華南加里東期花崗巖地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

陳慧敏

(東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，南昌，330013)

花崗巖是大陸地殼的重要組成部分，可形成于不同的構(gòu)造背景。如與板塊俯沖有關(guān)的活動大陸邊緣、與塊體碰撞有關(guān)的陸殼加厚-后碰撞伸展等背景[1,2]。華南存在大量加里東期花崗巖，已成為國內(nèi)外地質(zhì)界的共識[3,4]。據(jù)前人地質(zhì)成果顯示，江西中、南部加里東期巖漿活動強(qiáng)烈，花崗巖分布廣泛。如贛中樂安巖體、寧岡巖體，贛南龍回、陡水[5]、長潭、萬田、湖坪、湯湖、上堡、大江圩等巖體[6]。筆者選擇贛中南樂安、陡水、寧岡加里東期巖體(圖1)開展元素地球化學(xué)和Nd、Sr同位素研究，深入探討加里東期花崗巖的成因及其形成構(gòu)造環(huán)境。

1 巖相學(xué)特征

贛中南加里東期花崗巖的巖性變化較大，以二長花崗巖為主，花崗閃長巖次之。樂安、陡水、寧岡巖體均為富含石英礦物的花崗巖，巖性為二長花崗巖和花崗閃長巖。

樂安巖體：巖性為黑云二長花崗巖，新鮮巖石呈灰白色、淺肉紅色，似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀、片麻狀構(gòu)造，斑晶成分為鉀長石、斜長石，斑晶含量15%～30%。主要礦物為斜長石(26%～37%)、鉀長石(33%～42%)、石英(20%～26%)、黑云母(8%～15%)、白云母(1%～3%)。主要副礦物有磁鐵礦、鋯石、磷灰石。

陡水巖體：巖性為二長花崗巖，新鮮巖石呈淺肉紅色，細(xì)粒、等粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物為斜長石(23%～35%)、鉀長石(30%～49%)、石英(22%～30%)、黑云母(1%～3%)。主要副礦物有鋯石、磷灰石、磁鐵礦。

寧岡巖體：主要巖性為二長花崗巖和花崗閃長巖。二長花崗巖新鮮巖石呈灰白色、淺肉紅色，似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶成分為鉀長石、斜長石，斑晶含量5%～18%。主要礦物為斜長石(30%～35%)、鉀長石(35%～45%)、石英(25%～30%)、黑云母(3%～6%)；花崗閃長巖新鮮巖石呈灰白色，似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶成分為鉀長石、斜長石，斑晶含量5%～18%。主要礦物為斜長石(30%～40%)、鉀長石(10%～20%)、石英(25%～35%)、黑云母(4%～7%)。巖體主要副礦物有磁鐵礦、磷灰石、鋯石、榍石。

2 地球化學(xué)特征

2.1 主量元素

加里東期花崗巖主量元素分析結(jié)果(表1)，從分析結(jié)果表明花崗巖體SiO2含量變化較大。樂安巖體SiO2含量較低(66.48%～69.08%，平均67.61%)，寧岡巖體SiO2含量稍低(67.46%～72.90%，平均70.33%)。(K2O+Na2O)含量中等(5.81%～8.67%，平均7.01%)，K2O含量中等至較高(3.35%～5.68%)，Na2O含量中等(1.99%～3.08%)， K2O/Na2O比值較高(1.32～2.37，均大于1)，A/CNK比值(1.03～1.39，平均1.11)，屬弱過鋁質(zhì)-強(qiáng)過鋁質(zhì)。陡水巖體比樂安、寧岡巖體具更高的SiO2含量(76.49%～77.82%,平均77.2% )，更低的Al2O3、CaO、TiO2、P2O5含量。但全堿(K2O+Na2O)含量(7.91%～8.45%，平均8.27%)及K2O/Na2O比值(1.21～1.50)與樂安、寧岡巖體較為相似。

在SiO2-(K2O+Na2O)圖解中(圖2a),大部分位于亞堿性系列花崗巖和花崗閃長巖區(qū)域內(nèi)；在SiO2-K2O圖解中(圖2b),基本都位于高鉀鈣堿性系列內(nèi)；在ACF圖解中(圖2c),樂安巖體、寧岡巖體主要落入S型花崗巖區(qū)；在A/CNK-A/NK圖解中(圖2d),投影點都位于過鋁質(zhì)區(qū)域內(nèi)。

2.2 微量元素

在微量元素蛛網(wǎng)圖(圖3a)中，樂安巖體、寧岡巖體的微量元素分布模式基本相同, 分布曲線明顯呈現(xiàn)左側(cè)“隆起”和右側(cè)“平緩”的特征。以富集大離子親石元素Rb、Th和稀土元素Ce、Sm、Y、 Yb, 和相對虧損Ba、Sr、P、Ti ，相似于南嶺地區(qū)同期S型或殼源型花崗巖[11, 12]。贛中南加里東期花崗巖具有較高的Rb/Sr比值(0.9～2.65，平均為1.40)和Rb/Nb比值(7～20.83,平均為13.89),明顯高于中國東部上地殼(分別為0.31和6.8)[13]?；◢弾r的Rb/Sr比值大于0.5，表示其主要來自殼源[14]。樂安巖體和寧岡巖體的Zr/Hf平均比值分別為30.7和32.3，Nb/Ta平均比值分別為12.5和10.5。

陡水巖體微量元素特征與樂安巖體、寧岡巖體略有差異，在微量元素蛛網(wǎng)圖中，陡水巖體虧損Ba、Sr、Ti更為明顯，相對富集Ce、Rb、Th。陡水巖體具有相對較低的Nb/Ta比值(平均為3.3)和Zr/Hf比值(平均為20.3)。

2.3 稀土元素

加里東期花崗巖的稀土總量變化較大(63.70×10-6～491.06×10-6)。樂安巖體、寧崗巖體的LREE/HREE比值和(La/Yb)N值較為相似。在稀土配分模式上顯示不同程度的向右傾型 (圖3b)。陡水巖體具有低的LREE/HREE比值(1.27～2.91)和(La/Yb)N值(0.86～2.22)。陡水巖體稀土配分模式呈“海歐型”，具較弱的輕稀土分餾和輕微向左傾斜的重稀土分布模式。

在Eu虧損方面，陡水巖體δEu 為0.06～0.10，Eu虧損異常強(qiáng)烈，形成明顯的“谷”。反映巖漿結(jié)晶過程中斜長石分離結(jié)晶程度差異較為明顯，具有典型的 S 型花崗巖特征。樂安巖體、寧崗巖體Eu虧損相對明顯，在(La/Yb)N-δEu圖解中,投影點都位于殼源型花崗巖區(qū)域內(nèi)(圖4)。

2.4 Nd、Sr同位素特征

加里東期花崗巖Nd、Sr同位素分析結(jié)果(表2)表明，樂安巖體、寧崗巖體的初始Sr比值(87Sr/86Sr)i、εNd(t)和Nd兩階段模式年齡T2DM值較為一致。巖體具較高初始Sr比值，(87Sr/86Sr)i值0.711 52～0.719 37與澳大利亞Lachlan褶皺帶S型花崗巖變化范圍(0.708～0.720)[17]相似,但其值比華南內(nèi)陸湘桂地區(qū)的花崗巖(87Sr/86Sr)i值(0.720左右)略低。而陡水巖體的(87Sr/86Sr)i值(0.531 82～0.670 62)低于球粒隕石值(0.698 97)。各巖體εNd(t)值稍高，介于-5.11～-9.27，在εNd(t)-t圖解中(圖5)，投影點都位于華南元古代地殼演化域內(nèi)，靠近上部的演化線分布。

表2 贛中南加里東期花崗巖的Nd-Sr同位素

加里東期花崗巖按兩階段模式參數(shù)[18]計算的Nd模式年齡可分為2類，寧崗巖體具有較高的Nd模式年齡(1 873～1 909 Ma )，而樂安及陡水巖體則具有相對年輕的Nd模式年齡(1 567～1 701 Ma)，各巖體的Nd模式年齡為1 567～1 909 Ma，與華南地殼的平均年齡(1.7～1.8 Ga)[19]類似。

3 形成構(gòu)造環(huán)境討論

3.1 成因探討

贛中南加里東期花崗巖的形成時代距今約406～434 Ma，成因類型應(yīng)歸屬于S型或殼源型花崗巖范疇。

從主量元素看，巖石屬過鋁質(zhì)-強(qiáng)過鋁質(zhì)，絕大多數(shù)樣品A/CNK大于1.1(平均為1.11)，而S型花崗巖的一個標(biāo)志就是A/CNK大于1.1。在ACF圖解中，投影點位于S型花崗巖區(qū)域內(nèi)。從微量元素上看，巖體均富集大離子親石元素Rb、Th，相對虧損Ba、Sr、P、Ti元素。 Rb/Sr平均比值1.40和Rb/Nb平均比值13.89,明顯高于中國東部上地殼(分別為0.31和6.8)。這些微量元素特征十分相似于南嶺地區(qū)同期的S型或殼源型花崗巖。稀土配分模式略呈右傾型，Eu虧損相對明顯(δEu平均值為0.31)，在(La/Yb)N-δEu圖解中,投影點都位于殼源型花崗巖區(qū)域內(nèi)。根據(jù)Nd、Sr同位素資料，加里東期花崗巖類的εNd(t)和Nd模式年齡變化明顯，εNd(t)值從-9.27～-5.11，Nd模式年齡為1 567～1 909 Ma。(87Sr/86Sr)i值介于0.711 52～0.719 37，與澳大利亞Lachlan褶皺帶S型花崗巖變化范圍(0.708～0.720)相似,陡水巖體(87Sr/86Sr)i值(0.531 82～0.670 62)低于球粒隕石值(0.698 97)。在εNd(t)-t圖解中投影點均位于華南元古代地殼演化域內(nèi)，反映贛中南加里東期花崗巖可能是由華南元古代低成熟度地殼物質(zhì)部分熔融形成的[20]。

3.2 形成構(gòu)造環(huán)境

在Rb-(Y+Nb)圖解中落入后碰撞花崗巖區(qū)(圖6)。此外，在SiO2-K2O圖上,大部分位于高鉀鈣堿性系列內(nèi),而高鉀鈣堿性系列巖漿巖又是后碰撞巖漿活動的重要特征之一[21]。由此表明,贛中南加里東期花崗巖形成于后碰撞的伸展構(gòu)造環(huán)境，反映地殼已經(jīng)加厚，由于山根垮塌，軟流圈上涌，引起地殼部分熔融作用。

對于華南加里東期花崗巖類的形成構(gòu)造背景，雖然普遍認(rèn)為與造山有關(guān)，但它是屬于陸內(nèi)造山還是陸間造山還存在爭議，對其構(gòu)造演化歷史和動力學(xué)機(jī)制也不太清楚。一種觀點認(rèn)為，華南加里東期盆地為具有洋殼的洋盆[22,23]。另一派觀點則認(rèn)為，華南大陸在震旦紀(jì)―早古生代無洋盆分隔，加里東期屬于陸內(nèi)或板內(nèi)造山[24]。對于陸內(nèi)或板內(nèi)造山的機(jī)制，有陸內(nèi)俯沖(華夏向揚(yáng)子俯沖)[25]、揚(yáng)子與華北板塊碰撞導(dǎo)致?lián)P子―華夏間夭折裂谷的陸內(nèi)加厚、對東岡瓦納的澳大利亞―印度邊緣與華南地塊相互作用的響應(yīng)[26]等不同的假說。

據(jù)前人研究,湘桂贛地塊和武夷地塊之間在寒武紀(jì)之前可能存在小洋盆[27]。大約在距今510～480 Ma，洋殼向武夷地塊俯沖，形成了粵東北興寧的I型花崗巖[28]和粵東惠陽寒武紀(jì)高灘組的酸性火山巖及武夷山的混合巖。距今480～465 Ma，為湘桂贛地塊與武夷地塊的主碰撞期，形成了少量殼源花崗巖和混合巖。該時期云開地區(qū)可能為武夷地塊的西南緣，或者是一個獨立的島弧型地塊[29]。由于加里東期巖漿作用主要集中于武夷―云開地區(qū)，地殼的變質(zhì)變形作用也是在武夷―云開地區(qū)最為強(qiáng)烈，因此，拼合帶應(yīng)在武夷―云開一帶，但具體位置已經(jīng)難以判斷。

距今465～400 Ma，武夷和湘桂贛地塊處于后碰撞(造山帶垮塌)的環(huán)境。由于深部山根垮塌，軟流圈上涌，引起地殼深部拉張、松弛、減壓，發(fā)生部分熔融形成殼源型花崗巖或混合巖。約在距今450 Ma，幔源基性巖漿巖和鉀玄質(zhì)巖漿巖上侵或底侵[30]，引起大規(guī)模的殼源型和殼幔混合型花崗巖形成，且越往后，殼?；旌闲突◢弾r越多，這和秦嶺及天山地區(qū)造山帶花崗巖類演化特點[31]類似。距今445～440 Ma，在海南、廣西北流和粵東北地區(qū)的N-MORB或E-MORB型變玄武巖，則可能反映了局部洋盆尚未關(guān)閉或是新的拉張作用的產(chǎn)物。距今435～420 Ma，由于造山帶垮塌，云開地區(qū)產(chǎn)出高鎂玄武巖和輝長巖類。后碰撞階段，雖然深部由于軟流圈上涌發(fā)生伸展，但地殼中淺部應(yīng)力狀況則較復(fù)雜，既可由于慣性匯聚而擠壓逆沖，也可發(fā)生大規(guī)模走滑，或者發(fā)生拉張伸展。因此，該時期花崗巖既有片麻狀構(gòu)造也有塊狀構(gòu)造。

綜上所述，贛中南加里東期花崗巖的形成時代為距今406～434 Ma，武夷和湘桂贛地塊處于后碰撞的環(huán)境。然而在后碰撞期，加厚的地殼很快發(fā)生自然減薄，使巖石圈迅速進(jìn)入伸展減薄的構(gòu)造環(huán)境[32]。在這種特定的伸展構(gòu)造環(huán)境中，導(dǎo)致位于中、上地殼層位的砂質(zhì)、泥砂質(zhì)碎屑巖發(fā)生部分熔融而形成加里東期樂安、寧岡等巖體。而陡水巖體部分熔融后再經(jīng)過了斜長石及副礦物的分離結(jié)晶，形成具有高度分異演化特征的花崗巖[33]。

4 結(jié)論

(1)贛中南加里東期花崗巖主要以二長花崗巖為主，花崗閃長巖次之，以塊狀構(gòu)造為主，局部發(fā)育片麻狀構(gòu)造。通過鋯石U-Pb測年，獲得巖體的形成時間為406～434 Ma，巖體屬于加里東期晚期花崗巖。

(2)巖體地球化學(xué)數(shù)據(jù)表明，成因類型歸屬于S型或殼源型花崗巖范疇。

(3)贛中南加里東期花崗巖形成于后碰撞伸展構(gòu)造環(huán)境，巖體屬于后碰撞花崗巖。

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