福建莆田渡边火山岩锆石U-Pb年龄及其地质意义

吴柏兴

(福建省地质调查研究院，福州，350013)

莆田渡边位于长乐—南澳断裂带的北段[1]。分布一套英安质-流纹质火山岩组合，属未卷入长乐—南澳断裂带构造活动的地质体。这套中酸性火山岩地层原归属为早白垩世石帽山群，但福建省境内石帽山群火山岩年龄范围为102～125 Ma[2]。此次研究发现该火山岩时代为晚白垩世(82.9±1.6)Ma，其是否仍可归属石帽山群？此外，渡边英安岩年龄与研究区东侧的晶洞花岗岩年龄相近，是否为同一岩浆活动的产物？这些问题的提出，对于长乐—南澳断裂带构造演化的研究具有十分重要的地质意义。

1 地质概况

长乐—南澳断裂带是环太平洋构造的一部分[3-8]，也是华夏陆块东缘重要的构造活动带，主要卷入变形变质作用的地质体为早侏罗世—早白垩世[9](图1)，但位于其北段的莆田渡边一带英安质-流纹质火山岩等没有变形变质，与下覆地层呈不整合关系。接触界面呈不规则状，二种岩性呈突变关系。野外接触面上见有糜棱岩化花岗岩，呈团块状及残积物分布。接触面之下为早白垩世中期糜棱岩化花岗岩，其上为流纹质晶屑凝灰岩，向上约2 m为英安岩。英安岩有多层，夹在流纹质晶屑凝灰岩中，本次锆石定年样品取自上述接触关系之上的英安岩(图2)。

英安岩呈灰黑色，风化略带红色，岩石具斑状结构，似流纹构造，由不同颜色的细纹(条纹)相间定向排列，细纹绕斑晶、岩屑(角砾)弯曲。岩石组分有斑晶、基质、岩屑(偶含角砾)。斑晶分布较均匀，斑晶含量为27%(斜长石24%、角闪石3%、辉石含量少)，粒径为0.2～2.5 mm，长轴显定向排列(与似流纹构造一致)。斜长石呈半自形晶，宽板状晶形，被基质熔蚀，具聚片双晶、卡钠复合双晶，环带结构。角闪石呈半自形晶，柱状晶形。辉石呈半自形晶，短柱状晶形，基质含量为70%(长石质55%、暗色矿物13%、斜长石2%)，为隐晶-霏细状结构。斜长石呈半自形晶，柱状微晶。暗色矿物呈尘埃状，半透光-不透光。岩屑(角砾)含量为3%(英安岩、流纹岩)。副矿物有磁铁矿、磷灰石。

2 岩石地球化学特征

2.1 主量元素特征

研究区主、微量元素分析数据及特征参数(表1)，1号为本次采集样品，岩性为英安岩，2号样品引自前人资料*福建省地质调查研究院，福建海域1∶5万平海、浮叶幅区域地质调查报告，2016。。

表1研究区主、微量元素分析数据及特征参数(主量元素：%；微量元素：10-6)

Table1Dataandcharacteristicparametersofmajorandtraceelementsinthestudyarea(Majorelements: %；traceelements:10-6)

序号岩性主量元素SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2O1英安岩66.440.815.312.081.860.1051.313.144.323.462英安质角砾晶屑凝灰熔岩64.820.8215.211.971.840.092.253.614.213.25序号主量元素CIPW标准矿物P2O5烧失量总量apilmtorabanDi(wo)Di(en)Di(fs)10.1770.6599.750.391.542.4920.6636.9412.290.950.610.2820.181.1199.360.401.592.3719.5636.2713.241.581.140.30序号CIPW标准矿物岩石化学参数微量元素Hy(en)Hy(fs)qσAKIA/CNKA.R.VCrCoNiLi12.691.2419.892.580.710.922.4652.234.16.276.9761.9124.571.2017.762.550.690.892.3157.3043.409.2062.708.10序号微量元素BeRbCsZrNbHfTaScYLaYbCu199.65299.110.087.2527.833.12.3821.801072.6429013.609.140.9512.2132.6235.732.3016.2序号微量元素特征值PbZnAgWSnMoBiSrBaThURb/Sr117.5261.910.0990.932.282.250.12354985.212.12.920.28211.941.90.0711.91.60.123678749.483.080.29序号特征值稀土元素Rb/BaK/RbLaCePrNdSmEuGdTbDyHo10.10288.2433.170.217.932.156.431.575.110.844.840.8420.12252.1535.73110.718.0331.435.761.405.270.994.920.83序号稀土元素特征值ErTmYbLuYδEu∑REELR/HR(La/Yb)N(La/Sm)N(Gd/Yb)NδCe12.420.342.380.3327.80.84168.468.859.383.241.731.0522.830.432.300.3632.620.78210.9810.7710.483.901.851.57

总体上，其岩石化学成分与全省黄坑组的粗面英安岩平均值存在较大的差别，如Fe2O3和K2O含量略低(粗面英安岩平均值为Fe2O3=2.85，K2O=4.12)，MgO和CaO含量略高(粗面英安岩平均值为MgO=1.32，CaO=2.52)。SiO2含量为64.82～66.44，K2O和Na2O含量为7.46～7.78，Na2O>K2O，过碱指数(AKI)0.69～0.71(<0.9)较低，里特曼指数(σ)2.55～2.58，碱度率指数(A.R.)2.31～2.46，碱铝指数(A/CNK)为0.89～0.92，出现CIPW标准矿物石英(q)，将取得的样品成果进行TAS硅碱图投影(Na2O+K2O-SiO2)[10，11](图3)，主要分布在T(粗面岩)区，火山岩属于太平洋型钙碱性岩系，具有高钙、富镁、富钠的特征，采源于伸展环境下喷发形成的火山岩。

2.2 微量和稀土元素特征

通过对渡边英安岩岩石微量元素数据进行标准化蛛网图解[12](图4)。渡边英安岩富集Rb、Ba等大离子亲石元素及Th、U等放射性生热元素，亏陨Nb、Ti等高场强元素。特征比值Rb/Sr=0.28～0.29、Rb/Ba=0.10～0.12，K/Rb=252.15～288.24，略高于或约等于地壳平均值(Rb/Sr=0.2，Rb/Ba=0.11 ，K/Rb=274)[13]，反映岩石经历了弱的分异演化[14-15]。

渡边英安岩稀土元素特征，从La到Lu整体上呈下降趋势，稀土配分曲线下降趋势明显(图5)。岩石稀土总量∑REE为168.46×10-6～210.98×10-6，LR/HR值为 8.85～10.77，(La/Yb)N比值为9.38～10.48，(La/Sm)N比值为3.24～3.90，均反映轻稀土的分馏程度较好；(Gd/Yb)比值为1.73～1.85，反映重稀土元素较弱的分馏。具弱的Eu异常(δEu=0.78～0.84)。明显的Ce正异常(δCe=1.05～1.57)。

3 锆石LA-ICP-MS年龄测定

3.1 取样岩石与测定

样品取自莆田渡边英安岩(编号为D4366)。样品为新鲜岩石，露头尺度内未见侵入岩等引起热事件的干扰物，岩石中取得的锆石可作为测试对象。配套样品包括薄片分析，岩石主量元素、微量元素分析，人工重砂等。锆石同位素定年工作在中国冶金地质总局山东局测试完成。

3.2 锆石阴极发光(CL)图像

锆石阴极发光(CL)图像(图6)表明，渡边英安岩(D4366)所挑选出的锆石均具发育程度不同的环带，Th/U比值一般在0.3～0.5，具岩浆锆石特征。将锆石依据206Pb/238U年龄进行排列后，具有2个特点，≤87.8 Ma的锆石多具棱角状或尖棱角状，晶形大小不一，在50～200 μm，结晶内核不明显，环带较宽但较发育，可能为英安岩形成时的岩浆锆石；≥97.6 Ma的锆石晶形变化大，有次棱角状或自形晶，晶形大小不一，在50～300 μm，环带较发育，Th/U比值一般为0.3～0.61，可能为岩浆喷发过程中捕获围岩的岩浆锆石。

3.3 测年结果

从D4366样品中共获得39组有效锆石定年数据，锆石U-Pb同位素分析结果和计算的表面年龄值(表2)。该次研究主要采用图解的方法处理相关数据及求得年龄值。因年龄值小于1 000 Ma，均采用锆石206U/238Pb的表面年龄。

将所测锆石同位素年龄数据作年龄图解(图7)，渡边英安岩(D4366)的锆石具2组年龄值。一组206U/238Pb表面年龄为76～88 Ma，加权平均值为(82.9±1.6)Ma(MSWD=2.7，n=18)；另一组206U/238Pb表面年龄在98～124 Ma，加权平均值为(105.4±3.0)Ma(MSWD=5，n=13)。对应的谐和年龄值分别为(82.9±2.8)Ma和(105.2±2.3)Ma，二者十分接近。

表2 锆石U-Pb 同位素分析数据和计算的年龄值

续表2

4 讨论和结论

4.1 U-Pb年龄的地质意义

从样品测年分析结果可以看出，渡边英安岩的锆石206Pb/238U表面年龄有2组，即76～88 Ma和98～124 Ma。前者锆石具尖棱角状或不规则状，环带宽大，应为火山喷发过程中锆石结晶年龄，其年龄代表了火山岩的形成年龄，即(82.9±1.6)Ma,属晚白垩世，在同一套岩石中取得的锆石年龄(84.5±1.0)Ma相一致。后者的锆石具密集的环带构造，呈柱状或次棱角状晶形，亦属岩浆岩结晶的锆石。研究区内广泛分布早白垩世花岗岩体，该区内火山岩与下伏花岗岩体呈不整合接触关系，因此认为98～124 Ma年龄代表了在火山作用过程中，岩浆上升捕获围岩(花岗岩)中的锆石。

4.2 渡边英安岩岩浆成因探讨

(1)渡边英安岩岩石主量元素具有高钙、富镁、富钠的特征，碱铝指数A/CNK较小(0.89～0.92)，与I型花岗岩相似；微量元素富集Rb、Ba等大离子亲石元素及Th、U等放射性生热元素，亏陨Nb、Ti 等高场强元素。特征比值Rb/Sr、Rb/Ba、K/Rb接近于地壳平均值。稀土元素具弱的Eu异常，明显的Ce正异常。以上特征表明，火山岩源岩可能来自中下地壳，并有地幔物质的加入，具有I型花岗岩特征。

(2)中生代晚期(晚白垩世)，福建的沿海地区大量分布A型(晶洞)花岗岩，代表华南地区进入了造山后的伸展构造阶段。该区东侧的晶洞花岗岩年龄(84.90±0.46)Ma与渡边火山岩年龄相近，空间距离较近(小于10 km)，且属同一构造单元。渡边火山岩亦形成于伸张构造环境，具壳幔混合型岩浆特征，其很可能来源于晚中生代俯冲板片的重熔。

(3)长期以来，渡边地区的英安质-流纹质火山岩组合划作石帽山群，其年龄归为早白垩世，该次工作表明，其形成时代为(82.9±1.6)Ma，属晚白垩世。这是否表明石帽山群火山作用从早白垩世延续至晚白垩世，或者该地层不属于早白垩世，而是晚白垩世火山作用产物。上述问题有待于今后工作中加以研究。

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