缑雪清,冯佐海,肖 宇,连信能,唐秀党,赵亚男,秦 亚,Watsala INSALY

(1.中国地质大学(武汉) 地质过程与矿产资源国家重点实验室, 武汉 430078; 2.桂林理工大学a.广西隐伏金属矿产勘查重点实验室; b.广西有色金属隐伏矿床勘查及材料开发协同创新中心, 广西 桂林 541006)

桂北龙胜花岗岩体位于南岭花岗岩带西缘,出露于龙胜县城南东的铜盆、拉正村一带。20世纪80年代,夏斌[1]根据龙胜花岗岩体侵入于新元古界丹洲群并与所谓的“雪峰期龙胜岛弧型蛇绿岩”相伴生,而将其作为蛇绿岩的一个中酸性组分,进而推测该岩体为雪峰期侵入体;其后,黄海波[2]利用全岩Rb-Sr等时线法测得该岩体的年龄为213.7±25 Ma,将其确定为印支期花岗岩。鉴于早期所认定的“龙胜蛇绿岩”已受到较多的质疑[3-5], 因此作为其酸性组分的龙胜花岗岩的形成时代也存在争论。而黄海波[2]的全岩Rb-Sr等时线中的6个样品点较为离散,所获得的龙胜花岗岩体形成年龄值可信度偏低。因此本文采用精度较高的锆石U-Pb定年方法(LA-ICP-MS)对龙胜花岗岩体的侵位时代进行重新厘定,以期为南岭西段花岗岩体的年龄格架提供新的科学数据,推动其成因和成岩构造背景的研究。

1 区域和岩体地质

研究区位于南岭花岗岩带西缘, 扬子陆块与华夏陆块拼合带的西南段边界附近(图1a), 区内出露的地层主要有新元古界丹洲群三门街组(Pt3s)和拱洞组(Pt3g), 以及震旦系(Z)和寒武系(∈)。其中：三门街组(Pt3s)为一套火山-沉积组合,主要由变细碧岩、 黑色千枚岩、硅质岩等构成;拱洞组(Pt3g)主要岩性为变质细砂岩、 变质粉砂岩、板岩等; 震旦系(Z)主要由砾质砂岩、 砂岩、 板岩、硅质岩等组成; 寒武系(∈)主要岩性为碳质绢云母板岩、浅变质砂岩等。此外,研究区还出露一系列呈NNE向展布的变辉绿岩体和变橄榄岩体,这些变辉绿岩和变橄榄岩常呈透镜状、带状或不规则状分布于新元古界丹洲群三门街组中,为新元古代侵入体[6-7]。

龙胜花岗岩体呈近SN向展布的同心带状产于龙胜复式背斜的核部。岩体由内部的花岗闪长岩和外侧的二长花岗岩组成(图1b)。花岗闪长岩体呈SN向的带状产出,南北长约900 m,东西宽150～250 m,出露面积约0.2 km2,占龙胜花岗岩体总出露面积的11%;二长花岗岩体环绕花岗闪长岩体,呈SN向展布的纺锤状岩株产出,出露面积约1.6 km2,占龙胜花岗岩体总出露面积的89%。内部和外侧的接触关系因风化和覆盖强烈而不明显,外侧的二长花岗岩与丹洲群三门街组和拱洞组呈侵入接触关系,热接触变质作用在三门街组和拱洞组围岩中形成宽约100 m的云母角岩和角岩化砂岩热接触变质带。

2 样品采集及岩石学特征

采集了4件龙胜花岗岩体定年样品,其中内部花岗闪长岩体2件,样品编号为1715(110°02′32.4″ E, 25°46′39.2″ N)和1716(110°02′42.0″ E, 25°46′58.2″ N); 外侧二长花岗岩体2件, 样品编号为1703(110°02′25.5″ E, 25°46′04.9″ N)和1711(110°02′25.5″ E, 25°46′04.9″ N)(图1b)。

图1 研究区大地构造位置图 (a) 及研究区地质简图 (b)Fig.1 Tectonic map(a) and geological sketch map(b) of research area(a.据Zhao等[8]、王鹏鸣等[9];b.据1∶5万龙胜幅地质图[10]修改)

花岗闪长岩,细粒花岗结构, 主要矿物为斜长石、 石英、 钾长石、 黑云母, 副矿物为金红石、 锆石等。 斜长石呈半自形板柱状, 粒径0.3～1.2 mm, 绢云母化, 大部分可见清晰的聚片双晶, 少量以假晶出现, 含量40%～45%; 钾长石呈半自形-他形板状, 粒径0.3～1 mm, 可见条纹结构, 含量15%～20%; 石英呈他形粒状, 粒径0.2～1.5 mm, 具有波状消光和重结晶现象, 含量25%～30%; 黑云母呈片状,粒径0.3～2 mm, 绿泥石化, 含量5%～10%; 白云母呈细片状, 晶形完整, 粒径0.2～0.5 mm, 含量1%～2%(图2a—d)。

图2 龙胜花岗岩标本及显微照片Fig.2 Specimens and micrographs of Longsheng granitea、 b—花岗闪长岩(样品1715); c、 d—花岗闪长岩(样品1716); e、 f—二长花岗岩(样品1703); g、 h—二长花岗岩(样品1711)。 Hb—角闪石;Mu—白云母;Ser—绢云母;Bit—黑云母;Qz—石英;Kfs—钾长石;Pl—斜长石

二长花岗岩, 细粒花岗结构, 主要矿物为斜长石、 钾长石、 石英、 黑云母、 角闪石、 白云母, 副矿物为磷灰石、 锆石等。 斜长石常呈半自形板柱状, 粒径0.2～1.5 mm, 绢云母化, 部分可见清晰的聚片双晶, 少量以假晶出现, 含量30%～35%; 钾长石呈半自形-他形板状, 粒径0.2～1.0 mm, 可见格子双晶、 条纹结构, 含量25%～30%; 石英呈他形粒状, 具波状消光, 粒径0.2～1.0 mm, 含量20%～25%; 黑云母呈片状, 褐色, 多色性显著, 粒径0.5 mm±, 含量5%～10%;白云母呈片状,粒径0.3 mm±,含量约2%;角闪石呈半自形-他形柱状,二组完全解理,含量小于2%(图2e—h)。

3 LA-ICP-MS锆石U-Pb测年

3.1 测试方法

锆石的单颗粒矿物挑选、制靶、透射光和反射光照相以及阴极发光(CL)照相委托北京锆年领航科技有限公司完成,锆石U-Pb年代学测试在桂林理工大学广西隐伏金属矿产勘查重点实验室完成。锆石年龄测试采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法(LA-ICP-MS),激光设备为配有193 μm准分子激光器的GeoLas HD激光剥蚀系统,联用的ICP-MS型号为Agilent 7500cx。激光束斑直径为32 μm,分别利用NIST 610玻璃和Temora锆石(417 Ma)作为元素和年龄外标,每隔5个未知样品锆石间插入2个Temora,每隔10个样品插入2个NIST 610。每个测试点总的数据获取时间为90 s, 其中前20 s为背景, 有效的剥蚀时间为50 s。 以29Si为内标,使用单内标-多外标法校正锆石中的微量元素含量,详细的分析流程和具体参数设置参见文献[11-13]。利用ICP-MS Data Cal软件对剥蚀信号数据进行处理,得到样品的微量元素含量及U-Pb同位素比值,U-Pb年龄谐和图的绘制和加权平均年龄计算利用Isoplot完成。年龄谐和图绘制好以后,使用CorelDRAW对其进行修正完善。

3.2 锆石特征及测年结果

龙胜花岗岩体4件样品锆石阴极发光(CL)图像及谐和图解见图3～6。锆石颗粒粒径多在80～200 μm,多呈长柱状、短柱状的形态特征;内部具有典型的岩浆振荡环带,部分颗粒具有较小的暗色继承核。LA-ICP-MS锆石U-Pb的分析结果见表1。

表1 龙胜花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb分析结果Table 1 U-Pb dating results of zircons from Longsheng pluton

续表

样品1715花岗闪长岩锆石阴极发光图像及年龄谐和图(图3)显示, 该样品共测试20个点, Th含量为(52.15～686.60)×10-6, U含量为(82.27～3 119.83)×10-6, Th/U值为0.09～1.16, 除测点14、 20, 其余测点Th/U>0.1, 为岩浆锆石[14-15]。 在年龄谐和图解上, 多数测点位于谐和线上或者附近。 测年的结果可分为3组: 第1组锆石206Pb/238U表面年龄为434～438 Ma, 加权平均年龄为436.0±13.0 Ma(MSWD=0.010 6,n=11); 第2组的锆石206Pb/238U表面年龄在644～647 Ma, 加权平均年龄为645.0±13.0 Ma(MSWD=0.008 1,n=4); 第3组的锆石206Pb/238U表面年龄在808～811 Ma, 加权平均年龄为 810.2±8.1 Ma(MSWD=0.026,n=5)。

图3 花岗闪长岩(样品1715)锆石阴极发光图像及年龄谐和图Fig.3 Zircon CL images and concordia diagram of granodiorite (Sample 1715)

样品1716锆石阴极发光图像及年龄谐和图(图4)显示, 该样品共测试25个测点, 其Th含量为(86.62～832.81)×10-6, U含量为(159.94～2 758.07)×10-6, Th/U值为0.10～2.82, Th/U值基本上≥0.10, 为岩浆锆石。 在U-Pb年龄谐和图解上, 多数测点位于谐和线上或者附近。 测年的结果可分为3组: 第1组的锆石206Pb/238U表面年龄在435～442 Ma, 加权平均年龄为437.0±6.0 Ma(MSWD=0.045,n=12); 第2组的锆石206Pb/238U表面年龄为646～647 Ma, 加权平均年龄为647.1±7.7 Ma(MSWD=0.008 1,n=5); 第3组的锆石206Pb/238U表面年龄为811～812 Ma, 加权平均年龄为811.3±9.3 Ma(MSWD=0.012,n=8)。

图4 花岗闪长岩(样品1716)锆石阴极发光图像及年龄谐和图Fig.4 Zircon CL images and concordia diagram of granodiorite (Sample 1716)

样品1703锆石阴极发光图像及年龄谐和图(图5)显示, 该样品共测试23个测点, 其Th含量为(83.43～790.82)×10-6, U含量为(85.14～3 479.82)×10-6, Th/U值为0.08～2.39, 除测点4、 6、 9、 11、 24外, 其余Th/U>0.1, 为岩浆锆石。 在U-Pb年龄谐和图解上, 多数测点位于谐和线上或者附近。 测年的结果可分为3组: 第1组的锆石206Pb/238U表面年龄在423～426 Ma, 加权平均年龄为424.4±5.0 Ma(MSWD=0.010 4,n=11); 第2组的锆石206Pb/238U表面年龄为643～648 Ma, 加权平均年龄为646.0±10.0 Ma(MSWD=0.008 1,n=9); 第3组的锆石206Pb/238U表面年龄为808～811 Ma, 加权平均年龄为810.0±17.0 Ma(MSWD=0.008 3,n=3)。

图5 二长花岗岩(样品1703)锆石阴极发光图像及年龄谐和图Fig.5 Zircon CL images and concordia diagram of monzogranite (Sample 1703)

样品1711锆石阴极发光图像及年龄谐和图(图6)显示, 该样品共测试25个测点, 其Th含量为(7.46～391.35)×10-6, U含量为(18.37～2 129.41)×10-6, Th/U值为0.06～2.32, 除了测点7、 10、 12、 18、 22, 其余Th/U>0.1, 为岩浆锆石[12-13]。 在U-Pb年龄谐和图解上, 多数样品位于谐和线上或者附近。 测年的结果可分为3组: 第1组的锆石206Pb/238U表面年龄在423～426 Ma, 加权平均年龄为425.1±5.2 Ma(MSWD=0.001 7,n=10); 第2组的锆石206Pb/238U表面年龄为647～652 Ma, 加权平均年龄为647.0±30.0 Ma(MSWD=0.008 1,n=3); 第3组的锆石206Pb/238U表面年龄为809～812 Ma, 加权平均年龄为811.1±6.7 Ma(MSWD=0.008 3,n=12)。

图6 二长花岗岩(样品1711)锆石阴极发光图像及年龄谐和图Fig.6 Zircon CL images and concordia diagram of monzogranite (Sample 1711)

4 讨 论

从对桂北龙胜花岗岩体内部的花岗闪长岩和外侧的二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果来看,锆石U-Pb年龄分为3组：第1组代表内部花岗闪长岩和外侧二长花岗岩的侵位年龄;第2组和第3组为岩浆捕获锆石的年龄。

岩体内部2件样品分别给出436.0±13.0 Ma和437.0±6.0 Ma的侵位年龄, 2件样品给出了一致的侵位时代(436 Ma±), 表明花岗闪长岩形成于志留纪兰多维列世(Liandovery)。 岩体外侧2件样品分别给出424.4±5.0 Ma和425.1±5.2 Ma的侵位年龄,2件样品也给出了一致的侵位时代(425 Ma±),表明二长花岗岩形成于志留纪罗德洛世(Ludlow)。龙胜花岗岩内部的花岗闪长岩和外侧的二长花岗岩均为加里东期岩浆活动的产物。

第2组数据为捕获锆石的年龄。该年龄值在岩体内部、外侧相对一致,4件样品的206Pb/238U加权平均年龄分别为645.0±13.0 Ma(n=4)、 647.1±7.7 Ma(n=5)、646.0±10.0 Ma(n=9)和647.0±30.0 Ma(n=3),表明岩浆侵位过程中捕获有大量该时期的物质。 东西冈瓦纳随着莫桑比克洋的闭合(900～500 Ma或550±100 Ma)形成冈瓦纳超大陆的造山事件称为“泛非事件”[16-20]。与该造山事件相对应的构造热事件在冈瓦纳大陆各组成陆块中主要表现为强烈的变质作用和岩浆活动,而变质作用和岩浆活动又以大规模的麻粒岩相变质作用和广泛出现紫苏花岗岩化现象为特征[19],泛非期构造热事件在我国的西藏和东北地区均有变质作用和岩浆活动的记录[21-25]。在华南地区,虽然在早古生代地层中也发现有泛非期碎屑锆石[26],但由于缺乏泛非期变质作用和岩浆活动等构造热事件的直接证据,因此在华南是否存在与泛非期造山作用有关冈瓦纳大陆拼合尚不明确。近年来,Li等[27]在华夏陆块政和-大浦构造带的前寒武系中获得533±7 Ma泛非期变质年龄,认为是华夏陆块泛非期构造热事件的直接证据,而在此之前，前人也曾认为华夏陆块中存在有泛非期的变质作用[28]。桂北龙胜花岗岩体中的大量泛非期的捕获锆石,表明桂北及邻区可能也存在泛非事件的年龄记录。

第3组数据亦为捕获锆石的年龄。该年龄值在岩体内部、外侧相对一致,4件样品的206Pb/238U加权平均年龄为810.2±8.1 Ma(n=5)、 811.3±9.3 Ma(n=8)、 810.0±17.0 Ma(n=3)和811.1±6.7 Ma(n=12), 表明岩浆侵位过程中捕获有大量该时期的物质。龙胜花岗岩体与新元古界丹洲群拱洞组和三门街组呈侵入接触关系,丹洲群在桂北地区为一套裂谷充填沉积,由浅变质的砂泥质岩夹少量碳酸盐岩组成,自下而上包括白竹组、合桐组、三门街组及拱洞组[9，29],各组间均为整合接触,沉积时限为820～725 Ma[30]。其中,在合桐组二段底部见有凝灰岩夹层,其形成时间为801±4 Ma[30],与本组年龄数据在误差范围内基本一致,推测本组锆石可能是岩浆侵位过程中从丹洲群凝灰岩中捕获到的锆石。

在地球漫长的地质历史演化进程中,经历过多次超大陆演化过程。目前,在全球地质史上普遍被接受的超大陆包括Columbia、Rodinia、Gondwana和Pangea大陆,这些超大陆的聚合和裂解都对应着全球性的构造热事件。其中,Rodinia超大陆的形成是以中、新元古代全球格林威尔期(1.3～0.90 Ga)的碰撞造山为标志,而Gondwana超大陆的形成,则是泛非期碰撞造山作用的结果,它是继Rodinia超大陆聚合与裂解之后又一全球性地质事件。华南板块是我国三大前寒武纪古陆块之一,经历了复杂的地质演化过程,它在中、新元古代的形成演化,总体是在全球Rodinia超大陆聚合与裂解的构造背景中发展演变的[31]。在新元古代的早期,华南区域依然独立的扬子和华夏陆块通过内部拼合、形成各自统一的陆块,并沿华南中部皖南-雪峰东缘-苗岭一线碰撞拼合,形成新元古代中晚期江南造山带[26,31-40];嗣后,统一的华南大陆自820 Ma 以后,主要在800～720 Ma期间迅速转入伸展裂谷构造和冰期,形成了华南浙赣湘桂为中心的南华裂谷盆地和川滇裂谷盆地并伴有相应的裂谷型岩浆活动[26,31,33],而新元古代罗迪尼亚超大陆的裂解被认为是冈瓦纳旋回的前奏[41]。本次研究在龙胜花岗岩体内所获得的0.81和0.65 Ga左右的岩浆捕获锆石,正是全球新元古代罗迪尼亚超大陆裂解和泛非构造热事件在桂北或相邻地区的记录。

5 结 论

(1)LA-ICP-MS锆石 U-Pb定年结果显示,龙胜花岗岩体内部的花岗闪长岩形成于436 Ma±,外侧的二长花岗岩形成于425 Ma±,分别对应于志留纪兰多维列世(Liandovery)和罗德洛世(Ludlow),为加里东期侵入体。

(2)龙胜花岗岩体中所获得的0.81 Ga±和0.65 Ga±捕获锆石年龄,是全球新元古代罗迪尼亚超大陆裂解和泛非构造热事件在桂北或相邻地区的年代学记录。