葉升明，李宏衛(wèi)，何 翔，李 銳，何 斌

（1.東華理工大學(xué)，南昌 330000；2.廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣州 510080）

廣東佛岡巖體是南嶺地區(qū)規(guī)模最大的復(fù)式巖基，出露面積約6000 km2，其主體巖性為中粗粒斑狀黑云母花崗巖、中粒黑云母二長花崗巖，局部為含角閃石的花崗閃長巖, 它們占佛岡復(fù)式巖基總面積的90%以上，與少量閃長巖-角閃輝長巖共同構(gòu)成鈣堿性系列復(fù)式巖體。此外，還有少量堿性系列的正長巖和A型堿性長石花崗巖。前人對佛岡巖體開展了大量的年代學(xué)、巖石學(xué)、礦物學(xué)和地球化學(xué)方面的研究，將巖體形成時代限定在158 ~168 Ma之間[1-8]，但對其巖石類型及成因一直存在爭議，如存在A型[1-2]、I型[3]和S型花崗巖[4]之爭；也有部分學(xué)者認為佛岡巖體經(jīng)歷了強烈分異，難以劃分是S 型、I型或高分異的I型花崗巖，還是A型花崗巖[9]。本次研究的粵中從化地區(qū)花崗巖屬佛岡巖基中部的一部分，相對于佛岡巖基的主體花崗巖而言，該套花崗巖研究程度較低。本文對該套花崗巖進行了系統(tǒng)的年代學(xué)及地球化學(xué)研究，顯示其可能為白堊紀高分異I型花崗巖，巖石形成于古太平洋板塊向歐亞板塊俯沖的陸緣弧構(gòu)造環(huán)境，這對更為全面了解佛岡巖基成因和構(gòu)造背景等具有一定意義。

1 地質(zhì)背景和巖石學(xué)特征

1.1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于NE向廣州-從化斷裂帶與EW向佛岡-豐順構(gòu)造帶交匯部位，行政區(qū)劃位于廣州良口 - 呂田一帶，地理座標(biāo)：東經(jīng) 113°30′~114°00′，北緯 23°40′~23°50′，面積約 940 km2。地勢總體上呈南北高，中間低的帶狀，海拔大多在400～1100 m之間。區(qū)內(nèi)分布有兩期不同成因類型的花崗巖體（圖1），本次研究的是區(qū)內(nèi)的白堊紀花崗巖，主體巖性為中粒斑狀黑云母二長花崗巖。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch of the research area

1.2 巖石學(xué)特征

該套白堊紀花崗巖主要分布在良口-四九沿線、五指山、亞婆綠山、蓄能水電站附近，整體呈東西向展布，包括有良口巖體、亞婆綠巖體和雞公巖巖體等，出露總面積約211.7 km2，巖性主要為中粒斑狀黑云母二長花崗巖，與周邊圍巖呈侵入接觸關(guān)系，圍巖巖性主體為晚侏羅世粗粒斑狀黑云母二長花崗巖；白堊紀巖體內(nèi)偶見有晚侏羅世巖體殘留體。

巖體整體呈灰白色-淡肉紅色，巖性為二長花崗巖，巖石具似斑狀結(jié)構(gòu)、花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要由鉀長石、斜長石、石英和少量黑云母組成。斑晶主要為鉀長石，淡肉紅色-肉紅色，粒徑一般為8~15 mm，含量8%~15%?；|(zhì)主要由鉀長石、斜長石、石英和暗色礦物組成，為中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，局部呈細粒花崗結(jié)構(gòu)（圖2a）；其中，鉀長石為正長石、微斜長石和條紋長石，含量35%~40%，呈半自形板狀或他形粒狀，粒徑0.8~12.5 mm；微斜長石可見格子雙晶；條紋長石主晶為正長石或微斜長石，客晶為細小的條紋狀鈉長石。斜長石主要為鈉-更長石，含量25%~30%，呈半自形板狀，粒徑0.6~5.5 mm，發(fā)育聚片雙晶，弱-中等絹云母化，局部綠泥石和綠簾石化；石英呈他形粒狀，含量25%~30%，粒徑1.55~5.55 mm，表面干凈，較均勻分布。黑云母含量3%~5%，呈半自形片狀，片徑0.4~4 mm，夾少量均勻分布的白云母（圖2b）。

圖2 中粒斑狀黑云母二長花崗巖野外露頭（a）和顯微鏡下照片（正交偏光）（b）Fig.2 Field outcrops and microscopic photographs of medium-grained porphyritic biotite monzogranite

人工重砂分析結(jié)果顯示，該套花崗巖副礦物總量值為（15.63~1819.3）×10-6。副礦物種類約有21種，包括磁鐵礦、磁赤褐鐵礦、赤褐鐵礦、鋯石、綠泥石等（見表1）。副礦物組合類型屬磁鐵礦-鋯石-綠泥石型，其大致與佛岡巖基中的其它白堊紀花崗巖副礦物組合[3]一致。

表1 白堊紀花崗巖副礦物含量表（單位：×10-6）Table 1 Accessory minerals contents in Cretaceous granite (unit: ×10-6)

2 測試方法

本次研究在佛岡巖基中部良口-呂田一帶共采集了9件全巖樣品，用于主量、微量、稀土元素分析；并對其中4件樣品進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年及Lu-Hf同位素測試，所有測試均在北京鋯石領(lǐng)航科技有限公司完成。

主量元素測試的主要檢測儀器為Axiosmax X射線熒光光譜儀，其中FeO測試的主要檢測儀器為50 ml滴定管，分析精度一般優(yōu)于2%；灼矢量、H2O+、H2O-測試的主要檢測儀器為P124S電子分析天平；稀土及微量元素測試采用酸溶法制備樣品，主要檢測儀器為X Serise2電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，相對誤差不大于5%。

在雙目顯微鏡下挑選出晶型好、無裂隙、透明干凈的自形鋯石顆粒，在玻璃板上用環(huán)氧樹脂固定，并拋光至鋯石中心，然后進行反射光和透射光照相，并用掃描電子顯微鏡上的陰極發(fā)光儀詳細檢查鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以選擇最佳分析點。然后參照鋯石陰極發(fā)光（CL）及反射光圖像，選擇鋯石顆粒表面無裂痕、內(nèi)部環(huán)帶清晰、無包裹體的位置做U-Pb定年測試。LA-ICP-MS 鋯石U-Pb定年測試儀器為Agilent 7500a，激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas2005激光剝蝕斑束，直徑為32 μm。對數(shù)據(jù)分析的離線處理采用軟件ICP-MS DataCal完成，詳細的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法見文獻[10-11]。數(shù)據(jù)處理采用SQUID1.0及ISOPLOT程序[12]。鋯石Lu-Hf同位素測試是在Neptume plus多接收等離子質(zhì)譜及配套的ESI NWR193紫外激光剝蝕系統(tǒng)（LA-ICP-MA）上進行的，實驗過程中采用He作為剝蝕物質(zhì)載氣，剝蝕直徑為50 μm，測定時使用鋯石國際標(biāo)樣GJ1作為參考物質(zhì)，分析點與U-Pb分析點為同一位置。

3 鋯石U-Pb年代學(xué)

本次在研究區(qū)白堊紀花崗巖體內(nèi)部共采集了4個測年樣品（樣品編號分別為0001、0016、0017、0022），通過人工重砂挑選出形態(tài)較好的巖漿鋯石，鋯石一般呈淺褐色、少量淺粉色，部分水化顯乳白色調(diào)，少量鐵染呈褐紅色，自形-半自形四方雙錐狀、短柱狀，透明，玻璃光澤，少量鋯石內(nèi)可見黑色固相包體，具典型的振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)（圖3）。使用激光剝蝕-電耦合等離子體質(zhì)譜儀（LA-ICP-MS）對80個鋯石測點進行了U-Th-Pb含量分析及U-Pb年齡測定，部分結(jié)果列于表2。從表2中可以看出：鋯石樣品的Th含量為（221~2418）×10-6，U含量為（364~8402）×10-6，Th/U 比值在 0.17~1.79之間，具典型的巖漿鋯石特征[13]；個別鋯石顆粒呈渾圓狀或內(nèi)部存在小的不規(guī)則晶核，可能為捕獲或繼承鋯石。

表2 白堊紀花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年原始數(shù)據(jù)Table 2 LA-ICP-MSzirconU-Pbdating data of Cretaceous granite

圖3 白堊紀花崗巖鋯石U-Pb同位素年齡諧和圖Fig.3 Zircon U-Pb age concordia diagram of Cretaceous granite

續(xù)表2

每個樣品的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)點均落在諧和曲線上或附近（諧和度高于90%）（圖3），獲得樣品 0001、0016、0017和 0022的加權(quán)平均年齡值分別為145.4±1.4 Ma（MSWD=1.2）、144.3±2.1 Ma（MSWD=0.27）、144.4±1.8 Ma（MSWD=0.42）和143.0±1.7 Ma（MSWD=0.096），可確定巖漿結(jié)晶時間為早白堊世早期。

4 巖石地球化學(xué)特征

4.1 主量元素地球化學(xué)特征

白堊紀花崗巖巖石化學(xué)成分及特征參數(shù)值見表3。巖石SiO2含量較高，在71.9%~77.72%之間，平均含量約74.89%；Al2O3含量在12.17%~14.42%之間；ALK全堿指數(shù)（Na2O+K2O）在7.92%~9.15%之間；Na2O/K2O值在0.42~1.05之間，相對富鉀貧鈉；A/CNK值在1.31~1.49之間，屬過鋁質(zhì)。在花崗巖巖類TAS分類圖（圖4a）中，樣品點均落在花崗巖類范圍內(nèi)，與野外觀測和薄片鑒定結(jié)果相符。在A/KN-A/CNK圖解中，樣品點均落在過鋁質(zhì)范圍內(nèi)（圖4b）。在SiO2-K2O圖解上，樣品均落入高鉀鈣堿性系列中（圖4c）。CIPW標(biāo)準礦物中出現(xiàn)石英（Q）和剛玉（C），反映出硅過飽和、鋁過飽和的特征。在SiO2-Ce圖解（圖5a）中，除0022號樣品落在A型花崗巖范圍，其他樣品均落在I型花崗巖范圍內(nèi)；在 SiO2-P2O5圖解（圖5b）中，SiO2與 P2O5含量呈線性負相關(guān)。綜上所述，白堊紀花崗巖屬過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列I型花崗巖類。

圖4 白堊紀花崗巖地球化學(xué)分類圖解Fig.4 Geochemical classification diagram of Cretaceous granites

圖5 白堊紀花崗巖成因類型圖解Fig.5 Genetic types of cretaceous granites

表3 白堊紀花崗巖硅酸鹽分析結(jié)果（%）及特征參數(shù)表Table 3 Cretaceous granites silicate analysis results (%) and characteristic parameters table

4.2 微量和稀土元素地球化學(xué)特征

白堊紀花崗巖微量元素地球化學(xué)分析結(jié)果列于表4。與維氏值[17]相比較，除 Be、Sc、Rb、Pb、Bi、Th、Sr及U等元素含量相對較高外，其余元素普遍較低。Rb/Sr比值較高，在2.2~98.1之間；Sr/Ba比值較低，在0.24~1.14之間。在微量元素原始地幔標(biāo)準化蛛網(wǎng)圖上（圖6a），巖石相對富集強不相容元素Rb、U、Ta、La、Nd、Sm 和 Lu，強烈虧損 Ba、Nb、Sr、P和Ti。

表4 白堊紀花崗巖微量元素含量（×10-6）Table 4 Trace element content abundances (×10-6) of Cretaceous granite

白堊紀花崗巖稀土元素含量見表5，ΣREE值為（128.8~393.8）×10-6；ΣCe/ΣY 比值在 2.2~13.4之間、(La/Yb)N比值在2.1~25.4之間，均小于維氏值[17]。稀土元素球粒隕石標(biāo)準化分布型式圖表現(xiàn)為向右傾斜（圖6b），屬于輕稀土富集型，輕重稀土元素分異較強；具有明顯的Eu虧損（δEu值在0.1~0.4之間，平均值為0.22），說明發(fā)生了顯著的斜長石分離結(jié)晶作用。

表5 白堊紀花崗巖稀土元素含量（單位：×10-6）及參數(shù)表Table 5 Rare earth element abundances (×10-6) and related parameters of Cretaceous granite

圖6 白堊紀花崗巖微量元素原始地幔標(biāo)準化蛛網(wǎng)圖（a）及稀土元素球粒隕石標(biāo)準化分布型式圖（b）Fig.6 Trace elements cobweb map and REE distribution pattern of Cretaceous granite

4.3 Lu-Hf同位素

本次對4件樣品中已完成U-Pb測年的80顆巖漿鋯石進行了Hf同位素測試分析，結(jié)果列于表6。所有測點176Lu/177Hf比值在0.000465~0.005241之間，表明鋯石在巖體形成之后漫長的演化歷程中具有較低的放射成因Hf積累，因而可以用鋯石176Lu/177Hf比值探索巖體形成時的成因信息[20-21]。εHf(t)值在﹢3.3~-29.6之間，除樣品001、0022部分值為正值，其它結(jié)果均為負值；單階段模式年齡值TDM在733.3~1949.2 Ma之間，平均值為987.6 Ma；二階段模式年齡值TDMC在983.8~3067.2 Ma之間，平均值為1470.4 Ma。

表6 白堊紀花崗巖鋯石原位Lu-Hf同位素分析結(jié)果表Table 6 Zircon in-situ Lu-Hf isotope composition of Cretaceous granite

續(xù)表6

5 討論

5.1 巖石成因

研究區(qū)白堊紀花崗巖副礦物中未見有S型花崗巖特征性的堇青石和電氣石[22]，且P2O5含量 較低（0.02%~0.1%，平均值為 0.04%），不符合S型花崗巖特征；不含有霓石、鈉閃石等堿性暗色礦物，不符合A型花崗巖特征[23]；本區(qū)花崗巖具有較高的SiO2含量（71.9%~77.72%），較高的全堿含量（ALK=7.92~9.15），較高的分異指數(shù)（DI=86.78~96.33），這些特征均表明其經(jīng)歷了高程度結(jié)晶分異作用，且在SiO2-Ce判別圖解中（圖5a）絕大部分樣品落在I型花崗巖范圍內(nèi)，在 SiO2-P2O5判別圖解中呈線性負相關(guān)（圖5b），綜上判斷研究區(qū)白堊紀花崗巖應(yīng)為高分異I型花崗巖。

Sylvester[24]研究表明CaO/Na2O比值能夠示蹤源區(qū)成分，來自富黏土而貧斜長石的泥質(zhì)巖源巖熔體的CaO/Na2O較低（＜0.3），而來源于富斜長石而貧黏土的砂屑源巖熔體的CaO/Na2O較高（＞0.3），研究區(qū)白堊紀花崗巖CaO/Na2O平均值為0.3，部分值高于0.3，部分值小于0.3，其表明了源區(qū)來源的多樣性。Rb/Sr比值為2.2~17.5，顯著大于幔源巖漿(Rb/Sr<0.05)和殼?；旌显椿◢弾r(Rb/Sr＝0.05~0.5)，與殼源花崗巖(Rb/Sr>0.5)范圍一致。由圖7a可看出，樣品0001、0022的εHf(t)值接近且明顯偏高，可能屬殼?；煸磶r漿，但樣品0022分異程度更高；樣品0016、0017的εHf(t)值接近但明顯偏低，可能以殼源為主，但0016分異程度更高（表現(xiàn)為 ΣREE和 (La/Yb)N值更高）；在La—La/Sm圖解中可以看出其與部分熔融變化趨勢相一致（圖7b），巖石由地殼部分熔融而形成。綜上可推斷，研究區(qū)白堊紀花崗巖成因可能與幔源和殼源物質(zhì)有關(guān)。

圖7 白堊紀花崗巖Hf同位素t/Ma-εHf(t)（a）和La-La/Sm圖解（b）Fig.7 Hf isotopes t/Ma-εHf(t) （a） and La-La/Sm of Cretaceous granites（b）

佛岡巖基是由地幔來源的熱基性巖漿底侵，誘發(fā)了中-下地殼巖石的部分熔融，地幔來源的基性巖漿與地殼部分熔融形成的酸性巖漿互相混合而形成[25]。研究區(qū)白堊紀花崗巖的鋯石TDM(Ma)年齡值遠大于其U-Pb年齡值，說明該期巖漿巖為殼源巖石重熔作用的產(chǎn)物，εHf(t)值在3.3~-29.6之間，再結(jié)合相關(guān)圖解（圖7a、7b），說明研究區(qū)花崗巖其巖漿主要來自于地殼物質(zhì)，并伴隨有少量幔源巖漿加入。

鋯石Lu-Hf同位素具有較高的封閉溫度，鋯石Hf同位素比值不會隨后期熔融或分離結(jié)晶而變化，因此鋯石εHf(t)代表了巖漿源區(qū)的成分特征[26-27]。正的εHf(t)值通常代表源區(qū)為虧損地?；驈奶潛p地幔中新增生的年輕地殼，負的εHf(t)值通常代表源區(qū)為古老地殼[21]。研究區(qū)白堊紀花崗巖εHf(t)值變化范圍較大，在+3.3~-29.6之間，表明了其源區(qū)組成的復(fù)雜性、多樣性。

綜上，研究區(qū)白堊紀花崗巖是在高溫條件下幔源物質(zhì)誘導(dǎo)地殼部分熔融，后引發(fā)古老地殼雜砂-泥質(zhì)源巖部分熔融而形成。

5.2 構(gòu)造環(huán)境判別

大量研究資料表明，華南印支期以擠壓逆沖推覆和地殼疊置加厚為主要特征[28]，近年來對華南地區(qū)中生代巖漿巖和火山巖研究大致可劃分為3個階段[29-31]：早-晚侏羅世（140-205 Ma）古太平洋板塊向歐亞板塊俯沖擠壓，在東南沿海形成大范圍陸殼重熔型花崗巖[32]；早白堊世（130~140 Ma）古太平洋板塊回撤，華南地區(qū)處于拉張構(gòu)造環(huán)境，在研究區(qū)中部形成以從化亞髻山霞石正長巖為代表的堿性巖體（年齡為135 Ma）[33-34]；早-晚白堊世（65~130 Ma）古太平洋板塊又向歐亞板塊俯沖擠壓，形成大范圍陸殼重熔型花崗巖[35]。Liegeois等[36]認為高鉀鈣堿性系列巖石通常與先期的俯沖作用有關(guān)，它們主要形成于同碰撞巖石圈加厚之后的伸展垮塌向非造山板內(nèi)的過渡階段。

研究區(qū)白堊紀花崗巖形成于早白堊世早期，屬于高鉀鈣堿性系列、富集LILE（包括Rb、LREE等）而虧損HFSE（存在Nb-Ta槽、SrPTi顯著虧損等)。根據(jù)Y-Nb和Y+Nb-Nb構(gòu)造環(huán)境判別圖解（圖8a、8b）認為其產(chǎn)于火山弧構(gòu)造背景。綜合前人研究成果，推測研究區(qū)白堊紀花崗巖的構(gòu)造環(huán)境應(yīng)與古太平洋板塊俯沖作用引起的大陸邊緣弧相關(guān)。

圖8 白堊紀花崗巖大地構(gòu)造環(huán)境判別圖解（底圖據(jù)文獻[37]）Fig.8 Discriminant diagram of tectonic environment of Cretaceous granite (According to Reference [37])

6 結(jié)論

（1）粵中從化地區(qū)白堊紀花崗巖巖性主要為中粒斑狀黑云母二長花崗巖，LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡在143.0~145.4 Ma之間，屬早白堊世早期。

（2）粵中從化地區(qū)白堊紀花崗巖體的高硅、富鉀貧納、低w (P2O5)、高分異指數(shù)等地球化學(xué)特征均指示其為高分異I型花崗巖。

（3）粵中從化地區(qū)白堊紀花崗巖于古太平洋板塊向歐亞板塊俯沖的陸緣弧構(gòu)造背景下，在高溫條件下幔源物質(zhì)誘導(dǎo)地殼部分熔融，后引發(fā)古老地殼部分熔融而形成。