江西武功山早古生代花岗岩的岩石学、锆石U-Pb和Lu—Hf同位素地球化学特征及其地质意义.pdf

凯，西2022.023May年5月GEOLOGICREVIEW评论质地No.Vol.69第3 期第6 9 卷江西武功山早古生代花岗岩的岩石学、锆石U-Pb和Lu一Hf同位素地球化学特征及其地质意义WWW 0 0 37；2）中国地质大学（北京），北京，10 0 0 8 3；3)江西省地质局第四地质大队，江西萍乡，337 0 0 0；4)建设综合勘察研究设计院有限公司，北京，10 0 0 0 7；5）深圳市勘察研究院有限公司，广东深圳，518 0 0 0内容提要：武功山造山带位于华夏地块与扬子地块碰撞缝合带南侧，记录了新元古代以来的多次构造运动。本文对其中的黑云母二长花岗岩和二云母二长花岗岩进行了全面的矿物学、岩石地球化学、锆石U-Pb同位素年代学及Lu一Hf同位素研究。LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年代学研究指示武功山黑云母二长花岗岩和二云母二长花岗岩结晶于早志留世（441.6 442.2 Ma）。武功山早志留世花岗岩具有富硅（Si0，含量为6 7.43%7 3.0 6%）、富碱（Na,0+K,0 含量为6.47%8.46%）、贫钙（Ca0=0.78%2.64%）、贫镁（Mg0=0.46%1.61%）等特征，为强过铝质高钾钙碱性花岗岩（A/CNK=1.091.35）。同时，岩相学和地球化学指示岩石属于亚碱性系列，分异程度较低，ZREE较低，轻重稀土分异程度较高，为S型花岗岩且岩浆源区物相为角闪石+斜长石+石榴子石。结合花岗岩锆石JiHr值均小于-0.9,8 r（t)均为负值（-6.7 到-4.8），指示岩浆来源于古元古代古老陆壳物质，形成于陆内造山构造背景下，为武功山地区对武夷一云开造山运动的响应关键词：武功山；早古生代；地球化学；Lu一Hf同位素；地质意义武功山地区位于华夏地块北缘，北接北东向的江山一绍兴断裂带（JSF），记录了华南板块于新元古代（8 8 0 Ma）江南造山运动完成拼合以来的大量构造事件(Charvet et al.,1996;Faure et al.,1996;LiZhengxiang,1998;Li Wuxian et al.,2008;Li Xianhuaetal.，2 0 0 9）（图1）。拼合之后，华南板块（SCB）在显生宙主要经历了三次构造事件，即新元古代的俯冲一碰撞一拼合，到早古生代晚期的陆内造山，再到中生代的陆内造山及造山后伸展（RenJishunandChen Tingyu,1989;Ren Jishun,1991;Li Zhengxiang,1998;Li Zhengxiang and Li Xianhua,2007;Faure etal.,2009;Charvet et al.,2010;Li Zhengxiang et al.,2010;Charvet,2013;WangDan et al.,2013)。早古生代构造运动在中国文献中传统上称为“加里东造山运动”，近年来又称为“武夷一云开造山运动”（LiZhengxiangetal.,2010）或“广西造山运动”（WangYuejunetal,2 0 10,2 0 11）。武夷一云开造山运动以往学者研究认为其属于陆内造山类型（WangYuejun et al.,2007,2011;Faure et al.,2009;Charvetet al.,2010;Li Zhengxiang et al.,2010)。前人对武功山早古生代花岗岩地质特征、岩石学、地球化学、构造变形等方面进行了研究（Faure etal.，1996；孙岩等1994，1997；舒良树等，1998，2 0 0 0；张芳荣，2000；楼法生等，2 0 0 2,2 0 0 5；张菲菲等，2 0 10；WangYuejun et al.,201l;Zhang Feifei et al.,2012;YuYang et al.,2016;Zhong,et al.,2014,2016)。然而,依然存在年龄差异相对较大，岩石成因、岩浆源区研究相对较少等问题。因此，本文以武功山地区早古注：本文为中国地质调查项目（编号：DD20221677-2、D D 2 0 2 0 116 5）、中央财政基本科研业务费项目（编号：JKY202004、JK Y2 0 2 0 11）、江省重点研发计划项目（编号：2 0 2 0 3BBG72W011）和江西省地质局科技研究项目（编号：2 0 2 1AA07）的成果仅稿日期：2 0 2 2-0 6-10；改回日期：2 0 2 2-12-2 1：网络自发：2 0 2 3-0 1-2 0；贡任编辑：草雨旭。D01：1o5o9/J.georeview.2023.01.025作者简介：张垚垚，男，198 7 年生，高级工程师，主要从事矿田构造、区域地质调查研究工作;Email：z h a n g y c a g s.a c.c n。通讯作者：刘男，198 3年生，正高级工程师，主要从事区域地质调查研究工作；Email：a c a n c e r 16 3.c o m。1005Hf同位素地均征及其地质意义张垚等告石U-Pb和Lu牛第3 期生代花岗岩为研究对象，进行系统的岩石学、地球化学、U-Pb同位素年代学、Lu一Hf同位素综合研究，探讨岩石成因，同时明确其源区及其形成的大地构造环境。1地质背景武功山地区位于华夏地块北侧，绍兴一江山一东乡一萍乡断裂南侧。出露地层从老到新依次为南华系、震旦系、寒武系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系及少量罗系和第四系，以震旦系一寒武系、泥盆系、石炭系一三叠系地层为主（Faure etal.，1996;舒良树等，1998）。震旦系自下而上划分为坝里组、老虎塘组，岩性为变质砂岩、板岩、变质粉砂岩、硅质岩，浅海一大陆斜坡相沉积。寒武系出露地层为八(b)研究区(a)thestudyarea萍乡盆地北京BellineA宜春市4001000km30WGS06006WGS06009WGS06004洪江镇30WGS06003新泉乡三江村30张家坊乡武功山350浒坑镇50 0安福盆地钱山乡402005km震旦系一寒武系变质砂岩、云母片岩Sinian-Cambrian metamorphic sandstone,mica schist泥盆系石英砂岩、粉砂岩、泥岩Devonian quartz sandstone,siltstone,mudstone石炭系一三叠系灰岩、粉砂岩、硅质岩Carboniferous-Triassiclimestone,siltstone,siliceous rock侏罗系砾岩、砂砾岩、砂岩Jurassic conglomerate,sand conglomerate,sandstone白垩系砂岩、粉砂岩Cretaceous sandstone,siltstone早古生代花岗岩类晚中生代花岗岩类EarlyPaleozoicgranitoidsLateMesozoicgranitoids断裂破碎带采样位置fracturezonesamplinglocation图1武功山区域地质简图(a)及研究区位置(b)Fig.1 Simplified regional geological map of Wugong Mountainarea(a)and the location of the study area in China(b)村群，八村群包括牛角河组、高滩组和水石组以及温汤岩组，岩性为变质砂岩、板岩、变质粉砂岩、角岩、片岩，浅海一大陆斜坡沉积环境。泥盆系出露地层为峡山群，峡山群包括锡矿山组、余田桥组、棋子桥组、跳马涧组，岩性为白云岩、粉砂岩、泥页岩、灰岩，海陆交互相沉积。石炭系出露地层包括杨家源组、梓山组、黄龙组,岩性为粉砂岩、泥岩、灰岩、白云岩、砂岩、砾岩，滨海沉积环境。二叠系地层包括栖霞组、小江边组、茅口组、南港组、乐平组、七宝山组、长兴组，岩性为灰岩、粉砂岩、泥岩、硅质岩，浅海相沉积。三叠系出露地层为铁石口组、安源组，岩性为砾岩、砂砾岩、砂岩、粉砂岩、炭质泥岩夹煤层或煤线，海陆交互相沉积。第四系主要为黏土、粉黏土夹碎石，河流一残坡积相沉积区内构造发育，主要分为褶皱和断裂（图2）。褶皱变形主要有三期,第一期形成于加里东早期;第二期形成于加里东晚期，叠加了印支期变形；第三期属燕山一喜马拉雅期的产物（LiZhengxiang，1998；Faure et al.,2009；Ch a r v e t,2 0 13）。武功山地区断裂构造比较发育，不同时代、不同层次、不同类型的断裂散布于区内岩石、地层中,按其变形性质及特点分为韧性剪切带和脆性断裂两类。区内发育有多个大型韧性剪切带，如温塘一邹家里一白云韧性剪切带、青茅山韧性剪切带。相对于韧性剪切带来说,区内脆性断裂更为发育，包括岩下一白马滑覆断裂、金鸡山一板上滑覆断裂、田鸡一焦坑推覆断裂、温汤断裂、岭布一易家田断裂和浒坑一洪江断裂等。花岗岩类岩石分布广泛，早古生代（加里东期）、晚中生代（燕山期)均有发育，主要岩石类型包括似斑状花岗岩、片麻状花岗岩、花岗质眼球状片麻岩、花岗闪长岩和黑云母花岗岩等，以及少量二云母花岗岩和白云母花岗岩等（Faure etal.,2009）。武功山岩体侵人于震旦系、寒武系变质地层中，并被三江、青龙山一浒坑、明月山等燕山期岩体所侵入。武功山花岗岩体核部为似斑状花岗岩，边缘为片麻状花岗岩和花岗质眼球状片麻岩带，出露宽度2 5km。野外调查发现,边缘带中近南北走向的糜棱面理和拉伸线理非常发育，韧性剪切作用和各种运动学标志十分明显；石英斑晶和基质均强烈变形,形成拉长压扁颗粒、波状消光、核慢构造、动力重结晶亚颗粒等各种韧性显微构造。岩体内接触带含有大量的围岩捕虏体、暗色包体等，它们均呈大小不等的扁豆状、透镜状、条带状平行展布，定向排列十分明显，其长短轴之比一般在4 6 之间,有的达10 以上，显100620233年论质地评武功山中生代花岗岩类安福盆地(m）)萍乡盆地古生代花岗岩类泥盆系砂岩2000泥盆系砂岩温汤断裂浒洪江断裂二叠系灰岩二叠系灰岩10000十十十+十+十+X+24km+X+十变形的未变形的十早古生代浊积岩和杂砂岩十早古生代浊积岩和杂砂岩图2 横穿萍乡盆地一武功山一安福盆地剖面图（位置见图1A一A）（据舒良树等，1998 修改）Fig.2 Cross section through Pingxiang BasinWugong Mountain Anfu Basin(located on AA in Fig.1)(modified from Shu Liangshu et al.,1998&)示出强烈变形的特点,岩石中眼球状构造、片麻状构造发育，岩石普遍具糜棱岩化，面理、线理十分普遍。2样品特征和实验方法在系统地质调查的基础上，本次工作对武功山不同位置的样品进行采集分析，代表性岩性描述如下：糜棱岩化黑云母二长花岗岩（WGS06003）：岩石呈绿灰色，具变余花岗结构，变余糜棱结构，片麻状构造（图3c）。岩石由斜长石、钾长石、变余长石糜棱物、石英、黑云母、白云母组成。斜长石呈半自形板状一他形粒状，其粒径一般在0.4 3.0 mm范围内变化，与钾长石混杂集合体多呈条带状等聚集定向分布，具较强绢云母化、黔帘石化、绿帘石化，含量约2 0%。钾长石主要呈近半自形板状，少量他形粒状，粒径多为2 5mm，与斜长石混杂在一起定向分布，为微斜长石,具高岭石化；常见粒内有斜长石、黑云母等嵌布，交代斜长石，可见波状消光、似鱼状、断裂等变形现象，含量15%2 0%。变余长石糜棱物呈他形粒状，粒径在0.0 5 0.3mm之间变化，为长石糜棱物经变质重结晶的产物，以斜长石为主；集合体主呈弯曲条纹状、线纹状等聚集定向分布，颗粒间呈三结点紧密镶嵌状，含量30%35%。石英主要呈他形粒状，粒径一般为0.0 5 1.0 mm之间，粒内显波状、带状消光，含量2 0%2 5%。黑云母、白云母呈鳞片一叶片状,直径一般 1.0 mm，二者混杂集合体呈条纹状、弯曲条纹状、线纹状等聚集定向分布，黑云母具绿泥石化，黑云母含量5%10%，白云母含量约1%。糜棱岩化二云母二长花岗岩（WGS06004）：岩石呈灰白色，具鳞片粒状变晶结构，变余花岗结构，片麻状构造（图3b）。岩石主由斜长石、钾长石、石英、黑云母、白云母组成，其中长石、石英、云母各自相对聚集呈条纹状相间定向排列。斜长石呈近半自形板状一他形粒状，粒径一般在0.0 5 2.0 mm范围内变化，与钾长石混杂集合体主呈条纹状、条带状等聚集定向分布，具绢云母化、高岭土化等；被钾长石蚕蚀状交代可见虫结构，含量30%35%。钾长石呈近半自形板状一他形粒状，粒径在0.0 5 2.0mm之间，主要与斜长石混杂定向分布，为微斜长石,具高岭石化；有的粒内有斜长、文象状石英嵌布，交代斜长石，含量30%35%。较少量细粒变晶集合体可拼合出近半自形板状钾长石外形。石英呈他形粒状，粒径在0.1 3.0 mm，集合体主要呈似透镜状、条纹状等聚集，显拉长定向特征，粒内具波状、带状消光，含量约2 5%。黑云母、白云母呈鳞片一叶片状,直径多 1.0 mm，二者混杂集合体主要呈条纹状、线纹状聚集定向分布；黑云母显棕色，多色性明显，具绿泥石化等，含量约10%。白云母交代黑云母。糜棱岩化细粒斑状二云母二长花岗岩（W G S0 6 0 0 6）：岩石呈灰白色，鳞片粒状变晶结构，变余花岗结构，片麻状构造。岩石主要由斜长石、钾长石、变余长石糜棱物、石英、黑云母、白云母组成。斜长石呈近半自形板状一他形粒状，粒径一般在0.21.8mm之间，与钾长石混杂集合体多呈条带状等聚集定向分布，具绢云母化、高岭石化，部分可隐约见环带，可见被钾长石蚕蚀状等交代见蠕虫结构；部分颗粒显似鱼状、机械双晶、弯曲状、断裂状、波状消光等变形现象，含量15%2 0%。钾长石主要呈近半自形板状，少量他形粒状，粒径2 9mm，与斜长石混杂在一起定向分布，为微斜长石，具高岭石化，常见粒内有斜长石、黑云母等嵌布，交代斜长1007Hf同位素地正及其地质意义张垚垚等石U-Pb和Lu第3 期a(b)ACM(d)FMMMuMuKfQtzQtzFMMQtzFMMMuBiFMMKfKfKfBiQtzQtz1600m1600um图3武功山地区早古生代花岗岩野外及镜下照片：（a)糜棱岩化斑状二云母二长花岗岩野外照片；（b)糜棱岩化二云母二长花岗岩手标本；（c）糜棱岩化黑云母二长花岗岩镜下特征；（d)糜棱岩化斑状二云母二长花岗岩镜下特征Fig.3 Field and microscopic photographs of the Early Paleozoic granite in Wugong Mountain area:(a)Field photograph ofmylonitized porphyritic two-mica monzogranite;(b)hand specimen of mylonitized two-mica monzogranite;(c)microscopiccharacteristic of mylonitized biotite monzogranite;(d)microscopic characteristic of mylonitized porphyritic two-mica monzograniteQz一石英条带；Kf钾长石残斑;FMM一变余长石云母糜棱物；Bi一黑云母；Mu一白云母Qtzquartz;KfK-feldspar remnant phenocryst;FMM palimpsest feldspar mica mylonite;Bibiotite;mu-Muscovite石；可见波状消光、似鱼状、断裂等变形现象，有的颗粒边缘见应力虫结构，含量30%35%。变余长石糜棱物呈微粒状，粒径一般 0.2 mm，为长石糜棱物经变质重结晶的产物，包括斜长石、钾长石；集合体主呈弯曲条纹状、线纹状等聚集定向分布，颗粒间呈三结点紧密镶嵌状，含量约2 0%。石英主要呈他形粒状,少量似竹节状,粒径在0.1 0.7 mm之间，含量2 0%2 5%。黑云母、白云母呈鳞片一叶片状，直径 0.2 mm，二者混杂集合体呈条纹状、弯曲条纹状、线纹状等聚集定向分布；黑云母显深棕色，多色性明显，具绿泥石化等；大颗粒云母为变余残斑，显似鱼状、弯曲状、膝折等变形现象，小颗粒云母为变余糜棱物，含量5%10%。糜棱岩化斑状二云母二长花岗岩（W G S0 6 0 0 9）：岩石呈灰白色，具变余似斑状结构，变余糜棱结构，片麻状构造、糜棱纹理构造（图3a、d）。岩石由斜长石、钾长石、石英、黑云母、白云母组成。斜长石多呈他形粒状，少量为近半自形板状，粒径在0.3 1.0 mm范围内变化，与钾长石混杂集合体多呈条带状等聚集定向分布，颗粒间呈三结点紧密镶嵌状，具绢云母化、高岭石化，含量35%40%。钾长石主要呈近半自形板状，少量他形粒状，粒径多为2 18 mm，与斜长石混杂在一起定向分布，为微斜长石，具高岭石化；常见粒内有斜长石、黑10082023.年论质地评云母等嵌布，交代斜长石，含量30%35%。石英多呈他形粒状,粒径一般0.1 3.0 mm,集合体主呈弯曲条带状、条纹状聚集定向分布，粒内显波状、带状消光，含量2 0%2 5%。黑云母、白云母呈鳞片一叶片状,直径一般 0.1，为岩浆成因锆石(Cleasson et al.,2000;Belousova et al.,2002)。本样品U-Pb年龄 0.1,显示岩浆成因锆石（Cleasson et al.，2 0 0 0；Be l o u s o v a e tal.，2 0 0 2）。本样品U-Pb年龄 46 0Ma)至早泥盆世（约415Ma）（L i Zh e n g x i a n g e t a l.，2010）。Yu Ya n g 等（2 0 16)研究认为张家坊岩体形成于陆内造山环境，ZhongYufang等（2 0 13）认为凤顶山花岗岩形成于陆内造山环境。高场强元素(HFSE)因不易受热液蚀变和低于角闪岩相变质作用的影响,可以有效判别岩石构造环境（Pearce andCann，197 3）。样品NbY构造判别图解（图13a）中，样品投点于火山弧一同碰撞造山环境;Rb一（Yb+Ta)图解（图13b)中，样品投点于火山弧与同碰撞边界处;Ta一Yb图解（图13c）中，样品投点于同碰扬子地块武功山地区华夏地块原始江山一绍兴断裂上地壳放射性元素生热上地壳下地壳下地壳地慢古地慢柱余热地慢早古生代：440 Ma图14早古生代武功山地区深部构造概念模型（据LiZhengxiangetal.，2 0 10 修改）Fig.14 Conceptual model of deep tectonics in the Wugong Mountain area during Early Paleozoic(modified from Li Zhengxiang et al.,2010)1017第3 期张垚垚等：江西武功山早古生代花、锆石U-Pb和Lu-Hf同位素地球化学特征及其地质意义撞和火山弧区域;Rb一（Y+Nb)图解（图13d）中，样品投点于火山弧一同碰撞造山环境。因此，武功山花岗岩形成于陆内造山运动。早古生代，受武夷一云开造山运动的影响，华夏地块与扬子地块碰撞拼贴，江山一绍兴断裂带的地壳进一步加厚，古元古代沉积物中放射性元素衰变产生的热量，加上区域上新元古代地慢柱活动的余热，使过厚地壳热成熟（LiXianhuaetal.，2 0 0 8;L iZhengxiangetal.，2 0 10），造成了沉积物的脱水部分熔融，可能也造成了华夏地块基底岩石的部分熔融。随着造山运动的加剧，造山带发生垮塌，岩浆沿构造薄弱部位上升侵位于地壳浅部，最终形成黑云母二长花岗岩和二云母二长花岗岩（图14）5结论（1)武功山花岗岩为亚碱性序列岩石，分异程度较低,ZREE较低,轻重稀土分异程度较高，稀土配分曲线具右倾特征,8 Eu具中等一弱负异常,为S型花岗岩，岩浆源区物相为角闪石+斜长石+石榴子石。（2）武功山花岗岩锆石U-Pb定年结果为441.61.2442.21.6Ma，表明武功山花岗岩形成于早志留世。（3）武功山花岗岩锆石fiHr为-0.98 -0.92，二阶段模式年龄（tpm2）分别为17 2 6 18 44Ma，18 962116Ma,Hr(t)全部为负值,结合岩石地球化学特征，表明岩浆源区为演化的古元古代陆壳物质。（4)武功山花岗岩形成于陆内造山环境，为本区在武夷一云开造山运动的响应注释Note中国地质科学院.2 0 2 1.环武功山地区地热（干热岩）资源调查评价成果报告.参考文献References(The literature whose publishing year followed by a&is in Chinesewith English abstract;The 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