江西会昌盆地埃达克质粗面岩年代学、地球化学与成因研究

钟志菲，巫建华

(1.东华理工大学地球科学学院，江西南昌 330013;2.东华理工大学核资源与环境省部共建国家重点实验室培育基地，江西南昌 330013)

中国东部晚中生代火山岩带广泛发育有埃达克质岩石和粗面岩(张旗等，2001;巫建华等，2014)。研究表明，该带的埃达克质岩石 SiO2≥56%，MgO≤3%(个别大于6%)，Al2O3≥15%，Sr≥400×10－6，重稀土元素亏损，Yb≤1.9×10－6，Y≤18×10－6。因其87Sr/86Sr＞0.704和εNd＜0，可能是加厚陆壳底部下地壳中基性变质岩部分熔融的产物，不同于分布在洋内及周边地区87Sr/86Sr＜0.705和εNd＞0、俯冲洋壳部分熔融形成的O型埃达克岩，被称为C型埃达克岩(张旗等，2001)。

另一方面，粗面岩被分为高压型粗面岩和低压型粗面岩两种类型。高压型粗面岩熔融残余矿物中无斜长石，其稀土元素配分曲线无负铕异常，是加厚地壳背景下陆壳底部局部熔融的产物;低压型粗面岩是由玄武质岩浆结晶分离出斜长石后形成的派生岩浆产物，其稀土元素配分曲线有明显负铕异常(邓晋福等，2004)。北京西山张家口组粗面质火山岩、大兴安岭满洲里兴安群玛尼吐组粗面岩、粤北大长沙盆地武夷群粗面岩具高压型粗面岩特征(李晓勇等，2004;孙德有等，2011;项媛馨等，2011;巫建华等，2014)。

可见，C型埃达克质岩石与高压型粗面岩同属加厚地壳背景下下地壳部分熔融的产物，那么两者之间的关系如何呢?分析前人(李晓勇等，2004;孙德有等，2011;项媛馨等，2011)发表的中国东部中生代高压型粗面岩数据发现，它们均不具备埃达克质岩石的特征。会昌盆地红色沉积岩系底部所夹的火山岩具有埃达克质岩石的特征，被称为高Na，高Al的埃达克质岩石(Xiong et al，2003;蔡志勇等，2004)，但其碱含量高的特征没有得到重视，且缺少同位素年龄数据。本文通过主、微量元素、Sr-Nd-O同位素测定和SHRIMP锆石U-Pb定年，对该火山岩的岩石类型、地球化学特征及地质时代进行系统研究，并对其成因进行探讨。

1 盆地地质概况

会昌盆地位于武夷山西侧，受NNE向石城-寻乌大断裂控制，盆地东部的红色碎屑岩系不整合在印支期大富足花岗岩体(LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为233.4 Ma～233.1 Ma，黄凡等，2012)或中元古代变质岩基底之上。盆地内的火山岩北起武阳大坪山，向南经瑞金谢坊至会昌站塘、岽背一带，延伸达50多千米(图1a)。

会昌盆地的红色碎屑沉积岩系包括下部的罗塘群和上部的圭峰群两部分，其中罗塘群自下而上可划分为白埠组和周田组(巫建华，2000)。白埠组可进一步分为四段:第一段为紫红色砾岩、砂岩与四层粗面岩互层;第二段为紫红色砾岩、砂岩、粉砂岩互层;第三段为深灰色玄武质火山角砾岩、气孔状、杏仁状、块状玄武岩;第四段为紫红色砾岩、砂岩、砂岩互层(图1b)。周田组以杂色粉砂岩、泥岩为主，夹薄层细砂岩、石膏层、岩盐层，局部夹薄层砾岩、含砾砂岩。

2 岩石学特征

粗面岩呈浅灰色，块状构造，斑状结构，斑晶含量为30%～35%，主要为钾长石，钾长石斑晶呈自形板状，粒径在0.2～1.0 mm，具双晶结构和熔蚀现象。基质为隐晶质结构、粗面结构，主要由碱性长石和暗色矿物组成，碱性长石主要为钠长石与正长石，暗色矿物主要是磁铁矿。

粗面岩主量元素成分由南京大学地球科学系中心实验室采用湿化学方法和ICP-AES方法测定，测试仪器为JY38S型电感耦合等离子体质谱仪，精度优于1%。会昌盆地粗面岩主量元素分析结果列于表1，具有以下岩石地球化学特征:

图1 会昌岽背一带地质简图Fig.1 Geological sketch map of Dongbei in Huichang

(1)硅较高，富碱、高钠 SiO2=60.0% ～64.5%(平均为61.9%)，(NaO2+K2O=7.19%～10.1%(平均为9.70%)，Na2O=6.50%～7.29%，K2O=0.69% ～3.23%，Na2O ＞K2O，在硅碱图(图2)上，绝大部分样品投影点位于碱性系列与亚碱性系列分界线之上的粗面岩或粗面英安岩范围，属碱性系列;CIPW标准矿物计算结果显示Q含量为6.07～14.7，Q＜20%，因而属粗面岩。

(2)铝较高、镁较低，Al2O3=15.5% ～18.9% (平均17.4%)，MgO=0.28% ～0.92%(平均为0.55%)，具有埃达克质岩石的主元素特征。

3 微量元素地球化学特征

粗面岩微量元素(包括稀土元素)成分在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室采用ICP-MS方法测定，测试仪器为德国生产的高分辨率电感耦合等离子体质谱仪(Finnigan ElementⅡHR ICP-MS)。样品制备、分析流程及对国际标准样品的测定结果见高剑峰等(2003)，会昌盆地粗面岩微量元素分析结果及有关参数列于表1，具有以下特征:

(1)稀土元素总量较低，轻重稀土分馏明显，∑REE=(118～167)×10－6，∑LREE/∑HREE= 6.54～7.52，δ Eu=0.92～1.06，无明显负铕异常，在稀土配分曲线图上(图3a)显示明显的右倾轻稀土富集的特征，具有高压型粗面岩的稀土元素特征。

(2)在不相容元素蛛网图(图3b)上富集大离子亲石元素Rb，Ba，K，Sr，亏损高场强元素Nb，Ta元素，Rb=36.4×10－6～79.2×10－6(平均为44.5 ×10－6)，Ba=477×10－6～1123×10－6(平均为699 ×10－6)，Sr=329×10－6～836×10－6(平均为498 ×10－6)，在Zr-Ba-Sr图(图4)上显示高Sr-Ba英安岩-流纹岩的特征;低Y和Yb，Y=8.99×10－6～11.7×10－6(平均为10.1×10－6)，Yb=0.55× 10－6～0.91×10－6(平均为0.70×10－6)，具有埃达克质岩石的微量元素特征。

4 Sr-Nd-O同位素地球化学特征

粗面岩的Sr，Nd和O元素含量以及同位素比值测定均在南京大学现代分析测试中心由英国制造的VG354同位素质谱仪上完成，氧同位素组成在中国科学院南京地质古生物研究所在质谱仪MAT-252上完成，具体方法参见王银喜等(2006)，会昌盆地粗面岩Sr-Nd-O同位素分析结果列于表2，具有以下特征:

(1)Rb=28.52×10－6～42.38×10－6(平均为36.46×10－6)，Sr=319.8×10－6～819.4×10－6(平均为 498.9×10－6)，(87Sr/86Sr)i=0.7074～0.7082(平均为0.7077)。

表1 会昌粗面岩主元素(%)和微量元素(×10－6)分析结果Table 1 Geochemical compositions of the Huichang trachyte

(2)初始 Nd同位素组成变化范围较小，(143Nd/144Nd)i=0.512491～0.512497(平均为0.512494)，εNd= －1.99 ～ －2.60。fSm/Nd=－0.51～－0.48，均在－0.6～ －0.2之间，说明给出的模式年龄基本有效，可以参与有关讨论(Jahn et al.，2000);tDM1=907～939 Ma(平均927 Ma)，tDM2=1071～1 120 Ma(平均1 094 Ma)。

⑶δ18O值为9.74～10.46‰，平均10.15‰，高于地幔平均值5.7‰(Faure，1986)，暗示岩浆不可能直接来源于地幔。

图2 会昌粗面岩TAS图解Fig.2 TAS diagram of the Huichang trachyte

表2 会昌粗面岩Sr-Nd-O同位素分析结果Table 2 Sr-Nd-O isotopic compositions of the Huichang trachyte

5 地质年代特征

图3 会昌粗面岩稀土配分曲线图(a)和微量元素蛛网图(b)Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns(a)and Primitive mantel-normalized trace elements patterns(b)of the Huichang trachytes

SHRIMP锆石U-Th-Pb同位素测定在北京离子探针中心SHRIMPⅡ上完成，分析流程和原理参见Compston等(1992)，Williams等(1987)和宋彪等(2002)的文章，数据处理、年龄计算采用Ludwig博士编写的SQUID1.0和ISOPLOT程序，分析结果列于表3。会昌盆地粗面岩锆石形态分为两类:一类呈短柱状，粒度较细，在CL图像上(图5)锆石可见到环带状结构，显示岩浆成因的特征;另一类呈它形浑圆状，粒度较粗，锆石结构异常，可能为残留锆石或捕获锆石。17个分析点的锆石的U、Th含量较高，w(U)=(90～572)×10－6，w(Th)=(79～1155)×10－6，Th/U=0.42～2.93。Th/U比值均大于0.1，属于岩浆成因锆石的范围(Belousova et al.，2002)。其中3个数据点的206Pb/238U年龄数据较大，数值变化于224～746 Ma之间，代表了捕获锆石的形成年龄。其余14个分析点的206Pb/238U年龄数据中，其数值变化于114～108 Ma之间，在U-Pb一致曲线(图6)上成群分布，加权平均值为(110.7±1.0)Ma，MSWD=0.47，代表了粗面岩的形成年龄。根据国际地层表(Gradsreinet al.，2004;章森贵等，2009)，晚白垩世与早白垩世的界限划在(99.6±0.9)Ma，会昌盆地粗面岩的形成于早白垩世晚期。

图4 会昌粗面岩Zr-Ba-Sr图解Fig.4 Zr-Ba-Sr diagram of the Huichang trachyte

表3 会昌粗面岩SHRIMP锆石U-Th-Pb分析结果Table 3 Analysis result of SHRIMP Zircons U-Th-Pb from the Huichang trachyte

6 岩石成因

粗面岩(正长岩)岩浆的起源较为复杂，可起源于地幔(李伍平等，2004;Kumaret a1.，2007;冯光英等，2011;邓晋福等，2011;贺振宇等，2007)、下地壳(邓晋福等，2004;李晓勇等，2004;孙德有等，2011;项媛馨等，2011)，也可由幔源玄武质岩浆和壳源花岗质岩浆混合产生(李洪英等，2009)。以下特征显示，会昌盆地粗面岩是加厚地壳背景下年轻下地壳部分熔融的产物:

图5 会昌粗面岩锆石阴极发光图像Fig.5 Cathodoluminescence photos and dating spots of zircons from the Huichang trachyte

图6 会昌粗面岩锆石SHRIMP锆石U-Pb谐和图Fig.6 SHRIMP U-Pb Concordia diagram of zircons from the Huichang trachyte

(1)会昌粗面岩Sr=329×10－6～836×10－6，Ba=549×10－6～1123×10－6，Zr=203×10－6～220 ×10－6，在Zr-Ba-Sr图解(图4)上投影点落入高Ba-Sr英安岩-流纹岩区，反映其来源于深部地壳(张吉衡，2009)，即下地壳来源;

(2)会昌粗面岩的SiO2=60.0% ～64.5%，MgO=0.28%～0.92%，Al2O3=15.5%～18.9%，Sr=329×10－6～836×10－6，Yb=0.55×10－6～0.91×10－6，Y =8.99×10－6～11.7×10－6，87Sr/86Sr=0.707 4～0.708 2，εNd= －1.99～ －2.60，具有典型C型埃达克岩的特征，指示形成于加厚下地壳背景(张旗等，2001)。

(3)会昌粗面岩在稀土元素配分曲线图上(图4a)具有右倾特征，Eu异常不明显，显示高压粗面岩的稀土特征，属加厚陆壳背景下下地壳底部部分熔融的产物(邓晋福等，2004)。

(4)会昌粗面岩的(87Sr/86Sr)i=0.707 4～0.708 2(平均为0.707 7)，明显低于纳米比亚白垩纪流纹岩(0.711 7～0.713 8，Mingram et al.，2000)、赣南早侏罗世流纹岩(0.711 3～0.712 3，章邦桐等，2004a)、赣东北相山碎斑熔岩(0.711 1～0.712 4，王德滋等，1991)、粤北大东山花岗岩(0.712 3～0.719 3，黄会清等，2008)等成熟度较高的陆壳部分熔融产物的(87Sr/86Sr)i值，明显高于洋中脊玄武岩(0.702 3～0.703 1，Saunders et al.，1988)、以夏威夷火山岩为代表的洋岛玄武岩(0.703 2～0.704 1，Stille et al.，1983)、东北五大连池钾质玄武岩(0.705 1 ～0.705 4，王俊文等，1988)、江苏溧水高钾安山岩(0.705 9～0.706 2，李超文等，2004)等由亏损地幔部分熔融形成的产物的(87Sr/86Sr)i值，而与广东大长沙盆地粗面岩(0.706 9～0.709 1，项媛馨等，2012)、北京西山早白垩世早期东岭台组粗面岩(0.706 4～0.706 7，李晓勇等，2004)、等由下地壳部分熔融形成的产物的(87Sr/86Sr)i值相似。显示会昌粗面岩岩浆具有由下地壳部分熔融形成的产物的特征。

(5)会昌粗面岩εNd= －1.99～－2.60，高于赣南早侏罗世流纹岩(－7.44～－11.9，章邦桐等，2004a)和广东绝大多数燕山期花岗岩(－8.1～ －12.8，凌洪飞等，2006;黄会清等，2008)等成熟度较高的陆壳部分熔融的产物的εNd(t)值，低于赣南早侏罗世玄武岩(－0.4～1.1，章邦桐等，2004b)、赣南中侏罗世黄埠正长岩(3.61～1.20，贺振宇等，2007)、广西燕山早期罗容正长岩(3.3，郭新生等，2001)和车步辉长岩(－0.76～1.04，贺振宇等，2007)等来源于岩石圈地幔产物的εNd(t)值，而与广东大长沙盆地粗面岩(－3.35～－3.21，项媛馨等，2011)等由下地壳部分熔融形成的产物的εNd(t)值十分相近，表明在会昌粗面岩岩浆具有由下地壳部分熔融形成的产物的特征。

会昌粗面岩tDM2值(1 071 Ma～1 120 Ma，平均1 094 Ma)，明显低于由成熟度较高的陆壳部分熔融形成的广东燕山期绝大多数花岗岩(1 600 Ma～2 080 Ma，凌洪飞等，2006)、赣南早侏罗世流纹岩(1 567～1 920 Ma，章邦桐等，2004a)和粤北大东山花岗岩(1 700 Ma～1 890 Ma，黄会清等，2008)的tDM2值，高于由岩石圈地幔部分熔融形成的赣南早侏罗世玄武岩(873 Ma～995 Ma，章邦桐等，2004b)、车步辉长岩(877 Ma～1 023 Ma，贺振宇等，2007)和黄埠正长岩(668 Ma～864 Ma，贺振宇等，2007)的tDM2值，与年轻下地壳部分熔融形成的广东大长沙盆地粗面岩(1 191 Ma～1 202 Ma，项媛馨等，2011)、广东燕山期禾洞、石背、大埔花岗岩(1 230 Ma～1 340 Ma，凌洪飞等，2006)的tDM2值相近，显示是由年轻下地壳部分熔融形成的。

(6)会昌粗面岩在εNd(t)-(87Sr/86Sr)i图解(图7)上投影点位于亏损地幔(DM)和Ⅱ型富集地幔(EMⅡ)端员之间，并位于由MORB、Hawaii和Samoa玄武岩、赣南正长岩、玄武岩、粤北大长沙粗面岩等构成的趋势线上，指示年轻下地壳是由亏损地幔(DM)和Ⅱ型富集地幔部分熔融的产物混合形成的玄武质岩浆底侵于地壳底部而形成，至早白垩世晚期，在加厚地壳背景下该下地壳发生部分熔融后喷发至地表形成了会昌盆地粗面岩。

7 结论

图7 会昌粗面岩εNd(t)-(87Sr/86Sr)i图解Fig.7 εNd(t)-(87Sr/86Sr)i diagram of the Huichang trachyte

(1)SHRIMP锆石U-Pb年龄数据显示，会昌盆地粗面岩的的206Pb/238U年龄为(110.7±1.0) Ma，形成于早白垩世晚期。

(2)会昌盆地粗面岩具有较高SiO2、富碱，在TAS图解上落入粗面岩或粗面英安岩范围，低Q值，具有不明显Eu负异常，显示出高压型粗面岩特征;较低MgO，较高Al2O3，以及较高Sr，较低Yb和Y，亏损重稀土元素，显示出埃达克质岩石的特征。因此，会昌粗面岩是具有埃达克质岩石特征的高压型粗面岩。

(3)会昌粗面岩具有较低(87Sr/86Sr)i值、较高εNd(t)和较小TDM2值，显示出具年轻下地壳部分熔融产物的特征，在εNd(t)-(87Sr/86Sr)i图解上显示其具有亏损地幔(DM)和Ⅱ型富集地幔的混合岩浆产物特征，因此该下地壳应由亏损地幔(DM)和Ⅱ型富集地幔部分熔融产生的玄武质岩浆底侵于地壳底部而形成。

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