同源巖漿不同期次之間混合產生的暗色包體
——以北拉薩地塊中部晚白堊世桑心日巖體為例*

陳偉 宋楊 劉洪章 孫渺 馬旭東 丁吉順 黎心遠

1. 中國地質科學院礦產資源研究所，自然資源部成礦作用和資源評價重點實驗室，北京 1000372. 河北省區域地質調查院，廊坊 0650003. 中國地質大學地球科學與資源學院，北京 1000834. 成都理工大學地球科學學院，成都 610059

暗色微粒包體又稱鎂鐵質微粒包體(mafic microgranular enclaves, 縮寫為MMEs)，在中酸性巖漿中普遍存在，它們攜帶著豐富的地球深部動力學信息，是探索巖漿作用的深部過程以及起源、成因演化的理想研究對象(Didier and Barbarin, 1991; Barbarin, 2005; Kumar and Rino, 2006; Saby and Martin, 2008)。暗色包體一般認為有如下幾種成因機制：(1)來自花崗巖原巖熔融留下來的耐火殘留體(Chappelletal., 1987; Chenetal., 1989; Chappel and White, 1992; Whiteetal., 1999)；(2)同源巖漿早階段的析離體(Noyesetal., 1983; Chappelletal., 1987; Dahlquist, 2002; Donaireetal., 2005; Ilbeyli and Pearce, 2005; Shellnuttetal., 2010)；(3)圍巖捕擄體(Dahlquist, 2002; Donaireetal., 2005)；(4)注入長英質巖漿中的鎂鐵質巖漿固結而成(Vernon, 1984; Doraisetal., 1990; Blundy and Sparks, 1992; Wiebeetal., 1997;and Güle?, 1999; Peruginietal., 2003; Barbarin, 2005; Hawkesworth and Kemp, 2006; Kocak, 2006; Feeleyetal., 2008; Chenetal., 2009; Kocaketal., 2011; Liuetal., 2013)。繼在拉薩地體北部唐江窮果巖體中發現一種由同源巖漿不同期次(經歷了不同程度分離結晶作用)混合成因的暗色包體后(陳偉等, 2018)，我們在該地區晚白堊世桑心日巖體也發現了類似成因的暗色包體，因此認為該類巖石成因的暗色包體應該在自然界中可能廣泛存在，應該將其與其他類型的暗色包體區分出來，這樣更有利于理解巖漿在侵位、成巖過程中發生的礦物分離結晶作用及相關的巖石地球化學變化規律，這對豐富暗色包體的成因和探索巖漿作用的深部過程具有重要的科學意義。

1 地質背景

1.1 區域地質背景

青藏高原-喜馬拉雅造山帶主體自南向北依次可以劃分為喜馬拉雅地體、拉薩地體和羌塘地體，三個地體的界線分別是雅魯藏布江縫合帶和班公湖-怒江縫合帶(Girardeauetal., 1985; Zhang, 2004; Zhangetal., 2004, 2007, 2012, 2014, 2017; Shietal., 2008; 潘桂棠等, 2004)。其中拉薩地體一般分為北、中、南三個地塊，分別被獅泉河-納木錯蛇綠混雜巖帶和洛巴堆-米拉山斷裂帶分隔(圖1a)(Zhuetal., 2013; 潘桂棠等, 2004)，一般認為，南部拉薩地塊以新生地殼為特征(Zhuetal., 2011)。中拉薩地塊由于發育新元古代奧長花崗巖和變質巖(Huetal., 2005; Dongetal., 2011)，以及代表巖漿侵位年齡的鋯石具有非常負的鋯石εHf(t)值，因此，Zhuetal. (2011)認為中拉薩地塊可能是一個以元古代甚至太古宙為基底的條帶狀微陸塊。北拉薩地塊可能是發育多期巖漿作用的新生地殼(朱弟成等, 2012)，包括早白堊世石英閃長巖、英云閃長巖、花崗閃長巖，晚白堊世二長花崗巖、鉀長花崗巖，始新世正長花崗巖、淺成的流紋斑巖等。在北拉薩地塊中段雄梅地區出露的地層從老至新主要有達爾東組(D1d)、查果羅瑪組(D1C1c)、永珠組(C1-2y)、接奴群(J2-3J)、日拉組(J3K1r)、則弄群(K1Z)和多尼組(K1d)等(曲永貴等, 2011)。在北拉薩地塊與桑心日巖體同期的晚白堊世巖漿作用形成于板內加厚下地殼減薄環境，巖石的熱源來自加厚下地殼拆沉作用引起的軟流圈地幔上涌，源區可能為拆沉下地殼或者為由拆沉作用引起的殼-幔混合作用有關的巖漿活動(孫渺等, 2018)。

圖1 青藏高原構造單元劃分(a,據Zhang et al., 2012; Zhu et al., 2012修改)和桑心日巖體地質簡圖(b, 據曲永貴等, 2011修改；穿過巖體的斷裂用黑色線條表示)Fig.1 Tectonic units of the Tibet (a, revised after Zhang et al., 2012; Zhu et al., 2012) and geologic map of the Sangxinri pluton (b, modified after Qu et al., 2002; the fault across the pluton is marked by black line)

1.2 巖體地質背景及巖相學特征

桑心日巖體位于北拉薩地塊中段的雄梅地區，在雄梅鎮的東南約20km處。巖體形態呈不規則橢圓狀，東西向長軸長約9km，南北向短軸長約8km，面積約46km2。桑心日巖體為一復式巖體，巖體主體為二長花崗巖，在主巖體的中東部侵入晚期次的花崗閃長巖。巖體主要侵入于下泥盆統-下石炭統查果羅瑪組地層中(圖1b)，在巖體與圍巖接觸部位普遍發育有矽卡巖化和大理巖化。巖體內節理、脈巖較發育，脈巖以酸性巖脈為主，寬度從幾厘米至幾十厘米不等，分布無規律。暗色閃長質包體主要產于二長花崗巖中，自巖體中心到邊緣普遍發育，形狀多為橢球狀，大小一般在幾厘米到幾十厘米。此外，緊鄰桑心日巖體南側出露一套與其對應的巖體-窮郎么定巖體，該巖體應該與桑心日巖體為一整體，被后期北東向斷裂所錯斷。在圖1b中，除了與桑心日巖體接觸的查果羅瑪組地層外，還出露有石炭紀的永珠組、上侏羅統-下白堊統的日拉組、下白堊統多尼組、下白堊統郎山組以及上白堊統江巴組火山巖。區域上斷裂發育，除了上文提到的北東向的斷裂外，還發育有近東西向和北西向兩組斷裂，其中東西向的斷裂將桑心日巖體切穿。

桑心日寄主巖呈半自形中粗粒花崗結構，塊狀構造(圖2a, b)。礦物成份由斜長石、鉀長石、石英、黑云母及少量的角閃石組成。斜長石自形程度好，呈板狀、柱狀，粒度介于2～6mm，聚片雙晶發育，有的具環帶狀構造，含量～35%；鉀長石呈板狀，具條紋狀構造，粒度2～5mm，含量～25%；石英呈他形粒狀，粒度2～5mm，含量～25%；黑云母呈半自形-自形，片狀，棕褐色-黃褐色多色性，粒度2～4mm，含量～10%，個別見綠泥石化；普通角閃石自形程度較好，呈現綠色-棕黃色多色性，粒度1～2mm，含量～5%(圖2c)。

圖2 桑心日巖體寄主巖(a-c)及暗色包體(a、b、d-f)手標本照片及薄片鏡下照片Pl-斜長石；Bi-黑云母；Amp-角閃石；Ap-磷灰石；Q-石英；Mtx-基質Fig.2 Pictures of the hand specimens and thin sections of the host rock (a-c) and MMEs (a, b, d-f) from Sangxinri plutonPl-plagioclase; Bi-biotite; Amp-amphibole; Ap-apatite; Q-quartz; Mtx-matrix

暗色包體呈灰黑色，多呈橢球狀，大小介于幾厘米到幾十厘米之間，通常在暗色包體和寄主巖的接觸面上形成一個風化間隙面(圖2a, b)，應為巖石烘烤邊形成的弱抗風化界面。暗色包體呈斑狀結構，塊狀構造。斑晶主要為角閃石和斜長石(圖2d, e)。角閃石斑晶含量約為5%，自形程度好，粒度介于1～2mm(圖2d)。斜長石斑晶含量約為5%，自形程度好，粒度介于1～3mm之間，未見巖漿混合作用形成典型的長石環帶結構，斜長石斑晶中常包裹有角閃石和黑云母等暗色礦物(圖2e)。基質在高倍鏡(100倍)下鑒定礦物顆粒多小于0.2mm，屬于微粒結構，主要由斜長石～55%、鉀長石～5%、石英～5%、角閃石～15%、黑云母～20%組成(圖2d, e)(除樣品SXR16-02為花崗閃長巖外)。另外，可見針狀磷灰石，長度一般小于0.1mm，含量較少，忽略不計(圖2f)。

2 分析方法

2.1 鋯石U-Pb定年

鋯石的分選在河北廊坊欣航測繪院完成。鋯石U-Pb同位素定年選取新鮮的全巖樣品。樣品粉碎后，經磁分選和重液分離出單顆粒鋯石，然后在雙目鏡下手工挑選出顆粒較大、晶形完好的鋯石制靶，經透射光、反射光及陰極發光(CL)研究之后，對選定的鋯石顆粒進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年。

圖3 桑心日巖體寄主花崗巖(a)及暗色包體(b)鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年諧和圖Fig.3 Cathodoluminescene (CL) images and U-Pb concordia diagrams of the host rock (a) and MMEs (b) from Sangxinri pluton

鋯石LA-ICP-MS測試在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室完成，分析測試儀器為Agilent 7500a，激光剝蝕系統為Geolas 2005，分析利用激光斑束直徑32μm，剝蝕深度為20～40μm。采用標準鋯石91500(～1064Ma)作為校正外標，GJ-1(～599Ma)作為監控樣，以合成硅酸巖玻璃NIST610標示儀器的運行狀態，以29Si為內標校正鋯石微量元素含量。對分析數據的離線處理(樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年齡計算等)采用ICPMSDataCal 9.0軟件完成，詳細的儀器操作條件與數據處理方法見Liuetal. (2008, 2010a, b)。年齡結果處理(包括協和圖的繪制與加權平均年齡計算等)利用Isoplot 3.0軟件完成(Ludwig, 2003)。

2.2 地球化學測試

主量、微量元素分析在廣州澳實礦物實驗室進行。主量元素采用堿熔法制成玻璃餅，測試采用X射線熒光光譜法(XRF)，在荷蘭帕納科Axios X熒光儀完成，分析誤差優于3%。微量元素測定采用電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)，將樣品研磨并用酸溶法(HF+HNO3)制成溶液，然后在NexIon 300x ICP-MS等離子質譜儀上進行測定，測試中采用標準樣品對儀器狀態和數據質量進行監控，含量大于10×10-6元素分析誤差小于5%，而含量小于10×10-6的元素誤差小于10%。

2.3 鋯石原位 Lu-Hf同位素測試

鋯石Hf同位素測試是在中國地質科學院地質研究所大陸構造與動力學實驗室完成，所用儀器為Neptune Plus多接收等離子質譜和Compex pro.193nm紫外激光剝蝕系統(LA-MC-ICP-MS)，實驗過程中采用He作為剝蝕物質載氣，剝蝕直徑采用32μm，測定時使用國際上通用的鋯石標樣GJ-1作為參考物質，分析點與U-Pb定年分析點為同一位置。相關儀器運行條件及詳細分析流程見侯可軍等(2007)。分析過程中鋯石標準GJ1的176Hf/177Hf測試加權平均值為0.282015±8(2σ，n=10)，與文獻報道值(Elhlouetal., 2006; 侯可軍等, 2007)在誤差范圍內完全一致。

3 實驗結果

3.1 鋯石定年

寄主花崗巖中鋯石呈灰白色，半透明，大部分呈短柱狀-長柱狀，半自形-自形，長軸為30～120μm，長短軸比介于1:1～1:4之間(圖3a)，陰極發光圖像顯示出較清晰的震蕩環帶；暗色包體中鋯石呈灰白色，半透明-不透明，短柱狀-長柱狀，晶體自形程度良好，長軸為30～100μm，長短軸比介于1:1～1:3之間(圖3b)，陰極發光圖像顯示出較清晰的震蕩環帶。寄主花崗巖和暗色包體均具有較高的Th/U比值，分別為0.46～1.16和0.52～1.16(表1)，清晰的巖漿鋯石震蕩環帶和較高的Th/U比值說明寄主花崗巖和暗色包體中的鋯石均為巖漿鋯石。寄主花崗巖的有效測試點21個，介于70.0～74.4Ma之間，加權平均年齡為71.8±0.6Ma(圖3a)；暗色包體有效測試點15個，介于71.8～79.6Ma之間，加權平均年齡75.6±1.2Ma(圖3b)，暗色包體的年齡較寄主巖早了近4Ma。

3.2 主微量元素

桑心日巖體寄主巖的SiO2含量介于69.49%～70.98%(表2)，暗色包體的SiO2含量介于60.37%～66.83%之間，屬于中性巖。寄主巖較暗色包體具有相對低的Na2O含量，寄主巖的Na2O含量介于3.37%～3.75%之間，暗色包體介于3.90%～4.39%之間。寄主巖K2O含量較暗色包體高，介于4.05%～4.37%之間，暗色包體的介于1.65%～3.44%之間。寄主巖中的K2O均較Na2O含量高，K2O/Na2O值均大于1，介于1.15～1.19之間，暗色中的K2O均較Na2O含量低，K2O/Na2O值均低于1，介于0.38～0.88之間。在SiO2-ALK侵入巖定名圖解上，寄主巖投入到花崗巖的范圍(圖4a)，結合薄片中礦物顯微觀察結果，綜合定名為二長花崗巖；暗色包體投圖到二長巖-花崗閃長巖的范圍(圖4a)，結合巖相學觀察的結果暗色包體樣品SXR16-05、SXR16-09和SXR16-11屬于二長玢巖，樣品SXR16-02屬于花崗閃長玢巖。

在SiO2-K2O圖解上，除暗色包體SXR16-02屬于鈣堿性，其他樣品均投到高鉀鈣堿性范圍內(圖4b)。寄主巖和暗色包體A/CNK(鋁飽和指數)值介于0.81～1.00之間，為準鋁質(圖4c)。寄主花崗閃長巖和暗色包體具有較高的Mg指數值，介于45～54之間， 指示巖漿作用過程中有地幔物質的參與(圖4d)。

表1桑心日巖體及暗色包體鋯石LA-ICP-MSU-Pb定年數據

Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results of MMEs and host rock from Sangxinri pluton

測點號Th/U同位素比值表面年齡(Ma)207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σSXR16-1寄主花崗巖-020.690.0486540.0028750.0726500.0042280.0109140.00016371.24.070.01.0-030.690.0468690.0027270.0719360.0041380.0111560.00016770.53.971.51.1-040.900.0476650.0042380.0723790.0058270.0112590.00026071.05.572.21.7-050.790.0478520.0040620.0735430.0058930.0110680.00019072.15.671.01.2-060.700.0472020.0047250.0695630.0061910.0110700.00022168.35.971.01.4-070.760.0471250.0025570.0699470.0033940.0109770.00013968.63.270.40.9-080.940.0490140.0046460.0747920.0069820.0109760.00021773.26.670.41.4-090.780.0503950.0045590.0755270.0050620.0111660.00022273.94.871.61.4-100.710.0473440.0031910.0712180.0041540.0111970.00017869.93.971.81.1-120.910.0484060.0038040.0742640.0054190.0111260.00020272.75.171.31.3-130.910.0489400.0087400.0691680.0093270.0109480.00048467.98.970.23.1-140.490.0474290.0022170.0737710.0033600.0112260.00012772.33.272.00.8-151.010.0493630.0028260.0737760.0038490.0109680.00016572.33.670.31.0-160.900.0470040.0040930.0734300.0062050.0115230.00022671.95.973.91.4-170.790.0490610.0031780.0761490.0047340.0113330.00020474.54.572.61.3-180.610.0475700.0088190.0749860.0127790.0115520.00029773.412.174.01.9-190.670.0483140.0041940.0754890.0061200.0114710.00020573.95.873.51.3-200.820.0467790.0047290.0756330.0096080.0116100.00019774.09.174.41.3-211.160.0482650.0031940.0738000.0042180.0111400.00017072.34.071.41.1-221.010.0472090.0025860.0735620.0037570.0114550.00015772.13.673.41.0-230.650.0479360.0038750.0751960.0052300.0114380.00021773.64.973.31.4SXR16-5暗色包體-010.920.0507030.0032940.0855670.0052850.0123770.00023583.44.979.31.5-020.970.0493870.0032190.0833030.0051270.0124200.00021281.24.879.61.3-030.620.0514450.0043950.0815230.0062820.0118440.00020779.65.975.91.3-040.740.0475930.0036970.0806130.0059710.0123920.00022578.75.679.41.4-050.520.0499070.0037600.0798730.0052010.0117290.00017178.04.975.21.1-080.580.0503910.0040020.0828130.0059130.0120310.00025680.85.577.11.6-110.670.0477710.0033670.0782610.0053020.0117330.00018176.55.075.21.2-121.160.0484680.0047080.0745010.0063450.0117140.00025773.06.075.11.6-160.750.0498980.0028890.0789400.0042560.0115310.00018977.14.073.91.2-170.670.0483320.0040720.0750680.0060170.0114510.00018773.55.773.41.2-180.750.0492000.0039380.0781710.0051150.0118100.00021676.44.875.71.4-190.800.0497550.0056960.0762760.0082230.0112120.00030774.67.871.92.0-210.850.0467970.0038750.0702740.0050940.0111950.00022969.04.871.81.5-220.750.0506070.0072810.0786540.0082130.0118090.00032076.97.775.72.0-230.900.0489340.0026080.0788180.0040350.0118190.00015377.03.875.71.0

桑心日巖體寄主巖SiO2含量變化范圍較小，介于69.49%～70.98%之間，暗色包體的3件樣品的SiO2相對集中，介于60.37%～61.51%，另外1件樣品SiO2為66.83%，應為暗色包體向寄主花崗巖過渡演化的中間產物。雖然寄主花崗巖和暗色包體SiO2總體變化范圍較窄，但在Harker圖解中，各元素含量及元素對的比值與SiO2變化趨勢明顯。在Harker圖解中，寄主花崗巖和暗色包體的K2O與SiO2呈先降低后升高的趨勢(圖5b)；寄主花崗巖和暗色包體的CaO、MgO、Fe2O3T、MnO、TiO2和P2O5與SiO2呈明顯的負相關關系(圖5d-i)；寄主花崗巖和暗色包體的(La/Yb)N和(La/Sm)N與SiO2呈先升高后下降的趨勢(圖5j, k)。暗色包體與寄主巖之間存在明顯不同的演化趨勢(圖5b, c, e-g, i-k)，指示暗色包體和寄主巖之間經歷了不同的演化過程。

表2桑心日巖體及暗色包體主量(wt%)、微量(×10-6)元素數據

Table 2 Whole-rock major (wt%) and trace (×10-6) element data of MMEs and host rock from Sangxinri pluton

樣品號SXR16-1SXR16-2SXR16-4SXR16-5SXR16-6SXR16-8SXR16-9SXR16-11產狀hostMMEhostMMEhosthostMMEMMESiO269.9066.8370.9860.3769.8869.4960.6261.51Al2O314.7615.6215.1115.4314.2414.8415.8015.91K2O4.141.624.373.444.024.152.512.49Na2O3.534.263.753.903.373.614.394.32CaO2.503.742.334.952.582.603.594.06Fe2O3T2.543.900.995.882.932.696.426.10MgO1.211.960.463.891.381.243.353.42MnO0.050.070.010.160.050.060.130.11P2O50.120.160.110.320.140.120.390.41TiO20.410.560.380.810.450.410.940.91LOI0.630.890.690.870.560.531.000.83K/Na1.170.381.170.881.191.150.570.58ALK7.675.888.127.347.397.766.906.81A/CNK0.991.001.000.810.970.980.960.92A/NK1.431.781.381.521.441.421.591.62Mg#0.460.470.450.540.460.450.480.50La31.839.724.032.236.626.230.638.3Ce59.568.748.182.370.950.458.068.3Pr6.86.85.911.58.25.96.67.2Nd22.520.520.445.427.920.321.823.9Sm4.03.03.710.35.33.63.94.0Eu0.80.60.81.30.90.80.50.7Gd3.12.02.78.83.93.03.13.5Tb0.50.30.41.40.60.40.50.5Dy2.61.52.48.03.42.62.82.8Ho0.50.30.51.60.70.50.60.6Er1.60.91.34.51.91.51.71.7Tm0.20.20.20.70.30.20.30.3Yb1.71.21.64.72.01.62.32.2Lu0.30.20.20.70.30.30.40.4∑REE136.0145.9112.2213.4163.0117.4133.0154.3(La/Yb)N13.323.211.04.913.111.59.612.7Eu/Eu?0.700.680.730.410.570.720.460.53Rb231194211236224239336311Sr23218223717723323614221Ba353138380239396368187213Th23.616.120.29.825.123.211.115.3U2.83.62.310.72.63.66.44.7Nb12.116.312.325.613.311.623.217.0Ta1.20.61.22.41.31.11.91.0Zr159191141256180149276302Hf4.25.33.76.54.74.06.77.3Ga15.819.715.318.615.515.621.9193.5Y15.39.113.044.319.115.017.817.2

圖4 桑心日巖體及暗色包體ALK-SiO2 (a,據Middlemost, 1994)、K2O-SiO2 (b,據 Peccerillo and Taylor, 1976)、A/NK-A/CNK (c,據Maniar and Piccoli, 1989)及Mg# -SiO2圖解(d)圖(d)中低鉀玄武巖在7kbar、1000～1050℃條件下部分熔融范圍據Rapp and Watson, 1995；中-高鉀玄武巖在7kbar、825～950℃條件下部分熔融范圍據Sisson et al., 2005；泥質在7～13kbar、82～950℃條件下部分熔融范圍范圍據Patio Douce and Johnston, 1991Fig.4 ALK vs. SiO2 (a, after Middlemost, 1994), K2O vs. SiO2 (b, after Peccerillo and Taylor, 1976), A/CNK vs. A/NK (c, after Maniar and Piccoli, 1989) and Mg# vs. SiO2 (d) diagrams for MMEs and host rock from Sangxinri plutonIn Fig.4d, also shown are the fields of pure crustal partial melts obtained in experimental studies by dehydration melting of low-K basaltic rocks at 8～16kbar and 1000～1050℃ (Rapp and Watson, 1995), of moderately hydrous (1.7%～2.3% H2O) mediumto high-K basaltic rocks at 7kbar and 825～950℃ (Sisson et al., 2005) and of pelitic rocks at 7～13kbar and 825～950℃ (Patio Douce and Johnston, 1991)

在稀土元素配分圖解上，桑心日寄主巖顯示輕稀土元素富集，重稀土元素虧損的右傾模式，Eu呈弱的負異常(圖6a)，(La/Yb)N值介于11.0～13.3之間，Eu/Eu*介于0.57～0.73之間。暗色包體的稀土元素較寄主花崗巖有明顯區別，暗色包體的稀土元素含量變化較大，最基性樣品SXR16-05具有最高的稀土含量，隨著基性程度的降低稀土元素明顯下降，尤其中稀土元素明顯下降，暗色包體中最偏酸性的樣品SXR16-02具有最低的中稀土，指示暗色包體從基性向酸性端元演化時稀土元素含量逐漸降低(圖6a)。另外，暗色包體具有較明顯的Eu的負異常，介于0.41～0.68，最基性樣品SXR16-05具有最負的Eu異常，說明暗色包體Eu的負異常繼承于母巖漿，而非受到巖漿分異演化的影響。總體來講，暗色包體的稀土元素含量變化范圍要大于寄主巖，偏基性端元的暗色包體稀土元素要高于寄主巖，偏酸性端元的暗色包體要低于寄主巖，暗色包體和寄主巖的稀土元素含量呈先降低后升高的特點(圖6a)。桑心日寄主巖和暗色包體具有基本一致的微量元素組成，具有典型的弧巖漿巖的特征，富集Rb、Cs及K等大離子親石元素和Th及U，虧損Nb、Ta及Ti等高場強元素(圖6b)。此外，暗色包體較寄主巖具有更明顯的Ba及Sr的負異常。

3.3 鋯石Hf同位素

鋯石原位Hf同位素分析結果見表3，由表可見寄主花崗巖的176Yb/177Hf、176Lu/177Hf、176Hf/177Hf值分別介于0.022514～0.064567，0.000694～0.001730 和0.282714～0.282801之間，根據原位鋯石的實際年齡計算(對于未獲得協和年齡的測試點用加權平均年齡計算)， 獲得Hf同位素初始比值εHf(t)介于-0.51～2.53之間，概率直方圖峰值約為1.5(圖7a)，采用平均地殼176Lu/177Hf值計算(Griffinetal., 2000)，獲得Hf同位素二階段模式年齡tDM2為1.01～1.21Ga，概率直方圖tDM2值較為分散，計算平均值為1.10Ga(圖7b)。暗色包體的176Yb/177Hf、176Lu/177Hf、176Hf/177Hf值分別介于0.022514～0.043076、0.000694～0.001297和0.282714～0.282794之間，根據原位鋯石的實際年齡計算，獲得Hf同位素初始比值εHf(t)介于-0.51～2.40之間，概率直方圖峰值約為1.5(圖7c)，采用平均地殼176Lu/177Hf值計算(Griffinetal., 2000)，獲得Hf同位素二階段模式年齡tDM2為1.01～1.21Ga，平均價值為1.11Ga(圖7d)。寄主閃長巖和暗色包體在誤差范圍內幾乎具有一致的Lu-Hf同位素特征，指示它們來自相同的源區。

表3桑心日巖體寄主花崗閃長巖和暗色包體鋯石Lu-Hf同位素組成

Table 3 Zircon Lu-Hf isotopic compositions of the Sangxinri pluton and MMEs

測點號年齡(Ma)176Yb/177Hf176Lu/177Hf176Hf/177Hf±2σ176Hf/177HfiεHf(0)εHf(t)tDM(Ga)tDMC(Ga)SXR16-1寄主花崗巖-0171.80.0507720.0015240.2827660.0000190.282764-0.211.290.701.10-0270.00.0352180.0010190.2827420.0000180.282740-1.070.450.731.15-0371.50.0300520.0009240.2827770.0000150.2827750.161.690.671.07-0472.20.0423360.0011970.2827710.0000190.282769-0.041.470.691.09-0571.00.0426160.0012300.2827740.0000170.2827730.091.600.681.08-0671.00.0342370.0010120.2827940.0000180.2827930.782.300.651.03-0770.40.0468360.0013210.2827520.0000240.282751-0.700.820.721.13-0870.40.0325320.0009450.2827980.0000180.2827960.912.440.651.03-0971.60.0373100.0010440.2827910.0000200.2827900.682.200.661.04-1071.80.0396050.0010630.2827750.0000190.2827740.121.640.681.08-1271.30.0512290.0014630.2827190.0000210.282717-1.89-0.390.771.20-1370.20.0501870.0013690.2828010.0000250.2827991.022.530.651.02-1472.00.0283050.0008500.2827420.0000170.282741-1.050.480.721.15-1570.30.0580970.0016560.2827570.0000160.282755-0.530.960.721.12-1673.90.0225140.0006940.2827730.0000150.2827720.051.590.681.08-1772.60.0323640.0009470.2827500.0000160.282749-0.780.750.711.13-1874.00.0341150.0009960.2827370.0000170.282736-1.230.290.731.16-1973.50.0345670.0009460.2827880.0000170.2827870.572.100.661.05-2074.40.0344670.0009300.2827750.0000170.2827740.101.630.681.08-2171.40.0645670.0017300.2827890.0000200.2827870.612.100.671.05-2273.40.0372070.0010430.2827630.0000170.282762-0.311.210.701.10-2373.30.0325200.0008660.2827140.0000170.282713-2.04-0.510.761.21SRX16-5暗色包體-0179.30.0381700.0011200.2827900.0000180.2827880.622.220.661.04-0279.60.0365170.0010200.2827400.0000170.282739-1.120.490.731.16-0375.90.0326130.0009600.2827350.0000180.282733-1.320.290.731.17-0479.40.0293990.0008680.2827750.0000170.2827740.101.720.681.08-0575.20.0385450.0010800.2827640.0000190.282762-0.301.310.701.10-0775.60.0339620.0009720.2827610.0000180.282760-0.381.230.701.11-0877.10.0392710.0011350.2827620.0000170.282761-0.341.260.701.11-0975.60.0429360.0012970.2827900.0000180.2827880.622.220.661.04-1175.20.0308610.0009060.2827170.0000170.282716-1.93-0.320.761.21-1375.60.0357520.0010310.2827440.0000190.282743-0.980.630.721.15-1475.60.0430760.0012340.2827680.0000220.282766-0.131.460.691.09-1575.60.0353970.0010140.2827780.0000190.2827770.211.820.671.07-1673.90.0328920.0009280.2827940.0000170.2827930.792.400.651.03-1773.40.0355230.0010110.2827590.0000180.282758-0.451.150.701.11-1875.70.0297680.0008670.2827640.0000200.282763-0.291.330.691.10-1971.90.0316180.0009100.2827220.0000210.282720-1.78-0.170.751.20-2075.60.0288440.0007990.2827720.0000180.282770-0.021.600.681.09-2171.80.0270740.0007690.2827480.0000180.282747-0.840.780.711.14-2275.70.0404280.0010950.2827140.0000210.282712-2.06-0.460.771.21-2375.70.0397650.0011010.2827700.0000240.282769-0.061.550.691.09

注：εHf(t)=104×{[(176Hf/177Hf)S-(176Lu/177Hf)S×(eλt-1)]/[(176Hf/177Hf)CHUR(0)-(176Lu/177Hf)CHUR(t)×(eλt-1)]-1},tDM=1/λ×ln{1+[(176Hf/177Hf)S-(176Hf/177Hf)DM]/[(176Lu/177Hf)S-(176Lu/177Hf)DM]},tDMC=tDM-(tDM-t)×[(fCC-fS)/(fCC-fDM)],fLu/Hf=(176Lu/177Hf)S/(176Lu/177Hf)CHUR-1, 其中λ=1.867×10-11a-1(S?derlundetal., 2004); (176Lu/177Hf)S和(176Hf/177Hf)S為樣品測量值; (176Lu/177Hf)CHUR(t)=0.0332, (176Hf/177Hf)CHUR(0)=0.282772 (Blichert-Toft and Albarède, 1997); (176Lu/177Hf)DM=0.0384, (176Hf/177Hf)DM=0.28325, (176Hf/177Hf)平均地殼=0.015 (Griffinetal., 2002);fCC=(176Hf/177Hf)平均地殼/(176Lu/177Hf)CHUR-1;fS=fLu/Hf;fDM=(176Lu/177Hf)DM/(176Lu/177Hf)CHUR-1;t為鋯石結晶年齡

圖5 桑心日巖體及暗色包體Harker圖解Fig.5 Harker diagrams of the Sangxinri pluton and MMEs

圖6 桑心日巖體及暗色包體球粒隕石標準化稀土元素配分圖(a)和原始地幔標準化微量元素蛛網圖(b)(標準化值據Sun and McDonough, 1989)Fig.6 Chondrite-normalized REE diagram (a) and primitive mantle-normalized trace element diagram (b) of the Sangxinri pluton and MMEs (normalization values after Sun and McDonough, 1989)

圖7 桑心日巖體及暗色包體鋯石原位Hf同位素εHf(t)(a、c)和tDM2概率統計直方圖(b、d)Fig.7 Frequency histograms of εHf(t) (a, c) and tDM2 of the zircon in-situ Hf isotopes (b, d) for the Sangxinri pluton and MMEs

4 討論

4.1 暗色包體的巖石成因

桑心日巖體中暗色包體的成因不同于現有的成因模式，如殘留體、捕擄體、同源巖漿早期析離體以及巖漿混合形成的包體。首先，殘留體模式形成的暗色包體一般殘留體的年齡明顯要較寄主巖老，而桑心日包體的年齡僅比寄主巖早約4Ma(圖3a, b、表1)，它們應該屬于同一個巖漿事件的產物，而非源區與熔融巖漿的關系。另外，在一般的殘留體模式中，暗色包體經歷過部分熔融作用后里面暗色礦物會定向排列，呈現殘留堆晶結構(Chappelletal., 1987, 2000; Whiteetal., 1999)，這與桑心日包體薄片鏡下觀察斑狀結構不吻合(圖2d, e)。并且在該模式下，熔融巖漿(寄主巖)的稀土元素會明顯高于暗色包體的，因為稀土元素整體屬于不相容元素，傾向在液相中富集，這與我們的地球化學數據不一致(圖6a)。因此，桑心日包體的巖石成因不同于殘留體的暗色包體。

從成巖年齡上講(圖3、表1)，桑心日包體似乎符合同源巖漿早階段的析離體模式，暗色包體與寄主巖同時，或略早于寄主巖。但與殘留體模式類似，同源巖漿早階段的析離體一般也會有暗色礦物會定向排列，呈現堆積結構，這與桑心日暗色包體的礦物結構不一致。而且，早階段形成的礦物結晶程度好，礦物顆粒均勻，這也與暗色包體的斑狀結構不一致。同樣，在早階段的析離體模式中，稀土元素屬于不相容元素，優先進入液相中，而非早期結晶礦物，暗色包體的稀土元素應該較寄主巖的低，這也與桑心日暗色包體稀土元素測試結果不一致(圖6a)，因此桑心日暗色包體也不屬于早期析離體。

桑心日暗色包體也不同于圍巖捕擄體。一般巖漿在上升侵位過程中容易捕擄圍巖地層的碎塊，這些碎塊一般呈不規則的塊狀，而且圍巖地層一般遠早于巖漿上侵結晶的年齡(圖1b)，這些特征明顯不同于桑心日包體。而且，寄主巖和暗色包體一致的鋯石原位Hf同位素特征也指示它們應該屬于同源巖漿，而非不同來源的捕擄體。

在巖漿作用過程中越來越多巖漿混合型的暗色包體被發現，這種類型的暗色是指一種更基性更富鐵鎂質的巖漿注入到中酸性巖漿中。巖漿混合形成的暗色包體在反應殼-幔混合，反演巖漿深部作用中起到了重要的作用。但桑心日包體似乎也與該類型的包體不一致。首先，巖漿混合型的暗色包體與寄主巖形成的溫度都較高，巖漿熔體的流變性好，包體一般呈球狀，橢球狀，暗色包體甚至可以發生拉伸、流動構造，而且兩種流變性好的巖漿在冷卻結晶過程中可以很牢固的膠結在一起。這些特點均與桑心日包體不甚規則的邊部和與圍巖之間明顯間隙面特點不一致。其次，巖漿混合作用中暗色包體作為同期或稍后期的巖漿注入到較早的巖漿中，暗色包體的年齡與寄主巖同期或稍晚于寄主巖。而桑心日包體卻較寄主巖老4Myr(圖3)，并且我們認為在同一實驗室同一臺質譜儀同一時間段內連續兩個樣品年齡測量結果的外部誤差可以最小化，樣品間的年齡差是可信的。

暗色包體和寄主巖體之間的化學擴散作用會改變暗色包體的地球化學成分(Baker, 1989; Allen, 1991; Holdenetal., 1991; Lesher, 1994)，但一般也很難評估地球化學擴散作用發生位置和對暗色包體化學成分的改變程度。有學者認為在較大的暗色包體中心部分不受到寄主巖化學擴散作用的影響(Didier, 1987; Jiangetal., 2010)。對于桑心日暗色包體，根據野外暗色包體的形態及與寄主巖的接觸關系，它們可能是在半塑性狀態下被寄主包裹，在這樣的物化條件下，暗色包體的地球化學組成可能已經處于封閉狀態，很難與寄主巖發生化學擴散作用。另外，實驗地球化學數據表明堿金屬元素(K、Na)的化學擴散作用要明顯快于其他化學組(Johnston and Wyllie, 1988)，因此如果暗色包體和寄主巖之間發生了化學擴散作用，堿金屬元素會優先達到化學平衡狀態，而桑心日暗色包體與寄主巖之間的K2O、Na2O含量不同且無線性演化關系(圖5b, c)。另外對于暗色包體和寄主巖的稀土、微量元素也會發生化學擴散平衡作用(Shellnuttetal., 2010參考文獻見該文)，而桑心日暗色包體稀土、微量元素與寄主的差別較大，也指示它們之間應該沒有發生過明顯的化學擴散作用。因此，暗色包體與寄主巖一致的鋯石原位Hf同位素組成不是由于化學擴散作用造成的，進而指示它們屬于同源巖漿。

綜合以上巖相學、地球化學、同位素證據，桑心日暗色包體的成因與以上幾種暗色包體成因均不一致。相近的鋯石年齡和一致的鋯石原位Lu-Hf同位素上講，暗色包體和寄主巖應該屬于同源巖漿，暗色包體的結晶年齡略早于寄主巖。從暗色包體的野外特征，如凹凸不平邊界，桑心日暗色包體最可能成因模式為同源母巖漿早階段抽離形成的巖漿在半塑性狀態下被晚階段抽離的巖漿所裹挾一起侵入到近地表。

圖8 稀土元素在英安質和流紋質巖漿中主要造巖礦物和副礦物中的礦物-熔體分配系數(各礦物分配系數據Arth, 1976; Fujimaki et al., 1984)Fig.8 Distribution coefficients of the major rock forming minerals and accessory minerals/melt in the dacite and rhyolite (distribution coefficients of rock forming minerals are after Arth, 1976; Fujimaki et al., 1984)

4.2 巖漿侵位及演化

巖漿在次生巖漿房(Secondary Magma Chamber)侵入到近地表過程，礦物結晶分離作用會對巖漿成分造成明顯的改變(Elburg, 1996)。相近的鋯石U-Pb年齡和一致的Lu-Hf同位素組成指示暗色包體和寄主巖來源于同源巖漿。但它們卻具有明顯不同的主、微量元素，暗色包體更偏基性，更富CaO、MgO、Fe2O3T和Na2O，而貧K2O。在Harker圖解上，暗色包體和寄主巖具有明顯不同的演化趨勢(圖5b, j, k)，說明它們經歷了不同的巖漿演化過程。在Harker圖解上，暗色包體K2O、CaO、MgO、Fe2O3T都隨著SiO2升高而降低，說明巖漿經歷了含鉀鐵鎂質礦物的結晶分離。

一般情況下，由于稀土元素為不相容元素，隨著巖漿的演化，酸性程度越高稀土元素含量越高，這與桑心日暗色包體稀土元素組成特點相反。在稀土元素配分圖(圖6a)中，基性程度越高(樣品SXR16-5)稀土元素含量越高，隨著巖漿的演化稀土元素含量降至最低(樣品SXR16-2)，尤其中稀土元素發生了顯著的降低。在英安質巖漿礦物結晶分離作用過程中，在眾多礦物中，只有角閃石對幾乎所有稀土元素的分配系數都是大于1的(圖8)，角閃石的結晶分異作用會造成母巖漿稀土元素整體的大幅度下降，尤其是中稀土元素含量的顯著下降，因為中稀土元素在角閃石/熔體具有較高的分配系數，角閃石的分離結晶會對中稀土元素含量造成顯著的影響(陳偉等, 2018)。Harker圖解中，(La/Yb)N和(La/Sm)N與SiO2成反比也說明隨著巖漿的演化(礦物的分離結晶作用)，中、重稀土發生了顯著的下降。這也與巖相學觀察的結果，暗色包體中出現角閃石斑晶(～5%)現象相一致(圖2d)，指示暗色包體經經歷過角閃石的分離結晶。Harker圖解中，暗色包體的K2O與SiO2成明顯的負相關關系，說明角閃石的分離結晶帶出K元素，指示母巖漿在早階段主要經歷的含鉀角閃石的分離結晶作用。

隨著巖漿的演化，巖漿從花崗閃長巖(偏酸性端元的暗色包體)向花崗巖(寄主巖)方向演化，K2O隨著SiO2升高而升高(圖5b)，Na2O、CaO、MgO、Fe2O3T、MnO、TiO2、P2O5、(La/Yb)N和(La/Sm)N隨著SiO2升高而降低(圖5c-k)。在稀土元素配分圖中，隨著巖漿的演化，稀土元素含量明顯升高(圖6a)，說明分配系數較小的礦物在分離結晶過程中占據了主導地位。在Harker圖解上，K2O的升高，Na2O和CaO降低說明可能有斜長石的分離結晶，斜長石從巖漿房中分離結晶出去，會導致Na2O和CaO含量的降低和K2O相對含量的升高，因為斜長石對于除Eu以外的稀土元素的分配系數都小于1，所以隨著斜長石的結晶分離，剩余巖漿中稀土元素含量會變高。由于在英安-流紋質巖漿中，Eu在斜長石/熔體中的分配系數大于1，所以斜長石的分離結晶作用會導致Eu的負異常加劇，但在稀土元素配分圖(圖6a)上未見Eu的負異常加劇，甚至有變弱的趨勢，造成這種現象可能的原因為其他副礦物的分離結晶，如磷灰石。在Harker圖解上，P2O5隨著SiO2升高而降低，說明巖漿演化過程中有磷灰石分離結晶。磷灰石對于稀土元素具有較高的分配系數，所以少量的磷灰石分離結晶都會對稀土元素含量造成較大的影響，相對于Eu，磷灰石對于Sm和Gd的分配系數更高，所以磷灰石分離結晶過程中會帶出相對多的Sm和Gd，從而消弱了Eu的負異常(圖8)。Fe2O3T、MgO、MnO和TiO2隨著SiO2升高而降低，說明巖漿演化過程中有含鈦、鐵礦物，如金紅石、磁鐵礦或者鈦鐵礦的結晶分離。因此，巖漿從暗色包體向寄主巖演化過程中可能主要經歷了斜長石和少量副礦物磷灰石、金紅石、磁鐵礦或者鈦鐵礦的結晶分離作用。

綜合以上巖相學、年代學、元素地球化學和同位素地球化學證據，認為桑心日暗色包體和寄主巖來源于同源母巖漿，初始巖漿在母巖漿房中經歷了不同程度的角閃石結晶分離作用，并沿早期較弱的構造裂隙侵入到地殼的某一層位，并快速冷凝形成斑狀的暗色包體，隨著構造活動進一步加劇，經過進一步分異的母巖漿大規模上侵，并將早先侵位處于半塑性狀態的暗色包體侵吞、裹挾至近地表。桑心日暗色包體最可能的成因模式可以解釋為同源巖漿不同期次間的物理混合。

5 結論

(1)桑心日暗色包體最可能的成因模式為同源巖漿早階段抽離形成的巖漿在半塑性狀態下被晚階段抽離的巖漿所裹挾一起侵入到近地表，該成因模式介于捕擄體和巖漿混合模式之間，為一種新的暗色包體成巖模式。

(2)結晶分離作用在桑心日巖體和暗色包體成巖過程中起主要的作用，其中暗色包體是初始巖漿在母巖漿房中經歷了角閃石的結晶分離作用形成的，而寄主巖是母巖漿經過進一步斜長石結晶分離形成的。