陳 薇，樊玉朋，王 光，張興康，劉程遠(yuǎn)

河北省地質(zhì)調(diào)查院，河北 石家莊 050081

華北克拉通北緣燕山期構(gòu)造巖漿活動強烈，廣泛出露花崗質(zhì)侵入巖[1]，伴生金-鉬-銅-鉛鋅-銀等金屬礦產(chǎn)[2]，形成了中國重要的金屬成礦帶——燕遼成礦帶。該帶因獨特的地質(zhì)背景和豐富的礦產(chǎn)資源引起了許多專家學(xué)者的關(guān)注，主要涉及到礦床地質(zhì)特征、成礦規(guī)律及時代、不同礦床類型和礦種之間的內(nèi)在聯(lián)系等的研究[3-5]。錐子山雜巖體位于燕遼成礦帶的中段，行政隸屬于河北省圍場縣和隆化縣管轄，巖體主體為黑云母花崗巖，前人對錐子山復(fù)式巖體一帶進(jìn)行了中、小比例尺區(qū)調(diào)及化探工作[6]，對該復(fù)式巖體進(jìn)行解體劃分，并對其侵位機制進(jìn)行研究[7]，但并未系統(tǒng)分析錐子山復(fù)式巖體花崗巖巖石類型、巖石成因等。因此，論文在系統(tǒng)野外調(diào)研的基礎(chǔ)上，對研究區(qū)花崗巖進(jìn)行了巖相學(xué)、巖石地球化學(xué)分析，探討其巖石成因類型、源區(qū)信息及其構(gòu)造背景，以期對區(qū)內(nèi)巖漿作用及其成礦作用制約提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

錐子山巖體地處華北克拉通北緣中段(圖1c)，位于燕遼地塊之上。印支期受后碰撞作用的影響，導(dǎo)致本區(qū)地殼增厚，東西向斷裂繼承性活動，花崗巖生成[8]。研究區(qū)位于華北地臺北緣與內(nèi)蒙—大興安嶺褶皺系接合部位之上，以橫貫測區(qū)北部的康?！獓鷪錾顢嗔褳榻?，北為內(nèi)蒙—大興安嶺褶皺系，以發(fā)育濱海相沉積地層為標(biāo)志；南為華北地臺，以古老的基底之上配以年輕的中生代蓋層為特征。

圖1 燕山地區(qū)錐子山復(fù)式巖體地質(zhì)簡圖

本區(qū)火山活動強烈，火山-沉積地層發(fā)育，出露古生代二疊系、中生代侏羅系、白堊系以及新生代漢諾壩期地層，以及第四系沖洪積物。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，形跡連續(xù)，脈絡(luò)清楚，多以正斷層組合形式穿切于地質(zhì)體中。它們長期地、繼承性地導(dǎo)控著地質(zhì)作用，是本區(qū)斷塊造山構(gòu)造變動的主導(dǎo)因素，而且多數(shù)是不同級別構(gòu)造單元的分界面。根據(jù)斷裂成因上的內(nèi)在聯(lián)系、不同展布方向和發(fā)生發(fā)展的特點，可分成近EW向、NE向、NNE向、NNW向4組斷裂系統(tǒng)。它們在不同的地質(zhì)時期中，控制著不同構(gòu)造格局的形成與發(fā)展。區(qū)內(nèi)侵入巖發(fā)育，侵位時間為古元古代和中生代。古元古代侵入體呈近東西向斷續(xù)帶狀分布在測區(qū)南、北邊緣。中生代侏羅紀(jì)—早白堊世巖漿侵入事件強烈，侵入體規(guī)模宏大，主要以NNE向帶狀展布在測區(qū)中偏西部，形成著名的錐子山復(fù)式巖體。

2 巖體及巖相學(xué)特征

錐子山復(fù)式巖體呈NE、NNE向帶狀展布，侵入時代為早—晚侏羅世和早白堊世，產(chǎn)狀多呈巖株、巖墻產(chǎn)出。把四期巖漿侵入體劃分為4個序列，分別為黃土坎序列、南大天序列、焦家溝序列以及錐子山序列，見圖1a。

2.1 燕山旋回第一期早侏羅世二長花崗巖

該期巖體(黃土坎巖體)空間上主要沿錐子山周邊分布。由于受EW、NE、NNW向三組斷裂的聯(lián)合控制，總體形態(tài)呈不規(guī)則的橢圓形。巖性以二長花崗巖為主。侵入體含深源細(xì)粒閃長質(zhì)包體，多呈扁平狀、橢圓狀，且與圍巖界線不清，具有同源包體的地質(zhì)特征。黃土坎序列二長花崗巖新鮮面多呈淺肉紅色，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英(30%)、鉀長石(35%)、斜長石(35%)以及少量黑云母(5%)。石英多呈不規(guī)則它形粒狀，部分呈半自形粒狀，無色透明，表面純凈，可見波狀消光，一級黃白干涉色，粒徑0.3 mm～3 mm不等。鉀長石多為正長石。正長石多呈自形—半自形粒狀，單偏光鏡下無色透明，正交偏光鏡下為一級灰干涉色，可見卡式雙晶，粒徑約3 mm，表面多發(fā)生輕微泥化，略顯渾濁。黑云母多呈片狀，正交偏光鏡下多色性、吸收性均十分顯著，具一組極完全解理，粒徑1 mm左右，沿其邊緣、解理、裂隙多發(fā)生綠泥石化(圖2a、2b)。

a、b-黃土坎巖體二長花崗巖；c、d-南大天巖體中細(xì)?；◢弾r；e、f-焦家溝巖體二長花崗斑巖；g、h-錐子山巖體細(xì)粒黑云母二長花崗巖；Kf-鉀長石；Pl-斜長石；Qt-石英；Bi-黑云母

2.2 燕山旋回第二期中侏羅世中細(xì)?；◢弾r

該期巖體(南大天巖體)空間上呈NE展布，由于受NE、EW向兩組斷裂控制，總體形態(tài)呈不規(guī)則的“卵狀體”，主要巖性為中細(xì)?；◢弾r、細(xì)粒斑狀花崗巖。中-細(xì)粒黑云母花崗巖呈灰白色，中-細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石較新鮮，并未發(fā)生大面積風(fēng)化。主要礦物成分為石英(30%)、斜長石(35%)、鉀長石(25%)、黑云母(10%)。石英多呈不規(guī)則它形粒狀，部分呈半自形粒狀，無色透明，表面純凈，可見波狀消光，一級黃白干涉色，粒徑0.5 mm～1 mm；斜長石為自形-半自形板柱狀，聚片雙晶發(fā)育，雙晶紋細(xì)而密，表面具輕微絹云母化現(xiàn)象，粒徑0.5 mm；堿性長石主要為正長石和條紋長石，微斜長石較少，正長石多呈自形-半自形粒狀，單偏光鏡下無色透明，正交偏光鏡下為一級灰干涉色，可見卡式雙晶，粒徑約0.5 mm，表面多發(fā)生輕微泥化，略顯渾濁；條紋長石多呈它形粒狀，單偏光鏡下無色，可見平行消光，條紋定向分布具出溶特征，粒徑1 mm左右，粒度大者多包裹有斜長石、石英、黑云母等；云母呈片狀，單偏光鏡下多為褐色，正交偏光鏡下多色性、吸收性均十分顯著，具一組極完全解理，粒徑0.2 mm，多分布于長石晶隙之間(圖2c、2d)。

2.3 燕山旋回第三期晚侏羅世二長花崗巖

該期巖體(焦家溝巖體)整體呈NE向串珠狀展布，空間上常與火山巖相伴，并嚴(yán)格受斷裂構(gòu)造控制。主要巖性為二長花崗斑巖，據(jù)野外觀察發(fā)現(xiàn)，巖體內(nèi)含有細(xì)粒閃長質(zhì)包體，多呈渾圓狀、透鏡狀分布于巖體邊緣。二長花崗斑巖整體呈灰白色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

斑晶主要為鉀長石和石英，含量約15%?；|(zhì)成分主要為為石英(30%)、斜長石(35%)、鉀長石(25%)、黑云母(10%)。石英，無色透明，正低突起，一級黃白干涉色，它形粒狀，粒徑0.5 mm左右；斜長石為自形-半自形板柱狀，聚片雙晶發(fā)育，表面具輕微絹云母化現(xiàn)象，粒徑0.5×1.5 mm左右；鉀長石多為正長石，自形-半自形粒狀，單偏光鏡下無色透明，正交偏光鏡下為一級灰干涉色，可見卡式雙晶，粒徑約0.5 mm，表面多發(fā)生輕微泥化，略顯渾濁；黑云母呈片狀，黃褐色，粒徑0.3 mm左右(圖2 e、2 f)。

2.4 燕山旋回第四期早白堊世二長花崗巖

該期巖體分布于錐子山復(fù)式雜巖體的東部，空間上呈北北西向帶狀展布，并嚴(yán)格受龍頭山—河南營NW向斷裂所控制。野外可見該序列侵入于黃土坎巖體、焦家溝巖體。主要巖性為細(xì)粒黑云母二長花崗巖，巖石呈灰白色，主要礦物成分為石英(35%)、鉀長石(28%)、斜長石(32%)以及黑云母(5%)。石英多呈不規(guī)則它形粒狀，可見波狀消光，一級黃白干涉色，粒徑0.5 mm～1 mm；斜長石為自形-半自形板柱狀，聚片雙晶發(fā)育，表面具輕微絹云母化現(xiàn)象，粒徑0.2 mm～1 mm；堿性長石多為正長石，正長石多呈自形-半自形粒狀，正交偏光鏡下為一級灰干涉色，可見卡鈉復(fù)合雙晶，粒徑約0.5 mm～1 mm；黑云母多呈片狀，具一組極完全解理，部分黑云母已被流體交代為白云母；副礦物主要為電氣石、螢石(圖2 g、2h)。

3 樣品采集及分析結(jié)果

3.1 實驗測試方法

論文共選取12件花崗巖樣品進(jìn)行全巖主、微量及稀土元素化學(xué)分析。所分析樣品為去除風(fēng)化面和筆痕的新鮮樣，并且均已避開礦化蝕變及石英脈。樣品處理在河北省地質(zhì)測繪院進(jìn)行，首先將樣品用清洗過的鋼錘碎成小塊，取其中約1 cm以上粒徑小塊，放入純凈水中利用超聲波清洗干凈，再將其放入干凈清潔的環(huán)境中烘干，最后利用球磨機磨成粉末(直徑約50 μm)。

全巖主量元素測試由河北省地質(zhì)實驗測試中心完成，采用 X 射線熒光光譜儀進(jìn)行分析[9]。全巖微量元素測試是在河北省第四地質(zhì)大隊實驗室采用LA-ICP-MS方法測定，精度優(yōu)于5%[10]。

3.2 主量元素特征

從錐子山復(fù)式巖體各序列花崗質(zhì)巖石主、微量元素及稀土元素地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)(表略，備索)可知，其中SiO2含量為70.02%～76.39%，Al2O3含量為12.28%～14.48%，Na2O和K2O的含量分別為3.25%～4.54%以及4.06%～5.31%，全堿含量ALK(Na2O+K2O)為7.63%～9.28%，K2O/ Na2O比值為0.96～1.49，巖石整體富鉀；CaO含量為0.32%～1.56%，MgO含量為0.17%～1.10%，F(xiàn)e2O3T含量為0.93%～2.96%，P2O5含量為0.05%～0.15%。錐子山花崗巖分異指數(shù)(DI)為84.02～95.37，整體較高，表明巖漿在演化過程中經(jīng)歷了強烈的分離結(jié)晶作用[11]。

在TAS圖解(圖3a)中，各樣品投圖均落入花崗巖范圍內(nèi)，與野外及鏡下鑒定結(jié)果一致。A/CNK比值介于0.98～1.13之間，整體小于1.1，在A/CNK-A/NK圖解(圖3b)中，樣品大多落入弱過鋁質(zhì)范圍內(nèi)。SiO2-K2O圖解(圖3c)中，樣品相對富鉀，屬于高鉀鈣堿性巖系列。巖石的AR值介于2.61～4.04之間，在SiO2-AR圖解中，樣品均落入堿性巖范圍內(nèi)(圖3d)。

a-TAS圖解[12]；b-A/CNK-A/NK圖解[13]；c-SiO2-K2O圖解[14]；d-AR-SiO2圖解[15]

3.3 微量及稀土元素特征

錐子山復(fù)式巖體四期花崗巖微量元素蜘蛛圖(圖4a)型式相似，均富集Rb、Th、U、Zr、Hf等元素，而虧損Ba、Sr、Nb、Ta、P、Ti等元素，顯著的P、Ti虧損可能與磷灰石、鈦鐵礦的分離結(jié)晶作用有關(guān)[16-17]。巖石中出現(xiàn)Nb、Ta、Ti等元素的虧損表明其具有陸殼花崗巖的特征。

錐子山雜巖體花崗巖的稀土元素總量為∑REE為(101.68～298.59)×10-6，輕、重稀土含量分別為(83.22～241.22)×10-6和(12.18～57.37)×10-6，LREE/HREE=3.63～7.49，平均為15.03，從稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布圖(圖4b)中可以看出，錐子山花崗巖表現(xiàn)為輕重稀土分餾相對比較明顯的“右傾海鷗型”，具有輕稀土富集重稀土虧損的特征。δEu值介于0.39～0.77，具有明顯的銪負(fù)異常。上述特點表明在巖漿源區(qū)部分熔融形成花崗質(zhì)熔體時的殘留固相組合中大量長石存在，且熔體在進(jìn)入巖漿房演化過程中發(fā)生過明顯的長石分離結(jié)晶作用。

圖4 花崗巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蜘蛛圖及稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖[18]

4 討論

4.1 巖石成因類型

錐子山復(fù)式巖體花崗巖在礦物學(xué)上均以石英、鉀長石、斜長石為主要造巖礦物，同時出現(xiàn)白云母等富Al礦物以及螢石等富F的副礦物，這與典型的A型花崗巖的礦物學(xué)特征相一致[19-22]。地球化學(xué)方面，錐子山復(fù)式巖體花崗巖富硅(70.02%～76.39%)，全堿(K2O+Na2O)含量較高(7.54%～9.28%)；貧鈣、鎂、鋁，富集Rb、Th、Nb、Ta、Hf、Ga等元素，虧損Ba、Sr、Cr、Co、Ni、V等元素，稀土元素含量高，配分模式圖呈海鷗型展布，且具有強烈的負(fù)銪異常，這與典型的A型花崗巖的地球化學(xué)特征相一致[23-25]。此外，區(qū)內(nèi)花崗巖類的FeOt/MgO值較高，比值在2.45～6.80；10 000Ga/Al值為2.51～3.38，大于A型花崗巖類平均值2.60；(K2O+Na2O)/CaO值較高，比值在4.21～29.00之間，以上均為A型花崗巖的典型特征[26-27]。在花崗巖微量元素成因系列判別圖解中，錐子山花崗巖除個別樣品落入I型和S型花崗巖范圍內(nèi)，其他樣品基本落入A型花崗巖區(qū)域內(nèi)。綜上所述，認(rèn)為錐子山復(fù)式巖體花崗巖應(yīng)為A型花崗巖。

圖5 錐子山花崗巖微量元素成因系列判別圖解[27]

4.2 巖漿源區(qū)

錐子山雜巖體花崗質(zhì)巖石均為過鋁質(zhì)，堿性巖系列。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解表現(xiàn)為輕稀土相對富集的右傾特征，具有明顯的負(fù)銪異常(δEu=0.39～0.77)；原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蜘蛛圖顯示，花崗巖相對富集大離子親石元素，而虧損高場強元素，這些地球化學(xué)特征均指示該地區(qū)出露的花崗巖具有明顯的“地殼”印記[28-31]。一些分配系數(shù)相近的微量元素比值受結(jié)晶分異作用的影響較小，是限定源巖性質(zhì)和形成過程的重要指示劑之一。地球演化過程中，K、Rb不斷向上遷移進(jìn)入硅鋁層，上地幔越來越虧損K、Rb，Sr主要富集在斜長石中，因此花崗巖中的Rb/Sr比值可以作為判斷源巖的參數(shù)，其比值越高，說明其來自地殼[32]。錐子山雜巖體花崗巖Rb/Sr比值介于0.48～4.95之間，平均為1.58，明顯高于中國中東部上地殼(0.31)[33]和全球上地殼平均值(0.32)[34]。Nb、Ta由于性質(zhì)相近，Nb/Ta比值在巖漿分異中不會造成較大的分異，可以指示巖漿源區(qū)特征及演化過程，通常地殼起源的巖漿巖具有較低的比值(11～12)，而地幔起源的巖漿巖的比值較高(17.8)[35]，錐子山復(fù)式花崗巖Nb/Ta比值介于8.21～14.57之間，平均為10.72，接近上地殼平均值[36]。在δEu-(La/Yb)N圖解中(圖6)，樣品全部落于殼源型區(qū)，暗示其來源于地殼。在Nb/Ta-Nb圖解上(圖7)，錐子山花崗巖投影點均位于上地殼平均值的右下方，也同樣說明源區(qū)為地殼物質(zhì)。

圖6 花崗巖δEu-(La/Yb)N圖解[37]

圖7 花崗巖Nb-Nb/Ta圖解[38]

4.3 大地構(gòu)造背景

中生代以來，受中國東部巖石圈大規(guī)模減薄以及古太平洋板塊向西俯沖作用，華北克拉通發(fā)生了大規(guī)模推覆和伸展運動，伴隨發(fā)生了大規(guī)模的構(gòu)造—巖漿—成礦作用[39]。毛景文等[40]認(rèn)為中國東部構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換調(diào)整時間主要為163 Ma～136 Ma，最早開始于180 Ma。Xu等(2013)[41]認(rèn)為古太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖時間始于早—中侏羅世，此階段花崗質(zhì)巖漿作用形成于造山期后的伸展環(huán)境，代表了中生代巖石圈減薄的繼續(xù)和發(fā)展；早白堊世(112 Ma～132 Ma)雙峰式巖漿作用階段，含有俯沖板片物質(zhì)的軟流圈熱流上涌，對巖石圈地幔底部進(jìn)行交代、侵蝕和熔融，形成的巖漿上升到地殼底部發(fā)生底侵，并引起了地殼底部巖石的部分熔融，從而形成了早白堊世雙峰式火山巖，此時中生代巖石圈減薄達(dá)到了峰期[42]。據(jù)本區(qū)區(qū)調(diào)報告[43]可知，黃土坎巖體二長花崗巖Rb-Sr同位素年齡值為185±3.2 Ma，南大天巖體中細(xì)?；◢弾rRb-Sr同位素年齡值為165 Ma～167 Ma，焦家溝巖體二長花崗巖K-Ar同位素年齡值為142.7±5 Ma，錐子山巖體細(xì)?；◢弾rK-Ar同位素年齡值為129.3 Ma～132.7 Ma，先后持續(xù)55.7 Ma，已經(jīng)受到早期太平洋俯沖作用的影響，處于中國東部構(gòu)造大轉(zhuǎn)折時期。巖漿巖組合和巖石成分與大地構(gòu)造環(huán)境有著密切關(guān)系，錐子山花崗巖La/Nb比值介于1.70～2.92之間，平均值為2.44，大于2，具島弧構(gòu)造環(huán)境屬性。在R1-R2構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖8)中，樣品落入造山晚期花崗巖向造山期后過渡的范圍內(nèi)；在Yb+Nb-Rb判別圖解(圖9)中，樣品落在了同碰撞花崗巖和火山島弧花崗巖內(nèi)，表明其形成與俯沖環(huán)境有關(guān)。SiO2-TFeO/[w(TFeO)+w(MgO)]和SiO2-Al2O3判別圖解(圖10)中，早—中侏羅世花崗巖落入大陸碰撞花崗巖類，晚侏羅世—早白堊世花崗巖落入后造山花崗巖類。因此，結(jié)合巖石學(xué)、地球化學(xué)以及地質(zhì)年代學(xué)特征，認(rèn)為在中國東部構(gòu)造大轉(zhuǎn)折背景下，錐子山復(fù)式巖體早—中侏羅世花崗巖是受古太平洋板塊向歐亞板塊俯沖的影響，經(jīng)歷了顯著的構(gòu)造擠壓作用而形成；而晚侏羅世—早白堊世花崗巖則是在巖石圈減薄、地殼伸展的作用下，在壓力差的驅(qū)動下誘發(fā)軟流圈以及上地幔物質(zhì)上涌[47]，大量下地殼物質(zhì)部分熔融生成原始巖漿后經(jīng)分離結(jié)晶作用而形成。

圖8 R1-R2判別圖解[44]

圖9 Yb+Ta-Rb判別圖解[45]

圖10 SiO2-TFeO/[w(TFeO)+w(MgO)]和SiO2-Al2O3判別圖解[46]

5 結(jié)論

(1)錐子山復(fù)式巖體按其侵位時代共劃分為四期巖漿巖，其主體巖性為黑云母花崗巖；巖石地球化學(xué)方面具有富硅、富堿、貧鐵鎂鈣特征，整體表現(xiàn)為弱過鋁質(zhì)堿性巖系列。相對富集大離子親石元素(LILEs)，而虧損高場強元素(HFSEs)；輕重稀土分餾明顯，具有顯著的銪負(fù)異常。

(2)巖石地球化學(xué)特征顯示錐子山復(fù)式巖體花崗巖為A型花崗巖，巖漿來源于地殼物質(zhì)。

(3)錐子山花崗巖形成于中國東部中生代構(gòu)造體制大轉(zhuǎn)折的背景下，其中早—中侏羅世花崗巖形成于古太平洋板塊向歐亞板塊俯沖作用的早期，而晚侏羅世—早白堊世形成于弧后伸展的構(gòu)造背景下。