王哲 鐘文 唐運秀

摘要：花崗巖成因類型的不同代表了不同的構造活動帶、不同的源巖及巖石形成作用過程的最終產物。在總結概括前人研究工作的基礎上，論述花崗巖分類方法的不足，并嘗試利用花崗巖的Nb/U比值判別花崗巖形成的構造環(huán)境。旨為以后判別花崗巖大地構造環(huán)境的研究奠定基礎。

關鍵詞：花崗巖；構造環(huán)境；Nb/U

花崗巖與大地構造環(huán)境之間存在著一定的成因聯(lián)系，特征的花崗巖產在特定的構造環(huán)境中，不同構造環(huán)境產出的花崗巖不盡相同，可以利用花崗巖判別一定的構造環(huán)境。國內外針對花崗巖的研究已有大量研究成果[1-3]。自20世紀六七十年代以來，有關花崗巖的分類方案已有20多種，在當時都有一定的積極意義。特別是80年代總結提出的M-I-S-A字母分類方案，更是受到人們的青睞。

關于花崗巖類型分類的研究成果較多，但由于時代的局限性，每種分類方法都存在不足。至今，科研工作者還在研究花崗巖的分類。本文在總結概括前人研究工作的基礎上，論述現(xiàn)有花崗巖分類特征及不足，給出新的分類方案；嘗試利用花崗巖的Nb/U比值判別花崗巖形成的構造環(huán)境，并以例子證明Nb/U比值判別花崗巖形成的構造環(huán)境是否可行。

1. 研究方法概述

花崗巖分類方法的研究始于20世紀60年代。依據(jù)各花崗巖分類的依據(jù)和原則，花崗巖的分類主要有性質——礦物巖石地球化學分類、構造環(huán)境分類和綜合分類三大分類方案。據(jù)花崗巖的源巖性質，研究者將花崗巖分為M-I-S-A。M型花崗巖的母巖漿可能直接來源于地幔或俯沖到大洋島弧之下的洋殼，I型花崗巖主要發(fā)育在大洋——大陸板塊碰撞邊緣，S型花崗巖石大陸——大陸碰撞帶或者是克拉通之上的韌性剪切帶的產物，A型花崗巖在地盾區(qū)與裂谷作用有關的巖漿活動或造山帶期后拉張環(huán)境下活動的產物[4]。

根據(jù)花崗巖的構造環(huán)境分為洋脊花崗巖（ORG）、火山弧花崗巖（VAR）、板內花崗巖（WPG）和碰撞花崗巖（COLG）四大類[5-6]。Barbarin在系統(tǒng)總結有關花崗巖質巖石分類特點的基礎上，依據(jù)花崗巖質巖石的野外地質學、礦物組合、巖相學和巖石地球化學、地球動力學環(huán)境等特征，將花崗巖質巖石分為7種類型[7]。

其中，M-I-S-A法普遍受到研究者青睞。近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，M-I-S-A法對花崗巖的原始定義已不符合地質事實。如A型花崗巖原來的定義是堿性、無水、非造山環(huán)境形成的，但觀察事實是A型花崗巖也可出現(xiàn)在造山環(huán)境中。另，M-I-S-A作為分類依據(jù)的參考因素有限，主要強調的是作為示蹤的同位素的組成特征，不能全面解釋花崗巖的復雜成因，也不能很好地區(qū)分不同類型的花崗巖。

以構造環(huán)境分類花崗巖的缺陷在于花崗巖的“構造環(huán)境”指的是大的地球動力學背景，如洋脊、島弧和洋島環(huán)境，裂谷環(huán)境等，而非具體的構造（變形）事件的力學環(huán)境，如“碰撞階段”的擠壓（逆沖、疊覆）構造作用和碰撞后階段的伸展（拉張、走滑）構造作用。而以構造環(huán)境作為分類花崗巖的方案，將大的地球動力學背景和具體的構造（變形）事件混為一談，并認為“碰撞”指的是兩個分離的物體拼合在一起的過程，而不是強調物體內部相互擠壓的過程。顯然，以構造環(huán)境分類花崗巖存在不足。

前人嘗試采用同位素比值法進行分類花崗巖，但主要采用Sr-Nd的初始同位素比值（87Sr/86Sr）i和（εNd）i以及稀土元素來示蹤物質的來源。但是這些元素尤其是（87Sr/86Sr）i和（εNd）i的組成，一般比較穩(wěn)定，很難受到后期巖漿活動等地質作用的影響，很難破壞其成分組成。因此在實際應用的時候，很難排除原巖（物源）的同位素或者化學成分組成對花崗巖的影響，容易形成誤判，給實際應用帶來不便。但是Nb和U的地球化學性質相對比較活潑，很容易受到后期巖漿活動等地質作用的影響，其對原巖（物源）的同位素或者化學成分組成的繼承作用的影響可以消除。

Ian H.Campbell[8]根據(jù)殼幔演化過程中Nb、U的地球化學性質不同，在不同類型的地殼和地幔中的Nb/U值不同，測得原始地幔Nb/U=34（或30），現(xiàn)今洋殼的（殘余地幔、MORB、OIB）的Nb/U=47，陸殼的Nb/U=10（或9.7）。花崗巖主要形成在地殼中（可有幔源的物質加入），因此可以嘗試利用Nb/U比值來判別花崗巖形成的構造環(huán)境。

2. Nb和U比值法

在洋陸俯沖碰撞發(fā)生熔融的過程中，U和Nb由于具有不同的地球化學親和性，U選擇進入陸殼巖石圈而Nb則傾向于進入洋殼再返回到地幔中。降低進入陸殼巖石圈發(fā)生熔融的殘余洋殼物質的Nb/U值（接近于陸殼的值，但應高于陸殼的值10），隨著陸殼物質的加入和U、Nb的不同親和性，會使Nb/U值降低，花崗巖的Nb/U值應>10；而在陸陸碰撞形成花崗巖的過程中，由于碰撞的兩側地體性質幾乎一致，Nb/U不會有太大變化，但Nb/U<10。下面以例子證明這一推論：

郭亮[9]將東構造結西緣南拉薩地塊的構造演化分為165Ma～80Ma、80Ma～68、68Ma～40Ma和30Ma～22Ma四個階段。在165Ma～80Ma，新特提斯洋已經開始向北俯沖于南拉薩地塊之下；新特提斯洋中脊在80Ma開始進入俯沖帶；在65Ma～55Ma時，印度板塊與歐亞板塊發(fā)生碰撞，印度板塊俯沖于拉薩地塊之下。可知東喜馬拉雅構造結西緣南拉薩地塊的花崗巖，在65Ma前為洋陸俯沖碰撞形成的花崗巖屬于洋陸碰撞環(huán)境，在此之后形成的花崗巖屬于陸陸碰撞環(huán)境。樣品的分析數(shù)據(jù)（見表1）

由于U和Nb不同的地球化學親和性及陸殼的Nb/U=10，陸殼物質會對樣品T670和T701產生影響，可造成樣品Nb和U的增加或減少，使Nb/U值出現(xiàn)小于10的情況（分別為7.1和5.6）。樣品T671和T673在沒有證據(jù)表明受后期地質作用影響的情況下，其Nb/U值>10，符合“洋陸碰撞環(huán)境下形成的花崗巖的Nb/U>10”的推論。

對于陸陸碰撞環(huán)境下形成的花崗巖樣品（T656、T529=4.72、T774、T775-1、T775-2、T777和T932=3.8）來說，同樣存在后期的地質作用的影響，同樣會有Nb和U的增加或減少。陸殼Nb/U=10（或9.7），樣品在陸殼受到后期地質作用的影響，其Nb/U也<10。在這種情況下無法區(qū)分樣品形成洋陸碰撞環(huán)境是受到地質作用的影響還是樣品本身是陸陸碰撞環(huán)境。為了很好地利用Nb/U值來區(qū)分洋陸碰撞環(huán)境和陸陸碰撞環(huán)境下形成的花崗巖，必須使用未受后期地質作用影響的花崗巖樣品來分析。

3. 結論

（1）花崗巖的Nb/U比值可以用來判別其構造環(huán)境，特別是對洋陸碰撞和陸陸碰撞作用形成的花崗巖。洋陸碰撞形成的花崗巖Nb/U應該大于陸陸碰撞形成的花崗巖的Nb/U值，且洋陸碰撞環(huán)境下形成的花崗巖的Nb/U>10，而陸陸碰撞環(huán)境下形成的花崗巖Nb/U<10。

（2）對于島弧花崗巖，由于其復雜的構造環(huán)境和形成作用，很難用某一對元素或同位素來判別其形成的構造環(huán)境，需要同時結合多對元素或同位素，或者利用多種方法手段來綜合判別。

參考文獻：

[1] 蔡青龍，鄭志文，何俊.西藏岡底斯西部地區(qū)花崗巖鋯石U-Pb年齡及其地質意義[J].東華理工大學學報（自然科學版），2015，38（1）：49-57.

[2] 楊春鵬，夏菲，潘家永，等.江西修水蓮花芯銅鉬多金屬礦床花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年及其地質意義[J].東華理工大學學報（自然科學版），2014，37（2）：192-198.

[3] 肖愛芳，黎敦朋.福建省紫金山復式花崗巖鋯石LA-ICP-MSU-Pb測年[J].東華理工大學學報（自然科學版），2012，35（4）：343-351.

[4] 馬鴻文.花崗巖成因類型的判別分析[J].巖石學報，1992，8（4）：341-350.

[5] 陳士海，王斌，張健仁，等.班公湖-怒江成礦帶西段弗野花崗巖體的巖石地球化學特征及年代學研究[J].東華理工大學學報（自然科學版），2014，37（1）：37-44.

[6] 呂科，王勇，肖劍.西華山復式花崗巖株地球化學特征及構造環(huán)境探討[J].東華理工大學學報（自然科學版），2011，34（2）：117-128.

[7] Barbarin B. A review of the relationships between granitoid types，their origins and their geodynamic environments[J]. Lithos， 1999，46：605-625.

[8] Ian H. Campbell，Constraints on continental growth models fromNb/U ratios in the 3.5 Ga Barberton and other Archaean basaltkomatiite suites， AJS Online April 2003 vol. 303 no. 4319-4351.

[9] 郭亮.喜馬拉雅構造結西緣構造——巖漿事件及其地球動力學意義[D].中國地質大學，2012.