廣西大瑤山地區大王頂花崗閃長斑巖年代學和地球化學特征

葉 鳴,張青偉,胡華清,秦 亞,楊啟軍,白令安,康志強,張佳莉,高 攀

(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 541006;2.中國冶金地質總局 廣西地質勘察院,南寧 530022)

廣西大瑤山地區大王頂花崗閃長斑巖年代學和地球化學特征

葉 鳴1,張青偉1,胡華清2,秦 亞1,楊啟軍1,白令安1,康志強1,張佳莉1,高 攀1

(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 541006;2.中國冶金地質總局 廣西地質勘察院,南寧 530022)

大王頂巖體出露于桂東南大瑤山地區,位于揚子陸塊和華夏陸塊交匯的欽杭成礦帶西端,主要巖石類型為花崗閃長斑巖,巖石的LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結果為463±5.0 Ma,屬于加里東期巖漿活動產物。巖石地球化學研究表明：該巖體具有低硅、富鈉、弱過鋁質和鈣堿性特征,微量元素主要富集Th、U、La、Zr和Hf,虧損Ba、Sr、Ta、Nb、P、Ti。稀土總量為(68.75～167.17)×10-6,輕稀土富集(LREE/HREE和(La/Yb)N分別為3.62～10.08和2.80～9.81),具弱Eu負異常,δEu為0.54～0.82。結合其他相關地質資料綜合分析認為,大王頂花崗閃長斑巖為I型花崗巖,該巖體成因與其南側的云開地塊和北側桂滇-北越地塊拼貼碰撞有關。

花崗閃長斑巖;鋯石U-Pb年代學;地球化學特征;大王頂巖體;大瑤山；廣西

廣西大瑤山地區位于欽杭成礦帶西端(圖1), 大地構造位置處于揚子陸塊和華夏陸塊的交匯部位, 區內具有漫長的地質演化歷史, 巖漿活動強烈, 與區域成礦作用具有密切的關系, 長期受到地質學者的關注[1-9]。大王頂巖體位于大瑤山東部昭平縣灣島村, 與大王頂金礦具有密切的空間關系, 金礦體主要賦存于斑巖體中[10]。前人研究認為, 大王頂巖體花崗閃長斑巖的侵位, 為大王頂金礦的形成提供了重要的能量和物質基礎[10-12]。然而, 有關大王頂巖體的成因和成巖時代至今仍存在分歧, 尤其是成巖年齡方面：文獻[13]獲得鋯石U-Th-Pb年齡是465 Ma, 為中奧陶世;肖柳陽等[14]經LA-ICP-MS測得巖體年齡是436.1～436.4 Ma, 為早志留世。本文對大王頂花崗閃長斑巖進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學和巖石地球化學研究, 初步探究了該巖體的成因類型及形成構造環境, 期望能為區域花崗巖年代學格架及巖漿演化序列的建立提供資料。

1 地質概況及巖體特征

大王頂礦區地層主要為寒武系、泥盆系、白堊系和第四系：其中以寒武系中下統小內沖組及寒武系中上統黃洞口組分布最廣,主要為淺變質砂巖、粉砂巖、硅質巖、板巖、千枚巖及碳質頁巖,總厚度大于9 000 m。礦區主體褶皺構造為古袍-思孟復式向斜,軸向120°左右，向西傾伏。褶皺的北翼較為舒展開闊, 而南翼則較為緊閉, 并派生了數個次級褶皺。礦區內斷裂構造十分發育,

圖1 廣西大瑤山地區花崗巖類時空分布圖(a,據文獻[4,15-17]修改)、 大王頂礦區地質圖(b)及取樣位置圖(c)

幾乎各個方向的小斷層均有出現,但主要的成規模的有3組,即近東西向斷裂、北西向斷裂和北東向斷裂。

區域巖漿巖活動強烈而頻繁,主要為中、酸性侵入活動。區內地表出露的巖漿巖主要有一山嶺-大王沖巖體,大王頂巖體屬于其中一部分,巖石類型為花崗閃長斑巖(圖2)。花崗閃長斑巖具斑狀結構、塊狀構造,斑晶由斜長石(40%～45%)、石英(7%～12%)、黑云母(3%)組成。斜長石被絹云母、方解石、少量白云母不均勻取代,

圖2 大王頂花崗閃長斑巖的顯微照片(+)

少量有成分殘留,隱約可見聚片雙晶,大部分以假晶出現,大小0.5～4.5 mm;石英自形粒狀,大小0.5～6.5 mm,具熔蝕邊;黑云母鱗片狀,被白云母、方解石不均勻取代,析出磁鐵礦,以假晶出現。基質由長英礦物(45%)、少量暗色礦物組成,顆粒大小一般在0.1～0.3 mm,具顯微花崗結構,暗色礦物和大部分長石被絹-白云母、方解石取代。少量黃鐵礦呈星散充填基質中,少量方解石、石英微細脈穿插巖石。

2 樣品采集與測試方法

本文所有花崗巖樣品均采自鉆孔, 根據鉆孔分布并結合薄片鑒定結果, 自西向東選取ZK9501、 ZK7902、 ZK6307、 ZK4704、 ZK2308共5個鉆孔中的16件新鮮無風化的花崗閃長斑巖樣品(采集位置見圖1)用于巖石地球化學分析,同時對其中的ZJ-01進行了測年研究。鋯石的分選在河北省廊坊市誠信地質服務公司完成,用于鋯石測年的樣品首先經過常規的人工破碎，經重砂和電磁選分選,然后在雙目顯微鏡下挑純,選擇純度較好、晶型完好、沒有明顯裂隙和包裹體的鋯石樣品。鋯石的制靶、顯微圖像的采集以及U-Pb同位素測年分析在中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室完成。使用的ICP-MS型號為Agilent 7500a,激光剝蝕系統為美國Resonetics公司的Resolution M50深紫外(DUV)193 nm ArF準分子激光剝蝕儀。分析中采用的激光斑束直徑為31 μm,頻率為8 Hz。采用澳大利亞標準鋯石TEMORA作為外標校正,同位素比值數據處理采用ICPMSDatacal 8.7軟件[18]平滑方法進行,年齡計算采用Isoplot 3.00[19]進行,具體分析方法和步驟及普通鉛校正見文獻[20-21],Th/U值采用NIST610作為外標,Si作為內標進行計算得到。所得到的同位素比值年齡誤差為1σ。

在澳實礦物實驗室(廣州)采用X射線熒光光譜儀對樣品的主量元素進行分析,通過等離子質譜儀進行微量元素分析。

3 分析結果

3.1 測年結果

用于測年的樣品在透射光和反射光下鋯石顆粒較透明,局部半透明,內部裂紋不發育,多數鋯石晶型為柱狀、短柱狀自形-半自形,長為75～160 μm,晶面長寬比約為1.5～3。通過陰極發光圖像(圖3)可以看出, 鋯石顆粒內部具有較清晰的振蕩環帶結構, 且結合分析結果(表1), 鋯石Th/U值為0.12～0.24, 均大于0.1, 反映出巖漿結晶鋯石的特點。通過25個分析點的鋯石顆粒U-Pb年齡測定, 結合年齡諧和圖(圖4)與分析結果表來看, 測點ZJN-0101和ZJN-0113年齡結果偏離諧和圖線, 明顯高于其他測點, 推測其為殘留鋯石或巖漿侵位過程中捕獲的較老基底中的鋯石。 除此之外的23個點的數據在諧和圖上集中分布,206Pb/238U加權平均年齡為463.0±5.0 Ma(n=23,MSWD=0.009 6), 代表花崗閃長斑巖侵位年齡,表明大王頂花崗閃長斑巖巖體的侵位時代為中奧陶世。

圖3 大王頂花崗閃長斑巖(ZJN-01)鋯石陰極發光圖像

圖4 大王頂花崗閃長斑巖(ZJN-01)鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡諧和圖

表1 大王頂花崗閃長斑巖樣品(ZJN-01)LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分析結果

Table 1 LA-ICP-MS U-Pb data for zircons of Dawangding granodiorite porphyry

樣品ZJN-01wB/10-6ThUTh/U同位素比值207Pb/206Pb±1σ207Pb/235U±1σ206Pb/238U±1σ年齡/Ma207Pb/206Pb±1σ207Pb/235U±1σ206Pb/238U±1σ011016890.150.070420.002821.733090.068690.177270.00467941411021261052260227320520.130.055230.002030.571760.021020.074520.001994223945914463120348727730.180.054970.001850.568190.019780.074430.002074113645713463120448230160.160.054650.001710.565760.017930.074450.001943983245512463120550630120.170.054920.001580.566110.016910.074170.002014093045511461120637427480.140.054520.001460.563560.016380.074320.002083932945411462120752528520.180.054330.001520.561040.016400.074260.001983852945211462120850028100.180.054500.001660.562700.017920.074350.002043923245312462120923119890.120.056620.001910.587840.020110.074830.001994773546913465121046726640.180.055520.002030.574780.021530.074650.002024334046114464121164332830.200.057460.002080.594760.022090.074680.001995093947414464121256229850.190.055540.001940.573470.020160.074560.00196434374601346412131227390.170.071170.002551.648680.066770.166760.005249623898926994291431222180.140.056170.001900.580060.019620.074510.001934593546513463121540530560.130.055900.001890.579650.019580.074840.001964483546413465121640123030.170.056030.001940.577160.020180.074310.001984533646313462121764729300.220.057610.001890.592430.020510.074250.002135153447213462131830519250.160.055630.001810.575100.019480.074680.002104383446113464131929520770.140.056090.001850.578510.019180.074490.001994563446412463122060029950.200.056400.001880.582520.019990.074510.002004683546613463122154938440.140.056090.001860.577050.019430.074260.001974563446313462122249231450.160.056730.001860.587150.021130.074560.002154813646914464132357628920.200.055940.001830.574810.019250.074140.001984503446112461122439820260.200.058740.002000.606000.021260.074390.002005583648113463122584035210.240.060830.002210.630300.023130.074760.00199633384961446512

3.2 巖石地球化學分析

大王頂花崗閃長斑巖的主量元素、微量和稀土元素分析結果見表2。

表2 大王頂花崗閃長斑巖主量元素(wB/%)和稀土及微量元素(wB/10-6)分析結果及參數

3.2.1 主量元素特征 花崗閃長斑巖的SiO2含量為61.50%～70.10%,Na2O和K2O含量分別為2.94%～6.64%和0.95%～3.02%,Na2O+K2O為4.78%～6.69%,K2O/Na2O值為0.14～0.88,相對富鈉。在侵入巖的TAS圖解中基本落入花崗閃長巖區域(圖5)。在SiO2-K2O圖解上(圖6a),K2O總體上與SiO2含量增加不成線性關系,但均投在鈣堿性系列區域和高鉀鈣堿性區域,以鈣堿性為主,而里特曼指數σ值為0.89～2.66,證明該巖體屬于鈣堿性系列。Al2O3的含量為13.85%～15.50%,CaO為0.44%～3.57%,MgO含量變化范圍是1.16%～4.13%,TiO2含量為0.24%～0.45%,P2O5的含量范圍是0.09%～0.15%。A/NK的值范圍為1.19～2.03,A/CNK為0.83～1.82。在A/CNK-A/NK圖解(圖6b),該巖體巖石屬于準鋁質-弱過鋁質,大多數以弱過鋁質為主。

圖5 大王頂花崗閃長斑巖TAS圖解

圖6 SiO2-K2O圖解(a,仿文獻[22])和A/CNK-A/NK圖解(b,仿文獻[23])

總而言之,大王頂花崗閃長斑巖具低硅、富鈉、弱過鋁質、鈣堿性的特點。

3.2.2 微量元素及稀土元素特征 在大王頂巖體微量元素原始地幔標準化蛛網圖上(圖7), 巖石相對富集Th、 U、 La、 Zr、 Hf等高場強元素(HFSE), 虧損Ba、 Sr等大離子親石元素(LILE)和Ta、 Nb、 P、 Ti等高場強元素。

花崗閃長斑巖ΣREE變化范圍為(68.75～167.17)×10-6, LREE/HREE介于3.62～10.08, (La/Yb)N值為2.80～9.81, 輕重稀土分餾非常明顯。 在稀土元素球粒隕石標準化配分型式圖上(圖8)表現為明顯右傾斜形式的輕稀土富集型。 巖體中δEu為0.54～0.82, 具弱負Eu異常。

4 討 論

4.1 大王頂花崗閃長斑巖巖石成因類型

從物質來源角度可將花崗巖分為I型、S型、A型和M型4種成因類型,其中：I型花崗巖為未經風化的火成巖熔融形成的巖漿產物;S型花崗巖是經過風化的沉積巖熔融形成的巖漿產物;A型花崗巖為地幔玄武巖漿演化, 或玄武巖漿上升后與地殼混染或虧損地殼熔融的產物; M型花崗巖為地幔和地殼的混合型,包括產于不成熟島弧的侵入花崗巖和洋殼型蛇綠巖套中的斜長花崗巖, 以及洋島玄武巖中的花崗巖。

圖7 微量元素原始地幔標準化蛛網圖(原始地幔值標準化值引自文獻[24])

圖8 稀土元素球粒隕石配分模式化圖(球粒隕石標準化值引自文獻[24])

大王頂花崗閃長斑巖屬于鈣堿性-高鉀鈣堿性系列,不同于拉斑巖漿系列,顯然不可能為M型花崗巖;高場強元素Nb、Ta、Ti相對虧損表明其也不屬于A型花崗巖[25]。I型花崗巖一般常具弱負Eu異常,S型具明顯負Eu異常[26]。大王頂花崗閃長斑巖的弱負Eu異常和低硅、富鈉、弱過鋁質以及微量元素的特征與鄰區社垌等I型花崗閃長斑巖非常類似[27],在K2O-Na2O圖解(圖9a)和SiO2-Zr圖解(圖9b)中,樣品也幾乎全部落入I型花崗巖類區域,初步表明大王頂花崗閃長斑巖為I型花崗巖。

特征礦物方面,本文樣品中既沒有見到角閃石也沒有發現堇青石,但近年來的研究表明,P2O5、Th、Ba、Rb等可能是判斷I/S兩類花崗巖較為可靠的標志[28]。本文花崗閃長斑巖SiO2含量在61.5%～70.1%,而且明顯虧損Ba、Sr、Ta、Nb、P、Ti、Eu等元素,暗示母巖漿經過了明顯的分離結晶作用。P的強烈虧損指示發生了磷灰石的分離結晶;Eu、Sr、Ba的虧損與斜長石或鉀長石的分離結晶作用有關;Nb、Ta、Ti的虧損則指示富鈦礦物相的分離(鈦鐵礦或金紅石)[29](圖10a)。此外,本文所有樣品的P2O5含量都較低(<0.15%),而且與SiO2呈明顯的負相關關系(圖10b),與I型花崗巖演化趨勢一致,證實大王頂花崗閃長斑巖為I型花崗巖。

圖9 K2O-Na2O圖解(a)和SiO2-Zr圖解(b)

圖10 SiO2-TiO2圖解(a)和SiO2-P2O5圖解(b)

4.2 巖體形成構造環境分析

大王頂巖體所有樣品在Y-Nb圖解(圖11a)和(Y+Nb)-Rb圖解(圖11b)中均分布在火山弧和同碰撞花崗巖區,在R1-R2構造環境判別圖解(圖12)中主要分布在同碰撞區與板塊碰撞前區,在Hf-Rb-Ta圖解(圖13)中分布在碰撞后與火山弧區域,可以看出大王頂花崗閃長斑巖是碰撞擠壓環境下巖漿作用的產物。結合大瑤山地區大地構造背景,即從晚寒武—早奧陶世,云開地塊由南向北與桂滇-北越地塊發生碰撞,與此同時二者共同向北運動,桂滇-北越地塊便開始與揚子地塊發生碰撞;從晚奧陶世,華夏地塊開始與揚子地塊發生碰撞擠壓作用[33-34],可推測形成于中奧陶世的大王頂巖體,最有可能的成因是南側的云開地塊與北側的桂滇-北越地塊的拼貼碰撞作用。

圖11 Y-Nb圖解(a)和(Y+Nb)-Rb圖解(b)(仿文獻[30])

圖12 R1-R2構造環境判別圖解(仿文獻[31])

圖13 Hf-Rb-Ta圖解(仿文獻[32])

5 結 論

(1)大王頂花崗閃長斑巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為463±5.0 Ma,表明該花崗巖體形成于中奧陶世。

(2)花崗閃長斑巖表現為低硅、富鈉、弱過鋁質,鈣堿性;具有輕稀土富集、輕重稀土分餾明顯,弱負Eu異常， Th、U、La、Zr、Hf等元素富集,Ba、Sr、Ta、Nb、P、Ti虧損的特點。

(3)大王頂巖體屬于加里東期I型花崗巖,其形成可能與其南側云開地塊和北側桂滇-北越地塊的拼貼碰撞有關。

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Chronology and geochemical characteristics of granodiorite porphyry of Dawangding rockmass in Dayaoshan area,Guangxi

YE Ming1,ZHANG Qing-wei1, HU Hua-qing2, QIN Ya1, YANG Qi-jun1,BAI Ling-an1, KANG Zhi-qiang1, ZHANG Jia-li1, GAO Pan1

(1.a.College of Earth Sciences; b.Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Deposits Exploration, Guilin University of Technology, Guilin 541006, China; 2.Guangxi Institute of Geological Exploration,China Metallurgical Geology Bureau, Nanning 530022,China)

Dawangding rockmass, at the southeast of Dayaoshan uplift area, is located in western Qin-Hang metallogenic belt that separates the Yangtze block and Cathaysian block, and its main rock type is granodiorite porphyry. U-Pb age determinations of zircon by LA-ICP-MS dating yield 463±5.0 Ma, suggests that this granite formed during Caledonian period. In geochemistry, granodiorite-porphyry exhibits dominantly characteristics of low Si, high Na, weak peraluminous and calc-alkaline. Trace elements analyses show relative enrichment of Th, U, La, Zr, Hf and depletion of Ba, Sr, Ta, Nb, P, Ti. The ΣREE has the range of (68.75-167.17)×10-6, enrichment of LREE (LREE/HREE=3.62-10.08, (La/Yb)N=2.80-9.81), weakly Eu depletion (δEu=0.54-0.82). It also shows that the granodiorite-porphyry is identified as I-type. According to correlative geological data, the causes of the granodiorite-porphyry relate to the collision from the south side of Yunkai block and the north side of Guidian-Beiyue block.

granodiorite porphyry; zircon U-Pb geochronology; geochemical characteristics; Dawangding rockmass; Dayaoshan area;Guangxi

1674-9057(2015)04-0756-10

10.3969/j.issn.1674-9057.2015.04.013

2015-05-12

國家自然科學基金項目(41162005; 41463001;41572191); 中國地質調查局整裝勘查項目(12120114052501); 廣西自然科學基金項目(2014GXNSFBA118230; 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); 廣西高校科研項目(YB2014155)

葉 鳴(1992—),男,碩士研究生,礦產普查與勘探專業,604387492@qq.com。

張青偉,博士,副教授,qingweizhang@glut.edu.cn。

葉鳴,張青偉,胡華清,等.廣西大瑤山地區大王頂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.

P597.3；P588.13

A