福建長泰天柱山晶洞花崗巖鋯石U-Pb年齡及巖石地球化學(xué)特征

鐘錦輝

(福建省第八地質(zhì)大隊，龍巖，364000)

A型花崗巖由于其特殊的構(gòu)造環(huán)境以及復(fù)雜的物質(zhì)來源而被認為是地球動力學(xué)研究的重要“巖石探針”，具有重要的研究意義而備受關(guān)注[1]。中國東南部發(fā)育大量A型花崗巖，而新村巖體則是其中的一個典型代表，前人雖對新村巖體做了大量的研究工作，但多將其作為漳州復(fù)式巖體的一個組成部分而一起研究，并未對其單獨做一個系統(tǒng)的分析。此次工作對新村巖體單獨開展了系統(tǒng)的巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)、LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)研究，在此基礎(chǔ)上探討其巖石成因、物質(zhì)源區(qū)及形成的構(gòu)造背景等。

1 地質(zhì)背景

天柱山晶洞花崗巖位于長泰朝陽—天柱山一帶(圖1)，通稱新村巖體，是漳州復(fù)式巖體的重要組成部分，出露于漳州復(fù)式巖體東部,是長樂—南澳斷裂帶(也稱變質(zhì)帶、構(gòu)造帶)西亞帶的組成之一[2，3]。天柱山晶洞花崗巖體的侵入活動受燕山晚期北東向構(gòu)造控制而呈北東向展布，出露面積約74 km2，長寬比約4∶1，呈長條狀的巖株產(chǎn)出，巖體產(chǎn)狀陡傾斜。巖體東北端侵入于早侏羅世梨山組上段、晚侏羅世南園組第二段，兩側(cè)則侵入漳州復(fù)式巖體的其余組成部分(早白堊世輝石閃長巖、早白堊世石英閃長巖、早白堊世花崗閃長巖)，西南端則為第四系掩蓋。

圖1 長泰新村巖體地質(zhì)簡圖及其地質(zhì)構(gòu)造背景圖Fig.1 Geological diagram of Changtai Xincun rock mass and its background map of geological structure1—第四紀；2—晚侏羅世南園組第二段；3—早侏羅世梨山組上段；4—晚白堊世細粒晶洞花崗巖；5—晚白堊世中細粒晶洞花崗巖；6—晚白堊世中粒晶洞花崗巖；7—晚白堊世似斑狀中粒晶洞花崗巖；8—早白堊世黑云母花崗巖；9—早白堊世二長花崗巖；10—早白堊世花崗閃長巖；11—早白堊世石英閃長巖；12—早白堊世輝石閃長巖；13—不整合界線/整合界線；14—超動侵入接觸界線；15—涌動侵入接觸界線；16—測年樣位置；17—花崗巖風景地

新村巖體多形成怪石、嶙峋之石林孤峰，孤峰、陡崖發(fā)育，地貌壯觀；巖體內(nèi)晶洞構(gòu)造較發(fā)育，直徑為1～4 cm，呈圓腔狀、長條狀、撕裂狀及不規(guī)則形態(tài)等，多數(shù)為石英和少量鉀長石等礦物的自形晶充填；晶洞花崗巖礦物以鉀長石占優(yōu)勢，這三點是晶洞花崗巖在宏觀上的顯著特點。

2 巖石地球化學(xué)特征

2.1 巖石學(xué)特征

新村巖體根據(jù)結(jié)構(gòu)演化劃分為細粒晶洞花崗巖、中細粒晶洞花崗巖、中粒晶洞花崗巖、似斑狀中粒晶洞花崗巖等4個巖石單元，各單元中以中粒晶洞花崗巖和中細粒晶洞花崗巖較為發(fā)育，其余巖石單元出露較窄或不發(fā)育。相鄰各巖石單元之間呈涌動侵入接觸關(guān)系，推斷其演化先后順序為細粒→中細?！辛！瓢郀钪辛?。巖體各巖石單元僅結(jié)構(gòu)類型存在差異，而巖石礦物與含量相近，主要礦物由鉀長石(46%～50%)、斜長石(18%～25%)、石英(20%～29%)及少量黑云母(<1%)等組成，各礦物分布較均勻，斑晶為鉀長石(7%～10%)，大小6～7 mm。鉀長石呈半自形-他形晶，板狀或粒狀，為條紋長石，表面土化較強；斜長石呈半自形板狀，雙晶發(fā)育，An=26～30，為更長石；石英呈他形粒狀，波狀消光；黑云母呈半自形片狀，局部為綠泥石交代而析出少量鐵質(zhì)物，見于似斑狀中粒晶洞花崗巖內(nèi)。

巖石副礦物種類多，鈦鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦含量高，其中磁鐵礦含量占絕對優(yōu)勢，為磁鐵礦+褐鐵礦+鈦鐵礦的副礦物組合類型特征。金屬硫化物主要為黃鐵礦且含量稀少，其他礦物主要有鋯石、銳鈦礦、白鈦石、螢石、獨居石、褐簾石、榍石等，未見有堿性暗色礦物。其中鋯石呈黃色、極少無色、個別豆沙色，晶體以自形柱狀為主，近等軸粒狀次之，表面鐵染使透明度降低，顯弱金剛光澤；多數(shù)晶內(nèi)可見紅色固相包體，個別內(nèi)部可見黑色固相包體，少數(shù)可見裂紋，表面常見熔蝕凹坑、溝槽，多數(shù)表面附有膠結(jié)物；以0.03～0.10 mm為主，0.10～0.15 mm次之，個別0.20 mm；延長系數(shù)以1.1～1.6為主，1.6～2.5次之，個別達3.0；晶體主要以(100)(111)(110)和(100)(111)組成聚形。

2.2 巖石化學(xué)特征

此次研究在新村巖體中共采集3件代表性巖石化學(xué)樣品，其中PM18-3巖性為中細粒晶洞花崗巖，PM18-8巖性為中粒晶洞花崗巖，PM12-7巖性為似斑狀中粒晶洞花崗巖，分析測試在福建省地質(zhì)測試中心完成。由于細粒晶洞花崗巖僅在新村巖體兩端局部零星分布，且?guī)r石出露差、風化強烈，致使本次工作未能采集到相關(guān)樣品，但因其分布范圍過小，其對整個巖體的研究影響不大。前人曾在新村巖體內(nèi)采集數(shù)件巖石化學(xué)樣品，其測試數(shù)據(jù)與此次工作測試數(shù)據(jù)大體一致(表1)。

此次研究新村巖體的主量元素及CIPW標準礦物、巖石化學(xué)參數(shù)特征值看，總體具高硅、富堿，貧鈣、鎂、鋁等特點。巖石中SiO2含量為76.14%～76.70%，含量高且變化范圍小，屬超酸性巖；Al2O3含量為12.20%～12.75%，Na2O+K2O為8.08%～8.70%， K2O/Na2O比值為1.07～1.37，A/NKC比值為1.007～1.026，；Fe相對于Mg強烈富集，F(xiàn)eO*/MgO比值為3.87～6.13，平均5.25，高于一般I型(2.27)、S型(2.38)、M型(2.37)花崗巖，低于世界A型花崗巖平均值(13.4)[4]。巖石堿度率(AR)為3.27～4.69，含水量低(<1%)。

表1 長泰新村巖體主量元素含量及特征值(%)

注：樣品(1)來源于福建省區(qū)域地質(zhì)志，2016；樣品2來源于1∶25萬廈門市、東山縣幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告，2002；樣品34-2715-2、34-12107-1來源于1∶20萬漳州幅、東山幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告，1974。

新村巖體主量元素在巖石系列TAS圖解中均投影于花崗巖區(qū)域(圖2)，在SiO2-AR堿度圖解上均投影于堿性區(qū)域(圖3)，在A-F-M圖解上均投影于鈣堿性系列且緊靠AF邊分布(圖4)；CIPW標準礦物出現(xiàn)剛玉分子，含量為0.12～0.58；A/NK比值為1.07～1.144，里特曼指數(shù)(σ)為1.95～2.26，小于3.3；在A/NK-A/KNC圖解中均投影于過鋁質(zhì)區(qū)域(圖5)；巖石固結(jié)指數(shù)(SI)為0.85～3.15，分異指數(shù)(DI)為95.21～96.43，為高分異花崗巖。

2.3 地球化學(xué)特征

據(jù)新村巖體微量元素、稀土元素含量及特征值(表2)，微量元素顯示Rb、Th、Nb、Ta、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、U、Pb富集，貧Ba、Sr、Cr、Co、Ni、V、Zr、Eu，而Ba、Sr強烈虧損。微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(圖6)與A型花崗巖微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖類似。同時巖體顯示極低的Sr含量(9.71×10-6～58×10-6)，較高的Yb含量(1.86×10-6～6.56×10-6)。顯示該巖體形成的壓力較低，為地殼減薄環(huán)境下的產(chǎn)物[5]。

新村巖體稀土元素總量(∑REE)為141.48×10-6～260.21×10-6，LREE/HREE比值為4.16～7.15，(La/Yb )N為4.38～7.21、(La/Sm)N為3.34～3.43，屬輕稀土富集型巖石，δEu為0.15～0.24，小于0.3，銪強烈虧損，說明母巖漿已經(jīng)過強烈的分異，兼具分異型花崗巖特征。在稀土元素配分模式圖上，呈現(xiàn)輕稀土傾斜、重稀土較平坦，曲線形態(tài)與略右傾“海鷗型”相似，輕重稀土分異較明顯(圖7)。

表2 新村巖體微量元素、稀土元素含量及特征值(×10-6、Au×10-9)

Table 2 The content and characteristic value of trace elements and rare earth elements of Xincun rock mass

樣品號巖石名稱微量元素VCrCoNiLiRbNbZrWSnBiCuMoPbPM12-7似斑狀中粒晶洞花崗巖3.75.00.471.398.35241.127.771000.991.830.180.441.3032.63PM18-8中粒晶洞花崗巖6.99.10.952.1625.72231.326.69831.473.490.346.511.8033.83PM18-3中細粒晶洞花崗巖3.37.30.491.2929.14247.924.6841.342.740.210.471.9334.66(1)中細粒晶洞花崗巖1.836.91.60.7-15320.4870.483.40.2154.50.9810.7樣品號巖石名稱微量元素特征值ZnAgAuBaSrUThHfTaRb/SrBa/SrRb/NbNi/CoTh/UPM12-7似斑狀中粒晶洞花崗巖30.650.050.5193.7720.149.3931.254.831.9711.974.668.682.963.33PM18-8中粒晶洞花崗巖32.790.0280.5621.5916.8211.3329.954.261.7113.751.288.672.272.64PM18-3中細粒晶洞花崗巖33.580.0350.5315.709.718.9829.893.421.5725.531.6210.082.633.33(1)中細粒晶洞花崗巖43.2--170582.8819.4--2.63----樣品號巖石名稱稀土元素LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLuPM12-7似斑狀中粒晶洞花崗巖40.162.68.4330.967.550.648.521.529.202.016.360.986.560.98PM18-8中粒晶洞花崗巖23.6746.145.3218.974.490.294.310.744.080.822.510.392.750.40PM18-3中細粒晶洞花崗巖34.1876.387.7527.726.600.326.181.045.471.093.20.493.400.51(1)中細粒晶洞花崗巖50.0481.037.1218.933.020.282.360.392.020.470.780.271.860.36樣品號巖石名稱特征值YREELREEHREELR/HRδCeδEu(Eu/Sm)N(Sm/Nd)N(La/Sm)N(Ce/Yb)N(La/Yb)N(Gd/Yb)NPM12-7似斑狀中粒晶洞花崗巖73.8260.21150.2836.134.160.790.240.220.743.432.654.381.07PM18-8中粒晶洞花崗巖26.6141.4898.8816.006.180.970.200.170.723.404.666.171.30PM18-3中細粒晶洞花崗巖35.7210.03152.9521.387.151.110.150.130.733.346.247.211.50(1)中細粒晶洞花崗巖15.69184.62--6.63--------

注：樣品(1)來源于福建省區(qū)域地質(zhì)志，2016。

圖6 新村巖體微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖Fig.6 Trace element primitive mantle sandardized spider web map of Xincun rock mass

圖7 新村巖體稀土元素配分模式圖Fig.7 Race earth element partition diagram of Xincun rock mass

3 LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測定

新村巖體選取中粒晶洞花崗巖采樣(樣品PM18-4、PM18-3采集于同一位置)，開展LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測年，采集樣品新鮮干凈，無污染，未見有蝕變，滿足實驗要求。測年工作在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所完成。鋯石形態(tài)較復(fù)雜，總體呈半自形柱狀，以長柱狀為主，CL圖像總體偏暗，均顯示自形振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，指示巖漿鋯石特征(圖8)。

圖8 新村巖體中粒晶洞花崗巖鋯石陰極發(fā)光影像圖Fig.8 Zircon cathodoluminescence influence diagram of Xincun rock mass

采集的樣品經(jīng)LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測試，共獲得20個分析點的數(shù)據(jù)(表3)，樣品Th含量為313.56×10-6～3 007.85×10-6，U含量為115.00×10-6～2 740.84×10-6，Th/U比值為0.88～2.73，大于0.3，較穩(wěn)定，且Th、U之間多數(shù)具有正相關(guān)關(guān)系，顯示巖漿鋯石特征。其中第1，2,7,8,9這5個點由于放射成因U和Th的大量丟失，未能獲得有效數(shù)據(jù)，丟失的原因主要有兩方面：一是鋯石粒度普遍較小，表面積與體積之比大，U和Th丟失量相對多；二是鋯石U和Th含量高，晶體受放射性損傷嚴重，丟失量較多。第4,10這2個點分析結(jié)果偏離諧和線太遠而未參與加權(quán)平均年齡計算；第3,5,12這3個點分析結(jié)果諧和度太差也未參與加權(quán)平均年齡計算。因年齡值小于1 000 Ma，故采用鋯石206U/238Pb的同位素年齡。其余10個分析點具一致的206U/238Pb年齡(圖9)，新村巖體的鋯石年齡值為(97.50±0.69)Ma，該年齡可代表新村巖體的成巖年齡。

表3 新村巖體鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果

圖9 新村巖體鋯石U-Pb同位素年齡加權(quán)平均值圖(左)及U-Pb同位素年齡諧和圖(右)Fig.9 Zircon U-Pb isotopie age weighted average map (left) and U-Pb isotopie age harmonic map (right) of Xincun rock mass

4 形成時代

新村巖體晶洞花崗巖巖體侵入于早侏羅世梨山組上段、晚侏羅世南園組第二段及早白堊世輝石閃長巖、早白堊世石英閃長巖、早白堊世花崗閃長巖。根據(jù)巖體同位素年齡測定，長泰新村巖體侵入晚侏羅世南園組，Rb-Sr等時線年齡為97 Ma[6]。此次研究工作在該巖體內(nèi)獲得了(97.50±0.69)Ma的鋯石U-Pb同位素年齡，可以確定長泰新村巖體形成于晚白堊世早期。

5 巖漿成因及形成構(gòu)造環(huán)境討論

5.1 巖漿成因類型

新村巖體巖石含大量堿性長石，斜長石為更長石，黑云母含量極少，晶洞構(gòu)造較發(fā)育，具較典型的A型花崗巖特征；巖石化學(xué)特征顯示富硅、富堿、貧鋁、低鈣、低鎂、高鐵鎂比和含水率低的特點，與A型花崗巖特征相似；在Na2O-K2O成因類型圖解中均投影于A型花崗巖(圖10)；微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖與典型A型花崗巖微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖類似；稀土元素配分模式圖呈明顯負銪異常的略右傾海鷗型展布，與典型A型花崗巖的稀土配分模式圖相似。

新村巖體(Zr+Nb+Ce+Y)含量為182.43×10-6～264.17×10-6，明顯低于Whalen提出的(Zr+Nb+Ce+Y)值大于350×10-6作為A型花崗巖的限定參數(shù)，但李良林等[1]認為大多數(shù)是鋁質(zhì)A型花崗巖經(jīng)歷了強烈的分異作用導(dǎo)致該值小于350×10-6。同時巖石貧鋁， A/NKC比值大于1，稀土元素總量較低，為141.48×10-6～260.21×10-6。上述特征均顯示鋁質(zhì)A型花崗巖的特征，而不同于堿性A型花崗巖。

此外，在巖石中CIPW標準礦物計算中出現(xiàn)剛玉分子，含量為0.12～0.58，分異指數(shù)為95.21～96.43，為高分異花崗巖。

新村巖體微量元素、稀土元素數(shù)據(jù)顯示，Rb/Sr比值為11.97～25.53，Rb/Nb比值為8.67～10.08，明顯高于中國東部[7]Rb/Sr和Rb/Nb值(分別為0.31和6.8)和全球地殼的平均值[8](分別為0.32和 4.5)，反映巖漿源自成熟度較高的陸源物質(zhì)。另外Ni值為0.70×10-6～2.16×10-6，Cr為5.0×10-6～36.9×10-6，均遠低于原始地幔中Ni、Cr的平均值( Ni≈250×10-6～300×10-6，Cr≈500×10-6～600×10-6)，稍低于揚子下地殼Ni、Cr 的平均值，( Ni=49×10-6，Cr=82×10-6) 。從微量元素來看，巖漿物質(zhì)來源排除了直接由原始地?；詭r漿分離結(jié)晶形成的可能性，新村巖體為高分異鋁質(zhì)A型花崗巖，巖漿屬殼源為主。

5.2 形成構(gòu)造環(huán)境探討

根據(jù)Petro等[9]研究的花崗巖與構(gòu)造環(huán)境關(guān)系可知：新村巖體Al2O3含量為(12.20%～12.75%)<14%， K2O含量為(8.08%～8.70%)>4.0%，CaO含量為(0.43%～0.63%)<1.5%，ALK為(8.08%～8.70%)>8.0%，DI為(95.21～96.43)>84，應(yīng)屬張性環(huán)境形成的花崗巖。

Eby將A型花崗巖分為大陸裂谷或板內(nèi)環(huán)境的A1型、陸-陸碰撞或島弧巖漿作用有關(guān)的A2型2個亞類。A1型花崗巖與洋島玄武巖(OIB)具有一定的相似性，侵位于板內(nèi)裂谷(通常伴有大量鎂鐵質(zhì)巖石伴生)或者由推斷的地幔柱或熱點活動形成；A2型花崗巖與地殼平均值和島弧玄武巖具有一定的相似性，代表的環(huán)境范圍要廣得多，包括碰撞后花崗巖以及在漫長的高熱流、花崗質(zhì)巖漿作用階段末期所侵位的花崗巖。新村巖體Y/Nb比值為0.8～2.7(平均1.5>1.2)，同時在構(gòu)造環(huán)境判別圖Rb/Nb-Y/Nb圖解(圖11)中主要投影于A2造山后花崗巖區(qū)域。

圖10 新村巖體Na2O-K2O成因類型圖解Fig.10 Na2O-K2O genesis type diagram of Xincun rock mass

圖11 新村巖體Rb/Nb-Y/Nb圖解Fig.11 Rb/Nb-Y/Nb diagram of Xincun rock mass

洪大衛(wèi)等將A型花崗巖分為非造山型(AA) 和后造山型(PA)2亞類。AA型花崗巖是在大陸裂谷長期活動條件下，是地幔來源物質(zhì)分異演化的產(chǎn)物, 并可長期持續(xù)活動。而在板塊碰撞作用結(jié)束之后不久的后造山條件下，可能是因為俯沖下去的洋殼物質(zhì)變得愈來愈脫水, 因地幔帶來的熱能再通過絕熱熔融而形成巖漿, 沿碰撞板塊邊緣上侵到新聚合的地殼下面, 使后者發(fā)生熱而干的部分熔融, 最后才形成后造山型(PA)型花崗巖。非造山(AA型)是裂谷活動開始的征兆，后造山(PA型) 是造山作用結(jié)束的標志，其形成于碰撞期之后大陸裂開之前。

新村巖體R1為2 520～2 727，大部分為2 300～2 600，反映了該巖體相對高硅低堿和低鈦的特點；同時在R1-R2圖解上，新村巖體巖石投點主要落于⑥和⑦區(qū)過渡區(qū)域，且靠近⑦區(qū)(圖12)，即同碰撞期和造山期后過渡區(qū)域，且以造山期后為主，表明其形成于同碰撞-造山期后過渡的構(gòu)造環(huán)境，以造山期后拉張環(huán)境為主，故新村巖體應(yīng)屬后造山型(PA)亞類。在(Y+Nb)-Rb圖解上主要投影于WPG區(qū)域，且靠近與VAG接觸界線附近(圖13)，表明新村巖體形成的構(gòu)造環(huán)境為從火山弧向穩(wěn)定板內(nèi)環(huán)境的方向演化的階段，且以板內(nèi)的穩(wěn)定環(huán)境為主。而劉昌實等對該分類做了進一步的探討，一般認為可以相互對應(yīng)，即A1型與AA型、A2型與PA型兩兩對應(yīng)。

圖12 新村巖體R1-R2圖解Fig.12 R1-R2 diagram of Xincun rock mass 1—地幔分離；2—板塊碰撞前；3—碰撞后抬升；4—造山晚期；5—非造山；6—同碰撞期；7—造山期后

圖13 新村巖體(Y+Nb)-Rb圖解Fig.13 (Y+Nb)-Rb diagram of Xincun rock massWPG—板內(nèi)花崗巖；VAG—火山弧花崗巖；syn-COLG—同碰撞花崗巖

綜上所述，新村巖體屬A2型花崗巖，對應(yīng)于后造山型(PA)，形成于以造山期后為主的相對穩(wěn)定板內(nèi)拉張環(huán)境下。

6 結(jié)論

(1)新村巖體主量元素顯示富硅、富堿、貧鋁、低鈣、低鎂、高鐵鎂比和含水率低的特點，與典型A型花崗巖特征相似。

(2)新村巖體微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖顯示，Rb、Th、Nb、Ta、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、U、Pb富集，貧Ba、Sr、Cr、Co、Ni、V、Zr、Eu，而Ba、Sr強烈虧損。新村巖體稀土元素總量較低，屬輕稀土富集型巖石。

(3)新村巖體屬高分異鋁質(zhì)A2型花崗巖，對應(yīng)于后造山型(PA)，巖漿屬以殼源為主，形成于以造山期后為主的相對穩(wěn)定板內(nèi)拉張環(huán)境下。

(4)新村巖體的LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡為(97.50±0.69)Ma，形成于晚白堊世早期。

主要成果來源于“福建1∶5萬長泰縣、龍海市幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查”項目，是項目組集體智慧的結(jié)晶。