福建寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩的发现及地质意义

杨 仲

(福建省地质调查研究院，福州，350013)

福建境内地质构造复杂，侵入岩分布广泛，按侵入时期可分为吕梁期、晋宁期、加里东期、印支期、燕山期、喜马拉雅期[1]。20世纪90年代前，福建境内少见有古元古代花岗岩相关报道[2]。随着近些年来构造混杂岩理论的推广[3]、闽北地区变质基底的解体[4]及单颗粒锆石U-Pb同位素测年方法的广泛运用，从古元古代大金山岩组解剖出较多的古元古代花岗岩[5-6](1)福建省地质调查研究院，1∶5万建瓯、南雅、玉山、西溪幅区域地质矿产调查报告，2017。(2)福建省地质调查研究院，1∶5万镇前、东游、岭下、双溪幅区域地质调查报告，2013。，而政和—大埔断裂带东侧的闽东火山岩带地区则鲜有发现。1∶5万湖屯、寿宁县、泰顺县、南阳幅区调工作在寿宁仙峰、铁场等地新发现古元古代片麻状花岗岩，LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年为(1 783±29)Ma、(1 831±29)Ma、(1 833±21)Ma。闽东火山岩带地区古元古代片麻状花岗岩的发现为福建境内基底及吕梁期构造骨架的研究提供了新的思路和信息。

1 地质背景

研究区位于政和—大埔断裂带东侧的闽东火山断坳带，区内以大规模分布的中生代火山岩为特征，出露地层主要为晚侏罗世南园组及早白垩世小溪组，侵入岩除了古元古代片麻状花岗岩外，主要出露早白垩世正长花岗岩、晚白垩世花岗斑岩，另外铁场、马斜一带零星出露一套非史密斯地层(早古生代马面山构造混杂岩),并产石墨矿，其中的马斜石墨矿可达小型规模。受福安—南靖北东向断裂带影响，区内北东向断裂十分发育，另外北西向断裂亦较为发育(3)福建省地质调查研究院，1∶5万湖屯、寿宁县、泰顺县、南阳幅区域地质调查报告，2018。(图1)。

图1 寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩地质图Fig.1 Geological map of Xianfeng paleoproterozoic gneisses in Shouning county1—早白垩世小溪组；2—晚侏罗世南园组；3—早古生代马面山构造混杂岩；4—晚侏罗世潜花岗斑岩；5—晚白垩世花岗斑岩；6—早白垩世正长花岗岩；7—古元古代片麻状花岗岩；8—火山喷发中心；9—锆石U-Pb同位素年龄样、及样品号；10—角度不整合接触界线；11—平行不整合接触界线；12—地质界线；13—断层；14—研究区位置；15—北武夷隆起区；16—南武夷古生带坳陷区；17—闽东火山断坳带

仙峰岩体出露于寿宁城东约15 km处犀溪仙峰村一带，有仙峰、铁场2个侵入体，仙峰侵入体出露面积约1.85 km2，其上主要为中生代火山岩不整合覆盖，西侧为早白垩世正长花岗岩侵入，铁场侵入体出露面积约1.86 km2，东西两侧与早古生代马面山构造混杂岩呈断层接触，另外马斜石墨矿下部亦见有古元古代片麻状花岗岩出露，北侧为早白垩世正长花岗岩侵入，南侧为中生代火山岩不整合覆盖。

2 岩石学特征

寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩主要呈浅灰-浅灰黄色，具中细粒花岗结构，矿物成分主要有石英(20%～29%)、钾长石(40%～57%)、斜长石(30%～40%)、黑云母(±3%)，矿物粒径为0.5～5 mm，以1～4 mm为主。岩石多受韧性剪切作用影响，表现为糜棱岩化，局部表现为片理化，原岩中的矿物多产生形变破碎，形成糜棱基质(±90%)、碎斑(±10%)。碎斑呈透镜状，粒径1.5～4.5 mm，长轴具定向排列，碎斑成分主要为石英、钾长石。石英遭受韧性剪切作用，形态拉长，长轴具定向排列，石英发生重结晶，形成粒状变晶结构，变晶石英粒径为0.5～2 mm，呈等轴粒状或不规则状，具波状消光现象。钾长石受韧性剪切作用，显脆性破碎，形成碎斑、糜棱基质(细粒化)。斜长石具聚片双晶、卡钠复合双晶，受韧性剪切作用，显脆性破碎，形成碎糜棱基质(细粒化)。黑云母受韧性剪切力作用，被次生鳞片状黑云母矿物取代，且被绿泥石矿物交代(照片1)。

照片1 寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩野外岩性特征(左)及显微镜下特征(右)Photo.1 Field lithologic characteristics (left) and microscopic photographs (light) of Xianfeng paleoproterozoic gneisses in Shouning county

副矿物以种类多、含量变化大为特征，钛铁矿矿物种类较多，主要为钛铁矿、赤褐铁矿等；金属硫化物矿物主要为黄铁矿，且含量较高；稀有稀土矿物主要为锆石、磷灰石、榍石；其他矿物主要有绿帘石和石榴石，其中石榴石为典型的过铝质矿物。其副矿物组合类型为锆石-钛铁矿-磷灰石型。

3 岩石地球化学特征

此次研究区内共采集了5件样品进行岩石地球化学分析测试研究(样品编号分别为ZK704-6、D96601-1、D2752-2、ZK1502-16、D8823-1)，岩石样品新鲜，无污染，无蚀变。主量、微量元素及稀土元素测试分析均在福建省地质测试研究中心完成。其中，主量元素采用X射线荧光光谱仪进行测定(XRF)，并用等离子光谱法(ICP-AES)进行验证;微量和稀土元素主要采用等离子质谱仪(XseriesⅡ)进行测定后，再用等离子质谱法(ICP-MS)进行验证。

3.1 主量元素

此次测试5件样品主量元素、岩石化学参数及CIPW标准矿物含量显示，寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩主量元素以富硅、铝、碱，低钙、镁，高铁镁比值、高钾钠比值、高DI，CIPW刚玉分子大于1%，A/NKC比值大于1.1为特征。SiO2含量为66.47%～69.12%；碱含量整体较高，(Na2O+K2O)含量为6.83%～9.30%，K2O>Na2O，除了一件D8823-1样品变形明显较强可能导致部分Na的丢失不参与K2O/Na2O比值统计外，其他4件样品K2O/Na2O比值为1.44～2.45，平均为1.97；Al2O3含量较高，一般为14.44%～16.18%，平均为15.31%；CaO、P2O5、TiO2含量较低，CaO含量为0.15%～1.49%，P2O5含量为0.047%～0.151%，TiO2含量为0.34%～0.57%；FeO*含量为2.58%～3.67%，MgO含量为0.55%～1.56%，Fe相对于Mg富集，FeO*/MgO比值为2.36～4.68，与“S”型花岗岩(2.38)相当(表1)。

表1 寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩主量元素含量及特征值(%)

在Q′-Anor图解中全部样品投影于花岗岩区域；在SiO2-AR分类图中主要样品投影于钙碱性区域，仅有一件样品投影于碱性岩区域(图2a)；在K2O-SiO2图解中主要样品投影于钾玄岩系列区域，但有一件样品投影于高钾钙碱性系列区域(图2b)；A/CNK比值较大为1.09～1.82，仅一件小于1.1，平均为1.33，在A/CNK-A/NK图解上均投影于过铝质区域，属于强过铝质花岗岩；分异指数较高，一般为84.81～92.91，平均为87.64；戈蒂里指数平均为29.16，大于10；CIPW标准矿物中出现刚玉分子，含量大于1。

图2 寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩SiO2-AR(a)、K2O-SiO2(b)图解Fig.2 SiO2-AR diagram and K2O-SiO2 diagram of Xianfeng paleoproterozoic gneisses in Shouning county

3.2 微量元素

寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩微量元素、稀土元素含量及特征值显示，大离子亲石元素(LILE)Rb、Th、U富集，高场强元素(HFSE)中Nb、Ta、Ti、P和Sr、Ba亏损。P是相容元素，在花岗岩中能被磷灰石容纳，P的负异常表明在岩浆演化过程中经历了磷灰石分离结晶作用，微量元素整体显示壳源岩浆的特征(表2)。微量元素原始地幔标准蛛网图显示各分析样品整体形态相似，且与上地壳形态大致相一致(图3a)。

表2 寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩稀土元素、微量元素含量及特征值(×10-6)

3.3 稀土元素

寿宁仙峰古元代片麻状花岗岩稀土元素总量(∑REE)较高，一般为199.40×10-6～492.27×10-6，平均为332.03×10-6，高于上部陆壳的平均总量210.07×10-6及自然界花岗岩平均稀土总量288×10-6。轻稀土元素(LREE)总量为187.16×10-6～439.40×10-6，平均为305.04×10-6；重稀土元素(HREE)总量为12.24×10-6～52.87×10-6，平均为26.99×10-6；LREE/HREE比值为8.31～15.29，平均为12.46，(La/Yb)N为12.49～29.81，平均为22.43，表明轻稀土富集，重稀土亏损，轻、重稀土分馏强烈。δEu为0.46～0.86，平均为0.59，表现为负铕异常。稀土元素配分模式图呈现出铕负异常、整体右倾的形态(图3b)。

图3 寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩微量元素原始地幔标准化蛛网图(a)及稀土元素配分模式图(b)Fig.3 Original mantle standardized cobweb map (a) and rare earth element distribution model map (b) of Xianfeng paleoproterozoic gneisses in Shouning county

4 LA-ICP-MS锆石U-Pb测年

此次采集了3件样品开展了LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定，1件样品位于仙峰村，样品编号为D2757-2，另外2件采集的是马斜石墨矿钻孔岩芯，编号分别为ZK1052-13、ZK1052-16。

LA-ICP-MS锆石U-Pb测年在西北大学大陆动力学国家重点实验室Agilent7500型ICP-MS电感耦合等离子体质谱仪和德国ComPex102 ArF准分子激光器(工作物质ArF，波长193 nm)以及GeoLas200M 光学系统的联机上进行。

4.1 锆石特征

单颗粒锆石以玫瑰色、粉色为主，呈棱角、次棱角柱状，部分晶体晶面粗糙，少数见铁染，有裂纹、包体。呈玻璃光泽，半透明，部分晶体晶面光洁，金刚光泽，透明。粒径主要为0.03～0.15 mm；少数为0.16～0.30 mm；延长系数主要为1.5～3.0；次要为3.0～4.0；个别为5～6。

锆石的主要类型由柱面{110}不发育的{100}和锥面{111}{131}{311}组成聚形，呈棱角状至次棱角柱状以及由柱面{100}不发育的{110}和锥面{111}组成聚形，次要类型由柱面{100}和锥面{111}组成聚形，呈棱角状至次棱角柱状以及由柱面{100}不发育的{110}和锥面{111}不发育的{131}{331}组成聚形。CL影像图显示锆石形态振荡环带清晰，核幔结构较少，显示为岩浆锆石特征(图4)。

图4 寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩3件样品部分锆石CL影像及采集点图Fig.4 Partial zircon CL images and collection points map of 3 samples of Xianfeng paleoproterozoic gneisses in Shouning county

4.2 测年结果

研究区内采集3件样品(编号为D2757-2，ZK1052-13，ZK1052-16)进行锆石U-Pb同位素年龄分析，测试数据(表3)。此次采用图解法处理相关数据，因为主要测点年龄大于1 000 Ma，因此采用207Pb/206Pb计算锆石表面年龄及加权平均年龄[7]。

表3 寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩锆石U-Pb同位素分析结果

续表3

续表3

样品D2757-2选择了35个测试点分析，Th含量为21.61×10-6～203.92×10-6，U含量为125.36×10-6～839.02×10-6，Th/U比值为0.04～0.76，其中小于0.1的2个点，大于0.4的7个点，平均值0.26，结合锆石形态、CL影像图特征，总体显示为岩浆锆石的特征[8]。由于第2，3，5，6，11，16，19，21，22，23，26，28，30，31等14个点分析结果谐和度太差，第8，17，32，33，34，35等6个点分析结果偏离谐和线太远未参与加权平均年龄计算外，其余15个分析点具有一致的207Pb/206Pb年龄(图5)，加权平均年龄为(1 783±29)Ma(N=15，MSWD=0.46)，代表了该岩体的结晶年龄。

图5 寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩(D2757-2)锆石U-Pb加权平均年龄图(a)及谐和年龄图(b)Fig.5 Zircon U-Pb age weighted average chart (a) and harmony age chart (b) of Xianfeng paleoproterozoic gneisses (D2757-2)in Shouning county

样品ZK1052-13选择了35个测试点分析，Th含量为32.97×10-6～276.65×10-6，U含量为144.24×10-6～1 090.27×10-6，Th/U比值为0.06～0.89，其中小于0.1的4个点，大于0.4的9个点，平均值0.26，结合锆石形态、CL影像图特征，总体显示岩浆锆石的特征[8]。由于第14，35点分析结果谐和度太差，第10，11，25，31，33，34等6个点分析结果偏离谐和线太远未参与加权平均年龄计算外，其余27个分析点具有一致的207Pb/206Pb年龄(图6)，加权平均年龄为(1 833±21)Ma(N=27，MSWD=0.14)，代表了该岩体的结晶年龄。

图6 寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩(ZK1052-13)锆石U-Pb加权平均年龄图(a)及谐和年龄图(b)Fig.6 Zircon U-Pb age weighted average chart (a) and harmony age chart (b)of Xianfeng paleoproterozoic gneisses (ZK1052-13)in Shouning county

样品ZK1052-16选择了35个测试点分析，Th含量为24.7×10-6～333.7×10-6，U含量为48.34×10-6～1 028.81×10-6，Th/U比值为0.12～1.0，大于0.4的13个点，没有小于0.1的点，平均值0.35，结合锆石形态、CL影像图特征，总体显示岩浆锆石的特征[8]。由于第1，5，11，12，13，17，19，22，23，25，29，30，32，34等14个点分析结果谐和度太差，第4，9，14，15，18，21，31等7个点分析结果偏离谐和线太远未参与加权平均年龄计算外，其余14个分析点具有一致的207Pb/206Pb年龄(图7)，加权平均年龄为(1 831±29)Ma(N=14，MSWD=0.70)，代表了该岩体的结晶年龄。

图7 寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩(ZK1052-16)锆石U-Pb加权平均年龄图(a)及谐和年龄图(b)Fig.7 Zircon U-Pb age weighted average chart (a) and harmony age chart (b)of Xianfeng paleoproterozoic gneisses (ZK1052-16)in Shouning county

5 讨论

5.1 岩浆来源

寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩富硅、铝、碱，低钙、镁，为典型的酸性花岗岩，同时具有以下特征。

图8 寿宁仙峰岩体ACF图解Fig.8 ACF diagram of Xianfeng rock mass in Shouning county

Al2O3含量较高，铝饱和指数A/CNK总体大于1.1，CIPW标准矿物中刚玉分子含量均大于1，K2O含量为4.03%～7.13%，除了由于D8823-1样品变形明显较强可能导致部分Na的丢失不参与Na2O与K2O/Na2O比值统计外，其他4件样品Na2O含量为2.46～2.88，K2O/Na2O比值平均为1.97；副矿物组合类型为锆石-钛铁矿-磷灰石型，并出现富铝特征矿物石榴石；微量元素中大离子亲石元素(LILE)Rb、Th、U富集，高场强元素(HFSE)中Nb、Ta、Ti、P和Sr、Ba的亏损，稀土总量(∑REE)较高，轻稀土富集，重稀土亏损，轻、重稀土分馏强烈，δEu变化于0.46～0.86，表现为负铕异常，微量元素蛛网图及稀土元素配分图总体与上地壳岩浆相似；在ACF图解中均投为“S”型花岗岩(图8)。寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩为“S”型花岗岩，显示岩浆物质来源于上地壳物质部分熔融。

5.2 形成时代

寿宁仙峰片麻状花岗岩与早古生代马面山构造混杂岩相伴产出(二者呈断层接触)，其上为中生代火山地层不整合覆盖，并为燕山期侵入岩侵入，此次获得3组锆石U-Pb同位素成岩年龄分别为(1 783±29)Ma、(1 833±21)Ma、(1 831±29)Ma，认为寿宁仙峰片麻状花岗岩形成时代应为古元古代。

5.3 构造背景分析

寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩戈蒂里指数(τ)为23.47～45.38，平均值大于10，属于造山带火山岩；在logσ-logτ图解中的投影点均落于造山带火成岩区域(图9a)；R1-R2图解中投影点多数落于同碰撞期的及其附近(图9b)，因此寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩应形成于同碰撞造山环境。

图9 寿宁仙峰岩体logσ-logτ图解(a)及R1-R2图解(b)Fig.9 logσ-logτdiagram(a)and R1-R2 diagram(b)of Xianfeng rock mass in Shouning county图(a)中：A区非造山带火山岩；B区为造山带火山岩；C区为A、B区派生的碱性、偏碱性火山岩；J为日本火山岩；图(b)中：①为地幔斜长花岗岩；②为活动板块边缘(板块碰撞前)花岗岩；③为板块碰撞后隆起期花岗岩；④为造山晚期花岗岩；⑤为非造山期花岗岩；⑥为同碰撞期花岗岩；⑦为造山期后花岗岩

21世纪以来，随着1∶5万区调的开展及锆石U-Pb同位素测年方法的广泛运用，在福建闽北及浙江丽水地区相继发现较多的古元古代花岗岩。如建瓯东峰花岗片麻岩，其锆石U-Pb年龄为(1 841±5.4)Ma、(1 879±14)Ma[9]，浙江龙泉地区花桥石英二长岩，Sm-Nd同位素等时线年龄年龄为(2 059±54)Ma[10]；浙江丽水敕木山花岗岩，锆石U-Pb年龄为(1 877±21)Ma[11]，以上古元古代花岗岩均具有过铝质，高A/CNK比值、高钾钠比值，轻、重稀土分馏强烈等“S”型花岗岩特征。

古元古代全球经历了强烈的造山运动，2012年国际地层委员会提出2 060～1 780 Ma为古元古代哥伦比亚纪。该段时间地球经历了强度最大、历时最长的全球性造山运动，主要以Columbia超大陆的聚合为特征，此运动在北美称为哈德逊运动，在欧洲称为卡累利运动，在我国主要称为吕梁运动。该期运动后，地球上有相当于现代陆地面积约三分之二的大陆己经形成，大陆岩石圈的刚性度明显增加，地球的岩石圈才具有明显水平运动特征的现今板块构造作用[12]，此次造山运动与寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩所反映造山带环境相吻合。许多专家、学者认为[13-15]，古中元古代华南存在一个统一的变质基底地质体，提出华南确实存在晚太古宙-早元古宙变质基底，且可能于早元古宙末组成一个统一的扬子—华夏古陆，在Rodinia超级大陆重建和探讨华夏及扬子地质体在其中的位置时，认为华夏地质体属于中元古宙劳伦大陆西缘，福建寿宁地区、闽北武夷地区、浙江丽水地区等古元古代花岗岩相同的成岩时代、相似的岩石地球化学特征相同的构造背景，对以上观点具有很好的验证，也说明古元古代闽、浙地区吕梁期可能为一体，且普遍经历了造山运动。

6 结论

(1)寿宁仙峰片麻状花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄分别为(1 783±29)Ma、(1 831±29)Ma、(1 833±21)Ma，形成于古元古代。

(2)寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩主量元素富硅、铝、碱，低钙、镁，高铁镁比值、高钾钠比值、高DI，CIPW刚玉分子大于1%，A/CNK大于1.1，微量元素大离子亲石元素(LILE)Rb、Th、U的富集，高场强元素(HFSE)Nb、Ta、Ti、P和Sr、Ba的亏损，稀土元素轻稀土富集，轻、重稀土分馏强烈，为过铝质“S”型花岗岩，岩浆来源于上地壳，形成与同碰撞构造背景。

(3)寿宁仙峰古元古代片麻状花岗岩与北武夷地区、浙江丽水地区发现的古元古代花岗岩相似，具有相同或相似的岩石地球化学特征，基本相同的成岩时代及构造背景，显示闽浙地区吕梁期可能为一体，且普遍经历了造山运动。

致谢：文章主要成果来源于中国地质调查局大调查项目“福建1∶5万湖屯、寿宁县、泰顺县、南阳幅区域地质调查”，是项目组集体智慧的结晶。