桂東南博白地區(qū)片麻狀花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡、地球化學(xué)特征及構(gòu)造環(huán)境研究

詹華思，丁偉品，何 波，孔凡全，顏 歷

(武警黃金第九支隊，海南 ?？?571127)

0 引言

博白地區(qū)位于廣西壯族自治區(qū)東南部，是我國著名的十萬大山—大容山巖漿島弧帶，該區(qū)域片麻狀花崗巖是華南加里東期花崗巖重要組成部分。研究表明，華南早古生代晚期花崗巖主要有片麻狀花崗巖與塊狀花崗巖，兩者具有相似的形成年齡[1-2]，前人采用K-Ar法、獨居石U-Th-Pb法、全巖Ru-Sr法和鋯石U-Pb法定年，獲得年齡值為470～382 Ma[3-8]。對于華南加里東期花崗巖類形成的構(gòu)造背景，學(xué)者們普遍認(rèn)為與造山運動有關(guān)，但屬于陸內(nèi)造山還是陸間造山(也即造山時是否存在洋盆的閉合)一直存在爭議[4-25]。一種觀點認(rèn)為，華南加里東期盆地為具有洋殼的洋盆[12-17]，另一種觀點認(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[18-25]。關(guān)于陸內(nèi)或板內(nèi)造山的形成機制，有陸內(nèi)俯沖(華夏向揚子俯沖)[23]、揚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[1]、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)[25]等不同觀點。前人在研究區(qū)外博白縣風(fēng)山圩南部定甬一帶填繪出寧潭巖體，巖性為眼球狀片麻狀花崗巖，認(rèn)為可能屬加里東期中深成侵入巖。后期研究表明：寧潭巖體屬早志留世侵入巖，出露于研究區(qū)外北東部的岑溪市四節(jié)頂及富萬大頂一帶，向北東延伸至三堡一帶，為一套片麻狀細(xì)?！辛?斑狀)堇青黑云二長花崗巖。筆者對研究區(qū)內(nèi)首次厘定的加里東期片麻狀花崗巖進(jìn)行詳細(xì)的野外調(diào)查，通過系統(tǒng)研究其年代學(xué)、巖石學(xué)、地球化學(xué)特征，探討片麻狀花崗巖的形成時代、成因及大地構(gòu)造環(huán)境，為研究該區(qū)熱構(gòu)造活動歷史及華南地區(qū)加里東構(gòu)造屬性提供新的素材，豐富對桂東南加里東期構(gòu)造—巖漿活動的進(jìn)一步認(rèn)識。

1 區(qū)域地質(zhì)概況及巖石學(xué)特征

研究區(qū)在大地構(gòu)造上位于揚子板塊與華夏板塊(西南段)的拼貼結(jié)合部位，處于欽杭結(jié)合帶南段，結(jié)合帶地質(zhì)結(jié)構(gòu)單元較為復(fù)雜，由一束超殼深斷裂帶組成，形成江南山地和東南山地之間的一個低凹弧形地帶，在贛東北—贛西一帶見古板塊碰撞形成的蛇綠混雜巖帶(圖1a)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，主要受NE—NNE向的頓谷斷裂控制，部分巖體被印支—燕山期形成NW向斷裂切割，頓谷斷裂是岑溪—博白斷裂帶的一部分，先后經(jīng)歷了海西—印支期擠壓逆沖、燕山早期伸展斷陷晚期擠壓逆沖等轉(zhuǎn)變，控制了研究區(qū)巖漿巖和博白盆地的展布。區(qū)域出露地層主要為志留系，少量為白堊系、泥盆系及第四系，巖性主要為泥質(zhì)巖、砂質(zhì)巖。區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育，主要為加里東期片麻狀花崗巖、海西期堇青黑云花崗閃長巖及印支期堇青黑云二長花崗巖。本次研究的片麻狀花崗巖是在前人劃分的花崗閃長巖中厘定出來，其母巖為寧潭巖體，現(xiàn)以殘留頂蓋或捕擄體產(chǎn)于六萬大山復(fù)式巖體，殘留頂蓋整體出露面積約0.15 km2，其他不規(guī)則狀殘留體大小不一。出露于研究區(qū)博白縣幅西部水鳴鎮(zhèn)南西約5.5 km三合鄉(xiāng)一帶。

研究區(qū)片麻狀花崗巖主要為片麻狀細(xì)粒少(含)斑堇青黑云正長花崗巖和片麻狀粗中粒巨斑狀堇青黑云二長花崗巖(圖1b)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖(a圖據(jù)文獻(xiàn)[11]修改)Fig.1 Geological sketch map of the study area[11]

片麻狀花崗巖：巖石新鮮面為青灰色，風(fēng)化面為土黃色，似斑狀結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造(圖2a)。巖石由斑晶(3%～15%)和基質(zhì)(85%～97%)組成，斑晶主要由鉀長石組成，大小為4 mm×6 mm～13 mm×27 mm，有的呈眼球狀(圖2b)，部分見拖尾構(gòu)造(圖2c)，常含斜長石、黑云母包裹體；基質(zhì)為花崗變晶結(jié)構(gòu)，礦物成分主要為鉀長石(35%～45%)、石英(25%～30%)、斜長石(20%～25%)、黑云母(7%～9%)，堇青石(1%～3%)；有的石英拔絲拉長或細(xì)?；?圖2d)，長寬比值為1.5～7.2；黑云母常以條紋條帶狀集合體形式出現(xiàn)，多被綠泥石交代。野外可見巖石片麻理發(fā)育，且片麻理被早三疊世粗中粒含斑黑云堇青二長花崗巖侵入截斷。

圖2 片麻狀花崗巖構(gòu)造(a，b)與鏡下照片(c，d)

(a)片麻狀構(gòu)造 (b)眼球狀構(gòu)造 (c)鉀長石斑晶拖尾構(gòu)造(-) (d)鏡下顯微構(gòu)造特征(+)

2 樣品分析方法

本次所采樣品均在片麻狀花崗巖體中采集，樣品處理過程中無污染，樣品D1211-RZ(片麻狀粗中粒巨斑狀堇青黑云二長花崗巖)和D9900-TWS1(片麻狀細(xì)粒少(含)斑堇青黑云正長花崗巖)，其鋯石U-Pb同位素定年是在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室(GPMR)利用LA-ICP-MS分析完成，ICP-MS為Agilent 7500a，激光束斑直徑32 μm，激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas 2005，測定時采用8 Hz的頻率。在鋯石U-Pb同位素測年過程中，采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500 做外標(biāo)進(jìn)行校正，每間隔 6 個點測試兩次外標(biāo)，每個樣品分析不少于12個點，采用軟件ICP MS DataCal8.9完成年齡諧和圖的制作和年齡加權(quán)平均計算。

本文選取了3件樣品進(jìn)行全巖主量、微量元素分析測試。碎樣和化學(xué)全分析均在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成。氧化物測試所采用的儀器為X熒光光譜儀3080E型，測試結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差通常小于2%～8%。測試結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于10%。所測試流程均符合相關(guān)規(guī)范要求。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb 年齡分析結(jié)果

片麻狀花崗巖中所采樣品編號分別為D1211-RZ和D9900-TWS1，鋯石為淺黃褐色，玻璃光澤，從鋯石陰極發(fā)光圖(圖3)中可以看出，鋯石晶體呈短—長柱狀，自形—渾圓形。部分鋯石含不規(guī)則狀、次圓狀內(nèi)核，內(nèi)核大部分無韻律環(huán)帶，少數(shù)仍保留了清晰的韻律環(huán)帶，可能為殘留鋯石。鋯石粒徑長為70～160 μm，寬為30～80 μm，長寬比為1∶1～3∶1。鋯石具有較好的晶型，結(jié)構(gòu)較簡單，少數(shù)礦物晶面具有蝕痕、麻點，且凹凸不平?？傮w上，鋯石晶型較好，結(jié)構(gòu)簡單，普遍可見清晰的震蕩生長環(huán)帶，韻律帶清晰，具有巖漿鋯石的特征。

片麻狀花崗巖樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分析結(jié)果顯示，樣品D1211-RZ1和D9900-TWS1的206Pb/238U加權(quán)年齡平均值分別為(425.5±2.8) Ma 和(420.4 ±3.5) Ma，具有一致的諧和年齡(圖4、圖5)，說明片麻狀花崗巖形成于晚志留世。

3.2 地球化學(xué)特征

3.2.1 主量元素地球化學(xué)特征

晚志留世片麻狀花崗巖總體來看(表1)，巖石w(SiO2)較高，為74.50%～76.19%，變化范圍不大，屬于酸性巖類；w(K2O)為3.95%～5.93%，平均值為4.92%，堿度率AR為2.56～3.99；K2O/Na2O比值為1.87～3.44，平均比值為2.66(均>1)，屬于鉀質(zhì)系列；巖石里特曼指數(shù)σ為1.16～1.81，平均值為1.49(<3.3)，為鈣堿性系列巖石；分異指數(shù)DI為85.38～93.8，巖漿分異程度較高，在SiO2-K2O圖解上巖石樣品點全部落在高鉀鈣堿性系列范圍內(nèi)(圖6a)。

圖3 樣品鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.3 CL image of zircon in the gneissic granite sample

圖4 片麻狀花崗巖(D1211-RZ)LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.4 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia age diagram for the gneissic granite sample (D1211-RZ)

圖5 片麻狀花崗巖(D9900-TWS1) LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.5 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia age diagram for the gneissic granite sample (D9900-TWS1)

晚志留世片麻狀花崗巖含堇青石等過鋁質(zhì)礦物，巖石w(Al2O3)為12.85%～13.60%，平均值為13.22%，比華南花崗閃長巖平均值[26](14.55%)明顯偏低，鋁飽和指數(shù)A/CNK為1.29～1.56，平均值為1.42，均>1.1；剛玉標(biāo)準(zhǔn)分子為3.18%～5.3%，平均值為4.24%，均>1%，在A/NK - A/KNC圖解中所有樣品均投在過鋁質(zhì)范圍內(nèi)(圖6b)，同時巖石還具有低鎂 [w(MgO)為0.18%～0.84%，平均值為0.51%]，貧鐵 [w(TFeO)為1.24%～2.54%，平均值為1.89%] 的特點，綜合以上特征判斷其為強過鋁質(zhì)花崗巖。

圖6 片麻狀花崗巖SiO2 - K2O圖解和A/NK - A/KNC圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[29-30])Fig.6 SiO2 - K2O diagram and A/NK - A/KN diagram for the gneissic granite [29-30]

3.2.2 稀土元素特征

晚世留世片麻狀花崗巖樣品稀土元素分析結(jié)果及相關(guān)參數(shù)見表2。由表2可知，∑REE=(116.75～146.26)×10-6，稀土總量偏低，明顯低于維氏花崗巖值(258×10-6)；LREE/HREE值為3.55～6.76，(La/Yb)N值為3.46～7.61，輕重稀土分餾程度為一般—中等。

在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖(圖7a)中，所有樣品分布曲線總體呈中等右傾式“V”型曲線，中等—強負(fù)Eu異常(δEu=0.15～0.42)；Ce基本無異常(δCe=0.85～0.89)。輕稀土含量為(91.08～124.66)×10-6，輕稀土較富集，La～Sm配分曲線呈較陡右傾式折線，(La/Sm)N=2.32～3.25，大于1，表明分餾程度較好。重稀土含量為(18.45～25.67)×10-6，(Gd/Yb)N=1.12～1.61，Gd-Yb曲線基本呈較平緩右傾折線，說明重稀土分餾程度明顯偏低。各稀土元素分布變化趨勢較一致，顯示出晚志留世侵入巖具有相同成因，屬同源巖漿演化序列。

圖7 片麻狀花崗巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布模式圖(a)與 微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b)(球粒隕石及原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值引自文獻(xiàn)[31])Fig.7 Chondrite-normalized REE distribution model diagram (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagram (b) for the gneissic granite [31]

3.2.3 微量元素特征

微量元素分析結(jié)果見表1，與酸性巖維氏值[32]相比，研究區(qū)晚志留世侵入巖的微量元素具有W、Sn、Pb、As、Sc、Cs、Hf、U含量高于維氏值，其中Hf、As最高含量為維氏值的5.6倍；其他元素含量低于或相當(dāng)于維氏值的特征。

表1 晚志留世片麻狀花崗巖主量、微量和稀土元素組成及其相關(guān)參數(shù)Table 1 Analysis data of major， trace elements and REE and the relative parameters of the gneissic granite of Late Silurian

在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蛛網(wǎng)圖上(圖7b)，樣品具有一致的分布型式，表現(xiàn)為明顯相對富集大離子親石元素(Rb、K、Th、U)，相對虧損高場強元素(Ta、Nb、Ti、P)和Ba、Sr，屬于典型低Ba-Sr殼源花崗巖。其中Rb、Ba、Sr的變化分別由鉀長石、斜長石和黑云母分離結(jié)晶造成，P虧損暗示存在強烈的磷灰石分離結(jié)晶。Ta、Nb、Ti具有較明顯的谷，表明巖漿源自地殼物質(zhì)或與俯沖帶有親緣性。

4 討論

4.1 形成時代

前人對片麻狀花崗巖的形成年代做了部分研究[1-8]，由于測試方法技術(shù)模式和精度的局限性，華南加里東期花崗巖形成年齡仍存在一些問題，尚未得出統(tǒng)一的認(rèn)識和結(jié)論。研究區(qū)片麻狀花崗巖為華南加里東期侵入巖的組成部分，根據(jù)野外片麻狀細(xì)粒少(含)斑堇青黑云二長花崗巖的片麻理被早三疊世粗中粒含斑黑云堇青二長花崗巖侵入截斷，且后者邊部發(fā)育一條寬2～4 cm的冷凝邊，可以確定片麻狀細(xì)粒少(含)斑堇青黑云正長花崗巖的形成時代在早三疊世之前。本次通過LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡測試，獲得的加權(quán)平均年齡值分別為(425.5±2.8) Ma和(420.4±3.5) Ma，為加里東期晚志留世侵入巖。

4.2 巖石成因類型

晚志留世片麻狀花崗巖具有富硅、鋁、鉀，貧鎂、鐵、鈦的特點，鋁飽和指數(shù)(A/CNK=1.16～1.60)均>1.1。剛玉標(biāo)準(zhǔn)分子為3.18%～5.30%，為典型的強過鋁質(zhì)巖石；稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分配曲線為右傾平滑型，輕重稀土分餾明顯，輕稀土富集，具中等—強銪負(fù)異常。富集大離子親石元素，虧損高場強元素，在K2O - Na2O花崗巖成因判別圖解上(圖8a)，樣品點均落在S型花崗巖區(qū)域內(nèi)，以上特征均指示晚志留世侵入巖為殼源花崗巖。在C/MF - A/MF圖解上(圖8b)，樣品落在了變質(zhì)泥巖部分熔融區(qū)域內(nèi)，表明巖石可能是變質(zhì)泥巖重融形成。

圖8 晚志留世片麻狀花崗巖巖石成因K2O - Na2O判別圖解和ACF判別圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[33-34])Fig.8 K2O - Na2O and ACF petrogenesis discrimination diagrams for the gneissic granite of Late Silurian [33-34]

4.3 成巖構(gòu)造環(huán)境

華南加里東期花崗巖，主要形成于 420～440 Ma，滯后于加里東運動所引起的變質(zhì)作用時期[25]，表明華南加里東晚期花崗巖不是同碰撞擠壓環(huán)境下形成的。有學(xué)者認(rèn)為[35-36]，過鋁質(zhì)花崗巖大部分形成于后碰撞環(huán)境，而KCG(富鉀及鉀長石斑狀鈣堿性花崗巖類)標(biāo)志著后碰撞環(huán)境的到來，研究區(qū)加里東期花崗巖具鉀長石巨斑晶，可能為后碰撞環(huán)境的產(chǎn)物。研究區(qū)加里東期花崗巖的形成時代距今425.5～420.4 Ma，成因類型為以殼源為主的富鉀鈣堿性系列花崗巖，巖石發(fā)育同侵位期韌性變形構(gòu)造還可能發(fā)育侵位固結(jié)后的韌變形改造構(gòu)造，在圖9的構(gòu)造環(huán)境判別圖上，投影點落于后碰撞區(qū)域，符合后碰撞花崗巖的特點。

覃小峰[8]對云開地塊北緣博白—岑溪造山帶內(nèi)震旦紀(jì)—寒武紀(jì)構(gòu)造—沉積特征進(jìn)行了研究，對廣東省信宜市貴子鎮(zhèn)一帶的云開地塊北緣和六萬山—大容山陸塊西北側(cè)的沉積環(huán)境研究表明，該區(qū)域新元古代末期強烈拉張的構(gòu)造格局繼續(xù)發(fā)展，裂谷盆地(或初始洋盆)在震旦紀(jì)—寒武紀(jì)進(jìn)一步擴(kuò)張，形成深海盆。在欽州造山帶一側(cè)，在岑溪市安平鎮(zhèn)白板—大爽一帶發(fā)育有早古生代的島弧型細(xì)碧—角斑巖系，島弧既是大洋存在的證據(jù)，又是板塊俯沖消減的地質(zhì)記錄。

彭松柏等[38-39]發(fā)現(xiàn)的桂東南岑溪糯垌一帶變基性巖系(早古生代蛇綠巖殘片)、大爽高鎂—鎂質(zhì)安山巖，為華南地區(qū)存在早古生代洋盆和存在加里東期洋殼俯沖作用提供了新的重要證據(jù)。姜楊等[40]在欽杭結(jié)合帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)榴閃巖超高壓變質(zhì)作用，說明華夏和楊子兩大陸塊真正的拼貼應(yīng)發(fā)生在加里東期，其原巖可能為形成于大洋俯沖環(huán)境的基性島弧巖漿巖，說明加里東運動的本質(zhì)為陸陸碰撞造山而非陸內(nèi)造山。陳相艷等[41]在龍游地區(qū)發(fā)現(xiàn)的石榴石角閃巖(退變榴輝巖)，為確定華夏是一個加里東期的碰撞造山帶提供了可靠的新證據(jù)。

圖9 晚志留世片麻狀花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[38])Fig.9 Tectonic environment discrimination diagram for the gneissic granite of Late Silurian [38]Syn-COLG—同碰撞花崗巖 VAG—火山弧花崗巖 WPG—板內(nèi)花崗巖 ORG—洋脊花崗巖 Post-COLG—后碰撞花崗巖

約在距今 445～440 Ma，在海南、廣西北流和粵東北地區(qū)的 N-MORB 或 E-MORB 型變玄武巖和IAB型中基性火山巖[42]，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)出了高鎂玄武巖和輝長巖類[43-44]。陳慧敏[45]對贛中南加里東期樂安、陡水、寧岡巖體的地球化學(xué)特征進(jìn)行系統(tǒng)研究，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。后碰撞階段由于軟流圈物質(zhì)上涌，地殼深部發(fā)生伸展，中淺部則發(fā)生復(fù)雜的構(gòu)造應(yīng)力作用，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。所以該時期花崗巖既有片麻狀構(gòu)造也有塊狀構(gòu)造。

總結(jié)前人對華南加里東期花崗巖的研究成果，結(jié)合本文片麻狀花崗巖鋯石定年數(shù)據(jù)及地球化學(xué)特征，筆者認(rèn)為早古生代華南地區(qū)由于洋盆關(guān)閉，發(fā)生陸—陸碰撞使巖石圈增厚，密度增大，增厚的巖石圈導(dǎo)致下地殼發(fā)生榴輝巖相變質(zhì)作用，也易引發(fā)拆沉作用，軟流圈物質(zhì)上涌帶來的熱量導(dǎo)致巖石圈中、下地殼砂泥質(zhì)巖發(fā)生部分熔融而形成大規(guī)模華南加里東期花崗巖。即華南加里東期花崗巖的形成可能與陸間造山(也即造山時存在洋盆的閉合)有關(guān)。

5 結(jié)論

1)本次采用LA-ICP-MS鋯石U-Pb法測定片麻狀花崗巖的年齡，獲得片麻狀花崗巖鋯石U-Pb 年齡為425.5～420.4 Ma，屬于晚志留世。

2)巖石含有特征礦物堇青石，富集輕稀土和大離子親石元素(LREE和Rb、K、Th、U)，虧損重稀土和高場強元素(HREE和Ta、Nb、Ti、P)和Ba、Sr，屬于典型低Ba—Sr殼源花崗巖，A/CNK均大于1.1，標(biāo)準(zhǔn)礦物分子剛玉均大于1%，為強過鋁質(zhì)花崗巖。晚志留世侵入巖的源區(qū)物質(zhì)是以殼源物質(zhì)為主，由變質(zhì)泥巖重融形成。

3)華南加里東期片麻狀花崗巖在構(gòu)造環(huán)境判別圖上符合后碰撞花崗巖的特點，其形成可能與陸間造山(也即造山時存在洋盆的閉合)有關(guān)。距今425.5～420.4 Ma，筆者認(rèn)為云開地區(qū)地殼淺部不僅發(fā)生拉張伸展，而且由于慣性匯聚而發(fā)生擠壓逆沖和大規(guī)模走滑，致使部分巖石發(fā)育同侵位期韌性變形構(gòu)造或者發(fā)育侵位固結(jié)后的韌性變形改造構(gòu)造。