粤东秀才堂铝质A型花岗岩体LA-ICPMS锆石U-Pb年龄及其地质意义

邓中林，杨晓聪

（广东省佛山地质局，广东佛山528000）

粤东秀才堂铝质A型花岗岩体LA-ICPMS锆石U-Pb年龄及其地质意义

邓中林，杨晓聪

（广东省佛山地质局，广东佛山528000）

秀才堂岩体位于潮州—普宁断裂带南东侧，主体岩性为中粒晶洞花岗岩与细粒斑状晶洞花岗岩；LA-ICPMS锆石U-Pb定年结果为94.8±2.9 Ma、94.7±3.6 Ma，属于燕山晚期岩浆活动产物。岩体具有富硅（SiO2平均为75.6%）、准铝（A/CNK值平均为0.997）、钾大于钠（K2O/Na2O值平均为1.087），贫镁、铁、钙的特征。岩体富集大离子元素Rb、Th，明显亏损Ba、Sr、Y，且具有较高的Rb/S（r平均为6.24）和高的Rb/Nb值（平均为30.76），稳定的碱度率（AR变化于4.0～4.46）和里特曼指数（2.12～2.56），轻、重稀土之间分馏明显，配分模式呈水平型，Eu中等亏损，发育晶洞构造等。主量与微量元素地球化学数据显示具有铝质A型花岗岩特征，其形成于地壳伸展减薄背景下，由幔源岩浆底侵导致下地壳熔融而成。

LA-ICPMS锆石U-Pb定年；晶洞花岗岩；铝质A型花岗岩；粤东秀才堂岩体

秀才堂岩体位于莲花山脉的北西侧，北东向潮州-普宁断裂带控制了研究区内基本构造格架（图1）。研究区内晚三叠世－早侏罗世蓝塘群浅海相沉积地质体与晚侏罗世－早白垩世高基坪群火山－沉积地质体，形成北东向火山机构；伴随火山喷发与沉积作用，晚侏罗世以来的侵入岩十分发育，从酸性花岗岩类到基性辉长岩类多期次侵入，是广东境内中新生代以来岩浆作用最为活跃的地区之一。研究区内已有花岗岩研究成果更专注于区域构造—岩浆演化规律的认识[1-6]，而有关秀才堂晶洞花岗岩的研究资料也仅局限于1︰5万区域地质调查成果，对其年代学、岩浆成因和形成构造环境等方面尚未有公开的文献报道。鉴于此，本文选择该岩体进行岩石学、锆石U-Pb年代学、地球化学等进行研究，进而为粤东南沿海地壳物质组成及其演化提供依据。

1 岩体地质概况

图1 粤东秀才堂岩体地质简图Fig.1 Geological sketch map ofthe Xiucaitanggranite batholith，Easthern GuangdongProvince1-第四系；2-蓝塘群；3-高基坪群；4-晚白垩世花岗斑岩；5-晚白垩世晶洞花岗岩；6-早白垩世钾长花岗岩；7-晚侏罗世二长花岗岩；8-中粒晶洞花岗岩；9-细粒斑状晶洞花岗岩；10-断层；11-喷发不整合界线；12-涌动侵入接触界线；13-取样点位置；14-锆石年龄取样点位

图2 秀才堂晶洞花岗岩结构构造特征Fig.2 Structure characteristics ofthe Xiucaitangmiarolitic granite batholithsa-中粒晶洞花岗岩晶洞构造；b-细粒似斑状结构.

秀才堂岩体分布于粤闽交界的莲花山地区，侵位于马山湖火山盆地的中心地带，呈岩株状产出，近NE走向，北东向潮州—普宁断裂切割岩体，止于北西走向的饶平—大埔断裂。岩体与蓝塘群与高基坪群火山－沉积地层侵入接触。岩性主要为中粒晶洞花岗岩与细粒斑状晶洞花岗岩，细粒斑状晶洞花岗岩侵入于中粒晶洞花岗岩中心部位。岩石以具晶洞构造（图2a）、暗色矿物含量低、肉红色为特征。其中中粒晶洞花岗岩具中粒花岗结构、偶见文象结构，矿物粒径一般为2～5 mm，成分主要由钾长石（55%～60%）、斜长石（12%～20%）、石英（25%±），少量黑云母（1%～5%）组成，副矿物有磁铁矿、锆石、磷灰石、榍石、褐帘石等，该侵入体中普遍见有与围岩界线截然的闪长质暗色包体；钾长石一般为微斜微纹长石，具卡氏双晶，常含有更长石微粒微晶；斜长石为自形-半自形板状双晶，聚片双晶发育，长石牌号An=23～27之间。细粒斑状晶洞花岗岩具细粒似斑状结构（图2b），块状构造，斑晶以钾长石、石英为主，少量斜长石，含量10%～20%不等，粒度2.5～6.5 mm，细粒斑状晶洞花岗岩基质中各矿物紧密镶嵌构成细粒花岗结构，局部石英与长石呈现有规律的交生共结体，构成文象结构，矿物粒径一般0.2～2 mm，成分主要为钾长石（45%～55%）、斜长石（10%～15%）、石英（20%～25%）及少量黑云母（1%～4%）组成，其中钾长石为微斜微纹长石，常见卡氏双晶；斜长石为自形-半自形板状双晶，聚片双晶与卡钠双晶发育，个别具有环带构造，为更长石，长石牌号An=24～27之间。副矿物组合较为简单，以磁铁矿、锆石、磷灰石、独居石、榍石、褐帘石等为主。岩体蚀变作用较弱，以绢云母化、绿泥石化为主，偶见钠化。

2 样品和分析方法

锆石分选在河北区域地质调查研究所实验室完成，原岩样品粉碎后，经过淘洗去除轻矿物部分。将重砂部分进行磁选和重液分选，从中分选出锆石含量为主的部分，得到含有少量杂质的锆石样品，最后在双目镜下挑选出锆石晶体。将锆石晶体与标准锆石晶体TEM一起制成样品靶，在样品靶固结后，打磨、抛光，使锆石内部暴露出来，然后在光学显微镜下进行透射光、反射光照相，以及电子显微镜下的CL图像锆石激光-等离子体质谱（LA-ICP-MS）U-Pb同位素分析在武汉上谱分析责任有限公司完成，实验采用由美国Agilent公司生产的Agilent7700型等离子质谱仪和相干193 nm准分子激光剥蚀系统（GeoLasPro）。激光剥蚀所用频率为5 Hz，激光能量80 mJ，采样方式为单点剥蚀，束斑直径为36 μm。每测定10个样品测定一个锆石标样 91500和一个硅酸盐玻璃标样NIST610。数据处理采用ICPMSDATACAL 9.9程序，以NIST610做微量元素校正标准样品，以锆石标样91500作为同位素比值监控标准样品。采用Andersen（2002）方法进行普通Pb校正[7]。

3 锆石U-Pb定年结果

选取秀才堂岩体中两种不同组构的岩石样品进行锆石U-Pb定年分析。其中锆石样品（D0036）岩性为中粒晶洞花岗岩，采自广东饶平县钱东镇大坑北约3 km小路旁，坐标点位置为E116°46′54″，N23°43′06″。阴极发光电子图像显示，锆石大多透明，一般无核，少见裂纹，环带结构清晰，为典型的岩浆锆石（图3a）。测试数据表明（表1），中粒晶洞花岗岩锆石的铀、钍含量变化都比较明显，分别为307×10-6～2215×10-6和312×l0-6～2866×10-6，Th/U值变化明显（0.83～1.52），它们都位于岩浆锆石的Th/U值范围内。在测试的18个数据中，206Pb/238U年龄值相对集中（81.4±2.1～132±2.6 Ma）。其中，测点2～7、9～18等16颗锆石的206Pb/238U年龄变化小，为84.2±2.1～106±4.2 Ma，在图3b中位于谐和线上，其加权平均年龄为94.8±2.9 Ma（MSWD=1.2），该年龄值可代表秀才堂岩体的形成时间，表明秀才堂岩体是燕山晚期岩浆活动产物。其中测点1的年龄稍偏年轻，为81.4±3.8 Ma，鉴于该测点具有最高的普通铅含量（10.6×l0-6，表1），因而年龄值偏年轻可能是由放射成因铅的丢失引起的[8]。测点8锆石的206Pb/238U年龄稍高，为132±2.6 Ma，可能是岩体形成过程中捕获的早白垩世岩浆锆石，这和秀才堂岩体毗邻存在早白垩世花岗岩体的事实相吻合。

图3 秀才堂岩体中粒晶洞花岗岩（D0036）锆石阴极发光图(a)和LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和图(b)Fig.3 Cathodoluminescence images(a)and LA-ICP-MSzircon U-Pb concordia diagrams(b)ofmedium-grained miarolitic granites（D0036）

图4 秀才堂岩体细粒斑状晶洞花岗岩（D0037）锆石阴极发光图(a)和LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和图(b)Fig.4 Cathodoluminescence images(a)and LA-ICP-MSzircon U-Pb concordia diagrams(b)offine-grained porphyritic miarolitic granites（D0037）

锆石样品（D0037）采自广东省饶平县钱东镇大坑北西约4 km，坐标点位置为E116°46'07″，N23°43′20″，岩性为细粒斑状晶洞花岗岩。锆石为自形—半自形柱状，锆石颗粒长度为80～300 μm，长宽比为1.2︰1～3︰1。阴极发光图像显示锆石具有清晰的岩浆震荡环带（图4a），属于典型的岩浆锆石。其锆石U-Pb分析测试数据见表1。锆石的铀、钍含量分别为212×10-6～1666×10-6和286×l0-6～3639×10-6，Th/U值变化于0.69～2.18之间，在测试的18个数据中，206Pb/238U年龄值相对集中(82.5±3.7～132±2.1 Ma)。其中，除测点7、17外，其余测点的206Pb/238U年龄变化小，为82.5±3.7～109±2.2 Ma，在图4b中位于谐和线上，其加权平均年龄为94.7±3.6 Ma(MSWD=1.8)；测点7与17锆石的206Pb/238U年龄稍高，为122±5.7 Ma、132±2.6 Ma，可能是岩体形成过程中捕获的早期岩浆锆石。

表1 秀才堂岩体LA-ICPMS锆石U-Pb同位素分析结果Table 1 LA-ICPMS zircon U-Pb isotopic compositinos of the Xiucaitang granite batholith

4 地球化学特征

4.1 主量元素特征

秀才堂晶洞花岗岩样品的岩石化学分析结果列于表2中。在细粒斑状晶洞花岗岩样品中，w（SiO2）含量变化范围为75.52%～76.03%；w（Na2O+K2O）介于8.56%～8.74%之间；w（MgO+FeO）含量变化范围为 0.58%～1.02%，w（CaO） 含量 0.44%～0.64%；铝饱和指数A/CNK值均低于1.1（0.978～1.023）。中粒晶洞花岗岩w（SiO2）含量变化范围为74.6%～76.28%；w（Na2O+K2O） 介于 8.40%～8.99%之间；w（MgO+FeO）含量变化范围为0.54%～0.70%，w（CaO）含量0.47%～0.88%；铝饱和指数A/NKC值均低于1.1（0.962～1.024）。岩体FeO*/MgO（FeO*=FeO+0.9×Fe2O3）比值（平均4.31）高于一般的S型和I型花岗岩，分异指数DI值（0.925～0.952）高，原始岩浆经历了明显的结晶分异作用。岩体w（K2O）＞w（Na2O），碱度率（AR）变化范围不大（4.0～4.46），里特曼指数（σ）2.12～2.56，铝准饱和（A/NCK=0.962～1.024），在w（SiO2）-w（K2O）图解中表现为高钾钙碱性系列岩石（图5a）[9]；在A/CNK-A/NK图解上，数据点都位于亚碱性准铝质与过铝质区域内（图5b）[10]；岩体属于准铝质、钙碱性花岗岩类型。秀才堂岩体化学组成呈现富硅、富碱，贫镁、铁、钙的主量元素特点可与典型的A型花岗岩对比[11]。准铝质的特征与南昆山、佛冈铝质A型花岗岩相近[12-13]。

4.2 微量元素特征

由表2可知，秀才堂岩体不同组构的晶洞花岗岩以富集大离子元素Rb、Th，高w(Rb)/w(Sr)、明显亏损Ba、Sr、Y和轻微亏损Nb、Zr为特征。其中w (Rb)为(212.6～322.0)×10-6,w(Ba)、w(Sr)、w(Y)分别为(81.46～237.0)×10-6、(29.96～72.7)×10-6和(6.76～23.20)×10-6;高场强元素Zr、Nb、Y、Yb质量分数较低及Zr+Nb+Ce+Y总量较低,其中La、Ce、Ta等元素质量分数约为原始地幔的39、31、96倍,而Zr、Y、Yb等相容元素质量分数正异常偏低，小于20倍，这些特征显示岩体岩石具有A型花岗岩岩石的地球化学特征。秀才堂花岗岩的Ba、Sr亏损等地球化学特征与福建魁岐晶洞花岗岩极其相似，表明其母岩浆经历了明显的斜长石分离结晶，从而形成了高分异的高硅、高碱的岩浆[14]。特征比值Rb/Sr（3.15～7.70）和Rb/Nb值（20.09～39.01）都明显高于全球上地壳的平均值（分别为0.32和4.5）[15]，说明岩体组分源自成熟度高的地壳物质。

4.3 稀土元素特征

秀才堂岩体不同组构晶洞花岗岩的稀土元素总量（∑REE）变化于83.03×10-6～204.03×10-6之间（平均129.09×10-6），稀土总量偏低且离散度较大，∑REE总体低于维氏酸性岩值（292.10×10-6）。LREE/HREE值（5.17～8.95，平均7.20），表明在成岩过程中，有较多富重稀土矿物（如辉石、角闪石等）发生分离，与岩体中铁镁矿物含量很低相吻合。（La/Yb）N值（2.41～4.79，平均3.35）较低；δEu值为0.28～0.45（平均0.345），中等负Eu异常。稀土元素球粒陨石标准化图式（图6）[15]，配分曲线为稍向右倾斜的近水平型，中等V型谷，稀土配分曲线变化趋势基本一致，为同源岩浆演化的产物。

图5 秀才堂岩体的主量元素w(SiO2)-w(K2O)(a)图解和A/NK-A/CNK图解(b)(a,b,底图分别据文献[9-10])Fig.5 w(SiO2)-w(K2O)(a)and A/NK-A/CNK(b)diagrams showingthe major element concentrations ofthe Xiucaitanggranite batholith

表2 秀才堂岩体的主量元素（%）、微量元素（×10-6）和稀土元素（×10-6）组成Table 2 Concetrations of major(%)、trace and rare earth elements(×10-6)of the Xiucaitang granite batholith

5 岩石成因及构造意义

古太平洋板块约在早侏罗世末开始向东亚板块之下发生俯冲[16]，对华南印支期加厚的地壳或其深部动力学状态产生一定的影响，使得华南进入伸展体制[17]。此时的粤东南沿海地区随着古太平洋板块持续俯冲，陆壳不断地增生加厚，发育莲花山断裂带、长乐-南澳断裂带等一系列NE-NNE走向的并具走滑性质的断裂，沿断裂带发生火山喷发、岩浆侵入和动力热变质作用，形成东南沿海地区A型花岗质火山-侵入杂岩带[18]。秀才堂晶洞花岗岩体夹持在莲花山断裂带与长乐-南澳断裂带之间，受北东向潮州-普宁断裂控制与改造，是粤东地区一次较大规模的岩浆活动，并伴生同源的火山岩。

众所周知，中国东南沿海晶洞花岗岩高硅、高碱、低钙、低二价铁的特征，同时富集大离子亲石元素和高场强元素的特征属于A型花岗岩[14,19-23]，A型花岗岩被认为是具有富碱、贫水和非造山三个方面特征，据成分可细分为铝质和过碱性A型花岗岩[24]，其中铝质A型花岗岩具有高w(SiO2)（＞70%），高w(TFeO／MgO)、w(K2O／Na2O)和104×Ga／Al比值，高w(TiO2)（相对于I型和S型）含量，低w (Al2O3)、w(MgO)和w(CaO)含量特点[25-28]。相比之下，秀才堂晶洞花岗岩具有高硅 (w(SiO2)平均为75.6%)、准铝（A/CNK值平均为0.997）、高碱（w（Na2O+K2O）平均8.67%）、高w(TFeO／MgO)、低钙（w（CaO）平均0.61%）的特征，而且富集大离子亲石元素（如Rb、Th等）和高场强元素；准铝质的特征显示为铝质A型花岗岩类。

普遍认为A型花岗岩形成于后造山或非造山环境，与地壳拉张作用有关[11,27,29]。然而，Loiselle等[25]提出的A型花岗岩形成的构造环境也不只限于板内裂谷，还可以形成于造山期后的构造背景，在成岩物质来源上也可能是多样化的。在Rb-(Nb+Y)图解上[30]（图7a），秀才堂晶洞花岗岩样品落入后碰撞型花岗岩范围，形成于造山期后的伸展环境。Eby用微量元素比值将A型花岗岩又分为A1和A2两个亚类[11]，他们有着各自不同的成因及构造环境方面的信息，A1型花岗岩形成于非造山的裂谷环境，经常出现同生的铁镁质岩石，它们是地幔柱和热点活动的产物；A2型花岗岩来源于大陆地壳或板下地壳，代表着碰撞后环境或造山期后环境，地壳物质可以通过俯冲作用进入花岗岩形成的源区。Azer[31]认为形成于相同构造背景下的A型花岗岩显示A1与A2亚类共存的现象，主要是由源区组成的差异造成的，即壳幔物质混入的比例不同所致；壳源组分卷入量增多，更多地表现出A2型的特征。一般认为铝质A型花岗岩源区应处在下地壳位置[11,13,24,26,32]，秀才堂铝质A型花岗岩在Nb-Y-Ce判别图中（图7b），大部分落入A2型花岗岩区，个别靠近A1与A2界限处，反映了秀才堂花岗岩更多来源于下地壳物质。因此，随着碰撞挤压造山作用趋于结束，粤东南沿海地区在加厚的陆壳底部发生幔源岩浆底侵或岩石圈拆沉，引发大范围地壳伸展减薄，地幔物质上涌，热流值的上升，对上覆的下地壳物质的直接加热作用并促使其部分熔融而形成秀才堂铝质A型晶洞花岗岩体。

图6 秀才堂岩体稀土元素球粒陨石标准化曲线（标准化数据据文献[15]）Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns for Xiucaitanggranite batholith

图7 秀才堂岩体Rb-(Yb+Ta)图解(a)和Nb-Y-Ce图解(b)（a,b底图分别据文献[30,11]）Fig.7 Rb-(Yb+Ta)(a)and Nb-Y-Ce(b)diagrams ofXiucaitanggranite batholith

6 结论

通过对秀才堂花岗岩体的岩石学、年代学及地球化学的研究，取得以下几点初步认识：

(1)锆石LA-MC-ICP-MS定年结果显示，秀才堂岩体中的中粒晶洞花岗岩与细粒斑状晶洞花岗岩侵位年龄分别为94.8±2.9 Ma、94.7±3.6 Ma；它们是中生代燕山期晚白垩世早期构造岩浆活动的产物。

(2)岩体具有高硅、高碱、准铝、钾大于钠、低钙的地球化学特征，属于高钾钙碱性花岗岩类。岩体富集大离子亲石元素（如Rb、Th等）、较高的Rb/Sr和高的Rb/Nb值，具有铝质A型花岗岩的特征。

(3)秀才堂岩体是在大范围地壳伸展减薄背景下，地幔物质上涌，热流值的上升，由于幔源岩浆底侵导致下地壳熔融而成。

参加野外地质工作的还吴小辉、闫亚鹏、江云川等，在此一并致谢。

注释：

①广东地矿局722地质队.潮洲市幅F-50-6-C1/5万区域地质图说明书[R].1993.

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DENGZhong-Lin,YANGXiao-Chong

（Foshan Geological Breau of Goungdong Province,Foshan 528000,China)

The Xiucaitang granite batholith is located at South- East of Chaozhou - Puning fault zone, the main lithology is medium- grain miarolitic granites with fine- grained porphyritic miarolitic granites，LA- ICPMS zircon U- Pb dating yields ages of 94.8±2.9 Ma and 94.7±3.6 Ma, suggesting its formation in the Late Yanshanian period. This granite is characterized byhigh silicon (average SiO2=75.6wt%), subaluminous (average A/CNK=0.997)and potassiumhigher than sodium (average K2O/Na2O= 1.087) and low magnesium, iron, and calcium. It is also enriched in Rb ,Th , but depleted in Ba , Sr and Y,with high Rb/Sr values (average of6.24 )and high Rb/Nb values (average of30.76 ),stable alkalinity ratio(AR changes from4.0 ～ 4.46)and Rittmann index(2.12 ～ 2.56), its light and heavy rare earth elements are well fractionated , having flat chondrite- normalized REE patterns with clear Eu depletion and the characteristics of miarolitic structure. Geochemical data of major and trace element show the characteristics of aluminous A- type granites for the Xiucaitang granitie. It is formed in the background of crustal extension and thinning, which is caused by the underplating of mantle magma resulted in the melting of the lower crust.

LA- ICPMS zircon U- Pb dating; miarolitic granites; aluminous A- type granite; Xiucaitang granitic batholith

P618.67

A

1007-3701（2017）02-101-10

10.3969/j.issn.1007-3701.2017.02.001

2017-6-1；

2017-6-28.

中国地质调查局“1∶5万三饶、钱东圩幅区域地质矿产调查项目”（编号：12120114043201）；“广东省区域地质调查片区总结与产品服务开发”（编号：12120113012700）.

邓中林（1968－）,男,高级工程师,主要从事区域地质矿产调查工作，E-mail:dengzhlfs@163.com.

Deng Z L and Yang X C.LA-ICP-MS zircon U-Pb dating and its geological significance of Xiucaitang aluminous A-type granite batholith,Easthern Guangdong Province.Geology and Mineral Resources of South China,2017,33(2):101-110.