福建連城李屋二長花崗巖鋯石U-Pb年齡、巖石地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

賴斯穎

(福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，福州，350013)

福建處于歐亞板塊東南緣，大地構(gòu)造屬古太平洋板塊俯沖帶的主動大陸邊緣，是全球構(gòu)造-巖漿活動最活躍的地區(qū)之一，以廣泛發(fā)育中生代酸性、中酸性侵入巖和陸相火山巖類為特點[1-3]。通過開展的1∶5萬隔川、連城縣、朋口、湖峰幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查，在連城東部的李屋一帶1∶25萬龍巖幅劃分的中三疊世花崗巖中新解體出晚侏羅世二長花崗巖侵入體，通過對李屋二長花崗巖開展系統(tǒng)的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)、巖石地球化學(xué)及Sr、Nd同位素研究，討論其巖石成因、物質(zhì)來源及其形成的構(gòu)造背景。

1 地質(zhì)背景和巖體地質(zhì)特征

研究區(qū)位于閩西南坳陷帶明溪—武平坳陷帶與胡坊—永定隆起帶交界處，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖漿活動頻繁，侵入巖分布廣泛。李屋二長花崗巖出露于連城東部的黃屋寨、李屋、曲溪一帶，出露面積約為19 km2，呈巖基狀產(chǎn)出，整體呈長軸北西-南東的近透鏡狀分布。巖體新鮮，地表表現(xiàn)為明顯高于圍巖的正地形，與圍巖(中三疊世中細(xì)?；◢弾r)呈侵入接觸(圖1)，侵入接觸帶外側(cè)發(fā)育烘烤邊，內(nèi)側(cè)的二長花崗巖巖體內(nèi)部發(fā)育圍巖捕擄體(圖2)。

2 巖石學(xué)特征

圖1 連城李屋二長花崗巖地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological map of Liwu monzonitic granite in Liancheng county1—晚白堊世崇安組；2—早侏羅世梨山組；3—晚侏羅世少斑中細(xì)粒二長花崗巖；4—中三疊世花崗巖；5—花崗巖；6—少斑中細(xì)粒二長花崗巖；7—斷層；8—角度不整合界線；9—侵入界線；10—年齡樣

圖2 李屋二長花崗巖侵入中三疊世花崗巖素描圖Fig.2 Liwu monzonitic granite invasion Middle Triassic granite sketch1—殘坡積物；2—晚侏羅世少斑中細(xì)粒二長花崗巖；3—中三疊世花崗巖；4—烘烤邊；5—捕擄體

李屋二長花崗巖新鮮面呈淺灰白色，似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由似斑晶和基質(zhì) 組成：其中似斑晶含量為15%～18%，主要是鉀長石，粒徑為10～20 mm，呈半自形-自形板狀為主；基質(zhì)主要由斜長石(40%～50%)、石英(30%～35%)、鉀長石(10%～12%)等組成，少量黑云母、角閃石，含量均小于5%。巖石基質(zhì)粒度較均勻，多數(shù)為1～3 mm，其中石英呈他形粒狀；斜長石呈自形-半自形，柱狀或板狀，發(fā)育密集的聚片雙晶；少量黑云母呈自形片狀，片徑長2～3 mm，寬0.5～1 mm。根據(jù)巖石學(xué)、巖相學(xué)特征，李屋二長花崗巖定名為少斑中細(xì)粒二長花崗巖。

3 巖石地球化學(xué)特征

李屋二長花崗巖的主量、微量和稀土元素含量組成(表1)。巖石SiO2含量為68.29%～70.55%，屬酸性巖；Al2O3較高，為14.46%～15.1%；CaO為1.04%～2.82%；TiO2為0.37%～0.62%；P2O5為0.074%～0.144%，均小于0.2%；全堿含量(Na2O+K2O)為6.82%～8.22%，Na2O/K2O=0.52～0.79，Na2O的含量均小于K2O含量，與“S”型花崗巖特征相似。

表1 李屋晚侏羅世少斑中細(xì)粒二長花崗巖主量(%)、微量和稀土元素(×10-6)組成特征

續(xù)表1

在侵入巖TAS圖解(圖3-a)中多數(shù)樣品投影于花崗閃長巖或花崗巖區(qū)；在Q-A-P圖解(圖3-b)中，樣品均投影在二長花崗巖區(qū)，結(jié)合巖石學(xué)和巖相學(xué)特征，巖石為少斑中細(xì)粒二長花崗巖；里特曼指數(shù)(σ)為1.73～2.45，均小于3.3，為鈣堿性巖，在SiO2-(A.R)圖解(圖4-a)樣品均落入鈣堿性巖區(qū)，在A-F-M圖(圖4-b)中樣品亦投影在鈣堿性系列區(qū)。

圖3 李屋少斑中細(xì)粒二長花崗巖TAS分類圖解(a)和Q-A-P分類圖解(b)Fig.3 TAS (a) and Q-A-P classification diagrams (b)of Liwu Late Jurassic less spotted fine-grained monzonitic granite

圖4 李屋少斑中細(xì)粒二長花崗巖SiO2-A.R圖解(a)及A-F-M圖解(b)Fig.4 A/NK-A/CNK and SiO2 A-R diagram of Liwu Late Jurassic less spotted fine-grained monzonitic granite TH—拉斑玄武巖系列； CA—鈣堿性系列

圖5 李屋少斑中細(xì)粒二長花崗巖K2O-SiO2圖解(a)及A/NK-A/CNK判別圖解(b)Fig.5 A-F-M dicillustration and K2O-SiO2 diagram of Liwu Late Jurassic less spotted fine-grained monzonitic granite

在K2O-SiO2圖解(圖5-a)中，3件樣品點投影于高鉀鈣堿性區(qū)，1件投在高鉀鈣堿性與鉀玄巖系列界線上；在A/NK-A/CNK判別圖解(圖5-b)中，樣品3件投影于過鋁質(zhì)，1件投在過鋁質(zhì)與準(zhǔn)鋁質(zhì)界線上。綜合上述，李屋晚侏羅世少斑中細(xì)粒二長花崗巖屬于高鉀鈣堿性過鋁質(zhì)花崗巖。

稀土總量(∑REE)為190.22×10-6～234.31×10-6，平均值為219.97×10-6，高于上部陸殼的平均總量(210.07×10-6)；LREE/HREE比值為3.76～4.94，(La/Yb)N=8.78～13.28，(Ce/Yb)N比值為7.17～9.23，(La/Sm)N比值為3.84～4.69、(Sm/Eu)N比值為1.66～1.93，(Gd/Yb)N比值為1.35～1.89，反應(yīng)輕稀土富集且輕重稀土分餾程度較強(qiáng)。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分模式圖(圖6-a)中為右傾的分布形式，顯示輕稀土富集重稀土虧損的特征，與上地殼稀土元素配分模式近于一致。δEu為0.67～0.76，平均值為0.71， Eu負(fù)異常較明顯，表明巖漿形成的演化過程中經(jīng)歷了一定的斜長石的分離結(jié)晶作用。

在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖6-b)上，顯示了大離子親石元素(LILE)Rb、Th、U、Pb的富集，伴隨有高場強(qiáng)元素(HFSE)Nb、Ti的虧損。Sr顯示明顯的負(fù)異常，說明Sr以相容元素大量進(jìn)入早期結(jié)晶分離斜長石中，這與巖石表現(xiàn)出明顯的負(fù)銪異常是吻合的，顯示淺源巖漿的典型特征[4-6]。

圖6 李屋少斑中細(xì)粒二長花崗巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖(a)及原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)Fig.6 Globules standardized rare earth distribution mode (a) and webs of primitive mantle standardized trace elements (b) of Liwu Late Jurassic less spotted fine-grained monzonitic granite

圖7 李屋少斑中細(xì)粒二長花崗巖A-C-F圖Fig.7 A-C-F diagram of Liwu Late Jurassic less spotted fine-grained monzonitic granite

Rb/Sr比值為0.65～1.42，平均值為1.01，處于殼源巖漿的范圍(Rb/Sr大于0.5)；Th/U比值為4.02～6.25，平均值為5.29，大于上地殼的Th/U比值(3.89)；Rb/Nb比值為6.21～9.24，平均值為8.11，明顯大于上地殼的平均值；利用Rb/Y、Nb/Y比值來判明巖漿物質(zhì)來源或受混染的程度[4-6]，巖石Rb/Y比值為6.28～10.09，平均值為7.71(上地殼的值(3.25))；Nb/Y比值較低為0.79～1.12，平均值為0.96(上地殼的值0.57)；綜合分析微量和稀土元素特征認(rèn)為，李屋晚侏羅世少斑中細(xì)粒二長花崗巖的巖漿物質(zhì)主要起源于大陸地殼。在A-C-F花崗巖類型判別圖解(圖7)中，顯示為“S”型花崗巖。

李屋少斑中細(xì)粒二長花崗巖Rb-Sr、Sm-Nd同位素組成(表2)。Sr同位素初始比值 (87Sr/86Sr)ⅰ為0.711，大于0.708，顯示李屋少斑中細(xì)粒二長花崗巖為殼源沉積巖熔融形成的S型花崗巖的特征；在Sr同位素的巖石源區(qū)識別圖(圖8)中，巖石(87Sr/86Sr)ⅰ比值投影點落在大陸地殼增長演化線和玄武巖區(qū)之間的過渡區(qū)域，顯示巖漿在形成的過程中有幔源物質(zhì)的少量混入；εNd(t)值為-12.1，而εSr(t)為101.1，顯示李屋少斑中細(xì)粒二長花崗巖的物質(zhì)來源主要為上地殼[5-7]。

表2 李屋晚侏羅世少斑中細(xì)粒二長花崗巖Sr、Nd同位素測試結(jié)果

圖8 李屋少斑中細(xì)粒二長花崗巖的Sr同位素的巖石源區(qū)識別圖Fig.8 Identification diagram of the rock source area of the Sr isotopes of Liwu Late Jurassic less spotted fine-grained monzonitic granite

4 年代學(xué)分析研究(LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年)

此次研究工作針對李屋少斑中細(xì)粒二長花崗巖開展LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年。測年采集樣品新鮮干凈，未蝕變。鋯石陰極發(fā)光(CL) 照相在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司的掃描電鏡+ Gatan 陰極發(fā)光MonoCL3 +完成，鋯石U-Pb測年在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室利完成。

鋯石呈黃色，多數(shù)呈自形-半自形雙錐柱狀，透明，金剛光澤、玻璃光澤，伸長系數(shù)為1∶1.5～1∶2.5，少數(shù)為1∶2.6～1∶4。鋯石CL圖像顯示(圖9)，鋯石均具有振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，且環(huán)帶密集清楚，24個分析點Th/U比值為0.29～0.61，均顯示巖漿鋯石的特點[8]。LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結(jié)果(表3)，206Pb/238U表面年齡非常集中且諧和度均較好。在諧和圖顯示24分析點均投影在諧和線上或其附近(圖10-a)，指示被測鋯石后期沒有受到明顯熱事件的影響，獲得的加權(quán)平均年齡為(163.8±1.7)Ma(N=21，MSWD=2.8)(圖10-b)，代表李屋少斑中細(xì)粒二長花崗巖的成巖年齡，為晚侏羅世巖漿侵入的產(chǎn)物。

圖9 李屋少斑中細(xì)粒二長花崗巖鋯石CL影像及測點位置圖Fig.9 Zircon CL image and measurement location diagram of Liwu Late Jurassic less spotted fine-grained monzonitic granite

表3 李屋晚侏羅世少斑中細(xì)粒二長花崗巖(D6228-2)LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年測試結(jié)果

續(xù)表3

備注∶1,3-12,14-20,22-24號點206Pb/238U表面年齡加權(quán)平均值(163.8±1.7)Ma

圖10 李屋少斑中細(xì)粒二長花崗巖U-Pb年齡諧和圖(a)及加權(quán)平均年齡圖(b)Fig.10 U-Pb Age Harmonic diagram (a) and weighted average age diagram (b) of Liwu Late Jurassic less spotted fine-grained monzonitic granite

5 巖漿來源及其地質(zhì)意義討論

5.1 巖漿來源

通過全巖地球化學(xué)和Sr、Nd同位素分析，認(rèn)為李屋少斑中細(xì)粒二長花崗巖為高鉀鈣堿性過鋁質(zhì)花崗巖，成巖年齡(163.8±1.7)Ma，屬晚侏羅世。巖石(87Sr/86Sr)i為0.711、εNd(t)值為-12.1，均顯示“S”型花崗巖的特征，推斷李屋少斑中細(xì)粒二長花崗巖成巖物質(zhì)主要來源于大陸上地殼，但在形成過程中有部分幔源物質(zhì)的加入。

5.2 大地構(gòu)造環(huán)境

在logσ-logτ圖解(圖11-a)上樣品均落入B區(qū)，顯示為造山帶巖漿巖；在R1-R2圖解(圖11-b)中，樣品多數(shù)投影于同碰撞期。

圖11 李屋少斑中細(xì)粒二長花崗巖里特曼-戈蒂里圖解(a)及R1-R2圖解(b)Fig.11 R1-R2 and Ritterman-Gottery diagrams of Liwu Late Jurassic less spotted fine-grained monzonitic graniteA—非造山帶火山巖；B—造山帶火山巖； C—為A、B區(qū)所派生的堿性、偏堿性火山巖；1—地幔分離,2—板塊碰撞前,3—碰撞后的抬升,4—造山晚期,5—非造山,6—同碰撞期的,7—造山期后

在Y-Nb、Rb-(Y+Nb)、Ta-Yb、Rb-(Yb+Ta)及圖解(圖12a、b、c、d)中，樣品均投影于同造山或火山弧區(qū)或附近。

圖12 李屋晚侏羅世少斑中細(xì)粒二長花崗巖Y-Nb(a)、Rb-Y+Nb(b)、Ta-Yb(c)及Rb-Yb+Ta(d)圖解Fig.12 Y-Nb(a)、Rb-Y+Nb(b)、Ta-Yb(c)及Rb-Yb+Ta(d) diagrams of Liwu Late Jurassic less spotted fine-grained monzonitic graniteWPG—板內(nèi)；ORG—洋中脊；VAG—火山巖弧；SYN+COLG同碰撞

結(jié)合前人研究，分析認(rèn)為李屋晚侏羅世少斑中細(xì)粒二長花崗巖的形成與古太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖有關(guān)。在175～170 Ma從南東向北西的發(fā)生低角度俯沖，并逐漸占主導(dǎo)作用；170 Ma以后，古太平洋板塊由低角度俯沖轉(zhuǎn)換為高角度俯沖，在此擠壓背景下導(dǎo)致華南地塊迅速加厚，進(jìn)而在大陸邊緣、弧后和陸內(nèi)出現(xiàn)一系列裂谷或伸展帶，并伴有殼幔強(qiáng)烈作用，導(dǎo)致較厚的地殼在上涌的地幔物質(zhì)的作用下發(fā)生部分熔融[9-12]，形成李屋晚侏羅世少斑中細(xì)粒二長花崗巖。因此李屋少斑中細(xì)粒二長花崗巖主要成巖物質(zhì)來源于上地殼，表現(xiàn)出典型“S”型花崗巖的特征，但是在形成過程中受到了部分地幔物質(zhì)的混入，這在Sr同位素的巖石源區(qū)識別圖(圖13)中，巖石測點投影于大陸地殼演化線和玄武巖區(qū)之間的過渡區(qū)域是吻合的。

6 結(jié)論

(1)李屋少斑中細(xì)粒二長花崗巖成巖年齡為(163.8±1.7)Ma，屬晚侏羅世。

(2)李屋少斑中細(xì)粒二長花崗巖為高鉀鈣堿性過鋁質(zhì)花崗巖，顯示出S型花崗巖的特征。

(3)李屋晚侏羅世少斑中細(xì)粒二長花崗巖的形成與古太平洋板塊向歐亞板塊發(fā)生高角度俯沖有關(guān)，成巖物質(zhì)主要來源于大陸上地殼，但有少量地幔物質(zhì)的混入。