西秦嶺碌礎壩石英閃長巖-花崗閃長巖的地球化學、礦物學研究及其地質意義

任廷仙，李小偉，王 可，葛涵云，關 瑞

(1.中國地質大學(北京)地質過程與礦產資源國家重點實驗室，北京 100083；2.中國地質大學(北京)地質資源勘查實驗教學中心 成因礦物學研究中心，北京 100083)

0 引 言

花崗巖類是大陸地殼主要的組成部分，不同成因類型的花崗巖組合反映不同的物源或巖漿演化過程，它是探究地球深部信息的重要窗口[1-2]。隨著分析測試技術的進步，花崗巖研究與數值模擬、大數據、地球物理等研究方法緊密結合，向著精細化和高科技化方向發展，并在礦物成因過程剖析、實驗巖石學制約巖漿侵位的物理條件，以及多種同位素-微量元素探討巖漿過程等方面均取得了重要的研究進展[3]。

西秦嶺造山帶中生代時期巖漿活動頻繁，廣泛分布有三疊紀酸性侵入巖。前人研究資料顯示，西秦嶺三疊紀花崗巖形成時代可以分為早期(中三疊世251～233 Ma)和晚期(晚三疊世233～201 Ma)兩個階段[4]。西秦嶺中部和西部以中三疊世為主，巖石類型主要為花崗閃長巖和石英二長巖，屬于中鉀-高鉀鈣堿性巖石；西秦嶺東部則以晚三疊世花崗巖為主，巖石類型主要為二長花崗巖和花崗閃長巖，以高鉀鈣堿性-鉀玄質系列I型花崗巖為主，并出現S型和A型花崗巖[5-9]。在地球化學特征上，早期和晚期均出現高Sr/Y花崗巖，但不一定指示其起源于加厚大陸下地殼[10]，對西秦嶺三疊紀花崗巖的巖漿起源、構造背景和造山帶深部作用過程的研究尚存在爭議[11-12]。

花崗巖中造巖礦物的成分可以有效限定巖漿演化過程中的物理化學環境指標。通過全巖鋯飽和溫度，以及角閃石、斜長石、黑云母等礦物(對)溫度計可以有效獲得巖體形成的物理化學條件[13]。此外，角閃石組分還可以反映其結晶時巖漿體系的水含量和氧逸度等信息。

碌礎壩巖體位于西秦嶺造山帶的東部，地處甘肅禮縣鉛、鋅、金、銅多金屬礦化帶[14]，為“五朵金花”巖體群之一?，F有研究表明，碌礎壩巖體主要形成于晚三疊世235～206 Ma[15-22]，巖性主要為黑云母二長花崗巖和花崗閃長巖，其中楊陽等[18]獲得了碌礎壩黑云母石英閃長巖(235±1 Ma)和黑云母二長花崗巖((218±2)～(209±1)Ma)的結晶年齡，指出碌礎壩巖體經歷了兩期巖漿作用。但現有研究對碌礎壩巖體中花崗質巖石成因類型和源區性質的研究仍存在不同認識[19-23]。為此，本研究結合前人對西秦嶺區域地質和花崗巖方面的研究成果，通過詳細的巖相學、礦物學和地球化學研究，對碌礎壩巖體的巖漿起源、礦物結晶條件以及深部動力學背景作進一步討論。

1 區域地質背景

西秦嶺造山帶為秦嶺造山帶的西延部分，其南北側分別以瑪沁—略陽斷裂、青海湖南緣—寶雞斷裂為界，東西側分別以佛坪隆起、溫泉—哇洪山斷裂為界，地理坐標范圍[24]為96°00′—106°30′E、33°00′—37°40′N，面積約18萬km2。西秦嶺造山帶南緣阿尼瑪卿—勉略縫合帶與松潘—甘孜造山帶相接，構成的“西秦嶺—松潘構造結”是中國大陸中部的巨型構造，由印支期諸多地塊拼合而成，并經歷了印支期后的陸內造山作用(圖1)[25]。西秦嶺具有太古宙—早元古代的結晶基底和中—晚元古代的褶皺基底，并被晚古生代以來的穩定沉積建造不整合覆蓋[26]。區域內廣泛出露顯生宙地層，從奧陶系至新近系均有出露，并以泥盆系、石炭系、二疊系和三疊系為主[27-28]。

圖1 西秦嶺印支期巖漿分布圖(底圖據文獻[4]修改)Fig.1 Distribution of Indosinian magmatic rocks in West Qinling (modified after ref.[4])

西秦嶺發育有晚古生代、中生代和新生代火山巖，其中三疊紀噴出巖出露面積最廣，巖石類型主要為玄武巖、流紋巖、安山巖等；常見火山碎屑巖和酸性火山角礫巖，部分巖石具有高鎂安山巖、雙峰式火山噴發特征[29-31]。區域內廣泛發育三疊紀侵入巖(251～201 Ma)(圖1)，巖石類型主要為花崗閃長巖、二長花崗巖和石英二長巖。東部巖體呈點狀或者面狀分布在成縣—禮縣—武山一帶，呈巖株巖基狀產出[32-34]；中部巖體分布在合作—夏河—同仁一帶，沿區域構造線呈NWW向展布，部分為復式巖基[35]；西部的巖體主要分布在共和盆地西緣，沿瓦洪山—溫泉斷裂帶呈NW向展布[36-37]。

2 巖相學特征

碌礎壩巖體位于西秦嶺東段(圖1)，出露面積為170.8 km2，侵入泥盆紀和石炭紀地層中，圍巖由灰巖和砂板巖組成，巖體中普遍含有圍巖捕擄體和深源包體。碌礎壩巖體巖性主要為二長花崗巖和花崗閃長巖，各巖相在平面上呈環帶分布(圖2)，可分為5個單元，從核部向邊部巖性依次為含斑電氣石黑云母二長花崗巖、含斑細粒黑云母二長花崗巖、似斑狀黑云母二長花崗巖、中粗粒黑云母二長花崗巖以及花崗巖閃長巖，形成年齡由新到老(206～235 Ma)；石英閃長巖主要以巖株狀產出，零星分布于似斑狀黑云二長花崗巖中。

圖2 西秦嶺碌礎壩巖體地質簡圖(底圖據文獻[18]修改)Fig.2 Geological map of the Luchuba pluton in West Qinling (modified after ref.[18])

本文采集樣品的巖性為石英閃長巖和花崗閃長巖，主要組成礦物為斜長石(35%～45%)、鉀長石(15%～20%)、石英(15%～25%)，以及角閃石(約10%)；次要礦物為黑云母；副礦物為磁鐵礦、榍石、磷灰石和鋯石等。斜長石呈自形-半自形板狀，發育聚片雙晶；鉀長石呈半自形-它形板狀；角閃石呈半自形-它形粒狀，部分角閃石邊部發育黑云母(圖3(g))；石英呈它形，填充在礦物間，部分眼球狀石英存在暗色礦物鑲邊現象(圖3(e))。礦物粒徑存在局部不一致現象(圖3(f))，且樣品中暗色礦物(主要為角閃石)出現聚晶現象(圖3(h))。

圖3 西秦嶺碌礎壩巖體顯微鏡下照片Fig.3 Photomicrographs of the Luchuba pluton in West Qinling(a)自形角閃石顆粒；(b)半自形角閃石顆粒；(c)斜長石篩狀結構；(d)斜長石斑晶；(e)眼球狀石英；(f)礦物粒徑不一；(g)角閃石黑云母化；(h)暗色礦物聚晶。礦物代號：Hb.角閃石；Bt.黑云母；Pl.斜長石；Kfs.鉀長石；Qz.石英；Sph.榍石

3 樣品采集與分析方法

本次用于巖石元素地球化學分析的樣品包括9件花崗閃長巖和1件石英閃長巖，部分采樣點位置見圖2。

全巖主量元素的前處理在中國科學院廣州地球化學研究所完成，對新鮮樣品進行清洗、烘干后研磨粉碎至200目，測量部分巖石樣品燒失量并制成玻璃圓片備用。全巖主量元素的測試在中山大學廣東省地質過程與礦產資源調查重點實驗室完成，使用Rigaku ZSX primus X射線熒光(XRF)光譜儀對樣品進行分析，采用USGS巖石標樣和中國國家巖石標樣(AGV-2，BHVO-2，GSR-1，GSR-2，GSR-3，GSD-9)對樣品測試的主量元素含量進行校準。分析精度優于5%。實驗測試分析的詳細過程參考文獻[38]。

全巖微量元素測試在中國地質大學(北京)科學研究院，元素地球化學實驗室，等離子體質譜儀檢測室完成。樣品分析儀器為美國安捷倫公司生產Agilent 7500a型等離子質譜儀。檢測前在超凈實驗室內使用萬級數電子天平稱取40 mg樣品，然后采用兩酸(HNO3+HF)高壓反應釜(Bomb)溶樣方法進行樣品的化學預處理。檢測用標準物質如下：分析過程中使用美國標準局美國Equipment實驗室制備的標準溶液Std-1、Std-2、Std-4為檢測外部標樣，定值加入的Rh為檢測內部標準進行含量標定；使用美國地質調查局(USGS)標準樣品AGV2、BHVO-2、W-2進行校準；使用中國地質測試中心巖石標樣GSR-1和GSR-3的全流程溶解樣品進行分析質量監控。樣品分析誤差為P、K<15%，Cr、Sc、Cu、Zn、Sr、Ta<10%，其它元素<5%。

礦物電子探針分析在山東省地質科學研究院金屬礦產成礦地質過程與資源利用重點實驗室完成，分析的礦物主要為碌礎壩花崗質巖石中的斜長石、鉀長石、角閃石和黑云母。分析前，在探針片表面進行噴碳處理以增強其導電性。分析儀器型號為JEOL JXA-8230，電子束斑直徑為5～10 μm，加速電壓和電流分別為15 kV和10 nA。測試數據采用ZAF方法進行校正，使用純氧化物和硅酸鹽(透長石(K)，硬玉(Na，Si)，透輝石(Mg，Ca)，金紅石(Ti)，薔薇輝石(Mn)，橄欖石(Fe)，鐵鋁榴石(Al)，氧化鉻(Cr))作為標樣。分析精度優于2%。使用AX軟件和GeoKit等軟件對單礦物成分進行計算。

4 結果分析

碌礎壩花崗質巖石全巖主量元素和微量元素地球化學分析結果如表1和圖4所示。斜長石的化學分析結果見表2，角閃石的化學分析結果見表3，黑云母的化學分析結果見表4。

表1 西秦嶺碌礎壩巖體的主量元素(%)和微量元素組成(10-6)Table 1 Major (%)and trace (10-6)element contents of the Luchuba pluton in West Qinling

(續)表2 西秦嶺碌礎壩巖體斜長石電子探針數據(Continued)Table 2 EPMA data of plagioclase from the Luchuba pluton in West Qinling

表4 西秦嶺碌礎壩巖體黑云母電子探針數據Table 4 Electron probe data of biotite in the Luchuba pluton in West Qinling

圖4 碌礎壩巖體的巖石分類和系列圖解Fig.4 Rock classification and series diagrams of the Luchuba pluton(a)A/CNK-A/NK圖解(底圖據文獻[39])；(b)SiO2-K2O圖解(底圖據文獻[40])。引文數據來自文獻[18-23]，下文相同

4.1 巖石地球化學特征

4.1.1 全巖主量元素特征

碌礎壩中酸性巖石的SiO2含量為59.65%～67.36%，TiO2含量為0.47%～0.74%，Al2O3含量為14.96%～16.20%，鋁飽和指數A/CNK=0.82～1.04，大部分樣品屬于準鋁質系列，部分為弱過鋁質(圖4(a))。樣品的CaO含量為2.73%～4.73%，Na2O含量為3.06%～3.47%，K2O含量3.86%～5.40%，Na2O/K2O=0.57～0.90，富鉀，在SiO2-K2O圖解(圖4(b))上，樣品點落入高鉀鈣堿性到鉀玄巖系列范圍內。MgO含量為1.50%～3.05%，Fe2O3T含量為3.23%～5.91%，Mg#值(Mg#=Mg2+/(Mg2++Fe2+)×100)為47～53。在哈克圖解(圖5)中，隨著SiO2含量增加，TiO2、Al2O3、Fe2O3T、MnO、MgO、CaO、P2O5含量降低，K2O含量增加，Na2O呈現不明顯的降低趨勢。

圖5 西秦嶺碌礎壩巖體哈克圖解(數據來源同圖4)Fig.5 Harker diagrams of the Luchuba pluton in West Qinling (data source as in Fig.4)

4.1.2 全巖微量元素特征

在稀土元素球粒隕石標準化配分圖(圖6(a))上，碌礎壩巖體富集輕稀土(LREE)，虧損重稀土(HREE)，(La/Yb)N=9.43～30.37，具有中等Eu負異常，δEu=0.50～0.77；巖石表現出相對平坦的HREE分配模式，(Gd/Yb)N=1.88～2.68。在微量元素原始地幔標準化蛛網圖(圖6(b))上，所有樣品呈現出富集Rb、Th、U、K和Pb，虧損Nb、Ta、P和Ti的特征；Ba呈現負異常，區別于下地殼的正異常。

圖6 西秦嶺碌礎壩巖體稀土元素球粒隕石標準化配分圖(a)和微量元素原始地幔標準化蛛網圖(b)(標準值據文獻[41]，下地殼數據來自文獻[42])Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns (a)and primitive mantle-normalized trace element spider diagram (b)of the Luchuba pluton in West Qinling (normalizing values after ref.[41],lower crust data from ref.[42])

4.2 礦物地球化學特征

4.2.1 斜長石特征

斜長石SiO2含量為54.14%～65.62%，Al2O3含量為20.33%～28.56%，CaO含量為1.26%～11.04%，Na2O含量范圍為5.20%～10.67%，K2O為0.07%～0.92%。斜長石的An牌號在18～53之間，屬于更-中長石，以中長石為主(An主要集中于30～50之間)(圖7)。

圖7 斜長石分類圖解(底圖據文獻[43])Fig.7 Classification diagram of plagioclase (base map after ref.[43])

部分斜長石具有篩狀結構，其核部An牌號為50，具富鈣的特征，暗示其形成于偏中性的巖漿源區；邊部相對富鈉(An=37)，核部和邊部之間的不規則邊界表明其可能形成于不同的巖漿房。部分斜長石表現出振蕩環帶(圖8)。

圖8 斜長石的顯微照片(a)(b)、背散射電子圖像(c)(d)以及An值成分剖面(e)(f)Fig.8 Optical micrographs(a)(b),SEM-BSE (backscattered-electron)images (c)(d)and An content profiles (e)(f)of plagioclase

4.2.2 角閃石特征

角閃石SiO2含量為44.20%～50.91%，Al2O3含量為2.83%～7.85%，MgO含量在11.00%～15.27%之間，FeOT含量為12.97%～18.23%，TiO2為0.33%～1.39%，Na2O為0.40%～1.58%，K2O為0.16%～0.82%，CaO含量為10.65%～12.71%，Mg/(Mg+Fe2+)值為0.55～0.72。據Leake等[44]角閃石分類法，所有樣品CaN>1.5，(Na+K)A<0.5，為鈣質角閃石。在Si-Mg/(Mg+Fe2+)圖解上，樣品投點主要落在鎂角閃石區域(圖9)。

圖9 角閃石分類圖解(底圖據文獻[44])Fig.9 Amphibole classification diagram (base map after ref.[44])

部分角閃石(9個測點)Mg/(Mg+Fe2+)值較高，這部分測點均位于角閃石核部。它們的SiO2含量為49.27%～53.49%，Al2O3含量為0.85%～4.23%，MgO含量12.84%～14.40%，FeOT含量為7.98%～11.13%，TiO2含量為0.13%～0.81%，Na2O含量為0.32%～0.84%，K2O含量為0～0.40%，CaO含量為17.80%～22.67%，Mg/(Mg+Fe2+)值較高，為0.88～0.91。

由此，根據地球化學成分特征角閃石可以分為兩類，一類為低鈣角閃石(邊部或整顆)，自形程度較好；另一類角閃石為高鈣角閃石(核部)，具有高Mg#值、高硅，貧鐵和貧堿的特征。具正環帶結構的角閃石的成分剖面顯示(圖10)，從核部到邊部，Al2O3含量增加，CaO含量和Mg#值呈現驟降的特征，顯示了結晶環境的變化。

圖10 角閃石顯微照片(a)(c)和電子探針成分剖面圖(b)(d)Fig.10 Amphibole micrographs (a)(c)and EPMA composition profiles (b)(d)

4.2.3 黑云母特征

黑云母SiO2含量為30.16%～35.64%，Al2O3含量為12.57%～14.22%，MgO為9.34%～11.93%，FeOT含量為18.59%～21.53%，TiO2為3.31%～4.53%，Na2O為0.02%～0.10%，K2O含量范圍為7.59%～8.93%。其Mg#值介于0.44～0.57之間。根據Froster[45]的分類方法，樣品中黑云母應歸為鎂質云母(圖11(a))。在MgO-10TiO2-(FeO+MnO)判別圖上，所有黑云母樣品均落入原生黑云母區域(圖11(b))，并與鈣堿性巖漿體系中結晶的黑云母特征相吻合(圖11(c))。

圖11 黑云母分類判別圖Fig.11 Ternary biotite classification diagrams(a)(Fe2++Mn)-Mg-(AlⅥ+Fe3++Ti)圖解(底圖據文獻[45])；(b)MgO-10TiO2-(FeO+MnO)圖解(底圖據文獻[46])；(c)MgO-FeOT-Al2O3圖解(底圖據文獻[47])

5 討 論

5.1 結晶物理化學條件

5.1.1 結晶溫度

(1)鋯飽和溫度計。鋯石中的Zr元素含量受控于溫度變化，同時鋯石是巖漿中較早結晶的礦物，且由于其封閉性好，不易受其他因素影響，因此鋯石的結晶溫度可以近似代表巖漿的液相線溫度[48]。根據Watson等[49]鋯石溶解度模型，得到鋯飽和溫度計：

T=12900/[lnDZr(496000/熔體)+2.95+0.85M]-273.15

(1)

式中：T為溫度，單位為℃；M=(Na+K+2Ca)/(Al×Si)，為物質的量比；純鋯石中Zr含量為496000×10-6，熔體中Zr含量用全巖Zr含量代替。

根據公式(1)計算得到碌礎壩巖體成巖溫度介于736～795 ℃之間，平均為764 ℃。

(2)黑云母Ti溫度計。礦物中部分微量元素與溫度存在線性關系，Henry等[50]利用黑云母中的Ti元素計算黑云母結晶溫度：

T={[ln(Ti)-a-c(XMg)3]/b}0.333

(2)

式中：T為溫度，單位為℃；Ti是基于22個氧原子計算的黑云母中Ti的陽離子數；XMg=Mg/(Mg+Fe)；a=-2.3594，b=4.6484×10-9，c=-1.7283。該公式適用于巖漿巖的溫度計算[51]。

根據公式(2)計算得到碌礎壩花崗巖中黑云母結晶溫度范圍為700～746 ℃，平均為729 ℃，與利用Mg/(Mg+Fe)-Ti圖解估計的溫度范圍近似(圖12)。

圖12 黑云母Mg/(Mg+Fe)-Ti溫度圖解(底圖據文獻[50])Fig.12 Mg/(Mg+Fe)vs.Ti temperature diagram of biotite (base map after ref.[50])

(3)角閃石溫度計。Amp-TB計算程序可以得到鈣堿性火山巖中鈣質角閃石對應的T-p-H2Omelt-fO2條件，其中使用的角閃石溫度計算公式為[52]：

T=-151.487Si*+2041

(3)

式中：T為溫度，單位為℃；Si*=Si+AlⅣ/15-2TiⅣ-AlⅥ/2+TiⅥ/1.8+Fe3+/9+Fe2+/3.3+Mg/26+CaB/5+NaB/1.3-NaA/15+KA/2.3。

根據公式(3)計算得到碌礎壩巖體角閃石結晶溫度介于704～824 ℃之間，平均為767 ℃。

5.1.2 結晶壓力

(1)黑云母全鋁壓力計。黑云母的全鋁含量與花崗巖的固結壓力之間存在線性關系，Uchida等[53]總結出花崗質巖石中黑云母全鋁壓力計經驗公式：

p=-6.53+3.03AlT

(4)

式中：p是以kbar計量的壓力，AlT為基于22個氧原子計算所得黑云母的全鋁值。

公式(4)是在角閃石壓力計基礎上建立，尚未經過實驗巖石學標定，但是在實際應用中可以取得良好的效果[54]。計算結果顯示，西秦嶺碌礎壩巖體的成巖壓力為0.9～1.4 kbar，平均為1.1 kbar。巖體侵位深度可根據壓力公式p=ρgh進行估算，重力加速度g取9.8 m/s2，上覆巖層的密度ρ近似值為2.7 g/cm3，計算得到黑云母平均結晶深度為4.1 km。

(2)角閃石全鋁壓力計。角閃石中Al含量與巖漿形成的壓力呈線性關系，根據角閃石Al的含量可估算結晶壓力，角閃石全鋁壓力計適用于鈣堿性花崗巖[55]。

Schmidt[56]提出近水飽和條件下角閃石壓力計算公式：

p=-3.01+4.76AlT

(5)

式中：AlT是基于23個氧原子每個化學式中Al的陽離子總數。

計算結果顯示，西秦嶺碌礎壩巖體角閃石的壓力介于1.0～3.5 kbar之間，平均值為1.9 kbar。角閃石平均形成深度為6.8 km。

樣品具有自形的榍石和磁鐵礦，指示高的氧逸度環境；結合上文各類溫度計結果分析，巖體侵位時溫度較低，且溫差較??；巖體中富水礦物相富集(角閃石及黑云母等)，表明巖漿含水量較高，故近水飽和條件下角閃石壓力計能較好地反映角閃石的結晶壓力。

5.1.3 巖漿氧逸度

Ridolfi等[52]提出利用角閃石成分計算巖漿氧逸度的方法：

ΔNNO=-4.01+1.644Mg*

(6)

其中：Mg*=Mg+Si/47-AlⅥ/9-1.3TiⅥ+Fe3+/3.7+Fe2+/5.2-CaB/20-NaA/2.8+KA/9.5。經計算得到碌礎壩巖體角閃石的ΔNNO=0.8～2.2。通過Amp-TB程序可得lgfO2為-14.9～-11.7，平均為-13.2?？芍情W石結晶于較高氧逸度條件下(圖13)。根據巖相學觀察，樣品中出現共生的榍石和磁鐵礦，進一步印證巖體形成于較高氧逸度環境[57]。

圖13 角閃石氧逸度圖Fig.13 Oxygen fugacity diagrams of amphibole(a)Al-Fe/(Fe+Mg)圖解(底圖據文獻[58])；(b)T-lgfO2圖解(底圖據文獻[52])

5.1.4 巖漿含水量

Ridolfi等[52]提出角閃石平衡熔體水含量計算公式：

H2Omelt=5.215Al*+12.28

(7)

式中：Al*=AlⅥ+AlⅥ/13.9-(Si+TiⅣ)/5-Fe2+c/3-Mg/1.7+(CaB+KA)/1.2+NaA/2.7-1.56K-Fe#/1.6。

計算結果顯示，角閃石結晶時含水量介于3.9%～6.3%之間，平均為4.9%。F-An-Or圖解整合了不同壓力和初始含水量條件下的閃長巖-花崗巖共晶關系(圖14(a))。通過Ab-Qr-Qz相圖估計巖漿初始含水量為2%～5%，與角閃石成分計算結果近似(圖14(b))。

圖14 西秦嶺碌礎壩巖體的巖漿含水量圖Fig.14 Ternary magma water content discrimination diagrams of the Luchuba pluton in West Qinling(a)F-An-Or 圖解(底圖據文獻[59])；(b)Qz-Ab-Or相圖(底圖據文獻[60])；F =FeO + MgO + MnO，a為混染，Ru為殘留-未混合，W0為初始含水量(%)；數據來源同圖4

溫度計算結果顯示，全巖鋯石飽和溫度平均為764 ℃、黑云母結晶溫度平均為729 ℃、角閃石結晶溫度平均為767 ℃，三種溫度結果相近且均小于800 ℃，說明巖體形成于中溫環境。

礦物結晶壓力計深度計算結果顯示，黑云母結晶時的平均壓力為1.1 kbar，結晶深度平均為4.1 km；角閃石結晶壓力為1.9 kbar，結晶深度平均為6.8 km。因此，巖體侵位深度較淺。

角閃石濕度及氧逸度計顯示其相對氧逸度為ΔNNO=0.1～1.3，結晶出角閃石時的巖漿體系含水量為3.9%～6.3%，結合巖相學觀察下具有榍石+磁鐵礦+石英的礦物組合分析，表明巖體形成于高氧逸度且富水的環境。

綜上可知，西秦嶺碌礎壩巖體形成于中溫、富水、高氧逸度的環境。

5.2 巖漿源區性質

5.2.1 巖漿源區

Moyen等[61]提出采用Ca+Al-3Al+2(Na+K)-Al+(Na+K)來區分鎂鐵質來源和長英質來源的熔體(圖15)，圖中水平實線代表A/CNK=1，該條實線上方的樣品是過鋁質的，下方為準鋁質；虛線位置(3Al+2×(Na+K))/(Ca+Al)為2:1，虛線上部代表以長英質為主的源區熔融形成的熔體，虛線下部為以鎂鐵質為主的源區熔融形成的熔體。

圖15 (Ca+Al)-(3Al+2(Na+K))-(Al+Na+K)圖解(底圖據文獻[61])Fig.15 (Ca+Al)-(3Al+2(Na+K))-(Al+Na+K)diagram (base map after ref.[61])

本文樣品主要落在水平實線以下，與碌礎壩巖體呈現準鋁質-弱過鋁質的地球化學特征一致。樣品主要分布在虛線以下，說明西秦嶺碌礎壩巖體主體形成于鎂鐵質源區。

此外，樣品具有低Al2O3/(MgO+FeOT+TiO2)、高(Al2O3+MgO+FeOT+TiO2)的特征，在判別圖解(圖16(a)和(c))中，樣品主要落入角閃巖以及變玄武巖到變英云質源區部分熔融區域，指示樣品可能源于以角閃巖為主的變基性巖源區(圖16)。

圖16 西秦嶺碌礎壩巖體化學組成圖解((a)和(b)底圖據文獻[62]，(c)底圖據文獻[63]；(d)底圖據文獻[64])Fig.16 Chemical discrimination plots for the Luchuba pluton in West Qinling (base map (a)(b)after ref.[62];base map (c)after ref.[63];base map (d)after ref.[64])

5.2.2 巖石成因

本文西秦嶺碌礎壩巖體樣品主要為花崗閃長巖，樣品中普遍發育角閃石，這些樣品A/CNK值小于1.1，K2O/Na2O=1.11～1.74，富鉀，里特曼指數σ值為2.20～2.91(僅有一個樣品為4.34)，指示大部分樣品屬于鈣堿性巖系列，表明巖體為準鋁質到弱過鋁質高鉀鈣堿性I型花崗巖。關于高鉀鈣堿性I型花崗巖的成因認識有：(1)幔源玄武質巖漿結晶分異并同化地殼物質[65-69]；(2)基性下地殼部分熔融[70-71]；(3)幔源鎂鐵質巖漿與殼源長英質巖漿混合[72-75]。

樣品具有微弱的Ba異常和Sr異常，中等的負Eu異常(δEu介于0.50～0.77)，反映樣品可能經歷了少量斜長石的分離結晶或者源區殘留有斜長石。然而樣品中δEu和Sr與SiO2之間不存在明顯負相關關系(圖17(a)和(b))，表明未發生明顯的斜長石分離結晶作用，指示花崗質巖石的Eu負異常更可能與源區殘留斜長石有關。角閃石的Nb/Ta分配系數大于1(Kd角閃石，Nb/Ta)=1.40[76-77]，因此，角閃石的分離結晶會導致熔體的Nb/Ta值降低，然而在圖17(c)中SiO2與Nb/Ta值之間沒有呈現出明顯相關關系，表明角閃石分離結晶作用不明顯。黑云母的Kd黑云母(Dy/Yb)值[78-79]超過1，黑云母的分離結晶會導致熔體的Dy/Yb值降低(圖17(d))；此外黑云母對V和Sc的分配系數很高，但對Th的分配系數極低[80]，黑云母分離結晶會導致V/Th值和Sc/Th值降低，然而圖中(圖17(e)和(f))并未顯示出明顯趨勢，表明黑云母分離結晶作用不明顯。綜上所述，分離結晶作用不是碌礎壩巖體形成的主導因素。

圖17 西秦嶺碌礎壩巖體部分元素哈克圖解(數據來源同圖4)Fig.17 Selected Harker diagrams for the Luchuba pluton in the West Qinling (data source as in Fig.4)

巖體具有富集大離子親石元素(Rb、K、Pb)，虧損高場強元素(Nb、Ta、Ti)的特征，在樣品微量元素原始地幔標準化蛛網圖上微量元素的變化趨勢與大陸地殼相似，表明其主要是地殼來源。其Nb/Ta值(13.8～16.9)也與典型殼源巖漿接近。然而，碌礎壩巖體的Mg#值(47～53)明顯高于下地殼部分熔融作用形成的花崗巖的Mg#值(<45)[81-83]，并且具有高的Cr值(35×10-6～91×10-6)和Ni含量(10×10-6～34×10-6)，表明巖體母巖漿形成過程中有幔源組分參與。

在角閃石Al2O3-TiO2圖解上(圖18(a))，大部分數據點分布在殼?；煸磪^域，小部分落入殼源區域；在黑云母MgO-FeO/(FeO+MgO)圖解(圖18(b))上，黑云母主要分布于殼?；煸磪^域，反映巖漿具有殼?；煸刺卣?。Harker圖解(圖5)上，寄主花崗巖和暗色包體的部分主要氧化物呈現良好的線性關系，只有Al2O3、K2O、Na2O和SiO2之間不具有明顯的協變關系，這說明巖漿源區的非單一性，更可能為巖漿混合成因[85]。巖相學上，存在暗色礦物鑲邊的石英“眼球”和礦物粒徑大小變化截然的現象通常由巖漿混合作用形成。前人的研究也表明，幔源巖漿可為下地殼部分熔融提供熱量和物質來源[86]。綜上，碌礎壩巖體可能起源于以角閃巖為主的變基性巖部分熔融，幔源組分的參與導致巖體具有高的Mg#值，以及高Cr和Ni含量等特征。

圖18 西秦嶺碌礎壩巖體角閃石Al2O3-TiO2(a)和黑云母MgO-FeO/(FeO+MgO)圖解(b)((a)底圖據文獻[48]；(b)底圖據文獻[84])Fig.18 Amphibole Al2O3 vs.TiO2 (a)and biotite MgO vs.FeO/(FeO+MgO)(b)plots for the Luchuba pluton in West Qinling (base map (a)after ref.[48];base map (b)after ref.[84])

綜合前人數據，西秦嶺碌礎壩巖體主要形成于晚三疊世中期(219～206 Ma)。巖體顯示虧損Nb、Ta、Ti、Hf和HFSE的正常巖漿弧巖石特征，其Sr含量為271.6×10-6～573.6×10-6，Y含量為8.7×10-6～22.1×10-6，Sr/Y值為26.3～31.1，部分樣品具有高的Sr含量(>400×10-6)或具有低的Y含量(小于18×10-6)，但其具有較低的Sr/Y和(La/Yb)N(9.4～30.4)比值，在圖19上主要投在正常巖漿弧巖石區域，表明巖體不具備埃達克質巖特征。

圖19 西秦嶺碌礎壩巖體Y-Sr/Y圖解和YbN-(La/Yb)N圖解(據文獻[87]，引文數據據文獻[17-23]，下文相同)Fig.19 Y vs.Sr/Y (a)and YbN vs.(La/Yb)N(b)plots for the Luchuba pluton in the West Qinling (base map after ref.[87];cited data from refs.[17-23];the same below)

5.3 地球動力學背景

西秦嶺廣泛分布有三疊紀花崗巖，對它們構造背景的研究仍存在爭議，主要集中在華北和揚子板塊在西秦嶺造山帶的碰撞時限問題上。主要存在以下幾種觀點：(1)阿尼瑪卿洋在早三疊世已經閉合，碰撞發生在早三疊世；(2)三疊紀仍處于洋殼俯沖環境，碰撞發生在晚三疊世；(3)中三疊世處于俯沖向碰撞轉換的構造環境。

本研究認為西秦嶺早三疊世仍處于洋陸俯沖環境，碰撞發生在中晚三疊世。與西秦嶺處于同一個構造動力學背景體系下的東昆侖，它內部的鎂鐵質巖墻群形成于(251±2)Ma，且與洋殼俯沖過程密切相關，指示碰撞發生在早三疊世之后，晚于東秦嶺陸-陸碰撞造山作用[88]。西秦嶺三疊紀巖漿巖類型復雜，為活動大陸邊緣的產物，陸陸碰撞構造體系無法解釋其空間分帶性及成分極性。部分西秦嶺三疊紀巖漿巖中高Sr和低Y、Yb含量以及高Sr/Y、La/Yb、Mg#等特征符合大陸弧背景產物的性質[89-91]。黑溝峽地區火山巖[92]Sm-Nd等時線年齡為(242±21)Ma，Rb-Sr等時線年齡為(221±13)Ma，勉略帶分布的高壓榴輝巖礦物-全巖[93]Sm-Nd等時線年齡為(192±34)Ma，黑云母40Ar-39Ar坪年齡為(199.6±1.7)Ma，說明在220.0～199.6 Ma由洋-陸俯沖向陸-陸碰撞轉變，表明華北與揚子板塊在西秦嶺區域的碰撞時間不晚于晚三疊世，西秦嶺三疊紀處于洋-陸俯沖向陸-陸碰撞轉換階段[94-95]。

值得一提的是，西秦嶺區域晚三疊世普遍存在海相地層向非海相沉積地層的轉變，這些現象可以在碰撞作用下形成，也可能在俯沖過程中形成[96-97]。

西秦嶺三疊紀晚期的地殼厚度，前人已經做了比較詳細的討論[98-99]，認為西秦嶺東側在220～210 Ma發生了顯著的增厚事件，但這仍然是一個開放性的問題。本文想強調的是，根據Sr/Y、La/Yb或其他元素比值推斷獲得的地殼厚度，很大程度上依賴于熔融殘余相的礦物類型，例如石榴石，它可以是變基性巖的熔融殘余相，亦可以是變泥質巖的熔融殘余相，對于前者，可能指示一個較高的源區熔融壓力條件，而對于泥質巖，形成石榴子石殘余的熔融壓力條件[100]可以低于5 kbar。因此，上述元素比值指標的含義有時候存在不確定性。從圖16來看，碌礎壩巖體的源巖似乎存在少量的變質硬砂巖組分?？傊?，通過某些元素比值推斷地殼加厚事件，總是需要更多的證據來支持，例如如何排除泥質巖源區組分的干擾等。

6 結 論

(1)碌礎壩巖體內的石英閃長巖和花崗閃長巖為準鋁質-弱過鋁質高鉀鈣堿性巖石，其中花崗閃長巖屬I型花崗巖類。碌礎壩巖體的鋁飽和指數為A/CNK為0.82～1.04，屬于鉀玄質-高鉀鈣堿性系列。

(2)電子探針分析結果顯示，斜長石的An值為18～53，以中長石為主。角閃石為鎂角閃石，Mg/(Mg+Fe2+)值為0.55～0.72，部分核部Mg/(Mg+Fe2+)值較高(0.88～0.91)并具有富鈣特征(CaO含量為17.80%～22.67%)。黑云母Mg/(Mg+Fe2+)值為0.44～0.57，屬鎂質黑云母。

(3)礦物溫壓計、濕度計及氧逸度計限定碌礎壩巖體形成于中溫、富水、高氧逸度的環境。全巖鋯飽和溫度計結果平均為764 ℃。碌礎壩巖體角閃石結晶溫度為704～824 ℃，壓力為1.0～3.5 kbar，平均結晶深度為6.8 km；平衡熔體氧逸度為ΔNNO=0.7～1.4，含水量為3.9%～6.3%；黑云母結晶溫度為700～746 ℃，壓力為0.9～1.4 kbar，平均結晶深度為4.1 km。

(4)碌礎壩巖體具有富集Rb、Th、U、K和Pb等元素，虧損Nb、Ta、P和Ti等元素的特征，具有中等Eu負異常，和平均大陸地殼相似。本文認為碌礎壩巖體由角閃巖為主的變基性巖部分熔融形成，幔源組分的輸入導致其具有高Mg#值，以及高Cr和Ni含量的特征。綜合前人資料，本文提出碌礎壩巖體形成于洋-陸俯沖向陸-陸碰撞轉換的階段。

致謝：在本文撰寫和修改期間，得到劉家軍教授、申俊峰教授、熊富浩副教授的悉心指導；地質調研、數據處理以及論文修改方面亦得到了劉華南博士、邢慧強博士、謝元惠博士，以及王日香碩士的鼎力相助；在此一并表達由衷的謝意！