歙县细碧-角斑岩地球化学特征及其地质意义

余良范, 马 良, 朱 强, 胡召齐

(1.安徽省公益性地质调查管理中心,安徽 合肥 230001; 2.安徽省地质调查院,安徽 合肥 230001)

歙县细碧-角斑岩地球化学特征及其地质意义

余良范1, 马 良1, 朱 强2, 胡召齐2

(1.安徽省公益性地质调查管理中心,安徽 合肥 230001; 2.安徽省地质调查院,安徽 合肥 230001)

安徽歙县西村岩组细碧-角斑岩为蛇绿岩套的重要组成部分,文章对细碧-角斑岩开展了激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(laser ablation-inductively coupled plasma mass spectrometry,LA-ICP MS)锆石U-Pb年龄测定和全岩主、微量及稀土元素、锶钕同位素地球化学的分析工作,得到细碧岩和角斑岩的结晶年龄分别为(853±20) Ma和(852.9±8.2) Ma,此结果表明其形成在850 Ma左右的新元古代。岩石地球化学分析显示细碧岩和角斑岩具有岛弧玄武岩的特征,岩浆来源于亏损型地幔,并受到地壳流体的交代,岩石形成于俯冲背景下的弧后盆地环境,综合分析显示伏川蛇绿岩为形成于弧后盆地环境的“SSZ”型蛇绿岩。

细碧-角斑岩;锆石LA-ICP MS U-Pb年龄;弧后盆地;SSZ型蛇绿岩;安徽歙县

安徽歙县伏川地区出露一套层序较为完整的蛇绿岩套[1],该蛇绿岩套中的基性-超基性岩以岩块形式分布在强烈剪切变形的千枚岩化的砂页岩基质中,与其伴生的为一套海相火山岩——细碧-角斑岩系,安徽省地质矿产勘查局332地质队将这套包括伏川蛇绿岩在内的地层称为西村岩组,实际上是一条蛇绿混杂岩带[2]。研究者围绕蛇绿岩的形成时代和构造环境进行过若干同位素年代学和地球化学方面的工作[1-9]，然而,对于该蛇绿岩的形成年代存在不同认识,主要有1 020 Ma[4]、900 Ma[7]和850～820 Ma[8-9];对蛇绿岩类型、源区及演化等的研究报道很少。本文对与蛇绿岩伴生的细碧-角斑岩进行锆石U-Pb同位素定年和岩石地球化学研究,探讨伏川蛇绿岩形成的时代和构造背景,为该蛇绿岩成因提供证据,同时为江南造山带地区新元古代的构造演化提供依据。

1 区域地质背景

研究区地质概况如图1所示。

研究区位于江南造山带东段北侧的乐平-歙县构造混杂岩带中,北西以景德镇—歙县断裂与区域上修水-祁门构造单元[10]为界。带中出露的地层为歙县岩群[11],包括西村岩组(Pt3x)和昌前岩组(Pt3ch)。西村岩组在区内呈北东向展布,由浅变质火山-碎屑沉积岩、细碧-角斑岩和镁铁-超镁铁岩组成。昌前岩组主要为一套浅变质沉积岩,包括千枚状粉砂岩、板岩及变质岩屑砂岩。歙县岩群实际上是由伏川蛇绿岩套和与其一起经受强烈剪切变形的变质火山-沉积岩系组成的构造混杂带。

图1 研究区地质简图

伏川蛇绿岩由如下3个部分组成:

(1) 第1岩石组合以蛇纹石化超镁铁岩为主,主要由黑、暗绿色、黄绿色纯橄榄岩、含辉橄榄岩、斜辉橄榄岩、单辉辉橄岩等组成,以斜辉橄榄岩为主,占该类岩石的85%,其余出露零星且规模小。

(2) 第2岩石组合由辉长岩类、粗玄岩类的镁铁质岩、碎屑沉积岩组成,厚度大于234 m,碎屑岩由暗绿色、深灰色千枚岩,浅灰色长石岩屑杂砂岩和纹层状泥岩组成,受构造影响软弱层发育褶叠层。

(3) 第3岩石组合由海相喷发的细碧岩、角斑岩及深水硅质岩大洋层沉积组成,厚度大于700 m,其中的细碧岩发育枕状构造。

区内出露的主要侵入岩为歙县花岗闪长岩,形成于(838±11) Ma,是在碰撞造山过程中由不成熟的变质火山-沉积岩熔融形成的同造山S型花岗岩[12]。

歙县蛇绿混杂岩带具有典型构造混杂岩带的变形特征。带中的镁铁-超镁铁岩以脆性变形为主,被构造肢解成大小不等的岩块,分布在变质火山-碎屑沉积岩基质中。变质火山-碎屑沉积岩以韧性变形为特征,被强烈剪切形成糜棱岩、千枚岩、千枚状板岩等构造岩,糜棱面理或千枚理产状120°～150°∠30°～60°。歙县蛇绿混杂岩带总体是一个由南东向北西运动的逆冲推覆构造带[13-14],处于构造混杂岩带下部的镁铁-超镁铁岩自南东向北西以低角度逆冲推覆在晋宁期歙县花岗闪长岩体上,局部见辉橄岩呈孤岛状残存在歙县岩体内部的山岗上,构成小型飞来峰,实测剖面如图2所示。

图2 歙县伏川蛇绿岩构造混杂带实测剖面图

2 样品采集及测试方法

为了进一步厘定伏川地区蛇绿岩的形成年代及其岩石成因类型,本次工作在实测剖面等地质特征认识基础上,重点选取西村岩组一段中细碧岩和角斑岩作为研究对象。细碧岩(121114-2)采自歙县雄村同源桥,地理坐标N29°50′12.1″、E118°25′21.7″;角斑岩(121029-1)采自大阜佛岭脚,地理坐标N29°54′22.2″、E118°31′36.5″。

锆石单矿物分选在河北省廊坊市地源矿物测试分选技术服务有限公司完成,并在北京锆年领航科技有限公司完成制靶。阴极发光与激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(laser ablation-inductively coupled plasma mass spectrometry,LA-ICP MS)锆石U-Pb测年均在中国科学技术大学壳幔物质与环境重点实验室完成。将抛光好的靶放在显微镜下进行透射光照相,然后放在FEI公司Sirion200型电镜下进行锆石阴极发光(cathodoluminescence,CL)扫描电镜显微照相和内部结构显微照相分析。LA-ICP MS锆石U-Pb测年测定分析采用LA-ICP MS原位U-Pb定年方法,通过脉冲式共振、193 nm的ArF准分子激光器完成激光剥蚀取样,激光剥蚀束斑直径为44 μm或32 μm,选用标准锆石91 500作为计算U-Pb年龄外标。数据处理采用该实验室数据处理软件LaDating@Zrn,利用ComPbCorr#3-18软件进行普通铅校正[15],采用Isoplot 3.0软件进行年龄谐和图、年龄值统计和加权平均值的计算。对于年龄值大于1 000 Ma的锆石数据,采用207Pb/206Pb的值,小于等于1 000 Ma的锆石数据采用206Pb/238U的值。

岩石主、微量及稀土元素分析是在澳实分析检测(广州)有限公司完成的。主量元素采用玻璃熔片大型X射线荧光光谱法(X-ray fluorescence,XRF)分析;微量元素采用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)进行分析。Sr-Nd同位素在国土资源部中南矿产资源监督检测中心完成。

3 测试结果

3.1 锆石U-Pb定年

西村岩组细碧岩、角斑岩锆石CL图像、U-Pb谐和曲线和加权平均年龄分别如图3、图4所示。由图3可以看出,细碧岩(121114-2)锆石CL图像显示锆石颗粒大小不一,绝大部分为圆状(40%)和柱状(60%),长宽比为2∶1～3∶1,显示出较为典型的振荡环带结构,为岩浆成因锆石。锆石的w(Th)为42.16×10-6～358.11×10-6;w(U)为87.62×10-6～559.03×10-6;w(Th)/w(U)为0.15～1.50>0.1,与典型岩浆锆石一致,明显高于w(Th)/w(U)<0.1的变质成因锆石。本次共获得23颗锆石206Pb/238U表面年龄数据,14颗锆石年龄值集中在788～897 Ma之间,其加权平均年龄值为(853±20) Ma,MSWD=1.7。此外,2个锆石年龄值为1 369 Ma(点25)和1 465 Ma(点26),可能代表了继承/捕获成因的锆石,对于其地质意义需进一步深入研究。

由图4可以看出,角斑岩(121029-1)锆石CL图像显示锆石颗粒大小不一,圆状和柱状(长宽比为2∶1～3∶1)各占1/2,几乎所有锆石颗粒显示出较为典型的振荡环带结构,为岩浆成因锆石。锆石的w(Th)为28.92×10-6～304.94×10-6;w(U)为83.61×10-6～438.04×10-6；w(Th)/w(U)为0.14～1.00>0.1,也指示为岩浆成因锆石。本次共获得了36颗锆石206Pb/238U表面年龄数据,年龄值全部集中在812～883 Ma之间,其加权平均年龄值为(852.9±8.2) Ma,MSWD=1.8。

(a) 121114-2岩石CL图像 (b) U-Pb谐和曲线 (c) 加权平均年龄

(a) 121029-1岩石CL图像 (b) U-Pb谐和曲线 (c) 加权平均年龄

3.2 岩石地球化学

西村岩组细碧-角斑岩系主、微量及稀土元素分析结果见表1、表2所列。

西村岩组细碧-角斑岩与庐山细碧岩对照的TAS图解、AFM图解[16]如图5所示。

w(Na2O+K2O)为2.89%～6.03%,平均为4.41%；w(Na2O)为2.46%～4.70%,平均为3.62%；w(Na2O)/w(K2O)为1.18～19.93。由图5a可知，在TAS图解中,岩石落入亚碱性系列的玄武岩-玄武安山岩-安山岩区域,以贫碱、富钠、高w(Na2O)/w(K2O)比值为特征,属于典型

的细碧岩-角斑岩组合。由图5b可知，在AFM图上,这些岩石无明显的Fe富集趋势,落入了钙碱性系列。

西村岩组细碧岩-角斑岩与庐山细碧岩对照的稀土元素(rare earth element，REE)配分曲线、微量元素蛛网图如图6所示。

图6中球粒陨石REE值和原始地幔微量元素值引自文献[17]。

该套细碧岩-角斑岩系的稀土元素总量∑REE为18.63～176.76 μg/g，(w(La)/w(Yb))N为0.49～8.07，Eu/Eu*为0.71～0.98。

表1 西村岩组细碧-角斑岩主量元素分析结果 %

表2 西村岩组细碧-角斑岩微量元素分析结果 10-6

图5 西村岩组细碧-角斑岩与庐山细碧岩对照的TAS、AFM图解

(a) 稀土元素配分曲线 (b) 微量元素蛛网图

由图6a可知，球粒陨石标准化曲线呈较平滑的右倾型,轻、重稀土元素的分馏程度中等,细碧岩-角斑岩均呈弱负Eu异常,其地球化学特征与典型的洋中脊玄武岩存在明显差异,具有岛弧玄武岩的特点。

由图6b可知，微量元素原始地幔标准化蛛网图总体曲线形态较平整,大离子亲石元素富集,高场强元素Ta、Nb亏损,但Zr、Hf相对较弱富集,同时,普遍出现一定程度的Sr负异常,与其弱负Eu异常吻合。

3.3 Sr-Nd同位素

西村岩组细碧岩Sr-Nd同位素分析结果见表3所列。细碧岩ISr为0.705～0.710,εNd(t)值为-0.37～+5.28,与来自地幔的岩浆岩相比,ISr值稍高,εNd(t)值稍低,可能反映了与俯冲有关的岛弧岩浆岩的特征。

表3 西村岩组细碧岩Sr-Nd同位素分析结果

4 讨 论

4.1 形成时代

研究者对伏川蛇绿岩的形成时代已做过大量的工作,但仍存在争议。文献[4]在蛇绿岩上部辉长岩中测得Sm-Nd全岩+矿物内部等时线年龄(1 024±30) Ma是蛇绿岩的第1个年龄；文献[7]在该辉长岩中获得3组锆石SHRIMP U-Pb年龄,分别为(891±13) Ma、(826±4) Ma和(764±10) Ma,认为(891±13) Ma代表蛇绿岩的侵位时间,与Rodinia超大陆聚合有关,后2组年龄代表后期岩浆和热蚀变事件,与Rodinia超大陆裂解有关;文献[8]获得方辉橄榄岩中的辉长岩脉锆石年龄为(848±12) Ma,异剥橄榄岩锆石年龄为(827±9) Ma;文献[9]采用LA-ICP MS获得辉长岩锆石U-Pb年龄为(891±13) Ma和(824±3) Ma,认为后者代表了蛇绿岩的形成时代。本文获得西村岩组细碧岩和角斑岩锆石年龄分别为(853±20) Ma和(852.9±8.2) Ma。由于枕状熔岩的年龄代表着削减前洋壳环境下岩浆作用的时间，本文获得的年龄结果说明该缝合带所在位置洋壳的最终闭合时间应该不早于850 Ma。而歙县花岗闪长岩(838±11) Ma的年龄[12]限定了伏川蛇绿岩代表的缝合线最终闭合的时间,因此825 Ma左右的锆石U-Pb年龄不应该是蛇绿岩形成的年龄,而是与Rodinia超大陆裂解有关的后期岩浆事件的年龄[8]。根据本文获得的细碧岩和角斑岩的锆石U-Pb年龄(853±20) Ma和(852.9±8.2) Ma,结合蛇绿岩中辉长岩脉的锆石U-Pb年龄(848±12) Ma,可以确定伏川蛇绿岩的形成时代在850 Ma左右。

4.2 细碧-角斑岩的岩石成因

西村岩组细碧-角斑岩及庐山细碧岩Hf/3-Th-Nb/16、2Nb-Zr/4-Y判别图解如图7所示[18-19],Nb/Yb-Th/Yb判别图解如图8所示。西村岩组细碧岩Sr和Nd同位素特征如图9所示。

由图7可知，西村岩组细碧-角斑岩与庐山细碧岩微量元素地球化学的总体特征(表2)类似于岛弧型玄武岩,在Hf/3-Th-Nb/16及2Nb-Zr/4-Y构造环境判别图上投在破坏性板块边缘的玄武岩及其分异物区域和火山弧玄武岩范围内,部分落入正常型MORB区域。

由图8可知，在Nb/Yb-Th/Yb图解中,歙县细碧-角斑岩和庐山细碧岩主要落入大陆岛弧区,明显不同于洋中脊玄武岩,应该为俯冲带型玄武岩。

由图9可知，西村岩组细碧-角斑岩系还表现较为明显的Nb、Ta亏损,说明了它们的地幔源区受到了洋壳俯冲过程中地壳流体的局部交代。

(a) Hf/3-Th-Nb/16判别图解 (b) 2Nb-Zr/4-Y判别图解

○ 伏川细碧-角斑岩 □ 庐山细碧岩 N-MORB—正常型洋中脊玄武岩(mid-ocean ridge basalt,MORB)E-MORB+WPT—富集型MORB及板内拉斑玄武岩 WPAB—板内碱性玄武岩CAB—破坏性板块边缘玄武岩及其分异物 IAT—岛弧玄武岩 A1—板内碱性玄武岩A2—板内拉斑玄武岩 B—富集型MORB C—火山岛玄武岩 D—正常型MORB火山弧玄武岩

图7 西村岩组细碧-角斑岩及庐山细碧岩Hf/3-Th-Nb/16和2Nb-Zr/4-Y判别图解

○ 伏川细碧-角斑岩 □ 庐山细碧岩 SSZ(BA-FA)—SSZ(弧后环境至弧前环境) E-MORB—富集型MORB OIB—洋岛玄武岩

图8 西村岩组细碧-角斑岩及庐山细碧岩Nb/Yb-Th/Yb判别图解

图9 西村岩组细碧岩Sr和Nd同位素特征

这是由于源区地幔物质有含水流体的加入,使得高场强元素消耗,这些流体通常来源于俯冲板片的释放[20],从而表现为富集大离子亲石元素而亏损高场强元素,这也说明了细碧-角斑岩所在的伏川蛇绿岩是俯冲带之上(supra-subduction zone,SSZ)的蛇绿岩(SSZ型)。细碧-角斑岩系除了稀土元素配分曲线与岛弧玄武岩类似外,还表现为相对富集Zr和Hf,这种地幔源区在经历了地壳熔融物质的交代后还富集Zr和Hf的特征可能意味着源区是来自俯冲的大洋沉积物。同时,细碧岩显示负的εNd(t)值(-0.37～+5.28),指示其来源于较弱的亏损型地幔。

文献[21]提出在大洋岩石圈俯冲的初期阶段,俯冲带之上可以形成一种上叠型(“SSZ”型)蛇绿岩,区别于产于洋中脊的蛇绿岩。由此本文认为,伏川蛇绿岩显示了俯冲带物质参与的地球化学烙印,应属于“SSZ”型蛇绿岩,其形成与俯冲作用有关。

5 结 论

细碧-角斑岩(853±20) Ma和(852.9±8.2) Ma的结晶年龄指示伏川蛇绿岩的形成年龄在850 Ma左右,表明扬子陆块南缘具有洋壳特征的弧后盆地已经形成,而华夏陆块与扬子陆块之间的洋壳俯冲应早于850 Ma。研究区以溪口岩群和歙县岩群为代表的弧后盆地沉积的主量元素和微量元素研究表明,溪口岩群和歙县岩群中的沉积岩均来源于长英质火山岩和大陆上地壳物质,其中碎屑锆石主要存在于同时代的火山岩,峰值在890～825 Ma之间[13],意味着扬子陆块南缘的火山弧可能在890 Ma左右已经形成,而弧后盆地大约在850 Ma形成。

伏川蛇绿岩为形成于俯冲带之上弧后盆地的“SSZ”型蛇绿岩,与赣东北蛇绿岩在形成时代、构造环境、岩石组成、地球化学特征方面均存在明显差别[8-9,12,22-24],不属于同一个蛇绿混杂岩带,因此歙县伏川蛇绿岩所代表的缝合线不能与赣东北相连。近年有报道发现在皖南和赣东北有多处具枕状构造的细碧岩,其岩石类型主要为钙碱性系列的岩石,具有相似岩石地球化学特征(图5、图6、图7),均形成于弧后小洋盆环境[25-26]。伏川蛇绿岩可能向西延伸至赣东北的庐山地区,也可能向西南经休宁漳源、景德镇至宜丰,因此江南造山带的构造格架还需要作进一步研究。

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(责任编辑 张淑艳)

Geochemical characteristics of spilite-ceratophyre in Shexian and its geological significance

YU Liangfan1, MA Liang1, ZHU Qiang2, HU Zhaoqi2

(1.Public Geological Survey Management Center of Anhui Province， Hefei 230001， China; 2.Geological Survey of Anhui Province， Hefei 230001， China)

The spilite-ceratophyre in the Xicunyan group is an important part of the ophiolite suit in Fuchuan district， Shexian， Anhui Province. In this paper， the zircon laser ablation-inductively coupled plasma mass spectrometry(LA-ICP MS) U-Pb isotopic dating， whole-rock major and trace elements and Sr-Nd isotopic geochemistry of spilite-ceratophyre were analyzed after geological work. The zircon LA-ICP MS U-Pb isotopic ages of the spilite and ceratophyre are (853±20) Ma and (852.9±8.2) Ma respectively, suggesting that they are formed in Neoproterozoic. The whole-rock geochemistry analysis shows that the spilite-ceratophyre are island arc basalt, the magma was derived from the depleted mantle and affected by crustal fluid metasomatism. These spilite-ceratophyre rocks were formed in the back-arc basin under subduction environment. This study further proofs that Fuchuan ophiolite is the SSZ type ophiolite.

spilite-ceratophyre; zircon laser ablation-inductively coupled plasma mass spectrometry(LA-ICP MS) U-Pb age; back-arc basin; SSZ type ophiolite; Shexian， Anhui Province

2016-07-22；

2017-03-20

安徽省公益性地质工作资助项目(2012-g-38)

余良范(1964-),男,安徽安庆人,安徽省公益性地质调查管理中心高级工程师.

10.3969/j.issn.1003-5060.2017.04.021

P581

A

1003-5060(2017)04-0539-08