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  中国地质 2021, Vol. 48 Issue (6): 1896-1923  
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周岱, 胡军, 杨文强, 陈奇, 王祥东, 王磊, 徐德明. 2021. 粤西新兴岩体的形成时代与成因研究:对古特提斯洋东支关闭时间的约束[J]. 中国地质, 48(6): 1896-1923.  
Zhou Dai, Hu Jun, Yang Wenqiang, Chen Qi, Wang Xiangdong, Wang Lei, Xu Deming. 2021. Formation age and petrogenesis of the Xinxing pluton in western Guangdong: Constraint on the closure of the East Paleo-Tethys Ocean[J]. Geology in China, 48(6): 1896-1923. (in Chinese with English abstract).  

粤西新兴岩体的形成时代与成因研究:对古特提斯洋东支关闭时间的约束
周岱1,2, 胡军1,2, 杨文强1, 陈奇3, 王祥东1,2, 王磊1,2, 徐德明1,2    
1. 中国地质调查局武汉地质调查中心, 湖北 武汉 430223;
2. 中国地质调查局花岗岩成岩成矿地质研究中心, 湖北 武汉 430223;
3. 中国地质大学(武汉), 湖北 武汉 430074
摘要:华南板块南缘二叠纪与三叠纪之交的构造属性仍存在较大争议。对新兴岩体详细的野外调查和研究发现,新兴岩体的侵位时间为晚三叠世(240~224 Ma)而非侏罗纪,其主要岩性为细中粒-细粒斑状黑云母二长花岗岩。地球化学分析显示,新兴花岗岩具有高钾钙碱性、过铝质-强过铝质花岗岩特征,具轻稀土元素富集、重稀土元素相对亏损的右倾稀土配分模式,富集大离子亲石元素(Rb、U)而亏损高场强元素(Nb、Ta、Zr、Hf、Ti)。Sr-Nd、Lu-Hf同位素分析显示,新兴花岗岩εNdt)值介于-11.5~-10.5,εHft)值介于-2.9~-10.3,具有壳源源区特征。本次研究表明,粤西地区印支期构造-岩浆活动可能开始于~250 Ma,华南板块南缘海西-印支期岩浆作用自晚二叠世(大容山岩体)一直延续到晚三叠世(新兴岩体),且晚三叠世仍存在强烈的岩浆活动。新的证据支持古特提斯洋东段分支的关闭时间在~250 Ma,而印支板块和华南板块的陆陆碰撞拼贴一直延续到240~224 Ma。
关键词印支期    古特提斯    锆石U-Pb定年    地质调查工程    云开    华南板块    
中图分类号:P597;P581            文献标志码:A             文章编号:1000-3657(2021)06-1896-28
Formation age and petrogenesis of the Xinxing pluton in western Guangdong: Constraint on the closure of the East Paleo-Tethys Ocean
ZHOU Dai1,2, HU Jun1,2, YANG Wenqiang1, CHEN Qi3, WANG Xiangdong1,2, WANG Lei1,2, XU Deming1,2    
1. China Geological Survey, Wuhan Center of Geological Survey, Wuhan 430223, China;
2. Research Center for Petrogenesis and Mineralization of Granitoid Rocks, Wuhan 430223, China;
3. School of Earth Sciences, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China
Abstract: The tectonic framework on the southern margin of South China Block (SCB) between Permian and Triassic Periods has long been a controversial subject. The regional geological survey and research show that the Xinxing pluton in western Guangdong was emplaced in Late Triassic (240-224 Ma) rather than Jurassic, whose main lithology is medium-fine and fine-grained porphyritic monzonitic granite. The Xinxing granite is characterized by high potassium calc-alkaline and peraluminous-strongly peraluminous series, which is enriched in LREE, Rb, U, and depleted in HREE, Nb, Ta, Zr, Hf, Ti. It exhibits relatively low εNd(t) (-11.5- -10.5) and εHf(t) (-2.9- -10.3) values, showing the crustal source affinity. Therefore it is suggested that the start of the Indosinian tectonic-magmatic event in Western Gongdong probably took place in ~250 Ma. These new geochemical and geochronological evidence have furthermore restricted the timing of tectonic activities on the southern margin of SCB between later Permian (Darongshan pluton) and later Triassic (Xinxing pluton). Hence, the closure time of East Paleo-Tethys Ocean would be about 250 Ma, and the continental-continental collision between Indo-China Block and SCB continued till 240-224 Ma.
Key words: Indosinian    Paleo-Tethys    zircon U-Pb    geological survey engineering    Yunkai Terrane    South China Block    

1 引言

华南板块南缘在海西期—印支期(二叠纪至三叠纪)经历了复杂的地壳增生和改造,发生了强烈的构造-岩浆作用(图 1)。该期岩浆岩集中分布在海南岛、桂东—粤西地区和华南内陆的湘赣闽地区,以花岗岩为主,伴随少量中基性岩、碱性岩。其中,海南岛该期岩浆作用起始于270~280 Ma,并一直延续到220 Ma。湘赣闽地区岩浆岩形成时代集中于240~210 Ma。

图 1 华南及邻区二叠纪—三叠纪构造格局与主要岩浆岩分布图(据Faure et al., 2016修改) Fig. 1 Structural framework and igneous rocks of South China and its adjacent areas in the Permian-Triassic period (modified from Faure et al., 2016)

桂东—粤西地区主要出露大容山—六万大山—十万大山、那丽、那蓬等岩体,对这些岩浆岩的形成时代和构造意义尚存在较多分歧。如大容山的形成时代存在230~240 Ma(邓希光等,2004祈昌实等,2007)和250~260 Ma(彭松柏等,2004凌文黎等,2013)之争。不同研究者对这些岩浆岩所代表的地质构造演化格局的认识可大致归纳为两种机制:古特提斯洋关闭与华南板块—印支板块碰撞造山过程和古太平洋—华南板块的洋陆俯冲机制。

(1)东古特提斯洋洋盆的关闭导致了华南、印支和Sibumasu等众多陆块的碰撞拼合(Metcalfe, 2013)。其中,华南板块与印支板块之间晚古生代至早中生代分支洋盆/弧后盆地的关闭过程仍有很多不明之处。板块汇聚方式有华南板块向印支板块一侧俯冲(Faure et al., 2014; Wang et al., 2018)和印支板块向华南板块之下俯冲(Lepvrier et al., 1997; Li et al., 2016)两种主要方式。很多学者支持华南板块与印支板块陆陆碰撞开始于早—中三叠世(Lepvrier et al., 1997Faure et al., 2014Wang et al., 2018);也有学者基于海南、越南北部等地的研究认为,碰撞过程始于260 Ma(Halpin et al., 2015)、269~263 Ma(陈新跃等,2011)、287~278 Ma(谢才富等,2006a),甚至石炭纪(Metcalfe, 2013)或早古生代(Carter et al., 2001)。

(2)已有研究对古太平洋板块向华南板块俯冲的起始时间认识不一,很多学者认为俯冲起始时间应晚至180 Ma以后(Zhou et al., 2006Wang et al., 2007舒良树,2012)。然而Li and Li(2007)提出,俯冲过程在大约265 Ma或280 Ma(Li et al., 2012)可能已启动,并通过平板俯冲的方式影响到华南内陆的广大地区。此外,峨眉山地幔柱的活动(约259 Ma)也可能影响到桂东—粤西地区(赵亮等,2010焦淑娟等,2013)。

综上可以发现,在二叠纪与三叠纪之交(260~ 240 Ma),华南板块南缘可能受到古特提斯洋俯冲—碰撞机制转换、峨眉山地幔柱活动和古太平洋俯冲启动等多个构造体制的影响。造成这一分歧的原因之一是该期岩浆岩形成时代、岩石成因和构造背景的研究对大地构造格局的限定不足。本文通过粤西新兴岩体详细的野外调查和岩石学、地球化学、年代学等的研究,力图为这一关键地质问题提供新的约束。

2 地质背景与岩体特征 2.1 地质特征

新兴岩体出露于粤西新兴—恩平一带(图 1图 2),总体上受NE向的新兴—阳春断裂和恩平断裂控制,为一条宽20~40 km,长达120 km的NE向大岩基,出露面积超过3632 km2图 2a)。其西北侧见出露较小的湾边岩体(亦称湾边圩岩体、幌岗山岩体)。广东地矿局(1963)将新兴岩体划分为中侏罗世花岗岩侵入体;而广东地质调查院(2004)认为其是侏罗纪—白垩纪的复式岩体,侏罗纪为新兴岩体的主体,笔架山等单元为白垩纪侵入体。

图 2 新兴岩体地质简图 Fig. 2 Geological map of the Xinxing pluton

本次工作区域为新兴岩体西北部约500 km2的部分,基本囊括了其主要的侵入岩单元(图 2)。调查发现,新兴岩体主体为晚三叠世花岗岩,这些花岗岩侵入寒武纪、泥盆纪沉积岩中,侵入接触界面多弯曲、倾向围岩(图 3ab)。围岩显著受热接触变质作用影响,广泛形成角岩化砂岩或角岩等,角岩化带宽度100~2000 m。根据岩石学特征、相互侵入关系,可将新兴花岗岩划分为两期:第一期(ηγT31)和第二期(ηγT32)。二者接触界面附近见第二期花岗岩侵入第一期(图 3c),以及细粒边、相互包裹等现象。

图 3 新兴花岗岩与围岩接触关系(a,b)及两期花岗岩侵入接触关系(c) Fig. 3 Contact relation between Xinxing granite and country rock(a, b); Intrusive contact of two phases granites(c)
2.2 岩石学特征

新兴花岗岩第一期(ηγT31)为新兴岩体和湾边岩体的主体(图 2),其中:(1)粗中粒—细中粒巨斑状—斑状黑云母二长花岗岩(ηγT31a,中心相)集中分布在新兴岩体中部的里洞—梧洞—双悦和湾边岩体南部的云山—幌岗—云齐一带。岩石呈似斑状结构,块状构造。斑晶主要为自形板柱状的钾长石及少量斜长石和石英,含量25%~50%,长轴15~80 mm,大者可达100 mm以上,斑晶未变形而常见定向排列,形成流动构造(图 4ab图 5a)。梧洞一带见多斑花岗岩团包(图 4c),整体呈椭球状,大小为20 cm×40 cm ~40 cm×60 cm,由50%~80%的长石斑晶组成,斑晶粒径大小为30~60 mm,二者界线截然,推测为岩浆房早期结晶或局部成分不均一的产物。(2)细中粒少斑状—斑状黑云母二长花岗岩(ηγT31b,过渡相)分布面积最大,斑晶含量减少至10%~25%,长轴10~40 mm(图 5b),局部见斑晶定向排列;(3)细中粒(含斑)黑云母二长花岗岩(ηγT31c,边缘相),少量分布于新兴岩体西侧的大江—料坑—坳仔一带,偶见钾长石斑晶。第一期花岗岩不同侵入相之间呈渐变过渡关系。

图 4 新兴花岗岩岩石学特征 a~b—细中粒巨斑状黑云母二长花岗岩中斑晶定向排列;c—多斑斑状花岗岩团包;d—细粒斑状黑云母二长花岗岩中斑晶定向排列;e—细粒黑云母二长花岗岩;f~g—钾长石斑晶环带结构 Fig. 4 Characteristics of the Xinxing granite a-b-Orientation arrange of phenocryst in medium-fine-grained megaporphyritic biotite monzogranite; c-Poly-phenocryst porphyritic granite inclusion; d-Orientation arrange of phenocryst in fine-grained megaporphyritic biotite monzogranite; e-Fine-grained biotite monzogranite; f-gZonal texture of K-feldspar
图 5 新兴花岗岩镜下特征 a—细中粒巨斑状黑云母二长花岗岩(基质部分);b—粗中粒斑状黑云母二长花岗岩(基质部分);c—细粒斑状黑云母二长花岗岩;d—细粒含斑黑云母二长花岗岩;e—细粒含斑白云母二长花岗岩;f—电气石花岗岩;Kf—钾长石;Mic—微斜长石;Per—条纹长石;Pl—斜长石;Bt—黑云母;Mus—白云母;Q—石英;Tur—电气石 Fig. 5 Microscopic photos of the Xingxing granite a-Matrix of medium-fine grained megaporphyritic biotite monzogranite(groundmass); b-Coarse-medium grained porphyritic biotite monzogranite; c-Fine grained porphyritic biotite monzogranite; d-Fine grained porphyritic biotite monzogranite; e-Fine grained porphyritic mica monzogranite; f-Tourmaline granite. Kf-k-Felspar; mic-Microcline; per-Perthite; pl-Plagioclase; bt-Biotite; mus-Muscovite; q-Quartz; tur-Tourmaline

新兴花岗岩第二期(ηγT32)主要呈东西向的不规则带状分布于新兴岩体中部的笔架山—杨家宅—肇庆田一带和湾边岩体北部的云齐—西园一带,大致相当于以往所述的“笔架山侵入单元”(图 2),其中:(1)细粒少斑状—斑状黑云母二长花岗岩(ηγT32a,中心相),斑晶以自形板状的钾长石为主,含量5%~10%,长轴5~15 mm,常见斑晶定向排列,形成流动构造,基质粒径0.5~2 mm(图 4d图 5c)。(2)细粒(含斑)黑云母二长花岗岩(ηγT32b,边缘相),斑晶减少至0~5%(图 4e图 5d),局部出现少量白云母(图 5e)。不同岩相呈渐变过渡关系,局部见钾长石斑晶发育环带结构(图 4fg)。

新兴花岗岩中包含各种类型包体(图 6),其中以暗色微粒包体(MME)和壳源包体最为常见,包体分布尤以新兴太平南部的肇庆田—松根一带最为集中。肇庆田见椭球状、残块状基性包体(图 6a),大小为5 cm×8 cm~15 cm×30 cm。其北侧不远的松根一带见大量不同类型的壳源包体(图 6cd),岩性以花岗片麻岩、变质长石石英砂岩、富云包体为主,多呈混圆状,大小3~40 cm,可能为花岗岩源区岩石或捕获自围岩。里洞田排见大量电气石花岗岩包体产出(图 5f图 6ef),团包直径4~10 cm,团包核部主要由电气石、石英和少量长石组成,边部则主要为长石和石英,形似“白眼球”。这些包体无变形,附近也未见断层或热液脉体,推测为岩浆演化晚期流体活动的遗存。

图 6 新兴花岗岩第二期中产出的各类包体 Fig. 6 Various enclaves in the Xinxing granite (the second phase)
3 分析测试方法

样品的全岩地球化学分析测试均在武汉地质调查中心中南矿产资源监督检测中心完成。其中,主量元素采用XRF法,测试过程中根据同时测定的BHVO-1、AGV-1和G-2等标样来监测测试精度,分析误差 < 2%。稀土微量元素采用ICP-MS法完成,Sr-Nd同位素利用Triton TI完成,详细的样品消解处理过程、分析精密度和准确度同程顺波等(2012)

锆石挑选委托河北省廊坊市诚信地质服务有限公司采用浮选和电磁选方法完成。锆石制靶和拍照在南京宏创地质勘查技术服务有限公司完成,阴极发光拍照采用SEM场发射扫描电镜完成。

锆石U-Pb同位素定年和原位Lu-Hf同位素分析在武汉上谱分析实验室利用COMPexPro 102 ArF 193 nm激光+Agilent 7900 ICP-MS系统完成,锆石U-Pb定年束斑直径为32 μm,原位微区锆石Hf同位素测试激光剥蚀所用束斑直径为44 μm。U-Pb分馏根据锆石标样91500来校正,采用GJ-1和Ple标样作为内标以控制分析精度,采用ICPMSDataCal9.9对分析数据进行处理,利用ComPbCorr#3-151程序完成普通铅校正,年龄计算及谐和图绘制采用Isoplot 4.11完成。详细仪器条件和数据获得详见Zong et al. (2017)

4 测试分析结果(表 1~5
表 1 新兴花岗岩主量元素(%)和稀土、微量元素(10-6)分析结果 Table 1 Analysis results of major elements (%), rare earth and trace elements (10-6) of the Xinxing granite
表 2 新兴花岗岩Sr-Nd同位素数据 Table 2 Sr-Nd isotopic data of the Xinxing granite
表 3 新兴花岗岩中基性岩包体主量元素(%)和稀土、微量元素(10-6)分析结果 Table 3 Analysis results of major elements (%) and rare earth and trace elements (10-6) of basic enclaves from the Xinxing granite
表 4 新兴花岗岩锆石U-Pb定年测试数据 Table 4 Zircon U-Pb data of the Xinxing granite
表 5 新兴花岗岩锆石Lu-Hf同位素组成 Table 5 Zircon Lu-Hf isotopic composition of the Xinxing granite
4.1 形成时代

新兴岩体长期被认为是燕山期侵入体,前人开展的1∶25万阳春幅区调(广东地质调查局,2004)认为新兴岩体为侏罗纪—白垩纪复式岩体,不同样品获得的全岩K-Ar年龄为:150 Ma、147.7 Ma、116 Ma、125 Ma、128.7 Ma、129.7 Ma、144.3 Ma,全岩Rb-Sr年龄为155.1 Ma。本次通过详细的同位素定年获得了新兴岩体为晚三叠世—晚侏罗世复式岩体的新认识。新兴花岗岩第一期和第二期的锆石U- Pb年龄范围分别为231~240 Ma和224~226 Ma。该结果与二者野外岩石特征与产出关系一致,并且是不同采样点的多次测试结果,真实可信。

4.1.1 锆石特征

8件花岗岩样品中分选出的锆石颗粒均为柱状自形晶(图 7),锆石颗粒长轴为80~300 μm,长宽比1∶1~3∶1,CL图像上可见锆石发育核幔边结构,其中核部锆石发光特征、环带特征各异,属捕获锆石、继承锆石;幔部则发育清晰的岩浆结晶环带,为岩浆结晶锆石;部分锆石发育高Th、U含量的黑色边部,可能为晚期热液活动的记录。1件基性包体样品(D6467-3)中分选出的锆石颗粒为短柱状,锆石颗粒长轴100~200 μm,长宽比集中在1∶1,具宽板状、补丁状CL特征,与典型中基性岩浆中生长的锆石类似,这一样品中部分锆石具核边结构,核部为暗色,边部为宽板状环带特征,核部与边部界线截然(图 7g)。

图 7 新兴花岗岩锆石CL特征及U-Pb、Lu-Hf结果 小圈为U-Pb测点(32 μm),大圈为Lu-Hf测点(44 μm),数字为206Pb/238U表面年龄和εHf(t)值 Fig. 7 Photomicrographs of representative zircons analyzed for U-Pb ages and Lu-Hf isotopes Small circles(32 μm) and Large circles(44 μm) respectively indicate the LA-ICP-MS analytical spots for U-Pb isotopes and LuHf isotopes. The numbers are 206Pb/238U apparent ages and εHf(t) values
4.1.2 U-Pb同位素年龄

新兴花岗岩锆石U-Pb定年结果见图 8表 4,归纳表述如下。

图 8 新兴花岗岩锆石U-Pb定年谐和图(a~i顺序与图 7对应) Fig. 8 U-Pb concordia plots of the Xinxing granite

(1)图 8小圈代表花岗岩中岩浆锆石(幔部)的数据结果,依次来看,3件巨斑状花岗岩(ηγT31a)多数岩浆锆石加权平均年龄为(240±1) Ma、(233±2) Ma、(231 ± 2) Ma(图 8a~c),2件中细粒斑状花岗岩(ηγT31b)多数岩浆锆石加权平均年龄为(237±4) Ma、(236±4) Ma(图 8d~e),1件细粒斑状花岗岩(ηγT32a)多数岩浆锆石加权平均年龄为(224±2) Ma(图 8f),1件细粒斑状花岗岩中的基性包体多数岩浆锆石加权平均年龄为(240±1) Ma(图 8g),1件细粒(含斑)花岗岩(ηγT32b)多数岩浆锆石加权平均年龄为(226± 3) Ma(图 8h)。这些年龄结果可以代表新兴花岗岩不同侵入单元的岩浆结晶时间。

(2)5件花岗岩样品(PM11-39-1、D2286-1、D2268-1、D2264-5、D5784-1)中包含大量的420~ 460 Ma的锆石(图 8d~fh~i),其中D5784-1样品中几乎全部为该期锆石(图 8i)(仅1个测点为241 Ma)。新兴花岗岩围岩以泥盆纪和寒武纪砂岩为主,其中泥盆纪砂岩中的锆石以较为自形(近源搬运)的岩浆锆石为主,碎屑锆石年龄以440 Ma左右主(数据略),因而推测新兴花岗岩中420~460 Ma的锆石是岩浆房阶段或花岗岩就位过程中同化泥盆纪砂岩继承而来的。

(3)3件花岗岩(D7063-1、D3406-1、PM11-39- 1)和1件包体(D6467-3)中出现一组250~252 Ma的锆石(图 8abdg)。基性包体样品D6467-3中的该期锆石以典型的继承核产出,其他花岗岩中该期锆石则多数为单独矿物。结合Th/U比值、CL和REE特征判断其为岩浆成因锆石,可能来源于源区继承或围岩捕获(图 7),推测是早期岩浆活动的记录。

(4)3件巨斑状花岗岩获得了214~219 Ma的锆石边部年龄(图 8a~c,以灰圈表示),可能是岩浆作用晚期热液活动对前期锆石的改造。

结合新兴岩体和湾边岩体的详细野外调查和测年结果认为,新兴—湾边岩体并非前人认为的志留纪—侏罗纪—白垩纪花岗岩岩体,而是主体为晚三叠世花岗岩侵入体(231~240 Ma和224~226 Ma)、含少量晚侏罗世碱长花岗岩(160~162 Ma,未发表数据)的复式岩体。此外,4件样品中记录的250~252 Ma的锆石表明,新兴、恩平地区的印支期岩浆作用开始于早三叠世,这一地区可能存在隐伏的早三叠世侵入体。

4.2 地球化学特征 4.2.1 花岗岩地球化学特征(表 1

新兴晚三叠世两期花岗岩形成时间相近、空间上密切共生,岩性以黑云母二长花岗岩为主,二者也具有相似的地球化学组成。

第一期花岗岩(ηγT31)主要岩石类型为花岗岩类,部分样品落入花岗闪长岩和石英二长岩区域(图 9a),该期花岗岩SiO2变化较大,为64%~76%。所有样品均富碱富钾(Na2O+K2O= 6.24%~12.07%,K2O/Na2O=1.2~5.4),表现为高钾钙碱性岩石特征(图 9b)。全部样品A/CNK均大于1.0(1.0~1.6),Al2O3=11.82%~18.11%,为弱过铝质—强过铝质花岗岩(图 10)。

图 9 新兴花岗岩TAS图解(a)和SiO2-K2O图解(b) Fig. 9 TAS diagram(a) and SiO2-K2O diagram(b) of the Xinxing granite. 1-The first phase(ηγT13)of Xinxing granites; 2-The second phase(ηγT23)of Xinxing granites; 3-Enclaves in Xinxing granites
图 10 新兴花岗岩A/CNK-A/NK图解(图例同图 9 Fig. 10 A/CNK-A/NK diagram of the Xinxing granite (same legend as Fig. 9)

第二期花岗岩(ηγT32)主要岩石类型为花岗岩类,仅1件样品落入花岗闪长岩区域(图 9a),该期花岗岩SiO2变化较小,为69%~74%。所有样品均富碱富钾(Na2O + K2O= 6.17% ~8.53%,K2O/Na2O=1.8~ 2.6),表现为高钾钙碱性岩石特征(图 9b)。全部样品A/CNK均大于1.0(1.1~1.5),Al2O3=12.69% ~ 16.91%,为弱过铝质—强过铝质花岗岩(图 10)。部分样品K2O/Na2O比值高达11~24,A/CNK为2.1~ 2.4,相应烧失量明显偏大(2.9%~4.4%),可能受到后期蚀变或风化作用影响。

两期花岗岩稀土元素总量为139×10-6~471×10-6和116×10-6~365×10-6。在球粒陨石标准化稀土元素配分图解上(图 11ab),均显示了轻稀土元素富集、重稀土元素相对亏损的右倾配分模式,(La/Yb)N比值分别为2.82~22.32和3.01~25.10,中等Eu负异常(分别为0.23~0.64、0.26~0.43)。在原始地幔标准化微量元素蛛网图上(图 11cd),两期花岗岩均具有富集大离子亲石元素(Rb、U)和LREE富集,而亏损高场强元素(Nb、Ta、Zr、Hf、Ti)的特点。

图 11 新兴花岗岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式图解(a, b)和原始地幔标准化微量元素蛛网图解(c, d) Fig. 11 Chondrite-normalized REE patterns(a, b) and primitive-mantle normalized multi-elemental spider diagrams(c, d)of the Xinxing granite
4.2.2 基性包体地球化学特征(表 3

在岩石分类判别图解中,基性包体样品属于亚碱性岩石系列,成分为玄武质-安山质(图 12)。其具有右倾的稀土配分型式,无显著Eu异常(图 13a);微量元素表现为较为平坦的配分型式,具有“Nb-Ta槽”和Zr-Hf-Ti负异常(图 13b)。

图 12 细粒斑状花岗岩中基性包体岩石分类图解 Fig. 12 Classification diagrams of intermediate-basic enclaves from fine-grained porphyritic granites
图 13 细粒斑状花岗岩中基性包体球粒陨石标准化稀土元素配分模式图解(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图解(b) Fig. 13 Chondrite-normalized REE pattern (a) and primitive-mantle normalized multi-elemental spider diagram(b) of intermediate-basic enclaves from fine-grained porphyritic granite
4.2.3 花岗岩与基性包体同位素地球化学特征(表 2表 5)

25件花岗岩样品的Sr-Nd同位素分析显示(图 14),两期花岗岩均具有高的ISr值和低的εNd(t)值,ISr变化范围较大(分别为0.71565~0.73001和0.72702~ 0.75765),而εNd(t)极为集中(分别为-11.5 ~ -10.5和-11.4 ~ -11.0),相应的Nd同位素两阶段模式年龄T2DM也集中在1.61~1.68 Ga和1.65~1.67 Ga。所有样品几乎完全落在华南地壳范围,也与大容山过铝质花岗岩Sr-Nd同位素组成类似。

图 14 新兴花岗岩ISrNd(t)图解(图例同图 9 Fig. 14 ISrNd(t) diagram of the Xinxing granite(same legend as Fig. 9)

7件花岗岩和1件基性包体的锆石原位Lu-Hf同位素分析显示,晚三叠世两期花岗岩具有类似的Lu-Hf同位素组成(图 15)。花岗岩中220~240 Ma的锆石εNd(t)值分别集中在- 2.9~- 10.3和- 4.5~ -7.7,两阶段Hf模式年龄分别为1.45~1.93 Ga和1.54~1.75 Ga;花岗岩中~250 Ma的锆石εNd(t)值为-9.6~-3.9,两阶段Hf模式年龄为1.53~1.89 Ga;基性包体中~240 Ma和~250 Ma锆石的Lu-Hf同位素无明显区别,εNd(t)值为-2.6~1.0,两阶段Hf模式年龄为0.86~0.98 Ga(图 15cd)。

图 15 新兴花岗岩第一期(ηγT31,a、b)和第二期(ηγT32,c、d)锆石Hf同位素组成 Fig. 15 Lu-Hf isotopic composition of zircons from first(a, b) and second phase(c, d) of the Xinxing granite
5 讨论 5.1 华南板块南缘海西—印支期岩浆岩形成时代

华南板块南缘海西期—印支期岩浆岩主要出露于海南岛和桂东—粤西地区。其中,海南岛海西期—印支期主要出露二长花岗岩、花岗闪长岩、碱性A型花岗岩和少量辉长岩等,形成时代为280~ 220 Ma(云平等,2005谢才富等, 2005, 2006a, 2006b唐立梅等, 2010, 2013陈新跃等,2014何慧莹等,2016a)。

桂东—粤西地区该期岩浆岩主要包括大容山、那丽、那蓬、新兴等岩体。大容山—十万大山地区出露的过铝质花岗岩、火山岩和麻粒岩长期受到关注,其形成时代长期存在230~240 Ma(邓希光等,2004祈昌实等,2007)和250~260 Ma(彭松柏等,2004凌文黎等,2013)的分歧。大容山南部的那丽花岗岩岩体被认为形成于262~265 Ma(贾小辉等,2012Li et al., 2016)。大容山东北端的岑溪安平地区出露少量248~250 Ma的辉长岩侵入体(赵国英等,2016Xu et al., 2018)。云开地块北侧出露的那蓬混合花岗岩被认为是典型的“改造型花岗岩”(杨树峰,1982彭少梅等,1996),同位素年龄为205~ 245 MaPeng et al., 2006柯贤忠等,2018)。本次针对新兴至朗底一带出露的新兴、湾边岩体的系统工作,将前人长期以来对其“侏罗纪—白垩纪复式岩体(燕山期)”的认识修改为晚三叠世—晚侏罗世(印支期—燕山期),主体形成时代为240~224 Ma,同时发现了大量的250 Ma左右的继承锆石。

以上这些侵入岩总体上呈NE—NEE向展布,显著受到博白—岑溪断裂带、吴川—四会断裂带、罗定—广宁断裂带、阳春—新兴断裂与恩平断裂等NE—NEE向构造带的控制(图 1),这些断裂带/韧性剪切带热年代学记录的印支期活动时间为248~195 Ma(Wang et al., 2007; Zhang and Cai., 2009)。岩浆岩与构造变形显然是同一次碰撞造山过程的记录。

结合目前获得的地质证据与年代学数据推断,桂东—粤西地区海西期—印支期岩浆作用可能开始于260~250 Ma(大容山—那丽花岗岩、安平辉长岩和新兴岩体中继承锆石记录),并一直延续到240~220 Ma(新兴花岗岩、那蓬混合花岗岩)。

5.2 新兴花岗岩岩石成因

新兴花岗岩主要为高钾钙碱性系列的二长花岗岩,在SiO2-P2O5图解上(图 16),随着SiO2的增加,早晚两期二长花岗岩均具有较为稳定的P2O5含量,显示了S型花岗岩演化趋势。在Ca/(Mg+Fe)- Al/(Mg+Fe)图上(图 17),所有样品主要集中在变质泥岩和变质杂砂岩范围,表明源区物质主要为泥质、杂砂质岩石,可以认为它们主要是地壳沉积物部分熔融形成的花岗岩。全岩Sr-Nd同位素与锆石Lu-Hf同位素组成同样表明,新兴晚三叠世花岗岩源自古老的壳源物质熔融。总体上看来,新兴—湾边晚三叠世花岗岩具有过铝质—强过铝质以及高ISr、低εNd(t)和负εNd(t)的地球化学组成,与华南地壳沉积物类似,其应形成于大规模的地壳物质重熔过程。

图 16 新兴花岗岩SiO2-P2O5图解(图例同图 9 Fig. 16 SiO2-P2O5 diagram of the Xinxing granite (same legend as Fig. 9)
图 17 新兴花岗岩C/MF-A/MF源区判别图解(图例同图 9 Fig. 17 C/MF-A/MF diagram of the Xinxing granites (same legend as Fig. 9)

细粒斑状花岗岩中基性包体的地球化学特征总体上与E-MORB相似,为富集岩石圈地幔部分熔融的产物,与岑溪安平一带出露的辉长岩具有相似的源区组成。值得注意的是,花岗岩和基性包体中约250 Ma的锆石Lu-Hf同位素组成与220~240 Ma锆石相似(图 15bd),结合约250 Ma锆石均为岩浆成因等证据推测区域上可能存在隐伏的早三叠世岩浆岩,其与地表出露的晚三叠世花岗岩具有一致的源区物质组成。另外,花岗岩中420~450 Ma的继承/捕获锆石具有异常高的εNd(t)值(-4.4~7.0)(图 15a),可能与Nd-Hf同位素解耦有关,也可能表明云开及周边地区志留纪花岗岩源区(中下地壳)包含了相当比例的基性岩,或岩浆作用过程中存在新生地壳物质的加入(亏损地幔的熔融)。

5.3 对区域构造演化的约束

壳源物质熔融形成的花岗岩,其微量元素通常反映的是源区物质的构造环境,因此,对花岗岩构造环境的判别需要更多结合区域地质资料。从区域上看,华南板块南缘海西—印支期经历了强烈的构造-岩浆作用过程,岩浆作用方面的研究以大容山地区和海南岛最受关注。Chen et al.(2011)基于大容山—六万大山花岗岩、麻粒岩中细致的锆石、独居石定年研究提出,约260 Ma的年龄结果可能记录了峨眉山地幔柱活动对大容山地区的影响,而约230 Ma才是华南与印支板块后碰撞阶段地壳减压熔融形成大量过铝质花岗岩的时间。旧州麻粒岩的研究也表明,大容山—十万大山花岗岩及高温麻粒岩包体的形成可能受到了峨眉山地幔柱的热影响(赵亮等, 2010, 2011焦淑娟等,2013)。很多学者将大容山花岗岩与华南—印支板块俯冲-碰撞过程联系起来,认为其形成于后碰撞环境(Zhao et al., 2012王磊等,2016)或俯冲带的大陆弧环境(覃小锋等,2013);也有学者认为大容山地区在晚二叠世已开始受到古太平洋俯冲机制的影响(Jiao et al., 2015)。琼北的邦溪—晨星地区出露了一套与NMORB类似的变基性岩,Sm-Nd、Ar-Ar定年结果为333~328 Ma,被认为是东古特提斯洋的残片,记录了印支与华南板块的碰撞拼贴位置(李献华等,2000Xu et al., 2007; 何慧莹等,2016b)。琼中大面积的二叠纪—三叠纪花岗岩和少量碱性岩、辉长岩(谢才富等, 2005, 2006a, 2006b陈新跃等, 2011, 2014温淑女等,2013何慧莹等,2016aShen et al., 2018)可能是与之配套的弧岩浆岩。Li et al.(2006)认为五指山267~262 Ma的钙碱性花岗岩形成于大陆弧环境,谢才富等(2006a)陈新跃等(2011)则认为它们具有后碰撞/同碰撞花岗岩的特征,并提出华南与印支板块的碰撞拼贴可能始于287~278 Ma或269~263 Ma。

新兴晚三叠世花岗岩的新发现表明,华南板块南缘海西—印支期岩浆活动自晚二叠世(大容山岩体)一直延续到晚三叠世(新兴岩体)。除海南岛三叠纪花岗岩之外,印支期仍存在相当大规模的岩浆活动(新兴岩基),而并非以往认为的仅存在强烈的构造变形(韧性剪切、走滑、推覆)、较强的区域变质作用(麻粒岩相-角闪岩相)和局限的岩浆侵位。

大容山花岗岩主要为强过铝质花岗岩,岑溪安平辉长岩-辉绿岩表现为高钾钙碱性和富集地幔源区特征,那蓬花岗岩则具有受剪切带控制的原地熔融特征,区域上未见典型与洋陆俯冲相关的Ⅰ型花岗岩、弧火山岩、拉斑系列基性岩或蛇绿混杂岩等,因而可认为这些岩浆岩的形成均远离俯冲带,古特提斯洋东段洋盆缝合线应位于哀牢山—Song Ma— SongChay—(海南邦溪—晨星)一线(Faure et al., 2016),而华南板块南缘(桂东—粤西)属于被动陆缘一侧,在洋盆关闭后才受到造山过程影响。

大容山花岗岩(260~250 Ma)、安平辉长岩(250~252 Ma)以及新兴花岗岩中大量约250 Ma的继承锆石表明,桂东—粤西地区的海西—印支期岩浆作用开始于260~250 Ma,可能为华南板块与印支—海南板块陆陆碰撞的开始时间,而新兴花岗岩岩基的研究表明这一过程持续到了240~224 Ma。古特提斯洋的分支洋盆在260~250 Ma的关闭导致了印支板块与华南板块的碰撞拼合,其后华南板块南缘在陆陆碰撞—区域伸展体制控制下,地壳物质熔融形成的中酸性岩浆侵位,导致了新兴—湾边岩体、海南岛中—晚三叠世侵入岩的形成。

6 结论

(1)新兴花岗岩形成时间为240~224 Ma,新兴岩基的主体为晚三叠世花岗岩,而非以往长期认为的侏罗纪。大量约250 Ma继承锆石表明,粤西印支期岩浆作用可能开始于早三叠世。

(2)新兴花岗岩主要为(斑状)黑云母二长花岗岩,表现为高钾钙碱性、过铝质—强过铝质花岗岩特征,并显示高ISr、低εNd(t)和负的εNd(t)的同位素组成,其源自古老壳源物质的部分熔融。

(3)新兴晚三叠世花岗岩可能形成于古特提斯洋东段(分支洋盆)关闭后的陆陆碰撞造山阶段。该证据支持古特提斯洋东段分支的关闭时间在260~250 Ma,印支板块和华南板块的陆陆碰撞拼贴一直延续到240~224 Ma。

致谢

审稿人提供了宝贵的修改意见,参加野外地质填图的还有侯学文、仇季龙、黎遗燈和叶毓康等,在此一并表示感谢。

注释

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❷广东地质调查院. 2004. 1∶25万阳春幅区域地质矿产调查报告[R].

❸杨文强, 周岱, 胡军. 2018. 广东省1∶5万朗底幅、天堂幅地质图[R].

❹广西地质调查院. 1995.广西1∶5万归义幅区域地质调查成果报告[R].

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