湘西南蘭蓉巖體鋯石SHRIMP U－Pb年齡、地球化學(xué)特征及構(gòu)造背景＊

柏道遠(yuǎn)，陳必河，鐘 響，熊 雄，賈朋遠(yuǎn)

（湖南省地質(zhì)調(diào)查院，長沙 410016）

華南加里東運(yùn)動除了產(chǎn)生強(qiáng)烈的構(gòu)造變形外，尚引發(fā)了強(qiáng)烈的花崗質(zhì)巖漿活動［1－5］。地質(zhì)工作者對華南加里東期構(gòu)造－巖漿事件進(jìn)行過大量研究并取得了豐富成果，認(rèn)識到加里東運(yùn)動自早至晚可分為寒武紀(jì)末－奧陶紀(jì)初的郁南運(yùn)動、中奧陶世末的都勻運(yùn)動、奧陶紀(jì)末－志留紀(jì)初的北流運(yùn)動（崇余運(yùn)動）、志留紀(jì)后期的廣西運(yùn)動等多期次［5－10］；相關(guān)的花崗質(zhì)巖漿活動時(shí)代主要為440～390 Ma［2］或460～410 Ma［4］等。盡管如此，不同期次構(gòu)造運(yùn)動的影響范圍及其背景差異尚需進(jìn)一步研究，加里東期花崗巖的構(gòu)造成因也存在板內(nèi)造山斷裂活動、板內(nèi)后碰撞或后造山、陸－?。懪鲎驳扔^點(diǎn)［2－4，11－13］。

湖南省境內(nèi)發(fā)育加里東期花崗巖，近些年來除獲得九嶷山雪花頂巖體［14］、彭公廟巖體［15］等部分巖體的鋯石SHRIMP U－Pb年齡和LA－ICP－MS U－Pb年齡外，其它巖體缺少高精度年齡數(shù)據(jù)。

近年來，筆者對湘西南加里東期越城嶺巖體、苗兒山巖體和蘭蓉巖體進(jìn)行了系統(tǒng)的年代學(xué)、地質(zhì)學(xué)和地球化學(xué)研究，探討了花崗巖成因和形成背景，為區(qū)域加里東運(yùn)動特征及花崗巖成因研究補(bǔ)充了資料。越城嶺巖體和苗兒山巖體的地質(zhì)特征及成因背景筆者另文闡述，本文介紹蘭蓉巖體的年代學(xué)和地球化學(xué)特征，并探討其成因和構(gòu)造背景。

1 地質(zhì)概況

蘭蓉巖體位于區(qū)域城步－新化大斷裂的東側(cè)，緊鄰苗兒山大型巖體西側(cè)發(fā)育（圖1a）。該巖體規(guī)模很小，出露面積僅9．2km2，長軸方向近于南北向，呈巖株?duì)町a(chǎn)出，侵入于青白口系中（圖1b）。巖體邊界線較清楚，接觸面一般傾向圍巖，傾角為35°～40°。內(nèi)蝕變帶不甚發(fā)育，外蝕變帶具角巖化和硅化。根據(jù)侵入接觸關(guān)系和巖石學(xué)特征，蘭蓉巖體自早至晚劃分為3個(gè)侵入期次，依次為粗中粒斑狀黑云母二長花崗巖（ηγSa）、細(xì)中粒斑狀黑云母二長花崗巖（ηγSb）和細(xì)粒二云母二長花崗巖（ηγSc）。粗中粒斑狀黑云母二長花崗巖（ηγSa）中斑晶含量達(dá)35%～45%，主要成分為鉀長石，少量斜長石、石英，其中長石斑晶粒徑（1．5×3～3．5×5）cm；細(xì)中粒斑狀黑云母二長花崗巖（ηγSb）中長石斑晶含量較少，為3%～15%，斑晶大?。?×1．5～2×3．5）cm；最晚侵入的細(xì)粒二云母二長花崗巖（ηγSc）局部具片麻狀構(gòu)造，巖石中偶見閃長質(zhì)微粒包體。

圖1 蘭蓉巖體地理位置（a）及地質(zhì)略圖（b）（圖a據(jù)文獻(xiàn)［16］略修改；圖b據(jù)本文）Fig．1 Geographical location（a）and geological sketch（b）maps of the Lanrong pluton

2 鋯石SHRIMP U－Pb定年

對加里東期蘭蓉巖體粗中粒斑狀黑云母二長花崗巖采集樣品D0019 進(jìn)行鋯石SHRIMP U－Pb年齡分析。分析方法和流程參見文獻(xiàn)［17］。

樣品共分析了15顆鋯石的U－Pb同位素組成。所分析鋯石為透明的自形晶體，陰極發(fā)光圖像大多顯示出巖漿結(jié)晶成分環(huán)帶（圖2）。15個(gè)測點(diǎn)U－Pb年齡分析結(jié)果見表1和圖3?？赡苁艹遣剑禄瘮嗔鸦顒蛹癙b丟失的影響，鋯石同位素組成較為分散，約半數(shù)樣品明顯偏離U－Pb 諧和線（圖3）。1．1、4．1、8．1、9．1、10．1、12．1等6個(gè)測點(diǎn)年齡相對集中并沿諧和線分布，其206Pb／238U 加權(quán)平均年齡為（443．5±8．1）Ma（2σ），MSWD＝1．3，應(yīng)為花崗巖成巖年齡。

上述測年結(jié)果顯示蘭蓉巖體形成于早志留世早期。

表1 蘭蓉巖體粗中粒斑狀黑云母二長花崗巖（樣品D0019）鋯石SHRIMP U－Pb同位素分析結(jié)果Table 1 SHRIMP U－Pb zircon data for the coarse－medium－grained porphyritic biotite monzogranite（sample D0019）of the Lanrong pluton

圖2 蘭蓉巖體（樣品D0019）鋯石陰極發(fā)光圖像Fig．2 Zircon cathodoluminescence image for the Caledonian Lanrong pluton（sample D0019）

3 巖石地球化學(xué)特征

3．1 主量元素地球化學(xué)特征

圖3 蘭蓉巖體（樣品D0019）鋯石SHRIMP U－Pb年齡諧和圖Fig．3 Zircon SHRIMP U－Pb concordia diagram for the Lanrong pluton（sample D0019）

加里東期蘭蓉巖體樣品的主量元素分析結(jié)果如表2所示。巖石SiO2含量較高且變化較大（注：SiO2及以下主量元素含量值均系無水化處理結(jié)果，故與表2 略有差別），為69．38～76．99%，平均73．04%；總體上晚期侵入體較早期侵入體的SiO2含量高。隨著SiO2含量的增加，Al2O3、FeOT、TiO2、MgO、CaO、K2O、P2O5等均呈規(guī)律性減少，Na2O 則無規(guī)律變化（圖4）。Al2O3含量較高，為13．46%～14．46%，平均為13．78%。K2O 含量中等且變化較大，為2．30%～5．53%，平均為4．10%；全堿（ALK）含量中等，Na2O＋K2O 為6．60%～8．19%，平均為7．37%；K2O／Na2O 比值在0．54～2．08 之間，平均為1．40。FeOT含量中等，為1．69%～3．45%，平均2．93%。TiO2、MgO、CaO和P2O5含量分別為0．29%、0．73%、1．36%和0．12%。

表2 蘭蓉巖體的主量元素組成（ω%）Table 2 Major element compositions of the Caledonian Lanrong pluton（ω%）

圖4 蘭蓉巖體主要氧化物－SiO2 圖解Fig．4 Major oxides vs．SiO2diagrams for the Lanrong pluton

根據(jù)Frost（2001）［18］提出的Fe數(shù)（FeO／（FeO＋MgO），“FeO”為全鐵（FeO＋0．9×Fe2O3）），修改的堿鈣指數(shù)（Na2O＋K2O－CaO）、鋁飽和指數(shù)（ASI）（Al／（Ca－1．67P＋Na＋K）（分子比））等三個(gè)地球化學(xué)變量以及ANK（Al／（Na＋K）（分子比）），加里東期蘭蓉巖體花崗巖總體屬鐵質(zhì)、鈣堿性及過鋁質(zhì)的花崗巖（圖5（a）～（c））。除1個(gè)樣品CB2155的標(biāo)準(zhǔn)礦物C含量（0．16%）和ASI值（0．99）低外，其它樣品C含量2．11%～3．70%（平均2．49%）和ASI值1．14%～1．33%（平均1．19%），屬強(qiáng)過鋁花崗巖。在硅－鉀圖中，總體屬鈣堿性－高鉀鈣堿性系列（圖5（d））。

圖5 蘭蓉巖體花崗巖類地球化學(xué)分類圖解（（a）—（c）據(jù)文獻(xiàn)［18］；（d）據(jù)文獻(xiàn)［19］）Fig．5 Geochemical classification diagrams for granitoids of the Lanrong pluton

3．2 微量和稀土元素地球化學(xué)特征

蘭蓉巖體微量元素和稀土元素分析結(jié)果分別見表3和表4，微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖和稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布曲線圖分別見圖6和圖7。圖6和圖7表明蘭蓉巖體花崗巖可分為微量元素和稀土元素組成特征不同的兩組花崗巖：第一組是粗中粒斑狀黑云母二長花崗巖（ηγSa）的樣品（HXL1、HXL2、CB2115）和細(xì)中粒斑狀黑云母二長花崗巖（ηγSb）的樣品（CB359、CB1515）；第二組是細(xì)粒二云母二長花崗巖（ηγSc）的樣品（CB2092），以下分別闡述兩組樣品的微量元素和稀土元素組成特征。

在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上（圖6），第一組花崗巖Ba、（Ta＋Nb）、Sr、P、Ti表現(xiàn)為較強(qiáng)烈的虧損，而Rb、（Th＋U＋K）、（La＋Ce）、Nd、（Zr＋Hf＋Sm）、（Y＋Yb＋Lu）等則相對富集，顯示出具有一般殼源花崗巖特征。Nb和Ta曾發(fā)生較明顯的分餾，Nb相對虧損而Ta相對富集，也暗示花崗巖具有殼源花崗巖特征。Rb、Ba、Sr、Ti含量的變化主要與造巖礦物有關(guān)，Rb升高和Sr、Ba降低一般由鉀長石、斜長石和黑云母分離結(jié)晶所造成，Ti負(fù)異常反映出鈦鐵礦的分離結(jié)晶作用。P虧損暗示存在磷灰石的分離結(jié)晶。

表3 蘭蓉巖體花崗巖類微量元素分析結(jié)果（×10－6，Ag×10－9）及有關(guān)參數(shù)Table 3 Trace element compositions and parameters for granitoinds of the Lanrog granites（×10－6，Ag×10－9）

表4 蘭蓉巖體花崗巖類稀土元素分析結(jié)果（×10－6）及有關(guān)參數(shù)Table 4 Rare earth element compositions and parameters for granitoids of the Lanrong pluton（×10－6）

圖6 蘭蓉巖體微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（原始地幔值據(jù)文獻(xiàn)［20］）Fig．6 Primitive mantle－normalized trace element spider diagram for granitoids of the Lanrong pluton

圖7 蘭蓉巖花崗巖類體稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖（球粒隕石值據(jù)文獻(xiàn)［21］）Fig．7 Chondrite－normalized REE patterns for granitoids of the Lanrong pluton

第一組花崗巖的稀土元素含量較高（表4），ΣREE為146．37～322．15μg／g，平均為222．94 μg／g；早期侵入體粗中粒斑狀黑云母二長花崗巖（ηγSa）稀土總量相對較高（圖7）。ΣCe／ΣY 為4．03～6．90，平均為5．55；（La／Yb）N值為12．09～21．98，平均17．42，顯示輕稀土富集明顯。Eu顯著虧損，δEu值0．28～0．51，平均為0．39，暗示其經(jīng)歷了斜長石的分離結(jié)晶作用。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線明顯向右傾斜（圖7），除Eu谷外，曲線平滑無明顯起伏，反映出稀土元素具有明顯的分餾。

第一組花崗巖各樣品的微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（圖6）及稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖（圖7）的形態(tài)總體一致，暗示其為同時(shí)代、同來源的產(chǎn)物。

第二組花崗巖即細(xì)粒二云母二長花崗巖僅有1個(gè)樣品（CB2092）。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上（圖6），其大離子親石元素總體富集，并存在（Ba＋Th＋U）和Ti的相對虧損。稀土元素含量極低（表4），ΣREE 僅為18．10μg／g。ΣCe／ΣY 為1．31，（La／Yb）N值為3．36，顯示輕稀土無明顯富集。Eu顯著虧損，δEu值為0．24，暗示經(jīng)歷了斜長石的分離結(jié)晶作用。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線呈海鷗狀，除Eu谷外總體近水平（圖7），說明稀土元素不具明顯的分餾。相對第一組花崗巖而言，第二組花崗巖的稀土元素分布特征具有較明顯的“四分組”效應(yīng)，暗示其為花崗巖漿作用最晚階段殘余熔體結(jié)晶及流體／熔體相互作用的產(chǎn)物［22］。

3．3 Sr、Nd同位素地球化學(xué)特征

對蘭蓉巖體粗中粒斑狀黑云母二長花崗巖的2個(gè)樣品進(jìn)行了Sr、Nd同位素分析，具體實(shí)驗(yàn)在武漢地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素室完成。

Rb－Sr同位素測定方法：采用陽離子樹脂（Dowex50×8）交換法分離和純化銣、鍶，用熱電離質(zhì)譜儀MAT261分析Rb、Sr同位素組成，用同位素稀釋法計(jì)算試樣中的銣、鍶含量及鍶同位素比值，用GBW04411、NBS607和NBS987標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分別對分析流程和儀器進(jìn)行監(jiān)控；全流程Rb、Sr空白分別為0．4×10－9和0．8×10－9g。

Sm－Nd同位素分析方法：取加入145Nd＋149Sm混合稀釋劑和不加稀釋劑的樣品各1份，以氫氟酸和高氯酸溶解后用Dowe50x8陽離子交換樹脂進(jìn)行分離和純化。加了稀釋劑的樣品用于Sm、Nd含量質(zhì)譜分析；未加稀釋劑的解吸液上P507 有機(jī)萃取樹脂柱分離和純化Nd以用于Nd同位素比值分析。Sm、Nd含量和Nd同位素比值質(zhì)譜分析采用熱電離質(zhì)譜儀Triton完成，Sm、Nd含量采用同位素稀釋法公式計(jì)算得到。用GBW04419 和ZkbzNd（JMC）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對分析流程和儀器進(jìn)行監(jiān)控。全流程N(yùn)d、Sm 空白分別為1×10－10和0．7×10－10g。

同位素測試數(shù)據(jù)及有關(guān)參數(shù)值列于表5。根據(jù)巖體的鋯石SHRIMP U－Pb年齡，在計(jì)算有關(guān)參數(shù)時(shí)樣品年齡取值443Ma。由于小于BABI（玄武質(zhì)無球粒隕石最初初始值）0．69897±0．00003的值不能用于討論巖石成因［23］，因而不考慮樣品HXL2的初始Sr值（0．64721）。剔除樣品HXL2的Sr同位素值，蘭蓉巖體花崗巖ISr值為0．71299，εSr（t）值為120，εNd（t）值為－8．11和－8．89，t2DM（兩階段Nd模式年齡）為1．82Ga和1．84Ga。

表5 蘭蓉巖體Sr、Nd同位素組成及有關(guān)參數(shù)計(jì)算Table 5 Sr and Nd isotope compositions of granitesof the Lanrong pluton

4 討論

4．1 巖漿成因

蘭蓉巖體與圍巖呈較清楚的侵入接觸關(guān)系，外接觸帶見熱接觸變質(zhì)或矽卡巖化，鏡下表現(xiàn)出典型的巖漿結(jié)晶結(jié)構(gòu)，表明花崗巖為巖漿成因。

蘭蓉巖體的巖石地球化學(xué)及Sr、Nd同位素地球化學(xué)特征表明其為陸殼重熔型花崗巖，且源巖為中、上地殼酸性巖石而非下地殼基性巖；巖漿過程受分離結(jié)晶作用控制。具體分析如下：

（1）巖石主要屬ASI值大于1．1的強(qiáng)過鋁（SP）花崗巖，而前人研究表明強(qiáng)過鋁花崗巖多為地殼物質(zhì)熔融產(chǎn)物，屬于S型花崗巖類［25］。

（2）微量元素蛛網(wǎng)圖（圖6）上巖石顯示出一般殼源花崗巖特征（見前述）。

（3）湘桂內(nèi)陸帶花崗巖的Nd模式年齡（tDM）背景值為1．8～2．4Ga［26，27］，而目前獲得的花崗巖、玄武巖中捕虜體及繼承性鋯石的年齡數(shù)據(jù)表明湘桂內(nèi)陸帶基底的時(shí)代主要在1．7～2．7Ma間［28］。湘東南地區(qū)具地幔物質(zhì)加入的早燕山期花崗巖t2DM多在1．22Ga～1．76Ga之間［28］。由上可見，蘭蓉巖體的兩階段Nd模式年齡值（1．82Ga、1．84Ga）與基底地殼相當(dāng)，并高于具地幔物質(zhì)加入的湘東南早燕山期殼源花崗巖。因此可推斷蘭蓉巖體源于基底地殼的重熔。此外，蘭蓉巖體ISr值與大陸地殼0．719的ISr平均值［29］相近，Sr、Nd 同位素組成與澳大利亞東南部Lachlan褶皺帶S型花崗巖（εSr（t）＝77～204，εNd（t）＝－6．1和－9．8）［30］類似。

（4）Allégre［31］指出花崗巖εSr（t）值大于0，反映同位素與中、上地殼的親緣性而不是麻粒巖相下地殼，蘭蓉巖體εSr（t）值為120，暗示源巖為中、上地殼酸性巖石，而不是下地殼基性巖。這一認(rèn)識得到了花崗巖C／MF－A／MF圖解（圖8）的支持。

圖8 蘭蓉巖體C／MF－A／MF圖解［32］Fig．8 C／MF－A／MF diagram for granitoids of the Lanrong pluton

（5）前述微量元素和稀土元素特征顯示出分離結(jié)晶信息。

4．2 加里東期蘭蓉巖體形成構(gòu)造環(huán)境及機(jī)制

在Maniar和Piccoli［33］提出的多組主元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解中，蘭蓉巖體的分析樣品主要落入IAG＋CAG＋CCG 區(qū)，且有部分樣品位于與POG重疊區(qū)之外（圖9），因此判斷其屬于IAG＋CAG＋CCG 組類型。巖石屬ASI值大于1．1 的強(qiáng)過鋁（SP）花崗巖，因而可進(jìn)一步判斷為大陸碰撞花崗巖類（CCG）（包括同碰撞與后碰撞花崗巖）［34］。

圖9 蘭蓉巖體構(gòu)造環(huán)境氧化物判別圖（底圖據(jù)文獻(xiàn)［33］）Fig．9 Tectonic setting discrimination diagram for the Lanrong plutons

已有研究表明贛湘桂一帶加里東運(yùn)動自早至晚可分為寒武紀(jì)末－奧陶紀(jì)初的郁南運(yùn)動、奧陶紀(jì)末－志留紀(jì)初的北流運(yùn)動（崇余運(yùn)動）以及志留紀(jì)后期的廣西運(yùn)動等3個(gè)期［5－10，35］；前述鋯石SHRIMP U－Pb年齡表明蘭蓉巖體形成于早志留世早期，據(jù)此推斷花崗巖形成主要與北流運(yùn)動有關(guān)。結(jié)合前述巖漿成因，推斷蘭蓉巖體形成機(jī)制為：北流運(yùn)動（陸內(nèi)造山運(yùn)動）導(dǎo)致中、上地殼增厚、升溫，爾后進(jìn)入擠壓減弱、應(yīng)力松弛的后碰撞構(gòu)造環(huán)境，中、上地殼酸性巖石減壓熔融并向上侵位，從而形成蘭蓉巖體。

4．3 蘭蓉巖體形成構(gòu)造背景

形成蘭蓉巖體的前述構(gòu)造－巖漿事件可得到區(qū)域地質(zhì)資料的佐證：鄰區(qū)彭公廟巖體（435．3±2．7）Ma和（436．2±3．1）Ma［15］、大寧巖體（419±6．4）Ma［36］、寧岡巖體（433．8±2．2）Ma［37］、海洋山巖體（431±7）Ma［38］、苗兒山巖體（428．5±3．8）Ma和越城嶺巖體（436．6±4．8）Ma、（430．5±4．3）Ma（筆者另撰文）等鋯石LA－ICP－MS 或SHRIMP U－Pb年齡，在誤差范圍內(nèi)與蘭蓉巖體年齡一致，應(yīng)均因北流運(yùn)動（崇余運(yùn)動）強(qiáng)烈擠壓和陸殼增厚所致。

值得指出的是，湘南地區(qū)南華紀(jì)－早古生代沉積中缺少火山巖發(fā)育，沉積物組成自西向東呈漸變特征，說明引發(fā)加里東期苗兒山花崗質(zhì)巖漿活動的構(gòu)造運(yùn)動屬板內(nèi)造山運(yùn)動。因此，蘭蓉巖體“后碰撞”花崗巖相關(guān)的“碰撞”作用并非一般所理解的大陸板塊之間的碰撞，而是陸塊內(nèi)部的強(qiáng)擠壓作用。近年來已有研究也表明華南早古生代構(gòu)造運(yùn)動屬板內(nèi)造山運(yùn)動［2，39－42］。

區(qū)域上城步－新化大斷裂以西發(fā)育早志留世兩江河組和珠溪江組前陸盆地復(fù)理石沉積，斷裂以東至湘東南卻缺失志留系［43］，而缺失屬沉積缺失還是后期剝蝕所致，尚無可信的證據(jù)確認(rèn)。顯然，城步－新化斷裂東側(cè)蘭蓉巖體的發(fā)育及其反映的北流運(yùn)動構(gòu)造事件，說明斷裂以東在奧陶紀(jì)末已褶皺造山，因此志留系的缺失屬沉積缺失而非后期剝蝕造成。

5 結(jié)論

（1）蘭蓉巖體鋯石SHRIMP U－Pb年齡為（443．5±8．1）Ma，反映其形成于早志留世早期。

（2）巖體總體屬鈣堿性－高鉀鈣堿性系列強(qiáng)過鋁質(zhì)花崗巖類，屬S型花崗巖，源巖主要為中、上地殼酸性巖石。

（3）蘭蓉巖體是在北流運(yùn)動強(qiáng)擠壓之后應(yīng)力相對松弛、壓力降低的板內(nèi)后碰撞構(gòu)造環(huán)境下，因地殼增厚而升溫的中、上地殼巖石減壓熔融并向上侵位而形成。

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