福建德化地區(qū)晚侏羅世瓊溪巖體與大銘巖體鋯石U-Pb年齡及地質(zhì)意義

林向東

(福建省地質(zhì)調(diào)查研究院,福州，350013)

2017年以來，福建省地質(zhì)調(diào)查研究院在研究區(qū)相繼開展“武夷德化—尤溪—永泰礦集區(qū)礦田構(gòu)造研究”、“福建德化—尤溪—永泰金礦集區(qū)北東向隆起帶及其周緣金礦成礦規(guī)律研究”等系列科研項(xiàng)目。根據(jù)這些項(xiàng)目研究成果重點(diǎn)對(duì)福建德化地區(qū)的瓊溪正長花崗巖、大銘二長花崗巖開展巖石學(xué)、地球化學(xué)、鋯石U-Pb 年代學(xué)研究，以期揭露2種花崗巖巖體的年齡、巖漿作用性質(zhì)、巖石成因和區(qū)域構(gòu)造演化歷史，為華南中生代花崗巖構(gòu)造-巖漿動(dòng)力學(xué)演化提供新資料。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)大地構(gòu)造位置位于浙閩火山斷坳帶中段的西北側(cè)、永梅斷坳帶的東北端(圖1-a)，加里東期運(yùn)動(dòng)以來，區(qū)域構(gòu)造-巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈且頻繁，表現(xiàn)出明顯的多旋回性、多成因、區(qū)域成帶性等特點(diǎn)；特別是廣泛出露的中生代花崗巖更是構(gòu)成了花崗巖的主體。形成的侵入巖大部分呈巖基、巖株產(chǎn)出，少數(shù)呈巖瘤、巖(墻)脈產(chǎn)出。巖性主要有花崗閃長巖、二長花崗巖、正長花崗巖，總體呈北東-北北東向帶狀展布。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological map of the study area

2 地質(zhì)概況及巖相學(xué)特征

研究區(qū)內(nèi)二長花崗巖主要分布于陳厝平及大銘一帶，出露面積約52.6 km2，其中以大銘深成巖體面積最大。該巖體主要出露于下富車—米桶墓和曾坂—下涌2條北東向斷裂之間，由于被后期巖體侵入和斷層的破壞，形態(tài)不規(guī)則，該巖體北部及東部侵入新元古代大嶺(巖)組、中二疊世翠屏山組、早三疊世溪口組及志留紀(jì)巖體中，在西南側(cè)與晚侏羅世南園組呈斷層接觸。巖石侵位變形普遍較弱，僅在侵入體邊緣局部見及鉀長石似斑晶和條絲狀黑云母略呈定向排列。地貌上多呈中低山緩坡，巖石風(fēng)化深，露頭差，常見球狀體，風(fēng)化后呈粉紅色特征。

研究區(qū)內(nèi)正長花崗巖主要分布于下洋仔—七町湖一帶，出露面積約70.47 km2，以瓊溪巖體面積最大，受下富車—米桶墓北東向斷裂控制，呈北東向長條狀展布。巖體北部、東部侵入新元古代變質(zhì)巖、中侏羅世漳平組砂巖和晚侏羅世二長花崗巖中，西部與圍巖呈斷層接觸(圖1-b)。巖石侵位變形普遍較弱，僅在局部邊緣見鉀長石似斑晶略呈定向排列。巖體與圍巖接觸界線呈港彎狀或呈樹枝狀，接觸帶兩側(cè)巖石較破碎，往往見有大小不一的圍巖捕虜體或見殘留頂蓋。

研究區(qū)內(nèi)正長花崗巖及二長花崗巖均為似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，似斑晶均為鉀長石。二長花崗巖鉀長石似斑晶大小6 mm×12 mm，含量為5%～10%。正長花崗巖鉀長石似斑晶粒徑一般為1.5～2.5 cm，含量為15%～25%?；|(zhì)具中-中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，粒徑以0.5～3 mm為主，由鉀長石、斜長石、石英和黑云母等礦物組成。副礦物有磁鐵礦、鋯石等，少量黑云母見有綠泥石化、暗化邊等現(xiàn)象。

3 年代學(xué)研究

3.1 測試方法

此次研究對(duì)新鮮無蝕變的大銘二長花崗巖(D06)與瓊溪正長花崗巖(D07)開展LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年。鋯石原位U-Pb同位素年齡分析在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司的LA-ICP-MS儀器上用標(biāo)準(zhǔn)測定程序進(jìn)行，測試儀器為Agilent 7900型離子型質(zhì)譜儀和GeoLasHD型激光剝蝕系統(tǒng)。數(shù)據(jù)處理利用ICPMS DataCal完成，年齡采用3.71版本的Isoplot程序計(jì)算。

3.2 LA-ICP-MS鋯石U-Pb測試結(jié)果

研究區(qū)內(nèi)瓊溪巖體及大銘巖體中鋯石U-Pb同位素測試結(jié)果(表1)。

表1 二長花崗巖、正長花崗巖(D07)鋯石U-Pb同位素測定結(jié)果

續(xù)表1

二長花崗巖及正長花崗巖二者陰極發(fā)光(CL)圖像顯示鋯石自形程度均較好，以中長柱狀與渾圓狀為主，內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰，多數(shù)鋯石均發(fā)育明顯且較窄的巖漿結(jié)晶韻律環(huán)帶，核幔結(jié)構(gòu)發(fā)育，表現(xiàn)典型的巖漿鋯石特征。部分鋯石因具有較高的Th、U含量，使陰極發(fā)光圖像偏深(圖2-a、b)。

一般認(rèn)為，巖漿成因鋯石 Th/U比值>0.4，變質(zhì)成因鋯石 Th/U比值<0.1[1,2]；測試結(jié)果顯示二長花崗巖21顆鋯石的Th/U比值為0.54～4.18，平均為0.93，正長花崗巖19顆鋯石的Th/U比值為0.59～1.50，平均為1.02，所有鋯石點(diǎn)Th/U比值>0.4，亦顯示鋯石為巖漿成因。定年結(jié)果表明，在剔除不諧和年齡及繼承鋯石年齡后，取得二長花崗巖(D06)21個(gè)分析點(diǎn)206Pb /238U比值加權(quán)平均年齡為(160.0 ± 2.7)Ma(n=21，MSWD=16)(圖3-a)。正長花崗巖(D07)的19個(gè)分析點(diǎn)的206Pb /238U比值加權(quán)平均年齡為(155.2±2.5)Ma(n=19，MSWD=4.1)(圖3-b)。初步研究表明，瓊溪正長花崗巖與大銘二長花崗巖侵位年齡均為晚侏羅世，屬于燕山早期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

圖2 二長花崗巖(a)及正長花崗巖(b)陰極發(fā)光圖像及單個(gè)鋯石年齡(Ma)Fig.2 Zircon CL images with single zircon U-Pb isochron ages for Feldspar granite (a)and Ortho ganite

圖3 二長花崗巖(a)及正長花崗巖(b)鋯石U-Pb諧和圖及206Pb/238U加權(quán)平均年齡圖Fig.3 U-Pb Concordia diagrams and 206Pb /238U age plots of Feldspar granite (a)and Ortho granite(b)

4 巖石地球化學(xué)特征

此次研究對(duì)瓊溪正長花崗巖及大銘二長花崗巖典型樣品開展了巖石化學(xué)分析，主量元素分析結(jié)果顯示2種巖石均普遍具高硅、較富堿、貧Ti、Mg等特點(diǎn)。巖石SiO2含量為69.81%～76.79%，富堿ALK為7.19%～8.19%，里特曼指數(shù)為1.58～1.99，巖石堿度率較高，為2.67～4.07，平均為3.48。巖石分異指數(shù)為81.63～95.26，平均為90.46，說明該期巖漿在結(jié)晶過程中經(jīng)歷了較高強(qiáng)度的巖漿分異演化作用(表2，圖4)。

表2 研究區(qū)正長花崗巖及二長花崗巖主量(%)、微量元素成分(×10-6)分析結(jié)果

續(xù)表2

在巖石SiO2-K2O圖中，所有點(diǎn)均落于高鉀鈣堿性區(qū)域(圖4-a)。二長花崗巖鋁飽和指數(shù)A/CNK比值分別為1.01及1.11，正長花崗巖A/CNK值為1.14及1.26；在A/CNK-A/NK含鋁指數(shù)圖(圖4-b)上，各點(diǎn)集中于過鋁質(zhì)-強(qiáng)過鋁質(zhì)區(qū)域。

圖4 二長花崗巖及正長花崗巖體主量元素成分圖Fig.4 Principal element composition diagram of feldspar granite and ortho granitea—硅-鉀圖；b—A/CNK-A/NK圖

2種巖石在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖和原始地幔微量蛛網(wǎng)圖上表現(xiàn)相似(圖5-a、b)，微量元素方面均表現(xiàn)為Sr、Ba、P、Ti虧損，以及Th、U、Rb等大離子親石元素富集。有較低的Sr，較高的Rb和Rb/Sr比值。從稀土元素配分模式圖可以看出，巖石稀土總量中等且變化較大，∑REE為126.69×10-6～279.49×10-6，平均為170.85×10-6，輕、重稀土之間呈現(xiàn)有一定的分餾特征，LREE/HREE比值為1.78～6.35，(La/Yb)N比值為1.07～5.93，(La/Sm)N比值為1.11～4.10，稀土配分曲線總體表現(xiàn)為右傾的輕稀土富集，重稀土平坦的“海鷗型”。樣品具明顯的Eu負(fù)異常(δEu為0. 04～0.52)。

圖5 二長花崗巖與正長花崗巖稀土元素配分圖(a)及微量元素蛛網(wǎng)圖(b)Fig.5 Rare earth element partition(a)and trace element spider web map(b)of Feldspar granite and Ortho granite

5 討論

5.1 花崗巖的成巖時(shí)代

針對(duì)大銘巖體及瓊溪巖體的形成時(shí)代， 前人做過少量的區(qū)域調(diào)查研究，1∶5萬上涌幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究，根據(jù)巖體與圍巖的侵入先后關(guān)系，認(rèn)為二者均形成于晚侏羅世，且瓊溪巖體侵入于大銘巖體中。然而，對(duì)巖體的侵位時(shí)代一直缺少精確同位素?cái)?shù)據(jù)界定，此次研究顯示大銘二長花崗巖與瓊溪正長花崗巖鋯石U-Pb年齡分別為(160.0±2.7)Ma及(155.2±2.5)Ma，根據(jù)巖體中巖漿鋯石形態(tài)特征及測試年齡值，認(rèn)為二者侵位年齡同屬于晚侏羅世。

5.2 巖石成因類型

以上研究顯示瓊溪正長花崗巖與大銘二長花崗巖地球化學(xué)特征幾乎一致，年代學(xué)結(jié)果也近相同，推測二者為同源同時(shí)代巖漿演化的不同產(chǎn)物。巖石A/CNK 大于1.0屬過鋁質(zhì)花崗巖。所有樣品均出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)剛玉分子，質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.32%～2.84%。進(jìn)一步證實(shí)二者為地殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物。C/MF-A/MF成因判別圖中，巖石顯示為變泥質(zhì)巖及變質(zhì)砂巖部分熔融產(chǎn)物的特征(圖6-a)。

稀土元素和微量元素?cái)?shù)據(jù)表明，微量元素以富集Rb、U、Th 等大離子親石元素而明顯虧損Sr、Ba 和P 等元素，僅在于富集與虧損的程度上略有差異，總體呈輕-重稀土分異的右傾型，所有樣品均具有強(qiáng)烈的Eu 的負(fù)異常，與典型強(qiáng)烈的華南殼源型花崗的地球化學(xué)特征相近[3]?；◢弾r屬于低Ba-Sr 花崗巖類，4件樣品Rb/Sr比值為1.56～25.6(平均10.23)，Rb/Nd 比值為11.8～18.9(平均14.5)，分別明顯高于中國東部上地殼 Rb/Sr比值的0.31和Rb/Nd比值的6.8[4]。表明二長花崗巖與正長花崗巖源自成熟度較高的地殼物質(zhì)熔融。在花崗巖SiO2-Zr圖解上，巖石類型顯示為“S”型花崗巖(圖6-b)。

圖6 二長花崗巖及正長花崗巖類型判別圖解Fig.6 Granite types of discrimination diagrams of Feldspar granite and Ortho granitea—C/MF-A/MF圖；b—SiO2-Zr圖

5.3 構(gòu)造環(huán)境探討

瓊溪正長花崗巖及大銘二長花崗巖地球化學(xué)特征上均屬于高鉀鈣堿性系列巖石，Roberts 認(rèn)為，高鉀鈣堿性系列巖石的巖漿源區(qū)通常與先期的俯沖作用有關(guān)，并形成于同碰撞巖石圈加厚之后的伸展垮塌向非造山板內(nèi)的過渡階段[5]；Barbarin認(rèn)為高鉀鈣堿性系列花崗巖既可以產(chǎn)自擠壓體制轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘報(bào)w制的過程中，亦可以產(chǎn)在將碰撞事件的主峰期分開的張馳階段[6]。

研究顯示，在SiO2-FeO*/( FeO*+MgO)花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解中，樣品的投點(diǎn)均落于后造山花崗巖區(qū)域(圖7-a)，經(jīng)典微量元素Rb-(Yb+Ta)構(gòu)造環(huán)境判別圖中，樣品均投于同碰撞花崗巖及與板內(nèi)花崗巖相交的后碰撞花崗巖區(qū)域(圖7-b)，表明巖石整體形成于后碰撞構(gòu)造環(huán)境。

圖7 二長花崗巖及正長花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig.7 Discrimination diagrams of tectonic setting for Feldspar granite and Ortho granite Syn-COLG—同碰撞花崗巖；WPG—板內(nèi)花崗巖；VAG—火山弧花崗巖；ORG—洋脊花崗巖；post-COLG—后碰撞花崗巖；IAG—島弧花崗巖類；CAG—大陸弧花崗巖類；CCG—大陸碰撞花崗巖類；POG—后造山花崗巖類；RRG—與裂谷有關(guān)的花崗巖類；CEUG—與大陸的造陸抬升有關(guān)的花崗巖類

目前普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為，中國華南地區(qū)燕山期巖漿活動(dòng)大致可分為燕山早期(180～140 Ma)和燕山晚期(140～97 Ma)2個(gè)主要階段[7]，且大多數(shù)學(xué)者支持華南地區(qū)晚侏羅世花崗巖的形成應(yīng)與古太平洋板塊向華南陸塊的俯沖作用有密切聯(lián)系[8-10]。然而，關(guān)于俯沖作用的開始時(shí)間與地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制等問題仍未形成較為廣泛的認(rèn)識(shí)[7,11]。有學(xué)者認(rèn)為古太平洋板塊對(duì)華南陸塊的影響從中侏羅世便已經(jīng)開始[12，13]，并且經(jīng)歷了板內(nèi)巖漿作用與陸緣弧巖漿作用2個(gè)階段[14]。華南地區(qū)燕山早期尤其是(163～145 Ma)以發(fā)育大面積殼源型花崗巖為特征，這些花崗巖為加厚地殼伸展下發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物[15-17]。

結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，筆者認(rèn)為中侏羅世開始，古太平洋板塊持續(xù)向華南陸塊發(fā)生北西向的俯沖作用，而包括研究區(qū)在內(nèi)的整個(gè)東南沿海地區(qū)在170～150 Ma可能正處于由擠壓向伸展轉(zhuǎn)變的構(gòu)造機(jī)制中，該構(gòu)造環(huán)境使上地殼內(nèi)聚集了大量的熱量，并進(jìn)一步促使中-新元古代富硅的變質(zhì)沉積巖發(fā)生部分熔融形成花崗質(zhì)巖漿?；◢徺|(zhì)巖漿沿著構(gòu)造薄弱帶上升過程不斷發(fā)生分離結(jié)晶作用，并最終形成高分異殼源型正長花崗巖及二長花崗巖。

6 結(jié)論

(1)德化地區(qū)瓊溪正長花崗巖及大銘二長花崗巖鋯石U-Pb年齡分別為(155.2±2.5)Ma及(160.0±2.7)Ma；顯示二者均為晚侏羅世巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

(2)巖石地球化學(xué)特征顯示瓊溪正長花崗巖及大銘二長花崗巖為強(qiáng)過鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性的“S”型花崗巖，并經(jīng)歷了較高強(qiáng)度的分離結(jié)晶作用。

(3)2種花崗巖均為后碰撞構(gòu)造環(huán)境下的巖漿產(chǎn)物，研究區(qū)可能正處于由擠壓向伸展轉(zhuǎn)變的構(gòu)造環(huán)境中，該構(gòu)造轉(zhuǎn)變機(jī)制使上地殼內(nèi)聚集了大量的熱量，并促使中-新元古代富硅的變質(zhì)沉積巖發(fā)生部分熔融，形成花崗質(zhì)巖漿，并最終形成瓊溪正長花崗巖及大銘二長花崗巖。