福建浦城仙阳晚奥陶世花岗岩同位素测年及地球化学特征①

2020-04-12肖金木

福建地质 2020年1期

肖金木

(福建省闽北地质大队，邵武，354000)

通过1∶5万仙阳、浦城县幅区域地质调查(1)福建区域地质测量队，1∶20万浦城县幅区域地质矿产调查报告，1972。工作，三叠世花岗岩岩体中解体出仙阳、黄墩晚奥陶世二长花岗岩岩体。根据解体出的晚奥陶世花岗岩岩体同位素测年及地球化学特征，研究其岩浆来源、侵入年代及形成的构造环境。

1 区域地质概况

测区处于欧亚大陆东南缘的华南大陆东部，濒临西太平洋。为环太平洋中、新生代巨型构造-岩浆带的陆缘的一部分，是全球构造-岩浆活动最活跃的地区之一[1]。岩浆侵入活动受区域构造制约明显，具多个构造岩浆旋回活动特征，形成的主要岩石类型有石英二长(闪长)岩、石英闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、正长花岗岩、花岗斑岩、(石英)正长斑岩及辉绿玢岩、闪长玢岩、花岗斑岩脉等。岩浆活动具多旋回性，自古元古代到白垩纪可划分为5个时期，其中以晚奥陶世、志留纪、三叠纪及早白垩世、晚白垩世岩浆活动最为强烈，分布广泛，而古元古代侵入岩则零星分布。

根据测区仙阳西部和浦城中西部主要为中三叠世侵入岩，统称为浦城岩体[2]。区域上位于浦城县渔梁—吴东山一带，岩体呈北北东向不规则椭圆状，呈岩基或岩枝、岩瘤状产出，侵入于古元古代大金山岩组低角闪岩相变质岩系中，出露面积约349.4 km2。岩体分异明显，岩相发育，内部相为石英二长闪长岩，边缘相为石英闪长岩，分布于岩体的东南和西南部。通过1∶5万仙阳、浦城县幅区域地质调查工作，将测区内浦城岩体解体为晚奥陶世侵入岩和志留纪侵入岩，该文主要叙述晚奥陶世侵入岩。

2 地质特征

测区晚奥陶世侵入岩据其分布特征划分为黄墩和仙阳2个深成岩体(图1)。

图1 测区晚奥陶世花岗岩分布简图

黄墩岩体：位于浦城黄墩一带，沿北东向展布，呈岩株、岩瘤状产出，出露面积约10.53 km2。根据岩石结构、构造、接触关系等特征分析，其岩性单一，结构演化可分为中细粒、少斑状中细粒、似斑状中细粒结构。

仙阳岩体：位于仙阳镇一带，沿北东向展布至测区图外，呈岩株、岩枝、岩瘤状产出，出露面积约30.96 km2。根据岩石结构、构造、接触关系等特征分析，其岩性单一，结构演化可分为含斑状中细粒、少斑状中细粒、似斑状中细粒结构。

3 岩石学特征

晚奥陶世岩体以黄墩、仙阳深成体岩石单元出露较全[3 ，4]。岩石为二长花岗岩，呈浅灰白色、浅肉红色，中细粒花岗结构，似斑状结构、块状构造，主要造岩矿物为钾长石、斜长石、石英、黑云母。其中，钾长石含量为30%～40%，呈半自形板柱状、他形粒状，具格子双晶，斜长石含量为30%～45%，呈半自形宽板状、他形粒状，发育聚片双晶，被绢云母轻度交代；石英含量为25%～30%，呈他形粒状，黑云母含量为5%～8%，呈片状，多被绿泥石交代。

4 岩石地球化学特征

4.1 主量元素特征

此次研究工作于晚奥陶世花岗岩中取得岩石化学样品 3件(黄墩岩体1件，PM011-92-HQ1，仙阳岩体2件XY-02-HQ1、XY-03-HQ1)，采集的样品，岩石无蚀变，具有一定的代表性。岩石化学成分的主量元素氧化物含量(表 1)。

表1 测区晚奥陶世侵入岩岩石化学成分(%)、参数及 CIPW 标准矿物成分

Table 1 Petrochemical constituents, parameters and CIPW standard mineral constituents of Late Ordovician intrusive rocks in the surve area

序号岩体名称原编号岩石化学成分(%)SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2OP2O5化合水CO2总量1黄墩岩体PM011-92-HQ167.760.6915.071.731.870.061.373.273.362.670.311.600.0899.842仙阳岩体XY-02-HQ165.930.7015.060.692.380.071.682.563.484.400.321.610.7699.643XY-03-HQ164.210.8415.331.453.880.112.252.433.042.960.562.670.0599.78序号CIPW标准矿物岩石化学参数qorabanhymtcapστSIFLAROXDIK/NNK/AA/NKC131.8915.7928.2914.211.702.511.430.721.4716.9712.4564.841.980.5173.770.520.561.05224.2926.0329.4110.623.331.000.660.742.7116.5413.3075.482.620.4878.410.830.700.99331.5917.5125.698.415.192.104.031.301.7014.6316.5771.172.020.5369.750.640.541.21

注：数据来源于1∶5万仙阳、浦城县幅区域地质调查报告。

主量元素组成上晚奥陶世花岗岩SiO2含量为64.21%～67.76%，含量比较稳定。比中国主要岩浆花岗岩平均化学成分的 71.27%含量稍低，属于中酸性岩。Al2O3含量平均为 15.15%； CaO 含量平均为2.75%；TiO2含量平均为0.74%； Na2O含量平均为3.29；K2O含量平均为3.34%；Na2O+K2O含量平均为6.63%；Na2O/K2O比值平均为1.03，Na2O的含量与 K2O 相近；(Na2O+K2O/MgO)比值为2.67～4.69；总体显示富碱，贫钙、铁特征[5]。

据SiO2与 Na2O+K2O投影于侵入岩TAS图解，位于花岗岩区域，且样品投影于 Ir-Irvine分界线下方，指示其主要为亚碱性岩。里特曼指数(σ)为1.47～2.71，平均为1.96，因此区内的样品为钙碱性岩(太平洋型)。岩石碱度率(AR)为1.98～2.62。TAS图解和里特曼指数均显示整体为亚碱性岩，所以区内的晚奥陶世侵入岩应为亚碱性岩。A/NKC比值0.99～1.21，Al2O3>K2O+Na2O+CaO，表明其为准铝质-过铝质花岗岩。戈蒂里指数(τ)为 14.63～16.97，全部大于10，为造山带岩浆岩。综合上述该区晚奥陶世花岗岩总体属于亚碱性系列，高钾钙碱性准铝质-过铝质花岗岩。

4.2 微量元素特征

微量元素含量及特征值，与酸性岩维氏值对比(表2)，多数样品 V、Co、Cr、Ni含量均高于酸性岩维氏值；钨族元素 W、Sn、Mo含量均低于维氏值，其中 Bi富集约为维氏值几至几十倍；稀有元素Hf较为富集高于维氏值，其余与酸性岩石维氏值大致相当；Au元素含量明显低于维氏值；Pb含量则与酸性岩石维氏值大致相当；Li、Rb、Ag、Cu、Zn含量与维氏值大致相当；分散元素 Sr 明显高于维氏值。总体显示亲石元素富集，钨族元素亏损。

表2 测区晚奥陶世微量元素含量(×10-6)及特征值

在原始地幔标准化蛛网图上所有样品曲线特征相近(图 2)，总体表现为富集大离子亲石元素 Rb、Pb、Nd，亏损高场强元素 Nb；低Sr，Nb 的强烈亏损表明岩浆物质来源于地壳。Th/U比值为 8.11～21.92，多数比值大于上地壳的 Th/U比值(3.89)。据 Hildreth et al.研究，Rb/Nb比值有规律从地幔岩石向上地壳岩石增高的趋势，平均上地壳的Rb/Nb比值为4.5。Rb/Nb 比值为5.42～10.37，明显大于上地壳的平均值；Y 是在各类岩石中的丰度值较高，而变化范围较小的高场强元素。因而可以利用 Rb/Y、Nb/Y 比值来判明岩浆物质来源受或混染的程度。Rb/Y比值为 4.00～10.28，大于上地壳的值(3.25)；Nb/Y比值较低为0.60～1.23，亦大于上地壳的均值(0.57)。Rb/Y比值略大于上地壳值，Nb/Y亦高于上地壳，这也为花岗岩是地壳增厚条件下形成的成因提供了一定的佐证。相容元素Cr、Ni相对偏低，Cr含量为13～36.4 μg/g；Ni含量为5.7～12.2 μg/g，低于扬子地区下地壳 Ni、Cr的平均值，(Ni含量为49×10-6，Cr含量为82×10-6)。此外特征元素Rb/Li、Rb/Sr比值皆介于同熔型和改造型之间。因此从微量元素来看，区内晚奥陶世岩体岩浆物质来源与地壳有关。

4.3 稀土元素特征

根据稀土元素含量及特征值可见，稀土总量(∑REE)平均为390.71×10-6，高于世界酸性岩稀土元素平均总量(292×10-6)，高于上部陆壳的平均总量(210.07×10-6)；LREE平均值为 341.99 ×10-6；HREE平均值为22.54×10-6，含量较低；LREE/HREE比值大部分11.96～21.88，反映轻、重稀土分馏程度强烈，且轻稀土富集；(La/Yb)N为24.27～36.41，(Ce/Yb)N=17.87～27.28，反映出轻稀土相对重稀土强烈富集；(La/Sm)N为4.21～6.63、(Sm/Eu)N为1.64～3.58，表明轻稀土分馏程度较强；(Gd/Yb)N为3.05～3.94，反映 HREE 部分亦有一定程度上的分馏(表3)。晚奥陶世侵入岩球粒陨石标准化蛛网图中(图 3)，整体上变为左高右低的曲线，倾斜较高，轻稀土部分陡倾，重稀土部分较为平缓，与上地壳稀土元素配分模式接近，δEu变化范围不大，为0.34～0.79，平均为 0.60，具弱 Eu 负异常，大部分δCe为0.92～0.98，平均为 0.94，具微弱的 Ce 负异常。以上各种相似特征反映该侵入体岩石为壳源型花岗岩。

图2 晚奥陶世黑云母二长花岗岩原始地幔标准化蛛网图

图3 晚奥陶世黑云母二长花岗岩球粒陨石标准化蛛网图

表3 测区晚奥陶世侵入岩稀土元素含量及特征值(×10-6)

Table 3 Content and characteristics of rare earth elements of Late Ordovician intrusive rocks in the surve area

序号岩体名称原始编号LaCePrNdSmEuGdTbDyHoEr1黄墩岩体PM011-92-HQ170.65129.3614.6648.436.701.544.950.603.250.541.372仙阳岩体XY-02-HQ162.53126.1114.2849.137.471.475.860.713.790.621.433XY-03-HQ1119.40229.1128.0097.4317.821.8715.692.1512.112.074.89序号TmYbLuY∑REELREEHREELR/HRδEuδCe(La/Yb)N(Gd/Yb)N(Sm/Nd)N(Sm/Eu)N(La/Sm)N(Ce/Yb)N10.201.310.1813.70297.44271.3412.4021.880.790.9236.413.050.431.646.6325.5820.191.200.1614.79289.72260.9813.9618.700.660.9835.263.940.471.925.2727.2830.623.320.4250.06584.97493.6441.2711.960.340.9224.273.810.563.584.2117.87

5 锆石测年

在晚奥陶世侵入岩采集了3件样品(黄墩岩体1件PM011-92-zr1，仙阳岩体2件XY-02-zr1、XY-03-zr1)LA-ICP-MS锆石 U-Pb同位素测年样，由湖北省地质实验测试中心测定。

5.1 锆石特征

花岗岩中锆石呈浅玫瑰色、黄色，次滚圆粒状、次棱角柱状，个别呈棱角柱状，大部分晶体晶面光洁、金刚光泽，透明，少部分晶体晶面粗糙，个别有裂纹，包体，呈玻璃光泽。伸长系数以 1∶1.2～1∶1.5 为主，1∶1.6～1∶4 次之，四方双锥发育；锆石都具有震荡生长环带结构(图 4～6)，环带清晰，具相对明亮的阴极荧光，指示酸性岩浆锆石特征；具有Th、U含量较高，Th/U 比值为0.08～1.23，均为0.29。岩浆锆石的Th、U含量较高，Th/U 比值较大(一般>0.4)，变质锆石的Th、U含量较低，Th/U 比值较小(一般<0.1)。但是一些组成特殊的岩浆中的结晶的岩浆锆石具有异常的Th/U 比值，因此，具有Th、U含量较高、且Th-U之间多数具有正相关关系，亦显示了岩浆锆石的典型特征[6，7]。

图4 黄墩晚奥陶世二长花岗岩岩体(PM011-92-zr1)锆石CL影像及测试点

图5 黄中坑晚奥陶世二长花岗岩(XY-02-zr1)锆石CL影像及测试点

图6 黄中坑晚奥陶世二长花岗岩(XY-03-zr1)锆石CL影像及测试点

5.2 锆石测年结果

样品PM011-92-zr1, 采自于浦城县幅黄墩岩体少斑状中细粒黑云母二长花岗岩中。定年测试结果(表 4 )，加权平均年龄为(453.3±3.8)Ma (N=23，MSWD=0.46)，加权平均年龄图及谐和图(图 7)上分析点均投影在协谐线上，且较集中，谐和度较好。因此(453.3±3.8)Ma，代表了该样品的结晶年龄。

表4 黄墩岩体(PM011-92-zr1)LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 定年测试结果

图7 晚奥陶世二长花岗岩(PM011-92-zr1)锆石同位素年龄加权平均值图(左)及谐和图(右)

样品 XY-02-zr1，采自于仙阳岩体少斑状中细粒黑云母二长花岗岩中。定年测试结果(表 5)，加权平均年龄为(455.0±2.9)Ma(N=40，MSWD=0.35)，加权平均年龄图及谐和图(图 8)上分析点大都投影在谐和线上，且较集中，谐和度较好。有个别测点偏离协和线，显示有铅丢失，将谐和度小于0.9的测点剔除之后，因此(455.0±2.9)Ma，代表了该样品的结晶年龄。

表5 仙阳岩体(XY-02-zr1)LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 定年测试结果

续表5

图8 晚奥陶世二长花岗岩(XY-02-zr1)锆石同位素年龄加权平均值图(左)及谐和图(右)

样品 XY-03-zr1，采自于仙阳岩体似斑状中细粒黑云母二长花岗岩中。定年测试结果(表 6)，加权平均年龄为(445.4±2.9)Ma(N=29，MSWD=0.81)，加权平均年龄图及谐和图(图9)上分析点均投影在谐和线上，且较集中，谐和度较好。因此(445.4±2.9)Ma，代表了该样品的结晶年龄。

表6 仙阳岩体(XY-03-zr1)LA-ICP-MS 锆石U-Pb定年测试结果

图9 晚奥陶世二长花岗岩(XY-03-zr1)锆石同位素年龄加权平均值图(左)及谐和图(右)

6 岩浆来源及构造背景讨论

6.1 岩浆来源

(1)区内晚奥陶世二长花岗岩中，A/CNK比值较大，一般为0.99～1.21，显示主要为准铝质-过铝质花岗岩。

(2)区内晚奥陶世二长花岗岩中，Na2O含量为3.04%～3.48%，Na2O的含量与 K2O相当，Na2O/K2O比值为0.79～1.26，与S型花岗岩相似。

(3)区内晚奥陶世二长花岗岩中，SiO2含量较高，为 64.21%～67.76%，属中酸性岩。

(4)区内晚奥陶世二长花岗岩中，微量元素组成与壳源型花岗岩相像，明显高Sr/Y比值、Sr>400、Y<90，是地壳增厚条件下形成的，这种增厚与碰撞有关。

(5)区内晚奥陶世二长花岗岩中，稀土元素总量较高，轻稀土富集，而且出现中等的 Eu亏损。

(6)区内晚奥陶世二长花岗岩中，岩石化学成分在S型、I 型花岗岩判别图解(图 10)上样品投于 S型花岗岩区域。

综上所述，晚奥陶世花岗岩应为S型花岗岩，岩浆物质主要来源于壳源物质，是典型的地壳增厚的岩浆岩产物，这种增厚与碰撞有关。

6.2 构造背景分析

晚奥陶世花岗岩各侵入体样品在构造环境主要元素类别图解中(图 11)，投影点落于大陆边缘的岛弧、大陆弧、大陆碰撞环境区。

测区大地构造分区属华南新元古代-早古生代造山带，位于华夏地块之北武夷隆起区北东部。加里东旋回时限为780～400 Ma，测区晚奥陶世花岗岩形成于445.4～453.3 Ma，处于大陆边缘的岛弧、大陆弧、大陆碰撞环境，是加里东运动的产物。反映了晚奥陶世花岗岩形成于岛弧或活动陆缘的构造环境，而后向板内环境转换的过程中，此过程反映了板块多次挤压碰撞的结果[7]。