大别山北部桃花岭岩体年代学、地球化学特征及构造意义

袁德志，唐相伟，史兴俊，包峻帆，刘奎松，范金伟，郭跃闪

(1. 河南省地质矿产勘查开发局 第三地质矿产调查院，河南 信阳 464000；2. 信阳师范学院 地理科学学院/豫南岩矿宝玉石鉴定及加工中心，河南 信阳 464000)

0 引言

桐柏-大别山造山带位于华北克拉通和扬子克拉通之间，记录了板块俯冲、碰撞，地壳加厚和减薄的地球动力学信息[1-2]，是探讨大陆深俯冲、碰撞造山过程与超高压变质作用的天然实验室，因此成为国内外地学研究的热点地区之一。此外，秦岭-大别山地区矿产资源丰富，是我国钼、铜、金等金属的重要矿产基地[3-4]。近些年来，随着沙坪沟、千鹅冲、汤家坪等一批大型、特大型斑岩型钼矿的发现，东秦岭-大别山地区的钼资源量已经超过美国Climax钼矿带，成为世界第一大钼矿带[5]。大别山地区中生代岩浆活动强烈，大的花岗岩基和中酸性小岩体共存(图1a)，成群出现的小型斑岩体是本区有色金属矿床的主要成矿母岩。因此，查明桐柏-大别山地区中小型斑岩体的岩浆时空演化、岩石组合特征及其构造背景，对研究区域构造演化和寻找与岩浆有关的矿产具有重要意义。桃花岭岩体位于大别山北麓中段，是一个典型的小型斑岩体，周边出现了铅锌矿化现象，具有一定的成矿潜力。但由于缺少系统的研究，其时代和成因类型尚不清楚。因此，本文选择对桃花岭侵入岩开展岩石学、年代学和地球化学研究，为探讨上述问题提供约束。

图1 大别山地区地质简图 (a) 和桃花岭岩体地质简图(b) [6]Fig. 1 Geological sketch map of the Dabieshan area (a) and Taohualing pluton (b)

1 岩体地质及岩相学

桃花岭岩体位于大别山北麓中段，为椭圆形的小岩株，出露面积约3.9 km2。岩体北部和东部侵入侏罗纪碎屑沉积岩，西部和南部分别被白垩纪火山岩和第四系沉积物覆盖(图1b)。桃花岭岩体主要由中酸性侵入岩组成，岩石类型主要包括花岗闪长岩、正长花岗斑岩、二长岩和闪长岩等，发育晚期的石英斑岩脉和花岗斑岩脉。岩石总体无明显变形和蚀变现象。

花岗闪长岩 (样品TH-QF1、TH-QF3、TH-QF4)，灰白色，中粗粒花岗结构，块状构造(图2a)，无变形。主要由石英(15%～20%)、斜长石(50%～55%)、钾长石(15%～20%)、角闪石(～5%)、黑云母(～5%)组成，有少量榍石、锆石、绢云母等副矿物(图2b)。石英多为它形粒状，分布于长石颗粒空隙中，粒径多小于0.3 mm。斜长石半自形板条状，少许它形粒状，尺寸约0.1 mm×0.3 mm～1.0 mm×4.0 mm之间，以卡钠复合双晶常见。钾长石它形粒状，少量半自形板状，边缘形态不规则，晶面浑浊，可见格子双晶。岩石发育少量自形角闪石，多被蚀变交代。

正长花岗斑岩(样品TH-QF2)，浅肉红色，为基质具细粒结构的似斑状结构(图2c)，块状构造。主要由钾长石(～45%)、斜长石(25%～30%)、石英(20%～25%)组成，此外还有少量的黑云母和角闪石(图2d)。斑晶主要为钾长石和斜长石，斑晶大小2.0 mm×2.0 mm，石英多为它形粒状，分布于长石颗粒空隙中，粒径多小于0.4 mm。斜长石和钾长石有一定的绢云母化。

图2 桃花岭侵入岩样品及岩石镜下显微照片Fig. 2 Outcrop and microphotographs of the intrusive rocks from the Taohualing pluton (a)花岗闪长岩；(b)花岗闪长岩镜下照片； (c)正长花岗斑岩；(d)正长花岗斑岩镜下照片 Qtz.石英；Pl.斜长石；Kfs.钾长石；Hb.角闪石；Bt.黑云母

2 测试方法

样品破碎和锆石单矿物挑选在河北省区域地质调查队实验室完成。将原岩样品粉碎，经常规重选和电磁选后，在双目镜下挑选锆石。地球化学分析在河南省岩石矿物测试中心完成，全岩主量元素采用等离子体发射光谱仪测定，稀土和微量元素采用电感耦合等离子体质谱仪测定。采用标样进行质量监控，测试精度优于5%。

锆石制靶、阴极发光照相及锆石U-Pb同位素年龄由天津地质矿产研究所同位素实验室完成。将完整的典型锆石颗粒置于DEVCON环氧树脂中，待固结后抛磨，使锆石内部充分暴露，然后进行锆石显微(反射光和透射光)照相和锆石的阴极发光(CL)照相。U-Pb同位素分析使用仪器为Neptune多接收电感耦合等离子体质谱仪和193 nm 激光取样系统(LA-MC-ICP-MS)。锆石U-Pb测年时激光剥蚀的斑束为35 μm，能量密度为13～14 J/cm2，频率为8～10 Hz，激光剥蚀物质以He为载气送入Neptune(MC-ICP-MS)。采用TEMORA和GJ-1作为外部锆石年龄标准进行U、Pb同位素分馏校正，具体实验流程可参见文献[7-8]。

3 测试结果及讨论

3.1 岩体时代及意义

花岗闪长岩(样品编号THNY.1)锆石无色透明，半自形-自形，短柱状，长宽比为2∶1。锆石阴极发光图像(图3a)显示具有非常清晰的振荡环带结构，不发育继承核和变质边，表明它们是岩浆成因锆石。测试结果见表1，27个分析点的结果都位于谐和线上，且分布范围集中，206Pb/238U年龄集中在138～144 Ma，加权平均值为142±1 Ma (MSWD=0.85，采样点n=27)，代表了花岗闪长岩结晶年龄(图3a)。

表1 桃花岭岩体花岗岩锆石LA-MC-ICP-MS U-Pb分析数据Tab. 1 MC-ICP-MS U-Pb isotopic analysis for zircons from the Taohualing pluton

正长花岗斑岩(样品编号THNY.2)锆石颗粒在透射光下无色透明，晶体较小，粒径在100～150 μm。锆石多呈椭圆状，半自形，具有明显的振荡环带(图3b)，表明都是岩浆成因锆石。U-Pb分析结果显示，所有分析点都位于谐和线上，206Pb/238U年龄集中在149～158 Ma，加权平均值为154±1 Ma (MSWD=1.8，采样点n=23)，代表了正长花岗斑岩结晶年龄(图3b)。

图3 桃花岭岩体锆石U-Pb年龄谐和图Fig. 3 Zircon U-Pb concordia diagram for the granitoids from the Taohualing pluton

桃花岭二长岩还获得了132±2 Ma锆石U-Pb年龄[9]，这些结果表明，桃花岭岩体并非均一的岩体，其内部岩石组成多样，岩浆多期次侵位，是一个形成于154～132 Ma的复式岩体。这与邻近的新县花岗岩体类似，学者们在新县岩体内获得了至少153±1 Ma、146±2 Ma和132±2 Ma三个期次的岩浆年龄[10-11]。这些现象表明大别山地区晚中生代岩浆活动剧烈，很多岩体并非一次侵位形成。大别山造山带晚中生代岩浆活动多认为集中于早白垩世143～117 Ma[12]，但启动时间存在疑问。一些岩体虽然获得了晚侏罗世年龄，如张榜岩体(150±2 Ma)[13]、新县岩体(153±1 Ma)[10]等，有学者认为这些岩体的锆石颜色发黑，不具有典型岩浆环带，年龄意义仅做参考[14]。然而，本文桃花岭正长花岗斑岩的锆石具有清晰的振荡环带结构，数据都位于谐和线上，其154±1 Ma的年龄具有高可信度，这表明大别造山带存在晚侏罗世岩浆活动。

3.2 成因类型

地球化学分析结果见表2，花岗闪长岩具有质量分数相对低的SiO2(64.1%～65.1%)，高的Al2O3(15.1%～16.0%)、CaO(3.4%～3.8%)、MgO(1.8%～2.2%)和Fe2O3(3.7%～3.8%)含量。全碱含量(Na2O+ K2O)为6.7%～6.9%，为高钾钙碱性系列(图4a)。铝饱和指数(A/CNK)集中在0.96～1.05，A/NK=1.68～1.73，为准铝质-弱过铝质(图4b)。铝饱和指数小于1.1，且未出现堇青石，故排除S型花岗岩可能。结合矿物学研究，出现自形角闪石， 表明其属于I型花岗岩。正

表2 桃花岭岩体主量元素和微量元素质量分数(%)Tab. 2 Major and trace element compositions of the Taohualing pluton

LREE=La+Ce+Pr+Nd+Sm+Eu; HREE=Gd+Tb+Dy+Ho+Er+Tm+Yb+Lu; ΣREE=LREE+HREE; (La/Yb)N=(La/0.237)/(Yb/0.170);δ(Eu)=(Eu)N/[(Gd)N+(Sm)N]1/2

长花岗斑岩除具有相对高的SiO2(68.1%)和K2O(4.35%)外，其他成分含量较为类似，因不发育典型的碱性暗色矿物，因而成因类型也属于I型花岗岩。

桃花岭花岗闪长岩和正长花岗斑岩具有高度类似的稀土元素和微量元素组成，稀土元素含量中等(∑REE=190×10-6～201×10-6)，明显富集轻稀土(LREE/HREE=12.8～14.5)，在球粒陨石REE标准化图解上呈右倾型，具有弱的铕负异常(δEu=0.7～0.8)(图5a)。二者在原始地幔标准化蛛网图解中也显示出一致的特征(图5b)，都相对富集大离子亲石元素K、Rb、Sr、Ba等，亏损高场强元素Ta、Nb、Zr等。

图4 桃花岭花岗闪长岩SiO2-K2O图解(a)； A/NK-A/CNK图解(b)Fig. 4 (a) SiO2-K2O diagram;(b) A/NK-A/CNK diagram for the Taohualing granodiorites

图5 桃花岭侵入岩的稀土元素配分模式图(a)和微量元素蛛网图(b)Fig. 5 Chondrite-normalized REE patterns(a) and primitive-mantle normalizedtrace element patterns(b)for the Taohualing intrusive rocks

桐柏-大别山造山带是典型的大陆碰撞造山带，经历了陆陆碰撞、深俯冲及折返、地壳加厚和伸展减薄的过程，在挤压构造向伸展体制转换过程中，出现了巨量的晚中生代岩浆活动[15-16].其中，早期的岩浆活动(>130 Ma)通常具有高的Sr含量，以及高的Sr/Y、La/Yb、Dy/Yb和Nb/Ta比值，类似埃达克质岩石，被认为是来自加厚的镁铁质地壳(>50 km)[12]。晚期花岗岩(<130 Ma)多具有低的Sr含量和Sr/Y比值，类似普通花岗岩，表明源区较浅[17]。值得注意的是，在130～132 Ma，大别山造山带出现了高镁埃达克质岩石，同时造山后岩浆作用从高Sr/Y花岗岩类，转变为基性-超基性岩以及普通花岗岩类[18]，这揭示该时期为加厚山根下地壳开始拆除的时间。桃花岭岩体形成时代总体属于早期，同时具有高Sr(356×10-6～517×10-6)、La/Yb(16～20)，低Y(15～18)和Mg#(40～46)，弱的Eu异常，尽管Sr/Y比值略低(24～30)，但总体类似于大别山地区早期的低镁埃达克质岩石，因而可能代表了加厚下地壳的熔融。

4 结论

(1)锆石U-Pb定年表明，桃花岭正长花岗斑岩侵位于154±1 Ma，花岗闪长岩侵位于142±1 Ma，桃花岭岩体是晚侏罗世-早白垩世的复式岩体。这也表明大别山晚中生代巨量岩浆活动从晚侏罗世就已经开始。

(2)地球化学及岩石学研究表明，桃花岭花岗岩体属于I型花岗岩，其地球化学特征类似于大别造山带晚中生代早期的低镁埃达克质岩石，可能是加厚下地壳熔融的产物，说明这一时期已经向伸展构造体制转换。