程順波，付建明，陳希清，馬麗艷，盧友月

（武漢地質調查中心，武漢430205）

桂東北海洋山巖體鋯石SHRIMP U-Pb定年和地球化學研究

程順波，付建明，陳希清，馬麗艷，盧友月

（武漢地質調查中心，武漢430205）

桂東北海洋山巖體為巖性單一的二長花崗巖巖基。鋯石SHRIMP U-Pb定年顯示海洋山巖體主結晶年齡為431±7 Ma（MSWD=3.14），與贛湘桂內陸加里東期花崗閃長巖-二長花崗巖形成時代相似，為同一期成巖事件的產物。元素地球化學研究表明，絕大多數(shù)樣品具有富硅（～68%），富鉀（K2O/Na2O＞1.5），弱過鋁質（A/CNK 均值 1.05）和低 Al2O3/TiO2值（＜100）、高CaO/Na2O值（＞0.3）的特征。與臨區(qū)淺變質基底一致的εNd(t)值（-8.0～-8.6）和T2DM值（1.82～1.87 Ga），指示其理想源區(qū)為成熟度較低的古老變質雜砂巖。進一步的宏觀地質特征和華南加里東造山帶構造演化序列分析表明，海洋山巖體屬于陸殼改造型花崗巖，其形成的構造環(huán)境很可能為匯聚造山向非造山轉化的后造山伸張環(huán)境。

SHRIMP鋯石年齡；地球化學；加里東期；海洋山巖體；桂東北

海洋山巖體是華南加里東期花崗巖的一個典型代表，因在巖體的西部邊緣和北部產有廉江、小源、銀山嶺等一些鎢錫多金屬礦床（點）而受到同行的廣泛關注。在20世紀60～70年代廣西區(qū)調隊和湖南區(qū)調隊開展的1∶20萬區(qū)域地質調查工作中，僅對海洋山巖體進行了結構性劃分。1990年廣西地礦局遙感地質站、1991年廣西第二水文隊分別在該區(qū)開展了遙感、重力、航磁等方面的工作。為了配合重點地質走廊找礦，1995年廣西第一地質隊及其協(xié)作單位用單元-超單元方法對海洋山巖體進行解體，并重點研究了巖體的巖石譜系、巖石含礦性、地球化學、侵位構造[1-5]等問題。雖然當時獲得的年齡[4]也具有參考意義，但是始終缺乏高質量的年齡約束。本文利用鋯石SHRIMP U-Pb技術，對海洋山巖體成巖時代進行有效限定，并從主量、微量和Nd同位素地球化學出發(fā)，嘗試性地對巖體成因進行探討，以期為華南加里東造山帶大陸動力學研究提供一些基礎資料。

1 巖體地質概況

海洋山巖體位于廣西北部灌陽、全州、興安三縣的交界處，大地構造位置上位于揚子板塊東南緣，緊鄰與華夏板塊的結合帶（圖1）。巖體西部與中-下奧陶統(tǒng)呈侵入接觸，后者為一套大陸邊緣碎屑巖組合，靠近巖體處產有寬200～1000 m熱接觸變質帶[3]，東部被泥盆系呈角度不整合覆蓋。巖體平面上呈近南北的橢圓形，出露面積約380km2[6]，剖面上呈穹隆狀，有向深部擴展的趨勢[1]。

海洋山巖體為巖性單一的黑云母二長花崗巖，具中細粒斑狀結構，塊狀構造。斑晶主要為條紋長石和微斜條紋長石，以1×1～1.5×2.5cm2大小為主，常具卡式雙晶和格子雙晶，含量為2%～15%，局部較高；基質由斜長石、石英、鉀長石和黑云母組成，以1～4 mm為主?；|斜長石主要為中更長石，發(fā)育正常環(huán)帶結構和聚片雙晶，含量為23%～36%；黑云母為板片狀，棕褐色，多色性明顯，含量為7%～8%；鉀長石和石英呈粒狀分布于暗色礦物和斜長石之間，其中鉀長石含量17%～30%，石英含量為25%～34%。在早期單元中能見到不到1%的角閃石。巖石在結構上變化比較醒目，總體上巖石結構由粗到細(中粒-中細粒-細粒),斑晶含量由多到少(斑狀-含斑-少斑)，斑晶形態(tài)由它形經(jīng)半自形到自形[1-2]。巖體內部發(fā)育較多富云母包體和變粒巖包體[1]。

圖1 桂東北海洋山巖體地質簡圖（據(jù)文獻[4]修改）Fig.1 Simplified geological map ofHaiyangshan batholith in northeastern Guangxi province

2 樣品分析方法

用于年齡測定的巖石樣品（05DW11）（X=111°03′08.0″，Y=25°29′57.2″）（圖 1）破碎后，人工淘洗保留重砂部分。對重砂部分進行電磁分選和重液分選，得到一定純度的鋯石樣品，然后在雙目鏡下人工挑選出晶形完好、透明度高、無裂紋的鋯石顆粒。樣品靶制備和實驗條件見宋彪等（2002）[7]的描述。制靶時，將待測樣品與標準樣品TEM一起安放。鋯石陰極發(fā)光圖像采集和SHRIMP U-Pb年齡測定分別在中國地質科學院礦產資源研究所電子探針實驗室和北京離子探針中心的SHRIMP II上進行，SHRIMP分析時離子束斑直徑為 30 μm。由SHRIMP得到的未知樣品實驗數(shù)據(jù)用與其同時測定的標準樣品（SL13和TEM）的實驗數(shù)據(jù)進行校正，其中SL13用于校正U含量，TEM用于校正206Pb/238U比值。數(shù)據(jù)處理和U-Pb諧和圖繪制使用ISOPLOT 3.0程序[8-9]，普通鉛根據(jù)實測204Pb進行校正。

主元素分析在國土資源部中南礦產資源監(jiān)督檢測中心完成，分析方法為：Si和燒失量采用重量法；Al和 Fe2+采用容量法；Fe3+、Ti和 P 采用分光光度法；K、Na、Ca、Mg和 Mn 采用原子吸收光譜法。微量元素和稀土元素測試在中國科學院地球化學研究所測試分析中心完成，以AMH-1和GBPC-1為參考標樣，相對偏差（RSD）均小于10%。Nd同位素分析在國土資源部中南礦產資源監(jiān)督檢測中心同位素實驗室MAT261多接收質譜儀上完成。全流程本底為2.13×10-10g，用146Nd/144Nd=0.7219對Nd作質量分餾校正，計算機自動進行數(shù)據(jù)采集，采用本實驗室標準樣ZkbzNd（Nd）監(jiān)測儀器工作狀態(tài)，國家一級標準物質GBW 04419（Sm-Nd）監(jiān)測分析流程。147Sm/144Nd精度優(yōu)于0.5%，衰變常數(shù)λ（147Sm）=6.54×10-12a-1。

3 鋯石SHRIMP年代學

進行實驗分析的鋯石淺黃色，粒徑大約在30×100 ～ 100×300 μm2。晶體形態(tài)較為簡單，以短柱狀為主，長寬比為1～4，鏡下柱面、錐面清晰可見。從被測鋯石的陰極發(fā)光圖像來看，只有少數(shù)鋯石顆粒為典型的巖漿鋯石（如5、10號）(圖2)，無繼承核，具有清晰的巖漿韻律環(huán)帶[10]；大部分鋯石顆粒為“老核新殼”的復合型鋯石，核部已基本圓化，無環(huán)帶或顯示殘留巖漿環(huán)帶（如9、13號），邊部具有比較明顯的巖漿韻律環(huán)帶。

05DW11樣品所選的15個分析點均位于鋯石邊部，測試數(shù)據(jù)列于表1。15個測點的U含量變化于 295×10-6～ 828×10-6之間，Th 含量變化于 59×10-6～211×10-6之間。這些測點的Th/U比值為0.13～0.41，與江西九嶺復式巖體[11]和云開混合花崗巖[12]類似。在207Pb/235U-206Pb/238U圖（圖3a）上絕大多數(shù)樣品投影點位于諧和曲線上或者附近，指示被測鋯石同位素體系沒有受到后期地質熱事件明顯干擾。從測年結果來看，鋯石明顯分為兩組，第一組包含1.1、2.1、7.1三個測點，對應的206Pb/238U表觀年齡值分別為607.1 Ma、647.3 Ma和814.2 Ma，與巖體侵入奧陶系和被泥盆系覆蓋的地質事實不吻合。這組鋯石在形態(tài)比其他鋯石復雜，232Th/238U值也明顯低于其它鋯石分析點，可能是在巖漿上侵過程中捕獲的晉寧期鋯石。另一組包含其他12個分析點，他們的206Pb/238U表觀年齡值連續(xù)分布于450Ma以上（2個）、440 ～ 450 Ma（1 個）、430～440 Ma（3 個）、420～430 Ma（3 個）、410～420 Ma（1 個）、小于 400 Ma（2個）等幾個區(qū)段，但是在207Pb/235U-206Pb/238U圖上，絕大部分測點都位于諧和線上（14.1號點略為偏離諧和線）。對于這種情況，合理的解釋可能是該巖體內鋯石有多個結晶周期，第一個結晶期可能在深位巖漿房就已經(jīng)完成，在巖漿侵位后又經(jīng)歷了一次大范圍的鋯石結晶，直至巖漿結晶晚期全部鋯石晶出。本組年齡的集中區(qū)（410～440 Ma）位于年齡組中段，也和臨區(qū)同期雪花頂（432 Ma）[13]、大寧（419 Ma）[14]、彭公廟（441 Ma）、越城嶺（423 Ma）以及海洋山北部銀山嶺（426 Ma）（項目組未刊資料）等巖體的成巖年齡相近。因此分布于該區(qū)間的8個測點（4.1～6.1，10.1～14.1）的206Pb/238U 加權平均年齡 431±7 Ma（95%置信度，MSWD=3.14）（圖3b）很有可能代表海洋山巖體的主結晶年齡，即海洋山巖體形成于早志留世。

圖2 海洋山巖體05DW11樣品鋯石陰極發(fā)光顯微照片F(xiàn)ig.2 Zircon cathode luminescence images ofsample 05DW11 fromHaiyangshan Batholith

圖3 海洋山巖體05DW11樣品鋯石SHRIMP U-Pb諧和圖Fig.3 Zircon SHRIMP U-Pb concordia diagramofsample 05DW11 fromHaiyangshan batholith

表1 海洋山巖體05DW11樣品鋯石SHRIMP U-Th-Pb同位素分析結果Table 1 Zircon SHRIMP U-Pb data of sample 05DW11 from Haiyangshan batholith

4 巖石地球化學特征

從代表性地球化學分析數(shù)據(jù)（表2）來看，海洋山花崗巖樣品具有SiO2含量變化?。?7.75%～69.93%），Na2O+K2O 值較高（6.26%～6.91%），富鉀（K2O/Na2O＞1.5），弱過鋁質（A/CNK 平均值為 1.05）的特征。所有樣品的Al2O3/TiO2值＜100，CaO/Na2O值＞0.3。

微量元素上，相對于平均地殼豐度[15]，樣品均具有略低的相容元素含量，如Cr（50×10-6～95×10-6），Ni（30.98×10-6～52×10-6）。除Sr（＜150×10-6）以外，樣品的大離子親石元素含量普遍較高，如Rb＞200×10-6、Ba 多＞500×10-6、Th 多＞20×10-6、U 多＞3×10-6；高場強元素Zr（＞180×10-6）、Hf（＞5×10-6）、Nb（＞12×10-6）、Ta（＞1×10-6）、Y（＞20×10-6）含量也不同程度偏高（表2）。代表性樣品的Rb/Ba值為0.29～0.49，Rb/Sr值為1.96～2.53。在微量元素原始地幔標準化圖解上（圖4a），樣品皆具有類似島弧特征的微量元素分布型式，以強烈富集大離子親石元素和明顯虧損 Ba、Sr、Nb、Ta 為特征。REE 總量(ΣREE)為161.76×10-6～ 203.15×10-6，在球粒隕石標準化配分圖解上（圖4b），樣品均表現(xiàn)出相似的右傾稀土配分模式，具有較強的輕重稀土分餾（(La/Yb)N=9.83～11.89）和中等的銪負異常（δEu=0.43 ～ 0.51）特征（表 2）。

圖4 海洋山花崗巖樣品的微量元素蜘網(wǎng)圖（a）和稀土元素配分圖（b）(球粒隕石和原始地幔標準化值據(jù)文獻[16])Fig.4 Primitive mantle-normalized spider diagram(a)and Chondrite-normalized REE patterns ofHaiyangshan batholith（Chondrite and PMstandard fromRef.[16]）

表2 海洋山花崗巖樣品主量和微量元素含量Table 2 Major and trace elements composition of Haiyangshan Batholith

兩個樣品的147Sm/144Nd比值介于0.1167～0.1171（表3），非常接近大陸上部地殼平均值（0.118±0.034）[17]。εNd(t)值為-8.0～-8.6，與臨區(qū)同期花崗巖比較，明顯低于地殼重熔型大寧巖體 εNd(t)值（-6.8～-7.7）[14]和萬洋山巖體 εNd(t)值（-7.1～-8.3）[18]。TDM為 1.80～1.85 Ga，明顯高于大寧巖體的TDM值（1.40～1.70 Ga），而落入萬洋山巖體TDM（1.77～2.25 Ga）范圍內，說明海洋山巖體很可能衍源于古老陸殼物質的部分熔融。

表3 海洋山花崗巖部分樣品Sr-Nd同位素組成Table 3 Nd-Sr isotopic composition of samples from Haiyangshan batholith

5 討論

5.1 形成時代

在1990年代中期，廣西地質一隊曾對海洋山巖體進行過單顆粒鋯石Pb-Pb法測年[4]，獲得的207Pb-206Pb表面年齡變化于481～513 Ma之間。但是，海洋山巖體鋯石顆粒內普遍含有繼承核，該組年齡作為混合年齡的概率很大，可信度不高[4]。鋯石SHRIMPU-Pb定年技術是目前同位素年代學研究最有效和最常用的方法。配合陰極發(fā)光圖像（CL），其微區(qū)分析能準確避開繼承核，獲取到較準確的巖漿結晶年齡。本次研究采用先進的鋯石SHRIMP U-Pb法，對海洋山巖體主體黑云母二長花崗巖的巖漿鋯石進行了年齡測定。最和諧8個測點的206Pb/238U加權平均年齡為431±7 Ma，大致代表了海洋山巖體主結晶時期。該年齡與湘南桂東花崗閃長巖428±12 Ma的Sm-Nd等時線年齡和湯湖花崗閃長巖434±1.6 Ma的鋯石U-Pb年齡[19-20]一致，也類似于臨區(qū)雪花頂二長花崗巖432±21 Ma的鋯石SHRIMP年齡[13]和大寧巖體晚期次花崗巖419.1±6.4 Ma的鋯石SHRIMP年齡[14]。這表明贛湘桂內陸加里東期花崗閃長巖-二長花崗巖形成時代較為一致，為同一期成巖事件的產物。從區(qū)域上來看，贛湘桂內陸這期巖漿作用的啟動時間明顯滯后于同期武夷-云開一線，后者大概在460 Ma[21]左右。但是，最近的年代學研究顯示[12,22-23]，武夷-云開地區(qū)440～420 Ma的巖漿活動仍很活躍，暗示華南加里東巖漿活動具有從東南向西北擴展的趨勢，而不是遷移。

5.2 物質來源

海洋山巖體巖性較為單一，表現(xiàn)在巖石化學上，樣品具有一致的富鉀（K2O/Na2O＞1.5）和過鋁質（A/CNK平均值為1.05）特征，指示出花崗巖源區(qū)含有較多的硅鋁質組分。本次研究還發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)鋯石顆粒內含有渾圓的變質繼承核（圖2），其中不少繼承核粒徑超過鋯石顆粒長軸的1/2，說明源巖中的鋯石在巖石熔融時具有相當?shù)偷娜劢饴?。這個基本事實為海洋山巖體源于古老變質沉積巖[24-25]的部分熔融提供了重要線索。值得注意的是，樣品中巖漿鋯石的Th/U均值為0.28，低于吳元保和鄭永飛（2004）[10]劃分的正常巖漿鋯石的Th/U比值下限（0.4）。類似現(xiàn)象還存在于江西九嶺含堇青石花崗閃長巖，云開混合花崗巖和西藏寧中白云母二長花崗巖等強過鋁質花崗巖中[11-12,26]。這可能是在古老變沉積巖部分熔融過程中，U比Th更容易活化進入熔體，導致隨后從熔體中結晶出來的鋯石具有較低的Th/U比值[10]。

海洋山巖石樣品具有類似大陸上地殼的147Sm/144Nd平均值，通過對比還發(fā)現(xiàn)，樣品的εNd(t)值（-8.0～-8.6）與加里東期花崗巖平均 εNd(t)值（-8.2）[27]非常相近，它們均落在中元古界地殼演化域范圍內（圖5）；樣品的T2DM為1.82～1.87 Ga，與加里東期花崗巖平均T2DM值（1.84 Ga）[28]一致，也和揚子板塊東南緣中元古界四堡群和晚元古界丹洲群下部地層[28]相當，因此，區(qū)內的古老變質沉積巖基底可以作為海洋山巖體的理想源區(qū)。

對于源自變沉積巖的過鋁質花崗巖，CaO/Na2O比值是判別源區(qū)成分的重要指標，泥質巖源區(qū)生成的花崗巖CaO/Na2O＜0.3，而雜砂巖源區(qū)生成的花崗巖CaO/Na2O＞0.3[29]。海洋山巖體CaO/Na2O值變化于 0.95～1.23，遠大于 0.3。在 CaO/Na2O-Al2O3/TiO2判別圖解[30]（圖6a）中，所有樣品均落在澳大利亞Lachlan造山帶高CaO/Na2O值端元附近，在Rb/Sr-Rb/Ba（圖6b）判別圖中，樣品也無一例外地落入雜砂巖源區(qū)，并與計算的導源于雜砂巖的巖漿投影點非常相近，表明海洋山巖體很可能源于成熟度相對較低的變質雜砂巖的部分熔融。饒家榮等（1993）[31]對湖南境內巖石圈組成和結構研究表明，該區(qū)中下地殼的縱波速度為6.51 km/s，低于榴輝巖（＞8.0 km/s）和石榴石麻粒巖（7.5 ～ 8.0 km/s），暗示本區(qū)中下地殼成分可能為中酸性片麻巖（或麻粒巖），這也給海洋山巖體導源于變質雜砂巖源區(qū)提供了必要支持。

另外，Sr、Eu負異常在海洋山花崗巖中普遍存在，巖石內斜長石主要以基質形式存在反映在巖漿形成演化過程中沒有明顯的斜長石結晶分離作用，這種特征說明巖漿形成斜長石穩(wěn)定區(qū)，也就是說，花崗巖源區(qū)深度＜50 km[18]。

圖5 海洋山花崗巖樣品εNd(t)-t圖解（底圖據(jù)文獻[27]）Fig.5 εNd(t)-t diagramofgranitic samples from Haiyangshan batholith(after refenrence[27])

圖6 海洋山花崗巖樣品的CaO/Na2O-Al2O3/TiO2（a）和Rb/Sr-Rb/Ba（b）（底圖據(jù)Sylvester（1998）[30]）Fig.6 CaO/Na2Ovs Al2O3/TiO2（a）and Rb/Sr vs Rb/Ba（b）diagrams ofHaiyangshan batholith[30]

5.3 巖石成因

上述元素地球化學、Nd同位素和副礦物鋯石的結構成分分析表明，海洋山巖體起源于區(qū)內古老變質雜砂巖的部分熔融。宏觀地質方面，研究區(qū)未發(fā)現(xiàn)與海洋山巖體有共生關系的同期基性侵入巖或噴發(fā)巖，巖石巖性為單一的黑云母二長花崗巖[1]，副礦物組合為鈦鐵礦-鋯石-獨居石型[4]，巖體中含有較多的變粒巖包體[1]等一連串基本事實也支持海洋山巖體為陸殼改造型花崗巖[25]。

Li等（2010）[32]指出華南加里東造山帶具有順時針P-T-t演化軌跡。從大約460 Ma到440 Ma，造山帶地殼發(fā)生快速褶皺縮短和逆沖加厚，中地殼進入變質峰期達到中壓角閃巖相[33～35]，下地殼層次也達到了高壓麻粒巖相[36]。從440 Ma到390 Ma，造山帶漸變轉入伸展垮塌階段，形成大面積的中酸性巖漿侵入活動，多處可見伸展滑脫構造[37-38]和韌性剪切構造[39-41]。在上述構造演化序列中，海洋山巖體早志留世就位事件在進變質峰期（460～440 Ma）之后和走滑韌性剪切作用（420～390 Ma）之前，說明巖體形成于后造山伸展環(huán)境。在Rb-Nb+Y構造判別圖中（圖7），樣品投影點落入同碰撞花崗巖、火山弧花崗巖和板內花崗巖交匯區(qū)域，亦能反映巖體形成于匯聚造山向非造山轉化的后造山環(huán)境。地質特征上，盡管海洋山巖體局部具斑晶定向（可能是巖漿流動產生），但巖體內部環(huán)狀或放射狀排列的侵位節(jié)理[3]以及整體呈塊狀的巖石構造，也可能說明巖體形成于相對張性的構造環(huán)境。

圖7 海洋山花崗巖樣品的Rb-Nb+Y判別圖[42]Fig.7 Rb-Nb+Ydiscrimination diagramofgranitic samples from Haiyangshan batholith[42]

6 結論

（1）海洋山巖體主結晶年齡為 431±7 Ma（MSWD=3.14），與贛湘桂內陸加里東期花崗巖類有相似的形成時代，為同一期成巖事件的產物。

（2）海洋山花崗巖具有富硅，富鉀，過鋁質、Nb、Ta、Sr、Ba、Eu 虧損的特征以及緩右傾的稀土配分模式。地質地球化學分析表明巖體屬于陸殼改造型花崗巖，代表性樣品Nd同位素和元素比值圖解指示出其理想源區(qū)為古老的變質雜砂巖。通過造山帶構造演化序列和微量元素構造判別圖解分析可以得知，巖體形成于后造山伸展環(huán)境。

鋯石分選由廊坊物探所完成，SHRIMP實驗室宋彪研究員、頡頏強博士、劉建輝博士在本次鋯石SHRIMP測試和數(shù)據(jù)分析中給予了細心指導在此致以誠摯的感謝。

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Zircon SHRIMP U-Pb Dating and Geochemical characteristics of Haiyangshan Monzogranitic Batholith,Northeast Guangxi

CHENG Shun-Bo,FU Jian-Ming,CHEN Xi-Qing,MA Li-Yan LU You-Yue
(Wuhan center of Chinese Geological Survey,Wuhan 430205,Hubei,China)

Haiyangshan granite is a monzogranitic batholith in northeast Guangxi province.Zircon SHRIMP U-Pb dating of this granite yields an age of 431±7 Ma(MSWD=3.14),same as granodioritic-monzogranitic plutons of inland area like Jiangxi,Hunan and Guangxi,providing temporal constraint of a diagenesis event in late Caledonian.Major,trace elements and Nd isotopic compositions of several rock samples are reported to constraints its magma source and geodynamic setting in northeast Guangxi province.The geochemical of those samples,which behavior as relatively low SiO2contents(＜70%),weak peraluminous(mean value of A/CNK ratios is 1.05),low Al2O3/TiO2(＜100)and high CaO/Na2O(＞0.3)ratios,with low εNd(t（)-8.0～-8.6）and relatively high T2DMvalues(1.82～1.87 Ga),indicating they are originated from the salic crust with metamorphosed graywacks as its major composition.Integrated with its geological feature and evolution of Caledonian orogen of Southeast China,we advocate that Haiyangshan batholith belongs to continental crust-transformation series and it forms in late orogeny setting between orogenic convergence and anorogenic periods.

SHRIMP;geochemical characteristics;Caledonian;Haiyangshan granite;northeast Guangxi province

P595，P597

A

1007-3701(2012)02-132-09

2012-01-06；

2012-02-12

中國地質調查局地質大調查項目（編號：1212010533307和1212010813061）.

程順波（1983—），碩士，助理研究員，從事礦床學和地球化學研究，郵箱：chsb2007@qq.com.