福建德化地区晚侏罗世琼溪岩体与大铭岩体锆石U-Pb年龄及地质意义

林向东

(福建省地质调查研究院,福州，350013)

2017年以来，福建省地质调查研究院在研究区相继开展“武夷德化—尤溪—永泰矿集区矿田构造研究”、“福建德化—尤溪—永泰金矿集区北东向隆起带及其周缘金矿成矿规律研究”等系列科研项目。根据这些项目研究成果重点对福建德化地区的琼溪正长花岗岩、大铭二长花岗岩开展岩石学、地球化学、锆石U-Pb 年代学研究，以期揭露2种花岗岩岩体的年龄、岩浆作用性质、岩石成因和区域构造演化历史，为华南中生代花岗岩构造-岩浆动力学演化提供新资料。

1 区域地质概况

研究区大地构造位置位于浙闽火山断坳带中段的西北侧、永梅断坳带的东北端(图1-a)，加里东期运动以来，区域构造-岩浆活动强烈且频繁，表现出明显的多旋回性、多成因、区域成带性等特点；特别是广泛出露的中生代花岗岩更是构成了花岗岩的主体。形成的侵入岩大部分呈岩基、岩株产出，少数呈岩瘤、岩(墙)脉产出。岩性主要有花岗闪长岩、二长花岗岩、正长花岗岩，总体呈北东-北北东向带状展布。

图1 研究区地质简图Fig.1 Geological map of the study area

2 地质概况及岩相学特征

研究区内二长花岗岩主要分布于陈厝平及大铭一带，出露面积约52.6 km2，其中以大铭深成岩体面积最大。该岩体主要出露于下富车—米桶墓和曾坂—下涌2条北东向断裂之间，由于被后期岩体侵入和断层的破坏，形态不规则，该岩体北部及东部侵入新元古代大岭(岩)组、中二叠世翠屏山组、早三叠世溪口组及志留纪岩体中，在西南侧与晚侏罗世南园组呈断层接触。岩石侵位变形普遍较弱，仅在侵入体边缘局部见及钾长石似斑晶和条丝状黑云母略呈定向排列。地貌上多呈中低山缓坡，岩石风化深，露头差，常见球状体，风化后呈粉红色特征。

研究区内正长花岗岩主要分布于下洋仔—七町湖一带，出露面积约70.47 km2，以琼溪岩体面积最大，受下富车—米桶墓北东向断裂控制，呈北东向长条状展布。岩体北部、东部侵入新元古代变质岩、中侏罗世漳平组砂岩和晚侏罗世二长花岗岩中，西部与围岩呈断层接触(图1-b)。岩石侵位变形普遍较弱，仅在局部边缘见钾长石似斑晶略呈定向排列。岩体与围岩接触界线呈港弯状或呈树枝状，接触带两侧岩石较破碎，往往见有大小不一的围岩捕虏体或见残留顶盖。

研究区内正长花岗岩及二长花岗岩均为似斑状结构，块状构造，似斑晶均为钾长石。二长花岗岩钾长石似斑晶大小6 mm×12 mm，含量为5%～10%。正长花岗岩钾长石似斑晶粒径一般为1.5～2.5 cm，含量为15%～25%。基质具中-中细粒花岗结构，粒径以0.5～3 mm为主，由钾长石、斜长石、石英和黑云母等矿物组成。副矿物有磁铁矿、锆石等，少量黑云母见有绿泥石化、暗化边等现象。

3 年代学研究

3.1 测试方法

此次研究对新鲜无蚀变的大铭二长花岗岩(D06)与琼溪正长花岗岩(D07)开展LA-ICP-MS锆石U-Pb测年。锆石原位U-Pb同位素年龄分析在武汉上谱分析科技有限责任公司的LA-ICP-MS仪器上用标准测定程序进行，测试仪器为Agilent 7900型离子型质谱仪和GeoLasHD型激光剥蚀系统。数据处理利用ICPMS DataCal完成，年龄采用3.71版本的Isoplot程序计算。

3.2 LA-ICP-MS锆石U-Pb测试结果

研究区内琼溪岩体及大铭岩体中锆石U-Pb同位素测试结果(表1)。

表1 二长花岗岩、正长花岗岩(D07)锆石U-Pb同位素测定结果

续表1

二长花岗岩及正长花岗岩二者阴极发光(CL)图像显示锆石自形程度均较好，以中长柱状与浑圆状为主，内部结构清晰，多数锆石均发育明显且较窄的岩浆结晶韵律环带，核幔结构发育，表现典型的岩浆锆石特征。部分锆石因具有较高的Th、U含量，使阴极发光图像偏深(图2-a、b)。

一般认为，岩浆成因锆石 Th/U比值>0.4，变质成因锆石 Th/U比值<0.1[1,2]；测试结果显示二长花岗岩21颗锆石的Th/U比值为0.54～4.18，平均为0.93，正长花岗岩19颗锆石的Th/U比值为0.59～1.50，平均为1.02，所有锆石点Th/U比值>0.4，亦显示锆石为岩浆成因。定年结果表明，在剔除不谐和年龄及继承锆石年龄后，取得二长花岗岩(D06)21个分析点206Pb /238U比值加权平均年龄为(160.0 ± 2.7)Ma(n=21，MSWD=16)(图3-a)。正长花岗岩(D07)的19个分析点的206Pb /238U比值加权平均年龄为(155.2±2.5)Ma(n=19，MSWD=4.1)(图3-b)。初步研究表明，琼溪正长花岗岩与大铭二长花岗岩侵位年龄均为晚侏罗世，属于燕山早期岩浆活动的产物。

图2 二长花岗岩(a)及正长花岗岩(b)阴极发光图像及单个锆石年龄(Ma)Fig.2 Zircon CL images with single zircon U-Pb isochron ages for Feldspar granite (a)and Ortho ganite

图3 二长花岗岩(a)及正长花岗岩(b)锆石U-Pb谐和图及206Pb/238U加权平均年龄图Fig.3 U-Pb Concordia diagrams and 206Pb /238U age plots of Feldspar granite (a)and Ortho granite(b)

4 岩石地球化学特征

此次研究对琼溪正长花岗岩及大铭二长花岗岩典型样品开展了岩石化学分析，主量元素分析结果显示2种岩石均普遍具高硅、较富碱、贫Ti、Mg等特点。岩石SiO2含量为69.81%～76.79%，富碱ALK为7.19%～8.19%，里特曼指数为1.58～1.99，岩石碱度率较高，为2.67～4.07，平均为3.48。岩石分异指数为81.63～95.26，平均为90.46，说明该期岩浆在结晶过程中经历了较高强度的岩浆分异演化作用(表2，图4)。

表2 研究区正长花岗岩及二长花岗岩主量(%)、微量元素成分(×10-6)分析结果

续表2

在岩石SiO2-K2O图中，所有点均落于高钾钙碱性区域(图4-a)。二长花岗岩铝饱和指数A/CNK比值分别为1.01及1.11，正长花岗岩A/CNK值为1.14及1.26；在A/CNK-A/NK含铝指数图(图4-b)上，各点集中于过铝质-强过铝质区域。

图4 二长花岗岩及正长花岗岩体主量元素成分图Fig.4 Principal element composition diagram of feldspar granite and ortho granitea—硅-钾图；b—A/CNK-A/NK图

2种岩石在稀土元素球粒陨石标准化配分模式图和原始地幔微量蛛网图上表现相似(图5-a、b)，微量元素方面均表现为Sr、Ba、P、Ti亏损，以及Th、U、Rb等大离子亲石元素富集。有较低的Sr，较高的Rb和Rb/Sr比值。从稀土元素配分模式图可以看出，岩石稀土总量中等且变化较大，∑REE为126.69×10-6～279.49×10-6，平均为170.85×10-6，轻、重稀土之间呈现有一定的分馏特征，LREE/HREE比值为1.78～6.35，(La/Yb)N比值为1.07～5.93，(La/Sm)N比值为1.11～4.10，稀土配分曲线总体表现为右倾的轻稀土富集，重稀土平坦的“海鸥型”。样品具明显的Eu负异常(δEu为0. 04～0.52)。

图5 二长花岗岩与正长花岗岩稀土元素配分图(a)及微量元素蛛网图(b)Fig.5 Rare earth element partition(a)and trace element spider web map(b)of Feldspar granite and Ortho granite

5 讨论

5.1 花岗岩的成岩时代

针对大铭岩体及琼溪岩体的形成时代， 前人做过少量的区域调查研究，1∶5万上涌幅区域地质调查研究，根据岩体与围岩的侵入先后关系，认为二者均形成于晚侏罗世，且琼溪岩体侵入于大铭岩体中。然而，对岩体的侵位时代一直缺少精确同位素数据界定，此次研究显示大铭二长花岗岩与琼溪正长花岗岩锆石U-Pb年龄分别为(160.0±2.7)Ma及(155.2±2.5)Ma，根据岩体中岩浆锆石形态特征及测试年龄值，认为二者侵位年龄同属于晚侏罗世。

5.2 岩石成因类型

以上研究显示琼溪正长花岗岩与大铭二长花岗岩地球化学特征几乎一致，年代学结果也近相同，推测二者为同源同时代岩浆演化的不同产物。岩石A/CNK 大于1.0属过铝质花岗岩。所有样品均出现标准刚玉分子，质量分数1.32%～2.84%。进一步证实二者为地壳物质部分熔融的产物。C/MF-A/MF成因判别图中，岩石显示为变泥质岩及变质砂岩部分熔融产物的特征(图6-a)。

稀土元素和微量元素数据表明，微量元素以富集Rb、U、Th 等大离子亲石元素而明显亏损Sr、Ba 和P 等元素，仅在于富集与亏损的程度上略有差异，总体呈轻-重稀土分异的右倾型，所有样品均具有强烈的Eu 的负异常，与典型强烈的华南壳源型花岗的地球化学特征相近[3]。花岗岩属于低Ba-Sr 花岗岩类，4件样品Rb/Sr比值为1.56～25.6(平均10.23)，Rb/Nd 比值为11.8～18.9(平均14.5)，分别明显高于中国东部上地壳 Rb/Sr比值的0.31和Rb/Nd比值的6.8[4]。表明二长花岗岩与正长花岗岩源自成熟度较高的地壳物质熔融。在花岗岩SiO2-Zr图解上，岩石类型显示为“S”型花岗岩(图6-b)。

图6 二长花岗岩及正长花岗岩类型判别图解Fig.6 Granite types of discrimination diagrams of Feldspar granite and Ortho granitea—C/MF-A/MF图；b—SiO2-Zr图

5.3 构造环境探讨

琼溪正长花岗岩及大铭二长花岗岩地球化学特征上均属于高钾钙碱性系列岩石，Roberts 认为，高钾钙碱性系列岩石的岩浆源区通常与先期的俯冲作用有关，并形成于同碰撞岩石圈加厚之后的伸展垮塌向非造山板内的过渡阶段[5]；Barbarin认为高钾钙碱性系列花岗岩既可以产自挤压体制转变为拉张体制的过程中，亦可以产在将碰撞事件的主峰期分开的张驰阶段[6]。

研究显示，在SiO2-FeO*/( FeO*+MgO)花岗岩构造环境判别图解中，样品的投点均落于后造山花岗岩区域(图7-a)，经典微量元素Rb-(Yb+Ta)构造环境判别图中，样品均投于同碰撞花岗岩及与板内花岗岩相交的后碰撞花岗岩区域(图7-b)，表明岩石整体形成于后碰撞构造环境。

图7 二长花岗岩及正长花岗岩构造环境判别图解Fig.7 Discrimination diagrams of tectonic setting for Feldspar granite and Ortho granite Syn-COLG—同碰撞花岗岩；WPG—板内花岗岩；VAG—火山弧花岗岩；ORG—洋脊花岗岩；post-COLG—后碰撞花岗岩；IAG—岛弧花岗岩类；CAG—大陆弧花岗岩类；CCG—大陆碰撞花岗岩类；POG—后造山花岗岩类；RRG—与裂谷有关的花岗岩类；CEUG—与大陆的造陆抬升有关的花岗岩类

目前普遍的观点认为，中国华南地区燕山期岩浆活动大致可分为燕山早期(180～140 Ma)和燕山晚期(140～97 Ma)2个主要阶段[7]，且大多数学者支持华南地区晚侏罗世花岗岩的形成应与古太平洋板块向华南陆块的俯冲作用有密切联系[8-10]。然而，关于俯冲作用的开始时间与地球动力学机制等问题仍未形成较为广泛的认识[7,11]。有学者认为古太平洋板块对华南陆块的影响从中侏罗世便已经开始[12，13]，并且经历了板内岩浆作用与陆缘弧岩浆作用2个阶段[14]。华南地区燕山早期尤其是(163～145 Ma)以发育大面积壳源型花岗岩为特征，这些花岗岩为加厚地壳伸展下发生部分熔融的产物[15-17]。

结合区域地质背景，笔者认为中侏罗世开始，古太平洋板块持续向华南陆块发生北西向的俯冲作用，而包括研究区在内的整个东南沿海地区在170～150 Ma可能正处于由挤压向伸展转变的构造机制中，该构造环境使上地壳内聚集了大量的热量，并进一步促使中-新元古代富硅的变质沉积岩发生部分熔融形成花岗质岩浆。花岗质岩浆沿着构造薄弱带上升过程不断发生分离结晶作用，并最终形成高分异壳源型正长花岗岩及二长花岗岩。

6 结论

(1)德化地区琼溪正长花岗岩及大铭二长花岗岩锆石U-Pb年龄分别为(155.2±2.5)Ma及(160.0±2.7)Ma；显示二者均为晚侏罗世岩浆活动的产物。

(2)岩石地球化学特征显示琼溪正长花岗岩及大铭二长花岗岩为强过铝质、高钾钙碱性的“S”型花岗岩，并经历了较高强度的分离结晶作用。

(3)2种花岗岩均为后碰撞构造环境下的岩浆产物，研究区可能正处于由挤压向伸展转变的构造环境中，该构造转变机制使上地壳内聚集了大量的热量，并促使中-新元古代富硅的变质沉积岩发生部分熔融，形成花岗质岩浆，并最终形成琼溪正长花岗岩及大铭二长花岗岩。