粤东北长田地区南雄群沉积岩锆石年代学及其地质意义

2022-05-12潘家永黄广文

地质与资源 2022年2期

唐聪，潘家永，2，闵壮，黄广文

1. 东华理工大学，江西南昌 330013；2. 东华理工大学核资源与环境国家重点实验室，江西南昌 330013

0 前言

长田向斜盆地位于东西向南岭多金属成矿带东端与北东向武夷多金属成矿带南西端的交汇部位，河源深断裂与莲花山断裂带之间，是形成于中—新生代的陆相火山断陷盆地. 区内褶皱构造发育，断裂构造常见，火山活动强烈，成矿地质条件良好［1-3］. 野外地质调查和钻孔工程资料显示，盆地基底主要由寒武系、泥盆系—石炭系浅变质岩和文象花岗岩组成，盖层主要由下白垩统官草湖群和南雄群碎屑岩组成，二者呈不整合接触关系，整体构成一个上叠式断陷盆地和“火盆套红盆”的格局.

前人针对长田盆地周缘出露岩体开展过诸多研究，并取得较为丰硕的研究成果，如早白垩世大神坝岩体（135 Ma）和印支期—燕山期桂坑花岗岩体、八尺片麻状花岗岩（165±1 Ma）［4］、水车镇一带加里东期及燕山期二长花岗岩（439.9±4.6 Ma、152.9±1.3 Ma）❶广东省佛山地质局. 广东1∶5 万畲坑圩幅、水车圩幅、五华县幅、丰良镇幅区域地质调查报告. 2010.、明山嶂一带火山岩及花岗岩（143±1.5 Ma、139±2.5 Ma 和143.8±1.5 Ma）❷广东省地质调查院. 广东1∶5 万明山嶂煤矿幅、高陂圩幅、砂田圩幅、潭江圩幅区域地质矿产调查报告. 2016.. 研究结果显示，不同时期的侵入体对长田盆地的断陷形成、物质来源、热液活动存在显著影响. 前人认为盆地基底文象花岗岩形成于早侏罗世晚期，附近的察甘矿床成矿分为3 个阶段并形成于晚白垩世之后［4］；针对柏埔地区燕山期小岩体开展了主量、微量、稀土元素系统研究［5］，并注重铀成矿地质条件特征总结［6］；区域成矿潜力研究［7-8］和区域放射场研究［9］显示，该区及附近区域研究程度相对薄弱；针对盆地西侧的罗浮岩体等，开展了铀成矿地质特征与成矿预测工作［10-11］

本文利用显微岩相学、电子探针分析和激光原位分析等方法，对长田盆地碎屑岩开展矿物学、岩石学、锆石年代学及原位微量元素研究，将测试结果与区域岩体对比分析碎屑物源，进一步探讨岩石类型、沉积构造背景和沉积物质来源，为区域地层研究及找矿勘查部署提供参考.

1 区域地质背景

研究区大地构造位置处于华夏板块中部，永安－梅县褶断带的长田复向斜盆地，梅县—蕉岭山字型构造西翼反射弧弧顶［12］. 区域构造以北东向、北西向断裂为主，褶皱构造相对发育，出露的中酸性侵入岩有晚奥陶世二长花岗岩、晚侏罗世—早白垩世二长花岗岩及新发现的三叠纪白云母花岗岩. 地层发育相对完整，除缺失奥陶系、志留系外，从震旦系—第四系均有出露，其中以白垩系的火山岩和沉积岩层分布最广. 研究区内出露以侏罗系、白垩系为主. 地表局部出露晚白垩世花岗岩，以微细粒二长花岗岩为主，偶见辉绿玢岩脉（图1）.

图1 粤东北长田地区构造地质简图Fig. 1 Structural geological sketch map of Changtian area in northeast Guangdong1—第四系（Quaternary）；2—古近系（Paleogene）；3—南雄群上部（Upper Nanxiong gr.）；4—南雄群下部（Lower Nanxiong gr.）；5—官草湖群下部（Lower Guancaohu gr.）；6—官草湖群上部（Upper Guancaohu gr.）；7—高基坪群（Gaojiping gr.）；8—金鸡组（Jinji fm.）；9—龙潭组（Longtan fm.）；10—壶天群（Hutian gr.）；11—双头群（ Shuangtou gr.）；12—震旦系（Sinian）；13—花岗岩（granite）；14—辉绿玢岩（sillite）；15—实测断层（surveyed fault）；16—推测断层（inferred fault）；17—地质界线及产状（geological boundary and occurrence）；18—不整合接触（unconformity）

1.1 地层

（1）白垩系下统官草湖群（K1gn）

官草湖群下亚群（K1gn1）：分布于长田向斜的两翼，出露面积较大，以东部出露面积最大. 主要出露灰白色、紫红色细粒岩屑石英砂岩、杂砂岩、粉砂岩，是以火山碎屑物为主的红色火山湖泊相的碎屑岩建造. 厚度大于185 m，与下伏高基坪群（J3gj）不整合接触.

官草湖群上亚群（K1gn2）：主要分布于盆地中部，长田向斜核部两侧. 主要出露灰白色变质岩屑长石砂岩、长石石英砂岩. 岩层倾向南西或北东，倾角28～80°，靠近盆地中部产状变缓.

（2）白垩系上统南雄群（K2nn）

南雄群下亚群（K2nna）：分布于研究区中西部，主要岩性为钙质含砂砾岩、中细粒钙质岩屑砂岩、砂质砾岩、砂砾岩. 地层倾向南西或北东，倾角5～15°，为一套砂砾岩与砂质泥岩、泥质砂岩的沉积. 总厚达2 900 m，与下伏官草湖群呈不整合接触，含轮藻、恐龙蛋化石等.

南雄群上亚群（K2nnb）：主要分布在长田向斜轴部西部，主要岩性为土黄色中细粒岩屑石英杂砂岩、（含炭质）细粒长石石英砂岩、含砾钙质岩屑（石英）杂砂岩、细粒钙质砂岩、钙质细砂岩、钙质泥质粉砂岩、砂质砾岩，以细粒砂状结构为主.

1.2 构造

粤东北区域构造具有多期多阶段活动的特点. 奥陶纪—志留纪、三叠纪以区域性挤压为主，形成大量褶皱构造. 中侏罗世开始由拉张环境向挤压环境转变，粤东北拗陷变成受莲花山断裂带控制的挤压构造带，同时在山间盆地中沉积大量砂岩、砾岩和火山岩. 晚侏罗世，东南太平洋板块俯冲作用诱发强烈岩浆活动，伴随有中酸性岩浆活动. 白垩纪则以断裂运动为主，并伴随较强的火山活动及岩浆侵入. 古近纪以来以断块作用为主.

褶皱构造主要表现为长田向斜（图1）. 盆地南西侧地层倾向为北东、北北东，倾角28～80°；南侧地层倾向北、北东，倾角14～20°；北东侧地层倾向为南西，倾角35～60°. 靠近两翼产状较陡，靠近向斜核部产状逐渐变缓. 向斜核部产状较为杂乱，地层主要近于水平，一般5～13°［13］.

研究区断裂构造极为发育，主要分布于盆地西部，多为层间破碎带. 其次为高角度正断层，多呈雁行式或阶梯式展布，以北西向为主，北东向次之. 断裂带内见强硅化、角砾化现象. 长田断裂为区内控盆和控矿断裂.

1.3 岩浆岩

区内岩浆岩在空间上主要沿粤东构造活动带和永梅拗陷带分布.

三叠纪侵入岩在研究区活动较弱，出露于永梅拗陷带的玉水铜矿南部，仅见和尚顶出露中粒黑云石英二长花岗岩，呈岩株产出，侵入中晚泥盆世变质石英砂岩之中. 岩石呈淡灰色，由条纹长石、更长石、石英和黑云母组成，见磁铁矿、磷灰石等副矿物.

粤东北地区可见5 期侏罗纪—白垩纪侵入岩：第一期以辉长岩、闪长岩、石英闪长岩等小岩株为主，包括霞岗、永和北三枫、芦屋等；第二期以花岗闪长岩和二长花岗岩为主，如龙窝、大埔圩及玉水等地；第三期黑云母花岗岩分布广泛，是本区活动最强的岩浆活动，可见岩体侵入上侏罗统，并被白垩系砂砾岩覆盖；第四期包括闪长岩、石英闪长岩、石英二长岩、花岗闪长（斑）岩、花岗岩；第五期见花岗斑岩、石英斑岩等小岩株，侵位于白垩系红色砂岩及第三期岩体中.

古近纪—新近纪岩浆活动较弱，主要为辉长岩、辉绿岩、辉绿玢岩等小岩株，如杨家庄岩体.

2 样品采集与分析测试

采集工业钻孔中南雄群上亚群红色砂岩共计30个样品，开展岩矿鉴定、电子探针分析（图2）、锆石U－Pb 年龄和原位稀土元素测试工作. 样品预处理由南昌华地科技有限公司完成，电子探针分析在东华理工大学核资源与环境国家重点实验室利用JXA－8230完成，锆石U－Pb 定年和原位稀土元素分析在武汉上谱分析科技有限责任公司利用LA－ICP－MS 完成. 详细仪器参数和测试方法见文献［14－15］.

图2 南雄群砂岩电子背散射图像Fig. 2 BSE images of sandstone samples from Nanxiong Group

3 碎屑锆石分析

3.1 U－Pb 同位素年代学

阴极发光电子图像（CL）显示锆石颗粒（图3）晶形复杂多样，以长短柱状、椭球状、浑圆状为主，其次呈多边形状、不规则状，粒径30～200 μm，且部分锆石发生碎裂现象. 大部分锆石具有良好的振荡环带，少量锆石具有古老的中心核，表明其以岩浆结晶成因为主，其中较细的环带宽度可指示中酸性的岩浆沉淀环境. 样品中锆石Th、U 和Th/U 值变化区间较大（表1，扫描首页OSID 二维码可见），锆石中Th 含量33.9×10－6～373.9×10－6，U 含量68.0×10－6～999.0×10－6. 大部分锆石Th/U 值大于0.4，普遍小于1，表明锆石类型主要为岩浆锆石. 另外存在少量锆石（2～3 颗）具有较低的Th 含量和较高的U 含量，以及极低的Th/U 值（小于0.1），结合其CL 图像及微量元素特点，认为以变质成因为主［16］. 变质锆石有变质新生和变质改造等类型，以复杂的外部形态和内部结构可与岩浆锆石相区分［17-18］.锆石的磨圆度间接指示沉积物经过快速剥蚀和近距离的搬运沉积，与岩相学的低成分成熟度和复杂岩屑组成相吻合.

图3 南雄群砂岩碎屑锆石CL 图像Fig. 3 CL images of detrital zircons in sandstone samples from Nanxiong Group

ICP－MS 锆石U－Pb 同位素测定，去除个别谐和度小于90%的测点数据（仅1 个），并且在数据处理和综合解译时，对年龄大于1 000 Ma 测点利用207Pb/206Pb投图，年龄小于或等于1 000 Ma 测点利用206Pb/238U 投图，这样可使数据解译更科学、准确、可靠［19］. 本研究利用37 个锆石U－Pb 年龄综合分析得出，年龄有相对集中分布之趋势，可以大致划为5 组，其中两组的207Pb/206Pb 年龄介于2 506～941 Ma（图4b），年龄明显较老，数据谐和度相对较好，文中没有将其作为图解列出，其中有少量处于一致线以下，可能是锆石发生不同程度的Pb 丢失现象. 其他3 组206Pb/238U 年龄相对年轻（510～99 Ma），这些年轻锆石的谐和度相对偏高，总体靠近一致线上或两侧（图4a）.

图4 南雄群碎屑锆石U－Pb 年龄谐和图及频谱图Fig. 4 U－Pb age concordia diagram and spectogram of detrital zircons from Nanxiong Group

3.2 稀土元素特征

南雄群沉积岩碎屑锆石LA－ICP－MS 原位微区测定稀土元素分析结果如表2（扫描首页OSID 二维码可见）. 其中碎屑锆石∑REE 介于85.96×10－6～1354.01×10－6，LREE 和HREE 分别介于2.42×10－6～375.27×10－6和78.64×10－6～1346.63×10－6，可见其稀土元素的各项含量均变化明显. 利用前人提供的球粒陨石标准值对表中测试结果进行标准化［20］，（La/Yb）N值介于0～0.232，LREE/HREE 值介于0.003～0.741，均显示南雄群碎屑锆石轻、重稀土元素分异明显，且重稀土含量相对富集.

不同成因类型的锆石，其稀土元素配分模式存在较大差别［21］. 图5 显示南雄群上部锆石主要具有岩浆锆石的典型结构特征，显示富集HREE，亏损LREE，从La 到Lu 元素的球粒陨石均一化值具逐渐上升的特点. δEu 值为0.016～0.592，δCe 值为1.087～293.82，具明显的“谷”状Eu 异常、“峰”状Ce 异常［20］，说明其具有壳源岩浆锆石的稀土元素证据，同时也有少量复杂变质锆石存在. 再次证明，南雄群砂岩锆石以为燕山期岩浆锆石为主，同时存在少量的复杂成因变质锆石［21］. 将稀土元素测试结果与区域岩浆岩配分曲线进行对比，结合区域地层、构造和岩浆岩特点，认为盆地碎屑物来源相对复杂，但以周缘燕山期岩浆岩风化产物为主.

图5 南雄群碎屑锆石稀土元素球粒陨石标准化配分模式图Fig. 5 Chondrite-normalized REE patterns of detrital zircons from Nanxiong Group

4 讨论

样品中最年轻的碎屑锆石U－Pb 年龄为99 Ma，说明南雄群砂岩形成年龄主体晚于99 Ma，与其形成于晚白垩世的地质事实相符. 通过对样品中37 组谐和度较高（大于90%）的U－Pb 年龄进行统计分析，年龄大致可划为5 组，分别为2506～1666 Ma、1815～941 Ma、510～434 Ma、308～234 Ma、172～99 Ma. 通过对比碎屑锆石的形态、磨圆、晶体结构及稀土元素特点，可得出锆石以岩浆结晶成因为主，所以上述每一年龄分组的锆石均可能代表一次强烈的岩浆－构造事件. 这些年龄区间的峰期年龄可分别对应吕梁期、晋宁期、加里东期、印支期和燕山期等构造运动期次，表明研究区的构造－岩浆活动主要受中国东部岩浆构造活动所控制，并具有阶段性幕式发展演化的特点.

研究区位于广东省东北部，区域岩浆－构造活动一直较为活跃. 岩相学显示其含有大量岩浆岩屑和炭屑，具低的成分成熟度和结构成熟度，总体具有燕山期侵入岩的特点. 通过统计5 组U－Pb 年龄的碎屑锆石数量，发现173～99 Ma 数量相对较多（占总量约34%），按照构造旋回特点和岩浆侵入时代，符合燕山期（尤其晚期）的岩浆构造活动产物. 前人将燕山期岩浆活动大致分为5 个期次，各期次锆石在南雄群含矿砂岩中均有分布，其中以主要侵位为白垩系红色砂岩内［22］的燕山晚期（燕山第五期）最为常见［23］. 将稀土元素配分曲线与区域上岩体进行对比，主要与燕山期岩浆岩配分模式类似［24］. 前人的区域地质调查结果显示，南雄群覆盖于中生代花岗岩之上，区域上出露也以中生代花岗岩为主，这与碎屑锆石的频数分布特征相吻合，其中部分古老年龄的碎屑锆石可能并不直接来自岩体剥蚀，而是中生代岩体中捕获的古老锆石晶体.

长田盆地的研究程度和工作基础相对薄弱，本文通过野外观察及采样、区域地质资料整理、相关分析测试实验和数据综合处理解释，认为该区缺失三叠系地层是梅州地区印支期构造事件的响应，附近的叶华岩体则是印支期构造－岩浆活动的记录. 在晚三叠世—早侏罗世主要处于拉张构造环境并形成断陷盆地，形成一套金鸡组（J1j）含生物碎屑和有机碳的海相沉积细碎屑岩. 在晚侏罗世—早白至世，粤东北地区受岩石圈伸展拉张的构造背景的影响，出现广泛分布的中酸性岩体，北东向区域性深大断裂控制了岩浆活动的总体展布. 综合说明南雄群沉积岩物质来源主要是周边出露的燕山期花岗岩体，其次为印支期和加里东期侵入岩体，燕山期岩体以盆地西侧的罗浮岩体和大坪岩体为主.