石先滨, 邓乾忠

(湖北省地质调查院,湖北 武汉　430034)

0　引言

在南秦岭造山带东南段武当山地区与扬子克拉通北缘与接壤地带,岩浆活动从新元古代至晚古生代均有侵入,基性、碱性、酸性均有产出。近10年来,前人对武当群变质火山岩系、基性岩墙等进行了大量年代学及大地构造环境研究[1-6],获取了丰富的同位素测年数据。其中,前人对部分基性侵入岩的形成时代,采用锆石U-Pb定年方法,获得年龄为679～822 Ma[7];采自武当群双台(岩)组变晶屑岩屑凝灰岩,由36粒锆石构成的不一致线与谐和曲线的上交点年龄为(749±8)Ma(MSWD=0.93),由其中11粒谐和锆石获得的206Pb/238U加权平均年龄为(752±4)Ma(MSWD=0.94),另两粒基本谐和的锆石206Pb/238U年龄分别为(820±6)和(833±6)Ma;采自耀岭河组变流纹质火山岩,22粒谐和锆石获得的206Pb/238U加权平均年龄为(686±3)Ma(MSWD=0.85),形成于晋宁期,相当于新元古代中—晚期,为研究秦岭造山带南缘这一时期地质构造发展与演化积累了丰富的资料。但是,对于该时期武当群分布区的酸性侵入岩体研究显得较为薄弱,尤其是对该类岩体的产出与规模、形成时代与地质意义的资料显得较为缺乏。

作者通过近几年对造山带南缘与扬子克拉通北缘与接壤地带进行的1∶5万区域地质调查工作,于造山带南缘房县石垭子一带发现了花岗斑岩岩体,岩体产出于区域性竹山断裂构造带北侧的武当群变中酸性火山碎屑岩中(图1),过去未发现本类型侵入岩。本文主要是通过对该岩体进行的地质特征、岩石学特征、岩石地球化学特征、同位素年代学研究,进而进行岩浆成因与形成构造环境探讨。

图1　花岗斑岩体大地构造位置简图Fig.1　Diagram of tectonic position of granite-porphyry bodies1.岩体位置；2.南秦岭造山带;3.中新生代盆地;4.上扬子地块前陆褶冲带;5.上扬子地块台地褶皱区;6.辉绿岩体;7.神农架基底;8.青峰断裂;9.阳日断裂;10.新华断裂;11.竹山断裂。

1　岩体地质特征

花岗斑岩侵入体分布于房县石垭子,呈近东西向透镜状产出于武当群双台岩组(Nh1s)变中酸性火山岩中,岩体的产出形态与围岩基本一致,出露面积较小,不足10 m2,花岗斑岩在空间上与围岩呈侵入接触关系清楚,呈指状侵入于武当群双台岩组(Nh1s)中(图2、图3),与武当群变质火山岩具明显差异,岩体边部岩石蚀变与片理化现象明显,靠近中心部位,岩石结构颗粒粗大,含较好的斑晶,略具片状定向构造。宏观上地质特征显示整个岩体具较强的变形变质特征(照片1)。

图2　花岗斑岩与围岩接触关系特征Fig.2　Characteristics of contact relationship of granite-porphyry and surrounding rock1.花岗斑岩;2.武当群双台岩组白云钠长片岩。

图3　花岗斑岩与围岩接触关系特征Fig.3　Characteristics of contact relationship of granite-porphyry and surrounding rock1.花岗斑岩;2.武当群双台岩组白云钠长片岩;3.第四系松散的砾石或亚砂土。

2　岩石学特征

该岩石主要矿物成分为:钾长石46%,斜长石15%,石英20%,绿帘石15%,绿泥石2%,褐铁矿1%,磷灰石>1%;钾长石主要是正长石，次之为条纹长石,斜长石以更长石为主,长石多呈半自形板条状,双晶及解理发育,石英呈他形粒状,岩石为碎斑结构、花岗结构,块状构造。

岩石中受到了强烈的脆性动力变质作用,致使原岩中的主要矿物发生不同程度的碎裂,包括蚀变矿物绿帘石也发生了碎裂。岩石中碎基含量约占30%左右,长石多呈碎斑状(照片2)。其岩石类型为强绿帘石化的变质花岗斑岩。

通过该岩石野外产状、组构特征及矿物组合特征分析,该岩石发生变质而生成新矿物绿帘石,具有残余斑状结构,基质具微粒状结构,绿帘石对原岩矿物交代,致使原岩面貌全非,但是可以看到半自形板条状的钾长石或他形—半自形板状的斜长石,它们应是原岩中的长石斑晶,而斑晶之间的长英质矿物粒径仅0.1～0.3 mm,斑晶粒径可达1～1.5 mm,其原岩为花岗斑岩。

3　岩石地球化学特征

花岗斑岩岩石化学成分及含量由表1所示:主量元素SiO269.71%、TiO20.36%、A12O314.13%、Fe2O32.17%、FeO 0.85%、MnO 0.15%、CaO 3.29%、Na2O 5.42%、K2O 0.72%。岩石具酸性特征,SiO2含量为69.71(WB%); Na2O+ K2O含量较低,都在6.14(WB%)左右,且Na2O>K2O。岩石化学成份与戴里闪长岩平均值相比,除K2O含量偏低外,其它氧化物含量基本相当,A/CNK值0.901左右,主要属准铝质;在SiO2-AR(碱度率)和硅、钾相关图解中,为钙碱性或低钾系列。

照片1　花岗斑岩与围岩接触界线Photo 1　Contact boundary of granite-porphyry and surrounding rock

照片2　花岗斑岩花岗结构特征(正交偏光×16倍)Photo 2　Structural characteristics of granite-porphyry

根据该岩体微量元素含量特征(表2)及微量元素比值蛛网图(图4),总体具Nb、Ta、Ti等元素负异常,TiO2=0.36%,低Nb、低Ta和低Ti不能作为判别岩体属于岛弧岩系的绝对指标[8],因为大陆地壳或大陆岩石圈的混染作用都能够给出似岛弧信号,因此,在利用该岩体的构造环境地球化学判别图解时必须考虑选用元素的适用性。另外,低Nb/La值(<1)是地壳混染作用的一个可靠的微量元素指标[9],该岩体Nb/La=0.22,Ba/Nb=45,这个特点表明其母源的玄武质岩浆遭受到大陆地壳物质的混染,岩浆中的不相容元素,如La或Ba就会相对于Nb明显增高,从而具有低Nb/La、高Ba/Nb的特点,该岩体的地球化学成分与原岩具有一定的继承性,该特点也表明了其受到了强烈的地壳混染。

表1　石垭子岩体岩石化学成分表Table 1　Chemical composition of rocks of Shiyazi rock mass

注:样品分析由湖北武汉综合岩矿测试中心完成,主元素采用ICP-AES测定。

图4　石垭子岩体微量元素蛛网图Fig.4　Spider diagram of trace element of Shiyazi rock mass

该岩体稀土元素总量130.35×10-6，为轻稀土富集型。δEu值较大,为0.92(表3)[10],表明大多数铕

为弱亏损。在稀土元素配分型式图中(图5),总体为向右倾斜曲线,铕谷较小,铈谷则不清晰,具铈的弱负异常或亏损不明显。轻稀土一侧倾斜,重稀土一侧为平缓型曲线。

4　同位素地球化学特征

本次采用微区原位测试技术,在双目显微镜下挑选条形晶形较完好,颗粒较大,透明的锆石进行制靶,并保证整个制作过程中样品的纯净,以保证锆石测试的可靠性。锆石的分选工作由廊坊诚信地质服务公司完成。锆石制靶、阴极发光照相及微区分选均在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成,使用的激光剥蚀系统为德国Lamda Physik公司生产GeoLas2005深紫外(DUV)193nmUArF准分子激光剥蚀系统,采用的激光束斑直径为32 μm,同位素数据处理采用ICPMSDataCal(ver 3.0)软件[11-12],使用Andersen(2002)编制的软件对测试数据进行普通铅校正,并采用ISOPLOT程序进行加权平均年龄计算和谐和图的绘制,单个分析值误差为1 σ,年龄平均值误差为96%置信度。

图5　稀土元素配分曲线图Fig.5　Curve of REE pattern

表2　石垭子岩体微量元素含量表

Table 2　Trace element content of Shiyazi rock mass 单位:×10-6

表3　石垭子岩体稀土元素含量表Table 3　REE content of Shiyazi rock mass　单位:×10-6

注：球粒陨石标准化值据Sun and McDonough,1989。

通过锆石阴极发光照相(图6),锆石多数为浅灰黄色,不透明—半透明,油脂光泽,晶面光滑,少量发育裂纹,振荡环带较为清晰,但环带较窄,锆石形态呈板条状,自形—半自形特征,晶棱浑圆,具熔蚀现象,晶体内部有少量包体。根据锆石的标点年龄显示,其年龄值较为集中,对比锆石核部和环带部位的年龄值,一般相差10～20 Ma左右。

该岩体同位素年龄采用锆石LA-ICP-MS定年结果,锆石分析测试的样品选用锆石颗粒较大,呈板状,自形程度相对较好,阴极发光图像显示具有较宽的振荡环带,部分锆石的核部与环带均较为清晰,同时也挑选少部分锆石核部进行测试。对该样品21个点进行了U-Pb年龄测定(表4),其中Th含量28×10-6～460×10-6,平均267×10-6;U含量52×10-6～422×10-6,平均152×10-6;Th/U比值介于0.53～1.09之间,符合岩浆型锆石的特征。从锆石U-Pb谐和图(图7-图9)可见206Pb/238U年龄值介于688～763 Ma之间,MSWD值较小,数据较为集中,年龄值较为接近,16个点的206Pb/238U加权平均年龄为(722.9±6)Ma,MSWD=0.46,n=16,代表了该岩体形成的年龄,属晋宁期构造热事件的产物,地质时代对应于早南华世晚期。

5　岩浆成因与形成构造环境探讨

根据岩体出露形态特征、产状及与围岩接触关系,界线两侧岩性突变,呈不规则的锯齿状,在接触界线附近热接触变质现象明显,由岩体边缘向中心矿物颗粒逐渐变粗,该岩体具酸性特征,岩石类型为花岗斑岩,岩石化学成分反映全碱(Na2O+K2O)和CaO较高,Na2O大于K2O,A/CNK比值为0.9,受后期变质作用,性质活泼的主量元素(K、Na)浓度发生了一定程度的改变;岩石地球化学特征分析表明其以火成岩为源区,为玄武岩浆上升后受地壳不同程度混染或亏损地壳熔融的产物。

图6　锆石阴极发光照片及标点年龄值Fig.6　Cathodoluminescence photos of zircon and age value

图7　锆石U-Pb谐和图Fig.7　Concordia diagram of zircon U-Pb

图8　锆石206Pb/238U年龄柱状分布图Fig.8　Columner distribution of zircon206Pb/238U age

图9　206Pb/238U加权平均年龄Fig.9　Weighted mean 206Pb/238U age

表4　石垭子岩体锆石U-Pb同位素分析结果Table 4　Analysis result of zircon U-Pb isotope of Shiyazi rock mass

注:206Pb为放射性成因206Pb的含量;普通铅根据实测204Pb进行校正;误差为1σ;年龄值的单位为Ma。

根据前人总结的秦岭造山带中具有两条新元古代岩浆岩带[13],调查区内的该岩体处于南岩浆岩带内,进一步证实了秦岭造山带南部可能存在一条新元古代中期裂谷带,形成时代介于810～710 Ma之间。南华纪时期由于大陆地壳减薄,在伸展环境的岩浆作用下形成该岩浆岩带,为该区构造背景研究提供了新的可靠资料。区域上,它也是劳伦、澳大利亚和塔里木—扬子等大陆初始裂解的产物,该岩浆岩带的存在,为研究Rodinia超大陆中的劳伦西部、澳大利亚和塔里木—扬子克拉通之间的破裂提供了动力学机制方面的依据。因此,本区花岗斑岩的发现对于研究南秦岭造山带构造—岩浆—热事件具有十分重要的意义。

6　结论

通过对房县石垭子花岗斑岩的研究表明,结论有以下几点:

(1) 南秦岭造山带南缘武当群变酸性火山碎屑岩分布区房县石垭子花岗斑岩体的发现,具有重要地学研究意义,为重新认识南秦岭造山带新元古代时期地质发展与构造演化提供了新的资料和依据。

(2) 通过对该岩体地质特征、岩石特征、地球化学特征研究,岩体侵位形成后,经受了较强区域构造热动力变质变形作用,致使岩石呈碎裂状结构,表明岩体的侵位早于主造山期。

(3) 通过对花岗斑岩采集锆石U-Pb同位素年龄测试分析,获得了206Pb/238U加权平均年龄为(722.9±6)Ma,表明该岩体形成于晋宁期,对应地质时代为早南华世晚期。

(4) 结合岩浆成因与构造环境分析,该花岗斑岩在伸展作用下,岩浆上升后受地壳不同程度混染或亏损地壳熔融,形成于裂谷构造环境,应属Rodinia超大陆裂解的产物。

致谢：野外工作中得到了湖北省地质调查院教授级高级工程师胡正祥、吴传荣的现场指导；审稿专家对本文进行了认真审阅,提出了宝贵的修改意见,在此一并致谢。

该扰动界面受到RT不稳定性的作用, 界面小扰动开始增长. 起初, 界面小扰动按照线性e指数增长, 当扰动幅值增长到一定程度后进入非线性阶段. 在弱非线性阶段, 由于非线性模耦合过程, 高次谐波(即2次谐波、 3次谐波等)相继产生. 为此, 界面函数ηs(φ,θ,t)和速度势函数φ(r,φ,θ,t)可以展开为小参数的幂级数形式

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