江西會昌盆地埃達(dá)克質(zhì)粗面巖年代學(xué)、地球化學(xué)與成因研究

鐘志菲，巫建華

(1.東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，江西南昌 330013;2.東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，江西南昌 330013)

中國東部晚中生代火山巖帶廣泛發(fā)育有埃達(dá)克質(zhì)巖石和粗面巖(張旗等，2001;巫建華等，2014)。研究表明，該帶的埃達(dá)克質(zhì)巖石 SiO2≥56%，MgO≤3%(個別大于6%)，Al2O3≥15%，Sr≥400×10－6，重稀土元素虧損，Yb≤1.9×10－6，Y≤18×10－6。因其87Sr/86Sr＞0.704和εNd＜0，可能是加厚陸殼底部下地殼中基性變質(zhì)巖部分熔融的產(chǎn)物，不同于分布在洋內(nèi)及周邊地區(qū)87Sr/86Sr＜0.705和εNd＞0、俯沖洋殼部分熔融形成的O型埃達(dá)克巖，被稱為C型埃達(dá)克巖(張旗等，2001)。

另一方面，粗面巖被分為高壓型粗面巖和低壓型粗面巖兩種類型。高壓型粗面巖熔融殘余礦物中無斜長石，其稀土元素配分曲線無負(fù)銪異常，是加厚地殼背景下陸殼底部局部熔融的產(chǎn)物;低壓型粗面巖是由玄武質(zhì)巖漿結(jié)晶分離出斜長石后形成的派生巖漿產(chǎn)物，其稀土元素配分曲線有明顯負(fù)銪異常(鄧晉福等，2004)。北京西山張家口組粗面質(zhì)火山巖、大興安嶺滿洲里興安群瑪尼吐組粗面巖、粵北大長沙盆地武夷群粗面巖具高壓型粗面巖特征(李曉勇等，2004;孫德有等，2011;項(xiàng)媛馨等，2011;巫建華等，2014)。

可見，C型埃達(dá)克質(zhì)巖石與高壓型粗面巖同屬加厚地殼背景下下地殼部分熔融的產(chǎn)物，那么兩者之間的關(guān)系如何呢?分析前人(李曉勇等，2004;孫德有等，2011;項(xiàng)媛馨等，2011)發(fā)表的中國東部中生代高壓型粗面巖數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，它們均不具備埃達(dá)克質(zhì)巖石的特征。會昌盆地紅色沉積巖系底部所夾的火山巖具有埃達(dá)克質(zhì)巖石的特征，被稱為高Na，高Al的埃達(dá)克質(zhì)巖石(Xiong et al，2003;蔡志勇等，2004)，但其堿含量高的特征沒有得到重視，且缺少同位素年齡數(shù)據(jù)。本文通過主、微量元素、Sr-Nd-O同位素測定和SHRIMP鋯石U-Pb定年，對該火山巖的巖石類型、地球化學(xué)特征及地質(zhì)時代進(jìn)行系統(tǒng)研究，并對其成因進(jìn)行探討。

1 盆地地質(zhì)概況

會昌盆地位于武夷山西側(cè)，受NNE向石城-尋烏大斷裂控制，盆地東部的紅色碎屑巖系不整合在印支期大富足花崗巖體(LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為233.4 Ma～233.1 Ma，黃凡等，2012)或中元古代變質(zhì)巖基底之上。盆地內(nèi)的火山巖北起武陽大坪山，向南經(jīng)瑞金謝坊至?xí)咎?、崠背一帶，延伸達(dá)50多千米(圖1a)。

會昌盆地的紅色碎屑沉積巖系包括下部的羅塘群和上部的圭峰群兩部分，其中羅塘群自下而上可劃分為白埠組和周田組(巫建華，2000)。白埠組可進(jìn)一步分為四段:第一段為紫紅色礫巖、砂巖與四層粗面巖互層;第二段為紫紅色礫巖、砂巖、粉砂巖互層;第三段為深灰色玄武質(zhì)火山角礫巖、氣孔狀、杏仁狀、塊狀玄武巖;第四段為紫紅色礫巖、砂巖、砂巖互層(圖1b)。周田組以雜色粉砂巖、泥巖為主，夾薄層細(xì)砂巖、石膏層、巖鹽層，局部夾薄層礫巖、含礫砂巖。

2 巖石學(xué)特征

粗面巖呈淺灰色，塊狀構(gòu)造，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶含量為30%～35%，主要為鉀長石，鉀長石斑晶呈自形板狀，粒徑在0.2～1.0 mm，具雙晶結(jié)構(gòu)和熔蝕現(xiàn)象?；|(zhì)為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、粗面結(jié)構(gòu)，主要由堿性長石和暗色礦物組成，堿性長石主要為鈉長石與正長石，暗色礦物主要是磁鐵礦。

粗面巖主量元素成分由南京大學(xué)地球科學(xué)系中心實(shí)驗(yàn)室采用濕化學(xué)方法和ICP-AES方法測定，測試儀器為JY38S型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，精度優(yōu)于1%。會昌盆地粗面巖主量元素分析結(jié)果列于表1，具有以下巖石地球化學(xué)特征:

圖1 會昌崠背一帶地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch map of Dongbei in Huichang

(1)硅較高，富堿、高鈉 SiO2=60.0% ～64.5%(平均為61.9%)，(NaO2+K2O=7.19%～10.1%(平均為9.70%)，Na2O=6.50%～7.29%，K2O=0.69% ～3.23%，Na2O ＞K2O，在硅堿圖(圖2)上，絕大部分樣品投影點(diǎn)位于堿性系列與亞堿性系列分界線之上的粗面巖或粗面英安巖范圍，屬堿性系列;CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算結(jié)果顯示Q含量為6.07～14.7，Q＜20%，因而屬粗面巖。

(2)鋁較高、鎂較低，Al2O3=15.5% ～18.9% (平均17.4%)，MgO=0.28% ～0.92%(平均為0.55%)，具有埃達(dá)克質(zhì)巖石的主元素特征。

3 微量元素地球化學(xué)特征

粗面巖微量元素(包括稀土元素)成分在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室采用ICP-MS方法測定，測試儀器為德國生產(chǎn)的高分辨率電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Finnigan ElementⅡHR ICP-MS)。樣品制備、分析流程及對國際標(biāo)準(zhǔn)樣品的測定結(jié)果見高劍峰等(2003)，會昌盆地粗面巖微量元素分析結(jié)果及有關(guān)參數(shù)列于表1，具有以下特征:

(1)稀土元素總量較低，輕重稀土分餾明顯，∑REE=(118～167)×10－6，∑LREE/∑HREE= 6.54～7.52，δ Eu=0.92～1.06，無明顯負(fù)銪異常，在稀土配分曲線圖上(圖3a)顯示明顯的右傾輕稀土富集的特征，具有高壓型粗面巖的稀土元素特征。

(2)在不相容元素蛛網(wǎng)圖(圖3b)上富集大離子親石元素Rb，Ba，K，Sr，虧損高場強(qiáng)元素Nb，Ta元素，Rb=36.4×10－6～79.2×10－6(平均為44.5 ×10－6)，Ba=477×10－6～1123×10－6(平均為699 ×10－6)，Sr=329×10－6～836×10－6(平均為498 ×10－6)，在Zr-Ba-Sr圖(圖4)上顯示高Sr-Ba英安巖-流紋巖的特征;低Y和Yb，Y=8.99×10－6～11.7×10－6(平均為10.1×10－6)，Yb=0.55× 10－6～0.91×10－6(平均為0.70×10－6)，具有埃達(dá)克質(zhì)巖石的微量元素特征。

4 Sr-Nd-O同位素地球化學(xué)特征

粗面巖的Sr，Nd和O元素含量以及同位素比值測定均在南京大學(xué)現(xiàn)代分析測試中心由英國制造的VG354同位素質(zhì)譜儀上完成，氧同位素組成在中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所在質(zhì)譜儀MAT-252上完成，具體方法參見王銀喜等(2006)，會昌盆地粗面巖Sr-Nd-O同位素分析結(jié)果列于表2，具有以下特征:

(1)Rb=28.52×10－6～42.38×10－6(平均為36.46×10－6)，Sr=319.8×10－6～819.4×10－6(平均為 498.9×10－6)，(87Sr/86Sr)i=0.7074～0.7082(平均為0.7077)。

表1 會昌粗面巖主元素(%)和微量元素(×10－6)分析結(jié)果Table 1 Geochemical compositions of the Huichang trachyte

(2)初始 Nd同位素組成變化范圍較小，(143Nd/144Nd)i=0.512491～0.512497(平均為0.512494)，εNd= －1.99 ～ －2.60。fSm/Nd=－0.51～－0.48，均在－0.6～ －0.2之間，說明給出的模式年齡基本有效，可以參與有關(guān)討論(Jahn et al.，2000);tDM1=907～939 Ma(平均927 Ma)，tDM2=1071～1 120 Ma(平均1 094 Ma)。

⑶δ18O值為9.74～10.46‰，平均10.15‰，高于地幔平均值5.7‰(Faure，1986)，暗示巖漿不可能直接來源于地幔。

圖2 會昌粗面巖TAS圖解Fig.2 TAS diagram of the Huichang trachyte

表2 會昌粗面巖Sr-Nd-O同位素分析結(jié)果Table 2 Sr-Nd-O isotopic compositions of the Huichang trachyte

5 地質(zhì)年代特征

圖3 會昌粗面巖稀土配分曲線圖(a)和微量元素蛛網(wǎng)圖(b)Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns(a)and Primitive mantel-normalized trace elements patterns(b)of the Huichang trachytes

SHRIMP鋯石U-Th-Pb同位素測定在北京離子探針中心SHRIMPⅡ上完成，分析流程和原理參見Compston等(1992)，Williams等(1987)和宋彪等(2002)的文章，數(shù)據(jù)處理、年齡計(jì)算采用Ludwig博士編寫的SQUID1.0和ISOPLOT程序，分析結(jié)果列于表3。會昌盆地粗面巖鋯石形態(tài)分為兩類:一類呈短柱狀，粒度較細(xì)，在CL圖像上(圖5)鋯石可見到環(huán)帶狀結(jié)構(gòu)，顯示巖漿成因的特征;另一類呈它形渾圓狀，粒度較粗，鋯石結(jié)構(gòu)異常，可能為殘留鋯石或捕獲鋯石。17個分析點(diǎn)的鋯石的U、Th含量較高，w(U)=(90～572)×10－6，w(Th)=(79～1155)×10－6，Th/U=0.42～2.93。Th/U比值均大于0.1，屬于巖漿成因鋯石的范圍(Belousova et al.，2002)。其中3個數(shù)據(jù)點(diǎn)的206Pb/238U年齡數(shù)據(jù)較大，數(shù)值變化于224～746 Ma之間，代表了捕獲鋯石的形成年齡。其余14個分析點(diǎn)的206Pb/238U年齡數(shù)據(jù)中，其數(shù)值變化于114～108 Ma之間，在U-Pb一致曲線(圖6)上成群分布，加權(quán)平均值為(110.7±1.0)Ma，MSWD=0.47，代表了粗面巖的形成年齡。根據(jù)國際地層表(Gradsreinet al.，2004;章森貴等，2009)，晚白堊世與早白堊世的界限劃在(99.6±0.9)Ma，會昌盆地粗面巖的形成于早白堊世晚期。

圖4 會昌粗面巖Zr-Ba-Sr圖解Fig.4 Zr-Ba-Sr diagram of the Huichang trachyte

表3 會昌粗面巖SHRIMP鋯石U-Th-Pb分析結(jié)果Table 3 Analysis result of SHRIMP Zircons U-Th-Pb from the Huichang trachyte

6 巖石成因

粗面巖(正長巖)巖漿的起源較為復(fù)雜，可起源于地幔(李伍平等，2004;Kumaret a1.，2007;馮光英等，2011;鄧晉福等，2011;賀振宇等，2007)、下地殼(鄧晉福等，2004;李曉勇等，2004;孫德有等，2011;項(xiàng)媛馨等，2011)，也可由幔源玄武質(zhì)巖漿和殼源花崗質(zhì)巖漿混合產(chǎn)生(李洪英等，2009)。以下特征顯示，會昌盆地粗面巖是加厚地殼背景下年輕下地殼部分熔融的產(chǎn)物:

圖5 會昌粗面巖鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.5 Cathodoluminescence photos and dating spots of zircons from the Huichang trachyte

圖6 會昌粗面巖鋯石SHRIMP鋯石U-Pb諧和圖Fig.6 SHRIMP U-Pb Concordia diagram of zircons from the Huichang trachyte

(1)會昌粗面巖Sr=329×10－6～836×10－6，Ba=549×10－6～1123×10－6，Zr=203×10－6～220 ×10－6，在Zr-Ba-Sr圖解(圖4)上投影點(diǎn)落入高Ba-Sr英安巖-流紋巖區(qū)，反映其來源于深部地殼(張吉衡，2009)，即下地殼來源;

(2)會昌粗面巖的SiO2=60.0% ～64.5%，MgO=0.28%～0.92%，Al2O3=15.5%～18.9%，Sr=329×10－6～836×10－6，Yb=0.55×10－6～0.91×10－6，Y =8.99×10－6～11.7×10－6，87Sr/86Sr=0.707 4～0.708 2，εNd= －1.99～ －2.60，具有典型C型埃達(dá)克巖的特征，指示形成于加厚下地殼背景(張旗等，2001)。

(3)會昌粗面巖在稀土元素配分曲線圖上(圖4a)具有右傾特征，Eu異常不明顯，顯示高壓粗面巖的稀土特征，屬加厚陸殼背景下下地殼底部部分熔融的產(chǎn)物(鄧晉福等，2004)。

(4)會昌粗面巖的(87Sr/86Sr)i=0.707 4～0.708 2(平均為0.707 7)，明顯低于納米比亞白堊紀(jì)流紋巖(0.711 7～0.713 8，Mingram et al.，2000)、贛南早侏羅世流紋巖(0.711 3～0.712 3，章邦桐等，2004a)、贛東北相山碎斑熔巖(0.711 1～0.712 4，王德滋等，1991)、粵北大東山花崗巖(0.712 3～0.719 3，黃會清等，2008)等成熟度較高的陸殼部分熔融產(chǎn)物的(87Sr/86Sr)i值，明顯高于洋中脊玄武巖(0.702 3～0.703 1，Saunders et al.，1988)、以夏威夷火山巖為代表的洋島玄武巖(0.703 2～0.704 1，Stille et al.，1983)、東北五大連池鉀質(zhì)玄武巖(0.705 1 ～0.705 4，王俊文等，1988)、江蘇溧水高鉀安山巖(0.705 9～0.706 2，李超文等，2004)等由虧損地幔部分熔融形成的產(chǎn)物的(87Sr/86Sr)i值，而與廣東大長沙盆地粗面巖(0.706 9～0.709 1，項(xiàng)媛馨等，2012)、北京西山早白堊世早期東嶺臺組粗面巖(0.706 4～0.706 7，李曉勇等，2004)、等由下地殼部分熔融形成的產(chǎn)物的(87Sr/86Sr)i值相似。顯示會昌粗面巖巖漿具有由下地殼部分熔融形成的產(chǎn)物的特征。

(5)會昌粗面巖εNd= －1.99～－2.60，高于贛南早侏羅世流紋巖(－7.44～－11.9，章邦桐等，2004a)和廣東絕大多數(shù)燕山期花崗巖(－8.1～ －12.8，凌洪飛等，2006;黃會清等，2008)等成熟度較高的陸殼部分熔融的產(chǎn)物的εNd(t)值，低于贛南早侏羅世玄武巖(－0.4～1.1，章邦桐等，2004b)、贛南中侏羅世黃埠正長巖(3.61～1.20，賀振宇等，2007)、廣西燕山早期羅容正長巖(3.3，郭新生等，2001)和車步輝長巖(－0.76～1.04，賀振宇等，2007)等來源于巖石圈地幔產(chǎn)物的εNd(t)值，而與廣東大長沙盆地粗面巖(－3.35～－3.21，項(xiàng)媛馨等，2011)等由下地殼部分熔融形成的產(chǎn)物的εNd(t)值十分相近，表明在會昌粗面巖巖漿具有由下地殼部分熔融形成的產(chǎn)物的特征。

會昌粗面巖tDM2值(1 071 Ma～1 120 Ma，平均1 094 Ma)，明顯低于由成熟度較高的陸殼部分熔融形成的廣東燕山期絕大多數(shù)花崗巖(1 600 Ma～2 080 Ma，凌洪飛等，2006)、贛南早侏羅世流紋巖(1 567～1 920 Ma，章邦桐等，2004a)和粵北大東山花崗巖(1 700 Ma～1 890 Ma，黃會清等，2008)的tDM2值，高于由巖石圈地幔部分熔融形成的贛南早侏羅世玄武巖(873 Ma～995 Ma，章邦桐等，2004b)、車步輝長巖(877 Ma～1 023 Ma，賀振宇等，2007)和黃埠正長巖(668 Ma～864 Ma，賀振宇等，2007)的tDM2值，與年輕下地殼部分熔融形成的廣東大長沙盆地粗面巖(1 191 Ma～1 202 Ma，項(xiàng)媛馨等，2011)、廣東燕山期禾洞、石背、大埔花崗巖(1 230 Ma～1 340 Ma，凌洪飛等，2006)的tDM2值相近，顯示是由年輕下地殼部分熔融形成的。

(6)會昌粗面巖在εNd(t)-(87Sr/86Sr)i圖解(圖7)上投影點(diǎn)位于虧損地幔(DM)和Ⅱ型富集地幔(EMⅡ)端員之間，并位于由MORB、Hawaii和Samoa玄武巖、贛南正長巖、玄武巖、粵北大長沙粗面巖等構(gòu)成的趨勢線上，指示年輕下地殼是由虧損地幔(DM)和Ⅱ型富集地幔部分熔融的產(chǎn)物混合形成的玄武質(zhì)巖漿底侵于地殼底部而形成，至早白堊世晚期，在加厚地殼背景下該下地殼發(fā)生部分熔融后噴發(fā)至地表形成了會昌盆地粗面巖。

7 結(jié)論

圖7 會昌粗面巖εNd(t)-(87Sr/86Sr)i圖解Fig.7 εNd(t)-(87Sr/86Sr)i diagram of the Huichang trachyte

(1)SHRIMP鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)顯示，會昌盆地粗面巖的的206Pb/238U年齡為(110.7±1.0) Ma，形成于早白堊世晚期。

(2)會昌盆地粗面巖具有較高SiO2、富堿，在TAS圖解上落入粗面巖或粗面英安巖范圍，低Q值，具有不明顯Eu負(fù)異常，顯示出高壓型粗面巖特征;較低MgO，較高Al2O3，以及較高Sr，較低Yb和Y，虧損重稀土元素，顯示出埃達(dá)克質(zhì)巖石的特征。因此，會昌粗面巖是具有埃達(dá)克質(zhì)巖石特征的高壓型粗面巖。

(3)會昌粗面巖具有較低(87Sr/86Sr)i值、較高εNd(t)和較小TDM2值，顯示出具年輕下地殼部分熔融產(chǎn)物的特征，在εNd(t)-(87Sr/86Sr)i圖解上顯示其具有虧損地幔(DM)和Ⅱ型富集地幔的混合巖漿產(chǎn)物特征，因此該下地殼應(yīng)由虧損地幔(DM)和Ⅱ型富集地幔部分熔融產(chǎn)生的玄武質(zhì)巖漿底侵于地殼底部而形成。

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