浙西开化地区流纹岩锆石U-Pb年代学、地球化学特征及其地质意义

贾锦生， 曹素巧 李汉明， 洪汉烈*， 钟增球王朝文 王　浩 殷　科 韩　文

（1.中国地质大学（武汉） 地球科学学院， 湖北 武汉 430074； 2.浙江省第三地质大队， 浙江 金华 321001）

浙西开化地区流纹岩锆石U-Pb年代学、地球化学特征及其地质意义

贾锦生1，2， 曹素巧1， 李汉明2， 洪汉烈1*， 钟增球1，王朝文1， 王浩1， 殷科1， 韩文1

（1.中国地质大学（武汉） 地球科学学院， 湖北 武汉 430074； 2.浙江省第三地质大队， 浙江 金华 321001）

浙西开化地区皖浙边界断裂带西侧浅变质岩系中发育了一套以流纹岩为主的酸性火山岩。两个流纹岩样品的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年分别给出了785±5 Ma和781±10 Ma的结果， 显示为南华裂谷期的产物。岩石地球化学分析显示：该流纹岩富硅偏碱， 铝饱和指数 A/CNK大于 1.11， 显示过铝质特点； 稀土元素总量高，相对富集轻稀土元素， 具中等 Eu负异常； 相对富集Rb、Th、U、Pb等强不相容元素， 而相对亏损亲石元素Ba、Sr、Nb、Ta， Zr含量较高。与壳源花岗质岩浆的地球化学特征相似。在微量元素构造判别图中显示为板内火山岩。结合地质背景分析， 认为其形成于大陆裂谷环境， 可能与华南地幔柱活动有关。

流纹岩； 锆石LA-ICP-MS定年； 地球化学特征； 开化

江南造山带位于扬子板块东南缘（潘桂棠等，2009）， 与华夏板块毗邻， 以广泛发育（中）-新元古代浅变质、强变形的巨厚沉积-火山岩系并伴随时代相当的大量侵入体为特征。它制约着我国南方显生宙以来地质构造的演化（薛怀民等， 2010）。在江南造山带形成演化的重大课题中， 火山岩地质年代学及岩石地球化学领域的研究做出了重要贡献。

浙西开化地区在大地构造上位于扬子板块和华夏板块之间的江南造山带东缘（包超民， 1994； 楼法生等， 2003）。该区浅变质基底地层（包括双溪坞群与河上镇群）中大量发育中、新元古代火山岩（浙江省地质矿产局， 1989； 程海， 1993； 徐步台和邱郁双， 1994；刘伯根等， 1995； 高林志等， 2008）。对于该期江南造山带的岩浆-火山事件， 前人已做了不少研究， 取得一些有意义的成果。但是关于该火山岩的成因及大地构造背景还存在分歧， 主要有两种认识： （1）一些学者以地质年代学为主要支撑， 结合岩石地球化学证据， 并联系该时期全球地质事实， 认为新元古代中期的双峰式火山岩和一系列幕式岩浆火山事件与导致Rodinia超大陆裂解的华南地幔柱活动有关。幕式地幔柱活动导致该区地壳部分熔融， 从而引发一系列的构造-岩浆活动， 制约着南华裂谷的形成与演化（王剑， 2000， 2005； 王剑等， 2001， 2003， 2006；葛文春等， 2001a， 2001b； 周汉文等， 2002； Li et al.，2002， 2003， 2008a； Wang and Li， 2003； 曾雯等， 2005；Zhu et al.， 2006）。（2）另外一些学者从岩石学及板块运动的角度提出： 该岩石组合是新元古代碰撞造山或岛弧岩浆作用的产物（郭令智等， 1996； 舒良树等，1993， 2008； 邱检生等， 2002； 蔡永丰等， 2014）。周金城等（2003， 2008）在岩石地球化学研究的基础上， 认为江南造山带内S型花岗岩的证据否定了地幔柱的影响。而且双峰式火山岩规模较小， 无需地幔柱亦可实现。他指出该双峰式火山岩形成于造山后伸展的构造环境， 是软流圈岩浆上侵的结果。近年， 潘桂棠等（2009）在总结大量前人资料的基础上， 指出晋宁期扬子东南缘为多岛弧盆体系， 但弧陆碰撞后（800～700 Ma）该区仍存在着裂谷盆地。李献华等（2008）亦提出新元古代早期的造山运动之后发育陆内裂谷的地球动力学模型。

浙西开化地区火山岩一般被认为是双峰式火山岩， 是新元古代中期岩浆-火山活动的典型代表， 记录了华南新元古代中期大量不可或缺的地质证据。本文采用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年方法对浙西开化地区上墅组流纹岩进行了较精确的年龄测定， 并通过主量和微量元素的研究详细报道了该区流纹岩的岩石地球化学特征。在此基础上， 结合前人对与其相伴的基性火山岩的研究成果， 给争议颇大的双峰式火山岩的厘定及构造背景提供一些可靠的地质线索。

1　区域地质与样品

江南造山带属于扬子板块的二级构造单元， 区域上， 将其划分为江南过渡带、九岭-障公山隆起带、皖浙赣地体边界汇聚带和浙西断褶带四个三级构造单元（图1）（曹素巧等， 2014）。研究区位于皖浙赣地体边界汇聚带和浙西断褶带交界处， 所研究的火山岩即位于皖浙赣边界断裂带（区内称下庄-石柱断裂）西侧的新元古代浅变质岩系中。

本文所选取5个岩心样品均来自开化县石龙头金矿区钻孔内的新元古代基底地层。矿区资料显示，该套流纹岩被划归为上墅组， 大量分布在F1断裂带的北西侧。上墅组自下而上分为三段： 下段为灰绿色片理化杏仁状玄武安山岩和玄武岩， 常具似层状构造， 其间夹灰紫色岩屑细砂岩、角砾凝灰岩； 中段为灰绿色安山岩及红色流纹岩互层； 上段为酸性火山岩， 岩性主要为灰绿色片理化流纹岩、流纹质晶屑凝灰岩。由于该区断裂较为发育， 地层接触不明显， 未见连续完整的剖面。其中的流纹岩普遍遭受轻微的变质作用， 常见绢云母化、绿泥石化和碳酸盐化。高林志等（2008）测得该组凝灰岩夹层中斑脱岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为767±5 Ma。

图1　研究区构造分区图Fig.1 Tectonic map of the study area

本次研究所选取的样品均为岩心标本（图 2a），蚀变程度较围岩弱。样品呈青灰色-灰绿色， 斑状结构， 流纹构造（图2b）。斑晶为石英和钾长石（负突起），均为半自形-它形， 大小一般在0.1～0.5 mm， 少量大于0.5 mm。含少量斜长石（可见聚片双晶）。石英斑晶可见明显的波状消光。基质主要由长英质隐微晶和蚀变的绢云母组成（长英质约占60%、绢云母35%），亦见少量方解石和燧石集合体。基质矿物定向排列，显示流纹构造。

2　测试方法

两个年龄样品YX03和YX04采自钻孔ZK7703。样品粉碎和锆石分选在河北省区域地质矿产调查研究所完成。样品制靶和显微照相在中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。先用环氧树脂固定制靶， 磨至锆石露出近一半后抛光， 拍摄阴极发光（CL）图像。锆石激光剥蚀等离子体质谱（LA-ICP-MS）U-Pb 同位素分析在中国地质大学（武汉）地质过程和矿产资源国家重点实验室完成。本次实验所采用的激光束斑直径为24 μm， 共测36组锆石。锆石U-Pb及年龄校准选用标准锆石91500。分析结果见表1。加权平均年龄和谐和图解采用Isoplot/Ex_ver3（Ludwig， 2003）完成。单个数据点误差均为1σ， 加权平均值误差为2σ。加权平均年龄的置信水平为95%。

图2　样品YX02横断面照片（a）和镜下照片（b）Fig.2 Photograph of the hand specimen （a） and its microphotograph （b） of the sample YX02

表1　浙西开化地区流纹岩锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析结果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results for rhyolites from Kaihua， Zhejiang province

对五件流纹岩样品进行岩石地球化学分析。先用铁锤把样品粉碎成约 1～2 mm的颗粒， 然后用玛瑙研磨至约200目。主量元素组成在中国地质大学（武汉）生物地质与环境地质国家重点实验室完成，使用X射线荧光光谱仪（XRF-1800）进行样品测定。采用中国国家标准参考物质 GBW07109和GBW07105进行质量监控， 分析结果的平均值与推荐值之间的相对误差（RE）优于4%， 多次测定的相对标准偏差（RSD）优于 6%。X射线管的测试功率为2500 W（电压为50 kV， 电流为50 mA）。

微量元素分析也在中国地质大学（武汉）地质过程和矿产资源国家重点实验室完成， 利用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）进行测定。样品经AGV-2，BHVO-2， BCR-2国际标样监控， 绝大多数微量元素分析的相对误差（RE）优于 10%， 多次测定的相对标准偏差（RSD）优于5%。

3　实验结果

3.1锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄

样品YX03和YX04均采用LA-ICP-MS U-Pb法定年， 对每个样品中的锆石分别进行了18个分析点的年龄测定（图3， 表1）。所得U-Pb同位素分析结果列于表1。

3.1.1样品YX03

该样品中的锆石（图3之YX03）多为无色透明-淡褐色自形晶体， 部分呈半自形-它形， 显示弱熔蚀边缘。晶体颗粒大小为50～150 μm， 呈等轴状到长柱状，长/宽比为1∶1～2.5∶1。根据锆石的CL图像， 该组锆石虽然部分边缘发生弱熔蚀， 但内部显示良好的韵律环带， 一些晶体具有清晰的核边结构。

样品U含量为（89.1～297）×10-6， Th含量为（54.2～315）×10-6， Th/U比为0.24～1.15， 均大于0.1， 显示典型的岩浆锆石特征（Belousova et al.， 2002）。在锆石U-Pb年龄谐和图上（图4a）， 除YX03-10和YX03-12这两个分析点年龄较大， 谐和性差以外， 其余 16颗锆石分布在同一个区域， 加权平均年龄为785±5 Ma （2σ，MSWD=1.1）， 代表锆石或流纹岩的形成时代。

3.1.2样品YX04

样品YX04中的锆石也多为无色透明-淡褐色自形晶体， 部分呈半自形-它形， 显示弱熔蚀边缘（图3）。晶体颗粒大小为50～150 μm， 呈等轴状到长柱状，长/宽比为 1∶1～2.5∶1。含有少量颗粒细小的锆石，可能为碎屑锆石。

样品 U含量为（85～219）×10-6， Th含量为（38.1～329）×10-6， Th/U 比为 0.27～1.90， 显示岩浆锆石特征。在锆石U-Pb谐和图上（图4b）， 数据点YX04-12年龄较小， 为734 Ma， 被剔除。其余17个分析点位于谐和线上， 加权平均年龄为 781±10 Ma（2σ，MSWD=3.2）。

综上所述， 两个样品年龄值在误差范围内是一致的， 显示浙西上墅组流纹岩的形成时代为 781～784 Ma， 代表了上墅组酸性火山岩的喷发时间。

3.2岩石地球化学特征

3.2.1主量元素

主量元素分析测试结果（表 2）显示各样品烧失量（LOI）平均为 2.38%， 最高达 2.69%， 可能与该区岩石发生蚀变有关。TAS图（图5a）上， 除样品YX06投影在英安岩范围（该样品 SiO2含量为 67.29%， 稍低于流纹岩）， 其余样品均落入流纹岩区域。样品均属于亚碱性系列。该流纹岩类岩石普遍高硅（SiO2含量为67.29%～75.46%， 平均为72.30%）， 铝含量中等（Al2O3为12.25%～13.77%， 平均12.95%）。铝饱和指数A/CNK值为1.11～1.33， 属于过铝质岩系（图5b）。全铁（Fe2O3T）为1.96%～6.16%。样品碱含量中等且变化范围较小： Na2O+K2O为 5.24%～6.26%， 平均为5.82%。K2O/Na2O变化范围为0.59～3.36。

3.2.2稀土元素

样品稀土元素总量偏高， ΣREE介于 226.44×10-6～320.74×10-6， 平均 246.76×10-6。富集轻稀土元素，重稀土内部分馏不明显。LREE/HREE为4.95～ 7.30，平均为6.53， （La/Yb）N在4.65～8.62之间， 显示轻重稀土分异较大。球粒陨石标准化稀土配分图（图 6a）呈轻微右倾的变化趋势， 具中等负 Eu异常（δEu= 0.34～0.62）。

3.2.3微量元素

流纹岩样品相对富集Rb、Th、U、Pb等强不相容元素， 而亲石元素Ba、Sr相对亏损。Zr含量很高，平均为268.4×10-6， 最高达 329×10-6。在原始地幔标准化微量元素蛛网图（图6 b）上， 显示Rb、Th、U、Pb正异常， Ba、Sr、P、Ti负异常以及Nb、Ta弱亏损。

4　讨 论

4.1流纹岩的时代厘定及意义

浙西开化地区流纹岩变质程度微弱， 钻孔岩石相对新鲜， 是测定其形成时代的理想样品。利用锆石LA-ICP-MS U-Pb法获得781～784 Ma的年龄值。参考上墅组下段玄武岩年龄～790 Ma（Li et al.，2008a）， 将上墅组划归新元古代南华纪， 其形成时期相当于国际地层年代表中的成冰纪（Cryogenian）。

图3　浙西开化上墅组流纹岩锆石CL图像及分析点位置（数据为206Pb/238U年龄）Fig.3 CL images and U-Pb ages for zircons from the rhyolires in Kaihua， Zhejiang province

图4　浙西开化上墅组流纹岩锆石U-Pb年龄谐和图Fig.4 U-Pb concordia diagrams for zircons from the rhyolites in Kaihua， Zhejiang province

表2　浙西开化上墅组流纹岩主量（%）和微量（×10¯6）元素组成Table 2 Major （%） and trace element concentrations （×10¯6）of the rhyolites from the Shangshu Formation in Kaihua， Zhejiang province

华南新元古代中期（830～740 Ma）火山岩浆活动强烈， 而且多呈现双峰式、阶段性和广泛性的特征（Hochstaedter et al.， 1990； Zheng et al.， 2003， 2004；王剑和潘桂棠， 2009； 汪正江等， 2010； 李献华等，2012）。王剑等（2003）获得湘北沧水铺英安质火山集块岩的锆石U-Pb年龄为814±12 Ma。李献华等（2012）在黔东南地区测得裂谷系底部甲路组玄武岩年龄为814±12 Ma， 被裂谷系超覆的摩天岭花岗岩年龄为825±2.4 Ma。通过总结和对比大量华南其他地区新元古代年代学资料， 王剑和潘桂棠（2009）提出华南裂谷的开启时间为820 Ma左右， 并建议将这个时间定为中国南华系的底界。汪正江等（2010）统计得出扬子板块内部及周边存在广泛的～780 Ma的酸性火山岩事件。它们与周边基性火山岩和岩墙群构成了双峰式岩浆系列， 是新元古代中期幕式火山岩浆系列的一部分。Zheng et al. （2003， 2004）总结了扬子板块北缘的变质火成岩的锆石U-Pb年龄， 发现该区存在广泛的新元古代中期（～750 Ma）裂谷岩浆活动。综上所述， 在约830～740 Ma这一时期内， 华南地区广泛存在阶段性的双峰式岩浆活动。

王剑等（2001）通过大量详尽的沉积学研究，表明华南裂谷盆地的形成具体经历了裂谷基、裂谷体和裂谷盖三个阶段。其中820～750 Ma间的裂谷体（主要为磨拉石-复理石、火山岩及火山碎屑岩沉积充填）演化与华南地幔柱活动密切相关。Li et al. （1999， 2008b）研究表明， 在热地幔柱作用下， 华南裂谷盆地的形成演化伴随了一系列基性-超基性岩及酸性岩的侵入、地壳拉伸断裂等过程。约830～740 Ma之间广泛的火山岩浆活动是由华南幕式地幔柱（～825， ～780和～750 Ma）活动事件引发的。这与Ernst et al. （2008）划分的全球元古宙大火成岩省时代相当。

本文通过锆石LA-ICP-MS U-Pb法获得上墅组流纹岩年龄为～780 Ma， 并统计了皖浙赣交界区新元古代中期的火山岩年龄（表3）。这些年龄显示出两个明显的集中值： ～820 Ma和～780 Ma。笔者认为该区火山岩分属华南新元古代中期火山-岩浆活动的第一幕和第二幕。它们是华南裂谷演化到高峰期的记录，可能与导致Rodinia大陆裂解的地幔柱活动有关。

图5　浙西开化上墅组流纹岩TAS图解（a， 据Le Bas et al.， 1986； Le Maitre et al.， 1989； 碱性亚碱性系列界限据Irvine and Baragar， 1971）和A/CNK-A/NK图解（b， 据Maniar and Piccoli， 1989）Fig.5 TAS （a） and A/CNK vs. A/NK （b） diagrams for the rhyolites from the Shangshu Formation in Kaihua， Zhejiang province

图 6 浙西开化上墅组流纹岩球粒陨石标准化稀土配分图（a）和原始地幔标准化微量元素蛛网图（b）（球粒陨石标准值据Sun and McDonough， 1989； 原始地幔标准值据McDonough and Sun， 1995）Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns （a） and primitive mantle-normalized trace element spider diagram （b） of the rhyplites from the Shangshu Formation in Kaihua， Zhejiang province

4.2构造背景探讨

双峰式火山岩不仅可以形成于大陆裂谷内（Wilson， 1989）， 而且也可发育在活动大陆边缘（Donnelly and Rogers， 1980）、洋内岛弧（Geist et al.，1995）和弧后盆地（Hochstaedter et al.， 1990）等环境。如引言所述， 对于华南新元古代中期广泛发育的双峰式火山岩， 有些学者认为它们是碰撞造山或岛弧岩浆活动的产物（郭令智等， 1996； 舒良树等， 1993，2008； 邱检生等， 2002； 周金城等， 2003， 2008； 蔡永丰等， 2014）， 另一些学者则认为它们是板内岩浆作用的产物， 形成于大陆裂谷环境（李献华等， 2008；潘桂棠等， 2009）。

浙西开化流纹岩富硅偏碱， 反映其来源于地壳物质的部分熔融（Schandl and Gorton， 2002）。稀土总量高， 相对富集轻稀土元素。球粒陨石标准化稀土配分曲线显示出轻微右倾的变化趋势， 轻稀土部分曲线陡斜， 重稀土部分曲线较为平直， 显示中等负Eu异常。这种分布型式说明岩浆不是直接来自上地幔（Macdonald et al.， 1987）。原始地幔标准化微量元素蛛网图显示正的Rb、Th、U、Pb异常， 负的Ba、Sr、P、Ti异常以及Nb、Ta弱亏损， 显示与壳源花岗岩微量元素蛛网图相似的特征（Geist et al.， 1995）。在微量元素构造判别图上（图7）， 研究区样品均落在板内区， 有些靠近火山弧区（可能受地壳混染的影响）， 属于裂谷环境下的板内火山岩。Zr含量较高，Zr+Ce+Nb+Y总量也很高， 样品的锆石饱和温度分别为840 ℃， 849 ℃， 877 ℃， 865 ℃， 797 ℃， 平均达845.6 ℃， 与A型花岗岩一致， 显示为拉伸环境的产物。

表3　皖浙赣交界区新元古代中期火山岩同位素年龄统计Table 3 Isotopic ages of the Mid-Neoproteproterozoic igneous in the contiguous area of Anhui-Zhejiang-Jiangxi

图7　浙西开化地区流纹岩构造环境判别图（底图据Pearce et al.， 1984）Fig.7 Tectonic setting diagrams for the rhyolites from Kaihua， Zhejiang province

或许单纯的酸性火山岩不足以说明该时期的板内裂谷环境， 李献华等（2008， 2012）和 Wang et al.（2009）综合分析了近年来报道的华南新元古代中期（830～750 Ma）玄武质岩石的地球化学及同位素研究成果， 认为它们形成于与地幔柱活动有关的板内裂谷环境， 与玄武岩共生而构成双峰式火山岩的酸性岩类也应该形成于板内非造山环境， 这与大量同位素地质年代学得出的观点不谋而合。

5　结 论

（1） 浙西开化地区广泛发育上墅组上段的酸性火山岩， 岩性以流纹岩为主。根据锆石 LA-ICP-MS U-Pb法测得其形成年龄为 781～784 Ma， 和与之伴生的玄武岩的形成年龄（790 Ma）相近。该双峰式火山岩属于华南新元古代中期火山岩浆活动的第二幕（～780 Ma）， 是华南裂谷高峰期的产物。可能与导致Rodinia大陆裂解的地幔柱活动有关。

（2） 该套流纹岩富硅偏碱， 铝饱和指数 A/CNK大于1.11， 显示过铝质特点； 稀土元素总量高， 轻稀土元素相对富集， 具中等Eu负异常； 相对富集Rb、Th、U、Pb等强不相容元素， 而相对亏损亲石元素Ba、Sr、Nb、Ta。锆石饱和温度平均达845.6 ℃， 与A型花岗岩一致， 显示为拉伸环境的产物。上墅组流纹岩具有壳源花岗质岩浆的特征， 结合地球化学构造环境判别和地质背景分析， 认为其形成于大陆裂谷环境。该双峰式火山岩是华南裂谷系火山-岩浆活动在江南造山带东段的表现。

致谢： 中国地质大学（武汉）李方林老师在野外踏勘与采样工作中提供了专业的指导， 两位匿名审稿人对文章提出了中肯的指正和建议。作者在此一并表示衷心的感谢！

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Zircon U-Pb Age and Geochemistry of the Rhyolites in Kaihua，Western Zhejiang Province and Their Geological Implications

JIA Jinsheng1，2， CAO Suqiao1， LI Hanming2， HONG Hanlie1*， ZHONG Zengqiu1，WANG Chaowen1， WANG Hao1， YIN Ke1and HAN Wen1
（1. Faculty of Earth Sciences， China University of Geosciences， Wuhan 430074， Hubei， China； 2. No.3 Geological Party of Zhejiang， Jinhua 321001， Zhejiang， China）

A set of felsic volcanic rocks， dominantly rhyolites， occurs in the low-grade metamorphic rock series along the fault zone near the boundary of Anhui and Zhejiang provinces. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of two Kaihua rhyolites yielded 785±5 Ma and 781±10 Ma respectively， consistence with the time of supercontinental rifting in South China. The rhyolites are enriched in alkali and silicon， with aluminum saturation index A/CNK greater than 1.11. They have high REE content， relative enrichment of LREE and highly incompatible elements like Rb， Th， U， Pb， and moderate negative Eu anomalies， as well as the relative depletion of lithophile elements such as Ba， Sr， Nb， Ta. All the geochemical characteristics of the rocks suggest a crustal origin. In the trace element discrimination diagrams， they fall within the intra-plate volcanic rock array. Regarding the geological backgrounds， it can be concluded that the rhyolites were formed in continental rift environment associated with the activity of the mantle plume in South China.

rhyolites； LA-ICP-MS zircon U-Pb dating； geochemistry； Kaihua

P597； P595

A

1001-1552（2016）04-0772-011

2013-11-01； 改回日期： 2014-03-24

项目资助： 国家自然科学基金（41012030， 41472041）和高等学校博士学科点专项科研基金（20110145110001）联合资助。

贾锦生（1964-）， 男， 博士研究生， 高级工程师， 主要从事矿床学研究。Email： 13957985116@139.com

洪汉烈（1964-）， 男， 教授， 主要从事矿物学、矿床学研究。Email： honghl8311@aliyun.com