赣南沙地花岗岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄、地球化学特征
赣南沙地花岗岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄、地球化学特征及构造意义
1. 引言
中国地质调查局在赣南地区地质调查项目的实施，大大提高了赣南地区岩浆岩的研究程度，赣南地区位处南岭东西向构造——岩浆带的东段，加里东期岩浆活动非常强烈，以花岗岩为主，属华南陆内加里东期花岗岩。华南加里东期花岗岩主要集中分布于赣粤湘交界的万洋山——诸广山地区、赣闽交界的武夷山两侧及江西境内武功山地区。近期前人采用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年、SHRIMP锆石定年等获得华南加里东期花岗岩主要形成于470~382 Ma。华南加里东期花岗岩主要为块状花岗岩，其次为发育片麻状构造的花岗岩，两者具有相似的形成年龄。华南地区加里东期花岗岩成因及形成构造背景的研究存在明显分歧，主要有两种认识：1) 陆内造山模式，如沈渭洲等认为华南加里东期花岗岩形成于板内造山环境，舒良树等认为华南加里东期造山带是震旦–早古生代巨厚沉积物褶皱造山形成；李献华等(2014)认为造山前的南华纪盆地及部分前陆盆地沉积经板内逆冲作用，将这些盆地沉积单元埋深到中地壳，并引发一系列岩浆和变质作用；周新民及王德滋认为花岗岩的形成与岩浆发生在较深且闭合的非伸展环境有关。2) 陆–陆碰撞造山模式，尽管冈瓦纳的汇聚主要发生在新元古代晚期到寒武纪，陈相艳等认为一些位于冈瓦纳大陆边缘的微小的陆块向冈瓦纳汇聚可能持续到志留纪。张传林等认为华夏古陆为典型的碰撞型造山带，而并非板内带，包括华南在内的冈瓦纳大陆边缘一些微大陆或地体的合并可能沿大陆边缘持续进行直至450~430 Ma。
赣南沙地地区沙地花岗岩体处于华南加里东期花岗岩带中，江西省地质局区域地质调查大队(1974)认为沙地花岗岩体是燕山早期规模巨大的酸性岩浆活动的产物，笔者在进行“江西1:5万遂川县(G50E011003)、良口(G50E011004)、横市井(G50E012003)、夏府(G50E012004)幅区调”时，对沙地地区出露的加里东期沙地花岗岩体进行了详细的野外特征观察和室内岩石学、元素地球化学以及LA-ICP-MS锆石U-Pb定年研究，认为沙地花岗岩体是在早志留世脉动式侵位形成的，属奥陶纪至志留纪上地壳部分熔融形成的S型花岗质岩浆，在碰撞到后碰撞过渡期上升至上地壳形成的花岗岩体，反映这个时间也是华南加里东运动(广西运动)发生的时期，从而为进一步深入研究华南加里东期花岗岩形成及华南地区加里东构造属性提供参考。
2. 地质背景与岩体特征
沙地花岗岩体位于赣南之北部沙地地区，大地构造属华夏板块罗霄褶皱带中部。岩体呈近似椭圆等轴状，岩株状产出，出露面积约六十平方千米。区域内褶皱基底为一套浅变质沉积地层，主要出露南华纪沙坝黄组浅海陆棚边缘斜坡相浊流沉积的复成分砂砾岩建造，震旦纪坝里组次深海类复理石泥、砂质沉积建造及老虎塘组类复理石泥、砂质碎屑夹硅质沉积建造，寒武纪牛角河组次深海碎屑岩–炭质泥岩建造和高滩组浅海-次深海相浊流沉积建造及水石组浅海–次深海碎屑岩、泥质岩及碳酸盐岩建造。沉积盖层奥陶纪–志留纪地层缺失，泥盆纪地层以高角度不整合于寒武纪地层之上。伴随加里东运动，南华纪–寒武纪基底褶皱地层以原始层理面为主要变形面，表现为一系列规模不等褶皱轴迹轴向多呈近南北向弧形略向西凸出延伸的紧密线形倒转褶皱，可见次级复背斜、复向斜、背斜、向斜交替出现，且大多数背斜东翼倒转，同时形成了大规模的花岗岩体。沙地花岗岩体侵入震旦纪坝里组、老虎塘组及寒武纪牛角河组浅变质砂岩、板岩、硅质板岩、千枚岩之中，与燕山期花岗岩呈侵入接触关系(如图1)。侵入体与围岩侵入界线清楚，接触面不大平整，呈波状，局部呈港湾状，接触面产状外倾，倾角30˚~55˚，在接触面内侧见有30~40 cm的冷凝边，岩性为微细粒黑云母正长花岗岩，内接触带见有围岩的残留体或捕掳体，岩性为角岩化砂板岩或角岩，残留体大小不一，长宽一般为10 × 15 m，外接触带见宽1.5 km左右的较强角岩化带。
沙地花岗岩体分别由水边细粒斑状黑云母正长花岗岩、新屋子中细粒斑状二云二长花岗岩及早禾坑中粗粒黑云二长花岗岩等三个岩石单元组成。
水边细粒似斑状黑云母正长花岗岩体(如图2(a))具细粒似斑状花岗结构，块状构造，主要由微斜条纹长石(45%~54%)、斜长石(20%~25%)、石英(±22%)、黑云母(2%~3%)组成，斜长石多发生绢云母化，黑云母具绿泥石化；新屋子中细粒似斑状黑云二长花岗岩体(如图2(b))具中细粒似斑状花岗结构，块状构造，主要由斜长石(35%~45%)、微斜条纹长石(30%~35%)、石英(15%~22%)、白云母(3%~5%)、黑云母(3%~5%)组成，斜长石多发生绢云母化；早禾坑中粗粒黑云二长花岗岩体具中粗粒花岗结构，块状构造。主要由斜长石(20%~30%)、微斜条纹长石(30%~40%)、石英(20%~28%)、白云母(1%±)、黑云母(4%~5%)组成，斜长石多发生绢云母化。
3. LA-ICP-MS锆石U-Pb定年
3.1. 样品及分析方法
本次测年样品采自赣县沙地镇铜锣湾村南约 400 米 105国道旁，采集样品1件(样品编号7101，坐标：114˚50'47、26˚04'07)，样品岩性为细粒黑云母正长花岗岩，其组成矿物为钾长石 (属微斜长石，约54%)、斜长石(约20%)、石英(±22%)和白云母(±1%)及(黑云母±3%)，副矿物主要有磷灰石(微)及锆石(微)等。样品较新鲜且无矿化蚀变。人工重砂分离锆石由南昌矿产资源监督检测中心完成，人工重砂分离出的锆石
图1. 赣南沙地地区地质简图
以自形晶为主，锆石颜色较单一，多呈灰褐色，透明–半透明，金刚光泽，晶体为四方柱与四方双锥之聚形形态，锆石晶体表面局部见有细小的熔蚀沟及熔蚀坑但无磨圆现象。锆石阴极发光(CL)分析及锆石CL实验在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成，根据阴极发光照射结果选择了典型岩浆锆石进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年分析，定年分析由南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室采用ICP-MS (型号为Agilent 7500a 型)及New Wave 公司生产的UP213 固体激光剥蚀系统完成。U-Pb分馏根据澳大利亚锆石标样GEMOC GJ-1 (207Pb/206Pb age of 608.5 ± 1.5 Ma) (Jackson S E, et al., 2004)进行校正。U-Pb年龄和U、Th、Pb的计数由GLITTER软件(ver.4.4) (www.mq.edu.an/GEMOC)在线获得 [23] 。普通
(a) (b)
图2. 沙地花岗岩体显微照片(a)细粒似斑状黑云母正长花岗岩(b7101)显微照片(b)中细粒似斑状黑云二长花岗岩(b8932)显微照片
铅校正采用Andersen T. 的方法进行校正，其结果用Isoplot程序(V.3.23)完成年龄计算和谐和图的绘制。
3.2. 结果
本次采用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年法进行同位素测年，选定的7101样品锆石形态自形，CL图像显示结构单一，岩浆环带清晰，锆石明显具有振荡韵律环带结构，属岩浆成因锆石(如图3)，共测定了10个锆石点年龄，测定结果见表1。在206Pb/238U~207Pb/235U年龄谐和图上(如图4)，样品中10个定年点得出的年龄近一致，加权平均年龄为428.3 ± 5.9 Ma (95% conf., n = 10, MSWD = 1.9)，为岩石的结晶年龄。总之，7101样品中10个分析点均靠近谐和线，其谐和年龄值分别为428.3 ± 5.9 Ma，属早志留世。
4. 岩体地球化学特征
样品的主量及微量元素含量分析结果分别见表2，岩体SiO2含量较高，为(71.97~76.99)%，平均值为73.89%，CaO含量平均值为0.55%，MgO含量平均值为0.33%，Na2O含量平均值为3.40%，K2O含量平均值为5.00%，K2O/Na2O值为1.07~1.73，平均值为1.49，总体上显示贫钠、富钾的特征；Al2O3含量为(12.61~14.12)%，平均值为13.56%，A/NKC值为1.07~1.19；Fe/Fe + Mg值稳定且较低，为0.70~0.81；MALI值为7.55~8.38。上述特征表明沙地花岗岩属铝过饱和岩石。
在Na2O + K2O—SiO2图解(如图5(a))上，6个样品均投在花岗岩区域，与矿物组合相吻合；A/NK—A/NKC图解(如图5(b))上，所有样品都投在过铝质花岗岩的区域内；从ACF图解(如图6)上显示样品都落于S型花岗岩区域内，主量元素特征与华南S型花岗岩特征相似 [29] ，由此可见，沙地加里东期花岗岩是一种过铝质S型花岗岩。
从表2可以看出，沙地花岗岩稀土元素含量总量偏低，ΣREE含量为(170~244) × 10−6；ΣLREE含量为(131~187) × 10−6，ΣHREE含量为(39~90) × 10−6，属轻稀土富集型，在稀土元素球粒陨石标准化配分曲线图(如图7(a))上，稀土元素呈明显右倾型，L/H值为2.07~3.68，平均2.99，接近地壳的比值(2.65~ 2.93)，说明该花岗岩岩浆形成的物质主要来自于上地壳熔融。δEu < 1.0，Eu亏损程度中等，岩浆作用过程中斜长石发生了分离结晶作用。轻稀土元素曲线较重稀土元素一侧陡，轻稀土元素较重稀土元素分馏
图3. 沙地花岗岩(样品7101)锆石阴极发光图像及206Pb/238U表面年龄值
图4. 沙地花岗岩(样品7101) LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图
明显。
由表2可以看出，沙地花岗岩是一种典型的低Sr (含量<100 × 10−6)花岗岩。微量元素原始地幔标准化蛛网图(Sun S-S et al., 1989)(如图7(b))显示，岩体中Rb、Th、U、La、Ce、Nd、Zr、Hf及Sm相对富集，Ba、Sr及Ti相对亏损，与南岭地区S型或壳源型花岗岩相似 [32] [33] 。总之，沙地花岗岩是一种低Ba、Sr、Ti花岗岩，属壳源物质低程度部分熔融的产物。
5. 讨论
5.1. 沙地花岗岩物源区分析
研究区沙地花岗岩体岩石地球化学特征显示，岩体属铝过饱S型花岗岩。岩体岩石地球化学特征与刘昌实等总结的华南壳源改造(重熔)系列的化学成分平均值十分吻合，说明研究区加里东期岩体来源
表1. 沙地花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果
图5. 沙地花岗岩(K2O + Na2O)-SiO2及A/NK-A/NKC图解
图6. 沙地花岗岩ACF图解
表2. 沙地花岗岩体主量元素含量(%)及微量元素含量(×10−6)分析数据表
注：样品的主量元素和微量元素测定由国土资源部南昌矿产资源监督检测中心完成。主量元素采用荷兰飞利浦公司PW2403型X荧光光谱仪测定，分析精度优于5%；微量元素采用美国热电元素公司Xseries II型电感耦合等离子体-质谱仪(ICP-MS)测定，分析精度优于10%，大多数好于5%。
(a) (b)
图7. 沙地花岗岩稀土元素球粒陨石标准化配分(a)曲线和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)
于地壳的重熔。王德滋等认为Rb随着壳幔分异与陆壳演化富集于成熟度高的地壳中，而Sr在成熟度低、演化不充分的地壳中富集，w(Rb)/w(Sr)能灵敏记录源区物质性质，沙地花岗岩体w(Rb)/w(Sr)为2.90~7.28，平均值为5.12，明显高于大陆地壳的平均值，从而说明岩体来源于地壳物质熔融。
5.2. 区域构造意义
通过对前人在华南陆内加里东期花岗岩的研究，结合本文早古生代晚期花岗岩体锆石定年数据及沙地花岗岩岩体地球化学研究表明，在华夏板块与扬子板块碰撞拼接带钦杭接合带南界绍兴–江山–鹰潭–萍乡–彬州–北海一线两侧的加里东期岩体具有相似的地球化学特征。
华南属中元古代超大陆Rodinia的重要组成部分。在1.0~0.9 Ga四堡造山运动期间，扬子板块南缘湘桂一带发生洋壳俯冲，形成岩浆弧。扬子与华夏地块在中元古代末碰撞对接后发生多次开合，在新元古代初期，华夏地块与扬子地块四堡运动或晋宁运动过程中发生碰撞，导致华南洋消失，形成统一华南地块。新元古代成冰纪时期华南地区由于深部地幔岩浆活动的影响而发生裂解，就Rodinia超大陆裂解(820 Ma)来说，裂解是不平衡且逐步发展的，它首先在最显眼的碰撞对接带部位开始裂解，这一裂解事件使原先的华夏地块被肢解成许多次级块体，如原华夏地块被肢解成浙南-闽北、赣中-赣南和云开大山三个古陆残块，中间是裂谷或海槽。
随着冈瓦纳超级大陆的形成，各裂解次级块体与扬子陆块之间发生多期次碰撞，华南加里东运动主要表现为不同地块碰撞拼贴增生。沈渭洲等认为华南加里东期花岗岩形成于板内造山环境。周新民及王德滋认为花岗岩的形成与岩浆发生在较深且闭合的非伸展环境有关。陈相艳等认为一些位于冈瓦纳大陆边缘的微小的陆块向冈瓦纳汇聚可能持续到志留纪。张传林等认为华夏古陆为典型的碰撞型造山带，而并非板内带，包括华南在内的冈瓦纳大陆边缘一些微大陆或地体的合并可能沿大陆边缘持续进行直至450~430 Ma。Zhao G C, et al.认为华夏属于加里东期陆–陆碰撞造山带，在440~430 Ma期间，由扬子和华夏构成的华南陆块与位于冈瓦纳北缘的一个未知陆块碰撞，导致整个华夏俯冲到另一个未知大陆之下。在晚奥陶世并持续到志留纪，华南发生了强烈的构造–热事件，导致震旦纪–早古生代海槽关闭，巨厚沉积物褶皱隆升，在元古代变质基底上形成了加里东期褶皱造山带。块体的碰撞拼贴及强烈挤压使地壳缩短变厚、地温增高，上地壳某一深部达到岩石初熔温度，上地壳物质逐渐软化并部分熔融，形成铝过饱和花岗岩岩浆。铝过饱和花岗岩岩浆在碰撞至后碰撞过渡期上升侵位，形成沙地花岗岩体，吴福元等认为引起部分熔融的构造机制则可能与弧陆碰撞后拉张垮塌有关。
6. 结论
1) 赣南沙地花岗岩以似斑状黑云母二长花岗为主，黑云母正长花岗岩次之。SiO2含量为(71.97~76.99)%，K2O/Na2O为1.07~1.73，铝饱和指数为1.07~1.19，属过铝质岩石。岩石稀土元素含量总量偏低，ΣLREE/ΣHREE值为2.07~3.68，平均2.99，接近地壳的比值(2.65~2.93)。δEu为0.10~0.40，Eu亏损程度中等偏高，岩体中Rb、Th、U、La、Ce、Nd、Zr、Hf及Sm相对富集，Ba、Sr及Ti相对亏损， Rb/Sr为2.90~7.28，平均值为5.12。总之，岩石地球化学特征显示沙地加里东期花岗岩是一种过铝质S型花岗岩，属壳源物质低程度部分熔融的产物。
2) 沙地花岗岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为428.3 ± 5.9Ma，反映沙地花岗岩体是在早志留世脉动式侵位形成的，这个时间也是华南加里东运动(广西运动)发生的时期。
3) 前人资料显示华夏地块与扬子地块在新元古代碰撞后发生裂解，在晚奥陶世并持续到志留纪，华南发生了强烈的构造–热事件，导致震旦纪-早古生代海槽关闭，巨厚沉积物褶皱隆升，在元古代变质基底上形成了加里东期褶皱造山带。块体的碰撞拼贴及强烈挤压使地壳缩短变厚、地温增高，上地壳某一深部达到岩石初熔温度，上地壳物质逐渐软化并部分熔融，形成铝过饱和花岗岩岩浆。铝过饱和花岗岩岩浆在碰撞至后碰撞过渡期上升侵位，形成华南加里东期花岗岩。赣南沙地地区沙地花岗岩体处于华南加里东期花岗岩带中，笔者通过对沙地地区出露的加里东期沙地花岗岩体进行的详细野外特征观察和室内岩石学、元素地球化学以及LA-ICP-MS锆石U-Pb定年研究，认为沙地花岗岩体是在早志留世脉动式侵位形成的，属奥陶纪至志留纪上地壳部分熔融形成的过铝质S型花岗质岩浆，在碰撞到后碰撞过渡期上升至上地壳形成的花岗岩体。
