李常萌

(福建省閩北地質(zhì)大隊，邵武，354000)

閩浙交界處晚中生代火山活動強烈，屬中國東南沿?；鹕綆r帶的重要組成部分，仙陽地區(qū)位于閩浙邊界，是東南沿海中生代火山巖帶研究較薄弱的地區(qū)。以1∶5萬仙陽、浦城縣幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項目為依托，研究區(qū)內(nèi)火山巖巖石特征、U-Pb年代學(xué)及巖石地球化學(xué)特征，探討其巖漿來源及其火山活動所處的大地構(gòu)造環(huán)境。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于華南新元古代-古元古代造山帶內(nèi)，出露古元古代變質(zhì)雜巖[1]，奧陶、志留、三疊紀侵入巖和中生代火山巖，全區(qū)斷裂以北東向為主，北北東向次之。區(qū)內(nèi)火山巖屬于閩浙贛交界的仙霞嶺火山巖帶[2]，受區(qū)域構(gòu)造的影響，整體呈北東-北東東向展布，形成一系列斷續(xù)分布的火山洼地，在空間上呈串珠式排列(圖1)。

圖1 浦城仙陽地區(qū)地質(zhì)略圖Fig.1 Geological map of Xianyang area in Pucheng

區(qū)內(nèi)出露的火山巖為一套淺灰、灰白色流紋質(zhì)(含角礫)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r、(球粒)流紋巖、(集塊)火山角礫巖、流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r夾沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)粉砂巖、凝灰質(zhì)(含礫)砂巖等，火山活動具中心式噴發(fā)特點，以爆發(fā)的碎屑流堆積相、空落堆積相、噴溢相為主，次為噴發(fā)-沉積相、潛火山相；根據(jù)巖性組合特征，屬南園組第二段，不整合覆于古元古代變質(zhì)巖及奧陶、志留、三疊紀花崗巖之上；在毛羊頭復(fù)合式火山噴發(fā)盆地，其上被早白堊世下渡組火山巖不整合覆蓋。

2 巖石學(xué)特征

區(qū)內(nèi)火山巖巖石類型主要分為熔巖、火山碎屑巖、火山碎屑沉積巖、潛火山巖等。

2.1 熔巖

主要為流紋巖類，分布于忠信、毛洋頭火山噴發(fā)中心，巖石呈淺灰白色，紫灰色，巖石具斑狀結(jié)構(gòu)，發(fā)育流紋構(gòu)造(照片1-a)。巖石斑晶成分為石英、堿性長石、斜長石，粒徑為0.25～1.5 mm，斑晶含量約占9%；基質(zhì)為長英質(zhì)，多數(shù)為顯晶質(zhì)，少數(shù)為隱晶質(zhì)。按基質(zhì)結(jié)構(gòu)可分為流紋巖、球粒流紋巖、杏仁狀流紋巖等。

2.2 火山碎屑巖類

主要巖石有流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、(含角礫)晶屑(巖屑、玻屑)凝灰?guī)r、集塊火山角礫巖及火山集塊巖等。

流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r：巖石呈淺灰色、灰紫色，具熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)，弱假流紋構(gòu)造，巖石由火山碎屑物漿屑(1%～10%)、晶屑(10%～50%)、塑性玻屑及火山灰組成。其中，晶屑成分有石英、鉀長石和斜長石，均為碎屑狀 (照片1-b)，玻屑呈蚯蚓狀、細紋狀、長條狀等，漿屑呈撕裂狀、火焰狀、透鏡狀等，其定向方向與塑性玻屑一致，塑性玻屑和漿屑多已脫?；?，部分可見巖屑。其中碎屑流堆積相形成的熔結(jié)凝灰?guī)r，晶屑呈碎屑狀，塑性玻屑、漿屑塑性變形明顯，常見似流動構(gòu)造繞晶屑、角礫流動，是區(qū)內(nèi)最主要的巖石類型。

(含角礫)晶屑(巖屑、玻屑)凝灰?guī)r：廣泛出露于區(qū)內(nèi)南園組第二段中。具(含)晶屑(角礫、巖屑、玻屑)凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。由晶屑(10%～40%)、(塑性)巖屑、玻屑、火山灰等組成。玻屑形態(tài)奇特，呈雞骨狀、雞爪狀、蚯蚓狀等，多已脫?；?；巖屑含量為(1%～46%)，呈撕裂狀、火焰狀，成分較復(fù)雜，多為早期噴發(fā)的火山巖，部分巖屑粒度可達角礫級別。按照晶屑的成分可進一步劃分為流紋質(zhì)(含角礫)晶屑(巖屑、玻屑)凝灰?guī)r、英安質(zhì)(含角礫)晶屑(巖屑、玻屑)凝灰?guī)r和集塊火山角礫巖及火山集塊巖(照片1-c)。

照片1 流紋巖(a)、流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r(b)和火山角礫巖(c)顯微鏡下特征Photo.1 Microscopic features of Torolite (a), rhymed crystalline debris fused tuff (b) and volcanic breccia (c)

2.3 火山碎屑沉積巖類

僅零星出露凝灰質(zhì)粉砂巖、凝灰質(zhì)(含礫)砂巖和沉凝灰?guī)r，分布于區(qū)內(nèi)各噴發(fā)中心和盆地邊緣。巖石主要為火山碎屑物，含少量的正常沉積物，常發(fā)育(微)層理構(gòu)造。

3 年代學(xué)研究

3.1 測試方法

此次研究在工作區(qū)內(nèi)3個火山噴發(fā)中心各采集了1件樣品進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年。樣品編號為(XY-01-zr1，D3528-Zr1，PM022-2-Zr1)，由湖北省地質(zhì)實驗室測試中心測定，通過采用人工重砂方法分選鋯石、制靶、制作CL圖像，選擇環(huán)帶清晰無包裹體區(qū)域，儀器激光束版直徑32 μm選擇測年點。鋯石U-Pb定年分析采用鋯石標準年齡物質(zhì)GJ-1作為監(jiān)控標樣，以驗證儀器狀態(tài)穩(wěn)定，采用國際標準鋯石91500作外表進行同位素分餾校正，每分析6-8個樣品分析2次91500。樣品同位素比值和元素含量采用ICPMSDataCal 9.0進行處理分析，加權(quán)平均年齡計算和鋯石年齡諧和圖繪制采用Isoplot3.0 完成。

3.2 鋯石U-Pb同位素測年結(jié)果

樣品(XY-01-Zr1)采自忠信火山噴發(fā)中心船山地區(qū)南園組第二段上部流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r，鋯石呈短柱-長柱狀，個別粒狀，長寬比主要為1.2～2，其次為2.1～4，粒徑為6～350 μm；共測27顆鋯石，CL圖像見清晰窄細的振蕩環(huán)帶(圖2-a)，Th為82.66×10-6～725.01×10-6，U含量為71.71×10-6～1 262.43×10-6，Th/U比值為0.45～1.52，顯示屬于巖漿鋯石。各測點年齡較集中，諧和度較好，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(160.4±1.9)Ma(N=27，MSWD=0.96)(圖3-a)，可以代表該處流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r的形成年齡。

樣品(D3528-Zr1)采自仙陽火山噴發(fā)中心仙陽地區(qū)南園組二段下部流紋質(zhì)含角礫巖屑晶屑凝灰?guī)r，鋯石呈次棱角柱狀、個別長柱狀，長寬比主要為1.2～2.5，其次為2.6～4,個別為4.1～6。粒徑為5～400 μm；共測16顆鋯石，CL圖像見明顯振蕩環(huán)帶(圖2-b)，Th含量為86.20×10-6～300.79×10-6，U含量為106.29×10-6～325.22×10-6，Th/U比值為0.48～1.27，顯示屬于巖漿鋯石。各測點年齡全部位于諧和線上或附近，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(164.1±2.7) Ma(N=16,MSWD=1.30)(圖3-b)，代表該處流紋質(zhì)含角礫巖屑晶屑凝灰?guī)r的形成年齡。

樣品(PM022-2-Zr1)采自毛羊頭復(fù)式火山馬跡地區(qū)南園組二段中部流紋質(zhì)晶屑巖屑熔結(jié)凝灰?guī)r，鋯石呈短柱狀、次棱角柱狀，長寬比主要為1.5～2.5，粒徑為5～200 μm；共測19顆鋯石，CL圖像見振蕩環(huán)帶(圖2-c)，Th為44.46×10-6～1 449.14×10-6，U含量為30.52×10-6～1122.77×10-6，Th/U比值為0.67～2.96，顯示屬于巖漿鋯石。各測點年齡均位于諧和線上或附近，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(153.6±2.4)Ma(N=19,MSWD=1.60)(圖3-c)，代表該處流紋質(zhì)晶屑巖屑熔結(jié)凝灰?guī)r的形成年齡。

圖2 仙陽地區(qū)中生代火山巖鋯石樣品XY-01-zr1(a)、D3528-zr1(b)、PM022-2-zr1(c)陰極發(fā)光影像圖Fig.2 Image diagrams of the cathode illumination of XY-01-zrl (a), D3528-zrl (b), PM022-2-zrl (c) of Mesozoic volcanic zircon samples in Xianyang area

圖3 仙陽區(qū)中生代火山巖XY-01-zr1(a)、D3528-zr1(b)、PM022-2-zr1(c)鋯石U-Pb同位素加權(quán)平均年齡值及諧和圖Fig.3 Weighted mean age and harmonic fig of zircon U-Pb isotope samples of XY-01-zr1(a)、D3528-zr1(b) and PM022-2-zr1(c)of the Mesozoic volcanic rock in Xianyang area

區(qū)內(nèi)3個樣品測試年齡同位素結(jié)果顯示，南園組火山碎屑巖的加權(quán)平均年齡為(153.6±2.4)～(164.1±2.7)Ma(表1)，前人研究的結(jié)果相一致[3-5]。

4 巖石地球化學(xué)

其采集區(qū)內(nèi)南園組有代表性的巖石化學(xué)樣品6件，以熔巖、火山碎屑巖類為主。樣品具有一定的代表性，樣品委托湖北省地質(zhì)實驗測試中心測試，其巖石化學(xué)成分、CIPW標準礦物、各種參數(shù)、特征值(表2)。

表2 研究區(qū)南園組火山巖巖石主量(%)、微量、稀土元素參數(shù)(×10-6)及CIPW標準礦物成分

4.1 主量元素特征

區(qū)內(nèi)南園組火山巖巖石化學(xué)成分具單峰式特征，主量元素SiO2含量為71.96%～76.45%，含量比較平穩(wěn)，K2O+Na2O含量為5.65%～8.33%，K2O>Na2O，Al2O3含量為13.77%～16.36%，K2O含量隨SiO2含量增加而增加，總體上以高硅富鋁富鉀、低鈉貧鐵鎂為特征。在巖石分類TAS圖上(圖 4-a)，樣品投影點全部落入流紋巖類區(qū)。在火山巖硅-堿圖解上(圖 4-b)，樣品投影點全部落入鈣堿性系列內(nèi)及流紋巖類區(qū)。在O1′-Ne′-Q′圖解上樣品投影點全部落入亞堿性區(qū)；在FAM圖解上樣品投影點全部落在鈣-堿性系列，F(xiàn)、M 值相對較低，A值較高，反映出南園組火山巖貧鐵、鎂而富鉀(鈉)的特點。在An-Ab＇-Or圖解上，樣品投影點全部落在鉀質(zhì)流紋巖區(qū)；在火山巖K2O-SiO2變異圖上，樣品均屬于高鉀巖系，與巖石具富鉀特征相吻合。經(jīng) CIPW標準礦物計算，巖石均屬于SiO2過飽和，出現(xiàn) CIPW 標準礦物分子Q；巖石類型主要為鋁過飽和類型。巖石δ值為1.05～2.40，屬鈣堿性巖石類型。分異指數(shù)(DI)為84.83～90.71，說明巖漿分異程度與分離結(jié)晶程度較高。研究表明南園組火山巖整體上屬流紋質(zhì)高鉀鈣堿性系列巖石。

圖4 仙陽地區(qū)中生代火山巖TAS圖解(a)和硅-堿圖解(b)Fig.4 TAS diagram (a) and Silica-alkali diagram (b) of Mesozoic volcanic rocks in Xianyang area

續(xù)表2

4.2 微量元素特征

區(qū)內(nèi)南園組火山巖微量元素具有富鉍、鉿、鉛，而貧金、銅、鍶及鐵族元素、稀有元素的特征。其余多數(shù)元素接近于維氏值。其中鉍高于維氏值 1.8～116.5倍，鉿高于維氏值2.7～7.7倍，Pb高于維氏值 1.0～5.8倍。而金、銅、鍶及鐵族元素、稀有元素普遍低于維氏值 1～13 倍，Au 低于維氏值2.0～28.1倍，Cu 低于維氏值5.1～13.2倍，Sr低于維氏值2.0～28.1倍，其他元素與維氏值較為接近。

南園組火山巖中Ni/Co比值多數(shù)為0.82～7.48，介于上地殼3.5與上地幔9.3之間；Th/U比值為4.39～15.39，大于地幔Th/U比值1～2 ，處于地殼Th/U比值范圍內(nèi)。Rb/Ba比值為0.03～1.30，2件樣品接近原始地幔(0.09)，其他樣品更接近于上地殼(0.16)；Sr/Ba比值為0.03～8.19，5件樣品接近上地殼(0.50)； Rb/Nb比值為0.40～21.89，除D7640-HQ1外，均大于上地殼的平均值(4.5)；Rb/Y比值為 0.72～23.28，多數(shù)大于上地殼的值(3.25)；Nb/Y 比值為 0.70～1.83，亦大于上地殼的均值(0.79)。因此表明，測區(qū)南園組火山巖形成原始巖漿的熔融體可能來自下地殼及上地幔的部分熔融。在圖 7-a上能看出 Sr、P、Ti虧損，指示火山巖巖漿具有殼源或虧損幔源特征[6]。與盧清地[7]在87Sr/86Sr初始值與年齡關(guān)系圖中投影于下部殼源和殼?；煸?區(qū)，以殼源為主的結(jié)論吻合。

4.3 稀土元素特征

從稀土元素分析成果及特征值可以看出：∑REE平均值250.02×10-6；LREE平均值為236.47×10-6；HREE平均值13.55×10-6；輕、重稀土比值為7.76～24.70，LaN/YbN比值為10.49～44.45，CeN/YbN比值為1.11～3.29，多數(shù)比值大于5，反映出輕稀土相對重稀土強烈富集。Smn/Eun比值為 7.08～37.64，表明輕稀土分餾程度較強，標準化稀土元素配分圖為左高右低的平緩傾斜的“V”型曲線(圖5-b)，曲線形態(tài)基本相似。δEu值為0.24～0.81，平均值0.56，Eu具弱-中等虧損，說明區(qū)內(nèi)火山巖巖漿可能主要來源于地殼，僅有少量幔源物質(zhì)的加入。

圖5 仙陽地區(qū)中生代火山巖微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(a)及球粒隕石標準化稀土元素配分模式圖(b)Fig.5 Standardized web map of primitive mantle(a )and standardized rare earth elements(b) of chondritesof Mesozoic volcanic rocks in Xianyang area(b)

5 討論

5.1 巖漿來源及成因探討

在地殼厚度與Rb-Sr濃度關(guān)系圖中(圖6-a)，區(qū)內(nèi)南園組火山巖成分點均分布在30 km左右，稀土元素含量更接近于地殼型。稀土配分模式圖的Eu負異常及輕稀土富集的特點顯示區(qū)內(nèi)火山巖巖漿具有殼源特征，區(qū)內(nèi)火山巖的A/CNK>1.1(上地殼部分熔融形成的巖漿A/CNK>1.1)顯示過鋁質(zhì)特征，說明其成巖物質(zhì)主要來源于地殼，不排除有地幔物質(zhì)的加入。通過區(qū)內(nèi)火山巖Ni/Co、Th/U、Rb/Ba、Sr/Ba、Rb/Y等微量元素比值與原始地幔及地殼對比，上述微量元素比值介于上地殼和地幔值之間。因此表明，測區(qū)南園組火山巖形成原始巖漿的熔融體可能是來自下地殼及上地幔的部分熔融的結(jié)果，其與張萬林等[8]研究結(jié)果吻合。

5.2 火山作用與構(gòu)造環(huán)境關(guān)系

5.2.1 火山巖形成的地質(zhì)背景分析

據(jù)測區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及火山構(gòu)造資料分析，區(qū)內(nèi)火山噴發(fā)中心在空間上呈北東東向串珠狀展布，顯示出火山活動是受北東向基底斷裂控制，這可能與江山—紹興古陸對接帶復(fù)活活動有關(guān)。同時，進入中-晚侏羅世，由于古太平洋板塊相對歐亞大陸板塊迅速向北移動，區(qū)內(nèi)逐漸進入擠壓的大陸邊緣弧環(huán)境，經(jīng)歷擠壓造山-剪切拉張過程，使得東南沿海大陸形成北東向巨型剪切斷陷，由于太平洋板塊俯沖作用，導(dǎo)致俯沖帶地幔楔和地殼部分熔融，并沿北東向左行剪切的基底斷裂迅速上升,以中心式噴發(fā)為主強烈噴出地表,形成一套高鉀鈣堿性系列的流紋質(zhì)巖石組合。

5.2.2 火山巖形成的構(gòu)造環(huán)境判別

(1)在戈蒂尼-里特曼指數(shù)圖解中(圖6-b)，測區(qū)火山巖投影點均落入造山帶火山巖內(nèi)，且位于日本火山巖成分平均線兩側(cè)附近，表明與板塊俯沖有關(guān)。

圖6 仙陽地區(qū)中生代火山巖Rb、Sr與大陸地殼厚度關(guān)系圖(a)及戈蒂尼-里特曼指數(shù)圖(b)Fig.6 Diagram of relationship of Rb and Sr and continental crust thickness (a) and Gotti-Ritman index (b)of Mesozoic volcanic rocks in Xianyang area

(2)在 Yb-Ta構(gòu)造環(huán)境判別解中，火山巖其化學(xué)成分點投在火山弧區(qū)域內(nèi)，顯示出接近于火山弧花崗巖特征，反映區(qū)內(nèi)火山巖形成于活動陸緣弧的構(gòu)造環(huán)境。

(3)在Nb-Yb構(gòu)造環(huán)境判別解中，火山巖化學(xué)成分點投在同碰撞火山弧區(qū)域內(nèi)，為陸-陸碰撞造山活動的產(chǎn)物。

6 結(jié)論

浦城仙陽地區(qū)的南園組火山巖形成時代為(164.1±2.7)～(153.6±2.4)Ma，為晚侏羅世；原始巖漿的熔融體可能來自下部地殼，并混有少量來自地幔物質(zhì)，屬于殼-?；煸葱蛶r漿，其形成環(huán)境為活動的大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境。

本文資料主要引用1∶5萬仙陽、浦城縣幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項目的報告成果，系集體勞動成果。同時在編寫過程中，得到中國地調(diào)局南京地調(diào)中心趙希林研究員的幫助和指導(dǎo)，在此深表謝意！