安徽省大别山东段中生代高钾花岗质岩石及其地质意义

魏春景　张立飞　王式?

摘要　大别山东段存在中生代高钾花岗质侵入岩, 它们可分为3个超单元: 1) 姚河超单元以石英二长岩为主, 呈北西向带状分布, 有明显片麻理, 发育暗色包体, 时代为174 Ma; 2) 彭河超单元以石英二长岩和花岗岩为主, 成分变化范围宽, 野外分布广泛, 块状构造, 有大量包体, 时代为125～127 Ma; 3) 黄柏超单元均为花岗岩, 块状构造, 基本不含暗色包体, 时代为111～120 Ma. 3类岩体在地球化学特征上也均不相同. 它们记录了大别造山带在区域变质作用之后到环太平洋构造域叠加(174～111 Ma)之间的造山演化历史.
关键词　地球化学 花岗质岩石 大别造山带

　　近年来, 大别山地区由于超高压变质岩石的发现引起了中外地质学家的极大关注. 相比而言, 对该区花岗质岩石的研究要薄弱得多. 在安徽省区域地质志^[1]和有关的1?20万地质图中, 把大别山地区很多花岗质岩石划为晚太古-早元古代的混合花岗岩, 但近年来研究工作未能完全支持这一结论. 徐树桐等人^[2]认为大别山地区大多数花岗质岩石是晚古生代到中生代同造山和造山后产物; 陈廷愚等人^[3]认为在133～117 Ma之间大别山地区存在强烈的构造热事件, 形成各种混合岩和花岗质岩石; 陈江峰等人^[4]测定该区几个主要岩体角闪石和黑云母的Ar-Ar年龄为121.5～129.1 Ma, 据此江博明(私人通讯)认为大别山地区未变质的侵入体可能均为这一时代的产物; Xue等人^[5]测定北大别花岗片麻岩原岩的U-Pb年龄为133～134 Ma, 支持陈廷愚等的结论; Ma等人^[6]把大别山地区的岩浆侵入体划分为3类: 板片拆离型, 由晚三叠世(约210 Ma)二长闪长岩组成; 板底垫托型, 由中侏罗世-早白垩世(160～120 Ma)角闪石英二长岩、黑云母二长花岗岩和正长花岗岩组成; 穹隆型, 由白垩世花岗岩和花岗斑岩组成(125～95 Ma). 究竟大别山区花岗质侵入体时代如何? 它们记录了多长的造山演化历史？它们具有怎样的成分特征及演化系列？与区域变质作用, 尤其是与超高压变质作用的关系如何？这些都是探讨大别造山带演化历史的重要问题. 本文以官庄和双塘埂幅1：5万填图为基础, 通过对大别山东段主薄塬岩体一部分的详细解剖, 试图回答几个令人关注的问题, 并希望对整个大别造山带的研究有一定的借鉴意义.

1 区域地质及岩石学特征

　　研究区位于大别山东段官庄-双塘埂地区, 其东部主要为变质岩系, 由北向南包括北淮阳变质带, 北大别变质杂岩和南大别变质杂岩, 其中各种断裂构造极为发育. 各种岩浆侵入体主要见于研究区的西部, 分布面积约490 km², 以花岗质成分为主. 经过详细的1：5万填图和岩石学、地球化学研究, 可将这一地区的花岗质岩石划分为3个超单元(图1).

图1 大别山东段官庄-双塘埂地区地质图
1示北淮阳变质带; 2, 3示北大别变质杂岩的表壳岩和片麻岩;
4, 5 示南大别变质杂岩的表壳岩和片麻岩; 6示榴辉岩; 7示姚河超单元;
8示彭河超单元; 9示黄柏超单元; 10示中基性侵入体; 11示花岗斑岩脉;
12示主要和一般推覆断层; 13示滑脱断层; 14示走滑断层和后期推覆断层;
15示碎裂岩. 右上角插图表示研究区在大别造山带中的位置, 其中NYH,
NDB和SDB依次为北淮阳、北大别和南大别变质带. 图中数字为定年样品号

　　姚河超单元, 呈北西向带状分布, 面积达130km²; 成分上以石英二长岩为主, 有少量石英闪长岩、石英二长闪长岩等; 大多为似斑状结构, 出现数量不等的(可达50％)钾长石斑晶, 具有明显的片麻理和较多的闪长岩包体. 野外及镜下观察表明这种片麻理与变形作用有关, 表现为石英和黑云母常有程度不同的波状消光和碎粒化, 变形较强烈部位的岩石出现明显的片理化和绿片岩相重结晶, 在区域上片麻理有褶皱. 岩体中的包体表现为水滴状、透镜状和各种不规则状, 大小为几厘米到几米, 一般与围岩界线清楚. 这类侵入体与周围北大别角闪岩相片麻岩为侵入接触, 多处(如后冲南和官庄附近)可见二者间的侵入接触关系. 因此, 这类侵入体代表区域角闪岩相变质之后的产物.
　　彭河超单元, 分布广泛, 面积达到220 km²; 具有明显的成分演化, 以花岗岩和石英二长岩为主, 包括少量的石英闪长岩和石英二长闪长岩等; 常出现似斑状结构, 钾长石斑晶的含量可多达30%～50％, 均为块状构造, 发育较多的闪长质包体. 与姚河超单元之间为明显的侵入接触关系.
　　黄柏超单元, 主要分布于研究区的中西部, 面积达140 km², 在丛山和龙关等地岩体的长轴呈北东-北北东向展布. 岩石成分均为花岗质, 含有少量的钾长石斑晶(<5％), 块状构造, 从细粒到中粗粒出现明显的结构演化, 几乎不含暗色包体. 在姚河超单元和彭河超单元之间均见有侵入接触关系.
　　此外, 区内广泛分布着一些北东-北北东向酸性脉体和各种中性、基性侵入体. 前者主要为花岗斑岩(以前定为正长斑岩^[1]), 在成分和成因上应与黄柏超单元相关. 后者包括各种中性、基性脉体、小型侵入体和杂岩体. 其中最大的见于东部椒岩一带, 分布面积约为15km², 岩体长轴为南北向. 由苏长岩、辉长岩、角闪辉长岩到石英闪长岩组成, 为块状构造, 其中见有姚河超单元岩石的捕掳体. 从总的野外关系来看, 这些中、基性岩的侵位可能与黄柏超单元相当或更晚.

2 岩石地球化学特征

　　选择区内不同岩石单元中的35个样品在北京大学地质学系分析室进行常量、微量和稀土元素分析(K和Na利用火焰分光光度法分析, 其他元素利用ICP-AES分析), 其中有代表性的样品列于表1.

　　a) 姚河超单元: 1317/1为片麻状石英闪长岩; 201为片麻似斑状石英二长岩; 07/1为片麻状石英二长岩; 彭河超单元: 203和1286/1为似斑状花岗岩; 204为似斑状石英二长岩; 黄柏超单元: 205, 202和1082/1为中粒、中细粒和细粒含斑花岗岩, 213为花岗斑岩脉体; 3344/2为椒岩杂岩体中的辉长岩; 1131/1为基性脉岩. n.d为未分析

　　在常量元素方面, 本区侵入岩的主要特征如下: (1) 一般全碱含量较高, K₂O + Na₂O可达7%～10％, 并且相对富钾, 在图2上多落入高钾钙碱性系列和橄榄粗玄岩系列区, 并且不同超单元的成分变化明显不同: 姚河超单元的SiO₂含量较低, 变化小(60.65%～63.65%), K₂O含量变化较大(3.11%～6.15%), 其岩石类型的变化主要表现在K₂O含量的不同; 彭河超单元的SiO₂含量变化较大, 为63.60%～71.37%, K₂O变化较小, 为4.65%～6.82%; 黄柏超单元的SiO₂含量较高, 变化范围小, 为71.79%～72.92%, K₂O含量为5.14%～5.52%. 花岗斑岩脉体更富钾和硅. 中、基性岩石的成分变化也很大, SiO₂ = 45.05%～60.20%, K₂O＝1.11%～4.06%. (2) 多数中-酸性岩样品的A/CNK小于1.1, 仅黄柏超单元的个别样品超过1.1, 但考虑到其实际矿物中出现磷灰石、榍石等副矿物, 说明其主体具有Ⅰ型花岗岩成分^[7]. (3) 在R₁-R₂图解上(图3), 姚河超单元的样品落入Ⅱ, Ⅲ和Ⅳ区, 其总体从石英闪长岩到石英二长岩的演化方向与该图上的趋势线斜交. 彭河超单元的主体位于Ⅳ区, 其总体演化趋势与该图上的趋势线平行, 与欧洲海西期一些晚造山的次碱性深成岩体相当. 黄柏超单元样品落入Ⅵ区, 相当于同碰撞深熔型花岗岩区. 中、基性侵入体成分变化较大, 但主体落入SiO₂不饱和区.

图2　研究区中生代岩浆侵入体的K₂O-SiO₂图解^[8]
○示姚河超单元; □示彭河超单元; △示黄柏超单元;
▲示中、基性侵入体; +示花岗斑岩脉

图3 大别山东段中生代岩浆侵入体的R₁－R₂图解^[9]AB为碱性玄武岩,
HB为高铝玄武岩, TB为拉斑玄武岩, A为闪长岩, B为二长闪长岩,
C为二长岩,Ⅰ为大洋花岗岩,Ⅱ为科迪勒拉Ⅰ-型花岗岩, Ⅲ为加里东I-型花岗岩,
Ⅳ为欧洲海西期晚造山次碱性深成岩,Ⅴ为碱性花岗岩,
Ⅵ为同碰撞深熔型花岗岩(图例同图2).
R₁=[4Si-11(Na+K)-2(Fe+Ti)]×1000;R₂=(6Ca+2Mg+Al)×1000

　　在Rb和Sr等微量元素特征上, 3个超单元之间也有明显的差别. 姚河超单元的Rb含量低(99.5～142μg/g), Sr含量较高(740～868 μg/g). 彭河超单元Rb含量高一些(128～159 μg/g), Sr含量低些(230～598μg/g). 黄柏超单元的Rb含量较高(165～206 μg/g), Sr含量较低(227～273 μg/g). 花岗斑岩脉体的Sr含量最低(78 μg/g), 中、基性侵入体的Sr含量较高(871～1 218 μg/g).
　　在稀土元素方面, 姚河超单元的稀土型式很相似(图4), ∑REE = 187.65～349.34 μg/g, (La/Yb)_N＝16.42～27.07, (La/Sm)_N = 3.99～4.43, (Gd/Yb)_N =2.74～3.22, 多数无明显的铕异常, δEu = 0.78～0.95, 个别出现正铕异常(δEu = 1.32). 彭河超单元稀土总量要高得多, ∑REE = 349.21～442.31μg/g, 其中花岗岩稀土分馏程度较高(La/Yb)_N = 21.67～29.93, (La/Sm)_N = 5.02～5.88, (Gd/Yb)_N= 2.23～3.08, 负铕异常明显, δEu = 0.52～0.60; 石英二长岩的稀土分馏程度更高, (La/Yb)_N = 30.01～46.13, 但负铕异常较弱, δEu = 0.70. 黄柏超单元的∑REE = 211.04～309.39 μg/g, (La/Yb)_N较高, 为22.77～40.22, (La/Sm)_N = 5.81～7.53, (Gd/Yb)_N = 2.44～2.90, 具有明显的负铕异常, δEu = 0.49～0.59. 花岗斑岩脉体稀土总量和分馏程度均低些, 但负铕异常明显. 中基性岩石的稀土总量变化大, 分馏程度高, 无明显的铕异常.

图4 大别山东段中生代岩浆侵入体的稀土配分型式
(图中样号同表1)

3 岩体时代和Rb-Sr及Sm-Nd同位素特征

　　在上述3个超单元中, 选择了5套样品测定矿物-全岩Rb-Sr等时年龄, 对其中的4个样品测定了Sm-Nd同位素值(见表2). 计算时选择⁸⁷Rb和¹⁴⁷Sm的衰变常数分别为0.014 2和0.006 54 Ga^-1,亏损地(¹⁴³Nd/ ¹⁴⁴Nd)_DM = 0.513151, (¹⁴⁷Sm/ ¹⁴⁴Nd)_DM =0.213 7^[10]. 计算得到Rb-Sr等时年龄、e _Nd(t)和亏损地幔模式年龄T_DM见表2、图5和6.

图5 大别山东段中生代花岗质岩体的Rb-Sr内部等时年龄图解

图6 研究区中生代花岗质岩体的Sr-Nd同位素图解^[10]
SA为澳大利亚南部S型花岗岩, SCG为苏格兰加里东期花岗岩,
SN为内华达侵入体, 其他参见文献[10]

表2 大别山东段花岗质岩石的Rb-Sr和Sm-Nd同位素分析^a)

4 讨论

　　如前所述, 地质学家们对大别山花岗质岩石的时代和成因等有不同的认识. 本文利用全岩-矿物内部等时线方法对3个超单元得到3组Rb-Sr年龄为174, 125～127和111～120 Ma, 与野外观察完全吻合, 说明本区的岩浆侵入体记录了相当长的造山作用演化历史. 在这里比较关键的是姚河超单元中片麻状石英二长岩的年龄(174 Ma). Ma等人^[6]在姚河附近对同类岩石中角闪石测得的Ar-Ar年龄为(158.8 ± 1.1) Ma, 黑云母Ar-Ar年龄为(138.1 ± 0.5) Ma, 陈廷愚等人^[3]在该地区得到黑云母Ar-Ar年龄为(124.2 ± 0.2) Ma. 这些年龄数据相差较大, 可能与3种因素有关: (1) Rb-Sr体系的封闭温度高于Ar-Ar体系, 因此记录了较老的年龄; (2) 角闪石比黑云母的封闭温度高, 因而比后者记录的年龄老; (3) 根据笔者等的野外填图, 虽然整个姚河超单元均有不同程度的变形, 但在姚河一带要强烈得多, 局部露头上表现为条带状片麻岩的外貌, 并伴有绿片岩相重结晶, 在这一地区测得的单矿物年龄偏低是显而易见的, 黑云母的Ar-Ar年龄可能反映了变形和/或抬升年龄. 而我们用于定年的样品取自变形较弱的后冲地区, 因此所得的Rb-Sr年龄应更接近于岩体的侵位年龄.
　　很多学者研究表明大别山地区以角闪岩相为主的区域变质作用时代为178～206 Ma^[12], 野外关系表明姚河超单元与这些角闪岩相片麻岩之间为侵入接触, 而侵入体的特征表明其本身并未经历角闪岩相变质作用的改造. 从这一简单的地质关系看, 大别山地区不可能存在晚于174 Ma (或可能发生于130 Ma± )的角闪岩相变质作用和混合岩化作用, 尽管有些学者在变质岩石中也得到一些这一时期的同位素数据^{[3, 5]}.
　　目前, 很难确定姚河超单元所代表的地质意义. 就其成分来说不同于由碰撞作用产生的、与热松弛有关的加厚地壳深熔型花岗岩(常为S型); 也不同于碰撞前与洋壳俯冲有关的钙碱性岩系^[13]. 对此, 有待于进一步研究.
　　彭河超单元在研究区分布最广, 成分变化范围较宽, 其时代为125～127 Ma, 也是大别山区最常见的年龄数据. 笔者认为其构造意义应与加里东Ⅰ型花岗岩对比^[14], 与造山晚期广泛的隆起作用有关. 与后者相比, 其常量元素成分中更富钾.
　　黄柏超单元的时代为111～120 Ma, 这在大别山区也很常见. 根据本文的研究, 这一时代的侵入体成分变化范围很窄, 主体为花岗质成分, 基本不含暗色包体, 并且其野外分布有时受到北东向构造的控制. 因此, 这一超单元与以北东向展布为主的花岗斑岩脉体等一起可能代表了大别造山带东西向体制向环太平洋域的北北东向体制转变时期的产物.

5 结论

　　大别山东段3类中生代高钾花岗质岩石的时代分别为174, 125～127和111～120 Ma, 它们在野外产状、结构构造、包体、常量、微量、稀土及Rb-Sr和Sm-Nd同位素成分等诸方面均有差异. 三者记录了大别造山带的由碰撞引起的区域变质作用以后的造山作用演化历史. 如果榴辉岩等高压、超高压变质作用与碰撞前的俯冲作用有关, 那么, 作为不同造山作用演化阶段的产物, 本区未变质的花岗质岩石与高压、超高压变质作用没有直接关系.

国家自然科学基金（批准号：49772014）和原地质矿产部1：5万填图资助项目
魏春景（北京大学地质学系, 北京100871）
张立飞（北京大学地质学系, 北京100871）
王式?（北京大学地质学系, 北京100871）

参 考 文 献

1，安徽省地质矿产局. 安徽省区域地质志. 北京: 地质出版社, 1987
2，徐树桐, 刘贻灿, 江来利, 等. 大别山的构造机制与演化. 北京: 科学出版社, 1994. 175
3，陈廷愚, 牛宝贵, 刘志刚, 等. 大别山腹地燕山期岩浆作用和变质作用的同位素年代学研究及其地质意义. 地质学报, 1991, (4): 329～ 336
4，陈江峰, 谢 智, 刘顺生, 等. 大别造山带冷却年龄的⁴⁰Ar-³⁹Ar和裂变径迹年龄测定. 中国科学, B辑, 1995, 25(10): 1 086～ 1 092
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