福州復(fù)式巖體的成因：鋯石U-Pb年代學(xué)、地球化學(xué)及Hf同位素約束

朱雪麗 楊金豹 侯青葉 趙志丹

1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 1000832. 陜西省礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，西安 7100683. 廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，桂林 5410061.

近年來(lái)，幔源巖漿在花崗巖成因過(guò)程中的重要性和普遍性已經(jīng)得到越來(lái)越多的證實(shí)。徐夕生等(1999)認(rèn)為研究花崗巖的成因，首先要認(rèn)識(shí)到物質(zhì)來(lái)源和驅(qū)動(dòng)熱源兩個(gè)基本問(wèn)題的重要性，認(rèn)識(shí)到殼幔作用的重要形式可能是玄武巖漿的底侵作用，它關(guān)系到地幔對(duì)地殼在成分和熱源兩方面的貢獻(xiàn)。王德滋和周金城(1999)曾提出東南沿海的I型花崗巖的Sr、Nd值也表明在其形成過(guò)程中有不同程度的地幔物質(zhì)的卷入，A型花崗巖產(chǎn)于拉張構(gòu)造環(huán)境，且普遍受到不同程度的上地幔物質(zhì)成分的影響，而且玄武巖漿的底侵作用為A型花崗巖的形成提供了所需的熱源(800～900℃)。范蔚茗等(2003)提出巖石圈伸展-減薄和軟流圈物質(zhì)上涌是華南中生代巖漿作用形成的主要機(jī)制。具體到燕山期花崗巖，有資料顯示，華南燕山期的巖漿活動(dòng)與太平洋板塊俯沖之間存在內(nèi)在的成因聯(lián)系。從前人花崗巖出露面積統(tǒng)計(jì)表中可以得出，從燕山早期到晚期，強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)花崗巖的比例在不斷減小，而準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖的比例在不斷增加，說(shuō)明了太平洋板塊俯沖引起的地幔物質(zhì)熔融對(duì)花崗質(zhì)巖漿形成的影響在增強(qiáng)(孫濤, 2006)。因此，地幔物質(zhì)在花崗巖形成過(guò)程中的作用是一直以來(lái)被學(xué)術(shù)界熱烈討論的科學(xué)問(wèn)題。

閩浙沿海地區(qū)廣泛發(fā)育晚中生代花崗質(zhì)巖漿作用，形成了長(zhǎng)約800km，寬約60～80km，沿NE-NNE方向延伸的花崗巖帶。已有資料表明，該帶花崗巖普遍具偏高的εNd(t)值和偏低的Nd模式年齡(Chen and Jahn, 1998; Chenetal., 2004; Qiuetal., 2004; Zhouetal., 2006)，指示幔源組分對(duì)該帶花崗巖的形成具有很主要的作用，但由于以往的研究多是基于全巖地球化學(xué)資料而開(kāi)展，所獲得的的Nd同位素組成是一種平均結(jié)果，因而對(duì)幔源物質(zhì)參與花崗巖成巖的演化方式缺乏有效限定(邱檢生等, 2012)。相比之下，鋯石Hf同位素就成為了更好的示蹤劑(Lesher, 1990; Kempetal., 2007; Yangetal., 2007; 閆晶晶等, 2017)，鋯石Hf同位素分析技術(shù)可以同時(shí)獲得不同來(lái)源和不同結(jié)晶階段鋯石的Hf同位素組成，對(duì)于識(shí)別多組分來(lái)源花崗巖的成因非常有效，因而廣泛應(yīng)用于花崗巖成因研究中(Belousovaetal., 2006; Sunetal., 2010; Phillipsetal., 2011; Xieetal., 2011)。鋯石Hf同位素分析技術(shù)的應(yīng)用為殼幔演化和花崗巖成因研究提供了新思路和新途徑。受控于南澳-長(zhǎng)樂(lè)深斷裂的福州復(fù)式巖體，在巖石類型上，其鈣堿性和堿性巖石都有出露，構(gòu)成了I-A型巖石系列(王德滋, 1985)，因巖石系列較為少見(jiàn)，故受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。近年來(lái)對(duì)福州復(fù)式巖體的A型花崗巖研究取得了很大的進(jìn)展，但在福州復(fù)式巖體I-A型復(fù)合花崗巖的研究并不多，存在很大的爭(zhēng)議。目前，對(duì)福州復(fù)式巖體的I-A型復(fù)合花崗巖的成因存在兩種截然不同的觀點(diǎn)，一種是認(rèn)為其具有相同的源區(qū)，A型花崗巖是I型花崗巖經(jīng)長(zhǎng)期分異演化的產(chǎn)物(周珣若, 1994; 周珣若等, 1997; 邱檢生, 2000)；一種是它們屬于不同的成巖事件，即不同的物質(zhì)來(lái)源和成巖機(jī)制。但目前為止研究的內(nèi)容多集中在巖石、礦物和同位素地球化學(xué)等方面(黃萱等, 1986; 洪大衛(wèi)等, 1995; 林瑤瑕, 1987; 凌洪飛等, 1999; 張貴山, 2007; 汪洋等, 2013; Chenetal., 2019)，而系統(tǒng)的年代學(xué)研究工作較少，真正涉及福州復(fù)式巖體的鋯石U-Pb定年結(jié)果則更少，并且缺乏鋯石Lu-Hf同位素分析。因此，本文選擇福州復(fù)式巖體為研究對(duì)象，在系統(tǒng)的全巖地球化學(xué)研究基礎(chǔ)上，結(jié)合鋯石U-Pb定年及Lu-Hf同位素分析，進(jìn)一步探討幔源組分在花崗巖成巖過(guò)程中的作用，討論其成因，并為理解華南巖石圈的演化提供新的證據(jù)。

1 地質(zhì)背景與巖石特征

福州復(fù)式巖體位于福建東部沿海，分布于福州-連江一帶，面積約為120km2，構(gòu)造位置處于政和-大埔深斷裂以東的浙閩粵沿海中生代斷陷活動(dòng)帶(圖1)，該區(qū)是中生代活動(dòng)大陸邊緣火山弧的一部分(吳郭泉, 1991)，它由侵入早白堊世南園酸性火山巖的幾個(gè)巖體組成(Martinetal., 1991)。研究區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)非常頻繁，地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，成礦條件優(yōu)越，礦產(chǎn)資源比較豐富，區(qū)內(nèi)花崗巖以及地質(zhì)構(gòu)造特征等地質(zhì)問(wèn)題受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的共同關(guān)注。具體巖石類型、各巖體位置圖及詳細(xì)的采樣位置見(jiàn)表1和圖1。按巖性特征，該復(fù)式巖體花崗巖可分為兩大類：鈣堿性系列和堿性系列。

鈣堿性系列主要分布于福州巖體與丹陽(yáng)巖體。福州巖體共采集2件樣品，分別為二長(zhǎng)花崗巖(FZ01)和黑云母鉀長(zhǎng)花崗巖(FZ02)。二長(zhǎng)花崗巖(FZ01)，灰白色，中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。野外可見(jiàn)鉀長(zhǎng)花崗巖巖脈。在顯微鏡下，主要礦物成分為石英(30%)、斜長(zhǎng)石(30%)與鉀長(zhǎng)石(30%)；暗色礦物主要為黑云母含量約8%；副礦物為鋯石、磁鐵礦等含量約2%。其中，斜長(zhǎng)石呈板狀可見(jiàn)聚片雙晶，發(fā)生絹云母化；石英發(fā)生裂紋，可見(jiàn)波狀消光； 鉀長(zhǎng)石顆粒較大，發(fā)育清晰的條紋結(jié)構(gòu)。黑云母鉀長(zhǎng)花崗巖(FZ02)，淺灰色，粒度較二長(zhǎng)花崗巖粗，塊狀構(gòu)造。鏡下觀察為中粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)，主要礦物成分為石英(30%)、鉀長(zhǎng)石(40%)、斜長(zhǎng)石(10%)、黑云母(10%～15%)，副礦物為磁鐵礦和鋯石(5%)(圖2a)。丹陽(yáng)巖體共采集3件樣品，主要是黑云母二長(zhǎng)花崗巖，淺肉紅色，塊狀構(gòu)造。主要礦物為石英(35%)、鉀長(zhǎng)石(30%)、斜長(zhǎng)石(20%)、黑云母(10%)和少量角閃石等其他礦物(5%)，其中黑云母多已綠泥石化(圖2h)。

表1 研究區(qū)巖石采樣位置及巖石類型匯總表

圖1 福州復(fù)式巖體地質(zhì)簡(jiǎn)圖及采樣位置圖(據(jù)Zhou et al., 2006; 林清茶等, 2011簡(jiǎn)化)①紹興-江山-萍鄉(xiāng)斷裂；②長(zhǎng)樂(lè)-南澳斷裂；③政和-大浦?jǐn)嗔眩虎軓V昌-尋烏斷裂Fig.1 Geological sketch map of Fuzhou composite pluton and sampling location (modified after Zhou et al., 2006; Lin et al., 2011)①Shaoxing-Jiangshan-Pingxiang fault; ②Changle-Nanao fault; ③Zhenghe-Dapu fault; ④Guangchang-Xunwu fault

圖2 福州復(fù)式巖體花崗巖顯微照片Ae-霓石；As-星葉石；Bi-黑云母；Chl-綠泥石；Ga-石榴子石；Kf-鉀長(zhǎng)石；Ms-白云母；Rbk-鈉閃石；Pl-斜長(zhǎng)石；Q-石英Fig.2 Microphotographs of Fuzhou composite granite plutonAe-aegirite; As-astrophyllite; Bi-biotite; Chl-chlorite; Ga-garnet; Kf-K-feldspar; Ms-muscovite; Rbk-riebeckite; Pl-plagioclase; Q-quartz

堿性系列主要分布于魁岐巖體，共采集13件樣品?；◢弾r主體為堿性花崗巖，塊狀構(gòu)造。主要礦物為石英和條紋長(zhǎng)石，含量約占90%，其他礦物主要為霓石、鈉閃石，含量約占10%(圖2b, c, e)，巖石中可見(jiàn)條紋長(zhǎng)石巨晶(圖2e)。此外還有斑狀堿性花崗巖和堿性花崗斑巖，其鏡下特征分別為基質(zhì)可見(jiàn)白云母、星葉石(圖2f)，斑晶可見(jiàn)黑云母(綠泥石化)和少量石榴子石(圖2g)。

2 分析方法

鋯石單礦物的挑選是在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成的。鋯石的制靶和陰極發(fā)光圖(CL)照射都是在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所完成的，CL圖像在電子探針實(shí)驗(yàn)室用LEO 1450VP型號(hào)掃描電子顯微鏡照取，分析電壓為1.5kV，分辨率3.5nm/30kV。鋯石U-Pb同位素定年是在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用LA-ICP-MS分析完成的，激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas2005，電感耦合等離子質(zhì)譜(ICP-MS)為Agilent7700X。在等離子體中心氣流(Ar+He)中加入少量氮?dú)庖蕴岣邇x器靈敏度、降低檢出限和改善分析精密度。激光斑束直徑為32μm。具體的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法見(jiàn)Liuetal. (2008, 2010)。鋯石U-Pb定年過(guò)程中采用91500作為內(nèi)標(biāo)校正同位素分餾，每隔6個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)分別用2個(gè)91500標(biāo)樣校正。

主量元素和微量元素的測(cè)試分析工作是在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成的。主量元素采用XRF-1800波長(zhǎng)掃描型X射線熒光光譜儀進(jìn)行樣品測(cè)定，測(cè)試精度優(yōu)于4%。微量元素使用Agilent 7700X ICP-MS分析完成，測(cè)試精度優(yōu)于5%～10%。測(cè)試過(guò)程中采用內(nèi)標(biāo)和外標(biāo)綜合控制測(cè)試質(zhì)量的方法，同時(shí)測(cè)定空白樣(Blank)、USGS國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)AGV-2、BHVO-2、BCR-2和GSR-1以及實(shí)驗(yàn)室內(nèi)標(biāo)In，具體的樣品處理過(guò)程見(jiàn)Liuetal. (2008)。

鋯石Hf同位素的測(cè)定是在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成的，所有測(cè)點(diǎn)都是在已經(jīng)完成鋯石U-Pb年齡測(cè)試點(diǎn)原位或者是與年齡分析點(diǎn)相同的環(huán)帶上通過(guò)激光等離子質(zhì)譜進(jìn)行的，激光束直徑為44μm，剝蝕頻率為8Hz，每8個(gè)測(cè)點(diǎn)添加1個(gè)91500標(biāo)樣進(jìn)行控制，詳細(xì)的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法見(jiàn)Huetal. (2012)。εHf計(jì)算采用176Lu衰變常數(shù)為1.865×10-11y-1(Schereretal., 2001)，球粒隕石現(xiàn)今值176Hf/177Hf=0.282772和176Lu/177Hf=0.0332(Blichert-Toft and Albarède, 1997)。虧損地幔Hf模式年齡(tDM)以現(xiàn)今虧損地幔值176Hf/177Hf=0.28325、176Lu/177Hf=0.0384計(jì)算，二階段Hf模式年齡(tDM2)計(jì)算采用上地殼平均值176Lu/177Hf=0.015(Vervoort and Blichert-Toft, 1999)。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb定年

共對(duì)福州復(fù)式巖體的4件樣品進(jìn)行了LA-ICP-MS U-Pb定年，年齡分析結(jié)果見(jiàn)表2，其中，鈣堿性系列1件樣品，堿性系列3件樣品。幾乎所有進(jìn)行定年的鋯石樣品都顯示清晰的振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖3)，鋯石的Th/U比值均大于0.1，是典型的巖漿成因鋯石(Hoskin and Schaltegger, 2003)，粒度在20～250μm之間；其鋯石U-Pb年齡見(jiàn)圖4。為了更明顯地突出鈣堿性系列和堿性系列花崗巖類的區(qū)別，本文還引用了前人鈣堿性系列花崗巖的2件樣品的年齡數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，下面將對(duì)定年樣品逐一介紹。

鈣堿性系列選取了福州巖體花崗巖樣品(FZ02)進(jìn)行測(cè)年分析，F(xiàn)Z02共測(cè)得18個(gè)年齡點(diǎn)，在剔除繼承鋯石年齡以及不諧和年齡之后，15個(gè)測(cè)點(diǎn)的U-Pb加權(quán)平均年齡為106.72±0.80Ma(2σ, MSWD=0.76；圖4a)。林清茶等(2011)對(duì)丹陽(yáng)巖體黑云母二長(zhǎng)花崗巖共測(cè)得11個(gè)年齡點(diǎn)，在剔除繼承鋯石年齡以及不諧和年齡之后， 10個(gè)測(cè)點(diǎn)的U-Pb加權(quán)平均年齡為101.3±5.2Ma(2σ，MSWD=3.7；圖4c)；林清茶等(2011)對(duì)福州巖體黑云母鉀長(zhǎng)花崗巖共測(cè)得12個(gè)年齡點(diǎn)，在剔除繼承鋯石年齡以及不諧和年齡之后， 9個(gè)測(cè)點(diǎn)的U-Pb加權(quán)平均年齡為111.3±1.3Ma(2σ，MSWD=0.91；圖4e)。

堿性系列選取了魁岐巖體堿性花崗巖(FZ04、FZ10)和斑狀堿性花崗巖(FZ15)3件樣品進(jìn)行測(cè)年。FZ04共測(cè)得18個(gè)年齡點(diǎn)，在剔除繼承鋯石年齡以及不諧和年齡之后， 12個(gè)測(cè)點(diǎn)的U-Pb加權(quán)平均年齡為93.03±0.8Ma(2σ，MSWD=1.08；圖4b)。樣品FZ10共測(cè)得18個(gè)年齡點(diǎn)，在剔除繼承鋯石年齡以及不諧和年齡之后， 14個(gè)測(cè)點(diǎn)的U-Pb加權(quán)平均年齡為93.10±1.5Ma(2σ，MSWD=0.66；圖4d)。樣品FZ15共測(cè)得18個(gè)年齡點(diǎn)，在剔除繼承鋯石年齡以及不諧和年齡之后， 14個(gè)測(cè)點(diǎn)的U-Pb加權(quán)平均年齡為95.40±0.73Ma(2σ，MSWD=0.95；圖4f)。

表2 福州復(fù)式巖體花崗巖類樣品鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)

續(xù)表2

3.2 元素地球化學(xué)

表3 福州復(fù)式巖體的主量(wt%)和微量(×10-6)元素測(cè)試數(shù)據(jù)

續(xù)表3

圖3 福州復(fù)式巖體花崗巖鋯石CL圖像黃色圓圈表示鋯石定年測(cè)點(diǎn)位置，黃色數(shù)字表示測(cè)點(diǎn)年齡(Ma)Fig.3 Zircons CL images of Fuzhou composite granite plutonThe yellow circles represent the dating sites of the zircons, and the yellow numbers represent the dating sites (Ma)

圖4 福州復(fù)式巖體花崗巖鋯石U-Pb年齡諧和圖圖4c, e據(jù)林清茶等, 2011數(shù)據(jù)繪制Fig.4 Zircons U-Pb concordian diagrams of Fuzhou composite granite plutonFig.4c and Fig.4e are drawn according to the data of Lin et al., 2011

圖5 福州復(fù)式巖體和福建花崗巖樣品的地球化學(xué)圖解(a)全巖TAS圖解(Middlemost, 1994)；(b) SiO2-K2O圖解(Rickwood,1989)；(c) A/CNK-A/NK圖解(Maniar and Piccoli, 1989)；FG-副長(zhǎng)石輝長(zhǎng)巖；FMd-副長(zhǎng)石二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖；FMs-副長(zhǎng)石二長(zhǎng)正長(zhǎng)巖；MG-二長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖；Md-二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖. 福建花崗巖數(shù)據(jù)引自Yang et al., 2018，圖6、圖7同F(xiàn)ig.5 Geochemical diagrams of Fuzhou composite pluton and Fujian granite samples(a) TAS diagram (Middlemost, 1994); (b) SiO2 vs. K2O diagram (Rickwood, 1989); (c) A/CNK vs. A/NK diagram (Maniar and Piccoli, 1989). FG-foid gabbro; FMd-foid monzodiorite; FMs-foid monzosyenite; MG-monzogabbro; Md-monzodiorite. Data of granites in Fujian Province from Yang et al., 2018, also in Fig.6 and Fig.7

本文對(duì)所有18件樣品進(jìn)行了全巖微量元素地球化學(xué)分析，所有樣品均較為新鮮，測(cè)試結(jié)果詳見(jiàn)表3。從球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖可以看出(圖7a)，鈣堿性系列所有樣品均顯示輕稀土明顯富集，重稀土相對(duì)虧損，稀土元素配分曲線右傾顯著，Eu負(fù)異常中等(δEu=0.53～0.68)，稀土元素總量在335.3×10-6～823.9×10-6，平均值為591.0×10-6。從原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖可以看出(圖7b)，所有樣品均顯示Rb、Th、U、K、Pb等元素相對(duì)富集，Ba、Sr以及高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、P、Ti相對(duì)虧損。

堿性系列花崗巖類樣品均顯示輕稀土相對(duì)富集，重稀土相對(duì)虧損，稀土元素配分曲線輕微右傾，Eu負(fù)異常非常明顯(δEu=0.18～0.42)(圖7c)，稀土元素平均值為534.1×10-6。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中(圖7d)，堿性系列花崗巖類樣品均顯示Rb、Th、U、K、Pb等元素相對(duì)富集，Ba、Sr以及高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、P、Ti虧損明顯。

3.3 鋯石Hf同位素

本文測(cè)定了上述定年的4個(gè)花崗巖樣品，其結(jié)果見(jiàn)表4。樣品FZ02的鋯石 (176Hf/177Hf)t值為0.282595～0.282713，εHf(t)的值為-3.9～0.2(圖8a)，地幔模式年齡為771～942Ma，地殼模式年齡為1020～1250Ma。樣品FZ04的鋯石 (176Hf/177Hf)t值為0.282751～0.282823，εHf(t)的值為1.3～3.6(圖8b)，地幔模式年齡為633～735Ma，地殼模式年齡為808～950Ma。樣品FZ10的鋯石 (176Hf/177Hf)t值為0.282639～0.282760，εHf(t)的值為2.3～4.8(圖8c)，地幔模式年齡為584～701Ma，地殼模式年齡為756～894Ma。樣品FZ15的鋯石 (176Hf/177Hf)t值為0.282715～0.282773，εHf(t)的值為0.04～2.1(圖8d)，地幔模式年齡為686～764Ma，地殼模式年齡為906～1021Ma。

4 討論

4.1 巖石成因

采自福州和丹陽(yáng)巖體的5件花崗巖樣品，為鈣堿性花崗巖。主量特征表明，巖石屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)，A/CNK為0.97～1.00，高鉀鈣堿性巖石系列(圖5a, b, c)，出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)剛玉分子的樣品含量均小于1%；Hark圖解顯示，P2O5的含量隨著SiO2的增加而降低(圖6d)，表明其具有I型花崗巖的特征，而S型花崗巖中的P2O5的含量是隨著SiO2的增加而增加或者基本不變的，這一特點(diǎn)，被用于區(qū)分I型和S型花崗巖(Chappell, 1999; Wuetal., 2003; Li and Li, 2007)。微量元素顯示，Pb、Rb、U、Th、K等元素相對(duì)富集，Ba、Sr以及高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、P、Ti相對(duì)虧損(圖7)。鋯飽和溫度(計(jì)算方法據(jù)Watson and Harrison, 1983)為772～807℃，平均為773℃，溫度較低，說(shuō)明該區(qū)I型花崗巖的形成可能有流體的加入，由下地殼物質(zhì)部分熔融形成。同時(shí)，鋯石Hf同位素特征表明全部測(cè)點(diǎn)的εHf(t)主要為負(fù)值(-3.9～0.2)，地殼模式年齡為771～942Ma，可以推測(cè)巖石是由新元古代的地殼基底物質(zhì)重熔形成。

早期的研究認(rèn)為I型花崗巖的形成是由于由殼內(nèi)變質(zhì)火成巖熔融造成的(Chappell, 1999)，然而鋯石Hf-O同位素研究顯示I型花崗巖也可能起源于地幔巖漿對(duì)沉積物的改造，而不僅僅是簡(jiǎn)單的古老地殼基底物質(zhì)重熔(Kempetal., 2005, 2007)。大規(guī)模基性巖漿的底侵很可能為規(guī)模巨大、分布廣泛的花崗質(zhì)巖漿的形成提供了所需熱源，雖然目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大規(guī)?；詭r石的出露來(lái)證實(shí)這一推測(cè)，但是近年來(lái)鋯石Hf同位素的研究暗示，地幔物質(zhì)確有參與，這也表明大規(guī)模基性巖漿的底侵是很有可能的(黃會(huì)清等, 2008)。而本文Hf同位素的研究表明，該區(qū)I型花崗巖的形成不僅僅是新元古代的地殼基底物質(zhì)重熔形成，而且還伴隨有少量地幔組分的參與。

圖6 福州復(fù)式巖體花崗巖類樣品Harker圖解Fig.6 Harker diagrams of Fuzhou composite pluton and Fujian granite samples

采自魁岐巖體的13件花崗巖樣品，為堿性花崗巖。巖相學(xué)表明，花崗巖主要以鉀長(zhǎng)石和石英為主，斜長(zhǎng)石很少，暗色礦物主要為堿性礦物；霓石和鈉閃石,個(gè)別巖石樣品可見(jiàn)星葉石和白云母(圖2)。主量特征表明花崗巖屬于堿性花崗巖，過(guò)堿質(zhì)-準(zhǔn)鋁質(zhì)，A/CNK為0.88～1.01，平均0.92(圖5)，具有高硅、高堿，低鈣、低鈦的特征。微量元素顯示，Eu負(fù)異常非常明顯(δEu=0.18～0.42)，所有樣品均顯示Rb、Th、U、K、Pb、Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素相對(duì)富集，Ba、Sr以及高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、P、Ti相對(duì)虧損，而高的稀土元素總量和“右傾海鷗型”的配分模式(圖7)也是A型花崗巖的重要識(shí)別標(biāo)志之一。10000×Ga/Al比值和Zr+Nb+Ce+Y(圖9)被認(rèn)為能夠有效地將A型與I，S和M型進(jìn)行區(qū)分(Whalenetal., 1987; Wuetal., 2003; 吳福元等, 2007)，本文樣品的10000×Ga/Al比值變化范圍較大，主要集中在2.77～4.10之間(圖9a)，魁岐堿性花崗巖大部分落在A型花崗巖的范圍內(nèi)，也證實(shí)了魁岐堿性花崗巖為A型花崗巖的事實(shí)。并且因富含堿性暗色礦物，該花崗巖為堿性A型花崗巖。鋯飽和溫度在783.69～890.03℃，平均為833.08℃，明顯高于早白堊世I型花崗巖，推測(cè)其可能是在伸展構(gòu)造背景下，巖石圈減薄引起的軟流圈物質(zhì)上涌或者地幔巖漿底侵，導(dǎo)致中上部地殼物質(zhì)熔融形成的堿性A型花崗巖。同時(shí)，鋯石Hf同位素特征表明全部測(cè)點(diǎn)的εHf(t)均為正值(0.04～4.8)，地殼模式年齡為584～764Ma，可以推測(cè)巖石是由新元古代的地殼基底物質(zhì)重熔形成的花崗質(zhì)巖漿與上涌地?；旌先廴谛纬傻?。Lu-Hf同位素組成的分析結(jié)果也充分說(shuō)明該區(qū)堿性A型花崗在成因上受到地幔的約束，是殼?；旌献饔玫漠a(chǎn)物(圖10)。

綜上所述，福州復(fù)式巖體在成分上主要由早白堊世的I型花崗巖和晚白堊世的堿性A型花崗巖組成，構(gòu)成特殊的I-A型巖石系列，備受關(guān)注。經(jīng)研究表明：(1)福州復(fù)式巖體中I型與A型花崗巖在空間上密切共生，在時(shí)間上A型花崗巖形成較晚，與I型花崗巖相差10Myr左右(圖4)；(2)福州復(fù)式巖體中I型與A型花崗巖在主量、微量、稀土元素和同位素組成等特征上存在明顯差：A型花崗巖比I型花崗巖富硅、富堿，分異指數(shù)(DI)偏高；A型花崗巖比I型花崗巖貧鈣、鎂和鋁，A/CNK略低；根據(jù)CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算表明，大多數(shù)A型花崗巖出現(xiàn)少量的霓石(Ae)分子，缺乏(鈣長(zhǎng)石)An分子或者是含量很少，而I型花崗巖中有一定的An分子，并且部分樣品中出現(xiàn)剛玉(C)分子，缺乏霓石分子；I型花崗巖的輕重稀土分餾程度較之A型花崗巖明顯，LREE/HREE比值較大，A型花崗巖的負(fù)銪異常比I型花崗巖明顯(圖7)，A型花崗巖較之I型花崗巖輕重稀土比值較小的特點(diǎn)，在一定程度上指示其幔源組分的含量可能更高；A型花崗巖較之I型花崗巖具有明顯偏低的Ba、Sr含量(圖7)，A型花崗巖的Rb/Sr、Rb/Ba比值相當(dāng)于I型花崗巖的數(shù)倍至百倍，充分表明了A型花崗巖經(jīng)歷了高度的分異演化作用；A型花崗巖的Ga/Al比值也明顯高于I型花崗巖等等，這些差異既有巖漿分異演化的影響，同時(shí)又有幔源巖漿加入的貢獻(xiàn)。因此，對(duì)福州復(fù)式巖體的I-A型復(fù)合花崗巖的成因研究，作者與前文所提到的第一種觀點(diǎn)一致，認(rèn)為其具有相同的源區(qū)，且A型花崗巖是I型花崗巖經(jīng)長(zhǎng)期分異演化的產(chǎn)物。

表4 福州復(fù)式巖體花崗巖類樣品鋯石Hf同位素分析數(shù)據(jù)

續(xù)表4

圖7 福州復(fù)式巖體花崗巖類樣品的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線圖(a、c)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b、d)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns (a, c) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b, d) for granites of Fuzhou composite pluton (normalization values after Sun and McDonough, 1989)

圖8 福州復(fù)式巖體花崗巖類樣品鋯石Hf同位素 εHf(t)值的直方圖Fig.8 Histograms of the εHf(t) of zircon from granitoids in Fuzhou compsite pluton

圖9 I型和A型花崗巖判別圖(底圖據(jù)Whalen et al., 1987; Chappell, 1999)Fig.9 Discriminant diagrams of I-type and A-type granites (base map after Whalen et al., 1987; Chappell, 1999)

圖10 福州復(fù)式巖體花崗巖鋯石U-Pb年齡- εHf(t)值分布圖Fig.10 Distribution of U-Pb age vs. εHf(t) of zircon in Fuzhou composite pluton

4.2 構(gòu)造演化

圖11 花崗巖樣品鋯石U/Yb-Hf (a)和U/Yb-Y (b)圖解(底圖據(jù)Grimes et al., 2007)Fig.11 U/Yb vs. Hf (a) and U/Yb vs. Y (b) diagrams of zircon of granites (base map after Grimes et al., 2007)

目前，花崗巖形成于什么樣的構(gòu)造環(huán)境一直是地質(zhì)學(xué)者們關(guān)心的問(wèn)題。作為特定地質(zhì)背景下的產(chǎn)物，花崗巖的礦物學(xué)、巖石學(xué)和地球化學(xué)特征，可能會(huì)記錄下它形成時(shí)的構(gòu)造背景情況。如前文所說(shuō)，近年來(lái)，地質(zhì)學(xué)家們對(duì)中國(guó)東部沿海地區(qū)I型或者A型花崗巖的研究取得了豐碩的成果(王德滋, 2004; 盧清地, 2001; 舒良樹(shù)和周新民, 2002; 范蔚茗等, 2003; 吳福元等, 2003; 周新民, 2003; 徐夕生, 2008; 李獻(xiàn)華等, 2009; 邱檢生等, 2012等等)；其中中生代花崗巖的研究程度較高，在其動(dòng)力學(xué)背景和模式研究雖然有較大程度的進(jìn)展，絕大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為其與后造山伸展構(gòu)造背景有關(guān)(周金城和陳榮, 2001; 邢光福等, 2009; 楊永峰等, 2010; 董傳萬(wàn)等, 2011; Chenetal., 2008; Lietal., 2014)。但對(duì)I-A型復(fù)合巖體的研究較少，現(xiàn)有對(duì)其的研究成果總結(jié)如下：從本質(zhì)上說(shuō)，花崗巖是造山帶構(gòu)造發(fā)展和構(gòu)造環(huán)境變遷的巖漿活動(dòng)體現(xiàn)，構(gòu)造環(huán)境是這一過(guò)程的關(guān)鍵約束因素，因?yàn)樗粌H可以決定巖漿的產(chǎn)生及其化學(xué)成分，還可以決定巖漿的動(dòng)力學(xué)行為，而兩者又進(jìn)一步?jīng)Q定了其熱演化的過(guò)程。因此，從某種意義上，從I型花崗巖到A型花崗巖所呈現(xiàn)出的冷卻速率逐漸變快的趨勢(shì)，指示可能是花崗巖在區(qū)域構(gòu)造環(huán)境上由封閉的擠壓性環(huán)境向開(kāi)放的伸展性環(huán)境轉(zhuǎn)化的熱演化標(biāo)志(趙廣濤, 1998)；周珣若等(1997)研究蘇州地區(qū)花崗巖時(shí)認(rèn)為晚侏羅與早白堊時(shí)期的I-A型花崗巖不是同源巖漿演化的產(chǎn)物，是因?yàn)閮烧叻謩e產(chǎn)于擠壓與伸展的不同環(huán)境，而且兩者的巖石成分與巖漿源區(qū)物質(zhì)及侵位深度的不同有關(guān)；楊富全等(2007)提出I-A型復(fù)合花崗巖是造山帶中花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)的普遍現(xiàn)象，是造山帶構(gòu)造環(huán)境變遷(擠壓-伸展)的重要巖石學(xué)標(biāo)志。

那么研究區(qū)究竟是處于什么樣的構(gòu)造環(huán)境？前人研究表明，在侏羅紀(jì)時(shí)期，華南經(jīng)歷了由古亞洲-特提斯構(gòu)造域向太平洋構(gòu)造域的轉(zhuǎn)換(Li, 2000; 陳潤(rùn)生和林東燕, 2006; 孫衛(wèi)東等, 2008; Zhouetal., 2006)，可以肯定的是早白堊世華南已處于太平洋板塊俯沖構(gòu)造背景下了，從本文鋯石微量元素特征(圖11)可以得出研究區(qū)的鋯石為洋殼性質(zhì)也充分證明了這一點(diǎn)。王強(qiáng)等(2005)通過(guò)對(duì)華南白堊紀(jì)A型花崗巖的研究表明，180～145Ma古太平洋板塊呈NW俯沖，145～85Ma呈NNW向下俯沖，在135～100Ma之間古太平洋板塊俯沖速率增加，角度變大(舒良樹(shù)和周新民, 2002)，洋殼與陸殼之間的摩擦力會(huì)變小，大陸一側(cè)開(kāi)始由擠壓向伸展轉(zhuǎn)變。另一個(gè)速率增加的可能性是中國(guó)東部巖石圈減薄導(dǎo)致軟流圈地幔上涌，使巖石圈地幔發(fā)生部分熔融導(dǎo)致伸展加速。晚白堊世古太平洋板塊俯沖可能停止進(jìn)入裂谷時(shí)期，晚白堊世，華南地區(qū)處于巖石圈進(jìn)一步伸展的構(gòu)造背景下(王強(qiáng)等, 2005; He and Xu, 2012)。在伸展情況下，壓力的降低是很有利于巖石的熔融的，同時(shí)，地殼的拉張減薄還伴隨著軟流圈的地幔物質(zhì)上涌和玄武質(zhì)巖漿的底侵作用，從而使下地殼加熱而進(jìn)一步發(fā)生部分熔融，這也就是為什么拉張環(huán)境會(huì)產(chǎn)生大量花崗巖的重要原因(Collins, 1994; Costa and Rey, 1995; Sylvester, 1989; Boninetal., 1998)。A型花崗巖的奇特之處是，淺部地殼發(fā)生高溫部分熔融，可能就暗示其深部存在熱異常，而這樣的熱異常一般只會(huì)在拉張情況下出現(xiàn)。因此，A型花崗巖是判斷伸展背景的重要巖石學(xué)標(biāo)志。A型花崗巖可以指示巖石圈伸展，不同時(shí)期的A型花崗巖表明華南在晚中生代期間多期次的處于伸展環(huán)境之中(Wangetal., 2012)。

如前文所說(shuō)，福州復(fù)式巖體I-A型花崗巖具有相同的源區(qū)，本文鋯石Hf同位素的εHf(t)值顯示在110Ma以來(lái)，地幔物質(zhì)的參與對(duì)福建地區(qū)晚中生代花崗巖具有很大的貢獻(xiàn)，只是參與的多少不同，這也是造成巖石類型不同的原因之一，而地幔物質(zhì)參與的差異可能是因?yàn)闃?gòu)造環(huán)境的轉(zhuǎn)變：由早白堊世期間的太平洋板塊大角度俯沖引起地幔物質(zhì)上涌致使地殼物質(zhì)部分熔融，到晚白堊世伸展環(huán)境下的巖石圈減薄，地殼物質(zhì)部分熔融的同時(shí)有地幔物質(zhì)的上涌。

綜合考慮以上特點(diǎn)，作者認(rèn)為福州復(fù)式巖體鈣堿性-堿性系列花崗巖，構(gòu)成了特有的I-A型復(fù)合花崗巖，具有相同的源區(qū)，形成的差異是構(gòu)造環(huán)境的變遷、幔源巖漿的加入以及巖漿分異演化多種因素綜合作用的結(jié)果。

5 結(jié)論

(1)LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果表明，福州巖體和丹陽(yáng)巖體形成年齡為111～101Ma，是早白堊世多期次巖漿活動(dòng)作用的產(chǎn)物；魁岐巖體形成年齡為95～93Ma，是晚白堊世巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。鋯石微量的差異及主微量元素特征顯示早白堊世鈣堿性花崗巖為I型花崗巖，晚白堊世堿性花崗巖為A型花崗巖，構(gòu)成了I-A型巖石系列。

(2)鋯石Hf同位素組成表明，早白堊世I型花崗巖的εHf(t)值由負(fù)到正，地殼模式年齡表明花崗質(zhì)巖漿源巖來(lái)自于新元古代古老地殼的部分熔融，并有少量的地幔組分卷入。晚白堊世A型花崗巖樣品εHf(t)值為正，地殼模式年齡指示花崗質(zhì)巖漿源巖來(lái)自于新元古代古老地殼的部分熔融，并有大量幔源組分的混入。

(3)福州復(fù)式巖體I-A型復(fù)合花崗巖具有相同的源區(qū)，其形成的差異主要是構(gòu)造環(huán)境的變遷、幔源巖漿的加入以及巖漿分異演化多種因素綜合作用的結(jié)果。

致謝野外工作得到了王麗麗、丁聰、崔園園等同學(xué)的幫助；實(shí)驗(yàn)中得到了艾世強(qiáng)、周偉強(qiáng)及陳玲的幫助；兩位審稿專家提出了寶貴的修改意見(jiàn)和建議；在此一并致謝。