閩西南華安正長花崗巖同位素測年及地球化學特征

陳進全

(福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，福州，350013)

華南東南部華夏地塊中生代花崗巖巖漿活動廣泛發(fā)育，大致可以分為南嶺帶和沿海帶，后者在浙閩沿海呈北東向展布，大多數(shù)學者認為這些具有島弧特征的鈣堿性花崗巖的形成與太平洋板塊向西俯沖有關[1,2]。此次研究華安正長花崗巖是指1∶5萬永福鎮(zhèn)、華安縣、高安圩、新圩、利水5幅區(qū)域內(nèi)的燕山中期晚侏羅世正長花崗巖，位于沿海帶南段*福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，1∶5萬永福鎮(zhèn)、華安縣、高安圩、新圩、利水5幅區(qū)調(diào)報告。，鄭聲儉等應用巖石譜系單位方法將華安正長花崗巖劃入古竹超單元，屬燕山期Ⅱ幕活動產(chǎn)物，該時期侵入巖是福建省內(nèi)分布最為廣泛、規(guī)模最大的一次的巖漿侵入活動[3]。筆者根據(jù)正長花崗巖地球化學和鋯石U-Pb定年的研究，探討巖漿巖的侵入年代和構造環(huán)境演化。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

工作區(qū)位于政和—大埔斷裂帶南段，構造上處于閩東南斷坳帶西緣。區(qū)內(nèi)出露寒武紀—侏羅紀地層，有早-晚寒武世林田組、晚寒武世東坑口組、晚泥盆世天瓦崠組、中二疊世童子巖組、晚二疊世翠屏山組和羅坑組、早三疊世溪口組、晚三疊世大坑村組和文賓山組、早侏羅世梨山組和藩坑組、晚侏羅世南園組。侵入巖有燕山中期晚侏羅世正長花崗巖，燕山晚期早白堊世閃長巖、花崗閃長巖、二長花崗巖、正長花崗巖，晚白堊世堿長花崗巖、二長花崗斑巖。

區(qū)內(nèi)斷裂構造主要為北東向、北北東向，次為北西向。華安正長花崗巖主體受北東向斷裂控制，平面上呈北東向“U”型展布于區(qū)內(nèi)(圖1)，面積大于800 km2，占研究區(qū)面積的40%。巖體西側侵入晚侏羅世南園組，東南側侵入早侏羅世梨山組、早三疊世溪口組，東北側被早白堊世花崗閃長巖侵入。巖體與圍巖接觸處常發(fā)育有0.1～0.6 m的冷凝邊，局部可見圍巖捕虜體。巖體中脈巖較為發(fā)育，以花崗斑巖脈、細?；◢弾r脈、基性巖脈為主。

華安正長花崗巖多呈淺肉紅色，局部為肉紅色，具似斑狀結構，塊狀構造。巖石結構相較為發(fā)育，主期結構從第一脈動次到第四脈動次可分為含斑細粒、少斑中細粒、似斑狀中粒、似斑狀中粗粒結構，補充期為斑狀細粒結構。各單元的主要造巖礦物成分相同，由鉀長石、斜長石、石英、黑云母等組成，含量相近。主期各結構單元中表現(xiàn)出一定的變化規(guī)律，自第一脈動次含斑細粒正長花崗巖到第四脈動次似斑狀中粗粒正長花崗巖，似斑晶鉀長石含量逐漸增加、粒徑變粗；基質(zhì)中鉀長石、石英礦物含量逐漸增高，斜長石、黑云母礦物含量有降低的趨勢，礦物粒度由細到粗(表1)，具有典型的同源巖漿結構演化的特點。

表1 華安正長花崗巖礦物特征

2 鋯石U-Pb定年

華安正長花崗巖定年樣品3-2為第三脈動次似斑狀中粒正長花崗巖，樣品4-1，4-2為第四脈動次似斑狀中粗粒正長花崗巖。巖石樣品均新鮮，未見蝕變和熱液改造的痕跡。鋯石U-Pb 定年分析在中國地質(zhì)大學(武漢) 地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室利用LA-ICP-MS 方法測定，激光束斑直徑為32 μm ，同時測定U-Th-Pb 同位素及微量元素。

2.1 鋯石特征

鋯石主要呈淺褐黃色，油脂光澤，半透明，大部分晶面粗糙。晶型大部分呈棱角長短柱狀，粒徑為0.05～0.1 mm，伸長系數(shù)為1∶2或1∶3。鋯石陰極熒光圖像顯示(圖2)，樣品4-2，3-2鋯石環(huán)帶清晰，環(huán)帶較多，具相對明亮的陰極熒光。樣品4-1鋯石環(huán)帶模糊，環(huán)帶數(shù)較稀，陰極熒光較弱。雖然鋯石陰極熒光亮度和環(huán)帶特征具有一定差異，但都具有震蕩生長環(huán)帶結構，指示鋯石屬于巖漿鋯石。

鋯石Th、U含量顯示(表2)，樣品4-1的Th/U比值為0.16～0.80，平均值0.41；樣品4-2的Th/U比值為0.14～0.88，平均值0.55；樣品3-2的Th/U比值為0.58～0.98，平均值0.75?？傮w上，華安正長花崗巖Th/U比值為0.14～1.01，具有較高的Th/U比值，且Th-U多具有正相關關系，顯示了巖漿鋯石典型特征[4]。

表2 華安正長花崗巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb定年結果

續(xù)表2

2.2 鋯石測年結果

華安地區(qū)花崗巖鋯石U-Pb諧和圖和加權平均年齡圖顯示(圖3)，其中樣品4-1加權平均年齡為 (143.97±0.45) Ma (N為16，MSWD為0.87)；樣品4-2加權平均年齡為 (145.21±0.52) Ma (N為14，MSWD為0.34)；樣品3-2加權平均年齡為 (140.8±2.6) Ma (N為9，MSWD為2.1)。3個樣品得出的年齡幾乎一致，侵入時間為140.8～145.21 Ma，屬于燕山中期侵入產(chǎn)物，將其歸置于晚侏羅世。樣品在諧和圖中不同程度沿水平方向偏離諧和線，主要原因是由于年輕鋯石中207Pb豐度較低而難以測準，另一方面可能與鋯石中存在微量普通鉛有關。由于年輕鋯石定年主要采用精度較高的206Pb/238U年齡，這一沿水平方向的漂移不會對定年結果產(chǎn)生顯著影響[5]。

3 巖石地球化學特征

3.1 巖石化學特征

華安正長花崗巖主量元素含量顯示(表3)，SiO2為74.77%～77.08%，Al2O312.10%～14.16%，Na2O 1.89%～3.70%，K2O 4.39%～5.69%，TiO20.03%～0.21%，MgO 0.09%～0.38%。Alk 6.99%～8.76%， K/Na比值為1.15～2.70，ACNK值為1.00～1.53，Mg#值為10.12～32.64，D.I為93.67～98.44。具高硅、高鋁、高堿，貧鎂、貧鈣特征，巖漿分異演化較徹底，酸性程度高，屬于硅過飽和巖體。在R1-R2判別圖解中，全部落在正長花崗巖區(qū)間內(nèi)，與巖相學特征一致。A/CNK- A/NK圖解中(圖4)，都落在過鋁質(zhì)范圍內(nèi)，屬于鋁過飽和巖漿巖類型。華安正長花崗巖由第一脈動次到第四脈動次，隨著SiO2逐漸降低，Al2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O、分異指數(shù)(D.I)逐漸升高； CIPW標準礦物明顯反應Or、An升高， C、Q降低。指示斜長石分離結晶并在第四脈動次侵入巖中相對富集，導致巖石化學成分產(chǎn)生上述的變化。因此，華安正長花崗巖總體為強酸性、鋁過飽和、富堿并相對富鉀，指示巖漿的物質(zhì)來源與上地殼物質(zhì)的關系密切。

表3 華安正長花崗巖主量元素和標準礦物(%)

3.2 稀土元素特征

稀土元素分析結果顯示(表4)，華安正長花崗巖稀土元素總量較高(∑REE為142.22×10-6～400.18×10-6，平均值191.30×10-6)；輕重稀土分餾明顯((La/Yb)N為1.17～15.78，平均值6.5)； Eu負異常 (δEu為0.1～0.75，平均值0.32)。從第一脈動次到第四脈動次， Eu逐漸升高； La、輕稀土總量(∑LREE)逐漸降低，但在第四脈動次富集；重稀土總量(∑HREE)呈相反趨勢。平均值稀土元素配分模式圖中呈“右”傾趨勢(圖5)，與上地殼平均值對比，Eu負異常更強烈，但總體形態(tài)相似，指示了巖體源巖可能來源于上地殼經(jīng)歷了高度的分異演化結果。由于斜長石對Eu的分配系數(shù)遠遠大于其他的REE，巖漿巖中Eu異常的產(chǎn)生與斜長石密切相關，華安正長花崗巖第一脈動次到第四脈動次標準礦物An含量逐漸升高，導致Eu含量產(chǎn)生相應變化。

表4 華安正長花崗巖微量元素和稀土元素分析結果(×10-6)

續(xù)表4

注：大陸上地殼數(shù)據(jù)引自GERM(1998), δEu=EuN/(SmN×GdN)1/2

3.3 微量元素特征

微量元素含量結果顯示，華安正長花崗巖第一脈動次到第四脈動次，微量元素 Rb、Pb、Bi、Th、U含量逐漸降低，Li、Ba、Sr含量逐漸升高；Rb/Sr比值逐漸降低，Zr/Hf、Sr/Ba 比值逐漸升高。一般情況下，Sr傾向于斜長石，Ba傾向于鉀長石，斜長石的分離結晶導致Sr/Ba比值較高，鉀長石分離結晶導致Sr/Ba比值較低，華安正長花崗巖標準礦物(CIPW)中斜長石和鉀長石在末期富集，這與Ba、Sr元素在末期含量增高相吻合。華安正長花崗巖Rb/Sr比值(1.0～28.9，平均值為5.99) 和Rb/Nb比值(3.47～18.48，平均值為11.02) ，明顯高于全球上地殼的平均值[6]和中國東部地殼平均值[7]。微量元素Ni(1.6×10-6～3.7×10-6，平均值為2.59×10-6)和Cr(3.2×10-6～9.4×10-6，平均值為6.43×10-6)，遠低于原始地幔中Ni、Cr 的平均值，稍低于揚子下地殼Ni、Cr 的平均值，反映華安正長花崗巖巖漿源自成熟度較高的陸源物質(zhì)。華安正長花崗巖微量元素平均值蛛網(wǎng)圖中(圖6),大離子親石元素(Rb、U、Pb)和Nd、Ta、Sm等元素富集，高場強元素(Nb、Ce、Zr)和Ba、Sr、Eu等元素虧損，與上地殼平均值對比，除了Ba、Sr、Eu 3個元素虧損更強烈外，總體趨勢形態(tài)一致，指示了巖體原巖可能來源于上地殼，經(jīng)歷了高度的分異演化結果。

4 巖石成因類型分析

目前國際上通常將花崗巖分為S、I、M、A型4類。華安正長花崗巖Rb/Sr 和Rb/Nb比值遠高于上地殼和中國東部地殼平均值，Ni、Cr 等微量元素含量遠低于原始地幔平均值，華安正長花崗巖平均值稀土配分圖和微量元素平均值蛛網(wǎng)圖的形態(tài)與大陸上地殼形態(tài)總體一致，反映巖體巖漿源來自成熟度較高的陸源物質(zhì)。區(qū)內(nèi)SiO274.77%～77.08%，Na2O 1.89%～3.82%，K2O/Na2O比值為1.26～2.7,ACNK為1.0～1.53。當SiO2含量為66%時，CaO含量為0.07%～1.46%，CPIW標準礦物剛玉平均值0.96%，Alk為6.99%～8.76%，Rb、Th、U與大陸上地殼比值平均值分別為2.64，2.99，2.92，黑云母、磁鐵礦含量高，形成環(huán)境為俯沖帶造山期同碰撞構造環(huán)境，與典型S型花崗具有相似的特征。S型花崗巖SiO265%～79%，Na2O含量變化大，K2O/Na2O比值大于1，ACNK大于1.1，當SiO2為66%時，CaO含量小于3.7，剛玉含量大于10%，Alk值大于6%，Rb、Th、U,黑云母、磁鐵礦含量高，形成環(huán)境為俯沖帶地殼上部沉積型起源，因此，華安正長花崗巖屬于陸源地殼重熔S型花崗巖。

5 形成構造環(huán)境討論

在里特曼-戈蒂里圖解中，華安正長花崗巖中13件樣品全部投在造山帶區(qū)內(nèi)；R1-R2圖解中，絕大部分投在同碰撞花崗巖區(qū)范圍內(nèi)(圖7)，表明其形成于同碰撞-擠壓碰撞構造環(huán)境，以同碰撞為主。

Liu Qian等[8]對福建省東部沿海平潭—東山變質(zhì)帶的花崗巖成巖年齡研究顯示，在185～140 Ma，太平洋板塊以北北東方向向華南板塊俯沖；在140～110 Ma，太平洋板塊以北西方向向華南板塊俯沖；在110～90 Ma太平洋板塊以北西西方向向華南板塊俯沖。毛景文等[9-10]對中國東部中生代的礦床分布特征和在對時代的系統(tǒng)研究的基礎上認為，中國東部在140 Ma左右，其地球動力學背景為構造體制大轉折晚期。

綜上所述，華安正長花崗巖形成于140.8～145.21 Ma，處于造山期同碰撞-擠壓碰撞構造環(huán)境，以同碰撞的構造環(huán)境為主，與太平洋板塊向華南板塊以北東東向北西方向轉換的構造體制大轉折背景一致。

6 結論

(1) 巖體巖漿分異作用較強(D.I> 93%) ，酸性程度較高( SiO2> 72%) ，屬于高鉀鈣堿性系列鋁過飽和類型。

(2) 微量元素Rb/Sr比值和Rb/Nb比值較高， Ni、Cr 含量較低，稀土元素模式為右傾型，P、Pb、Eu等元素顯著虧損，具殼源型花崗巖特征。

(3)巖體鋯石的陰極發(fā)光圖像顯示了巖漿成因特征，獲取鋯石U-Pb年齡為140.8～145.21 Ma，屬于燕山中期晚侏羅世侵入巖。

(4) 巖體形成于同碰撞-擠壓碰撞環(huán)境，與同碰撞構造環(huán)境為主。地球化學特征和礦物特征與典型S型花崗相似，屬于陸源地殼重熔S型花崗巖。

資料主要來源于福建省地質(zhì)調(diào)查研究院1∶5萬永福鎮(zhèn)區(qū)調(diào)地質(zhì)資料，系集體工作成果，承蒙馬金清和張開畢兩位教授級高級工程師對文章內(nèi)容提出寶貴的修改意見，在此一并致以衷心感謝！

1 周金城, 張海進, 俞云文.浙江新昌早白堊世復合巖流中的巖漿混合作用巖石學.巖石學報, 1994，10(3).

2 Xu X, Dong C and Li W，et al. Late Mesozoic intrusive complexes in the coastal area of Fujian, SE China: The significance of the gabbro-diorite-granite association. Lithos, 1999，46.

3 鄭聲儉，馬金清，黃泉禎，等. 福建省侵入巖譜系單位.中國區(qū)域地質(zhì)，1999, 18(3).

4 Belousova E A, Griffin W L, O'Reilly S Y, et al. Igneous zircon: Traceelement composition as an indicator of source rock type. Contrib Mineral Petrol, 2002.

5 袁洪林, 吳福元, 高山，等. 東北地區(qū)新生代侵入體的鋯石激光探針U-Pb年齡測定與稀土元素成分分析. 科學通報, 2003,48(14).

6 Tayloy S.R and Monster J.The continental crust: its composition and evolution, Oxford: Blackwell, 1985.

7 高山. 關于大陸地殼化學組成研究中某些問題的討論. 地球科學，1999,24(3).

8 Liu Qian, Yu Jin-Hai, Wang Qin, et al.. Ages and geochemistry of granites in the Pingtan-Dongshan Metamorphic Belt, Coastal South China: New constrains on Late Mesozoic magmatic evolution. Lithos, 2012.

9 毛景文，李曉峰，張作衡，等．中國東部中生代淺層熱液金礦的類型、特征及其地球動力學背景．高校地質(zhì)學報，2003,9( 4).

10 毛建仁，陳榮，李寄嵎，等．閩西南地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖石的同位素年代學、地球化學及其構造演化．巖石學報,2006, 22( 6).