粵東北長田地區(qū)南雄群沉積巖鋯石年代學及其地質(zhì)意義

唐 聰，潘家永，2，閔 壯，黃廣文

1. 東華理工大學，江西 南昌 330013；2. 東華理工大學 核資源與環(huán)境國家重點實驗室，江西 南昌 330013

0 前言

長田向斜盆地位于東西向南嶺多金屬成礦帶東端與北東向武夷多金屬成礦帶南西端的交匯部位，河源深斷裂與蓮花山斷裂帶之間，是形成于中—新生代的陸相火山斷陷盆地. 區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造發(fā)育，斷裂構(gòu)造常見，火山活動強烈，成礦地質(zhì)條件良好［1-3］. 野外地質(zhì)調(diào)查和鉆孔工程資料顯示，盆地基底主要由寒武系、泥盆系—石炭系淺變質(zhì)巖和文象花崗巖組成，蓋層主要由下白堊統(tǒng)官草湖群和南雄群碎屑巖組成，二者呈不整合接觸關(guān)系，整體構(gòu)成一個上疊式斷陷盆地和“火盆套紅盆”的格局.

前人針對長田盆地周緣出露巖體開展過諸多研究，并取得較為豐碩的研究成果，如早白堊世大神壩巖體（135 Ma）和印支期—燕山期桂坑花崗巖體、八尺片麻狀花崗巖（165±1 Ma）［4］、水車鎮(zhèn)一帶加里東期及燕山期二長花崗巖（439.9±4.6 Ma、152.9±1.3 Ma）?廣東省佛山地質(zhì)局. 廣東1∶5 萬畬坑圩幅、水車圩幅、五華縣幅、豐良鎮(zhèn)幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告. 2010.、明山嶂一帶火山巖及花崗巖（143±1.5 Ma、139±2.5 Ma 和143.8±1.5 Ma）?廣東省地質(zhì)調(diào)查院. 廣東1∶5 萬明山嶂煤礦幅、高陂圩幅、砂田圩幅、潭江圩幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查報告. 2016.. 研究結(jié)果顯示，不同時期的侵入體對長田盆地的斷陷形成、物質(zhì)來源、熱液活動存在顯著影響. 前人認為盆地基底文象花崗巖形成于早侏羅世晚期，附近的察甘礦床成礦分為3 個階段并形成于晚白堊世之后［4］；針對柏埔地區(qū)燕山期小巖體開展了主量、微量、稀土元素系統(tǒng)研究［5］，并注重鈾成礦地質(zhì)條件特征總結(jié)［6］；區(qū)域成礦潛力研究［7-8］和區(qū)域放射場研究［9］顯示，該區(qū)及附近區(qū)域研究程度相對薄弱；針對盆地西側(cè)的羅浮巖體等，開展了鈾成礦地質(zhì)特征與成礦預(yù)測工作［10-11］

本文利用顯微巖相學、電子探針分析和激光原位分析等方法，對長田盆地碎屑巖開展礦物學、巖石學、鋯石年代學及原位微量元素研究，將測試結(jié)果與區(qū)域巖體對比分析碎屑物源，進一步探討巖石類型、沉積構(gòu)造背景和沉積物質(zhì)來源，為區(qū)域地層研究及找礦勘查部署提供參考.

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位置處于華夏板塊中部，永安－梅縣褶斷帶的長田復(fù)向斜盆地，梅縣—蕉嶺山字型構(gòu)造西翼反射弧弧頂［12］. 區(qū)域構(gòu)造以北東向、北西向斷裂為主，褶皺構(gòu)造相對發(fā)育，出露的中酸性侵入巖有晚奧陶世二長花崗巖、晚侏羅世—早白堊世二長花崗巖及新發(fā)現(xiàn)的三疊紀白云母花崗巖. 地層發(fā)育相對完整，除缺失奧陶系、志留系外，從震旦系—第四系均有出露，其中以白堊系的火山巖和沉積巖層分布最廣. 研究區(qū)內(nèi)出露以侏羅系、白堊系為主. 地表局部出露晚白堊世花崗巖，以微細粒二長花崗巖為主，偶見輝綠玢巖脈（圖1）.

圖1 粵東北長田地區(qū)構(gòu)造地質(zhì)簡圖Fig. 1 Structural geological sketch map of Changtian area in northeast Guangdong1—第四系（Quaternary）；2—古近系（Paleogene）；3—南雄群上部（Upper Nanxiong gr.）；4—南雄群下部（Lower Nanxiong gr.）；5—官草湖群下部（Lower Guancaohu gr.）；6—官草湖群上部（Upper Guancaohu gr.）；7—高基坪群（Gaojiping gr.）；8—金雞組（Jinji fm.）；9—龍?zhí)督M（Longtan fm.）；10—壺天群（Hutian gr.）；11—雙頭群（ Shuangtou gr.）；12—震旦系（Sinian）；13—花崗巖（granite）；14—輝綠玢巖（sillite）；15—實測斷層（surveyed fault）；16—推測斷層（inferred fault）；17—地質(zhì)界線及產(chǎn)狀（geological boundary and occurrence）；18—不整合接觸（unconformity）

1.1 地層

（1）白堊系下統(tǒng)官草湖群（K1gn）

官草湖群下亞群（K1gn1）：分布于長田向斜的兩翼，出露面積較大，以東部出露面積最大. 主要出露灰白色、紫紅色細粒巖屑石英砂巖、雜砂巖、粉砂巖，是以火山碎屑物為主的紅色火山湖泊相的碎屑巖建造. 厚度大于185 m，與下伏高基坪群（J3gj）不整合接觸.

官草湖群上亞群（K1gn2）：主要分布于盆地中部，長田向斜核部兩側(cè). 主要出露灰白色變質(zhì)巖屑長石砂巖、長石石英砂巖. 巖層傾向南西或北東，傾角28～80°，靠近盆地中部產(chǎn)狀變緩.

（2）白堊系上統(tǒng)南雄群（K2nn）

南雄群下亞群（K2nna）：分布于研究區(qū)中西部，主要巖性為鈣質(zhì)含砂礫巖、中細粒鈣質(zhì)巖屑砂巖、砂質(zhì)礫巖、砂礫巖. 地層傾向南西或北東，傾角5～15°，為一套砂礫巖與砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖的沉積. 總厚達2 900 m，與下伏官草湖群呈不整合接觸，含輪藻、恐龍蛋化石等.

南雄群上亞群（K2nnb）：主要分布在長田向斜軸部西部，主要巖性為土黃色中細粒巖屑石英雜砂巖、（含炭質(zhì)）細粒長石石英砂巖、含礫鈣質(zhì)巖屑（石英）雜砂巖、細粒鈣質(zhì)砂巖、鈣質(zhì)細砂巖、鈣質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)礫巖，以細粒砂狀結(jié)構(gòu)為主.

1.2 構(gòu)造

粵東北區(qū)域構(gòu)造具有多期多階段活動的特點. 奧陶紀—志留紀、三疊紀以區(qū)域性擠壓為主，形成大量褶皺構(gòu)造. 中侏羅世開始由拉張環(huán)境向擠壓環(huán)境轉(zhuǎn)變，粵東北拗陷變成受蓮花山斷裂帶控制的擠壓構(gòu)造帶，同時在山間盆地中沉積大量砂巖、礫巖和火山巖. 晚侏羅世，東南太平洋板塊俯沖作用誘發(fā)強烈?guī)r漿活動，伴隨有中酸性巖漿活動. 白堊紀則以斷裂運動為主，并伴隨較強的火山活動及巖漿侵入. 古近紀以來以斷塊作用為主.

褶皺構(gòu)造主要表現(xiàn)為長田向斜（圖1）. 盆地南西側(cè)地層傾向為北東、北北東，傾角28～80°；南側(cè)地層傾向北、北東，傾角14～20°；北東側(cè)地層傾向為南西，傾角35～60°. 靠近兩翼產(chǎn)狀較陡，靠近向斜核部產(chǎn)狀逐漸變緩. 向斜核部產(chǎn)狀較為雜亂，地層主要近于水平，一般5～13°［13］.

研究區(qū)斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，主要分布于盆地西部，多為層間破碎帶. 其次為高角度正斷層，多呈雁行式或階梯式展布，以北西向為主，北東向次之. 斷裂帶內(nèi)見強硅化、角礫化現(xiàn)象. 長田斷裂為區(qū)內(nèi)控盆和控礦斷裂.

1.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿巖在空間上主要沿粵東構(gòu)造活動帶和永梅拗陷帶分布.

三疊紀侵入巖在研究區(qū)活動較弱，出露于永梅拗陷帶的玉水銅礦南部，僅見和尚頂出露中粒黑云石英二長花崗巖，呈巖株產(chǎn)出，侵入中晚泥盆世變質(zhì)石英砂巖之中. 巖石呈淡灰色，由條紋長石、更長石、石英和黑云母組成，見磁鐵礦、磷灰石等副礦物.

粵東北地區(qū)可見5 期侏羅紀—白堊紀侵入巖：第一期以輝長巖、閃長巖、石英閃長巖等小巖株為主，包括霞崗、永和北三楓、蘆屋等；第二期以花崗閃長巖和二長花崗巖為主，如龍窩、大埔圩及玉水等地；第三期黑云母花崗巖分布廣泛，是本區(qū)活動最強的巖漿活動，可見巖體侵入上侏羅統(tǒng)，并被白堊系砂礫巖覆蓋；第四期包括閃長巖、石英閃長巖、石英二長巖、花崗閃長（斑）巖、花崗巖；第五期見花崗斑巖、石英斑巖等小巖株，侵位于白堊系紅色砂巖及第三期巖體中.

古近紀—新近紀巖漿活動較弱，主要為輝長巖、輝綠巖、輝綠玢巖等小巖株，如楊家莊巖體.

2 樣品采集與分析測試

采集工業(yè)鉆孔中南雄群上亞群紅色砂巖共計30個樣品，開展巖礦鑒定、電子探針分析（圖2）、鋯石U－Pb 年齡和原位稀土元素測試工作. 樣品預(yù)處理由南昌華地科技有限公司完成，電子探針分析在東華理工大學核資源與環(huán)境國家重點實驗室利用JXA－8230完成，鋯石U－Pb 定年和原位稀土元素分析在武漢上譜分析科技有限責任公司利用LA－ICP－MS 完成. 詳細儀器參數(shù)和測試方法見文獻［14－15］.

圖2 南雄群砂巖電子背散射圖像Fig. 2 BSE images of sandstone samples from Nanxiong Group

3 碎屑鋯石分析

3.1 U－Pb 同位素年代學

陰極發(fā)光電子圖像（CL）顯示鋯石顆粒（圖3）晶形復(fù)雜多樣，以長短柱狀、橢球狀、渾圓狀為主，其次呈多邊形狀、不規(guī)則狀，粒徑30～200 μm，且部分鋯石發(fā)生碎裂現(xiàn)象. 大部分鋯石具有良好的振蕩環(huán)帶，少量鋯石具有古老的中心核，表明其以巖漿結(jié)晶成因為主，其中較細的環(huán)帶寬度可指示中酸性的巖漿沉淀環(huán)境. 樣品中鋯石Th、U 和Th/U 值變化區(qū)間較大（表1，掃描首頁OSID 二維碼可見），鋯石中Th 含量33.9×10－6～373.9×10－6，U 含量68.0×10－6～999.0×10－6. 大部分鋯石Th/U 值大于0.4，普遍小于1，表明鋯石類型主要為巖漿鋯石. 另外存在少量鋯石（2～3 顆）具有較低的Th 含量和較高的U 含量，以及極低的Th/U 值（小于0.1），結(jié)合其CL 圖像及微量元素特點，認為以變質(zhì)成因為主［16］. 變質(zhì)鋯石有變質(zhì)新生和變質(zhì)改造等類型，以復(fù)雜的外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)可與巖漿鋯石相區(qū)分［17-18］.鋯石的磨圓度間接指示沉積物經(jīng)過快速剝蝕和近距離的搬運沉積，與巖相學的低成分成熟度和復(fù)雜巖屑組成相吻合.

圖3 南雄群砂巖碎屑鋯石CL 圖像Fig. 3 CL images of detrital zircons in sandstone samples from Nanxiong Group

ICP－MS 鋯石U－Pb 同位素測定，去除個別諧和度小于90%的測點數(shù)據(jù)（僅1 個），并且在數(shù)據(jù)處理和綜合解譯時，對年齡大于1 000 Ma 測點利用207Pb/206Pb投圖，年齡小于或等于1 000 Ma 測點利用206Pb/238U 投圖，這樣可使數(shù)據(jù)解譯更科學、準確、可靠［19］. 本研究利用37 個鋯石U－Pb 年齡綜合分析得出，年齡有相對集中分布之趨勢，可以大致劃為5 組，其中兩組的207Pb/206Pb 年齡介于2 506～941 Ma（圖4b），年齡明顯較老，數(shù)據(jù)諧和度相對較好，文中沒有將其作為圖解列出，其中有少量處于一致線以下，可能是鋯石發(fā)生不同程度的Pb 丟失現(xiàn)象. 其他3 組206Pb/238U 年齡相對年輕（510～99 Ma），這些年輕鋯石的諧和度相對偏高，總體靠近一致線上或兩側(cè)（圖4a）.

圖4 南雄群碎屑鋯石U－Pb 年齡諧和圖及頻譜圖Fig. 4 U－Pb age concordia diagram and spectogram of detrital zircons from Nanxiong Group

3.2 稀土元素特征

南雄群沉積巖碎屑鋯石LA－ICP－MS 原位微區(qū)測定稀土元素分析結(jié)果如表2（掃描首頁OSID 二維碼可 見）. 其 中 碎 屑 鋯 石∑REE 介 于85.96×10－6～1354.01×10－6，LREE 和HREE 分別介于2.42×10－6～375.27×10－6和78.64×10－6～1346.63×10－6，可見其稀土元素的各項含量均變化明顯. 利用前人提供的球粒隕石標準值對表中測試結(jié)果進行標準化［20］，（La/Yb）N值介于0～0.232，LREE/HREE 值介于0.003～0.741，均顯示南雄群碎屑鋯石輕、重稀土元素分異明顯，且重稀土含量相對富集.

不同成因類型的鋯石，其稀土元素配分模式存在較大差別［21］. 圖5 顯示南雄群上部鋯石主要具有巖漿鋯石的典型結(jié)構(gòu)特征，顯示富集HREE，虧損LREE，從La 到Lu 元素的球粒隕石均一化值具逐漸上升的特點. δEu 值為0.016～0.592，δCe 值為1.087～293.82，具明顯的“谷”狀Eu 異常、“峰”狀Ce 異常［20］，說明其具有殼源巖漿鋯石的稀土元素證據(jù)，同時也有少量復(fù)雜變質(zhì)鋯石存在. 再次證明，南雄群砂巖鋯石以為燕山期巖漿鋯石為主，同時存在少量的復(fù)雜成因變質(zhì)鋯石［21］. 將稀土元素測試結(jié)果與區(qū)域巖漿巖配分曲線進行對比，結(jié)合區(qū)域地層、構(gòu)造和巖漿巖特點，認為盆地碎屑物來源相對復(fù)雜，但以周緣燕山期巖漿巖風化產(chǎn)物為主.

圖5 南雄群碎屑鋯石稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖Fig. 5 Chondrite-normalized REE patterns of detrital zircons from Nanxiong Group

4 討論

樣品中最年輕的碎屑鋯石U－Pb 年齡為99 Ma，說明南雄群砂巖形成年齡主體晚于99 Ma，與其形成于晚白堊世的地質(zhì)事實相符. 通過對樣品中37 組諧和度較高（大于90%）的U－Pb 年齡進行統(tǒng)計分析，年齡大致可劃為5 組，分別為2506～1666 Ma、1815～941 Ma、510～434 Ma、308～234 Ma、172～99 Ma. 通過對比碎屑鋯石的形態(tài)、磨圓、晶體結(jié)構(gòu)及稀土元素特點，可得出鋯石以巖漿結(jié)晶成因為主，所以上述每一年齡分組的鋯石均可能代表一次強烈的巖漿－構(gòu)造事件. 這些年齡區(qū)間的峰期年齡可分別對應(yīng)呂梁期、晉寧期、加里東期、印支期和燕山期等構(gòu)造運動期次，表明研究區(qū)的構(gòu)造－巖漿活動主要受中國東部巖漿構(gòu)造活動所控制，并具有階段性幕式發(fā)展演化的特點.

研究區(qū)位于廣東省東北部，區(qū)域巖漿－構(gòu)造活動一直較為活躍. 巖相學顯示其含有大量巖漿巖屑和炭屑，具低的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度，總體具有燕山期侵入巖的特點. 通過統(tǒng)計5 組U－Pb 年齡的碎屑鋯石數(shù)量，發(fā)現(xiàn)173～99 Ma 數(shù)量相對較多（占總量約34%），按照構(gòu)造旋回特點和巖漿侵入時代，符合燕山期（尤其晚期）的巖漿構(gòu)造活動產(chǎn)物. 前人將燕山期巖漿活動大致分為5 個期次，各期次鋯石在南雄群含礦砂巖中均有分布，其中以主要侵位為白堊系紅色砂巖內(nèi)［22］的燕山晚期（燕山第五期）最為常見［23］. 將稀土元素配分曲線與區(qū)域上巖體進行對比，主要與燕山期巖漿巖配分模式類似［24］. 前人的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查結(jié)果顯示，南雄群覆蓋于中生代花崗巖之上，區(qū)域上出露也以中生代花崗巖為主，這與碎屑鋯石的頻數(shù)分布特征相吻合，其中部分古老年齡的碎屑鋯石可能并不直接來自巖體剝蝕，而是中生代巖體中捕獲的古老鋯石晶體.

長田盆地的研究程度和工作基礎(chǔ)相對薄弱，本文通過野外觀察及采樣、區(qū)域地質(zhì)資料整理、相關(guān)分析測試實驗和數(shù)據(jù)綜合處理解釋，認為該區(qū)缺失三疊系地層是梅州地區(qū)印支期構(gòu)造事件的響應(yīng)，附近的葉華巖體則是印支期構(gòu)造－巖漿活動的記錄. 在晚三疊世—早侏羅世主要處于拉張構(gòu)造環(huán)境并形成斷陷盆地，形成一套金雞組（J1j）含生物碎屑和有機碳的海相沉積細碎屑巖. 在晚侏羅世—早白至世，粵東北地區(qū)受巖石圈伸展拉張的構(gòu)造背景的影響，出現(xiàn)廣泛分布的中酸性巖體，北東向區(qū)域性深大斷裂控制了巖漿活動的總體展布. 綜合說明南雄群沉積巖物質(zhì)來源主要是周邊出露的燕山期花崗巖體，其次為印支期和加里東期侵入巖體，燕山期巖體以盆地西側(cè)的羅浮巖體和大坪巖體為主.

5 結(jié)論

（1）U－Pb 同位素定年分析表明最年輕的鋯石年齡為99 Ma，顯示南雄群沉積巖成巖年齡晚于99 Ma.

（2）不同年齡段的碎屑鋯石均具有輕稀土元素含量低、重稀土元素含量高的左傾模式且具有適度的負Eu 異常、正Ce 異常，指示南雄群沉積巖主要物質(zhì)來源于巖漿巖.

（3）碎屑鋯石年齡譜可與中國東部（粵東北）巖漿構(gòu)造活動對應(yīng)，并有幕式發(fā)展演化的特點. 沉積巖碎屑物質(zhì)來源主要是周邊出露的燕山期花崗巖體，以盆地西側(cè)的羅浮巖體和大坪巖體為主.