东秦岭铜山-天目山铝质A型花岗岩特征及构造意义

东秦岭铜山-天目山铝质A型花岗岩特征及构造意义
曾宪友;孙国锋;晁红丽
【摘要】铜山-天目山花岗岩地处东秦岭的桐柏北部,由铜山、天目山两个花岗岩岩基或岩株组成,分别呈北西向蝌蚪状、南东向不规律带状展布于羊册-明港断裂带南北两侧,以往被认为是S型花岗岩.研究结果表明,其岩石化学以高硅碱富钾贫钙低镁及FeOT/HgO比值高、碱性、准铝质-过铝质为特点;稀土元素总量较高,Eu亏损显著,稀土元素球粒陨石标准化分布型式呈典型的"海鸥型";微量元素中HFSE富集、Rb/Sr、Rb/Ba比值较高,Sr、Ba、Ta、P、Ti强烈亏损,属铝质A型花岗岩,明显不同于S型及I型、H型花岗岩.形成于叠覆造山期后的板内拉张环境,标志着东秦岭地壳在早白垩世中晚期仍处于伸展减薄塌陷阶段.
【期刊名称】《地质调查与研究》
【年(卷),期】2010(033)004
【总页数】9页(P291-299)
【关键词】铝质A型花岗岩;造山期后;伸展机制;拉张环境;早白垩世;东秦岭
【作者】曾宪友;孙国锋;晁红丽
【作者单位】河南省地质调查院,河南郑州450001;河南省地质矿产勘查开发局第三地质调查队,河南信阳464000;河南省地质调查院,河南郑州450001;河南省地质调查院,河南郑州450001
【正文语种】中文
【中图分类】P588.12+1
自1979年Loiselle和Wones[1]提出贫水(Anhydrous)、碱性(Alkaline)和形成于非造山(Anorogenic)环境的A型花岗岩概念以来，一直得到地质学家的广泛重视[2-4]。

对于东秦岭地区广泛分布的花岗岩特征，特别是富碱侵入岩，国内众多的地质学家进行了较为全面的系统研究，并提出了一系列新的认识[5-7]。

对于东秦岭A型花岗岩、环斑花岗岩等的研究成果亦有报道[8-9]。

铜山－天目山花岗岩体，以往被认为是S型花岗岩[10]。

笔者在开展1/25万区域地质调查①河南省地质调查院.1/25万枣阳市幅区域地质调查报告.河南省地质调查院，2008.工作的基础上，通过对上世纪80年代完成的1/5万区域地质调查②河南省地质矿产局第三地质调查队.1/5万竹沟幅区域地质调查报告.河南省地矿局，1981.-④河南省地质矿产厅第三地质调查队.1/5万毛集、固县镇、平昌关幅区域地质调查报告.河南省地矿局，1990.岩石地球化学数据再整理及再认识发现其完全具备铝质A型花岗岩特征，而有别于S型花岗岩或壳源重熔型。

该类岩石的出现标志着东秦岭地壳在早白垩世中晚期仍处在伸展减薄塌陷阶段。

铜山－天目山花岗岩地处秦岭造山带东段（即东秦岭）的桐柏北部，由铜山、天目山两个花岗岩岩基或岩株组成，分别呈北西向蝌蚪状、南东向不规则带状展布于羊册－明港断裂带南北两侧(图1)，跨华北陆块南缘与北秦岭构造带两个二级构造单元，侵入于中－新元古代变质地层及新元古－晚侏罗世岩体等，出露总面积约145 km2。

侵入界线清楚，局部地段可见烘烤边，接触界面多外倾，倾角65°～80°。

围岩蚀变主要见于两岩体的东南侧，有矽卡岩化、角岩化及硅化等，接触带宽0.1～1.5 km；沿接触带并见有钼银铅锌矿化和萤石矿化⑤河南省地质调查院.河南省平氏－竹沟地区铅锌银矿评价成果报告.河南省地质调查院，2005.。

呈大花瓣状或放射状巨晶沿天目山岩体裂隙产出的辉钼矿Re－Os同位素模式年龄为121.6±2.1 Ma[11]，表明铜山－天目山花岗岩体的成岩年龄应略大于此年龄值，但仍应为早白垩世。

铜山－天目山花岗岩的岩性单一，不含富云富闪等基性包体，岩性均为黑云母花岗岩，在R1－R2分类图解上，投点均位于碱性花岗岩区（图略）。

根据岩石结构和内部接触关系，由边缘至中心铜山岩体可进一步划分为细粒黑云母花岗岩－中粒黑云母花岗岩－粗中粒黑云母花岗岩－斑状粗中粒黑云母花岗岩等四个岩性单元，天目山岩体可进一步划分为细粒黑云母花岗岩－细中－中粒黑云母花岗岩－粗中粒黑云母花岗岩－斑状细粒黑云母花岗岩－细粒黑云母花岗岩等五个岩性单元，各单元间接触关系较为清晰，反映出具多次脉动上侵的特点。

岩石呈浅肉红色，细粒－中粗粒花岗结构（等粒－连续不等粒结构），似斑状结构，块状构造。

矿物组成及基本特征为：细粒－中粗粒花岗岩中碱性长石20%～45%、斜长石20%～40%、石英20%～30%、黑云母＜5%；似斑状花岗岩中斑晶为碱性长石，占10%～45%，基质为碱性长石(35%～40%)、斜长石(30%～35%)、石英(30%)、黑云母＜2%，占55%～90%。

碱性长石为条纹长石，他形－半自形粒状，具卡氏双晶，条纹长
石斑晶中有时出现环斑构造，晶面浑浊，有高岭土化、泥化；斜长石为更钠长石，An=5～30，半自形板柱状，具交代蠕虫及交代净边结构，常见聚片双晶，有泥化、绢云母化；石英他形粒状，裂纹发育；黑云母片状，多色性明显。

副矿物以磁铁矿、锆石、榍石、钛铁矿为主，副矿物组合属磁铁矿型。

铜山－天目山花岗岩岩石化学成分及特征参数、稀土及微量元素含量及特征参数分别如表1、2所示。

铜山－天目山花岗岩各样品岩石化学成分非常接近。

SiO2含量较高，为
74.44%～77.06%，平均75.93%；(Na2O+K2O) 较富，为8.22%～9.05%，平
均8.50%，且K2O/Na2O比值均大于1，为1.05～1.56，平均1.27；CaO含量
较低，为0.13%～0.91%，平均0.43%；MgO含量较低，为0.04%～0.50%，平均0.19%；FeOT/MgO比值较高，一般为9.50～17.32，平均11.18。

总体显示
出高硅碱富钾贫钙低镁的A型花岗岩特征[4]。

铜山－天目山花岗岩分异指数(DI)为92.99～97.01，平均95.29，分离结晶程度较高；碱度率(AR)为4.00～5.75，平均4.97，在AR-SiO2碱度关系图（图2a）上，样品投点全部落在碱性区；铝饱和指数(A/CNK)一般为0.99～1.08，平均1.03，
在A/NK-A/CNK图解[12]（图2b）上，样品投点落入准铝质－弱过铝质岩石区；CIPW标准矿物中多有刚玉（C）分子出现。

表明铜山－天目山花岗岩属铝质花岗岩。

铜山－天目山花岗岩稀土元素总量（∑REE）较高，为75.82×10-6～121.89×10-6；轻重稀土元素比值（LREE/HREE）为4.87～15.14，分馏程度较高；δEu为
0.11～0.51，Eu亏损显著。

稀土元素球粒陨石标准化分布型式呈典型的A型花岗岩特有的“海鸥型”[13,14](图3)。

微量元素Ba含量为43.7×10-6～233×10-6，平均197.6×10-6；Rb含量为
541×10-6～489×10-6，平均498.8×10-6；Sr含量为5.1×10-6～95.6×10-6，平均56.07×10-6；Nb含量为70.0×10-6～85.0×10-6，平均87.1×10-6；Zr
含量为30×10-6～145×10-6，平均71.7×10-6；Y含量为9.20×10-6～
14.93×10-6，平均12.75×10-6；Ga含量为17.7×10-6～23.5×10-6，平均20.6×10-6；Rb/Sr比值为 5.66～95.88，平均36.15；Rb/Ba比值为2.32～11.99，平均5.41。

显示出Nb、Ga等高场元素(HFSE)含量和Rb/Sr、Rb/Ba比
值高的A型花岗岩特征[3,4]。

在微量元素原始地幔标准化蛛网图(图4)上，表现为高场元素（HFSE）Nb、Zr、Y、Ce及K、Rb、Th、Hf、Sm、Yb富集，而Sr、Ba、Ta、P、Ti强烈亏损，表明其可能是一种高演化成分的A型花岗岩[13]。

前已述及，铜山－天目山岩体在岩石地球化学成分上表现出A型花岗岩的特征。

Collins等(1982)、Whalen等(1987)和 Eby(1990)根据结晶分异作用过程中主量
元素、大离子亲石元素和高场元素的地球化学行为，先后绘制了一些判别图解。

在Na2O－K2O判别图解（图5a）上，样品投点全部落在A型花岗岩区；
Eby(1990)认为对于高硅的花岗岩而言，FeOT-SiO2相关图是判别A型花岗岩与I 型、S型花岗岩的有效图解[15]，在该判别图解（图5b）上，除4个斑状花岗岩
样品，由于含有一定量微斜长石斑晶而使基质中FeOT含量减少，投影到I型及S 型花岗岩区外，其余样品投点几乎全部落入A型花岗岩区。

同样在判别A型花岗
岩的10 000 Ga/Al－FeOT/MgO、K2O/Na2O、Y、Ce图 (图6)上，投点也全落在A型花岗岩区。

结合岩石的饱和铝指数特征可以确定铜山－天目山岩体应属于
铝质A型花岗岩。

关于A型花岗岩的岩浆起源及演化已有多种观点，主要包括：碱性玄武岩的分离
结晶；岩浆混合；下地壳源岩（或麻粒岩相残留体、紫苏花岗质下地壳或英云闪长质I型花岗岩）的部分熔融[9]。

铜山－天目山岩体中Sr、Ba含量低显示了强岩浆结晶分异作用的特点[3]；Rb含量高于分异成因花岗岩(＞270×10-6)，表明其可
能是由稳定壳源物质熔融的高硅富碱低钙花岗质岩浆结晶分异而成。

A型花岗岩形成与热点、大陆裂谷或造山后的地壳伸展有关，目前国内外在认识没有大的分歧，但其大地构造背景可以是伸展、挤压或剪切走滑[3]。

以下从岩体野
外地质产状和岩石地球化学特征两个方面，对铜山－天目山花岗岩形成的构造环境加以探讨。

铜山－天目山花岗岩由铜山、天目山两个花岗岩体组成。

前者呈北西向蝌蚪状展布，岩体内部未见暗色岩石包体和矿物定向组构，说明其应属构造被动就位。

由自南东向北西隐约可见晚期单元半套环式分布，岩体与围岩接触界面南东端呈弧形，围岩亦发生强迫一致现象；北西端接触界面呈港湾状，表明其具南东向侧向侵位的特点。

后者呈北东向不规则带状展布，岩体内部也未见暗色岩石包体和矿物定向组构，亦说明其应属构造被动就位。

由自南西向北东隐约可见晚期单元半套环式分布，岩体与围岩接触界面北东端凸显弧形；北西端接触界面呈树杈状脉体侵位，表明其具北东向侧向侵位的特点。

综上所述，铜山、天目山岩体在地质特征上分别显示出沿北西向和北东向两组共轭深大断裂被动就位的特点。

Maniar和Piccoli(1989)利用花岗岩类岩石主元素地球化学特征参数，将花岗岩类形成的构造环境划分为造山类和非造山类[16,17]；Hoskin等(2000)划分为地幔分异、板块碰撞前、碰撞后隆起、造山晚期、非造山、同碰撞、造山期后[14]。

Eby(1992)根据高场元素地球化学行为，将A型花岗岩分为A1型（非造山的大陆裂谷或板内环境型）和A2型（造山后的陆-陆碰撞或岛弧环境），与之对应的是
洪大卫等(1995)的AA型（非造山型）和PA型（后造山型）[3]。

铜山－天目山花岗岩在Al2O3－SiO2、FeOT/(FeOT+MgO)－SiO2判别图和FeOT－MgO(AFM三元图解)、(FeOT+MgO)－CaO(ACM三元图解)判别图(图7)上，大多数投点落入非造山区(RRG+CEUG)。

在R 1－R 2、10 000 Ga/Al构造环境判别图解(图8)上，样品投点分别全部落入造山期后花岗岩区和后造山A型花岗岩区；进一步在Nb-Y-Ce和Nb-Y-3 Ga图解(图9)上，投点均落入非造山区。

在lg[CaO/(K2O+Na2O)]－SiO2构造体制判别图解(图10)上，多数样品投点落入伸展型花岗岩区。

据此表明，铜山－天目山花岗岩形成于叠覆造山期后的板内非造山拉张环境。

秦岭造山带是一条结构复杂的大陆造山带，经历了多期次的伸展裂解、汇聚拼贴，特别是印支期陆内俯冲作用的全面改造。

区域研究成果表明，早泥盆世华北与扬子板块开始自东向西发生碰撞拼合（这一地质过程在东秦岭华北与扬子板块主缝合带—龟梅断裂带北侧的大别山北坡发育石炭系含煤建造、桐柏山北坡发育晚古生代
－下三叠统含放射虫动物群碳酸盐岩建造档案中得以记录），南秦岭向北拆离俯冲，它的上部垫置于北秦岭之下，下部俯冲于华北块体之下。

中三叠世，秦岭古海槽全面封闭，华北与扬子板块拼贴为一个整体，转入陆内叠覆造山构造演化阶段[18-20]。

卢欣祥等(1999)确切认为以老君山、秦岭梁和沙河湾岩体为代表的东秦岭环
斑花岗岩带(U-Pb,Rb-Sr,Ar-Ar210～217 Ma)的发现，表明秦岭主造山阶段已经
结束和后造山阶段—陆内阶段的开始[21]，此时北秦岭向北仰冲，华北陆块南缘呈鳄鱼状向南楔入到北秦岭构造带，形成了北秦岭逆冲推覆构造带及华北地块南缘的陆内俯冲[22]。

早中侏罗世陆内叠覆造山使秦岭地壳加厚，原有的造山带岩石圈结构失衡，俯冲楔断离拆沉，上地幔与中下地壳物质混熔形成造山期后中酸性混浆型岩浆源。

晚侏罗世，受环太平洋构造域的影响，中国东部乃至整个东秦岭地区构造运动体制发生了大的转换，即从近南北向挤压机制转入近东西向伸展机制，形成近东西－北西西向走滑正断层和北东向平移正断层，两组深大断裂构成棋盘格子状构造，为造山期后形成中酸性混浆型岩浆提供了通道，桐柏－大别山地区的晚侏罗－早白垩世商城、新县、灵山、鸡公山、车云山混浆型花岗岩岩基侵入就位和一系列山前断陷盆地南缘晚侏罗－早白垩世早中期金刚台组、陈棚组陆相中酸性火山岩喷发（溢），这既是当时东秦岭构造体制发生转换的有力佐证。

伸展构造体制转换，不仅使造山带伸展塌陷，同时地壳亦发生减薄，随着地壳热流值的不断升高，早白垩世中晚期中下地壳物质再次发生局部熔融，形成以高硅富碱低钙为特征的非造山环境下的花岗质岩浆，并沿北西向和南东向两组断裂被动上侵，铜山－天目山铝质A型花岗岩就位。

A型花岗岩形成于开放的拉张环境，是构造岩浆旋回演化后期的产物，它成为造山带和挤压造山运动结束和转入拉张环境的最直接的岩石学记录[23]。

因此，铜山－天目山铝质A型花岗岩的产出，标志着东秦岭地壳在早白垩世中晚期仍处于
伸展减薄塌陷阶段。

(1)铜山－天目山花岗岩岩石化学成分具高硅碱富钾贫钙低镁，FeOT/MgO比值高，碱度率(AR)、铝饱和指数(A/CNK)较高；稀土元素总量较高，Eu亏损显著，稀土
元素球粒陨石标准化分布型式呈典型的“海鸥型”；微量元素Nb、Zr、Y、Ca等HFSE含量及Rb/Sr、Rb/Ba比值较高，Sr、Ba、Ta、P、Ti强烈亏损等显示其不
同于一般S型、I型及M型花岗岩，应属铝质A型花岗岩。

(2)岩体地质特征表明铜山、天目山岩体分别沿北西向和北东向深大断裂被动就位；岩石地球化学特征参数图解判定铜山－天目山花岗岩形成于叠覆造山期后的板内非造山拉张环境。

(3)铜山－天目山铝质A型花岗岩的产出，标志着东秦岭地壳在早白垩世中晚期仍
处于伸展减薄塌陷阶段。

致谢：本文是曾在该区从事过1/5万、1/25万区域地质调查工作同志劳动成果的总结，对于铜山－天目山花岗岩体的成因，作者曾与河南省国土资源科学研究院卢欣祥教授级高级工程师、河南省地质调查院刘振宏高级工程师进行过有益的讨论，在此一并表示诚挚的谢意！
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