粵西廣寧地區(qū)早志留世花崗閃長巖代學(xué)、地球化學(xué)特征及構(gòu)造意義

鄧 飛， 楊曉聰

(1. 廣東省佛山地質(zhì)局，廣東 佛山 528000；2. 同濟(jì)大學(xué) 土木工程學(xué)院，上海 200092)

華南大陸是中-新元古代以來我國大陸巖石圈構(gòu)造-巖漿演化最為活躍的地區(qū)之一，主要由揚(yáng)子塊體和華夏塊體在新遠(yuǎn)古代時期碰撞擠壓而成(Qiao et al., 2015; Faure et al., 2017)。20世紀(jì)50年代開始，地質(zhì)學(xué)家就對華南大陸內(nèi)部的巖漿作用開展了大量的年代學(xué)和地球化學(xué)研究(孫濤，2006；李三忠等，2016；楊慶坤等，2019；郭春麗等，2021)，取得了一系列的成果。華南大陸加里東期花崗巖出露面積約2.2×104km2，約占華南地區(qū)花崗巖總面積的13%，主要有兩個分帶：①武夷山-云開山地區(qū)，花崗巖侵位時代集中在425～450 Ma；②諸廣山-大瑤山地區(qū)，其分布的加里東期花崗巖年齡集中在400～420 Ma(徐先兵等，2009)，華南加里東期花崗巖年齡由東南至西北方向變年輕，同華南加里東造山運(yùn)動從南東向北西再轉(zhuǎn)向南西的遷移規(guī)律相一致(舒良樹等，2006；王正慶等,2013；劉濤等，2021)。前人對于華南地區(qū)加里東期花崗巖的巖石成因以及構(gòu)造動力學(xué)背景存在學(xué)術(shù)爭鳴。有學(xué)者認(rèn)為加里東期花崗巖是新元古代變質(zhì)巖經(jīng)部分熔融形成的殼源(S型)花崗巖(周新民，2003；王德滋，2004)，沒有明顯的地幔物質(zhì)加入；還有學(xué)者認(rèn)為加里東期花崗巖是I型，形成過程中有明顯的地幔物質(zhì)加入(李真，2011；楊慶坤等，2019)。早期片麻狀花崗巖形成于同造山碰撞擠壓環(huán)境，晚期塊狀花崗巖形成于造山后或后造山伸展拉張背景(Wang et al., 2010; 華仁民等，2013)。下地殼和巖石圈地幔拆離下沉引起軟流圈物質(zhì)上涌是華南大規(guī)?；◢弾r形成的主要原因(Xia et al., 2014; Yao et al., 2012; Zhang et al., 2015)。Yan等(2017)通過對云開地區(qū)花崗巖的研究，認(rèn)為其是新元古代東南部東海板塊一部分向西北俯沖導(dǎo)致地殼增厚，使得地殼物質(zhì)重熔形成的不含有幔源物質(zhì)的過鋁質(zhì)花崗巖體。對于華南地區(qū)加里東期構(gòu)造動力學(xué)背景主要存在洋殼俯沖(黃標(biāo)等，1994；郭令智等，1984)、陸陸碰撞(Wang et al., 2007,2011)、陸內(nèi)造山(舒良樹，2012)、多塊體拼接(Lin et al., 2008)和中小洋陸混合(張國偉等，2013)等觀點(diǎn)。雖然前人對該地區(qū)的花崗巖進(jìn)行了多方面的研究，但是對于花崗巖巖石成因、大地構(gòu)造背景以及華南大陸的構(gòu)造屬性等科學(xué)問題還存在較大爭議。針對華南大陸南緣廣寧地區(qū)花崗閃長巖開展詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查和年代學(xué)、巖石地球化學(xué)研究，在此基礎(chǔ)上討論巖石形成的大地構(gòu)造背景和巖石成因，可為深化華南大陸加里東期花崗巖的成巖理論提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)處于粵西地區(qū)(圖1)，大地構(gòu)造位于云開地塊北緣。區(qū)內(nèi)地層廣泛分布，主要出露的地層有震旦系、寒武系、泥盆系、三疊系、白堊系和第四系(圖2)。震旦系和寒武系主要為區(qū)域變質(zhì)巖，受加里東、印支等多期構(gòu)造運(yùn)動影響，經(jīng)歷了多期變形變質(zhì)作用，形成一套由輕微變質(zhì)巖類、千枚巖類和石英巖類等組成的低綠片巖淺變質(zhì)地層。泥盆系主要是濱海到淺海沉積的一套厚層石英質(zhì)砂巖、含礫砂巖以及細(xì)粒石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，同時局部夾碳酸鹽巖沉積建造，反映了局限臺地相沉積特征。三疊系主要為灰白色厚層含礫砂巖、細(xì)粒石英砂巖等，發(fā)育水平層理，與白堊系呈斷層接觸關(guān)系。白堊系下部以礫巖為主，夾少量含礫砂巖、泥巖、粉砂巖等，礫石成分復(fù)雜，反映陸相盆地沉積特征，上部巖性以中-薄層狀粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖為主，夾鈣質(zhì)粉砂巖，具有明顯下粗上細(xì)的沉積韻律，反映濱-淺湖相沉積環(huán)境。

研究區(qū)內(nèi)巖漿巖分布廣泛，呈北東向展布，主要分布于東部地區(qū)(圖2)。區(qū)內(nèi)巖漿巖以侵入巖為主，含少量火山巖。侵入巖時代為加里東期、印支期和燕山期，中酸性侵入巖分布面積最大，主要分布于褶皺構(gòu)造軸部或斷裂帶及其兩側(cè)，具有典型的構(gòu)造運(yùn)動控制巖漿活動的特點(diǎn)。本次研究對象為加里東期的中粒花崗閃長巖，主要分布于研究區(qū)東部下洞-坑口、上山塘以東及太平坑-上山塘以西一帶，大致呈小橢圓狀北東向展布，出露面積約為21.81 km2。該期侵入巖受構(gòu)造、熱液活動的影響較大，侵入體中斷層、脈體發(fā)育，局部發(fā)育弱片麻理。該期侵入體侵入寒武系牛角河組、高灘組(圖3a)，圍巖多發(fā)生角巖化；侵入晚奧陶世粗中粒黑云母花崗巖中，兩者界面清晰，在中?；◢忛W長巖中形成寬為0.8～2.0 m的細(xì)粒冷凝邊，巖石結(jié)構(gòu)上呈明顯突變(圖3b)；侵入體同時被侏羅紀(jì)花崗巖侵入。

2 樣品采集及分析測試

2.1 主微量元素分析

本次研究在廣東省肇慶市廣寧縣螺崗鎮(zhèn)和江屯鎮(zhèn)一帶共采集6件新鮮巖石樣品進(jìn)行全巖地球化學(xué)分析。巖石樣品主量元素由廣東省地質(zhì)測試中心運(yùn)用德國S8 Tiger型熒光光譜儀(XRF)分析測定，分析精度優(yōu)于5%。微量元素由廣東省地質(zhì)測試中心采用美國PE公司NexION300型電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)分析測定，分析精度優(yōu)于5%。

2.2 鋯石U-Pb年代學(xué)分析

鋯石分選、鋯石制靶和陰極發(fā)光(CL)拍攝由武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成。從挑選出來的鋯石中選擇顆粒大、無明顯裂紋、晶形完好的晶體制成鋯石靶，然后進(jìn)行透射光、反射光及CL圖拍攝。鋯石U-Pb測年由南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床國家重點(diǎn)實驗室使用LA-ICP-MS完成，鋯石年齡計算采用標(biāo)準(zhǔn)樣品91 500作為外部標(biāo)樣，元素含量采用美國國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)局人工合成硅酸鹽玻璃NIST610作為外標(biāo)，并采用ISOPLOT程序進(jìn)行鋯石U-Pb年齡諧和圖繪制。

3 分析結(jié)果

3.1 巖相學(xué)

樣品巖性為中?；◢忛W長巖，巖石呈灰白、淺灰色，暗色礦物呈暗綠色，具細(xì)中?；◢徑Y(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。礦物粒度以大于2 mm為主，礦物成分主要為斜長石(含量為36%～53%)、石英(含量為30%～45%)、鉀長石(含量為6%～18%)及暗色礦物(含量為5%～15%)角閃石、黑云母等。整個侵入巖普遍受中粒花崗巖脈、偉晶巖脈侵入，侵入接觸帶多見絹英巖化。

正交偏光顯微鏡下斜長石晶形較好，呈自形板柱狀(圖4a)，以更-中長石為主，偶見細(xì)小的角閃石包裹體，聚片雙晶發(fā)育，少部分有環(huán)帶結(jié)構(gòu)、蠕蟲結(jié)構(gòu)，多具絹云母化蝕變。鉀長石含量較少，呈不規(guī)則粒狀生長于斜長石之間，具有交代斜長石的特征(圖4b)。石英呈不規(guī)則粒狀，粒徑大小不等，具波狀消光，甚至部分顆粒亞晶?；?nèi)常含長石和黑云母包裹體。角閃石呈半自形柱狀，藍(lán)綠色，具明顯的多色性，部分呈殘余粒狀，為角閃石次閃石化產(chǎn)物，部分呈細(xì)脈狀產(chǎn)出，可能為后期熱液產(chǎn)物。黑云母呈褐色，自形-半自形片狀，多色性十分顯著，可見較大的黑云母包裹較小的片狀黑云母，具不同程度的綠泥石化，少數(shù)被綠簾石交代。顆粒總體定向性不強(qiáng)，但常呈相對聚集，呈團(tuán)狀、條狀分布，條帶具弱定向，少數(shù)顆?？梢娸p微變形，粒徑為0.02～1.00 mm。

3.2 全巖地球化學(xué)

本次6件代表性樣品的主微量測試結(jié)果見表1。該套花崗巖SiO2含量變化較小，為66.50%～71.75%，平均為69.58%。相對富集Al2O3，貧MgO，Al2O3含量為12.90%～15.16%，平均為14.34%，MgO含量為0.76%～1.54%，平均為1.16%。總堿含量(Na2O+K2O)平均為5.99%，K2O含量平均為2.37%，K2O/Na2O值為0.31～1.21，平均為0.70，顯示相對低鉀、富鈉的特征。A/CNK值為0.90～1.13，為準(zhǔn)鋁質(zhì)到過鋁質(zhì)之間；分異指數(shù)DI為68.42～82.44，平均為76.38；里特曼指數(shù)σ為1.06～1.61，平均值為1.34。巖石整體上表現(xiàn)為貧Si，富堿，貧Mg的特征。在SiO2-Na2O+K2O圖解上(圖5a)，5件樣品投點(diǎn)位于花崗閃長巖區(qū)域，1件落入到花崗巖區(qū)域。根據(jù)巖石標(biāo)準(zhǔn)礦物計算后，在花崗巖QAP分類圖中(圖5b)，大部分樣品落入花崗閃長巖區(qū)，個別樣品點(diǎn)落于二長花崗巖區(qū)。通過換算R1、R2值，得出主要陽離子的分類圖解(圖5c)，可見落點(diǎn)全部在花崗閃長巖區(qū)內(nèi)，與QAP圖解的投圖點(diǎn)基本吻合。同時在SiO2-K2O圖解中(圖5d)，大部分樣品都顯示具有中鉀巖系的特征。微量元素的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中(圖6a)，所有樣品均顯示相似的地化特征，表明具有同源巖漿的特征，富集Rb、Ba等大離子親石元素，虧損Nb、Ta等高場強(qiáng)元素。在稀土元素配分圖中(圖6b)，具有輕微右傾的配分模式，并且Eu有典型負(fù)異常特征(δEu為0.26～0.66)，指示巖漿源區(qū)有殘留斜長石。

表1 廣寧地區(qū)花崗閃長巖主量元素和微量元素分析結(jié)果

3.3 鋯石U-Pb年代學(xué)

本次共采集2件代表性樣品D7637和D7703進(jìn)行鋯石U-Pb同位素測年，測試數(shù)據(jù)見表2和圖7。本次獲得的鋯石顆粒較大，粒徑為50～260 μm，多為自形柱狀。鋯石顏色以淺褐色為主，透明到半透明，陰極發(fā)光圖(圖7e,f)均顯示具有清晰的環(huán)帶結(jié)構(gòu)，Th/U值為0.36～1.73，大于0.1，均指示為巖漿成因(Huang et al., 2016)。樣品D7637共測試20個鋯石點(diǎn)(表2)，測試的年齡集中在415.3～473.3 Ma，加權(quán)平均年齡為440.1 Ma(圖7a,c)。樣品D7703共測試18個鋯石點(diǎn)(表2)，測試的年齡集中在409～478 Ma，加權(quán)平均年齡為442.0 Ma(圖7b,d)。2件樣品的加權(quán)平均年齡接近，誤差較低，代表了該巖體早志留世加里東運(yùn)動的產(chǎn)物。

4 討論

4.1 巖石成因

本次研究采集的樣品具有富鈉、低鉀的特點(diǎn)，A/CNK值接近1.1，具有準(zhǔn)鋁質(zhì)到過鋁質(zhì)的特征(圖8a)。微量元素Nb/Ta值為7.41～13.63，平均值為11.67，遠(yuǎn)低于球粒隕石的19.9(Munker et al.,2003)，而與上地殼平均值13.4(Rudnick et al.,2014)相接近。Zr/Hf平均值為33.71，接近于大陸地殼的平均值36.7(Rudnick et al., 2014)。同時在Na2O-K2O圖解上(圖8b)樣品都落入I型花崗巖區(qū)域。在Harker圖解中(圖9)，隨著SiO2含量的增加，TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO和P2O5含量減少，說明隨著巖漿演化，角閃石、斜長石、Ti-Fe氧化物、鉀長石和磷灰石發(fā)生了明顯的分離結(jié)晶作用。并且在Harker圖解中能明顯看出P2O5與SiO2呈負(fù)相關(guān)，磷灰石在準(zhǔn)過鋁質(zhì)到弱過鋁質(zhì)巖漿中溶解度低，并且有隨SiO2的增加而降低的特征，在強(qiáng)過鋁質(zhì)巖漿中則完全相反。綜上所述，廣寧加里東期花崗閃長巖具有I型花崗巖特征。

I型花崗巖主要是一系列準(zhǔn)鋁質(zhì)鈣堿性花崗質(zhì)巖石的總稱，通常產(chǎn)于活動大陸邊緣，是未經(jīng)風(fēng)化作用的火成巖熔融形成的產(chǎn)物。I型花崗巖的巖石成因主要有以下2種構(gòu)造模式：①活動大陸邊緣和島弧產(chǎn)出；②加里東期的造山階段后期隆起。對前人的研究成果總結(jié)發(fā)現(xiàn)，華南大陸的華夏地塊中加里東期的花崗巖形成時代主要集中在420～440 Ma(圖1)，主要分布在湖南、江西、廣西和廣東等地。本次研究獲得的廣寧地區(qū)花崗閃長巖鋯石U-Pb年齡為(440.1±6.4) Ma和(442.0±8.6) Ma，代表了其巖漿結(jié)晶的時代為加里東晚期。加里東運(yùn)動引起的主要區(qū)域變質(zhì)時間為445～460 Ma(Li et al., 2010)，早于加里東晚期形成的大規(guī)模花崗巖，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，而是下地殼和巖石圈拆離下沉引起軟流圈物質(zhì)上涌形成的(Xia et al., 2014; Zhang et al., 2015)。

4.2 巖漿源區(qū)特征

I型花崗巖的形成可能是基性火成巖或正變質(zhì)巖的部分熔融(Huang et al., 2016)，或者是地殼重熔時有幔源物質(zhì)的加入。廣寧花崗巖是形成于加里東晚期的碰撞后期隆升，是否有幔源物質(zhì)的加入，可以通過巖漿巖的主微量的各類圖解來研究巖漿的源區(qū)問題。在δEu-(La/Yb)N圖解中(圖10a)，樣品幾乎全部落入到殼源區(qū)域，僅有1件樣品落入到殼幔交界處，無明顯殼幔源混合的特征。本區(qū)花崗巖是準(zhǔn)鋁質(zhì)到過鋁質(zhì)(圖8)，前人研究表明大多數(shù)過鋁質(zhì)花崗巖的起源為變質(zhì)沉積巖(貧黏土的變質(zhì)雜砂巖和富黏土的變質(zhì)泥巖)的部分熔融(Sylvester, 1998；Clemens，2003)。在CaO/(MgO+FeOT)-Al2O3/(MgO+FeOT)圖解中(圖10b)，廣寧花崗閃長巖樣品大部分落入到變質(zhì)砂巖物源與變質(zhì)泥質(zhì)物源的交界處。在Al2O3/TiO2-CaO/Na2O圖解中(圖10c)，樣品都落入到砂質(zhì)物源區(qū)。前人實驗研究發(fā)現(xiàn)，富黏土的泥質(zhì)巖石部分熔融形成的過鋁質(zhì)花崗巖CaO/Na2O值低于0.3，相反富斜長石、貧黏土的砂屑巖石或變質(zhì)火成巖的花崗巖具有較高的CaO/Na2O值(>0.3；圖10c)。廣寧花崗閃長巖具有較高的CaO/Na2O值，表明其來源為變質(zhì)砂巖的部分熔融。因此通過現(xiàn)有的地球化學(xué)元素分析推斷廣寧花崗閃長巖的形成源區(qū)為下地殼的基性巖物質(zhì)，巖漿部分熔融過程中上涌混入上地殼的沉積砂巖組分而顯示具有S型花崗巖的特征，這與前人研究認(rèn)為的華夏板塊加里東期花崗巖為一套準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)S型或I型花崗巖具有一致的結(jié)果。巖石地球化學(xué)特征與基底變質(zhì)巖系相似，沒有明顯的幔源物質(zhì)的加入(李獻(xiàn)華等，2007；曾雯等，2008；Wang et al., 2011; 朱清波等，2015)。

4.3 構(gòu)造演化特征

產(chǎn)出花崗巖的大地構(gòu)造環(huán)境和位置，對研究其成因類型等有著重要的指示作用。前人對華南加里東期花崗巖形成的大地構(gòu)造背景進(jìn)行了諸多研究，從巖石學(xué)、地球化學(xué)、古生物地層學(xué)和構(gòu)造地質(zhì)學(xué)等多角度對華南大陸加里東期構(gòu)造運(yùn)動事件進(jìn)行分析，主流觀點(diǎn)認(rèn)為該期構(gòu)造運(yùn)動是陸內(nèi)造山運(yùn)動的結(jié)果(舒良樹，2012；Wang et al., 2011；陳旭等，2012)，但是部分學(xué)者對其造山運(yùn)動過程還存在爭議，是否在造山運(yùn)動時古陸之間存在洋盆(Xu et al., 2008)，或在加里東期無洋盆存在(Wang et al., 2007; Faure et al., 2010; Charvet et al., 2010)，也有學(xué)者提出加里東期的造山運(yùn)動早期和晚期構(gòu)造環(huán)境不同，且不同區(qū)域差異也較大(Yao et al., 2012)。

通過對加里東晚期的花崗閃長巖進(jìn)行構(gòu)造環(huán)境的判別分析，其形成的壓力約500～200 MPa，形成深度大致為2～8 km，成巖溫度約700～800 °C(圖11a)。在R1-R2因子構(gòu)造環(huán)境判別圖中，樣品主要落入到同碰撞期區(qū)域內(nèi)(圖11b)，同時在Rb-(Yb+Ta)圖解中(圖11c)，樣品均落入到火山弧花崗巖-同碰撞-板內(nèi)花崗巖的交界處。同時在MgO-FeOT判別圖中(圖11d)顯示樣品都落入到POG(后造山花崗巖類)與IAG+CAG+CCG交界區(qū)域，因此表明該樣品具有后碰撞花崗巖的特征。前人研究表明，華南加里東早期花崗巖以混合巖、片麻狀花崗巖和片麻巖為主，多形成于同碰撞擠壓構(gòu)造環(huán)境，而晚期以塊狀花崗巖為主，多形成于后造山伸展拉張背景(Zhao et al., 2013; 熊松泉等，2015)。而本研究對象是加里東晚期的花崗巖，具有碰撞期后伸展環(huán)境的特征。因此在前人研究基礎(chǔ)上，提出華南大陸南緣的廣寧地區(qū)加里東期花崗巖的主要成因為，陸內(nèi)造山運(yùn)動后期伸展環(huán)境下的巖石圈地幔拆離導(dǎo)致軟流圈上涌，使得古老(變)砂巖基底部分熔融形成。

5 結(jié)論

(1)廣寧地區(qū)花崗閃長巖是一套總體表現(xiàn)為低鉀、富鈉、貧鎂的準(zhǔn)鋁質(zhì)到過鋁質(zhì)的花崗巖，微量元素顯示富集Rb、Ba等大離子親石元素，虧損Nb、Ta等高場強(qiáng)元素，δEu具有負(fù)異常，總體表現(xiàn)出I型花崗巖的特征。

(2)鋯石U-Pb測年得到廣寧花崗閃長巖形成時代為(440.1±6.4) Ma和(442.0±8.6) Ma，成巖時間與華夏地塊內(nèi)其他加里東后期的花崗巖一致。在原特提斯洋閉合以后，進(jìn)入到陸-陸碰撞造山階段，廣寧地區(qū)加里東期花崗閃長巖是由陸內(nèi)造山運(yùn)動后期伸展環(huán)境下的巖石圈地幔拆離導(dǎo)致軟流圈上涌，使得古老(變)砂巖基底部分熔融形成。