浙南加里东期龙泉岩体年代学、地球化学特征及其地质意义

2022-05-16刘远栋苏小浪程海艳张建芳刘风龙

地质力学学报 2022年2期

刘远栋,苏小浪,程海艳,张建芳,李翔,刘风龙

1.浙江省地质调查院,浙江杭州 311203;

2.杭州金田工程设计咨询有限公司,浙江杭州 311203

加里东运动是中国华南地区极为重要的一次构造事件,形成了强烈的褶皱和断裂变形(柏道远等,2006a,2012,2014;舒良树等,2008;郝义等,2010;舒良树,2012),并引发了强烈的花岗质岩浆活动(周新民,2003;舒良树等,2008;张芳荣等,2009;张芳荣,2011;舒良树,2012),形成了百余个岩体,总出露面积大于2×104km2,主要分布于武夷-云开、万洋山-诸广山和江西武功山等地(沈渭洲等,2008)。这些花岗质岩石以S型花岗岩为主,少数为Ⅰ型。由于对华南前寒武纪—早古生代地球动力学背景认识上的差异(周新民,2003;王德滋,2004),使得广大学者对华南加里东期花岗质岩石的成因及构造背景存在争议,目前主流的观点主要为两种,一种观点认为与板内造山作用有关(周新民,2003;柏道远等,2006b,2014;沈渭洲等,2008;张芳荣等,2009;张菲菲等,2010;张苑等,2011;胡艳华等,2012;舒良树,2012;关义立等,2013,2016;朱清波等,2015);另一观点认为与板块俯冲-碰撞作用有关(彭松柏等,2006a,2006b;许德如等,2006;覃小锋等,2013;程亮开,2018;隰弯弯和陈世忠,2019)。近年来在浙南地区开展的系列区域地质调查结果及研究资料表明,浙江省出露的丽水-余姚断裂带是武夷地块与东南地块在古生代时期发生洋-陆俯冲和陆-陆碰撞作用而形成的一条板块碰撞拼合带(浙江省地质调查院,2015,2016;刘远栋等,2021),为华南地区存在古生代板块俯冲-碰撞事件提供了更多的证据。出露于丽水-余姚断裂带内的龙泉岩体是浙南地区少有的加里东期花岗质岩体,侵入围岩为龙泉俯冲增生杂岩,鉴于龙泉岩体特殊的产出位置,对其进行年代学和地球化学研究,进而探讨岩石成因及形成构造背景,可为丽水-余姚断裂带以及华南地区古生代构造演化研究提供进一步依据。

1 区域地质特征

研究区地处华夏地块北端,位于北东向丽水-余姚断裂带内(与福建政和-大浦断裂带相接)。区内主要出露有古生代龙泉俯冲增生杂岩(浙江省地质调查院,2015,2016;刘远栋等,2021)和中生代火山-沉积岩地层,侵入岩除了加里东期龙泉岩体外,还有少量的古元古代和中生代侵入岩体。龙泉岩体沿丽水-余姚断裂带北西侧的边界分布,出露于龙泉县城南西的下湾、大汪、坛湖、墩头、小查田一带,呈北东—南西向延伸,长约20 km,出露面积约36 km2(图1)。岩体北西侧与龙泉俯冲增生杂岩(云母石英片岩、石英片岩、二云片岩等)呈侵入接触,局部见侵入接触面(倾向295°~310°,倾角75°)。岩体南东侧或被中生代侵入岩所侵入破坏,或与中生代火山岩呈断层接触。

图1 龙泉岩体地质简图Fig.1 Geological sketch map of the Longquan pluton(a) Tectonic map of the study area;(b) Geological sketch map of the Longquan pluton

2 龙泉岩体岩石学特征

龙泉岩体岩性复杂,其中主体岩性为二长花岗岩、花岗岩和TTG岩石组合(英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩),另外还有少量石英二长岩,为深成中酸性杂岩体,由于晚期动力变质作用改造及受风化作用和植被覆盖影响,不同岩石之间的界线及接触关系不甚清晰,仅局部地方可见花岗闪长岩侵入于二长花岗岩中,或在花岗闪长岩中出现花岗岩包体(图2a、2b)。同时岩体中还可见较多的二云片岩、石英片岩、斜长角闪岩等变质岩捕掳体。

图2 龙泉岩体不同岩石类型接触关系及野外照片Fig.2 Field photos showing the contact relationship among different rock types of the Longquan pluton(a) Granodiorite intruded into monzogranite; (b) Granite inclusions in granodiorites; (c) Fine grained granite; (d) Medium-fine grained tonalite

二长花岗岩出露范围最广,为中细粒半自形—他形粒状结构,局部显变余中细粒结构,钾长石含量30%~40%,主要为微斜长石,格子双晶发育;斜长石含量25%~35%,聚片双晶发育,与钾长石接触部位可见交代蠕虫结构,个别隐约可见环带结构;石英含量25%~30%,粒内具轻微波状、带状消光;黑云母含量5%,呈微鳞片状、片状。

花岗岩呈中粒、细粒花岗结构(图2c)。主要由钾长石(35%~40%)、斜长石(15%~20%)、石英(25%~30%)、云母(5%~10%)等组成。钾长石半自形粒状,发育格子双晶及条纹双晶,属微斜长石及条纹长石;斜长石半自形—他形粒状,发育细密聚片双晶及卡钠复合双晶;石英他形粒状,紧密镶嵌,缝合线多为锯齿状;云母呈片状,以黑云母为主,多蚀变为绿泥石。

石英二长岩风化后呈灰色、灰黄色,细粒半自形粒状结构,块状构造。矿物成分有石英(15%~20%)、斜长石(50%±)、钾钠长石(30%±)、暗色矿物(角闪石和黑云母;5%±),另有少量的金属矿物、锆石和磷灰石。

花岗闪长岩呈中细粒花岗结构,局部为变质花岗结构。斜长石含量55%~60%,半自形,有的被钾长石呈补片状、斑块状交代,构成反条纹长石,见机械双晶及双晶纹弯曲、错断等变形现象;钾长石含量10%~15%,为正长石,呈他形—半自形板状;石英含量20%~25%,他形、齿形粒状,粒内波状消光、亚颗粒发育;黑云母含量5%~10%,部分被绿泥石、绿帘石取代呈假象。

英云闪长岩具中细粒花岗结构(图2d),由石英(20%~25%)、斜长石(60%~65%)、黑云母(10%~15%)等矿物组成,局部可见少量钾长石(5%±)。斜长石(An=26~29)呈半自形板状—他形粒状,可见聚片双晶和卡钠复合双晶,可见环带构造,大部分颗粒被绢云母、高岭土不均匀交代,部分颗粒被钾长石补片状交代;石英呈他形粒状,粒内具轻微波状、带状消光;钾长石呈半自形板状—他形粒状,由微斜长石组成,格子状双晶;黑云母呈微鳞片状、片状,多色性明显,Ng′=黄褐色,Np′=浅黄色,局部绿泥石化、绿帘石化。

奥长花岗岩具细粒花岗结构,呈青灰绿色,主要由斜长石(65%~75%)、石英(20%)和少量黑云母(5%~10%)组成。斜长石呈半自形板状,聚片双晶发育,具较强绢云母、碳酸盐化;石英呈他形粒状,充填其他矿物间;黑云母多被绿泥石、碳酸盐取代。

3 样品采集及测试

为准确获得岩体的成岩年龄,此次对龙泉岩体中的二长花岗岩(PM002-36)、英云闪长岩(PM002-37)、花岗岩 (D0382)、石英二长岩(D0380)进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年;对英云闪长岩(D0016)和奥长花岗岩(D2172)进行SHRIMP锆石U-Pb定年。并对各样品进行了主量元素、微量元素和稀土元素测试分析,同时还收集了其他项目中的有关数据(浙江省地质调查院,2013),参与综合分析和研究。

为了保证所分析样品新鲜,首先对样品表面的风化层进行切除,之后对岩石薄片进行显微观察。将挑选的每个新鲜样品称量约1kg,清洗烘干,无污染完全粉碎至<200μm,使样品均匀具有代表性。元素地球化学分析在国土资源部杭州矿产资源监督检测中心采用SC100e X荧光光谱仪(BR00105)测试完成,分析精度优于1%;稀土微量元素采用ICP-MS方法分析完成,测试仪器为Thermo X Serise Ⅱ电感耦合等离子体质谱联用仪(SN01426C),分析精度优于5%,测试结果见表1。

表1 龙泉岩体花岗岩类和TTG主量元素(%)、微量元素(×10-6)、稀土元素(×10-6)丰度表Table 1 Major elements (%), trace and rare earth elements (10-6) of the Longquan granitoids and TTG rocks

锆石分选由河北省廊坊市尚艺岩矿检测技术服务有限公司完成。SHRIMP测年在北京离子探针中心完成,详细的实验流程参见Williams(1998)和宋彪等(2002),数据处理采用Ludwing Squid 1.01和Isoplot程序(Ludwig,2003);单个测试点的误差均为1σ,206Pb/228U年龄的加权平均值置信度为95%。LA-ICP-MS测年在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,ICP-MS型号为Agilent7500型四级杆质谱仪,激光剥蚀系统为NewWave公司产的UP-213固体激光剥蚀系统,剥蚀孔径为30 μm,以He气作为载气。质量分馏校正采用锆石标样GJ-1。数据通过分析软件GLITTER计算获得同位素比值、年龄和误差,按照Andersen(2002)的方法进行普通铅校正,利用Isoplot软件完成加权平均年龄计算和U-Pb谐和图,同位素比值和年龄误差为1σ,加权平均年龄的置信度为95%。

4 岩石地球化学特征

4.1 主量元素特征

通过TAS图解(图3a)对所有样品进行岩石名称校正,其中二长花岗岩和花岗岩主要落入花岗岩区域,石英二长岩和一个粗粒花岗岩样品落入石英二长岩区域,英云闪长岩和花岗闪长岩落入花岗闪长岩区域,奥长花岗岩落入花岗岩及附近区域。通过CIPW标准矿物计算,所有岩石的石英(Q)含量均大于10%,在TTG岩套CIPW标准矿物An-Ab-Or图解(图3b)中,英云闪长岩、奥长花岗岩、花岗闪长岩全部落入典型TTG岩石组合区域,而二长花岗岩、花岗岩、石英二长岩则全部落入狭义花岗岩区域。结合岩石学特征,可将龙泉岩体分成两类岩石组合,一类为二长花岗岩、花岗岩和石英二长岩(合称为花岗岩类),另一类则为TTG岩石。

花岗岩类岩石SiO2含量介于65.75%~74.09%之间,平均为70.25%。Al2O3含量范围为12.04%~17.49%,平均为14.73%,含量属中等偏高,铝饱和指数(A/CNK)除了一个极低值(0.64)外,其他位于1.00~1.40之间,平均为1.15,在A/CNK-A/NK图解(图3c)中也均落入过铝质区域。全铁(FeOT)含量为0.73%~4.46%,MgO含量为0.19%~1.30%,主体<1%,Mg#值主要在17.25~38.89之间(除一个样品为52.95),反映其岩浆主要来自地壳物质的重熔。AFM图解(图3d)中,所有样品位于靠近A端的钙碱性演化系列中;全碱含量范围为7.44%~10.85%,平均为8.82%,Na2O/K2O比值主要介于0.61~1.43,主体<1,属高钾钙碱性-钾玄岩系列(图3e、3f)。

TTG岩石SiO2含量范围为60.71%~71.61%,平均为66.89%。Al2O3含量范围为13.56%~17.03%,主体大于15%,与TTG岩石(Al2O3>15%)一致,铝饱和指数(A/CNK)平均1.11,A/CNK-A/NK图解(图3c)中位于准铝质—过铝质花岗岩类的区域。全铁(FeOT)含量范围为2.46%~5.33%,MgO含量和Mg#值除一个花岗闪长岩出现异常值(分别为5.01%和54.17)外,其他样品分别为0.44%~1.89%和23.06~34.74,指示其岩浆主要来自地壳物质的重熔,在AFM图解(图3d)中,均落在钙碱性演化系列中,与花岗岩类岩石相比更远离A端。全碱含量为5.35%~7.75%,平均为6.28%,Na2O/K2O比值主要介于1.44~3.47之间,贫K2O富Na2O特征明显,属钙碱性系列岩石(图3e、3f)。主量元素特征符合典型TTG岩石的特征。

图3 龙泉岩体主量元素岩石分类与岩石系列划分图解Fig.3 Diagrams showing the rock classification and rock series based on the major elements in the Longquan pluton(a) TAS plot (Middlemost, 1994; 1-olivine gabbro; 2a-alkaline gabbro; 2b-subalkaline gabbro; 3-gabbro diorite; 4-diorite; 5-granodiorite; 6-granite; 7-quartzolite; 8-monzogabbro; 9-monzodiorite; 10-monzonite; 11-adamellite; 12-syenite; 13-foid gabbro; 14-foid monzodiorite; 15-foid monzosyenite; 16-foid syenite; 17-foid plutonite; 18-tawite/urtite/italite; Ir-Irvine boundary, upper is basic, lower is alkaline); (b) An-Ab-Or plot (O′Connor, 1965); (c) A/CNK-A/NK plot (Rickwood, 1989); (d) AFM plot (Irvine and Barager,1971);(e) AR-SiO2 plot (Wright, 1969);(f) SiO2-K2O plot(Morrison, 1980)

花岗岩类岩石总体表现出富K、富碱,贫Mg、Ca、Ti的特征,TTG岩石具有富Ca、Ti、Al,贫Mg、K为特征,同时从TTG到花岗岩类,岩石分异指数(DI)明显增高,前者DI平均值为74.74,分异演化程度中等,且奥长花岗岩分异程度较英云闪长岩高,后者DI平均为89.58,分异演化程度高。

4.2 微量元素特征

在微量元素原始地幔标准化的蛛网图上(图4),花岗岩类和TTG岩石的分布曲线具有一定的相似性,相对富集大离子亲石元素Rb、Ba、Th、U、K,中等富集轻稀土La、Ce和高场强元素Zr、Hf,亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti和重稀土,配分曲线整体右倾,其中Nb、Ta、Ti负异常明显,显示岛弧岩浆岩的特征,表明岩浆起源均与洋壳俯冲密切相关。两类岩石的区别在于,花岗岩类岩石具有明显的U、Sr负异常,同时Nb、Ta、P、Ti的负异常也比TTG岩石更加明显,峰谷效益的进一步增强与两者岩浆分异程度演化特征相符。

图4 龙泉岩体微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.4 Primitive mantle-normalized trace element spidergrams for the Longquan pluton(a) Granite; (b) TTG

4.3 稀土元素特征

花岗岩类ΣREE=101.21×10-6~265.95×10-6,平均为156.79×10-6,LREE/HREE=9.14~35.38,(La/Yb)N=11.67~94.16,轻重稀土分馏明显,在稀土元素球粒陨石标准化分布型式图中为向右陡倾的斜线(图5a)。δEu=0.53~0.96(表1),具有Eu负异常,表明岩浆的源区残留相中有一定量的斜长石,结合它们普遍出现的Sr亏损,暗示其岩浆来源与成熟的上部地壳的相关性。

图5 龙泉岩体稀土元素球粒陨石标准化分布型式图Fig.5 Chondrite-normalized REE pattern diagrams for the Longquan pluton(a) Granite; (b) TTG

TTG岩类岩石的稀土总量较低,ΣREE=65.23×10-6~157.46×10-6,平均为119.79×10-6。LREE/HREE=6.91~32.79,(La/Yb)N=8.9~84.64,轻重稀土分馏同样明显,在稀土元素球粒陨石标准化分布型式图中也为向右陡倾的斜线(图5b),但是总体上较花岗岩类岩石稀土分馏弱,特别是TTG岩类岩石的重稀土分馏较花岗岩类岩石更弱,显示下部地壳稀土元素的特征。Eu异常不明显,δEu=0.79~0.94(表1),指示岩浆来自斜长石不稳定的下部地壳。

两类岩石稀土元素特征具有一定的相似性,均具有低的Yb和Y含量(表1),除一个石英二长岩具有极高值外(Yb=3.08×10-6,Y=35×10-6),其余样品Yb=0.30×10-6~1.79×10-6,平均为0.84×10-6(小于2.5×10-6), Y =3.87×10-6~20.00×10-6,平均为9.08×10-6(小于20×10-6),反映源区残留相有石榴子石存在。但是两者在一些特征值上的差异则指示TTG岩类岩浆可能来自于下部地壳的重熔,而花岗岩类岩石则具有相对成熟的地壳物质的特征,其岩浆主要来自于上部地壳物质的重熔。

5 锆石U-Pb定年结果

花岗岩(D0382)样品锆石呈半自形长柱状,长轴一般为100~200μm。在锆石CL图像中,由于U含量较高,锆石阴极发光较弱,多偏暗,大部分锆石发育不同程度的震荡环带(图6)。选取14颗锆石进行LA-ICP-MS U-Pb定年,锆石中Th含量395×10-6~1410×10-6,U含量1338×10-6~3249×10-6,Th/U比值0.29~0.49,属岩浆锆石。14颗锆石的206Pb/238U的表观年龄为介于450~438Ma,年龄谐和度较高,加权平均年龄为443±3Ma(95%置信度;图7),锆石U-Pb测试数据见表2。

图6 龙泉岩体各类岩石锆石阴极发光图像Fig.6 Zircon cathodoluminescence image of various rocks in the Longquan pluton

图7 龙泉岩体各类岩石锆石U-Pb年龄谐和图Fig.7 Zircon U-Pb age concordant diagram of various rocks in the Longquan pluton

石英二长岩(D0380)样品锆石呈自形—半自形长柱状,锆石长轴约50~200μm。在锆石CL图中,内部结构清晰,振荡环带发育。选取12颗锆石进行LA-ICP-MS U-Pb定年(表2),锆石Th含量199×10-6~592×10-6,U含量222×10-6~899×10-6,Th/U比值0.37~1.05,为岩浆锆石。12个测点获得的206Pb/238U表观年龄在425~400 Ma之间,除略偏离谐和线的1号、6号锆石外,其余10颗锆石年龄集中在421~415 Ma间,谐和度高,加权平均年龄为418±3 Ma(95% 置信度)。

二长花岗岩(PM002-36)样品锆石呈半自形—自形长柱状,颗粒长度150~200μm,长宽比3∶1~5∶1。锆石CL图像中振荡环带清晰,选取其中15颗锆石进行LA-ICP-MS U-Pb定年(表2),锆石的Th、U含量分别为77×10-6~629×10-6和79×10-6~529×10-6,Th/U比值为0.45~1.77,为岩浆锆石。15颗锆石206Pb/238U表观年龄介于439~428 Ma,谐和度高,加权平均年龄为432±3 Ma。

英云闪长岩(PM002-37、D0016)样品锆石呈半自形—自形长柱状,部分呈长板状、短柱状,长宽比2∶1~4∶1。锆石CL图像中多数锆石发育清晰的震荡环带,部分锆石呈板片状,或振荡环带宽缓,少数锆石保存了继承锆石的核部,指示锆石经历了重结晶。PM002-37样品选取20颗锆石进行LA-ICP-MS U-Pb定年(表2),锆石Th、U含量分别为60×10-6~1137×10-6和61×10-6~1322×10-6,Th/U比值除4号点为0.07外,其余为0.2~2.38,平均为1.05,显示岩浆成因特征。20颗锆石的年龄可分为两部分,其中13颗锆石206Pb/238U表观年龄介于429~421Ma,谐和度高,加权平均年龄为424±3 Ma(95%置信度)。另外7颗锆石显示有新元古代早期、中元古代、古元古代、太古代等几个时期年龄信息。D0016样品选取11颗锆石进行SHRIMP U-Pb定年(表3),锆石Th、U含量分别为35×10-6~390×10-6和126×10-6~412×10-6,Th/U比值为0.2~1.23,平均为0.74,显示岩浆成因特征,11颗锆石206Pb/238U的表观年龄介于464~421Ma之间,加权平均年龄为437±6Ma。

奥长花岗岩(D2172)样品锆石晶型较好,呈半自形—自形长柱状,长宽比为2∶1~4∶1。锆石CL图像显示较好的振荡环带,选取14颗锆石进行SHRIMP U-Pb定年(表3),锆石Th、U含量分别为24×10-6~438×10-6和119×10-6~700×10-6,Th/U比值为0.11~1.02,显示岩浆锆石特征。14颗锆石获得206Pb/238U的表观年龄介于439~406 Ma之间,谐和度较好,加权平均为418±5 Ma(95%置信度)。

6 分析与讨论

6.1 岩石成因探讨

相关学者研究资料总结表明,TTG岩套在地球化学特征上具有富Si、Na,Na2O/K2O比值一般>2,高Ba、Sr(一般>400×10-6),低Y(<18×10-6)和重稀土(HREE,Yb<1.9×10-6),较高的(La/Yb)N(>15)和Sr/Y(多>40),亏损Nb、Ta、Ti,无明显 Eu负异常等特点 (Defant and Drummond, 1990;Martin,1999;Condie,2005a,2005b,2011;Martin et a1.,2005;吴鸣谦等,2014;魏春景等,2017;张昌振等,2018)。

龙泉岩体的TTG岩石组合的Na2O/K2O=1.44~3.47,平均为2.1,Al2O3=13.56%~17.03%,平均为15.24%,Ba和Sr平均含量分别为725.88×10-6和357.40×10-6,Y=3.87×10-6~20.00×10-6,平均为10.36×10-6,Yb=0.3×10-6~1.79×10-6,平均为0.97×10-6,(La/Yb)N平均为31.93,Sr/Y平均为42.27。

岩石稀土元素分布式样、有无Eu异常、Sr/Y比值可指示TTG熔体形成时为高压型还是低压型。一般高压型TTG有高分离的REE分布样式(或陡倾斜的REE分布形态),无Eu异常,具低HREE、高Sr、低Y的地球化学特征,地球化学特征与埃达克岩相似 (Atherton and Petford, 1993; Petford and Atherton, 1996; Moyen and Martin, 2012;邓晋福等,2018)。低压型TTG则有低分离的REE分布样式(或近似平坦分布的形态),负Eu异常明显,高的HREE,低Sr,高Y,地球化学特征与埃达克岩完全不同 (Drummond and Defant, 1990; Petford and Atherton, 1996; 邓晋福等,2017)。

rocks felsic果Longquan结the U-Pb测for 年dating锆U-Pb 石LA-ICP-MS Zircon表Table2 LA-ICP-MS体岩泉龙2 1σ6 6 206Pb/238U 438 449/Ma 1σ6 6龄年素位431 444同207Pb/235U 1σ33 35 207Pb/206Pb 395 417 1σ 0.0010 0.0010 206Pb/238U 0.0702 0.0722 1σ值0.0087 0.0094比素位同207Pb/235U 0.5286 0.5484 1σ 0.0008 0.0008 207Pb/206Pb 0.0546 0.0551 Th/U 0.31 0.33 U238/×10-6 1338 1379 Th232/×10-6 422 458号点1 2测性岩及号品样6 438 6 445 32 482 0.0010 0.0704 0.0089 0.5505 0.0008 0.0568 0.41 3249 1344 3 6 6 444 446 6 6 439 445 30 35 412 438 0.0010 0.0010 0.0714 0.0716 0.0084 0.0095 0.5411 0.5494 0.0007 0.0009 0.0550 0.0557 0.38 0.29 1604 1381 610 395 4 5 6 450 7 443 39 404 0.0010 0.0724 0.0103 0.5467 0.0009 0.0548 0.40 1892 750 6 6 6 444 446 6 6 443 446 33 36 441 444 0.0010 0.0010 0.0713 0.0716 0.0090 0.0097 0.5473 0.5509 0.0008 0.0009 0.0557 0.0558 0.39 0.41 2331 2379 908 971 7 8岩岗D0382花6 444 6 443 29 439 0.0010 0.0713 0.0084 0.5471 0.0007 0.0557 0.41 3150 1281 9 6 440 5 440 28 435 0.0010 0.0707 0.0080 0.5418 0.0007 0.0556 0.46 2874 1319 10 6 439 7 435 42 411 0.0010 0.0705 0.0107 0.5341 0.0010 0.0550 0.30 1608 487 11 6 439 6 436 31 421 0.0010 0.0705 0.0085 0.5364 0.0008 0.0552 0.49 1487 732 12 6 6 444 444 5 6 442 439 29 31 429 413 0.0010 0.0010 0.0714 0.0713 0.0083 0.0086 0.5454 0.5411 0.0007 0.0008 0.0554 0.0550 0.44 0.36 3229 1344 1410 481 13 14 6 425 7 418 46 384 0.0009 0.0681 0.0104 0.5099 0.0011 0.0543 0.37 787 292 1 5 418 6 419 41 426 0.0009 0.0670 0.0095 0.5113 0.0010 0.0553 0.97 612 592 2 6 418 8 418 55 417 0.0010 0.0123 0.0670 0.5093 0.0013 0.0551 0.90 222 199 3 6 416 10 437 64 551 0.0010 0.0667 0.0151 0.5382 0.0017 0.0586 0.68 716 484 4 6 421 7 421 43 422 0.0009 0.0674 0.0101 0.5136 0.0011 0.0552 1.01 518 521 5 6 5 6 400 422 418 9 6 8 422 421 417 61 35 52 545 411 408 0.0010 0.0009 0.0009 0.0640 0.0677 0.0670 0.0138 0.0086 0.0117 0.5151 0.5133 0.5072 0.0016 0.0009 0.0013 0.0584 0.0550 0.0549 1.01 0.49 0.90 245 899 296 247 440 268 6 7 8岩D0380长二英石6 415 7 408 48 369 0.0009 0.0666 0.0105 0.4949 0.0011 0.0539 0.65 327 212 9 6 421 8 417 51 398 0.0010 0.0674 0.0115 0.5082 0.0012 0.0547 0.88 424 372 10 5 420 6 415 42 389 0.0009 0.0674 0.0096 0.5055 0.0010 0.0544 0.58 517 301 11 6 420 9 415 62 388 0.0010 0.0673 0.0135 0.5047 0.0015 0.0544 1.05 276 291 12 6 439 11 419 73 307 0.0011 0.0705 0.0159 0.5105 0.0017 0.0525 1.35 271 367 1 6 431 8 429 53 417 0.0010 0.0692 0.0124 0.5259 0.0013 0.0551 1.27 341 431 2 PM002-36 7 6 435 430 13 8 431 429 88 54 409 428 0.0012 0.0010 0.0698 0.0689 0.0199 0.0124 0.5287 0.5265 0.0021 0.0013 0.0549 0.0554 1.00 1.34 244 286 243 385 3 4岩岗花长二

1σ6 206Pb/238U 431/Ma 1σ10龄年素位435同207Pb/235U 1σ62 207Pb/206Pb 454 1σ 0.0010 206Pb/238U 0.0692 1σ值0.0146比素位同207Pb/235U 0.5348 1σ 0.0015 207Pb/206Pb 0.0560 Th/U 1.01 U238/×10-6 188 Th232/×10-6 190号点5测6 428 10 431 63 446 0.0010 0.0687 0.0144 0.5289 0.0015 0.0559 0.89 492 438 6 6 433 8 430 51 413 0.0009 0.0695 0.0118 0.5274 0.0012 0.0550 0.98 266 262 7 10 433 23 427 159 393 0.0017 0.0695 0.0346 0.5232 0.0038 0.0545 0.99 176 174 8 6 429 8 426 52 413 0.0009 0.0688 0.0120 0.5220 0.0013 0.0550 1.44 262 376 9 6 430 8 426 51 404 0.0009 0.0689 0.0117 0.5210 0.0012 0.0548 1.29 331 429 10 9 429 20 428 137 421 0.0014 0.0689 0.0305 0.5244 0.0033 0.0552 0.97 79 77 11 6 6 430 432 8 11 428 439 55 74 417 475 0.0010 0.0011 0.0691 0.0693 0.0126 0.0173 0.5250 0.5412 0.0013 0.0018 0.0551 0.0566 1.77 0.90 355 200 629 181 12 13 6 433 7 435 42 445 0.0009 0.0694 0.0103 0.5342 0.0010 0.0558 0.95 529 505 14 6 430 11 424 73 391 0.0010 0.0689 0.0161 0.5180 0.0017 0.0545 0.45 183 82 15 7 488 13 479 76 439 0.0012 0.0786 0.0199 0.6036 0.0019 0.0557 0.66 91 60 1 5 421 6 420 35 414 0.0009 0.0674 0.0084 0.5116 0.0008 0.0550 0.20 974 191 2 7 424 17 430 115 463 0.0012 0.0681 0.0261 0.5279 0.0028 0.0563 1.51 61 92 3 14 1211 10 1229 25 1263 0.0026 0.2066 0.0331 2.3563 0.0010 0.0827 0.07 920 65 4 7 421 13 427 88 457 0.0011 0.0676 0.0198 0.5227 0.0022 0.0561 0.76 134 101 5 6 429 7 433 41 453 0.0009 0.0688 0.0099 0.5313 0.0010 0.0560 0.64 1322 842 6 17 1534 11 1557 23 1587 0.0034 0.2687 0.0502 3.6321 0.0012 0.0981 0.40 912 363 7 31 3039 13 3109 20 3154 0.0078 0.6023 0.2833 20.3636 0.0030 0.2453 1.34 213 286 8 6 421 10 423 64 434 0.0010 0.0676 0.0144 0.5173 0.0016 0.0555 1.54 266 409 9 23 2180 15 2288 36 2385 0.0051 0.4025 0.1384 8.5164 0.0032 0.1535 0.32 470 153 10 11 834 13 835 46 838 0.0020 0.1381 0.0281 1.2758 0.0015 0.0670 0.62 98 61 11 10 734 12 723 52 688 0.0017 0.1207 0.0251 1.0380 0.0015 0.0624 0.82 108 89 12 6 422 12 423 77 430 0.0011 0.0677 0.0173 0.5175 0.0019 0.0555 1.48 147 217 13 6 422 8 429 53 469 0.0010 0.0677 0.0124 0.5265 0.0013 0.0564 2.38 478 1137 14 6 10 423 425 8 24 417 423 53 167 389 409 0.0010 0.0017 0.0677 0.0682 0.0119 0.0363 0.5084 0.5164 0.0013 0.0040 0.0544 0.0549 0.46 1.41 411 80 191 112 15 16 6 426 9 423 57 404 0.0010 0.0683 0.0130 0.5162 0.0014 0.0548 1.79 248 445 17 6 427 7 424 45 409 0.0009 0.0685 0.0105 0.5185 0.0011 0.0549 0.89 832 738 18 6 424 9 422 61 414 0.0010 0.0680 0.0137 0.5158 0.0015 0.0551 0.99 936 922 19 9 429 18 425 125 404 0.0014 0.0688 0.0273 0.5197 0.0030 0.0548 1.70 120 204 20 2表续性岩及号品样PM002-36岩岗花长二PM002-37岩长闪云英

rocks felsic果结年Longquan U-Pb测of dating SHRIMP锆U-Pb 石Zircon表Table3 SHRIMP体岩泉龙3 error 0.516 ±/%2.6/238U 206Pb∗0.0721值素±/%比5.0位同/235U 207Pb∗0.526±/%4.3/206Pb∗207Pb∗0.0529 1σ19 208Pb/232Th 391/Ma 1σ98龄年207Pb/206Pb 323 1σ11 206Pb/238U 449/206Pb∗×10-6 7.9 232Th/238U 0.46 Th/×10-6 56 U/×10-6 126 206Pbc/%0.38号点1测及号性品岩样0.791 2.5 0.0702 3.1 0.519 1.9 0.0537 12 425 43 357 10 437 21.3 1.04 354 353 0.00 2 0.667 2.6 0.0695 3.8 0.508 2.9 0.0530 13 425 65 330 11 433 11.6 1.22 230 194 0.17 3.1 0.627 2.6 0.0746 4.1 0.592 3.2 0.0576 16 478 71 514 12 464 9.3 0.95 133 145 0.42 3.2 0.746 2.5 0.0706 3.3 0.526 2.2 0.0540 12 437 50 371 11 440 18.4 1.23 360 303 0.18 4 0.656 2.5 0.0719 3.9 0.533 2.9 0.0538 18 413 66 361 11 448 11.1 0.20 35 180 0.00 5 D0016 0.620 0.779 2.5 3.0 0.0692 0.0710 4.0 3.8 0.515 0.526 3.1 2.4 0.0539 0.0537 13 18 420 412 71 54 368 360 10 13 432 442 20.9 15.9 0.78 0.26 266 65 351 261 0.14 0.15 6 7岩长闪云英0.796 2.5 0.0698 3.1 0.536 1.9 0.0557 14 475 42 439 10 435 21.8 0.44 154--364 8 0.791 2.5 0.0704 3.2 0.527 1.9 0.0543 12 427 43 383 11 438 22.2 1.10 390 366 0.13 9 0.773 2.5 0.0674 3.2 0.524 2.0 0.0564 24 461 45 467 10 421 19.0 0.50 157 327 0.00 10 0.799 2.5 0.0677 3.1 0.516 1.9 0.0553 12 423 41 425 10 422 24.0 0.73 291 412 0.08 11 0.505 2.5 0.0675 5.0 0.503 4.3 0.0540 66 386 97 373 10 421 13.5 0.11 24 233 0.17 1 0.619 2.5 0.0686 4.0 0.507 3.2 0.0536 14 425 71 356 10 428 18.2 0.76 225 308 0.31 2 0.845 2.5 0.0666 2.9 0.498 1.6 0.0542 11 404 35 379 10 416 32.5 0.77 423 568 0.07 3 0.819 2.4 0.0661 3.0 0.485 1.7 0.0533 11 404 39 339 10 413 26.0 0.99 438 457 0.08 4 0.630 2.5 0.0679 4.0 0.498 3.1 0.0532 14 419 71 337 10 424 11.0 0.71 128 188 0.24 5 0.653 2.5 0.0677 3.8 0.495 2.9 0.0531 13 413 66 332 10 422 16.5 0.81 222 284 0.18 6 0.768 2.5 0.0651 3.2 0.483 2.1 0.0538 11 398 46 362 10 407 23.0 1.02 403 410 0.16 7 D2172 0.296 0.758 2.7 2.5 0.0658 0.0663 9.0 3.3 0.492 0.487 8.6 2.1 0.0543 0.0533 24 12 379 404 190 48 382 341 11 10 411 414 6.8 18.4 0.74 0.71 84 222 119 323 1.37 0.17 8 9岩岗花长奥0.684 2.5 0.0687 3.7 0.511 2.7 0.0539 13 411 60 368 10 429 14.1 0.66 153 238 0.19 10 0.623 2.5 0.0673 4.0 0.508 3.1 0.0547 13 410 70 401 10 420 14.1 0.97 229 244 0.11 11 0.731 2.4 0.0656 3.3 0.497 2.3 0.0550 32 435 51 410 10 409 39.5 0.12 80 700 0.19 12 0.797 2.5 0.0650 3.1 0.504 1.9 0.0562 27 422 41 461 10 406 22.5 0.18 70 402 0.08 13 0.415 2.6 0.0705 6.2 0.523 5.7 0.0538 20 393 130 361 11 439 10.0 0.65 104 165 0.61 14铅性射放和铅通普表代别分Pb∗:Pbc和注

龙泉岩体TTG岩石的REE分布样式显示具有高分离的REE分布样式,稀土元素球粒陨石配分曲线为右陡倾型,无Eu异常或仅有微弱的Eu负异常,HREE含量低,以上各项地球化学特征显示,TTG岩石组合属于高Al2O3高压型TTG(Barker,1979;Moyen and Martin, 2012;邓晋福等,2018),在Y-Sr/Y图解(图8a)中,样品主要落入埃达克岩区域,显示了与埃达克岩的相似性,也符合高压型TTG岩类与埃达克岩相类似的特征。

显生宙的TTG岩浆的形成通常与大洋板块俯冲有关,或者由俯冲板片的部分熔融产生,或者由于板块俯冲所形成的流体,使得下地壳中变质的玄武质岩石发生重熔。因而,前者形成的TTG岩类通常产出于俯冲带前缘,代表了地壳的横向增生;而后者形成的TTG则通常位于弧后盆地或陆缘造山带等环境,指示了地壳的垂向增生(Condie,1982;Pitcher,1982,1993;Maniar and Piccoli, 1989;Condie and Benn,2006;冯艳芳等,2010,2011;吴鸣谦等,2014)。龙泉岩体中两类岩石的微量元素和稀土元素组成特征,显示出协调的演化性,表明两者可能具有相似的岩浆源区和成因环境。而稀土总量(∑REE)及其他化学成分之间的差异, 说明它们的源区组成并非完全相同。

TTG岩石的Ni和Cr含量较高,除去一个极大值样品(JS155),其余样品Ni、Cr平均含量为6.52×10-6、13.47×10-6,并以英云闪长岩含量最高,指示其与基性物质具有较强的亲缘性。TTG岩石的Ni/Cr比值平均为0.54,低于花岗岩类岩石的1.01,表明TTG岩石岩浆形成时源区残留较大量的橄榄石,或在岩浆演化过程中有较大量的橄榄石发生结晶分异。TTG岩石Nb/Ta值平均为13.96,低于亏损地幔均值(15.5),而花岗岩类岩石Nb/Ta值平均为20.05,远高于亏损地幔均值,这可能与石英二长岩、花岗岩、二长花岗岩岩浆有一定的榍石结晶分异有关,或源区部分融熔时残留较大程度的单斜辉石。在C/MF-A/MF成因判别图解(图8b)中,TTG岩石主要落入基性岩部分熔融区域,花岗岩类则主要落入变质岩部分熔融区域。TTG岩石低的Mg#值 (主体为23.06~34.74),以及其他特征主量元素比值均指示其母质熔体来源于玄武质熔体源区(Rapp and Watson, 1995;赖绍聪和朱毓,2020),而花岗岩类的母质熔体则总体显示来源于砂泥质岩石熔体的特征(图8c—8e)。

邓晋福等(2010,2018)研究表明,与SiO2含量对应的MgO含量可做为鉴别TTG岩类是属于俯冲板片的岩浆,还是弧下地壳源的岩浆。将龙泉岩体TTG岩石样品投入SiO2-MgO图解上(图8f),样品主要落在低或非镁安山岩(LMA)系列及附近区域,指示其岩浆来源于岩浆弧下地壳,而虽然它不是洋俯冲板片直接熔出的岩浆,但它仍然与洋俯冲的环境有关(邓晋福等,2018)。岩石的Mg#大小可以灵敏的反映岩浆是否受到地幔物质的混染 (Yogodzinski et a1., 1995;Smithies,2000;第五春荣等,2007;姜杨,2014),龙泉岩体的TTG岩石和花岗岩类的Mg#普遍较低,大部分<40,表明无幔源岩浆加入或混合,这也正是岩浆源于岩浆弧地壳的特征,岩浆弧地壳位于楔形地幔的上面,所以这里形成的岩浆上升侵入地壳浅部时不会和地幔橄榄岩发生反映,使Mg#增高。

图8 龙泉岩体成因类型判别图解Fig.8 Discrimination diagrams showing the genetic type of the Longquan pluton(a) Y-Sr/Y plot; (b) C/MF-A/MF plot (Altherr et al,2000); (c) SiO2-Mg#plot; (d) (Na2O+K2O+FeOT+MgO+TiO2) -(Na2O+K2O) /(FeOT+MgO+TiO2) plot (Patiño Douce, 1999); (e) (CaO+FeOT+MgO+TiO2)-CaO/(FeOT+MgO+TiO2) plot (Patiño Douce, 1999); (f) SiO2-MgO plot (Deng et al.;2010; HMA-High Magnesium andesite, MA-Magnesium andesite; PQBoundary of HMA/MA; RS-Boundary of MA/non-MA)

文章收集了龙泉岩体Sr-Nd同位素数据(浙江省地质调查院,2015;表4),结果显示不同岩石之间的同位素组成有一定差异。TTG岩类具有较低的Sr同位素比值,Rb/Sr为0.13~0.25,分布在地壳演化线 (0.17)的上下,ISr较低,分布于0.707658~0.708782之间,具有基性下部地壳岩石的特征;Sm/Nd 值相对较高,且较均一,分布在 0.16~0.17 之间,分布在地壳岩石的区间(0.10~0.26);Sm-Nd 分异指数fSm/Nd较低,为-0.51~-0.48,低于地壳的平均值(0.40),显示 Sm-Nd 体系分异程度较高,但fSm/Nd值大于-0.6,可以认为岩石中的Sm、Nd同位素体系较好地记录了源区的特征;INd值和εNd(t) 值均相对较高,前者分布于0.511943~0.512032之间,后者则变化于-3.2~-1.5的范围,在t-εNd(t)图解中落在华南元古代地壳演化带之上、球粒陨石演化线之下(图9);TTG 岩类的 Sr-Nd 同位素特征显示其岩浆源区可能为基性的下部地壳。

表4 龙泉岩体Sr、Nd同位素组成Table 4 Sr and Nd isotopic compositions of the Longquan pluton

二长花岗岩则具有相对较高的 Rb/Sr 值(0.31)、较低的ISr值 (0.708231) 和INd值(0.511737);Sm-Nd分异指数fSm/Nd较低(-0.50),同样显示了分异程度较高的 Sm-Nd 体系;εNd(t)值较低(-7.2),显示了较明显的地壳特征;在tεNd(t)图解中岩石则明显分布在华南元古代地壳演化带中(图9),表明岩石的母岩浆为古老地壳物质重熔的产物。

图9 龙泉岩体t-εNd(t) 图解(据沈渭洲等,2008;DM—亏损地幔,CHUR—球粒陨石均一化源区)Fig.9 Diagram in terms of t-εNd(t) for the Longquan pluton (modified after Shen et al, 2008; DM-Deficit mantle, CHURchondrite uniform reservoir)

英云闪长岩和奥长花岗岩的一阶Nd模式年龄TDM为1239~1153 Ma,与二阶模式年龄T2DM为1415~1275 Ma较为接近,表明岩石的源区在进入地表后Sm-Nd体系没有发生大程度的分馏,也意味着部分熔融形成的岩浆受到上部地壳物质混染较少;岩石的二阶Nd模式年龄可以较大程度上代表了源区岩石脱离地幔进入地壳的年龄,也即反映了该区在中元古代时存在地壳生长;同时也指示了,TTG岩浆由中元古代形成的地壳物质重熔而成,而非直接来自新生地壳的重熔。二长花岗岩具有较老的Nd模式年龄,T2DM为1742 Ma,与龙泉俯冲增生杂岩中出现的古元古代继承锆石年龄较为接近,表明其岩浆可能为古元古代的古老物质重熔形成。

6.2 地质意义

龙泉岩体的测年结果表明,岩体的侵入时间跨度大,年龄在443±3~410±3Ma 之间,为加里东期侵入岩(表5)。

表5 龙泉岩体同位素年龄一览表Table 5 Isotopic age table of the Longquan pluton

龙泉岩体的岩石学、地球化学和同位素特征表明,由于俯冲带岩石圈增厚,俯冲板片流体使基性下地壳中的中元古代形成的地壳物质和古元古代古老物质分别发生熔融形成TTG岩类和花岗岩类的岩浆源。在微量元素的构造判别图解中,TTG岩类与花岗岩类均集中分布在火山弧花岗岩区域及同碰撞花岗岩区域(图10),指示其形成于大陆弧边缘环境,与TTG成因分析的结果一致。

图10 龙泉岩体Rb-(Nb+Y)图解和Rb-(Yb+Ta)图解(Pearce et al., 1984)Fig.10 Rb-(Nb+Y) diagram and Rb-(Yb+Ta) diagram for the Longquan pluton (Pearce et al., 1984)(a) Rb-(Nb+Ta) diagram; (b) Rb-(Yb+Ta) diagram VAG-Volcanic arc granite; ORG-Ocean ridge granite; WPG-Within plate granite; syn-COLG-syn-collisional granite

近年来在浙南地区开展的系列区域地质调查及研究工作,在原新元古代龙泉岩群变质岩系中解体出了不同构造属性的岩块,提出了其为洋陆板块俯冲环境下形成的俯冲增生杂岩(刘远栋等,2021),形成受控于武夷地块与东南地块(潘桂棠等,2016)的板块碰撞事件。龙泉地区正好位于板块碰撞的中心位置,板块碰撞形成了浙南最重要的构造带——丽水-余姚拼合带,其南延至福建与政和-大浦断裂带相接,它的南东界限为传统的狭义的丽水-余姚断裂,而北西界限则为龙泉-老竹断裂,跨度达30 km。该结合带在浙南地区控制了龙泉俯冲增生杂岩及龙泉岩体等地质体的分布,在闽北地区则控制了马面山岩群变质岩系的分布,最新的研究资料表明,福建马面山岩群的构造属性与龙泉岩群一样,均是一套受控于洋板块构造体系下的增生杂岩(聂童春,2018;聂童春和周小栋,2019;周小栋,2020)。同时,闽北地区近年来陆续发现的多个加里东期岩体的研究结果也指示其均形成于板块构造体制下的俯冲-碰撞造山作用(隰弯弯和陈世忠,2019;刘欢等,2020;王峰,2021)。此次龙泉TTG岩体的厘定为华南存在古生代板块俯冲-碰撞事件进一步补充了重要佐证,同时岩体成岩年龄信息为限定此次板块俯冲-碰撞的时限提供了依据。作为已知侵入到龙泉俯冲增生杂岩中最老的岩体,并且是与板块俯冲有关的岩体,其最年轻的成岩年龄(410Ma)信息指示该地区晚至泥盆纪早期还存在大洋板块的俯冲作用,关于该大洋板块俯冲的方向目前尚未十分明确,但从龙泉岩体出露的位置推测,可能为由南东向北西俯冲。岩体中443Ma的最大成岩年龄限定了龙泉俯冲增生杂岩的形成年龄上限,而410Ma的年龄大致限定了洋陆俯冲结束的时间上限。在龙泉岩体与龙泉俯冲增生杂岩的侵入接触带上,普遍发育与围岩相似的构造变形迹象,表明岩体定位后与围岩一起遭受了后期的构造变形,这期构造事件可能与龙泉俯冲增生杂岩中存在大量404~402Ma的峰期变质年龄(刘远栋,2021)相关,或是指示了洋陆俯冲结束后陆陆碰撞作用的时间。