福建连城李屋二长花岗岩锆石U-Pb年龄、岩石地球化学特征及地质意义

2021-11-02赖斯颖

福建地质 2021年3期

赖斯颖

(福建省地质调查研究院，福州，350013)

福建处于欧亚板块东南缘，大地构造属古太平洋板块俯冲带的主动大陆边缘，是全球构造-岩浆活动最活跃的地区之一，以广泛发育中生代酸性、中酸性侵入岩和陆相火山岩类为特点[1-3]。通过开展的1∶5万隔川、连城县、朋口、湖峰幅区域地质矿产调查，在连城东部的李屋一带1∶25万龙岩幅划分的中三叠世花岗岩中新解体出晚侏罗世二长花岗岩侵入体，通过对李屋二长花岗岩开展系统的LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、岩石地球化学及Sr、Nd同位素研究，讨论其岩石成因、物质来源及其形成的构造背景。

1 地质背景和岩体地质特征

研究区位于闽西南坳陷带明溪—武平坳陷带与胡坊—永定隆起带交界处，地质构造复杂，岩浆活动频繁，侵入岩分布广泛。李屋二长花岗岩出露于连城东部的黄屋寨、李屋、曲溪一带，出露面积约为19 km2，呈岩基状产出，整体呈长轴北西-南东的近透镜状分布。岩体新鲜，地表表现为明显高于围岩的正地形，与围岩(中三叠世中细粒花岗岩)呈侵入接触(图1)，侵入接触带外侧发育烘烤边，内侧的二长花岗岩岩体内部发育围岩捕掳体(图2)。

2 岩石学特征

图1 连城李屋二长花岗岩地质简图Fig.1 Geological map of Liwu monzonitic granite in Liancheng county1—晚白垩世崇安组；2—早侏罗世梨山组；3—晚侏罗世少斑中细粒二长花岗岩；4—中三叠世花岗岩；5—花岗岩；6—少斑中细粒二长花岗岩；7—断层；8—角度不整合界线；9—侵入界线；10—年龄样

图2 李屋二长花岗岩侵入中三叠世花岗岩素描图Fig.2 Liwu monzonitic granite invasion Middle Triassic granite sketch1—残坡积物；2—晚侏罗世少斑中细粒二长花岗岩；3—中三叠世花岗岩；4—烘烤边；5—捕掳体

李屋二长花岗岩新鲜面呈浅灰白色，似斑状结构，块状构造。岩石由似斑晶和基质组成：其中似斑晶含量为15%～18%，主要是钾长石，粒径为10～20 mm，呈半自形-自形板状为主；基质主要由斜长石(40%～50%)、石英(30%～35%)、钾长石(10%～12%)等组成，少量黑云母、角闪石，含量均小于5%。岩石基质粒度较均匀，多数为1～3 mm，其中石英呈他形粒状；斜长石呈自形-半自形，柱状或板状，发育密集的聚片双晶；少量黑云母呈自形片状，片径长2～3 mm，宽0.5～1 mm。根据岩石学、岩相学特征，李屋二长花岗岩定名为少斑中细粒二长花岗岩。

3 岩石地球化学特征

李屋二长花岗岩的主量、微量和稀土元素含量组成(表1)。岩石SiO2含量为68.29%～70.55%，属酸性岩；Al2O3较高，为14.46%～15.1%；CaO为1.04%～2.82%；TiO2为0.37%～0.62%；P2O5为0.074%～0.144%，均小于0.2%；全碱含量(Na2O+K2O)为6.82%～8.22%，Na2O/K2O=0.52～0.79，Na2O的含量均小于K2O含量，与“S”型花岗岩特征相似。

表1 李屋晚侏罗世少斑中细粒二长花岗岩主量(%)、微量和稀土元素(×10-6)组成特征

续表1

在侵入岩TAS图解(图3-a)中多数样品投影于花岗闪长岩或花岗岩区；在Q-A-P图解(图3-b)中，样品均投影在二长花岗岩区，结合岩石学和岩相学特征，岩石为少斑中细粒二长花岗岩；里特曼指数(σ)为1.73～2.45，均小于3.3，为钙碱性岩，在SiO2-(A.R)图解(图4-a)样品均落入钙碱性岩区，在A-F-M图(图4-b)中样品亦投影在钙碱性系列区。

图3 李屋少斑中细粒二长花岗岩TAS分类图解(a)和Q-A-P分类图解(b)Fig.3 TAS (a) and Q-A-P classification diagrams (b)of Liwu Late Jurassic less spotted fine-grained monzonitic granite

图4 李屋少斑中细粒二长花岗岩SiO2-A.R图解(a)及A-F-M图解(b)Fig.4 A/NK-A/CNK and SiO2 A-R diagram of Liwu Late Jurassic less spotted fine-grained monzonitic granite TH—拉斑玄武岩系列； CA—钙碱性系列

图5 李屋少斑中细粒二长花岗岩K2O-SiO2图解(a)及A/NK-A/CNK判别图解(b)Fig.5 A-F-M dicillustration and K2O-SiO2 diagram of Liwu Late Jurassic less spotted fine-grained monzonitic granite

在K2O-SiO2图解(图5-a)中，3件样品点投影于高钾钙碱性区，1件投在高钾钙碱性与钾玄岩系列界线上；在A/NK-A/CNK判别图解(图5-b)中，样品3件投影于过铝质，1件投在过铝质与准铝质界线上。综合上述，李屋晚侏罗世少斑中细粒二长花岗岩属于高钾钙碱性过铝质花岗岩。

稀土总量(∑REE)为190.22×10-6～234.31×10-6，平均值为219.97×10-6，高于上部陆壳的平均总量(210.07×10-6)；LREE/HREE比值为3.76～4.94，(La/Yb)N=8.78～13.28，(Ce/Yb)N比值为7.17～9.23，(La/Sm)N比值为3.84～4.69、(Sm/Eu)N比值为1.66～1.93，(Gd/Yb)N比值为1.35～1.89，反应轻稀土富集且轻重稀土分馏程度较强。在球粒陨石标准化稀土配分模式图(图6-a)中为右倾的分布形式，显示轻稀土富集重稀土亏损的特征，与上地壳稀土元素配分模式近于一致。δEu为0.67～0.76，平均值为0.71， Eu负异常较明显，表明岩浆形成的演化过程中经历了一定的斜长石的分离结晶作用。

在原始地幔标准化微量元素蛛网图(图6-b)上，显示了大离子亲石元素(LILE)Rb、Th、U、Pb的富集，伴随有高场强元素(HFSE)Nb、Ti的亏损。Sr显示明显的负异常，说明Sr以相容元素大量进入早期结晶分离斜长石中，这与岩石表现出明显的负铕异常是吻合的，显示浅源岩浆的典型特征[4-6]。

图6 李屋少斑中细粒二长花岗岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(a)及原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)Fig.6 Globules standardized rare earth distribution mode (a) and webs of primitive mantle standardized trace elements (b) of Liwu Late Jurassic less spotted fine-grained monzonitic granite

图7 李屋少斑中细粒二长花岗岩A-C-F图Fig.7 A-C-F diagram of Liwu Late Jurassic less spotted fine-grained monzonitic granite

Rb/Sr比值为0.65～1.42，平均值为1.01，处于壳源岩浆的范围(Rb/Sr大于0.5)；Th/U比值为4.02～6.25，平均值为5.29，大于上地壳的Th/U比值(3.89)；Rb/Nb比值为6.21～9.24，平均值为8.11，明显大于上地壳的平均值；利用Rb/Y、Nb/Y比值来判明岩浆物质来源或受混染的程度[4-6]，岩石Rb/Y比值为6.28～10.09，平均值为7.71(上地壳的值(3.25))；Nb/Y比值较低为0.79～1.12，平均值为0.96(上地壳的值0.57)；综合分析微量和稀土元素特征认为，李屋晚侏罗世少斑中细粒二长花岗岩的岩浆物质主要起源于大陆地壳。在A-C-F花岗岩类型判别图解(图7)中，显示为“S”型花岗岩。

李屋少斑中细粒二长花岗岩Rb-Sr、Sm-Nd同位素组成(表2)。Sr同位素初始比值 (87Sr/86Sr)ⅰ为0.711，大于0.708，显示李屋少斑中细粒二长花岗岩为壳源沉积岩熔融形成的S型花岗岩的特征；在Sr同位素的岩石源区识别图(图8)中，岩石(87Sr/86Sr)ⅰ比值投影点落在大陆地壳增长演化线和玄武岩区之间的过渡区域，显示岩浆在形成的过程中有幔源物质的少量混入；εNd(t)值为-12.1，而εSr(t)为101.1，显示李屋少斑中细粒二长花岗岩的物质来源主要为上地壳[5-7]。

表2 李屋晚侏罗世少斑中细粒二长花岗岩Sr、Nd同位素测试结果

图8 李屋少斑中细粒二长花岗岩的Sr同位素的岩石源区识别图Fig.8 Identification diagram of the rock source area of the Sr isotopes of Liwu Late Jurassic less spotted fine-grained monzonitic granite

4 年代学分析研究(LA-ICP-MS锆石U-Pb测年)

此次研究工作针对李屋少斑中细粒二长花岗岩开展LA-ICP-MS锆石U-Pb测年。测年采集样品新鲜干净，未蚀变。锆石阴极发光(CL) 照相在北京锆年领航科技有限公司的扫描电镜+ Gatan 阴极发光MonoCL3 +完成，锆石U-Pb测年在西北大学大陆动力学国家重点实验室利完成。

锆石呈黄色，多数呈自形-半自形双锥柱状，透明，金刚光泽、玻璃光泽，伸长系数为1∶1.5～1∶2.5，少数为1∶2.6～1∶4。锆石CL图像显示(图9)，锆石均具有振荡环带结构，且环带密集清楚，24个分析点Th/U比值为0.29～0.61，均显示岩浆锆石的特点[8]。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果(表3)，206Pb/238U表面年龄非常集中且谐和度均较好。在谐和图显示24分析点均投影在谐和线上或其附近(图10-a)，指示被测锆石后期没有受到明显热事件的影响，获得的加权平均年龄为(163.8±1.7)Ma(N=21，MSWD=2.8)(图10-b)，代表李屋少斑中细粒二长花岗岩的成岩年龄，为晚侏罗世岩浆侵入的产物。

图9 李屋少斑中细粒二长花岗岩锆石CL影像及测点位置图Fig.9 Zircon CL image and measurement location diagram of Liwu Late Jurassic less spotted fine-grained monzonitic granite

表3 李屋晚侏罗世少斑中细粒二长花岗岩(D6228-2)LA-ICP-MS锆石U-Pb定年测试结果

续表3

备注∶1,3-12,14-20,22-24号点206Pb/238U表面年龄加权平均值(163.8±1.7)Ma

图10 李屋少斑中细粒二长花岗岩U-Pb年龄谐和图(a)及加权平均年龄图(b)Fig.10 U-Pb Age Harmonic diagram (a) and weighted average age diagram (b) of Liwu Late Jurassic less spotted fine-grained monzonitic granite

5 岩浆来源及其地质意义讨论

5.1 岩浆来源

通过全岩地球化学和Sr、Nd同位素分析，认为李屋少斑中细粒二长花岗岩为高钾钙碱性过铝质花岗岩，成岩年龄(163.8±1.7)Ma，属晚侏罗世。岩石(87Sr/86Sr)i为0.711、εNd(t)值为-12.1，均显示“S”型花岗岩的特征，推断李屋少斑中细粒二长花岗岩成岩物质主要来源于大陆上地壳，但在形成过程中有部分幔源物质的加入。

5.2 大地构造环境

在logσ-logτ图解(图11-a)上样品均落入B区，显示为造山带岩浆岩；在R1-R2图解(图11-b)中，样品多数投影于同碰撞期。

图11 李屋少斑中细粒二长花岗岩里特曼-戈蒂里图解(a)及R1-R2图解(b)Fig.11 R1-R2 and Ritterman-Gottery diagrams of Liwu Late Jurassic less spotted fine-grained monzonitic graniteA—非造山带火山岩；B—造山带火山岩； C—为A、B区所派生的碱性、偏碱性火山岩；1—地幔分离,2—板块碰撞前,3—碰撞后的抬升,4—造山晚期,5—非造山,6—同碰撞期的,7—造山期后

在Y-Nb、Rb-(Y+Nb)、Ta-Yb、Rb-(Yb+Ta)及图解(图12a、b、c、d)中，样品均投影于同造山或火山弧区或附近。

图12 李屋晚侏罗世少斑中细粒二长花岗岩Y-Nb(a)、Rb-Y+Nb(b)、Ta-Yb(c)及Rb-Yb+Ta(d)图解Fig.12 Y-Nb(a)、Rb-Y+Nb(b)、Ta-Yb(c)及Rb-Yb+Ta(d) diagrams of Liwu Late Jurassic less spotted fine-grained monzonitic graniteWPG—板内；ORG—洋中脊；VAG—火山岩弧；SYN+COLG同碰撞

结合前人研究，分析认为李屋晚侏罗世少斑中细粒二长花岗岩的形成与古太平洋板块向欧亚板块的俯冲有关。在175～170 Ma从南东向北西的发生低角度俯冲，并逐渐占主导作用；170 Ma以后，古太平洋板块由低角度俯冲转换为高角度俯冲，在此挤压背景下导致华南地块迅速加厚，进而在大陆边缘、弧后和陆内出现一系列裂谷或伸展带，并伴有壳幔强烈作用，导致较厚的地壳在上涌的地幔物质的作用下发生部分熔融[9-12]，形成李屋晚侏罗世少斑中细粒二长花岗岩。因此李屋少斑中细粒二长花岗岩主要成岩物质来源于上地壳，表现出典型“S”型花岗岩的特征，但是在形成过程中受到了部分地幔物质的混入，这在Sr同位素的岩石源区识别图(图13)中，岩石测点投影于大陆地壳演化线和玄武岩区之间的过渡区域是吻合的。