福建浦城仙陽(yáng)晚奧陶世花崗巖同位素測(cè)年及地球化學(xué)特征①

肖金木

(福建省閩北地質(zhì)大隊(duì)，邵武，354000)

通過(guò)1∶5萬(wàn)仙陽(yáng)、浦城縣幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查(1)福建區(qū)域地質(zhì)測(cè)量隊(duì)，1∶20萬(wàn)浦城縣幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查報(bào)告，1972。工作，三疊世花崗巖巖體中解體出仙陽(yáng)、黃墩晚奧陶世二長(zhǎng)花崗巖巖體。根據(jù)解體出的晚奧陶世花崗巖巖體同位素測(cè)年及地球化學(xué)特征，研究其巖漿來(lái)源、侵入年代及形成的構(gòu)造環(huán)境。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

測(cè)區(qū)處于歐亞大陸東南緣的華南大陸東部，瀕臨西太平洋。為環(huán)太平洋中、新生代巨型構(gòu)造-巖漿帶的陸緣的一部分，是全球構(gòu)造-巖漿活動(dòng)最活躍的地區(qū)之一[1]。巖漿侵入活動(dòng)受區(qū)域構(gòu)造制約明顯，具多個(gè)構(gòu)造巖漿旋回活動(dòng)特征，形成的主要巖石類型有石英二長(zhǎng)(閃長(zhǎng))巖、石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、正長(zhǎng)花崗巖、花崗斑巖、(石英)正長(zhǎng)斑巖及輝綠玢巖、閃長(zhǎng)玢巖、花崗斑巖脈等。巖漿活動(dòng)具多旋回性，自古元古代到白堊紀(jì)可劃分為5個(gè)時(shí)期，其中以晚奧陶世、志留紀(jì)、三疊紀(jì)及早白堊世、晚白堊世巖漿活動(dòng)最為強(qiáng)烈，分布廣泛，而古元古代侵入巖則零星分布。

根據(jù)測(cè)區(qū)仙陽(yáng)西部和浦城中西部主要為中三疊世侵入巖，統(tǒng)稱為浦城巖體[2]。區(qū)域上位于浦城縣漁梁—吳東山一帶，巖體呈北北東向不規(guī)則橢圓狀，呈巖基或巖枝、巖瘤狀產(chǎn)出，侵入于古元古代大金山巖組低角閃巖相變質(zhì)巖系中，出露面積約349.4 km2。巖體分異明顯，巖相發(fā)育，內(nèi)部相為石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖，邊緣相為石英閃長(zhǎng)巖，分布于巖體的東南和西南部。通過(guò)1∶5萬(wàn)仙陽(yáng)、浦城縣幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，將測(cè)區(qū)內(nèi)浦城巖體解體為晚奧陶世侵入巖和志留紀(jì)侵入巖，該文主要敘述晚奧陶世侵入巖。

2 地質(zhì)特征

測(cè)區(qū)晚奧陶世侵入巖據(jù)其分布特征劃分為黃墩和仙陽(yáng)2個(gè)深成巖體(圖1)。

圖1 測(cè)區(qū)晚奧陶世花崗巖分布簡(jiǎn)圖

黃墩巖體：位于浦城黃墩一帶，沿北東向展布，呈巖株、巖瘤狀產(chǎn)出，出露面積約10.53 km2。根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、接觸關(guān)系等特征分析，其巖性單一，結(jié)構(gòu)演化可分為中細(xì)粒、少斑狀中細(xì)粒、似斑狀中細(xì)粒結(jié)構(gòu)。

仙陽(yáng)巖體：位于仙陽(yáng)鎮(zhèn)一帶，沿北東向展布至測(cè)區(qū)圖外，呈巖株、巖枝、巖瘤狀產(chǎn)出，出露面積約30.96 km2。根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、接觸關(guān)系等特征分析，其巖性單一，結(jié)構(gòu)演化可分為含斑狀中細(xì)粒、少斑狀中細(xì)粒、似斑狀中細(xì)粒結(jié)構(gòu)。

3 巖石學(xué)特征

晚奧陶世巖體以黃墩、仙陽(yáng)深成體巖石單元出露較全[3 ，4]。 巖石為二長(zhǎng)花崗巖，呈淺灰白色、淺肉紅色，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，似斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，主要造巖礦物為鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英、黑云母。其中，鉀長(zhǎng)石含量為30%～40%，呈半自形板柱狀、他形粒狀，具格子雙晶，斜長(zhǎng)石含量為30%～45%，呈半自形寬板狀、他形粒狀，發(fā)育聚片雙晶，被絹云母輕度交代；石英含量為25%～30%，呈他形粒狀，黑云母含量為5%～8%，呈片狀，多被綠泥石交代。

4 巖石地球化學(xué)特征

4.1 主量元素特征

此次研究工作于晚奧陶世花崗巖中取得巖石化學(xué)樣品 3件(黃墩巖體1件，PM011-92-HQ1，仙陽(yáng)巖體2件XY-02-HQ1、XY-03-HQ1)，采集的樣品，巖石無(wú)蝕變，具有一定的代表性。巖石化學(xué)成分的主量元素氧化物含量(表 1)。

表1 測(cè)區(qū)晚奧陶世侵入巖巖石化學(xué)成分(%)、參數(shù)及 CIPW 標(biāo)準(zhǔn)礦物成分

Table 1 Petrochemical constituents, parameters and CIPW standard mineral constituents of Late Ordovician intrusive rocks in the surve area

序號(hào)巖體名稱原 編 號(hào)巖石化學(xué)成分(%)SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2OP2O5化合水CO2總量1黃墩巖體PM011-92-HQ167.760.6915.071.731.870.061.373.273.362.670.311.600.0899.842仙陽(yáng)巖體XY-02-HQ165.930.7015.060.692.380.071.682.563.484.400.321.610.7699.643XY-03-HQ164.210.8415.331.453.880.112.252.433.042.960.562.670.0599.78序號(hào)CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物巖石化學(xué)參數(shù)qorabanhymtcapστSIFLAROXDIK/NNK/AA/NKC131.8915.7928.2914.211.702.511.430.721.4716.9712.4564.841.980.5173.770.520.561.05224.2926.0329.4110.623.331.000.660.742.7116.5413.3075.482.620.4878.410.830.700.99331.5917.5125.698.415.192.104.031.301.7014.6316.5771.172.020.5369.750.640.541.21

注：數(shù)據(jù)來(lái)源于1∶5萬(wàn)仙陽(yáng)、浦城縣幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告。

主量元素組成上晚奧陶世花崗巖SiO2含量為64.21%～67.76%，含量比較穩(wěn)定。比中國(guó)主要巖漿花崗巖平均化學(xué)成分的 71.27%含量稍低，屬于中酸性巖。Al2O3含量平均為 15.15%； CaO 含量平均為2.75%；TiO2含量平均為0.74%； Na2O含量平均為3.29；K2O含量平均為3.34%；Na2O+K2O含量平均為6.63%；Na2O/K2O比值平均為1.03，Na2O的含量與 K2O 相近；(Na2O+K2O/MgO)比值為2.67～4.69；總體顯示富堿，貧鈣、鐵特征[5]。

據(jù)SiO2與 Na2O+K2O投影于侵入巖TAS圖解，位于花崗巖區(qū)域，且樣品投影于 Ir-Irvine分界線下方，指示其主要為亞堿性巖。里特曼指數(shù)(σ)為1.47～2.71，平均為1.96，因此區(qū)內(nèi)的樣品為鈣堿性巖(太平洋型)。巖石堿度率(AR)為1.98～2.62。TAS圖解和里特曼指數(shù)均顯示整體為亞堿性巖，所以區(qū)內(nèi)的晚奧陶世侵入巖應(yīng)為亞堿性巖。A/NKC比值0.99～1.21，Al2O3>K2O+Na2O+CaO，表明其為準(zhǔn)鋁質(zhì)-過(guò)鋁質(zhì)花崗巖。戈蒂里指數(shù)(τ)為 14.63～16.97，全部大于10，為造山帶巖漿巖。綜合上述該區(qū)晚奧陶世花崗巖總體屬于亞堿性系列，高鉀鈣堿性準(zhǔn)鋁質(zhì)-過(guò)鋁質(zhì)花崗巖。

4.2 微量元素特征

微量元素含量及特征值，與酸性巖維氏值對(duì)比(表2)，多數(shù)樣品 V、Co、Cr、Ni含量均高于酸性巖維氏值；鎢族元素 W、Sn、Mo含量均低于維氏值，其中 Bi富集約為維氏值幾至幾十倍；稀有元素Hf較為富集高于維氏值，其余與酸性巖石維氏值大致相當(dāng)；Au元素含量明顯低于維氏值；Pb含量則與酸性巖石維氏值大致相當(dāng)；Li、Rb、Ag、Cu、Zn含量與維氏值大致相當(dāng)；分散元素 Sr 明顯高于維氏值?？傮w顯示親石元素富集，鎢族元素虧損。

表2 測(cè)區(qū)晚奧陶世微量元素含量(×10-6)及特征值

在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上所有樣品曲線特征相近(圖 2)，總體表現(xiàn)為富集大離子親石元素 Rb、Pb、Nd，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素 Nb；低Sr，Nb 的強(qiáng)烈虧損表明巖漿物質(zhì)來(lái)源于地殼。Th/U比值為 8.11～21.92，多數(shù)比值大于上地殼的 Th/U比值(3.89)。據(jù) Hildreth et al.研究，Rb/Nb比值有規(guī)律從地幔巖石向上地殼巖石增高的趨勢(shì)，平均上地殼的Rb/Nb比值為4.5。Rb/Nb 比值為5.42～10.37，明顯大于上地殼的平均值；Y 是在各類巖石中的豐度值較高，而變化范圍較小的高場(chǎng)強(qiáng)元素。因而可以利用 Rb/Y、Nb/Y 比值來(lái)判明巖漿物質(zhì)來(lái)源受或混染的程度。Rb/Y比值為 4.00～10.28，大于上地殼的值(3.25)；Nb/Y比值較低為0.60～1.23，亦大于上地殼的均值(0.57)。Rb/Y比值略大于上地殼值，Nb/Y亦高于上地殼，這也為花崗巖是地殼增厚條件下形成的成因提供了一定的佐證。相容元素Cr、Ni相對(duì)偏低，Cr含量為13～36.4 μg/g；Ni含量為5.7～12.2 μg/g，低于揚(yáng)子地區(qū)下地殼 Ni、Cr的平均值，(Ni含量為49×10-6，Cr含量為82×10-6)。此外特征元素Rb/Li、Rb/Sr比值皆介于同熔型和改造型之間。因此從微量元素來(lái)看，區(qū)內(nèi)晚奧陶世巖體巖漿物質(zhì)來(lái)源與地殼有關(guān)。

4.3 稀土元素特征

根據(jù)稀土元素含量及特征值可見(jiàn)，稀土總量(∑REE)平均為390.71×10-6，高于世界酸性巖稀土元素平均總量(292×10-6)，高于上部陸殼的平均總量(210.07×10-6)；LREE平均值為 341.99 ×10-6；HREE平均值為22.54×10-6，含量較低；LREE/HREE比值大部分11.96～21.88，反映輕、重稀土分餾程度強(qiáng)烈，且輕稀土富集；(La/Yb)N為24.27～36.41，(Ce/Yb)N=17.87～27.28，反映出輕稀土相對(duì)重稀土強(qiáng)烈富集；(La/Sm)N為4.21～6.63、(Sm/Eu)N為1.64～3.58，表明輕稀土分餾程度較強(qiáng)；(Gd/Yb)N為3.05～3.94，反映 HREE 部分亦有一定程度上的分餾(表3)。晚奧陶世侵入巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中(圖 3)，整體上變?yōu)樽蟾哂业偷那€，傾斜較高，輕稀土部分陡傾，重稀土部分較為平緩，與上地殼稀土元素配分模式接近，δEu變化范圍不大，為0.34～0.79，平均為 0.60，具弱 Eu 負(fù)異常，大部分δCe為0.92～0.98，平均為 0.94，具微弱的 Ce 負(fù)異常。以上各種相似特征反映該侵入體巖石為殼源型花崗巖。

圖2 晚奧陶世黑云母二長(zhǎng)花崗巖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖

圖3 晚奧陶世黑云母二長(zhǎng)花崗巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖

表3 測(cè)區(qū)晚奧陶世侵入巖稀土元素含量及特征值(×10-6)

Table 3 Content and characteristics of rare earth elements of Late Ordovician intrusive rocks in the surve area

序號(hào)巖體名稱原始編號(hào)LaCePrNdSmEuGdTbDyHoEr1黃墩巖體PM011-92-HQ170.65129.3614.6648.436.701.544.950.603.250.541.372仙陽(yáng)巖體XY-02-HQ162.53126.1114.2849.137.471.475.860.713.790.621.433XY-03-HQ1119.40229.1128.0097.4317.821.8715.692.1512.112.074.89序號(hào)TmYbLuY∑REELREEHREELR/HRδEuδCe(La/Yb)N(Gd/Yb)N(Sm/Nd)N(Sm/Eu)N(La/Sm)N(Ce/Yb)N10.201.310.1813.70297.44271.3412.4021.880.790.9236.413.050.431.646.6325.5820.191.200.1614.79289.72260.9813.9618.700.660.9835.263.940.471.925.2727.2830.623.320.4250.06584.97493.6441.2711.960.340.9224.273.810.563.584.2117.87

5 鋯石測(cè)年

在晚奧陶世侵入巖采集了3件樣品(黃墩巖體1件PM011-92-zr1，仙陽(yáng)巖體2件XY-02-zr1、XY-03-zr1)LA-ICP-MS鋯石 U-Pb同位素測(cè)年樣，由湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心測(cè)定。

5.1 鋯石特征

花崗巖中鋯石呈淺玫瑰色、黃色，次滾圓粒狀、次棱角柱狀，個(gè)別呈棱角柱狀，大部分晶體晶面光潔、金剛光澤，透明，少部分晶體晶面粗糙，個(gè)別有裂紋，包體，呈玻璃光澤。伸長(zhǎng)系數(shù)以 1∶1.2～1∶1.5 為主，1∶1.6～1∶4 次之，四方雙錐發(fā)育；鋯石都具有震蕩生長(zhǎng)環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖 4～6)，環(huán)帶清晰，具相對(duì)明亮的陰極熒光，指示酸性巖漿鋯石特征；具有Th、U含量較高，Th/U 比值為0.08～1.23，均為0.29。巖漿鋯石的Th、U含量較高，Th/U 比值較大(一般>0.4)，變質(zhì)鋯石的Th、U含量較低，Th/U 比值較小(一般<0.1)。但是一些組成特殊的巖漿中的結(jié)晶的巖漿鋯石具有異常的Th/U 比值，因此，具有Th、U含量較高、且Th-U之間多數(shù)具有正相關(guān)關(guān)系，亦顯示了巖漿鋯石的典型特征[6，7]。

圖4 黃墩晚奧陶世二長(zhǎng)花崗巖巖體(PM011-92-zr1)鋯石CL影像及測(cè)試點(diǎn)

圖5 黃中坑晚奧陶世二長(zhǎng)花崗巖(XY-02-zr1)鋯石CL影像及測(cè)試點(diǎn)

圖6 黃中坑晚奧陶世二長(zhǎng)花崗巖(XY-03-zr1)鋯石CL影像及測(cè)試點(diǎn)

5.2 鋯石測(cè)年結(jié)果

樣品PM011-92-zr1, 采自于浦城縣幅黃墩巖體少斑狀中細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖中。定年測(cè)試結(jié)果(表 4 )，加權(quán)平均年齡為(453.3±3.8)Ma (N=23，MSWD=0.46)，加權(quán)平均年齡圖及諧和圖(圖 7)上分析點(diǎn)均投影在協(xié)諧線上，且較集中，諧和度較好。因此(453.3±3.8)Ma，代表了該樣品的結(jié)晶年齡。

表4 黃墩巖體(PM011-92-zr1)LA-ICP-MS 鋯石 U-Pb 定年測(cè)試結(jié)果

圖7 晚奧陶世二長(zhǎng)花崗巖(PM011-92-zr1)鋯石同位素年齡加權(quán)平均值圖(左)及諧和圖(右)

樣品 XY-02-zr1，采自于仙陽(yáng)巖體少斑狀中細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖中。定年測(cè)試結(jié)果(表 5)，加權(quán)平均年齡為(455.0±2.9)Ma(N=40，MSWD=0.35)，加權(quán)平均年齡圖及諧和圖(圖 8)上分析點(diǎn)大都投影在諧和線上，且較集中，諧和度較好。有個(gè)別測(cè)點(diǎn)偏離協(xié)和線，顯示有鉛丟失，將諧和度小于0.9的測(cè)點(diǎn)剔除之后，因此(455.0±2.9)Ma，代表了該樣品的結(jié)晶年齡。

表5 仙陽(yáng)巖體(XY-02-zr1)LA-ICP-MS 鋯石 U-Pb 定年測(cè)試結(jié)果

續(xù)表5

續(xù)表5

圖8 晚奧陶世二長(zhǎng)花崗巖(XY-02-zr1)鋯石同位素年齡加權(quán)平均值圖(左)及諧和圖(右)

樣品 XY-03-zr1，采自于仙陽(yáng)巖體似斑狀中細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖中。定年測(cè)試結(jié)果(表 6)，加權(quán)平均年齡為(445.4±2.9)Ma(N=29，MSWD=0.81)，加權(quán)平均年齡圖及諧和圖(圖9)上分析點(diǎn)均投影在諧和線上，且較集中，諧和度較好。因此(445.4±2.9)Ma，代表了該樣品的結(jié)晶年齡。

表6 仙陽(yáng)巖體(XY-03-zr1)LA-ICP-MS 鋯石U-Pb定年測(cè)試結(jié)果

圖9 晚奧陶世二長(zhǎng)花崗巖(XY-03-zr1)鋯石同位素年齡加權(quán)平均值圖(左)及諧和圖(右)

6 巖漿來(lái)源及構(gòu)造背景討論

6.1 巖漿來(lái)源

(1)區(qū)內(nèi)晚奧陶世二長(zhǎng)花崗巖中，A/CNK比值較大，一般為0.99～1.21，顯示主要為準(zhǔn)鋁質(zhì)-過(guò)鋁質(zhì)花崗巖。

(2)區(qū)內(nèi)晚奧陶世二長(zhǎng)花崗巖中，Na2O含量為3.04%～3.48%，Na2O的含量與 K2O相當(dāng)，Na2O/K2O比值為0.79～1.26，與S型花崗巖相似。

(3)區(qū)內(nèi)晚奧陶世二長(zhǎng)花崗巖中，SiO2含量較高，為 64.21%～67.76%，屬中酸性巖。

(4)區(qū)內(nèi)晚奧陶世二長(zhǎng)花崗巖中，微量元素組成與殼源型花崗巖相像，明顯高Sr/Y比值、Sr>400、Y<90，是地殼增厚條件下形成的，這種增厚與碰撞有關(guān)。

(5)區(qū)內(nèi)晚奧陶世二長(zhǎng)花崗巖中，稀土元素總量較高，輕稀土富集，而且出現(xiàn)中等的 Eu虧損。

(6)區(qū)內(nèi)晚奧陶世二長(zhǎng)花崗巖中，巖石化學(xué)成分在S型、I 型花崗巖判別圖解(圖 10)上樣品投于 S型花崗巖區(qū)域。

綜上所述，晚奧陶世花崗巖應(yīng)為S型花崗巖，巖漿物質(zhì)主要來(lái)源于殼源物質(zhì)，是典型的地殼增厚的巖漿巖產(chǎn)物，這種增厚與碰撞有關(guān)。

6.2 構(gòu)造背景分析

晚奧陶世花崗巖各侵入體樣品在構(gòu)造環(huán)境主要元素類別圖解中(圖 11)，投影點(diǎn)落于大陸邊緣的島弧、大陸弧、大陸碰撞環(huán)境區(qū)。

測(cè)區(qū)大地構(gòu)造分區(qū)屬華南新元古代-早古生代造山帶，位于華夏地塊之北武夷隆起區(qū)北東部。加里東旋回時(shí)限為780～400 Ma，測(cè)區(qū)晚奧陶世花崗巖形成于445.4～453.3 Ma，處于大陸邊緣的島弧、大陸弧、大陸碰撞環(huán)境，是加里東運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物。反映了晚奧陶世花崗巖形成于島弧或活動(dòng)陸緣的構(gòu)造環(huán)境，而后向板內(nèi)環(huán)境轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，此過(guò)程反映了板塊多次擠壓碰撞的結(jié)果[7]。

圖10 晚奧陶世黑云母二長(zhǎng)花崗巖S型、I 型花崗巖類型判別圖

圖11 晚奧陶世黑云母二長(zhǎng)花崗巖構(gòu)造環(huán)境主要元素類別圖解

7 結(jié)論

(1)從巖漿來(lái)源及形成的構(gòu)造環(huán)境分析，晚奧陶世巖漿物質(zhì)主要來(lái)源于殼源物質(zhì)，是典型的地殼增厚的巖漿巖產(chǎn)物，這種增厚與碰撞有關(guān)。

(2)根據(jù)區(qū)內(nèi) LA-ICP-MS 鋯石 U-Pb 定年測(cè)試結(jié)果，以及區(qū)內(nèi)該巖體的地質(zhì)構(gòu)造特征，將其時(shí)代置于晚奧陶世。