江西余干支家橋地區(qū)鎂鐵質(zhì)巖體的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡、地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

左祖發(fā)，徐 喆，劉 楊，黃志忠，劉邦秀，馬振興，徐祖豐

(1. 江西省地質(zhì)調(diào)查研究院，江西 南昌 330030；2. 中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，江蘇南京 210016；3. 江西省國土資源廳，江西 南昌 330025)

江西余干支家橋地區(qū)，位于太平洋板塊和歐亞板塊接合部位之中國東南部北緣。中國東南部新生代火成巖，自1980年代以來，其地球化學(xué)、成因和源區(qū)性質(zhì)一直是地質(zhì)學(xué)者的研究熱點(謝桂青等，2005；Zhou et al., 1982；Peng et al., 1986；Flower et al., 1992；Tu et al., 1991；Liu et al., 1994；Chung et al., 1994；1995；Zou et al., 2000；Ho et al., 2003)，并取得了很多成果。但是，余干支家橋出露的鎂鐵質(zhì)巖體以往研究不多，前人主要是對地質(zhì)背景、巖石地球化學(xué)等進(jìn)行了較詳細(xì)的研究，形成時代歸屬研究成果存在明顯分歧。地質(zhì)部江西省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測量大隊的1∶20萬東鄉(xiāng)幅，將支家橋鎂鐵質(zhì)巖類的形成時代放在燕山早期，其依據(jù)是根據(jù)巖體侵入關(guān)系和巖性對比，推斷為相當(dāng)或早于晚侏羅世火山活動的侵入者，即燕山早期的產(chǎn)物①地質(zhì)部江西省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測量大隊.1964.1∶20萬東鄉(xiāng)幅地質(zhì)圖說明書.。葉枬(1995)通過對支家橋一帶出露的鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖體中的輝長輝綠巖挑選單礦物角閃石，送宜昌地礦研究所進(jìn)行K-Ar年齡測定，其結(jié)果為896.7 Ma，屬于晉寧晚期，考慮到K-Ar法年齡測定一般年齡值偏低，因此，認(rèn)為支家橋成巖年齡可能大于896.7 Ma。江西省地質(zhì)調(diào)查院的1∶25萬南昌市幅將支家橋地區(qū)鎂鐵質(zhì)巖體歸入塔前混雜單元(超基性—基性巖單元)，因塔前混雜單元分布于北東東向的樂平—歙縣混雜巖亞帶的溪口巖群中，并與其一起共同構(gòu)成構(gòu)造混雜堆積；認(rèn)為其形成時代較早，可能就位于中元古代②江西省地質(zhì)調(diào)查院.2002.1∶25萬南昌市幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.。針對鎂鐵質(zhì)巖體時代歸屬出現(xiàn)爭議這一問題，筆者在進(jìn)行“江西1∶5萬余干縣、古樓埠、江埠、社賡幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查”時，以支家橋地區(qū)呈巖枝、巖瘤狀產(chǎn)出的鎂鐵質(zhì)巖體為研究對象，進(jìn)行的詳細(xì)野外觀察和室內(nèi)巖石學(xué)、地球化學(xué)以及激光探針等離子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)鋯石U-Pb法同位素年齡測定等新的成果，對其巖石學(xué)、地球化學(xué)特征、形成時代等有關(guān)問題進(jìn)行探討。

圖1 余干支家橋地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch of Zhijiaqiao area of Yugan in Jiangxi provincea.區(qū)域大地構(gòu)造位置圖(據(jù)樓法生等，2003修改)；b.余干支家橋地區(qū)鎂鐵質(zhì)巖體分布圖；1.第四紀(jì)；2.青白口紀(jì)萬年群牛頭嶺組；3.青白口紀(jì)萬年群程源組；4.古近紀(jì)橄欖輝長巖；5.古近紀(jì)橄欖輝石巖；6.志留紀(jì)中粒似斑狀二云二長花崗巖；7.志留紀(jì)中細(xì)粒似斑狀二云二長花崗巖；8.志留紀(jì)中細(xì)粒角閃閃長巖和石英閃長巖；9.蛇綠巖、超基性巖；10.構(gòu)造單元邊界；11.揚子地塊；12.華南中部中元古代末期造山帶；13.樂平.歙縣混雜巖亞帶；14.萬年構(gòu)造單元；15.贛東北蛇綠混雜巖亞帶；16.懷玉山構(gòu)造單元；17.東鄉(xiāng)-龍游混雜巖亞帶；18.華夏地塊；19.采樣位置

1 地質(zhì)背景及巖相學(xué)特征

支家橋地區(qū)位于江西省余干縣九龍鄉(xiāng)東部，大地構(gòu)造屬揚子板塊與華南中部造山帶的交接部位之萬年構(gòu)造單元(圖1)，自1990年代以來，經(jīng)歷了從元古代到新生代的各旋回構(gòu)造運動，地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜；前人對該區(qū)大地構(gòu)造劃分提出了許多不同的觀點(任紀(jì)舜，1990；李繼亮，1992；徐備等，1992；舒良樹等，1995；謝竇克等，1996；樓法生等，2003)。該地區(qū)出露的地層為新元古代青白口紀(jì)早期萬年群(圖1b)，巖性為一套淺變質(zhì)巖系，上部為海相泥砂質(zhì)碎屑巖沉積為主夾火山碎屑及熔巖的復(fù)理石建造；下部為濱海相火山碎屑巖為主的含礫碎屑巖建造。鎂鐵質(zhì)巖體與圍巖接觸界線為第四紀(jì)地層掩蓋。該地區(qū)還見有加里東期的巖漿侵入，其巖性為中粒似斑狀二云二長花崗巖、中細(xì)粒似斑狀二云二長花崗巖、中細(xì)粒角閃閃長巖和石英閃長巖。

支家橋鎂鐵質(zhì)巖體位于余干縣九龍鄉(xiāng)支家橋、陳坊、團(tuán)山、萬家源一帶，分布于萬年構(gòu)造單元中，由4個侵入體組成，大部分被第四系掩蓋，露頭零星，面積約0.93 km2。沿北東向呈串珠狀產(chǎn)出，明顯受北東向構(gòu)造制約，侵入于青白口紀(jì)早期萬年群牛頭嶺組(Pt31an)和程源組(Pt31ac)中。巖體巖相變化不甚明顯，大致可劃分出兩期侵入體，即支家橋橄欖輝長巖和陳坊橄欖輝石巖，因露頭太差，兩期侵入體接觸關(guān)系不清，確定的依據(jù)主要為巖石風(fēng)化殘積物顏色和礦物成分；巖體與圍巖接觸界線亦為第四紀(jì)地層所掩蓋(圖1b)。巖石類型主要有橄欖輝長巖、輝長巖、橄欖輝石巖、輝長輝綠巖等，巖體蝕變較強(qiáng)。

支家橋橄欖輝長巖，暗灰綠色，輝長結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要由斜長石(40%～45%)、橄欖石(20%)、輝石(15%～20%)、角閃石(15%)和少量磁黃鐵礦、黑云母、磁鐵礦等組成。橄欖石呈等軸粒狀，充填有次生蛇紋石，具反應(yīng)邊或次變邊結(jié)構(gòu)，常被輝石所包裹；輝石呈不規(guī)則等粒狀，常見有斜長石包裹體，并為角閃石所包裹，多色性弱；角閃石呈不規(guī)則片柱狀，常交代斜長石、輝石和橄欖石，具明顯的反應(yīng)邊；斜長石呈自形—半自形板狀，具明顯的卡氏雙晶，為An50之拉長石。副礦物主要有黃鐵礦、石榴子石、綠簾石、鈦鐵礦、黃銅礦、鋯石、獨居石等。有時斜長石和輝石含量大增，橄欖石含量驟減形成輝長巖。

陳坊橄欖輝石巖，灰黑色，全晶質(zhì)粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分幾乎全為透輝石及普通角閃石，含少量橄欖石。輝石具兩組近直交的解理，消光角40°；橄欖石呈它形，等軸粒狀體，散布于輝石之中。

2 分析方法

2.1 主量元素和微量元素測試

本次在支家橋、陳坊等地共采集3件樣品(樣品編號為201，202，203)進(jìn)行主量元素和微量元素測試，測試分析由國土資源部南昌礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成；主量元素測定采用荷蘭飛利浦公司生產(chǎn)的PW2403型X熒光光譜儀，元素的分析精度優(yōu)于5%；微量元素測定采用美國熱電元素公司生產(chǎn)的XseriesⅡ型電感耦合等離子體-質(zhì)譜儀(ICP-MS)，微量元素分析精度優(yōu)于10%，大多數(shù)元素好于5%。

2.2 同位素樣品的采集及分析方法

本次用于LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年的樣品采自北緯：28°31′21.8″，東經(jīng)：116°41′20.7″；陳坊村附近出露新鮮的橄欖輝長巖(樣品編號202)。測試樣品利用人工重砂方法分選出鋯石，然后在雙目鏡下挑選出晶形較好、透明度較好，無明顯裂隙的鋯石顆粒。將鋯石顆粒用環(huán)氧樹脂固定于樣品靶上，樣品表面經(jīng)研磨拋光，直至磨到鋯石晶體近中心截面，對靶上鋯石進(jìn)行鏡下透射光、反射光照相后，對鋯石進(jìn)行陰極發(fā)光(CL)分析。鋯石CL圖像在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室拍攝，根據(jù)陰極發(fā)光照射結(jié)果選擇典型的巖漿鋯石進(jìn)行鋯石U-Pb測年分析。LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年工作在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點實驗室進(jìn)行，測試分析由武兵老師完成。測試使用與New Wave 213 nm激光取樣系統(tǒng)連接起來的Agilent 7500a ICP-MS 完成。分析過程中，激光束斑直徑采用20～30 μm頻率為5 Hz。樣品經(jīng)剝蝕后，由He氣作為載氣，再和Ar氣混合后進(jìn)入ICP-MS進(jìn)行分析。U-Pb分餾根據(jù)澳大利亞鋯石標(biāo)樣GEMOC GJ-1(207Pb/206Pb 年齡為(608.5±1.5) Ma，Jackson et al.,2004)來校正，鋯石標(biāo)樣Mud Tank(intercept age of (732±5) Ma, Black et al.,1978)作為內(nèi)標(biāo)，控制分析精度。每個測試流程的開頭和結(jié)尾分別測2個GJ標(biāo)樣，另外測試1個MT標(biāo)樣和10～15個待測樣品點。U-Pb年齡和U，Th，Pb的計數(shù)由GLITTER軟件(ver.4.4)(www.mq.edu.an/GEMOC)在線獲得。詳細(xì)的分析方法和流程類似于Griffin等(2004)及Jackson等(2004)。因為204Pb的信號極低，以及載氣中204Hg的干擾，該方法不能直接精確測得其含量，因此，使用嵌入EXCEL的ComPbCorr#3_15G程序(Andersen, 2002)來進(jìn)行普通鉛校正，不過絕大多數(shù)樣品點的普通鉛含量很低，校正對其不起作用。

3 分析結(jié)果

3.1 主量和微量元素地球化學(xué)

支家橋鎂鐵質(zhì)巖體樣品的主量和微量元素分析結(jié)果列于表1。巖石SiO2含量為46.38%～47.18%，為鐵鎂質(zhì)巖，巖漿基性程度較高；Al2O3為15.66%～16.28%，含量較高；K2O+Na2O為1.19%～1.24%，堿含量低，K2O/Na2O為0.19～0.13，鈉含量較高；Fe2O3為6.30%～7.01%，F(xiàn)eO為0.032%～0.040%，MgO為13.44%～13.94%，反映巖體中鐵鎂礦物含量高；CaO為13.28%～13.88%，里特曼指數(shù)(σ)為0.35～0.42，巖石屬鈣性巖。根據(jù)支家橋鎂鐵質(zhì)巖成因的Al2O3-MgO-CaO三角判別圖(圖2)的投影可知，支家橋鎂鐵質(zhì)巖屬鎂鐵質(zhì)堆積巖。從微量元素分析結(jié)果(表1)及相應(yīng)的微量元素蜘網(wǎng)圖(圖3a)顯示，巖石富含大離子親石元素Rb，Ba，Sr，Th，Ta和來自地殼的Ce，較貧重稀土元素和高場強(qiáng)元素Nb，Hf，大離子親石元素(LIL)豐度高于稀土元素(REE)及高場強(qiáng)元素(HFS)。反映巖漿是經(jīng)上地幔部分熔融而成，并在上侵過程中混入了少量地殼物質(zhì)。

表1 余干支家橋地區(qū)鎂鐵質(zhì)巖體主量(%)、微量元素含量(×10-6)分析表

圖2 鎂鐵質(zhì)巖代表性巖石的Al2O3-CaO-MgO成分圖Fig.2 The variation diagram of Al2O3-CaO-MgO of mafic rocksA.鎂鐵質(zhì)堆積巖 B.科馬提巖C.超鎂鐵質(zhì)堆積巖D.變質(zhì)橄欖巖(原圖據(jù)Coleman R G, 1977)支家橋鎂鐵質(zhì)堆積巖：201、202橄欖輝長巖；203橄欖輝石巖

支家橋鎂鐵質(zhì)巖體稀土元素分析結(jié)果表明，稀土總量(∑REE)40.26×10-6～51.12×10-6，其稀土配分型式圖為向右緩傾的鋸齒狀曲線(圖3b)。輕重稀土比值較小(LREE/HREE=6.06～6.73)，輕稀土較富集；具較弱的銪正異常(δEu=1.212～1.547)，反映早結(jié)晶的斜長石等(貧∑REE而富Eu的礦物)在輝長巖中較富集?？傮w分析，表現(xiàn)為輕稀土富集，同時表現(xiàn)出重、輕稀土分餾均不明顯的特征。

3.2 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分析結(jié)果與結(jié)論

Compstom等(1992)、Griffin等(2004)、張芳榮等(2014)認(rèn)為，一般在鋯石LA-ICP-MS同位素定年中，對于大于1 Ga的鋯石樣點選用207Pb/206Pb年齡較為合適，而對于年輕的鋯石樣點選用206Pb/238U-207Pb/235U較為合適。因本次分析的橄欖輝長巖形成的時代很年輕，故采用206Pb/238U-207Pb/235U年齡值。

橄欖輝長巖定年分析結(jié)果見表2，代表鋯石CL圖像見圖4，206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖見圖5。

本次進(jìn)行分析的鋯石晶形以棱角至次棱角不規(guī)則的長、短柱狀和鋸齒狀為主。晶體表面粗糙，凹凸不平，長寬比約1∶1～3∶1，長徑160～400 μm，陰極發(fā)光圖像顯示(圖4)，具有明顯的巖漿振蕩環(huán)帶，為典型的巖漿鋯石；從表2可以看出，樣品的鋯石U(42×10-6～459×10-6)，Th含量(42×10-6～482×10-6)和Th/U(0.75～1.75)較高，分布集中，顯示出巖漿成因鋯石的特征。從 鋯石206Pb/238U-207Pb/235U年齡諧和圖(圖5)中可知，15個定年點給出的年齡都非常一致，都分布于諧和線之上，206Pb/238U-207Pb/235U加權(quán)平均年齡為(47.40±0.50) Ma (95% conf., n=15, MSWD=0.23)，可以代表橄欖輝長巖的形成年齡；其時代歸屬古近紀(jì)始新世。因此，余干支家橋地區(qū)鎂鐵質(zhì)巖形成時代應(yīng)為古近紀(jì)始新世。

圖3 不相容元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖(a)和稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的配分圖(b)Fig.3 Primitive mantle-normalized trace element diagrams (a) and Chondrite-normalized REE patterns (b)(原始地幔及球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值據(jù)Sun et al., 1989))

4 討論

4.1 成巖時代

支家橋地區(qū)鎂鐵質(zhì)巖體形成的地質(zhì)時代前人研究結(jié)果存在明顯分歧,有不同的認(rèn)識(葉枬，1995)①②。針對支家橋地區(qū)鎂鐵質(zhì)巖體形成的地質(zhì)時代前人研究結(jié)果存在較大的分歧這一問題，筆者本次在支家橋地區(qū)采新鮮橄欖輝長巖進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年，由南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點實驗室完成；從測試分析結(jié)果(表2)和206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖(圖5)可知，樣品具有明顯的巖漿振蕩環(huán)帶，為典型的巖漿鋯石；且樣品中15個定年點給出的年齡都非常一致，分析15個樣品的加權(quán)平均年齡為(47.40±0.50) Ma (95% conf., n=15, MSWD=0.23)，其時代屬古近紀(jì)始新世。

因此，筆者認(rèn)為鋯石LA- ICP-MS U-Pb法同位素年齡值為(47.40±0.5) Ma可以代表支家橋地區(qū)鎂鐵質(zhì)巖體的巖石的結(jié)晶年齡，故其形成于古近紀(jì)始新世，就位于喜馬拉雅期。前人根據(jù)巖體侵入關(guān)系和巖性對比，以及K-Ar年齡等不能代表支家橋地區(qū)鎂鐵質(zhì)巖體的成巖時代。

4.2 源區(qū)特征和巖石成因

支家橋地區(qū)鎂鐵質(zhì)巖體具有貧硅、富鎂特征。實驗巖石學(xué)研究表明，基性和超基性巖漿是上地幔鎂鐵質(zhì)巖石部分熔融的產(chǎn)物(Hirose et al.1993；Walter,2003；朱昱升等，2012；左祖發(fā)等，2015)。相對飽滿的地幔巖石熔融產(chǎn)生的熔體具有較高的Fe含量(Falloon et al.,1988；朱昱升等，2012；左祖發(fā)等，2015)，支家橋地區(qū)鎂鐵質(zhì)巖Fe含量較高， TFe2O3= 6.30%～7.01%，說明它們來源于一個相對飽滿的地幔源區(qū)，其源區(qū)在堿性玄武巖形成之前，未經(jīng)歷大程度熔體的抽離(朱昱升等，2012；左祖發(fā)等，2015)。由于Ti偏低，TiO2= 0.27 %～0.32%，表明其巖漿受到陸殼物質(zhì)的混染，混染物為下地殼變質(zhì)巖，也可能有少量的上地殼物質(zhì)；從富鎂也反映出其地幔源區(qū)特征和部分熔融條件。CaO=13.28%～13.88%，里特曼指數(shù)(σ)為0.35～0.42，巖石屬鈣性巖。根據(jù)超鎂鐵質(zhì)巖成因的Al2O3-MgO-CaO三角判別圖(圖2)的投影可知，支家橋鎂鐵質(zhì)巖體屬鎂鐵質(zhì)堆積巖。微量元素分析結(jié)果表明，巖石大離子親石元素(LIL)豐度高于稀土元素(REE)及高場強(qiáng)元素(HFS)，富含大離子親石元素Rb，Ba，Sr，Th，Ta和來自地殼的Ce，較貧重稀土元素和高場強(qiáng)元素Nb，Hf。反映巖漿是經(jīng)上地幔部分熔融而成，并在上侵過程中混入了少量地殼物質(zhì)?？傊Ъ覙虻貐^(qū)鎂鐵質(zhì)巖漿為地幔巖漿部分熔融形成，并常受到地殼物質(zhì)混染。

圖4 橄欖輝長巖鋯石CL圖像(圓圈為測點位置)Fig.4 Cathodoluminescence ( CL) images of olivine-gabbro (Circles are laser points)

圖5 支家橋地區(qū)橄欖輝長巖(樣品編號202)鋯石206Pb/238U-207Pb/235U年齡諧和圖Fig.5 Concordia plots for LA-ICP-MS U-Pb Zircon ages of olivine-gabbro in Zhijiaqiao area(sample 202)

4.3 地球動力學(xué)背景探討

支家橋地區(qū)位于揚子板塊與華南中部造山帶的交接部位之間的萬年構(gòu)造單元，經(jīng)歷了從元古代到新生代的各旋回構(gòu)造運動，地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜。根據(jù)前人資料②，萬年構(gòu)造單元位于樂平—歙縣構(gòu)造混雜巖亞帶南東部，東鄰贛東北蛇綠混雜巖亞帶，南與東鄉(xiāng)—龍游混雜巖亞帶相鄰。支家橋鎂鐵質(zhì)巖體位于萬年構(gòu)造單元的西端，沿北東向呈串珠狀產(chǎn)出，明顯受北東向構(gòu)造制約；古近紀(jì)始新世由于北東向深斷裂活動，相當(dāng)于下部地殼或上地幔的巖漿沿斷裂上侵，形成鐵鎂質(zhì)堆晶巖，并侵位到萬年群牛頭嶺組和程源組中。支家橋地區(qū)鎂鐵質(zhì)巖體形成于喜馬拉雅期伸展環(huán)境，是地殼伸展作用下深源巖漿淺部侵位的產(chǎn)物，它們的形成是該地區(qū)喜馬拉雅期陸內(nèi)伸展作用下的構(gòu)造—巖漿活動的一次重要事件。

5 結(jié)論

(1)綜合分析支家橋地區(qū)鎂鐵質(zhì)巖體的地質(zhì)背景、巖相學(xué)特征、成巖時代以及源區(qū)特征和巖石成因等討論結(jié)果，筆者認(rèn)為本次橄欖輝長巖采用鋯石LA-ICP-MS U-Pb法獲得的同位素年齡值(47.40±0.50) Ma可以代表支家橋地區(qū)鎂鐵質(zhì)巖體的巖石的結(jié)晶年齡，表明鎂鐵質(zhì)巖體形成時代為古近紀(jì)始新世，就位于喜馬拉雅期。

(2)支家橋地區(qū)鎂鐵質(zhì)巖體的巖石化學(xué)成份表明巖漿基性程度較高；A/NCK均大于1，屬于鋁質(zhì)基性-超基性巖類，低鉀，鈉含量較高，巖體里特曼指數(shù)(σ)為0.35～0.42，巖石屬鈣性巖，富鐵、富鎂的鎂鐵質(zhì)堆積巖。

(3)支家橋地區(qū)鎂鐵質(zhì)巖體形成于喜馬拉雅期伸展環(huán)境，是地殼伸展作用下深源巖漿淺部侵位的產(chǎn)物，它們的形成是該地區(qū)喜馬拉雅期陸內(nèi)伸展作用下的構(gòu)造—巖漿活動的一次重要事件。對它們的組成和成因以及構(gòu)造關(guān)系研究，有助于該地區(qū)喜馬拉雅期巖漿活動事件進(jìn)行更深刻的了解。

致謝：感謝南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點實驗室對鎂鐵質(zhì)巖進(jìn)行(LA-ICP-MS)鋯石U-Pb同位素定年分析。感謝樓法生教授級高工、張芳榮博士等在調(diào)查研究工作的指導(dǎo)和幫助。感謝審稿專家對本文提出的寶貴意見。

表2 支家橋地區(qū)鎂鐵質(zhì)巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年分析結(jié)果

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