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  中国地质 2021, Vol. 48 Issue (5): 1580-1595  
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武彬, 张雪辉, 余峰, 孙建东, 张勇, 吕劲松, 徐敏成, 高天山, 叶现韬. 2021. 江西婺源东坑口酸性岩体年代学及成因研究[J]. 中国地质, 48(5): 1580-1595.  
Wu Bin, Zhang Xuehui, Yu Feng, Sun Jiandong, Zhang Yong, Lü Jinsong, Xu Mincheng, Gao Tianshan, Ye Xiantao. 2021. Geochronology and genesis of Dongkengkou acid pluton in Wuyuan, Jiangxi Province[J]. Geology in China, 48(5): 1580-1595. (in Chinese with English abstract).  

江西婺源东坑口酸性岩体年代学及成因研究
武彬1, 张雪辉1, 余峰2, 孙建东1, 张勇1, 吕劲松1, 徐敏成1, 高天山1, 叶现韬3    
1. 中国地质调查局南京地质调查中心, 江苏 南京 210016;
2. 江山市自然资源和规划局, 浙江 江山 324100;
3. 河海大学海洋学院, 江苏 南京 210098
摘要:文章选取赣东北地区东坑口酸性岩体作为研究对象,对酸性岩体的岩相学、年代学及锆石原位Hf同位素、岩石地球化学进行研究。通过LA-ICP-MS锆石U-Pb定年得出东坑口酸性岩体中花岗斑岩的年龄为(134.25±0.99)Ma,花岗闪长斑岩加权平均年龄为(132.6±1.3)Ma,可以判断其形成时代属燕山晚期。东坑口酸性岩体主量元素地球化学特征基本一致,均为高钾钙碱性花岗岩,SiO2含量较高,铝饱和指数A/CNK值均小于1.1,属于典型的I型花岗岩;微量元素地球化学表现为富集大离子亲石元素Rb、Th、U,明显亏损高场强元素Ti、P,轻微亏损Ba、Sr的特征;酸性岩体稀土元素特征具有一致性,Eu亏损不明显。结合Hf同位素表明酸性岩体的岩浆由下地壳变质砂岩部分熔融组合形成,且东坑口岩体具有典型的埃达克岩特征,为低Mg#埃达克岩系。该酸性岩体是在陆陆碰撞过程中,碰撞挤压致使下地壳加厚以后,向伸展减薄转换的体制中形成的。产出环境为陆内造山环境,太平洋板块向华南大陆俯冲引起的弧后多阶段岩石圈伸展作用。
关键词酸性岩体    年代学    成因    地质调查工程    东坑口    婺源    江西    
中图分类号:P588.12+1;P597            文献标志码:A             文章编号:1000-3657(2021)05-1580-16
Geochronology and genesis of Dongkengkou acid pluton in Wuyuan, Jiangxi Province
WU Bin1, ZHANG Xuehui1, YU feng2, SUN Jiandong1, ZHANG Yong1, LÜ Jinsong1, XU Mincheng1, GAO Tianshan1, YE Xiantao3    
1. Nanjing center, China Geological Survey, Nanjing 210016, Jiangsu, China;
2. Jiangshan Natural Resources and Planning Bureau, Jiangshan 324100, Zhejiang, China;
3. College of Oceanography, Hohai University, Nanjing 210098, Jiangsu, China
Abstract: Dongkengkou acid pluton in northeast Jiangxi Province was selected as a study case to expound its petrography, chronology, zircon Hf isotopes and petrogeochemistry. The LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of granite porphyry and granodiorite porphyry yields ages of (134.25±0.99)Ma and(132.6±1.3)Ma respectively, indicating that the Dongkengkou pluton was emplaced during the late Yanshanian. The main element geochemical characteristics of Donggangkou acidic pluton are basically the same. They are all high-k calc-alkaline granites with high SiO2 content and aluminum saturation index A/CNK values less than 1.1, which belong to typical I-type granite. The pluton is enriched in large ion lithophile elements such as Rb, Th and U, depleted in high field strength elements such as Ti and P, and slightly depleted in Ba and Sr. The characteristics of rare earth elements in acidic rocks are consistent, but Eu deficit is not obvious. Combined with Hf isotopes, it is indicated that the magma of the pluton was formed by the partial melting of metamorphic sandstone from the lower crust. It has typical characteristics of adakite rocks with low Mg. It is inferred that the pluton was formed during the transformation from crust thickening due to collision and compression to crust thinning due to extension in the process of continent-continent collision. The tectonic environment is intracontinental orogen. The subduction of the Pacific plate to the South China Continent results in the back-arc multi-stage lithospheric extension.
Key words: acid pluton    chronology    genesis    geological survey engineering    Dongkengkou    Wuyuan    Jiangxi    

1 引言

东坑口酸性岩体位于钦杭成矿带内的核心部位(图 1),钦杭成矿带内分布了大量的燕山期岩体,是华南地区燕山期岩浆岩研究的重要地带,前人对钦杭成矿带东段燕山期岩体和矿床做过大量的研究,并划分了“两期四阶段”(李晓峰等,2009Guo et al,2012丰成友等,2012黄兰椿,2012杨泽黎等,2014陈国华等,2015吕劲松等,2017张志辉等,2020)。近年来地质找矿工作在东坑口酸性岩体附近发现了多处钨钼小矿点,现已构成了一个矿化集中区,显示了东坑口酸性岩体在婺源地区钨钼多金属成矿作用中的重要地位。然而,东坑口酸性岩体目前还没有开展系统性的地球化学和年代学分析等研究工作。对认识酸性岩体的构造环境有一定的局限性。因此,本文对东坑口酸性岩体中花岗闪长斑岩和花岗斑岩进行详细研究,从而对进一步研究钦杭成矿带燕山期岩浆活动和大地构造背景提供数据和理论支持,并为该地区的成矿潜力预测提供理论依据。

图 1 东坑口地质图(据江西省有色四队, 2017, 有修改) 1—第四系;2—郑家坞岩组二段;3—郑家坞岩组一段;4—花岗斑岩;5—花岗闪长斑岩;6—石英闪长玢岩;7—花岗闪长岩;8—闪长岩;9—二长花岗岩;10—基性岩脉;11—石英脉;12—钻孔位置;13—角岩化带;14—地质界线、断层 Fig. 1 Geological map of Dongkengkou (modified from Jiangxi Nonferrous No.4 Geological Party, 2017) 1-Quaternary; 2-Zhengjiawu Formation; 3-Zhengjiawu Formation; 4-Granite porphyry; 5-Granodiorite porphyry; 6-Quartz diorite porphyry; 7-Granodiorite; 8-Diorite; 9-Monzonitic granite; 10-Mafic dike; 11-Quartz Vein; 12-Drill hole location; 13-Hornblende zone; 14-Geological boundary and fault
2 地质及矿化特征

东坑口酸性岩体出露受进贤—婺源断裂控制,呈北东向分布。酸性岩体岩性以花岗斑岩为主,呈稀疏分布(图 1)。岩体边部出露地层为新元古代郑家坞岩组,其下部岩性为灰绿色绢云母板状千枚岩,偶夹千枚状变沉凝灰岩、变细碧岩、变角斑岩。上部岩性为灰绿色薄—厚层状砂质板状千枚岩与绢云板状千枚岩互层,夹少量深灰绿色厚层状变细碧岩。

东坑口酸性岩浆岩群沿北东向断裂构造侵入,呈岩脉、岩墙、小岩株状产出,面积约0.4 km2。岩性主要有花岗闪长斑岩、石英闪长玢岩、花岗斑岩。

石英闪长玢岩(图 2ab):主要矿物为斜长石、石英、碱性长石、角闪石、黑云母。斜长石斑晶含量(25%),粒径1~4 mm,自形较好。石英斑晶含量(8%),他形粒状,粒径0.6~2 mm。碱性长石含量约5%,粒度1~4 mm,常见卡式双晶。基质具微晶结构,主要由角闪石、黑云母微—细晶、微晶长英质矿物和隐晶质物质组成,黄铁矿化,多以石英黄铁矿化细脉发育,脉厚0.5~2 mm。岩石多有程度不同的碳酸盐化、绢云母化现象,偶见较强绿帘石化,局部见云母化褪色蚀变现象。

图 2 有关岩石的野外及镜下特征 a—石英闪长玢岩;b—石英闪长玢岩(正交);c—花岗闪长斑岩;d—花岗闪长斑岩(正交);e—花岗斑岩中辉钼矿;f—石英斑晶(正交);Bt—黑云母;Pl—斜长石;Q—石英;Kfs—钾长石 Fig. 2 Field and microscopic features of rocks a-Quartz diorite porphyry; b-quartz diorite porphyry (orthogonal); c-Granodiorite porphyry; d-Granodiorite porphyry (orthogonal); e-Molybdenite in granite porphyry; f-Quartz porphyry (orthogonal); Bt-Biotite; Pl-Plagioclase; Q-Quartz; Kfs-Potassium feldspa

花岗闪长斑岩:斑状结构,斑晶主要由斜长石、碱性长石、石英组成(图 2cd)。斜长石(20%)呈宽板状,短柱状,粒度多为0.5~6 mm,斜长石大量发育聚片双晶,环带结构发育,局部见嵌晶结构,碱性长石含量(10%),呈半自形—自形。石英粒度多为1~3 mm,边部多被熔蚀呈浑圆状。基质中碳酸盐化强烈,碳酸盐矿物呈团块状分布,普遍见星点状黄铁矿化,局部见脉状黄铁矿化。

花岗斑岩:斑状结构,块状构造,斑晶主要由钾长石、石英、斜长石组成(图 2ef),均为半自形。钾长石(10%),粒度介于0.5~5 mm,可见卡式双晶,发生了较强烈的黏土化和绢云母化;石英(25%)粒度以1.5~4 mm为主,可见港湾状、穿孔状熔蚀。基质主要由钾长石、石英、斜长石组成,岩石中辉钼矿矿化发育,呈浸染状、条带状分布,矿化发育地段,热液蚀变强烈,表现为硅化,石英脉发育。

结合地质矿产调查成果发现沿进贤—婺源断裂带断续分布有W、Cu、Mo矿化,且化探异常亦呈带状分布。钻孔验证发现钼矿体及铜矿化体。矿体主要产于燕山期花岗斑岩侵入体内外接触带。东坑口酸性岩体与W、Cu、Mo矿化关系密切,黄铁矿、黄铜矿、辉钼矿主要分布于花岗斑岩中的石英细脉和裂隙中,矿化不均匀,呈薄细脉状和浸染状分布,矿化地段硅化强烈。在郑家坞岩组与燕山期花岗斑岩及花岗闪长岩外接触带,岩石硅化强烈,蚀变主要为硅化和黄铁矿化,伴有绿泥石化、绢云母化和褐铁矿化。有用矿物为辉钼矿、黄铜矿,其他矿物为黄铁矿、石英、钾长石、绢云母等。岩体为隐伏—半隐伏产出于主构造带内,受构造带两侧主断裂控制,呈多期次杂岩体,透镜状或板状产出。岩性以花岗斑岩、花岗闪长岩、石英闪长岩为主。根据矿化蚀变特征及年代学成果,结合前人对钦杭成矿带东段成矿规律研究成果,东坑口酸性岩体成矿专属性与钨钼成矿相关(吕劲松,2017)。

3 样品和分析方法

本文对4件花岗斑岩和花岗闪长斑岩样品进行了岩石化学、稀土微量元素分析,对2件花岗斑岩样品开展了锆石LA-ICP-MS定年,同时对两种岩石进行了镜下鉴定。样品均采自钻孔ZK5102中,由于岩石蚀变较强,野外采集样品时,尽量采集新鲜、远离矿化蚀变的样品。

锆石的挑选采用了传统的人工重砂法和磁选法,首先从样品中初步挑选出锆石单矿物,然后利用显微镜从其中再挑选出晶体形态完好的,没有裂缝和包体的锆石单矿物,排放整齐之后将其安置在环氧树脂中制靶,并将其抛光,再利用反射光和阴极发光扫描电镜拍摄锆石的图像。最后参照锆石图像对其进行综合分析,以检查锆石内部结构信息,从中挑选出岩浆环带明显、无缝隙和包体的岩浆锆石定年。本次选取东坑口酸性岩体中的花岗斑岩、花岗闪长斑岩作为测试对象,对其进行锆石U-Pb定年及锆石原位Hf同位素测试。实验是在南京大学内生内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室完成的。测试使用与New Wave 213 nm激光取样系统连接起来的Agilent 7500a ICP-MS完成。分析过程中,激光束斑直径采用20~30 μm,频率为5 Hz。样品经激光剥蚀后,由He气作为载气,再和Ar气混合后进入ICP-MS进行分析。U-Pb分馏据澳大利亚锆石标样GEMOC GJ-1(Jackson et al., 2004) 来校正,锆石标样Mud Tank(Black and Gulson, 1978)作为内标,控制分析精度。每个测试流程的开头和结尾分别测2个GJ标样,另外测试1个MT标样和10~15个待测样品点。U-Pb年龄和U、Th、Pb的计数由GLITTER软件(ver.4.4)(www.mq.edu.au/GEMOC)在线测得。详细的分析方法和流程参考文献(Griffin et al., 2004Jackson et al., 2004)。因为204Pb的信号极低,以及载气中204Hg的干扰,该方法不能直接精确测得其含量,因此,使用嵌入EXCEL的ComPbCorr#3_15G程序(Andersen,2002)来进行普通铅校正。

锆石原位Hf同位素测试仪器采用的是Thermo Neptune plus多接收等离子质谱仪(MC-ICP-MS)、激光剥蚀系统为New wave UP 193,实验过程中采用He作为剥蚀物质载气。根据显微镜下观察得出的锆石的大小,采用的激光剥蚀的直径为35 mm,激光的频率为8 Hz,激光剥蚀的时间为26 s。实验过程中使用MT-1和Penglai作为测试过程中的标准样,用于确保实验数据的准确性,实验过程中2个标样的176HF/177Hf比值为0.282655 ± 0.000012(n=13,2σ)和0.0282915±0.000021(n=11,2σ),数据均在误差允许范围之内(侯可军等,2007)。

4 锆石U-Pb年龄

分析结果详见表 1,代表性锆石颗粒的阴极发光(CL)图像及测定点位相应的206Pb/238U年龄示于图 3图 4

表 1 东坑口酸性岩体花岗斑岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄测定结果 Table 1 Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating of granite porphyry in Dongkengkou pluton
图 3 花岗斑岩中锆石阴极发光图像及U-Pb年龄谐和图 Fig. 3 Zircon cathodoluminescence images and U-Pb age of granite porphyry
图 4 花岗闪长斑岩中锆石阴极发光图像及U-Pb年龄谐和图 Fig. 4 Zircon cathodoluminescence images and U-Pb age of granodiorite porphyry

花岗斑岩测试的锆石在单偏光镜下呈淡棕—棕黄色,透明—半透明状,形态上呈柱状或长柱状,直径150~350 μm,长宽比为2∶1~3∶1。花岗斑岩样品中锆石阴极发光(CL)图像上可见典型岩浆锆石韵律环带。本次测定的19个锆石样品中,Th/U值介于0.08~0.79,平均为0.28(表 1),符合燕山期岩浆锆石特征(李长民,2009)。花岗斑岩19个测点206Pb/238U年龄全在谐和线上,表示锆石未遭受明显的后期热事件影响,没有发生显著的Pb丢失,且集中于129~142 Ma,其206Pb/238U加权平均年龄为(134.25±0.99)Ma(n=19,MSWD=0.35),代表花岗斑岩的成岩年龄,也即中酸性侵入岩岩浆最终结晶年龄,因此东坑口花岗斑岩属于燕山晚期岩浆活动产物;花岗闪长斑岩锆石在单偏光镜下呈淡棕—棕黄色,透明—半透明状,形态上呈柱状或长柱状,直径150~400 μm,长宽比为2∶1~4∶1。岩样品中锆石阴极发光(CL)图像(图 4)上可见典型岩浆锆石韵律环带。19个测点206Pb/238U年龄全在谐和线上,表示锆石未遭受明显的后期热事件影响,没有发生显著的Pb丢失,且集中于127~134 Ma(图 4),其206Pb/238U加权平均年龄为(132.6±1.3)Ma(n=19,MSWD=0.44),代表花岗闪长斑岩的成岩年龄,也是岩浆最终结晶年龄,因此东坑口花岗闪长斑岩属于燕山晚期岩浆活动产物。

5 岩石地球化学特征

从东坑口花岗闪长斑岩、花岗斑岩地球化学分析结果(表 2)可知:花岗闪长斑岩SiO2含量介于67.58%~69.04%,平均为68.31%;TiO2含量介于0.36%~0.42%,平均为0.39%;MgO含量介于1.04%~1.12%,平均为1.08%;CaO含量介于2.12%~2.14%,平均为2.13%;Na2O含量介于3.64%~3.99%,平均为3.82%;K2O含量介于3.82%~4.08%,平均为3.95%;TFeO含量介于1.94%~2.44%,平均为2.19%。里特曼指数(σ)介于2.14~2.65,(Na2O+K2O)含量介于7.46%~8.07%,K2O含量略大于Na2O,在SiO2-K2O图解上,花岗闪长斑岩样品均投在高钾钙碱性区域内。Al2O3含量介于14.71%~15.30%,平均为15.01%,含量较高,A/CNK值介于1.03~1.05,A/NK值介于1.39~1.45, 平均值为1.42,在A/CNK-A/NK图解中(图 5),花岗闪长斑岩样品均投在过铝质范围内, 花岗闪长斑岩为过铝质高钾钙碱性花岗岩。花岗斑岩主量元素特征:SiO2含量介于67%~68.91%,平均为67.96%;TiO2含量介于0.32%~0.35%,平均为0.34%;MgO平均含量为0.94%;CaO含量介于2.25%~2.64%,平均为2.45%;Na2O含量介于3.03%~3.95%,平均为3.49%;K2O含量介于4.10%~4.96%,平均为4.53%;TFeO含量介于1.60%~1.87%。里特曼指数(σ)介于2.46~2.70,(Na2O+K2O)含量介于7.13%~8.91%,Al2O3含量介于14.41%~15.07%,A/CNK值介于0.96~1.00,A/NK值介于1.38~1.39。在A/CNK-A/NK图解中,花岗斑岩样品均投在准铝质范围内。可见,花岗斑岩和花岗闪长斑岩均为亚碱性花岗岩,化学性质上均为高钾钙碱性系列,且铝饱和指数均<1.1,花岗闪长斑岩的铝饱和指数略大于花岗斑岩。

表 2 东坑口酸性岩体主量(%)微量元素含量(10-6 Table 2 Contents of major (%) and trace elements (10-6) of Dongkengkou pluton
图 5 东坑口酸性岩体花岗岩类型和系列划分图解(据Middlemost, 1994Frost,2001) Fig. 5 Diagram of granite types and series of Dongkengkou pluton (after Middlemost, 1994; Frost, 2001)

在东坑口酸性岩体微量元素原始地幔标准化图解上(图 6),花岗闪长斑岩、花岗斑岩的微量元素蛛网图形态极为相似,具有相似的配分模式,表明二者具有同源特征。由表 2可知,Rb/Sr比值介于0.15~0.64,平均值为0.38,略高于中国东部上地壳的平均值(高山等,1999);花岗闪长斑岩、花岗斑岩的Rb/Nb比值介于26~39,平均值为34,明显高于中国东部上地壳的平均值(高山等,1999);岩体的U含量介于16×10-6~18.6×10-6,平均值为16.98×10-6,高于中国东部上地壳的平均值(1.5×10-6)(高山等,1999),说明岩浆来源于地壳深部。花岗闪长斑岩、花岗斑岩的Nb/Ta比值介于10.75~12.75,平均值为12,略低于地壳的平均值(Defant et al., 1993),说明岩浆具有壳源特征。Sr/Y值大于40,表明形成岩体的岩浆源区残留相有石榴子石,Sr/Y比值小于40,说明形成岩体的岩浆岩源区残留相无石榴子石,有长石(陈小明等,2002),东坑口岩体的Sr/Y值介于36.08~69.57,总体大于40,表明岩浆源区残留石榴石相。

图 6 东坑口岩体微量元素蛛网图(标准值据Thompson et al., 1982 Fig. 6 Spider-web map of trace elements in Dongkengkou pluton (normalized values from Thompson et al., 1982)

微量元素富集大离子亲石元素(LILE)Rb、Ba、U、Sr,明显亏损Ta、Ti、Nb、P、Zr等高场强元素(HFSE)。这些微量元素特征可以说明在岩浆的演化过程中可能存在富Ti相矿物、磷灰石以及角闪石的分离结晶。且东坑口酸性岩体的微量元素特征与俯冲板块俯冲形成的花岗岩的微量元素特征相似。岩石强烈亏损P表明岩浆岩源有磷灰石等富含P的矿物残留,岩石强烈亏损Ti,表明岩浆岩源区可能有钙钛石、金红石等富含Ti的矿物残留。东坑口酸性岩体具有Nb亏损的特征,Nb亏损表明原生岩浆来源于陆壳的典型标志(Jahn et al., 1999),表明东坑口酸性岩体的原生岩浆来源于陆壳。

花岗闪长斑岩的稀土元素总量∑REE介于145.24 × 10-6~190.532 × 10-6(不含Y),平均值为167.89 × 10-6。轻重稀土比值LREE/HREE介于16.93~25.72,平均值为21.3。(La/Yb)N=37.66~61.53,平均为49.60,轻重稀土分馏明显,稀土元素配分图呈右倾型,轻稀土明显富集,重稀土明显亏损(图 7)。δEu=0.82~0.86,平均值为0.84,Eu亏损不明显;花岗斑岩的的稀土元素总量∑REE介于125.18×10-6~179.33×10-6(不含Y),平均值为152.26×10-6。轻重稀土比值LREE/HREE介于19.67~25.84,平均值为22.76。(La/Yb)N=39.65~62.98,平均值为51.30,轻重稀土分馏明显,稀土元素配分图呈右倾型,轻稀土明显富集,重稀土明显亏损(图 7)。δEu=0.84~0.86,平均值为0.85,Eu亏损不明显。花岗闪长斑岩的稀土元素总量(∑REE)和(La/Yb)N值较花岗斑岩略高,花岗斑岩的LREE/HREE值较花岗闪长斑岩略高,花岗闪长斑岩和花岗斑岩的稀土元素特征具有相似性:二者的LREE/HREE值和(La/Yb)N值均较大,反映其轻稀土和重稀土分馏程度高;均富集轻稀土元素、亏损重稀土元素,轻重稀土分异十分明显,不具明显的Eu亏损,稀土元素配分图中球粒陨石标准化曲线均为向右陡倾型。

图 7 东坑口酸性岩体稀土元素球粒陨石标准化曲线图(标准值据Boynton, 1984 Fig. 7 Standardized curve of rare earth element chondrite in Dongkengkou pluton (normalized values after reference Boynton, 1984)

锆石形成时的Lu-Hf初始比值可以由Lu-Hf比值代表,为其在成因方面的研究提供重要信息(吴福元等,2007)。

对锆石U-Pb定年的样品,笔者也进行了原位锆石Hf同位素组成测定,测定结果见表 3,东坑口花岗斑岩共分析了19颗锆石的Hf同位素组成(图 8),锆石176Yb/177Hf值介于0.032061~0.076041;176Lu/177Hf值介于0.000744~0.001911;176Hf/177Hf值介于0.282249~0.282702,对应的εHft)变化范围为-16.01~-0.04。提供证据εHft)-t关系图上东坑口酸性岩体的花岗斑岩的投点情况,数据点均位于下地壳。

表 3 东坑口酸性岩体花岗斑岩锆石原位Hf同位素分析 Table 3 Zircon Hf isotope data of granite porphyry in Dongkengkou pluton
图 8 εHft)-t关系图(据吴福元等,2007) Fig. 8 εHf(t)-t diagram (after Wu et al.,2007)
6 岩体成因及构造背景探讨 6.1 岩浆源区特征及成因

根据C/MF-A/MF图解可进行花岗岩岩浆源区物质的性质判别(图 9)。数据点都位于变质杂砂岩区域内,表明东坑口酸性岩体的源区以变质杂砂岩为主。根据主微量稀土分析结果可知东坑口酸性岩体的源区物质是壳源物质为主,且主要来源于下地壳。

图 9 东坑口酸性岩体的C/MF-A/MF(据Altherr et al., 1998)图解 Fig. 9 C/MF-A/MF diagram of Dongkengkou pluton (according to Altherr et al.,1998)

东坑口酸性岩体Y含量介于9.2×10-6~13.8×10-6;Yb元素含量介于0.54×10-6~0.94×10-6,Sr的平均含量为915×10-6,Sr/Y值平均为77.90,La/Yb值介于27.01~61.63。花岗斑岩的Y含量介于8.89×10-6~9.45×10-6;Yb元素含量介于0.50×10-6~0.55×10-6,平均值为0.53×10-6;Sr含量平均为438×10-6;Sr/Y值平均为48.13;La/Yb值介于39.65~62.98。通过Y-(Sr/Y)和YbN-(LaN/YbN)图解(图 10)可判别东坑口酸性岩体均为埃达克岩。根据埃达克岩形成时物质来源的不同将其分为3类:①地幔重熔而形成的高Mg埃达克岩系(HMAs);②以俯冲板块(榴辉岩相)重熔体为主,还伴随有地幔重熔体混入的高Mg#埃达克岩系;③以俯冲板块(榴辉岩相)重熔为主,地幔重熔体的作用和影响非常轻微低的低Mg#埃达克岩系(董申保,2004)。东坑口酸性岩体SiO2含量介于59%~70%,Mg#介于0.45~0.51,总体偏低,属于该分类体系下的低Mg#埃达克岩系,表明东坑口酸性岩体的岩浆来源主要为俯冲板块(榴辉岩相)重融。太平洋板块向华南大陆俯冲引起的华夏和扬子陆块在钦杭结合部位强烈挤压,致使下地壳加厚。产出环境为陆内碰撞造山环境向伸展作用转换阶段,与邢光福等(2017)认为钦杭成矿带在燕山期表现为早期挤压、晚期伸展,变化时间大约在140 Ma较为一致。

图 10 东坑口斑岩体Y-Sr/Y(a)和YbN-(LaN/YbN)(b)判别图(据Defan et al., 1990Martin,1999 Fig. 10 Y-Sr/Y(a) and YbN-(LaN/YbN)(b) discriminant diagrams of Dongkengkou (after Defan et al., 1990; Martin, 1999)

大陆地壳具有最低的Nb/Ta值为11.0~12.3,亏损地幔Nb/Ta值为15.5±1(Rudnick et al., 2009),原始地幔Nb/Ta值17.5(McDonough et al., 1995)。东坑口酸性岩体的Nb/Ta值介于11~12.74,平均值为12,符合在大陆地壳的值范围内。岩石中Ni和Cr含量以及MgO#值总体偏低,而FeO/MgO值较高,说明受地幔中橄榄岩混染很少。因此东坑口酸性岩体不是来源于底侵或拆沉下地壳物质重熔。根据特征元素图解(图 11),东坑口酸性岩主要位于增厚下地壳形成的埃达克质岩范围内。因此,研究区内酸性岩体应是增厚下地壳部分重熔形成,其高钾钙特征可能是上地壳物质的混染所造成。

图 11 研究区中酸性岩石SiO2-MgO(a)、SiO2-K2O(b)、SiO2-Yb(c)、SiO2-δEu(d)图解(图解据王强等, 2002, 据2004 Fig. 11 Diagrams of SiO2-MgO(a), SiO2-K2O(b), SiO2-Yb(c) and delta SiO2-δEu(d) of intermediate and acidic rocks in the study area (the diagrams from Wang Qiang et al., 2002, 2004)

东坑口酸性岩体,从主量元素特征分析,岩体CaO含量介于2.12%~2.64%,SiO2含量介于67%~69.04%,(K2O+Na2O)含量介于7.46%~8.07%,平均值为7.89%,不具备A型花岗岩低钙、高SiO2和碱的特征,从微量元素特征分析,岩体的Zr+Nb+Ce+Y值较A型花岗岩偏低,不具备贫Sr、Eu、Ba、Ti的特征,且没有P和Eu的强烈亏损,不具备A型花岗岩的特征(张旗,2012)。从稀土元素特征分析,岩体稀土元素配分曲线无明显Eu负异常,与A型花岗岩稀土配分曲线特征不一致。所以,东坑口酸性岩体不是A型花岗岩。东坑口酸性岩体从矿物组合特征上来看,并没有堇青石、白云母等S型花岗岩具有的典型过铝质矿物。从稀土元素特征上来看,岩体的稀土元素配分图与S型花岗岩的海鸥式稀土元素配分图不一致。东坑口酸性岩体的含铝指数A/CNK的值都小于1.1,而S型花岗岩含铝指数A/CNK值一般大于1.1。可见,东坑口酸性岩体为I型花岗岩,与前人在钦杭带上同时代与钨钼成矿有关岩体类型相同(陈雪霏等,2013唐燕文等,2013)。

6.2 成岩构造环境判别

东坑口岩体在Y-Nb和(Y+Nb)-Rb构造环境判别图(图 12)中,花岗闪长斑岩和花岗斑岩数据投点落在火山弧花岗岩和碰撞花岗岩分界线附近,显示东坑口酸性岩体形成的构造环境可能是陆内造山阶段的板块碰撞结合带环境。

图 12 东坑口酸性岩体Nb-Y(a)与Rb-(Y +Nb)构造环境判别图解判别图(b)(底图据Pearce et al., 1984 VAG—火山弧花岗岩;ORG—洋中脊花岗岩;WPG—板内花岗岩;Syn—COLG—同碰撞花岗岩 Fig. 12 Discriminant diagram of Nb-Y(a) and Rb-(Y +Nb)(b) showing tectonic environment of Dongkengkou pluton (b) (Base figure from Pearce et al., 1984) VAG-Volcanic arc granite; ORG-Mid-ocean ridge granite; WPG-Intraplate granite; Syn-COLG-collisional granite

东坑口酸性岩体微量元素分析结果表明二者皆富集大离子亲石元素(LILE),如Rb、Ba、U、Sr,而且还明显亏损高场强元素(HFSE),如Ta、Ti、Nb、P、Zr等。这些微量元素地球化学特征和与俯冲有关的花岗岩类的典型特征相似。说明东坑口酸性岩体的形成可能与板块俯冲作用有关;在岩石学特征上东坑口酸性岩体富含黑云母矿物,不含白云母和堇青石。东坑口酸性岩体矿物组合的特征与富钾及钾长石斑状钙碱性花岗岩类(KCG)的矿物组合相同,可以推断东坑口酸性岩体属于富钾及钾长石斑状钙碱性花岗岩(KCG),其一般产生在转换体制环境中,如在碰撞事件主峰期间分开的张弛阶段,或者是在挤压体制向拉张体制转化的过程中(Barbarin, 1999),依据以上可以推断东坑口酸性岩体形成的构造环境为陆陆碰撞挤压之后,大陆向外伸展,地壳减薄过程的大地构造环境。

三叠纪时期华南地块的不同构造单元拼接在一起,形成一个统一的整体,在这之后,它们有着相同或者相似的地质构造演化历史。东亚古特提斯构造系与古亚洲洋构造系向环太平洋主动大陆边缘转变的重要转折时期是中生代的侏罗纪,即华南燕山期岩浆活动时期(Whalen et al., 1987)。且华南在早中侏罗世经历了一次从东西向古亚洲构造域向北东、向西太平洋构造域的体制转换(毛景文等, 2004, 2007, 2008)。舒良树(2012)在研究华南地区的岩浆岩活动中提出华南地块在经过中侏罗世这一时间段内的构造体制的转换之后,其转变成为了西太平洋活动大陆边缘的一个重要的组成部分,整体的构造环境发生了改变,成为了弧后伸展区。在中国的东南部沿海地区发现了现陆缘伸展型的双峰式火山岩、双峰式侵入岩和A型花岗岩组合,通过锆石U-Pb测年测定它们大部分都属于晚中生代时期形成的岩石,说明在晚中生代时期,中国东南沿海地区即东南大陆边缘为弧后伸展区,地壳处在伸展拉张阶段。胡瑞忠等(2007)在研究华南地区的过程中提出华南地区从白垩纪开始就已经处于伸展的构造运动环境之下。谢桂青(2003)在研究华南岩浆岩活动时提出在180~160 Ma、~140Ma、~125 Ma、100~110 Ma和80~90 Ma这6个地质历史时期内,华南地区的岩石圈处在伸展运动的大地构造背景环境之下;毛景文等(2004)认为在180~155 Ma、145~125 Ma和110~75 Ma这3个时期内,华南处于一个伸展运动的阶段;邢光福等(2017)认为140 Ma左右恰处于燕山晚期挤压向伸展转换时期。

东坑口酸性岩体所在的赣东北地区发育大量燕山期形成的岩体,在总结前人研究工作的基础上,发现区域上岩体形成的时间主要集中在中侏罗世(171 Ma)和早白垩世(131~133 Ma和120 Ma)(吕劲松等,2017),这与谢桂青(2003)毛景文等(2004)提出的伸展运动的时期相符,说明该区域内的花岗岩形成的大地构造环境为太平洋板块向华南大陆俯冲引起的弧后多阶段岩石圈伸展作用。结合测得东坑口花岗斑岩岩体的成岩年龄为(134.25±0.99)Ma,地球化学元素构造环境判别及区域大地构造演化,推测该岩体形成于碰撞造山挤压向伸展转换阶段。

7 结论

(1)确定了东坑口酸性岩体花岗斑岩的锆石U-Pb年龄(134.25±0.99)Ma,花岗闪长斑岩的锆石U-Pb年龄(132.6±1.3)Ma,岩体于早白垩世侵位,属于华南燕山期晚期岩浆活动的产物,岩体成矿专属性主要为钨钼。

(2)东坑口酸性岩体中花岗斑岩和花岗闪长斑岩元素地球化学特征基本一致,均为高钾钙碱性花岗岩,铝饱和指数A/CNK值均小于1.1,属于典型的I型花岗岩。

(3)东坑口酸性岩体岩浆源区为变质杂砂岩,且岩体的源区是壳源物质,主要为下地壳;岩体的地球化学特征为典型的埃达克岩,为低Mg#埃达克岩系。

(4)区域上岩体是在陆陆碰撞之后,碰撞挤压致使下地壳加厚以后,向伸展减薄转换的体制中形成的。东坑口酸性岩体产出环境为陆内造山环境,太平洋板块向华南大陆俯冲引起华夏和扬子陆块在钦杭结合部位强烈挤压及伸展作用,推测形成于碰撞造山挤压向伸展构造转换阶段。

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