闽西南华安正长花岗岩同位素测年及地球化学特征

陈进全

(福建省地质调查研究院，福州，350013)

华南东南部华夏地块中生代花岗岩岩浆活动广泛发育，大致可以分为南岭带和沿海带，后者在浙闽沿海呈北东向展布，大多数学者认为这些具有岛弧特征的钙碱性花岗岩的形成与太平洋板块向西俯冲有关[1,2]。此次研究华安正长花岗岩是指1∶5万永福镇、华安县、高安圩、新圩、利水5幅区域内的燕山中期晚侏罗世正长花岗岩，位于沿海带南段*福建省地质调查研究院，1∶5万永福镇、华安县、高安圩、新圩、利水5幅区调报告。，郑声俭等应用岩石谱系单位方法将华安正长花岗岩划入古竹超单元，属燕山期Ⅱ幕活动产物，该时期侵入岩是福建省内分布最为广泛、规模最大的一次的岩浆侵入活动[3]。笔者根据正长花岗岩地球化学和锆石U-Pb定年的研究，探讨岩浆岩的侵入年代和构造环境演化。

1 区域地质概况

工作区位于政和—大埔断裂带南段，构造上处于闽东南断坳带西缘。区内出露寒武纪—侏罗纪地层，有早-晚寒武世林田组、晚寒武世东坑口组、晚泥盆世天瓦岽组、中二叠世童子岩组、晚二叠世翠屏山组和罗坑组、早三叠世溪口组、晚三叠世大坑村组和文宾山组、早侏罗世梨山组和藩坑组、晚侏罗世南园组。侵入岩有燕山中期晚侏罗世正长花岗岩，燕山晚期早白垩世闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、正长花岗岩，晚白垩世碱长花岗岩、二长花岗斑岩。

区内断裂构造主要为北东向、北北东向，次为北西向。华安正长花岗岩主体受北东向断裂控制，平面上呈北东向“U”型展布于区内(图1)，面积大于800 km2，占研究区面积的40%。岩体西侧侵入晚侏罗世南园组，东南侧侵入早侏罗世梨山组、早三叠世溪口组，东北侧被早白垩世花岗闪长岩侵入。岩体与围岩接触处常发育有0.1～0.6 m的冷凝边，局部可见围岩捕虏体。岩体中脉岩较为发育，以花岗斑岩脉、细粒花岗岩脉、基性岩脉为主。

华安正长花岗岩多呈浅肉红色，局部为肉红色，具似斑状结构，块状构造。岩石结构相较为发育，主期结构从第一脉动次到第四脉动次可分为含斑细粒、少斑中细粒、似斑状中粒、似斑状中粗粒结构，补充期为斑状细粒结构。各单元的主要造岩矿物成分相同，由钾长石、斜长石、石英、黑云母等组成，含量相近。主期各结构单元中表现出一定的变化规律，自第一脉动次含斑细粒正长花岗岩到第四脉动次似斑状中粗粒正长花岗岩，似斑晶钾长石含量逐渐增加、粒径变粗；基质中钾长石、石英矿物含量逐渐增高，斜长石、黑云母矿物含量有降低的趋势，矿物粒度由细到粗(表1)，具有典型的同源岩浆结构演化的特点。

表1 华安正长花岗岩矿物特征

2 锆石U-Pb定年

华安正长花岗岩定年样品3-2为第三脉动次似斑状中粒正长花岗岩，样品4-1，4-2为第四脉动次似斑状中粗粒正长花岗岩。岩石样品均新鲜，未见蚀变和热液改造的痕迹。锆石U-Pb 定年分析在中国地质大学(武汉) 地质过程与矿产资源国家重点实验室利用LA-ICP-MS 方法测定，激光束斑直径为32 μm ，同时测定U-Th-Pb 同位素及微量元素。

2.1 锆石特征

锆石主要呈浅褐黄色，油脂光泽，半透明，大部分晶面粗糙。晶型大部分呈棱角长短柱状，粒径为0.05～0.1 mm，伸长系数为1∶2或1∶3。锆石阴极荧光图像显示(图2)，样品4-2，3-2锆石环带清晰，环带较多，具相对明亮的阴极荧光。样品4-1锆石环带模糊，环带数较稀，阴极荧光较弱。虽然锆石阴极荧光亮度和环带特征具有一定差异，但都具有震荡生长环带结构，指示锆石属于岩浆锆石。

锆石Th、U含量显示(表2)，样品4-1的Th/U比值为0.16～0.80，平均值0.41；样品4-2的Th/U比值为0.14～0.88，平均值0.55；样品3-2的Th/U比值为0.58～0.98，平均值0.75。总体上，华安正长花岗岩Th/U比值为0.14～1.01，具有较高的Th/U比值，且Th-U多具有正相关关系，显示了岩浆锆石典型特征[4]。

表2 华安正长花岗岩LA-ICP-MS 锆石U-Pb定年结果

续表2

2.2 锆石测年结果

华安地区花岗岩锆石U-Pb谐和图和加权平均年龄图显示(图3)，其中样品4-1加权平均年龄为 (143.97±0.45) Ma (N为16，MSWD为0.87)；样品4-2加权平均年龄为 (145.21±0.52) Ma (N为14，MSWD为0.34)；样品3-2加权平均年龄为 (140.8±2.6) Ma (N为9，MSWD为2.1)。3个样品得出的年龄几乎一致，侵入时间为140.8～145.21 Ma，属于燕山中期侵入产物，将其归置于晚侏罗世。样品在谐和图中不同程度沿水平方向偏离谐和线，主要原因是由于年轻锆石中207Pb丰度较低而难以测准，另一方面可能与锆石中存在微量普通铅有关。由于年轻锆石定年主要采用精度较高的206Pb/238U年龄，这一沿水平方向的漂移不会对定年结果产生显著影响[5]。

3 岩石地球化学特征

3.1 岩石化学特征

华安正长花岗岩主量元素含量显示(表3)，SiO2为74.77%～77.08%，Al2O312.10%～14.16%，Na2O 1.89%～3.70%，K2O 4.39%～5.69%，TiO20.03%～0.21%，MgO 0.09%～0.38%。Alk 6.99%～8.76%， K/Na比值为1.15～2.70，ACNK值为1.00～1.53，Mg#值为10.12～32.64，D.I为93.67～98.44。具高硅、高铝、高碱，贫镁、贫钙特征，岩浆分异演化较彻底，酸性程度高，属于硅过饱和岩体。在R1-R2判别图解中，全部落在正长花岗岩区间内，与岩相学特征一致。A/CNK- A/NK图解中(图4)，都落在过铝质范围内，属于铝过饱和岩浆岩类型。华安正长花岗岩由第一脉动次到第四脉动次，随着SiO2逐渐降低，Al2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O、分异指数(D.I)逐渐升高； CIPW标准矿物明显反应Or、An升高， C、Q降低。指示斜长石分离结晶并在第四脉动次侵入岩中相对富集，导致岩石化学成分产生上述的变化。因此，华安正长花岗岩总体为强酸性、铝过饱和、富碱并相对富钾，指示岩浆的物质来源与上地壳物质的关系密切。

表3 华安正长花岗岩主量元素和标准矿物(%)

3.2 稀土元素特征

稀土元素分析结果显示(表4)，华安正长花岗岩稀土元素总量较高(∑REE为142.22×10-6～400.18×10-6，平均值191.30×10-6)；轻重稀土分馏明显((La/Yb)N为1.17～15.78，平均值6.5)； Eu负异常 (δEu为0.1～0.75，平均值0.32)。从第一脉动次到第四脉动次， Eu逐渐升高； La、轻稀土总量(∑LREE)逐渐降低，但在第四脉动次富集；重稀土总量(∑HREE)呈相反趋势。平均值稀土元素配分模式图中呈“右”倾趋势(图5)，与上地壳平均值对比，Eu负异常更强烈，但总体形态相似，指示了岩体源岩可能来源于上地壳经历了高度的分异演化结果。由于斜长石对Eu的分配系数远远大于其他的REE，岩浆岩中Eu异常的产生与斜长石密切相关，华安正长花岗岩第一脉动次到第四脉动次标准矿物An含量逐渐升高，导致Eu含量产生相应变化。

表4 华安正长花岗岩微量元素和稀土元素分析结果(×10-6)

续表4

注：大陆上地壳数据引自GERM(1998), δEu=EuN/(SmN×GdN)1/2

3.3 微量元素特征

微量元素含量结果显示，华安正长花岗岩第一脉动次到第四脉动次，微量元素 Rb、Pb、Bi、Th、U含量逐渐降低，Li、Ba、Sr含量逐渐升高；Rb/Sr比值逐渐降低，Zr/Hf、Sr/Ba 比值逐渐升高。一般情况下，Sr倾向于斜长石，Ba倾向于钾长石，斜长石的分离结晶导致Sr/Ba比值较高，钾长石分离结晶导致Sr/Ba比值较低，华安正长花岗岩标准矿物(CIPW)中斜长石和钾长石在末期富集，这与Ba、Sr元素在末期含量增高相吻合。华安正长花岗岩Rb/Sr比值(1.0～28.9，平均值为5.99) 和Rb/Nb比值(3.47～18.48，平均值为11.02) ，明显高于全球上地壳的平均值[6]和中国东部地壳平均值[7]。微量元素Ni(1.6×10-6～3.7×10-6，平均值为2.59×10-6)和Cr(3.2×10-6～9.4×10-6，平均值为6.43×10-6)，远低于原始地幔中Ni、Cr 的平均值，稍低于扬子下地壳Ni、Cr 的平均值，反映华安正长花岗岩岩浆源自成熟度较高的陆源物质。华安正长花岗岩微量元素平均值蛛网图中(图6),大离子亲石元素(Rb、U、Pb)和Nd、Ta、Sm等元素富集，高场强元素(Nb、Ce、Zr)和Ba、Sr、Eu等元素亏损，与上地壳平均值对比，除了Ba、Sr、Eu 3个元素亏损更强烈外，总体趋势形态一致，指示了岩体原岩可能来源于上地壳，经历了高度的分异演化结果。

4 岩石成因类型分析

目前国际上通常将花岗岩分为S、I、M、A型4类。华安正长花岗岩Rb/Sr 和Rb/Nb比值远高于上地壳和中国东部地壳平均值，Ni、Cr 等微量元素含量远低于原始地幔平均值，华安正长花岗岩平均值稀土配分图和微量元素平均值蛛网图的形态与大陆上地壳形态总体一致，反映岩体岩浆源来自成熟度较高的陆源物质。区内SiO274.77%～77.08%，Na2O 1.89%～3.82%，K2O/Na2O比值为1.26～2.7,ACNK为1.0～1.53。当SiO2含量为66%时，CaO含量为0.07%～1.46%，CPIW标准矿物刚玉平均值0.96%，Alk为6.99%～8.76%，Rb、Th、U与大陆上地壳比值平均值分别为2.64，2.99，2.92，黑云母、磁铁矿含量高，形成环境为俯冲带造山期同碰撞构造环境，与典型S型花岗具有相似的特征。S型花岗岩SiO265%～79%，Na2O含量变化大，K2O/Na2O比值大于1，ACNK大于1.1，当SiO2为66%时，CaO含量小于3.7，刚玉含量大于10%，Alk值大于6%，Rb、Th、U,黑云母、磁铁矿含量高，形成环境为俯冲带地壳上部沉积型起源，因此，华安正长花岗岩属于陆源地壳重熔S型花岗岩。

5 形成构造环境讨论

在里特曼-戈蒂里图解中，华安正长花岗岩中13件样品全部投在造山带区内；R1-R2图解中，绝大部分投在同碰撞花岗岩区范围内(图7)，表明其形成于同碰撞-挤压碰撞构造环境，以同碰撞为主。

Liu Qian等[8]对福建省东部沿海平潭—东山变质带的花岗岩成岩年龄研究显示，在185～140 Ma，太平洋板块以北北东方向向华南板块俯冲；在140～110 Ma，太平洋板块以北西方向向华南板块俯冲；在110～90 Ma太平洋板块以北西西方向向华南板块俯冲。毛景文等[9-10]对中国东部中生代的矿床分布特征和在对时代的系统研究的基础上认为，中国东部在140 Ma左右，其地球动力学背景为构造体制大转折晚期。

综上所述，华安正长花岗岩形成于140.8～145.21 Ma，处于造山期同碰撞-挤压碰撞构造环境，以同碰撞的构造环境为主，与太平洋板块向华南板块以北东东向北西方向转换的构造体制大转折背景一致。

6 结论

(1) 岩体岩浆分异作用较强(D.I> 93%) ，酸性程度较高( SiO2> 72%) ，属于高钾钙碱性系列铝过饱和类型。

(2) 微量元素Rb/Sr比值和Rb/Nb比值较高， Ni、Cr 含量较低，稀土元素模式为右倾型，P、Pb、Eu等元素显著亏损，具壳源型花岗岩特征。

(3)岩体锆石的阴极发光图像显示了岩浆成因特征，获取锆石U-Pb年龄为140.8～145.21 Ma，属于燕山中期晚侏罗世侵入岩。

(4) 岩体形成于同碰撞-挤压碰撞环境，与同碰撞构造环境为主。地球化学特征和矿物特征与典型S型花岗相似，属于陆源地壳重熔S型花岗岩。

资料主要来源于福建省地质调查研究院1∶5万永福镇区调地质资料，系集体工作成果，承蒙马金清和张开毕两位教授级高级工程师对文章内容提出宝贵的修改意见，在此一并致以衷心感谢！

1 周金城, 张海进, 俞云文.浙江新昌早白垩世复合岩流中的岩浆混合作用岩石学.岩石学报, 1994，10(3).

2 Xu X, Dong C and Li W，et al. Late Mesozoic intrusive complexes in the coastal area of Fujian, SE China: The significance of the gabbro-diorite-granite association. Lithos, 1999，46.

3 郑声俭，马金清，黄泉祯，等. 福建省侵入岩谱系单位.中国区域地质，1999, 18(3).

4 Belousova E A, Griffin W L, O'Reilly S Y, et al. Igneous zircon: Traceelement composition as an indicator of source rock type. Contrib Mineral Petrol, 2002.

5 袁洪林, 吴福元, 高山，等. 东北地区新生代侵入体的锆石激光探针U-Pb年龄测定与稀土元素成分分析. 科学通报, 2003,48(14).

6 Tayloy S.R and Monster J.The continental crust: its composition and evolution, Oxford: Blackwell, 1985.

7 高山. 关于大陆地壳化学组成研究中某些问题的讨论. 地球科学，1999,24(3).

8 Liu Qian, Yu Jin-Hai, Wang Qin, et al.. Ages and geochemistry of granites in the Pingtan-Dongshan Metamorphic Belt, Coastal South China: New constrains on Late Mesozoic magmatic evolution. Lithos, 2012.

9 毛景文，李晓峰，张作衡，等．中国东部中生代浅层热液金矿的类型、特征及其地球动力学背景．高校地质学报，2003,9( 4).

10 毛建仁，陈荣，李寄嵎，等．闽西南地区晚中生代花岗质岩石的同位素年代学、地球化学及其构造演化．岩石学报,2006, 22( 6).