桂东南博白地区片麻状花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄、地球化学特征及构造环境研究

詹华思，丁伟品，何 波，孔凡全，颜 历

(武警黄金第九支队，海南 海口 571127)

0 引言

博白地区位于广西壮族自治区东南部，是我国著名的十万大山—大容山岩浆岛弧带，该区域片麻状花岗岩是华南加里东期花岗岩重要组成部分。研究表明，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[1-2]，前人采用K-Ar法、独居石U-Th-Pb法、全岩Ru-Sr法和锆石U-Pb法定年，获得年龄值为470～382 Ma[3-8]。对于华南加里东期花岗岩类形成的构造背景，学者们普遍认为与造山运动有关，但属于陆内造山还是陆间造山(也即造山时是否存在洋盆的闭合)一直存在争议[4-25]。一种观点认为，华南加里东期盆地为具有洋壳的洋盆[12-17]，另一种观点认为华南大陆在震旦纪—早古生代无洋盆分隔，加里东期属于陆内或板内造山[18-25]。关于陆内或板内造山的形成机制，有陆内俯冲(华夏向扬子俯冲)[23]、扬子与华北板块碰撞导致扬子—华夏间夭折裂谷的陆内加厚[1]、对东冈瓦纳的澳大利亚—印度边缘与华南地块相互作用的响应[25]等不同观点。前人在研究区外博白县风山圩南部定甬一带填绘出宁潭岩体，岩性为眼球状片麻状花岗岩，认为可能属加里东期中深成侵入岩。后期研究表明：宁潭岩体属早志留世侵入岩，出露于研究区外北东部的岑溪市四节顶及富万大顶一带，向北东延伸至三堡一带，为一套片麻状细粒—中粒(斑状)堇青黑云二长花岗岩。笔者对研究区内首次厘定的加里东期片麻状花岗岩进行详细的野外调查，通过系统研究其年代学、岩石学、地球化学特征，探讨片麻状花岗岩的形成时代、成因及大地构造环境，为研究该区热构造活动历史及华南地区加里东构造属性提供新的素材，丰富对桂东南加里东期构造—岩浆活动的进一步认识。

1 区域地质概况及岩石学特征

研究区在大地构造上位于扬子板块与华夏板块(西南段)的拼贴结合部位，处于钦杭结合带南段，结合带地质结构单元较为复杂，由一束超壳深断裂带组成，形成江南山地和东南山地之间的一个低凹弧形地带，在赣东北—赣西一带见古板块碰撞形成的蛇绿混杂岩带(图1a)。区内构造发育，主要受NE—NNE向的顿谷断裂控制，部分岩体被印支—燕山期形成NW向断裂切割，顿谷断裂是岑溪—博白断裂带的一部分，先后经历了海西—印支期挤压逆冲、燕山早期伸展断陷晚期挤压逆冲等转变，控制了研究区岩浆岩和博白盆地的展布。区域出露地层主要为志留系，少量为白垩系、泥盆系及第四系，岩性主要为泥质岩、砂质岩。区内岩浆岩发育，主要为加里东期片麻状花岗岩、海西期堇青黑云花岗闪长岩及印支期堇青黑云二长花岗岩。本次研究的片麻状花岗岩是在前人划分的花岗闪长岩中厘定出来，其母岩为宁潭岩体，现以残留顶盖或捕掳体产于六万大山复式岩体，残留顶盖整体出露面积约0.15 km2，其他不规则状残留体大小不一。出露于研究区博白县幅西部水鸣镇南西约5.5 km三合乡一带。

研究区片麻状花岗岩主要为片麻状细粒少(含)斑堇青黑云正长花岗岩和片麻状粗中粒巨斑状堇青黑云二长花岗岩(图1b)。

图1 研究区地质简图(a图据文献[11]修改)Fig.1 Geological sketch map of the study area[11]

片麻状花岗岩：岩石新鲜面为青灰色，风化面为土黄色，似斑状结构，片麻状构造(图2a)。岩石由斑晶(3%～15%)和基质(85%～97%)组成，斑晶主要由钾长石组成，大小为4 mm×6 mm～13 mm×27 mm，有的呈眼球状(图2b)，部分见拖尾构造(图2c)，常含斜长石、黑云母包裹体；基质为花岗变晶结构，矿物成分主要为钾长石(35%～45%)、石英(25%～30%)、斜长石(20%～25%)、黑云母(7%～9%)，堇青石(1%～3%)；有的石英拔丝拉长或细粒化(图2d)，长宽比值为1.5～7.2；黑云母常以条纹条带状集合体形式出现，多被绿泥石交代。野外可见岩石片麻理发育，且片麻理被早三叠世粗中粒含斑黑云堇青二长花岗岩侵入截断。

图2 片麻状花岗岩构造(a，b)与镜下照片(c，d)

(a)片麻状构造 (b)眼球状构造 (c)钾长石斑晶拖尾构造(-) (d)镜下显微构造特征(+)

2 样品分析方法

本次所采样品均在片麻状花岗岩体中采集，样品处理过程中无污染，样品D1211-RZ(片麻状粗中粒巨斑状堇青黑云二长花岗岩)和D9900-TWS1(片麻状细粒少(含)斑堇青黑云正长花岗岩)，其锆石U-Pb同位素定年是在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)利用LA-ICP-MS分析完成，ICP-MS为Agilent 7500a，激光束斑直径32 μm，激光剥蚀系统为GeoLas 2005，测定时采用8 Hz的频率。在锆石U-Pb同位素测年过程中，采用标准锆石91500 做外标进行校正，每间隔 6 个点测试两次外标，每个样品分析不少于12个点，采用软件ICP MS DataCal8.9完成年龄谐和图的制作和年龄加权平均计算。

本文选取了3件样品进行全岩主量、微量元素分析测试。碎样和化学全分析均在河北省区域地质矿产调查研究所完成。氧化物测试所采用的仪器为X荧光光谱仪3080E型，测试结果的相对标准偏差通常小于2%～8%。测试结果的相对标准偏差小于10%。所测试流程均符合相关规范要求。

3 分析结果

3.1 锆石U-Pb 年龄分析结果

片麻状花岗岩中所采样品编号分别为D1211-RZ和D9900-TWS1，锆石为浅黄褐色，玻璃光泽，从锆石阴极发光图(图3)中可以看出，锆石晶体呈短—长柱状，自形—浑圆形。部分锆石含不规则状、次圆状内核，内核大部分无韵律环带，少数仍保留了清晰的韵律环带，可能为残留锆石。锆石粒径长为70～160 μm，宽为30～80 μm，长宽比为1∶1～3∶1。锆石具有较好的晶型，结构较简单，少数矿物晶面具有蚀痕、麻点，且凹凸不平。总体上，锆石晶型较好，结构简单，普遍可见清晰的震荡生长环带，韵律带清晰，具有岩浆锆石的特征。

片麻状花岗岩样品LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分析结果显示，样品D1211-RZ1和D9900-TWS1的206Pb/238U加权年龄平均值分别为(425.5±2.8) Ma 和(420.4 ±3.5) Ma，具有一致的谐和年龄(图4、图5)，说明片麻状花岗岩形成于晚志留世。

3.2 地球化学特征

3.2.1 主量元素地球化学特征

晚志留世片麻状花岗岩总体来看(表1)，岩石w(SiO2)较高，为74.50%～76.19%，变化范围不大，属于酸性岩类；w(K2O)为3.95%～5.93%，平均值为4.92%，碱度率AR为2.56～3.99；K2O/Na2O比值为1.87～3.44，平均比值为2.66(均>1)，属于钾质系列；岩石里特曼指数σ为1.16～1.81，平均值为1.49(<3.3)，为钙碱性系列岩石；分异指数DI为85.38～93.8，岩浆分异程度较高，在SiO2-K2O图解上岩石样品点全部落在高钾钙碱性系列范围内(图6a)。

图3 样品锆石阴极发光图像Fig.3 CL image of zircon in the gneissic granite sample

图4 片麻状花岗岩(D1211-RZ)LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图Fig.4 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia age diagram for the gneissic granite sample (D1211-RZ)

图5 片麻状花岗岩(D9900-TWS1) LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图Fig.5 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia age diagram for the gneissic granite sample (D9900-TWS1)

晚志留世片麻状花岗岩含堇青石等过铝质矿物，岩石w(Al2O3)为12.85%～13.60%，平均值为13.22%，比华南花岗闪长岩平均值[26](14.55%)明显偏低，铝饱和指数A/CNK为1.29～1.56，平均值为1.42，均>1.1；刚玉标准分子为3.18%～5.3%，平均值为4.24%，均>1%，在A/NK - A/KNC图解中所有样品均投在过铝质范围内(图6b)，同时岩石还具有低镁 [w(MgO)为0.18%～0.84%，平均值为0.51%]，贫铁 [w(TFeO)为1.24%～2.54%，平均值为1.89%] 的特点，综合以上特征判断其为强过铝质花岗岩。

图6 片麻状花岗岩SiO2 - K2O图解和A/NK - A/KNC图解(底图据文献[29-30])Fig.6 SiO2 - K2O diagram and A/NK - A/KN diagram for the gneissic granite [29-30]

3.2.2 稀土元素特征

晚世留世片麻状花岗岩样品稀土元素分析结果及相关参数见表2。由表2可知，∑REE=(116.75～146.26)×10-6，稀土总量偏低，明显低于维氏花岗岩值(258×10-6)；LREE/HREE值为3.55～6.76，(La/Yb)N值为3.46～7.61，轻重稀土分馏程度为一般—中等。

在稀土元素球粒陨石标准化配分模式图(图7a)中，所有样品分布曲线总体呈中等右倾式“V”型曲线，中等—强负Eu异常(δEu=0.15～0.42)；Ce基本无异常(δCe=0.85～0.89)。轻稀土含量为(91.08～124.66)×10-6，轻稀土较富集，La～Sm配分曲线呈较陡右倾式折线，(La/Sm)N=2.32～3.25，大于1，表明分馏程度较好。重稀土含量为(18.45～25.67)×10-6，(Gd/Yb)N=1.12～1.61，Gd-Yb曲线基本呈较平缓右倾折线，说明重稀土分馏程度明显偏低。各稀土元素分布变化趋势较一致，显示出晚志留世侵入岩具有相同成因，属同源岩浆演化序列。

图7 片麻状花岗岩稀土元素球粒陨石标准化分布模式图(a)与 微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)(球粒陨石及原始地幔标准化数值引自文献[31])Fig.7 Chondrite-normalized REE distribution model diagram (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagram (b) for the gneissic granite [31]

3.2.3 微量元素特征

微量元素分析结果见表1，与酸性岩维氏值[32]相比，研究区晚志留世侵入岩的微量元素具有W、Sn、Pb、As、Sc、Cs、Hf、U含量高于维氏值，其中Hf、As最高含量为维氏值的5.6倍；其他元素含量低于或相当于维氏值的特征。

表1 晚志留世片麻状花岗岩主量、微量和稀土元素组成及其相关参数Table 1 Analysis data of major， trace elements and REE and the relative parameters of the gneissic granite of Late Silurian

在原始地幔标准化的微量元素蛛网图上(图7b)，样品具有一致的分布型式，表现为明显相对富集大离子亲石元素(Rb、K、Th、U)，相对亏损高场强元素(Ta、Nb、Ti、P)和Ba、Sr，属于典型低Ba-Sr壳源花岗岩。其中Rb、Ba、Sr的变化分别由钾长石、斜长石和黑云母分离结晶造成，P亏损暗示存在强烈的磷灰石分离结晶。Ta、Nb、Ti具有较明显的谷，表明岩浆源自地壳物质或与俯冲带有亲缘性。

4 讨论

4.1 形成时代

前人对片麻状花岗岩的形成年代做了部分研究[1-8]，由于测试方法技术模式和精度的局限性，华南加里东期花岗岩形成年龄仍存在一些问题，尚未得出统一的认识和结论。研究区片麻状花岗岩为华南加里东期侵入岩的组成部分，根据野外片麻状细粒少(含)斑堇青黑云二长花岗岩的片麻理被早三叠世粗中粒含斑黑云堇青二长花岗岩侵入截断，且后者边部发育一条宽2～4 cm的冷凝边，可以确定片麻状细粒少(含)斑堇青黑云正长花岗岩的形成时代在早三叠世之前。本次通过LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄测试，获得的加权平均年龄值分别为(425.5±2.8) Ma和(420.4±3.5) Ma，为加里东期晚志留世侵入岩。

4.2 岩石成因类型

晚志留世片麻状花岗岩具有富硅、铝、钾，贫镁、铁、钛的特点，铝饱和指数(A/CNK=1.16～1.60)均>1.1。刚玉标准分子为3.18%～5.30%，为典型的强过铝质岩石；稀土元素球粒陨石标准化分配曲线为右倾平滑型，轻重稀土分馏明显，轻稀土富集，具中等—强铕负异常。富集大离子亲石元素，亏损高场强元素，在K2O - Na2O花岗岩成因判别图解上(图8a)，样品点均落在S型花岗岩区域内，以上特征均指示晚志留世侵入岩为壳源花岗岩。在C/MF - A/MF图解上(图8b)，样品落在了变质泥岩部分熔融区域内，表明岩石可能是变质泥岩重融形成。

图8 晚志留世片麻状花岗岩岩石成因K2O - Na2O判别图解和ACF判别图解(底图据文献[33-34])Fig.8 K2O - Na2O and ACF petrogenesis discrimination diagrams for the gneissic granite of Late Silurian [33-34]

4.3 成岩构造环境

华南加里东期花岗岩，主要形成于 420～440 Ma，滞后于加里东运动所引起的变质作用时期[25]，表明华南加里东晚期花岗岩不是同碰撞挤压环境下形成的。有学者认为[35-36]，过铝质花岗岩大部分形成于后碰撞环境，而KCG(富钾及钾长石斑状钙碱性花岗岩类)标志着后碰撞环境的到来，研究区加里东期花岗岩具钾长石巨斑晶，可能为后碰撞环境的产物。研究区加里东期花岗岩的形成时代距今425.5～420.4 Ma，成因类型为以壳源为主的富钾钙碱性系列花岗岩，岩石发育同侵位期韧性变形构造还可能发育侵位固结后的韧变形改造构造，在图9的构造环境判别图上，投影点落于后碰撞区域，符合后碰撞花岗岩的特点。

覃小峰[8]对云开地块北缘博白—岑溪造山带内震旦纪—寒武纪构造—沉积特征进行了研究，对广东省信宜市贵子镇一带的云开地块北缘和六万山—大容山陆块西北侧的沉积环境研究表明，该区域新元古代末期强烈拉张的构造格局继续发展，裂谷盆地(或初始洋盆)在震旦纪—寒武纪进一步扩张，形成深海盆。在钦州造山带一侧，在岑溪市安平镇白板—大爽一带发育有早古生代的岛弧型细碧—角斑岩系，岛弧既是大洋存在的证据，又是板块俯冲消减的地质记录。

彭松柏等[38-39]发现的桂东南岑溪糯垌一带变基性岩系(早古生代蛇绿岩残片)、大爽高镁—镁质安山岩，为华南地区存在早古生代洋盆和存在加里东期洋壳俯冲作用提供了新的重要证据。姜杨等[40]在钦杭结合带内发现榴闪岩超高压变质作用，说明华夏和杨子两大陆块真正的拼贴应发生在加里东期，其原岩可能为形成于大洋俯冲环境的基性岛弧岩浆岩，说明加里东运动的本质为陆陆碰撞造山而非陆内造山。陈相艳等[41]在龙游地区发现的石榴石角闪岩(退变榴辉岩)，为确定华夏是一个加里东期的碰撞造山带提供了可靠的新证据。

图9 晚志留世片麻状花岗岩构造环境判别图解(底图据文献[38])Fig.9 Tectonic environment discrimination diagram for the gneissic granite of Late Silurian [38]Syn-COLG—同碰撞花岗岩 VAG—火山弧花岗岩 WPG—板内花岗岩 ORG—洋脊花岗岩 Post-COLG—后碰撞花岗岩

约在距今 445～440 Ma，在海南、广西北流和粤东北地区的 N-MORB 或 E-MORB 型变玄武岩和IAB型中基性火山岩[42]，可能反映了局部洋盆尚未关闭或是新的拉张作用的产物。距今435～420 Ma，由于造山带垮塌，云开地区产出了高镁玄武岩和辉长岩类[43-44]。陈慧敏[45]对赣中南加里东期乐安、陡水、宁冈岩体的地球化学特征进行系统研究，表明赣中南加里东期花岗岩形成于后碰撞的伸展构造环境。后碰撞阶段由于软流圈物质上涌，地壳深部发生伸展，中浅部则发生复杂的构造应力作用，既可由于惯性汇聚而挤压逆冲，也可发生大规模走滑，或者发生拉张伸展。所以该时期花岗岩既有片麻状构造也有块状构造。

总结前人对华南加里东期花岗岩的研究成果，结合本文片麻状花岗岩锆石定年数据及地球化学特征，笔者认为早古生代华南地区由于洋盆关闭，发生陆—陆碰撞使岩石圈增厚，密度增大，增厚的岩石圈导致下地壳发生榴辉岩相变质作用，也易引发拆沉作用，软流圈物质上涌带来的热量导致岩石圈中、下地壳砂泥质岩发生部分熔融而形成大规模华南加里东期花岗岩。即华南加里东期花岗岩的形成可能与陆间造山(也即造山时存在洋盆的闭合)有关。

5 结论

1)本次采用LA-ICP-MS锆石U-Pb法测定片麻状花岗岩的年龄，获得片麻状花岗岩锆石U-Pb 年龄为425.5～420.4 Ma，属于晚志留世。

2)岩石含有特征矿物堇青石，富集轻稀土和大离子亲石元素(LREE和Rb、K、Th、U)，亏损重稀土和高场强元素(HREE和Ta、Nb、Ti、P)和Ba、Sr，属于典型低Ba—Sr壳源花岗岩，A/CNK均大于1.1，标准矿物分子刚玉均大于1%，为强过铝质花岗岩。晚志留世侵入岩的源区物质是以壳源物质为主，由变质泥岩重融形成。

3)华南加里东期片麻状花岗岩在构造环境判别图上符合后碰撞花岗岩的特点，其形成可能与陆间造山(也即造山时存在洋盆的闭合)有关。距今425.5～420.4 Ma，笔者认为云开地区地壳浅部不仅发生拉张伸展，而且由于惯性汇聚而发生挤压逆冲和大规模走滑，致使部分岩石发育同侵位期韧性变形构造或者发育侵位固结后的韧性变形改造构造。