廣西大瑤山隆起區大村巖體年代學及地球化學特征

吳佳昌,康志強，2,馮佐海,方貴聰,龐崇進,張青偉,熊松泉,蔣興洲,周國發

(1.桂林理工大學 a.地球科學學院; b.廣西隱伏金屬礦產勘查重點實驗室,廣西 桂林 541004;2.中國科學院地球化學研究所 礦床地球化學國家重點實驗室，貴陽 550002；3.廣西地質調查院,南寧 530023)

廣西大瑤山隆起區大村巖體年代學及地球化學特征

吳佳昌1,康志強1，2,馮佐海1,方貴聰1,龐崇進1,張青偉1,熊松泉1,蔣興洲1,周國發3

(1.桂林理工大學 a.地球科學學院; b.廣西隱伏金屬礦產勘查重點實驗室,廣西 桂林 541004;2.中國科學院地球化學研究所 礦床地球化學國家重點實驗室，貴陽 550002；3.廣西地質調查院,南寧 530023)

廣西大瑤山隆起區中部的大村巖體,巖性主要為細粒花崗閃長巖。采用LA-(MC)-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年技術,獲得了該巖體的結晶年齡為451.5±1.3 Ma(MSWD=0.001 4), 其形成時代為晚奧陶世, 屬于加里東晚期巖漿活動的產物。 大村巖體巖石含角閃石5%～10%, 具低SiO2(60.74%～64.53%) 和K2O/Na2O值(0.63～0.89), 屬準過鋁質-弱過鋁質鈣堿性系列; Rb、 Th、 U 、 Pb等元素強烈富集, Ba、 Nb、 Ta及Ti等元素虧損; 稀土總量較低, ∑REE為(58.93～99.14)×10-6, δEu=0.75～0.83,具弱的負銪異常。綜合判斷屬于I型花崗巖,應為陸內造山運動早期碰撞擠壓背景下巖漿活動的產物。

花崗閃長巖;LA-(MC)-ICP-MS鋯石U-Pb定年;地球化學;大村巖體;大瑤山隆起區

大瑤山地區位于廣西中東部,面積約1.8萬km2,大地構造位置上屬于南華活動帶桂中-桂東北褶皺系之大瑤山隆起。前人對該區巖漿巖做了大量的地質研究工作,取得了一系列的研究成果[1-6]。研究表明,大瑤山地區巖漿巖主要發育有加里東期和燕山期兩期[1,3-4](圖1a):加里東期花崗巖多呈巖脈、 巖墻、 小巖株產出, 由閃長巖、 花崗閃長(斑)巖等中酸性巖漿巖組成, 年齡多為432.0～468.2 Ma, 成因類型為幔源同熔型(I型)花崗巖[1-2, 5-6];而燕山期花崗巖多呈巖株、 巖基產出,少部分呈巖脈產出, 主要由黑云母花崗巖、 二長花崗巖、 閃長花崗巖等酸性巖組成, 年齡多在91.0～168.7 Ma, 屬于改造型(S型)花崗巖[1,3]。大村巖體位于大瑤山隆起區中部,是該區加里東期代表性花崗巖之一。前人對其進行了鋯石U-Pb年代學研究,測得其年齡為456.9±2.0 Ma[1],但地球化學研究目前尚處空白,因此,本文對大村巖體進行了系統的年代學和地球化學研究,厘定其成巖時代和成因類型,進而對其形成構造背景加以約束。

1 地質背景

大瑤山隆起區位于揚子陸塊與華夏陸塊拼合處(圖1b),區域上斷裂較發育,主要發育南北向和北東向斷裂。區內出露的地層主要為寒武系和震旦系。寒武系為一套淺海相類復理式砂泥質沉積巖,下部夾3～4層硅質巖,個別地方上部夾透鏡狀灰巖或大理巖(廣西蒼梧縣嶺腳鎮附近)。震旦系巖性以輕微變質的粗-中粒砂巖、細砂巖、粉砂巖為主,夾數層頁巖、硅質巖及硅質頁巖。廣

圖1 廣西大瑤山地區花崗巖類時空分布圖(據文獻[1,7-9]修改)

西大瑤山隆起區巖漿巖較為發育,主要發育有古龍、 大村、 胡六腦、 夏郢等花崗閃長巖巖株, 古袍、 平頭背、 社山等花崗斑巖株和巖墻群(圖1a)。

大村花崗巖體位于廣西藤縣古龍鎮北西約5.0 km處,呈長軸為北北西向的橢球狀分布,巖株狀產出,出露面積約6.0 km2,侵入于寒武紀地層中,接觸帶常見角巖化、硅化,未接觸有新地層(圖2)。

2 巖體及樣品特征

大村巖體巖性主要為淺灰白色細粒花崗閃長巖,呈半自形粒狀結構, 塊狀構造(圖3)。主要組成礦物為斜長石(31%～48%)、 鉀長石(1%～8%)、 石英(20%～30%)、 黑云母(10%～23%)、 角閃石(5%～10%),副礦物主要有榍石、磷灰石、 鋯石、 鈦鐵礦等。 巖石蝕變類型主要有絹云母化、綠泥石化、硅化、 碳酸鹽化等。斜長石呈半自

圖2 大村巖體地質簡圖

形板狀,具明顯的聚片雙晶,粒徑一般1～3 mm;鉀長石表面較臟,呈半自形板柱狀,粒徑一般0.8～2 mm;石英呈他形粒狀,粒徑一般0.5～2.5 mm,充填于其他礦物的空隙當中;黑云母呈片狀,斑晶大小不一,一組完全解理;角閃石為長柱狀,呈淺黃綠色,部分發生了綠泥石化。

3 分析測試方法

本次研究一共采集了4件細粒花崗閃長巖樣品,具體采樣位置見圖2。

用于年齡測試的巖石樣品經破碎成粉末、人工淘洗、電磁分選和重液分選后,在雙目鏡下挑選出晶形較好、透明度高的鋯石晶體，在重慶宇勁科技有限公司進行制耙和陰極發光圖像掃描,在天津地質調查中心實驗室采用LA-(MC)-ICP-MS進行鋯石U-Pb年齡測試分析。 鋯石U-Pb年齡分析采用的光斑直徑為30 μm, 并采用國際標準鋯石GJ-1(600 Ma)作為外標標準物質, 外標校正方法為每隔8個樣品分析點測一次標準, 保證標準和樣品的儀器條件完全一致。 樣品的同位素數據處理采用軟件ICPMSDATACal進行, 年齡計算及諧和圖的繪制采用Isoplot 3.23進行, 測試中的誤差標準為1σ。

全巖樣品分析在中國科學院廣州地球化學研究所完成，其中主量元素利用X射線熒光光譜法測定,分析相對誤差小于2%～5%；微量元素分析在電感耦合等離子質譜儀(ICP-MS)上進行,分析精度優于10%。

4 LA-(MC)-ICP-MS鋯石U-Pb定年分析

本次研究采集了1件細粒花崗閃長巖樣品(DC-05)進行鋯石U-Pb年齡測試分析,分析結果見表1。

大村巖體細粒花崗閃長巖中的鋯石多呈典型的長柱狀,多數透明度較好,柱面和錐面均清晰可見,鋯石顆粒長度在150～300 μm,個別大于300 μm,寬60～150 μm,長寬比一般介于1∶1和4∶1之間。鋯石陰極發光(CL)圖像顯示(圖4b),鋯石具明顯的巖漿振蕩環帶結構,鋯石Th/U值為0.35～1.08,顯示出典型的巖漿鋯石特征。其中2號鋯石存在老的繼承核,其內部環帶模糊,呈現為橢圓狀晶形,邊緣有溶蝕、圓化和重結晶的跡象,具有源區繼承鋯石的特點。

24個測點中,共有16個分析點位于U-Pb諧和線上及其附近,除2號鋯石外的15粒鋯石206Pb/238U加權平均年齡為451.5±1.3 Ma(95%以上的置信度,MSWD=0.001 4)(圖4b),代表了細粒花崗閃長巖的結晶年齡,為晚奧陶世。2號鋯石內部環帶模糊,邊沿呈現出溶蝕、 圓化和重結晶的跡象,測得其206Pb/238U年齡為936±3.9 Ma,老于巖漿鋯石的年齡,可能為巖漿上侵時捕擄的鋯石的年齡或者是繼承鋯石的年齡。

表1 大村巖體(樣品DC-05)LA-(MC)-ICP-MS鋯石U-Pb分析結果

圖4 鋯石陰極發光圖像(a)和U-Pb年齡諧和圖(b)

5 巖石地球化學特征

大村細粒花崗閃長巖的主量元素分析結果見表2,在SiO2-(Na2O+K2O)圖解上(圖5),所有樣品投影在亞堿性系列區,其中3個樣品落于花崗閃長巖范圍內,1個樣品落在閃長巖區域,其SiO2含量為60.74%～64.53%,TiO2含量為0.35%～0.47%,Fe2O3的含量為5.80%～6.89%,Al2O3含量為15.56%～17.05%,CaO的含量為3.93%～5.08%,MgO的含量為2.13%～2.86%,P2O5的含量變化為0.12%～0.14%,K2O和Na2O的含量變化分別為1.80%～2.24%和2.16%～3.22%,顯示出高Ti、Fe、Al、Ca、Mg,低Si、K、Na、P的特點。K2O/Na2O值小于1,在SiO2-K2O圖解(圖6)上, 樣品落入了鈣堿性系列范圍內。在A/CNK-A/NK圖中(圖7)，樣品落在準鋁質-過鋁質系列區。

表2 大村巖體主量元素分析結果

圖5 SiO2-(Na2O+K2O)圖解(仿文獻[10])

圖6 SiO2-K2O圖解(仿文獻[11-12])

大村巖體的微量元素分析結果如表3所示。在微量元素原始地幔標準化蛛網圖(圖8)中,樣品數據總體呈現右傾特征,強烈富集大離子親石元素Rb和高場強元素Th、U 、Pb,明顯虧損Ba、Nb、Ta及Ti等元素;與原始地幔相比,所有的元素均大于1,多數大于10。

圖7 A/CNK-A/NK圖解(仿文獻[13])

表3 大村巖體微量元素分析結果

Table 3 Trace element compositions of Dacun granitic plutonwB/10-6

樣號DC-03DC-04DC-05Rb65.1886.6985.80Ba529.90681.30704.50Th11.9611.1018.10U3.573.993.00Nb8.629.109.01Ta0.890.940.80Pb23.6628.5841.81Sr244.80230.30243.30Zr107.1089.8294.30Hf3.503.102.99Ti2183.602149.902458.80Y20.7317.4018.36Sc13.1214.3416.61V108.00105.50121.90Cr15.5720.5117.79Mn1083.601472.201207.80Co12.2912.3113.13Ni9.5312.9510.38Cu8.7337.4741.48Zn58.9361.7967.22Ga16.2216.1116.79Ge2.071.892.04Cs4.285.554.90

圖8 微量元素原始地幔標準化蛛網圖(原始地幔值據文獻[14])

大村巖體稀土元素分析結果及特征參數見表4。樣品的稀土元素含量偏低,∑REE 值為(58.93～99.14)×10-6,配分曲線呈明顯的右傾模式(圖9);輕稀土相對富集,LREE/HREE=4.63～7.65,(La/Yb)N值變化范圍3.86～7.84, (La/Sm)N值為2.94～4.88, (Gd/Yb)N值為0.98～1.15,輕重稀土分餾較明顯;具輕微負Eu異常,δEu為0.75～0.83。

6 討 論

6.1 形成時代

采用高精度的LA-(MC)-ICP-MS鋯石U-Pb法對大村巖體細粒花崗閃長巖的巖漿鋯石進行測試分析, 獲得了451.5±1.3 Ma(95%以上的置信度,MSWD=0.001 4)的鋯石結晶年齡, 與陳懋弘等[1]測得的456.9±2 Ma基本一致,從而厘定了大村巖體的形成時代為晚奧陶世,屬于加里東晚期巖漿活動的產物。

表4 大村巖體稀土元素分析結果

圖9 稀土元素球粒隕石標準化配分圖(球粒隕石標準值據文獻[15])

6.2 巖石類型

根據巖漿來源,花崗巖可分為I型和S型兩類。其中,I型花崗巖源巖為未經風化的火成巖,而S型花崗巖源巖為經風化后的沉積巖。因此兩者在成分上有一定區別[16-18]。大村巖體的測試結果表明,其礦物組合中含角閃石、黑云母、榍石等礦物，屬于準鋁質-過鋁質花崗巖;SiO2含量變化范圍為60.74%～64.53%,均值為63.19%;K2O/Na2O值較低(0.63～0.89);100Fe3+/(Fe3++Fe2+)均值為53%;具輕微負Eu異常。以上特征與典型的I型花崗巖更加相符[16-18]。

此外,大村巖體的P2O5含量與SiO2呈負相關關系(圖10a),也表現出I型花崗巖的特征。在準鋁質至弱過鋁質巖漿中(A/CNK<1.1),磷灰石溶解度低,在巖漿分異過程中易過飽和而從巖漿中分離結晶,導致P2O5含量隨SiO2含量增加而降低[19],而S型花崗巖則往往有著高的P2O5含量,并與A/CNK值呈正相關趨勢[16,20-21]。在花崗巖成因判別圖Ce-SiO2圖解中(圖10b)可知,全部樣品落入了I型花崗巖內;在ACF圖解上(圖11),所有樣品也落在了I型花崗巖范圍內,進一步表明大村巖體細粒花崗閃長巖應為I型花崗巖。

6.3 構造背景

前人研究表明,鈣堿性I型花崗巖既可出現在板塊俯沖階段[24],也可在后碰撞階段形成[25]。

圖10 SiO2-P2O5(a)和SiO2-Ce(b)圖解(仿文獻[22])

在Y-Nb圖解中(圖12), 大村巖體樣品全部投影在火山弧-同碰撞花崗巖區; 在Si-Fe-Mg-Ca等構成的花崗巖構造環境系列判別圖上(圖13), 全部樣品落在了島弧花崗巖類(IAG)+大陸花崗巖類(CAG)+大陸碰撞花崗巖類(CCG)范圍內。 在早古生代,華南大陸發生了加里東期陸內造山運動，從而導致云開陸塊與桂滇-北越陸塊近南北向碰撞,造成了在兩陸塊拼合部位的大瑤山地區隆起,整體形成了大瑤山復式背斜,同時伴隨著大規模的巖漿活動[22,28-31]。因此,結合區域構造演化背景,筆者傾向于認為大村巖體應該形成于陸內造山運動早期碰撞擠壓背景下。

圖11 ACF圖解(仿文獻[23])

圖12 Y-Nb圖解(仿文獻[26])

圖13 大村巖體Si-Fe-Mg-Ca構造環境判別圖解(仿文獻[27])

7 結 論

LA-(MC)-ICP-MS鋯石U-Pb定年結果表明,大村花崗閃長巖的結晶年齡為451.5±1.3 Ma(MSWD=0.001 4),形成時代為晚奧陶世,屬于加里東晚期巖漿活動的產物。其地球化學特征顯示I型花崗巖屬性。綜合地質與地球化學證據,大村巖體的形成構造背景應為陸內造山運動早期碰撞擠壓背景。

[1]陳懋弘,李忠陽,李青,等. 初論廣西大瑤山地區多期次花崗質巖漿活動與成礦系列[J].地學前緣,2015,22(2):41-53.

[2]程順波,付建明,徐德明,等.桂東北大寧巖體鋯石SHRIMP 年代學和地球化學研究[J].中國地質, 2009,36(6):1278-1288.

[3]廣西地質局區域地質普查大隊. 1∶20萬桂平幅區域地質圖和調查報告[R].桂林:廣西區域地質調查研究院, 1964.

[4]黃惠民,和志軍,崔彬.廣西大瑤山地區花崗巖成礦系列[J].地質與勘探,2003,39(4):12-16.

[5]劉騰飛.桂東花崗巖類特征及其與金礦關系[J].廣西地質,1993, 6(4): 77-86.

[6]駱靖中.桂東地區花崗巖類與金銀成礦的關系[J].桂林冶金地質學院學報,1993,13(4): 329-339.

[7]蔣興洲，康志強，許繼峰，等.廣西大瑤山隆起寶山銅礦區斑巖體鋯石U-Pb定年及其地質意義[J].桂林理工大學學報，2015,35(4): 766-773.

[8]熊松泉,康志強,馮佐海,等.廣西大瑤山地區大進巖體的鋯石U-Pb年齡、地球化學特征及其意義[J].桂林理工大學學報，2015,35(4):736-746.

[9]葉鳴 ，張青偉，胡華清,等.廣西昭平縣大王頂巖體花崗閃長斑巖年代學和地球化學特征[J].桂林理工大學學報，2015,35(4)：756-765.

[10]Morrison G W. Characteristics and tectonic setting of the shoshonite rock association[J]. Lithous, 1980，13: 97-108.

[11]Peccerillo A, Taylor S R. Geochenustiy of eocene calc-alkaline volcanic rocks from the Kastamonu area, Northem Turkey[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 1976,58:63-81.

[12]Middlemost Eric A K. Magmas and Magmatic Rocks[M].London: Longnmn, 1985.

[13]Maniar P D, Piccoli P M. Tectonic Discrimination of granitoids[J].Geological Society of America Bulletin, 1989, 101(5):635-643.

[14]McDonough W F, Sun S -s. The composition of the earth[J]. Chemical Geology, 1995, 120(3): 223-253.

[15]Boynton W V. Geochemistry of the Rare Earth Elements: Meteorite Studies[M]//Henderson P. Rare Earth Elements Geochemistry. Amsterdam: Elsevier, 1984:63-144.

[16]Chappell B W. Aluminium saturation in I- and S-type granites and the characterization of fractionated haplogranites [J]. Lithos， 1999, 46(3): 535-551.

[17]Sylverster P J. Post-collision strongly peraluminous granites[J]. Lithos, 1998,45: 29-44.

[18]周剛, 張招崇, 羅世賓, 等.新疆阿爾泰山南緣瑪因鄂博高溫型強過鋁花崗巖: 年齡、地球化學特征及其地質意義[J]. 巖石學報, 2007,23(8):1909-1920.

[19]Wolf M B,London D. Apatite dissolution into peraluminous haplogranitic melts:An experimental study of solubilities and mechanisms [J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1994, 58(19):4127-4145.

[20]Li X H, Li Z X, Li W X, et al. U-Pb zircon, geochemical and Sr-Nd-Hf isotopic constraints on age and origin of Jurassic I and A-type granites from central Guangdong, SE China: A major igneous event in response to foundering of a subducted flat-slab? [J]. Lithos, 2007, 96: 186-204.

[21]Wu F Y, Jahn B M, Wilde S A, et al. Highly fractionated I-type granites in NE China (I): Geochronology and petrogenesis [J]. Lithos, 2003, 66: 241-273.

[22]Collins W J, Beams S D, White A J R,et al.Nature and origin of A-type granites with particular reference to southeastern Australia[J].Contributions to Mineralogy and Petrology,1982,80: 189-200.

[23]Chappell B W, White A J R. I- and S-type granites in the Lachlan Fold Belt[J]. Transactions of the Royal Society of Edinburgh:Earth Sciences,1992. 83: 1-26.

[24]Pitcher W S. Granites and yet more granites forty years on[J]. Geologische Rundschau,1987,76(1):51-79.

[25]韓寶福.后碰撞花崗巖類的多樣性及其構造環境判別的復雜性[J].地學前緣,2007,14(3):64-72.

[26]Pearce J A, Harris N B W, Tindle A G. Trace element discrimination diagrams for the tectonic interpretation of granitic-rocks[J]. Journal of Petrology, 1984, 25(4): 956-983.

[27]Maniar P D, Piccoli P M. Tectonic discrimination of granitoids[J]. Geological Society of America Bulletin,1989,101:635-643.

[28]湖升奇,周國發,彭松柏,等.廣西大黎銅鉬礦石英二長(斑)巖年代學、地球化學特征及其地質意義[J].地球學報, 2012, 33(1):23-37.

[29]Faure M, Shu L S, Wang B, et al. Intracontinental subduction: A possible mechanism for the Early Paleozoic Orogen of SE China. [J].Terra Nova, 2009, 21(5):360-368.

[30]李建華. 華南中生代大地構造過程——源于北部大巴山和中部沅麻盆地、衡山的構造變形及年代學約束[D].北京:中國地質科學院,2013.

[31]郝義，李三忠，金寵，等. 湘贛桂地區加里東期構造變形特征及成因分析[J].大地構造與成礦學，2010,34(2)：166-180.

Geochronology and geochemistry of Dacun granitic pluton in Dayaoshan uplift area, Guangxi

WU Jia-chang1, KANG Zhi-qiang1，2, FENG Zuo-hai1, FANG Gui-cong1, PANG Chong-jin1,ZHANG Qing-wei1, XIONG Song-quan1, JIANG Xing-zhou1, ZHOU Guo-fa3

(1.a.College of Earth Sciences; b.Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Deposits Exploration, Guilin University of Technology, Guilin 541004, China; 2.State Key Laboratory of Ore Deposit Geochemistry， Institute of Geochemistry， Chinese Academy of Sciences， Guiyang 550002， China； 3.Geological Survey of Guangxi, Nanning 530023, China)

The Dacun granitic pluton, located in Dayaoshan uplift area, includes mainly fine-grained granodiorite. The formation age of 451.5±1.3 Ma(MSWD=0.001 4) is obtained by LA-(MC)-ICP-MS zircon U-Pb dating, which was formed in the Late Ordovician, due to Late Caledonian magmatic activity. The Dacun granitic pluton includes hornblende (5%-10%) and shows the feature of low SiO2(60.74%-64.53%) and K2O/Na2O ratio (0.63-0.89), and belongs to the quasi peraluminous-weakly peraluminous calc-alkaline series.The rock is characterized by enrichment of Rb,Th,U and Pb, depletion of Ba,Ta,Nb and Ti. The REE model is characterized by low REE contents.∑REE is in the range of (58.93-99.14)×10-6,δEu=0.75-0.83.REE distribution curve has a weak negative europium anomalies. It belongs to I-type granite, which was formed under the background of intracontinental orogeny in the early impact extrusion product of magmatic activity.

granodiorite; LA-(MC)-ICP-MS zircon U-Pb dating; geochemistry; Dacun granitic pluton; Dayaoshan uplift area

1674-9057(2015)04-0747-09

10.3969/j.issn.1674-9057.2015.04.012

2015-05-25

國家自然科學基金項目(41162005; 41463001; 41572191); 廣西自然科學基金重點項目(2015GXNSFDA139029); 廣西找礦突破戰略行動地質礦產勘查項目(桂國土資函[2014]459); 廣西“八桂學者”創新團隊項目(2013, 有色金屬成礦理論與勘查技術); 廣西研究生教育創新計劃項目(YCSZ2015158); 廣西礦冶與環境科學實驗中心項目(KH2011ZD002)

吳佳昌(1989—),男,碩士研究生,研究方向:構造地質、地球化學, jiachang0512@163.com

康志強,博士,副教授, zk99201@163.com。

吳佳昌,康志強,馮佐海,等.廣西大瑤山隆起區大村巖體年代學及地球化學特征[J].桂林理工大學學報，2015,35(4):747-755.

P597.3;P588.122

A