2021, Vol. 30
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花岗岩作为大陆的标志性岩石, 它是地壳的重要组成部分. 花岗岩的构造与变形记录了演化的动力过程[1-4]. 因此, 通过对花岗岩的岩性特征进行研究, 不仅可以探讨花岗岩变形组构和岩体的地球化学特征, 更能为研究花岗岩与造山带构造演化关系提供新思路[5-7].
皖浙赣一带的中酸性侵入岩广泛分布于瑶里-鄣公山一带, 是"江南造山带"皖赣相邻区燕山期花岗岩带重要组成部分. 江南造山带是指出露于扬子板块与华夏板块之间, 主要由一套浅变质、强变形的(中-)新元古代巨厚沉积-火山岩系及时代相当的侵入体所构成的地质构造单元. 它呈弧形跨越桂北、黔东、湘西、湘北、赣北、皖南和浙北的广大区域, 制约着中国南方显生宙以来地质构造的演化[8]. 该造山带长期以来备受地学界关注, 一些学者在此区做了相应的工作, 分别对不同区域的岩体进行采样研究[9-12]. 在研究方法上, 包括构造变形研究、同位素分析、锆石U-Pb年代学以及地球化学特征等[13-14]. 王存智等[15]对下扬子地区花岗岩进行研究, 发现了该岩体形成的年龄和地球化学特征, 并判断姚村岩体形成原因; 周效华等[16]对江南造山带火山岩进行锆石SHRIMP年代学及Hf同位素研究, 表明该岩体主体形成时期为新元古代早期[15]; Huang等[17]对新元古代叶西江和保姆坪岩石进行地球化学、U-Pb锆石年龄、Lu-Hf和Nd同位素研究, 发现该区域为S型花岗岩. 菅坤坤等[18]通过研究花岗岩地球化学特征确定了岩石形成环境和构造意义; 李献华等[19]对皖南许村花岗岩进行了高精度的SHRIMP锆石U-Pb定年、岩石地球化学和Nd同位素测试, 以此推断皖南新元古代花岗岩的成因; 高林志等[20]对花岗岩岩石进行SHRIMP锆石U-Pb定年研究, 还原江南造山带演化机制.
莲花山岩体是该地区较为典型的花岗岩岩体, 对于江南造山带乃至整个华南元古宙地质研究有着很重大的意义. 然而关于莲花山花岗岩的可靠的年代学数据尚显不足, 地球化学特征及成因分析工作也有待完善. 因此笔者对此区出露的地层、岩体及构造现象做了详细的野外观察及记录, 并采集了相应的岩石样品, 以期对莲花山岩体进行系统的岩相学、地球化学及年代学研究, 以此为岩体的形成时代、成因类型及构造环境提供依据.
1 区域地质概况赣浙皖地区位处扬子板块东南缘, 即扬子板块与华夏板块结合带之东段, 属于中元古代末期造山带乐平-歙县构造混杂岩亚带. 该亚带北接扬子地块之修水-祁门构造单元, 南以进源-婺源断裂与万年构造单元、赣东北蛇绿混杂岩亚带、怀玉构造单元、东乡-龙游混杂岩亚带相邻. 区域上, 该亚带东段歙县一带为皖南伏川蛇绿混杂岩带, 从下至上为超镁铁质和镁铁质岩石组合、细碧-角斑岩和硅质岩组合、千枚岩等变质碎屑岩组合等; 乐平-婺源一带出露的溪口群为一套富含火山-细碎屑岩建造; 赣皖交界区出露溪口群砂泥质复理石建造, 岩石变形较强, 透入性韧性剪切面理广泛发育. 沿宜丰-景德镇-歙县断裂北侧附近, 发育一条极为醒目的构造花岗岩带(图 1).
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图 1 研究区地质简图(据文献[7]修改) Fig.1 Geological sketch map of the study area (Modified from Reference [7]) 1-齐溪田超单元花岗岩(Qixitian superunit granite); 2-酸性岩脉(acidic dyke); 3-灵山花岗岩(Lingshan granite); 4-邦彦坑岩体(Bangyankeng pluton); 5-栗木坑岩体(Limukeng pluton); 6-莲花山花岗岩(Lianhuashan granite) |
研究区的侵入岩主要形成于2个时期: 新元古代青白口纪和中生代白垩纪. 青白口纪的侵入岩有莲花山岩体、灵山岩体, 白垩纪的侵入岩有邦彦坑岩体. 莲花山岩体分布在研究区东部, 岩性为浅灰色中、细粒斑状花岗岩, 暗色矿物含量不高, 中粒花岗岩较细粒花岗岩片麻理较为明显. 灵山岩体分布在研究区中部, 岩性与莲花山岩体一致, 风化的灵山花岗岩呈土灰色, 新鲜的呈灰白色, 致密坚硬. 邦彦坑岩体呈独立小岩体分布在研究区西部, 主要是花岗质成分, 呈灰白-白色, 块状构造.
2 岩体岩相学特征通过镜下观察(图 2), 莲花山岩体可分为边部斑状正长花岗岩、核部斑状正长花岗岩和花斑岩3类.
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图 2 花岗岩镜下显微结构图 Fig.2 Microphotograghs of granites a、b-边部斑状二长花岗岩(porphyritic monzogranite on edge); c、d-核部斑状二长花岗岩(porphyritic monzogranite in core); e、f-核部二长花斑岩(monzogranophyre in core); Afs-碱性长石(alkali feldspar); Pl-斜长石(plagioclase); Q-石英(quartz); Ep-绿帘石(epidote); Chl-绿泥石(chlorite); Bt-黑云母(biotite); Ttn-榍石(titanite) |
边部斑状正长花岗岩为斑状结构(图 2a、b), 斑晶中的矿物大多为细粒结构, 基质中的矿物大多为微粒结构. 斑晶主要为石英、碱性长石、斜长石, 基质主要为石英、斜长石、碱性长石, 有少量的角闪石、黑云母. 蚀变矿物有绢云母、绿泥石, 副矿物有金红石.
核部斑状正长花岗岩为斑状结构(图 2c、d), 基质中的矿物大多为中粒结构. 斑晶中的主要矿物为石英、斜长石、钾长石, 基质主要为石英、斜长石、钾长石, 有少量的角闪石、黑云母. 蚀变矿物有绢云母、绿泥石、绿帘石.
花斑岩为斑状结构(图 2e、f), 斑晶中发育蠕虫结构, 基质中发育花斑结构. 斑晶矿物有石英、斜长石、钾长石、黑云母, 基质主要为石英、斜长石、钾长石, 有少量的黑云母和角闪石. 蚀变矿物有绢云母、绿泥石, 副矿物有榍石.
3 岩体地球化学特征主量元素测试在湖北省地质实验研究所完成, 微量元素和稀土元素分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成.
3.1 主量元素本研究共采集莲花山花岗岩6件样品, 主量元素测试结果(表 1)显示, SiO2含量为75.83%~77.48%, Al2O3为11.61%~12.57%, Na2O为2.57%~3.43%, K2O为4.73%~6.39%, Na2O/K2O= 0.4~0.73, CaO为0.2%~0.67%、A/CNK=1.01~1.11. 在SiO2-K2O图(图 3a)上, 显示高钾钙碱性岩石特征. 在A/CNK-A/NK图解(图 3b)中, 所有样品都位于过铝质系列区域, 显示弱过铝质花岗岩的成分特点.
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表 1 莲花山岩体主量元素分析结果 Table 1 Contents of major elements in Lianhuashan pluton |
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图 3 花岗岩SiO2-K2O图和A/CNK-A/NK图解 Fig.3 The SiO2-K2O and A/CNK-A/NK diagrams of granite |
莲花山花岗岩的微量元素测试结果见表 2. 微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 4)显示, 莲花山花岗岩显示极度亏损Ba、Sr, 整体向右倾斜, 富集高场强元素Zr、Hf、Nb, 富集大离子亲石元素Rb、U、Th, 但Sr亏损. 稀土元素球粒陨石标准化图(图 5)总体上显示轻稀土富集、重稀土相对亏损的右倾趋势, Eu明显呈现一个"谷", δEu= 0.04~0.36, 平均仅0.21, 表明Eu的负异常程度很强烈. 轻、重稀土比值较低, 平均值约为1.84, LaN/YbN在0.15~1.01之间(平均0.66), 表明轻、重稀土一般富集; 稀土元素总量较高(737.21×10-6~1781.42×10-6), 平均值为1314.77×10-6.
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表 2 莲花山岩体微量元素分析结果 Table 2 Contents of trace elements in Lianhuashan pluton |
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图 4 花岗岩微量元素原始地幔标准化蛛网图 Fig.4 Primitive mantle-normalized trace element spidergram of granite |
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图 5 花岗岩稀土元素球粒陨石标准化分布型式图 Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns of granite |
从研究区中采集约5 kg样品, 用常规方法和流程将锆石分离出来, 在双目镜下挑纯, 用环氧树脂固定制靶, 磨至锆石露出近一半后抛光, 拍摄CL图像, 最后利用LA-ICP-MS方法测定锆石的U-Pb同位素年龄. 测定时采用6 Hz的激光频率, 75 mJ的激光强度, 24 μm的激光束斑直径. 以91500作为外部标样, 用GJ-1作内标, 在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室测试完成.
4.2 锆石特征及分析莲花山花岗岩的锆石为自形, 颗粒较小, 短柱状居多, 长宽比一般1 : 1~2 : 1. 这些锆石也具较高的U含量, 测试结果见表 3. CL图片显示锆石晶体内部普遍震荡环带(图 6a), 锆石Th/U值在0.31~0.89之间, 大部分大于0.4, 为典型岩浆成因锆石. 这些锆石的206 Pb /238U年龄值都在谐和曲线上或附近(图 6b), 加权平均年龄为878±70 Ma.
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表 3 LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb分析结果 Table 3 The LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb analysis results |
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图 6 莲花山斑状二长花岗岩代表性样品锆石阴极发光图像和U-Pb谐和图 Fig.6 CL images of zircons in typical Lianhuashan porphyritic monzogranite samples and U-Pb concordia diagram |
莲花山花岗岩为具有似片麻状构造的斑状二长花岗岩及二长花斑岩, 其主要矿物为石英、斜长石、钾长石(条纹长石), 次要矿物有碱性角闪石、黑云母, 偶尔会看到绿帘石, 副矿物有磁铁矿、榍石、锆石等. 根据矿物特征和主量、微量元素地球化学特征, 莲花山花岗岩属于A型花岗岩[21-23](图 7).
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图 7 岩石成因类型判别图 Fig.7 The genetic discrimination diagrams of granite |
根据样品地球化学特征, 样品中大部分的大离子亲石元素与高场强元素同时富集, 且蛛网图呈一右倾曲线, 这与板内花岗岩的地球化学特征相一致, 莲花山花岗岩可能为板内花岗岩[24]. 另外根据花岗岩构造环境的判别图(图 8), 样品点均投在A2类型区域内, 并且位于造山期后A型花岗岩中, 因此可以判断莲花山花岗岩可能形成于后造山环境.
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图 8 花岗岩构造环境判别图 Fig.8 The tectonic discrimination diagrams of granite ①-地幔斜长花岗岩(mantle-sourced plagioclase granite); ②-破坏性活动板块边缘(板块碰撞前)花岗岩(destructive active plate margin granite); ③-板块碰撞后隆起花岗岩(post-collisional uplift granite); ④-晚造山期花岗岩(late-orogenic granite); ⑤-非造山期A型花岗岩(anorogenic A-type granite); ⑥-同碰撞(S型)花岗岩(syn-collisional S-type granite); ⑦-造山期后A型花岗岩(postorogenic A-type granite) |
A型花岗岩是由地幔玄武岩岩浆演化或玄武岩浆上升后, 受地壳不同程度混染或亏损地壳熔融的产物[25]. 据薛怀民等[8]研究, 皖南歙县缝合带完全闭合后, 残余的部分岩浆沿缝合带侵位, 使得挤压应力松弛, 江南造山带逐渐形成, 先前发生过熔融的加厚地壳物质再次发生部分熔融, 并可能混合了部分来自亏损地幔的岩浆, 经高度演化最后形成了莲花山岩体. 因此, 莲花山花岗岩可能是在江南造山带晚期或后期形成, 为晚造山或后造山阶段产物.
6 结论1) 莲花山花岗岩可分为岩体边部斑状二长花岗岩、岩体核部斑状二长花岗岩和二长花斑岩3类.
2) 地球化学数据显示莲花山花岗岩属于钙碱性花岗岩, 具有高钾富碱低钙的特征. 高场强元素Zr、Hf、Nb含量偏高, 大离子亲石元素Rb、U、Th含量高, 但Sr含量低.
3) 莲花山花岗岩的结晶年龄为878±70 Ma.
4) 莲花山岩体在江南造山带晚期或后期形成, 属A2型花岗岩, 几乎全部形成于主体上的伸展体制或挤压、剪切体制下派生的局部拉张环境.
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