赣南坪市花岗岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄、地球化学特征及构造意义*

罗春林，刘高峰，左祖发

(江西省地质调查研究院，南昌 330030)



赣南坪市花岗岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄、地球化学特征及构造意义*

罗春林，刘高峰，左祖发

(江西省地质调查研究院，南昌 330030)

摘要：本文对赣南横市地区坪市花岗岩体进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年、岩石学和地球化学研究。结果表明：锆石U-Pb年龄分别为456.1±3.8 Ma和441.3±5.2 Ma，表明坪市花岗岩体形成于晚奥陶世—早志留世。地球化学特征显示，坪市花岗岩体的铝饱和指数为1.1～1.29，K2O/Na2O为0.97～1.51，属强过铝质及高钾钙碱性岩石；稀土元素总量为(113～250)×10-6，轻稀土元素富集，稀土配分模式呈明显的右倾型；δEu为0.38～0.67，Eu亏损中等偏高；岩体Rb、Th+U、La+Ce、Nd、Zr+Hf+Sm相对富集，Ba、Nb、Sr、Ti相对亏损。岩体Rb/Sr为0.60～2.82，平均1.66，明显高于大陆地壳平均值和上地壳平均值，具壳源花岗岩特征。坪市花岗岩体形成于早古生代晚期的加里东构造运动，是华夏古陆块与扬子古陆块在新元古代碰撞拼贴之后发生裂解，在中奥陶世至志留纪上地壳部分熔融形成的S型花岗质岩浆，在碰撞至后碰撞过渡期上升至地壳浅部形成的花岗岩体。

关键词：地球化学；锆石U-Pb定年；S型花岗岩；坪市花岗岩体；加里东运动；华南陆内造山；赣南

赣南地区位于南岭东西向构造—岩浆带东段，加里东期岩浆活动强烈，以花岗岩为主，属华南陆内加里东期花岗岩。华南加里东期花岗岩主要集中分布于湘粤赣交界的万洋山—诸广山地区、武夷山两侧及赣中武功山地区[1]。以往采用矿物K-Ar、独居石U-Th-Pb、全岩Rb-Sr和锆石U-Pb定年，获得华南加里东期花岗岩主要形成于470～382Ma[1-4]。华南早古生代晚期花岗岩主要有片麻状花岗岩与块状花岗岩，两者具有相似的形成年龄[5-6]。前人对华南地区新元古代及中生代岩浆活动及成因的研究较为深入，而对华南地区加里东期花岗岩成因及形成构造背景存在明显分歧[7-11]。关于华南地区加里东运动构造属性主要有两种认识：(1)陆内造山模式：沈渭洲等[10]认为华南加里东期花岗岩形成于板内造山环境；舒良树等[15]认为华南加里东期造山带是震旦—早古生代巨厚沉积物褶皱造山形成；Li等[16]认为造山前的南华纪盆地及部分前陆盆地沉积经板内逆冲作用，将这些盆地沉积单元埋深至中地壳，引发一系列岩浆和变质作用；周新民[11]及王德滋[17]认为花岗岩的形成与岩浆发生在较深且闭合的非伸展环境有关。(2)陆—陆碰撞造山模式：尽管冈瓦纳的汇聚主要发生在新元古代晚期到寒武纪[22-24]，陈相艳等[21]认为一些位于冈瓦纳大陆边缘的微小陆块向冈瓦纳汇聚可能持续至志留纪；Zhao和Cawood[25]提出华夏属于加里东期陆—陆碰撞造山带，认为在440～430 Ma期间，由扬子和华夏构成的华南陆块与位于冈瓦纳北缘的一个未知陆块碰撞，导致整个华夏俯冲到另一个未知大陆之下；Zhang等[26]认为华夏古陆为典型的碰撞型造山带，并非板内带，包括华南在内的冈瓦纳大陆边缘一些微大陆或地体的合并可能沿大陆边缘持续进行直至450～430 Ma。

笔者在进行“江西1∶50000遂川县(G50E011003)、良口(G50E011004)、横市井(G50E012003)、夏府 (G50E012004)幅区调项目时，对横市地区出露的加里东期坪市花岗岩体进行了详细的野外调查、地球化学及LA-ICP-MS锆石U-Pb定年研究，旨在查明岩体形成年龄及形成演化过程，为深入研究华南加里东期花岗岩形成及华南地区加里东构造属性提供参考。

1地质背景与岩体特征

坪市花岗岩体位于赣南之北部横市地区，大地构造属华夏板块罗霄褶皱带中部[27]。岩体略呈北东东至近东西向延展，出露面积约百余平方千米。研究区岀露南华纪—寒武纪地层，为一套以砂岩和板岩为主的巨厚类复理石碎屑岩建造，受加里东运动影响，奥陶纪—志留地层缺失，泥盆纪地层高角度不整合于寒武纪地层之上，伴随加里东运动，南华纪—寒武纪地层褶皱以原始层理面为主要变形面，表现为一系列规模不等褶皱轴迹轴向多呈近南北向弧形延伸的复背斜、复向斜、背斜、向斜交替出现，属紧密线形倒转褶皱且大多数背斜是东翼倒转，卷入褶皱的地层主要为南华系沙坝黄组、震旦系坝里组及老虎塘组、寒武系牛角河组，同时形成大规模花岗岩体。坪市花岗岩体侵入于震旦纪—寒武纪浅变质砂岩、板岩、千枚岩之中，与燕山期花岗岩呈侵入接触关系(图1)。岩体与围岩侵入界线清楚，切割侵入现象清晰可见，侵入接触面不平整，呈港湾状、不规则状、波状，有时呈锯齿状，接触面外倾，倾角为30°～65°不等，在接触面内侧，见围岩的残留体或捕掳体，残留体大小不一。外接触带岩石普遍遭受较强的角岩化，内接触带发生混合岩化。

坪市花岗岩体由3个岩石单元组成，分别为镜口细粒黑云母二长花岗岩体、洋岭脑中细粒黑云母二长花岗岩体及老屋里中粒黑云母二长花岗岩体。镜口细粒黑云母二长花岗岩具细粒等粒状花岗结构，块状构造，主要由斜长石(15%～45%)、微斜条纹长石(25%～55%)、石英(20%±)、黑云母(6%～9%)组成，斜长石多发生绢云母化；洋岭脑中细粒黑云母二长花岗岩体(图2a)具中细粒等粒状花岗结构，块状构造，主要由斜长石(35%～55%)、微斜条纹长石(25%～35%)、石英(20%～22%)、黑云母(14%～17%)组成，斜长石多发生绢云母化；老屋里中粒黑云母二长花岗岩体(图2b)具有似斑状结构，基质为中粒花岗结构，块状构造。斑晶主要有斜长石(15%～20%)、微斜长石(10%～15%)、石英(3%±)，基质主要由斜长石(20%～25%)、微斜长石(15%～20%)、石英(20%±)、黑云母(9%±)组成。斑晶粒径5～8 mm，基质粒径1～4.8 mm，斜长石呈自形—半自形板状，多发生绢云母化，微斜长石多呈现格子双晶，蚀变较斜长石弱，石英呈他形粒状，岩石中的矿物不具有明显定向性。

图1　赣南横市地区地质简图[28]Fig.1　Generalized geologic map of the Hengshi area, southern Jiangxi Province

图2　坪市花岗岩体显微照片Fig.2　Photomicrographs showing medium-grained biotite monzogranites from samples b6902-1 (a) and b6902-5 (b) in the Pingshi granitic pluton

2分析方法

样品主量元素、微量元素和稀土元素测试分别在南昌矿产资源监督检测中心和武汉市综合岩矿测试中心完成。主量元素采用等离子体发射光谱仪(型号ICAP6300)分析，除SiO2采用碱熔法测定外，其他氧化物采用酸溶法测定，分析精度优于2%；微量元素与稀土元素采用质谱仪(型号Thermo Elemental X7)、X荧光光谱仪(型号1800)分析，分析精度优于3%。分析测试结果均达到DZ/T0130-2006《地质矿产实验室测试质量管理规范》要求。

LA-ICP-MS锆石U-Pb定年的样品经颚式粉碎机粗碎后，经细磨过筛，淘洗，在双目镜下挑选晶形和透明度较好的锆石颗粒。将锆石颗粒用环氧树脂固定于样品靶上，样品表面经研磨抛光至锆石晶体近中心截面，对靶上锆石进行镜下透射光、反射光照相。对锆石进行阴极发光(CL)分析及拍照，选择典型的岩浆锆石进行锆石U-Pb测年分析。锆石U-Pb定年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LA-ICP-MS完成，ICP-MS型号为Agilent 7500a型，激光剥蚀系统为New Wave公司生产UP213固体激光剥蚀系统。分析过程中，激光束斑直径采用20～30μm频率为5 Hz。样品经剥蚀后，由He作为载气，与Ar混合后进入ICP-MS进行分析。U-Pb分馏根据澳大利亚锆石标样GEMOC GJ-1(207Pb/206Pb=608.5±1.5Ma)[29]校正，锆石标样Mud Tank(732±5 Ma)[30]作内标。U-Pb年龄和U、Th、Pb计数由GLITTER软件(ver.4.4)(www.mq.edu.an/GEMOC)在线获得，实验原理、分析方法和流程见Griffinetal[31]及Jacksonetal[29]。普通铅校正用Andersen[32]法校正，用Isoplot程序(V.3.23)完成年龄计算及谐和图的绘制[33]。

3分析结果

3.1主量和微量元素地球化学特征

样品主量、微量和稀土元素分析结果见表1。岩体SiO2含量为67.19%～73.01%，平均含量为71.03%，CaO平均含量为1.90%，MgO平均含量为0.98%，Na2O平均含量为3.18%，K2O平均含量为4.09%，K2O/Na2O为0.97～1.51，平均值为1.29，总体上显示贫钠、富钾的特征；Al2O3含量为13.76%～16.11%，平均值为14.71%，A/NKC除6902-5为1.07外，其它均>1.1；Fe/Fe+Mg稳定且较低，为0.52～0.60；MALI值为3.87～6.71。这些特征表明坪市花岗岩属强铝过饱和岩石。

在(Na2O+K2O)-SiO2图解(图3a)上，8个样品落在花岗岩区，1个样品位于花岗闪长岩区，与矿物组合吻合；在A/NK-A/NKC图解(图3b)上，所有样品均落在过铝质花岗岩区；从ACF图解(图4)中可知，样品落于S型花岗岩区。这些特征与华南S型花岗岩特征相似[38]，说明坪市加里东期花岗岩是一种强过铝质S型花岗岩。

表1坪市花岗岩体主量元素含量(%)、微量元素含量(×10-6)及稀土元素含量(×10-6)分析结果

Table 1Analyzed results of major elements (%), trace elements(×10-6)and rare earth elements(×10-6)of the Pingshi granitic pluton

样号6902-16902-5JX10JX11JX12JX20JX21JX34JX35SiO272.7470.0473.0171.4267.1971.1171.6171.1071.02Al2O313.7614.6814.2714.3516.1114.9814.7214.8214.72TiO20.330.470.270.370.540.320.260.310.35Fe2O30.210.530.300.360.580.370.280.370.28FeO2.062.431.432.052.601.851.631.902.00K2O4.313.614.524.153.473.744.404.064.53Na2O3.082.962.993.163.563.253.383.143.11MgO0.861.250.670.871.580.950.780.880.94CaO1.502.700.801.692.842.211.502.171.67P2O50.180.150.190.190.170.140.150.120.17MnO0.050.080.040.060.070.070.050.060.05LOI1.001.631.341.151.110.851.060.860.98∑100.08100.5399.8399.8299.8299.8499.8299.7999.82A/CNK1.101.071.291.141.111.131.141.111.15A/NK1.411.671.451.481.681.591.431.551.47K2O/Na2O1.401.221.511.310.971.151.301.291.46A/MF2.602.113.472.581.912.723.172.752.64MALI5.893.876.715.624.194.786.285.035.97Fe/Fe+Mg0.570.520.590.600.530.560.580.590.57Zr10611998.315515910396.5135152Nb15.715.118.221.815.914.513.915.317.0Ba505598486407564386489546446Hf4.184.283.284.954.643.173.164.094.77Ta2.631.813.632.051.762.721.931.801.80Sc6.088.767.077.4510.78.427.068.377.17Cr19.921.028.730.739.141.431.632.534.0Co5.427.923.945.499.526.594.605.705.54Ni7.6212.56.037.1617.611.26.728.287.92Cu35.312.06.4611.67.607.383.788.6113.1Pb91.3126.432.826.826.635.433.535.135.1Zn98.056.250.673.671.858.846.756.770.6Rb239150256195145212211138252Th17.814.911.418.110.911.79.7212.418.2U6.262.2311.115.13.343.312.856.826.48Sr112.814390.7124242115117148114V56.00.8522.932.448.732.225.031.829.5Rb/Sr2.121.052.821.570.601.851.800.932.21Sr/Ba0.220.240.190.300.430.300.240.270.26La32.3050.8024.531.122.222.320.625.330.1Ce63.00102.0046.864.943.043.639.649.263.2Pr7.7111.405.277.614.984.824.415.537.51Nd28.2039.8018.827.718.417.115.820.027.6Sm5.777.014.126.033.943.493.424.125.84Eu0.721.220.6630.7461.030.6340.6790.8200.694Gd4.615.194.065.703.913.153.504.115.12Tb0.710.770.6030.8070.5790.4190.5210.6120.689Dy3.724.303.294.193.152.243.073.583.47Ho0.630.780.590.770.600.430.550.720.62Er1.692.201.612.031.651.251.572.131.65Tm0.250.340.2520.3060.2580.1940.2490.3410.255Yb1.582.251.671.901.581.401.722.251.56Lu0.240.370.2530.2750.2330.2110.2570.3260.234Y18.9022.1017.821.517.213.017.022.517.9∑REE170250130176123114113141166∑LREE138212100138949285105135∑HREE323830382922283631L/H4.315.583.333.633.244.183.042.924.35δEu0.410.590.490.380.790.570.600.600.38

图3　坪市花岗岩体(K2O+Na2O)-SiO2 图解[34]及A/NK-A/NKC图解[35]Fig.3　(K2O+Na2O) vs. SiO2 and A/NK vs. A/NKC diagrams of the Pingshi granitic pluton

图4　坪市花岗岩体的ACF图解[36]Fig.4　ACF diagram of the Pingshi granitic pluton

从表1可知，坪市花岗岩稀土元素总量偏低，∑REE含量为(113～250)×10-6；∑LREE含量为(92～212)×10-6，∑HREE含量为(22～38)×10-6，属轻稀土富集型，在稀土元素球粒陨石标准化配分曲线图(图5a)上，稀土元素呈明显的右倾型，∑LREE/∑HREE为2.92～5.58，平均3.84，接近地壳比值(2.65～2.93)，说明该花岗岩岩浆主要来自于地壳熔融。δEu<1.0，Eu亏损程度中等偏高，反映岩浆作用过程中发生了斜长石分离结晶作用。轻稀土元素一侧曲线较重稀土元素一侧陡，轻稀土元素的分馏较重稀土元素明显。

由表1可以看出，坪市花岗岩是一种典型的低Sr(含量<150×10-6)、低Yb(含量<2.5×10-6)花岗岩。微量元素原始地幔标准化蛛网图(图5)显示，岩体中Rb、Th+U、La+Ce、Nd、Zr+Hf+Sm相对富集，Ba、Nb、Sr、Ti相对亏损，与南岭地区S型或壳源型花岗岩相似[40-42[43]。

3.2LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄

在坪市花岗岩体采集样品2件(样品编号6902-1，6902-5)，采用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年法进行同位素测年，锆石U-Pb分析数据见表2。6902-1样品锆石形态自形，CL图像显示结构单一，岩浆环带清晰(图6)；6902-5样品锆石形态自形，CL图像显示结构单一，岩浆环带清晰，锆石具有明显振荡韵律环带结构，属岩浆成因锆石(图6)。在206Pb/238U-207Pb/235U年龄谐和图上(图7)，6902-1样品中14个定年点得出的年龄近一致，加权平均年龄为456.1±3.8Ma，为岩石的结晶年龄；6902-5样品14个定年点得出的年龄近一致，加权平均年龄为441.3±5.2Ma，为岩石的结晶年龄。总之，6902-1样品中14个分析点及6902-5样品中14个分析点均靠近谐和线，其谐和年龄值分别为456.1±3.8 Ma和441.3±5.2 Ma，属晚奥陶世—早志留世。

图6　坪市花岗岩(样品6902-1、6902-5)锆石阴极发光图像及206Pb/238U表面年龄值(圆圈为测点位置)Fig.6　CL images and 206Pb/238U surface ages of zircons from samples 6902-1and 6902-5 in the Pingshi granitic pluton

图7　坪市花岗岩(样品6902-1、6902-5)LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图Fig.7　LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagrams of sample 6902-1 and 6902-5 from the Pingshi granitic pluton

4讨论

4.1坪市花岗岩物源分析

岩石地球化学特征表明，赣南横市地区坪市花岗岩是强过铝质S型花岗岩。Sylveste等[44]认为强过铝质S型花岗岩是地壳物质部分熔融的产物。刘昌实等[43]对比华南地区不同物源成因的花岗岩地球化学特征，得出华南不同物源成因花岗岩化学成分的平均值。坪市花岗岩体地球化学特征与壳源改造(重熔)系列十分吻合，说明研究区加里东期岩体来源于地壳重熔。王德滋等[45]指出Rb和K具有相似的地球化学性质，随着壳幔分异与陆壳演化，Rb富集于成熟度高的地壳中；Sr和Ca具有相似的地球化学性质，在成熟度低、演化不充分的地壳中富集，w(Rb)/ w(Sr)能灵敏记录源区物质性质。坪市花岗岩体w(Rb)/ w(Sr)为0.60～2.82，平均值为1.66，明显高于大陆地壳与上地壳的平均值，说明岩体来源于成熟上地壳物质熔融。

表2　坪市花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分析结果

4.2区域构造意义

总结前人对华南陆内加里东期花岗岩的研究成果[2-26]，结合本文早古生代晚期花岗岩体锆石定年数据及加里东期岩体地球化学特征，我们认为“一直被认为是华夏板块与扬子板块俯冲缝合线的玉山—萍乡—茶陵—郴州—灌阳—柳州”一线两侧的加里东期岩体具有相似的地球化学特征[46]。

在新元古代初期，华夏地块与扬子地块四堡运动或晋宁运动过程中发生碰撞，导致华南洋消失，形成统一的华南地块[13]。新元古代蛇绿岩套与火山岩的发现，表明在成冰纪时期华南地区由于深部地幔岩浆活动的影响而发生裂解[47]，就Rondinia超大陆裂解(820Ma)来说, 引起部分熔融的构造机制可能与弧陆碰撞后拉张垮塌有关[48]，这一裂解事件使原先的华夏地块被肢解成许多次级块体，如云开、赣南、浙闽等次级块体。

随着冈瓦纳超级大陆的形成，各裂解次级块体以及扬子陆块之间发生多期次碰撞过程，华南加里东运动主要是不同地块碰撞拼贴增生造成的，舒良树[13]认为是一种陆内造山过程, Zhang等[26]认为华夏古陆为典型的碰撞型造山带，而并非板内带，包括华南在内的冈瓦纳大陆边缘一些微大陆或地体的合并可能沿大陆边缘持续进行直至450～430 Ma。在中奥陶世并持续到志留纪，可能受华夏陆块北侧扬子型地体群拼贴及南东侧未知地体群碰撞-拼贴影响，华夏陆块之间海盆被挤压关闭，形成华南早古生代造山带[13]。块体的碰撞拼贴使早古生代地层褶皱隆升，地壳加厚。强烈挤压使地壳缩短变厚、地温增高，上地壳某一深部达到岩石初熔温度，上地壳物质逐渐软化并部分熔融，形成铝过饱和花岗岩岩浆，华夏古陆残块的汇聚为岩浆层的形成与向上移动至地壳浅部提供了能量[49-50]。铝过饱和花岗岩岩浆在碰撞至后碰撞过渡期上升侵位，形成坪市花岗岩体。

5结论

(1)赣南横市地区加里东期坪市花岗岩以似斑状黑云母二长花岗岩为主，花岗闪长岩次之。SiO2含量较高，铝饱和指数均>1，K2O/Na2O值为0.97～1.51，平均值为1.29，属强铝过饱和岩石。δEu<1.0，Eu亏损程度中等偏高，岩体中Rb、Th+U、La+Ce、Nd、Zr+Hf+Sm相对富集，Ba、Nb、Sr、Ti相对亏损。坪市加里东期花岗岩是一种强过铝质高钾钙碱性S型花岗岩，属壳源物质低程度部分熔融的产物。

(2)坪市花岗岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为456.1±3.8 Ma和441.3±5.2 Ma，反映坪市花岗岩体是在晚奥陶世—早志留世形成的，这个时间也是华南加里东(广西运动)发生的时期。

(3)坪市花岗岩体形成于中奥陶世加里东构造运动(广西运动)后期的碰撞至后碰撞过渡期，是华夏古陆与扬子古陆在新元古代碰撞后发生裂解，在中奥陶世并持续至志留纪，华夏陆块北侧扬子型地体群拼贴及南东侧未知地体群碰撞-拼贴，块体碰撞拼贴使早古生代地层褶皱隆升，地壳加厚。强烈挤压使地壳缩短变厚、地温增高，上地壳某一深部达到岩石初熔温度，上地壳物质逐渐软化并部分熔融，形成铝过饱和花岗岩岩浆，由上地壳源区物质部分熔融形成S型花岗质岩浆，在碰撞至后碰撞过渡期上升至地壳浅部形成坪市花岗岩体。

致谢：感谢楼法生教授级高工、刘邦秀高工、张芳荣博士、胡刚硕士、廖六根高工等在地质调查工作给予的大力支持与帮助！感谢审稿专家对本文提出的宝贵意见！

参考文献

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DOI:10.16788/j.hddz.32-1865/P.2016.02.001

* 收稿日期：2015-09-09改回日期：2015-12-03责任编辑：谭桂丽

基金项目:中国地质调查局地质调查项目“江西1∶50000遂川县(G50E011003)、良口(G50E011004)、横市井(G50E012003)、夏府 (G50E012004) 幅区调”(项目编码：1212011120812)。

第一作者简介：罗春林，1967年生，男，高级工程师，主要从事岩石学、区域地质矿产调查及研究工作。

中图分类号：P588.12

文献标识码：A

文章编号：2096-1871(2016)02-079-10

LA-ICP-MS zircon U-Pb ages and geochemical characteristics of the Pingshi granitic pluton in southern Jiangxi and their tectonic significance

LUO Chun-lin, LIU Gao-feng, ZUO Zu-fa

(GeologicalSurveyofJiangxiProvince,Nanchang330030,China)

Abstract：This study conducted analysis on the Pingshi granitic pluton in the Hengshi area, southern Jiangxi Province using LA-ICP-MS zircon U-Pb dating, petrological and geochemical methods. The results show that the zircon U-Pb ages of the biotite monzogranite in the studied areas are 456.1±3.8 Ma and 441.3±5.2 Ma, indicating the Pingshi granitic pluton formed in Late Ordovician to Early Silurian. Geochemical result shows that the Pingshi granitic pluton has ACNK of 1.1～1.29 and K2O /Na2O of 0.97～1.51, suggesting that they belong to peraluminous and high-K calc-alkaline rock. The pluton has a total REE content of (113～250)×10-6, and is enriched in LREE, with distinct right oblique REE patterns, Eu values of 0.38 to 0.67 and obvious negative Eu anomaly. The REE analysis shows the pluton is enriched in Rb, Th+U, La+Ce, Nd and Zr+Hf+Sm, and depleted in Ba, Nb, Sr and Ti, with Rb/Sr ratio of 0.60～2.82 (averaging 1.66) obviously higher than the average values of continental crust and the upper crust, suggesting that the pluton is of the characteristics of crust derived granite. The Pingshi granite pluton might result from the Caledonian movement of late Early Paleozoic, and broke up after collision matching between Cathaysian block and Yangtze block. S-type granitic magmas, formed by partial melting of the upper crust in the period of Middle Ordovician to Silurian, ascended to the shallow part of the crust and yielded the Pingshi granite pluton in the period of collision to post-collision.

Key words:geochemistry; zircon U-Pb dating; S-type granite; Pingshi granitic pluton; Caledonian movement; intracontinental orogeny in South China; Southern Jiangxi