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  中国地质 2019, Vol. 46 Issue (6): 1530-1546  
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刘远栋, 李翔, 徐磊, 陈美君, 刘风龙, 陈小友. 2019. 浙南龙泉地区晚侏罗世火山岩的厘定及成因探讨[J]. 中国地质, 46(6): 1530-1546.  
Liu Yuandong, Li Xiang, Xu Lei, Chen Meijun, Liu Fenglong, Chen Xiaoyou. 2019. Identification and genesis of the Late Jurassic volcanic rocks in Longquan area, southern Zhejiang Province[J]. Geology in China, 46(6): 1530-1546. (in Chinese with English abstract).  

浙南龙泉地区晚侏罗世火山岩的厘定及成因探讨
刘远栋, 李翔, 徐磊, 陈美君, 刘风龙, 陈小友    
浙江省地质调查院, 浙江 杭州 311203
摘要:浙江晚中生代大规模火山活动始于晚侏罗世还是早白垩世,长期以来存在争议。本文对浙南龙泉地区火山岩进行了锆石U-Pb定年,获得一批高精度的年代学数据,其SHRIMP锆石U-Pb和LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄集中于163~145 Ma,确认浙江晚中生代火山活动始于晚侏罗世。地球化学特征和Sr-Nd同位素特征表明这套晚侏罗世火山岩具有高硅、高钾、低磷、贫铁镁的特征,属于过铝质高钾钙碱性岩石系列。由于晚中生代太平洋板块的俯冲作用,导致了下部地壳物质(基底变质岩)广泛熔融,形成了本区晚侏罗世火山岩浆活动。为了便于表达、对比,笔者建议新建“晚侏罗世黄茅尖群”地层单位。
关键词锆石U-Pb    晚侏罗世    火山岩    浙南    黄茅尖群    地质调查工程    
中图分类号:P588.14            文献标志码:A             文章编号:1000-3657(2019)06-1530-17
Identification and genesis of the Late Jurassic volcanic rocks in Longquan area, southern Zhejiang Province
LIU Yuandong, LI Xiang, XU Lei, CHEN Meijun, LIU Fenglong, CHEN Xiaoyou    
Geological survey Institute of Zhejiang Province, Hangzhou 311203, Zhejiang, China
Abstract: There has been controversy for a long time that the large-scale volcanic activity of Late Mesozioc in Zhejiang Province began with Late Jurassic or Early Cretaceous? Through zircon U-Pb geochronologic study of volcanic rocks in Longquan area of southern Zhejiang Province, a batch of high precision chronologic data were obtained. These zircon U-Pb ages are between 163 Ma to 145 Ma which were confirmed by SHRIMP and LA-ICP-MS. These data indicate that large-scale volcanic avtivity in Zhejiang Province began with Late Jurassic. According to geochemical characteristics and Sr-Nd isotope analysis, these Late Jurassic volcanic rocks belong to peraluminous and high potassium Ca-alkaline series characterized by high SiO2, K2O but low P2O5, FeOT and MgO. Due to the subduction of the Pacific plate in Late Mesozoic, the lower crust material (basement metamorphic rocks) was extensively melted and the late Jurassic volcanic-magmatic rocks in this area were formed. In addition, the authors propose defining a new rock-stratigraphic unit named" the Late Jurassic Huangmaojian Group"so as to better express and contrast.
Key words: Zircon U-Pb geochronology    Late Jurassic    volcanic rocks    southern Southern Zhejiang    Huangmaojian Group    geological survey engineering    

1 引言

浙江地处中国东部滨西太平洋大陆边缘,晚中生代火山活动强烈,陆相火山-沉积地层分布广泛,出露面积达55700 km2。依据野外产状该套火山-沉积地层分为上、下两个火山岩系,其中下火山岩系(浙西称建德群,浙东为磨石山群)出露更为广泛。下火山岩系时代属晚侏罗世还是早白垩世长期存在争议,20世纪80—90年代通过古生物化石以及K-Ar法(个别Rb-Sr法)测年研究,主流观点认为其属晚侏罗世(丁保良等,1987浙江省地质矿产局, 1989, 1996马武平,1994包超民等,1999)。近年来获得的大量高精度同位素年代学数据及生物地层学研究新进展均表明其成岩时代主要为早白垩世(蒋维三,1995徐步台等,1997俞云文等,1999陈丕基,2000陶奎元等,2000汪庆华等,2001顾知微, 2002, 2005邢光福等, 2004, 2008张家菁等,2009段政等,2013王加恩等,2016),其LA-ICP-MS和SHRIMP锆石U-Pb同位素年龄主要集中于140~118 Ma,部分学者据此提出浙江省可能不存在晚侏罗世火山岩(陶奎元等,2000汪庆华等,2001)。然而,与浙江省磨石山群相对应的福建省南园组地层中已被证实存在大量的晚侏罗世火山岩(邢光福等,2008皇家龙等,2008戴洪文,2011郑克丽,2012)。那么为何进入到浙江省就缺失晚侏罗世火山岩,是真的不存在抑或只是尚未发现?

笔者近年来在浙南龙泉地区开展浙江省1:5万铉湖、瑞洋幅区域地质矿产调查过程中,就浙西南火山岩地层时代开展了年代学工作,获得了一批高精度年龄数据,证实浙江省存在大面积的晚侏罗世火山岩,从而为解决浙江省是否存在晚侏罗世火山岩这一重要问题取得了新证据,为研究浙闽地区乃至整个华南地区中生代构造环境提供了新资料。

2 地质背景

研究区位于西太平洋活动大陆边缘,属浙闽粤火山喷发带浙东南喷发亚带,大地构造位置处于江山—绍兴拼合带南东之华夏造山系。区内晚中生代火山岩分布广泛,出露面积约790 km2,约占基岩总面积的90%(图 1b)。火山岩部分直接不整合于前泥盆纪变质岩之上,部分与早侏罗世枫坪组沉积岩呈角度不整合接触。区内潜火山岩零星出露,岩性主要有流纹斑岩、花岗斑岩、闪长岩、安山玢岩等,一般就位于火山机构中心或火山机构边缘,单个岩体面积一般1~3 km2,最大的约9 km2

图 1 研究区地质简图 1—第一旋回第一亚旋回火山岩;2—第一旋回第二亚旋回火山岩;3—第一旋回第三亚旋回火山岩;4—第二旋回火山岩;5—第三旋回火山岩;6—早侏罗世枫坪组;7—潜火山岩;8—前泥盆纪变质岩、侵入岩;9—溢流相流纹岩/石泡流纹岩;10—火山颈相集块角砾熔岩;11—空落相流纹质含角砾晶玻屑凝灰岩;12—流纹质玻屑凝灰岩;13—碎屑流相流纹质晶屑熔结凝灰岩;14—喷发沉积相凝灰质砂岩;15—角度不整合界线;16—断层界线;17—同位素采样位置及编号;18—剖面位置 Fig. 1 Geological map of the study area 1-Volcanic rocks of Ⅰ1 cycle; 2- Volcanic rocks of Ⅰ2 cycle; 3- Volcanic rocks of Ⅰ3 cycle; 4- Volcanic rocks of Ⅱ cycle; 5- Volcanic rocks of Ⅲ cycle; 6-Fengping Formation of early Jurassic; 7-Subvolcanic rock; 8-Pre-Devonian metamorphic rock and intrusive rock; 9-Flooding rhyolite/ lithophysa rhyolite; 10-Volcanic neck facies breccia and conglomerate lava; 11-Rhyolitic breccias crystal glass tuff formed by Empty stacked phase; 12-Rhyolitic glass tuff formed by Empty stacked phase; 13-Rhyolitic crystal welded tuff formed from pyroclastic flow accumulation; 14- Tuffaceous sandstone formed from eruption-sedimentary; 15-Angular unconformity; 16-Fault; 17-Isotope sampling position; 18-Profile position

研究区晚中生代火山活动可分为3个旋回,第一旋回又分为3个亚旋回(图 2),岩性以酸性火山碎屑岩、熔岩为主,夹极少量中酸性火山碎屑岩。3个火山活动旋回总体上具有连续演化的特征,未出现大的喷发间断,在岩性岩相组合上也未出现大的区别,反映晚侏罗世火山活动具有从强到弱直至停止的一个完整演化过程。

图 2 研究区火山岩柱状图简图 1—流纹质晶玻屑熔结凝灰岩;2—流纹质含角砾晶屑熔结凝灰岩;3—流纹质角砾熔结凝灰岩;4—流纹质晶玻屑凝灰岩;5—流纹质凝灰熔岩;6—(石泡)流纹岩;7—流纹质凝灰岩;8—凝灰质砂岩 Fig. 2 Columnar section of the volcanic rocks in the study area 1-Rhyolitic crystal-vitric welded tuff; 2-Rhyolitic breccias crystal glass welded tuff; 3-Rhyolitic breccia welded tuff; 4-Rhyotaxitic crystal-vitric tuff; 5-rhyolitic tufflava; 6-Lithophysa rhyolite; 7- Rhyolitic tuff; 8-Tuffaceous sandstone

第Ⅰ旋回第一亚旋回(Ⅰ1)表现为普林尼式火山爆发,底部形成一套分布广泛的面状分布的火山碎屑流相流纹质熔结凝灰岩,岩性相对单一、稳定,上部为一套空落相的流纹质凝灰岩堆积,火山活动后期随着喷发强度的渐弱,火山活动进入间歇性喷发阶段,期间形成若干沉积夹层;第二亚旋回(Ⅰ2)火山活动由弱变强,形成一套单一的碎屑流相流纹质熔结凝灰岩,末期有少量侵出相凝灰熔岩分布;第三亚旋回(Ⅰ3)火山活动停止,为喷发间断期,发育一套火口湖相沉积特征的火山碎屑沉积岩,伴随有极微弱的火山喷发,多分布于早期形成火口塌陷形成的破火口周边,出露范围局限。

第Ⅱ旋回为破火山复活阶段,形成大套的溢流相酸性熔岩流,岩性有流纹岩、石泡流纹岩,熔岩厚度最大可达2000 m以上。

第Ⅲ旋回火山岩分布有限,主要分布于黄茅尖北侧以及南侧的几大高地上,岩性稳定,为一套火山碎屑流相流纹质熔结凝灰岩堆积,与下伏第Ⅰ/Ⅱ旋回火山岩之间为喷发不整合接触。该旋回火山活动时间短,在短暂的火山喷发后,末期表现为潜火山岩侵入活动,代表了晚侏罗世火山活动的结束。

3 样品特征与测试方法

本次采集了各旋回、亚旋回中的火山岩及潜火山岩样品进行测试分析,岩性主要有流纹质熔结凝灰岩、流纹岩和流纹斑岩等。

流纹质熔结凝灰岩:呈熔结凝灰结构(图 3ab),块状构造,岩石由岩屑、晶屑、玻屑以及火山尘组成。岩屑含量一般在5%左右,成分主要为流纹岩、凝灰岩等,岩屑粒度一般0.2~2 mm,少数为2~5 mm的角砾;晶屑含量一般在10%~40%不等,成分主要为石英、钾长石、斜长石,少量的黑云母,粒度一般0.2~2 mm;塑性玻屑和火山尘含量在55%~ 85%不等,多呈细条纹状、蚯蚓状等,大部分边界较模糊,局部可见弯曲定向特征,遇晶屑见其被压入,中间变窄、变薄的现象,部分保留鸡骨状外形,已脱玻为隐晶状长英质,部分为纤维状和微球粒状,其间混杂少量火山尘。

图 3 流纹质熔结凝灰岩(a,b)、流纹岩(c)及石泡流纹岩(d)显微照片(正交偏光) qz—石英;kfs—钾长石 Fig. 3 Microphotograph of rhyolitic welded tuff (a, b), rhyolite (c) and lithophysa rhyolite (d) (crossed nicols) qz-Quartz; kfs-K-feldspar

流纹岩:岩石多为斑状结构,基质为隐晶-微晶结构,多具流动构造,部分具石泡-珍珠状构造(图 3cd)。斑晶成分多为石英,少量的斜长石和黑云母等,总含量仅2%~5%,粒径一般0.2~1 mm;基质以隐晶长英矿物为主,部分石英、长石呈微晶粒状。部分岩石中发育球粒,直径一般2~7 mm,由多层同心球层构成,球层为纤维放射状长英矿物、隐晶质,球粒间局部可见重结晶粒状石英、斜长石、钾长石。

为了保证所分析样品新鲜,首先对样品表面的风化层进行切除,之后对岩石薄片进行显微观察。将挑选的每个新鲜样品称量约1 kg,清洗烘干,无污染完全粉碎至<200 μm,使样品均匀具有代表性。主量元素地球化学在国土资源部杭州矿产资源监督检测中心完成,主量元素采用SC100e X荧光光谱仪(BR00105)分析测试完成,分析精度优于1%;稀土微量元素采用ICP-MS方法分析完成,测试仪器为Thermo X Serise Ⅱ电感耦合等离子体质谱联用仪(SN01426C),分析精度优于5%。Sr-Nd同位素在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室同位素室利用FinniganMAT-261多通道质谱仪测试完成,详细的实验流程见Zhang et al.(2002)。Sr、Nd同位素比值测定分别采用87Sr/86Sr=0.1194和146Nd/144Nd=0.7219进行标准化。整个分析流程中实验本底为Sr<1 ng和Nd<50 pg,标样NBS987 87Sr/86Sr=0.710275 ± 0.000005(2σ),标样JNdi-1的测定值为143Nd/144Nd=0.512119± 0.000008(2σ)。

锆石分选由河北省廊坊市尚艺岩矿检测技术服务有限公司完成。SHRIMP测年在北京离子探针中心完成,详细的实验流程参见Williams et al.(1998)宋彪等(2002),数据处理采用Ludwing Squid 1.01和Isoplot程序(Ludwig,2003)。单个测试点的误差均为1σ,206Pb/228U年龄的加权平均值为95%置信度;LA-ICP-MS测年在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室完成,ICPMS型号为Agilent7500型四级杆质谱仪,激光剥蚀系统为NewWave公司产的UP-213固体激光剥蚀系统,剥蚀孔径为30 μm,以He气作为载气。质量分馏校正采用锆石标样GJ-1。数据通过分析软件GLITTER计算获得同位素比值、年龄和误差,按照Andersen(2002)的方法进行普通铅校正,利用ISOPLOT软件完成加权平均年龄计算和U-Pb谐和图。同位素比值和年龄误差为1σ,加权平均年龄为95%置信度。

4 分析结果 4.1 锆石U-Pb年龄

为准确获得研究区火山活动时代信息,笔者在不同旋回、不同古火山机构的火山岩,以及侵入于其中的潜火山岩中采集了多组锆石U-Pb测年样品,本文选取其中最具代表性的5组测年数据(表 1)进行详述,采样位置主要分布在黄茅尖周边(图 1b),测年结果见表 2

表 1 锆石U-Pb测年结果 Table 1 Result of zircon U-Pb dating
表 2 研究区火山碎屑岩和潜火山岩锆石U-Pb分析结果 Table 2 Zircon U-Pb dating results of the pyroclastic rock and subvolcanic rock in the study area

研究区火山岩各主要岩性样品的锆石均透明,呈浅灰色,多呈不规则短柱状,长一般50~200 μm不等,长宽比一般为2:1~4:1,阴极发光图像显示清晰的韵律环带结构(图 4)。所选4个火山岩样品和1个潜火山岩样品的锆石Th含量为(84~2438)×10-6,U含量为(120~4336)×10-6,其中火山岩样品的Th/U比值为0.37~1.27,潜火山岩样品Th/U比值较高,为1.15~3.52,均显示典型岩浆锆石特征。

图 4 研究区火山岩锆石CL图像 Fig. 4 Zircon CL images of the volcanic rocks in the study area

样品D0917采自第Ⅰ1旋回,岩性为流纹质熔结凝灰岩,共测试11个点,除4号锆石年龄谐和度差外,其余10个分析点均位于谐和线上,其中6号测试点206Pb/238U表面年龄为(233±4)Ma,为中三叠世的捕获锆石年龄,其余9个点的年龄值较为集中,其206Pb/238U加权平均年龄为(163±4)Ma(图 5),为岩石的成岩年龄。PM005-6为采自第Ⅱ2旋回底部的流纹岩,所测16个分析点中,去掉5和11两个U含量极高的分析点后,剩余14个测点均位于谐和线上,且较为集中,其206Pb/238U加权平均年龄为(156± 2)Ma(图 5),为岩石的成岩年龄。PM005-23为采自第Ⅱ2旋回顶部的流纹岩,共选取14颗锆石进行测试,8号测点206Pb/238U表面年龄为(178±4)Ma,为中—晚侏罗世的捕获锆石,剩余13个分析点206Pb/238U表面年龄介于154~142 Ma,其加权平均年龄为(148 ± 3)Ma(图 5),代表岩石成岩年龄。D0152为采自第Ⅲ旋回的流纹质熔结凝灰岩,选取10颗锆石进行测试,10个测点206Pb/238U表面年龄介于147~141 Ma,其加权平均年龄为(145±2)Ma(图 5),代表岩石成岩年龄。D0147为采自侵入于第Ⅲ旋回火山岩中的流纹斑岩潜火山岩体,所选12颗锆石各测点206Pb/238U表面年龄介于151~141 Ma,其加权平均年龄为(145±2)Ma(图 5),代表岩石成岩年龄。以上测年结果表明,研究区火山岩火山活动时代主要介于163~145 Ma,属于晚侏罗世。

图 5 研究区晚侏罗世火山岩锆石U-Pb年龄谐和图 Fig. 5 Zircon U-Pb concordia diagrams of the volcanic rocks in the study area
4.2 地球化学

岩石主量元素、微量元素、稀土元素测试结果见表 3表 4表 5

表 3 研究区火山岩主量元素(%)测试结果 Table 3 Major elements (%) of volcanic rocks in the study area
表 4 研究区火山岩微量元素测试结果(10-6 Table 4 Trace elements (10-6) of volcanic rocks in the study area
表 5 研究区火山岩稀土元素测试结果(10-6 Table 5 REE abundances (10-6) of volcanic rocks in the study area

在SiO2-全碱分类图上,研究区火山岩主要落入流纹岩区域,个别落入粗面岩区和英安岩区(图 6a),显示其岩性以酸性火山岩为主,SiO2含量较高,为67.62%~83.26%,平均为76.92%,其SiO2含量连续变化,未出现双峰式特征;全碱ALK(ALK= K2O + Na2O)变化大,含量介于3.29% ~13.23%,平均为6.94%;Al2O3含量介于9.01% ~15.76%,平均为12.29%;MgO含量介于0.06% ~0.79%,平均为0.19%;CaO含量0.03%~2.65%,平均为0.33%。A/ CNK值介于0.57~2.85,平均为1.48,总体属于铝过饱和类型,在A/CNK-A/NK图解(图 6b)中主要落入过铝质区域(其中粗面岩位于过碱质区域)。在FAM图解(图 6c)中,研究区火山岩总体具有富碱、贫铁镁特征,演化具FeO、MgO减少、ALK增加的特征,趋势线指向A端,与钙碱性火成岩系列相符;在SiO2-K2O图解(图 6d)中火山岩主要显示高钾钙碱性系列特征,少数点落入钙碱性区域。由此表明研究区晚侏罗世火山岩总体属富碱、贫铁镁的过铝质高钾钙碱性岩石系列。

图 6 研究区火山岩判别图解 a—火山岩TAS图解(Le Maitre,1989;Pc—苦橄玄武岩;B—玄武岩;O1—玄武安山岩;O2—安山岩;O3—英安岩;R—流纹岩;S1—粗面玄武岩;S2—玄武质粗面安山岩;S3-粗面安山岩;T—粗面岩、粗面英安岩;F—副长石岩;U1—碱玄岩、碧玄岩;U2—响岩质碱玄岩;U3-碱玄质响岩;Ph—响岩;Ir—Irvine分界线,上方为碱性,下方为亚碱性);b—A/CNK-A/NK图解(Rickwood,1989Le Maitre et al., 1989);c-FAM图解(Irvine, 1971;TH—拉斑玄武岩系列;T—钙碱性火成岩系列);d—SiO2-K2O图解(据Rickwood,1989Le Maitre et al., 1989 Fig. 6 Diagrams of the volcanic rocks in the study area a-TAS plot for the volcanic rocks(after Le Maitre, 1989; Pc-Picrite basalt; B-Basalt; O1-Basaltic andesite; O2-Andesite; O3-Dacite; R-Rhyolite; S1-Trachybasalt; S2- Basaltic trachyandesite; S3-Trachyandesite; T-Trachyte, trachydacite; F-Feldspathoidite; U1-Tephrite, basanite; U2-Phonolitic tephrite; U3-Tephriphonolite; Ph-Pphonolite; Ir-Irvine boundary, upper is basic, lowerw is alkaline); b-A/CNK-A/NK plot (after Rickwood, 1989; Le Maitre et al., 1989); c-FAM plot (after Irvine, 1971; TH-Tholeiite series; T- Calc-alkaline series); d-SiO2-K2O plot (after Rickwood, 1989; Le Maitre et al., 1989)

在微量元素原始地幔标准化蛛网图中(图 7a),各旋回火山岩总体特征相似,表现出富集大离子亲石元素Rb、Th、U、K和高场强元素Zr、Hf;贫Ba、Ta、Nb、Sr、P、Ti,在蛛网图上均表现出明显的凹槽,与俯冲带环境的钙碱性火山岩微量元素地球化学特征一致。所有样品的Co、Ni和Cr含量均很低(<10×10-6),表现出壳源的特征(刘春等,2012)。

图 7 火山岩微量元素原始地幔标准化蛛网图(a)和球粒陨石标准化稀土配分图(b)(原始地幔和球粒陨石标准值均引自Sun and McDonough, 1989 Fig. 7 Primitive mantle-normalized trace element spidergram (a) and chondrite-normalized REE patterns (b) of volcanic rocks (after Sun and McDonough, 1989)

各样品稀土总量变化较大,介于13.22×10-6~ 436.02×10-6,总体偏低,平均为116.8×10-6;LREE/ HREE变化介于2.39~16.22,大多数<10,平均为8.13;(La/Yb)N值主体>1,介于1.45~33.96,在球粒陨石标准化图中(图 7b)总体显示弱的右倾型;各样品均显示不同程度的Eu负异常,显示明显的"V"形谷(图 7b),δEu值介于0.09~0.75,平均为0.40,指示斜长石的结晶分异,并且从Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ旋回火山岩δEu值显示递减规律,表明岩浆演化后期结晶分异作用加强;Ce含量特征主要分两组,一组为无异常或弱的异常,该组δCe介于0.79~1.23;另一组表现明显的Ce正异常,δCe介于1.45~6.10。

4.3 Sr-Nd同位素组成

研究区火山岩全岩Sr-Nd同位素成分列于表 6。火山岩的Isr值介于0.615~0.720,其中2个样品Isr值分别为0.615和0.673,明显偏低,可能是由于样品对Rb-Sr体系没有保持封闭,或者由于样品的Rb/Sr值太大,Rb即使具有轻微活动性也会对计算结果产生很大的影响,因此讨论中不涉及这2个样品的Isr值。其余数据集中于0.714~0.720。Nd同位素比值143Nd/144Nd=0.511 77~0.511 90,εNd(t)值介于-15.22 ~-13.3,平均为-14.46。

5 讨论 5.1 锆石U-Pb年龄的地质意义

根据国际地层表(2015年)采用145 Ma作为白垩系-侏罗系的界线年龄,研究区火山活动时代介于163~145 Ma,属于晚侏罗世,并且从底到顶火山岩相出露完整,各旋回演化规律清楚,火山机构面貌清晰,这是目前为止浙南地区发现的最完整的晚侏罗世火山岩剖面。近几年开展的地质调查项目中,在浙东南地区已发现零星的晚侏罗世火山岩,如在丽水市云和县南坑村、坑口村两地的大爽组火山岩中分别获得152 Ma和154 Ma的成岩年龄,在嵊州市长乐镇东园一带大爽组底部火山碎屑岩和安山岩中分别获得154 Ma和145 Ma的成岩年龄,这些地区晚侏罗世火山岩之上多被早白垩世火山物质覆盖,出露有限。本研究区出露大面积的晚侏罗世火山岩,其总厚度可达3000 m以上,表明浙东南大规模的火山活动始于晚侏罗世,而非早白垩世。

5.2 火山岩成因探讨

研究区火山岩以酸性火山岩为主,属于高钾钙碱性火山岩,具有右倾轻稀土富集的分配模式,以及K、Rb、Th、U、Zr富集和Ta、Nb、Sr、P、Ti亏损的微量元素特征。岩石Th/Ta比值大都集中于6.25~20.56,与活动大陆边缘火山岩特征(Th/Ta=6~20)基本一致,少量样品偏向洋内岛弧火山岩(Th/Ta略大于20)(Michael, 2000)。在Th/Ta-Yb和Ta/ Yb- Th/ Yb构造环境判别图解上,样品主要落在活动大陆边缘区,少部分落入洋内岛弧区域(图 8ab)。火山岩Sr含量极低,介于7.0×10-6~267.0×10-6,并且除3个样品>100×10-6,其他都<61.4×10-6,Y和Yb含量较高,分别为9.72×10-6~47.93×10-6、0.78×10-6~4.79× 10-6,平均分别为20.55×10-6和2.23×10-6,这种低Sr高Yb特征也显示其物源具有岛弧地壳熔融特征(张旗等, 2006, 2010)。在Rb/10-Hf-Ta*3三角图解(图 8d)中,样品点均落入碰撞大地构造环境的花岗岩区域;在里特曼-戈蒂尼指数图(图 8c)上,投影点均落入造山带火山岩区,并且多数位于日本岛弧火山岩平分线右侧;利用Pearce et al.(1984)判别花岗质岩石构造环境的Rb-(Yb+Ta)和Rb-(Y+Nb)相关图解(图 8ef)对研究区火山岩构造环境进行判别,各样品主要显示火山弧和碰撞花岗岩过渡特征。以上构造环境判别结果表明,研究区晚侏罗世火山岩形成可能与板块俯冲作用有关。

图 8 火山岩构造环境判别图解 a—Yb-Th/Ta图解(Michael et al., 2000);b—Ta/Yb-Th/Ta图解(Michael et al., 2000);c—火山岩戈蒂尼—里特曼指数图解(A区—非造山带地区火山岩;B区—造山带地区火山岩(岛弧及活动大陆边缘);C区—A区、B区派生的碱性、富碱岩;J—日本火山岩);d—Rb/10-Hf-Ta*3三角图解(Wood,1980);e—Rb-(Yb+Ta)图解;f—Rb-(Y+Yb)图解(VAG—火山岛弧;WPG—板内;syn—COLG-同碰撞;ORG—洋中脊) Fig. 8 Discrimination diagrams illustrating tectonic setting of the volcanic rocks a-Yb-Th/Ta diagram (after Michael et al., 2000); b-Ta/Yb-Th/Ta diagram (after Michael et al., 2000); c-logσ-logτ diagram (A-Non-orogenic volcanic zone; B-Orogenic volcanic zone; C-Alkaline and alkaline-rich derived from A and B; J-Japanese volcanic rocks); e- Rb-(Yb+Ta) diagram; f- Rb-(Y+Yb)diagram (VAG-Volcanic arc; WPG-Within plate; syn-COLG-Syn-collisional; ORG-Mid-ocean ridge)

研究区火山岩的Isr值大部分低于大陆地壳的平均值0.7190,高于地壳与地幔的分界值0.7060。在Sr初始值与时间关系图中,主要落入下部壳源区域(图 9),一个数据显示上部壳源型特征,显示岩浆来源总体具有下部壳源型特征。Nd模式年龄(tDM)是最常用来描述地壳中该同位素体系特征的重要参数之一,它可以把Nd同位素演化与地壳演化的时间联系起来。现有研究表明,岩浆结晶分异过程会导致Sm/Nd值的明显变化,对tDM计算结果要产生较大影响。为了在最大程度上减少这种影响,本文采用两阶段演化模式tDM计算公式和参数,计算结果列于表 6。由表中可以看出,研究区火山岩的t2DM值位于2.03~2.17 Ga,与华夏地块基底变质岩的Nd模式年龄相似(1.8~2.2 Ga)(陈江峰等,1999),表明其物质来源与基底变质岩具有较大相关性。低的tDM年龄表明其源区中含有较多的地幔组分,反之则表明源区以古老地壳组分为主,因此不难得出,测区火山岩物源主要以壳源为主。另外研究区火山岩Sr含量较低,为7.0×10-6~267.0×10-6,与区域内基底古老的变质基底的Sr含量(81.53×10-6~357×10-6)(袁忠信等,1991聂永红,1995)相似,也间接表明物质来源与基底变质岩的相关性。由此有理由认为研究区晚侏罗世火山岩岩浆来源是由先存的变质岩基底经部分熔融形成的。

图 9 火山岩年龄-Isr值图 M—幔源型;MC—壳幔混合源;C-1—下部壳源型;C-2—上部壳源型 Fig. 9 Age-Isr of volcanic rocks M-Mantle source; MC- Crust and mantle source; C-1-Lower crust; C-2-Upper crust
表 6 火山岩Sr-Nd同位素组成 Table 6 Sr and Nd isotopic compositions of volcanic rocks

华南早中生代晚期构造体制经历了从古特提斯构造域陆陆碰撞向滨太平洋构造域大洋板块俯冲的转换,构造体制转换的时代在早—中侏罗世(陈培荣等,1999舒良树等,2002邢光福等, 2002, 2008Zhou et al., 2006董树文等,2008Shu et al., 2009王对兴等,2015)。研究者在浙江的毛弄组、湘南、赣南、闽西南及粤东北一带均发现部分早中生代(180~190 Ma)的火山岩,其板内拉斑玄武岩和流纹质火山岩构成双峰式组合特征,指示了该时期华南处于拉张环境。在进入中晚侏罗世后(约165 Ma),区域逐渐进入太平洋板块构造域(Shu et al., 2009),在太平洋板块的俯冲作用下,区内逐渐进入挤压的大陆边缘弧环境,经历了挤压造山-剪切拉张过程(邢光福等,2002)。由于太平洋板块的俯冲作用,导致了俯冲带地壳广泛熔融,形成了本区大面积的晚侏罗世火山岩。

5.3 区域对比

如前所述,浙江省磨石山群火山岩的火山喷发时代主要处于早白垩世,时限大致为140~118 Ma,与研究区的晚侏罗世火山活动存在较大时间差。据俞云文等(2001)研究,浙东南磨石山群下部εNd(t)值主要集中于-11~-8,磨石山群上部εNd(t)值主要集中于-7.7~-6.4,而位于磨石山群之上的永康群、天台群和衢江群的εNd(t)值主要集中于-7.5~+0.1,可见浙东南火山岩随着火山岩浆演化,εNd(t)值具有递增趋势,研究区火山岩也符合这一规律,εNd(t)值介于-15.22~-13.3,明显低于浙东南其他地区的火山岩。可见研究区晚侏罗世火山岩与区域上磨石山群火山岩在火山活动时代以及同位素组成特征等方面均存在一定差异,不易笼统地将晚侏罗世火山岩归入磨石山群地层中。区域上与该套火山岩时代相当的地层是中侏罗世毛弄组,其主体岩性为一套含火山碎屑岩的含煤沉积地层,属山涧内陆河湖相碎屑沉积,因而与研究区火山岩在岩性组合、构造环境上均存在明显差异。邢光福等(2008)通过火山活动时差、区域构造环境差别、岩性岩相差别等方面对比,也认为福建省晚侏罗世火山岩与南园组为代表的早白垩世火山岩不仅分属不同的区域火山活动旋回,而且可能分属不同构造阶段的产物。通过以上对比,笔者认为有必要将此套晚侏罗世火山岩进行单独划分,以便今后地质工作中对比、研究。鉴于本次发现的大面积晚侏罗世火山岩主要分布于“江浙之巅”黄茅尖一带,且火山活动具有连续演化的特征,反映了火山活动由“强-弱-停止”的一个完整演化过程,笔者建议在浙江省磨石山群火山岩之下新建“晚侏罗世黄茅尖群”地层单位,并依据火山活动旋回特征再分若干“组”级地层单位。

6 结论

(1)在浙南龙泉地区发现大面积的晚侏罗世火山岩,表明浙江省大规模的火山活动始于晚侏罗世,而非早白垩世,这为浙闽邻区火山活动及火山地层划分对比,乃至整个华南地区中生代构造演化研究提供了新资料。

(2)利用锆石U-Pb同位素测年技术,确定了晚侏罗世火山活动时限为163~145 Ma。

(3)岩石地球化学特征表明,研究区晚侏罗世火山岩具有高硅、高钾、富碱、低磷、贫铁镁的特征,属于过铝质高钾钙碱性系列岩石,其形成与晚中生代太平洋板块俯冲作用有关。Sr-Nd同位素特征表明其岩浆来源于下部地壳,与基底变质岩有关。由于太平洋板块的俯冲作用,导致了下部地壳广泛熔融,形成了龙泉地区大规模的火山岩浆活动。

(4)为了与早白垩世磨石山群区分,建议新建“晚侏罗世黄茅尖群”地层单位。

注释

浙江省地质调查研究院. 2013. 1:5万双溪镇、丽水市、大港头镇、章村幅区域地质调查报告.

南京地质调查中心. 2014. 1:5万崇仁镇、长乐镇、巍山镇、岭口幅区域地质调查报告.

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