浙江治岭头地区霏细岩锆石U-Pb年龄、地球化学特征及形成背景

华杰雄，刘汉仑

1.浙江省遂昌金矿有限公司，浙江 丽水 323300；2.中国地质科学院 矿产资源研究所，北京 100037

0 引言

中国华南地区位于东亚陆源中段，濒临西太平洋，位于古亚洲洋、太平洋和特提斯洋3大构造域的交接部位[1]。近年来，众多学者对华南地区中生代岩浆-构造作用进行了充分地研究，该地区复杂的构造演化历史及岩浆活动造就了华南地区丰富的地质面貌及成矿潜力，其所处的大地构造背景及岩浆演化作用是地质学界长期以来的研究热点[2-5]，而早-晚白垩世(134～80 Ma)为华南地区中生代金属矿床集中出现的阶段之一，以浅成低温热液型铜金银矿床和花岗岩有关的钨锡铜多金属矿床的大量产出为特征，成矿峰值区间为100～90 Ma[6]。鉴于成矿作用与岩浆作用的时空相关性，对该地区同时期岩浆岩进行更深入的研究，不仅有助于探讨其成因背景，也有助于对同时期该地区构造演化进行有效讨论。

笔者以浙江省治岭头地区广泛发育的霏细斑岩为研究对象，通过精确地锆石U-Pb定年及全岩岩石地球化学研究，探讨了岩浆起源及演化过程，为揭示治岭头地区岩浆活动及构造演化机制提供资料。

1 区域地质背景

在大地构造位置上，治岭头地区地处古太平洋火山岩带的中段，是中国东部中-新生代重要的构造-岩浆活动带，同时位于浙东南地区，分属于华夏地块，以发育元古宙中深变质岩、中新生代火成岩及其构造-沉积盆地为特征。

该地区地处东亚大陆边缘，受古亚洲洋、特提斯洋和环太平洋3条全球构造带的影响和制约[2-6]，发育有江山—绍兴、丽水—余姚等大断裂，查田—龙泉、灵山—尚阳等韧性剪切带，具有非常复杂的构造格架(图1)。区内出露地层主要横跨古远古界八都群至第四系，发育的岩浆岩基本特征为：大小不等，整体以中小岩株、岩枝为主，具有多期多旋回特征，岩类发育较为齐全，超镁铁质岩、镁铁质岩、中性岩、中-酸性岩、酸性岩及碱性岩均有不同程度的发育，其中以酸性、中酸性岩体最为广泛。在时间上，古元古代至新生代岩浆岩均有分布[2-6]，各期岩浆活动由于其构造环境的不同，岩浆特征具有较大差异，但燕山期为该地区发展过程中最为强烈的一期岩浆活动，安山岩、英安岩、流纹岩、石英粗面岩及花岗闪长岩、辉长岩、花岗斑岩、石英闪长岩、二长花岗岩等大量的火山岩和侵入岩是中生代活动大陆边缘岩浆作用的结果，岩浆活动最为剧烈[6](图2)。

2 样品采集及分析方法

2.1 样品描述

霏细岩在区内多呈脉状或小岩株状产出，岩石呈灰白-浅肉红色，少斑或无斑，斑晶含量1%～2%。成分为石英、长石，其余为隐晶质，霏细结构，块状构造。主要由板状、柱状长石及粒状石英组成(图3)，部分位置可见少量的绢云母、锆石、磷灰石等，暗色矿物不可见，锆石定年及地球化学测试样品均来自治岭头矿区钻孔2007(图2)。

图1 华南地区岩浆岩分布[4,7]Fig.1 Distribution of magmatic rocks in South China

图2 治岭头地区岩浆岩分布Fig.2 Distribution of magmatic rocks in Zhilingtou area

Qtz.石英；Pl.斜长石。图3 治岭头地区霏细岩镜下显微照片Fig.3 Microphotographs of felsite in Zhilingtou area

2.2 锆石U--Pb定年

测试样品的分离挑选工作在广州拓岩检测技术有限公司完成，经过破碎、淘洗、重选和磁选等流程，在双目镜下挑选出晶型、透明度和色泽较好的锆石颗粒，黏贴于环氧树脂上，打磨抛光。锆石靶的阴极发光图像及透反射照片的采集在广州拓岩检测技术有限公司完成。

样品的年龄测试在中国地质科学院矿产资源研究所完成。测试仪器为Neptune多接收杯电感耦合等离子质谱(MC-ICP-MS)仪及配套193 nm激光剥蚀系统。激光剥蚀束斑直径为35 μm，能量密度为13～14 J/cm2，频率为8～10 Hz，样品剥蚀物质以氦气为载气送入MC-ICP-MS仪进行分析，仪器配置和实验流程详见文献[8]，实验选择的标样为91500，206Pb/238U年龄的加权平均值误差为95%。数据处理及作图分别采用ICPMSDataCal程序、Isoplot程序(Ver. 9.9)[8]和Isoplot程序(Ver.3.0)[9]，采用208Pb进行普通铅校正[10]，利用NIST612作为外标计算锆石样品的Pb、U、Th含量。

2.3 主量、微量及稀土元素分析

经过岩相观察，5个新鲜的样品用玛瑙研钵磨成粉末至200目，全岩主量、微量及稀土元素分析均在广州澳实有限公司完成。主量元素分析在Philips PW2404 XRF 仪上完成，相对误差<5%。稀土及微量元素分析采用德国Finnigan MAT公司制造的HR-ICP-MS仪；元素含量>10×10-6时，分析误差<5%；含量<10×10-6时，分析误差<10%。

3 结果分析

3.1 锆石LA--ICP--MS年代学

挑选的锆石样品多为透明或半透明，呈半自形-自形，粒度约100～200 μm，可见明显的岩浆锆石的振荡环带(图4)。霏细岩锆石中ω(Th)为(211～1 399)×10-6，ω(U)为(190～497)×10-6，Th/U比为0.93～3.26，上述特征表明，治岭头地区发育霏细岩的锆石为岩浆成因[11-12]，锆石U-Pb同位素分析结果见表1，年龄谐和曲线及加权平均年龄图显示霏细岩的成岩年龄为(98.31±0.92)Ma(MSWD=1.3，n=11)(图4)。

图4 治岭头地区霏细岩CL图像、年龄谐和图(a)与加权平均年龄分布图(b)Fig.4 CL images, concordia diagrams (a) and weighted average age distribution diagrams(b) of felsite in Zhilingtou area

表1 治岭头地区霏细岩锆石Th--U--Pb同位素分析

3.2 主量元素

由主量元素测试结果(表2)，可知所有的样品含有很小的烧失量(LOI=1.32～2.20)，表明岩浆期后地球化学蚀变程度较低，因此实验结果可以用来表征原岩的性质。

所挑选岩石样品中的ω(SiO2)为68.17%～72.63%，平均为71.44%，ω(Al2O3)为13.69%～16.07%， ω(Fe2O3)为1.17%～1.37%， ω(TiO2)为0.19%～0.20%，ω(MgO)为0.15%～0.22%，Na2O/K2O比值为0.74～1.17，ω(Na2O+K2O)为9.25%～10.32%，平均为9.55%。在TAS图解上[13]，数据点投入到流纹岩区域内(图5)，A/CNK比值为0.91～0.96，A/NK比值为1.05～1.12，A/NK-A/CNK图中投点落于偏铝质范围内(图6a)。里特曼组合指数δ=2.88～4.23，平均值为3.24。ω(SiO2)-ω(K2O)图解中(图6b)，所有样品数据投点具有一致的变化范围，显示该岩性属于高钾钙碱性系列。

表2 治岭头地区霏细岩主量元素及微量元素分析结果

图5 治岭头地区霏细岩TAS图解Fig.5 TAS diagram of felsite in Zhilingtou area

微量及稀土元素数据结果表明治岭头地区霏细岩ω(∑REE)为(206.57～222.54)×10-6，平均值为213.42×10-6，在球粒陨石标准化配分模式图上显示轻重稀土分馏明显,LREE/HREE为18.17～19.10，平均为18.54；(La/Yb)N为23.56～25.49，曲线呈右倾，Eu为负异常(δEu=0.61～0.65, 图7a)。

根据微量元素测试结果，岩石中ω(Rb)为(156.5～178.0)×10-6，ω(Ba)为(836～1005)×10-6，ω(Th)为(25.4～27.4)×10-6，ω(Nb)为(17.8～18.6)×10-6，ω(Sr)为(191.5～220)×10-6，ω(Zr)为(179～192)×10-6。微量元素原始地幔标准化模式表现为富集大离子亲石元素(LILEs，如Rb、Th、U、K)及轻稀土元素(LREEs)，亏损高场强元素(HFSEs，如Nb、Ta、Zr、Hf)及重稀土元素(HREEs)(图7b)。

岩石地球化学研究结果表明，区内广泛出露的晚白垩世霏细岩具有高钾钙碱性偏铝质的特征，富集LREEs、LILEs元素，相对亏损HREEs、HFSEs元素，类似于I型花岗岩的特征[18-20]。

图6 治岭头地区霏细岩A/NK--A/CNK地球化学判别图(a)[14]和ω(SiO2)--ω(K2O)图(b)[15]Fig.6 Geochemical discrimination diagrams of A/NK versus A/CNK (a) and ω(SiO2) versus ω(K2O) (b) for felsite in Zhilingtou area

图7 治岭头地区霏细岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式图(a)[16]和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)[17]Fig.7 Chondrite normalized REE distribution patterns (a) and primitive mantle normalized trace element spider diagrams (b) of felsite in Zhilingtou area

4 讨论

4.1 岩石成因与岩浆来源

4.1.1 岩石成因

霏细岩富SiO2(68.17%～72.90%)、Al2O3(13.58%～16.07%)、K2O(4.75%～5.34%)，而贫Fe2O3(1.17%～1.37%)、MgO(0.15%～0.22%)和CaO(1.03%～1.62%)，呈偏铝质岩石的特点(A/CNK=0.91～0.96，图6a)。稀土元素配分曲线显示，霏细岩总体上呈轻稀土富集、重稀土亏损，且Eu出现一定的亏损。微量元素蛛网图显示Nb、Ta、U、Ti等元素亏损，Rb元素富集，表明岩石起源于活动大陆边缘[21]，ω(Rb)-ω(Y+Nb)及ω(Ta)-ω(Yb)图显示，霏细岩投点落于火山弧、同碰撞与板内花岗岩交界部位，这一部位也位于后碰撞花岗岩的区域内(图8)[22-23]。而华南地区白垩纪岩浆岩普遍具有岛弧地球化学特征，可能与古太平洋俯冲作用有关[24-26]。

图8 治岭头地区霏细岩ω(Rb)-ω(Y+Nb)(a)和ω(Ta)-ω(Yb) (b)图解Fig.8 Diagrams of ω(Rb)-ω(Y+Nb) (a) and ω(Ta)-ω(Yb) (b) for felsite in Zhilingtou area

4.1.2 岩浆来源

样品中Th/U比值为3.81～6.38,平均值为5.04，小于下地壳Th/U比值(6.00)，Sm/Nd比值为0.15～0.16，平均值为0.15，小于陆壳Sm/Nd(0.17～0.25)[27]。这表明岩石成分不仅为单一的地壳来源，也有地幔物质的参与，而且在ω(∑REE)-ω(Y)/ω(∑REE)图解中(图9)，所有样品均投点于地幔及地壳源区接触部位，因此，判断霏细岩具有壳幔混源的特征。同区发育的辉绿岩(加里东期)及霏细斑岩(燕山期)岩浆源区主要为基底地层部分熔融成因[28]，凝灰岩(～127 Ma)[26]、花岗斑岩(～110 Ma)，辉绿岩(钻孔，～108 Ma)，辉绿岩(井下，～100 Ma)，以及霏细岩(98.31±0.92 Ma)Hf同位素表明，自盖层凝灰岩之后的岩浆活动，显示脉岩均有较之前更多幔源组分的参与，暗示了强烈的壳幔底侵作用，大量的热的软流圈地幔物质烘烤，导致地壳物质部分熔融，同时软流圈地幔物质与熔融的地壳物质发生混合，形成具有鲜明壳幔混合特征的岩浆岩。治岭头地区广泛发育的岩浆岩组合主要为巨量的花岗岩类及流纹质火山岩，同华南浙闽粤地区较为一致，常有很少量的辉长岩和玄武岩与之共生。这套组合是中国东南部在燕山晚期发生过玄武质岩浆底侵作用的表现和证据[24, 28]。

图9 治岭头地区霏细岩ω(∑REE)-ω(Y)/ω(∑REE)图解 Fig.9 Diagram of ω(∑REE) -ω(Y)/ω(∑REE) for felsite in Zhilingtou area

4.2 构造背景

研究区广泛发育的霏细岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果为(98.31±0.92) Ma，为晚白垩世产物。地球化学特征表明，霏细岩为高钾钙碱性偏铝质系列。许文良等[29]通过对吉林—黑龙江地区东部早-中侏罗世(190～173 Ma)钙碱性火山岩组合的研究，为古太平洋构造体系开始俯冲的时间提供了可信的证据。因此，钙碱性火山岩组合的存在可作为判断俯冲作用产生的有效标志[30-31]。

在晚中生代期间，自中侏罗世开始，古太平洋板块对欧亚大陆板块中国南部的消减，使华南地壳处于伸展应力环境，并先后经历了两个时期，即:①燕山早期中侏罗—晚侏罗世，发生在华南内陆，特别是板内岩浆活动期(包括最初的板内裂谷型岩浆作用)和②燕山晚期早白垩世—晚白垩世，主要发生在沿海的陆缘弧岩浆活动阶段(早白垩世为主)和内陆弧后阶段(晚白垩世)。它们是大洋板片对大陆消减过程中伸展造山的早、晚两个时期。地壳的伸展减压熔融和作为热源的玄武岩浆对下地壳的底侵，是产生燕山期花岗质岩浆的两个主要原因。其中越来越强烈和广泛的来自地幔楔的玄武质岩浆，对华南下地壳的底垫，是华南中生代地壳物质组分垂向增生和改造的最主要方式，并为壳幔物质相互作用造就通道。上述华南的印支运动受特提斯洋构造域制约，燕山运动受古太平洋构造域制约。两个构造域的转换发生在华南中生代岩浆活动相对平静的早侏罗世时期[32-33]。

治岭头地区的燕山期岩浆岩主要集中在晚侏罗世—晚白垩世(149～98 Ma)[32-37]。该时期的岩浆岩又可以分为晚侏罗世的霏细斑岩(149 Ma)[38]和晚白垩世的中酸性火山岩和侵入岩以及基性的侵入岩(127～98 Ma)[38-39]。这也说明了治岭头矿区的燕山期岩浆活动可以划分为两个阶段：早阶段的晚侏罗世和早阶段的晚白垩世。该地区发育的晚侏罗世霏细斑岩Hf同位素整体数据表明主要为早元古代的地壳物质部分熔融产生，而早-晚白垩世的中酸性-基性的火山侵入杂岩(凝灰岩、花岗斑岩、霏细岩和辉绿岩等)则呈现具有更亏损的Hf同位素特征，显示明显的地幔物质的参与(表3,图10)[40](1)郝立波，赵玉岩，赵新运，等.浙江省遂昌县治岭头金矿接替资源勘查项目综合研究课题报告.遂昌：浙江省遂昌金矿有限公司，2013.。因此，成矿时代以及同位素数据都显示治岭头矿区所在的中国东南大陆在燕山期的晚侏罗世到晚白垩世经历了明显的大地构造背景的转换。这也对应于上述的早侏罗世后华南所经受的两种构造背景，中-晚侏罗世华南大陆整体处于板内环境，发生板内岩浆活动；早白垩世—晚白垩世华南大陆处于陆缘弧环境，发生弧岩浆作用。

图10 治岭头地区晚侏罗世—晚白垩世火山岩--侵入岩中锆石εHf(t)-t同位素图解[26]Fig.10 Zircon εHf(t)- t isotope diagram of Late Jurassic--Late Cretaceous volcanic-intrusive rocks in Zhilingtou area

表3 治岭头地区火山岩--侵入岩中锆石Hf同位素[26]

因此，燕山晚期的治岭头地区的火成岩是由晚侏罗世至晚白垩世由板内环境转换为陆缘弧环境，古太平洋板块俯冲消减作用结合同期的伸展构造，伴有大量的玄武岩浆底侵，诱发大量的花岗质岩浆产生，随着地幔组分参与的增多，形成了该区域内大量存在的霏细岩[22, 27, 29, 40-42]。

5 结论

(1)锆石U-Pb定年结果表明治岭头地区霏细岩的年龄为(98.31±0.92) Ma，为晚白垩世岩浆活动的产物。

(2)区内霏细岩的初始岩浆来源不仅为单一地壳来源，也有地幔物质的参与。

(3)结合区域地质背景，治岭头地区晚侏罗世—晚白垩世的构造环境是由古太平洋板块俯冲、消减作用结合伸展构造，并伴有大量的玄武岩浆底侵上涌，导致大量的花岗质岩浆产生，随着地幔组分逐渐参与形成了该地区极为发育的霏细岩脉。