楊世平， 祝明明， 孟 濤， 陳 浩， 劉 華， 耿 翔

(湖北省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院,湖北 孝感 432000)

江南造山帶是一個以新元古代為主的造山帶,西起桂北,經(jīng)黔西南、黔東北、湘西、贛西北、贛東北、皖南、浙西至浙北,長約1 500 km、寬約200 km,其北西側(cè)為揚子地塊,南東側(cè)為華夏地塊。江南造山帶是理解華南前寒武紀(jì)構(gòu)造演化和后期地殼再造的關(guān)鍵,該前寒武紀(jì)地質(zhì)單元由新—中元古代淺變質(zhì)巖系及新元古代花崗巖和少量鎂鐵質(zhì)巖組成(圖1)[1-3]。除具有洋殼屬性的蛇綠巖套巖石外,江南造山帶內(nèi)新元古代巖漿巖主要形成于950～750 Ma,并在約820 Ma形成一個非常明顯的峰值[1,4],可能代表了揚子板塊與華夏板塊的拼接[1]。

圖1 江南造山帶大地構(gòu)造背景以及前寒武紀(jì)物質(zhì)分布(據(jù)參考文獻(xiàn)[1-3]修編) Fig.1 Tectonic setting of the Jiangnan orogenic belt and the distribution of the Precambrian material1.中元古代—早新元古代地層；2.基性—超基性巖；3.斷層及傾向；4.晚新元古代地層；5.新元古代長英質(zhì)侵入巖；6.太古代—古元古代TTG花崗質(zhì)片麻巖；7.晚中元古代造山帶；8.中新元古代中生成弧形地形。

江南造山帶中段所在的湘東—贛西北地區(qū)出露巖漿巖以幕阜山、九嶺復(fù)式花崗巖體為主體，還有望湘、連云山、大湖山、葛藤嶺、梅仙、三墩、饒村、羅里、渭洞等巖體(圖2)。區(qū)域花崗巖與稀有金屬成礦關(guān)系密切[5-6],多期次巖漿活動的疊加導(dǎo)致了稀有金屬白堊紀(jì)的成礦高峰[7]。前人對幕阜山、九嶺復(fù)式花崗巖體做了大量的研究,已有一定的地球化學(xué)和同位素定年研究基礎(chǔ),而對于大湖山巖體研究較少,僅在1∶20萬修水幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[8]和1∶5萬常嶺畈幅、高枧幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[9]中涉及。1∶20萬區(qū)調(diào)工作及1∶5萬區(qū)調(diào)工作均測得大湖山花崗巖同位素年齡值為204 Ma(全巖K-Ar法),認(rèn)為侵入時代為晚三疊世[8]。全巖和黑云母K-Ar年齡往往只反映最后一次熱事件發(fā)生的時間,對經(jīng)歷過多次構(gòu)造熱事件的本區(qū)巖體而言,它們可能不代表巖體的形成年齡[10]。隨著近年來研究的深入,幕阜山復(fù)式花崗巖周緣新發(fā)現(xiàn)了大量的新元古代花崗巖。

因此精確厘定大湖山巖體的成巖時代,對于豐富區(qū)內(nèi)花崗巖年代學(xué)數(shù)據(jù)具有重要的意義。本文在已有研究及詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上,對大湖山巖體斑狀黑云花崗閃長巖進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測定和主微量元素分析,精確地限定了花崗巖的形成年齡,為區(qū)域地球動力學(xué)背景研究提供了重要依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于江南造山帶中部揚子板塊與華夏板塊交接部位——江南隆起帶中段的幕阜山—九嶺構(gòu)造巖漿帶。區(qū)內(nèi)出露地層主要為新元古界青白口系、南華系,古生界寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系,中生界白堊系及新生界第四系。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造主要為北東向及近東西向兩組,北東向斷裂規(guī)模較大,多組平行發(fā)育,與近東西向斷裂呈現(xiàn)出“多”字形分布特征[11]。巖漿活動頻繁,廣泛出露新元古代及燕山期花崗巖。其中,新元古代巖漿巖主要為九嶺、長三背、大圍山、葛藤嶺、張坊、張邦源、西園坑、三墩、栗山等巖體,出露面積有限,分布于幕阜山復(fù)式巖體周緣。燕山期巖漿巖以幕阜山復(fù)式巖體為代表,零星出露望湘、金井、連云山等巖體(圖2)。

圖2 幕阜山周緣新元古代花崗巖分布Fig.2 Distribution of Neoproterozoic granites around the periphery of Mufu Mountain1.第四系沉積物；2.中—新生代斷陷湖盆沉積地層；3.南華紀(jì)—古生代地層；4.青白口紀(jì)褶皺基底；5.中生代花崗巖;6.新元古代花崗巖；7.大湖山巖體；8.區(qū)域性斷層。

大湖山巖體位于幕阜山復(fù)式巖體東部,出露面積約12 km2。區(qū)域地質(zhì)調(diào)查[8]將大湖山巖體劃分為兩個單元(圖3),即大竹園單元和花園單元，其中大竹園單元巖性為中粗粒斑狀黑云花崗閃長巖,花園單元巖性為細(xì)粒斑狀黑云花崗閃長巖,二者呈涌動接觸關(guān)系,無明顯分界面。本次研究的是大湖山中粗粒斑狀黑云花崗閃長巖,與上部青白口紀(jì)冷家溪群呈角度不整合接觸。區(qū)內(nèi)冷家溪群出露小木坪組與坪原組,其中小木坪組不整合覆蓋于大湖山巖體之上,底部為底礫巖,主體為中—厚層狀變質(zhì)石英雜砂巖、巖屑雜砂巖夾粉砂質(zhì)板巖、凝灰質(zhì)雜砂巖；坪原組整合于小木坪組之上,主體巖性為灰綠—灰黃色板巖、粉砂質(zhì)板巖與薄層變質(zhì)雜砂巖、石英雜砂巖、凝灰質(zhì)巖屑雜砂巖互層。冷家溪群為一套半深海陸源—火山碎屑濁流沉積，說明大湖山巖體早于區(qū)域內(nèi)冷家溪群的沉積時代。

圖3 大湖山地區(qū)地質(zhì)圖Fig.3 Geological map of Dahushan1.第四系；2.奧陶紀(jì)；3.寒武紀(jì)；4.南華紀(jì)；5.青白口紀(jì)冷家溪群坪原組；6.青白口紀(jì)冷家溪群小木坪組；7.燕山期花崗巖；8.新元古代中粗粒斑狀黑云花崗閃長巖；9.新元古代細(xì)粒斑狀黑云花崗閃長巖；10.斷裂破碎帶；11.不整合接觸界線；12.層理；13.一般斷層；14.滑覆斷層；15.正斷層；16.左旋走滑逆斷層；17.地質(zhì)觀測以及取樣點。

2 巖石學(xué)特征

大湖山巖體可分為兩個巖性單元,主體巖性為大竹園單元中粗粒斑狀黑云花崗閃長巖(圖4-a),分布于巖體北部，風(fēng)化色為土灰色—灰色,新鮮色為灰色,具似斑狀結(jié)構(gòu)(圖4-c)、塊狀構(gòu)造,斑晶主要為鉀長石斑晶,粒徑18～30 mm,基質(zhì)主要由斜長石、鉀長石、片狀黑云母和少量白云母、不透明礦物等組成。其中，鉀長石含量約19%,構(gòu)成斑晶和基質(zhì),具微條紋結(jié)構(gòu),晶體受應(yīng)力多破碎，發(fā)育裂紋，弱黏土化；斜長石含約43%,半自形板柱狀,聚片雙晶發(fā)育,雙晶紋細(xì)密,偶見環(huán)帶結(jié)構(gòu),強伊利石化,主要為中、更長石；石英含約28%,它形粒狀,波狀消光,發(fā)育裂紋、碎裂化并呈微晶粒狀；黑云母含約9%,片狀、不規(guī)則片狀,包含小的鋯石、獨居石晶體；白云母含約1%,不規(guī)則片狀、小片狀，并含有微量不透明礦物,粒狀,主要為鈦鐵質(zhì),與黑云母伴生。在巖體西部及南部邊緣發(fā)育細(xì)粒斑狀黑云花崗閃長巖(圖4-b),鏡下礦物特征與中粗粒斑狀黑云花崗閃長巖基本相似(圖4-d),礦物成分與粒度略有差異。

圖4 大湖山巖體花崗巖巖性特征Fig.4 Lithologic characteristics of the granite in Dahushana.大湖山巖體中粗粒斑狀黑云花崗閃長巖；b.大湖山巖體細(xì)粒斑狀黑云花崗閃長巖；c.中粗粒斑狀黑云花崗閃長巖顯微特征(正交偏光)；d.細(xì)粒斑狀黑云花崗閃長巖(單偏光)。

3 分析方法

3.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

鋯石U-Pb年代學(xué)樣品的鋯石分選與制靶工作在河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查所實驗室完成。樣品經(jīng)機械破碎后,進(jìn)行淘洗、磁選和重液分選,然后在雙目鏡下挑選出晶形完好、具有代表性的鋯石顆粒,置于環(huán)氧樹脂澆鑄的樣品靶上,之后進(jìn)行磨蝕、拋光和鍍金。鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像分析在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。

鋯石U-Pb年代學(xué)測定在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實驗室利用激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)分析完成。其中LA(激光剝蝕系統(tǒng))為美國ESI公司生產(chǎn)的NEW Wave 193 nm FX ArF準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng),MCICP-MS(多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀)是美國Thermo Fisher公司生產(chǎn)的NEPTUNE,其離子光學(xué)通路采用能量聚焦和質(zhì)量聚焦的雙聚焦設(shè)計,并且采用動態(tài)變焦(Zoom)，可將質(zhì)量色散擴大至17%。此次實驗所用的杯結(jié)構(gòu)為：法拉第杯L4、L3、L2、L1、H2、H4分別用來接收204Pb、206Pb、207Pb、208Pb、232Th、238U,另外,235U與238U的豐度比為1∶137.88。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為輔助氣調(diào)節(jié)靈敏度,二者通過一個T型接頭混合后,在進(jìn)入等離子體之前,再通過一個T型接頭加入小流量的氮氣,用來提高儀器靈敏度、降低檢出限和改善分析精密度[12]。每個剝蝕點采集350組數(shù)據(jù),其中大約前1/3是空白信號,后面2/3是樣品信號。對分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、U-Th-Pb同位素比值和年齡計算)采用軟件CPMSDataCal[13-14]完成。此次試驗中激光剝蝕斑束直徑為35 μm、頻率為8 Hz,采用鋯石標(biāo)準(zhǔn)GJ1作外標(biāo)進(jìn)行同位素分餾校正,每分析8個樣品點,分析2次GJ1。鋯石標(biāo)準(zhǔn) GJ1的U-Th-Pb同位素比值和U、Pb含量推薦值據(jù)文獻(xiàn)[15]。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制、年齡權(quán)重平均計算和鋯石年齡分布頻率直方圖均采用Isoplot/Ex_ver 3完成[16]。

3.2 主量元素

樣品測試在核工業(yè)230研究所完成,測試儀器為Axios Max X射線熒光光譜儀,測試方法為X射線熒光光譜法(XFR)。取新鮮樣品,碎樣、研磨至粒徑0.071(200目),放置在105℃烘箱中烘烤3 h,去除吸附水；用萬分之一精度的天平準(zhǔn)確稱取0.7 g樣品和7 g復(fù)合熔劑(Li2B4O7、LiBO2、LiF),放入鉑金坩堝并攪拌均勻,在1 150℃電熱熔融設(shè)備上熔融,冷卻后制成直徑為35 mm的玻璃片；然后將玻璃片放入儀器中進(jìn)行測試，測試精度優(yōu)于3%。準(zhǔn)確稱取1 g樣品放入到陶瓷坩堝中,在高溫爐加熱至1 000℃灼燒3 h,灼燒前后的質(zhì)量差即為燒失量。FeO含量的測定采用化學(xué)滴定法,試料用氫氟酸、硫酸分解,溶液中剩余的氟加入硼酸絡(luò)合之；以二苯胺磺酸鈉為指示劑,用基準(zhǔn)重鉻酸鉀溶液滴定,計算FeO含量。

3.3 微量、稀土元素

樣品測試在核工業(yè)230研究所完成,測試儀器為美國PE公司NexION 300x型高分辨等離子體質(zhì)譜儀,測試方法為電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)。稱取50 mg的200目以下的樣品,置于密封容器中,加入1 mL HF,電熱板蒸干去除SiO2,再加入1 mL HF和0.5 mL HNO3,加蓋,然后用電熱板蒸干,加入1 mL HNO3再蒸干,重復(fù)操作；最后加入2 mL HNO3和5 mL去離子水,蓋上蓋子,130℃下溶解殘渣3 h,然后冷卻加入500 ng RH內(nèi)標(biāo)溶液,轉(zhuǎn)移至50 mL離心管中,上機測定。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb年代

運用鋯石U-Pb年代學(xué)對中粗粒斑狀黑云花崗閃長巖樣品dh27(與DHS-3-1取樣位置一致)進(jìn)行了29個分析點的年齡測定,U-Pb同位素分析結(jié)果列于表1。鋯石主要為無色透明—淺黃色的自形—半自形晶體,晶形為短柱狀或長柱狀,部分鋯石含有較多的礦物包裹體,晶體粒度變化于100～200 μm,長寬比為1∶1～3∶1。CL圖像顯示大多數(shù)自形鋯石具有較清晰的振蕩環(huán)帶(圖5),少數(shù)具有扇形分帶,為典型巖漿鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)[17-18]。

圖5 大湖山巖體鋯石的陰極發(fā)光(CL)圖像及U-Pb年齡(Ma)(樣品號：dh27)Fig.5 Cathodoluminescence (CL) image and U-Pb age (Ma) of zircon from the Dahushan rock mass

表1 大湖山巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果Table 1 Results of LA-ICP-MS zircon U-Pb isotope analysis of Dahushan rock mass

LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年可獲得206Pb/238U、207Pb/235U和207Pb/206Pb 3組表面年齡,對于<1 000 Ma的年輕鋯石來說,一般206Pb/238U年齡比207Pb/235U和207Pb/206Pb年齡更能準(zhǔn)確反映鋯石的結(jié)晶時間[19]。因此,本文主要根據(jù)206Pb/238U年齡來確定巖體的形成時間(>1 000 Ma的測點采用207Pb/235U表面年齡)。

12號分析點得到206Pb/238U年齡為(1 263±13) Ma,遠(yuǎn)高于平均值,從CL圖像中可以看出,隱約存在一個早期核,有可能是來自巖漿源區(qū)的循環(huán)晶,因此作為單個異常值予以剔除,不參與本文討論。其余分析點在鋯石U-Pb年齡諧和圖(圖6)上,均位于諧和線上或略低于諧和線,206Pb/238U年齡為(950±17)～(879±13) Ma,鋯石中U含量(94～339)×10-6,Th含量(11～226)×10-6,Th/U比值為0.07～0.97,平均Th/U比值為0.18,數(shù)值較小,為貧鈾巖漿鋯石特征。206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為(911.3±5.4) Ma(MSWD=0.81),代表了巖石結(jié)晶年齡,屬新元古代早期巖漿活動產(chǎn)物。

圖6 大湖山巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.6 Zircon LA-ICP-MS zircon U-Pb age harmonicdiagram of the Dahushan rock mass

4.2 主量元素

大湖山花崗巖樣品巖性及主量元素分析結(jié)果見表2,大湖山巖體花崗巖CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計算及有關(guān)巖石化學(xué)分析參數(shù)見表3。SiO2-(Na2O+K2O)侵入巖分類圖解(圖7-a)中,中粗粒斑狀黑云花崗閃長巖落入花崗巖與花崗閃長巖分界處,細(xì)粒斑狀黑云花崗閃長巖落入花崗閃長巖區(qū)間。R1-R2巖類分類圖解(圖7-b)中中粗粒斑狀黑云花崗閃長巖落入二長花崗巖區(qū)間，細(xì)粒斑狀黑云花崗閃長巖落入花崗閃長巖區(qū)間。

圖7 花崗巖分類命名圖解(a據(jù)參考文獻(xiàn)[20],b據(jù)參考文獻(xiàn)[21])Fig.7 Classification and naming diagram of granite

表2 樣品主量元素分析結(jié)果表(%)Table 2 Analysis result table of sample main element

表3 大湖山巖體花崗巖CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計算及有關(guān)巖石化學(xué)分析參數(shù)Table 3 Calculation of CIPW standard minerals in the Dahushan rock mass granite and related petrochemical analysis parameters

大湖山巖體具有如下特征：SiO2含量為67.51%～70.93%,平均69.73%,CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計算的石英(Q)含量為28.49%～34.57%,SiO2過飽和；富堿(K2O+Na2O=5.93%～7.22%)；鈣堿性(里特曼指數(shù)σ=1.42～1.91)；高K2O(K2O=2.71%～4.10%;K2O/Na2O=0.84～1.42)；較低的基性組分含量(∑TiO2+FeOT+MgO=3.53%～4.96%)；過鋁質(zhì)(圖8-b),其中Al2O3/(Na2O+K2O+CaO)=1.62～1.74，鋁飽和指數(shù)(A/CNK值)為1.07～1.397。所有樣品都具有高鉀鈣堿性特征(圖8-c)；分異指數(shù)DI為72.49～84.15,其中中粗粒斑狀黑云花崗閃長巖分異指數(shù)DI(82.58～84.15)高于細(xì)粒斑狀黑云花崗閃長巖(72.49～74.43)；CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物中出現(xiàn)了剛玉分子(1.37%～4.93%)；隨著SiO2含量的增加,Al2O3、TiO2、Fe2O3T、CaO、Na2O、MgO含量減少,反映了長石、鎂鐵礦物、鈦鐵礦物分離結(jié)晶作用對巖漿演化作用的影響,K2O含量增加,而MnO、P2O5則無明顯變化趨勢。

圖8 巖漿巖系列判別圖解(a圖據(jù)參考文獻(xiàn)[22],b圖據(jù)參考文獻(xiàn)[23],c圖據(jù)參考文獻(xiàn)[24-25],d圖據(jù)參考文獻(xiàn)[22])Fig.8 Identification diagram of magma series

4.3 稀土、微量元素

大湖山花崗巖樣品巖性及稀土、微量元素分析結(jié)果見表4。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖9)上,大湖山巖體中粗粒斑狀黑云花崗閃長巖大離子親石元素(LILE)Rb、Th、U、K富集,Sr、P和高場強元素(HFSE)Nb、Ta、Ti呈明顯負(fù)異常,而細(xì)粒斑狀黑云花崗閃長巖Sr的負(fù)異常不明顯。Sr、Ba的負(fù)異?？赡苤甘玖诵遍L石的結(jié)晶分離作用,這與稀土元素中Eu的負(fù)異常特征相互吻合。Ti元素的負(fù)異常則指示鈦鐵氧化物的結(jié)晶分離作用。

圖9 微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)參考文獻(xiàn)[25])Fig.9 Standardized spider web map of trace elements

表4 樣品稀土、微量元素分析結(jié)果表(×10-6)Table 4 Sample analysis results of rare earth and trace elements

所分析樣品具有相似的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布型式(圖10),為輕稀土(LREE)富集的右傾模式,(La/Yb)N=5.06～17.71,其中重稀土(HREE)較平坦。中粗粒斑狀黑云花崗閃長巖相較于細(xì)粒斑狀黑云花崗閃長巖(Eu/Eu*=0.81～0.85)具有更明顯的Eu負(fù)異常(Eu/Eu*=0.52～0.57),LREE較為一致,HREE則有一定范圍的變化。

圖10 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)參考文獻(xiàn)[26])Fig.10 Standardized distribution pattern of rare earth element chondrite

5 討論

5.1 形成時間

1∶20萬修水幅[8]區(qū)調(diào)工作(1964年)和1∶5萬高枧幅[9]區(qū)調(diào)工作(1999年)均測得大湖山花崗巖同位素年齡值為204 Ma(全巖K-Ar法)，顯示其形成于晚三疊世。本文通過鋯石CL圖像分析和鋯石微區(qū)原位定年發(fā)現(xiàn),大湖山花崗巖中鋯石206Pb/238U年齡為950～879 Ma,平均值為(911.3±5.4) Ma(MSWD=0.81)。這些鋯石為自形晶體,并具有清晰的韻律環(huán)帶,因此(911.3±5.4) Ma可以代表大湖山中粗粒斑狀黑云花崗閃長巖的成巖結(jié)晶年齡,說明其形成時代為新元古代早期,而非早先認(rèn)為的晚三疊世。

江南造山帶中段廣泛發(fā)育830～819 Ma時期的花崗巖,如皖南許村、歙縣、休寧花崗閃長巖(SHRIMP鋯石U-Pb年齡為(823±8) Ma[4,27]，LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(824±6) Ma[28]),桂北本洞、三防、元寶山巖體(SHRIMP鋯石U-Pb年齡分別為(819±9) Ma、(826±10) Ma、(824±4) Ma[29]),鄂南九宮山巖體(830 Ma)[30]等,不同于浙東的桃紅巖體(913±15) Ma和西裘巖體(915±14) Ma[31],而是和贛西北、湘東北地區(qū)的許多巖體具有相似的年齡組成(表5)。大湖山巖體的形成年齡明顯早于該時期，但值得注意的是，贛西北九嶺花崗閃長巖樣品中含有較多910～870 Ma的繼承鋯石[4,27],皖南許村、歙縣和休寧花崗閃長巖樣品中含有大量890～870 Ma的繼承鋯石[4,28]，鄂南九宮山巖體中存在部分約870 Ma的繼承鋯石[30]，大湖山巖體的成巖年齡與上述這些巖體中的繼承鋯石年齡一致，表明揚子板塊東南緣在約910～870 Ma發(fā)生了廣泛的巖漿活動。

表5 江南造山帶中段重要新元古代巖漿巖成巖年齡信息Table 5 Diagenetic age information of important Neoproterozoic magmatic rocks in the middle part of Jiangnan orogenic belt

野外地質(zhì)觀測發(fā)現(xiàn)，冷家溪群不整合覆蓋于大湖山巖體之上(圖11-a),大湖山巖體與青白口紀(jì)冷家溪群同時被南華紀(jì)蓮沱組地層構(gòu)造不整合覆蓋。

圖11 大湖山巖體與冷家溪群不整合接觸特征Fig.11 Unconformity contact characteristics between the Dahushanrock mass and the Lengjiaxi Groupa.冷家溪群不整合于大湖山巖體之上;b.冷家溪群與大湖山巖體不整合界面；c.冷家溪群底部石英礫巖支撐結(jié)構(gòu)。

5.2 巖石成因

大湖山巖體的巖性為中粗粒斑狀黑云花崗閃長巖、細(xì)粒斑狀黑云花崗閃長巖,樣品中無角閃石,僅在巖體邊部的細(xì)粒斑狀黑云花崗閃長巖中含有少量白云母,類似于富黑云母過鋁質(zhì)花崗巖類(CPG),全巖SiO2過飽和(67.51%～70.93%)、鈣堿性(里特曼指數(shù)σ=1.42～1.91)、富堿(K2O+Na2O=5.93%～7.22%)、高K2O(K2O=2.71%～4.10%)、高K2O/Na2O比值(K2O/Na2O=0.84～1.42)、低基性組分含量(∑TiO2+FeOT+MgO=3.53%～4.96%)、過鋁質(zhì)(其中Al2O3/(Na2O+K2O+CaO)=1.62～1.74，鋁飽和指數(shù)(A/CNK值)為1.07～1.397),所有樣品都具有高鉀鈣堿性特征(圖8-c),CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物中出現(xiàn)了剛玉分子(1.37%～4.93%),這些特征顯示了殼源巖漿巖特征。

大湖山巖體A/CNK>1.1,為強過鋁質(zhì)花崗巖,Rb/Sr比值為0.29～1.24，顯示出該巖體具有陸殼重熔型花崗巖的特征[40]。另外,實驗巖石學(xué)表明,不同源區(qū)部分熔融產(chǎn)生的強過鋁質(zhì)花崗巖具有極其不同的CaO/Na2O比值，其中泥質(zhì)巖石重熔形成的過鋁質(zhì)花崗巖CaO/Na2O比值一般<0.3,而砂屑巖石重熔形成的過鋁質(zhì)花崗巖CaO/Na2O比值一般>0.3[40]。研究區(qū)黑云花崗閃長巖的CaO/Na2O為0.37～1.00,絕大部分樣品都>0.3,表明其源區(qū)可能以砂巖為主(圖12-a),同時在反映花崗巖源區(qū)特征的Rb/Sr-Rb/Ba圖解(圖12-b)上也多位于“貧黏土源區(qū)”。

圖12 研究區(qū)新元古代花崗巖源巖判別圖解(據(jù)參考文獻(xiàn)[40])Fig.12 Discriminant diagrams for the source rock of the Neoproterozoic grantoids in the studied area

研究區(qū)黑云花崗閃長巖稀土元素總含量不高,配分模式呈右傾型,輕重稀土分餾明顯,有強烈的Eu負(fù)異常,并且虧損Nb、Ta等高場強元素，這些地球化學(xué)特征與典型強富鋁的華南殼源型花崗巖的地球化學(xué)特征基本相同[35,41]。隨著SiO2含量的增加,Al2O3、TiO2、Fe2O3T、CaO、Na2O、MgO含量減少,反映了長石、鎂鐵礦物、鈦鐵礦物分離結(jié)晶作用對巖漿演化作用的影響。大湖山巖體具有明顯的Eu負(fù)異常,Eu/Eu*與SiO2、Sr與Eu/Eu*之間具有一定的相關(guān)性(圖13),表明長石的分異作用在花崗巖形成過程顯著,樣品的Eu負(fù)異常可能是其長石結(jié)晶分異的結(jié)果。在花崗巖成因類型判別圖解(圖14-圖15)中,大湖山中粗粒斑狀黑云花崗閃長巖落入S型花崗巖區(qū)域內(nèi),細(xì)粒斑狀黑云花崗閃長巖在成因類型判別圖解上較難判別,但作為與中粗粒斑狀黑云花崗閃長巖呈涌動接觸關(guān)系的同一巖體,可以推斷其成因類型與中粗粒斑狀黑云花崗閃長巖成因類型一致。綜上所述,研究區(qū)新元古代黑云花崗閃長巖屬過鋁質(zhì)S型花崗巖，可能是早期富砂屑陸殼發(fā)生部分熔融產(chǎn)生的,且在其巖漿房內(nèi)經(jīng)歷了一定分離結(jié)晶作用。

圖13 大湖山巖體Eu/Eu*-SiO2和Sr-Eu/Eu*圖解Fig.13 Diagrams of Eu/Eu*-SiO2,Sr-Eu/Eu*

圖14 大湖山巖體(a)FeO/MgO-10 000Ga/Al、(b)(K2O+Na2O)/CaO-10 000Ga/Al、(c)Zr-10 000Ga/Al、(d)Ce-10 000Ga/Al花崗巖成因類型判別圖解(據(jù)參考文獻(xiàn)[42])Fig.14 The genetic type discrimination diagram of the Dahushan rockmass (a) FeO/MgO-10 000Ga/Al，(b)(K2O+Na2O)/CaO-10 000Ga/Al，(c) Zr-10 000Ga/Al and (d) Ce-10 000Ga/Al granite

圖15 大湖山巖體ACF圖解(據(jù)參考文獻(xiàn)[43])Fig.15 ACF diagram of Dahushan rock mass

5.3 形成的地質(zhì)背景

大湖山巖體成巖年齡為(911.3±5.4) Ma(MSWD=0.81),屬于江南造山帶內(nèi)與造山有關(guān)的早期巖漿巖,而該期巖漿巖主要形成于ca.950～880 Ma[1]。

以往研究由于缺少江南造山帶中段新元古代早期火山巖的直接證據(jù),有學(xué)者[30]認(rèn)為引起江南造山帶新生地殼對新元古代中期花崗巖影響發(fā)生變化的原因可能與揚子和華夏板塊間的“斜向穿時碰撞”過程有關(guān)。隨著洋殼的不斷斜向俯沖,揚子與華夏板塊間的洋盆由東向西逐漸閉合,東段島弧巖漿作用加劇,中段產(chǎn)生相對較弱的島弧巖漿作用,西段島弧巖漿作用最弱,使江南造山帶早新元古代新生地殼物質(zhì)由東向西逐漸減少。而大湖山巖體與浙東雙溪塢弧地體內(nèi)桃紅巖體、西裘巖體具有一致的成巖年齡,也進(jìn)一步說明新元古代早期江南造山帶中段與東段發(fā)生拼合的時代可能一致。

綜合大湖山巖體高K2O、Al2O3,低TiO2,K2O>Na2O,鈣堿性大離子親石元素(LILE)Rb、Th、U、K富集,Sr、P和高場強元素(HFSE)Nb、Ta、Ti呈明顯負(fù)異常等地球化學(xué)特征,指示其形成于匯聚板塊邊緣到島弧環(huán)境的巖漿巖特征。大湖山巖體在花崗巖成巖環(huán)境判別圖(圖16)中落入火山弧花崗巖或同碰撞花崗巖區(qū),在判別花崗巖成因類型與板塊構(gòu)造環(huán)境的R1-R2圖解(圖17)中同樣顯示大湖山巖體落入破壞性活動板塊邊緣到同碰撞花崗巖區(qū)域。因此，可能為活動大陸邊緣消減作用下弧—陸碰撞導(dǎo)致了上地殼部分熔融，并和各種流體發(fā)生相互作用的結(jié)果(圖18-a)。

圖16 花崗巖ω(Yb)-ω(Ta)、ω(Y)-ω(Nb)、ω(Y+Nb)-ω(Rb)和ω(Yb+Ta)-ω(Rb)判別圖(據(jù)參考文獻(xiàn)[41])Fig.16 Discrimination diagrams of ω(Yb)-ω(Ta)、ω(Y)-ω(Nb)、ω(Y+Nb)-ω(Rb) and ω(Yb+Ta)-ω(Rb)VAG.火山弧花崗巖;WPG.板內(nèi)花崗巖;S-COLG.同碰撞花崗巖;ORG.洋中脊花崗巖。

圖17 判別花崗巖成因類型與板塊構(gòu)造環(huán)境的R1-R2圖解(據(jù)參考文獻(xiàn)[44])Fig.17 R1-R2 discrimination diagram of granite genesis typeand plate tectonic environment

王孝磊等[1]對江南造山帶的形成和演化作了如下歸納：江南造山帶是新元古代時期發(fā)生在揚子地塊東南緣的以島弧地體拼接為主的增生型造山帶,經(jīng)歷了早期的洋洋俯沖(ca.970～880 Ma)、弧—陸碰撞(ca.880～860 Ma)、洋陸俯沖和弧后盆地沉積(ca.860～825 Ma)的過程,最終導(dǎo)致弧后盆地的關(guān)閉,使得冷家溪群、四堡群、雙橋山群和梵凈山群等地層發(fā)生緊閉褶皺；并在約825～810 Ma造山作用結(jié)束之后,造山帶進(jìn)入板內(nèi)伸展(裂谷)階段,產(chǎn)生了以雙峰式火山巖為主的板內(nèi)巖漿活動(圖18)。由此來看，大湖山巖體在時代上處于王孝磊等[1]歸納的早期洋洋俯沖階段，但結(jié)合該巖體具有匯聚板塊邊緣到島弧巖漿巖特征，認(rèn)為911 Ma左右大湖山地區(qū)可能已經(jīng)發(fā)生了弧—陸碰撞，大湖山巖體屬于該時期弧—陸碰撞的產(chǎn)物。

圖18 江南造山帶中段大湖山地區(qū)新元古代構(gòu)造巖漿演化(據(jù)參考文獻(xiàn)[1]修編)Fig.18 The tectono-magmatic evolution of the Jiangnan Orogenduring the Neoproterozoic era

6 結(jié)論

(1) LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測試表明,大湖山巖體斑狀黑云花崗閃長巖結(jié)晶年齡為(911.3±5.4) Ma(MSWD=0.81),屬新元古代早期巖漿活動產(chǎn)物。

(2) 大湖山富SiO2、富堿,為過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性S型花崗巖,可能是早期富砂屑陸殼發(fā)生部分熔融產(chǎn)生的,且在其巖漿房內(nèi)經(jīng)歷了一定的分離結(jié)晶作用。

(3) 大湖山巖體具有島弧或者大陸邊緣的特征,顯示該套巖漿巖與造山作用有關(guān),可能與揚子和華夏板塊之間的弧—陸碰撞作用有關(guān)。