齊秋菊，王曉霞，柯昌輝，李金寶

(1.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局資源調(diào)查與評(píng)價(jià)研究院，江蘇 南京 210007； 2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所 國(guó)土資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037;3.長(zhǎng)安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054)

0 引 言

秦嶺造山帶是中國(guó)大陸中央造山帶(系)的重要組成部分，由2個(gè)主縫合帶(商丹縫合帶和勉略縫合帶)和3個(gè)塊體(華北陸塊南緣及北秦嶺、秦嶺微地塊、揚(yáng)子地塊)組成[1-2]。秦嶺造山帶主要經(jīng)歷了新元古代、古生代和中生代造山作用和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。其中，中生代又劃分為兩個(gè)階段：早中生代，構(gòu)造巖漿熱事件主要發(fā)育于西秦嶺、南秦嶺[3-6]，奠定了秦嶺造山帶基本構(gòu)造格架；晚中生代，構(gòu)造巖漿熱事件[7-11]主要集中發(fā)育于東秦嶺，形成巨量的花崗巖體，如呈巖基產(chǎn)出的老牛山、華山、太山廟、合峪等巖體，以及呈小斑巖體產(chǎn)出的與大中型鉬礦有關(guān)的金堆城、石家灣、南泥湖、木龍溝、八寶山、上房溝、黃背嶺、雷門溝等巖體。老牛山巖體是一個(gè)巖漿雜巖體，主體形成于晚侏羅世(燕山期)，鋯石年齡為(146±1)～(152±1)Ma[12-14]，其次為晚三疊世(印支期)，鋯石年齡為(214±1)～(228±1)Ma[12,15]。老牛山雜巖體的地球化學(xué)特征表明其屬于I型花崗巖，同位素特征顯示其成巖物質(zhì)來(lái)源于古老地殼[12，16]。前人研究資料顯示老牛山雜巖體在巖石學(xué)、年代學(xué)、元素和同位素地球化學(xué)及構(gòu)造等方面取得了豐碩成果，但是對(duì)巖漿結(jié)晶過(guò)程中的物理化學(xué)條件研究缺乏，特別是不同期次巖漿演化過(guò)程中的物理化學(xué)條件變化仍不清楚。黑云母化學(xué)特征研究能夠有效地反映成巖過(guò)程物理化學(xué)條件變化，提供成巖物質(zhì)來(lái)源、形成環(huán)境等方面的信息[17-20]。本文在系統(tǒng)的野外調(diào)查和巖相學(xué)觀察基礎(chǔ)上，開(kāi)展老牛山雜巖體黑云母電子探針?lè)治?，進(jìn)一步探討其巖石成因和源區(qū)特征，深化對(duì)秦嶺中生代花崗巖成因和巖漿演化的認(rèn)識(shí)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

華北陸塊南緣由結(jié)晶基底和蓋層兩部分組成，結(jié)晶基底為晚太古代(2.6～2.9 Ga)片麻巖、麻粒巖和混合巖[1]。中元古代(1 770～1 780 Ma)熊耳群不整合覆蓋于基底巖石之上，中元古代變碎屑巖和新元古代濱海相碳酸鹽巖覆蓋于熊耳群之上；寒武紀(jì)—早奧陶世碎屑巖和碳酸鹽巖廣泛發(fā)育，但是缺失中奧陶世，中—晚石炭世夾海相碳酸鹽巖和煤線的陸源碎屑巖不整合覆蓋于太古代和元古代地層上，二疊紀(jì)含煤線的陸源碎屑巖覆蓋于上—中石炭統(tǒng)之上，隨后依次出現(xiàn)三疊紀(jì)沖積相碎屑巖地層、侏羅紀(jì)陸相地層以及白堊紀(jì)陸相火山沉積巖[21-22]。研究區(qū)巖漿巖廣泛發(fā)育，巖漿侵入活動(dòng)頻繁、強(qiáng)烈并伴有火山噴發(fā)作用，巖漿作用貫穿區(qū)內(nèi)整個(gè)演化歷史，東秦嶺華北陸塊巖漿活動(dòng)主要發(fā)生在晚太古代—早元古代以后，而晚中生代(燕山期)中酸性斑巖類尤其是花崗巖廣泛出露，總體面積約占本區(qū)上地殼面積的8%。

圖(a)引自文獻(xiàn)[15]；圖(b)引自文獻(xiàn)[15]和[25]圖1 秦嶺造山帶構(gòu)造簡(jiǎn)圖及老牛山雜巖體地質(zhì)圖Fig.1 Sketch Tectonic Map of Qinling Orogen and Geological Map of Laoniushan Granitoid Complex

老牛山雜巖體位于華北陸塊南緣，為一大型花崗巖基[圖1(a)]，出露面積為440 km2，呈NE70°展布，出露位置中心地理坐標(biāo)為(34°20′N,109°45′E)，侵位于太古宇太華群黑云角閃斜長(zhǎng)片麻巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖和中元古代熊耳群變細(xì)碧巖和鐵銅溝組中。巖體邊緣見(jiàn)有片麻巖和火山巖捕虜體以及巖體侵入所產(chǎn)的接觸變質(zhì)帶，寬一般為500～1 000 m[23]。孫曉明等曾把該巖體分為4期：第一期為角閃二長(zhǎng)巖，呈巖株?duì)?；第二期為黑云母閃長(zhǎng)花崗巖，是該巖體的主體，占巖體總面積的89%，可分為中心相及邊緣相，中心相為似斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要是自形鉀長(zhǎng)石，最大可達(dá)到6.3 cm×2 cm，呈肉紅色，邊緣相為粗粒結(jié)構(gòu)；第三期為黑云角閃二長(zhǎng)巖及角閃二長(zhǎng)花崗巖，呈肉紅色巖株?duì)睿坏谒钠跒榫植靠梢?jiàn)的二長(zhǎng)斑巖脈[24]。齊秋菊等根據(jù)野外觀察及鋯石U-Pb定年，將老牛山雜巖體形成時(shí)期分為印支期和燕山期[12]。其中，印支期巖石類型為石英二長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖和粗粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖，主要出露在巖體的中部；燕山期為中?！写至：谠颇付L(zhǎng)花崗巖和細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖，且以中粒—中粗粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖為主。暗色包體在老牛山雜巖體各期花崗巖中均可見(jiàn)，多呈橢圓狀，與寄主巖石呈截然接觸。

2 巖相學(xué)特征

本次研究是在石堤峪[圖1(b)中A—B剖面]、東澗峪[圖1(b)中C—D剖面]兩條實(shí)測(cè)剖面的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，主要巖性界限及樣品采集點(diǎn)詳見(jiàn)圖1(b)。

2.1 石英二長(zhǎng)巖

石英二長(zhǎng)巖為印支期花崗巖，其LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(223.06±0.88)Ma[12]，主要出露在石堤峪剖面，位于巖體的東南部，被粗粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖侵入。巖石呈灰白色，具中細(xì)粒結(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造。組成礦物有鉀長(zhǎng)石(體積分?jǐn)?shù)為20%～35%)、斜長(zhǎng)石(40%～55%)、石英(5%～10%)、黑云母(10%～20%)及少量角閃石。石英粒徑1～4 mm；斜長(zhǎng)石呈半自形板狀、板柱狀，聚片雙晶發(fā)育，粒度為0.5 mm×2 mm～2 mm×4 mm，局部發(fā)生絹云母化；鉀長(zhǎng)石呈半自形—他形，格子雙晶發(fā)育，具條紋結(jié)構(gòu)，粒度與斜長(zhǎng)石相似，局部發(fā)生高嶺土化；黑云母呈褐色，多色性明顯，呈鱗片狀、片狀，發(fā)育一組解理，粒度為0.5 mm×0.75 mm～0.75 mm×2 mm，局部綠泥石化。石英和長(zhǎng)石接觸部位可見(jiàn)蠕蟲(chóng)狀結(jié)構(gòu)[圖2(a)]。

2.2 粗粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖

粗粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(214.34±0.74)Ma[12]，為印支期花崗巖，在石堤峪剖面和東澗峪剖面均有出露。巖石呈灰白色，具粗粒花崗結(jié)構(gòu)、似斑狀結(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造。斑晶為鉀長(zhǎng)石，呈長(zhǎng)柱狀，粒度大者可達(dá)15 mm×25 mm，發(fā)育格子雙晶[圖2(b)]，斑晶中有小的石英、黑云母、斜長(zhǎng)石、磁鐵礦包裹體(體積分?jǐn)?shù)為5%～8%)，基質(zhì)由鉀長(zhǎng)石(20%～40%)、斜長(zhǎng)石(20%～35%)、石英(20%～30%)、黑云母(10%～20%)組成。石英呈他形，粒徑為4.0～5.5 mm；鉀長(zhǎng)石呈半自形—他形，發(fā)育格子雙晶和簡(jiǎn)單雙晶，具條紋結(jié)構(gòu)，粒度為1 mm×2 mm～2 mm×6 mm，局部發(fā)生高嶺土化；斜長(zhǎng)石呈半自形—自形板狀、板柱狀，具細(xì)而密的聚片雙晶，粒度為2 mm×4 mm～3 mm×10 mm， 局部發(fā)生絹云母化；黑云母呈片狀，具多色性，發(fā)育一組解理，粒度為2 mm×4 mm～4 mm×6 mm。蠕蟲(chóng)狀結(jié)構(gòu)常見(jiàn)[圖2(c)]。

2.3 中粒—中粗粒似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖

中?！写至Ｋ瓢郀詈谠颇付L(zhǎng)花崗巖是老牛山雜巖體的主體巖性，LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(151.78±0.47)Ma[12]，為燕山期花崗巖，巖石礦物組成及特點(diǎn)基本與印支期粗粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖相同，只是粒度上有差別。巖石呈灰白色，具中?！写至；◢徑Y(jié)構(gòu)、似斑狀結(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造。斑晶為鉀長(zhǎng)石[圖2(d)]，呈長(zhǎng)柱狀，粒度大者可達(dá)10 mm×15 mm，發(fā)育格子雙晶、條紋結(jié)構(gòu)，斑晶中有小的石英、黑云母、斜長(zhǎng)石、磁鐵礦包裹體(體積分?jǐn)?shù)為5%～8%)，基質(zhì)由鉀長(zhǎng)石(20%～40%)、斜長(zhǎng)石(20%～35%)、石英(20%～30%)、黑云母(10%～15%)組成。石英粒徑為2～4 mm；鉀長(zhǎng)石呈半自形—他形，發(fā)育格子雙晶和簡(jiǎn)單雙晶，具條紋結(jié)構(gòu)，粒度為1 mm×2 mm～2 mm×4 mm，局部發(fā)生高嶺土化；斜長(zhǎng)石呈半自形—自形板狀、板柱狀，發(fā)育聚片雙晶、環(huán)帶結(jié)構(gòu)[圖2(d)]，粒度為2 mm×2 mm～3 mm×4.5 mm，局部發(fā)生絹云母化；黑云母呈片狀，具多色性，發(fā)育一組解理，粒度為1 mm×2 mm～2 mm×3 mm。鉀長(zhǎng)石中可見(jiàn)蠕蟲(chóng)狀結(jié)構(gòu)[圖2(d)]。

3 黑云母特征

本次樣品采自老牛山雜巖體印支期石英二長(zhǎng)巖和粗粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖、燕山期中粒—中粗粒似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖，對(duì)其中的黑云母進(jìn)行電子探針?lè)治?。分析測(cè)試在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所電子探針實(shí)驗(yàn)室完成，儀器型號(hào)為JXA-88008，儀器在加速電壓15 kV、電流20 nA、束斑直徑5 μm的條件下工作。分析結(jié)果見(jiàn)表1。

電子探針?lè)治鼋Y(jié)果表明，不同巖性黑云母成分變化不大，整體表現(xiàn)出富Ti、Al、Mg、K的特點(diǎn)。印支期花崗巖中黑云母SiO2含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)為37.51%～39.11%，TiO2含量為1.37%～2.08%，Al2O3含量為13.85%～15.49%，MgO含量為9.59%～11.77%，K2O含量為9.40%～10.87%；燕山期花崗巖中黑云母SiO2含量為36.02%～37.86%，TiO2含量為1.62%～2.16%，Al2O3含量為14.55%～15.35%，MgO含量為9.83%～10.59%，K2O含量為9.38%～10.84%。自印支期到燕山期，黑云母的成分具有一定的變化規(guī)律，主要表現(xiàn)為TiO2、FeOT和Al2O3含量有所升高，而MgO含量逐漸降低(圖3)。從黑云母成分分類圖解(圖4)可以看出，老牛山雜巖體黑云母主要是鎂質(zhì)黑云母，個(gè)別點(diǎn)落在鎂質(zhì)黑云母與鐵質(zhì)黑云母過(guò)渡區(qū)域。

4 成巖物理化學(xué)條件

花崗巖中黑云母的化學(xué)成分對(duì)熱液流體敏感，受寄主巖漿冷卻結(jié)晶時(shí)物理化學(xué)條件控制，可提供寄主巖漿的性質(zhì)、巖石成因、成巖物理化學(xué)條件等重要信息[26-31]。老牛山雜巖體中黑云母的Al2O3含量為13.89%～15.49%，TiO2含量為1.37%～2.16%，以22個(gè)氧原子為單位計(jì)算的鋁陽(yáng)離子數(shù)(n(AlⅥ))為0.36～0.52(表1)。根據(jù)黑云母Mg/(Mg+Fe)-Ti圖解[圖5(a)]，印支期石英二長(zhǎng)巖的溫度為650 ℃～700 ℃，粗粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖的溫度為600 ℃～700 ℃，燕山期中?！写至Ｋ瓢郀詈谠颇付L(zhǎng)花崗巖的溫度為650 ℃～700 ℃，較印支期粗粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖略高。

表1 黑云母電子探針?lè)治鼋Y(jié)果Tab.1 Electron Microprobe Analysis Results of Biotites

注：w(·)為元素或化合物含量;n(·)為元素原子數(shù)。

圖件引自文獻(xiàn)[33]圖4 黑云母成分分類圖解Fig.4 Classification Diagram of Biotite Composition

黑云母中的全鋁含量同花崗巖的固結(jié)壓力(P)具有很好的正相關(guān)性[32]。其關(guān)系式為

P=3.03n(TAl)-6.53(±0.33)

(1)

式中：n(TAl)指以22個(gè)氧原子為基礎(chǔ)計(jì)算的黑云母中鋁陽(yáng)離子總數(shù)。

圖(a)引自文獻(xiàn)[37]；圖(b)引自文獻(xiàn)[34]圖5 黑云母Mg/(Mg+Fe)-Ti圖解和Fe3+-Fe2+-Mg圖解Fig.5 Diagrams of Mg/(Mg+Fe)-Ti and Fe3+-Fe2+-Mg of Biotites

利用式(1)估算的研究區(qū)印支期石英閃長(zhǎng)巖、粗粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖和燕山期中?！写至Ｋ瓢郀詈谠颇付L(zhǎng)花崗巖中的黑云母結(jié)晶壓力分別為1.95、0.98～1.71、1.47～2.01 kbar。侵位深度采用P=ρgH進(jìn)行換算，其中密度(ρ)為2 700 kg·m-3，重力加速度(g)為9.8 m·s-2，測(cè)得深度(H)依次為7.38、3.72～6.47、5.55～7.61 km。印支期粗粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖侵位深度平均為5.15 km，較燕山期中?！写至Ｋ瓢郀詈谠颇付L(zhǎng)花崗巖平均侵位深度(6.47 km)要淺，印支期花崗巖中黑云母結(jié)晶壓力也較燕山期小。

巖相學(xué)特征表明，研究區(qū)中生代花崗巖中黑云母與鉀長(zhǎng)石-磁鐵礦-石英共生，符合氧逸度計(jì)的使用條件[17]。在黑云母Fe3+-Fe2+-Mg圖解中，研究區(qū)花崗巖的黑云母樣品點(diǎn)多數(shù)落在Ni-NiO緩沖線上或附近，部分點(diǎn)落在Fe2SiO4-SiO2-Fe3O4與Ni-NiO緩沖線之間[圖5(b)]，說(shuō)明老牛山雜巖體印支期花崗巖的黑云母是在中等及較高的氧逸度條件下結(jié)晶形成的。

5 巖石成因及物質(zhì)源區(qū)

老牛山雜巖體黑云母n(AlⅥ)為0.164～0.259(按11個(gè)氧原子計(jì)算)，平均為0.196，屬于Ⅰ型花崗巖的黑云母(0.144～0.244)[34]。不同成因花崗巖黑云母的MF值可以用來(lái)區(qū)分同熔型和改造型花崗巖[35]，MF值低于0.38為改造型花崗巖，MF值介于0.38～0.63之間為同熔型花崗巖。研究區(qū)黑云母MF值為0.45～0.52，表明老牛山雜巖體為同熔型(Ⅰ型)花崗巖，與巖體巖石地球化學(xué)的研究結(jié)果[12]一致。

圖件引自文獻(xiàn)[20]圖6 黑云母FeOT/(FeOT+MgO)-MgO圖解Fig.6 Diagram of FeOT/(FeOT+MgO)-MgO of Biotites

黑云母化學(xué)成分特征可以在一定程度上反演巖漿源區(qū)的性質(zhì)。一般認(rèn)為，典型殼源黑云母的MgO含量低于6%，而幔源黑云母的MgO含量高于15%[36]，老牛山雜巖體的黑云母MgO含量(9.59%～11.77%)介于殼源與幔源之間；在FeOT/(FeOT+MgO)-MgO圖解(圖6)中，老牛山雜巖體花崗巖均投在了殼幔混源區(qū)并靠近殼源一側(cè)，說(shuō)明成巖物質(zhì)可能來(lái)源于殼幔混源，但印支期花崗巖較燕山期花崗巖的源區(qū)物質(zhì)組成，可能幔源物質(zhì)更多一些。老牛山雜巖體印支期花崗巖初始N(87Sr)/N(86Sr)值為0.706 38～0.708 26，燕山期花崗巖初始N(87Sr)/N(86Sr)值為0.707 72～0.708 77，均接近或略高于上地幔初始N(87Sr)/N(86Sr)值(0.702～0.706)，模式年齡為1.7～1.9 Ga，顯示其源區(qū)應(yīng)為古老的殼源物質(zhì)；但不同期次的成巖物質(zhì)來(lái)源略有不同，印支期花崗巖的εHf(t)、εNd(t)值比燕山期的低，模式年齡及二階段模式年齡也年輕[12]，這可能與古元古代增生地殼的參與程度有關(guān)，也可能是年輕幔源組分的加入所致，因?yàn)樵诶吓Ｉ诫s巖體中普遍存在有巖漿暗色包體。其中，N(·)/N(·)為同一元素同位素比值，N(·)為該元素的原子豐度；εNd(t)為年齡t對(duì)應(yīng)的εNd值；εHf(t)為年齡t對(duì)應(yīng)的εHf值。

6 結(jié) 語(yǔ)

(1)華北陸塊南緣老牛山雜巖體中的黑云母主要是鎂質(zhì)黑云母，黑云母化學(xué)組成上富Ti、Al、Mg，MF值為0.45～0.52，自印支期到燕山期黑云母的成分具有一定的變化規(guī)律，主要表現(xiàn)為TiO2、FeOT和Al2O3含量有所升高，而MgO含量逐漸降低。

(2)印支期花崗巖中黑云母結(jié)晶溫度在600 ℃～700 ℃之間，結(jié)晶壓力為0.98～1.95 kbar，相應(yīng)的侵位深度為3.72～7.38 km。燕山期花崗巖中黑云母結(jié)晶溫度在650 ℃～700 ℃之間，結(jié)晶壓力為1.47～2.01 kbar，相應(yīng)的侵位深度為5.55～7.61 km。

(3)老牛山雜巖體屬于同熔型(Ⅰ型)花崗巖，具有殼?；煸闯梢蛱卣?，但兩期花崗巖的成巖物質(zhì)來(lái)源略有不同，表現(xiàn)為印支期花崗巖較燕山期花崗巖的源區(qū)物質(zhì)組成，可能幔源物質(zhì)更多一些。

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