广西德保铜矿钦甲岩体Hf同位素特征及其对壳幔相互作用的指示

王永磊，张长青，王成辉，侯可军

(中国地质科学院矿产资源研究所，国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京100037)

广西德保铜矿钦甲岩体Hf同位素特征及其对壳幔相互作用的指示

王永磊，张长青，王成辉，侯可军

(中国地质科学院矿产资源研究所，国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京100037)

对广西德保铜矿钦甲岩体不同单元中的锆石进行了Hf同位素的研究，结果表明，钦甲岩体中锆石εHf(t)值变化范围为－17.0～+7.8，Hf同位素两阶段模式年龄(tDMC)范围为0.93～2.49 Ga，峰值为1.3～1.6 Ga，表明它们的岩浆源区主要以中元古代地壳物质为主，同时在成岩过程中有地幔组分的参与，属壳幔混源花岗岩，推测钦甲岩体可能形成于岩石圈伸展的壳幔混合作用环境。华南地区加里东期花岗岩中锆石Hf同位素特征，表明岩浆形成过程中具有明显的地幔物质加入，暗示华南地区在早古生代发生过强烈的壳幔相互作用。

加里东期;Hf同位素;钦甲岩体;壳幔相互作用

Lu-Hf同位素体系是一种类似Sm-Nd体系的研究壳幔演化和相互作用的示踪工具(Vervoort and Blichert-Toft，1999)，而锆石具有高的Hf含量和低的176Hf/177Hf比值(通常小于0.002)，其176Hf/177Hf同位素比值演化类似“普通Hf”。近年来，锆石Hf同位素示踪研究越来越受到人们的重视(Vervoort et al.，1996;Griffin et al.，2002)。结合SHRIMP锆石U-Pb年代学及激光剥蚀多接收器等离子体质谱技术(LA-MC-ICP-MS)，研究者可获得精确的锆石U-Pb年龄，并实现其原位微区176Lu/177Hf和176Hf/177Hf比值分析，进而判别岩浆形成过程中的物源及热源区，有助于为成因机制的研究提供新的制约。

华南花岗岩研究历史悠久，积累了大量的地质资料和科研成果，但与华南燕山期花岗岩研究程度相比，对华南加里东期花岗岩类的研究依然较为薄弱，有关加里东期花岗岩Hf同位素的报道也较少(曾雯等，2008;王彦斌等，2010;张爱梅等，2010，2011)，从而限制了对华南构造框架、动力学性质和地质演化的更完整认识(周新民，2003;王鹤年和周丽娅，2006)。钦甲岩体是华南地区加里东期的代表性花岗岩体，本文利用Hf同位素组成对其成因进行研究，也为进一步讨论桂西南地区花岗岩的岩浆源区及其成因过程，进而为剖析华南地区加里东期大地构造演化提供Hf同位素依据。

1 岩体地质与岩相学特征

钦甲岩体位于桂西德保和靖西等县市交界处，出露面积达45 km2。岩体侵位于寒武纪地层中，两者呈明显的侵入接触，岩体与围岩接触面波状起伏，向四周倾斜。前人依据岩石中矿物组分和结构及矿物结晶程度、颗粒大小等特征，将出露岩体划分为3个相带:即内部相、过渡相及边缘相，各相带间为逐渐过渡关系(图1)，其内部相主要由中粗粒斑状黑云母花岗岩和粗－中粒花岗岩组成，过渡相由细－中粒花岗岩和细－中粒斑状黑云母花岗岩组成，而边缘相则由细粒花岗岩和细粒斑状黑云母花岗岩组成。1/20万区调资料将它划归中生代岩浆岩①地质部广西壮族自治区地质局.1968.1/20万靖西幅区域地质测量报告书.，而20世纪80年代以来，多种同位素定年方法(黑云母K-Ar法、全岩Rb-Sr法、锆石U-Pb法)的结果为221～526 Ma不等②广西壮族自治区地质矿产局.1985.广西壮族自治区区域地质志.(图1)，笔者利用锆石激光剥蚀等离子体分析技术(LA-ICP-MS)进行锆石U-Pb同位素精确定年，获得钦甲岩体不同单元的成岩时代为412.4～442.4 Ma(王永磊等，2011)。

本次研究采集到三种岩相的岩石标本，分别为中粗粒黑云角闪花岗岩(G-1)、斑状黑云母花岗岩(6650-5)及黑云钾长花岗岩(8498-11)，采集地点如图1所示，其中样品G-1采于钦甲花岗岩体中心部位，坐标为北纬23°05'47.8″，东经106°38'46.2″。标本灰白色，花岗结构，主要由石英、斜长石、钾长石、角闪石及少量黑云母组成。样品6650-5采于钦甲花岗岩体北部德保铜锡矿区VI号矿段612中段的隐伏岩体，标本灰白色，似斑状结构，斑晶主要为石英、斜长石，少量碱性长石，其中部分斜长石发生绢云母化蚀变。基质为显微晶质结构，主要有石英、斜长石，少量碱性长石及黑云母。样品8498-11采于德保铜锡矿区VIII号矿段498中段的隐伏岩体，标本呈肉红色，矿物组成主要为石英、钾长石、斜长石和少量的黑云母。野外未能明显观察到三者的地质接触关系。

2 样品及分析测试方法

在双目镜下挑选无包体、裂痕少、透明度高的锆石作为测试样品，将待测锆石嵌置于环氧树脂之中，进行抛磨至最大面露出，然后进行透射光与反射光观察并拍照，喷金后在中国地质科学院矿产资源研究所电子探针实验室拍摄阴极发光与背散射照片，最后选择无裂痕、无包体的位置作为测试点。

图1 钦甲花岗岩体地质简图(据广西第二地质队③修编)Fig.1 Geological sketch map of the Qinjia granite pluton

锆石Hf同位素测试是在中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室Neptune多接收等离子质谱和Newwave UP213紫外激光剥蚀系统(LA-MC-ICP-MS)上进行的，实验过程中采用He作为剥蚀物质载气，根据锆石大小，剥蚀直径采用55μm，测定时使用锆石国际标样GJ1和Plesovice作为参考物质，分析点与U-Pb定年分析点为同一位置。相关仪器运行条件及详细分析流程见侯可军等(2007)。分析过程中锆石标准GJ1和Plesovice的176Hf/177Hf测试加权平均值分别为0.282007±0.000007(2σ，n=36)和0.282476±0.000004(2σ，n=27)，与文献报道值(侯可军等，2007;Morel et al.，2008;Sláma et al.，2008)在误差范围内完全一致。176Lu的衰变常数采用1.867×10－11a－1(Scherer et al.，2001)，εHf和Hf模式年龄计算中采用球粒陨石和亏损地幔的176Hf/177Hf比值分别为0.282772和0.28325(Blichert-Toft et al.，1997)，二阶段模式年龄计算中采用平均地壳的fcc为－0.55(Griffin et al.，2002)。

3 分析结果

钦甲岩体的Hf同位素分析结果如表1所示。测试结果表明，钦甲岩体样品G-1的20粒锆石的176Yb/177Hf和176Lu/177Hf比值范围分别为0.041857～0.122859和0.000947～0.003515，样品6650-5的21粒锆石的176Yb/177Hf和176Lu/177Hf比值范围分别为0.041730～0.167616和0.001304～0.004907，样品8498-11的20粒锆石的176Yb/177Hf和176Lu/177Hf比值范围分别为0.047363～0.1662374和0.001003～0.004548，绝大部分的176Lu/177Hf比值非常接近或小于0.002，表明这些锆石在形成之后，仅具有较少的放射成因Hf的积累。

样品8498-11的20粒锆石的εHf(t)值为－10.7～+4.9，单阶段模式年龄(tDM)变化范围为0.88～1.49 Ga，两阶段模式年龄(tDMC)变化范围为1.09～2.08 Ga。样品G-1的20粒锆石的εHf(t)值为－4.9～+2.9，单阶段模式年龄(tDM)变化范围为0.95～1.26 Ga，两阶段模式年龄(tDMC)变化范围为1.24～1.73 Ga。样品6650-5的21粒锆石的εHf(t)值为－17.0～+7.8，单阶段模式年龄(tDM)变化范围为0.75～1.87 Ga，两阶段模式年龄(tDMC)变化范围为0.93～2.49 Ga，其变化范围明显高于数据测试过程中所引起的变化范围(表1)。因此，该岩体样品很可能具有不均一的锆石Hf同位素组成，也显示较宽的Hf同位素地壳模式年龄(tDMC=0.93～2.49 Ga)。

表1 钦甲岩体锆石Hf同位素分析结果Table 1 Zircon H f isotope com position of the Qinjia granites

(续表1)

4 讨论

由于锆石是一种非常稳定的矿物，封闭温度高，可以容纳大量的Hf，而排斥放射性母体Lu，在其形成后Hf同位素组成基本不变，很少受到后期岩浆热事件的影响，即使在麻粒岩相等高级变质条件下，所测样品的176Hf/177Hf基本可以代表其形成时体系的Hf同位素组成(Amelin et al.，1999;吴福元等，2007)，而已有的Hf同位素研究表明，εHf(t)＜0的岩石主要为地壳物质部分熔融的产物(Vervoort et al.，2000;Griffin et al.，2004)。

钦甲岩体的Hf同位素组成不均一，变化较大，εHf(t)值为－11.1～+7.8，具有宽泛的变化范围，变化幅度达19个ε单位，这一特点说明其源区不可能由单一组分构成，至少应存在两种具有明显不同εHf(t)值的岩浆参与成岩过程，显示其多来源的特征。在Hf同位素组成图解上(图2)，εHf(t)值变化范围很大，既有正值，也有负值，表明扬子板块在这一时期的岩浆活动既有古老地壳物质的重熔，也有幔源物质的加入。加里东运动作为一次强烈而广泛发育的地壳运动，在华南形成了大量的花岗岩，这一时期花岗岩多具有宽泛的εHf(t)值变化范围(图2)，其演化趋势既不同于地壳物质演化趋势，也不平行于亏损地幔演化线，这些特征显示了成岩过程中可能发生了幔源物质的混入，而这些锆石εHf(t)值的变化则是由幔源组分不断加入引起的。

图2 钦甲岩体锆石εHf(t)－Age相关图解Fig.2 Diagram ofεHf(t)vs zircon age for the Qinjia granites

华南地区加里东期花岗岩Hf同位素模式年龄范围为0.8～2.6 Ga，主要集中在1.2～2.2 Ga(图3)，与区域上华南加里东期花岗岩获得的Nd同位素tDM模式年龄(2.0～1.6 Ga)基本一致(周新民，2003;Chen and Jahn，1998)，反映华南加里东期花岗岩源区以早中元古代基底物质为主。与华夏板块的加里东期花岗岩相比，钦甲岩体的锆石Hf同位素模式年龄范围为1.09～2.49 Ga，主要集中在1.2～1.6 Ga，表明该岩体源区主要来自中元古代地壳物质，而一些学者根据全岩的Nd模式年龄也曾得出华南一些花岗岩由中元古代地壳物质部分熔融形成(王德滋和沈渭州，2003;沈渭州等，1999;洪大卫等，1999)。

图3 钦甲岩体地壳模式年龄(tDMC)柱状图Fig.3 Histogram of tDMCfor the Qinjia granites

综上所述，钦甲岩体的εHf(t)值的变化范围较大，绝大部分投影点介于亏损地幔线和下地壳演化线之间，靠近球粒陨石Hf同位素演化线的一侧，表明它们的源区应存在有相当比例的来自亏损地幔的物质，同时古老地壳物质的贡献也是很明显的，这也得到了它们的两阶段Hf模式年龄(1.3～1.6 Ga)的支持，同时也说明熔融的地壳物质主要为中元古代地壳，反映钦甲花岗岩体主要来源于地壳物质的重熔作用，并有亏损地幔物质参与。究其动力学机制，一般认为，从中奥陶世开始，华夏板块向北俯冲，导致了加里东期的碰撞，中国南方的构造性质逐渐转为挤压(刘宝珺等，1990)，陈懋弘等(2006)也认为加里东期华夏板块由南东逐渐向北西扬子板块靠拢，而滇黔桂区域呈北东－南西向展布的大致沿柳州至南宁一线的走滑板块边界，演变为碰撞板块边界(梅冥相等，2005)，随着俯冲碰撞的进行，区域应力场渐变，构造体质发生转折，挤压褶皱向拉伸引张转换，大陆岩石圈伸展，软流圈地幔上涌，地壳岩石重熔，壳幔岩浆混合形成了钦甲岩体，而壳幔相互作用是华南地区加里东运动的一个重要方面(于津海等，2005;王彦斌等，2010)。

5 结论

(1)钦甲岩体不同单元的锆石εHf(t)值在－17.0～7.8之间，峰值在－6.5左右，位于亏损地幔线和下地壳演化线之间靠近球粒陨石Hf同位素演化线的一侧，说明钦甲岩体形成时有地幔物质参与了成岩过程，可能形成于岩石圈伸展的壳幔混合作用环境。

(2)与华夏板块的加里东期花岗岩相比，钦甲岩体的锆石Hf二阶段模式年龄为0.93～2.49 Ga，峰值为1.2～1.6 Ga，暗示中元古代地壳物质的部分熔融参与了钦甲岩体的成岩过程，而华夏板块的加里东期花岗岩源区则主要来自早元古代地壳物质。

(3)华南地区在早古生代发生过强烈的壳幔相互作用，这一时期广泛的花岗质岩浆活动可能与幔源物质的加入密切相关，尤其是加里东期岩浆岩受到了大量地幔物质的混染。

陈懋弘，梁金城，张桂林，李文杰，潘罗忠，李容森.2006.桂北－桂东加里东期盆地构造沉降史分析.大地构造与成矿学，30(1):9－17.

洪大卫，谢锡林，张季生.1999.从花岗岩的Sm-Nd同位素探讨华南中下地壳的组成、性质和演化.高校地质学报，5(4):361－371.

侯可军，李延河，邹天人，曲晓明，石玉若，谢桂青.2007.LAMC-ICP-MS锆石Hf同位素的分析方法及地质应用.岩石学报，23(10):2595－2604.

刘宝珺，周名魁，王汝植.1990.中国南方早古生代古地理轮廓与构造演化.中国地质科学院院报，20:97－98.

梅冥相，马永生，邓军，李浩，郑宽兵.2005.加里东运动构造古地理及滇黔桂盆地的形成——兼论滇黔桂盆地深层油气勘探潜力.地学前缘，12(3):227－236.

沈渭州，凌洪飞，李武显，黄小龙，王德滋.1999.中国东南部花岗岩类Nd-Sr同位素研究.高校地质学报，5(1):22－32.

王德滋，沈渭州.2003.中国东南部花岗岩成因与地壳演化.地学前缘，10(3):209－220.

王鹤年，周丽娅.2006.华南地质构造的再认识.高校地质学报，12(4):457－465.

王彦斌，王登红，韩娟，陈郑辉，王清利.2010.湖南益将稀土－钪矿的石英闪长岩锆石U-Pb定年和Hf同位素特征:湘南加里东期岩浆活动的年代学证据.中国地质，37(4):1062－1070.

王永磊，王登红，张长青，侯可军，王成辉.2011.广西钦甲花岗岩体单颗粒锆石LA-ICP-MS U-Pb定年及其地质意义.地质学报，85(4):475－481

吴福元，李献华，郑永飞，高山.2007.Lu-Hf同位素体系及其岩石学应用.岩石学报，23(2):185－220.

于津海，周新民，Y.S.O'Reilly，赵蕾，W.L.Griffin，王汝成，王丽娟，陈小明.2005.南岭东段基底麻粒岩相变质岩的形成时代和原岩性质:锆石的U-Pb-Hf同位素研究.科学通报，50(16):1758－1767.

曾雯，张利，周汉文，钟增球，向华，刘锐，靳松，吕新前，李春忠.2008.华夏地块古元古代基底的加里东期再造:锆石U-Pb年龄、Hf同位素和微量元素制约.科学通报，53(3):335－344.

张爱梅，王岳军，范蔚茗，张菲菲，张玉芝.2010.闽西南清流地区加里东期花岗岩锆石U-Pb年代学及Hf同位素组成研究.大地构造与成矿学，34(3):408－418.

张爱梅，王岳军，范蔚茗，张菲菲，张玉芝.2011.福建武平地区桃溪群混合岩U-Pb定年及其H f同位素组成:对桃溪群时代及郁南运动的约束.大地构造与成矿学，35(1):64－72.

周新民.2003.对华南花岗岩研究的若干思考.高校地质学报，9(4):556－565.

Amelin Y，Lee D C，Halliday A N and Pidgeon R T.1999.Nature of the Earth's earliest crust from hafnium isotopes in single detrital zircons.Nature，399:252－255.

Blichert-Toft J，Chauvel C and Albarede F.1997.Separation of Hf and Lu for high-precision isotope analysis of rock samples by magnetic sectormultiple collector ICP-MS.Contributions to Mineralogy and Petrology，217:248－260.

Chen JF and Jahn BM.1998.Crustal evolution of southeastern China:Nd and Sr evidence.Tectonphysics，284:101－133.

Griffin W L，Wang X，Jackson S E，Pearson N J，O'Reilly S Y，Xu X S and Zhou X M.2002.Zircon chemistry and magmamixing SE China:In-situ analysis of H f isotopes，Tonglu and Pingtan igneous complexes.Lithos，61:237－269.

Griffin W L，Belousova E A，Shee SR，Pearson N J and O'Reilly SY.2004.Archean crustal evolution in the northern Yilgarn Craton:U-Pb and Hf-isotope evidence from detritalzircons.Precambrian Res，131:231－282.

Morel M L A，Nebel O，Nebel-Jacobsen Y J，Miller J S and Vroon P Z.2008.Hafnium isotope characterization of the GJ-1 zircon reference material by solution and laser-ablation MC-ICPMS.Chemical Geology，255:231－235.

Scherer E，Munker C and Mezger K.2001.Calibration of the lutetium-hafnium clock.Science，293:683－687.

Sláma J，Kosler J，Condon D J，Crowley JL，Gerdes A，Hanchar JM，Horst wood M S A，Morris G A，Nasdala L，Norberg N，Schaltegger U，Schoene B，Tubrett M N and Whitehouse M J.2008.Plesovice zircon-A new natural reference material for U-Pb and Hf isotopic microanalysis.Chemical Geology，249:1－35.

Vervoort J D，Pachett P J，Gehrels G E and Nutman A P.1996.Constraints on early Earth differentiation from hafnium and neodymium isotopes.Nature，379:624－627.

Vervoort JD and Blichert-Toft J.1999.Evolution of the depleted Myrntle:Hf isotope evidence from juvenile rocks through time.Geochim Cosmochim Acta，63:533－556.

Vervoort JD，Patchett P J，Albarede F，Blichert-Toft J，Rudnick R and Downes H.2000.Hf-Nd isotopic evolution of the lower crust.Earth Planet Sci Lett，181:115－129.

Abstract:Zircon Hf isotopic composition analyses of the Qinjia granites from the Debao Cu deposit，Guangxi，exhibit theεHf(t)values of－17.0～+7.8 and two-stagemodel ages(tDMC)ranging from 0.93 Ga to 2.49 Ga，with 1.3 Ga to 1.6 Ga for the peak value，indicating that the magma was mainly sourced from the Mesoproterozoic continental crust of the South China Block.Variable εHf(t)values(－17.0 to+7.8)of the Qinjia granites suggest that the magmas were derived from isotopically heterogeneous sources and were formed under lithospheric extensional tectonic background.Zircon Hf isotope compositions of the Caledonian granitoids in South China suggest that the mantle participation through crust-mantle interaction in Early Paleozoic.

Keywords:Caledonian;Hf isotopic composition;Qinjia granites;crust-mantle interaction

H f Isotopic Com position of the Qinjia Granites from the Debao Cu Deposit，Guangxi:Implications for Crust－M antle Interaction

WANG Yonglei，ZHANG Changqing，WANG Chenghui and HOU Kejun
(MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment，Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China)

P597

A

1001-1552(2012)03-0377-007

2012－01－09;改回日期:2012－04－22

项目资助:中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(项目编号:K0907)、全国危机矿山接替资源找矿项目“桂东－粤西地区铅锌金等矿床成矿规律总结研究”(项目编号:20089946)及深部探测项目(项目编号:Sinoprobe-03-01)联合资助。

王永磊(1980－)，男，副研究员，主要从事矿床学研究。Email:yongleiw@163.com

③广西第二地质队.1984.广西壮族自治区德保县钦甲铜锡矿地质研究.