廣西德保銅礦欽甲巖體Hf同位素特征及其對(duì)殼幔相互作用的指示

王永磊，張長(zhǎng)青，王成輝，侯可軍

(中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，國(guó)土資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100037)

廣西德保銅礦欽甲巖體Hf同位素特征及其對(duì)殼幔相互作用的指示

王永磊，張長(zhǎng)青，王成輝，侯可軍

(中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，國(guó)土資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100037)

對(duì)廣西德保銅礦欽甲巖體不同單元中的鋯石進(jìn)行了Hf同位素的研究，結(jié)果表明，欽甲巖體中鋯石εHf(t)值變化范圍為－17.0～+7.8，Hf同位素兩階段模式年齡(tDMC)范圍為0.93～2.49 Ga，峰值為1.3～1.6 Ga，表明它們的巖漿源區(qū)主要以中元古代地殼物質(zhì)為主，同時(shí)在成巖過(guò)程中有地幔組分的參與，屬殼幔混源花崗巖，推測(cè)欽甲巖體可能形成于巖石圈伸展的殼幔混合作用環(huán)境。華南地區(qū)加里東期花崗巖中鋯石Hf同位素特征，表明巖漿形成過(guò)程中具有明顯的地幔物質(zhì)加入，暗示華南地區(qū)在早古生代發(fā)生過(guò)強(qiáng)烈的殼幔相互作用。

加里東期;Hf同位素;欽甲巖體;殼幔相互作用

Lu-Hf同位素體系是一種類似Sm-Nd體系的研究殼幔演化和相互作用的示蹤工具(Vervoort and Blichert-Toft，1999)，而鋯石具有高的Hf含量和低的176Hf/177Hf比值(通常小于0.002)，其176Hf/177Hf同位素比值演化類似“普通Hf”。近年來(lái)，鋯石Hf同位素示蹤研究越來(lái)越受到人們的重視(Vervoort et al.，1996;Griffin et al.，2002)。結(jié)合SHRIMP鋯石U-Pb年代學(xué)及激光剝蝕多接收器等離子體質(zhì)譜技術(shù)(LA-MC-ICP-MS)，研究者可獲得精確的鋯石U-Pb年齡，并實(shí)現(xiàn)其原位微區(qū)176Lu/177Hf和176Hf/177Hf比值分析，進(jìn)而判別巖漿形成過(guò)程中的物源及熱源區(qū)，有助于為成因機(jī)制的研究提供新的制約。

華南花崗巖研究歷史悠久，積累了大量的地質(zhì)資料和科研成果，但與華南燕山期花崗巖研究程度相比，對(duì)華南加里東期花崗巖類的研究依然較為薄弱，有關(guān)加里東期花崗巖Hf同位素的報(bào)道也較少(曾雯等，2008;王彥斌等，2010;張愛(ài)梅等，2010，2011)，從而限制了對(duì)華南構(gòu)造框架、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)和地質(zhì)演化的更完整認(rèn)識(shí)(周新民，2003;王鶴年和周麗婭，2006)。欽甲巖體是華南地區(qū)加里東期的代表性花崗巖體，本文利用Hf同位素組成對(duì)其成因進(jìn)行研究，也為進(jìn)一步討論桂西南地區(qū)花崗巖的巖漿源區(qū)及其成因過(guò)程，進(jìn)而為剖析華南地區(qū)加里東期大地構(gòu)造演化提供Hf同位素依據(jù)。

1 巖體地質(zhì)與巖相學(xué)特征

欽甲巖體位于桂西德保和靖西等縣市交界處，出露面積達(dá)45 km2。巖體侵位于寒武紀(jì)地層中，兩者呈明顯的侵入接觸，巖體與圍巖接觸面波狀起伏，向四周傾斜。前人依據(jù)巖石中礦物組分和結(jié)構(gòu)及礦物結(jié)晶程度、顆粒大小等特征，將出露巖體劃分為3個(gè)相帶:即內(nèi)部相、過(guò)渡相及邊緣相，各相帶間為逐漸過(guò)渡關(guān)系(圖1)，其內(nèi)部相主要由中粗粒斑狀黑云母花崗巖和粗－中?；◢弾r組成，過(guò)渡相由細(xì)－中?；◢弾r和細(xì)－中粒斑狀黑云母花崗巖組成，而邊緣相則由細(xì)?；◢弾r和細(xì)粒斑狀黑云母花崗巖組成。1/20萬(wàn)區(qū)調(diào)資料將它劃歸中生代巖漿巖①地質(zhì)部廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)局.1968.1/20萬(wàn)靖西幅區(qū)域地質(zhì)測(cè)量報(bào)告書.，而20世紀(jì)80年代以來(lái)，多種同位素定年方法(黑云母K-Ar法、全巖Rb-Sr法、鋯石U-Pb法)的結(jié)果為221～526 Ma不等②廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局.1985.廣西壯族自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志.(圖1)，筆者利用鋯石激光剝蝕等離子體分析技術(shù)(LA-ICP-MS)進(jìn)行鋯石U-Pb同位素精確定年，獲得欽甲巖體不同單元的成巖時(shí)代為412.4～442.4 Ma(王永磊等，2011)。

本次研究采集到三種巖相的巖石標(biāo)本，分別為中粗粒黑云角閃花崗巖(G-1)、斑狀黑云母花崗巖(6650-5)及黑云鉀長(zhǎng)花崗巖(8498-11)，采集地點(diǎn)如圖1所示，其中樣品G-1采于欽甲花崗巖體中心部位，坐標(biāo)為北緯23°05'47.8″，東經(jīng)106°38'46.2″。標(biāo)本灰白色，花崗結(jié)構(gòu)，主要由石英、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、角閃石及少量黑云母組成。樣品6650-5采于欽甲花崗巖體北部德保銅錫礦區(qū)VI號(hào)礦段612中段的隱伏巖體，標(biāo)本灰白色，似斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為石英、斜長(zhǎng)石，少量堿性長(zhǎng)石，其中部分斜長(zhǎng)石發(fā)生絹云母化蝕變?；|(zhì)為顯微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要有石英、斜長(zhǎng)石，少量堿性長(zhǎng)石及黑云母。樣品8498-11采于德保銅錫礦區(qū)VIII號(hào)礦段498中段的隱伏巖體，標(biāo)本呈肉紅色，礦物組成主要為石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石和少量的黑云母。野外未能明顯觀察到三者的地質(zhì)接觸關(guān)系。

2 樣品及分析測(cè)試方法

在雙目鏡下挑選無(wú)包體、裂痕少、透明度高的鋯石作為測(cè)試樣品，將待測(cè)鋯石嵌置于環(huán)氧樹(shù)脂之中，進(jìn)行拋磨至最大面露出，然后進(jìn)行透射光與反射光觀察并拍照，噴金后在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所電子探針實(shí)驗(yàn)室拍攝陰極發(fā)光與背散射照片，最后選擇無(wú)裂痕、無(wú)包體的位置作為測(cè)試點(diǎn)。

圖1 欽甲花崗巖體地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)廣西第二地質(zhì)隊(duì)③修編)Fig.1 Geological sketch map of the Qinjia granite pluton

鋯石Hf同位素測(cè)試是在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所國(guó)土資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Neptune多接收等離子質(zhì)譜和Newwave UP213紫外激光剝蝕系統(tǒng)(LA-MC-ICP-MS)上進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用He作為剝蝕物質(zhì)載氣，根據(jù)鋯石大小，剝蝕直徑采用55μm，測(cè)定時(shí)使用鋯石國(guó)際標(biāo)樣GJ1和Plesovice作為參考物質(zhì)，分析點(diǎn)與U-Pb定年分析點(diǎn)為同一位置。相關(guān)儀器運(yùn)行條件及詳細(xì)分析流程見(jiàn)侯可軍等(2007)。分析過(guò)程中鋯石標(biāo)準(zhǔn)GJ1和Plesovice的176Hf/177Hf測(cè)試加權(quán)平均值分別為0.282007±0.000007(2σ，n=36)和0.282476±0.000004(2σ，n=27)，與文獻(xiàn)報(bào)道值(侯可軍等，2007;Morel et al.，2008;Sláma et al.，2008)在誤差范圍內(nèi)完全一致。176Lu的衰變常數(shù)采用1.867×10－11a－1(Scherer et al.，2001)，εHf和Hf模式年齡計(jì)算中采用球粒隕石和虧損地幔的176Hf/177Hf比值分別為0.282772和0.28325(Blichert-Toft et al.，1997)，二階段模式年齡計(jì)算中采用平均地殼的fcc為－0.55(Griffin et al.，2002)。

3 分析結(jié)果

欽甲巖體的Hf同位素分析結(jié)果如表1所示。測(cè)試結(jié)果表明，欽甲巖體樣品G-1的20粒鋯石的176Yb/177Hf和176Lu/177Hf比值范圍分別為0.041857～0.122859和0.000947～0.003515，樣品6650-5的21粒鋯石的176Yb/177Hf和176Lu/177Hf比值范圍分別為0.041730～0.167616和0.001304～0.004907，樣品8498-11的20粒鋯石的176Yb/177Hf和176Lu/177Hf比值范圍分別為0.047363～0.1662374和0.001003～0.004548，絕大部分的176Lu/177Hf比值非常接近或小于0.002，表明這些鋯石在形成之后，僅具有較少的放射成因Hf的積累。

樣品8498-11的20粒鋯石的εHf(t)值為－10.7～+4.9，單階段模式年齡(tDM)變化范圍為0.88～1.49 Ga，兩階段模式年齡(tDMC)變化范圍為1.09～2.08 Ga。樣品G-1的20粒鋯石的εHf(t)值為－4.9～+2.9，單階段模式年齡(tDM)變化范圍為0.95～1.26 Ga，兩階段模式年齡(tDMC)變化范圍為1.24～1.73 Ga。樣品6650-5的21粒鋯石的εHf(t)值為－17.0～+7.8，單階段模式年齡(tDM)變化范圍為0.75～1.87 Ga，兩階段模式年齡(tDMC)變化范圍為0.93～2.49 Ga，其變化范圍明顯高于數(shù)據(jù)測(cè)試過(guò)程中所引起的變化范圍(表1)。因此，該巖體樣品很可能具有不均一的鋯石Hf同位素組成，也顯示較寬的Hf同位素地殼模式年齡(tDMC=0.93～2.49 Ga)。

表1 欽甲巖體鋯石Hf同位素分析結(jié)果Table 1 Zircon H f isotope com position of the Qinjia granites

(續(xù)表1)

4 討論

由于鋯石是一種非常穩(wěn)定的礦物，封閉溫度高，可以容納大量的Hf，而排斥放射性母體Lu，在其形成后Hf同位素組成基本不變，很少受到后期巖漿熱事件的影響，即使在麻粒巖相等高級(jí)變質(zhì)條件下，所測(cè)樣品的176Hf/177Hf基本可以代表其形成時(shí)體系的Hf同位素組成(Amelin et al.，1999;吳福元等，2007)，而已有的Hf同位素研究表明，εHf(t)＜0的巖石主要為地殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物(Vervoort et al.，2000;Griffin et al.，2004)。

欽甲巖體的Hf同位素組成不均一，變化較大，εHf(t)值為－11.1～+7.8，具有寬泛的變化范圍，變化幅度達(dá)19個(gè)ε單位，這一特點(diǎn)說(shuō)明其源區(qū)不可能由單一組分構(gòu)成，至少應(yīng)存在兩種具有明顯不同εHf(t)值的巖漿參與成巖過(guò)程，顯示其多來(lái)源的特征。在Hf同位素組成圖解上(圖2)，εHf(t)值變化范圍很大，既有正值，也有負(fù)值，表明揚(yáng)子板塊在這一時(shí)期的巖漿活動(dòng)既有古老地殼物質(zhì)的重熔，也有幔源物質(zhì)的加入。加里東運(yùn)動(dòng)作為一次強(qiáng)烈而廣泛發(fā)育的地殼運(yùn)動(dòng)，在華南形成了大量的花崗巖，這一時(shí)期花崗巖多具有寬泛的εHf(t)值變化范圍(圖2)，其演化趨勢(shì)既不同于地殼物質(zhì)演化趨勢(shì)，也不平行于虧損地幔演化線，這些特征顯示了成巖過(guò)程中可能發(fā)生了幔源物質(zhì)的混入，而這些鋯石εHf(t)值的變化則是由幔源組分不斷加入引起的。

圖2 欽甲巖體鋯石εHf(t)－Age相關(guān)圖解Fig.2 Diagram ofεHf(t)vs zircon age for the Qinjia granites

華南地區(qū)加里東期花崗巖Hf同位素模式年齡范圍為0.8～2.6 Ga，主要集中在1.2～2.2 Ga(圖3)，與區(qū)域上華南加里東期花崗巖獲得的Nd同位素tDM模式年齡(2.0～1.6 Ga)基本一致(周新民，2003;Chen and Jahn，1998)，反映華南加里東期花崗巖源區(qū)以早中元古代基底物質(zhì)為主。與華夏板塊的加里東期花崗巖相比，欽甲巖體的鋯石Hf同位素模式年齡范圍為1.09～2.49 Ga，主要集中在1.2～1.6 Ga，表明該巖體源區(qū)主要來(lái)自中元古代地殼物質(zhì)，而一些學(xué)者根據(jù)全巖的Nd模式年齡也曾得出華南一些花崗巖由中元古代地殼物質(zhì)部分熔融形成(王德滋和沈渭州，2003;沈渭州等，1999;洪大衛(wèi)等，1999)。

圖3 欽甲巖體地殼模式年齡(tDMC)柱狀圖Fig.3 Histogram of tDMCfor the Qinjia granites

綜上所述，欽甲巖體的εHf(t)值的變化范圍較大，絕大部分投影點(diǎn)介于虧損地幔線和下地殼演化線之間，靠近球粒隕石Hf同位素演化線的一側(cè)，表明它們的源區(qū)應(yīng)存在有相當(dāng)比例的來(lái)自虧損地幔的物質(zhì)，同時(shí)古老地殼物質(zhì)的貢獻(xiàn)也是很明顯的，這也得到了它們的兩階段Hf模式年齡(1.3～1.6 Ga)的支持，同時(shí)也說(shuō)明熔融的地殼物質(zhì)主要為中元古代地殼，反映欽甲花崗巖體主要來(lái)源于地殼物質(zhì)的重熔作用，并有虧損地幔物質(zhì)參與。究其動(dòng)力學(xué)機(jī)制，一般認(rèn)為，從中奧陶世開(kāi)始，華夏板塊向北俯沖，導(dǎo)致了加里東期的碰撞，中國(guó)南方的構(gòu)造性質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)為擠壓(劉寶珺等，1990)，陳懋弘等(2006)也認(rèn)為加里東期華夏板塊由南東逐漸向北西揚(yáng)子板塊靠攏，而滇黔桂區(qū)域呈北東－南西向展布的大致沿柳州至南寧一線的走滑板塊邊界，演變?yōu)榕鲎舶鍓K邊界(梅冥相等，2005)，隨著俯沖碰撞的進(jìn)行，區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)漸變，構(gòu)造體質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)折，擠壓褶皺向拉伸引張轉(zhuǎn)換，大陸巖石圈伸展，軟流圈地幔上涌，地殼巖石重熔，殼幔巖漿混合形成了欽甲巖體，而殼幔相互作用是華南地區(qū)加里東運(yùn)動(dòng)的一個(gè)重要方面(于津海等，2005;王彥斌等，2010)。

5 結(jié)論

(1)欽甲巖體不同單元的鋯石εHf(t)值在－17.0～7.8之間，峰值在－6.5左右，位于虧損地幔線和下地殼演化線之間靠近球粒隕石Hf同位素演化線的一側(cè)，說(shuō)明欽甲巖體形成時(shí)有地幔物質(zhì)參與了成巖過(guò)程，可能形成于巖石圈伸展的殼?；旌献饔铆h(huán)境。

(2)與華夏板塊的加里東期花崗巖相比，欽甲巖體的鋯石Hf二階段模式年齡為0.93～2.49 Ga，峰值為1.2～1.6 Ga，暗示中元古代地殼物質(zhì)的部分熔融參與了欽甲巖體的成巖過(guò)程，而華夏板塊的加里東期花崗巖源區(qū)則主要來(lái)自早元古代地殼物質(zhì)。

(3)華南地區(qū)在早古生代發(fā)生過(guò)強(qiáng)烈的殼幔相互作用，這一時(shí)期廣泛的花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)可能與幔源物質(zhì)的加入密切相關(guān)，尤其是加里東期巖漿巖受到了大量地幔物質(zhì)的混染。

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Abstract:Zircon Hf isotopic composition analyses of the Qinjia granites from the Debao Cu deposit，Guangxi，exhibit theεHf(t)values of－17.0～+7.8 and two-stagemodel ages(tDMC)ranging from 0.93 Ga to 2.49 Ga，with 1.3 Ga to 1.6 Ga for the peak value，indicating that the magma was mainly sourced from the Mesoproterozoic continental crust of the South China Block.Variable εHf(t)values(－17.0 to+7.8)of the Qinjia granites suggest that the magmas were derived from isotopically heterogeneous sources and were formed under lithospheric extensional tectonic background.Zircon Hf isotope compositions of the Caledonian granitoids in South China suggest that the mantle participation through crust-mantle interaction in Early Paleozoic.

Keywords:Caledonian;Hf isotopic composition;Qinjia granites;crust-mantle interaction

H f Isotopic Com position of the Qinjia Granites from the Debao Cu Deposit，Guangxi:Implications for Crust－M antle Interaction

WANG Yonglei，ZHANG Changqing，WANG Chenghui and HOU Kejun
(MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment，Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China)

P597

A

1001-1552(2012)03-0377-007

2012－01－09;改回日期:2012－04－22

項(xiàng)目資助:中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(項(xiàng)目編號(hào):K0907)、全國(guó)危機(jī)礦山接替資源找礦項(xiàng)目“桂東－粵西地區(qū)鉛鋅金等礦床成礦規(guī)律總結(jié)研究”(項(xiàng)目編號(hào):20089946)及深部探測(cè)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):Sinoprobe-03-01)聯(lián)合資助。

王永磊(1980－)，男，副研究員，主要從事礦床學(xué)研究。Email:yongleiw@163.com

③廣西第二地質(zhì)隊(duì).1984.廣西壯族自治區(qū)德?？h欽甲銅錫礦地質(zhì)研究.