武夷山南段新元古代花岗质片麻岩的发现及其地质特征

黄家龙

(福建省地质调查研究院，福州，350013)

1 地质背景及研究目的

武夷山南段长汀胡寨地区变质岩系的岩石划分及形成时代，目前还是一个较有争议的地质问题。20世纪70年代之前该区变质岩系未作系统研究。1970年完成的1∶20万长汀县幅区域地质调查，对该区变质岩系进行系统的调查，认为胡寨地区变质岩系岩性以变粒岩为主，偶夹条痕状或眼球状混合岩，引入湖南、湖北峡东的地层名称，将其划属前震旦系板溪群中亚群；并认为混合岩形成时代为雪峰期，推断其为副变质产物。1979年福建省区域地层表将闽西南前寒武系浅变质岩重新建立了地方性地层名称，把该区变质岩系划为楼子坝群，时代定为前震旦纪。1994年福建省新建岩石地层单位将闽西南(包括胡寨地区变质岩系)楼子坝群中深变质岩相划为桃溪组，时代改为前震旦纪[1]。2002年完成的1∶25万瑞金市幅区域地质调查将该区变质岩系解体为2套岩石单位，其一原岩面貌清楚，花岗岩的结构尚有残留，认为是志留纪二长花岗岩强变形变质的结果；其二由副变质的变粒岩、片岩组成，则划归楼子坝组。虽然不同年代的地质学者对胡寨地区变质岩系的认识得到了不断的提高，但对其原岩特征及形成的地质时代等均未进行详细研究。

1∶5万长汀县等4幅区域地质调查项目的工作，对长汀胡寨地区的变质岩系进行详细的调研，从该区变质岩系中新解体出一套古老的侵入体，仍保存有花岗岩的块状外貌，部分结构特征也多有残存，岩性由片麻岩、变粒岩及糜棱岩化花岗岩等组成。在野外实地调研的基础上，采集了各种测试分析样品，在对成果资料系统整理研究，确定其为花岗质片麻岩，属酸性深成岩体经受强烈变形与变质作用的产物，同位素测年成果表明其成岩时代为新元古代，故命名为胡寨新元古代花岗质片麻岩(gnPt3)。侵入岩的形成常常和一些重大地质构造事件相关。古老侵入体的研究是武夷山南段地质研究的重要课题，涉及闽西南地区地壳的增生、演变，矿产和各地质时期的地球动力学模型。笔者通过对长汀胡寨地区新发现的花岗质片麻岩的岩石学、地球化学特征的研究，恢复岩石的原岩，进而探讨侵入体的形成时代、形成构造环境等，以期对武夷山南段构造运动及地壳发展演化提供新依据。

2 地质概况

胡寨花岗质片麻岩产于光泽—武平北北东向断裂带中，南平—宁化构造岩浆带南缘，主要分布于长汀南部胡寨、林田、戴面等地，主要呈北北东向长条带状展布，多以岩株或岩瘤形式侵入到新元古代中，出露面积约14.8 km2(图1)。花岗质片麻岩体的东北侧被早侏罗世梨山组滑覆覆盖，东南侧被晚侏罗世正长花岗岩侵入破坏。其主要岩性有灰白、浅肉红色黑云二长片麻岩、(含黑云)斜长变粒岩、(含黑云)二长变粒岩、白云钾长变粒岩、糜棱岩化黑云(二长)花岗岩，原岩为二长花岗岩、正长花岗岩类。花岗质片麻岩体中构造变形较强烈，普遍发育有片麻状构造、条纹(带)状构造，但局部地段变形较弱，仅具弱片麻状构造，岩石面貌基本保留着原岩的结构构造。片麻岩体中透入性片麻理发育，且与围岩片理产状基本一致。

胡寨片麻岩体内见有规模大小不等的围岩捕虏体，岩性为二云石英片岩、白云石英片岩及黑云斜长变粒岩。捕虏体形态呈透镜状、长条状或椭圆状，其长轴与片麻岩体的构造片理方向较为一致。片麻岩体与围岩(或者捕虏体)二者界线截然，呈明显侵入关系，且片麻理大多数切过二者界线，而与区域变质岩片理产状一致，说明片麻岩体就位后与围岩一起卷入区域变质变形作用。

3 岩石学特征

胡寨新元古代花岗质片麻岩体的岩性为灰白、浅肉红色黑云二长片麻岩、(含黑云)斜长变粒岩、(含黑云)二长变粒岩、白云钾长变粒岩、糜棱岩化黑云(二长)花岗岩。以变粒岩为主，片麻岩次之，糜棱岩化花岗岩较少。

糜棱岩化花岗岩类：主要岩性见有灰白色糜棱岩化黑云二长花岗岩、糜棱岩化黑云花岗岩，呈糜棱结构，透镜状构造(照片1)。原岩为黑云母花岗岩类，岩石中原岩的结构、构造基本消失，矿物已形变破碎，形成糜棱基质(70%～80%)和碎斑(20%～30%)。碎斑成分为钾长石、斜长石，碎斑直径为0.5～15 mm，呈透镜状，长轴定向排列。糜棱基质已重结晶形成新生矿物石英(22%～24%)、钾长石(40%～60%)、斜长石(10%～32%)、黑云母(6%～8%)，粒径为0.1～1 mm。部分钾长石碎斑具格子状双晶，斜长石碎斑具聚片双晶。

变粒岩类：岩性主要有浅肉红色、灰白色(含黑云)二长变粒岩、(含黑云)斜长变粒岩，岩石呈粒状变晶结构、片状变晶结构，造岩矿物由石英(25%～45%)、斜长石(25%～52%)、钾长石(9%～45%)、黑云母(1%～15%)等组成，分布均匀，长轴定向排列，粒径多数为0.1～0.8 mm，少量为1.2～1.5 mm。少数岩石中长石类矿物以钾长石为主，云母类矿物以白云母为主，岩石则过渡为白云钾长变粒岩。部分斜长石发育有聚片双晶，钾长石则发育格子状双晶。

片麻岩类：常见岩性有灰白色黑云二长片麻岩，呈粒状变晶结构、片状变晶结构，造岩矿物由石英(20%)、斜长石(52%)、钾长石(20%)、黑云母(8%)组成，粒径在0.1～2.5 mm，且以1～2 mm为主，矿物长轴具定向排列。斜长石多具聚片双晶、卡纳复合双晶；钾长石具格子状双晶。

4 岩石化学特征

胡寨花岗质片麻岩的岩石化学成分特征(表1)，SiO2含量为68.08%～73.43%，Na2O为1.77%～4.59%，K2O为2.50%～5.39%，Al2O3为13.07%～14.30%，CaO为0.56%～0.71%，反映了酸性岩浆岩的岩石化学特征。岩石平均化学成分与世界花岗岩平均化学成分相当，仅CaO偏低、Fe2O3和FeO稍微偏高。DF值多在(0.47～2.51)>0(糜棱岩化黑云二长花岗岩为-0.66)，在尼格里四面体图解中都落入火成岩区，其原岩为酸性侵入岩。在R1-R2岩浆岩分类图解中投入正长花岗岩区；在奥康诺CIPW标准分子An-Ab-Qr分类图解中投入花岗岩区；在QAP分类图解中，白云钾长变粒岩、糜棱岩黑云二长花岗岩投入正长花岗岩区，含黑云二长变粒岩、黑云二长变粒岩落在二长花岗岩区，反映胡寨花岗质片麻岩的原岩属二长-正长花岗岩系列。里特曼指数(σ)值为1.26～2.37，属钙性-钙碱性岩系；Al2O3>(Na2O+K2O+CaO)，ANKC值大于1.1，标准矿物中C(刚玉)值大于1%，未见有Di(透辉石)，属过铝质S型花岗岩[2]。在R1-R2岩浆岩构造环境判别图解中，除白云钾长变粒岩投点出图解范围外，其余都投入板块碰撞前区域。

表1 胡寨花岗质片麻岩岩石化学成分特征(%)

5 地球化学特征

岩石微量元素、稀土元素含量及参数(表2)，稀土总量195.5×10-6～248.25×10-6，白云钾长变粒岩含量较低(67.59×10-6)，w(LREE)/w(HREE)比值为5.35～15.13，[w(La)/w(Yb)]N比值为7.10～28.29，平均16.94，轻稀土明显富集，δEu值为0.53～0.72，平均0.67，Eu具中等负异常，与地壳重熔型花岗岩相似[3]。稀土配分模式为向右陡倾斜的“L”型曲线(图2)，说明轻稀土分馏较好、重稀土分馏不明显。

表2胡寨花岗质片麻岩微量元素、稀土元素含量及参数

Table1Traceelement，rareearthelement{REE}contentsandparametersoftheHuzhaigraniticgneisses

序号*微量元素含量(×10-6)BaSrLiRbZrNbTaHfCrNiCoVUTh1857.7141.025.5596.1331716.893.4110.0012.87.164.6336.61.0712.962285.563.3522.39306.37625.6510.182.317.05.191.3810.13.356.0731401173.629.74100.828318.265.448.4715.08.824.8945.03.0611.674908.0114.076.01306.733442.029.338.8422.213.319.3653.23.6220.15序号稀土元素含量(×10-6)LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYb159.26109.612.1143.157.231.515.210.785.210.691.700.231.38212.0727.082.9911.432.890.492.780.544.050.531.290.181.12356.71103.312.0242.287.301.555.550.865.920.832.050.271.71440.2479.179.5336.187.291.616.191.027.321.032.660.372.52序号稀土元素含量(×10-6)特征值LuYTREELREE/HREEδEuδCe(La/Yb)NRb/SrTh/UZr/HfK/Rb10.1920.40248.2515.130.720.9228.290.6812.1192.9634420.1519.1167.595.350.531.047.104.841.817.4717030.2425.57240.5912.800.720.8921.850.583.8152.0224840.3730.17195.508.100.720.9210.522.695.5735.80176

*注：序号岩石名称同表1

岩石微量元素含量与贫钙酸性岩[4]对比，二者较为接近，但相对富集Zr、Ta、Hf及Cr、Ni、Co等元素，显示岩浆来源与该区地壳物质组成的特殊性，具同熔型岩浆特征；w(Rb)/w(Sr)、w(K)/w(Rb)等特征元素比值与华南同熔型花岗岩[5]相似。洋中脊花岗岩标准化模式图上，K、Rb、Ba、Th、Ta强烈富集，Y、Yb显著亏损，明显右倾的曲线与Skaergaard板内花岗岩或同碰撞花岗岩[6]较为接近(图3)；在构造环境判别图上，基本投入同碰撞花岗岩和板内花岗岩区及其附近。

6 时代讨论

胡寨花岗质片麻岩体的主要岩性有块状二长片麻岩、斜长变粒岩、二长变粒岩、钾长变粒岩、糜棱岩化花岗岩等，构造变形强烈，普遍发育片麻状构造，为古老的花岗岩侵入体经变质变形而形成。岩体侵入于新元古代桃溪组，被晚侏罗世正长花岗岩侵入，表明其侵入时代介于新元古代至晚侏罗世之间。花岗质片麻岩体已遭受变形变质作用改造而呈片麻岩形式产出，岩石特征明显不同于福建境内的志留纪及其时代之后的岩体。故花岗质片麻岩体体形成时代应为前志留纪。

在长汀胡寨村花岗质片麻岩岩体内采集了1件样品(PM909-12)，岩性为浅肉红色白云钾长变粒岩。样品经河北省廊坊诚信地质服务公司实验室进行分选、制靶，样品用常规方法粉碎至粉末，再经过淘洗和磁选，得到含有一定纯度的锆石重砂样品。然后在双目镜下挑选出无裂隙、无包裹体、干净透明的锆石，粘贴在双面胶上，置于环氧树脂中，对其表面进行抛光、打磨至锆石中心部位暴露出来，用阴极发光分析及LA-ICP-MS测试。阴极发光显微照相在北京离子探针中心扫描电镜及阴极发光实验室完成，分析所选点以阴极发光图像所揭示的锆石内部结构为依据，将测试点定位于锆石的环带部位，力求避开内部裂隙、包裹体和不同成因的区域，以期获得较准确的年龄信息。

锆石U-Pb年龄和微量元素的分析测定是在连接193 nm深紫外ArF激光器(Geolas 2005)的Agilient 7500a型ICP-MS上进行的，激光束斑直径为30 um，样品激光剥蚀的深度为20～30 um。分析数据处理采用Glitter(Ver4.0)程序，年龄计算以标准锆石91500为外标进行同位素比值分馏校正，微量元素的浓度计算采用NIST 610做外标，29Si为内标，年龄计算及谐和图的绘制采用Isoplot(3.23版)进行(Ludwig，2003)[7]。

测定13颗锆石的LA-ICP-MS U-Pb和微量元素分析(表3)。除2个误差较大外，根据其它锆石CL图像的观察，胡寨花岗质片麻岩的锆石多呈无色，个别见浅黄色，呈自形-半自形短柱状，颗粒长为90～150 um，长宽比为1.5∶1～2.5∶1。阴极发光图像锆石具有明显的振荡环带(图4)，部分晶体边缘被流体改造叠加。测点的Th和U含量变化较大，分别为66.44×10-6～537.93×10-6和70.73×10-6～460.28×10-6，w(Th)/w(U)比值为0.77～2.24，平均为1.16，为岩浆成因锆石。11个测点的206Pb/238U年龄较为接近，为696.6～740.2 Ma，在误差范围之内年龄基本一致。考虑到岩石经历了变形变质作用的改造，必然存在一定的U、Pb放射性同位素的变化。加权平均年龄为(729.4±8.6)Ma，MSWD为2.7(图5)，具有95%的置信度。(729.4±8.6)Ma应代表了岩体结晶成岩的年龄，说明胡寨花岗质片麻岩形成的时代为南华纪。

7 结论

(1)胡寨花岗质片麻岩经历了变形与变质作用的改造，多形成了长石变粒岩、片麻岩等岩类，局部原岩结构构造尚有保留，为糜棱岩化花岗岩类。岩体与围岩呈侵入接触关系。岩石发育片麻状、条带(纹)状构造，矿物粒度较粗，偶见长石斑晶，长石含量高，部分钾长石具格子状双晶，斜长石具聚片双晶。岩石化学成分中钾、钠含量高。这些宏观、微观特征均表明胡寨花岗质片麻岩的原岩为花岗岩类。

(2)胡寨花岗质片麻岩的岩石化学、地球化学特征表明其原岩为地壳重熔型花岗岩，属过铝质S型花岗岩，岩浆来源于地壳与地幔物质的混熔，可能形成于板块碰撞前板内地幔柱作用的结果。最终导致Rodinia超大陆的解体和华南板块与澳大利亚的相互分离[8-10]。

(3)胡寨花岗质片麻岩的岩浆成因信息在锆石中反映十分明显。花岗质片麻岩中岩浆锆石普遍具有密集的结晶环带，锆石w(Th)/w(U)比值均大于0.77，锆石U-Pb同位素年龄(729.4±8.6)Ma，代表了胡寨花岗质片麻岩的结晶成岩年龄，说明其形成地质时代属新元古代南华纪。为武夷山南段在南华纪首次发现的侵入体。

(4)沿南平—宁化构造岩浆带分布的晚元古代楼前组(北部长汀张地一带)，该项目最新研究发现楼前组变质火山岩的锆石U-Pb LA-ICP-MS年龄为(730.1±7.0)Ma[11]*福建省地质调查研究院.福建省区域地质志，北京：地质出版社，2011。及胡寨分布花岗质片麻岩，充分反映了华夏古陆的增生过程和构造环境。胡寨花岗质片麻岩的岩浆成因及结晶时代的确定，证明南华纪是华夏古陆地壳生长的重要时期。

该文为中国地质调查局大调查项目“福建1∶5万长汀县等4幅区调”成果，是项目组成员集体智慧的结晶。成文过程中马金清教授级高级工程师及徐维光高级工程师对文章提出了宝贵的修改意见，陈进全硕士在年龄计算及英文翻译给予大力帮助。在此一并表示诚挚的感谢。

1 李兼海，王国平，郑铁藩，等.福建省新建岩石地层单位．中国区域地质，1994，13(4).

2 邱家骧，林景仟.岩石化学.北京：地质出版社，1991.

3 李昌年.火成岩微量元素岩石学.武汉：中国地质大学出版社，1992.

4 邱家骧.岩浆岩石学.北京：地质出版社，1985.

5 刘英俊，曹励明，李兆麟，等.元素地球化学.北京：科学出版社，1984.

6 地质矿产部直属单位管理局.花岗岩岩类区1∶5万区域地质填图方法指南.武汉：中国地质大学出版社，1991.

7 Ludwig KR.User's Manual for Isoplot/Exersion 3.00：A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel．Berkeley Geochronology Center:Special Publication，2003，4.

8 Li Z X，Li X X，Kiinny P D，et al.The breakup of Rodinia:did it start with a mantle plume beneath South China．Earth and Planetary Science Letter，1999，173.

9 Li Z X，Li X H，Kinny P D，et al.Geochronology of Neoproterozoic syn-rift magmatism in the Yangtze Craton，South China and correlation's with other continents:evidence for a mantle superplume that broke up Rodinia． Precambrian Research，2002，in press.

10 李献华，李正祥，周汉文，等.川西新元古代玄武质岩浆岩的锆石U-Pb年代学、元素和Nd同位素研究：岩石成因与地球动力学意义.地学前缘，2002，9(4).

11 胡宗良，陈兴高，冯宗帜，等.福建明溪寒塘组地质特征及时代归属.福建地质，2001，20(2).