武夷山南段新元古代花崗質片麻巖的發(fā)現及其地質特征

黃家龍

(福建省地質調查研究院，福州，350013)

1 地質背景及研究目的

武夷山南段長汀胡寨地區(qū)變質巖系的巖石劃分及形成時代，目前還是一個較有爭議的地質問題。20世紀70年代之前該區(qū)變質巖系未作系統(tǒng)研究。1970年完成的1∶20萬長汀縣幅區(qū)域地質調查，對該區(qū)變質巖系進行系統(tǒng)的調查，認為胡寨地區(qū)變質巖系巖性以變粒巖為主，偶夾條痕狀或眼球狀混合巖，引入湖南、湖北峽東的地層名稱，將其劃屬前震旦系板溪群中亞群；并認為混合巖形成時代為雪峰期，推斷其為副變質產物。1979年福建省區(qū)域地層表將閩西南前寒武系淺變質巖重新建立了地方性地層名稱，把該區(qū)變質巖系劃為樓子壩群，時代定為前震旦紀。1994年福建省新建巖石地層單位將閩西南(包括胡寨地區(qū)變質巖系)樓子壩群中深變質巖相劃為桃溪組，時代改為前震旦紀[1]。2002年完成的1∶25萬瑞金市幅區(qū)域地質調查將該區(qū)變質巖系解體為2套巖石單位，其一原巖面貌清楚，花崗巖的結構尚有殘留，認為是志留紀二長花崗巖強變形變質的結果；其二由副變質的變粒巖、片巖組成，則劃歸樓子壩組。雖然不同年代的地質學者對胡寨地區(qū)變質巖系的認識得到了不斷的提高，但對其原巖特征及形成的地質時代等均未進行詳細研究。

1∶5萬長汀縣等4幅區(qū)域地質調查項目的工作，對長汀胡寨地區(qū)的變質巖系進行詳細的調研，從該區(qū)變質巖系中新解體出一套古老的侵入體，仍保存有花崗巖的塊狀外貌，部分結構特征也多有殘存，巖性由片麻巖、變粒巖及糜棱巖化花崗巖等組成。在野外實地調研的基礎上，采集了各種測試分析樣品，在對成果資料系統(tǒng)整理研究，確定其為花崗質片麻巖，屬酸性深成巖體經受強烈變形與變質作用的產物，同位素測年成果表明其成巖時代為新元古代，故命名為胡寨新元古代花崗質片麻巖(gnPt3)。侵入巖的形成常常和一些重大地質構造事件相關。古老侵入體的研究是武夷山南段地質研究的重要課題，涉及閩西南地區(qū)地殼的增生、演變，礦產和各地質時期的地球動力學模型。筆者通過對長汀胡寨地區(qū)新發(fā)現的花崗質片麻巖的巖石學、地球化學特征的研究，恢復巖石的原巖，進而探討侵入體的形成時代、形成構造環(huán)境等，以期對武夷山南段構造運動及地殼發(fā)展演化提供新依據。

2 地質概況

胡寨花崗質片麻巖產于光澤—武平北北東向斷裂帶中，南平—寧化構造巖漿帶南緣，主要分布于長汀南部胡寨、林田、戴面等地，主要呈北北東向長條帶狀展布，多以巖株或巖瘤形式侵入到新元古代中，出露面積約14.8 km2(圖1)。花崗質片麻巖體的東北側被早侏羅世梨山組滑覆覆蓋，東南側被晚侏羅世正長花崗巖侵入破壞。其主要巖性有灰白、淺肉紅色黑云二長片麻巖、(含黑云)斜長變粒巖、(含黑云)二長變粒巖、白云鉀長變粒巖、糜棱巖化黑云(二長)花崗巖，原巖為二長花崗巖、正長花崗巖類。花崗質片麻巖體中構造變形較強烈，普遍發(fā)育有片麻狀構造、條紋(帶)狀構造，但局部地段變形較弱，僅具弱片麻狀構造，巖石面貌基本保留著原巖的結構構造。片麻巖體中透入性片麻理發(fā)育，且與圍巖片理產狀基本一致。

胡寨片麻巖體內見有規(guī)模大小不等的圍巖捕虜體，巖性為二云石英片巖、白云石英片巖及黑云斜長變粒巖。捕虜體形態(tài)呈透鏡狀、長條狀或橢圓狀，其長軸與片麻巖體的構造片理方向較為一致。片麻巖體與圍巖(或者捕虜體)二者界線截然，呈明顯侵入關系，且片麻理大多數切過二者界線，而與區(qū)域變質巖片理產狀一致，說明片麻巖體就位后與圍巖一起卷入區(qū)域變質變形作用。

3 巖石學特征

胡寨新元古代花崗質片麻巖體的巖性為灰白、淺肉紅色黑云二長片麻巖、(含黑云)斜長變粒巖、(含黑云)二長變粒巖、白云鉀長變粒巖、糜棱巖化黑云(二長)花崗巖。以變粒巖為主，片麻巖次之，糜棱巖化花崗巖較少。

糜棱巖化花崗巖類：主要巖性見有灰白色糜棱巖化黑云二長花崗巖、糜棱巖化黑云花崗巖，呈糜棱結構，透鏡狀構造(照片1)。原巖為黑云母花崗巖類，巖石中原巖的結構、構造基本消失，礦物已形變破碎，形成糜棱基質(70%～80%)和碎斑(20%～30%)。碎斑成分為鉀長石、斜長石，碎斑直徑為0.5～15 mm，呈透鏡狀，長軸定向排列。糜棱基質已重結晶形成新生礦物石英(22%～24%)、鉀長石(40%～60%)、斜長石(10%～32%)、黑云母(6%～8%)，粒徑為0.1～1 mm。部分鉀長石碎斑具格子狀雙晶，斜長石碎斑具聚片雙晶。

變粒巖類：巖性主要有淺肉紅色、灰白色(含黑云)二長變粒巖、(含黑云)斜長變粒巖，巖石呈粒狀變晶結構、片狀變晶結構，造巖礦物由石英(25%～45%)、斜長石(25%～52%)、鉀長石(9%～45%)、黑云母(1%～15%)等組成，分布均勻，長軸定向排列，粒徑多數為0.1～0.8 mm，少量為1.2～1.5 mm。少數巖石中長石類礦物以鉀長石為主，云母類礦物以白云母為主，巖石則過渡為白云鉀長變粒巖。部分斜長石發(fā)育有聚片雙晶，鉀長石則發(fā)育格子狀雙晶。

片麻巖類：常見巖性有灰白色黑云二長片麻巖，呈粒狀變晶結構、片狀變晶結構，造巖礦物由石英(20%)、斜長石(52%)、鉀長石(20%)、黑云母(8%)組成，粒徑在0.1～2.5 mm，且以1～2 mm為主，礦物長軸具定向排列。斜長石多具聚片雙晶、卡納復合雙晶；鉀長石具格子狀雙晶。

4 巖石化學特征

胡寨花崗質片麻巖的巖石化學成分特征(表1)，SiO2含量為68.08%～73.43%，Na2O為1.77%～4.59%，K2O為2.50%～5.39%，Al2O3為13.07%～14.30%，CaO為0.56%～0.71%，反映了酸性巖漿巖的巖石化學特征。巖石平均化學成分與世界花崗巖平均化學成分相當，僅CaO偏低、Fe2O3和FeO稍微偏高。DF值多在(0.47～2.51)>0(糜棱巖化黑云二長花崗巖為-0.66)，在尼格里四面體圖解中都落入火成巖區(qū)，其原巖為酸性侵入巖。在R1-R2巖漿巖分類圖解中投入正長花崗巖區(qū)；在奧康諾CIPW標準分子An-Ab-Qr分類圖解中投入花崗巖區(qū)；在QAP分類圖解中，白云鉀長變粒巖、糜棱巖黑云二長花崗巖投入正長花崗巖區(qū)，含黑云二長變粒巖、黑云二長變粒巖落在二長花崗巖區(qū)，反映胡寨花崗質片麻巖的原巖屬二長-正長花崗巖系列。里特曼指數(σ)值為1.26～2.37，屬鈣性-鈣堿性巖系；Al2O3>(Na2O+K2O+CaO)，ANKC值大于1.1，標準礦物中C(剛玉)值大于1%，未見有Di(透輝石)，屬過鋁質S型花崗巖[2]。在R1-R2巖漿巖構造環(huán)境判別圖解中，除白云鉀長變粒巖投點出圖解范圍外，其余都投入板塊碰撞前區(qū)域。

表1 胡寨花崗質片麻巖巖石化學成分特征(%)

5 地球化學特征

巖石微量元素、稀土元素含量及參數(表2)，稀土總量195.5×10-6～248.25×10-6，白云鉀長變粒巖含量較低(67.59×10-6)，w(LREE)/w(HREE)比值為5.35～15.13，[w(La)/w(Yb)]N比值為7.10～28.29，平均16.94，輕稀土明顯富集，δEu值為0.53～0.72，平均0.67，Eu具中等負異常，與地殼重熔型花崗巖相似[3]。稀土配分模式為向右陡傾斜的“L”型曲線(圖2)，說明輕稀土分餾較好、重稀土分餾不明顯。

表2胡寨花崗質片麻巖微量元素、稀土元素含量及參數

Table1Traceelement，rareearthelement{REE}contentsandparametersoftheHuzhaigraniticgneisses

序號*微量元素含量(×10-6)BaSrLiRbZrNbTaHfCrNiCoVUTh1857.7141.025.5596.1331716.893.4110.0012.87.164.6336.61.0712.962285.563.3522.39306.37625.6510.182.317.05.191.3810.13.356.0731401173.629.74100.828318.265.448.4715.08.824.8945.03.0611.674908.0114.076.01306.733442.029.338.8422.213.319.3653.23.6220.15序號稀土元素含量(×10-6)LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYb159.26109.612.1143.157.231.515.210.785.210.691.700.231.38212.0727.082.9911.432.890.492.780.544.050.531.290.181.12356.71103.312.0242.287.301.555.550.865.920.832.050.271.71440.2479.179.5336.187.291.616.191.027.321.032.660.372.52序號稀土元素含量(×10-6)特征值LuYTREELREE/HREEδEuδCe(La/Yb)NRb/SrTh/UZr/HfK/Rb10.1920.40248.2515.130.720.9228.290.6812.1192.9634420.1519.1167.595.350.531.047.104.841.817.4717030.2425.57240.5912.800.720.8921.850.583.8152.0224840.3730.17195.508.100.720.9210.522.695.5735.80176

*注：序號巖石名稱同表1

巖石微量元素含量與貧鈣酸性巖[4]對比，二者較為接近，但相對富集Zr、Ta、Hf及Cr、Ni、Co等元素，顯示巖漿來源與該區(qū)地殼物質組成的特殊性，具同熔型巖漿特征；w(Rb)/w(Sr)、w(K)/w(Rb)等特征元素比值與華南同熔型花崗巖[5]相似。洋中脊花崗巖標準化模式圖上，K、Rb、Ba、Th、Ta強烈富集，Y、Yb顯著虧損，明顯右傾的曲線與Skaergaard板內花崗巖或同碰撞花崗巖[6]較為接近(圖3)；在構造環(huán)境判別圖上，基本投入同碰撞花崗巖和板內花崗巖區(qū)及其附近。

6 時代討論

胡寨花崗質片麻巖體的主要巖性有塊狀二長片麻巖、斜長變粒巖、二長變粒巖、鉀長變粒巖、糜棱巖化花崗巖等，構造變形強烈，普遍發(fā)育片麻狀構造，為古老的花崗巖侵入體經變質變形而形成。巖體侵入于新元古代桃溪組，被晚侏羅世正長花崗巖侵入，表明其侵入時代介于新元古代至晚侏羅世之間。花崗質片麻巖體已遭受變形變質作用改造而呈片麻巖形式產出，巖石特征明顯不同于福建境內的志留紀及其時代之后的巖體。故花崗質片麻巖體體形成時代應為前志留紀。

在長汀胡寨村花崗質片麻巖巖體內采集了1件樣品(PM909-12)，巖性為淺肉紅色白云鉀長變粒巖。樣品經河北省廊坊誠信地質服務公司實驗室進行分選、制靶，樣品用常規(guī)方法粉碎至粉末，再經過淘洗和磁選，得到含有一定純度的鋯石重砂樣品。然后在雙目鏡下挑選出無裂隙、無包裹體、干凈透明的鋯石，粘貼在雙面膠上，置于環(huán)氧樹脂中，對其表面進行拋光、打磨至鋯石中心部位暴露出來，用陰極發(fā)光分析及LA-ICP-MS測試。陰極發(fā)光顯微照相在北京離子探針中心掃描電鏡及陰極發(fā)光實驗室完成，分析所選點以陰極發(fā)光圖像所揭示的鋯石內部結構為依據，將測試點定位于鋯石的環(huán)帶部位，力求避開內部裂隙、包裹體和不同成因的區(qū)域，以期獲得較準確的年齡信息。

鋯石U-Pb年齡和微量元素的分析測定是在連接193 nm深紫外ArF激光器(Geolas 2005)的Agilient 7500a型ICP-MS上進行的，激光束斑直徑為30 um，樣品激光剝蝕的深度為20～30 um。分析數據處理采用Glitter(Ver4.0)程序，年齡計算以標準鋯石91500為外標進行同位素比值分餾校正，微量元素的濃度計算采用NIST 610做外標，29Si為內標，年齡計算及諧和圖的繪制采用Isoplot(3.23版)進行(Ludwig，2003)[7]。

測定13顆鋯石的LA-ICP-MS U-Pb和微量元素分析(表3)。除2個誤差較大外，根據其它鋯石CL圖像的觀察，胡寨花崗質片麻巖的鋯石多呈無色，個別見淺黃色，呈自形-半自形短柱狀，顆粒長為90～150 um，長寬比為1.5∶1～2.5∶1。陰極發(fā)光圖像鋯石具有明顯的振蕩環(huán)帶(圖4)，部分晶體邊緣被流體改造疊加。測點的Th和U含量變化較大，分別為66.44×10-6～537.93×10-6和70.73×10-6～460.28×10-6，w(Th)/w(U)比值為0.77～2.24，平均為1.16，為巖漿成因鋯石。11個測點的206Pb/238U年齡較為接近，為696.6～740.2 Ma，在誤差范圍之內年齡基本一致?？紤]到巖石經歷了變形變質作用的改造，必然存在一定的U、Pb放射性同位素的變化。加權平均年齡為(729.4±8.6)Ma，MSWD為2.7(圖5)，具有95%的置信度。(729.4±8.6)Ma應代表了巖體結晶成巖的年齡，說明胡寨花崗質片麻巖形成的時代為南華紀。

7 結論

(1)胡寨花崗質片麻巖經歷了變形與變質作用的改造，多形成了長石變粒巖、片麻巖等巖類，局部原巖結構構造尚有保留，為糜棱巖化花崗巖類。巖體與圍巖呈侵入接觸關系。巖石發(fā)育片麻狀、條帶(紋)狀構造，礦物粒度較粗，偶見長石斑晶，長石含量高，部分鉀長石具格子狀雙晶，斜長石具聚片雙晶。巖石化學成分中鉀、鈉含量高。這些宏觀、微觀特征均表明胡寨花崗質片麻巖的原巖為花崗巖類。

(2)胡寨花崗質片麻巖的巖石化學、地球化學特征表明其原巖為地殼重熔型花崗巖，屬過鋁質S型花崗巖，巖漿來源于地殼與地幔物質的混熔，可能形成于板塊碰撞前板內地幔柱作用的結果。最終導致Rodinia超大陸的解體和華南板塊與澳大利亞的相互分離[8-10]。

(3)胡寨花崗質片麻巖的巖漿成因信息在鋯石中反映十分明顯?；◢徺|片麻巖中巖漿鋯石普遍具有密集的結晶環(huán)帶，鋯石w(Th)/w(U)比值均大于0.77，鋯石U-Pb同位素年齡(729.4±8.6)Ma，代表了胡寨花崗質片麻巖的結晶成巖年齡，說明其形成地質時代屬新元古代南華紀。為武夷山南段在南華紀首次發(fā)現的侵入體。

(4)沿南平—寧化構造巖漿帶分布的晚元古代樓前組(北部長汀張地一帶)，該項目最新研究發(fā)現樓前組變質火山巖的鋯石U-Pb LA-ICP-MS年齡為(730.1±7.0)Ma[11]*福建省地質調查研究院.福建省區(qū)域地質志，北京：地質出版社，2011。及胡寨分布花崗質片麻巖，充分反映了華夏古陸的增生過程和構造環(huán)境。胡寨花崗質片麻巖的巖漿成因及結晶時代的確定，證明南華紀是華夏古陸地殼生長的重要時期。

該文為中國地質調查局大調查項目“福建1∶5萬長汀縣等4幅區(qū)調”成果，是項目組成員集體智慧的結晶。成文過程中馬金清教授級高級工程師及徐維光高級工程師對文章提出了寶貴的修改意見，陳進全碩士在年齡計算及英文翻譯給予大力幫助。在此一并表示誠摯的感謝。

1 李兼海，王國平，鄭鐵藩，等.福建省新建巖石地層單位．中國區(qū)域地質，1994，13(4).

2 邱家驤，林景仟.巖石化學.北京：地質出版社，1991.

3 李昌年.火成巖微量元素巖石學.武漢：中國地質大學出版社，1992.

4 邱家驤.巖漿巖石學.北京：地質出版社，1985.

5 劉英俊，曹勵明，李兆麟，等.元素地球化學.北京：科學出版社，1984.

6 地質礦產部直屬單位管理局.花崗巖巖類區(qū)1∶5萬區(qū)域地質填圖方法指南.武漢：中國地質大學出版社，1991.

7 Ludwig KR.User's Manual for Isoplot/Exersion 3.00：A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel．Berkeley Geochronology Center:Special Publication，2003，4.

8 Li Z X，Li X X，Kiinny P D，et al.The breakup of Rodinia:did it start with a mantle plume beneath South China．Earth and Planetary Science Letter，1999，173.

9 Li Z X，Li X H，Kinny P D，et al.Geochronology of Neoproterozoic syn-rift magmatism in the Yangtze Craton，South China and correlation's with other continents:evidence for a mantle superplume that broke up Rodinia． Precambrian Research，2002，in press.

10 李獻華，李正祥，周漢文，等.川西新元古代玄武質巖漿巖的鋯石U-Pb年代學、元素和Nd同位素研究：巖石成因與地球動力學意義.地學前緣，2002，9(4).

11 胡宗良，陳興高，馮宗幟，等.福建明溪寒塘組地質特征及時代歸屬.福建地質，2001，20(2).