广西大瑶山地区大进岩体的锆石U-Pb年龄、地球化学特征及其意义

熊松泉, 康志强,2, 冯佐海, 庞崇进, 方贵聪, 张青伟, 吴佳昌, 蒋兴洲

(1.桂林理工大学 a.地球科学学院,b.广西隐伏金属矿产勘查重点实验室,广西 桂林 541004;2.中国科学院地球化学研究所 矿床地球化学国家重点实验室，贵阳 550002)

广西大瑶山地区大进岩体的锆石U-Pb年龄、地球化学特征及其意义

熊松泉1, 康志强1,2, 冯佐海1, 庞崇进1, 方贵聪1, 张青伟1, 吴佳昌1, 蒋兴洲1

(1.桂林理工大学 a.地球科学学院,b.广西隐伏金属矿产勘查重点实验室,广西 桂林 541004;2.中国科学院地球化学研究所 矿床地球化学国家重点实验室，贵阳 550002)

对广西大瑶山地区金秀县大进岩体进行了详细的年代学和地球化学研究,LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄测试获得其加权平均年龄为457.7±1.2 Ma(n=14,MSWD=1.8), 属华南加里东期岩浆活动产物。 通过薄片鉴定及主量元素分析, 该岩体岩石类型主要为二长花岗岩,岩石化学成分(wB): SiO2为76.36%～77.35%, K2O为5.01%～7.47%, K2O+Na2O平均含量为7.96%, K2O/Na2O>1.31, 为高钾钙碱性-钾玄质系列,A/CNK为0.98～1.76, 整体属于偏铝质-强过铝质岩石; 全岩锆饱和温度为(758～791 ℃), 富集Rb、Th、U、Pb;强烈亏损Ba、Sr、Eu等微量元素,具有M型稀土四分组效应。综合判断：大进岩体为I型花岗岩,且可能经历了较高程度的分离结晶作用；大进岩体的构造背景为板内环境,形成于华南加里东运动同碰撞时期。

花岗岩;LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb测年;地球化学;大进岩体；大瑶山;广西

广西大瑶山地区地处广西中东部,位于扬子陆块与华夏陆块结合带南西段,是广西重要金矿产区之一。据该区1∶20万区域地质测量报告[1-4],大瑶山地区经历了不同时代多期次的岩浆活动,可分为加里东期、海西-印支期、燕山期3个阶段,主要的岩体(岩脉群)有大进花岗岩体、朴全-岭祖花岗岩体、宋冒顶石英斑岩体、西山石英二长岩-花岗岩体、大黎花岗闪长岩体、六岑-桃花-古袍闪长岩群、古龙-倒水-夏郢闪长岩群、社山花岗闪长岩-花岗斑岩体、莲垌花岗闪长岩体等,具有单个岩体规模小,岩体聚集成群规模大的特点(图1a)。

近年来花岗岩研究在大陆动力学研究中显示出越来越重要的意义,花岗岩的成因机制及其地球动力学背景更是华南地区地质演化问题争论的焦点之一。前人在该区的研究工作大多与矿床有关,尤其是金矿床成矿规律,对花岗岩本身的研究不足,而且传统观点认为,华南地区加里东期花岗岩与成矿关系不大。该区加里东期花岗岩研究工作较少,岩浆岩整体工作程度较低,部分岩体缺乏高精度测年数据,使大瑶山地区岩浆岩的时代存在争议,这对该区岩浆活动的进一步研究造成了很大困扰,极大影响了成矿规律及找矿方向研究工作的进度。大瑶山地区加里东期岩浆岩类在强度和广度上仅次于燕山期花岗岩,某些加里东期花岗岩可以直接形成矿床,某些加里东期花岗岩可能为该地区晚期成矿事件提供部分成矿物质来源[6]。随着近十年来陆续发现一系列斑岩型铜金钨钼多金属矿床,如广西苍梧社垌钨钼矿床[10]、广西昭平湾岛金矿[11]、广西苍梧武界钨钼矿[12]、广西龙头山斑岩型金矿床[13]、广西宝山斑岩铜矿床[14]及广西藤县大黎钼矿床[15]等,表明其具有良好的找矿前景,也说明了大瑶山地区加里东期岩浆岩研究工作对今后的找矿工作具有重要意义。本文拟通过对大进岩体进行详细的年代学及地球化学研究,进而探讨其形成时代、岩石成因和构造背景。这些新的资料对于更好地揭示大瑶山地区加里东期地球动力学环境及其构造演化过程具有重要意义。

图1 广西大瑶山地区花岗岩类时空分布图(a,据文献[5,7-9]修改)及大进岩体地质简图(b)

1 地质背景

大进岩体构造位置位于钦杭结合带南西段大瑶山隆起区西北部,有北西向断层通过。岩体长约2.4 km,宽约1.8 km,出露面积约4 km2,呈桃状侵入震旦系培地组浅变质砂岩中,分布于金秀县大进村一带(图1b)。外接触围岩发生强烈接触热变质,从内向外形成宽约100～500 m的黑云母-堇青石带和宽大于200 m的绢云母-绿泥石带,往外热接触变质逐渐减弱。侵入体中岩脉发育,种类繁多,均呈岩墙、岩脉状产出。大进岩体主要为浅肉红色细粒二长花岗岩，局部可见灰白色绢云母化细中粒二长花岗岩脉。岩体以中细粒结构为主,岩石粒度均匀,未见暗色包体。

二长花岗岩(图2a、 图2b、 图2c),样品号为JX-1、JX-2、JX-5。块状构造,细粒花岗结构。主要矿物有石英、钾长石、斜长石,副矿物为磁铁矿。石英呈不规则粒状,粒径2～4 mm, 含量30%～35%; 钾长石呈半自形板柱状, 长2～4 mm, 宽1～1.5 mm, 具弱高岭土化和绢云母化蚀变, 含量35%～40%; 斜长石呈自形板柱状, 局部破碎, 长2～4 mm, 宽1～2 mm, 具弱绢云母化蚀变, 聚片双晶明显, 含量25%～30%。 晶体边部常见溶蚀现象, 具浅成相岩石特征。

绢云母化二长花岗岩(图2d、 图2e、 图2f), 样品号为JX-3、JX-4。块状构造， 细-中粒花岗结构， 岩石已强烈绢云母化， 主要矿物为石英、 斜长石、 钾长石， 副矿物为磁铁矿。 石英呈不规则粒状， 粒径2～4 mm， 大部分边部呈溶蚀港湾状，局部可见波状消光， 含量约40%； 斜长石强烈绢云母化， 难以看出原来晶形，含量约35%； 钾长石强烈绢云母化，仅残留原来晶形， 呈自形-半自形板柱状， 长2～3 mm， 宽0.5～2 mm，含量约25%。

图2 大进岩体手标本及显微镜下照片

2 分析方法

主量、微量元素分析测定均在中国科学院广州地球化学研究所完成。主量元素分析采用Rigaku RIX 2000型荧光光谱分析仪(XRF)测定,分析精度优于2%～5%,其详细步骤参见文献[16]。微量元素分析采用Perkin-Elmer Sciex ELAN 6000型电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定,使用USGS标准W-2、G-2及国内标准GSR-1、GSR-2、GSR-3来校正测试样品的含量。具体流程见文献[17]，分析精度优于10%。

锆石分选工作在河北廊坊市诚信地质服务有限公司完成；锆石的制靶和反射光、透射光及阴极荧光(CL)图像的拍摄工作均在重庆宇劲科技有限公司完成；锆石U-Pb年龄测定在天津地质调查中心同位素实验室完成,采用激光烧蚀多接收器等离子体质谱仪(LA-MC-ICP-MS)进行微区原位U-Pb同位素测定,分析仪由美国ESI公司NEW WAVE 193nm FX激光器和美国赛默飞世尔公司NEPTUNE多接收等离子质谱组成。采用He作为剥蚀物质的载气,Ar作为补偿气,用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST LSRM610进行仪器最优化。锆石U-Pb年龄分析采用的光斑直径为30 μm,并采用国际标准锆石GJ-1(600 Ma)作为外标标准物质进行U-Pb同位素分馏校正[18],外标校正方法为每隔8个样品分析点测一次标准,保证标准和样品的仪器条件完全一致。样品的同位素数据处理采用软件ICPMSDATACal[19]进行,年龄计算及谐和图的绘制采用Isoplot 3.23[20]进行,应用208Pb校正法对普通铅进行校正[21],实验的详细流程参见有关文献[22]。

3 分析结果

3.1 锆石U-Pb年龄

样品(JX-1)LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb同位素有效分析结果列于表1。

锆石CL图像显示(图3),锆石为短柱-长柱状,晶棱较清楚,部分破碎,颗粒长50～120 μm, 宽35～70 μm。部分具有清晰的生长环带,有的锆石发光性较差,生长环带较模糊。锆石Th/U值为0.18～0.78,为典型的岩浆成因锆石(Th/U>0.1)[23]。本次实验锆石U-Pb同位素有效分析结果为18个,出现的4个古老锆石年龄(589～2 567 Ma)应为核部老锆石残留,测点19的年龄为428 Ma,可能为机械混入的年轻锆石。有效测试数据为13个,使用Isoplot 3.23处理数据,得出其206Pb/238U加权平均年龄为457.7±1.2 Ma(MSWD=1.8),代表岩体样品的形成时代(图4)。

图3 锆石阴极发光图

表1 大进岩体锆石U-Pb 年龄分析测试结果

Table 1 Zircon U-Pb age results for Dajin granitic pluton

点号wB/10-6ThUTh/U同位素比值207Pb/206Pb±1σ207Pb/235U±1σ206Pb/238U±1σ年龄/Ma207Pb/206Pb±1σ207Pb/235U±1σ206Pb/238U±1σ谐和度/%11263400.370.05800.00020.58540.00280.07310.000353274682455297235900.390.16470.000311.10970.03960.48910.00152505425323.325676.39831083940.270.05690.00030.57690.00310.07360.000248711462245819841372770.490.05740.00080.58010.00860.07320.000350931465645529851234080.300.05630.00010.57260.00280.07380.00034651046024592996884800.180.05640.00010.57400.00240.07380.0003478446124592997944610.200.05580.00010.56990.00250.07410.0003443645824612999894840.180.05610.00030.55000.00380.07110.0002454114452443199101343990.340.05720.00010.57770.00260.07330.000349864632456298111572640.590.05830.00030.58620.00430.07290.0003543134683454296121273350.380.05640.00030.57430.00420.07390.000346513461346029913641260.510.09540.00023.43060.01510.26090.00101544415113.514945.098141431830.780.05990.00130.78990.01760.09570.00035985359110.05891.69915944520.210.05660.00010.57460.00220.07370.00024761461145819917984460.220.05670.00020.57500.00250.07360.000248064612458199181144540.250.05670.00010.57560.00350.07360.000448064622458399191034550.230.05710.00010.54080.00190.06870.0002494-14391.24281.297201084200.260.05650.00010.57490.00180.07380.000247264611459199

图4 大进岩体锆石U-Pb年龄谐和图(a)和加权平均年龄(b)

3.2 地球化学特征

岩体的主量元素、稀土元素和微量元素分析结果见表2。

3.2.1 主量元素 大进花岗岩的主量元素总体表现为富硅(SiO276.36%～77.35%),高钾(K2O5.01%～7.47%),高K2O/Na2O值(>1.31,其中绢云母化二长花岗岩Na2O平均含量为0.2%), K2O+Na2O平均含量为7.96%, 低Al2O3(12.09%～12.62%), TiO2、 MnO、 MgO、 CaO、 P2O5含量低的特点, 分异指数较高(88.98～97.3)。在SiO2-(K2O+Na2O)图解上(图5a), 样品均落入花岗岩范围内。在SiO2-K2O图解上(图5b), 二长花岗岩样品投在高钾钙碱性系列与钾玄岩系列的分界处, 绢云母化二长花岗岩样品投在钾玄岩系列。在A/CNK-A/NK图解上(图6), 二长花岗岩属于偏铝质花岗岩, 绢云母化二长花岗岩属于强过铝质花岗岩。

表2 大进岩体主量(wB/%)、稀土元素和

图5 SiO2-(K2O+Na2O)图解(a，仿文献[24])和SiO2-K2O图解(b,仿文献[25],虚线据文献[26])

图6 A/CNK-A/NK图解

3.2.2 稀土元素及微量元素 岩体中稀土元素和微量元素的主要分布特征分别见图7a、图7b。二长花岗岩稀土元素总量较高(∑REE=(197.24～211.39)×10-6,而绢云母化二长花岗岩稀土元素总量相对较低(∑REE=(52.79～85.00)×10-6。其LREE/HREE分别为2.19～2.45和1.01～1.27,(La/Yb)N分别为1.43～1.61和0.50～0.76,(Gd/Dy)N分别为0.82～0.92和0.65～0.67,(Er/Yb)N分别为0.92～0.93和0.86～0.90,其轻、中、重稀土元素分馏均较差,并且Eu强烈亏损,δEu=0.02～0.11。稀土元素球粒陨石标准化配分曲线为水平海鸥型,形态上具有M型四分组效应特点。

图7 大进岩体的稀土元素球粒陨石标准化配分图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)(球粒陨石和原始地幔标准化数值引自文献[28])

根据表2可见,与同时期华南花岗岩相比[27],大进岩体的Ba、V、Cr和Sr等含量明显偏低,Y、Nb、Th和U等含量明显偏高,显示出高分异花岗岩的特点。微量元素原始地幔标准化蛛网图显示,与相邻元素比较,大进花岗岩体的Ba、Sr和Eu+Ti表现为强烈亏损;相反,Rb、Th+U、Pb和Hf+Sm等显著富集。

4 讨 论

4.1 岩体形成时代

前人测得大进岩体K-Ar同位素年龄为120 Ma,大进岩体中辉绿玢岩脉K-Ar同位素年龄为386 Ma[29]。辉绿玢岩脉呈岩墙、岩脉产出,岩墙产状近似直立,显然是辉绿玢岩侵入大进岩体,因此,大进岩体形成年代应早于辉绿玢岩脉,K-Ar同位素年龄与野外地质现象相矛盾。

本次工作首次对大进岩体进行了高精度的LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年,获得大进岩体二长花岗岩的U-Pb年龄加权平均值为457.7±1.2 Ma,这一测年数据,早于辉绿玢岩脉(386 Ma),与辉绿玢岩脉侵入大进岩体的地质实际相吻合。因此,将大进岩体的形成年代确定为中奥陶世(457 Ma)。

4.2 岩石成因类型

本文采集的大进岩体样品均具高的SiO2含量(>76%)、 高的岩浆分异指数(88.98～97.3)，表现为Ba、 Sr和Eu+Ti强烈亏损,暗示其可能经历了斜长石、钛铁矿等矿物的强烈分离结晶作用。岩体的稀土元素球粒陨石标准化配分图呈水平海鸥型,形态上具有M型四分组效应特点,这种稀土元素四分组效应的异常现象代表了特定的成岩成矿作用和过程。许多研究表明,高分异花岗质岩石均具有M型稀土元素四分组效应。赵振华等[30]在相关研究成果中指出,强Eu负异常是花岗质岩浆经历了长石高度分离结晶作用后的结果,近于水平的M型稀土四分组模式是强烈分离结晶作用后挥发分、碱金属及REE、Nb、Ta、Zr、Be等成矿元素在残留熔体中高度富集,形成强烈的流体/熔体相互作用,稀土元素在流体-熔体间分配的结果。综合以上地球化学特征指示,大进岩体可能经历了较高程度的分异作用。

I型、S型及A型花岗岩在经历高度分异结晶后,其矿物组成与地球化学成分都与低共结花岗岩接近而难以区分其成因类型,在野外和岩相学观察中,大进岩体样品中不含角闪石、堇青石和碱性暗色矿物等重要矿物标志,从矿物学上无法提供判别成因类型的依据。前人研究表明,对A型与高分异I、S型进行判别比较困难[31-32]。国际上许多学者进行了大量工作,以求对它们的成因类型进行正确划分[33-38]。总的来说,A型花岗岩类形成温度较高,具有高的Ga/Al值,且由于富碱特性而明显富集Zr、Nb、Ce、Y和REE等元素。目前10 000×Ga/Al值(>2.6)、Zr含量(>250×10-6)和Zr+Nb+Ce+Y含量(>350×10-6)等指标仍是作为判定A型花岗岩的主要判别依据[39],尽管其与高分异花岗岩类有重叠的可能性。虽然大进岩体的10 000×Ga/Al值(2.76～2.98)>2.6,但岩体具有M型稀土元素四分组特征,表明存在流体-熔体相互作用,因此，其元素地球化学行为发生了很大改变,Ga/Al值不能用来判别岩石类型。根据全岩锆饱和温度计计算,岩体形成温度偏低(758～791 ℃),低于典型的A型花岗岩形成温度(>800 ℃),在(Zr+Nb+Ce+Y)-FeOT/MgO图解(图8a)中,大进岩体并没有落在A型花岗岩区域,二长花岗岩落入分异的花岗岩区域,钾长花岗岩落入未分异的花岗岩区域。大进岩体为A型花岗岩的可能性较小。

前人在研究中指出,传统的I、S型花岗岩以A/CNK值1.1为界划分对高分异花岗岩并不适用,最可靠的标志是寻找与高分异花岗岩成因相关的偏镁铁质岩石,它们保留了较多的原始地球化学特征,易于进行岩石类型分类[39],其次是P2O5、Th、Ba、Rb等[40-44]。大瑶山隆起区内部的加里东期花岗岩类,如岭祖岩体和六岑-桃花-古袍花岗岩体群趋近于I型花岗岩[45],古龙-倒水-夏郢岩体群为I型花岗岩[5],这些岩体与大进岩体形成时期一致,空间相近,成因上很可能具有相关性。在大进岩体成因类型判别图解(图8b、图8c、图8d)中,大进岩体均落于I型花岗岩区域,与S型花岗岩区域有明显距离。

综上所述,大进岩体是A型或S型花岗岩的可能性较小,其性质更加接近I型花岗岩。因此,本文认为大进岩体应为I型花岗岩,在其形成过

图8 大进岩体成因类型判别图解

程中经历了较高程度的分异作用。

4.3 岩体的构造背景

随着华南加里东期构造背景研究的不断深入,许多地质证据表明,华南震旦纪-奥陶纪沉积环境并非是深海-大洋,多属浅海,少部分为半深海[46-48];原来认为的古生代洋陆俯冲证据,如江绍断裂带、火山岩、政和岛弧玄武岩带等经过同位素测年后, 发现其为新元古代扬子与华夏陆块俯冲碰撞形成的[49-51];此外,还存在过去少数火山岩岩性鉴定有误的情况[50]。所以,迄今为止,缺少确凿的地质证据,证明华南地区存在早古生代的蛇绿岩带、火山岛弧带或深海-大洋沉积区。华南地区从震旦纪到奥陶纪全区均为浅海-半深海环境,缺少幔源岩浆踪迹,未发现成规模的火山岩,为板内稳定沉积环境,否定了过去部分学者关于华南地区加里东期洋陆俯冲的假说。板内造山带的解释得到了越来越多的学者认可[27,47-49]。

前人研究表明华南加里东运动分为两个阶段,460～435 Ma为同碰撞挤压阶段,435～400 Ma为后碰撞伸展阶段[52-56]。在Rb-(Y+Nb)图解与Yb-Ta图解(图9), 大进岩体基本落于板内花岗岩区域,或靠近其与同碰撞花岗岩的分界线,说明大进岩体形成于板内环境。其加权平均年龄为457.7±1.2 Ma,属于前人认为的加里东运动早期阶段,证明其形成构造背景应该是处于同碰撞时期。因此综合认为,大进岩体的形成构造背景应为处于同碰撞时期的板内环境。

5 结 论

(1)大进岩体主要岩性为二长花岗岩。对其二长花岗岩进行LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素定年,大进岩体形成时代为457.7±1.2 Ma。综合地质地球化学特征指示,大进岩体为I型花岗岩,经历了较高程度的分异作用。

(2)大进岩体的构造背景为板内构造环境,形成于华南加里东运动的同碰撞时期。

图9 (Y+Nb)-Rb图解(a,仿文献[57])和Yb-Ta图解(b,仿文献[58])

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Zircon U-Pb age and geochemistry of Dajin granitic pluton in Dayaoshan area,Guangxi

XIONG Song-quan1, KANG Zhi-qiang1,2,FENG Zuo-hai1, PANG Chong-jing1,FANG Gui-cong1,ZHANG Qing-wei1, WU Jia-chang1, JIANG Xing-zhou1

(1.a.College of Earth Sciences; b.Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Deposits Exploration,Guilin University of Technology, Guilin 541004,China; 2.State Key Laboratory of Ore Deposit Geochemistry，Institute of Geochemistry，Chinese Academy of Sciences，Guiyang 550002，China)

Dajin granitic pluton is located in the Dajin village of Jinxiu county, Dayaoshan area of Guangxi.There is no systemic research about its formation age and genetic mechanism up to now.This thesis carried out a detailed geological, isotope petrological and geochemical study on Dajin granitic pluton by LA-MC-ICP-MS dating technique U-Pb chronology of zircons from the monzogranite.The results show that the gained ideal age of 457.7±1.2 Ma (n=14,MSWD=1.80) is the product of magmatism in South China Caledonian period. The thin section examination and major elements analysis show that the main rocks(monzogranite types) make up the Dajin granitic pluton. The granitic pluton geochemical study indicates that SiO2value is in the range of 76.36%-77.35%; K2O is in the range of 5.01%-7.47%. The mean value of K2O+Na2O is 7.96%; K2O/Na2O>1.31, suggesting a high-K calc-alkaline or shoshonitic nature.A/CNKis in the range of 0.98-1.76, suggesting a nature from peraluminous to strongly peraluminous. The zircon saturation temperatures is within the range of 758-791 ℃. On the whole, trace elements show relative enrichment of Rb, Th, U and Pb; but with a severe depletion in Ba, Sr and Eu. Geochemical characteristics of rare earth elements have a M-type tetrad effect. The above features indicate that Dajin rock mass is I-type granite, and it has experienced a higher degree of separation and crystallization. The Dajin granitic pluton was formed in a continental intraplate setting and corresponding to the syn-collisional stage.

granite; LA-(MC)-ICP-MS zircon U-Pb dating; geochemical; Dajin granitic pluton; Dayaoshan area; Guangxi

1674-9057(2015)04-0736-11

10.3969/j.issn.1674-9057.2015.04.011

2015-06-27

国家自然科学基金项目(41162005； 41463001； 41572191)； 广西自然科学基金重点项目(2015GXNSFDA139029)； 广西找矿突破战略行动地质矿产勘查项目(桂国土资函[2014]459)；广西“八桂学者”创新团队项目(2013,有色金属成矿理论与勘查技术)；广西研究生教育创新计划项目(YCSZ2015158)； 广西矿冶与环境科学实验中心项目(KH2011ZD002)

熊松泉(1990—)，男，硕士研究生，岩石学、矿床学及矿物学专业，xiongsq1990@foxmail.com。

康志强， 博士，副教授, zk99201@163.com。

熊松泉,康志强,冯佐海,等.广西大瑶山地区大进岩体的锆石U-Pb年龄、地球化学特征及其意义[J].桂林理工大学学报，2015,35(4):736-746.

P597.3；P588.121

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