廣西大瑤山地區(qū)大王頂花崗閃長斑巖年代學(xué)和地球化學(xué)特征

葉 鳴,張青偉,胡華清,秦 亞,楊啟軍,白令安,康志強(qiáng),張佳莉,高 攀

(1.桂林理工大學(xué) a.地球科學(xué)學(xué)院;b.廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 桂林 541006;2.中國冶金地質(zhì)總局 廣西地質(zhì)勘察院,南寧 530022)

廣西大瑤山地區(qū)大王頂花崗閃長斑巖年代學(xué)和地球化學(xué)特征

葉 鳴1,張青偉1,胡華清2,秦 亞1,楊啟軍1,白令安1,康志強(qiáng)1,張佳莉1,高 攀1

(1.桂林理工大學(xué) a.地球科學(xué)學(xué)院;b.廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 桂林 541006;2.中國冶金地質(zhì)總局 廣西地質(zhì)勘察院,南寧 530022)

大王頂巖體出露于桂東南大瑤山地區(qū),位于揚(yáng)子陸塊和華夏陸塊交匯的欽杭成礦帶西端,主要巖石類型為花崗閃長斑巖,巖石的LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果為463±5.0 Ma,屬于加里東期巖漿活動(dòng)產(chǎn)物。巖石地球化學(xué)研究表明：該巖體具有低硅、富鈉、弱過鋁質(zhì)和鈣堿性特征,微量元素主要富集Th、U、La、Zr和Hf,虧損Ba、Sr、Ta、Nb、P、Ti。稀土總量為(68.75～167.17)×10-6,輕稀土富集(LREE/HREE和(La/Yb)N分別為3.62～10.08和2.80～9.81),具弱Eu負(fù)異常,δEu為0.54～0.82。結(jié)合其他相關(guān)地質(zhì)資料綜合分析認(rèn)為,大王頂花崗閃長斑巖為I型花崗巖,該巖體成因與其南側(cè)的云開地塊和北側(cè)桂滇-北越地塊拼貼碰撞有關(guān)。

花崗閃長斑巖;鋯石U-Pb年代學(xué);地球化學(xué)特征;大王頂巖體;大瑤山；廣西

廣西大瑤山地區(qū)位于欽杭成礦帶西端(圖1), 大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子陸塊和華夏陸塊的交匯部位, 區(qū)內(nèi)具有漫長的地質(zhì)演化歷史, 巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈, 與區(qū)域成礦作用具有密切的關(guān)系, 長期受到地質(zhì)學(xué)者的關(guān)注[1-9]。大王頂巖體位于大瑤山東部昭平縣灣島村, 與大王頂金礦具有密切的空間關(guān)系, 金礦體主要賦存于斑巖體中[10]。前人研究認(rèn)為, 大王頂巖體花崗閃長斑巖的侵位, 為大王頂金礦的形成提供了重要的能量和物質(zhì)基礎(chǔ)[10-12]。然而, 有關(guān)大王頂巖體的成因和成巖時(shí)代至今仍存在分歧, 尤其是成巖年齡方面：文獻(xiàn)[13]獲得鋯石U-Th-Pb年齡是465 Ma, 為中奧陶世;肖柳陽等[14]經(jīng)LA-ICP-MS測得巖體年齡是436.1～436.4 Ma, 為早志留世。本文對(duì)大王頂花崗閃長斑巖進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)和巖石地球化學(xué)研究, 初步探究了該巖體的成因類型及形成構(gòu)造環(huán)境, 期望能為區(qū)域花崗巖年代學(xué)格架及巖漿演化序列的建立提供資料。

1 地質(zhì)概況及巖體特征

大王頂?shù)V區(qū)地層主要為寒武系、泥盆系、白堊系和第四系：其中以寒武系中下統(tǒng)小內(nèi)沖組及寒武系中上統(tǒng)黃洞口組分布最廣,主要為淺變質(zhì)砂巖、粉砂巖、硅質(zhì)巖、板巖、千枚巖及碳質(zhì)頁巖,總厚度大于9 000 m。礦區(qū)主體褶皺構(gòu)造為古袍-思孟復(fù)式向斜,軸向120°左右，向西傾伏。褶皺的北翼較為舒展開闊, 而南翼則較為緊閉, 并派生了數(shù)個(gè)次級(jí)褶皺。礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育,

圖1 廣西大瑤山地區(qū)花崗巖類時(shí)空分布圖(a,據(jù)文獻(xiàn)[4,15-17]修改)、 大王頂?shù)V區(qū)地質(zhì)圖(b)及取樣位置圖(c)

幾乎各個(gè)方向的小斷層均有出現(xiàn),但主要的成規(guī)模的有3組,即近東西向斷裂、北西向斷裂和北東向斷裂。

區(qū)域巖漿巖活動(dòng)強(qiáng)烈而頻繁,主要為中、酸性侵入活動(dòng)。區(qū)內(nèi)地表出露的巖漿巖主要有一山嶺-大王沖巖體,大王頂巖體屬于其中一部分,巖石類型為花崗閃長斑巖(圖2)?；◢忛W長斑巖具斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造,斑晶由斜長石(40%～45%)、石英(7%～12%)、黑云母(3%)組成。斜長石被絹云母、方解石、少量白云母不均勻取代,

圖2 大王頂花崗閃長斑巖的顯微照片(+)

少量有成分殘留,隱約可見聚片雙晶,大部分以假晶出現(xiàn),大小0.5～4.5 mm;石英自形粒狀,大小0.5～6.5 mm,具熔蝕邊;黑云母鱗片狀,被白云母、方解石不均勻取代,析出磁鐵礦,以假晶出現(xiàn)?；|(zhì)由長英礦物(45%)、少量暗色礦物組成,顆粒大小一般在0.1～0.3 mm,具顯微花崗結(jié)構(gòu),暗色礦物和大部分長石被絹-白云母、方解石取代。少量黃鐵礦呈星散充填基質(zhì)中,少量方解石、石英微細(xì)脈穿插巖石。

2 樣品采集與測試方法

本文所有花崗巖樣品均采自鉆孔, 根據(jù)鉆孔分布并結(jié)合薄片鑒定結(jié)果, 自西向東選取ZK9501、 ZK7902、 ZK6307、 ZK4704、 ZK2308共5個(gè)鉆孔中的16件新鮮無風(fēng)化的花崗閃長斑巖樣品(采集位置見圖1)用于巖石地球化學(xué)分析,同時(shí)對(duì)其中的ZJ-01進(jìn)行了測年研究。鋯石的分選在河北省廊坊市誠信地質(zhì)服務(wù)公司完成,用于鋯石測年的樣品首先經(jīng)過常規(guī)的人工破碎，經(jīng)重砂和電磁選分選,然后在雙目顯微鏡下挑純,選擇純度較好、晶型完好、沒有明顯裂隙和包裹體的鋯石樣品。鋯石的制靶、顯微圖像的采集以及U-Pb同位素測年分析在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。使用的ICP-MS型號(hào)為Agilent 7500a,激光剝蝕系統(tǒng)為美國Resonetics公司的Resolution M50深紫外(DUV)193 nm ArF準(zhǔn)分子激光剝蝕儀。分析中采用的激光斑束直徑為31 μm,頻率為8 Hz。采用澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEMORA作為外標(biāo)校正,同位素比值數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDatacal 8.7軟件[18]平滑方法進(jìn)行,年齡計(jì)算采用Isoplot 3.00[19]進(jìn)行,具體分析方法和步驟及普通鉛校正見文獻(xiàn)[20-21],Th/U值采用NIST610作為外標(biāo),Si作為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行計(jì)算得到。所得到的同位素比值年齡誤差為1σ。

在澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)室(廣州)采用X射線熒光光譜儀對(duì)樣品的主量元素進(jìn)行分析,通過等離子質(zhì)譜儀進(jìn)行微量元素分析。

3 分析結(jié)果

3.1 測年結(jié)果

用于測年的樣品在透射光和反射光下鋯石顆粒較透明,局部半透明,內(nèi)部裂紋不發(fā)育,多數(shù)鋯石晶型為柱狀、短柱狀自形-半自形,長為75～160 μm,晶面長寬比約為1.5～3。通過陰極發(fā)光圖像(圖3)可以看出, 鋯石顆粒內(nèi)部具有較清晰的振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu), 且結(jié)合分析結(jié)果(表1), 鋯石Th/U值為0.12～0.24, 均大于0.1, 反映出巖漿結(jié)晶鋯石的特點(diǎn)。通過25個(gè)分析點(diǎn)的鋯石顆粒U-Pb年齡測定, 結(jié)合年齡諧和圖(圖4)與分析結(jié)果表來看, 測點(diǎn)ZJN-0101和ZJN-0113年齡結(jié)果偏離諧和圖線, 明顯高于其他測點(diǎn), 推測其為殘留鋯石或巖漿侵位過程中捕獲的較老基底中的鋯石。 除此之外的23個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)在諧和圖上集中分布,206Pb/238U加權(quán)平均年齡為463.0±5.0 Ma(n=23,MSWD=0.009 6), 代表花崗閃長斑巖侵位年齡,表明大王頂花崗閃長斑巖巖體的侵位時(shí)代為中奧陶世。

圖3 大王頂花崗閃長斑巖(ZJN-01)鋯石陰極發(fā)光圖像

圖4 大王頂花崗閃長斑巖(ZJN-01)鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡諧和圖

表1 大王頂花崗閃長斑巖樣品(ZJN-01)LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分析結(jié)果

Table 1 LA-ICP-MS U-Pb data for zircons of Dawangding granodiorite porphyry

樣品ZJN-01wB/10-6ThUTh/U同位素比值207Pb/206Pb±1σ207Pb/235U±1σ206Pb/238U±1σ年齡/Ma207Pb/206Pb±1σ207Pb/235U±1σ206Pb/238U±1σ011016890.150.070420.002821.733090.068690.177270.00467941411021261052260227320520.130.055230.002030.571760.021020.074520.001994223945914463120348727730.180.054970.001850.568190.019780.074430.002074113645713463120448230160.160.054650.001710.565760.017930.074450.001943983245512463120550630120.170.054920.001580.566110.016910.074170.002014093045511461120637427480.140.054520.001460.563560.016380.074320.002083932945411462120752528520.180.054330.001520.561040.016400.074260.001983852945211462120850028100.180.054500.001660.562700.017920.074350.002043923245312462120923119890.120.056620.001910.587840.020110.074830.001994773546913465121046726640.180.055520.002030.574780.021530.074650.002024334046114464121164332830.200.057460.002080.594760.022090.074680.001995093947414464121256229850.190.055540.001940.573470.020160.074560.00196434374601346412131227390.170.071170.002551.648680.066770.166760.005249623898926994291431222180.140.056170.001900.580060.019620.074510.001934593546513463121540530560.130.055900.001890.579650.019580.074840.001964483546413465121640123030.170.056030.001940.577160.020180.074310.001984533646313462121764729300.220.057610.001890.592430.020510.074250.002135153447213462131830519250.160.055630.001810.575100.019480.074680.002104383446113464131929520770.140.056090.001850.578510.019180.074490.001994563446412463122060029950.200.056400.001880.582520.019990.074510.002004683546613463122154938440.140.056090.001860.577050.019430.074260.001974563446313462122249231450.160.056730.001860.587150.021130.074560.002154813646914464132357628920.200.055940.001830.574810.019250.074140.001984503446112461122439820260.200.058740.002000.606000.021260.074390.002005583648113463122584035210.240.060830.002210.630300.023130.074760.00199633384961446512

3.2 巖石地球化學(xué)分析

大王頂花崗閃長斑巖的主量元素、微量和稀土元素分析結(jié)果見表2。

表2 大王頂花崗閃長斑巖主量元素(wB/%)和稀土及微量元素(wB/10-6)分析結(jié)果及參數(shù)

3.2.1 主量元素特征 花崗閃長斑巖的SiO2含量為61.50%～70.10%,Na2O和K2O含量分別為2.94%～6.64%和0.95%～3.02%,Na2O+K2O為4.78%～6.69%,K2O/Na2O值為0.14～0.88,相對(duì)富鈉。在侵入巖的TAS圖解中基本落入花崗閃長巖區(qū)域(圖5)。在SiO2-K2O圖解上(圖6a),K2O總體上與SiO2含量增加不成線性關(guān)系,但均投在鈣堿性系列區(qū)域和高鉀鈣堿性區(qū)域,以鈣堿性為主,而里特曼指數(shù)σ值為0.89～2.66,證明該巖體屬于鈣堿性系列。Al2O3的含量為13.85%～15.50%,CaO為0.44%～3.57%,MgO含量變化范圍是1.16%～4.13%,TiO2含量為0.24%～0.45%,P2O5的含量范圍是0.09%～0.15%。A/NK的值范圍為1.19～2.03,A/CNK為0.83～1.82。在A/CNK-A/NK圖解(圖6b),該巖體巖石屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì),大多數(shù)以弱過鋁質(zhì)為主。

圖5 大王頂花崗閃長斑巖TAS圖解

圖6 SiO2-K2O圖解(a,仿文獻(xiàn)[22])和A/CNK-A/NK圖解(b,仿文獻(xiàn)[23])

總而言之,大王頂花崗閃長斑巖具低硅、富鈉、弱過鋁質(zhì)、鈣堿性的特點(diǎn)。

3.2.2 微量元素及稀土元素特征 在大王頂巖體微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上(圖7), 巖石相對(duì)富集Th、 U、 La、 Zr、 Hf等高場強(qiáng)元素(HFSE), 虧損Ba、 Sr等大離子親石元素(LILE)和Ta、 Nb、 P、 Ti等高場強(qiáng)元素。

花崗閃長斑巖ΣREE變化范圍為(68.75～167.17)×10-6, LREE/HREE介于3.62～10.08, (La/Yb)N值為2.80～9.81, 輕重稀土分餾非常明顯。 在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分型式圖上(圖8)表現(xiàn)為明顯右傾斜形式的輕稀土富集型。 巖體中δEu為0.54～0.82, 具弱負(fù)Eu異常。

4 討 論

4.1 大王頂花崗閃長斑巖巖石成因類型

從物質(zhì)來源角度可將花崗巖分為I型、S型、A型和M型4種成因類型,其中：I型花崗巖為未經(jīng)風(fēng)化的火成巖熔融形成的巖漿產(chǎn)物;S型花崗巖是經(jīng)過風(fēng)化的沉積巖熔融形成的巖漿產(chǎn)物;A型花崗巖為地幔玄武巖漿演化, 或玄武巖漿上升后與地殼混染或虧損地殼熔融的產(chǎn)物; M型花崗巖為地幔和地殼的混合型,包括產(chǎn)于不成熟島弧的侵入花崗巖和洋殼型蛇綠巖套中的斜長花崗巖, 以及洋島玄武巖中的花崗巖。

圖7 微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(原始地幔值標(biāo)準(zhǔn)化值引自文獻(xiàn)[24])

圖8 稀土元素球粒隕石配分模式化圖(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值引自文獻(xiàn)[24])

大王頂花崗閃長斑巖屬于鈣堿性-高鉀鈣堿性系列,不同于拉斑巖漿系列,顯然不可能為M型花崗巖;高場強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti相對(duì)虧損表明其也不屬于A型花崗巖[25]。I型花崗巖一般常具弱負(fù)Eu異常,S型具明顯負(fù)Eu異常[26]。大王頂花崗閃長斑巖的弱負(fù)Eu異常和低硅、富鈉、弱過鋁質(zhì)以及微量元素的特征與鄰區(qū)社垌等I型花崗閃長斑巖非常類似[27],在K2O-Na2O圖解(圖9a)和SiO2-Zr圖解(圖9b)中,樣品也幾乎全部落入I型花崗巖類區(qū)域,初步表明大王頂花崗閃長斑巖為I型花崗巖。

特征礦物方面,本文樣品中既沒有見到角閃石也沒有發(fā)現(xiàn)堇青石,但近年來的研究表明,P2O5、Th、Ba、Rb等可能是判斷I/S兩類花崗巖較為可靠的標(biāo)志[28]。本文花崗閃長斑巖SiO2含量在61.5%～70.1%,而且明顯虧損Ba、Sr、Ta、Nb、P、Ti、Eu等元素,暗示母巖漿經(jīng)過了明顯的分離結(jié)晶作用。P的強(qiáng)烈虧損指示發(fā)生了磷灰石的分離結(jié)晶;Eu、Sr、Ba的虧損與斜長石或鉀長石的分離結(jié)晶作用有關(guān);Nb、Ta、Ti的虧損則指示富鈦礦物相的分離(鈦鐵礦或金紅石)[29](圖10a)。此外,本文所有樣品的P2O5含量都較低(<0.15%),而且與SiO2呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖10b),與I型花崗巖演化趨勢一致,證實(shí)大王頂花崗閃長斑巖為I型花崗巖。

圖9 K2O-Na2O圖解(a)和SiO2-Zr圖解(b)

圖10 SiO2-TiO2圖解(a)和SiO2-P2O5圖解(b)

4.2 巖體形成構(gòu)造環(huán)境分析

大王頂巖體所有樣品在Y-Nb圖解(圖11a)和(Y+Nb)-Rb圖解(圖11b)中均分布在火山弧和同碰撞花崗巖區(qū),在R1-R2構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖12)中主要分布在同碰撞區(qū)與板塊碰撞前區(qū),在Hf-Rb-Ta圖解(圖13)中分布在碰撞后與火山弧區(qū)域,可以看出大王頂花崗閃長斑巖是碰撞擠壓環(huán)境下巖漿作用的產(chǎn)物。結(jié)合大瑤山地區(qū)大地構(gòu)造背景,即從晚寒武—早奧陶世,云開地塊由南向北與桂滇-北越地塊發(fā)生碰撞,與此同時(shí)二者共同向北運(yùn)動(dòng),桂滇-北越地塊便開始與揚(yáng)子地塊發(fā)生碰撞;從晚奧陶世,華夏地塊開始與揚(yáng)子地塊發(fā)生碰撞擠壓作用[33-34],可推測形成于中奧陶世的大王頂巖體,最有可能的成因是南側(cè)的云開地塊與北側(cè)的桂滇-北越地塊的拼貼碰撞作用。

圖11 Y-Nb圖解(a)和(Y+Nb)-Rb圖解(b)(仿文獻(xiàn)[30])

圖12 R1-R2構(gòu)造環(huán)境判別圖解(仿文獻(xiàn)[31])

圖13 Hf-Rb-Ta圖解(仿文獻(xiàn)[32])

5 結(jié) 論

(1)大王頂花崗閃長斑巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為463±5.0 Ma,表明該花崗巖體形成于中奧陶世。

(2)花崗閃長斑巖表現(xiàn)為低硅、富鈉、弱過鋁質(zhì),鈣堿性;具有輕稀土富集、輕重稀土分餾明顯,弱負(fù)Eu異常， Th、U、La、Zr、Hf等元素富集,Ba、Sr、Ta、Nb、P、Ti虧損的特點(diǎn)。

(3)大王頂巖體屬于加里東期I型花崗巖,其形成可能與其南側(cè)云開地塊和北側(cè)桂滇-北越地塊的拼貼碰撞有關(guān)。

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Chronology and geochemical characteristics of granodiorite porphyry of Dawangding rockmass in Dayaoshan area,Guangxi

YE Ming1,ZHANG Qing-wei1, HU Hua-qing2, QIN Ya1, YANG Qi-jun1,BAI Ling-an1, KANG Zhi-qiang1, ZHANG Jia-li1, GAO Pan1

(1.a.College of Earth Sciences; b.Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Deposits Exploration, Guilin University of Technology, Guilin 541006, China; 2.Guangxi Institute of Geological Exploration,China Metallurgical Geology Bureau, Nanning 530022,China)

Dawangding rockmass, at the southeast of Dayaoshan uplift area, is located in western Qin-Hang metallogenic belt that separates the Yangtze block and Cathaysian block, and its main rock type is granodiorite porphyry. U-Pb age determinations of zircon by LA-ICP-MS dating yield 463±5.0 Ma, suggests that this granite formed during Caledonian period. In geochemistry, granodiorite-porphyry exhibits dominantly characteristics of low Si, high Na, weak peraluminous and calc-alkaline. Trace elements analyses show relative enrichment of Th, U, La, Zr, Hf and depletion of Ba, Sr, Ta, Nb, P, Ti. The ΣREE has the range of (68.75-167.17)×10-6, enrichment of LREE (LREE/HREE=3.62-10.08, (La/Yb)N=2.80-9.81), weakly Eu depletion (δEu=0.54-0.82). It also shows that the granodiorite-porphyry is identified as I-type. According to correlative geological data, the causes of the granodiorite-porphyry relate to the collision from the south side of Yunkai block and the north side of Guidian-Beiyue block.

granodiorite porphyry; zircon U-Pb geochronology; geochemical characteristics; Dawangding rockmass; Dayaoshan area;Guangxi

1674-9057(2015)04-0756-10

10.3969/j.issn.1674-9057.2015.04.013

2015-05-12

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41162005; 41463001;41572191); 中國地質(zhì)調(diào)查局整裝勘查項(xiàng)目(12120114052501); 廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2014GXNSFBA118230; 2015GXNSFDA139029); 廣西找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查項(xiàng)目(桂國土資函[2014]459); 廣西高?？蒲许?xiàng)目(YB2014155)

葉 鳴(1992—),男,碩士研究生,礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè),604387492@qq.com。

張青偉,博士,副教授,qingweizhang@glut.edu.cn。

葉鳴,張青偉,胡華清,等.廣西大瑤山地區(qū)大王頂花崗閃長斑巖年代學(xué)和地球化學(xué)特征[J].桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015,35(4):756-765.

P597.3；P588.13

A