湖北省大洪山地区三里岗岩体成因及时代探讨

廖明芳, 谢应波, 李琳静, 杨金香, 毛新武, 邓乾忠, 孔令耀, 李启文, 陈 超

(湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034)

湖北省大洪山地区三里岗岩体成因及时代探讨

廖明芳, 谢应波, 李琳静, 杨金香, 毛新武, 邓乾忠, 孔令耀, 李启文, 陈 超

(湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034)

大洪山地区三里岗岩体出露于土门乡、三里岗镇和南必湾之间,整体呈北西—南东向条带状分布,主体为中—粗粒二长花岗岩,北西、南东端分别出露少量石英闪长岩和英云闪长岩。地球化学方面,三里岗岩体具有低钾、富铝的特点,为钙碱性(δ<3.3)I型花岗岩;轻、重稀土元素分异度高,无明显负Eu异常;富集大离子亲石元素Rb、K、Pb,亏损高场强元素Nb、Ta、Ti,应为一套活动大陆边缘岛弧钙碱性花岗岩。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果显示,15个分析点谐和度都>90%,且分布较为集中,206Pb/238U年龄分布范围在854—904 Ma之间,加权平均年龄为(876.9±9.2)Ma(MSWD=4.1),属于晋宁期,代表三里岗岩体的形成年龄。三里岗岩体与土门—源潭一带的岛弧火山岩一起共同组成大洪山古洋盆的岩浆弧,二者都是大洪山地区晋宁期古洋盆向北俯冲的产物。

三里岗岩体;岩浆弧;锆石U-Pb测年;晋宁期;地球化学

湖北省随州南部大洪山地区位于秦岭造山带东段,桐柏山南侧、扬子地块和南秦岭地块的结合部位,扬子地块北界的东西向区域性大断裂勉略—青峰—襄(樊)广(济)断裂横贯该区(图1)。根据1∶20万随县幅[1]、1∶5万古城畈幅[2]及1∶25万随州幅[3]区域地质调查报告,区域内主要出露中元古界打鼓石群和新元古代花山群,打鼓石群为一套滨浅海—台地相的碳酸盐岩、碎屑岩沉积,而花山群为一套不整合于打鼓石群之上,含火山岩和火山碎屑岩的山前磨拉石建造。董云鹏(1998)将花山群解体为①花山蛇绿岩,②随县群火山—沉积岩系,③砾岩、含砾砂岩、砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、板岩(局部夹有白云岩透镜体)组合三部分,而把不含岩浆岩的碎屑岩组合理解为真正花山群[4],并在后来的研究中建立了沿土门—周家湾—小阜—源潭一线的弧火山岩带[5]。此后,逐步将其与西部的勉略带联系起来,建立横贯东西的晚古生代—早中生代南秦岭勉略—随州结合带[4-16]。

图1 研究区地质简图Fig.1 Generalized geologic map of study area地层:1.白垩系;2.上古生界;3.下古生界;4.震旦系;5.莲沱组—南沱组;6.南华系;7.大洪山岩群(俯冲增生杂岩);8.土门组(岛弧火山岩—沉积岩,待定义);三里岗岩体:9.二长花岗岩;10.英云闪长岩;11.石英闪长岩;其他:12.辉绿—辉长岩;13.地层界线;14.角度不整合界线;15.断层;16.岩相界线;17.地名;18.采样点位置;F1.武山—宝鸡断裂(秦岭北界);F2.洛南—栾川—方城断裂;F3.勉略—大巴山—青峰—襄广断裂(秦岭南界);SF1.商丹断裂(结合带)。

湖北省大洪山地区三里岗岩体位于三里岗镇附近,土门—周家湾—小阜—源潭一线的岩浆弧北部(图1)。前人研究认为岩体具有岛弧花岗质(广义的)侵入岩的特点[14],但一直以来未见系统的分析资料公开发表。对于岩体的形成时代方面,前人大多采用全岩同位素方法进行研究,取得了大量中生代、古生代的年龄[2,14,17]。虽也有少量青白口纪年龄报道[18],但岩体的形成时代方面还是未取得统一认识。本文主要报道处于岩浆弧带中的三里岗岩体的岩相学、地球化学、年代学资料,探讨三里岗岩体的成因和形成环境及时代,并结合区域资料讨论其意义。

1 地质概况和岩相学特征

岩体主要出露于土门乡、三里岗镇和南必湾之间,总出露面积约5 km2,整体呈北西向长条状分布,轴向与区域构造线(120°～140°)基本一致(图1-b)。北东侧与震旦系灯影组白云岩呈断层接触;南西侧与岩浆弧火山岩、碎屑岩呈侵入接触关系[16],接触面波状起伏,与围岩接触的边缘见冷凝边发育,但未见明显的烘烤现象,局部可见分布基性岩团块状。三里岗岩体岩性主要为二长花岗岩、石英闪长岩和英云闪长岩,各岩相为过渡关系,岩体中相带不明显,但岩性有明显的差异,其中二长花岗岩出露面积最大。

二长花岗岩 分布在岩体的中部,是岩体的主要组成部分(图1-b)。岩石呈浅肉红色,中粒花岗结构、碎裂结构,块状构造(图2-a),主要矿物有斜长石、钾长石和石英,含少量黑云母。斜长石含量约45%,呈半自形粒状,粒径2～5 mm;钾长石含量为30%,呈透镜状平行排列,大小0.1 mm×0.03 mm;石英含量为20%,呈他形粒状,分布在长石颗粒之间,部分矿物发生绿泥石化和绿帘石化,副矿物主要为金红石等(图2-b)。

英云闪长岩 主要分布在岩体的南端(图1-b)。岩石呈灰白色,残余花岗结构、碎裂结构,块状构造(图2-c),岩石主要成分为斜长石和石英,含10%左右的暗色矿物和1%的副矿物。斜长石粒度多数为细粒级,少数为中粒级,其成分为更长石,发育聚片双晶,并具绢云母化。石英沿斜长石之间分布并具波状消光。暗色矿物多见角闪石(被碳酸盐矿物和铁质取代残余柱状假象),少见黑云母(被绿泥石和铁取代残余片状假象,个别具白云母化)。副矿物常与暗色矿物伴生,种类有磁铁矿(反射光下显钢灰色,外形呈粒状、四边形)和细小柱状的磷灰石(图2-d)。

石英闪长岩 主要分布在岩体的北部边缘(图1-b)。岩石灰(黑)色,半自形中—细粒结构,块状构造(图2-e),薄片下可见碎裂结构。主要造岩矿物为斜长石,其次为钾长石和石英(图2-f),斜长石发育较好的聚片双晶。矿物粒径一般0.3～2 mm,少量>2 mm。暗色矿物以黑云母、角闪石为主,由于后期变质作用发生绿帘石化、绿泥石化。副矿物见金红石、独居石和榍石,局部高达20%。

图2 二长花岗岩(a,b)和英云闪长岩(c,d)野外及镜下特征Fig.2 Field and microscopic characteristics of adamellite and tonalite

2 分析方法

英云闪长岩样品采自三里岗镇南约2 km处,二长花岗岩样品采自土门乡南1 km处,而石英闪长岩样品采自三里岗镇附近。主量元素、微量元素分析均在武汉岩矿综合测试中心化学分析研究室完成。主量元素采用X荧光光谱法(XRF)分析,微量元素的分析则采用电感耦合等离子质谱(ICP-MS)分析方法,具体实验方法和步骤见马天芳等2011年发表的文章[19],所有数据都已转换成干体系。

锆石U-Pb测年样品采自三里岗镇南约2 km处的公路旁(GPS:X0697139,Y3486624),岩性为英云闪长岩,样品编号D2021-3。LA-ICP-MS 锆石U-Pb同位素分析和微量元素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完成。所使用的ICP-MS 仪器型号为Elan6100DRC,激光剥蚀系统是德国Lamda Physik公司的Geolas200M 深紫外(DUV)193 nm ArF 准分子(excimer)激光剥蚀系统。激光束斑直径为32 μm。实验中采用He 作为剥蚀物质的载气,哈佛大学标准锆石91500 作为外标,29Si 作为内标。采用ICPMSDataCal(V3.7)软件对同位素比值数据进行处理[20],对实验所测得的数据用ISOPLOT 程序进行谐和图的绘制和加权平均年龄计算[21]。

3 地球化学

3.1 主量元素

采自不同地点的9件中—酸性岩样品SiO2含量为59.51%～71.35%(表1),K2O含量1.10%～3.97%,Na2O含量1.67%～4.77%,K2O/Na2O=0.42～2.70(除三个样外,其余都<1),里特曼指数δ=1.44～2.72(<3.3);在SiO2-K2O图上(图3-a),样品基本落在钙碱性—高钾钙碱性岩区内;岩石相对富Al、Fe,A12O3和FeOT含量分别在13.68%～16.90%、2.74%～6.07%之间,A/CNK=0.55～1.23(平均0.80<1),在A/NK-A/CNK图中(图3-b),所有样品落在准铝质岩和过铝质岩区内。在哈克图解中(图4),除Na2O和K2O与SiO2呈正相关以外,其他主量元素具有明显随 SiO2升高而下降的趋势,这从某种意义上说明英云闪长岩、石英闪长岩、二长花岗岩具有一定关联性。

图3 三里岗岩体SiO2-K2O图解(a)和A/NK-A/CNK图解(b)Fig.3 SiO2-K2O diagram and A/NK-A/CNK diagram of Sanligang pluton

表1 三里岗岩体主量元素数据

注:δ= [w(K2O+Na2O)2]/ [w(SiO2)- 43];FeOT= FeO+0.899 8*Fe2O3; R1=1 000*[4*SiO2/60.09-11*(Na2O*2/61.98+K2O*2/94.2)-2*(FeOT/71.85+TiO2/79.87)]; R2=1 000*(6*CaO/56.08+2*MgO/40.3+Al2O3*2/101.96)。

3.2 微量元素

4个样品微量元素数据见表2。稀土元素方面,样品总体稀土元素含量较高,ΣREE=91.40×10-6～ 116.30×10-6,轻稀土元素(LREE)含量82.22×10-6～106.72×10-6,重稀土元素(HREE)含量9.18×10-6～13.13×10-6,LREE/ HREE在7.32～11.14之间,LaN/YbN=8.75～15.04,在球粒陨石标准化稀土元素配分图上(图5-a),表现为轻稀土富集的右倾形式,有轻微的负铕异常(δEu=0.76～0.94)。在原始地幔标准化的微量元素蛛网图上(图5-b),4个样品基本显示出统一的分布型式,总体富集大离子亲石元素(LILE)Rb、K、Pb,明显亏损高场强元素(HFSE)Nb、Ta、Ti,这与岛弧型岩浆岩的特征基本吻合[23]。

4 锆石U-Pb年代学

本次研究对英云闪长岩(D2021-3)进行了锆石U-Pb年代学研究,样品中的锆石以自形长柱状为主,少数呈浑圆状,大小在100 μm左右,长宽比为3∶1～1.5∶1,具有较好的振荡环带,显示岩浆锆石的特征[24](图6);少量锆石含有内外环带截然不同的继承核,可能为岩浆锆石围绕早期捕获锆石核生长形成。

图4 三里岗岩体主量元素哈克图解Fig.4 Huck diagram of major elements of Sanligang pluton

表2 三里岗岩体微量元素数据

图5 三里岗岩体球粒陨石标准化稀土元素配分图(a)和原始地幔标准化的微量元素蛛网图(b)[22]Fig.5 Chondrite-normalized REE distribution patterns and primitive mantle-normalized spider diagram of trace element of Sanligang pluton

图6 英云闪长岩锆石阴极发光图、分析点位置及年龄值Fig.6 Cathodoluminescence,analytical point position and age value of tonalite zircon

锆石U-Pb测年结果见表3。测试点中Th含量分布在65×10-6～517×10-6,U含量在116×10-6～561×10-6,Th/U值在0.47～0.92之间;在锆石球粒陨石标准化的稀土元素配分图上(图略),轻稀土元素强烈亏损、Eu负异常、Ce正异常,这与岩浆锆石的特点相符合。24个分析点中18个点谐和度都>90%,舍去6个谐和度<90%的点,在206Pb/238U-207Pb/235U图中18个点均分布在谐和线附近(图7)。其中三个点集中在交点上部,这3个测试点(D2021-3-01、D2021-3-03、D2021-3-14)在CL图像上显示位于锆石核部位,核与边部环带明显呈不谐和状态(图6),其206Pb/238U年龄集中在995—1 023 Ma,这3个点的加权平均年龄为(1 006±16)Ma(MSWD=0.96),可能是早期岛弧火山岩的锆石继承核;其余15个集中在交点附近,这15个分析点均位于振荡环带发育的锆石边部,年龄分布范围在854—904 Ma之间,加权平均年龄为(876.9±9.2)Ma(MSWD=4.1),可以代表英云闪长岩的结晶年龄,属于晋宁期。

5 讨论

5.1 岩石成因和形成环境

三里岗岩体主要由英云闪长岩、石英闪长岩、二长花岗岩组成,空间上相互比邻,岩相上呈过渡接触关系,之间未见烘烤现象,相互之间没有侵入和被侵入的关系以及截然的界线。三种岩性在主量元素哈克图解中有着较好的线性关系,δEu在0.76～0.94之间,具有轻微的负铕异常,说明发生了一定的斜长石分离结晶作用,在La-La/Yb(图8-a)和La-La/Sm图解中(图8-b),样品均表现为部分熔融的特征。且年代学结果又有较好的一致性,说明三里岗中—酸性岩体具有同源岩浆演化的特点。三里岗岩体具有较低的K2O/Na2O比值,再加上较低A/CNK值的特点,与典型的I型花岗岩类似[25-27],而一般认为I型花岗岩的原岩为火成岩[28],因此,三里岗岩体可能是早期岛弧火山岩发生部分熔融的产物。

图7 英云闪长岩(D2021-3)锆石U-Pb年龄谐和图Fig.7 Concordant ages of U-Pb of tonalite zircon

三里岗岩体低钾、富铝、钙碱性、I型为一般岛弧花岗岩的特点;轻、重稀土元素分异度高,表现为右倾的稀土配分模式,且无明显铕负异常,也与岛弧花岗岩的特点相似;同时显示出富集大离子亲石元素Rb、K、Pb,强亏损高场强元素Nb、Ta、Ti的特点,在花岗岩的环境判别图解上(图8-c、d),测试的三个样品都落在岛弧环境内。基本可以判断三里岗岩体为一套活动大陆边缘岛弧钙碱性花岗岩;结合R1-R2图解中样品表现为碰撞前—同碰撞阶段的特征,综合说明三里岗岩体很可能形成于俯冲向同碰撞转化的过渡阶段,其形成与大洪山地区晋宁期古洋盆向北俯冲有关。

表3 英云闪长岩锆石U-Pb测年结果

注:数据来源于实验测试,中间划横线的代表舍弃的数据。

图8 三里岗岩体岩石成因图解(a,b)[29]和环境判别图解(c,d)[30]Fig.8 Diagram of petrogenesis and setting discrimination of Sanligang pluton

5.2 成岩时代

1∶20万随县幅和1∶25万随州市幅区调报告从地质、构造角度分析,认为三里岗岩体形成于燕山期[1,3];原鄂东北地质大队一分队(1986)在三里岗岩体中获得536 Ma的K-Ar年龄,认为其为加里东期的产物;石玉若(2005)对三里岗二长花岗岩进行了全岩Rb-Sr同位素年龄研究,获得了422 Ma的等时线年龄,并推测三里岗岩体的形成时间可能要早于422 Ma。上述年龄值的获得可能是因为后期构造改造,将全岩同位素系统发生改变,使获得的同位素年龄值偏年轻。本文采用LA-ICP-MS锆石U-Pb测年法取得英云闪长岩中15个分析点206Pb/238U加权平均年龄为(876.9±9.2)Ma(MSWD=4.1),与Shi等(2007)测得的三里岗岩体中二长花岗岩876 Ma(SHRIMP法)的成岩年龄基本一致,同属于晋宁期,可以代表三里岗岩体的形成年龄。

5.3 地质意义

前人在研究区内杨家棚一带获得947 Ma的洋中脊辉长岩SHRIMP年龄,此次调查中项目组在区内绿林一带获得817 Ma的洋岛玄武岩U-Pb同位素年龄(另文发表),说明在大洪山地区至少在947—817 Ma存在一定规模的洋盆。董云鹏沿着土门—周家湾—小阜—源潭一带厘定了一个火山弧,但没有获得年代学方面精确数据。本次调查中在土门附近的岛弧英安岩中获得841 Ma的U-Pb同位素年龄(另文发表),加上项目组获得的三里岗岛弧英云闪长岩876 Ma的年龄,以及早期获得的二长花岗岩876 Ma的SHRIMP年龄,可能都为与洋盆俯冲有关的岩浆弧的产物。因此项目组在大洪山地区完整解体出了配套的晋宁期洋盆—岛弧系统,这为该区存在一条晋宁期的结合带的观点找到了强有力的证据。

秦岭造山带南部的勉略带最先由李春昱提出[31],对该带的研究和认识近年来也开始出现争议。随着冯庆来在三岔子附近蛇绿混杂岩硅质岩夹层中发现石炭纪的放射虫[32]、李曙光在黑沟峡蛇绿岩中获得变火山岩242 Ma(全岩Sm-Nd法)和221 Ma(全岩Rb-Sr法)的年龄[33]、王宗起在南秦岭西乡群中发现泥盆—石炭纪的放射虫化石[34]、孙卫东在该带内获得206—220 Ma代表碰撞的花岗岩年龄[35]等成果的报道,不少学者认为在秦岭造山带南部存在一条与中部加里东期商丹带近平行的印支期勉略带,该带经过南大巴山一直延伸到湖北省境内的随州南部大洪山地区,其可能代表的是古特提斯洋的一个东翼分支[4,7-9,11-12,16,36-38]。但近年来,对西勉略带的研究发现,其并不只是简单的由上古生界—下中生界物质组成,带内还存在大量晚古生代以前的蛇绿岩组合(陕西新版地质志)。无独有偶,大洪山地区最新地质调查成果显示,该区内存在一套代表结合带的物质组成,获得的大量U-Pb同位素年龄支持了“晋宁期”的观点,这说明秦岭造山带南侧的勉略—随州结合带物质组成上并不是局限于一次构造旋回,可能具有多旋回特征。

6 结论

(1) 三里岗岩体由二长花岗岩、石英闪长岩和英云闪长岩组成,为一套钙碱性准铝质岩—过铝质岩花岗岩类,整体表现为I型花岗岩的特点,轻稀土元素、大离子亲石元素Rb、K、Pb等富集,强亏损高场强元素Nb、Ta、Ti的特点,为一套岛弧环境下的中—酸性侵入岩组合。

(2) 对英云闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果显示,15个分析点谐和度都>90%,且206Pb/238U年龄分布较集中,加权平均年龄为(876.9±9.2)Ma(MSWD=4.1),属于晋宁期,可以代表三里岗岩体的形成时间。

(3) 三里岗岩体与土门—源潭一带的火山岩一起共同组成大洪山古洋盆的岩浆弧,其都是大洪山地区晋宁期古洋盆向北俯冲的产物。大洪山地区晋宁期弧盆体系的厘定,说明勉略—随州结合带物质组成上可能具有多旋回特征。

致谢:李廷栋院士,潘桂棠、肖庆辉、陆松年、丁孝忠和牛志军研究员在野外工作中给予了悉心的指导和极大的帮助,潘桂棠研究员对文章的内容提出了大量的宝贵意见,在此表示诚挚的谢意！

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(责任编辑：于继红)

Discussion about Genesis and Formation Age of Sanligang Plutonin the Dahongshan Region,Hubei

LIAO Mingfang, XIE Yingbo, LI Linjing, YANG Jinxiang, MAO Xinwu, DENG Qianzhong, KONG Lingyao, LI Qiwen, CHEN Chao

(HubeiGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei430034)

The Sanligang pluton gives priority to monzonitic granite,and a few quartz diorite and tonalite exposed in the northwest and southeast respectively,has a banding distribution along the northwest-southeast direction between Tumen,Sanligang and Nanbiwan overall.Whole-rock major and trace element analyses of the Sanligang pluton show calc-alkali (δ<3.3) I-type granite features with low K (potassium) and rich Al (aluminum) characteristics;and flat to LREE-rich REE patterns with unobviously negative Eu anomaly;these rocks also correspond to active continental margin arc calc-alkaline granite in geochemistry with overall LILE (Rb,K and Pb) depletion and significantly negative Nb,Ta and Ti anomalies. Fifteen highly concordant analytical spots of U-Pb zircon dating by LA-ICP-MS show weighted mean age of (876.9±9.2) Ma (MSWD=4.1),belong to Jingningian Period,for monzonitic granite from Sanligang, which could represent the formation age of the Sanligang pluton. Both Sanligang pluton and the island arc volcanics along Tumen to Yuantan were the magmatic arc which was the product of northward subduction of the Dahongshan ancient Jingningian oceanic basin.

Sanligang pluton; magmatic arc; zircons U-Pb age dating; Jingningian; geochemistry

2015-09-01;改回日期:2015-12-04

“湖北省区域地质调查与片区总结”项目研究成果之一，项目编号为121201130112800。

廖明芳(1989-),女,助理工程师,地质矿产勘查专业,从事区域地质矿产调查研究工作。E-mail:312755053@qq.com

P588.12

A

1671-1211(2016)02-0143-08

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.02.004

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160303.1057.026.html 数字出版日期:2016-03-03 10:57