粤西广宁地区早志留世花岗闪长岩代学、地球化学特征及构造意义

邓 飞， 杨晓聪

(1. 广东省佛山地质局，广东 佛山 528000；2. 同济大学 土木工程学院，上海 200092)

华南大陆是中-新元古代以来我国大陆岩石圈构造-岩浆演化最为活跃的地区之一，主要由扬子块体和华夏块体在新远古代时期碰撞挤压而成(Qiao et al., 2015; Faure et al., 2017)。20世纪50年代开始，地质学家就对华南大陆内部的岩浆作用开展了大量的年代学和地球化学研究(孙涛，2006；李三忠等，2016；杨庆坤等，2019；郭春丽等，2021)，取得了一系列的成果。华南大陆加里东期花岗岩出露面积约2.2×104km2，约占华南地区花岗岩总面积的13%，主要有两个分带：①武夷山-云开山地区，花岗岩侵位时代集中在425～450 Ma；②诸广山-大瑶山地区，其分布的加里东期花岗岩年龄集中在400～420 Ma(徐先兵等，2009)，华南加里东期花岗岩年龄由东南至西北方向变年轻，同华南加里东造山运动从南东向北西再转向南西的迁移规律相一致(舒良树等，2006；王正庆等,2013；刘涛等，2021)。前人对于华南地区加里东期花岗岩的岩石成因以及构造动力学背景存在学术争鸣。有学者认为加里东期花岗岩是新元古代变质岩经部分熔融形成的壳源(S型)花岗岩(周新民，2003；王德滋，2004)，没有明显的地幔物质加入；还有学者认为加里东期花岗岩是I型，形成过程中有明显的地幔物质加入(李真，2011；杨庆坤等，2019)。早期片麻状花岗岩形成于同造山碰撞挤压环境，晚期块状花岗岩形成于造山后或后造山伸展拉张背景(Wang et al., 2010; 华仁民等，2013)。下地壳和岩石圈地幔拆离下沉引起软流圈物质上涌是华南大规模花岗岩形成的主要原因(Xia et al., 2014; Yao et al., 2012; Zhang et al., 2015)。Yan等(2017)通过对云开地区花岗岩的研究，认为其是新元古代东南部东海板块一部分向西北俯冲导致地壳增厚，使得地壳物质重熔形成的不含有幔源物质的过铝质花岗岩体。对于华南地区加里东期构造动力学背景主要存在洋壳俯冲(黄标等，1994；郭令智等，1984)、陆陆碰撞(Wang et al., 2007,2011)、陆内造山(舒良树，2012)、多块体拼接(Lin et al., 2008)和中小洋陆混合(张国伟等，2013)等观点。虽然前人对该地区的花岗岩进行了多方面的研究，但是对于花岗岩岩石成因、大地构造背景以及华南大陆的构造属性等科学问题还存在较大争议。针对华南大陆南缘广宁地区花岗闪长岩开展详细的野外地质调查和年代学、岩石地球化学研究，在此基础上讨论岩石形成的大地构造背景和岩石成因，可为深化华南大陆加里东期花岗岩的成岩理论提供依据。

1 区域地质背景

研究区处于粤西地区(图1)，大地构造位于云开地块北缘。区内地层广泛分布，主要出露的地层有震旦系、寒武系、泥盆系、三叠系、白垩系和第四系(图2)。震旦系和寒武系主要为区域变质岩，受加里东、印支等多期构造运动影响，经历了多期变形变质作用，形成一套由轻微变质岩类、千枚岩类和石英岩类等组成的低绿片岩浅变质地层。泥盆系主要是滨海到浅海沉积的一套厚层石英质砂岩、含砾砂岩以及细粒石英砂岩、泥质粉砂岩，同时局部夹碳酸盐岩沉积建造，反映了局限台地相沉积特征。三叠系主要为灰白色厚层含砾砂岩、细粒石英砂岩等，发育水平层理，与白垩系呈断层接触关系。白垩系下部以砾岩为主，夹少量含砾砂岩、泥岩、粉砂岩等，砾石成分复杂，反映陆相盆地沉积特征，上部岩性以中-薄层状粉砂岩、泥质粉砂岩、细砂岩为主，夹钙质粉砂岩，具有明显下粗上细的沉积韵律，反映滨-浅湖相沉积环境。

研究区内岩浆岩分布广泛，呈北东向展布，主要分布于东部地区(图2)。区内岩浆岩以侵入岩为主，含少量火山岩。侵入岩时代为加里东期、印支期和燕山期，中酸性侵入岩分布面积最大，主要分布于褶皱构造轴部或断裂带及其两侧，具有典型的构造运动控制岩浆活动的特点。本次研究对象为加里东期的中粒花岗闪长岩，主要分布于研究区东部下洞-坑口、上山塘以东及太平坑-上山塘以西一带，大致呈小椭圆状北东向展布，出露面积约为21.81 km2。该期侵入岩受构造、热液活动的影响较大，侵入体中断层、脉体发育，局部发育弱片麻理。该期侵入体侵入寒武系牛角河组、高滩组(图3a)，围岩多发生角岩化；侵入晚奥陶世粗中粒黑云母花岗岩中，两者界面清晰，在中粒花岗闪长岩中形成宽为0.8～2.0 m的细粒冷凝边，岩石结构上呈明显突变(图3b)；侵入体同时被侏罗纪花岗岩侵入。

2 样品采集及分析测试

2.1 主微量元素分析

本次研究在广东省肇庆市广宁县螺岗镇和江屯镇一带共采集6件新鲜岩石样品进行全岩地球化学分析。岩石样品主量元素由广东省地质测试中心运用德国S8 Tiger型荧光光谱仪(XRF)分析测定，分析精度优于5%。微量元素由广东省地质测试中心采用美国PE公司NexION300型电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)分析测定，分析精度优于5%。

2.2 锆石U-Pb年代学分析

锆石分选、锆石制靶和阴极发光(CL)拍摄由武汉上谱分析科技有限责任公司完成。从挑选出来的锆石中选择颗粒大、无明显裂纹、晶形完好的晶体制成锆石靶，然后进行透射光、反射光及CL图拍摄。锆石U-Pb测年由南京大学内生金属矿床国家重点实验室使用LA-ICP-MS完成，锆石年龄计算采用标准样品91 500作为外部标样，元素含量采用美国国家标准物质局人工合成硅酸盐玻璃NIST610作为外标，并采用ISOPLOT程序进行锆石U-Pb年龄谐和图绘制。

3 分析结果

3.1 岩相学

样品岩性为中粒花岗闪长岩，岩石呈灰白、浅灰色，暗色矿物呈暗绿色，具细中粒花岗结构、块状构造。矿物粒度以大于2 mm为主，矿物成分主要为斜长石(含量为36%～53%)、石英(含量为30%～45%)、钾长石(含量为6%～18%)及暗色矿物(含量为5%～15%)角闪石、黑云母等。整个侵入岩普遍受中粒花岗岩脉、伟晶岩脉侵入，侵入接触带多见绢英岩化。

正交偏光显微镜下斜长石晶形较好，呈自形板柱状(图4a)，以更-中长石为主，偶见细小的角闪石包裹体，聚片双晶发育，少部分有环带结构、蠕虫结构，多具绢云母化蚀变。钾长石含量较少，呈不规则粒状生长于斜长石之间，具有交代斜长石的特征(图4b)。石英呈不规则粒状，粒径大小不等，具波状消光，甚至部分颗粒亚晶粒化，晶内常含长石和黑云母包裹体。角闪石呈半自形柱状，蓝绿色，具明显的多色性，部分呈残余粒状，为角闪石次闪石化产物，部分呈细脉状产出，可能为后期热液产物。黑云母呈褐色，自形-半自形片状，多色性十分显著，可见较大的黑云母包裹较小的片状黑云母，具不同程度的绿泥石化，少数被绿帘石交代。颗粒总体定向性不强，但常呈相对聚集，呈团状、条状分布，条带具弱定向，少数颗粒可见轻微变形，粒径为0.02～1.00 mm。

3.2 全岩地球化学

本次6件代表性样品的主微量测试结果见表1。该套花岗岩SiO2含量变化较小，为66.50%～71.75%，平均为69.58%。相对富集Al2O3，贫MgO，Al2O3含量为12.90%～15.16%，平均为14.34%，MgO含量为0.76%～1.54%，平均为1.16%。总碱含量(Na2O+K2O)平均为5.99%，K2O含量平均为2.37%，K2O/Na2O值为0.31～1.21，平均为0.70，显示相对低钾、富钠的特征。A/CNK值为0.90～1.13，为准铝质到过铝质之间；分异指数DI为68.42～82.44，平均为76.38；里特曼指数σ为1.06～1.61，平均值为1.34。岩石整体上表现为贫Si，富碱，贫Mg的特征。在SiO2-Na2O+K2O图解上(图5a)，5件样品投点位于花岗闪长岩区域，1件落入到花岗岩区域。根据岩石标准矿物计算后，在花岗岩QAP分类图中(图5b)，大部分样品落入花岗闪长岩区，个别样品点落于二长花岗岩区。通过换算R1、R2值，得出主要阳离子的分类图解(图5c)，可见落点全部在花岗闪长岩区内，与QAP图解的投图点基本吻合。同时在SiO2-K2O图解中(图5d)，大部分样品都显示具有中钾岩系的特征。微量元素的原始地幔标准化蛛网图中(图6a)，所有样品均显示相似的地化特征，表明具有同源岩浆的特征，富集Rb、Ba等大离子亲石元素，亏损Nb、Ta等高场强元素。在稀土元素配分图中(图6b)，具有轻微右倾的配分模式，并且Eu有典型负异常特征(δEu为0.26～0.66)，指示岩浆源区有残留斜长石。

表1 广宁地区花岗闪长岩主量元素和微量元素分析结果

3.3 锆石U-Pb年代学

本次共采集2件代表性样品D7637和D7703进行锆石U-Pb同位素测年，测试数据见表2和图7。本次获得的锆石颗粒较大，粒径为50～260 μm，多为自形柱状。锆石颜色以浅褐色为主，透明到半透明，阴极发光图(图7e,f)均显示具有清晰的环带结构，Th/U值为0.36～1.73，大于0.1，均指示为岩浆成因(Huang et al., 2016)。样品D7637共测试20个锆石点(表2)，测试的年龄集中在415.3～473.3 Ma，加权平均年龄为440.1 Ma(图7a,c)。样品D7703共测试18个锆石点(表2)，测试的年龄集中在409～478 Ma，加权平均年龄为442.0 Ma(图7b,d)。2件样品的加权平均年龄接近，误差较低，代表了该岩体早志留世加里东运动的产物。

4 讨论

4.1 岩石成因

本次研究采集的样品具有富钠、低钾的特点，A/CNK值接近1.1，具有准铝质到过铝质的特征(图8a)。微量元素Nb/Ta值为7.41～13.63，平均值为11.67，远低于球粒陨石的19.9(Munker et al.,2003)，而与上地壳平均值13.4(Rudnick et al.,2014)相接近。Zr/Hf平均值为33.71，接近于大陆地壳的平均值36.7(Rudnick et al., 2014)。同时在Na2O-K2O图解上(图8b)样品都落入I型花岗岩区域。在Harker图解中(图9)，随着SiO2含量的增加，TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO和P2O5含量减少，说明随着岩浆演化，角闪石、斜长石、Ti-Fe氧化物、钾长石和磷灰石发生了明显的分离结晶作用。并且在Harker图解中能明显看出P2O5与SiO2呈负相关，磷灰石在准过铝质到弱过铝质岩浆中溶解度低，并且有随SiO2的增加而降低的特征，在强过铝质岩浆中则完全相反。综上所述，广宁加里东期花岗闪长岩具有I型花岗岩特征。

I型花岗岩主要是一系列准铝质钙碱性花岗质岩石的总称，通常产于活动大陆边缘，是未经风化作用的火成岩熔融形成的产物。I型花岗岩的岩石成因主要有以下2种构造模式：①活动大陆边缘和岛弧产出；②加里东期的造山阶段后期隆起。对前人的研究成果总结发现，华南大陆的华夏地块中加里东期的花岗岩形成时代主要集中在420～440 Ma(图1)，主要分布在湖南、江西、广西和广东等地。本次研究获得的广宁地区花岗闪长岩锆石U-Pb年龄为(440.1±6.4) Ma和(442.0±8.6) Ma，代表了其岩浆结晶的时代为加里东晚期。加里东运动引起的主要区域变质时间为445～460 Ma(Li et al., 2010)，早于加里东晚期形成的大规模花岗岩，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，而是下地壳和岩石圈拆离下沉引起软流圈物质上涌形成的(Xia et al., 2014; Zhang et al., 2015)。

4.2 岩浆源区特征

I型花岗岩的形成可能是基性火成岩或正变质岩的部分熔融(Huang et al., 2016)，或者是地壳重熔时有幔源物质的加入。广宁花岗岩是形成于加里东晚期的碰撞后期隆升，是否有幔源物质的加入，可以通过岩浆岩的主微量的各类图解来研究岩浆的源区问题。在δEu-(La/Yb)N图解中(图10a)，样品几乎全部落入到壳源区域，仅有1件样品落入到壳幔交界处，无明显壳幔源混合的特征。本区花岗岩是准铝质到过铝质(图8)，前人研究表明大多数过铝质花岗岩的起源为变质沉积岩(贫黏土的变质杂砂岩和富黏土的变质泥岩)的部分熔融(Sylvester, 1998；Clemens，2003)。在CaO/(MgO+FeOT)-Al2O3/(MgO+FeOT)图解中(图10b)，广宁花岗闪长岩样品大部分落入到变质砂岩物源与变质泥质物源的交界处。在Al2O3/TiO2-CaO/Na2O图解中(图10c)，样品都落入到砂质物源区。前人实验研究发现，富黏土的泥质岩石部分熔融形成的过铝质花岗岩CaO/Na2O值低于0.3，相反富斜长石、贫黏土的砂屑岩石或变质火成岩的花岗岩具有较高的CaO/Na2O值(>0.3；图10c)。广宁花岗闪长岩具有较高的CaO/Na2O值，表明其来源为变质砂岩的部分熔融。因此通过现有的地球化学元素分析推断广宁花岗闪长岩的形成源区为下地壳的基性岩物质，岩浆部分熔融过程中上涌混入上地壳的沉积砂岩组分而显示具有S型花岗岩的特征，这与前人研究认为的华夏板块加里东期花岗岩为一套准铝质-过铝质S型或I型花岗岩具有一致的结果。岩石地球化学特征与基底变质岩系相似，没有明显的幔源物质的加入(李献华等，2007；曾雯等，2008；Wang et al., 2011; 朱清波等，2015)。

4.3 构造演化特征

产出花岗岩的大地构造环境和位置，对研究其成因类型等有着重要的指示作用。前人对华南加里东期花岗岩形成的大地构造背景进行了诸多研究，从岩石学、地球化学、古生物地层学和构造地质学等多角度对华南大陆加里东期构造运动事件进行分析，主流观点认为该期构造运动是陆内造山运动的结果(舒良树，2012；Wang et al., 2011；陈旭等，2012)，但是部分学者对其造山运动过程还存在争议，是否在造山运动时古陆之间存在洋盆(Xu et al., 2008)，或在加里东期无洋盆存在(Wang et al., 2007; Faure et al., 2010; Charvet et al., 2010)，也有学者提出加里东期的造山运动早期和晚期构造环境不同，且不同区域差异也较大(Yao et al., 2012)。

通过对加里东晚期的花岗闪长岩进行构造环境的判别分析，其形成的压力约500～200 MPa，形成深度大致为2～8 km，成岩温度约700～800 °C(图11a)。在R1-R2因子构造环境判别图中，样品主要落入到同碰撞期区域内(图11b)，同时在Rb-(Yb+Ta)图解中(图11c)，样品均落入到火山弧花岗岩-同碰撞-板内花岗岩的交界处。同时在MgO-FeOT判别图中(图11d)显示样品都落入到POG(后造山花岗岩类)与IAG+CAG+CCG交界区域，因此表明该样品具有后碰撞花岗岩的特征。前人研究表明，华南加里东早期花岗岩以混合岩、片麻状花岗岩和片麻岩为主，多形成于同碰撞挤压构造环境，而晚期以块状花岗岩为主，多形成于后造山伸展拉张背景(Zhao et al., 2013; 熊松泉等，2015)。而本研究对象是加里东晚期的花岗岩，具有碰撞期后伸展环境的特征。因此在前人研究基础上，提出华南大陆南缘的广宁地区加里东期花岗岩的主要成因为，陆内造山运动后期伸展环境下的岩石圈地幔拆离导致软流圈上涌，使得古老(变)砂岩基底部分熔融形成。

5 结论

(1)广宁地区花岗闪长岩是一套总体表现为低钾、富钠、贫镁的准铝质到过铝质的花岗岩，微量元素显示富集Rb、Ba等大离子亲石元素，亏损Nb、Ta等高场强元素，δEu具有负异常，总体表现出I型花岗岩的特征。

(2)锆石U-Pb测年得到广宁花岗闪长岩形成时代为(440.1±6.4) Ma和(442.0±8.6) Ma，成岩时间与华夏地块内其他加里东后期的花岗岩一致。在原特提斯洋闭合以后，进入到陆-陆碰撞造山阶段，广宁地区加里东期花岗闪长岩是由陆内造山运动后期伸展环境下的岩石圈地幔拆离导致软流圈上涌，使得古老(变)砂岩基底部分熔融形成。