福建永泰晚白垩世早期辉石闪长岩年代学与岩石地球化学特征及其地质意义

李玉娟

（福建省地质调查研究院，福州，350013）

晚中生代是古太平洋板块往东亚大陆汇聚的重要时期[1-3]，导致了中国东部发生大规模的岩浆活动[4-5]。永泰云山白垩纪火山盆地[6]位于福安—平和火山喷发带的中段，也是中国东部晚中生代火山岩浆活动的核心位置，主要由早白垩世—晚白垩世早期的火山喷发-沉积岩石组成，包括黄坑组、寨下组和石牛山组，以中酸性、酸性火山岩为主，其中黄坑组、寨下组火山岩底部还发现有少量的玄武岩。火山盆地中部还发育有大量的潜火山岩相的石英二长（正长）斑岩等。火山盆地受永定—闽江口北东东向断裂控制，总体呈北东东向近椭圆展布，面积约为600 km2。此次区调工作首次在火山盆地中部发现辉石闪长岩，通过开展岩石地球化学、锆石U-Pb 年代学研究，讨论该岩体形成时代、岩浆成因与物质来源，并结合区域地质背景讨论岩石形成构造环境，可为该区域白垩纪的大地构造演化提供约束。

1 研究区地质背景与岩石学特征

1.1 区域地质背景

福建永泰地区岩浆活动强烈，主要为晚中生代的火山作用和岩浆侵入作用，形成了大面积分布的晚侏罗世—白垩纪的陆相火山岩与侵入岩[6]。晚白垩世是中生代火山活动的衰亡阶段，火山活动仅局限于断陷盆地及火山洼地内，主要分布于永泰坵演、德化石牛山一带，火山产物主要为酸性火山岩，火山地层为晚白垩世石牛山组，火山岩相主要为碎屑流堆积相的熔结凝灰岩、侵出-溢流相的碎斑熔岩、喷溢相的熔岩和喷发-沉积相的火山碎屑沉积岩，以及发育大量潜火山岩相花岗斑岩、石英二长斑岩、石英正长斑岩、正长斑岩等。此外，首次发现了具一定规模的辉石闪长岩体。岩体受永定—闽江口北东东向断裂控制，呈北东东向展布。辉石闪长岩主要分布于研究区中部梧桐—埔埕、横洋、寨里一带，区内出露6 个北东向呈带状或者呈不规则椭圆状展布的岩株，最长延伸约为15 km，总出露面积约为42.8 km2（图1），基岩出露较好，半风化-弱风化，主体侵入到早白垩世寨下组中，大洋一带侵入到晚白垩世石牛山组中，汤埕、新楼一带被晚白垩世石英正长斑岩、正长花岗岩、花岗斑岩等侵入。

1.2 岩石学特征

辉石闪长岩呈灰色-浅灰色（照片1a）。岩石具细粒结构，块状构造，岩石中造岩矿物主要有辉石、斜长石（中长石）、角闪石、石英、钾长石（照片1b）。总体上，辉石呈半自形-他形晶，柱状或不规则状，粒度一般为0.1 ～1 mm。斜长石为中长石，呈自形-半自形，板状、柱状结构，大部分矿物粒径为1 ～2.5 mm，少部分矿物粒径为0.1 ～0.6 mm；角闪石呈半自形-他形，呈柱状或不规则状，粒径一般为0.1 ～0.7 mm。钾长石结晶晚，呈他形不规则状充填在其他矿物晶粒间，粒径一般为0.1 ～1 mm。辉石闪长岩主要矿物成分及含量：斜长石（中长石）为70%左右、角闪石为10%左右、辉石为5%～10%、石英和钾长石为3%～5%、副矿物见有黑云母、磁铁矿、钛铁矿、磷灰石等。

照片1 永泰埔埕晚白垩世辉石闪长岩标本（a）、显微照片（b）（正交偏光×40）、暗色捕获体（c、d）Photo.1 Specimen (a), micrograph (b)（orthogonal polarization ×40）and dark color trap（c, d） of Pucheng Late Cretaceous pyroxene diortie in Yongtai county

辉石闪长岩中见有少量的细粒包体，多呈深灰色，一般呈次圆状、㮋圆状或不规则状，包体与主岩之间的界线不清晰（照片1c、1d），没有冷凝边现象，有些还呈渐变过渡关系。与福建省沿海地区壳幔混合作用形成的花岗（闪长）岩中保留的闪长质或辉长质包体无论在形态、接触关系等方面都有明显不同[7]。有关暗色包体的成因，前人有很多认识，但主要的有4 种：一是围岩捕虏体，二是岩浆在早期结晶分异的堆晶体，三是（壳幔）岩浆混合成因，四是源区残留体。观察其基本特征分析，明显不同于前面3 种成因，是源区残留体的可能性最大。

2 分析方法

在永泰埔埕细粒辉石闪长岩中采集了3 件样品进行了硅酸盐、稀土及微量元素分析，开展的岩石地球化学研究样品号为：PM902-4、PM902-4-1、PM902-4-2。选取其中一件样品进行LA-ICP-MS 锆石U-Pb 同位素定年测试，样品的主量、微量元素地球化学测试工作在福建省地质测试中心完成；锆石挑选由河北省区域地质矿产研究所完成，锆石U-Pb 测年工作在中国冶金地质总局山东局测试中心完成[8-10]。

3 分析结果

3.1 主量元素特征

在3 件样品的岩石分类TAS 图解（图2）中，样品主要投入闪长岩和辉长闪长岩区域，综合标本岩石学特征以及薄片特征进行修正，定名为辉石闪长岩。样品投入Ir-Irvine 分界线下方，指示其主要为亚碱性岩。

图2 永泰埔埕晚白垩世辉石闪长岩TAS 图解Fig.2 TAS diagram of Pucheng Late Cretaceous pyroxene diorite in Yongtai county

根据分析测试结果（表1）显示，辉石闪长岩SiO2含量为55.29%～57.38%，Al2O3含量为15.84%～16.17%，Na2O 含量为3.39%～3.54%，K2O 含量为1.92%～2.18%，K2O/Na2O 比值为0.56 ～0.62，总体显示富钠特征，总碱含量为5.33%～5.72%，TFe2O3含量为8.77%～9.09%，MgO 含量为3.29%～3.72%，CaO 含量为6.52%～7.06%，铁镁钙含量较高。

表1 永泰埔埕晚白垩世辉石闪长岩主量元素分析结果Table 1 Analysis results of major elements of Pucheng Late Cretaceous pyroxene diorite in Yongtai county单位：%

里特曼指数（σ）为2.16 ～2.32，均小于3.3，为钙碱性岩；岩石碱度率（AR）较低，为1.60 ～1.69，在SiO2-AR图解（图3a）中均投入钙碱性岩区域。在K2O-SiO2图解中（图3b），样品均投入于高钾钙碱性系列。

图3 永泰埔埕晚白垩世辉石闪长岩SiO2-AR 图解（a）及K2O-SiO2 图解（b）Fig.3 SiO2 -AR diagram (a) and K2O-SiO2 diagram (b) of Pucheng Late Cretaceous pyroxene diorite in Yongtai county

综合上述，永泰晚白垩世细粒辉石闪长岩花岗岩总体属于高钾钙碱性岩石。

3.2 微量元素特征

研究区内辉石闪长岩微量元素（表2），显示具 有 富Rb、Ba、Th、U、Pb，而 低Nb、Ta、Ti、Zr、Hf 的特点（图4a），表现出活动大陆边缘钙碱性岩系的地球化学特征[11]。其稀土元素含量及特征值显示，稀土总量（∑ REE）为129.35×10-6～653.29×10-6；∑LREE 为87.35×10-6～575.01×10-6；∑ HREE42.00×10-6～78.28×10-6；∑ LREE/∑ HREE 比值为2.08 ～7.35，轻、重稀土分馏程度一般。稀土元素配分模式图（图4b）具有明显右倾的曲线，δEu 为0.86 ～1.01，除了PM902-4 样品显示出轻微负异常，其余2 个样品均没有明显的Eu 异常，这与一般的闪长岩的稀土元素特征一致[12-13]。

表2 永泰埔埕晚白垩世辉石闪长岩微量元素和稀土元素分析结果Table 2 Analysis results of trace elements and rare earth elements of Pucheng Late Cretaceous pyroxene diorite in Yongtai county单位：×10-6

图4 永泰埔埕晚白垩世辉石闪长岩微量元素蛛网图（a）及配分模式图（b）[14]Fig.4 Spider map of trace elements（a）and partition pattern of rare earth elements（b）of Pucheng Late Cretaceous pyroxene diorite in Yongtai county

3.3 锆石U-Pb 同位素年代学

此次工作在3 件样品中选取1 件（样号PM902-4）进行了锆石U-Pb 同位素测年。锆石阴极发光图像显示（图5），所有锆石具有明显岩浆成因的震荡生长环带，对25 个锆石进行了测试，年龄分析结果（表3）（其中点号5 和21 的锆石因含有包裹体谐和度小于90%，不予采用）。获得了2 组锆石U-Pb 同位素分别为（97.4±1.4）Ma和（305.5±5.9）Ma。其中24 个测点的Th/U 比值平均值为0.83(0.24 ～1.69)，大于0.4，为典型的岩浆成因锆石[15]。锆石测年反映的岩浆事件主要为2 期，其中9 个测点206Pb/238U 表面年龄为93 ～99 Ma，其加权平均值为(97.4±1.4) Ma（MSWD=0.52，N＝9）（图6），可以代表辉石闪长岩的结晶年龄；另外7 个测点的206Pb/238U 表面年龄为296 ～313 Ma，其加权平均值为 (305.5±5.9) Ma（MSWD=1.7，N＝6）。此外还有测点年龄为～1 934.4 Ma、～478.8 Ma、～235.9 Ma、128.9 ～134.5 Ma。

图5 永泰埔埕晚白垩世辉石闪长岩阴极发光照片和打点位置图Fig.5 Cathode luminescence photo and dot location diagram of Pucheng Late Cretaceous pyroxene diorite in Yongtai county

表3 永泰埔埕晚白垩世辉石闪长岩（PM902-4）锆石U-Pb 同位素分析结果Table 3 U-Pb isotope analysis of zircon of Pucheng Late Cretaceous pyroxene diorite （PM902-4）in Yongtai county

图6 埔埕晚白垩世辉石闪长岩加权平均值图（a、c)和锆石U-Pb 年龄等时线图（b、d）Fig.6 Weighted mean map (a,c) and zircon U-Pb age isochron chart (b,d) of Pucheng Late Cretaceous pyroxene diorite

4 讨论

4.1 形成年代及地质意义

对永泰埔埕辉石闪长岩（PM902-4）25 颗锆石进行了U-Pb 同位素测年工作，其中9 个测点206Pb/238U 表面年龄为93 ～99 Ma，加权平均值 为(97.4±1.4) Ma（MSWD=0.52）；7 个 测 点206Pb/238U 表面年龄为296 ～313 Ma，其加权平均值为 (305.5±5.9) Ma（MSWD=1.7）；此外还有部分～1 934.4 Ma（1 颗）、～478.8 Ma（1 颗）、～235.9 Ma（1 颗）、134.5 ～128.9 Ma（4 颗）等年龄谱系。从锆石阴极发光图像来看，所有锆石均具有明显的岩浆成因生长环带，Th/U 比值平均值为0.83，这些锆石年龄反映的岩浆事件主要为2期，但也反映了自古元古代以来多期的年龄信息，与福建省经历的多期多幕式，以古老物质循环再造为主的地壳生长过程[16]是相一致的。

结合永泰火山盆地区域地质演化、侵入接触关系以及锆石形貌分析，U-Pb 同位素年龄（97.4±1.4）Ma 代表了辉石闪长岩的结晶年龄，在石牛山破火山口中央侵入相正长斑岩、正长花岗斑岩测得锆石U-Pb 年龄为(93.8±1.3) Ma；在仙游菜溪石牛山组剖面采取的流纹质熔结凝灰岩样品锆石的U-Pb 同位素年龄为(94.02±0.49) Ma，与该区域内晚白垩大规模岩浆事件年龄相一致。而锆石中一组（296 ～313）Ma（加权平均值为（305.5±5.9）Ma），结合锆石形貌、岩石中发育暗色包体，且前人已分析暗色包体是源区残留体的可能性最大，因此这组年龄很可能代表了源区残留体（难熔物质）的年龄，或者说是辉石闪长岩源岩的形成年龄（结晶年龄）。

该岩体记录年龄为（305.5±5.9）Ma，与福建省已有该时代岩浆事件的记录较一致。前人在福建省闽东周宁县吾凤楼村一带发现了年龄为(313±4) Ma 的片麻状花岗岩[17]，认为这是华南地区首次发现的晚石炭世花岗岩；此后，在周宁县吾凤楼钨（铁）矿及屏南县黛溪铅锌矿中①福建省第四地质大队，闽东地区中生代火山岩基底构造与成矿作用关系研究报告，2017。，还分别解体出变质侵入岩体，获得了(321±3) Ma 和(324±4) Ma 锆石 U-Pb 结晶年龄；在龙岩马坑、漳平洛阳、安溪潘田及德化阳山等铁矿区内，都发现了安山质-玄武质火山岩的夹层，早期的Rb-Sr法测得（安山）玄武质岩石的年龄为330 Ma；在马坑铁矿区的辉绿岩(可能为安山质玄武岩)中测得锆石U-Pb 年龄为315 Ma[18]。而此次在永泰地区的辉石闪长岩中发现～310 Ma 的锆石，这不仅是永泰地区首次发现该时代的岩浆锆石，且与龙岩马坑等地同处于北东东向永定—闽江口断裂带上，并延伸至闽东周宁、屏南地区，由此表明，从闽东北到闽西南地区可能存在晚石炭世（～310 Ma）时期较强烈的岩浆活动事件[19]。

4.2 岩浆来源和成因类型

永泰埔埕晚白垩世细粒辉石闪长岩微观上，作为主要造岩矿物的斜长石发育成分环带，指示岩石是由更基性的岩浆经历基性斜长石等矿物分离结晶作用的产物。地球化学分析结果表明，该岩体铁镁钙含量较高，里特曼指数（σ）小于3.3，为高钾钙碱性岩，具有壳源的特点。从地球化学特征看，岩石相对富集Rb、Ba、Sr等大离子亲石元素（LILE），并未表现出明显Zr 和Hf 元素的正异常，轻微的负Eu 异常，表明岩浆物质或来自于富集地幔或中下地壳。总体结合主量、微量元素地球化学特征，其中发育的暗色包体（源区残留体），以及包含大量的（305.5±5.9）Ma 的源岩结晶年龄记录，表明岩浆很可能来源于晚石炭世岩浆岩的循环再造，具有I 型或同熔型特征。

4.3 构造环境

永泰及周边地区晚白垩世岩浆活动频繁，形成的岩体除了辉石闪长岩，还有晚白垩世正长花岗岩、晶洞碱长花岗岩，石英正长斑岩和正长斑岩。永泰辉石闪长岩与该地区晚白垩世的A 型花岗岩形成时代相同，亦与侵入相的正长斑岩、正长花岗斑岩和石牛山组流纹岩的形成时代相近。石牛山组火山岩的微量元素在Nb-Y-3Ga、Nb-Y-Ce 等判别图解上投入A1 型花岗岩石区[20]，表明其形成与造山作用关系不大，一般认为是非造山期的张性（伸展）构造环境。相关研究表明，更多的A 型碱性（碱长）花岗岩其源岩物质来源于较深的下地壳或中下地壳，是形成于板块后撤的后造山期或者是非造山期板内环境，这反映了由于强烈的拉张岩石圈的厚度与地壳的厚度有明显的减薄，或者是软流圈上拱而导致强烈的伸展。永泰辉石闪长岩与该地区晚白垩世的A 型（碱性）花岗岩-流纹岩的形成时代相同，综合分析认为应与俯冲的古太平洋板块在早白垩世开始往东后撤后，东南沿海处于强烈的伸展体制背景有关，至晚白垩世早期，伸展强度达到高峰，大量的A 型（碱性）花岗岩-流纹岩出现，是强烈伸展后中下地壳发生减压熔融的结果。

5 结论

（1）永泰埔埕辉石闪长岩锆石U-Pb 同位素测年记录了2 期主要的岩浆活动，（97.4±1.4）Ma代表了辉石闪长岩的结晶年龄，与该区域内晚白垩大规模岩浆事件相一致；而（305.5±5.9）Ma，很可能代表了源岩的结晶年龄证实属晚石炭世岩浆事件。结合已有的区域地质事实揭露福建省晚石炭世（～310 Ma）时期可能存在一次较大规模的岩浆事件。

（2）永泰埔埕辉石闪长岩总体显示富钠特征，铁镁钙含量较高，里特曼指数显示为高钾钙碱性岩。相对富集Rb、Ba、Sr 等大离子亲石元素，亏损Nb、Ta 等高场强元素，以及发育暗色包体（源区残留体）特征分析，岩浆很可能来源于晚石炭世岩浆物质的循环再造，具有I 型或同熔型特征。

（3）永泰埔埕辉石闪长岩与该地区晚白垩世的石牛山组火山岩、A 型花岗岩等形成时代相近，综合分析认为是早白垩世开始俯冲的古太平洋板块后撤后伸展体制下减压熔融结果。

本文系福建1 ∶5 万嵩口、埔埕、济川幅区域地质调查项目组集体劳动成果，在此深表感谢!