福建魁岐晶洞花崗巖鋯石U-Pb年代學(xué)及其地球化學(xué)研究*

單強(qiáng) 曾喬松 李建康 盧煥章 侯茂洲,4 于學(xué)元 吳傳軍,4

1. 中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，中國(guó)科學(xué)院礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 5106402. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所,北京 1000373. 加拿大魁北克大學(xué)，Chicoutimi, PQ G7H7B14. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

圖1 福建魁岐晶洞花崗巖帶地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)福建區(qū)調(diào)隊(duì)資料簡(jiǎn)化)1-魁岐晶洞花崗巖;2-鼓山花崗巖;3-丹陽(yáng)二長(zhǎng)花崗巖;4-筆架山花崗巖斑巖; 5-東山花崗閃長(zhǎng)巖;6-南園組花崗巖;7-第四系;8-采樣位置(1.魁岐KQ, 2.青芝QZ)Fig.1 Sketch geological map of Kuiqi miarolitic granite belt in Fujian Province

洪大衛(wèi)等(1987)認(rèn)為在福建沿海地區(qū)的堿性花崗巖帶中，偏堿性過(guò)鋁質(zhì)含黑云母晶洞花崗巖為主要的巖石類型，它們形成于中生代，大陸邊緣的形變性質(zhì)由壓性變?yōu)閺埿?。浙閩沿海晚白堊世堿性花崗巖的出現(xiàn), 正是該區(qū)的構(gòu)造性質(zhì)從壓性轉(zhuǎn)向張性的標(biāo)志, 因此它們也應(yīng)當(dāng)屬于后造山花崗巖, 而不是非造山花崗巖。邱檢生等(2000)對(duì)福建沿海地區(qū)的鋁質(zhì)A型花崗巖與堿性花崗巖進(jìn)行了對(duì)比研究，提出福建沿海鋁質(zhì)A型花崗巖與堿性花崗巖是同源的，兩者為殼幔物質(zhì)混合的產(chǎn)物。但是目前對(duì)福建沿海晶洞花崗巖，尤其是魁岐花崗巖的類型和成因的研究還存在不足，特別是缺乏精準(zhǔn)的年代學(xué)研究。本文擬以魁岐晶洞花崗巖體為對(duì)象，對(duì)魁岐花崗巖的地球化學(xué)特征進(jìn)行系統(tǒng)研究,通過(guò)精確的LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年和鋯石的Hf 同位素分析, 為花崗巖的物質(zhì)來(lái)源與成因機(jī)制提供新的佐證。

1 花崗巖巖相學(xué)特征

魁岐晶洞花崗巖體是一個(gè)以堿性花崗巖為主，伴有黑云母花崗巖的復(fù)式巖體，堿性花崗巖與黑云母花崗巖密切共生。主侵入階段花崗巖分相清楚, 一般可分為三個(gè)相: 邊緣相、過(guò)渡相和內(nèi)部相。邊緣相為細(xì)粒結(jié)構(gòu), 過(guò)渡相和內(nèi)部相分別為中細(xì)粒和中粗粒結(jié)構(gòu),巖相的垂直分帶現(xiàn)象明顯,該階段花崗巖構(gòu)成魁岐巖體的主體。

本文研究的魁岐晶洞堿性花崗巖的KQ樣品中長(zhǎng)石條紋結(jié)構(gòu)較發(fā)育。主要礦物成分為石英、堿性長(zhǎng)石、霓石及亞鐵鈉閃石，長(zhǎng)石條紋結(jié)構(gòu)較發(fā)育，具他形粒狀結(jié)構(gòu)及花斑結(jié)構(gòu),后者在顆粒較細(xì)的巖相中較發(fā)育。巖石的晶洞構(gòu)造十分發(fā)育，屬晶洞堿性花崗巖?？Ф磯A性花崗巖的QZ樣品為晶洞黑云母鉀長(zhǎng)花崗巖，主要礦物組合為石英、條紋長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石( An12-14, 個(gè)別達(dá)An24) 和黑云母等，不含堿性鐵鎂礦物，半自形粒狀結(jié)構(gòu), 局部出現(xiàn)花斑結(jié)構(gòu)，晶洞構(gòu)造普遍發(fā)育。應(yīng)歸屬偏堿性花崗巖類, 屬于一種由黑云母花崗巖向晶洞堿性花崗巖演化的過(guò)渡類型。

2 花崗巖巖石化學(xué)特征

花崗巖樣品的巖石化學(xué)分析結(jié)果列在表1中。這些花崗巖樣品均為晶洞花崗巖。其化學(xué)組成呈現(xiàn)富硅、富堿，貧鎂、鐵、鈣等元素特點(diǎn)，屬于巖漿高分異的花崗巖類。其SiO2含量變化范圍為71.23%～77.48%，硅過(guò)飽和；Na2O+K2O總量大于8%(KQ-5除外)，變化范圍為7.81～9.10；MgO+FeO含量變化范圍為1.44%～3.40%，CaO的含量特別低，相對(duì)而言，QZ晶洞花崗巖CaO的含量高一些，為0.39%～0.58%，而KQ晶洞花崗巖CaO的含量就低很多，小于0.2%(除KQ-2樣品)。此外，KQ晶洞花崗巖和QZ晶洞花崗巖相比，QZ花崗巖的Al2O3的含量偏高一些，接近13%，而KQ花崗巖Al2O3含量多低于12%。兩者的A/CNK指數(shù)略有不同，KQ花崗巖的A/NKC指數(shù)多<1，變化范圍為0.85～1.01，而QZ花崗巖為均≥1，從總體來(lái)看，它們A/CNK指數(shù)均大于0.95，應(yīng)屬于過(guò)鋁質(zhì)-準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖。如圖2所示，QZ三個(gè)花崗巖投影點(diǎn)落在過(guò)鋁質(zhì)花崗巖區(qū)內(nèi)， KQ花崗巖投影點(diǎn)則落在準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖區(qū)內(nèi)，而且它們相對(duì)比較集中。

表1魁岐晶洞花崗巖的主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)含量

Table 1 Major (wt%) and trace element (×10-6) contents of Kuiqi miarolitic granites

SampleKQ?1KQ?2KQ?5KQ?6KQ?11KQ?13KQ?15AKQ?16KQ?17KQ?18KQ?19KQ?21QZ?1AQZ?33QZ?44SiO276 6571 2376 8277 4876 8876 8176 1976 6876 1576 8776 8877 5175 5375 4775 42TiO20 170 350 180 200 160 190 140 130 070 150 150 130 150 130 14Al2O311 4513 5210 7910 9611 6711 7311 6711 7312 711 8211 9211 8613 1212 9412 81Fe2O3T2 393 052 282 722 212 211 852 451 621 652 031 671 211 831 82MnO0 080 190 110 140 060 080 090 080 030 070 070 010 080 070 09MgO0 130 350 130 150 130 140 130 120 140 130 110 120 230 200 21CaO0 111 340 140 170 100 120 100 15<0 010 10<0 010 030 580 410 39Na2O4 256 803 913 924 274 344 364 274 514 254 023 324 214 184 16K2O4 222 033 904 084 344 224 264 314 594 414 374 914 384 414 31P2O50 010 0270 0090 0110 010 0090 0080 0080 0070 0080 0080 0090 0250 0210 02LOI0 180 980 120 160 100 190 150 110 180 160 220 320 320 130 12Total99 6299 8798 3699 9799 91100 0098 93100 0099 9799 6099 7699 8899 8599 8199 49Cr10 0134 5518 4924 878 14126 3136 2922 276 21825 3240 8921 1734 2322 0624 10Ga21 6821 2928 9620 1721 7922 1522 0520 5421 8521 8120 9519 5618 1217 6718 25Rb265 2113 3313 7180 8277 8221 4199 8249 8212 8214 0214 0276 4144 3140 8160 6Sr0 34887 300 4264 4960 0832 8341 5031 7970 0091 4523 00730 2139 9134 3725 98Y18 14207 314 5257 176 68472 0449 0539 381 54251 0656 9751 9625 6423 4724 33Zr427537271205461269240376153357393927112794 8106Sc0 2819 0150 875 0970 4625 1565 153 7520 0085 0824 9414 0633 1372 8993 156Ti900 4176614811144701 3878 31119779 3362 9852 7821 1808 4785 3768 3742 9V1 55610 863 3414 1941 932 9795 2433 431 0523 2634 7333 7578 3415 4085 997Mn605 4139511721110471 9720 3787 8655 7210 8640 9615 4193696 9660 2792 5Co0 2811 7270 3310 9420 2040 7010 3390 5970 1230 3710 3830 5070 5820 8960 561Ni1 98710 041 1776 890 7757 7966 5385 480 3486 97711 575 6026 4635 953 579Cu1 47710 292 3524 531 43919 4825 6626 730 77615 4840 1618 157 4333 6516 22Zn105 7297 8133 5124 371 1121 899 92142 142 06183 3107 982 9632 4364 441 8Ge2 4513 4142 7562 042 1892 2752 242 2531 8442 0011 9621 0821 871 7381 838Nb30 6742 9234 8526 941 2828 9320 8948 1312 7232 934 7737 0618 0117 222 18Cs1 1210 5231 4571 0361 0711 4330 6761 4290 7661 6412 0711 0621 0560 81 334Ba1 143128 80 53619 250 6023 4791 5551 8630 1481 5176 95275 06347300 9213La14 33203 39 86827 965 56328 3825 3524 813 52224 7131 4534 5535 1933 7932 93Ce24 78327 719 9265 289 55757 4949 7345 236 34752 559 3266 7362 5961 1658 32Pr2 42933 42 368 081 0016 4535 354 6240 7026 2437 6278 2476 8756 706 244Nd7 209106 87 61727 172 89720 4616 4313 661 95720 7825 5927 5721 9121 3619 31Sm1 61922 21 6736 300 6014 7393 6522 9950 2864 886 026 2423 7243 683 264Eu0 0961 9540 0910 3780 0330 3010 2240 1830 0130 3190 4070 2650 530 5070 411Gd1 82122 561 6916 7920 6065 714 3743 5370 2225 1796 2445 9393 4943 4743 126Tb0 344 1230 2841 3410 1151 2140 8910 7230 0331 0391 2061 1170 6010 5940 555Dy2 26725 751 8488 680 7938 9066 4025 0060 2037 057 9797 1153 6473 6033 446Ho0 5495 6120 421 9820 1952 2931 6091 2310 0491 6821 9181 6060 830 7870 779Er1 61916 761 2385 760 5967 545 2973 930 1545 2795 8684 8452 6272 4552 552Tm0 2552 6020 1860 8750 1041 260 8620 6580 0250 8610 9860 7960 4410 3930 434Yb1 62217 771 1645 670 7388 7045 9284 4630 1755 9556 9375 493 2762 6963 104Lu0 2582 7270 2020 8860 1271 4130 9690 7360 030 9771 1420 8950 5410 4380 519Hf14 018 538 1227 00415 658 9537 5414 615 59111 6712 939 5424 8423 4784 335Ta0 3011 6310 9351 9551 3841 7451 0063 3490 8682 3022 2292 5611 2611 2351 503Pb7 76938 4714 5216 167 94321 8813 7124 7910 828 4431 1817 5927 7329 2531 25Th5 26342 522 92314 772 3716 378 83433 251 15419 2623 4829 6114 3011 4714 50U5 472 7013 6513 8664 6283 4921 9854 8210 9646 7344 0417 0162 3082 0482 764

圖2 魁岐晶洞花崗巖的A/CNK-A/NK圖(據(jù)Maniar and Piccolli, 1989) 正方形代表QZ花崗巖；圓圈代表KQ花崗巖;圖4、圖5、圖6、圖11圖例同此圖Fig.2 A/CNK-A/NK diagram of Kuiqi miarolitic granites(After Maniar and Piccolli, 1989)

3 微量元素地球化學(xué)

圖3 魁岐晶洞花崗巖的REE分布模式(a)和微量元素相對(duì)于原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化分布模式(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)紅色正方形代表QZ花崗巖；黑色圓圈代表KQ花崗巖Fig.3 Chondrite-normalized REE distribution patterns (a) and primary mantle normalized spidergram (b) of Kuiqi miarolitic granites (normalization values after Sun and McDonough, 1989)

魁岐晶洞花崗巖的微量元素組成列在表1中。本區(qū)晶洞花崗巖的特點(diǎn)是富集大離子親石元素和高場(chǎng)強(qiáng)元素。如圖3 所示，魁岐晶洞花崗巖普遍虧損Sr, Ti和Ba。QZ花崗巖與KQ花崗巖元素豐度有所不同，QZ花崗巖的高場(chǎng)強(qiáng)元素豐度相對(duì)偏低，而B(niǎo)a、Sr則偏高?？◢弾r的Ba、Sr虧損以及極低的Ca都表明其母巖漿經(jīng)歷了明顯的斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶，從而形成了高分異的高硅、高堿的巖漿。

KQ花崗巖REE元素的特征是富集LREE，中等負(fù)Eu異常(圖3)?？◢弾rEu/Eu*變化較小，Eu/Eu*的變化范圍為0.13～0.45，其中KQ花崗巖的Eu/Eu*略小(0.13～0.27)。QZ花崗巖的Eu/Eu*略高(0.39～0.45)。另外一個(gè)特點(diǎn)是QZ花崗巖HREE豐度明顯偏低，REE球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線的HREE部分比較平緩。所示特征表明兩種晶洞花崗巖可能是巖相變化引起的差異。按邱檢生等觀點(diǎn)(邱檢生等，2000)，本區(qū)KQ花崗巖的REE分布模式近似于堿性花崗巖，而QZ花崗巖更像是鋁質(zhì)花崗巖。

魁岐花崗巖Zr/Hf和Nb/Ta比值變化非常小，Zr/Hf標(biāo)準(zhǔn)變化范圍為24～30，Nb/Ta標(biāo)準(zhǔn)變化范圍為14～26。在圖4a, b中，元素的投影點(diǎn)呈現(xiàn)出非常明顯的線性相關(guān)關(guān)系。其中，KQ花崗巖的Nb、Ta、Zr、Hf的豐度明顯高于QZ花崗巖。

圖4 魁岐晶洞花崗巖的Nb-Ta、Zr-Hf、Th-U和Rb-Sr 相關(guān)圖Fig.4 Nb-Ta, Zr-Hf, Th-U and Rb-Sr diagrams of the Kuiqi miarolitic granites

本文測(cè)得QZ花崗巖年齡為101Ma，KQ花崗巖的年齡為92Ma，那么巖漿分異作用晚期形成的KQ花崗巖富集Nb、Ta、Zr、Hf等微量元素，同時(shí)，晚期KQ花崗巖還呈富集Th、U、Rb、貧Sr的特點(diǎn)，這是巖漿分異作用的結(jié)果(圖4c, d)。微量元素的地球化學(xué)特征暗示，兩類花崗巖是同源巖漿分異的產(chǎn)物。

4 魁岐花崗巖的類型

魁岐晶洞花崗巖屬于過(guò)鋁質(zhì)-準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖似乎沒(méi)有任何爭(zhēng)議，但是，它們是堿性花崗巖還是A型花崗巖尚需論證。A型花崗巖具有堿性的、無(wú)水的以及非造山的特性(Loiselle and Wones, 1979)。Ga/Al比值是判斷A型花崗巖最有效的方法(Collinetal., 1982), Whalenetal. (1987)提出以10000×Ga/Al ≥ 2.6 作為劃分A 型花崗巖的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)繪制了一系列判別圖，以確定魁岐晶洞花崗巖是否屬于A型花崗巖。

根據(jù)微量元素-Ga/Al的圖解，KQ花崗巖的投影點(diǎn)均落在A型花崗巖區(qū)內(nèi)，但是QZ三個(gè)花崗巖的投影點(diǎn)靠近S, I-型花崗巖與A型花崗巖的分界線附近，而KQ花崗巖樣品的投影點(diǎn)遠(yuǎn)離分界線，兩者區(qū)分明顯。盡管如此，我們還是認(rèn)為這些花崗巖均屬于A型花崗巖(圖5)。同時(shí)，采用主元素SiO2-FeOT/MgO進(jìn)行判別花崗巖類型(圖6)，也得到相同的結(jié)果。

圖5 魁岐晶洞花崗巖的A型，I+S型判別圖(據(jù)Whalen et al., 1987)Fig.5 Discrimination diagrams for tectonic settings of Kuiqi miarolitic granites for A, S+I type(after Whalen et al., 1987)

A型花崗巖又分為兩個(gè)亞類：A1和A2(Eby,1992)，A1型花崗巖形成于非造山的裂谷環(huán)境，經(jīng)常出現(xiàn)同生的鐵鎂質(zhì)巖石，它們是地幔柱和熱點(diǎn)活動(dòng)的產(chǎn)物；A2型花崗巖來(lái)源于地殼，地殼物質(zhì)可以通過(guò)俯沖作用進(jìn)入花崗巖形成的源區(qū)。同時(shí)，Eby 認(rèn)為A2型花崗巖形成環(huán)境比較復(fù)雜，可以是島弧、陸陸碰撞以及后碰撞的構(gòu)造環(huán)境，也可以形成于非造山的構(gòu)造環(huán)境。本區(qū)魁岐A型花崗巖在圖6b中的投影點(diǎn)絕大部分都落在A2分區(qū)內(nèi)，只有一個(gè)點(diǎn)在A1分區(qū)內(nèi)。由此可見(jiàn)本區(qū)A2型花崗巖可能形成于后碰撞的拉張構(gòu)造環(huán)境。

5 魁岐花崗巖的鋯石U-Pb年齡及Hf同位素組成

5.1 樣品采集

本次研究的鋯石U-Pb同位素定年及Hf同位素組成測(cè)定樣品選取了所研究魁岐巖體的典型樣品, 分析測(cè)試了魁岐晶洞花崗巖樣品共計(jì)11件，同位素測(cè)年樣品KQ2、KQ18、KQ19和QZ04分別采自魁岐巖體的西南和東北邊緣，其中三件樣品(KQ)采自魁岐巖體的南端魁岐村一帶，另外一件樣品(QZ)采自魁岐巖體的東北端琯頭鎮(zhèn)青芝寺附近。采樣位置示于圖1， 經(jīng)緯度坐標(biāo)分別為26°01′57″N, 119°22′42″E和26°08′35″N, 119°32′28″E。

在實(shí)驗(yàn)室將樣品粉碎至80～100目, 經(jīng)常規(guī)浮選和磁選方法分選后，得到約150粒鋯石。在雙目鏡下根據(jù)鋯石顏色、自形程度、形態(tài)等特征初步分類, 挑選出具有代表性的鋯石約90粒作為測(cè)定對(duì)象。將分選出的鋯石分組置于DEVCON環(huán)氧樹(shù)脂中, 待固結(jié)后拋磨至粒徑的大約二分之一, 使鋯石內(nèi)部充分暴露, 然后進(jìn)行鋯石顯微(反射光和透射光)照相、陰極發(fā)光(CL)顯微圖像研究及鋯石微區(qū)U-Pb同位素年齡測(cè)定。

5.2 分析測(cè)試條件

鋯石的CL圖像拍照在西北大學(xué)掃描電鏡實(shí)驗(yàn)室完成,采用FEI公司XL30型SFEG 電子束進(jìn)行鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)顯微照相分析。同位素測(cè)試點(diǎn)的選取首先根據(jù)鋯石反射光和透射光照片進(jìn)行初選,再與CL圖像反復(fù)對(duì)比,力求避開(kāi)內(nèi)部裂隙和包裹體,以獲得較準(zhǔn)確的年齡信息。

圖6 魁岐晶洞花崗巖的SiO2-FeOT/MgO判別圖(a)和A型巖套的Nb-Y-Ce圖(b)Fig.6 SiO2-FeOT/MgO (a) and Nb-Y-Ce (b) discrimination diagrams of Kuiqi miarolitic granites

LA-ICP-MS鋯石微區(qū)U-Pb年齡測(cè)定在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Agilent7500型ICPMS和德國(guó)Lambda Physik公司的ComPex102 ArF準(zhǔn)分子激光器(工作物質(zhì)ArF, 波長(zhǎng)193nm)以及MicroLas公司的GeoLas200M光學(xué)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)上進(jìn)行。激光束斑直徑為30μm, 激光剝蝕深度為20～40μm。實(shí)驗(yàn)中采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣,用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST SRM610進(jìn)行儀器最佳化調(diào)試, 采樣方式為單點(diǎn)剝蝕, 數(shù)據(jù)采集選用一個(gè)質(zhì)量峰一點(diǎn)的跳峰方式,每完成4～5個(gè)待測(cè)樣品測(cè)定, 插入標(biāo)樣測(cè)一次。在所測(cè)鋯石樣品15～20個(gè)點(diǎn)前后各測(cè)2次NIST SRM610。鋯石年齡采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，元素含量采用NIST SRM610作為外標(biāo)。由于SiO2在鋯石中的含量較恒定, 選擇29Si作為內(nèi)標(biāo)來(lái)消除激光能量在點(diǎn)分析過(guò)程中以及分析點(diǎn)之間的漂移, 對(duì)于大多數(shù)元素單點(diǎn)分析的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為5%～15%。LA-ICP-MS鋯石定年雖然在放射性同位素含量較低時(shí)測(cè)定誤差相對(duì)較大，但對(duì)古老鋯石和鈾含量較高的年輕鋯石測(cè)定結(jié)果可以與SIMS和SHRIMP結(jié)果相媲美(Skjerlie and Johnston,1992; Patio Douce,1997; Sylvester,1989)。詳細(xì)分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法參見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)(Eby,1990; Turner and Stuart, 1992)。

5.3 鋯石特征

魁岐晶洞花崗巖中獲得的鋯石均為巖漿鋯石，總體可分為兩類(圖7)。一類為無(wú)色透明的短柱狀或等軸狀晶體, 自形程度高, 粒徑多在60～100μm左右，該類鋯石是測(cè)試的主體, 鋯石的CL圖像色調(diào)較為均勻, 同心環(huán)狀巖漿結(jié)晶環(huán)帶規(guī)則,具典型的巖漿結(jié)晶鋯石特征(KQ18、KQ19), 應(yīng)為成巖鋯石；另一類鋯石為長(zhǎng)柱狀晶體, 透明無(wú)色, 自形程度高, 粒徑多在50～200μm左右，CL圖像顯示結(jié)晶環(huán)帶規(guī)則、細(xì)而密集, 為較典型的巖漿鋯石, 部分鋯石見(jiàn)少量包裹體(KQ2、QZ4)。

圖7 魁岐晶洞花崗巖的部分代表性鋯石的CL圖像Fig.7 CL images of typical zircons of Kuiqi miarolitic granites

5.4 鋯石U-Pb年齡

本次研究對(duì)KQ2、KQ-18、KQ-19 以及QZ-4四個(gè)晶洞花崗巖的鋯石進(jìn)行了單顆粒鋯石U-Pb年齡測(cè)定，結(jié)果列在表2。

KQ-2樣品測(cè)了21個(gè)單顆粒鋯石，232Th的含量變化范圍為154×10-6～779×10-6, 平均值為389×10-6，238U為89×10-6～534×10-6, 平均值為2975×10-6，Th/U變化也很小，平均值=1.34。206U/238Pb的年齡變化范圍為94～102Ma，平均年齡為97.3±0.77Ma(圖8c)。

圖8 魁岐晶洞花崗巖鋯石的U-Pb平均年齡Fig.8 Mean age diagrams of U-Pb zircons of Kuiqi miarolitic granites

KQ-18樣品測(cè)了11個(gè)單顆粒鋯石，232Th的含量變化范圍為357×10-6～801×10-6, 平均值為582×10-6,238U為309×10-6～516×10-6, 平均值為409×10-6，Th/U變化很小，平均值=1.43。206U/238Pb的年齡變化范圍為91～98Ma，平均年齡為93.6±1.5Ma(圖8a)。

KQ-19樣品測(cè)了17個(gè)單顆粒鋯石，232Th的含量變化范圍為204×10-6～927×10-6, 平均值為539×10-6,238U為168×10-6～576×10-6, 平均值為382×10-6，Th/U變化很小，平均值=1.38。206U/238Pb的年齡變化范圍為88～99Ma，平均年齡為92.0±1.3Ma(圖8b)。

QZ-4樣品測(cè)了17個(gè)單顆粒鋯石，232Th的含量變化范圍為116×10-6～1823×10-6, 平均值為621×10-6,238U為120×10-6～1276×10-6, 平均值為532×10-6，Th/U變化也很小，平均值=1.16。206U/238Pb的年齡變化范圍為94～109Ma，平均年齡為101.7±2Ma(圖8d)。

本次研究的魁岐晶洞花崗巖屬于魁岐花崗巖巖體的邊緣相，形成于魁岐花崗巖體的主侵入階段。QZ-4樣品為小晶洞花崗巖，采自魁岐花崗巖巖體的東部琯頭鎮(zhèn)西北的清芝。KQ-2樣品為小晶洞花崗巖，而KQ-18和KQ-19樣品為大晶洞花崗巖，采自魁岐花崗巖巖體的西南端魁岐村附近。LA-ICP-MS的鋯石精確定年結(jié)果顯示，QZ-4小晶洞花崗巖的U-Pb年齡為101.7±2Ma，KQ-2小晶洞花崗巖的U-Pb年齡為97.3±0.77Ma；而KQ-18和KQ-19兩個(gè)大晶洞花崗巖的U-Pb年齡分別為93.6±1.5Ma和92.0±1.3Ma，形成時(shí)間晚于魁崎的小晶洞花崗巖，它們相當(dāng)于間隔為5～10Myr左右的兩個(gè)巖漿作用期。

5.5 鋯石Hf同位素組成

本次研究選取KQ-18和KQ-19兩個(gè)A型晶洞花崗巖，測(cè)試鋯石Hf同位素組成，結(jié)果列在表3。

如表3所示，KQ-18和KQ-19兩個(gè)花崗巖的Lu-Hf同位素組成非常相似。

KQ-18花崗巖的(176Hf/177Hf)i比值變化范圍為0.282707～0.282852，平均值為0.282755；εHf(t)變化范圍-0.25～+4.88，平均值為+1.45；其二階段模式年齡(tDM2)變化較小，變化范圍為846～1173Ma, 平均值為1064Ma。

KQ-19花崗巖的(176Hf/177Hf)i比值變化范圍為0.282652～0.282825，平均值為0.282749；εHf(t)變化范圍-2.24～+3.89，平均值為+1.21；其二階段模式年齡(tDM2)變化較小，變化范圍為907～1298Ma, 平均值為1078Ma。從圖9可以看出，本區(qū)兩種晚期過(guò)渡相花崗巖εHf(t)值的峰值完全一致，都在+1左右。同時(shí)，二者的(176Hf/177Hf)i比值的峰值非常接近，都在0.282750左右。這些特點(diǎn)充分說(shuō)明魁岐A型花崗巖的原始巖漿源自新元古代古老下地殼物質(zhì)的部分熔融，同時(shí)也有地幔物質(zhì)的加入，是殼?；旌献饔玫漠a(chǎn)物。

這樣的成因機(jī)制還可以從εHf(t)-年齡的演化途徑得以證實(shí)。在圖10中，KQ-18和KQ-19兩個(gè)花崗巖的投影點(diǎn)都高于下地殼，分布在下地殼和虧損地幔演化線之間，暗示其原始巖漿是殼?；旌系慕Y(jié)果。

表2魁岐晶洞花崗巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡分析結(jié)果

Table 2 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results of Kuiqi miarolitic granites

SpotNo 元素含量(×10-6)TotalPb232Th238UTh/U同位素比值同位素年齡(Ma)207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σKQ?2?0216 40402 3340 71 180 054500 004300 11700 008790 015940 0002811281022KQ?2?0418 85482 5374 41 290 053940 003830 113470 007830 015220 000261097972KQ?2?065 92153 989 421 720 123970 014530 213900 018690 015020 0005019716963KQ?2?0817 99429 0356 81 200 053550 003200 110910 006290 015170 000231076971KQ?2?098 32216 290 732 380 136860 010860 256090 016830 015330 0005223214983KQ?2?1125 44644 2460 11 400 051770 002880 109510 006250 015200 000231066971KQ?2?1330 18779 4534 41 460 057660 003310 117010 006520 014920 000211126951KQ?2?1411 85269 3241 01 120 081520 005130 163280 009680 015020 000281548962KQ?2?1510 79251 9221 51 140 078720 006790 160280 012160 015330 0003215111982KQ?2?1710 18237 7198 31 200 078920 005700 158750 010810 015120 000351509972KQ?2?1929 92712 2521 21 370 065700 004140 132730 008350 014890 000221277951KQ?2?209 66227 5204 81 110 069880 005050 134190 009940 014690 000311289942KQ?2?2212 57295 3233 11 270 073120 005970 149410 011550 015340 0003114110982KQ?2?238 58197 7194 01 020 080620 007040 157830 011970 015500 0003614910992KQ?2?247 22162 2145 61 110 105430 008350 229640 019200 015960 00041210161023KQ?2?2516 03368 7336 51 100 069510 004510 144190 009210 015470 000271378992KQ?2?2619 50471 8404 61 170 057000 003630 121200 007860 015330 000241167982KQ?2?2718 80494 8262 31 890 089500 007220 197210 017970 015260 0003218315982KQ?2?2811 70313 6209 01 500 067100 005100 141320 010050 015380 000341349982KQ?2?2921 33527 8408 61 290 062620 004670 123500 008290 014960 000251187962KQ?2?3021 11528 6418 61 260 051630 003380 109470 007030 015280 000231056981KQ?18?0233 38800 7515 51 550 056760 003160 111450 005980 014220 000221075911KQ?18?0330 37684 8479 11 430 063630 004990 124810 010300 014210 000221199911KQ?18?0622 61552 2349 11 580 052470 003420 104120 006370 014840 000271016952KQ?18?1020 05451 6326 91 380 063120 004270 132000 009200 015290 000271268982KQ?18?1124 13539 9428 91 260 051850 003830 103360 007600 014780 000261007952KQ?18?1327 90626 4455 61 380 069360 004020 136210 007590 014490 000251307932KQ?18?1927 50654 8461 61 420 058510 003900 114720 007290 014440 000231107921KQ?18?2123 83547 7408 71 340 062330 004210 124390 007840 014640 000281197942KQ?18?2224 57594 3308 81 920 070480 004930 141620 009860 015040 000301349962KQ?18?2419 28357 1353 81 010 080000 005240 162080 010450 014920 000311539952KQ?18?2524 50591 9410 01 440 064400 005190 126370 009390 014730 000251218942KQ?19?118 21358 6284 61 260 101510 007950 212680 016440 015040 0003219614962KQ?19?215 16304 6237 51 280 102180 008480 203000 016720 014480 0003318814932KQ?19?324 20604 7399 81 510 077530 005030 144940 008850 014220 000271378912KQ?19?524 36578 7446 51 300 066140 004380 127890 008370 014250 000291228912KQ?19?613 83268 4230 31 170 101450 007740 182250 012990 014560 0003717011932KQ?19?728 24620 5457 21 360 071530 004250 144200 008640 014810 000271378952KQ?19?934 18837 2554 61 510 061640 003760 118250 006900 014170 000251136912KQ?19?1311 66203 8168 01 210 116300 009760 274890 032040 015530 0004124726993KQ?19?1523 51460 0353 71 300 089890 007170 179970 013360 014990 0003616811962KQ?19?1622 27542 9386 11 410 066430 004090 130020 007850 014240 000281247912KQ?19?1719 68455 8365 11 250 067930 005550 131160 010490 014390 000331259922KQ?19?1830 72805 7520 31 550 065700 003910 121900 007210 013800 000231177881KQ?19?1935 75926 6575 81 610 053920 003550 103000 006630 013970 000241006892KQ?19?2029 72735 1457 11 610 064840 004480 125130 008420 014190 000261208912KQ?19?2137 03715 9456 21 570 141590 010630 295140 022900 014800 0003726318952KQ?19?2216 35334 5288 71 160 096590 006430 184620 012110 014250 0003517210912KQ?19?2319 27415 7311 21 340 094040 009710 182210 014190 015140 0003717012972QZ?4?0111 36235 4289 30 810 053290 003480 109440 006970 015380 000251056982

續(xù)表2

Continued Table 2

SpotNo 元素含量(×10-6)TatolPb232Th238UTh/U同位素比值同位素年齡(Ma)207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σQZ?4?0426 00590 3659 00 900 048430 002510 101850 005220 015330 00021985981QZ?4?055 03115 6120 10 960 100130 007740 194560 014590 014660 0003818112942QZ?4?0635 19800 7648 01 240 049130 002380 111050 005430 016280 0002610751042QZ?4?0717 23428 2258 21 660 068800 004440 142000 009320 015040 000261358962QZ?4?087 39175 0134 71 300 070250 006470 142650 010940 016150 00037135101032QZ?4?0932 70474 2569 90 830 087570 009680 240460 034170 016350 00034219281052QZ?4?1011 64274 9202 81 360 075030 006740 152370 013160 015360 0003014412982QZ?4?1119 13430 8381 41 130 046930 004000 103890 008260 015780 0002610081012QZ?4?1229 75461 7604 80 760 086390 007900 217350 022320 016310 00029200191042QZ?4?1375 67140710211 380 128490 006250 297200 014070 016470 00018264111051QZ?4?1418 76370 3267 41 380 091370 006400 209880 013500 017040 00031193111092QZ?4?1639 04743 6811 00 920 055340 002810 128810 006770 016650 0002112361061QZ?4?1866 95149812761 170 064690 002370 137000 004970 015350 000191304981QZ?4?199 04186 3176 31 060 081670 006080 175940 012050 016350 00035165101052QZ?4?2069 79182311971 520 049860 002230 108890 005020 015950 0002610551022QZ?4?2222 47543 7431 31 260 057490 003210 125610 007040 015910 0002612061022

圖9 魁岐晶洞花崗巖的εHf(t)頻率分布圖Fig.9 Histogram of zircons εHf(t) values of Kuiqi miarolitic granites

圖10 魁岐晶洞花崗巖的εHf(t)-年齡的演化圖Fig.10 εHf(t)-age evolution diagram of Kuiqi miarolitic granites

6 討論

6.1 形成時(shí)代

圖11 魁岐晶洞花崗巖的微量元素構(gòu)造背景判別圖Fig.11 Discrimination diagrams for tectonic settings of Kuiqi miarolitic granites

魁岐花崗巖體形成時(shí)代，前人做了大量的研究工作。與之共生的有一系列燕山晚期花崗質(zhì)侵入巖(鼓山花崗巖和筆架山花崗斑巖等)。從野外的相互接觸關(guān)系來(lái)看, 魁岐花崗巖侵位發(fā)生于鼓山花崗巖之后, 筆架山花崗斑巖之前, 屬燕山晚期較晚階段的侵入巖, 其Rb-Sr 等時(shí)線年齡為107.65±1.12Ma(王德滋等，1985)。Martinetal.(1991)測(cè)得魁岐花崗巖的Rb-Sr等時(shí)線年齡為93Ma，比鈣堿性巖體的Rb-Sr等時(shí)線年齡(103～104Ma)晚得多(Martinetal., 1991)。二者相差近10Myr，因此還需要精確的同位素年代學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)厘定魁岐花崗巖體的形成時(shí)代。研究者對(duì)魁岐花崗巖LA-ICP-MS的鋯石精確定年的結(jié)果顯示：QZ-4小晶洞花崗巖的U-Pb年齡為101.7±2Ma，KQ-2小晶洞花崗巖的U-Pb年齡為97.3±0.77Ma；而KQ18和KQ-19兩個(gè)大晶洞花崗巖的U-Pb年齡分別為93.6±1.5Ma和92.0±1.3Ma，形成時(shí)間明顯晚于魁崎的小晶洞花崗巖，即魁岐花崗巖體是兩次巖漿活動(dòng)間隔為5～10Myr左右的產(chǎn)物。

6.2 巖石成因和構(gòu)造背景

諸多研究者從不同的角度探討了魁崎A型花崗巖的形成機(jī)制，現(xiàn)在越來(lái)越多的證據(jù)傾向福建沿海A型花崗巖是殼幔物質(zhì)混合作用的產(chǎn)物(邱檢生等，2000；王德滋等，1985；洪大衛(wèi)等1987；Martinetal., 1991; 彭亞鳴和袁樸，1984；趙振華等, 2000；朱金初等，2008)。本次研究的結(jié)果顯示福建魁岐A型花崗巖具有高硅、高堿、低鈣、低二價(jià)鐵的特征，而且富集大離子親石元素和高場(chǎng)強(qiáng)元素。尤其是鋯石Lu-Hf同位素組成的分析結(jié)果充分說(shuō)明福建魁岐A型花崗巖的原始巖漿在成因上受到地幔巖漿的制約。魁岐花崗巖鋯石的二階段模式年齡為1064～1078Ma，由此推測(cè)，魁岐A型花崗巖的原始巖漿是新元古代早期下地殼部分熔融形成的花崗質(zhì)巖漿與上涌地幔物質(zhì)的混合產(chǎn)物。

A型花崗質(zhì)巖石是重要的“巖石探針”，通過(guò)對(duì)它開(kāi)展系統(tǒng)的元素地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)和同位素年代學(xué)的研究，不但可以揭示該類巖石的源區(qū)物質(zhì)組成及成巖機(jī)制，而且還可以闡述巖石形成的地球動(dòng)力學(xué)背景、示蹤成巖的深部過(guò)程和殼幔相互作用及反演區(qū)域構(gòu)造-巖漿活動(dòng)演化歷史。

目前，對(duì)A型花崗巖的巖石成因存在較大分歧，一種觀點(diǎn)認(rèn)為A型花崗巖的成因與地幔作用有關(guān)(Loiselle and Wones, 1979; Pearceetal., 1984; Eby, 1992; 許保良等，1998)；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為 A型花崗巖的成因與地殼作用有關(guān)(Collinsetal., 1982; Whalenetal., 1987; Clemensetal., 1986; Frost and Frost, 1997; Anderson and Bender, 1989); 還有一種幔源巖漿與殼源巖漿相互作用的觀點(diǎn)(Collinsetal., 1982; Whalenetal.,1987; Clemensetal., 1986; Frost and Frost, 1997; Anderson and Bender, 1989)。

近十幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)A型花崗巖類的研究取得了豐碩成果，尤其是在A型花崗巖類的成因和構(gòu)造背景等方面取得了一些重要進(jìn)展(洪大衛(wèi)等，2000; Chen and Jahn,2004; 蘇玉平等，2006; 唐紅峰等，2007)。

洪大衛(wèi)等(1995)將堿性花崗巖分為非造山(AA)和后造山(PA)兩類(洪大衛(wèi)等，1995)，非造山(AA)花崗巖相當(dāng)于Eby的A1型花崗巖，后造山(PA)花崗巖則與Eby的A2型花崗巖類似。劉昌實(shí)等(2003a)根據(jù)巖石學(xué)和地球化學(xué)特征將A型花崗巖分為鋁質(zhì)A型花崗巖(黑云母正長(zhǎng)花崗巖或黑云母花崗巖)、堿性A型花崗巖(角閃黑云堿長(zhǎng)花崗巖和堿性花崗巖，堿性流紋巖和鈉閃堿流巖)和硅酸不飽和的似長(zhǎng)石正長(zhǎng)巖和堿性正長(zhǎng)巖三類，并探討了它們地球化學(xué)特征和成因。

許保良等(1998)根據(jù)Nd-Sr同位素地球化學(xué)特點(diǎn)認(rèn)為新疆烏倫古河A型花崗巖的成因與虧損地幔有關(guān)。劉昌實(shí)等(2003b)根據(jù)ALAG和AAG兩組A型花崗巖的微量元素(特別是高場(chǎng)強(qiáng)元素)的特點(diǎn)，認(rèn)為其起源物質(zhì)除地幔組分外，還有地殼物質(zhì)的加入，顯示殼-?；煸刺攸c(diǎn)，并且根據(jù)Sr-Nd同位素組成定量描述了這兩組殼-幔混源成因的A型花崗巖。唐紅峰等(2008)選用鋯石Hf同位素地球化學(xué)組成討論東準(zhǔn)噶爾A型花崗巖的成因，認(rèn)為其源巖主要是具有虧損地幔Hf-Nd同位素組成的年輕玄武質(zhì)洋殼，并在源區(qū)混入了少量陸源大洋沉積物。

王德滋等(1985)認(rèn)為福建沿海廣泛分布的A型花崗巖形成與庫(kù)拉板塊向歐亞大陸板塊俯沖導(dǎo)致的弧后拉張有關(guān)。趙振華等(2000)提出湖南柿竹園鎢多金屬礦床形成于長(zhǎng)期拉張裂陷及地幔隆起的構(gòu)造背景。在Nb-Y圖解中(圖11a)，福建魁岐A型花崗巖投影點(diǎn)大都落在板內(nèi)構(gòu)造區(qū)域內(nèi)，而Rb-Y+Nb圖解中(圖11b)，福建魁岐A型花崗巖的投影點(diǎn)也主要落在板內(nèi)區(qū)域內(nèi), 并大多集中在后碰撞區(qū)域內(nèi)。由此判斷，福建魁岐A型花崗巖形成于后碰撞-板內(nèi)伸展的構(gòu)造環(huán)境。

綜上所述，本文認(rèn)為在中晚白堊世(100～70Ma)由于庫(kù)拉板塊向歐亞板塊俯沖(王德滋等，1985)，誘發(fā)其上的大陸巖石圈板塊拉伸，伴隨著地幔上涌和巖石圈的拆沉作用，致使大陸下地殼物質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈的部分熔融，形成了高硅、高堿、貧鎂鐵和鈣的花崗質(zhì)巖漿，與此同時(shí)由于強(qiáng)烈地殼地幔交代作用導(dǎo)致大量的地幔物質(zhì)與花崗質(zhì)巖漿混合，最終形成了福建沿海廣泛分布的A型花崗巖的原始巖漿。

7 結(jié)論

(1)魁岐小晶洞花崗巖的鋯石U-Pb年齡為97.3±0.77Ma和101.7±2Ma; 大晶洞花崗巖的鋯石U-Pb年齡分別為93.6±1.5Ma和92.0±1.3Ma，形成時(shí)間晚于小晶洞花崗巖，代表了魁岐晶洞花崗巖巖體的形成年齡,它們是中生代燕山期晚白堊世早期構(gòu)造-巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

(2)魁岐晶洞花崗巖具有高硅、高堿、低鈣的特征，并且富集大離子親石元素和高場(chǎng)強(qiáng)元素，主、微量元素地球化學(xué)特征均顯示其為典型A型花崗的A2亞類，它們形成于后碰撞的拉張構(gòu)造環(huán)境。

(3)魁岐晶洞花崗巖的鋯石Lu-Hf同位素組成暗示福建魁岐A型花崗巖的原始巖漿在形成時(shí)受到地幔巖漿的制約。因此，魁岐晶洞花崗巖的原始巖漿是中新元古代幔源巖漿底侵導(dǎo)致下地殼熔融的產(chǎn)物。

致謝野外工作得到福建地質(zhì)調(diào)查院大力幫助;西北大學(xué)張紅博士在鋯石U-Pb定年和鋯石Hf同位素分析給予了幫助;在此一并致謝。

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