桂东北海洋山岩体锆石SHRIMP U-Pb定年和地球化学研究

程顺波，付建明，陈希清，马丽艳，卢友月

（武汉地质调查中心，武汉430205）

桂东北海洋山岩体锆石SHRIMP U-Pb定年和地球化学研究

程顺波，付建明，陈希清，马丽艳，卢友月

（武汉地质调查中心，武汉430205）

桂东北海洋山岩体为岩性单一的二长花岗岩岩基。锆石SHRIMP U-Pb定年显示海洋山岩体主结晶年龄为431±7 Ma（MSWD=3.14），与赣湘桂内陆加里东期花岗闪长岩-二长花岗岩形成时代相似，为同一期成岩事件的产物。元素地球化学研究表明，绝大多数样品具有富硅（～68%），富钾（K2O/Na2O＞1.5），弱过铝质（A/CNK 均值 1.05）和低 Al2O3/TiO2值（＜100）、高CaO/Na2O值（＞0.3）的特征。与临区浅变质基底一致的εNd(t)值（-8.0～-8.6）和T2DM值（1.82～1.87 Ga），指示其理想源区为成熟度较低的古老变质杂砂岩。进一步的宏观地质特征和华南加里东造山带构造演化序列分析表明，海洋山岩体属于陆壳改造型花岗岩，其形成的构造环境很可能为汇聚造山向非造山转化的后造山伸张环境。

SHRIMP锆石年龄；地球化学；加里东期；海洋山岩体；桂东北

海洋山岩体是华南加里东期花岗岩的一个典型代表，因在岩体的西部边缘和北部产有廉江、小源、银山岭等一些钨锡多金属矿床（点）而受到同行的广泛关注。在20世纪60～70年代广西区调队和湖南区调队开展的1∶20万区域地质调查工作中，仅对海洋山岩体进行了结构性划分。1990年广西地矿局遥感地质站、1991年广西第二水文队分别在该区开展了遥感、重力、航磁等方面的工作。为了配合重点地质走廊找矿，1995年广西第一地质队及其协作单位用单元-超单元方法对海洋山岩体进行解体，并重点研究了岩体的岩石谱系、岩石含矿性、地球化学、侵位构造[1-5]等问题。虽然当时获得的年龄[4]也具有参考意义，但是始终缺乏高质量的年龄约束。本文利用锆石SHRIMP U-Pb技术，对海洋山岩体成岩时代进行有效限定，并从主量、微量和Nd同位素地球化学出发，尝试性地对岩体成因进行探讨，以期为华南加里东造山带大陆动力学研究提供一些基础资料。

1 岩体地质概况

海洋山岩体位于广西北部灌阳、全州、兴安三县的交界处，大地构造位置上位于扬子板块东南缘，紧邻与华夏板块的结合带（图1）。岩体西部与中-下奥陶统呈侵入接触，后者为一套大陆边缘碎屑岩组合，靠近岩体处产有宽200～1000 m热接触变质带[3]，东部被泥盆系呈角度不整合覆盖。岩体平面上呈近南北的椭圆形，出露面积约380km2[6]，剖面上呈穹隆状，有向深部扩展的趋势[1]。

海洋山岩体为岩性单一的黑云母二长花岗岩，具中细粒斑状结构，块状构造。斑晶主要为条纹长石和微斜条纹长石，以1×1～1.5×2.5cm2大小为主，常具卡式双晶和格子双晶，含量为2%～15%，局部较高；基质由斜长石、石英、钾长石和黑云母组成，以1～4 mm为主。基质斜长石主要为中更长石，发育正常环带结构和聚片双晶，含量为23%～36%；黑云母为板片状，棕褐色，多色性明显，含量为7%～8%；钾长石和石英呈粒状分布于暗色矿物和斜长石之间，其中钾长石含量17%～30%，石英含量为25%～34%。在早期单元中能见到不到1%的角闪石。岩石在结构上变化比较醒目，总体上岩石结构由粗到细(中粒-中细粒-细粒),斑晶含量由多到少(斑状-含斑-少斑)，斑晶形态由它形经半自形到自形[1-2]。岩体内部发育较多富云母包体和变粒岩包体[1]。

图1 桂东北海洋山岩体地质简图（据文献[4]修改）Fig.1 Simplified geological map ofHaiyangshan batholith in northeastern Guangxi province

2 样品分析方法

用于年龄测定的岩石样品（05DW11）（X=111°03′08.0″，Y=25°29′57.2″）（图 1）破碎后，人工淘洗保留重砂部分。对重砂部分进行电磁分选和重液分选，得到一定纯度的锆石样品，然后在双目镜下人工挑选出晶形完好、透明度高、无裂纹的锆石颗粒。样品靶制备和实验条件见宋彪等（2002）[7]的描述。制靶时，将待测样品与标准样品TEM一起安放。锆石阴极发光图像采集和SHRIMP U-Pb年龄测定分别在中国地质科学院矿产资源研究所电子探针实验室和北京离子探针中心的SHRIMP II上进行，SHRIMP分析时离子束斑直径为 30 μm。由SHRIMP得到的未知样品实验数据用与其同时测定的标准样品（SL13和TEM）的实验数据进行校正，其中SL13用于校正U含量，TEM用于校正206Pb/238U比值。数据处理和U-Pb谐和图绘制使用ISOPLOT 3.0程序[8-9]，普通铅根据实测204Pb进行校正。

主元素分析在国土资源部中南矿产资源监督检测中心完成，分析方法为：Si和烧失量采用重量法；Al和 Fe2+采用容量法；Fe3+、Ti和 P 采用分光光度法；K、Na、Ca、Mg和 Mn 采用原子吸收光谱法。微量元素和稀土元素测试在中国科学院地球化学研究所测试分析中心完成，以AMH-1和GBPC-1为参考标样，相对偏差（RSD）均小于10%。Nd同位素分析在国土资源部中南矿产资源监督检测中心同位素实验室MAT261多接收质谱仪上完成。全流程本底为2.13×10-10g，用146Nd/144Nd=0.7219对Nd作质量分馏校正，计算机自动进行数据采集，采用本实验室标准样ZkbzNd（Nd）监测仪器工作状态，国家一级标准物质GBW 04419（Sm-Nd）监测分析流程。147Sm/144Nd精度优于0.5%，衰变常数λ（147Sm）=6.54×10-12a-1。

3 锆石SHRIMP年代学

进行实验分析的锆石浅黄色，粒径大约在30×100 ～ 100×300 μm2。晶体形态较为简单，以短柱状为主，长宽比为1～4，镜下柱面、锥面清晰可见。从被测锆石的阴极发光图像来看，只有少数锆石颗粒为典型的岩浆锆石（如5、10号）(图2)，无继承核，具有清晰的岩浆韵律环带[10]；大部分锆石颗粒为“老核新壳”的复合型锆石，核部已基本圆化，无环带或显示残留岩浆环带（如9、13号），边部具有比较明显的岩浆韵律环带。

05DW11样品所选的15个分析点均位于锆石边部，测试数据列于表1。15个测点的U含量变化于 295×10-6～ 828×10-6之间，Th 含量变化于 59×10-6～211×10-6之间。这些测点的Th/U比值为0.13～0.41，与江西九岭复式岩体[11]和云开混合花岗岩[12]类似。在207Pb/235U-206Pb/238U图（图3a）上绝大多数样品投影点位于谐和曲线上或者附近，指示被测锆石同位素体系没有受到后期地质热事件明显干扰。从测年结果来看，锆石明显分为两组，第一组包含1.1、2.1、7.1三个测点，对应的206Pb/238U表观年龄值分别为607.1 Ma、647.3 Ma和814.2 Ma，与岩体侵入奥陶系和被泥盆系覆盖的地质事实不吻合。这组锆石在形态比其他锆石复杂，232Th/238U值也明显低于其它锆石分析点，可能是在岩浆上侵过程中捕获的晋宁期锆石。另一组包含其他12个分析点，他们的206Pb/238U表观年龄值连续分布于450Ma以上（2个）、440 ～ 450 Ma（1 个）、430～440 Ma（3 个）、420～430 Ma（3 个）、410～420 Ma（1 个）、小于 400 Ma（2个）等几个区段，但是在207Pb/235U-206Pb/238U图上，绝大部分测点都位于谐和线上（14.1号点略为偏离谐和线）。对于这种情况，合理的解释可能是该岩体内锆石有多个结晶周期，第一个结晶期可能在深位岩浆房就已经完成，在岩浆侵位后又经历了一次大范围的锆石结晶，直至岩浆结晶晚期全部锆石晶出。本组年龄的集中区（410～440 Ma）位于年龄组中段，也和临区同期雪花顶（432 Ma）[13]、大宁（419 Ma）[14]、彭公庙（441 Ma）、越城岭（423 Ma）以及海洋山北部银山岭（426 Ma）（项目组未刊资料）等岩体的成岩年龄相近。因此分布于该区间的8个测点（4.1～6.1，10.1～14.1）的206Pb/238U 加权平均年龄 431±7 Ma（95%置信度，MSWD=3.14）（图3b）很有可能代表海洋山岩体的主结晶年龄，即海洋山岩体形成于早志留世。

图2 海洋山岩体05DW11样品锆石阴极发光显微照片Fig.2 Zircon cathode luminescence images ofsample 05DW11 fromHaiyangshan Batholith

图3 海洋山岩体05DW11样品锆石SHRIMP U-Pb谐和图Fig.3 Zircon SHRIMP U-Pb concordia diagramofsample 05DW11 fromHaiyangshan batholith

表1 海洋山岩体05DW11样品锆石SHRIMP U-Th-Pb同位素分析结果Table 1 Zircon SHRIMP U-Pb data of sample 05DW11 from Haiyangshan batholith

4 岩石地球化学特征

从代表性地球化学分析数据（表2）来看，海洋山花岗岩样品具有SiO2含量变化小（67.75%～69.93%），Na2O+K2O 值较高（6.26%～6.91%），富钾（K2O/Na2O＞1.5），弱过铝质（A/CNK 平均值为 1.05）的特征。所有样品的Al2O3/TiO2值＜100，CaO/Na2O值＞0.3。

微量元素上，相对于平均地壳丰度[15]，样品均具有略低的相容元素含量，如Cr（50×10-6～95×10-6），Ni（30.98×10-6～52×10-6）。除Sr（＜150×10-6）以外，样品的大离子亲石元素含量普遍较高，如Rb＞200×10-6、Ba 多＞500×10-6、Th 多＞20×10-6、U 多＞3×10-6；高场强元素Zr（＞180×10-6）、Hf（＞5×10-6）、Nb（＞12×10-6）、Ta（＞1×10-6）、Y（＞20×10-6）含量也不同程度偏高（表2）。代表性样品的Rb/Ba值为0.29～0.49，Rb/Sr值为1.96～2.53。在微量元素原始地幔标准化图解上（图4a），样品皆具有类似岛弧特征的微量元素分布型式，以强烈富集大离子亲石元素和明显亏损 Ba、Sr、Nb、Ta 为特征。REE 总量(ΣREE)为161.76×10-6～ 203.15×10-6，在球粒陨石标准化配分图解上（图4b），样品均表现出相似的右倾稀土配分模式，具有较强的轻重稀土分馏（(La/Yb)N=9.83～11.89）和中等的铕负异常（δEu=0.43 ～ 0.51）特征（表 2）。

图4 海洋山花岗岩样品的微量元素蜘网图（a）和稀土元素配分图（b）(球粒陨石和原始地幔标准化值据文献[16])Fig.4 Primitive mantle-normalized spider diagram(a)and Chondrite-normalized REE patterns ofHaiyangshan batholith（Chondrite and PMstandard fromRef.[16]）

表2 海洋山花岗岩样品主量和微量元素含量Table 2 Major and trace elements composition of Haiyangshan Batholith

两个样品的147Sm/144Nd比值介于0.1167～0.1171（表3），非常接近大陆上部地壳平均值（0.118±0.034）[17]。εNd(t)值为-8.0～-8.6，与临区同期花岗岩比较，明显低于地壳重熔型大宁岩体 εNd(t)值（-6.8～-7.7）[14]和万洋山岩体 εNd(t)值（-7.1～-8.3）[18]。TDM为 1.80～1.85 Ga，明显高于大宁岩体的TDM值（1.40～1.70 Ga），而落入万洋山岩体TDM（1.77～2.25 Ga）范围内，说明海洋山岩体很可能衍源于古老陆壳物质的部分熔融。

表3 海洋山花岗岩部分样品Sr-Nd同位素组成Table 3 Nd-Sr isotopic composition of samples from Haiyangshan batholith

5 讨论

5.1 形成时代

在1990年代中期，广西地质一队曾对海洋山岩体进行过单颗粒锆石Pb-Pb法测年[4]，获得的207Pb-206Pb表面年龄变化于481～513 Ma之间。但是，海洋山岩体锆石颗粒内普遍含有继承核，该组年龄作为混合年龄的概率很大，可信度不高[4]。锆石SHRIMPU-Pb定年技术是目前同位素年代学研究最有效和最常用的方法。配合阴极发光图像（CL），其微区分析能准确避开继承核，获取到较准确的岩浆结晶年龄。本次研究采用先进的锆石SHRIMP U-Pb法，对海洋山岩体主体黑云母二长花岗岩的岩浆锆石进行了年龄测定。最和谐8个测点的206Pb/238U加权平均年龄为431±7 Ma，大致代表了海洋山岩体主结晶时期。该年龄与湘南桂东花岗闪长岩428±12 Ma的Sm-Nd等时线年龄和汤湖花岗闪长岩434±1.6 Ma的锆石U-Pb年龄[19-20]一致，也类似于临区雪花顶二长花岗岩432±21 Ma的锆石SHRIMP年龄[13]和大宁岩体晚期次花岗岩419.1±6.4 Ma的锆石SHRIMP年龄[14]。这表明赣湘桂内陆加里东期花岗闪长岩-二长花岗岩形成时代较为一致，为同一期成岩事件的产物。从区域上来看，赣湘桂内陆这期岩浆作用的启动时间明显滞后于同期武夷-云开一线，后者大概在460 Ma[21]左右。但是，最近的年代学研究显示[12,22-23]，武夷-云开地区440～420 Ma的岩浆活动仍很活跃，暗示华南加里东岩浆活动具有从东南向西北扩展的趋势，而不是迁移。

5.2 物质来源

海洋山岩体岩性较为单一，表现在岩石化学上，样品具有一致的富钾（K2O/Na2O＞1.5）和过铝质（A/CNK平均值为1.05）特征，指示出花岗岩源区含有较多的硅铝质组分。本次研究还发现，大多数锆石颗粒内含有浑圆的变质继承核（图2），其中不少继承核粒径超过锆石颗粒长轴的1/2，说明源岩中的锆石在岩石熔融时具有相当低的熔解率。这个基本事实为海洋山岩体源于古老变质沉积岩[24-25]的部分熔融提供了重要线索。值得注意的是，样品中岩浆锆石的Th/U均值为0.28，低于吴元保和郑永飞（2004）[10]划分的正常岩浆锆石的Th/U比值下限（0.4）。类似现象还存在于江西九岭含堇青石花岗闪长岩，云开混合花岗岩和西藏宁中白云母二长花岗岩等强过铝质花岗岩中[11-12,26]。这可能是在古老变沉积岩部分熔融过程中，U比Th更容易活化进入熔体，导致随后从熔体中结晶出来的锆石具有较低的Th/U比值[10]。

海洋山岩石样品具有类似大陆上地壳的147Sm/144Nd平均值，通过对比还发现，样品的εNd(t)值（-8.0～-8.6）与加里东期花岗岩平均 εNd(t)值（-8.2）[27]非常相近，它们均落在中元古界地壳演化域范围内（图5）；样品的T2DM为1.82～1.87 Ga，与加里东期花岗岩平均T2DM值（1.84 Ga）[28]一致，也和扬子板块东南缘中元古界四堡群和晚元古界丹洲群下部地层[28]相当，因此，区内的古老变质沉积岩基底可以作为海洋山岩体的理想源区。

对于源自变沉积岩的过铝质花岗岩，CaO/Na2O比值是判别源区成分的重要指标，泥质岩源区生成的花岗岩CaO/Na2O＜0.3，而杂砂岩源区生成的花岗岩CaO/Na2O＞0.3[29]。海洋山岩体CaO/Na2O值变化于 0.95～1.23，远大于 0.3。在 CaO/Na2O-Al2O3/TiO2判别图解[30]（图6a）中，所有样品均落在澳大利亚Lachlan造山带高CaO/Na2O值端元附近，在Rb/Sr-Rb/Ba（图6b）判别图中，样品也无一例外地落入杂砂岩源区，并与计算的导源于杂砂岩的岩浆投影点非常相近，表明海洋山岩体很可能源于成熟度相对较低的变质杂砂岩的部分熔融。饶家荣等（1993）[31]对湖南境内岩石圈组成和结构研究表明，该区中下地壳的纵波速度为6.51 km/s，低于榴辉岩（＞8.0 km/s）和石榴石麻粒岩（7.5 ～ 8.0 km/s），暗示本区中下地壳成分可能为中酸性片麻岩（或麻粒岩），这也给海洋山岩体导源于变质杂砂岩源区提供了必要支持。

另外，Sr、Eu负异常在海洋山花岗岩中普遍存在，岩石内斜长石主要以基质形式存在反映在岩浆形成演化过程中没有明显的斜长石结晶分离作用，这种特征说明岩浆形成斜长石稳定区，也就是说，花岗岩源区深度＜50 km[18]。

图5 海洋山花岗岩样品εNd(t)-t图解（底图据文献[27]）Fig.5 εNd(t)-t diagramofgranitic samples from Haiyangshan batholith(after refenrence[27])

图6 海洋山花岗岩样品的CaO/Na2O-Al2O3/TiO2（a）和Rb/Sr-Rb/Ba（b）（底图据Sylvester（1998）[30]）Fig.6 CaO/Na2Ovs Al2O3/TiO2（a）and Rb/Sr vs Rb/Ba（b）diagrams ofHaiyangshan batholith[30]

5.3 岩石成因

上述元素地球化学、Nd同位素和副矿物锆石的结构成分分析表明，海洋山岩体起源于区内古老变质杂砂岩的部分熔融。宏观地质方面，研究区未发现与海洋山岩体有共生关系的同期基性侵入岩或喷发岩，岩石岩性为单一的黑云母二长花岗岩[1]，副矿物组合为钛铁矿-锆石-独居石型[4]，岩体中含有较多的变粒岩包体[1]等一连串基本事实也支持海洋山岩体为陆壳改造型花岗岩[25]。

Li等（2010）[32]指出华南加里东造山带具有顺时针P-T-t演化轨迹。从大约460 Ma到440 Ma，造山带地壳发生快速褶皱缩短和逆冲加厚，中地壳进入变质峰期达到中压角闪岩相[33～35]，下地壳层次也达到了高压麻粒岩相[36]。从440 Ma到390 Ma，造山带渐变转入伸展垮塌阶段，形成大面积的中酸性岩浆侵入活动，多处可见伸展滑脱构造[37-38]和韧性剪切构造[39-41]。在上述构造演化序列中，海洋山岩体早志留世就位事件在进变质峰期（460～440 Ma）之后和走滑韧性剪切作用（420～390 Ma）之前，说明岩体形成于后造山伸展环境。在Rb-Nb+Y构造判别图中（图7），样品投影点落入同碰撞花岗岩、火山弧花岗岩和板内花岗岩交汇区域，亦能反映岩体形成于汇聚造山向非造山转化的后造山环境。地质特征上，尽管海洋山岩体局部具斑晶定向（可能是岩浆流动产生），但岩体内部环状或放射状排列的侵位节理[3]以及整体呈块状的岩石构造，也可能说明岩体形成于相对张性的构造环境。

图7 海洋山花岗岩样品的Rb-Nb+Y判别图[42]Fig.7 Rb-Nb+Ydiscrimination diagramofgranitic samples from Haiyangshan batholith[42]

6 结论

（1）海洋山岩体主结晶年龄为 431±7 Ma（MSWD=3.14），与赣湘桂内陆加里东期花岗岩类有相似的形成时代，为同一期成岩事件的产物。

（2）海洋山花岗岩具有富硅，富钾，过铝质、Nb、Ta、Sr、Ba、Eu 亏损的特征以及缓右倾的稀土配分模式。地质地球化学分析表明岩体属于陆壳改造型花岗岩，代表性样品Nd同位素和元素比值图解指示出其理想源区为古老的变质杂砂岩。通过造山带构造演化序列和微量元素构造判别图解分析可以得知，岩体形成于后造山伸展环境。

锆石分选由廊坊物探所完成，SHRIMP实验室宋彪研究员、颉颃强博士、刘建辉博士在本次锆石SHRIMP测试和数据分析中给予了细心指导在此致以诚挚的感谢。

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Zircon SHRIMP U-Pb Dating and Geochemical characteristics of Haiyangshan Monzogranitic Batholith,Northeast Guangxi

CHENG Shun-Bo,FU Jian-Ming,CHEN Xi-Qing,MA Li-Yan LU You-Yue
(Wuhan center of Chinese Geological Survey,Wuhan 430205,Hubei,China)

Haiyangshan granite is a monzogranitic batholith in northeast Guangxi province.Zircon SHRIMP U-Pb dating of this granite yields an age of 431±7 Ma(MSWD=3.14),same as granodioritic-monzogranitic plutons of inland area like Jiangxi,Hunan and Guangxi,providing temporal constraint of a diagenesis event in late Caledonian.Major,trace elements and Nd isotopic compositions of several rock samples are reported to constraints its magma source and geodynamic setting in northeast Guangxi province.The geochemical of those samples,which behavior as relatively low SiO2contents(＜70%),weak peraluminous(mean value of A/CNK ratios is 1.05),low Al2O3/TiO2(＜100)and high CaO/Na2O(＞0.3)ratios,with low εNd(t（)-8.0～-8.6）and relatively high T2DMvalues(1.82～1.87 Ga),indicating they are originated from the salic crust with metamorphosed graywacks as its major composition.Integrated with its geological feature and evolution of Caledonian orogen of Southeast China,we advocate that Haiyangshan batholith belongs to continental crust-transformation series and it forms in late orogeny setting between orogenic convergence and anorogenic periods.

SHRIMP;geochemical characteristics;Caledonian;Haiyangshan granite;northeast Guangxi province

P595，P597

A

1007-3701(2012)02-132-09

2012-01-06；

2012-02-12

中国地质调查局地质大调查项目（编号：1212010533307和1212010813061）.

程顺波（1983—），硕士，助理研究员，从事矿床学和地球化学研究，邮箱：chsb2007@qq.com.