江西余干支家桥地区镁铁质岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄、地球化学特征及其地质意义

左祖发，徐 喆，刘 杨，黄志忠，刘邦秀，马振兴，徐祖丰

(1. 江西省地质调查研究院，江西 南昌 330030；2. 中国地质调查局南京地质调查中心，江苏南京 210016；3. 江西省国土资源厅，江西 南昌 330025)

江西余干支家桥地区，位于太平洋板块和欧亚板块接合部位之中国东南部北缘。中国东南部新生代火成岩，自1980年代以来，其地球化学、成因和源区性质一直是地质学者的研究热点(谢桂青等，2005；Zhou et al., 1982；Peng et al., 1986；Flower et al., 1992；Tu et al., 1991；Liu et al., 1994；Chung et al., 1994；1995；Zou et al., 2000；Ho et al., 2003)，并取得了很多成果。但是，余干支家桥出露的镁铁质岩体以往研究不多，前人主要是对地质背景、岩石地球化学等进行了较详细的研究，形成时代归属研究成果存在明显分歧。地质部江西省地质局区域地质测量大队的1∶20万东乡幅，将支家桥镁铁质岩类的形成时代放在燕山早期，其依据是根据岩体侵入关系和岩性对比，推断为相当或早于晚侏罗世火山活动的侵入者，即燕山早期的产物①地质部江西省地质局区域地质测量大队.1964.1∶20万东乡幅地质图说明书.。叶枬(1995)通过对支家桥一带出露的镁铁质-超镁铁质岩体中的辉长辉绿岩挑选单矿物角闪石，送宜昌地矿研究所进行K-Ar年龄测定，其结果为896.7 Ma，属于晋宁晚期，考虑到K-Ar法年龄测定一般年龄值偏低，因此，认为支家桥成岩年龄可能大于896.7 Ma。江西省地质调查院的1∶25万南昌市幅将支家桥地区镁铁质岩体归入塔前混杂单元(超基性—基性岩单元)，因塔前混杂单元分布于北东东向的乐平—歙县混杂岩亚带的溪口岩群中，并与其一起共同构成构造混杂堆积；认为其形成时代较早，可能就位于中元古代②江西省地质调查院.2002.1∶25万南昌市幅区域地质调查报告.。针对镁铁质岩体时代归属出现争议这一问题，笔者在进行“江西1∶5万余干县、古楼埠、江埠、社赓幅区域地质调查”时，以支家桥地区呈岩枝、岩瘤状产出的镁铁质岩体为研究对象，进行的详细野外观察和室内岩石学、地球化学以及激光探针等离子体质谱(LA-ICP-MS)锆石U-Pb法同位素年龄测定等新的成果，对其岩石学、地球化学特征、形成时代等有关问题进行探讨。

图1 余干支家桥地区地质简图Fig.1 Geological sketch of Zhijiaqiao area of Yugan in Jiangxi provincea.区域大地构造位置图(据楼法生等，2003修改)；b.余干支家桥地区镁铁质岩体分布图；1.第四纪；2.青白口纪万年群牛头岭组；3.青白口纪万年群程源组；4.古近纪橄榄辉长岩；5.古近纪橄榄辉石岩；6.志留纪中粒似斑状二云二长花岗岩；7.志留纪中细粒似斑状二云二长花岗岩；8.志留纪中细粒角闪闪长岩和石英闪长岩；9.蛇绿岩、超基性岩；10.构造单元边界；11.扬子地块；12.华南中部中元古代末期造山带；13.乐平.歙县混杂岩亚带；14.万年构造单元；15.赣东北蛇绿混杂岩亚带；16.怀玉山构造单元；17.东乡-龙游混杂岩亚带；18.华夏地块；19.采样位置

1 地质背景及岩相学特征

支家桥地区位于江西省余干县九龙乡东部，大地构造属扬子板块与华南中部造山带的交接部位之万年构造单元(图1)，自1990年代以来，经历了从元古代到新生代的各旋回构造运动，地质构造极为复杂；前人对该区大地构造划分提出了许多不同的观点(任纪舜，1990；李继亮，1992；徐备等，1992；舒良树等，1995；谢窦克等，1996；楼法生等，2003)。该地区出露的地层为新元古代青白口纪早期万年群(图1b)，岩性为一套浅变质岩系，上部为海相泥砂质碎屑岩沉积为主夹火山碎屑及熔岩的复理石建造；下部为滨海相火山碎屑岩为主的含砾碎屑岩建造。镁铁质岩体与围岩接触界线为第四纪地层掩盖。该地区还见有加里东期的岩浆侵入，其岩性为中粒似斑状二云二长花岗岩、中细粒似斑状二云二长花岗岩、中细粒角闪闪长岩和石英闪长岩。

支家桥镁铁质岩体位于余干县九龙乡支家桥、陈坊、团山、万家源一带，分布于万年构造单元中，由4个侵入体组成，大部分被第四系掩盖，露头零星，面积约0.93 km2。沿北东向呈串珠状产出，明显受北东向构造制约，侵入于青白口纪早期万年群牛头岭组(Pt31an)和程源组(Pt31ac)中。岩体岩相变化不甚明显，大致可划分出两期侵入体，即支家桥橄榄辉长岩和陈坊橄榄辉石岩，因露头太差，两期侵入体接触关系不清，确定的依据主要为岩石风化残积物颜色和矿物成分；岩体与围岩接触界线亦为第四纪地层所掩盖(图1b)。岩石类型主要有橄榄辉长岩、辉长岩、橄榄辉石岩、辉长辉绿岩等，岩体蚀变较强。

支家桥橄榄辉长岩，暗灰绿色，辉长结构，块状构造。主要由斜长石(40%～45%)、橄榄石(20%)、辉石(15%～20%)、角闪石(15%)和少量磁黄铁矿、黑云母、磁铁矿等组成。橄榄石呈等轴粒状，充填有次生蛇纹石，具反应边或次变边结构，常被辉石所包裹；辉石呈不规则等粒状，常见有斜长石包裹体，并为角闪石所包裹，多色性弱；角闪石呈不规则片柱状，常交代斜长石、辉石和橄榄石，具明显的反应边；斜长石呈自形—半自形板状，具明显的卡氏双晶，为An50之拉长石。副矿物主要有黄铁矿、石榴子石、绿帘石、钛铁矿、黄铜矿、锆石、独居石等。有时斜长石和辉石含量大增，橄榄石含量骤减形成辉长岩。

陈坊橄榄辉石岩，灰黑色，全晶质粒状结构，块状构造。矿物成分几乎全为透辉石及普通角闪石，含少量橄榄石。辉石具两组近直交的解理，消光角40°；橄榄石呈它形，等轴粒状体，散布于辉石之中。

2 分析方法

2.1 主量元素和微量元素测试

本次在支家桥、陈坊等地共采集3件样品(样品编号为201，202，203)进行主量元素和微量元素测试，测试分析由国土资源部南昌矿产资源监督检测中心完成；主量元素测定采用荷兰飞利浦公司生产的PW2403型X荧光光谱仪，元素的分析精度优于5%；微量元素测定采用美国热电元素公司生产的XseriesⅡ型电感耦合等离子体-质谱仪(ICP-MS)，微量元素分析精度优于10%，大多数元素好于5%。

2.2 同位素样品的采集及分析方法

本次用于LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年的样品采自北纬：28°31′21.8″，东经：116°41′20.7″；陈坊村附近出露新鲜的橄榄辉长岩(样品编号202)。测试样品利用人工重砂方法分选出锆石，然后在双目镜下挑选出晶形较好、透明度较好，无明显裂隙的锆石颗粒。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，直至磨到锆石晶体近中心截面，对靶上锆石进行镜下透射光、反射光照相后，对锆石进行阴极发光(CL)分析。锆石CL图像在西北大学大陆动力学国家重点实验室拍摄，根据阴极发光照射结果选择典型的岩浆锆石进行锆石U-Pb测年分析。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年工作在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室进行，测试分析由武兵老师完成。测试使用与New Wave 213 nm激光取样系统连接起来的Agilent 7500a ICP-MS 完成。分析过程中，激光束斑直径采用20～30 μm频率为5 Hz。样品经剥蚀后，由He气作为载气，再和Ar气混合后进入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 年龄为(608.5±1.5) Ma，Jackson et al.,2004)来校正，锆石标样Mud Tank(intercept age of (732±5) Ma, Black et al.,1978)作为内标，控制分析精度。每个测试流程的开头和结尾分别测2个GJ标样，另外测试1个MT标样和10～15个待测样品点。U-Pb年龄和U，Th，Pb的计数由GLITTER软件(ver.4.4)(www.mq.edu.an/GEMOC)在线获得。详细的分析方法和流程类似于Griffin等(2004)及Jackson等(2004)。因为204Pb的信号极低，以及载气中204Hg的干扰，该方法不能直接精确测得其含量，因此，使用嵌入EXCEL的ComPbCorr#3_15G程序(Andersen, 2002)来进行普通铅校正，不过绝大多数样品点的普通铅含量很低，校正对其不起作用。

3 分析结果

3.1 主量和微量元素地球化学

支家桥镁铁质岩体样品的主量和微量元素分析结果列于表1。岩石SiO2含量为46.38%～47.18%，为铁镁质岩，岩浆基性程度较高；Al2O3为15.66%～16.28%，含量较高；K2O+Na2O为1.19%～1.24%，碱含量低，K2O/Na2O为0.19～0.13，钠含量较高；Fe2O3为6.30%～7.01%，FeO为0.032%～0.040%，MgO为13.44%～13.94%，反映岩体中铁镁矿物含量高；CaO为13.28%～13.88%，里特曼指数(σ)为0.35～0.42，岩石属钙性岩。根据支家桥镁铁质岩成因的Al2O3-MgO-CaO三角判别图(图2)的投影可知，支家桥镁铁质岩属镁铁质堆积岩。从微量元素分析结果(表1)及相应的微量元素蜘网图(图3a)显示，岩石富含大离子亲石元素Rb，Ba，Sr，Th，Ta和来自地壳的Ce，较贫重稀土元素和高场强元素Nb，Hf，大离子亲石元素(LIL)丰度高于稀土元素(REE)及高场强元素(HFS)。反映岩浆是经上地幔部分熔融而成，并在上侵过程中混入了少量地壳物质。

表1 余干支家桥地区镁铁质岩体主量(%)、微量元素含量(×10-6)分析表

图2 镁铁质岩代表性岩石的Al2O3-CaO-MgO成分图Fig.2 The variation diagram of Al2O3-CaO-MgO of mafic rocksA.镁铁质堆积岩 B.科马提岩C.超镁铁质堆积岩D.变质橄榄岩(原图据Coleman R G, 1977)支家桥镁铁质堆积岩：201、202橄榄辉长岩；203橄榄辉石岩

支家桥镁铁质岩体稀土元素分析结果表明，稀土总量(∑REE)40.26×10-6～51.12×10-6，其稀土配分型式图为向右缓倾的锯齿状曲线(图3b)。轻重稀土比值较小(LREE/HREE=6.06～6.73)，轻稀土较富集；具较弱的铕正异常(δEu=1.212～1.547)，反映早结晶的斜长石等(贫∑REE而富Eu的矿物)在辉长岩中较富集。总体分析，表现为轻稀土富集，同时表现出重、轻稀土分馏均不明显的特征。

3.2 LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分析结果与结论

Compstom等(1992)、Griffin等(2004)、张芳荣等(2014)认为，一般在锆石LA-ICP-MS同位素定年中，对于大于1 Ga的锆石样点选用207Pb/206Pb年龄较为合适，而对于年轻的锆石样点选用206Pb/238U-207Pb/235U较为合适。因本次分析的橄榄辉长岩形成的时代很年轻，故采用206Pb/238U-207Pb/235U年龄值。

橄榄辉长岩定年分析结果见表2，代表锆石CL图像见图4，206Pb/238U-207Pb/235U谐和图见图5。

本次进行分析的锆石晶形以棱角至次棱角不规则的长、短柱状和锯齿状为主。晶体表面粗糙，凹凸不平，长宽比约1∶1～3∶1，长径160～400 μm，阴极发光图像显示(图4)，具有明显的岩浆振荡环带，为典型的岩浆锆石；从表2可以看出，样品的锆石U(42×10-6～459×10-6)，Th含量(42×10-6～482×10-6)和Th/U(0.75～1.75)较高，分布集中，显示出岩浆成因锆石的特征。从 锆石206Pb/238U-207Pb/235U年龄谐和图(图5)中可知，15个定年点给出的年龄都非常一致，都分布于谐和线之上，206Pb/238U-207Pb/235U加权平均年龄为(47.40±0.50) Ma (95% conf., n=15, MSWD=0.23)，可以代表橄榄辉长岩的形成年龄；其时代归属古近纪始新世。因此，余干支家桥地区镁铁质岩形成时代应为古近纪始新世。

图3 不相容元素原始地幔标准化图(a)和稀土元素球粒陨石标准化的配分图(b)Fig.3 Primitive mantle-normalized trace element diagrams (a) and Chondrite-normalized REE patterns (b)(原始地幔及球粒陨石标准化数值据Sun et al., 1989))

4 讨论

4.1 成岩时代

支家桥地区镁铁质岩体形成的地质时代前人研究结果存在明显分歧,有不同的认识(叶枬，1995)①②。针对支家桥地区镁铁质岩体形成的地质时代前人研究结果存在较大的分歧这一问题，笔者本次在支家桥地区采新鲜橄榄辉长岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年，由南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室完成；从测试分析结果(表2)和206Pb/238U-207Pb/235U谐和图(图5)可知，样品具有明显的岩浆振荡环带，为典型的岩浆锆石；且样品中15个定年点给出的年龄都非常一致，分析15个样品的加权平均年龄为(47.40±0.50) Ma (95% conf., n=15, MSWD=0.23)，其时代属古近纪始新世。

因此，笔者认为锆石LA- ICP-MS U-Pb法同位素年龄值为(47.40±0.5) Ma可以代表支家桥地区镁铁质岩体的岩石的结晶年龄，故其形成于古近纪始新世，就位于喜马拉雅期。前人根据岩体侵入关系和岩性对比，以及K-Ar年龄等不能代表支家桥地区镁铁质岩体的成岩时代。

4.2 源区特征和岩石成因

支家桥地区镁铁质岩体具有贫硅、富镁特征。实验岩石学研究表明，基性和超基性岩浆是上地幔镁铁质岩石部分熔融的产物(Hirose et al.1993；Walter,2003；朱昱升等，2012；左祖发等，2015)。相对饱满的地幔岩石熔融产生的熔体具有较高的Fe含量(Falloon et al.,1988；朱昱升等，2012；左祖发等，2015)，支家桥地区镁铁质岩Fe含量较高， TFe2O3= 6.30%～7.01%，说明它们来源于一个相对饱满的地幔源区，其源区在碱性玄武岩形成之前，未经历大程度熔体的抽离(朱昱升等，2012；左祖发等，2015)。由于Ti偏低，TiO2= 0.27 %～0.32%，表明其岩浆受到陆壳物质的混染，混染物为下地壳变质岩，也可能有少量的上地壳物质；从富镁也反映出其地幔源区特征和部分熔融条件。CaO=13.28%～13.88%，里特曼指数(σ)为0.35～0.42，岩石属钙性岩。根据超镁铁质岩成因的Al2O3-MgO-CaO三角判别图(图2)的投影可知，支家桥镁铁质岩体属镁铁质堆积岩。微量元素分析结果表明，岩石大离子亲石元素(LIL)丰度高于稀土元素(REE)及高场强元素(HFS)，富含大离子亲石元素Rb，Ba，Sr，Th，Ta和来自地壳的Ce，较贫重稀土元素和高场强元素Nb，Hf。反映岩浆是经上地幔部分熔融而成，并在上侵过程中混入了少量地壳物质。总之，支家桥地区镁铁质岩浆为地幔岩浆部分熔融形成，并常受到地壳物质混染。

图4 橄榄辉长岩锆石CL图像(圆圈为测点位置)Fig.4 Cathodoluminescence ( CL) images of olivine-gabbro (Circles are laser points)

图5 支家桥地区橄榄辉长岩(样品编号202)锆石206Pb/238U-207Pb/235U年龄谐和图Fig.5 Concordia plots for LA-ICP-MS U-Pb Zircon ages of olivine-gabbro in Zhijiaqiao area(sample 202)

4.3 地球动力学背景探讨

支家桥地区位于扬子板块与华南中部造山带的交接部位之间的万年构造单元，经历了从元古代到新生代的各旋回构造运动，地质构造极为复杂。根据前人资料②，万年构造单元位于乐平—歙县构造混杂岩亚带南东部，东邻赣东北蛇绿混杂岩亚带，南与东乡—龙游混杂岩亚带相邻。支家桥镁铁质岩体位于万年构造单元的西端，沿北东向呈串珠状产出，明显受北东向构造制约；古近纪始新世由于北东向深断裂活动，相当于下部地壳或上地幔的岩浆沿断裂上侵，形成铁镁质堆晶岩，并侵位到万年群牛头岭组和程源组中。支家桥地区镁铁质岩体形成于喜马拉雅期伸展环境，是地壳伸展作用下深源岩浆浅部侵位的产物，它们的形成是该地区喜马拉雅期陆内伸展作用下的构造—岩浆活动的一次重要事件。

5 结论

(1)综合分析支家桥地区镁铁质岩体的地质背景、岩相学特征、成岩时代以及源区特征和岩石成因等讨论结果，笔者认为本次橄榄辉长岩采用锆石LA-ICP-MS U-Pb法获得的同位素年龄值(47.40±0.50) Ma可以代表支家桥地区镁铁质岩体的岩石的结晶年龄，表明镁铁质岩体形成时代为古近纪始新世，就位于喜马拉雅期。

(2)支家桥地区镁铁质岩体的岩石化学成份表明岩浆基性程度较高；A/NCK均大于1，属于铝质基性-超基性岩类，低钾，钠含量较高，岩体里特曼指数(σ)为0.35～0.42，岩石属钙性岩，富铁、富镁的镁铁质堆积岩。

(3)支家桥地区镁铁质岩体形成于喜马拉雅期伸展环境，是地壳伸展作用下深源岩浆浅部侵位的产物，它们的形成是该地区喜马拉雅期陆内伸展作用下的构造—岩浆活动的一次重要事件。对它们的组成和成因以及构造关系研究，有助于该地区喜马拉雅期岩浆活动事件进行更深刻的了解。

致谢：感谢南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室对镁铁质岩进行(LA-ICP-MS)锆石U-Pb同位素定年分析。感谢楼法生教授级高工、张芳荣博士等在调查研究工作的指导和帮助。感谢审稿专家对本文提出的宝贵意见。

表2 支家桥地区镁铁质岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb测年分析结果

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