉長(zhǎng)石，而暗色包體中的斜長(zhǎng)石則主要屬鈉長(zhǎng)石和更長(zhǎng)石(圖3a)。在A12O3、Na2O、CaO 以及Ab、An、Or 對(duì)SiO2的關(guān)系圖中，除Or外，其余成分與SiO2間均表現(xiàn)出明顯的線性關(guān)系(圖4)。

表1 花崗巖及其包體中的斜長(zhǎng)石化學(xué)成分電子探針?lè)治鼋Y(jié)果(wt%)Table 1 Microprobe analyses (wt%)of plagioclase in the Shadegai granite and its enclaves

表2 花崗巖及其包體中的鉀長(zhǎng)石化學(xué)成分電子探針?lè)治鼋Y(jié)果(wt%)Table 2 Microprobe analyses (wt%)of K-feldspar in the Shadegai granite and its enclaves

表3 花崗巖及其包體中黑云母化學(xué)成分電子探針?lè)治鼋Y(jié)果(wt%)Table 3 Microprobe analyses (wt%)of biotite in the Shadegai granite and its enclaves

圖3 長(zhǎng)石成分Or-Ab-An 分類(lèi)圖解Fig.3 The Or-Ab-An diagram of feldspar

圖4 斜長(zhǎng)石Al2O3、Na2O、CaO、Ab、An 和Or 對(duì)SiO2關(guān)系圖解Fig.4 Diagrams of A12O3，Na2O，CaO，Ab，An and Or vs.SiO2 for plagioclases

寄主花崗巖中鉀長(zhǎng)石的SiO2含量變化于64.31%～65.10%之間，平均為64.66%;Al2O3含量為17.26%～18.48%，平均17.69%;K2O 含量較高，為10.30%～15.45%，平均13.78%;Na2O 含量在1.74%～5.12% 之間，平均2.82%;CaO 含量較低，主體介于0.05%～0.37%之間，平均0.22%。包體中鉀長(zhǎng)石的SiO2(63.55%～64.41%之間，平均64.01%)和Al2O3(17.24%～18.36%，平均17.67%)含量與寄主巖中相似，但K2O(14.89%～16.30%，平均15.58%)含量略高于寄主巖，Na2O(1.11%～2.34%，平均1.77%)含量略低于寄主巖，CaO 含量同樣很低。在端元組分中，Or 含量最高，且包體中鉀長(zhǎng)石的Or 高于寄主巖，分別為80.72%～90.12%和56.00%～85.39%;而包體中鉀長(zhǎng)石的Ab 含量要低于寄主巖，分別為9.33%～19.28% 和14.61%～42.31%。在長(zhǎng)石分類(lèi)圖中，寄主巖和包體中的鉀長(zhǎng)石幾乎都落在透長(zhǎng)石區(qū)內(nèi)(圖3b)。

4.2 黑云母

寄主花崗巖和暗色包體中黑云母的主量元素電子探針?lè)治鼋Y(jié)果見(jiàn)表3。寄主巖中黑云母的MgO 含量為9.26%～16.09%，平均12.90%;FeOT含量為15.45%～19.04%，平均17.48%。暗色微粒包體中黑云母的MgO 含量為12.04%～15.37%，平均14.21%;FeOT含量為15.31%～19.35%，平均16.89%。寄主巖中黑云母的Mg2+/(Fe2++Fe3+)比值為1.11～1.68，平均1.51;包體中黑云母Mg2+/(Fe2++Fe3+)比值為0.88～1.86，平均1.34?？梢?jiàn)，寄主巖和包體中黑云母的主量元素質(zhì)量百分比和陽(yáng)離子個(gè)數(shù)都顯示出高鎂鐵的特征，包體中黑云母的Mg2+/(Fe2++Fe3+)平均值較寄主巖中黑云母略低。

在黑云母成分分類(lèi)圖解中(圖5a)，所有樣品均落在高鎂鐵黑云母區(qū)內(nèi);在黑云母構(gòu)造環(huán)境判別圖中(圖5b)，寄主巖和包體中的黑云母均落在造山帶鈣堿性巖系范圍內(nèi)。

圖5 黑云母成分分類(lèi)圖(a，底圖據(jù)周作俠，1988)和構(gòu)造環(huán)境判別圖(b，底圖據(jù)Abdel-Rahman，1994)A-非造山的堿性巖系;C-造山帶鈣堿性巖系;P-過(guò)鋁質(zhì)巖系Fig.5 The FeOT/(MgO+FeOT)-MgO diagram (a，after Zhou，1988)and discrimination diagram of tectonic settings (b，after Abdel-Rahman，1994)for biotites

表4 暗色微粒包體中角閃石化學(xué)成分電子探針?lè)治鼋Y(jié)果(wt%)Table 4 Microprobe analyses (wt%)of amphibole in the enclaves

4.3 角閃石

手標(biāo)本和顯微鏡下，寄主花崗巖中均未見(jiàn)有角閃石。暗色微粒包體中角閃石的電子探針數(shù)據(jù)列于表4。其成分含量比較穩(wěn)定，SiO2含量為48.08%～48.96%，平均48.57%;Al2O3含量為4.31%～5.02%，平均4.63%;Na2O 含量為1.71%～2.19%;平均1.88%;K2O 含量為0.37%～1.00%，平均0.57%;TiO2含量為0.76%～1.28%，平均1.00%?？傮w上富鎂(MgO = 14.57%～16.00%，平均15.23%)和鈣(CaO=10.42%～11.59%，平均11.01%)。在角閃石成分分類(lèi)圖解中均落在淺閃石區(qū)域內(nèi)(圖6a)，屬于鈣角閃石亞族;在鈣質(zhì)角閃石Si-Ti 成因類(lèi)型判別圖解中(圖6b)，它們均落在中酸性侵入巖中的角閃石區(qū)域內(nèi)。

圖6 角閃石成分分類(lèi)圖解(a，底圖據(jù)Hawthorne et al.，1997)和鈣質(zhì)角閃石的Si-Ti 變異圖(b，底圖據(jù)馬昌前等，1994)Ⅰ-基性-超基性侵入巖中的角閃石;Ⅱ-中酸性火山巖中的角閃石;Ⅲ-各種變質(zhì)巖中的角閃石;Ⅳ-中酸性侵入巖中的角閃石;Ⅴ-蝕變和交代角閃石Fig.6 Compositional classification for amphiboles (a，after Hawthorne et al.，1997)and Si-Ti diagram of calcic amphibole (b，after Ma et al.，1994)

5 巖石地球化學(xué)特征

作者曾分析了沙德蓋花崗巖及其暗色微粒包體的主量和微量元素組成(顧楓華等，2014)。在主量元素組成上，花崗巖中SiO2含量(70.95%～74.10%)較包體中(54.67%～60.89%)偏高;兩者的Na2O +K2O 含量(分別為7.91%～10.00%和7.35%～10.50%)和A/CNK 比值(分別為0.92～1.08 和0.88～1.00)相近，但包體中的K2O/Na2O 比值(0.29～0.83)低于寄主巖(1.12～1.28)，而A/NK 值(1.20～1.36)略高于寄主巖(0.99～1.22);寄主巖是準(zhǔn)鋁質(zhì)到過(guò)鋁質(zhì)的花崗巖，而暗色微粒包體屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)的二長(zhǎng)巖。

在稀土及微量元素組成上，鉀長(zhǎng)花崗巖的平均∑REE(203.8 ×10-6)、LREE(194.8 ×10-6)和HREE(9.1 ×10-6)均低于其中的暗色包體(平均分別為384.7 ×10-6、368.8 ×10-6和17.9 ×10-6)，但兩者具有相似的配分特征，均屬于輕稀土富集、重稀土虧損的右傾型，Eu 的負(fù)異常均較為明顯(δEu 分別為0.37～0.92 和0.69～0.95)。寄主巖和包體均富集Rb、Ba、Th、U 和Hf，虧損Nb、Ta、Zr 和Ti，寄主花崗巖的Nb/Ta 比值(3.6～11.5)接近于下地殼(8.3;Rudnick and Gao，2003)，包體的Nb/Ta 比值(16.2～21.3)接近于原始地幔(17.5 ±2.0;Jochum et al.，1989)。

6 鋯石U-Pb 同位素年代學(xué)特征

圖7 沙德蓋巖體寄主花崗巖中鋯石陰極發(fā)光圖Fig.7 CL images of zircon from the Shadegai host granite

本次研究從寄主花崗巖和暗色微粒包體中分別挑選出鋯石進(jìn)行U-Pb 年齡測(cè)定，結(jié)果列于表5、表6?；◢弾r中鋯石多呈短柱狀，大小在50～200μm 之間，顆粒晶形完好，陰極發(fā)光均顯示清晰的振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，具典型的巖漿鋯石特征(圖7)。這些鋯石具有較高的Th/U 比值(0.6～1.6)，證實(shí)為巖漿成因。在鋯石U-Pb 年齡諧和圖上(圖8a)，18 個(gè)樣品點(diǎn)均分布在諧和線及其附近，計(jì)算獲得等時(shí)線年齡為231.6±2.0Ma(MSWD = 2.7)，加權(quán)平均年齡為233.4 ± 2.3Ma(MSWD=0.51)，兩者在誤差范圍內(nèi)一致，表明鋯石形成后同位素體系基本封閉，代表了巖漿的結(jié)晶年齡。

暗色微粒包體中的鋯石多呈短柱狀，大小介于100～200μm，晶形基本完好，陰極發(fā)光下均具有清晰的振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖9)。鋯石的Th/U 比值較高，變化于0.6～1.9 之間。在鋯石U-Pb 年齡諧和圖上(圖8b)，28 個(gè)樣品點(diǎn)分布在諧和線及其附近，計(jì)算獲得的等時(shí)線年齡(229.0 ±0.5Ma，MSWD=0.83)與加權(quán)平均年齡(229.7 ±1.5Ma，MSWD =1.00)一致，代表了暗色微粒包體的形成年齡。

表5 沙德蓋巖體寄主花崗巖中鋯石U-Pb 同位素?cái)?shù)據(jù)和測(cè)年結(jié)果Table 5 U-Pb isotopic compositions and dating results of zircons from the Shadegai host granite

表6 沙德蓋巖體暗色微粒包體中鋯石U-Pb 同位素?fù)?jù)和測(cè)年結(jié)果Table 6 U-Pb isotopic compositions and dating results of zircons from the MMEs of the Shadegai granite

圖8 沙德蓋花崗巖(a)及暗色微粒包體(b)中鋯石U-Pb 年齡諧和圖Fig.8 Concordia diagrams of zircon U-Pb ages for the Shadegai granite (a)and its MMEs (b)

圖9 沙德蓋巖體暗色微粒包體中的鋯石陰極發(fā)光圖Fig.9 CL images of zircon from the MMEs of the Shadegai granite

7 討論

7.1 巖體成因

巖漿混合作用作為花崗巖成巖體系的一種重要方式，已被越來(lái)越多的學(xué)者認(rèn)可，它揭示了不同種類(lèi)的巖漿在特定構(gòu)造背景下的底侵作用、殼?；旌献饔玫纫幌盗谐蓭r作用(金振民和高山，1996;齊有強(qiáng)等，2008)。而花崗巖中暗色微粒包體的巖相學(xué)、地球化學(xué)和造巖礦物成分等特征，可反映巖漿作用過(guò)程和成巖機(jī)制，對(duì)研究花崗巖成因和巖漿演化具有重要意義(Piteher，1997;Liegeois，1998;Sial et al.，1999)。本文大量的巖石學(xué)、礦物學(xué)、地球化學(xué)和年代學(xué)證據(jù)均表明，沙德蓋巖體及其中的暗色微粒包體是巖漿混合作用的產(chǎn)物。

7.1.1 巖相學(xué)證據(jù)

沙德蓋花崗巖中發(fā)育的暗色微粒包體在形態(tài)上多呈渾圓狀、橢圓狀、長(zhǎng)條狀以及透鏡狀，說(shuō)明它們并非圍巖捕擄體或變質(zhì)殘留體，而是塑性變形的產(chǎn)物，是通過(guò)液態(tài)的鎂鐵質(zhì)巖漿混入長(zhǎng)英質(zhì)寄主巖漿形成的(莫宣學(xué)等，2002)。從包體與寄主巖的接觸關(guān)系上看(圖2a-c)，一部分包體具有冷凝邊，其粒度明顯較細(xì)，而另一部分包體與寄主巖之間呈漸變過(guò)渡關(guān)系，組成礦物的粒度較粗。通常認(rèn)為，前一種情況是高溫的基性巖漿進(jìn)入相對(duì)低溫的酸性巖漿后，迅速冷卻形成的;后一種情況是由于兩種巖漿的初始溫差較小，相互之間發(fā)生了比較充分的物理化學(xué)混合(李永軍等，2004;康磊等，2009)。

從結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，沙德蓋巖體中的暗色包體具有典型的巖漿結(jié)構(gòu)，但礦物的粒度都小于寄主花崗巖，這反映了高溫的鎂鐵質(zhì)巖漿在遇到溫度較低的酸性巖漿后，發(fā)生了快速的冷卻結(jié)晶(李永軍等，2004;馬鐵球等，2005)。包體中針柱狀以及針柱狀與短柱狀混合形貌磷灰石的出現(xiàn)(圖2j，k)，同樣證實(shí)了這一過(guò)程。這種針柱狀或者混合形貌的磷灰石，被認(rèn)為是巖漿混合作用的典型結(jié)構(gòu)標(biāo)志(Wyllie et al.，1962;Hibbard，1991)。

圖10 黑云母成分與物質(zhì)來(lái)源圖解(a，底圖據(jù)彭花明，1997)及包體中角閃石TiO2-Al2 O3 圖解(b，底圖據(jù)姜常義和安三元，1984)Ⅰ-殼源區(qū);Ⅱ-殼?；煸磪^(qū);Ⅲ-幔源區(qū);C-殼源;MC-殼?；旌显?M-幔源Fig.10 Relations between biotite composition and material source (a，after Peng，1997)and TiO2-Al2 O3 diagram of amphiboles from the enclaves (b，after Jiang and An，1984)

暗色包體中長(zhǎng)石斑晶發(fā)育的溶蝕結(jié)構(gòu)和石英眼斑(圖2e)，常被作為酸性和基性巖漿并存的重要依據(jù)(王超等，2008;遲效國(guó)等，1995;王曉霞等，2005;朱金初等，2006;Baxter and Feely，2002)。這些長(zhǎng)石斑晶并不是原地結(jié)晶形成的(Didier and Barbarin，1991)，而是從巖漿混合初期的酸性巖漿中先結(jié)晶出來(lái)，后來(lái)被高溫的基性巖漿捕獲后發(fā)生溶蝕，野外在沙德蓋暗色微粒包體中觀察到的鉀長(zhǎng)石捕擄晶同樣證實(shí)了這一過(guò)程(圖2c)。關(guān)于石英眼斑的形成，有學(xué)者認(rèn)為當(dāng)鎂鐵質(zhì)和長(zhǎng)英質(zhì)巖漿混合時(shí)，從長(zhǎng)英質(zhì)巖漿中結(jié)晶的石英晶體在偏基性的混合環(huán)境下變得不穩(wěn)定，石英捕擄晶邊緣的溶解作用吸收了周?chē)垠w中的熱量，導(dǎo)致局部過(guò)冷卻，這促使了角閃石、黑云母等鎂鐵質(zhì)礦物的結(jié)晶，從而形成了溶蝕的石英晶體被鎂鐵質(zhì)礦物所環(huán)繞的眼斑結(jié)構(gòu)(Vernon，1990;Hibbard，1991)。此外，沙德蓋巖體中廣泛發(fā)育的環(huán)斑長(zhǎng)石(圖2e，f)，也是巖漿混合作用的重要組構(gòu)學(xué)證據(jù)。當(dāng)不同成分的巖漿混合時(shí)，相對(duì)基性的巖漿發(fā)生淬火，導(dǎo)致斜長(zhǎng)石增生到從長(zhǎng)英質(zhì)巖漿中結(jié)晶的鉀長(zhǎng)石晶體上(Hibbard，1991)。

沙德蓋巖體暗色包體中富含針柱狀磷灰石的斜長(zhǎng)石晶體內(nèi)出現(xiàn)的黑云母、角閃石等鎂鐵質(zhì)礦物包體帶(圖2i)，同樣指示了巖漿混合作用的存在。一般認(rèn)為，巖漿混合時(shí)，鎂鐵質(zhì)巖漿遇到溫度較低的酸性巖漿后發(fā)生淬冷，在已結(jié)晶的斜長(zhǎng)石表面附著了一些結(jié)晶的細(xì)小暗色礦物，隨后形成的斜長(zhǎng)石將這些附著的暗色礦物逐步包裹了下來(lái)(Landi et al.，2004;李勝榮等，2006)。在這種具包體帶的斜長(zhǎng)石中觀察到的針狀形貌磷灰石(圖2i)，便是在淬冷環(huán)境中生長(zhǎng)的直接證據(jù)(Baxter and Feely，2002)。

在暗色微粒包體中出現(xiàn)的鈣長(zhǎng)石“針尖”(圖2h)和鎂鐵質(zhì)團(tuán)塊(圖2f，g)，其成因也與巖漿混合作用有關(guān)。Wiebe(1968)認(rèn)為，當(dāng)長(zhǎng)英質(zhì)巖漿中富鈉的斜長(zhǎng)石進(jìn)入基性熔漿時(shí)，可能在其外部形成這種富鈣的環(huán)邊，隨后通過(guò)混合系統(tǒng)的平衡作用，使它們的外側(cè)繼續(xù)生長(zhǎng)更富鈉的斜長(zhǎng)石環(huán)帶。至于包體中鎂鐵質(zhì)團(tuán)塊，Baxter and Feely(2002)認(rèn)為它們可能來(lái)源于鎂鐵質(zhì)巖漿，是通過(guò)寄主巖漿與鎂鐵質(zhì)巖漿的相互作用形成的。

7.1.2 礦物化學(xué)證據(jù)

斜長(zhǎng)石為鈉長(zhǎng)石(Ab)與鈣長(zhǎng)石(An)之間類(lèi)質(zhì)同像的固溶體連續(xù)系列。沙德蓋花崗巖及其暗色包體中的斜長(zhǎng)石，隨SiO2含量增高，Na2O 和Ab 含量增高而A12O3、CaO 及An 含量降低(圖4)，這種明顯的線性關(guān)系與全巖(包括寄主花崗巖和暗色包體)中主量元素與SiO2含量之間的線性關(guān)系相似(顧楓華等，2014)。研究表明，這種線性關(guān)系并非巖漿結(jié)晶分異的結(jié)果，而是巖漿混合作用的反映(周珣若，1994;王玉往等，2007)。電子探針?lè)治鲲@示，暗色包體中斜長(zhǎng)石捕擄晶由核幔部向邊部，An 成分有明顯降低的趨勢(shì)(表1)，這表明核部早期結(jié)晶的斜長(zhǎng)石基性程度較高，隨著與酸性程度較高的巖漿混合，晚期結(jié)晶的斜長(zhǎng)石環(huán)帶的An 降低。寄主花崗巖中的鉀長(zhǎng)石含較高的An(可達(dá)1.69%)，可能反映結(jié)晶鉀長(zhǎng)石的酸性巖漿在與相對(duì)基性巖漿混合時(shí)有較多的斜長(zhǎng)石成分加入(王玉往等，2007)。

黑云母的鎂鐵組分與其原巖物質(zhì)來(lái)源有著密切的聯(lián)系(Abdel-Rahman，1994)。本區(qū)寄主花崗巖和暗色包體中的黑云母均屬高鎂鐵黑云母(圖5a)，Mg/(Mg +Fe3++Fe2+)值變化于0.52～0.92 之間，明顯高于S 型花崗巖(0.4;劉振聲和王潔民，1994)，為富鎂黑云母。研究表明，典型幔源黑云母的MgO ＞15%，殼源黑云母的MgO ＜6% (丁孝石，1988)。沙德蓋寄主花崗巖和包體中黑云母的MgO 含量分別變化于9.26%～16.09%和12.04%～15.37%，顯示出殼?；旌系脑磪^(qū)特征(圖10a)。

角閃石中的M 值［M=Mg/(Mg +Fe2+)］是判別花崗巖來(lái)源的重要標(biāo)志。研究表明，殼源型花崗巖中角閃石的M ＜0.5，殼?；旌闲突◢弾r中角閃石的M =0.5～0.7，而幔源型花崗巖中角閃石的M ＞0.7(謝應(yīng)雯和王玉泉，1990)。沙德蓋花崗巖內(nèi)暗色包體中角閃石的M 值變化在0.75～0.87 之間，平均為0.80，顯示暗色包體的巖漿具有幔源特征。在角閃石TiO2-Al2O3圖解(圖10b)中，所有樣品均落在殼?；旌显磪^(qū)，這與黑云母所反映的巖漿源區(qū)特征一致。

圖11 黑云母Ti-Mg/(Mg+Fe)溫度圖解(a，底圖據(jù)Henry et al.，2005)及角閃石-黑云母礦物對(duì)的Al/(Al+Mg+Fe+Mn+Ti+Si)Bi-Al/(Al+Mg+Fe+Mn+Ti+Si)Am壓力圖解(b，底圖轉(zhuǎn)引自李勝榮等，2006)Fig.11 Ti-Mg/(Mg+Fe)diagram for the temperture of biotite (a，after Henry et al.，2005)pressure diagram for associated amphibole and biotite (b，after Li et al.，2006)

7.1.3 地球化學(xué)和年代學(xué)證據(jù)

一方面，沙德蓋花崗巖與暗色微粒包體的稀土和微量元素具有相似的配分特征，說(shuō)明兩者具地球化學(xué)的親源關(guān)系并經(jīng)歷了相似的巖漿演化過(guò)程(王曉霞等，2005)。另一方面，相對(duì)基性的暗色包體中稀土元素總量(∑REE 平均為384.7×10-6)明顯高于寄主花崗巖(∑REE 平均203.8 ×10-6)，這與巖漿結(jié)晶分異過(guò)程中稀土元素通常在酸性巖中更為富集的趨勢(shì)不符，暗示了包體及其寄主的花崗巖是兩種不同來(lái)源巖漿結(jié)晶的產(chǎn)物，這是巖漿混合作用的又一證據(jù)。此外，寄主花崗巖的Nb/Ta 比值(3.6～11.5)較低，顯示巖漿主要來(lái)自下地殼;而包體的Nb/Ta 比值(16.2～21.3)較高，指示主要為地幔來(lái)源。這也與上述黑云母、角閃石成分所反映的殼幔混合來(lái)源特征相一致，表明沙德蓋鉀長(zhǎng)花崗巖及其中的暗色包體很可能代表了兩種分別來(lái)自于下地殼和上地幔的巖漿混合作用的產(chǎn)物。

沙德蓋鉀長(zhǎng)花崗巖與暗色微粒包體中鋯石的LA-ICPMS U-Pb 年齡分別為233.4 ±2.3Ma 和229.7 ±1.5Ma，兩者在誤差范圍內(nèi)一致，表明它們形成于中三疊世的同一時(shí)期，該時(shí)期的研究區(qū)處于碰撞造山后環(huán)境(Wu et al.，2002，2004)。一致的形成年齡，排除了寄主花崗巖中暗色微粒包體為源區(qū)的固態(tài)難熔殘余體或圍巖捕擄體，因?yàn)椴徽撌腔◢徺|(zhì)巖漿的原巖殘留體還是圍巖的捕擄體，其形成年齡應(yīng)早于花崗質(zhì)巖漿的結(jié)晶年齡。因此，年代學(xué)結(jié)果進(jìn)一步佐證了沙德蓋花崗巖及其中的暗色微粒包體為巖漿混合作用的產(chǎn)物。

7.2 成巖條件和作用過(guò)程

根據(jù)本文的電子探針?lè)治鰯?shù)據(jù)和黑云母Ti-Mg/(Mg +Fe)溫度圖解(Henry et al.，2005)，獲得的沙德蓋花崗巖及其暗色包體的結(jié)晶溫度區(qū)間總體相近，主要變化于680～740℃之間，兩個(gè)寄主巖數(shù)據(jù)點(diǎn)的溫度較高，可達(dá)760～780℃(圖11a)。在角閃石-黑云母礦物對(duì)壓力圖解中，暗色微粒包體的壓力介于0.6 ×102～1.2 ×102MPa 之間。采用花崗巖中黑云母壓力計(jì)公式P(108Pa)= 3.03TAl- 6.53 ± 0.33(Schmidt，1992)，計(jì)算獲得寄主巖結(jié)晶時(shí)的壓力為0.4 ×102～1.4 ×102MPa(平均0.70 ×102MPa)，暗色包體形成時(shí)的壓力為0.5 ×102～1.4 ×102MPa(平均0.90 ×102MPa)。按巖石密度ρ=2.7 ×103kg/m3，計(jì)算的巖石形成深度約在1.5～5.3km，屬中深成環(huán)境。

有關(guān)巖漿混合作用，大部分學(xué)者認(rèn)為是兩種端元巖漿發(fā)生混合(Barbarin，2005;Ahmad，2011;Rudnick and Gao，2003;Perugini et al.，2002a，b)，有些學(xué)者認(rèn)為是三種端元混合或者更復(fù)雜的混合(Chen et al.，2009;Kumar et al.，2004;Yang et al.，2004)。巖漿混合的模式以及最終形成暗色微粒包體的過(guò)程，不同學(xué)者也有不同的觀點(diǎn)。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，基性巖漿從巖漿房的一側(cè)向長(zhǎng)英質(zhì)巖漿房?jī)?nèi)噴入，形成巖漿噴泉，這種情況下形成的包體通常具有明顯的冷凝邊(Frost and Mahood，1987)。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，巖漿混合是基性巖漿從長(zhǎng)英質(zhì)巖漿房底部注入，二者之間發(fā)生了對(duì)流、混合作用(王德滋等，1992;Kumar and Pieru，2010)。還有一種較為緩慢的混合過(guò)程，是兩種已經(jīng)分層的巖漿由于下部揮發(fā)組分的出溶，使得溫度、密度等與上部巖漿形成了差異，導(dǎo)致下部的基性巖漿上升與長(zhǎng)英質(zhì)巖漿之間發(fā)生交換混合作用，這類(lèi)暗色包體很少見(jiàn)有冷凝邊(Holness et al.，2005)。

沙德蓋花崗巖體中的宏觀巖相學(xué)證據(jù)顯示至少存在兩種成因類(lèi)型的包體，它們應(yīng)該是在不完全相同的巖漿混合模式作用下形成的。部分基性巖漿可能經(jīng)歷了迅速冷卻階段，形成那些顏色很深、具有冷凝邊及塑性流變特征的暗色包體，由于淬冷邊的存在，限制了包體巖漿與寄主巖漿的混合與化學(xué)交換(李永軍等，2004)，因此這類(lèi)包體中含少量長(zhǎng)石捕擄晶但通常含有大量針柱狀磷灰石;而另一部分顏色較淺、形狀不規(guī)則并且具有過(guò)渡邊的包體，它們常常含有針柱狀和短柱狀混合形貌的磷灰石，這可能是由于包體巖漿與花崗巖漿溫差相對(duì)較小，二者以相同速度冷卻造成的(江萬(wàn)，1996)，并且兩種巖漿在混合過(guò)程中發(fā)生了充分的混合擴(kuò)散和元素交換。

綜上認(rèn)為，研究區(qū)在中三疊世時(shí)期進(jìn)入碰撞后的伸展構(gòu)造環(huán)境，來(lái)自于上地幔的巖漿上侵注入到長(zhǎng)英質(zhì)巖漿房中，并被快速分散開(kāi)來(lái)，由于溫差較大，這部分高溫的鎂鐵質(zhì)巖漿迅速冷卻結(jié)晶，形成了部分具有明顯冷凝邊的暗色包體。隨著混合作用的進(jìn)行，兩種巖漿溫差減小，之后注入的基性巖漿與長(zhǎng)英質(zhì)巖漿發(fā)生更加均勻的對(duì)流、混合作用，形成了那些介于基性與酸性?xún)煞N端元之間的過(guò)渡類(lèi)型巖石—二長(zhǎng)巖包體。本文所展示的巖相學(xué)證據(jù)以及分析得出的包體與寄主巖相近的形成溫度、相似的元素配分特征等地球化學(xué)證據(jù)，也指示了二者之間發(fā)生過(guò)充分的機(jī)械混合和化學(xué)組分的交換。

8 結(jié)論

沙德蓋鉀長(zhǎng)花崗巖中普遍發(fā)育以二長(zhǎng)巖為主的暗色微粒包體，包體中記錄了多種指示巖漿混合作用的典型組構(gòu)，包括石英眼斑、環(huán)斑狀長(zhǎng)石、鐵鎂質(zhì)團(tuán)塊、鉀長(zhǎng)石巨晶的溶蝕、針柱狀和混合形貌的磷灰石、長(zhǎng)石中的包體帶以及鈣長(zhǎng)石的“針尖”結(jié)構(gòu)等。寄主巖及其暗色包體全巖中的主量元素以及斜長(zhǎng)石中的Na2O、CaO、A12O3、An 和Ab 與SiO2含量之間呈現(xiàn)明顯的線性關(guān)系，表明巖漿混合在沙德蓋巖體的形成中起了重要作用。全巖及黑云母和角閃石的化學(xué)組成指示巖漿具有殼?；旌系脑磪^(qū)特征，寄主花崗巖漿主要來(lái)自下地殼，而暗色包體的巖漿則主要為地幔來(lái)源。寄主花崗巖和暗色包體的鋯石U-Pb 年齡分別為233.4 ±2.3Ma 和229.7 ±1.5Ma(中三疊世)，二者形成年齡的一致性進(jìn)一步佐證了該巖體是巖漿混合作用的產(chǎn)物。當(dāng)來(lái)自于上地幔的巖漿上侵注入到長(zhǎng)英質(zhì)巖漿房時(shí)，基性巖漿的迅速冷卻形成了一部分邊界清楚、具明顯冷凝邊且暗色礦物含量較高的包體;隨著基性與酸性巖漿之間溫差的減小以及組分的交換，形成了另一部分邊界過(guò)渡、顏色較淺、無(wú)明顯冷凝邊的包體。

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