95 Ma是華南晚中生代巖漿演化轉(zhuǎn)折點嗎？
——來自浙閩典型花崗巖體的證據(jù)

高秦，丁嘉林，張延青，周鵬，曾志杰，厲子龍

1)浙江大學(xué)海洋學(xué)院, 浙江舟山, 316000;2)臺州市自然資源和規(guī)劃局椒江分局, 浙江臺州, 318000

內(nèi)容提要：中國東南沿海地區(qū)出露的大面積中生代巖漿巖與礦化作用與區(qū)域構(gòu)造域轉(zhuǎn)換密切相關(guān)，在100～90 Ma左右浙閩地區(qū)殼幔作用強烈，前人大多數(shù)的研究工作是針對單個巖體或幾個復(fù)式巖體展開的相應(yīng)研究工作，缺少對浙閩沿海中生代花崗巖類的跨區(qū)域研究，特別是具體時間節(jié)點的對比和剖析。本研究選取浙閩地區(qū)100～90 Ma形成的典型花崗巖體為研究對象，通過對其進(jìn)行地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析和整理，并與前人在華南地區(qū)的研究數(shù)據(jù)相結(jié)合，認(rèn)為100～90 Ma的浙閩花崗巖不同于日本和安第斯型的典型島弧酸性巖。浙閩花崗巖可能起源于古太平洋板塊俯沖引起基性巖漿上涌，少量基性巖漿與花崗質(zhì)巖漿以不同比例混合形成了這一時期東南沿海中生代花崗巖類的母巖漿。地殼組成的差異造成浙閩一帶形成的母巖漿的不同，而花崗質(zhì)巖體則是在這種不同母巖漿基礎(chǔ)上高度演化的結(jié)果。利用Rhyolite—MELTS方法計算浙閩地區(qū)在100～90 Ma的巖漿過程，以福建長泰巖體為例，在含水量為6%，壓力為300 MPa 的條件下進(jìn)行模擬，計算結(jié)果顯示98 Ma巖體的分離結(jié)晶程度約37%，而從95 Ma開始，巖漿演化開始趨向于無明顯規(guī)律。浙閩中生代花崗巖體顯示以斜長石、鉀長石、黑云母的分離結(jié)晶為主導(dǎo)的結(jié)晶過程，不同巖體的分離結(jié)晶程度有所不同。特別是在95 Ma時，浙閩一帶的巖體同時出現(xiàn)了斜長石的分離結(jié)晶作用，隨后又進(jìn)入由鉀長石和黑云母的分離結(jié)晶控制的階段，結(jié)合Sr、Ba的變化特征和Nd同位素等變化，認(rèn)為95 Ma左右存在地幔物質(zhì)的介入，從而導(dǎo)致浙閩地區(qū)在晚中生代巖漿演化上出現(xiàn)了轉(zhuǎn)變，而且95 Ma很可能是浙閩晚中生代花崗巖形成的轉(zhuǎn)折期，巖漿溫度的計算結(jié)果也證實了這一點。

晚中生代是古太平洋板塊匯聚東亞大陸的重要時期(Engebretson et al., 1985; Maruyama et al., 1997; Isozaki et al., 2010; 林間等, 2017)，它導(dǎo)致華南發(fā)生強烈的巖漿活動(Xu Keqin et al., 1982; Charvet et al., 1994; Zhou Xinmin et al., 2000)，形成的俯沖雜巖帶殘留在沿日本西南、中國臺灣、巴拉望—加里曼丹一線(Faure et al., 1990; Isozaki, 1997; Wakita et al., 2005)，在中國臺灣以東、菲律賓和婆羅洲等地的蛇綠巖塊(Deschampsa et al., 2000; Encarnacion, 2004; Dimalanta et al., 2006; Coggon et al., 2011; Asis et al., 2012)應(yīng)代表晚中生代俯沖洋殼殘留。大規(guī)模巖漿活動是華南晚中生代最顯著的地質(zhì)特征，巖漿巖出露約240000 km2(Zhou Xinmin et al., 2000)。近60年來，華南中生代巖漿巖的研究經(jīng)歷了從時空分布到巖漿來源、從殼幔作用到構(gòu)造背景等方面，已經(jīng)取得了較多的研究成果和認(rèn)識(徐克勤等，1982；Zhou Xinmin et al., 2000; 王德滋等, 2004; Li Zhengxiang et al., 2007; Wang Yuejun et al., 2013; Zhang Guowei et al., 2013; Zheng Yongfei et al., 2013; Duan Zheng et al., 2017; Chen Jiyuan et al., 2019; Xu Xisheng et al., 2021)。

東南沿海地區(qū)在白堊紀(jì)期間，經(jīng)歷了一次影響深遠(yuǎn)的巖石圈伸展作用，古太平洋板塊俯沖方向也發(fā)生轉(zhuǎn)向，開始以高角度正向俯沖(Sun Weidong et al., 2007)，浙閩地區(qū)出現(xiàn)了大量的花崗巖類，同時也發(fā)育少量基性巖類，浙閩地區(qū)晚中生代巖漿巖地球化學(xué)上也顯示出雙峰式(潘振杰等, 2017; 張成晨等, 2019)，浙閩地區(qū)侏羅紀(jì)火成巖相對白堊紀(jì)的較少，表明白堊紀(jì)是浙閩地區(qū)火成巖形成的鼎盛時期。

根據(jù)前人對于中國東南部巖漿鋯石年齡峰研究，100～90 Ma巖漿活動開始逐漸減弱(賈麗輝, 2018)，這種現(xiàn)象多數(shù)解釋是伸展構(gòu)造作用的減弱。針對這個時期單個巖體或兩到三個復(fù)式花崗巖體的研究結(jié)果，顯示這一階段的巖石存在成分和同位素差異，造成這階段復(fù)雜的地球化學(xué)特征依舊存在爭議。故本研究選取浙閩地區(qū)100～90 Ma形成的典型花崗巖體為研究對象(圖1)，在前人的研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析和整理，開展模擬計算，以期揭示在這個重要的地質(zhì)時期華南東南沿海地區(qū)花崗質(zhì)巖體的巖石特征，對進(jìn)一步闡明中國東南沿海中生代巖漿構(gòu)造演化提供新的認(rèn)識和理解。

1 數(shù)據(jù)來源

該區(qū)數(shù)據(jù)主要來自公開發(fā)表的國內(nèi)外文獻(xiàn)，時代限于100～90 Ma之間，分為98 Ma、95 Ma、92 Ma三個年齡階段。其中浙江地區(qū)為瑤坑巖體、大陳島巖體(本課題組所測)、普陀山巖體，而福建主要為魁岐、太姥山、大層山等巖體(圖1)。鑒于部分早期文獻(xiàn)的地球化學(xué)數(shù)據(jù)可能不夠精確，本研究選擇的中文文獻(xiàn)主要是在2010年以后發(fā)表的，同時整理東海、南海、日本、南美地區(qū)的花崗巖數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。本文中出現(xiàn)的浙閩地區(qū)巖漿巖的時空分布是以巖體為單位，一個巖體由于成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造不同，我們?nèi)r體地球化學(xué)數(shù)據(jù)的平均值；有些巖體(巖組)研究的文獻(xiàn)很多，有些巖體研究的文獻(xiàn)少，不論多寡，一個巖體均取一個平均值，以便進(jìn)行比較和探討，具體見表1。

表1 日本、安第斯、浙閩地區(qū)100～90 Ma花崗巖主量元素(%)、稀土和微量元素(μg/g)含量平均值表

2 礦物組合和巖石類型

華南浙閩沿海地區(qū)在100～90 Ma出露的酸性火山—侵入巖，侵入巖主要為花崗巖，其次是少量淺成的花崗閃長巖、石英二長巖等，酸性火山巖系列多數(shù)為流紋巖和熔結(jié)凝灰?guī)r(圖1)。根據(jù)前人的研究，浙江地區(qū)按時代先后順序可分為堿長花崗巖、鉀長花崗巖、花崗巖系列；福建地區(qū)可分為花崗巖、正長斑巖、堿性花崗巖系列。

根據(jù)前人研究，典型巖體的礦物組成結(jié)果見表2，98 Ma浙閩巖體其主要礦物以斜長石出現(xiàn)為特點；到95 Ma則出現(xiàn)霓石等典型的堿性礦物；在92 Ma大量出現(xiàn)條紋長石；三組不同的礦物組合，暗示這一階段浙閩地區(qū)較大源區(qū)差別和復(fù)雜的巖漿過程。

表2 浙閩地區(qū)100～90 Ma典型花崗質(zhì)巖體的礦物組合

這一階段的花崗巖化學(xué)組分呈現(xiàn)出了富硅、富堿和相對富鋁及貧鈣的特征，花崗巖SiO2含量一般在70%以上，總體上屬于鈣堿性巖系，在沿海區(qū)域多為高鉀鈣堿性巖石系列(圖2)，浙江普陀山、外北山A型花崗巖體、大陳島鉀長花崗巖體、福建魁岐巖體等，其Na2O+K2O的含量一般大于8%，相對貧鐵，A/CNK在1.0左右，且分異指數(shù)較高，反映這些巖體大多經(jīng)歷了較強的結(jié)晶分異過程。

圖2 浙閩晚中生代典型巖體TAS圖解(底圖據(jù)Middlemost, 1994)

除福建在95 Ma發(fā)育較低硅的花崗巖外，浙閩地區(qū)在100～90 Ma巖漿活動產(chǎn)物總體差別不大，但較日本和南美安第斯的花崗巖類化學(xué)成分上富集Si、Na、K(圖2)，這反映了浙閩地區(qū)在俯沖背景下，較為獨特的構(gòu)造背景或巖漿源區(qū)。

3 微量元素特征

東南沿海在主量元素上表現(xiàn)出高硅、富堿、準(zhǔn)鋁質(zhì)或弱過鋁質(zhì)，巖漿演化程度較高，微量元素上也顯示相應(yīng)的特征，如虧損Nb、Ta，富集Th、Pb、K、U等元素，顯示出島弧的特征，亦即陸殼的特征。從表1和圖2來看，安第斯和浙閩顯示共同的特點，但是浙閩某些巖體LILE甚至超過安第斯花崗巖(圖3a)，陸殼混染似乎是兩者一致的成因。如果浙閩也是安第斯型，按照巖漿巖類型和地殼厚度，安第斯地殼應(yīng)該更厚，混染作用應(yīng)當(dāng)強于浙閩，可實際情況恰恰相反，說明安第斯型和浙閩型的巖漿來源可能不同，安第斯有俯沖的痕跡，有洋殼物質(zhì)加入和陸殼混染的影響；而浙閩則陸殼物質(zhì)部分熔融形成的。同時，東南沿海地區(qū)晚中生代花崗巖和花崗閃長巖中多含有中、基性包體，表明這些巖石并不是從母巖漿連續(xù)結(jié)晶演化而來，其表現(xiàn)出一些混合成因的演化趨勢。

圖3 浙閩、日本和南美晚中生代典型巖體微量元素蛛網(wǎng)圖和稀土配分曲線(據(jù)Sun and McDonough, 1995)

浙閩地區(qū)100～90 Ma花崗巖類更為富集LILE，虧損HFSE(圖3a)，Ba和Sr負(fù)異常明顯以及變化的輕重稀土比值(圖3b)，特別是δEu負(fù)異常指示浙閩在此時期的巖石經(jīng)歷了較顯著的斜長石分離結(jié)晶作用。浙閩這一時期的花崗巖相較于典型的島弧花崗巖存在明顯的演化趨勢(圖4a、b)。但是這一階段浙閩典型巖體并非簡單的隨著SiO2/MgO值升高，Rb/Sr值升高或Ba降低(綠色陰影代表的巖體數(shù)據(jù))；同時在95 Ma時出現(xiàn)了較大的變化，具體表現(xiàn)為福建地區(qū)的SiO2/MgO值降低，浙江地區(qū)則在SiO2/MgO值升高的情況下，Rb/Sr和Ba的降低。所以對待巖漿演化的過程因該注意細(xì)節(jié)，不能只看化學(xué)數(shù)據(jù)的變化趨勢。

圖4 浙閩晚中生代典型巖體Rb/Sr vs.SiO2/MgO和Ba vs.SiO2/MgO圖(福建巖體來自薛琦琪，2018；圖例同圖3)

綜上可知，不論主量元素，還是大離子親石元素、稀土元素的特征，浙閩沿?；◢弾r在95 Ma左右存在化學(xué)成分上的轉(zhuǎn)折。

4 構(gòu)造背景與巖石成因

4.1 構(gòu)造背景

與同時期中國東部內(nèi)陸地區(qū)廣泛分布的花崗巖類相比，中國東部沿海地區(qū)花崗巖類與古太平洋板塊俯沖具有最直接的聯(lián)系。這些典型的巖體位于平潭—東山構(gòu)造帶內(nèi)，這一單元聯(lián)結(jié)東海陸架和南海北部?，F(xiàn)有的研究表明，華南巖漿巖帶(Li Xianhua et al., 2007; 徐夕生, 2008)與東亞俯沖雜巖結(jié)合部(Wakita et al., 2005)的東海到南海陸架區(qū)域成為深入研究古太平洋俯沖及東亞活動大陸邊緣演變新的突破口。南海北部的花崗巖類是侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)I型巖漿弧花崗巖類(162～148 Ma和137～102 Ma)，它們多數(shù)含有普通角閃石，具有活動性流體組分富集和Nb、Ta強烈虧損等巖漿弧特點，明顯不同于華南同時代富硅、富堿的高分異I型或A型花崗巖(圖5)。

圖5 浙閩晚中生代典型巖體與華南東部、南海晚中生代花崗巖類(Y+Nb)—Rb構(gòu)造環(huán)境對比(據(jù)Pearce et al., 1984)

按由老到新的時間序列，本次研究發(fā)現(xiàn)浙閩地區(qū)晚中生代典型花崗巖體在(Y+Nb)—Rb圖上落在華南花崗巖類/南海型花崗巖類混合區(qū)—南海型花崗巖類—華南花崗巖類區(qū)域，但是95 Ma的巖石要更符合南?；◢弾r類，結(jié)合礦物組合在此時出現(xiàn)了角閃石、霓石等典型的堿性礦物，顯示了95 Ma可能有更多的流體參與巖漿的形成。

Li Sanzhong等(2019)最近對東亞中生代大陸邊緣演變及與古太平洋俯沖的控制作用進(jìn)行了較為全面的總結(jié)和評述，認(rèn)為晚中生代華南構(gòu)造—巖漿演化受控于古太平洋flat-slab subduction(200～160 Ma)，slab foundering(160～125 Ma)和slab rollback(125～65 Ma)；據(jù)此，本次研究的地質(zhì)階段屬于古太平洋俯沖后撤的階段，結(jié)合前文對富集流體的礦物于95 Ma出現(xiàn)，本文認(rèn)為浙閩典型的花崗巖體代表了中生代時期古太平洋板塊俯沖最晚期的巖漿作用過程，在與南海地區(qū)對比后，認(rèn)為這一過程發(fā)生在太平洋板塊后撤的時間段，95 Ma的巖體記錄了后撤過程華南沿海地區(qū)巖石圈“底部加水弱化”的重要過程。

4.2 巖石成因

通過廣泛搜集和整理分析前人對研究區(qū)巖體的Nd同位素數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在100～90 Ma時期內(nèi)，浙江地區(qū)Nd同位素值普遍要更富集(圖6)，低的Nd同位素表明浙江地區(qū)地殼物質(zhì)貢獻(xiàn)增多，地殼也更厚。此外，浙閩地區(qū)的樣品具有相似的Nd變化，εNd(t)按照時代由老到新依次是：浙江(-7.7、-6.83、-0.9)、福建(-5.5、-2.9、-5.0)同位素組成變化(圖6)，高于華南地殼的演化線表明樣品中有不同程度的地幔物質(zhì)貢獻(xiàn)(Zhou Xinmin & Li Wuxian 2000; Li Zhengxiang & Li Xianhua, 2007; Li Zhen et al., 2012; Li Jianhua et al., 2014; Liu Liang et al., 2016)，且95 Ma較98 Ma要更加“虧損”，隨后福建地區(qū)92 Ma又再次降低，而浙江的瑤坑巖體(92 Ma)同位素記錄上沒有像福建地區(qū)一樣出現(xiàn)先升高再降低的過程，可能與瑤坑地區(qū)靠近溫州—臨海大斷裂造成基性巖漿容易上涌，其活動時間延長有很大的關(guān)系，具體有待進(jìn)一步研究。但是就整個浙閩在這一時期的花崗巖特征來看，95 Ma左右是出現(xiàn)有同位素的“虧損”過程。

圖6 浙閩晚中生代典型巖體εNd(t)隨著年齡變化

對浙閩沿海中生代花崗巖類成因的認(rèn)識主要有：① 殼—幔相互作用產(chǎn)生的巖漿經(jīng)過高程度的分離結(jié)晶形成的(Qiu Jiansheng et al., 2004; 邱檢生等，2008)；② 先存的英云閃長質(zhì)—花崗閃長質(zhì)巖石經(jīng)過分離結(jié)晶形成的(Zhao Jiaolong et al., 2015)；③ 幔源基性巖漿與殘余麻粒巖相地殼物質(zhì)部分熔融產(chǎn)生的巖漿混合形成的(Zhao Jiaolong et al., 2016)。鑒于以上認(rèn)識，本次研究利用Rhyolite—MELTS方法來計算含水硅酸鹽體系的結(jié)晶過程，探索浙閩地區(qū)在100～90 Ma的巖漿過程。選取福建長泰巖體(SiO2/MgO，比值最低)作為初始組分(母巖漿)，在含水量為6%，壓力為300 MPa的條件下進(jìn)行模擬計算，模擬結(jié)果如下：按照時代來看，98 Ma巖體的分離結(jié)晶程度約37%(圖7a)。而從95 Ma開始，巖體演化無明顯的趨勢。

而在圖7b中，浙閩晚中生代100～90 Ma樣品顯示以斜長石、鉀長石、黑云母分離結(jié)晶為主導(dǎo)的結(jié)晶過程。但是不同時代樣品的分離結(jié)晶程度有所不同，98 Ma浙閩沿海地區(qū)鉀長石和黑云母分離結(jié)晶為主，程度也較為相似，即鉀長石35%、黑云母28%；在95 Ma開始浙閩一帶的巖體出現(xiàn)斜長石的分離結(jié)晶，且浙江巖體的分離結(jié)晶程度要高于福建，這可能與厚的地殼造成花崗質(zhì)巖漿有較長時間的演化有關(guān)。隨后92 Ma浙閩巖體又進(jìn)入鉀長石和黑云母的分離結(jié)晶，但是程度明顯高于98 Ma。

圖7 浙閩晚中生代典型巖體模擬計算結(jié)果示意圖(福建巖體來自薛琦琪，2018)

因為花崗巖類不代表熔體成分，而是代表對于堆積晶體和低效提取熔體的混合物，在花崗質(zhì)巖石成因研究中，樣品和樣品組之間不同t(SiO2/MgO)的值具有特殊的巖石學(xué)和地質(zhì)意義(Duan Meng et al., 2021)，可以反映酸性巖漿的溫度。具體的計算方程：

t(SiO2/MgO)/℃=

根據(jù)搜集的數(shù)據(jù)計算結(jié)果來看(表3)，福建地區(qū)溫度變化從781.5°C到874.7°C再到814.2°C，暗示了地?；蛘咂渌刭|(zhì)作用的影響，如超深斷裂的活動。但是浙江地區(qū)95 Ma的溫度沒有出現(xiàn)升高，這些樣品位于大陳島地區(qū)，島上大面積為凝灰?guī)r，樣品位于多巖體的邊部，所以溫度較低，但是這樣計算的溫度也與瑤坑巖體溫度相當(dāng)；結(jié)合前面的Nd同位素和微量元素的討論，95 Ma左右浙閩一帶發(fā)生了構(gòu)造背景的轉(zhuǎn)換。

表3 浙閩晚中生代典型巖體溫度模擬計算結(jié)果

綜上所述，浙閩地區(qū)100～90 Ma的花崗巖類是在太平洋俯沖后撤的構(gòu)造背景下，在95 Ma有一次地幔物質(zhì)的加入，由不同比例的虧損地幔物質(zhì)與大陸地殼物質(zhì)相互混合，在上升過程中經(jīng)歷了不同程度的巖漿演化(圖8)，具體的過程如下：

在98 Ma左右，古太平洋板塊后撤導(dǎo)致軟流圈物質(zhì)上涌，巖石圈部分熔融并底墊到浙閩地殼一帶，溫度升高，造成地殼部分熔融，同時基性巖漿參與到地殼熔融過程中(圖8a)。浙江地區(qū)地殼厚度超過福建地區(qū)，兩地形成各自不同的酸性巖漿，隨后向地殼淺部侵位冷卻結(jié)晶。而在95 Ma由于板塊后撤過程中，導(dǎo)致古老斷裂帶再活化，加劇了浙閩沿海深部軟流圈上涌，造成一次較大的巖石圈地幔熔融，更為強烈的地殼伸展減壓，形成的基性巖漿混入到花崗質(zhì)巖漿中，隨后上侵冷卻(圖8b)；在92 Ma古太平洋板塊和歐亞板塊運動“恢復(fù)”到98 Ma之前的水平，浙閩地殼繼續(xù)較弱伸展熔融，不斷演化形成高分異花崗質(zhì)巖石(圖8c)。

圖8 浙閩沿海地區(qū)100～90 Ma巖漿作用過程

5 結(jié)論

本研究以浙閩沿海地區(qū)出露的晚中生代(100～90 Ma)典型花崗巖類為研究對象，從巖石學(xué)、全巖主微量元素特征和Nd同位素組成等方面對其開展對比研究，通過相應(yīng)的模擬計算，取得如下認(rèn)識：

(1)浙閩沿海晚中生代(100～90 Ma)典型花崗巖類起源于古太平洋板塊俯沖引起的地幔楔部分熔融，產(chǎn)生的基性巖漿上涌，誘發(fā)上覆地殼發(fā)生部分熔融并產(chǎn)生花崗質(zhì)巖漿。而少量基性巖漿與花崗質(zhì)巖漿以不同比例混合形成了這一時期沿海中生代花崗巖類的母巖漿，在95 Ma左右的巖體表現(xiàn)得最為明顯。

(2)由于地殼厚度的不同，部分熔融形成的浙閩一帶母巖漿也存在差異，而地表出露的巖體則是在這種不同母巖漿基礎(chǔ)上高度演化的結(jié)果。利用Rhyolite—MELTS方法計算的浙閩地區(qū)在100～90 Ma的巖漿過程，結(jié)果顯示98 Ma浙閩巖體的分離結(jié)晶程度基本一致，約37%，而95 Ma和92 Ma的巖體，分離結(jié)晶程度差別較大。浙閩晚中生代花崗巖體顯示以斜長石、鉀長石、黑云母的分離結(jié)晶為主導(dǎo)的結(jié)晶過程，且浙江巖體的分離結(jié)晶程度要高于福建，在95 Ma浙閩一帶的巖體出現(xiàn)明顯斜長石的分離結(jié)晶。

(3)浙閩沿海典型晚中生代(100～90 Ma)花崗巖類的演化過程中，95 Ma是一個關(guān)鍵的時間節(jié)點，也預(yù)示著古太平洋板塊和歐亞板塊的構(gòu)造運動的轉(zhuǎn)換，但其具體的動力機制值得進(jìn)一步研究。

致謝：僅以此文祝賀楊文采主編80華誕！本研究得到了臺州市自然資源和規(guī)劃局椒江分局和大陳島開發(fā)建設(shè)管理委員會在野外工作方面提供的支持和幫助。另外審稿專家和章雨旭研究員仔細(xì)認(rèn)真審閱了本文，提出了很多建設(shè)性意見，在此表示感謝！