广西大瑶山地区大王顶花岗闪长斑岩年代学和地球化学特征

叶 鸣,张青伟,胡华清,秦 亚,杨启军,白令安,康志强,张佳莉,高 攀

(1.桂林理工大学 a.地球科学学院;b.广西隐伏金属矿产勘查重点实验室,广西 桂林 541006;2.中国冶金地质总局 广西地质勘察院,南宁 530022)

广西大瑶山地区大王顶花岗闪长斑岩年代学和地球化学特征

叶 鸣1,张青伟1,胡华清2,秦 亚1,杨启军1,白令安1,康志强1,张佳莉1,高 攀1

(1.桂林理工大学 a.地球科学学院;b.广西隐伏金属矿产勘查重点实验室,广西 桂林 541006;2.中国冶金地质总局 广西地质勘察院,南宁 530022)

大王顶岩体出露于桂东南大瑶山地区,位于扬子陆块和华夏陆块交汇的钦杭成矿带西端,主要岩石类型为花岗闪长斑岩,岩石的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果为463±5.0 Ma,属于加里东期岩浆活动产物。岩石地球化学研究表明：该岩体具有低硅、富钠、弱过铝质和钙碱性特征,微量元素主要富集Th、U、La、Zr和Hf,亏损Ba、Sr、Ta、Nb、P、Ti。稀土总量为(68.75～167.17)×10-6,轻稀土富集(LREE/HREE和(La/Yb)N分别为3.62～10.08和2.80～9.81),具弱Eu负异常,δEu为0.54～0.82。结合其他相关地质资料综合分析认为,大王顶花岗闪长斑岩为I型花岗岩,该岩体成因与其南侧的云开地块和北侧桂滇-北越地块拼贴碰撞有关。

花岗闪长斑岩;锆石U-Pb年代学;地球化学特征;大王顶岩体;大瑶山；广西

广西大瑶山地区位于钦杭成矿带西端(图1), 大地构造位置处于扬子陆块和华夏陆块的交汇部位, 区内具有漫长的地质演化历史, 岩浆活动强烈, 与区域成矿作用具有密切的关系, 长期受到地质学者的关注[1-9]。大王顶岩体位于大瑶山东部昭平县湾岛村, 与大王顶金矿具有密切的空间关系, 金矿体主要赋存于斑岩体中[10]。前人研究认为, 大王顶岩体花岗闪长斑岩的侵位, 为大王顶金矿的形成提供了重要的能量和物质基础[10-12]。然而, 有关大王顶岩体的成因和成岩时代至今仍存在分歧, 尤其是成岩年龄方面：文献[13]获得锆石U-Th-Pb年龄是465 Ma, 为中奥陶世;肖柳阳等[14]经LA-ICP-MS测得岩体年龄是436.1～436.4 Ma, 为早志留世。本文对大王顶花岗闪长斑岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学和岩石地球化学研究, 初步探究了该岩体的成因类型及形成构造环境, 期望能为区域花岗岩年代学格架及岩浆演化序列的建立提供资料。

1 地质概况及岩体特征

大王顶矿区地层主要为寒武系、泥盆系、白垩系和第四系：其中以寒武系中下统小内冲组及寒武系中上统黄洞口组分布最广,主要为浅变质砂岩、粉砂岩、硅质岩、板岩、千枚岩及碳质页岩,总厚度大于9 000 m。矿区主体褶皱构造为古袍-思孟复式向斜,轴向120°左右，向西倾伏。褶皱的北翼较为舒展开阔, 而南翼则较为紧闭, 并派生了数个次级褶皱。矿区内断裂构造十分发育,

图1 广西大瑶山地区花岗岩类时空分布图(a,据文献[4,15-17]修改)、 大王顶矿区地质图(b)及取样位置图(c)

几乎各个方向的小断层均有出现,但主要的成规模的有3组,即近东西向断裂、北西向断裂和北东向断裂。

区域岩浆岩活动强烈而频繁,主要为中、酸性侵入活动。区内地表出露的岩浆岩主要有一山岭-大王冲岩体,大王顶岩体属于其中一部分,岩石类型为花岗闪长斑岩(图2)。花岗闪长斑岩具斑状结构、块状构造,斑晶由斜长石(40%～45%)、石英(7%～12%)、黑云母(3%)组成。斜长石被绢云母、方解石、少量白云母不均匀取代,

图2 大王顶花岗闪长斑岩的显微照片(+)

少量有成分残留,隐约可见聚片双晶,大部分以假晶出现,大小0.5～4.5 mm;石英自形粒状,大小0.5～6.5 mm,具熔蚀边;黑云母鳞片状,被白云母、方解石不均匀取代,析出磁铁矿,以假晶出现。基质由长英矿物(45%)、少量暗色矿物组成,颗粒大小一般在0.1～0.3 mm,具显微花岗结构,暗色矿物和大部分长石被绢-白云母、方解石取代。少量黄铁矿呈星散充填基质中,少量方解石、石英微细脉穿插岩石。

2 样品采集与测试方法

本文所有花岗岩样品均采自钻孔, 根据钻孔分布并结合薄片鉴定结果, 自西向东选取ZK9501、 ZK7902、 ZK6307、 ZK4704、 ZK2308共5个钻孔中的16件新鲜无风化的花岗闪长斑岩样品(采集位置见图1)用于岩石地球化学分析,同时对其中的ZJ-01进行了测年研究。锆石的分选在河北省廊坊市诚信地质服务公司完成,用于锆石测年的样品首先经过常规的人工破碎，经重砂和电磁选分选,然后在双目显微镜下挑纯,选择纯度较好、晶型完好、没有明显裂隙和包裹体的锆石样品。锆石的制靶、显微图像的采集以及U-Pb同位素测年分析在中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室完成。使用的ICP-MS型号为Agilent 7500a,激光剥蚀系统为美国Resonetics公司的Resolution M50深紫外(DUV)193 nm ArF准分子激光剥蚀仪。分析中采用的激光斑束直径为31 μm,频率为8 Hz。采用澳大利亚标准锆石TEMORA作为外标校正,同位素比值数据处理采用ICPMSDatacal 8.7软件[18]平滑方法进行,年龄计算采用Isoplot 3.00[19]进行,具体分析方法和步骤及普通铅校正见文献[20-21],Th/U值采用NIST610作为外标,Si作为内标进行计算得到。所得到的同位素比值年龄误差为1σ。

在澳实矿物实验室(广州)采用X射线荧光光谱仪对样品的主量元素进行分析,通过等离子质谱仪进行微量元素分析。

3 分析结果

3.1 测年结果

用于测年的样品在透射光和反射光下锆石颗粒较透明,局部半透明,内部裂纹不发育,多数锆石晶型为柱状、短柱状自形-半自形,长为75～160 μm,晶面长宽比约为1.5～3。通过阴极发光图像(图3)可以看出, 锆石颗粒内部具有较清晰的振荡环带结构, 且结合分析结果(表1), 锆石Th/U值为0.12～0.24, 均大于0.1, 反映出岩浆结晶锆石的特点。通过25个分析点的锆石颗粒U-Pb年龄测定, 结合年龄谐和图(图4)与分析结果表来看, 测点ZJN-0101和ZJN-0113年龄结果偏离谐和图线, 明显高于其他测点, 推测其为残留锆石或岩浆侵位过程中捕获的较老基底中的锆石。 除此之外的23个点的数据在谐和图上集中分布,206Pb/238U加权平均年龄为463.0±5.0 Ma(n=23,MSWD=0.009 6), 代表花岗闪长斑岩侵位年龄,表明大王顶花岗闪长斑岩岩体的侵位时代为中奥陶世。

图3 大王顶花岗闪长斑岩(ZJN-01)锆石阴极发光图像

图4 大王顶花岗闪长斑岩(ZJN-01)锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄谐和图

表1 大王顶花岗闪长斑岩样品(ZJN-01)LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分析结果

Table 1 LA-ICP-MS U-Pb data for zircons of Dawangding granodiorite porphyry

样品ZJN-01wB/10-6ThUTh/U同位素比值207Pb/206Pb±1σ207Pb/235U±1σ206Pb/238U±1σ年龄/Ma207Pb/206Pb±1σ207Pb/235U±1σ206Pb/238U±1σ011016890.150.070420.002821.733090.068690.177270.00467941411021261052260227320520.130.055230.002030.571760.021020.074520.001994223945914463120348727730.180.054970.001850.568190.019780.074430.002074113645713463120448230160.160.054650.001710.565760.017930.074450.001943983245512463120550630120.170.054920.001580.566110.016910.074170.002014093045511461120637427480.140.054520.001460.563560.016380.074320.002083932945411462120752528520.180.054330.001520.561040.016400.074260.001983852945211462120850028100.180.054500.001660.562700.017920.074350.002043923245312462120923119890.120.056620.001910.587840.020110.074830.001994773546913465121046726640.180.055520.002030.574780.021530.074650.002024334046114464121164332830.200.057460.002080.594760.022090.074680.001995093947414464121256229850.190.055540.001940.573470.020160.074560.00196434374601346412131227390.170.071170.002551.648680.066770.166760.005249623898926994291431222180.140.056170.001900.580060.019620.074510.001934593546513463121540530560.130.055900.001890.579650.019580.074840.001964483546413465121640123030.170.056030.001940.577160.020180.074310.001984533646313462121764729300.220.057610.001890.592430.020510.074250.002135153447213462131830519250.160.055630.001810.575100.019480.074680.002104383446113464131929520770.140.056090.001850.578510.019180.074490.001994563446412463122060029950.200.056400.001880.582520.019990.074510.002004683546613463122154938440.140.056090.001860.577050.019430.074260.001974563446313462122249231450.160.056730.001860.587150.021130.074560.002154813646914464132357628920.200.055940.001830.574810.019250.074140.001984503446112461122439820260.200.058740.002000.606000.021260.074390.002005583648113463122584035210.240.060830.002210.630300.023130.074760.00199633384961446512

3.2 岩石地球化学分析

大王顶花岗闪长斑岩的主量元素、微量和稀土元素分析结果见表2。

表2 大王顶花岗闪长斑岩主量元素(wB/%)和稀土及微量元素(wB/10-6)分析结果及参数

3.2.1 主量元素特征 花岗闪长斑岩的SiO2含量为61.50%～70.10%,Na2O和K2O含量分别为2.94%～6.64%和0.95%～3.02%,Na2O+K2O为4.78%～6.69%,K2O/Na2O值为0.14～0.88,相对富钠。在侵入岩的TAS图解中基本落入花岗闪长岩区域(图5)。在SiO2-K2O图解上(图6a),K2O总体上与SiO2含量增加不成线性关系,但均投在钙碱性系列区域和高钾钙碱性区域,以钙碱性为主,而里特曼指数σ值为0.89～2.66,证明该岩体属于钙碱性系列。Al2O3的含量为13.85%～15.50%,CaO为0.44%～3.57%,MgO含量变化范围是1.16%～4.13%,TiO2含量为0.24%～0.45%,P2O5的含量范围是0.09%～0.15%。A/NK的值范围为1.19～2.03,A/CNK为0.83～1.82。在A/CNK-A/NK图解(图6b),该岩体岩石属于准铝质-弱过铝质,大多数以弱过铝质为主。

图5 大王顶花岗闪长斑岩TAS图解

图6 SiO2-K2O图解(a,仿文献[22])和A/CNK-A/NK图解(b,仿文献[23])

总而言之,大王顶花岗闪长斑岩具低硅、富钠、弱过铝质、钙碱性的特点。

3.2.2 微量元素及稀土元素特征 在大王顶岩体微量元素原始地幔标准化蛛网图上(图7), 岩石相对富集Th、 U、 La、 Zr、 Hf等高场强元素(HFSE), 亏损Ba、 Sr等大离子亲石元素(LILE)和Ta、 Nb、 P、 Ti等高场强元素。

花岗闪长斑岩ΣREE变化范围为(68.75～167.17)×10-6, LREE/HREE介于3.62～10.08, (La/Yb)N值为2.80～9.81, 轻重稀土分馏非常明显。 在稀土元素球粒陨石标准化配分型式图上(图8)表现为明显右倾斜形式的轻稀土富集型。 岩体中δEu为0.54～0.82, 具弱负Eu异常。

4 讨 论

4.1 大王顶花岗闪长斑岩岩石成因类型

从物质来源角度可将花岗岩分为I型、S型、A型和M型4种成因类型,其中：I型花岗岩为未经风化的火成岩熔融形成的岩浆产物;S型花岗岩是经过风化的沉积岩熔融形成的岩浆产物;A型花岗岩为地幔玄武岩浆演化, 或玄武岩浆上升后与地壳混染或亏损地壳熔融的产物; M型花岗岩为地幔和地壳的混合型,包括产于不成熟岛弧的侵入花岗岩和洋壳型蛇绿岩套中的斜长花岗岩, 以及洋岛玄武岩中的花岗岩。

图7 微量元素原始地幔标准化蛛网图(原始地幔值标准化值引自文献[24])

图8 稀土元素球粒陨石配分模式化图(球粒陨石标准化值引自文献[24])

大王顶花岗闪长斑岩属于钙碱性-高钾钙碱性系列,不同于拉斑岩浆系列,显然不可能为M型花岗岩;高场强元素Nb、Ta、Ti相对亏损表明其也不属于A型花岗岩[25]。I型花岗岩一般常具弱负Eu异常,S型具明显负Eu异常[26]。大王顶花岗闪长斑岩的弱负Eu异常和低硅、富钠、弱过铝质以及微量元素的特征与邻区社垌等I型花岗闪长斑岩非常类似[27],在K2O-Na2O图解(图9a)和SiO2-Zr图解(图9b)中,样品也几乎全部落入I型花岗岩类区域,初步表明大王顶花岗闪长斑岩为I型花岗岩。

特征矿物方面,本文样品中既没有见到角闪石也没有发现堇青石,但近年来的研究表明,P2O5、Th、Ba、Rb等可能是判断I/S两类花岗岩较为可靠的标志[28]。本文花岗闪长斑岩SiO2含量在61.5%～70.1%,而且明显亏损Ba、Sr、Ta、Nb、P、Ti、Eu等元素,暗示母岩浆经过了明显的分离结晶作用。P的强烈亏损指示发生了磷灰石的分离结晶;Eu、Sr、Ba的亏损与斜长石或钾长石的分离结晶作用有关;Nb、Ta、Ti的亏损则指示富钛矿物相的分离(钛铁矿或金红石)[29](图10a)。此外,本文所有样品的P2O5含量都较低(<0.15%),而且与SiO2呈明显的负相关关系(图10b),与I型花岗岩演化趋势一致,证实大王顶花岗闪长斑岩为I型花岗岩。

图9 K2O-Na2O图解(a)和SiO2-Zr图解(b)

图10 SiO2-TiO2图解(a)和SiO2-P2O5图解(b)

4.2 岩体形成构造环境分析

大王顶岩体所有样品在Y-Nb图解(图11a)和(Y+Nb)-Rb图解(图11b)中均分布在火山弧和同碰撞花岗岩区,在R1-R2构造环境判别图解(图12)中主要分布在同碰撞区与板块碰撞前区,在Hf-Rb-Ta图解(图13)中分布在碰撞后与火山弧区域,可以看出大王顶花岗闪长斑岩是碰撞挤压环境下岩浆作用的产物。结合大瑶山地区大地构造背景,即从晚寒武—早奥陶世,云开地块由南向北与桂滇-北越地块发生碰撞,与此同时二者共同向北运动,桂滇-北越地块便开始与扬子地块发生碰撞;从晚奥陶世,华夏地块开始与扬子地块发生碰撞挤压作用[33-34],可推测形成于中奥陶世的大王顶岩体,最有可能的成因是南侧的云开地块与北侧的桂滇-北越地块的拼贴碰撞作用。

图11 Y-Nb图解(a)和(Y+Nb)-Rb图解(b)(仿文献[30])

图12 R1-R2构造环境判别图解(仿文献[31])

图13 Hf-Rb-Ta图解(仿文献[32])

5 结 论

(1)大王顶花岗闪长斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为463±5.0 Ma,表明该花岗岩体形成于中奥陶世。

(2)花岗闪长斑岩表现为低硅、富钠、弱过铝质,钙碱性;具有轻稀土富集、轻重稀土分馏明显,弱负Eu异常， Th、U、La、Zr、Hf等元素富集,Ba、Sr、Ta、Nb、P、Ti亏损的特点。

(3)大王顶岩体属于加里东期I型花岗岩,其形成可能与其南侧云开地块和北侧桂滇-北越地块的拼贴碰撞有关。

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Chronology and geochemical characteristics of granodiorite porphyry of Dawangding rockmass in Dayaoshan area,Guangxi

YE Ming1,ZHANG Qing-wei1, HU Hua-qing2, QIN Ya1, YANG Qi-jun1,BAI Ling-an1, KANG Zhi-qiang1, ZHANG Jia-li1, GAO Pan1

(1.a.College of Earth Sciences; b.Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Deposits Exploration, Guilin University of Technology, Guilin 541006, China; 2.Guangxi Institute of Geological Exploration,China Metallurgical Geology Bureau, Nanning 530022,China)

Dawangding rockmass, at the southeast of Dayaoshan uplift area, is located in western Qin-Hang metallogenic belt that separates the Yangtze block and Cathaysian block, and its main rock type is granodiorite porphyry. U-Pb age determinations of zircon by LA-ICP-MS dating yield 463±5.0 Ma, suggests that this granite formed during Caledonian period. In geochemistry, granodiorite-porphyry exhibits dominantly characteristics of low Si, high Na, weak peraluminous and calc-alkaline. Trace elements analyses show relative enrichment of Th, U, La, Zr, Hf and depletion of Ba, Sr, Ta, Nb, P, Ti. The ΣREE has the range of (68.75-167.17)×10-6, enrichment of LREE (LREE/HREE=3.62-10.08, (La/Yb)N=2.80-9.81), weakly Eu depletion (δEu=0.54-0.82). It also shows that the granodiorite-porphyry is identified as I-type. According to correlative geological data, the causes of the granodiorite-porphyry relate to the collision from the south side of Yunkai block and the north side of Guidian-Beiyue block.

granodiorite porphyry; zircon U-Pb geochronology; geochemical characteristics; Dawangding rockmass; Dayaoshan area;Guangxi

1674-9057(2015)04-0756-10

10.3969/j.issn.1674-9057.2015.04.013

2015-05-12

国家自然科学基金项目(41162005; 41463001;41572191); 中国地质调查局整装勘查项目(12120114052501); 广西自然科学基金项目(2014GXNSFBA118230; 2015GXNSFDA139029); 广西找矿突破战略行动地质矿产勘查项目(桂国土资函[2014]459); 广西高校科研项目(YB2014155)

叶 鸣(1992—),男,硕士研究生,矿产普查与勘探专业,604387492@qq.com。

张青伟,博士,副教授,qingweizhang@glut.edu.cn。

叶鸣,张青伟,胡华清,等.广西大瑶山地区大王顶花岗闪长斑岩年代学和地球化学特征[J].桂林理工大学学报，2015,35(4):756-765.

P597.3；P588.13

A