華杰雄，劉漢侖

1.浙江省遂昌金礦有限公司，浙江 麗水 323300；2.中國地質(zhì)科學(xué)院 礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037

0 引言

中國華南地區(qū)位于東亞陸源中段，瀕臨西太平洋，位于古亞洲洋、太平洋和特提斯洋3大構(gòu)造域的交接部位[1]。近年來，眾多學(xué)者對(duì)華南地區(qū)中生代巖漿-構(gòu)造作用進(jìn)行了充分地研究，該地區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造演化歷史及巖漿活動(dòng)造就了華南地區(qū)豐富的地質(zhì)面貌及成礦潛力，其所處的大地構(gòu)造背景及巖漿演化作用是地質(zhì)學(xué)界長(zhǎng)期以來的研究熱點(diǎn)[2-5]，而早-晚白堊世(134～80 Ma)為華南地區(qū)中生代金屬礦床集中出現(xiàn)的階段之一，以淺成低溫?zé)嵋盒豌~金銀礦床和花崗巖有關(guān)的鎢錫銅多金屬礦床的大量產(chǎn)出為特征，成礦峰值區(qū)間為100～90 Ma[6]。鑒于成礦作用與巖漿作用的時(shí)空相關(guān)性，對(duì)該地區(qū)同時(shí)期巖漿巖進(jìn)行更深入的研究，不僅有助于探討其成因背景，也有助于對(duì)同時(shí)期該地區(qū)構(gòu)造演化進(jìn)行有效討論。

筆者以浙江省治嶺頭地區(qū)廣泛發(fā)育的霏細(xì)斑巖為研究對(duì)象，通過精確地鋯石U-Pb定年及全巖巖石地球化學(xué)研究，探討了巖漿起源及演化過程，為揭示治嶺頭地區(qū)巖漿活動(dòng)及構(gòu)造演化機(jī)制提供資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

在大地構(gòu)造位置上，治嶺頭地區(qū)地處古太平洋火山巖帶的中段，是中國東部中-新生代重要的構(gòu)造-巖漿活動(dòng)帶，同時(shí)位于浙東南地區(qū)，分屬于華夏地塊，以發(fā)育元古宙中深變質(zhì)巖、中新生代火成巖及其構(gòu)造-沉積盆地為特征。

該地區(qū)地處東亞大陸邊緣，受古亞洲洋、特提斯洋和環(huán)太平洋3條全球構(gòu)造帶的影響和制約[2-6]，發(fā)育有江山—紹興、麗水—余姚等大斷裂，查田—龍泉、靈山—尚陽等韌性剪切帶，具有非常復(fù)雜的構(gòu)造格架(圖1)。區(qū)內(nèi)出露地層主要橫跨古遠(yuǎn)古界八都群至第四系，發(fā)育的巖漿巖基本特征為：大小不等，整體以中小巖株、巖枝為主，具有多期多旋回特征，巖類發(fā)育較為齊全，超鎂鐵質(zhì)巖、鎂鐵質(zhì)巖、中性巖、中-酸性巖、酸性巖及堿性巖均有不同程度的發(fā)育，其中以酸性、中酸性巖體最為廣泛。在時(shí)間上，古元古代至新生代巖漿巖均有分布[2-6]，各期巖漿活動(dòng)由于其構(gòu)造環(huán)境的不同，巖漿特征具有較大差異，但燕山期為該地區(qū)發(fā)展過程中最為強(qiáng)烈的一期巖漿活動(dòng)，安山巖、英安巖、流紋巖、石英粗面巖及花崗閃長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖、花崗斑巖、石英閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖等大量的火山巖和侵入巖是中生代活動(dòng)大陸邊緣巖漿作用的結(jié)果，巖漿活動(dòng)最為劇烈[6](圖2)。

2 樣品采集及分析方法

2.1 樣品描述

霏細(xì)巖在區(qū)內(nèi)多呈脈狀或小巖株?duì)町a(chǎn)出，巖石呈灰白-淺肉紅色，少斑或無斑，斑晶含量1%～2%。成分為石英、長(zhǎng)石，其余為隱晶質(zhì)，霏細(xì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要由板狀、柱狀長(zhǎng)石及粒狀石英組成(圖3)，部分位置可見少量的絹云母、鋯石、磷灰石等，暗色礦物不可見，鋯石定年及地球化學(xué)測(cè)試樣品均來自治嶺頭礦區(qū)鉆孔2007(圖2)。

圖1 華南地區(qū)巖漿巖分布[4,7]Fig.1 Distribution of magmatic rocks in South China

圖2 治嶺頭地區(qū)巖漿巖分布Fig.2 Distribution of magmatic rocks in Zhilingtou area

Qtz.石英；Pl.斜長(zhǎng)石。圖3 治嶺頭地區(qū)霏細(xì)巖鏡下顯微照片F(xiàn)ig.3 Microphotographs of felsite in Zhilingtou area

2.2 鋯石U--Pb定年

測(cè)試樣品的分離挑選工作在廣州拓巖檢測(cè)技術(shù)有限公司完成，經(jīng)過破碎、淘洗、重選和磁選等流程，在雙目鏡下挑選出晶型、透明度和色澤較好的鋯石顆粒，黏貼于環(huán)氧樹脂上，打磨拋光。鋯石靶的陰極發(fā)光圖像及透反射照片的采集在廣州拓巖檢測(cè)技術(shù)有限公司完成。

樣品的年齡測(cè)試在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所完成。測(cè)試儀器為Neptune多接收杯電感耦合等離子質(zhì)譜(MC-ICP-MS)儀及配套193 nm激光剝蝕系統(tǒng)。激光剝蝕束斑直徑為35 μm，能量密度為13～14 J/cm2，頻率為8～10 Hz，樣品剝蝕物質(zhì)以氦氣為載氣送入MC-ICP-MS儀進(jìn)行分析，儀器配置和實(shí)驗(yàn)流程詳見文獻(xiàn)[8]，實(shí)驗(yàn)選擇的標(biāo)樣為91500，206Pb/238U年齡的加權(quán)平均值誤差為95%。數(shù)據(jù)處理及作圖分別采用ICPMSDataCal程序、Isoplot程序(Ver. 9.9)[8]和Isoplot程序(Ver.3.0)[9]，采用208Pb進(jìn)行普通鉛校正[10]，利用NIST612作為外標(biāo)計(jì)算鋯石樣品的Pb、U、Th含量。

2.3 主量、微量及稀土元素分析

經(jīng)過巖相觀察，5個(gè)新鮮的樣品用瑪瑙研缽磨成粉末至200目，全巖主量、微量及稀土元素分析均在廣州澳實(shí)有限公司完成。主量元素分析在Philips PW2404 XRF 儀上完成，相對(duì)誤差<5%。稀土及微量元素分析采用德國Finnigan MAT公司制造的HR-ICP-MS儀；元素含量>10×10-6時(shí)，分析誤差<5%；含量<10×10-6時(shí)，分析誤差<10%。

3 結(jié)果分析

3.1 鋯石LA--ICP--MS年代學(xué)

挑選的鋯石樣品多為透明或半透明，呈半自形-自形，粒度約100～200 μm，可見明顯的巖漿鋯石的振蕩環(huán)帶(圖4)。霏細(xì)巖鋯石中ω(Th)為(211～1 399)×10-6，ω(U)為(190～497)×10-6，Th/U比為0.93～3.26，上述特征表明，治嶺頭地區(qū)發(fā)育霏細(xì)巖的鋯石為巖漿成因[11-12]，鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果見表1，年齡諧和曲線及加權(quán)平均年齡圖顯示霏細(xì)巖的成巖年齡為(98.31±0.92)Ma(MSWD=1.3，n=11)(圖4)。

圖4 治嶺頭地區(qū)霏細(xì)巖CL圖像、年齡諧和圖(a)與加權(quán)平均年齡分布圖(b)Fig.4 CL images, concordia diagrams (a) and weighted average age distribution diagrams(b) of felsite in Zhilingtou area

表1 治嶺頭地區(qū)霏細(xì)巖鋯石Th--U--Pb同位素分析

3.2 主量元素

由主量元素測(cè)試結(jié)果(表2)，可知所有的樣品含有很小的燒失量(LOI=1.32～2.20)，表明巖漿期后地球化學(xué)蝕變程度較低，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以用來表征原巖的性質(zhì)。

所挑選巖石樣品中的ω(SiO2)為68.17%～72.63%，平均為71.44%，ω(Al2O3)為13.69%～16.07%， ω(Fe2O3)為1.17%～1.37%， ω(TiO2)為0.19%～0.20%，ω(MgO)為0.15%～0.22%，Na2O/K2O比值為0.74～1.17，ω(Na2O+K2O)為9.25%～10.32%，平均為9.55%。在TAS圖解上[13]，數(shù)據(jù)點(diǎn)投入到流紋巖區(qū)域內(nèi)(圖5)，A/CNK比值為0.91～0.96，A/NK比值為1.05～1.12，A/NK-A/CNK圖中投點(diǎn)落于偏鋁質(zhì)范圍內(nèi)(圖6a)。里特曼組合指數(shù)δ=2.88～4.23，平均值為3.24。ω(SiO2)-ω(K2O)圖解中(圖6b)，所有樣品數(shù)據(jù)投點(diǎn)具有一致的變化范圍，顯示該巖性屬于高鉀鈣堿性系列。

表2 治嶺頭地區(qū)霏細(xì)巖主量元素及微量元素分析結(jié)果

圖5 治嶺頭地區(qū)霏細(xì)巖TAS圖解Fig.5 TAS diagram of felsite in Zhilingtou area

微量及稀土元素?cái)?shù)據(jù)結(jié)果表明治嶺頭地區(qū)霏細(xì)巖ω(∑REE)為(206.57～222.54)×10-6，平均值為213.42×10-6，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖上顯示輕重稀土分餾明顯,LREE/HREE為18.17～19.10，平均為18.54；(La/Yb)N為23.56～25.49，曲線呈右傾，Eu為負(fù)異常(δEu=0.61～0.65, 圖7a)。

根據(jù)微量元素測(cè)試結(jié)果，巖石中ω(Rb)為(156.5～178.0)×10-6，ω(Ba)為(836～1005)×10-6，ω(Th)為(25.4～27.4)×10-6，ω(Nb)為(17.8～18.6)×10-6，ω(Sr)為(191.5～220)×10-6，ω(Zr)為(179～192)×10-6。微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化模式表現(xiàn)為富集大離子親石元素(LILEs，如Rb、Th、U、K)及輕稀土元素(LREEs)，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSEs，如Nb、Ta、Zr、Hf)及重稀土元素(HREEs)(圖7b)。

巖石地球化學(xué)研究結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)廣泛出露的晚白堊世霏細(xì)巖具有高鉀鈣堿性偏鋁質(zhì)的特征，富集LREEs、LILEs元素，相對(duì)虧損HREEs、HFSEs元素，類似于I型花崗巖的特征[18-20]。

圖6 治嶺頭地區(qū)霏細(xì)巖A/NK--A/CNK地球化學(xué)判別圖(a)[14]和ω(SiO2)--ω(K2O)圖(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

圖7 治嶺頭地區(qū)霏細(xì)巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖(a)[16]和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(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 討論

4.1 巖石成因與巖漿來源

4.1.1 巖石成因

霏細(xì)巖富SiO2(68.17%～72.90%)、Al2O3(13.58%～16.07%)、K2O(4.75%～5.34%)，而貧Fe2O3(1.17%～1.37%)、MgO(0.15%～0.22%)和CaO(1.03%～1.62%)，呈偏鋁質(zhì)巖石的特點(diǎn)(A/CNK=0.91～0.96，圖6a)。稀土元素配分曲線顯示，霏細(xì)巖總體上呈輕稀土富集、重稀土虧損，且Eu出現(xiàn)一定的虧損。微量元素蛛網(wǎng)圖顯示Nb、Ta、U、Ti等元素虧損，Rb元素富集，表明巖石起源于活動(dòng)大陸邊緣[21]，ω(Rb)-ω(Y+Nb)及ω(Ta)-ω(Yb)圖顯示，霏細(xì)巖投點(diǎn)落于火山弧、同碰撞與板內(nèi)花崗巖交界部位，這一部位也位于后碰撞花崗巖的區(qū)域內(nèi)(圖8)[22-23]。而華南地區(qū)白堊紀(jì)巖漿巖普遍具有島弧地球化學(xué)特征，可能與古太平洋俯沖作用有關(guān)[24-26]。

圖8 治嶺頭地區(qū)霏細(xì)巖ω(Rb)-ω(Y+Nb)(a)和ω(Ta)-ω(Yb) (b)圖解Fig.8 Diagrams of ω(Rb)-ω(Y+Nb) (a) and ω(Ta)-ω(Yb) (b) for felsite in Zhilingtou area

4.1.2 巖漿來源

樣品中Th/U比值為3.81～6.38,平均值為5.04，小于下地殼Th/U比值(6.00)，Sm/Nd比值為0.15～0.16，平均值為0.15，小于陸殼Sm/Nd(0.17～0.25)[27]。這表明巖石成分不僅為單一的地殼來源，也有地幔物質(zhì)的參與，而且在ω(∑REE)-ω(Y)/ω(∑REE)圖解中(圖9)，所有樣品均投點(diǎn)于地幔及地殼源區(qū)接觸部位，因此，判斷霏細(xì)巖具有殼?；煸吹奶卣鳌Ｍ瑓^(qū)發(fā)育的輝綠巖(加里東期)及霏細(xì)斑巖(燕山期)巖漿源區(qū)主要為基底地層部分熔融成因[28]，凝灰?guī)r(～127 Ma)[26]、花崗斑巖(～110 Ma)，輝綠巖(鉆孔，～108 Ma)，輝綠巖(井下，～100 Ma)，以及霏細(xì)巖(98.31±0.92 Ma)Hf同位素表明，自蓋層凝灰?guī)r之后的巖漿活動(dòng)，顯示脈巖均有較之前更多幔源組分的參與，暗示了強(qiáng)烈的殼幔底侵作用，大量的熱的軟流圈地幔物質(zhì)烘烤，導(dǎo)致地殼物質(zhì)部分熔融，同時(shí)軟流圈地幔物質(zhì)與熔融的地殼物質(zhì)發(fā)生混合，形成具有鮮明殼?；旌咸卣鞯膸r漿巖。治嶺頭地區(qū)廣泛發(fā)育的巖漿巖組合主要為巨量的花崗巖類及流紋質(zhì)火山巖，同華南浙閩粵地區(qū)較為一致，常有很少量的輝長(zhǎng)巖和玄武巖與之共生。這套組合是中國東南部在燕山晚期發(fā)生過玄武質(zhì)巖漿底侵作用的表現(xiàn)和證據(jù)[24, 28]。

圖9 治嶺頭地區(qū)霏細(xì)巖ω(∑REE)-ω(Y)/ω(∑REE)圖解 Fig.9 Diagram of ω(∑REE) -ω(Y)/ω(∑REE) for felsite in Zhilingtou area

4.2 構(gòu)造背景

研究區(qū)廣泛發(fā)育的霏細(xì)巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果為(98.31±0.92) Ma，為晚白堊世產(chǎn)物。地球化學(xué)特征表明，霏細(xì)巖為高鉀鈣堿性偏鋁質(zhì)系列。許文良等[29]通過對(duì)吉林—黑龍江地區(qū)東部早-中侏羅世(190～173 Ma)鈣堿性火山巖組合的研究，為古太平洋構(gòu)造體系開始俯沖的時(shí)間提供了可信的證據(jù)。因此，鈣堿性火山巖組合的存在可作為判斷俯沖作用產(chǎn)生的有效標(biāo)志[30-31]。

在晚中生代期間，自中侏羅世開始，古太平洋板塊對(duì)歐亞大陸板塊中國南部的消減，使華南地殼處于伸展應(yīng)力環(huán)境，并先后經(jīng)歷了兩個(gè)時(shí)期，即:①燕山早期中侏羅—晚侏羅世，發(fā)生在華南內(nèi)陸，特別是板內(nèi)巖漿活動(dòng)期(包括最初的板內(nèi)裂谷型巖漿作用)和②燕山晚期早白堊世—晚白堊世，主要發(fā)生在沿海的陸緣弧巖漿活動(dòng)階段(早白堊世為主)和內(nèi)陸弧后階段(晚白堊世)。它們是大洋板片對(duì)大陸消減過程中伸展造山的早、晚兩個(gè)時(shí)期。地殼的伸展減壓熔融和作為熱源的玄武巖漿對(duì)下地殼的底侵，是產(chǎn)生燕山期花崗質(zhì)巖漿的兩個(gè)主要原因。其中越來越強(qiáng)烈和廣泛的來自地幔楔的玄武質(zhì)巖漿，對(duì)華南下地殼的底墊，是華南中生代地殼物質(zhì)組分垂向增生和改造的最主要方式，并為殼幔物質(zhì)相互作用造就通道。上述華南的印支運(yùn)動(dòng)受特提斯洋構(gòu)造域制約，燕山運(yùn)動(dòng)受古太平洋構(gòu)造域制約。兩個(gè)構(gòu)造域的轉(zhuǎn)換發(fā)生在華南中生代巖漿活動(dòng)相對(duì)平靜的早侏羅世時(shí)期[32-33]。

治嶺頭地區(qū)的燕山期巖漿巖主要集中在晚侏羅世—晚白堊世(149～98 Ma)[32-37]。該時(shí)期的巖漿巖又可以分為晚侏羅世的霏細(xì)斑巖(149 Ma)[38]和晚白堊世的中酸性火山巖和侵入巖以及基性的侵入巖(127～98 Ma)[38-39]。這也說明了治嶺頭礦區(qū)的燕山期巖漿活動(dòng)可以劃分為兩個(gè)階段：早階段的晚侏羅世和早階段的晚白堊世。該地區(qū)發(fā)育的晚侏羅世霏細(xì)斑巖Hf同位素整體數(shù)據(jù)表明主要為早元古代的地殼物質(zhì)部分熔融產(chǎn)生，而早-晚白堊世的中酸性-基性的火山侵入雜巖(凝灰?guī)r、花崗斑巖、霏細(xì)巖和輝綠巖等)則呈現(xiàn)具有更虧損的Hf同位素特征，顯示明顯的地幔物質(zhì)的參與(表3,圖10)[40](1)郝立波，趙玉巖，趙新運(yùn)，等.浙江省遂昌縣治嶺頭金礦接替資源勘查項(xiàng)目綜合研究課題報(bào)告.遂昌：浙江省遂昌金礦有限公司，2013.。因此，成礦時(shí)代以及同位素?cái)?shù)據(jù)都顯示治嶺頭礦區(qū)所在的中國東南大陸在燕山期的晚侏羅世到晚白堊世經(jīng)歷了明顯的大地構(gòu)造背景的轉(zhuǎn)換。這也對(duì)應(yīng)于上述的早侏羅世后華南所經(jīng)受的兩種構(gòu)造背景，中-晚侏羅世華南大陸整體處于板內(nèi)環(huán)境，發(fā)生板內(nèi)巖漿活動(dòng)；早白堊世—晚白堊世華南大陸處于陸緣弧環(huán)境，發(fā)生弧巖漿作用。

圖10 治嶺頭地區(qū)晚侏羅世—晚白堊世火山巖--侵入巖中鋯石εHf(t)-t同位素圖解[26]Fig.10 Zircon εHf(t)- t isotope diagram of Late Jurassic--Late Cretaceous volcanic-intrusive rocks in Zhilingtou area

表3 治嶺頭地區(qū)火山巖--侵入巖中鋯石Hf同位素[26]

因此，燕山晚期的治嶺頭地區(qū)的火成巖是由晚侏羅世至晚白堊世由板內(nèi)環(huán)境轉(zhuǎn)換為陸緣弧環(huán)境，古太平洋板塊俯沖消減作用結(jié)合同期的伸展構(gòu)造，伴有大量的玄武巖漿底侵，誘發(fā)大量的花崗質(zhì)巖漿產(chǎn)生，隨著地幔組分參與的增多，形成了該區(qū)域內(nèi)大量存在的霏細(xì)巖[22, 27, 29, 40-42]。

5 結(jié)論

(1)鋯石U-Pb定年結(jié)果表明治嶺頭地區(qū)霏細(xì)巖的年齡為(98.31±0.92) Ma，為晚白堊世巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

(2)區(qū)內(nèi)霏細(xì)巖的初始巖漿來源不僅為單一地殼來源，也有地幔物質(zhì)的參與。

(3)結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，治嶺頭地區(qū)晚侏羅世—晚白堊世的構(gòu)造環(huán)境是由古太平洋板塊俯沖、消減作用結(jié)合伸展構(gòu)造，并伴有大量的玄武巖漿底侵上涌，導(dǎo)致大量的花崗質(zhì)巖漿產(chǎn)生，隨著地幔組分逐漸參與形成了該地區(qū)極為發(fā)育的霏細(xì)巖脈。