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    赣西北小九宫-沙店白垩纪花岗岩的岩石成因及构造意义

    王艳 马昌前 王连训 刘园园

    王艳, 马昌前, 王连训, 刘园园, 2020. 赣西北小九宫-沙店白垩纪花岗岩的岩石成因及构造意义. 地球科学, 45(4): 1115-1135. doi: 10.3799/dqkx.2019.116
    引用本文: 王艳, 马昌前, 王连训, 刘园园, 2020. 赣西北小九宫-沙店白垩纪花岗岩的岩石成因及构造意义. 地球科学, 45(4): 1115-1135. doi: 10.3799/dqkx.2019.116
    Wang Yan, Ma Changqian, Wang Lianxun, Liu Yuanyuan, 2020. Petrogenesis and Tectonic Implications of the Cretaceous Granites from Xiaojiugong-Shadian, Northwest Jiangxi Province. Earth Science, 45(4): 1115-1135. doi: 10.3799/dqkx.2019.116
    Citation: Wang Yan, Ma Changqian, Wang Lianxun, Liu Yuanyuan, 2020. Petrogenesis and Tectonic Implications of the Cretaceous Granites from Xiaojiugong-Shadian, Northwest Jiangxi Province. Earth Science, 45(4): 1115-1135. doi: 10.3799/dqkx.2019.116

    赣西北小九宫-沙店白垩纪花岗岩的岩石成因及构造意义

    doi: 10.3799/dqkx.2019.116
    基金项目: 

    中央高校基本科研业务费专项资金资助项目 CUGCJ1711

    中央高校基本科研业务费专项资金引智项目 DL20180059

    详细信息
      作者简介:

      王艳(1985-), 女, 工程师, 硕士, 主要从事地质矿产勘查和岩矿鉴定工作

      通讯作者: 马昌前, 男, 教授
    • 中图分类号: P581

    Petrogenesis and Tectonic Implications of the Cretaceous Granites from Xiaojiugong-Shadian, Northwest Jiangxi Province

    • 摘要: 赣西北-湘东北地区出露较多晚中生代花岗岩,并与中、下扬子地区晚中生代花岗岩组成一条NEE向岩浆岩带.通过对赣西北小九宫和沙店花岗岩进行系统的岩石学、年代学、元素地球化学、全岩Sr-Nd同位素研究,探讨其岩石成因及其构造意义.小九宫和沙店花岗岩的岩石类型主要为中粗粒斑状黑云二长花岗岩,LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明,其形成年龄分别为124±1 Ma和125±1 Ma,均为燕山晚期花岗岩.小九宫和沙店花岗岩均具有高钾、钙碱性、贫铁镁的含量特征,主要为弱过铝质花岗岩.两岩体具有相似的稀土元素分布型式和微量元素特征,表现为轻稀土富集的右倾型式,具有明显的Eu负异常(Eu/Eu*=0.17~0.50),富集K、Rb、Th、U等大离子亲石元素,亏损Ba、Sr、P和高场强元素Nb、Ta、Ti等.主量、微量元素地球化学特征显示,两岩体为高钾钙碱性Ⅰ型花岗岩.小九宫和沙店花岗岩的εNdt)值分别为-8.06~-6.20、-6.51~-6.08,两阶段模式年龄(TDM2)分别为1.42~1.57 Ga、1.42~1.45 Ga.Sr-Nd同位素组成和地球化学特征表明,两岩体主要来源于下地壳源区,其源岩可能为中元古代中性-基性火成岩.小九宫和沙店花岗岩体通过岩墙扩张作用方式被动侵位,结合区域构造背景,认为两岩体形成于伸展构造环境.地幔物质上涌可能为下地壳火成岩部分熔融提供持续的热源,岩浆在上升过程中经历明显的分离结晶作用.岩体中含有少量微粒包体及围岩捕虏体,反映岩浆在上升过程中可能受到较弱的混染作用.区域对比表明,从燕山早期到燕山晚期,赣西北-湘东北地区花岗质岩浆源区存在压力变小的趋势,可能反映了地壳的明显减薄.
    • 图 1  华南晚中生代岩浆岩分布

      Figure 1.  Distribution of the Late Mesozoic magmatic rocks in South China

      图 2  小九宫和沙店花岗岩体地质简图及采样位置

      Figure 2.  Simplified geological map showing the distribution of the Xiaojiugong and Shadian granitic plutons and the sample locations

      图中标出了本文的样品位置(据1965年地质部江西省地质局区域测量大队和1967年地质部湖北省地质局区域地质测量大队绘制的1:20万地质图修改)

      图 3  沙店花岗岩体中微粒包体以及富云包体的野外照片

      Figure 3.  Field photographs of microgranular enclaves and biotite rich enclaves in the Shadian granitic pluton

      a.均一包体;b.非均一“弥漫型”微粒包体,包体一侧逐渐向寄主岩过渡;c.非均一“截然型”微粒包体,包体边缘矿物粒度变粗,边部见一斜长石捕虏晶;d.双重包体,包体边部与寄主岩的矿物组成相近;e.椭圆状非均一包体与不规则状微粒包体,非均一包体中含长石捕虏晶,捕虏晶核部为钾长石,边部为斜长石;f.富云包体

      图 4  小九宫和沙店花岗岩的Q A P图解

      Figure 4.  Q A P diagram for the Xiaojiugong and Shadian granites

      Q.石英;A.碱性长石;P.斜长石;1a.硅英岩;1b.富石英花岗岩;2.碱性长石花岗岩;3a.正长花岗岩;3b.二长花岗岩;4.花岗闪长岩;5.英云闪长岩;6*.石英碱性长石正长岩;7*.石英正长岩;8*.石英二长岩;9*.石英二长闪长岩/石英二长辉长岩;10*.石英闪长岩/石英辉长岩/石英斜长岩;6.碱性长石正长岩;7.正长岩;8.二长岩;9.二长闪长岩/二长辉长岩;10.闪长岩/辉长岩/斜长岩.据Streckeisen (1974)

      图 5  小九宫和沙店花岗岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图

      Figure 5.  LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagrams for the Xiaojiugong and Shadian granites

      图 6  小九宫和沙店花岗岩的K2O-SiO2(a)和A/NK-A/CNK图解(b)

      Figure 6.  Diagrams of SiO2 vs. K2O(a) and A/NK vs. A/CNK (b) for the Xiaojiugong and Shadian granites

      图a据Peccerillo and Taylor(1976)

      图 7  小九宫和沙店花岗岩的Harker图解

      Figure 7.  Harker diagrams for the Xiaojiugong and Shadian granites

      图 8  小九宫、沙店花岗岩及围岩的球粒陨石标准化稀土元素分布型式(a, b)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(c, d)

      Figure 8.  Chondrite normalized REE patterns (a, b) and primitive mantle normalized trace element spidergrams (c, d) for the Xiaojiugong and Shadian granites and surrounding rocks

      球粒陨石标准化值据Sun and McDonough(1989);原始地幔标准化值据McDonough and Sun(1995)

      图 9  小九宫和沙店花岗岩的岩石类型判别图解

      Figure 9.  Diagrams of rock type discrimination for the Xiaojiugong and Shadian granites

      FG.分异的长英质花岗岩;OGT.未分异的I-,S-和M-型花岗岩. a.Rb-Y和b.Rb-Th图解据Chappell(1999);c.104 Ga/Al-Nb和d.(Zr+Nb+Ce+Y)-FeOT/MgO图解据Whalen et al.(1987)

      图 10  小九宫和沙店花岗岩的化学成分图解

      Figure 10.  Chemical variation diagrams for the Xiaojiugong and Shadian granites

      a.Eu/Eu*-SiO2; b.Ba-Eu/Eu*; c.Sr-Eu/Eu*; d.Nb/La-SiO2; e.Nb/La-Eu/Eu*

      图 11  小九宫和沙店花岗岩的Ba-Sr(a)和Rb-Sr(b)图解

      Figure 11.  Diagrams of (a) Ba vs. Sr and (b) Rb vs. Sr for the Xiaojiugong and Shadian granites

      箭头方向分别表示斜长石(Pl)、钾长石(Kf)、角闪石(Amp)和黑云母(Bi)分异作用对残留熔体成分的影响.Ba、Sr和Rb的配分系数引自Arth and Reston(1976)

      图 12  小九宫和沙店花岗岩的全岩εNd(t)值-年龄(a)和εNd(t)-(87Sr/86Sr)i(b)图解

      Figure 12.  Diagrams of whole rock εNd(t) vs. ages (a) and εNd(t) vs.(87Sr/86Sr)i (b) for the Xiaojiugong and Shadian granites

      图a中双桥山群(冷家溪群)的数据来自本文与Chen and Jahn(1998), 张海祥等(2000);图b中双桥山群及上溪群的Sr-Nd同位素数据来自本文与李献华和桂训唐(1991), 邢凤鸣等(1991)

      图 13  小九宫和沙店花岗岩的化学成分图解

      Figure 13.  Chemical variation diagrams for the Xiaojiugong and Shadian granites

      图中所画区域表示实验研究中不同地壳物质组成通过脱水熔融获得的部分熔融体成分.MB.变质玄武岩(圆点充填区域,实线);MA.变质安山岩(实线,无充填);MGW.变质杂砂岩(灰色充填区域,点线);MP.变泥质岩(虚线,无充填);AMP.角闪岩(实线,加粗);引自Altherr and Siebel(2002), Kaygusuz et al.(2008)

      图 14  赣西北-湘东北地区燕山期花岗岩的Sr-Yb图解

      Figure 14.  Diagram of Sr vs. Yb for the Yanshanian granites in northwest Jiangxi and northeast Hunan

      Ⅰ.高Sr低Yb型;Ⅱ.低Sr低Yb型;Ⅲ.高Sr高Yb型;Ⅳ.低Sr高Yb型;据张旗等(2006).燕山早期的花岗岩数据来自彭头平等(2004), 李鹏春(2006), 许德如等(2009, 2017), Wang et al.(2014)小九宫和沙店花岗岩的主要岩石类型为黑云二长花岗岩,属于高钾钙碱性系列的准铝质-弱过铝质Ⅰ型花岗岩.综合区域上构造和岩浆岩的研究成果,以及小九宫和沙店花岗岩的形成时代(ca.125 Ma)和岩石特征,笔者认为两岩体可能是在与古太平洋板块俯冲有关的岩石圈伸展背景下形成的.

      表 1  小九宫、沙店花岗岩及围岩的主量(%)、稀土(10-6)和微量元素(10-6)分析结果

      Table 1.  Major (%), rare earth (10-6) and trace element (10-6) data for the Xiaojiugong and Shadian granites and surrounding rocks

      样品号 沙店花岗岩体 小九宫花岗岩体 围岩
      08S28-1 08S29-1 08S30-1 08S32-1 09S01 09S04 09S05 09J13 09J14 09J15 09J16 09J18-2 08J33-4
      SiO2 69.43 70.65 70.84 69.64 70.54 70.84 69.95 72.81 72.26 72.33 70.17 74.68 66.33
      TiO2 0.62 0.50 0.49 0.57 0.53 0.53 0.54 0.32 0.37 0.42 0.45 0.16 0.75
      Al2O3 14.27 14.16 14.09 14.25 14.31 13.96 14.08 13.91 13.65 13.86 14.76 13.29 15.89
      Fe2O3T 3.11 2.65 2.57 2.98 2.72 2.76 2.97 1.75 2.31 2.27 2.60 1.18 4.87
      MnO 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.07 0.04 0.05 0.07 0.07 0.05 0.09
      MgO 1.02 0.83 0.81 1.00 0.86 0.86 0.89 0.46 0.55 0.77 0.83 0.25 1.55
      CaO 2.13 1.76 1.61 2.06 2.00 1.89 1.94 1.19 1.28 1.74 2.30 1.06 1.62
      Na2O 3.27 3.37 3.32 3.37 3.19 3.13 3.35 3.13 2.99 3.06 3.64 3.26 3.16
      K2O 4.73 4.59 4.77 4.77 4.45 4.59 4.79 5.23 5.19 4.32 3.92 5.21 3.32
      P2O5 0.19 0.20 0.20 0.19 0.24 0.25 0.24 0.14 0.17 0.15 0.12 0.04 0.10
      H2O+ 0.55 0.68 0.69 0.63 0.55 0.60 0.66 0.60 0.67 0.55 0.67 0.46 1.56
      CO2 0.15 0.15 0.15 0.07 0.12 0.12 0.10 0.12 0.12 0.10 0.08 0.15 0.11
      Total 99.53 99.60 99.60 99.59 99.57 99.59 99.58 99.70 99.61 99.64 99.61 99.79 99.35
      A/CNK 0.99 1.03 1.04 0.99 1.04 1.03 0.99 1.07 1.06 1.08 1.02 1.03 1.35
      A/NK 1.36 1.35 1.33 1.33 1.42 1.38 1.32 1.29 1.30 1.43 1.44 1.21 1.81
      K2O+Na2O 8.00 7.96 8.09 8.14 7.64 7.72 8.14 8.36 8.18 7.38 7.56 8.47 6.48
      K2O/Na2O 1.45 1.36 1.44 1.42 1.39 1.47 1.43 1.67 1.74 1.41 1.08 1.60 1.05
      Mg# 34 33 34 35 34 33 32 30 28 35 34 25 34
      Be 3.85 3.80 4.28 3.63 4.83 4.55 4.78 2.66 2.83 5.22 4.55 5.11 2.27
      Sc 8.55 8.17 7.28 8.28 8.63 8.87 9.97 6.24 7.74 8.72 8.09 6.90 15.55
      V 50.5 45.2 39.1 47.5 44.9 45.0 48.5 19.0 26.3 37.5 45.3 9.2 89.2
      Cr 13.2 11.9 10.1 36.5 11.9 10.9 11.2 4.4 9.8 10.8 12.0 3.4 55.7
      Co 7.23 6.55 5.75 7.30 6.24 6.05 6.57 2.94 3.96 5.22 5.89 1.39 12.88
      Ni 8.24 7.15 6.08 21.80 6.88 7.05 7.58 3.22 5.24 7.46 7.21 2.15 22.93
      Cu 62.90 7.54 6.83 4.64 6.80 34.70 23.40 1.40 11.40 7.40 17.00 13.60 7.30
      Zn 63.8 70.7 63.0 62.1 58.3 52.3 62.5 39.5 119.8 60.9 60.0 29.9 86.1
      Ga 18.9 21.9 19.6 19.0 19.7 19.7 20.4 19.6 20.2 18.7 18.3 17.8 20.0
      Rb 234 285 281 247 259 269 300 295 335 278 203 348 144
      Sr 152.0 140.0 117.0 156.0 133.0 133.0 134.0 84.2 90.1 135.0 201.0 53.6 225.0
      Y 38.3 39.9 36.0 38.8 39.4 45.4 49.6 43.9 51.6 49.5 36.0 61.3 35.4
      Zr 212 196 194 201 270 197 280 193 196 236 203 119 228
      Nb 15.0 16.9 15.4 15.3 13.6 14.4 16.7 16.3 19.0 18.7 16.3 22.5 10.3
      Cs 12.5 20.5 19.4 11.8 12.5 18.2 21.7 9.0 19.6 13.5 19.4 16.3 15.2
      Ba 501 446 411 493 414 467 441 424 451 384 698 199 675
      La 43.9 40.5 35.7 45.9 48.8 48.9 50.3 47.3 52.0 45.8 47.7 37.2 29.3
      Ce 97.3 89.0 79.9 102 103.7 102.3 105.2 96.8 106.5 93.9 89.5 78.1 62.8
      Pr 11.9 11.0 9.72 12.5 12.8 12.4 12.9 11.6 12.6 11.3 10.3 9.3 7.4
      Nd 45.3 41.6 37.0 47.4 50.4 48.3 49.9 43.2 47.7 43.2 37.1 35.2 29.3
      Sm 8.94 8.55 7.62 9.18 10.00 9.81 10.30 8.99 10.20 9.08 7.00 8.14 5.98
      Eu 1.18 1.06 0.91 1.16 1.09 1.09 1.07 0.74 0.76 0.91 1.08 0.44 1.38
      Gd 7.53 7.64 6.86 7.69 8.15 8.55 8.73 7.70 8.98 7.76 6.18 7.74 5.81
      Tb 1.17 1.22 1.09 1.20 1.23 1.36 1.40 1.26 1.46 1.27 0.97 1.35 0.99
      Dy 6.73 7.13 6.38 7.01 6.89 7.71 8.02 7.30 8.41 7.69 5.77 8.52 6.21
      Ho 1.31 1.35 1.22 1.39 1.27 1.42 1.54 1.41 1.61 1.52 1.16 1.77 1.31
      Er 3.60 3.66 3.44 3.74 3.63 4.07 4.49 4.00 4.71 4.55 3.44 5.77 3.58
      Tm 0.54 0.55 0.51 0.57 0.52 0.57 0.65 0.62 0.69 0.69 0.53 0.92 0.55
      Yb 3.48 3.69 3.39 3.63 3.36 3.60 4.26 4.11 4.53 4.78 3.60 6.48 3.72
      Lu 0.50 0.51 0.50 0.53 0.50 0.51 0.64 0.60 0.66 0.71 0.54 1.06 0.57
      Hf 6.06 5.79 5.72 5.73 7.46 5.53 7.69 5.79 5.89 7.00 5.75 4.97 6.35
      Ta 1.49 1.84 1.69 1.52 1.32 1.63 1.93 1.73 1.96 1.92 1.82 2.76 0.76
      Pb 25.3 28.8 25.4 26.4 74.4 271.0 53.5 27.2 394.9 55.8 19.8 308.0 15.8
      Th 28.0 26.1 23.7 31.4 34.9 30.4 31.4 32.5 35.3 31.0 23.2 50.5 10.2
      U 4.73 8.71 4.31 6.33 7.22 9.00 11.12 4.79 6.48 8.90 3.63 15.57 2.08
      (La/Yb)N 9.04 7.86 7.56 9.06 10.41 9.73 8.47 8.25 8.23 6.88 9.52 4.12 5.65
      Eu/Eu* 0.44 0.40 0.38 0.42 0.37 0.36 0.34 0.27 0.24 0.33 0.50 0.17 0.72
      TZr(℃) 800 800 800 795 831 801 826 806 806 824 801 762 /
      注:Fe2O3T为全铁;A/CNK=摩尔Al2O3/(CaO+Na2O+K2O);A/NK=摩尔Al2O3/(Na2O+K2O);Mg#=100×Mg2+/(Mg2++T Fe2+);Eu/Eu*=EuN/(SmN×GdN)1/2,下标N表示球粒陨石标准化后的数据,球粒陨石标准化数值引自Sun and McDonough(1989)TZr=12 900/[2.95+0.85M+ln(496 000/Zrmelt)](Miller et al., 2003),Zrmelt为熔体中Zr含量,M=(Na+K+2×Ca)/(Al×Si)(Watson and Harrison, 1983).
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      表 2  小九宫、沙店花岗岩及围岩的Sr-Nd同位素组成

      Table 2.  Whole-rock Sr and Nd isotopic compositions for the Xiaojiugong and Shadian granites and surrounding rocks

      样品号 Rb
      (10-6)
      Sr
      (10-6)
      87Rb/86Sr 87Sr/86Sr (87Sr/86Sr)i Sm
      (10-6)
      Nd
      (10-6)
      Sm/Nd 147Sm/144Nd 143Nd/144Nd εNd(t) TDM1
      (Ga)
      TDM2
      (Ga)
      小九宫花岗岩体,t=124 Ma
      09J13 294.8 84.2 10.149 2 0.732 827 0.714 941 8.99 43.18 0.21 0.125 9 0.512 263 -6.20 1.54 1.42
      09J15 278.4 134.8 5.980 9 0.718 965 0.708 424 9.08 43.23 0.21 0.126 9 0.512 249 -6.49 1.58 1.45
      09J16 203.3 201.4 2.923 3 0.714 656 0.709 504 7.00 37.12 0.19 0.114 0 0.512 158 -8.06 1.51 1.57
      J10 217.5 184.6 3.412 1 0.717 065 0.711 052 8.37 40.56 0.21 0.124 8 0.512 230 -6.82 1.57 1.47
      沙店花岗岩体,t=125 Ma
      08S29-1 284.5 140.0 5.889 6 0.724 808 0.714 345 8.55 41.60 0.21 0.124 3 0.512 267 -6.08 1.50 1.42
      08S32-1 247.0 156.2 4.581 0 0.721 756 0.713 617 9.18 47.45 0.19 0.117 0 0.512 249 -6.32 1.42 1.43
      09S05 300.0 134.3 6.466 8 0.714 224 0.702 735 10.33 49.92 0.21 0.125 2 0.512 246 -6.51 1.55 1.45
      围岩,t=900 Ma
      08J33-4 143.6 225.2 1.845 6 0.708 643 0.684 905 5.98 29.28 0.20 0.1234 0.512 299 1.83 1.43 1.41
      注:(1) (87Sr/86Sr)i=(87Sr/86Sr)S+(87Rb/86Sr)S×(eλt-1), λ=1.42×10-11 a-1.(2) εNd(t)=[(143Nd/144Nd)S/(143Nd/144Nd)CHUR(t)-1]×104,(143Nd/144Nd)CHUR(t)=0.512 638-0.196 7×(eλt-1).(3)TDM1=1/λ×ln{1+[((143Nd/144Nd)S-(143Nd/144Nd)DM)/((147Sm/144Nd)S-(147Sm/144Nd)DM)]}; TDM2=1/λ×ln{1+[(143Nd/144Nd)S-(143Nd/144Nd)DM-((147Sm/144Nd)S-(147Sm/144Nd)C)×(eλt-1)]/[(147Sm/144Nd)C-(147Sm/144Nd)DM]}.
      公式中的下标S、CHUR、DM、C分别表示样品测量值、球粒陨石值、亏损地幔值、大陆地壳平均值, (143Nd/144Nd)DM=0.513 15, (147Sm/144Nd)DM=0.213 7, (147Sm/144Nd)C=0.118; λSm-Nd=6.54×10-12 a-1; t代表岩浆结晶年龄.
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    出版历程
    • 收稿日期:  2019-05-14
    • 刊出日期:  2020-04-15

    赣西北小九宫-沙店白垩纪花岗岩的岩石成因及构造意义

      通讯作者: 马昌前, cqma@cug.edu.cn
      作者简介: 王艳(1985-), 女, 工程师, 硕士, 主要从事地质矿产勘查和岩矿鉴定工作
    • 1. 广东省有色地质勘查院, 广东广州 510080
    • 2. 中国地质大学地球科学学院, 湖北武汉 430074
    • 3. 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室, 湖北武汉 430074
    • 4. 西南交通大学地球科学与环境工程学院, 四川成都 611756
    基金项目:  中央高校基本科研业务费专项资金资助项目 CUGCJ1711中央高校基本科研业务费专项资金引智项目 DL20180059

    摘要: 赣西北-湘东北地区出露较多晚中生代花岗岩,并与中、下扬子地区晚中生代花岗岩组成一条NEE向岩浆岩带.通过对赣西北小九宫和沙店花岗岩进行系统的岩石学、年代学、元素地球化学、全岩Sr-Nd同位素研究,探讨其岩石成因及其构造意义.小九宫和沙店花岗岩的岩石类型主要为中粗粒斑状黑云二长花岗岩,LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明,其形成年龄分别为124±1 Ma和125±1 Ma,均为燕山晚期花岗岩.小九宫和沙店花岗岩均具有高钾、钙碱性、贫铁镁的含量特征,主要为弱过铝质花岗岩.两岩体具有相似的稀土元素分布型式和微量元素特征,表现为轻稀土富集的右倾型式,具有明显的Eu负异常(Eu/Eu*=0.17~0.50),富集K、Rb、Th、U等大离子亲石元素,亏损Ba、Sr、P和高场强元素Nb、Ta、Ti等.主量、微量元素地球化学特征显示,两岩体为高钾钙碱性Ⅰ型花岗岩.小九宫和沙店花岗岩的εNdt)值分别为-8.06~-6.20、-6.51~-6.08,两阶段模式年龄(TDM2)分别为1.42~1.57 Ga、1.42~1.45 Ga.Sr-Nd同位素组成和地球化学特征表明,两岩体主要来源于下地壳源区,其源岩可能为中元古代中性-基性火成岩.小九宫和沙店花岗岩体通过岩墙扩张作用方式被动侵位,结合区域构造背景,认为两岩体形成于伸展构造环境.地幔物质上涌可能为下地壳火成岩部分熔融提供持续的热源,岩浆在上升过程中经历明显的分离结晶作用.岩体中含有少量微粒包体及围岩捕虏体,反映岩浆在上升过程中可能受到较弱的混染作用.区域对比表明,从燕山早期到燕山晚期,赣西北-湘东北地区花岗质岩浆源区存在压力变小的趋势,可能反映了地壳的明显减薄.

    English Abstract

      • 中生代岩浆岩在华南地区广泛分布,仅浙、闽、赣、粤、湘等东南五省的出露面积就多达218 000 km2,其出露面积还呈现由内陆向东南沿海省域增多的趋势(Zhou et al., 2006).在华南中生代岩浆岩中,花岗岩和相应火山岩的分布面积占90%以上,基性岩则很少(Zhou et al., 2006).这些中生代花岗岩主要形成于3个阶段:早中生代印支期(T1 T3,251~205 Ma)、晚中生代燕山早期(J2 J3,180~142 Ma)和燕山晚期(K1 K2,142~66 Ma)(Zhou et al., 2006).其中,晚中生代燕山晚期的花岗岩类主要集中在江南造山带以东和下扬子等沿海地区,内陆地区则较为少见.前人对中下扬子地区晚中生代岩浆岩开展了大量高精度年代学研究,发现中扬子地区主要为燕山早期花岗岩,下扬子地区主要为燕山晚期花岗岩,构成一条NEE向的花岗岩带(图 1),带内岩浆活动时间具有自西南向东北变新的趋势(Li et al., 2009, 2010Wu et al., 2012Wang et al., 2014).这一特征与华南地区晚中生代燕山期岩浆岩整体上呈现的NE向带状展布(图 1),及华南板块存在的一系列NE向构造带较为一致,可能具有相同的成因.

        图  1  华南晚中生代岩浆岩分布

        Figure 1.  Distribution of the Late Mesozoic magmatic rocks in South China

        Zhou et al.(2006)修改

        岩浆作用与构造活动之间常有密切的成因联系和时空关系.一方面,岩浆的上升和侵位受区域构造控制(Hutton, 1988),特别是斜向挤压、走滑剪切和伸展剪切构造对岩浆的控制作用尤为显著.另一方面,岩浆活动会诱导或有利于地壳的伸展构造活动,从而引发一系列的构造-热动力效应(王涛等,2007),因此花岗岩浆的上升、迁移和侵位也是区域构造的动力来源之一.此外,花岗岩常伴随着多期构造运动的始终,在岩浆上升、迁移和侵位及后期的改造过程中都记录了大部分区域构造变形历史,孕育了丰富的构造变形信息,对构造动力学研究有重要意义.赣西北-湘东北地区发育一系列晚中生代花岗岩,大部分岩体沿NE向断裂分布,如幕阜山、望湘、长乐街岩体沿NE向新宁-灰汤深大断裂分布,连云山岩体沿NE向长沙-平江深大断裂分布,小九宫、沙店岩体沿NE向断裂分布.因此,深入研究这些花岗岩体的侵位机制和构造变形特征可以为探讨区域构造动力学背景提供有用信息.

        本文选择中扬子地区分布于一条NE向断裂两侧的小九宫和沙店花岗岩体为研究对象,通过系统的野外观察、锆石U Pb年代学、岩石地球化学和全岩Sr Nd同位素研究,分析了小九宫岩体、沙店岩体的形成时代、岩石成因以及侵位机制,在此基础上,探讨了中扬子地区晚中生代燕山晚期岩浆岩形成的地球动力学背景.

      • 华南由扬子板块和华夏板块碰撞拼合而成,江南造山带为扬子板块和华夏板块的结合部位,其北为扬子板块,南为华夏板块.目前对扬子与华夏板块的碰撞拼合时间仍存在争议,一是在中元古代晚期到新元古代早期(Li et al., 2002),二是在新元古代中期或更晚(Zhou et al., 2002).扬子板块由太古代-早新元古代的基底和震旦系-新生代的盖层组成.宜昌地区的崆岭杂岩是扬子板块出露的最古老岩石,由太古代-古元古代高级变质的TTG(英云闪长岩、奥长花岗岩和花岗闪长岩)片麻岩、变质沉积岩和角闪岩组成.晚古元古代-早新元古代的基底岩石主要出露在扬子板块周缘,遭受过不同程度的变形和低-中级变质作用.

        赣西北地区处于扬子板块东南缘,扬子与华夏板块碰撞会聚带中段.区内沉积地层发育齐全,从元古代至中-新生代地层均有出露,尤以元古代冷家溪群/双桥山群、早古生代地层分布广泛,新生代以前的地层多呈带状分布,走向为NEE NE向.地质构造十分发育,构造形迹错综复杂,区域上主构造总体呈NE向展布,并叠加在近EW向古构造体系之上.褶皱构造包括浅变质基底褶皱和盖层褶皱,基底褶皱由一系列近EW向线状紧密复式褶皱组成,盖层褶皱由一系列近EW向、NEE向线状开阔复式褶皱组成.断裂构造由NE向、近EW向、NEE向以及NW向断裂组成,成组成带互有切割,构成了错综复杂的断裂系统.岩浆岩分布广泛,主要为新元古代中期、晚中生代侵入岩,岩石类型较多,以酸性-中酸性岩为主,中性-基性岩较少.晚中生代花岗岩多呈岩基或大的岩株状产出,岩体分布及形态受区域性NE向构造影响,呈NE向展布.以往的年代学研究表明,赣西北-湘东北地区晚中生代花岗岩主要形成于183~144 Ma(Wang et al., 2014),多属于燕山早期(侏罗纪).燕山晚期形成的花岗岩体则相对较少,反映该区燕山晚期的岩浆活动明显弱于燕山早期.小九宫花岗岩体和沙店花岗岩体位于鄂、赣交界处,侵位于早新元古代双桥山群/冷家溪群中,均呈岩株状产出,总体呈NE向展布.两岩体分别位于一条NE向断层的两侧,两者之间的距离约为10 km,岩体与围岩之间局部以断层接触.两岩体的主要岩石类型均为中粗粒斑状黑云母二长花岗岩.如果它们是同时代的产物,则意味着岩体侵位后还受到了强烈的断裂作用的改造.然而,到目前为止,对这两个被断层错开的花岗岩体的形成时代还没有精确年代学限制,同时也缺少详细的岩石地球化学和岩石成因研究.本文所用样品的采样点位置见图 2.

        图  2  小九宫和沙店花岗岩体地质简图及采样位置

        Figure 2.  Simplified geological map showing the distribution of the Xiaojiugong and Shadian granitic plutons and the sample locations

      • 小九宫花岗岩体的出露面积约53 km2,东南边界受NE向断层控制.岩体北侧与九宫山新元古代中期片麻状花岗岩(王艳等,2018)呈侵入接触,与围岩双桥山群的侵入界线清楚,接触面倾向于围岩,局部见花岗岩呈岩脉状或岩枝状穿插在围岩中.在接触带未见明显的冷凝边,内接触带含有少量围岩捕虏体,捕虏体为次圆状-圆状,具有部分熔融现象,部分捕虏体与寄主岩之间可见以石英为主的浅色环带,还见个别长石晶体局部生长到捕虏体中.岩体中含少量微粒包体和富云包体,包体呈圆状-椭圆状、不规则形态,主要分布在岩体边部,个别微粒包体中见长石捕虏晶.小九宫花岗岩体的主要岩石类型有:中粗粒斑状黑云二长花岗岩、细粒含斑黑云二长花岗岩以及中粒二长花岗岩、细粒二长花岗岩.在中粒二长花岗岩与细粒二长花岗岩的接触部位,中粒二长花岗岩发育冷凝边结构;细粒二长花岗岩岩脉切割中粗粒斑状黑云二长花岗岩伸入到围岩中的岩枝;而中粗粒斑状黑云二长花岗岩与细粒含斑黑云二长花岗岩之间未见明显界线,两者可能为过渡关系.据此判断不同岩石类型的侵入先后次序为:中粗粒斑状黑云二长花岗岩、细粒含斑黑云二长花岗岩→细粒二长花岗岩→中粒二长花岗岩.中粗粒斑状黑云二长花岗岩出露面积最广,其外侧与双桥山群呈侵入接触;细粒含斑黑云二长花岗岩出露面积次之,主要分布在岩体北侧边部;中粒二长花岗岩与细粒二长花岗岩的出露面积则很小,呈脉状分布.

        (1)中粗粒斑状黑云二长花岗岩:呈灰白色,块状构造.具有似斑状结构,斑晶约占5%,为斜长石和碱性长石.基质为中粗粒结构,主要矿物有斜长石(32%~40%)、碱性长石(为条纹长石及微斜长石,30%~40%)、石英(20%~25%),次要矿物有黑云母(4%~5%),副矿物有磷灰石、锆石、黄铁矿、磁铁矿、榍石和褐帘石等.

        (2)细粒含斑黑云二长花岗岩:呈浅灰色,块状构造.具有似斑状结构,斑晶约占2%,为碱性长石、斜长石以及石英.基质为细粒结构,主要矿物有碱性长石(为条纹长石及微斜长石,37%~40%)、斜长石(30%~32%)、石英(22%~25%),次要矿物有黑云母(4%~5%)、白云母(1%~2%),副矿物有锆石、磷灰石、磁铁矿、榍石及褐帘石等.

        (3)细粒二长花岗岩:呈白色,块状构造.具有细粒花岗结构,主要矿物有碱性长石(为条纹长石及微斜长石,43%)、斜长石(25%)、石英(30%),次要矿物有黑云母(1%),副矿物有磷灰石、锆石、榍石及磁铁矿.

        (4)中粒二长花岗岩:呈浅灰白色,块状构造.具有中粒花岗结构,主要矿物有碱性长石(为条纹长石,40%)、斜长石(30%)、石英(28%),次要矿物有黑云母(2%),副矿物有榍石、磷灰石、锆石、磁铁矿及黄铁矿等.

      • 沙店岩体的出露面积约43 km2,西北侧与双桥山群-早古生代地层呈断层接触.岩石类型比较单一,为中粗粒斑状黑云二长花岗岩,岩体中见少量细粒斑状黑云二长花岗岩的条带状团块和短脉,脉体边部有长石和石英组成的浅色反应边,岩体与其内的细粒斑状黑云二长花岗岩团块被后期伟晶岩脉切穿.岩体内局部见少量钾长石条带、团块和环带.另外,岩体中见宽度 > 10 m的细粒钾长花岗岩脉、浅色细粒斑状含黑云母花岗岩脉(斑晶为斜长石、黑云母)和宽约为5 m的花岗伟晶岩脉.岩体中含有微粒包体、富云包体以及围岩捕虏体,包体呈圆状-椭圆状以及棱角状(图 3),包体大小主要在3~7 cm之间,围岩捕掳体多呈棱角状或条带状,个体大小悬殊,部分有熔融现象.根据微粒包体的结构及矿物特征可以分为多种类型:均一包体(图 3a)、非均一“弥漫型”包体(图 3b)、非均一“截然型”包体(图 3c,3e)、双重包体(图 3d).微粒包体主要由斜长石、黑云母、石英、碱性长石组成,副矿物由磷灰石、磁铁矿和锆石组成,只有少数包体内含少量角闪石,岩性上主要为花岗闪长岩-英云闪长岩-石英闪长岩.不均一包体所占比例较大,边部矿物粒度变粗、暗色矿物含量较少,部分微粒包体边部的矿物组成与寄主岩一致.部分微粒包体内部有片麻状变质岩的核,表现为双重包体.微粒包体内具有明显的岩浆结构以及轻微熔融结构,在熔融产生的石英外围及内部有少量的玻璃质分布.

        图  3  沙店花岗岩体中微粒包体以及富云包体的野外照片

        Figure 3.  Field photographs of microgranular enclaves and biotite rich enclaves in the Shadian granitic pluton

        (1)中粗粒斑状黑云二长花岗岩:呈灰白色,块状构造.具有似斑状结构,斑晶约占5%,为斜长石、碱性长石,部分长石斑晶具有环斑结构.基质为中粗粒结构,主要矿物有斜长石(35%~40%)、碱性长石(主要为条纹长石,25%~30%)、石英(20%~25%),次要矿物有黑云母(6%~10%)、白云母(1%~2%),副矿物有磷灰石、锆石、磁铁矿、黄铁矿和榍石.岩体局部的碱性长石含量较高,可达35%~40%.

        (2)细粒斑状黑云二长花岗岩:呈灰色,块状构造.具有似斑状结构,斑晶约占25%,主要有斜长石(约14%)、黑云母(约7%)、碱性长石(为条纹长石,约3%)及石英(约1%).基质为细粒花岗结构,基质含量约75%,主要矿物有碱性长石(主要为条纹长石,约30%)、斜长石(约17%)、石英(约23%),次要矿物有黑云母(约5%),副矿物有磷灰石、锆石、榍石及磁铁矿.

        根据岩石的结构特征、矿物组成和矿物含量,对所分析样品进行详细的定名工作,在侵入岩QAP分类图解上,它们均落入二长花岗岩区域(图 4).

        图  4  小九宫和沙店花岗岩的Q A P图解

        Figure 4.  Q A P diagram for the Xiaojiugong and Shadian granites

      • 样品在机械破碎后,经淘洗、磁选和重液分选,然后在双目镜下挑纯,锆石的分选工作在廊坊市诚信地质服务有限公司利用标准技术进行.在双目镜下挑选出晶形完好、具有代表性的锆石颗粒,将选用的锆石颗粒置于环氧树脂浇铸的样品靶上,之后经磨蚀、抛光和镀金.将待测锆石进行透射光、反射光和阴极发光(CL)照相,以分析锆石的内部结构.锆石阴极发光(CL)图像分析在中国地质科学院矿产资源研究所的JEOL JXA 8900RL型电子探针上完成.

        锆石U Pb年代学测定在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA ICP MS)分析完成.实验使用的ICP MS为美国Agilent公司生产的Agilent 7500a,连接的激光剥蚀系统为德国MicroLas公司生产的GeoLas 2005.分析所用的激光束斑直径为32 μm,实验过程中采用氦气作载气.锆石U Pb同位素定年中采用国际标准锆石91500作外标进行同位素分馏校正,详细的分析流程和仪器参数见文献Liu et al.(2010).锆石测试点的U Th Pb元素含量、同位素比值和年龄计算采用软件ICPMSDataCal(Liu et al., 2010)完成.采用ComPbCorr#3_151的EXCEL程序对测试数据进行普通Pb校正,并采用Isoplot/Ex 3.23(Ludwig, 2003)程序进行谐和曲线绘制和加权平均年龄计算.单个锆石分析点的同位素比值与同位素年龄的误差均为1σ,206Pb/238U加权平均年龄按95%的置信度给出.

      • 岩相学分析后,选出用于全岩地球化学分析的新鲜岩石样品,并无污染粉碎至200目以下.主量元素分析在国土资源部武汉矿产资源监督检测中心(武汉综合岩矿测试中心)利用Regaku 3080E1型X射线荧光(XRF)光谱仪完成,详细的分析方法见文献Gao et al.(1991),分析精度优于5%.微量、稀土元素分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室利用Agilent 7500a型电感耦合等离子体质谱仪(ICP MS)分析完成.首先称取粉碎至200目的岩石粉末样品50 mg于Teflon溶样弹中,用1.5 mL HNO3+1.5 mL HF使Teflon溶样弹中的样品在195℃条件下消解48 h;然后将样品在115℃条件下蒸干,加入1 mL HNO3再次蒸干后,用3 mL 30% HNO3将样品在195℃条件下再次消解12 h;最后用2% HNO3将样品稀释到~100 g,定容于干净的聚乙烯塑料瓶中,待ICP MS测定.分析流程用国际标样AGV 2、BHVO 2、G 2和RGM 1进行检测.稀土元素的分析精度优于5%,其他微量元素的分析精度在5%~15%之间.详细的样品消解处理过程、分析精密度和准确度同文献Liu et al.(2008).

      • 全岩Sr Nd同位素分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室利用Finnigan Triton型热电离同位素质谱仪(TIMS)完成.首先称取50~100 mg岩石粉末样品于Teflon溶样弹中,加入3 mL HNO3+HF的混合酸使Teflon溶样弹中的样品在195℃条件下消解48 h,将样品在115℃条件下蒸干.然后采用Dowex AG50WX12阳离子交换树脂分离Rb、Sr和REE,再用Eichrom Ln Spec树脂分离Sm和Nd,待同位素质谱仪测定Sr、Nd同位素比值.仪器的准确度分别用国际标样SRM NBS987和La Jolla进行检测.测得的87Sr/86Sr和143Nd/144Nd比值分别用86Sr/88Sr=0.119 4和146Nd/144Nd=0.721 9进行标准化.详细的实验步骤和分析方法见文献Ling et al.(2009b).计算所用Sm、Nd、Rb和Sr元素的含量为ICP MS方法测得.

      • 样品09J16采自小九宫花岗岩体中的中粗粒斑状黑云二长花岗岩(29°22′03.06″N,114°40′54.66″E),对19颗锆石进行了20个分析点的年龄测定.样品中的锆石主要为无色透明-浅黄褐色的自形晶,锆石颗粒大小较为均一,粒径变化于100~340 μm,长宽比为1:1~5:1.代表性锆石CL图像显示锆石的内部结构清晰,具有典型的振荡生长环带,指示其为岩浆成因锆石;部分锆石中具有很小的残留锆石核;少数锆石内部具有很弱的阴极发光,可能是其极高的Th、U含量所引起.锆石中的Th、U含量较高,且变化范围较宽,Th含量一般为123×10-6~864×10-6,U含量一般为132×10-6~1 095×10-6,分析点19.1的Th、U含量非常高,分别为8 695×10-6、5 046×10-6(附表1).锆石的Th/U比值介于0.32~1.72,具有岩浆成因锆石的化学成分特征.在锆石U Pb年龄谐和图上(图 5a),除了分析点4.1偏离谐和线外,其余19个分析点均位于谐和线上.分析点9.1的206Pb/238U年龄为113±2 Ma,明显低于其余分析点,可能是由于信号不稳定所造成.其余18个分析点的206Pb/238U年龄为122~127 Ma,对应的加权平均年龄为124±1 Ma(MSWD=2.4),代表了小九宫花岗岩体的形成年龄.

        图  5  小九宫和沙店花岗岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图

        Figure 5.  LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagrams for the Xiaojiugong and Shadian granites

        样品08S29 1采自沙店岩体中的中粗粒含斑黑云二长花岗岩(29°25′29.28″N,114°50′33.00″E),对21颗锆石进行了21个分析点的年龄测定.样品中的锆石主要为无色或浅黄色自形晶,粒径变化于100~450 μm,长宽比为1.3:1~6:1.代表性锆石CL图像显示锆石的内部结构清晰,绝大部分锆石发育很好的韵律环带,少数发育扇形环带,具有典型岩浆锆石的结构特征;部分锆石具有浑圆状的残留锆石核.锆石的Th、U含量变化范围很大,Th含量为104×10-6~509×10-6、U含量为70×10-6~3 561×10-6(附表 1).除一个分析点(14.1)具有极低的Th/U比值(0.08)外,其余锆石的Th/U比值介于0.13~1.65.在锆石U Pb年龄谐和图上(图 5b),除3.1、15.1和16.1三个分析点偏离谐和线之外,其余18个分析点均位于谐和线上或附近.分析点4.1和10.1的206Pb/238U年龄(分别为135±1 Ma、142±2 Ma)明显高于其余分析点,没有被纳入206Pb/238U加权平均年龄的计算范围内.其余16个锆石分析点的206Pb/238U年龄为120~129 Ma,对应的加权平均年龄为125±1 Ma(MSWD=2.3),代表沙店花岗岩体的形成年龄.

      • 小九宫花岗岩的SiO2含量较高,为70.17%~74.68%.岩石具有较高的K2O(3.92%~5.23%)、Na2O(2.99%~3.64%)及CaO(1.06%~2.30%)含量,中等的Al2O3(13.29%~14.76%)含量,较低的Fe2O3T(1.18%~2.60%)、TiO2(0.16%~0.45%)、MgO(0.25%~0.83%)、P2O5(0.04%~0.17%)和MnO(0.04%~0.07%)含量(表 1).岩石具有较高的全碱含量(K2O+Na2O=7.38%~8.47%)和K2O/Na2O比值(1.08~1.74),属于高钾钙碱性系列(图 6a).铝饱和指数A/CNK=1.02~1.08,A/NK=1.21~1.44,为弱过铝质花岗岩(图 6b).花岗岩的Mg#值较低,变化于25~35.花岗岩的分异指数DI为81~91.在Harker图解中(图 7),小九宫花岗岩的Al2O3、TiO2、Fe2O3T、MgO和CaO与SiO2具有明显的线性负相关关系;随着SiO2含量的增加,K2O含量增加,P2O5、Na2O含量则无明显变化趋势.SiO2与其他氧化物的相关关系表明岩浆的演化过程中可能存在有长石、铁镁矿物和Ti–Fe氧化物的分异结晶作用.

        样品号 沙店花岗岩体 小九宫花岗岩体 围岩
        08S28-1 08S29-1 08S30-1 08S32-1 09S01 09S04 09S05 09J13 09J14 09J15 09J16 09J18-2 08J33-4
        SiO2 69.43 70.65 70.84 69.64 70.54 70.84 69.95 72.81 72.26 72.33 70.17 74.68 66.33
        TiO2 0.62 0.50 0.49 0.57 0.53 0.53 0.54 0.32 0.37 0.42 0.45 0.16 0.75
        Al2O3 14.27 14.16 14.09 14.25 14.31 13.96 14.08 13.91 13.65 13.86 14.76 13.29 15.89
        Fe2O3T 3.11 2.65 2.57 2.98 2.72 2.76 2.97 1.75 2.31 2.27 2.60 1.18 4.87
        MnO 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.07 0.04 0.05 0.07 0.07 0.05 0.09
        MgO 1.02 0.83 0.81 1.00 0.86 0.86 0.89 0.46 0.55 0.77 0.83 0.25 1.55
        CaO 2.13 1.76 1.61 2.06 2.00 1.89 1.94 1.19 1.28 1.74 2.30 1.06 1.62
        Na2O 3.27 3.37 3.32 3.37 3.19 3.13 3.35 3.13 2.99 3.06 3.64 3.26 3.16
        K2O 4.73 4.59 4.77 4.77 4.45 4.59 4.79 5.23 5.19 4.32 3.92 5.21 3.32
        P2O5 0.19 0.20 0.20 0.19 0.24 0.25 0.24 0.14 0.17 0.15 0.12 0.04 0.10
        H2O+ 0.55 0.68 0.69 0.63 0.55 0.60 0.66 0.60 0.67 0.55 0.67 0.46 1.56
        CO2 0.15 0.15 0.15 0.07 0.12 0.12 0.10 0.12 0.12 0.10 0.08 0.15 0.11
        Total 99.53 99.60 99.60 99.59 99.57 99.59 99.58 99.70 99.61 99.64 99.61 99.79 99.35
        A/CNK 0.99 1.03 1.04 0.99 1.04 1.03 0.99 1.07 1.06 1.08 1.02 1.03 1.35
        A/NK 1.36 1.35 1.33 1.33 1.42 1.38 1.32 1.29 1.30 1.43 1.44 1.21 1.81
        K2O+Na2O 8.00 7.96 8.09 8.14 7.64 7.72 8.14 8.36 8.18 7.38 7.56 8.47 6.48
        K2O/Na2O 1.45 1.36 1.44 1.42 1.39 1.47 1.43 1.67 1.74 1.41 1.08 1.60 1.05
        Mg# 34 33 34 35 34 33 32 30 28 35 34 25 34
        Be 3.85 3.80 4.28 3.63 4.83 4.55 4.78 2.66 2.83 5.22 4.55 5.11 2.27
        Sc 8.55 8.17 7.28 8.28 8.63 8.87 9.97 6.24 7.74 8.72 8.09 6.90 15.55
        V 50.5 45.2 39.1 47.5 44.9 45.0 48.5 19.0 26.3 37.5 45.3 9.2 89.2
        Cr 13.2 11.9 10.1 36.5 11.9 10.9 11.2 4.4 9.8 10.8 12.0 3.4 55.7
        Co 7.23 6.55 5.75 7.30 6.24 6.05 6.57 2.94 3.96 5.22 5.89 1.39 12.88
        Ni 8.24 7.15 6.08 21.80 6.88 7.05 7.58 3.22 5.24 7.46 7.21 2.15 22.93
        Cu 62.90 7.54 6.83 4.64 6.80 34.70 23.40 1.40 11.40 7.40 17.00 13.60 7.30
        Zn 63.8 70.7 63.0 62.1 58.3 52.3 62.5 39.5 119.8 60.9 60.0 29.9 86.1
        Ga 18.9 21.9 19.6 19.0 19.7 19.7 20.4 19.6 20.2 18.7 18.3 17.8 20.0
        Rb 234 285 281 247 259 269 300 295 335 278 203 348 144
        Sr 152.0 140.0 117.0 156.0 133.0 133.0 134.0 84.2 90.1 135.0 201.0 53.6 225.0
        Y 38.3 39.9 36.0 38.8 39.4 45.4 49.6 43.9 51.6 49.5 36.0 61.3 35.4
        Zr 212 196 194 201 270 197 280 193 196 236 203 119 228
        Nb 15.0 16.9 15.4 15.3 13.6 14.4 16.7 16.3 19.0 18.7 16.3 22.5 10.3
        Cs 12.5 20.5 19.4 11.8 12.5 18.2 21.7 9.0 19.6 13.5 19.4 16.3 15.2
        Ba 501 446 411 493 414 467 441 424 451 384 698 199 675
        La 43.9 40.5 35.7 45.9 48.8 48.9 50.3 47.3 52.0 45.8 47.7 37.2 29.3
        Ce 97.3 89.0 79.9 102 103.7 102.3 105.2 96.8 106.5 93.9 89.5 78.1 62.8
        Pr 11.9 11.0 9.72 12.5 12.8 12.4 12.9 11.6 12.6 11.3 10.3 9.3 7.4
        Nd 45.3 41.6 37.0 47.4 50.4 48.3 49.9 43.2 47.7 43.2 37.1 35.2 29.3
        Sm 8.94 8.55 7.62 9.18 10.00 9.81 10.30 8.99 10.20 9.08 7.00 8.14 5.98
        Eu 1.18 1.06 0.91 1.16 1.09 1.09 1.07 0.74 0.76 0.91 1.08 0.44 1.38
        Gd 7.53 7.64 6.86 7.69 8.15 8.55 8.73 7.70 8.98 7.76 6.18 7.74 5.81
        Tb 1.17 1.22 1.09 1.20 1.23 1.36 1.40 1.26 1.46 1.27 0.97 1.35 0.99
        Dy 6.73 7.13 6.38 7.01 6.89 7.71 8.02 7.30 8.41 7.69 5.77 8.52 6.21
        Ho 1.31 1.35 1.22 1.39 1.27 1.42 1.54 1.41 1.61 1.52 1.16 1.77 1.31
        Er 3.60 3.66 3.44 3.74 3.63 4.07 4.49 4.00 4.71 4.55 3.44 5.77 3.58
        Tm 0.54 0.55 0.51 0.57 0.52 0.57 0.65 0.62 0.69 0.69 0.53 0.92 0.55
        Yb 3.48 3.69 3.39 3.63 3.36 3.60 4.26 4.11 4.53 4.78 3.60 6.48 3.72
        Lu 0.50 0.51 0.50 0.53 0.50 0.51 0.64 0.60 0.66 0.71 0.54 1.06 0.57
        Hf 6.06 5.79 5.72 5.73 7.46 5.53 7.69 5.79 5.89 7.00 5.75 4.97 6.35
        Ta 1.49 1.84 1.69 1.52 1.32 1.63 1.93 1.73 1.96 1.92 1.82 2.76 0.76
        Pb 25.3 28.8 25.4 26.4 74.4 271.0 53.5 27.2 394.9 55.8 19.8 308.0 15.8
        Th 28.0 26.1 23.7 31.4 34.9 30.4 31.4 32.5 35.3 31.0 23.2 50.5 10.2
        U 4.73 8.71 4.31 6.33 7.22 9.00 11.12 4.79 6.48 8.90 3.63 15.57 2.08
        (La/Yb)N 9.04 7.86 7.56 9.06 10.41 9.73 8.47 8.25 8.23 6.88 9.52 4.12 5.65
        Eu/Eu* 0.44 0.40 0.38 0.42 0.37 0.36 0.34 0.27 0.24 0.33 0.50 0.17 0.72
        TZr(℃) 800 800 800 795 831 801 826 806 806 824 801 762 /
        注:Fe2O3T为全铁;A/CNK=摩尔Al2O3/(CaO+Na2O+K2O);A/NK=摩尔Al2O3/(Na2O+K2O);Mg#=100×Mg2+/(Mg2++T Fe2+);Eu/Eu*=EuN/(SmN×GdN)1/2,下标N表示球粒陨石标准化后的数据,球粒陨石标准化数值引自Sun and McDonough(1989)TZr=12 900/[2.95+0.85M+ln(496 000/Zrmelt)](Miller et al., 2003),Zrmelt为熔体中Zr含量,M=(Na+K+2×Ca)/(Al×Si)(Watson and Harrison, 1983).

        表 1  小九宫、沙店花岗岩及围岩的主量(%)、稀土(10-6)和微量元素(10-6)分析结果

        Table 1.  Major (%), rare earth (10-6) and trace element (10-6) data for the Xiaojiugong and Shadian granites and surrounding rocks

        图  6  小九宫和沙店花岗岩的K2O-SiO2(a)和A/NK-A/CNK图解(b)

        Figure 6.  Diagrams of SiO2 vs. K2O(a) and A/NK vs. A/CNK (b) for the Xiaojiugong and Shadian granites

        图  7  小九宫和沙店花岗岩的Harker图解

        Figure 7.  Harker diagrams for the Xiaojiugong and Shadian granites

        沙店花岗岩体的岩石化学成分比较均一,SiO2含量为69.43%~70.84%,略低于小九宫花岗岩.岩石具有较高的K2O(4.45%~4.79%)、Na2O(3.13%~3.37%)及CaO(1.61%~2.13%)含量,中等的Al2O3含量(13.96%~14.31%),低的MnO含量(0.06%~0.07%)(表 1).与小九宫花岗岩相比,沙店花岗岩具有稍高的TiO2(0.49%~0.62%)、Fe2O3T(2.57%~3.11%)、MgO(0.81%~1.02%,)和P2O5(0.19%~0.25%)含量.全碱含量较高,K2O+Na2O含量为7.64%~8.14%,并具有较高的K2O/Na2O比值(1.36~1.47),属于高钾钙碱性系列(图 6a).铝饱和指数A/CNK=0.99~1.04,A/NK=1.32~1.42,为准铝质-弱过铝质花岗岩(图 6b).花岗岩的Mg#值亦较低,变化于32~35之间.沙店花岗岩的分异指数DI为81~84,稍低于小九宫花岗岩.在Harker图解中(图 7),沙店花岗岩的TiO2、Fe2O3T、MgO和CaO与SiO2呈明显的线性负相关关系;Al2O3与SiO2表现出弱的负相关性;P2O5、K2O、Na2O与SiO2之间则无明显的线性关系.氧化物之间的线性关系,反映出岩浆的演化过程中可能存在铁镁矿物、长石和Ti Fe氧化物的分异结晶作用.

      • 小九宫花岗岩中的稀土元素总量(∑REE)较高,介于202.05×10-6~260.82×10-6.所分析样品具有相似的球粒陨石标准化稀土元素分布型式(图 8a),为轻稀土(LREE)富集的右倾型式,轻、重稀土分异程度中等,(La/Yb)N=4.12~9.52,轻稀土(LREE)右倾明显,重稀土(HREE)则较平坦,具有明显的Eu负异常(Eu/Eu*=0.17~0.50).所有样品的LREE含量较为一致,而样品09J18 2的HREE含量则有所增加,这可能与样品中含有较多的锆石、磷灰石等副矿物有关.在原始地幔标准化微量元素蛛网图中(图 8c),明显富集Rb、K等大离子亲石元素(LILEs)和Th、U,强烈亏损Sr、Ba、P和高场强元素(HFSEs)Nb、Ta、Ti等,Zr相对相邻元素亦有轻微亏损.在Harker图解中(图 7),Ba、Sr、V、Zr与SiO2成负相关关系,而Rb、Y、Yb与SiO2成正相关关系.

        图  8  小九宫、沙店花岗岩及围岩的球粒陨石标准化稀土元素分布型式(a, b)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(c, d)

        Figure 8.  Chondrite normalized REE patterns (a, b) and primitive mantle normalized trace element spidergrams (c, d) for the Xiaojiugong and Shadian granites and surrounding rocks

        沙店花岗岩中的稀土元素总量(∑REE)较高,介于194.24×10-6~259.34×10-6.所分析样品具有平行的球粒陨石标准化稀土元素分布型式(图 8b),表现为轻稀土富集的右倾型式,轻、重稀土分异程度中等,(La/Yb)N=7.56~10.41,轻稀土右倾明显,重稀土较平坦,具有明显的Eu负异常(Eu/Eu*=0.34~0.44).在原始地幔标准化微量元素蛛网图中(图 8d),与小九宫花岗岩具有类似的特征,明显富集Rb、K、Th、U等元素,强烈亏损Nb、Ta、Ti、Ba、Sr、P等,Zr相对相邻元素亦有轻微亏损.在Harker图解(图 7)中,Ba、Sr、V与SiO2成负相关关系,Rb与SiO2成正相关关系,而Zr、Y、Yb与SiO2的相关性不明显.

      • 代表性岩石样品的Sr Nd同位素分析结果见表 2,小九宫和沙店花岗岩的Sr同位素初始比值(87Sr/86Sr)i与εNd(t)值计算中的时间t分别采用其岩浆结晶年龄124 Ma和125 Ma.

        样品号 Rb
        (10-6)
        Sr
        (10-6)
        87Rb/86Sr 87Sr/86Sr (87Sr/86Sr)i Sm
        (10-6)
        Nd
        (10-6)
        Sm/Nd 147Sm/144Nd 143Nd/144Nd εNd(t) TDM1
        (Ga)
        TDM2
        (Ga)
        小九宫花岗岩体,t=124 Ma
        09J13 294.8 84.2 10.149 2 0.732 827 0.714 941 8.99 43.18 0.21 0.125 9 0.512 263 -6.20 1.54 1.42
        09J15 278.4 134.8 5.980 9 0.718 965 0.708 424 9.08 43.23 0.21 0.126 9 0.512 249 -6.49 1.58 1.45
        09J16 203.3 201.4 2.923 3 0.714 656 0.709 504 7.00 37.12 0.19 0.114 0 0.512 158 -8.06 1.51 1.57
        J10 217.5 184.6 3.412 1 0.717 065 0.711 052 8.37 40.56 0.21 0.124 8 0.512 230 -6.82 1.57 1.47
        沙店花岗岩体,t=125 Ma
        08S29-1 284.5 140.0 5.889 6 0.724 808 0.714 345 8.55 41.60 0.21 0.124 3 0.512 267 -6.08 1.50 1.42
        08S32-1 247.0 156.2 4.581 0 0.721 756 0.713 617 9.18 47.45 0.19 0.117 0 0.512 249 -6.32 1.42 1.43
        09S05 300.0 134.3 6.466 8 0.714 224 0.702 735 10.33 49.92 0.21 0.125 2 0.512 246 -6.51 1.55 1.45
        围岩,t=900 Ma
        08J33-4 143.6 225.2 1.845 6 0.708 643 0.684 905 5.98 29.28 0.20 0.1234 0.512 299 1.83 1.43 1.41
        注:(1) (87Sr/86Sr)i=(87Sr/86Sr)S+(87Rb/86Sr)S×(eλt-1), λ=1.42×10-11 a-1.(2) εNd(t)=[(143Nd/144Nd)S/(143Nd/144Nd)CHUR(t)-1]×104,(143Nd/144Nd)CHUR(t)=0.512 638-0.196 7×(eλt-1).(3)TDM1=1/λ×ln{1+[((143Nd/144Nd)S-(143Nd/144Nd)DM)/((147Sm/144Nd)S-(147Sm/144Nd)DM)]}; TDM2=1/λ×ln{1+[(143Nd/144Nd)S-(143Nd/144Nd)DM-((147Sm/144Nd)S-(147Sm/144Nd)C)×(eλt-1)]/[(147Sm/144Nd)C-(147Sm/144Nd)DM]}.
        公式中的下标S、CHUR、DM、C分别表示样品测量值、球粒陨石值、亏损地幔值、大陆地壳平均值, (143Nd/144Nd)DM=0.513 15, (147Sm/144Nd)DM=0.213 7, (147Sm/144Nd)C=0.118; λSm-Nd=6.54×10-12 a-1; t代表岩浆结晶年龄.

        表 2  小九宫、沙店花岗岩及围岩的Sr-Nd同位素组成

        Table 2.  Whole-rock Sr and Nd isotopic compositions for the Xiaojiugong and Shadian granites and surrounding rocks

        小九宫花岗岩的Rb/Sr比值较高(1.01~3.50,均值1.94),87Rb/86Sr比值为2.923 3~10.149 2,87Sr/86Sr比值为0.714 656~0.732 827,用t=124 Ma(岩浆结晶年龄)计算得到的初始(87Sr/86Sr)i比值为0.708 424~0.714 941,比值大小较一致,具有代表性.样品的Sm/Nd比值为0.19~0.21,变化范围很小,指示它们未发生明显的Sm Nd同位素分异.具有较一致的147Sm/144Nd比值和143Nd/144Nd比值,分别为0.114 0~0.126 9和0.512 158~0.512 263.用t=124 Ma计算得到初始Nd同位素比值εNd(t)为-8.06~-6.20,对应的两阶段模式年龄(TDM2)为1.42~1.57 Ga(表 2).

        沙店花岗岩的Rb/Sr比值较高(1.58~2.23,均值1.95),87Rb/86Sr比值为4.581 0~6.466 8,变化范围很小,指示岩浆在侵位、结晶过程中及其后Rb Sr同位素体系基本上未受到外来流体的干扰;87Sr/86Sr比值为0.714 224~0.724 808.用t=125 Ma(岩浆结晶年龄)计算获得初始(87Sr/86Sr)i比值,除样品09S05的初始(87Sr/86Sr)i比值较低外((87Sr/86Sr)i=0.702 735),其余样品的初始(87Sr/86Sr)i比值为0.713 617~0.714 345,比值大小较一致,具有代表性.Sm/Nd比值为0.19~0.21,147Sm/144Nd比值与143Nd/144Nd比值分别为0.117 0~0.125 2和0.512 246~0.512 267,比值大小较一致.用t=125 Ma计算的初始Nd同位素比值εNd(t)为-6.51~-6.08,对应的两阶段模式年龄(TDM2)为1.42~1.45 Ga(表 2).

      • 小九宫与沙店花岗岩的主要岩石类型为斑状黑云二长花岗岩,岩体的形成时代一致,在岩相学、矿物学及岩石地球化学方面均具有很好的一致性.在主要氧化物及微量元素对SiO2的Harker图解中(图 7),小九宫花岗岩与沙店花岗岩具有较一致的变化趋势;它们的稀土与微量元素特征一致(图 8),初始(87Sr/86Sr)i比值、εNd(t)值及模式年龄(TDM2)亦具有很好的一致性.因此,小九宫花岗岩与沙店花岗岩可能具有相同的源岩,两岩体可能是由来自同一个岩浆房的岩浆沿NE向断层的不同薄弱地带上升侵位而形成.

        小九宫和沙店花岗岩具有高钾、钙碱性的特征,其中小九宫花岗岩的SiO2含量略高于沙店花岗岩,均属于高钾钙碱性花岗岩类(KCG).所有样品的A/CNK值均低于1.1,为准铝质-弱过铝质花岗岩,不同于典型的S型花岗岩(A/CNK值通常高于1.1)(Chappell, 1999).随着SiO2含量的增加,Al2O3含量减少(图 7);随着Rb含量的增加,Y和Th含量有所增加(图 9a, 9b),与Ⅰ型花岗岩的演化趋势较一致(Chappell, 1999).样品具有较高的Zr含量(除样品09J18 2的Zr含量为119×10-6外,其余为193×10-6~280×10-6,平均值216×10-6),残留锆石核较少且很小,计算得到的锆石饱和温度较高(除样品09J18 2为762℃外,其余为795~831℃,平均值808℃)(表 1).样品中,元素组合(Zr+Nb+Ce+Y)的含量为281×10-6~451×10-6,平均值364×10-6;104Ga/Al比值为2.35~2.92,平均值2.62,在104Ga/Al Nb图解(图 9c)和(Zr+Nb+Ce+Y) FeOT/MgO图解(图 9d)中,小九宫和沙店花岗岩均有部分样品落入A型花岗岩区域内.但是,小九宫和沙店花岗岩的主要岩石类型为黑云二长花岗岩,其全碱含量(K2O+Na2O)为7.38%~8.47%,平均值为7.97%,低于A型花岗岩的全碱含量(8.5%)(Whalen et al., 1987),因此,小九宫和沙店花岗岩应为高钾钙碱性的Ⅰ型花岗岩.

        图  9  小九宫和沙店花岗岩的岩石类型判别图解

        Figure 9.  Diagrams of rock type discrimination for the Xiaojiugong and Shadian granites

      • 钙碱性Ⅰ型花岗岩的成因较复杂,可以由下地壳镁铁质-中性火成岩部分熔融产生,也可以由地幔派生玄武质岩浆结晶分异或地幔派生镁铁质岩浆与地壳派生长英质熔体混合形成.小九宫和沙店花岗岩具有较高的SiO2含量(> 69%)、较低的MgO含量(< 1.02%),为长英质岩石,未见偏中性的花岗岩出露,排除其直接由地幔派生玄武质岩浆结晶分异所形成的可能性.花岗岩的εNd(t)值(-6.08~-8.06)明显低于邻区早白垩纪玄武岩的εNd(t)值(+3.78~+4.38)(Yu et al., 2006),因此它们也不可能由新底侵到下地壳的镁铁质岩石部分熔融而形成.花岗岩的Nd模式年龄(TDM2)为1.42~1.57 Ga,如果地幔派生组分在花岗岩成因中起重要作用的话,则需要一个更老的古元古代-新太古代的地壳组分作为其另外的物源.然而,古元古代-新太古代岩石在扬子板块内分布面积很小,仅在扬子板块中部的宜昌地区出露有崆岭杂岩,因此,小九宫和沙店花岗岩也不可能由地幔派生镁铁质岩浆与地壳派生长英质岩浆混合形成.

        小九宫和沙店花岗岩中的K2O含量较高(为3.92%~5.23%),具有高钾钙碱性特征,在原始地幔标准化微量元素蛛网图中明显富集Th、U,亏损Nb、Ta,显示大陆地壳的组成特征;且花岗岩具有负的全岩εNd(t)值和中元古代的亏损地幔模式年龄.因此,小九宫和沙店花岗岩可能是在陆内伸展环境下地幔上涌导致下地壳物质熔融而产生.

        Ⅰ型花岗岩中常含有大量暗色微粒包体(MME),暗色微粒包体的成因主要有以下几种基本类型:捕虏体模式,残留体模式(Chappell et al., 1987),岩浆混合模式(Vernon, 1984)以及同源岩浆分离结晶体模式(Noyes et al., 1983).小九宫花岗岩体中的微粒包体含量较少,且主要分布在岩体边部.沙店花岗岩体中的微粒包体含量相对较多,且在岩体内部和边部均有分布.微粒包体主要由斜长石、黑云母、石英、碱性长石以及副矿物磷灰石、磁铁矿和锆石组成,部分包体中含有长石捕虏晶,只有少数包体内含少量角闪石.微粒包体的岩性为花岗闪长岩-英云闪长岩-石英闪长岩,主要为长英质微粒包体.微粒包体主要呈圆状-椭圆状,少量呈棱角状、不规则状.微粒包体中,不均一包体所占比例较大,边部矿物粒度变粗、暗色矿物含量变少,部分微粒包体边部的矿物组成与寄主岩一致.个别微粒包体内部有片麻状变质岩的核,表现为双重包体.微粒包体具有明显的岩浆结构以及部分熔融结构,在熔融产生的石英外围及内部有少量玻璃质分布.因此,沙店及小九宫花岗岩体中的微粒包体可能是岩石熔融、重结晶所形成,其前身是围岩捕虏体.微粒包体及围岩捕虏体的特征指示岩浆在上升侵位过程中可能与围岩发生了较弱的同化混染作用.

      • 目前,有关花岗质岩浆是否能够发生结晶分异作用仍然存在很大争议.张旗等(2006)张旗(2012)曾对长期以来认为的花岗质岩浆的结晶分异作用提出质疑,认为花岗岩浆的高粘度会阻滞矿物的结晶、阻止高密度矿物的下沉,造岩矿物与花岗质岩浆类似的密度使结晶分离作用难以进行.吴福元等(2017)对高分异花岗岩进行了详细的研究,提出流动分异可能是花岗岩浆结晶分离的最主要原因,而重力分异并不是主导机制,并列举了两个有堆晶岩产出的花岗岩实例(美国西部盆岭省中新世侵位的Searchlight岩体和澳大利亚Lachlan褶皱带中的Boggy Plain超单元),认为结晶分异作用仍然是花岗岩浆成分变异的重要机制.

        小九宫和沙店花岗岩的Harker图解中(图 7),绝大多数氧化物和微量元素与SiO2含量具有很好的线性关系,同时花岗岩明显亏损Ba、Sr、P、Eu、Ti等(图 8),表明花岗岩体的形成过程中经历了不同程度的分离结晶作用.随着SiO2含量的增加,Al2O3、CaO、Fe2O3T、MgO、TiO2、Ba、Sr、V、Zr含量减少;小九宫花岗岩的Rb、Y、Yb含量增加;沙店花岗岩的Rb含量增加,Y、Yb含量则无明显变化;表明岩浆演化过程中可能确实存在斜长石、钾长石、黑云母、Fe Ti氧化物、榍石及锆石的分离结晶作用.特别是花岗岩中明显的Eu负异常(图 8)需要经历广泛的长石结晶分异作用.一般认为,斜长石的分异结晶会产生Sr、Eu的负异常,而钾长石的分离会产生Eu、Ba的负异常(邱检生等,2008).Eu、Ba、Sr的负异常指示花岗岩形成过程中经历了斜长石和钾长石的分离结晶作用.Eu/Eu*、Sr、Ba随着SiO2含量的增加而减少(图 7, 图 10a),且Ba、Sr与Eu/Eu*之间具有明显的正相关性(图 10b,10c),这更进一步证明了斜长石和钾长石是重要的结晶分异相.花岗岩中不同矿物相的分离结晶向量,Ba与Sr成正相关性,而Rb与Sr成负相关性(图 11),指示斜长石和钾长石的分离结晶在岩浆演化过程中均起着重要作用,黑云母分离作用的影响可能较弱.

        图  10  小九宫和沙店花岗岩的化学成分图解

        Figure 10.  Chemical variation diagrams for the Xiaojiugong and Shadian granites

        图  11  小九宫和沙店花岗岩的Ba-Sr(a)和Rb-Sr(b)图解

        Figure 11.  Diagrams of (a) Ba vs. Sr and (b) Rb vs. Sr for the Xiaojiugong and Shadian granites

        花岗岩中明显亏损Ti(图 8),且TiO2含量随着SiO2含量的增加而减少(图 7),表明富 Ti矿物(如榍石、钛铁矿)可能是另一种结晶分异的矿物相.富 Ti矿物的分离结晶常常会导致岩石中Nb Ta和Ti的负异常(Foley et al., 2000).然而,Nb/La比值与SiO2、Eu/Eu*之间无明显线性关系(图 10d,10e),表明岩浆的演化过程中长石的分离结晶作用可能抵消了富Ti矿物结晶分异作用产生的Nb Ta负异常.因此,富Ti矿物的分离结晶并不是小九宫和沙店花岗岩中明显亏损Nb Ta的主要原因,岩石样品中强烈的Nb Ta负异常可能主要是从其源岩中继承来的.

      • 小九宫和沙店花岗岩的SiO2与REE含量稍高于围岩双桥山群中的砂质-泥质板岩,它们具有相似的REE配分型式和微量元素分布模式,如Eu的负异常,亏损Nb、Ta、Ti、Ba、Sr、P,富集Th、U、K等,但大部分微量元素在花岗岩和围岩中的含量相当,不相容元素在花岗岩中的含量没有明显增加.花岗岩的全岩εNd(t)值为-6.08~-8.06,位于双桥山群浅变质岩的εNd(t)值演化区域内(图 12a),但是部分花岗岩的初始(87Sr/86Sr)i比值要低于双桥山群浅变质岩(图 12b).在小九宫和沙店花岗岩的化学成分图解(图 13)中,大部分花岗岩样品未落入变质杂砂岩和变泥质岩部分熔融区域内.因此,围岩双桥山群浅变质杂砂岩与泥岩可能不是小九宫和沙店花岗岩的主要源岩.

        图  12  小九宫和沙店花岗岩的全岩εNd(t)值-年龄(a)和εNd(t)-(87Sr/86Sr)i(b)图解

        Figure 12.  Diagrams of whole rock εNd(t) vs. ages (a) and εNd(t) vs.(87Sr/86Sr)i (b) for the Xiaojiugong and Shadian granites

        图  13  小九宫和沙店花岗岩的化学成分图解

        Figure 13.  Chemical variation diagrams for the Xiaojiugong and Shadian granites

        在氧化物摩尔比值图解(图 13a, 13b, 13d)和Mg# SiO2图解(图 13c)中,小九宫和沙店花岗岩的样品主要落入变质玄武岩、角闪岩及变质安山岩的部分熔融区域内,表明小九宫和沙店花岗岩可能主要由下地壳变质中-基性火成岩部分熔融形成.小九宫和沙店花岗岩的全岩εNd(t)值为-6.08~-8.06,对应的两阶段模式年龄(TDM2)为1.42~1.57 Ga.因此,小九宫和沙店花岗岩的源岩可能是中元古代地壳物质.

      • 多年来,对华南晚中生代岩浆岩的时空分布格局以及构造活动的动力学背景一直存在争议,提出了许多构造成因模式,如古太平洋板块初始低角度俯冲和俯冲板块逐渐后退变陡模式(Zhou et al., 2006), 印支期造山后的岩石圈伸展作用(Li et al., 2004), 地幔柱模式(张旗等,2009), 古太平洋板块平板俯冲时的板片撕裂、拆沉作用(Li and Li, 2007), 洋脊俯冲作用(Ling et al., 2009a)等等.大部分学者认为与古太平洋板块的俯冲作用有关,但对于古太平洋板块俯冲时间和方式还存在争议(Zhou et al., 2006Li and Li, 2007).Li and Li(2007)提出古太平洋板块的平板俯冲模型,该模型认为古太平洋板块的俯冲造山作用始于ca.265 Ma,平板俯冲始于早三叠世(ca.250 Ma);早侏罗世(ca.190 Ma)造山迁移停止,板片开始撕裂;180~170 Ma时期,板片撕裂作用增强,产生少量玄武岩和双峰式岩浆岩;中侏罗世(165~155 Ma),发生板片拆沉和俯冲后撤,导致软流圈地幔强烈上涌,形成广泛的I 型和A 型花岗岩.Zhou et al.(2006)提出古太平洋板块两阶段俯冲的动力模型,该模型认为早侏罗世时期(205~180 Ma)华南板块经历了从古特提斯构造域到古太平洋构造域的转换;中侏罗世,古太平洋板块开始向NW WNW俯冲到东亚大陆之下;燕山早期(中-晚侏罗世)为裂谷型板内岩浆作用;燕山晚期早白垩世为活动大陆边缘岩浆作用,对应古太平洋板块的低角度快速俯冲,形成钙碱性岩浆岩;晚白垩世为板内岩浆作用,此时东部开始一个新的俯冲带,对应古太平洋板块的高角度俯冲,形成红层断陷盆地和陆内拉斑玄武岩.

        有关中、下扬子地区晚中生代岩浆岩的岩石成因和构造背景已取得诸多研究(Wang et al., 2006, 2014Li et al., 2009, 2010Ling et al., 2009aWu et al., 2012丁丽雪等,2018).Wang et al.(2006)认为安徽庐枞地区白垩纪(140~125 Ma)埃达克质和钾玄质岩浆岩形成于陆内伸展背景,源岩熔融作用受白垩纪岩石圈减薄和软流圈物质上涌所控制.Ling et al.(2009a)认为长江下游地区早白垩世(140~125 Ma)花岗岩是在洋脊俯冲作用下所形成.Wu et al.(2012)认为皖南地区150~136 Ma期间的花岗质岩浆活动与俯冲古太平洋板块的板片撕裂有关,136~120 Ma的岩浆岩形成于伸展构造背景.Li et al.(2009)认为鄂东南大冶地区晚侏罗世-早白垩世(ca.152~ca.132 Ma)花岗质岩石形成于岩石圈地幔减薄引起的岩石圈伸展背景.Li et al.(2010)认为长江中下游地区ca.145~146 Ma花岗质岩石的产生响应了晚侏罗世压扭构造体制向早白垩世伸展构造体制的区域构造转换.Wang et al.(2014)认为湘东北幕阜山杂岩体(ca.154~ca.146 Ma)形成于古太平洋板块北西向俯冲引起的伸展构造背景.

        小九宫和沙店花岗岩体的平面形态呈不规则状,其展布方向明显受NE向断裂构造控制,分布于3条NE向断裂之间.NE向断层均倾向于SE方向,倾角50°~70°,断层东南盘的震旦纪、寒武纪及奥陶纪地层逆冲于奥陶纪、志留纪地层之上,属于逆断层.断层东南盘地层相对于西北盘地层向NE方向偏移4~7 km的距离,如此大的水平断距指示断层可能还具有平推性质.岩体与围岩总体呈凹凸状接触,接触面倾向于围岩,明显切割围岩面理,可见花岗岩呈岩脉状或岩枝状穿插在围岩中.岩体内部无变形现象,局部见包体呈弱定向性.岩体边部含有少量围岩捕虏体,捕虏体呈不规则状、椭圆状,规模不等,并具有部分熔融现象.接触带部位的围岩构造变形弱,具有混合岩化作用.局部具有顶蚀作用.以上特征显示小九宫和沙店花岗岩体的侵位机制可能为岩墙扩张作用的被动侵位.通过对比赣西北、湘东北地区幕阜山-九岭段北缘分布的NE向逆断层,发现NE向断层错断的最新地层为中三叠世,部分断层终止于晚白垩世-第三系盆地沉积地层,结合受断层控制的小九宫、沙店花岗岩体定年结果,推测NE向断层可能形成于燕山早期的挤压构造环境.早白垩世时期应力松弛,构造体制由挤压转换成伸展,深部岩浆沿断裂上升侵位.小九宫和沙店花岗岩体岩墙扩张方式的被动侵位机制为区域伸展构造环境提供依据.

        花岗质岩浆岩的Sr、Yb含量与岩浆形成的压力(深度)有密切关系.张旗等(2006)根据Sr=400×10-6和Yb=2×10-6的标志,将花岗岩划分为4类,即高Sr低Yb型、低Sr低Yb型、低Sr高Yb型和高Sr高Yb型,提出高压条件下形成的花岗岩具有高Sr低Yb的特征,中等压力条件下形成的花岗岩具有低Sr低Yb的特征,低压条件下形成的花岗岩具有低Sr高Yb的特征.综合赣西北-湘东北地区燕山期花岗岩的地球化学数据,发现燕山早期花岗岩(包括幕阜山、望湘、连云山、金井、赤马、石蛤蟆、蕉溪岭等岩体)为高Sr低Yb型和低Sr低Yb型花岗岩,形成于高压-中等压力条件;而小九宫、沙店燕山晚期花岗岩则为低Sr高Yb型花岗岩(图 14),形成于低压条件.这些资料表明,从燕山早期到燕山晚期,中扬子赣西北-湘东北地区花岗质岩浆的源区从高压-中等压力转变为低压,岩浆源区的深度明显变浅,反应从燕山早期到燕山晚期可能发生了明显的地壳减薄.结合华南地区晚中生代形成的一系列代表地壳伸展的岩石(A型花岗岩或碱性侵入岩、双峰式火山岩和板内基性岩墙及岩墙群)和变质核杂岩构造的研究,认为华南地区在晚中生代发生了大规模的区域性岩石圈伸展以及地壳减薄事件.

        图  14  赣西北-湘东北地区燕山期花岗岩的Sr-Yb图解

        Figure 14.  Diagram of Sr vs. Yb for the Yanshanian granites in northwest Jiangxi and northeast Hunan

      • (1)LA ICP MS锆石U Pb定年结果表明,小九宫、沙店花岗岩体的形成年龄分别为124±1 Ma、125±1 Ma,为燕山晚期岩浆岩.

        (2)小九宫和沙店花岗岩可能由中元古代的下地壳中-基性火成岩部分熔融形成,并经历了斜长石、钾长石、Fe Ti氧化物、锆石及磷灰石的分离结晶作用.

        (3)小九宫和沙店花岗岩为Ⅰ型花岗岩,它们可能由来自同一个岩浆房的岩浆上升侵位而成.两岩体的侵位机制可能为岩墙扩张方式的被动侵位,显示其形成于伸展构造背景,伸展环境下的地幔物质上涌可能为其提供热源.

        (4)花岗岩地球化学对比表明,赣西北-湘东北地区花岗质岩浆的源区深度从燕山早期到燕山晚期明显变浅,地壳发生明显减薄,对应可能与古太平洋板块俯冲有关的岩石圈伸展构造背景.

    参考文献 (67)

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