2013, Vol. 29
2. 桂林理工大学广西隐伏金属矿产勘查重点实验室，桂林 541004;
3. 中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037;
4. 广西区域地质调查研究院，桂林 541003
2. Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Deposits Exploration, Guilin University of Technology, Guilin 541004, China;
3. China Institute of Mineral Resources, Chinese Amdemy of Geological Sciences, Beijing 100037, China;
4. Guangxi Institute of Regional Geological Survey, Guilin 541003, China
两广云开地区地处华南板块西南端，华夏古陆与钦-杭结合带的交接部位(图 1a)，是华东南少数几个基底出露区之一。由于基底岩石遭受了多期变形变质作用的强烈改造，各时期构造岩浆活动十分发育，云开地区仍然是我国华南地区前泥盆纪基础地质问题研究最为薄弱的地区之一，在前泥盆纪地层的划分与对比、形成时代、构造-岩浆演化规律认识等方面一直存在分歧(广西壮族自治区地质矿产局，1985；广东省地质矿产局，1988；莫柱孙，1989；叶伯丹，1989；简平，1991；南颐，1994；周国强等，1996；钟增球等，1996；张志兰等，1998；叶真华等，2000；黄圭成等，2001；彭松柏等，2000；张业明和彭松柏, 2000, 邝永光等，2001；Wang et al., 2007；Wan et al., 2010)。近年来，随着基础地质调查研究工作的不断深入，对该地区的研究取得了相当大的进展：① 在云开地块北缘发现了洋中脊型(MORB)和岛弧型(IAT)两种类型变质基性火山岩(玄武岩)，证明云开地区存在元古代古洋壳残片——蛇绿岩(覃小锋等，2004①，2005，2007)，在云开地块南部信宜市茶山和罗定市贵子一带也报道有新元古代蛇绿混杂岩的存在(彭松柏等，2006a)；② 原认为呈大面积分布的混合岩实际上是变质的深成侵入岩的认识也被普遍接受(周汉文等，1994；彭少梅等，1995；庄文明等，1995；彭松柏等, 2000, 2006b；郭良田等，2001；覃小锋等, 2004, 2006, 2008；Wang et al., 2007；Wan et al., 2010)；③ 最近我们在云开地区北缘岑溪一带早古生代变质地层中也发现了一套具MORB型地球化学特征的变质基性火山岩，并获得其LA-MC-ICP-MS锆石 U-Pb 谐和年龄为441±3Ma(作者未发表数据)，暗示该地区有早古生代洋壳的存在；④ 近年来，一些地质学者通过系统的高精度地质年代学研究认为，云开地区广泛发育的原认为是形成于元古代的高州杂岩和云开群是同时形成于新元古代晚期至早古生代的沉积岩(Wang et al., 2007；Wan et al., 2010)，而本区大面积分布的变质深成侵入岩(花岗质片麻岩)不是形成于(中)新元古代，而是早古生代(彭松柏等，2006b；Wang et al., 2007；Wan et al., 2010)。彭松柏等(2006b)认为它是加里东期洋-陆俯冲-碰撞造山后伸展-拆沉-底侵岩浆活动形成的深熔花岗岩，而覃小锋等(2004, 2006, 2008)则认为是前碰撞-同碰撞期形成的产物。上述新发现和新认识为华南板块西南端元古代-早古生代的构造演化研究提供了重要证据。然而，直至目前，前人对云开地区的研究，多集中于对本区地层序列划分以及花岗质岩石、变质岩的成岩与构造事件年代学方面的研究，而对各时期的构造-岩浆活动特征及其形成的构造环境没有进行过系统研究。此外，加里东期构造热事件十分显著的云开地区至今还没有存在俯冲阶段花岗岩的报道；加里东期花岗质岩石的时、空演化特征如何，岩浆成因和构造环境以及与同时期MORB型基性火山岩之间的耦合关系等问题尚亟待阐明。
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图 1 两广交界地区壶垌片麻状复式岩体分布略图(图 1a据杨明桂和梅勇文，1997修改) 1-第四系；2-白垩系；3-泥盆系；4-中-新元古界云开群；5-晚古生代花岗岩；6-早古生代壶垌片麻状二长花岗岩；7-早古生代壶垌片麻状花岗闪长岩-石英闪长岩；8-早古生代壶垌片麻状英云闪长岩；9-新元古代花岗质片麻岩；10-角度不整合面；11-断层；12-韧性剪切带；13-采样位置及样品序号 Fig. 1 Sketch map showing the geology in the junction of Guangdong and Guangxi (Fig. 1a modified after Yang and Mei, 1997) |
①覃小锋，周俯生，胡贵昂等. 2004. 1∶25万玉林市幅区域地质调查报告(内部资料)
云开地区大面积出露的变质深成侵入岩(我们称之为天堂山花岗质片麻岩)，前人已做了大量的研究工作，而对出露于两广交界地区并侵入到天堂山花岗质片麻岩中的壶垌复式岩体，除20世纪90年开展的1∶5万区调(广东704地质大队，1998②)中进行过锆石Pb-Pb蒸发法年代学研究外，对于其岩浆成因和形成的构造环境等方面尚没有公开的文献报道。鉴于此，本文选择该岩体进行岩石学、锆石U-Pb年代学、地球化学和Sr-Nd-Pb 同位素研究，进而为华南板块西南端的构造格局及其演化提供岩石学证据。
②广东704地质大队. 1998. 1∶5万那务镇幅、合江镇幅区域地质调查报告(内部资料)
2 区域地质概况及岩体特征云开地块位于广东西部和广西东南部地区，北起广宁的四会，南到廉江以南，东西两侧分别为吴川-四会大断裂带和岑溪-博白大断裂带所限，呈北东-南西向展布。云开地块广泛分布晚前寒武纪变质杂岩，前人一般将该套变质杂岩定为中元古界、新元古界或下古生界，笔者在2002~2004年在本区开展1∶25万区域地质调查中，将其解体为变质表壳岩(分为天堂山岩群和云开岩群)和变形变质深成侵入岩两部分。其中天堂山岩群主要由片岩、片麻岩、变粒岩、石英岩及石榴辉石岩、透辉石岩等岩石组成，岩石变质程度普遍较深，总体达角闪岩相，局部达麻粒岩相，岩石多已发生较强烈的混合岩化作用；云开岩群主要由千枚岩、片岩、石英岩、大理岩类和少量钙硅酸盐岩、变质基性火山岩等岩石组成，岩石变质程度相对较低，并形成一系列绿片岩相-角闪岩相的递增变质带，其中呈夹层状、岩片状产出的的变质基性火岩具较典型的MORB型拉斑玄武岩特征(覃小锋等，2005)，其可能代表本区消失了的古洋壳岩石，是洋壳蛇绿岩组成部分；变形变质深成侵入岩(我们称之为天堂山花岗质片麻岩)主要由片麻状黑云二长花岗岩、片麻状含眼球黑云二长花岗岩、条纹状夕线石榴黑云花岗片麻岩、条纹状含眼球夕线石榴花岗片麻岩和眼球状夕线石榴花岗片麻岩等岩石类型组成。此外，云开地块尚分布有大量的晚古生代-中生代花岗岩体。
本文所研究的壶垌片麻状复式岩体分布于两广交界地区的高州市宝圩镇-壶垌镇-那务镇一带，该地区是云开地块腹地唯一出露有晚古生代地层的地方。此外，白垩系也较发育(图 1b)。壶垌片麻状复式岩体总体呈NE向长条状展布，侵位于云开岩群或天堂山花岗质片麻岩中，并被晚古生代花岗岩侵入及白垩系不整合于其上，出露面积76km2。在岩相学上可以划分为三类岩石：① 片麻状中粒英云闪长岩(Pz1δο)，岩石呈深灰色，具变余中粒花岗结构、片麻状构造，主要造岩矿物为斜长石(30%~38%)、石英(20%~30%)、角闪石(3%~15%)、黑云母(10%~17%)，局部含少量钾长石。长英质矿物以中粒为主，石英呈他形粒状，斜长石呈半自形板柱状，部分晶体内见有环带，牌号An=37~45，为中长石。黑云母呈鳞片状，角闪石呈柱状、长柱状。长石、石英等浅色矿物和黑云母、角闪石等暗色矿物往往相间定向排列构成片麻状构造。② 片麻状(细)中粒斑状花岗闪长岩(局部岩性为片麻状细粒斑状石英闪长岩)(Pz1γδ)，岩石呈浅灰-灰色，具变余半自形柱粒状结构、鳞片花岗变晶结构，片麻状构造、似斑状构造。岩石由变斑晶(15%~30%)及基质(70%~85%)两部分组成，变斑晶成分主要为斜长石，部分为角闪石，粒径多在7~15mm，最大者达20mm，变斑晶多已发生变形，呈浑圆状、眼球状；基质矿物粒径多在1~4mm，主要由斜长石(35%~45%)、钾长石(10%~15%)、石英(15%~35%)、黑云母(5%~20%)及少量角闪石组成。斜长石呈半自形板状，聚片双晶发育，个别具环带结构，牌号An=32；钾长石以他形粒状为主，常见格子双晶；石英呈他形粒状；黑云母呈细小鳞片状集合体定向排列构成片麻状构造。③ 片麻状中粒含斑二长花岗岩(Pz1γ)，岩石呈灰白色，具变余中粒花岗结构、似斑状结构、片麻状构造。变斑晶成分以钾长石为主，少量为斜长石，含量在3%~7%，粒径多在8~22mm，由于受到一定程度变形作用的改造，部分变斑晶发生剪切旋转，形成旋转碎斑；基质矿物粒度以2~5mm为主，主要由斜长石(20%~25%)、钾长石(30%~40%)、石英(25%~35%)和黑云母(4%~8%)等组成，局部见有少量角闪石，其它特征与片麻状(细)中粒斑状花岗闪长岩相似。广东704地质大队(1998) 获得片麻状花岗闪长岩的锆石Pb-Pb法同位素年龄为734Ma。
3 样品采集及分析方法本次研究对壶垌片麻状复式岩体的三类侵入岩分别采集了新鲜样品(图 1b)，首先用手工除去风化表皮后在破碎机中碎成直径为1~10mm的碎片，然后在玛瑙磨样机中磨成200目以下的岩石粉末。全岩的主量、微量、稀土元素以及Sr-Nd-Pb同位素均在核工业北京地质研究院分析测试研究中心测定。主量元素采用PHILIPS PW-2404 X荧光光谱仪测试，检测方法依据GB/T 14506.28—93标准，分析精度优于2%。微量元素和稀土元素在电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)上分析，检测方法依据DZ/T 0223—2001标准，其中含量大于10×10-6的元素测试精度为5%，而小于10×10-6的元素精度为10%；Sr、Nd、Pb同位素分析在ISOPROBE-T热电离子质谱仪(TIMS)上完成，检测方法依据《岩石中铅锶钕同位素测定方法》(GB/T 17672—1999)标准。在测试过程中，Sr、Nd同位素组成分别用国际标准样NBS 987和SHINESTU监控测定时的质量分馏，国际标准样品NBS 987和SHINESTU的测定值分别为87Sr/86Sr=0.710250±7(2σ，n=6)和143Nd/144Nd=0.512118±3(2σ，n=6)，所有测定的87Sr/86Sr和143Nd/144Nd比值分别用86Sr/88Sr=0.1194和146Nd/144Nd=0.7219进行校正；Pb同位素比值用国际标准样NBS981监控测定时的质量分馏，铅同位素质量分馏校正系数为每质量单位1‰，该校正系数源于对标准样NBS981的测试所获得的数据，其测定值为：208Pb/206Pb=2.1681±0.0008，207Pb/206Pb= 0.91464±0.00033，204Pb/206Pb=0.059042±0.000037(2σ，n=6)。
本次研究选择了其中1个片麻状花岗闪长岩样品进行激光多接收等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)锆石U-Pb定年，锆石分选在广西区域地质调查研究院实验室完成，采集15kg新鲜岩石经机械破碎至60目后用常规重磁法分选其中的锆石，通过双目显微镜手工挑选出晶形和透明度较好的锆石颗粒，然后将选出的锆石送中国地质科学院地质研究所(北京离子探针中心)进行锆石样品靶的制备和阴极发光(CL)成像观察，以确定锆石颗粒的内部结构及适合分析的锆石颗粒与位置供LA-MC-ICP-MS测定，阴极发光图像研究在HITACHI S3000-N 型扫描电子显微镜并配有GATAN公司Chroma阴极发光探头分析仪器上完成。激光多接收等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)锆石U-Pb年龄测试在中国地质科学院矿产资源研究所引进的Thermo Finningan Neptune型多接收等离子质谱上进行，详细的分析流程和原理见侯可军等(2009) ，有关年龄数据处理和谐和图的绘制使用美国Berkeley地质年代中心Kenneth R. Ludwig 编制的计算程序Isoplot(3.0版)(Ludwig，2003)进行。
4 分析结果 4.1 锆石特征及LA-MC-ICP-MS U-Pb定年结果壶垌片麻状复式岩体中片麻状花岗闪长岩的锆石大部分呈棱柱状，宽多在30~80μm之间，长宽比在1.5∶1~3∶1，晶体结晶程度较好，晶面整洁光滑，锆石阴极发光图像显示锆石内部韵律环带发育，少数颗粒内保留有继承性锆石残核或包裹有捕晶(图 2)。锆石U、Th含量分别变化于 137.0×10-6~716.7×10-6和84.1×10-6~549.6×10-6之间，Th/U值在0.51~0.98之间(除7.1测点外)(表 1)，大于0.5，且锆石的Th、U值之间具有一定程度的正相关性，表明其具有典型岩浆成因锆石的特征(Belousova et al., 2002；Hoskin and Schaltegger, 2003)。
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图 2 壶垌片麻状复式岩体中片麻状花岗闪长岩锆石阴极发光图像和锆石 LA-MC-ICP-MS U-Pb 年龄谐和图 Fig. 2 Cathodoluminescence images and zircon LA-MC-ICP-MS U-Pb concordia diagrams of gneissic granodiorite in Hudong gneissic composite pluton |
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表 1 壶垌片麻状复式岩体中片麻状花岗闪长岩(样品HD-2)锆石LA-MC-ICP-MS U-Pb定年结果 Table 1 Zircon LA-MC-ICP-MS U-Pb dating results of gneissic granodiorite (Sample HD-2) in Hudong gneissic composite pluton |
该片麻状花岗闪长岩中18 颗锆石21个分析点的LA-MC-ICP-MS U-Pb 定年分析结果见表 1和图 2，其206Pb/238U表面年龄的差别不大，介于438.2±3.6Ma~448.1±5.2Ma之间，且锆石核部和边部年龄值在误差范围内基本一致(测点1.1和1.2、8.1和8.2、16.1和16.2)，获得它们的加权平均年龄值为443.1±2.0Ma(MSWD=0.43)。在206Pb/238U-207Pb/235U谐和图(图 2)上，所有样品点都相对集中分布于谐和线上及其附近，可信度高，代表了锆石结晶年龄。
4.2 主、微量和稀土元素特征壶垌片麻状复式岩体的主量元素分析结果见表 2。从表中可以看出，壶垌片麻状复式岩体(壶垌复式岩体)各类侵入岩的主量元素变化较大，其中片麻状英云闪长岩的SiO2含量较低，在62.92%~62.96%，全碱(K2O+Na2O)含量在3.98%~4.74%，K2O/Na2O比值在0.47~0.91之间；Al2O3含量较高，在13.02%~13.61%，平均为13.32%，铝饱和指数A/CNK=0.83~0.92，属于准铝质花岗岩类(图 3a)；在SiO2-K2O图解(图 3b)上落入中钾钙碱性系列区域；在TAS分类图解(图 4a)上落入闪长岩区，而在R1-R2分类图解(图 4b)中落入英云闪长岩区。片麻状花岗闪长岩SiO2含量相对较高，在65.48%~67.54%，全碱(K2O+Na2O)含量在4.71%~5.17%，K2O/Na2O比值在0.81~1.21之间；Al2O3含量变化相对较大，在12.67%~14.33%，平均为13.55%，铝饱和指数A/CNK=0.85~0.93，属于准铝质花岗岩类(图 3a)；在SiO2-K2O图解(图 3b)上落入中钾钙碱性系列区域；在TAS分类图解(图 4a)和R1-R2分类图解(图 4b)中均落入花岗闪长岩区。而片麻状二长花岗岩SiO2含量更高，在71.55%~72.78%，全碱(K2O+Na2O)含量也较高，在6.65%~7.57%，K2O/Na2O比值在0.97~1.85之间；Al2O3含量相对较低，在12.21%~12.87%，平均为12.63%，铝饱和指数A/CNK=0.92~1.05，属于准铝质-弱过铝质花岗岩类(图 3a)；在SiO2-K2O图解(图 3b)上落入高钾钙碱性系列区域；在TAS分类图解(图 4a)和R1-R2分类图解(图 4b)中均落入(二长)花岗岩区。在Harker图解(图 5)中，壶垌片麻状复式岩体的Fe2O3T、Al2O3、MgO、CaO、TiO2、P2O5、MnO含量与SiO2含量呈明显的负相关关系，而全碱(K2O+Na2O)与SiO2含量呈正相关关系，很好地反映了它们的同源性质，并暗示在岩浆演化过程中有角闪石、长石、磷灰石和富钛矿物(如钛铁矿和钛磁铁矿等)参与了分离结晶作用。
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图 3 壶垌片麻状复式岩体A/CNK-A/NK图解(a，据Richwood，1989)和SiO2-K2O图解(b，据Morrison，1980) 图 4、图 5、图 9和图 10中的图例同此图 Fig. 3 A/CNK vs. A/NK (a, after Richwood，1989) and SiO2 vs. K2O(b, after Morrison, 1980)diagrams of Hudong gneissic composite pluton Symbols in Fig. 4, Fig. 5, Fig. 9 and Fig. 10 are the same as those in this figure |
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图 4 壶垌片麻状复式岩体TAS分类图解(a，据Cox et al., 1979; Wilson, 1989修改)和R1-R2分类图解(b，据De La Roche et al., 1980) Fig. 4 TAS (a, modified after Cox et al., 1979; Wilson, 1989) and R1-R2(b, after De La Roche et al., 1980)classification diagrams of Hudong gneissic composite pluton |
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图 5 壶垌片麻状复式岩体Harker图解 Fig. 5 Harker diagrams of Hudong gneissic composite pluton |
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表 2 壶垌片麻状复式岩体的主量元素(wt%)、微量元素和稀土元素(×10-6)分析结果 Table 2 Major (wt%) and trace element (×10-6) compositions of Hudong gneissic composite pluton |
从表 2中可以看出，壶垌片麻状复式岩体各类型岩石总体以富大离子亲石元素(LILE，包括Rb、Ba、U和Th等)和轻稀土元素(LREE)，而贫高场强元素(HFSE，包括Nb、Ta、Zr-Hf和Ti等)和重稀土元素(HREE)为特征；在原始地幔标准化的微量元素蛛网图上(图 6a)，Rb、Th、Sm等元素出现峰值，Nb、Ta、Zr-Hf和Ti等元素出现谷值，表明岩浆为地壳来源或其源区可能有较多的壳源物质加入。此外，岩石的Th/Ta、La/Nb和La/Ta等比值较高。以上特征表明，其具有类似于俯冲带有关的岛弧岩浆岩的地球化学特征(Wilson，1989)。
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图 6 壶垌片麻状复式岩体微量元素蛛网图解(a)和稀土配分模式图解(b)(标准化值据Sun and McDonough, 1989) Fig. 6 Primitive mantle-normalized spider diagrams (a) and chondrite-normalized REE patterns (b) of Hudong gneissic composite pluton (normalize values after Sun and McDonough, 1989) |
壶垌片麻状复式岩体的稀土总量变化较大，片麻状英云闪长岩、片麻状花岗闪长岩和片麻状二长花岗岩的稀土总量分别为171.7×10-6~196.6×10-6、127.1×10-6~385.6×10-6和229.6×10-6~315.1×10-6，从片麻状英云闪长岩→片麻状花岗闪长岩→片麻状二长花岗岩其稀土总量总体上具递增趋势；其∑LREE/∑HREE比值分别为5.38~5.63、2.55~14.29和7.78~10.89，(La/Yb)N分别为5.27~5.52、1.54~21.22和9.11~16.54，表明从片麻状英云闪长岩→片麻状花岗闪长岩→片麻状二长花岗岩轻重稀土分馏程度总体上亦越趋明显。岩石均具有弱-中等负Eu异常(δEu=0.34~0.75)，稀土配分模式曲线为向右倾斜的弱“V”型曲线(图 6b)。
4.3 Sr-Nd-Pb同位素组成壶垌片麻状复式岩体的全岩Sr-Nd同位素分析结果见表 3。以片麻状花岗闪长岩岩浆结晶年龄(443Ma)对岩石初始Sr-Nd同位素比值、εSr(t)和εNd(t)值进行计算，计算结果表明，岩石具有较高Sr以及较低含量的Nd 初始同位素比值，4个样品的(87Sr/86Sr)i=0.71268~0.71482，(143Nd/144Nd)i= 0.51158~0.51193；岩石均具有较低的εNd(t)值(-9.4~-2.6)，总体具壳源特征(Faure，1986)；其tDM1=1.51~2.14Ga(HD-2除外)，tDM2=1.48~2.08Ga，表明壶垌片麻状复式岩体源岩来自于中-古元古代残留地壳年龄的源区 (图 7)。
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表 3 壶垌片麻状复式岩体Sr-Nd同位素分析结果 Table 3 Sr-Nd isotopic compositions of Hudong gneissic composite pluton |
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图 7 壶垌片麻状复式岩体Sr-Nd同位素图解 华南元古代地壳同位素范围沈渭洲等(1993) ；扬子上、下地壳和华北上、下地壳同位素范围引自Jahn et al. (1999) Fig. 7 Sr and Nd isotopic compositions of Hudong gneissic composite pluton The data areas of Proterozoic crust of South China block are cited from Shen et al. (1993) ; the data areas of the upper crust and lower crust of the Yangtze and North China blocks are cited from Jahn et al. (1999) |
壶垌片麻状复式岩体的Pb同位素分析结果见表 4。从表中可以看出，壶垌片麻状复式岩体各类型侵入岩具有较为相似的Pb同位素组成，均以高放射成因的Pb同位素组成为特征，其现今的Pb同位素比值为：206Pb/204Pb=18.510~19.149、207Pb/204Pb=15.730~15.783和208Pb/204Pb=38.794~39.336。根据全岩U、Th、Pb含量和Pb同位素比值，以t=443Ma对岩石初始Pb同位素比值进行统一计算，获得的(206Pb/204Pb)i=18.17~18.36、(207Pb/204Pb)i=15.72~15.74和(208Pb/204Pb)i=38.59~38.69，反映了大陆上地壳或古老沉积物对熔融源区的重要贡献(图 8)。
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表 4 壶垌片麻状复式岩体Pb同位素分析结果 Table 4 Pb isotopic compositions of Hudong gneissic composite pluton |
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图 8 壶垌片麻状复式岩体Pb同位素组成图解(底图据Zartman and Doe, 1981) M-地幔；O-造山带；UC-上地壳；LC-下地壳 Fig. 8 Pb isotopic diagrams of Hudong gneissic composite pluton (after Zartman and Doe, 1981 M-mantle；O-orogenic belt；UC-upper crust；LC-lower crust |
对于壶垌片麻状复式岩体的侵位时代目前尚存在较大争议。由于缺乏可靠的同位素年龄资料，早先的一些文献将其归为燕山期(晚侏罗世)(广东省地质矿产局，1988)；马丽芳(2002) 主编的《中国地质图集》中也认为其形成于晚侏罗世；而近年最新出版的1∶250万中华人民共和国地质图(中国地质调查局，2004)则将其归为三叠纪。广东704地质大队(1998) 在开展1∶5万那务镇幅、合江镇幅区域地质调查中，测得片麻状花岗闪长岩的锆石Pb-Pb法同位素年龄为734Ma，认为其形成于震旦纪，这也是已知有关壶垌片麻状复式岩体的唯一年龄资料；1∶25万玉林市幅区域地质调查报告(覃小锋等，2004)中亦引用该年龄数据，认为其形成于南华纪。我们本次获得壶垌片麻状复式岩体中片麻状花岗闪长岩的锆石LA-MC-ICP-MS U-Pb年龄为443.1±2.0Ma，该年龄值应代表其确切的侵位年龄，表明其形成于加里东期(早志留世)。
5.2 岩浆源区性质及岩石成因壶垌片麻状复式岩体具有较高的(87Sr/86Sr)i值(0.71268~0.71482)、高放射成因Pb，以及不均一、且均为负的εNd(t)值(-9.4~-2.6)，对应的地壳模式年龄tDM1=1.51~2.14Ga(HD-2除外)，tDM2=1.48~2.08Ga，对这种数据最直接的解释是它来源于古老地壳物质的深熔或重熔。此外，由于Sm-Nd同位素体系有较强的抗热扰动能力，因此，壶垌片麻状复式岩体εNd(t)的不均匀性，可能反映其源区组成是不均匀的，不同部位源区物质部分熔融产生的岩浆也没有达到同位素均一化；同时，在形成过程中可能有地幔物质的不均匀混合。在εNd(t)-t图解(图 7a)上，其投影点位于华南元古代地壳演化区域(据沈渭洲等，1993)内或靠近上部边缘；在εNd(t)-(87Sr/86Sr)i图解(图 7b)上，四个样品点主要位于扬子上地壳区(Jahn et al., 1999)的同位素范围及其附近；而在(206Pb/204Pb)i-(208Pb/204)i和(Pb206Pb/204Pb)i-(207Pb/204Pb)i图解(图 8)上，经时间校正后的岩石铅同位素投点落在靠近Zartman and Doe(1981) 的Pb同位素上地壳演化线附近，并沿零等时线(Geochron)分布(图 8a)，或落在相对靠近造山带、地幔和上地壳演化线的上方(图 8b)。上述图解投影结果说明，壶垌片麻状复式岩体岩浆可能主要衍生于元古宙地壳，且其源区成分的成熟度较低，或者是在其形成过程中有年轻地幔物质的加入。
实验岩石学研究结果表明，CaO/Na2O的比值可以用来推断中酸性岩浆的源区特征，当CaO/Na2O＜0.5时暗示源区为泥质岩，当CaO/Na2O比值介于0.3~1.5之间时中酸性的花岗质岩石则源于变杂砂岩或火成岩，而且角闪岩部分熔融而成的偏中性熔体(花岗闪长岩、石英闪长岩等)会具有略高的Ca/Na2O比值 (Sylvester，1998；Jung and Pfänder，2007)；一般认为，地壳中基性岩类(玄武质成分)的部分熔融形成化学成分偏基性的花岗闪长质的准铝质花岗岩类(Sisson et al., 2005)，地壳中碎屑沉积岩类部分熔融则形成偏酸性的过铝质花岗岩类(Patino Douce and Harris, 1998)，而泥砂质沉积岩类部分熔融可能形成强烈富铝和富钾质的花岗岩(Patino Douce and Harris, 1998；Castro et al., 1999)。岩石学和岩石地球化学特征表明，壶垌片麻状复式岩体片麻状英云闪长岩和片麻状花岗闪长岩的CaO/Na2O比值介于1.48~2.47之间，具有较高的CaO/Na2O比值，A/CNK在0.83~0.93，属于准铝质中钾钙碱性花岗岩类，推断其极有可能源自角闪岩相的(变)玄武岩的部分熔融；而片麻状二长花岗岩的CaO/Na2O比值介于0.51~0.68之间(明显大于0.5)，A/CNK=0.92~1.05，属于准铝质-弱过铝质高钾钙碱性花岗岩类，反映源区物质可能为贫粘土质的砂屑岩或杂砂岩。然而，运用Altherr et al.(2000) 的源区判别图解可以看出，片麻状英云闪长岩的样品投点落在基性岩部分熔融的区域内，片麻状花岗闪长岩的样品投点落在基性岩和变质杂砂岩部分熔融的重叠区域内，而片麻状二长花岗岩的样品落在变质杂砂岩或变质泥质岩部分熔融的区域内(图 9a)；在Sylvester(1998) 的Rb/Sr-Rb/Ba图解(图 9b)中，前二者投点均落在左下方贫粘土区，而后者主要落在富粘土区。上述特征暗示其岩浆源岩的多样性，即可能存在不同原岩起源的岩浆混合作用。
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图 9 壶垌片麻状复式岩体的C/MF-A/MF(a，底图据Altherr et al., 2000)和Rb/Sr-Rb/Ba源岩判别图解(b，底图据Sylvester，1998) Fig. 9 C/MF vs. A/MF (a, after Altherr et al., 2000) and Rb/Sr vs. Rb/Ba(b, after Sylvester，1998)diagrams of Hudong gneissic composite pluton |
花岗岩成因类型目前最为普遍接受的划分方案是将它们区分为Ⅰ型、S型、M型和A型，自然界中真正由地幔岩浆衍生的M型花岗岩极少。因此，自然界中花岗岩的成因类型主要以Ⅰ型、S型和A型为主，它们之间具有比较明显的差异，其中角闪石、堇青石和碱性铁镁矿物的出现被认为是判断上述三类花岗岩最为重要且有效的标志(吴福元等，2007)。本区壶垌片麻状复式岩体中片麻状英云闪长岩和片麻状花岗闪长岩的K2O/Na2O＜1，与Ⅰ型花岗岩的特点相似，而片麻状二长花岗岩的K2O/Na2O比值在0.97~1.85之间，与S型花岗岩K2O/Na2O>1的特点相似，但从岩相学特征看，壶垌片麻状复式岩体各类型岩石中均含有角闪石，并没有发现白云母，说明其应为Ⅰ型花岗岩而并非S型花岗岩，与用A/CNK划分Ⅰ型花岗岩和S型花岗岩的界限(A/CNK＜1.1为Ⅰ型花岗岩，A/CNK >1.1为S型花岗岩。而本区片麻状英云闪长岩、片麻状花岗闪长岩和片麻状二长花岗岩的A/CNK分别为0.83~0.92、0.85~0.93和0.92~1.05)十分吻合。实验研究表明，在Ⅰ型花岗岩浆中，磷灰石的溶解度很低，并在岩浆分异过程中随SiO2质量分数的增加而降低；而在S型花岗岩浆中，磷灰石溶解度变化趋势与此相反(Wolf and London, 1994)。磷灰石在Ⅰ型和S型花岗岩浆中这种不同行为已被成功地用于区分Ⅰ型和S型花岗岩类(Chappell，1999)。壶垌片麻状复式岩体的数据显示，其均具有较低的P2O5含量(＜0.22%)，且与SiO2呈明显负消长关系，则显示出Ⅰ型花岗岩演化趋势(图 5)。
综合上述特征表明，壶垌片麻状复式岩体的岩浆源区以古老地壳物质为主，并有幔源物质的参与。因此，本文将壶垌片麻状复式岩体这种Ⅰ型花岗岩解释为源于古老地壳物质的熔体混合了幔源熔体的结果(Guo et al., 2007)。根据前面已提到的其Fe2O3T、Al2O3、MgO、CaO、TiO2、P2O5、MnO含量与SiO2含量呈明显的相关关系(图 5)，暗示在岩浆演化过程中有角闪石、长石、磷灰石和富钛矿物(如钛铁矿)参与了分离结晶作用的特征推测，壶垌片麻状复式岩体很可能是底侵幔源岩浆与古老地壳混合再发生重熔形成壳幔混源母岩浆，再经历不同程度分离结晶作用，从而形成了英云闪长岩→花岗闪长岩→二长花岗岩组合。
5.3 地球动力学背景Barbarin(1999) 提出在活动大陆边缘以及成熟的俯冲区域，含角闪石钙碱性花岗岩(ACG)可形成平行海沟延伸的巨大岩基，并与少量岛弧拉斑玄武花岗岩(ATG)、高钾钙碱性花岗岩(KCG)以及碱性花岗岩(PAG)共同构成活动大陆边缘特征的岩石组合。壶垌片麻状复式岩体的岩石学和地球化学特征显示，其占主体的片麻状英云闪长岩和片麻状花岗闪长岩属于含角闪石钙碱性花岗岩类(ACG)，而片麻状二长花岗岩为高钾钙碱性花岗岩(KCG)，与岛弧和活动大陆边缘的岩浆岩组合特征相似；前面已提到，壶垌片麻状复式岩体显示出富集大离子亲石元素(LILE)和轻稀土元素，亏损高场强元素(HFSE)和重稀土元素，并具显著的Nb、Ta和Ti的负异常，反映其具有俯冲消减作用形成的岩浆岩地球化学特征(Miller et al., 1999)。在花岗岩类形成环境的R1-R2判别图解(图 10a)中，占主体的片麻状英云闪长岩和片麻状花岗闪长岩投影点基本上都落入地幔分异花岗岩区，部分落入板块碰撞前花岗岩区，片麻状二长花岗岩投影点全部落入同碰撞花岗岩区；在Rb-SiO2(图 10b)和Rb-Yb+Ta判别图解(图 10c)中，片麻状英云闪长岩和片麻状花岗闪长岩大部分落入火山弧花岗岩区，而片麻状二长花岗岩大部分落入同碰撞花岗岩区；在(Nb/Zr)N-Zr判别图解(图 10d)中，片麻状英云闪长岩和片麻状花岗闪长岩投影点基本上落入消减作用有关或碰撞作用有关的过铝质岩浆岩区，而片麻状二长花岗岩落入碰撞作用有关的钙碱性-过碱性岩浆岩区；在Ta/Yb-Th/Ta图解(图 10e)中，样品主要落入洋内火山弧区，部分落入大陆活动边缘和板内火山弧区；在Rb-Yb+Ta判别图解(图 10f)中，样品则主要落入大陆活动边缘区，部分落入板内火山弧和洋内火山弧区。综上所述，壶垌片麻状复式岩体形成于活动大陆边缘弧环境，其形成过程经历了从俯冲-消减阶段(形成占主体的片麻状英云闪长岩和片麻状花岗闪长岩)到碰撞阶段(形成片麻状二长花岗岩)的构造演化过程。
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图 10 壶垌片麻状复式岩体的构造环境判别图解 (a)-R1-R2图解(据Batchelor and Bowden, 1985); (b)-Rb-SiO2图解(据Pearce et al., 1984); (c)-Rb-Yb+Ta图解(据Pearce et al., 1984); (d)-(Nb/Zr)N-Zr图解(据Thieblemont and Tegyey, 1994)，Nb和Zr含量是通过原始地幔Nb和Zr值进行标准化(据Hofmann，1988); (e)-Ta/Yb-Th/Ta图解(据Gorton and Schandl, 2000); (f)-Yb-Th/Ta图解(据Gorton and Schandl, 2000) Fig. 10 Discrimination diagrams illustrating tectonic setting of Hudong gneissic composite pluton (a)-R1 vs. R2 diagram (after Batchelor and Bowden, 1985); (b)-Rb vs. SiO2 diagram (after Pearce et al., 1984); (c)-Rb vs. Yb+Ta diagram (after Pearce et al., 1984); (d)-(Nb/Zr)N vs. Zr diagram (after Thieblemont and Tegyey, 1994). Nb and Zr contents are normalized to Nb and Zr values to the primordial mantle (after Hofmann, 1988); (e)-Ta/Yb vs. Th/Ta diagram (after Gorton and Schandl, 2000); (f)-Yb vs. Th/Ta diagram (after Gorton and Schandl, 2000) |
由于华夏-扬子板块结合带(称之为“钦-杭结合带”)经历了长期复杂的构造演化历史，目前有关结合带两侧陆块的碰撞拼贴过程、陆块之间的盆地性质及其最终关闭时间等存在严重分歧。由于华南地区普遍缺失部分志留纪地层，泥盆系与下古生界呈角度不整合接触，因而普遍认为扬子板块与华夏板块是在中-晚志留世沿着现在的钦杭结合带发生碰撞，形成加里东期碰撞带(杨明桂和梅勇文，1997；殷鸿福等，1999；Yan et al., 2006)。然而，云开地区作为加里东期造山过程中最重要阶段的板块俯冲过程形成的花岗岩一直没有发现。最近我们在云开地区北缘岑溪一带早古生代变质地层中发现了一套具MORB型地球化学特征的变质基性火山岩，并获得其LA-MC-ICP-MS锆石 U-Pb 谐和年龄为441±3Ma (作者待发表数据)，暗示扬子板块和华夏板块结合带西南段的云开地块北缘有早古生代洋壳的存在。而与俯冲作用有关的壶垌片麻状复式岩体片麻状花岗闪长岩的侵位年龄为443.1±2.0Ma，表明其很可能是在扬子板块和华夏板块之间的洋壳岩石圈从早志留世开始向南俯冲的地球动力学背景下，引发软流圈地幔流体上涌，其所带来的热能诱发了岩石圈地幔和上覆云开地块的古老地壳物质重熔，形成以壳源为主的壳幔混源母岩浆，再经历不同程度分离结晶作用，从而形成了本区大陆边缘弧型岩浆岩。因此，壶垌片麻状复式岩体是云开地块北缘早古生代洋陆俯冲-碰撞的地质记录。
6 结论通过以上对壶垌片麻状复式岩体的岩石学、年代学以及地球化学(包括Sr-Nd-Pb同位素)的研究，我们得出以下几点初步认识：
(1) 锆石 LA-MC-ICP-MS U-Pb 定年结果显示，壶垌片麻状复式岩体中片麻状花岗闪长岩的岩浆侵位年龄为443.1±2.0Ma，为加里东期(早志留世)岩浆活动的产物。
(2) 壶垌片麻状复式岩体中占主体的片麻状英云闪长岩和片麻状花岗闪长岩总体具有较低硅(SiO2=62.92%~67.54%)、低碱(K2O+Na2O=3.98%~5.17%)、准铝质(A/CNK=0.83~0.93)的化学组成特征，属于中钾含角闪石钙碱性花岗岩类(ACG)；而片麻状二长花岗岩具有高硅(SiO2=71.55%~72.78%)、高碱(K2O+Na2O=6.65%~7.57%)、准铝-弱过铝质(A/CNK=0.92~1.05)的化学组成特征，属于高钾钙碱性花岗岩类(KCG)。其总体上显示出富集大离子亲石元素(如U、Ba、Rb和Th)和轻稀土元素，而Nb、Ta和Ti等高场强元素和重稀土元素明显亏损，反映壶垌片麻状复式岩体具有俯冲消减作用形成的岩浆岩地球化学特征。
(3) 壶垌片麻状复式岩体具有较高的锶同位素初始比值((87Sr/86Sr)i=0.71268~0.71482)以及不均一、且均为负的εNd(t)值(-9.4~-2.6)，对应的地壳模式年龄tDM1=1.51~2.14Ga，tDM2=1.48~2.08Ga。Sr-Nd-Pb同位素组成反映其岩浆可能主要衍生于元古宙地壳，是底侵幔源岩浆诱发古老地壳物质重熔并与壳源熔体混合形成以壳源为主的壳幔混源母岩浆，再经历了不同程度的分离结晶作用形成。
(4) 根据壶垌片麻状复式岩体的研究资料，并结合区域地质特征分析认为，扬子板块和华夏板块结合带(钦-杭结合带)西南段的云开地块北缘有早古生代洋盆的存在，壶垌片麻状复式岩体形成于活动大陆边缘弧环境，是云开地块北缘早古生代洋陆俯冲-碰撞的地质记录。
致谢 在主量、微量元素和Sr-Nd-Pb同位素分析测试中得到核工业北京地质研究院分析测试研究中心刘牧老师的支持；在LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb测年和数据分析过程中得到中国地质科学院矿产资源研究所侯可军博士的热心指导和帮助；审稿人提出了宝贵的修改意见；在此一并致以衷心的感谢！| [] | Altherr R, Holl A, Hegner E, Langer C, Kreuzer H. 2000. High-potassium, calc-alkaline I-type plutonism in the European Variscides: Northern Vosges (France) and northern Schwarzwald (Germany). Lithos, 50(1-3): 51–73. DOI:10.1016/S0024-4937(99)00052-3 |
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