王國(guó)輝，王志忠，嚴(yán)城民

(1.云南黃金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，云南 昆明 650200；2.云南省地礦局區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查大隊(duì)，云南 玉溪 653100)

花崗巖的成因問(wèn)題，是地質(zhì)學(xué)、巖石學(xué)中討論最多、爭(zhēng)論最激烈的問(wèn)題之一[1]。20世紀(jì)30～60年代，爭(zhēng)論的焦點(diǎn)是花崗巖的形成方式。20世紀(jì)70年代開(kāi)始進(jìn)行花崗巖的成因分析，主要討論花崗巖的物質(zhì)來(lái)源和形成環(huán)境[2]。

我國(guó)花崗巖的成因分析始于20世紀(jì)80年代初期，主要內(nèi)容為巖石的成因類型和巖漿活動(dòng)的板塊構(gòu)造背景。此時(shí)，我國(guó)1∶200 000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查已近尾聲，1∶50 000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查全面展開(kāi)。20世紀(jì)末期，開(kāi)始進(jìn)行花崗巖漿動(dòng)力學(xué)研究，但此項(xiàng)工作到今也僅限于科研層面，在生產(chǎn)中未能全面開(kāi)展。

花崗巖的成因類型與板塊構(gòu)造環(huán)境有著較為明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，是一個(gè)問(wèn)題的兩個(gè)側(cè)面，同屬成因巖石學(xué)的范疇。

1 花崗巖的成因類型

花崗巖的成因主要有3種劃分方法：S-I-M-A型、殼幔同熔型-陸殼改造型-幔源型、磁鐵礦系列-鈦鐵礦系列[3]。這3種劃分方案中，S-I-M-A型應(yīng)用較廣。

在花崗巖的成因分析中，A/NKC比值是判別S型花崗巖(>1.1)與I型花崗巖(<1.1)重要參數(shù)之一。A/NKC比值是Al2O3/Na2O+K2O+CaO(分子數(shù))或Al/Na+K+2Ca(原子數(shù))的簡(jiǎn)寫(xiě)[2、3]。

1.1 S-I-M-A型分類方案

1974年，澳大利亞巖石學(xué)家查佩爾和懷特(B.W.Chappell and A.J.R.White)，在研究澳大利亞?wèn)|部拉克蘭褶皺帶中的古生代花崗巖時(shí)，根據(jù)花崗巖的成巖物質(zhì)來(lái)源將花崗巖劃分為I型和S型[3]。自此，引發(fā)了國(guó)際上研究花崗巖成巖物質(zhì)來(lái)源的熱潮。經(jīng)過(guò)不斷補(bǔ)充完善，最終形成了S-I-M-A型分類方案。

1.1.1 S型花崗巖

S型花崗巖是以殼源沉積物為源巖，經(jīng)過(guò)部分熔融、結(jié)晶形成的花崗巖。也就是說(shuō)，S型花崗巖大致屬陸殼改造型。

S型花崗巖是一種過(guò)鋁質(zhì)巖石，代表性巖石是堇青石二長(zhǎng)花崗巖、二云二長(zhǎng)花崗巖。巖石中富含石英、黑云母，含有鈦鐵礦，并含有數(shù)量不等的通過(guò)巖漿結(jié)晶形成的富鋁硅酸鹽礦物(如堇青石、硅線石、石榴石、富鋁黑云母、白云母、紅柱石、黃玉)。

在巖石化學(xué)成分上，S型花崗巖富Si(SiO2>67%)、略富堿(Na2O+K2O>6%)，富鉀(K2O>Na2O)。一般為鋁過(guò)飽和類型。Fe3+/Fe2+比值低，δO18值>10‰，87Sr/86Sr初始值為0.709～0.718，通常具有較低的εNd/t值(-4.0～-13.4)。

按花崗巖的A/CNK值，Wyborn等(1981)將S型花崗巖源區(qū)分為3個(gè)亞類(表1)[3]。花崗巖源區(qū)越成熟，巖石的A/CNK值越大。

表1 S型花崗巖的源區(qū)類型

1.1.2 I型花崗巖

Ⅰ型花崗巖是幔源物質(zhì)與殼源物質(zhì)混合的產(chǎn)物。也就是說(shuō)，I型花崗巖即殼?；煸葱突◢弾r。殼?；煸从?種形式：①幔源巖漿與殼源巖漿發(fā)生混合作用，②幔源巖漿受到地殼物質(zhì)的混染，③基底中早先存在的斜長(zhǎng)角閃巖(原巖為玄武巖)與變質(zhì)沉積巖同時(shí)發(fā)生熔融。

Ⅰ型花崗巖是一系列準(zhǔn)鋁—弱過(guò)鋁鈣堿性花崗巖巖石的總稱。主要巖石種類為：英云閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖。巖石主要由石英、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、普通角閃石、黑云母組成，黑云母的Mg/Fe比值高。巖石中一般不含白云母。常含普通角閃石、磁鐵礦，次要礦物為輝石、綠簾石、褐簾石。

該類巖石較富Si(SiO2>53%)、相對(duì)富Na(Na2O > K2O)，A/CNK比值<1.0，F(xiàn)e3+/Fe2+比值高，δO18值<10‰，87Sr/86Sr初始值<0.709。在微量元素方面，I型花崗巖的斜長(zhǎng)石和鐵鎂礦物中，相容元素Sr、Eu、Mg、Fe等較為富集，不相容元素Rb、F、Ga、Nb、Zr等明顯虧損。

I型花崗巖進(jìn)一步劃分為科迪勒拉型花崗巖和加里東型花崗巖。

1.1.3 M型花崗巖

M型花崗巖是基性巖漿分異的產(chǎn)物，代表性巖石為斜長(zhǎng)花崗巖，屬幔源型花崗巖。

M型花崗巖多為偏鋁質(zhì)的斜長(zhǎng)花崗巖，呈小型侵入體與大洋拉斑玄武巖伴生，也可出現(xiàn)在洋內(nèi)弧中。在蛇綠巖中，M型花崗巖屬淺色巖組。在洋島環(huán)境，M型花崗巖常與輝長(zhǎng)巖、玄武巖共生。

1.1.4 A型花崗巖

A型花崗巖是由相對(duì)高溫、堿性、無(wú)水的巖漿結(jié)晶形成。

A型花崗巖的礦物成分主要為石英、鉀長(zhǎng)石，斜長(zhǎng)石、富鐵黑云母較少，有時(shí)出現(xiàn)堿性角閃石。鈉閃石、鈉鐵閃石、霓石、霓輝石等堿性暗色礦物含量較高，在富鐵的情況下還會(huì)出現(xiàn)富鐵橄欖石。

A型花崗巖呈弱堿性，高SiO2，富K2O+Na2O，CaO、Al2O3含量較低，F(xiàn)e /(Fe+Mg)比值較高，K2O / Na2O比值較高，高Fe/Mg、Ga/Al、Zr、 Nb、 Ga、Y、Ce，具堿性和無(wú)水特點(diǎn)。這些特征明顯區(qū)別于I型花崗巖。

1.2 殼幔同熔型-陸殼改造型-幔源型

1982年，徐克勤等[4]提出殼幔同熔型-陸殼改造型-幔源型花崗巖分類方案。

殼幔同熔型花崗巖的巖漿主要為上地幔衍生物，或者是地殼下部巖石部分熔融形成的巖漿。巖漿在上升過(guò)程中，同化混染了硅鋁物質(zhì)，或者與由硅鋁層熔融的巖漿混合。在華南地區(qū)，該類巖石主要發(fā)育于中生代，與西太平洋中生代板塊活動(dòng)有成因聯(lián)系。巖石類型主要為英云閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖。巖體多呈復(fù)式雜巖體，常與同源火山巖共生。殼幔同熔型花崗巖與I型相當(dāng)。

陸殼改造型花崗巖由活動(dòng)類型的沉積物或變質(zhì)沉積巖，經(jīng)花崗巖化或局部熔融等形式反復(fù)改造而成。在華南地區(qū)，形成于晚元古代—中生代的各個(gè)時(shí)期。該類巖石常形成規(guī)模較大的巖基，以二長(zhǎng)花崗巖為主，沒(méi)有相應(yīng)成分的火山巖伴生。陸殼改造型花崗巖與S型花崗巖相當(dāng)。

幔源型花崗巖的巖漿由上地幔派生。是巖漿在上升過(guò)程中，上地幔派生、地殼同熔及混染所形成的混合巖漿。該類巖石與超鎂鐵質(zhì)侵入巖、基性火山巖有成因聯(lián)系。巖石的87Sr/86Sr初始值<0.705，δO18=6.7‰～8.1‰。幔源型花崗巖大致相當(dāng)于M型花崗巖。

1.3 磁鐵礦系列和鈦鐵礦系列

石原舜三(1977)在研究了東亞Mo-W-Sn金屬礦床及日本中生代、新生代花崗巖有關(guān)礦產(chǎn)的專屬性后，根據(jù)不透明礦物的種類和數(shù)量，將日本島弧的花崗巖劃分為磁鐵礦系列和鈦鐵礦系列[3]。

磁鐵礦系列花崗巖中黑云母含鎂高，是鎂鐵黑云母。巖石的δS34為+0.5‰～+9.1‰，是在高氧逸度條件下形成的。巖石中未摻入含硫的表層物質(zhì)。巖漿來(lái)源深，可能為地殼下部或上地幔，未受到沉積巖中碳質(zhì)的還原。巖石中磁鐵礦類的氧化礦物含量高。黑云母和普通角閃石富鎂。磁鐵礦系列花崗巖大致相當(dāng)于I型花崗巖。

鈦鐵礦系列花崗巖中黑云母鎂含量低，鐵含量高，屬鐵質(zhì)黑云母。巖石的δS34為-2‰～-11‰，是在低氧逸度條件下形成的。在巖石發(fā)育史的各階段，都有含硫的變質(zhì)沉積物混入。巖漿來(lái)源較淺，一般為中部—下部地殼，被沉積巖中的C還原。巖石中不透明氧化礦物少，僅鈦鐵礦較為常見(jiàn)。鈦鐵礦系列花崗巖大致相當(dāng)于S型花崗巖。

S-I-M-A型、同熔型-陸殼改造型-幔源型、磁鐵礦系列-鈦鐵礦系列劃分標(biāo)志不同，但有大致的對(duì)比關(guān)系(表2)。

表2 花崗巖成因類型劃分方案對(duì)比

2 板塊構(gòu)造環(huán)境

1979年，W.S.Pitcher首先指出花崗巖與構(gòu)造環(huán)境的成因聯(lián)系，劃分出安第斯型、海西型、阿爾卑斯型3種類型，開(kāi)創(chuàng)了花崗巖成因與構(gòu)造環(huán)境關(guān)系研究之先河[2]。從此，花崗巖成因與構(gòu)造環(huán)境的關(guān)系開(kāi)始引起重視。

花崗巖漿活動(dòng)的板塊構(gòu)造背景一般劃分為：火山弧花崗巖(VAG)、板內(nèi)花崗巖(WPG)、同碰撞花崗巖(S-COLG)、洋中脊花崗巖(ORG)[3]。

對(duì)獨(dú)龍江花崗巖[5]、魯?shù)榛◢弾r[6]、臨滄花崗巖[7]、白濟(jì)汛鎂鐵—超鎂鐵巖[8]、長(zhǎng)嶺崗堿性巖[9]研究后發(fā)現(xiàn)，花崗巖的成因類型與巖漿活動(dòng)的板塊構(gòu)造背景有大致的對(duì)應(yīng)關(guān)系。即：S型花崗巖多屬同碰撞花崗巖，I型花崗巖一般形成于火山弧環(huán)境，M型花崗巖常見(jiàn)于洋中脊環(huán)境，A型花崗巖常產(chǎn)于板內(nèi)裂谷環(huán)境。

花崗巖的成因類型、構(gòu)造環(huán)境、構(gòu)造階段劃分有大致的對(duì)應(yīng)關(guān)系(表3)。

表3 花崗巖的成因類型與板塊構(gòu)造環(huán)境

3 圖解判別

花崗巖的成因與板塊構(gòu)造環(huán)境判別分析的依據(jù)為地質(zhì)產(chǎn)狀、巖石組合、地球化學(xué)特征等。在化學(xué)成分特征參數(shù)與判別圖解中，常量元素應(yīng)用較廣。S型花崗巖與I型花崗巖的判別，是工作的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

花崗巖的成因與板塊構(gòu)造環(huán)境圖解判別較多，在研究中盡量選擇多因素(指數(shù))的判別圖解，判別圖解的投影區(qū)盡量不相重疊，投影指數(shù)的計(jì)算不宜太復(fù)雜。此類圖解有專著進(jìn)行介紹，在閱讀參考資料中也應(yīng)注意收集此類資料。

3.1 常量元素的R1-R2圖解

R.A.Batchelor(1985)繪制了花崗巖的R1-R2圖解(圖1)中，圖中R1、R2均為原子數(shù)的綜合數(shù)據(jù)。該圖不僅能判別花崗巖的構(gòu)造環(huán)境，還能分析造山旋回中花崗巖堿質(zhì)變化及板塊碰撞的不同階段特征[3]。

圖1 判別花崗巖成因類型與板塊構(gòu)造環(huán)境的R1-R2圖解

圖1中，各類花崗巖可作如下解釋。

(1)地幔分離的花崗巖包括：地幔斜長(zhǎng)花崗巖(拉斑玄武巖質(zhì)花崗巖)-幔源花崗巖(M型花崗巖)。

(2)板塊碰撞前花崗巖包括：鈣堿性更長(zhǎng)花崗巖(消減的活動(dòng)板塊邊緣花崗巖)-板塊碰撞前消減地區(qū)的花崗巖(I型科迪勒拉花崗巖)。

(3)碰撞后抬升的花崗巖包括：高鉀鈣堿性花崗巖(加里東型深熔花崗巖)-板塊碰撞后隆起區(qū)的花崗巖(I型加里東花崗巖)。

(4)造山晚期花崗巖包括：二長(zhǎng)巖(造山晚期花崗巖-晚造山期花崗巖)。

(5)非造山花崗巖包括：堿性、強(qiáng)堿性花崗巖(非造山區(qū)加里東花崗巖)。

(6)同碰撞期花崗巖包括：地殼熔融的花崗巖(同造山花崗巖)-同碰撞花崗巖(S型花崗巖)。

(7)造山期后花崗巖包括：堿性、強(qiáng)堿性花崗巖(造山期后的A型花崗巖。

該圖解有2個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：①參與作圖的因數(shù)較多，②在圖解中可以區(qū)分7種不同類型的花崗巖。

3.2 稀土元素分配型式圖

稀土元素分配型式圖是判別花崗巖成因的重要圖解之一(圖2)。

圖2 長(zhǎng)嶺崗巖體霓輝霞石正長(zhǎng)巖稀土元素分配型式

在作圖中，稀土元素的各個(gè)分析值分別除于球粒隕石中各個(gè)稀土元素的平均值，稱為稀土元素分析值的標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化后的優(yōu)點(diǎn)是消除了奇偶效應(yīng)，使稀土元素分配型式圖上的曲線變得較為平滑[10、11]。稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化后，在元素符號(hào)右側(cè)加N為下標(biāo)。例如：LaN、SmN。

稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化的球粒隕石數(shù)據(jù)主要有4種類型(表4)。

表4 常用稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化的球粒隕石數(shù)據(jù)(單位：×10-6)

注：赫爾曼(1971)球粒隕石平均值為22個(gè)球粒隕石和一個(gè)9個(gè)球粒隕石的組合樣的26次測(cè)定的平均值。

巖漿巖中，大多數(shù)采用赫爾曼(1971)球粒隕石平均值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化?，F(xiàn)在，國(guó)外多數(shù)學(xué)者采用增田(1973)數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。我國(guó)推薦采用高秉璋(1991)數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)值類型，在報(bào)告、說(shuō)明書(shū)、論文中要加于說(shuō)明。

不同成因的花崗巖，稀土元素分配型式不同有明顯差別(表5)。

表5 稀土元素分配型式特征

3.3 微量元素蛛網(wǎng)圖

高秉璋等(1991)[2]收集了世界典型地區(qū)不同板塊構(gòu)造環(huán)境的花崗巖的微量元素蛛網(wǎng)圖(圖3)。洋脊花崗巖的K2O、Rb的比值≤0.6。不同板塊構(gòu)造環(huán)境的花崗巖的微量元素蛛網(wǎng)圖特征有明顯差別(表6)，可作為判別花崗巖板塊構(gòu)造環(huán)境的參考資料。用于標(biāo)準(zhǔn)化的洋脊花崗巖數(shù)值見(jiàn)表7。

圖3 洋脊花崗巖為標(biāo)準(zhǔn)的花崗巖微量元素蛛網(wǎng)圖

表6 不同板塊構(gòu)造環(huán)境的花崗巖的微量元素蛛網(wǎng)圖特征

表7 洋脊花崗巖的微量元素含量

注：表中含量單位除K2O為%外，其余元素均為10-6。

3.4 非活動(dòng)元素圖解

非活動(dòng)性元素圖解系指Rb-Yb+Ta、Rb-Y+Yb、Ta-Yb、Nb-Y的系列圖解(圖4)[2]。該圖解的原意是判別花崗巖形成的不同構(gòu)造環(huán)境。李昌年(1992)[10]在江西省信江的中生代火山巖研究中，也用此圖解進(jìn)行火山巖的構(gòu)造環(huán)境判別。

圖4 判別花崗巖板塊構(gòu)造環(huán)境的非活動(dòng)元素圖解

3.5 其他圖解

除上述圖解外，常見(jiàn)的圖解還有ACF圖解、Na2O-K2O圖解、A/NK-A/CNK圖解、QAP圖解。

在S-I-M-A型的4種類型的花崗巖中，M型花崗巖與超鎂鐵巖、鎂鐵巖共生，A型花崗巖多呈巖株、巖枝狀產(chǎn)于板塊內(nèi)部的裂谷帶，易于識(shí)別和區(qū)分。S型花崗巖、I型花崗巖經(jīng)常成對(duì)出現(xiàn)在板塊結(jié)合帶，共同組成復(fù)合巖基，較難區(qū)分。在此情況下，需要進(jìn)行ACF圖解(圖5)。

Na2O-K2O圖解(圖6)有ACF圖解類似的作用，并增加了A型花崗巖的判別功能。Na2O-K2O圖解為直角坐標(biāo)系統(tǒng)，計(jì)算和作圖較為方便，使用起來(lái)較為方便。由于圖解判別僅使用Na2O、K2O，圖解因素太過(guò)于簡(jiǎn)單，致使部分學(xué)者對(duì)其判別的準(zhǔn)確性產(chǎn)生懷疑。

圖5 判別花崗巖成因類型的ACF圖解Fig 5.ACF Diagram of Granite Genesis Type Discrimination(仿中田節(jié)也，1979；轉(zhuǎn)引自王人鏡，1984)

圖6 判別花崗巖成因類型的Na2O-K2O圖解Fig 6.Na2O-K2O Diagram of Granite Genesis Type Discrimination(據(jù)W.J.Collina等，1982；轉(zhuǎn)引自邱家驤，1991)

圖7 判別花崗巖化學(xué)類型的A/NK-A/CNK圖解Fig 7.A/NK-A/CNK Diagram of Granite Chemical Type Discrimination(據(jù)Mania and Piccoli，1989)A/CNK比值是Al2O3/Na2O+K2O+CaO(分子數(shù))A/NK比值是Al2O3/Na2O+K2O(分子數(shù))

圖8 判別花崗巖成因類型的QAP圖解Fig 8.QAP Diagram of Granite Genesis Type Discrimination(據(jù)P.B0wden等，1982；轉(zhuǎn)引自邱家驤，1991)Q=石英；A=堿性長(zhǎng)石(正長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石、條紋長(zhǎng)石、歪長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石，鈉長(zhǎng)石An<5)；P=斜長(zhǎng)石(鈉長(zhǎng)石，含方柱石，鈉長(zhǎng)石An>5)

從Al2O3、Na2O、K2O、CaO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)看，花崗巖可劃分為過(guò)堿性、準(zhǔn)鋁質(zhì)、過(guò)鋁質(zhì)三個(gè)系列，與A型花崗巖、I型花崗巖、S型花崗巖有大致的對(duì)應(yīng)關(guān)系。A/NK-A/CNK圖解(圖7)從劃分花崗巖的系列入手，進(jìn)行花崗巖成因類型分析。

QAP圖解(圖8)作圖的3個(gè)端員一般采用標(biāo)準(zhǔn)礦物分子計(jì)算結(jié)果，也可以采用薄片鑒定結(jié)果。該圖解同時(shí)具有巖石的分類命名和成因類型判別功能。巖石分類命名與國(guó)際地科聯(lián)(TUGS)火成巖分會(huì)推薦的方案完全一致。從圖解看：二長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、英云閃長(zhǎng)巖、斜長(zhǎng)花崗巖中富硅部分屬S型花崗巖，貧硅部分屬I(mǎi)型花崗巖；鉀長(zhǎng)花崗巖、堿長(zhǎng)花崗巖屬A型花崗巖。這種結(jié)論是否可靠還需驗(yàn)證。

4 結(jié)論

綜上所述，可得出如下結(jié)論。

(1)花崗巖的成因類型主要有3種劃分方法：S-I-M-A型、殼幔同熔型-陸殼改造型-幔源型、磁鐵礦系列-鈦鐵礦系列。

(2)花崗巖漿活動(dòng)的板塊構(gòu)造背景一般劃分為：同碰撞花崗巖(S-COLG)、火山弧花崗巖(VAG)、洋中脊花崗巖(ORG)、板內(nèi)花崗巖(WPG)。

(3)花崗巖的成因類型與板塊構(gòu)造環(huán)境可根據(jù)常量元素、稀土元素、微量元素進(jìn)行圖解判別，常用圖解為R1-R2圖解、稀土元素分配型式圖、微量元素蛛網(wǎng)圖、非活動(dòng)性元素(Rb-Yb+Ta、Rb-Y+Yb、Ta-Yb、Nb-Y)系列圖解。