黃梅縣婆婆寨巖體鋯石U-Pb年代學(xué)及巖石地球化學(xué)特征研究

鐘石玉，徐 浩*，湯 旋，胡太平，楊 成，王小敏，阮業(yè)東，黃 麗

(1.湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北 武漢 430034; 2.湖北省地質(zhì)局 第一地質(zhì)大隊(duì)，湖北 大冶 435100)

1 區(qū)域地質(zhì)與巖體地質(zhì)特征

婆婆寨巖體所在區(qū)域?qū)儆谇貛X褶皺系桐柏—大別中間隆起帶大別山復(fù)背斜東段浠水褶皺束東端，郯廬斷裂帶與襄樊—廣濟(jì)斷裂帶交匯的北部(圖1)[5-7]。

圖1 區(qū)域地質(zhì)圖[5-7]

區(qū)域上出露的地層主要是前寒武系變質(zhì)巖系，有新元古界武當(dāng)群、紅安巖群，古元古界大別巖群及白堊系—古近系湖盆沉積。區(qū)內(nèi)脆性斷裂發(fā)育，規(guī)模較大，按走向可分為NW、NE向，屬襄樊—廣濟(jì)斷裂帶與郯廬斷裂帶的次生構(gòu)造。區(qū)內(nèi)巖漿巖分布廣泛，巖性從超基性到酸性均有出露，其中超基性—基性巖體受斷裂控制明顯。巖漿侵入活動(dòng)大致可分為揚(yáng)子期和燕山期，其中以燕山期最為發(fā)育，一般巖體規(guī)模較大，在平面上呈圓形或不規(guī)則狀，受NE、NW向兩組斷裂帶的聯(lián)合控制。

婆婆寨巖體呈NE—SW向展布，受NW、NE向兩組斷裂構(gòu)造影響，普遍具一定程度的碎裂巖化，巖石中裂隙較發(fā)育部位可見絹云母化、高嶺土化、黃鐵礦化、綠泥石化、鉀化、鈉化、硅化等蝕變。

2 樣品采集與測試

2.1 樣品采集

用于鋯石U-Pb年代學(xué)測試與全巖分析的兩件樣品PPZ01、PPZ02均取自于X234公路邊，具體采樣位置見圖1。手標(biāo)本呈淺肉紅色，具細(xì)粒結(jié)構(gòu)，碎裂狀構(gòu)造，主要由鉀長石、斜長石、石英及少量黑云母組成，局部見有白云母，粒徑0.5～1.5 mm(圖2)。

圖2 婆婆寨正長花崗巖手標(biāo)本照片

經(jīng)鏡下鑒定，巖性為碎裂巖化正長花崗巖，具半自形細(xì)粒狀結(jié)構(gòu)、顯微碎裂構(gòu)造(圖3)。巖石由堿性長石(55%±)、斜長石(15%±)和石英(25%±)、黑云母(<1%)、絹云母(3%±)、黃鐵礦(<1%)組成。堿性長石基本為條紋長石，其次為零星的微斜長石。條紋長石碎裂紋發(fā)育，呈半自形碎板狀，部分晶粒破碎位移，板長一般為0.6～1.0 mm。斜長石呈半自形板柱狀、碎粒狀，粒徑為0.2～0.5 mm，有的晶粒產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)位移。石英呈他形粒狀彼此鑲嵌，粒徑一般為0.1～0.3 mm，經(jīng)歷了重結(jié)晶作用。被壓碎細(xì)?；拈L石和石英粒徑為0.02～0.06 mm，分布于長石和石英邊緣。鱗片狀的絹(白)云母分布于礦物晶粒裂隙及巖石顯微裂隙中。他形粒狀的黃鐵礦稀疏散布于長石粒間。副礦物有鋯石、釷石、褐鐵礦、鈦鐵礦等。巖石中黑云母可見綠泥石化。

Per.條紋長石；Pl.斜長石；Qz.石英

2.2 樣品測定方法

2.2.1全巖地球化學(xué)分析

兩件樣品的全巖地球化學(xué)分析由湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心完成。主量元素采用X射線熒光光譜法(XRF)測定，微量元素由電感耦合等離子體全譜直讀光譜法與電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-OES)結(jié)合測定，稀土元素則由電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測定。

2.2.2鋯石靶制備

樣品經(jīng)逐級粉碎后，由人工淘洗分選，并在鏡下選出晶形完好的鋯石顆粒。選出的鋯石顆粒置于環(huán)氧樹脂中，被研磨拋光至一半，使其內(nèi)部暴露。在自然資源部稀土稀有稀散礦產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的電子探針實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鋯石的陰極發(fā)光和背散射電子圖像分析，分析時(shí)電壓20 kV、電流50 mA[8-9]。

2.2.3LA-ICP-MS分析

鋯石U-Pb定年及微量元素含量分析是在湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心巖石礦物研究室完成的。鋯石微量元素定量計(jì)算時(shí)以NIST 610作為外標(biāo)、Si作為內(nèi)標(biāo)。鋯石U-Pb定年分析同位素分餾校正時(shí)以鋯石標(biāo)準(zhǔn)年齡物質(zhì)91500作為外標(biāo)，每分析6～8個(gè)樣品點(diǎn)后分析2次91500。樣品測試時(shí)，背景信號采集10 s，樣品剝蝕時(shí)長40 s，管路吹掃時(shí)長10 s，信號采集時(shí)間總共為60 s。對樣品的同位素比值、元素含量的處理分析、加權(quán)平均年齡的計(jì)算及鋯石年齡諧和圖的繪制分別采用ICPMSDataCal 9.0、Isoplot 3.0來完成[10-11]。

3 鋯石U-Pb定年結(jié)果

用于測試的鋯石顆粒如圖4所示，發(fā)育微裂隙，為自形—半自形雙錐長柱狀，晶體整體長寬比一般約為2∶1，粒徑較小且均勻，大小為0.05～0.15 mm。大部分鋯石發(fā)育較完好清晰的振蕩環(huán)帶，顯示巖漿成因鋯石特征；少數(shù)鋯石發(fā)育斑雜狀分帶的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，顯示變質(zhì)重結(jié)晶特征；還有少量鋯石因微裂隙發(fā)育，邊部可見海綿狀分帶現(xiàn)象[12-15]。鋯石外形與內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征指示婆婆寨正長花崗巖成巖后因受后期構(gòu)造影響，鋯石中發(fā)育有微裂隙，后期熱液或流體沿微裂隙與鋯石礦物發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。

圖4 婆婆寨正長花崗巖鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像

本文分別對兩個(gè)樣品中鋯石振蕩環(huán)帶部位各24個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行了U-Pb同位素分析，測試分析結(jié)果見表1，結(jié)果顯示其U、Th含量較高，其中樣品PPZ01中鋯石的Th/U值為0.92～2.14，樣品PPZ02中鋯石的Th/U值為0.94～2.00，顯示出巖漿鋯石典型的Th/U比值特征。

在對兩個(gè)樣品鋯石各24個(gè)測點(diǎn)U-Pb同位素分析結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，考慮到可能受變質(zhì)重結(jié)晶作用影響導(dǎo)致放射性成因鉛丟失，造成測點(diǎn)年齡不諧和等因素，除去了數(shù)據(jù)質(zhì)量較差、可信度較低的測點(diǎn)，經(jīng)校正后的有效測點(diǎn)見表1。可以看出，樣品PPZ01鋯石的206Pb/238U年齡在(804.3±17.4)～(766.2±35.6)Ma，獲得的鋯石加權(quán)平均年齡為(792.7±5.9)Ma(MSWD=0.19)(圖5)；樣品PPZ02鋯石的206Pb/238U年齡在(787.7±11.2)～(763.2±14.5)Ma，獲得的鋯石加權(quán)平均年齡為(780.1±5.5)Ma(MSWD=0.15)(圖6)。表明婆婆寨正長花崗巖成巖時(shí)間為(792.7±5.9)～(780.1±5.5)Ma，為青白口紀(jì)侵入巖。

表1 婆婆寨正長花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)分析結(jié)果

圖5 樣品PPZ01鋯石U-Pb年齡諧和圖

圖6 樣品PPZ02鋯石U-Pb年齡諧和圖

4 元素地球化學(xué)特征

4.1 主量元素

樣品主量元素分析結(jié)果見表2。在侵入巖全堿—硅(TAS)分類圖解(圖7)上，兩件樣品均落入花崗巖范圍內(nèi)，且均位于Irvine分界線以下，利特曼指數(shù)δ均<3.3，表明婆婆寨正長花崗巖屬于亞堿性系列巖石。

Ir.Irvine分界線，上方為堿性，下方為亞堿性；1.橄欖輝長巖；2a.堿性輝長巖；2b.亞堿性輝長巖；3.輝長閃長巖；4.閃長巖；5.花崗閃長巖；6.花崗巖；7.硅英巖；8.二長輝長巖；9.二長閃長巖；10.二長巖；11.石英二長巖；12.正長巖；13.副長石輝長巖；14.副長石二長閃長巖；15.副長石二長正長巖；16.副長石正長巖；17.副長石深成巖；18.霓方鈉巖/磷霞巖/粗白榴巖

表2 婆婆寨正長花崗巖主量元素分析表

婆婆寨正長花崗巖SiO2含量為73.87%～74.50%，均值為74.19%；Al2O3含量為14.00%～15.60%，均值為14.80%；CaO含量為0.11%～0.17%，均值為0.14%；MgO含量為0.17%～0.20%，均值為0.19%；K2O含量為5.45%～5.74%，均值為5.60%；Na2O含量為2.83%～3.65%，均值為3.24%；K2O+Na2O=8.57%～9.10%，均值為8.84%；K2O/Na2O=1.49～2.03，均值為1.76，均>1.0。以上數(shù)據(jù)顯示婆婆寨正長花崗巖具有高硅高鋁富堿低鎂低鈣的特征。

婆婆寨正長花崗巖分異指數(shù)DI值為92.64～94.62，較高的分異指數(shù)表明巖漿演化較徹底；在SiO2-K2O圖解(圖8)中，婆婆寨正長花崗巖落入鉀玄巖系列區(qū)域；婆婆寨正長花崗巖A/CNK值為1.15～1.41，具弱過鋁質(zhì)特征；在A/NK-A/CNK圖解(圖9)上，樣品均落在弱過鋁質(zhì)巖石區(qū)域。綜上認(rèn)為，婆婆寨正長花崗巖經(jīng)歷了較高的分異演化，屬于弱過鋁質(zhì)鉀玄巖系列。

圖8 婆婆寨正長花崗巖SiO2-K2O圖解

圖9 婆婆寨正長花崗巖A/NK-A/CNK圖解

4.2 微量元素

結(jié)合微量元素?cái)?shù)據(jù)(表3)及原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖10)顯示，婆婆寨正長花崗巖具有較高含量的Rb、Zr、Hf、U、Th，貧Ba、Nb、Sr、P、Ti、Cr、Ni等，這與典型的A型花崗巖所具有的微量元素特征相類似[16]。其中Nb虧損和Ti的貧化表明巖漿物質(zhì)來源和地殼有著緊密聯(lián)系，暗示巖漿源區(qū)巖石主要為陸殼組分或受殼源組分重熔混染[17-19]。

圖10 婆婆寨正長花崗巖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖

表3 婆婆寨正長花崗巖微量元素分析表(單位：μg/g)

Taylor等[20]認(rèn)為，在地球演化過程中Rb不斷向上遷移進(jìn)入硅鋁層，上地幔越來越虧損Rb，Sr主要富集在斜長石中?；◢弾r的Rb/Sr比值越高，越說明源巖主要來自于上部陸殼。而上部陸殼平均Rb/Sr值大約為0.32，大陸殼平均Rb/Sr值為0.24。婆婆寨正長花崗巖Rb/Sr值為4.37～4.75，遠(yuǎn)高于上部陸殼平均值，表明其具有殼源成因的特點(diǎn)。

4.3 稀土元素

分析婆婆寨正長花崗巖稀土元素?cái)?shù)據(jù)(表4)可知，其稀土總量(∑REE)為217.81～293.90 μg/g，均值為255.86 μg/g，顯示稀土總量較高；輕稀土總量(∑LREE)為199.21～270.26 μg/g，均值為234.73 μg/g；重稀土總量(∑HREE)為18.60～23.65 μg/g，均值為21.12 μg/g；LREE/HREE為10.71～11.43，LaN/YbN為14.36～14.44，表明輕重稀土分餾明顯，輕稀土富集而重稀土虧損。LaN/SmN為6.48～7.98，GdN/YbN為1.16～1.38，表明輕稀土分餾明顯，重稀土分餾不顯著。

表4 婆婆寨正長花崗巖稀土元素分析表

在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解(圖11)中，婆婆寨正長花崗巖曲線整體為右傾型，呈“V”形谷狀，顯示較強(qiáng)烈的銪負(fù)異常(δEu為0.19～0.22)，指示巖石中斜長石的缺乏與高含量鉀長石的存在，反映出形成它的花崗質(zhì)熔體經(jīng)歷了高度分離結(jié)晶作用。δCe值為0.59～0.80，表明巖漿演化過程中經(jīng)歷了部分副礦物的分離。

圖11 婆婆寨正長花崗巖稀土元素配分模式圖

婆婆寨正長花崗巖Sm/Nd比值為0.16～0.17，均<0.3，表明其可能為殼源花崗巖[21]。

5 討論

5.1 巖石成因

婆婆寨正長花崗巖富鋁，Al2O3含量普遍>12%，A/CNK值>1，為典型的鋁質(zhì)花崗巖。其地球化學(xué)特征為具有較高含量的SiO2、Na2O+K2O、REE、Rb、Th、U等，較低含量的CaO、MgO、Ba、Sr等，較高的FeO*/MgO、K2O+Na2O/CaO等元素比值，與A型花崗巖類主要地球化學(xué)特征相吻合。其稀土元素特征和“海鷗式”配分模式曲線型式以及REE配分曲線具有顯著的負(fù)Eu異常等特征，這都符合A型花崗巖的特征。張旗等[16]總結(jié)了A型花崗巖的實(shí)質(zhì)是在低壓條件下部分熔融的花崗巖類，其最突出的特征是富鉀(K2O=4%～6%或更高)，具有雁式分布的REE型式，貧Ba、Sr、Ti、P和Eu。婆婆寨正長花崗巖10 000×Ga/Al平均值為2.62，高于Whalen et al.[22]提出的劃分A型花崗巖的標(biāo)準(zhǔn)值2.6。上述地球化學(xué)特征均明顯不同于I型和S型花崗巖，這也從側(cè)面證明其為A型花崗巖。

在Whalen et al.的地球化學(xué)判別圖解(圖12)與A/CNK-ZNCY(Zr+Nb+Ce+Y)圖解(圖13)上，所有樣品均落在A型花崗巖區(qū)域。

A.A型花崗巖；I&S.I型和S型花崗巖

S.S型花崗巖；I.I型花崗巖；A.A型花崗巖

張旗等[23]研究表明，中酸性巖漿巖的Sr和Yb值是兩個(gè)很重要的地球化學(xué)指標(biāo)。婆婆寨正長花崗巖Sr含量為29.1～33.6 μg/g(遠(yuǎn)<100 μg/g)，Yb含量為3.49～3.86 μg/g(>2 μg/g)，屬于低Sr高Yb類型的花崗巖，形成的壓力可能很低(<0.5 GPa)，形成的深度也可能很低(<5 km)，推測巖漿源區(qū)可能較淺。婆婆寨正長花崗巖具有較明顯的Eu負(fù)異常，并呈現(xiàn)“V”形稀土元素配分特征，暗示巖漿源區(qū)有斜長石殘留，也表明巖漿起源的壓力較低[24]。從巖石礦物學(xué)和地球化學(xué)的角度來看，婆婆寨正長花崗巖屬于鋁質(zhì)A型花崗巖，暗示其起源于下地殼的長英質(zhì)巖石。因此，推測婆婆寨正長花崗巖源區(qū)應(yīng)該是中下地殼巖石的部分熔融產(chǎn)物。

5.2 成巖構(gòu)造環(huán)境

在Ta-Yb和Rb-(Y+Nb)構(gòu)造背景判別圖解(圖14)上，婆婆寨正長花崗巖投影點(diǎn)落在火山弧花崗巖與板內(nèi)花崗巖區(qū)域分界線上及附近，位于碰撞后花崗巖區(qū)域。

VAG.火山弧花崗巖；WPG.板內(nèi)花崗巖；ORG.洋脊花崗巖；syn-COLG.同碰撞花崗巖；Post-COLG.碰撞后花崗巖

在R1-R2圖解(圖15)上，婆婆寨正長花崗巖投影點(diǎn)較為集中分布于同碰撞(S型)花崗巖區(qū)域與造山期后A型花崗巖區(qū)域分界線及其附近，但偏于造山期后A型花崗巖區(qū)域一側(cè)。

①.地幔分異期花崗巖；②.破壞性活動(dòng)板塊邊緣(板塊碰撞前)花崗巖；③.板塊碰撞后隆起期花崗巖；④.晚造山期花崗巖；⑤.非造山期A型花崗巖；⑥.同碰撞(S型)花崗巖；⑦.造山期后A型花崗巖

結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化特征，對比同時(shí)代太陽腦巖體，筆者認(rèn)為，婆婆寨正長花崗巖形成于碰撞后的伸展環(huán)境，具體為桐柏—大別微陸塊和揚(yáng)子板塊碰撞造山運(yùn)動(dòng)結(jié)束之后初始的拉張伸展階段[27-29]。

6 結(jié)論

(1)婆婆寨正長花崗巖侵入時(shí)間為(792.7±5.9)～(780.1±5.5)Ma，為青白口紀(jì)侵入巖。

(2)婆婆寨正長花崗巖屬于弱過鋁質(zhì)鉀玄巖系列巖石，為鋁質(zhì)A型花崗巖。

(3)婆婆寨正長花崗巖形成于碰撞后的伸展環(huán)境，標(biāo)志著在青白口紀(jì)桐柏—大別微陸塊和揚(yáng)子板塊之間晉寧造山運(yùn)動(dòng)結(jié)束，桐柏—大別造山帶進(jìn)入碰撞后的構(gòu)造演化階段。