2 期 向庭富等 : 闽西北罗古岩岩体印支期年龄的厘定及其岩石成因和构造意义 275 integrated mineralogical and geochemical features suggest that the Luoguyan granites are highly fractionate

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1 2013 年 6 月, 第 19 卷, 第 2 期, 页 June 2013,Vol. 19,No.2, p 高校地质学报 Geological Journal of China Universities 闽西北罗古岩岩体印支期年龄的厘定及其岩石成因和构造意义 向庭富, 孙涛 *, 陈培荣, 王凯兴 内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室, 南京大学地球科学与工程学院, 南京 摘要 : 以闽西北地区的罗古岩花岗岩岩体为研究对象, 系统研究了它的年代学 全岩地球化学和 Sr-Nd-Hf 同位素地球化学, 并据此探讨了该岩体的成因 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 定年结果表明, 罗古岩花岗岩岩体两个样品 (LGY02 和 LGY10) 的年龄为 (227±3)Ma(LGY02) 和 (234±2)Ma(LGY10), 指示该花岗岩体为印支期岩浆活动的产物 岩石地球化学组成上表现为高硅 (SiO 2 >74%) 富碱(K 2 O+Na 2 O =8.57%~9.22%,K 2 O/Na 2 O>1.4) 准铝(A/CNK 值多数小于 1), 贫钙 镁和铁 稀土元素总量较低 ( ~ ), 铕负异常强烈 (δeu=0.17~0.37) 富集 Rb,Nd,Th,U 和 Hf 等元素, 而 Ba,Nb,Sr,Zr 和 Ti 显示为负异常 Zr+Y+Ce+Nb( ~ ) 含量低于 A 型花岗岩的下限值 ( ) 综合岩相学和岩石地球化学特征指示该岩体应属高分异的 I 型花岗岩 同位素组成上,( 87 Sr/ 86 Sr) i 位于 ~ 之间, ε Nd (t) 值较低 (-12.17~-10.70), 两阶段 Nd 模式年龄为 1.87~2.00 Ga ; 岩浆锆石的 ε HF (t) 值也较低但有较大的变化范围 (-13.0~-6.8), 两阶段 Hf 模式年龄为 1.69~2.08 Ga 结合印支期同处于浦城 武平断裂带上的洋坊正长岩和闽西北地区夏茂暗色岩脉的富集地幔组分的发现, 本文认为罗古岩岩体是由类似于夏茂暗色岩脉的富集地幔组分与基底麻源群的熔融组分在伸展拉张的构造背景下混合而成, 并经历了高程度的结晶分异作用 关键词 : 印支期 ;I 型花岗岩 ; 伸展拉张背景 ; 闽西北地区中图分类号 :P539.2 文献标识码 :A 文章编号 : (2013) Discovery of an Indosinian Granite: Luoguyan Pluton in Northwestern Fujian Province, South China, and Its Petrogenesis and Tectonic Significance XIANG Tingfu, SUN Tao *, CHEN Peirong, WANG Kaixing Key State Laboratory for Mineral Deposits Research, School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing , China Abstract: In this paper, the Luoguyan pluton in the northwestern inland area of Fujian Province was selected as an example for a detailed geochronological, whole rock geochemical, and Sr-Nd-Hf isotopic geochemical study in order to elucidate its petrogenesis. LA-ICP-MS U-Pb zircon ages of two samples (LGY02 and LGY10) from the Luoguyan pluton are (227.1± 2.6) Ma (LGY02) and (234.4±1.5) Ma (LGY10), indicating that this pluton was generated in the Indosinian stage. Chemically, this pluton is metaluminous (most of the A/CNK values are lower than 1.0), and shows high contents of silica (SiO 2 >74%) and alkalies (K 2 O+Na 2 O =8.57%~9.22%,K 2 O/Na 2 O>1.4), low abundance of calcium, magnesium, and iron. The rocks display low total REE contents ( REE= ~ ) and low contents of Zr+Ce+Nb+Y (< ) with strongly negative Eu anomalies (δeu=0.17~0.37), and are enriched in Rb, Nd, Th, U, Hf, depeted in Ba, Nb, Sr, Zr, Ti. Overall, our 收稿日期 : ; 修回日期 : 基金项目 : 中国核工业地质局十一五基础科研项目 (YK08); 内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室研究项目 (2008-I-04) 共同资助 作者简介 : 向庭富, 男,1983 生, 硕士研究生, 矿产普查与勘探专业 ; mkxtf315@sina.com; * 通讯作者 : 孙涛, 副教授 ; sun@nju.edu.cn

2 2 期 向庭富等 : 闽西北罗古岩岩体印支期年龄的厘定及其岩石成因和构造意义 275 integrated mineralogical and geochemical features suggest that the Luoguyan granites are highly fractionated I-type granites. Isotopically, samples show high and variable initial 87 Sr/ 86 Sr ratios (0.7078~0.7130), yet low and constant ε Nd (t) (-12.17~-10.70), corresponding to two stage model age of the 1.87~2.00 Ga. However, their zircon Hf isotopes show large variations, with ε Hf (t) values varying between -13.0~-6.8, corresponding to two stage model age of 1.69~2.08 Ga. Combining with the discovery of the Indosinian Yangfang syenite located in Pucheng-Wuping fault zone and the Xiamao diabase originated from the enriched mantle, we suggest that the Luoguyuan pluton was derived from a mixed magma which mingled with an enriched mantle-derived component similar to the Xiamao diabase with a crustal felsic component derived from the partial melting of basement Mayuan metamorphic rocks, during which the tectonic setting was an extension environment, and then experienced a high degree of differentiation during crystallization. Key words: Indosinian stage; I-type granite; extension environment; northwestern Fujian province Corresponding author: SUN Tao, Associate Professor. sun@nju.edu.cn 近年来华南花岗岩年代学研究显示, 越来越多的印支期花岗岩在华南地区被确认, 如桂东南十万大山 大容山堇青石花岗岩和紫苏辉石花岗斑岩 ( 邓希光等,2004), 云开大山片麻状花岗岩 ( 邵建国,1995); 湘中伪山花岗岩体 ( 丁兴等,2005), 阳明山花岗岩体 ( 陈卫锋等, 2006) 和白马山花岗岩体 ( 陈卫锋等,2007); 粤北贵东花岗岩体 ( 徐夕生等,2003) 和诸广山花岗岩体等 ; 赣南五里亭花岗岩体 ( 邱检生等, 2004; 张文兰等,2004) 和富城花岗岩体 ( 于津海等,2007) 这些研究程度较高的印支期花岗岩体主要分布在武夷山以西的华南地区, 而武夷山以东浙 闽地区对印支期花岗岩的研究则比较薄弱 华南印支期花岗岩主要是以强过铝质和弱过铝质为主 ( 周新民,2003), 一般被认为是印支造山运动导致华南内陆地壳叠置加厚部分熔融 ( 王岳军等,2002;Wang et al.,2007) 或晚碰撞 后碰撞伸展背景下地壳减薄 减压熔融形成 ( 周新民,2003; 丁兴等,2005;Zhou et al., 2006) 但 Wang 等 (2005) 对福建两个印支期碱性正长岩 ( 铁山和洋坊 ) 的研究表明, 在 254~242 Ma 间该区应处于拉张伸展环境, 并认为该伸展环境可能跟古太平洋板块的俯冲有关 Li 和 Li (2007) 则认为, 华南印支期花岗岩有从东南向西北变年轻的趋势, 大部分为钙碱性 I 型花岗岩, 有可能是大洋板片向西北方向水平俯冲造成陆内迁移造山的结果 显然, 对华南印支期花岗岩的成因 分布规律和构造动力学背景的认识还存在较大分歧 罗古岩岩体分布在武夷山以东闽西北建阳地区, 前人根据该岩体与地层的接触关系, 岩体相互穿插顺序 构造控制条件, 岩石特征以及与邻区对比, 认为它是燕山晚期第三次侵入形成的花岗岩体 ( 福建省区域地质调查报告,1974) 到目前为止, 还缺少其同位素年代学方面的报道 本文通过高精度的 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 同位素年代学研究, 表明该岩体形成于印支期 结合岩相学 岩石地球化学和 Sr-Nd-Hf 同位素地球化学特征, 进一步探讨了岩石成因, 认为该花岗岩为印支早期的准铝质 I 型花岗岩 期望这些新认识对加深人们理解早中生代华南构造 - 岩浆活动的地球动力学背景有一定参考价值 1 地质背景和岩相学特征 研究区位于武夷山脉北段的东南侧, 介于政和 大浦断裂带和石城 崇安断裂带之间, 北东向的浦城 武平大断裂刚好从本区穿过 罗古岩岩体出露于闽西北地区的建阳县境内, 呈岩基产出, 长轴略呈东西向, 面积约 183 km 2 ( 图 1) 围岩均为变质岩, 因风化很深而接触面产状不明 其中最主要的围岩为麻源群南山组 接触面围岩蚀变一般只有弱硅化, 仅在岩体北部与麻源群含钙质云英片岩接触处形成矽卡岩 前人按照岩石结构及矿物的成分与含量变化, 把岩体分为中心相和边缘相 ( 福建省区域地质调查报告建瓯幅,1974) 由于地表植被覆盖较厚, 本次研究未能观察到上述岩体分带特征 本文采集到的花岗岩样品有中粗粒含黑云母花岗岩和中细粒花岗岩 中粗粒含黑云母花岗岩, 浅肉红色,

3 276 高校地质学报 1 9 卷 2 期 F1, 石城 崇安断裂带 ; F2, 浦城 武平断裂带 ; F3, 政和 大浦断裂带 ; F4, 福安 南靖断裂带 ; F5, 长乐 南澳断裂带 F1, Shicheng-Chongan fault zone; F2, Pucheng-Wuping fault zone; F3, Zhenghe-Dapu fault zone; F4, Fuan-Nanjing fault zone; F5, Changle-Nanao fault zone 图 1 福建建阳罗古岩岩体地质略图 ( 据福建省区域地质调查报告建瓯幅, 1974; 福建省地质调查研究院邵武幅, 2001 和王强等, 2003 修改 ) Fig. 1 Simplied geological map of the Luoguyan pluton 样品包括 LGY02( 样品编号, 下同 ),LGY04, LGY08,LGY10,LGY11 和 LGY12, 主要造岩矿物为条纹长石 (46%~52%, 体积含量, 下同 ) 斜长石 (24%~26%) 石英(20%~28%) 黑云母 (2%~3%) 方解石(1%~2%) 镜下观察常见斜长石聚片双晶不清晰, 多被端面不清晰的细鳞片状绢云母交代 ( 图 2a,2d); 石英呈它形粒状, 具波状消光 ; 黑云母少数被白云母等交代 ( 图 2a), 多数已蚀变成绿泥石 ( 图 2b,2c), 且多呈填隙状分布于条纹长石 斜长石 石英颗粒之间 ( 图 2b), 解理纹中分布有榍石 金红石及不透明矿物 ( 图 2b,2c); 方解石充填于石英和条纹长石颗粒之间 ( 图 2d) 副矿物有磁铁矿 榍石 金红石 锆石 磷灰石 独居石 褐帘石和绿帘石等 中细粒花岗岩, 浅肉红色为主, 本次采集到的样品包括 LGY01 和 LGY03, 主要造岩矿物为条纹长石 (50%~54%) 斜长石 (22%~26%) 石英(19%~25%) 黑云母 (1%~2%) 方解石(~1%), 矿物特征与中粗粒含黑云母花岗岩无明显差异 副矿物有磁铁 矿 锆石 磷灰石 褐帘石和绿帘石等 2 样品和分析方法 样品的采集位置见图 1 单颗粒锆石 U-Pb 定年样品选自于 LGY02 和 LGY10, 制靶方法见宋彪等 (2002a) CL 拍照在西北大学地球动力学国家重点实验室完成 在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室用 LA-ICP-MS 进行锆石的 U-Pb 同位素定年 激光剥蚀系统为 New Wave 公司生的 UP213,ICP-MS 型号为 Agilent 7500a, 激光剥蚀束斑直径为 25 μm, 质量分馏校正采用标样 GEMOC/GJ-1(608 Ma), 每组样品包括一个已知年龄锆石 Mud Tank(735 Ma) 样品的同位素比值以及元素含量计算采用 Glitter(ver.4.0) 软件, 并且运用 Andersen(2002) 介绍的方法对 Pb 同位素进行普通 Pb 校正 年龄计算以及谐和图的绘制采用 Ludwing SPUID1.0(Ludwig,2001) 及 ISOPLOT 程序 (version3.0,ludwig,2006) 锆石的原位 Hf 同位素分析在中国地质科学院矿产资源研究所实验室用 LA-MC-ICP-MS 完成

4 2期 向庭富等 闽西北罗古岩岩体印支期年龄的厘定及其岩石成因和构造意义 a b c d 277 Pl, 斜长石; Per, 条纹长石; Qtz, 石英; Cal, 方解石; Bt, 黑云母; Ms, 白云母; Chl, 绿泥石; Zrn, 锆石; Sph, 榍石; Ap, 磷灰石; Mnz, 独居石; Aln, 褐帘石 Pl, plagioclase; Per, perthite; Qtz, quartz; Cal, calcite; Bt, biotite; Ms, muscovite; Chl, chlorite; Zr, zircon; Sph, sphene; Ap, apatite; Mnz, monazite; Aln, allanite 图2 福建罗古岩岩体镜下照片 Fig. 2 Microtextures of the Luoguyan pluton 激光剥蚀系统为New Wave公司生产的UP213 MC- 测试方法和依据参照GB/T 岩石中铅锶 ICP-MS型号为Finnigan Neptune 相关仪器的测试 钕同位素测定方法 实验过程中温度为20 条件及详细分析流程已有文献报道 侯可军等 相对湿度为20% 在样品分析过程中 实验室测量 2007 剥蚀直径为55 μm 本次测试使用的锆 的国际标准物质NBS987的87Sr/86Sr比值为 石国际标样GJ-1 其 176Hf/ 177Hf测试加权平均值为 ±7 JMC的143Nd/144Nd 比值为 ±3 所有 ±6 2σ=0.0021%, n =60 在误差范围 样品的Sr 和Nd 同位素比值均采用86Sr/88Sr = 内与文献报道一致 ±19 Elhlou et al., 和146Nd/144Nd = 进行质量分馏校正 测试数 2006 和 ±25 侯可军等 2007 据的标准误差为2σ 在岩相学鉴定基础上选取新鲜样品进行全岩 的主量元素 微量元素和Sr-Nd同位素分析 分析 3 分析结果 测试工作在北京核工业地质研究院完成 主量元 3.1 年代学特征 素使用GB/T 硅酸盐岩石化学分析方法 罗古岩岩体样品LGY02和LGY10锆石U-Pb同 +X射线荧光光谱法 X射线荧光光谱仪 型号为 位素定年结果分别列于表1和表2 图3分别显示了 飞利浦PW2404X 测定 分析误差优于0.5% 微 锆石的阴极发光 CL 照片 图3a 3c 及U-Pb 量元素和稀土元素采用ICP-MS方法 HR-ICP-MS 定年的分析点和206Pb/238U年龄值 3b 3d 样品 ElementⅠ Finnigan MAT制造 分析 测试方 LGY02和LGY10的锆石都呈无色到浅黄色 晶型 法和依据参照DZ/T 电感耦合等离子体 较好 透明至半透明 短柱-长柱状 样品LGY02 质谱方法通则 实验过程中温度为20 相对 的锆石长90~250 μm 宽80~120 μm 样品LGY10 湿度为30% 相对标准偏差优于10% Sr-Nd同位 的锆石颗粒多数相对较小且比较薄 薄主要跟制 素采用热电离质谱仪 ISOPROBE-T 进行分析 靶过程中的抛磨过多有关 长90~200 μm 宽

5 278 高校地质学报 1 9 卷 2 期 表 1 样品 LGY02 的 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 定年结果 Table 1 LA-ICP-MS ziron U-Pb dating results of the sample LGY02 测点号 Th( 10-6 ) U( 10-6 ) Th/U 207 Pb/ 206 Pb σ 同位素比值 207 Pb/ 235 σ U 206 Pb/ 238 U σ 207 Pb/ 206 Pb 同位素年龄 (Ma) σ 207 Pb/ 235 σ U 206 Pb/ 238 U σ LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY 表 2 样品 LGY10 的 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 定年结果 Table 2 LA-ICP-MS ziron U-Pb dating results of the sample LGY10 测点号 Th( 10-6 ) U( 10-6 ) Th/U 207 Pb/ 206 Pb σ 同位素比值 207 Pb/ 235 σ U 206 Pb/ 238 U σ 207 Pb/ 206 Pb 同位素年龄 (Ma) σ 207 Pb/ 235 σ U 206 Pb/ 238 U σ LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY

6 2期 向庭富等 闽西北罗古岩岩体印支期年龄的厘定及其岩石成因和构造意义 279 c a d b 实线小圆圈表示U-Pb年龄打点位置 虚线大圆圈表示Hf同位素打点位置 The circles of solid line for position pots of U-Pb isotope and dotted line for position pots of Hf isotope Fig. 3 图3 罗古岩岩体的锆石CL图像及U-Pb谐和图解 CL images and zircons U-Pb concordia diagrams for the Luoguyan pluton 50~100 μm 它们的长/宽比都约为1 1~3 1 图 206 3的阴极发光照片显示两个花岗岩样品的锆石都具 上或其附近 给出加权平均年龄为 227±3 Ma 有比较清晰的韵律振荡环带结构 为典型的岩浆 n =18 MSWD=2.9 样品LGY10共分析了20个 结晶锆石 吴元保和郑永飞 2004 样品LGY02 点 表2 除两个点给出较老的年龄 都为272 的锆石Th/U比值为0.22~2.14 且多大于0.40 Ma 可能代表捕获锆石的年龄 外 其余18个点 LGY10的锆石Th/U在0.39~2.14 也多数大于0.4 的年龄比较一致 206Pb/238U年龄变化在229~238 Ma 属于岩浆锆石范围 Belousova et al 之间 落在谐和线上或其附近 给出加权平均年 在 Pb/ U- Pb/ U谐和图上 样品点不同 Pb/238U年龄变化在214~236 Ma之间 落在谐和线 龄为 234±2 Ma n =18 MSWD=0.47 程度地沿水平方向偏离谐和线 图3b 3d 这 综上可知 两个花岗岩样品的年龄分别为 一分布形式在相对年轻的锆石中比较常见 主 227±3 Ma及 234±2 Ma 代表了罗古岩花 207 要原因是由于年轻锆石中 Pb丰度较低而难以测 岗岩体的结晶年龄 表明该岩体为印支期岩浆活 准 另一方面也可能与锆石中存在微量普通铅有 动的产物 206 关 由于年轻锆石定年主要采用精度较高的 Pb/ 238 U年龄 这一沿水平方向的漂移不会对定年结果 产生显著影响 袁洪林等 元素地球化学特征 罗古岩岩体主量元素组成 表3 具有如下特 征 ① 富硅 SiO2均 74% 74.55%~76.22% 贫Ca 样品LGY02共分析了20个点 表1 除两个 CaO=0.43%~1.12% 贫Mg MgO=0.13%~0.31% 点给出较年轻的年龄 182 Ma和205 Ma 可能代表 在TAS图解 图4a 中 样品点均投影在花岗岩区 后期热事件 外 其余18个点的年龄比较一致 域内 分异指数高 DI = 93.56%~96.56% 反

7 280 高校地质学报 1 9 卷 2 期 表 3 罗古岩岩体主量元素含量 (%),CIPW 标准矿物及相关参数 Table 3 Major oxide compositions (%) with calculated CIPW-normative minerals and parameters for the Luoguyan pluton 元素 LGY01 LGY02 LGY03 LGY04 LGY08 LGY10 LGY11 LGY12 SiO TiO Al 2 O Fe 2 O FeO MnO MgO CaO Na 2 O K 2 O P 2 O LIO Total Q Or Ab An C A.R K 2 O/Na 2 O ALK AKI A/CNK D.I A.R.- 莱特碱度率 ;AKI=(Na 2 O+K 2 O)/Al 2 O 3 ( 分子比 );A/CNK=Al 2 O 3 / (Na 2 O+K 2 O+Al 2 O 3 ) ( 分子比 );D.I.- 分异指数 映岩体具有高分异演化的特征 2 碱含量高, (K 2 O+Na 2 O)= 8.57%~9.22%, 且相对富钾,K 2 O/ Na 2 O=1.44~1.99, 特征与 Barbarin(1999) 划分的高钾钙碱性花岗岩 (KCG; 图 4b) 类似 3 铝饱和指数低,A/CNK=0.88~1.03( 除样品 LGY01 的 A/CNK 值为 1.03 外, 其余均小于 1.0), 为准铝质 - 弱过铝质花岗岩 ; 在 A/CNK-A/NK 图解 ( 图 4c) 上, 数据点多数投影在亚碱性准铝质区域内 ; CIPW 标准矿物中除样品 LGY01 出现刚玉分子 ( 为 0.43%) 外, 其余均不出现刚玉分子, 与典型 S 型花岗岩强烈富铝 ( 一般 A/CNK>1.1,CIPW 标准矿物中刚玉分子含量 >1%,Chappell and White, 1974) 的特点明显有别 4 铝碱指数 (AKI) 为 0.91~1.0, 按洪大卫等 (1987) 建议的碱性 偏碱性和钙碱性花岗岩的 AKI 值分界线 (>1.0, 0.9~1.0,<0.9), 该岩体可归属为偏碱性花岗岩 碱度率指数 (AR 值 ) 变化于 2.63~3.62, 在 SiO 2 -AR 关系图 ( 图 4d) 上, 样品点均投影于碱性区 5 低 Ti(TiO 2 =0.12%~0.19%) 和极度贫 P (P 2 O 5 =0.02%~0.04%), 表明岩浆经历了明显的钛铁矿 磷灰石等矿物的分离结晶作用或者在部分熔融过程中源区残留了大量的钛铁矿和磷灰石等矿物 在微量元素方面 ( 表 4 和图 5a), 罗古岩岩体富集 Rb,Nd,Th,U 和 Hf, 而 Ba,Nb,Sr, Zr 和 Ti 在微量元素蛛网图上显示为负异常 岩体的 K/Rb 比值介于 121.5~187.9 之间, 且多数小于 150;Nb/Ta 比值低 ( 除了一个为 外, 其余在 6.43~8.38 之间 ), 与分异花岗岩相应值 (2.3~9.9,Dostal and Chatterjee,2000) 类似, 这一特征也说明罗古岩岩体属分异的花岗岩 该岩体的 Rb/Sr(2.86~9.88, 平均 5.53) 和 Rb/Nb 比值 (11.81~15.53, 平均 13.92) 都明显高于中国东部和全球上地壳的平均值 ( 分别为 0.31 和 6.8

8 2 期 向庭富等 : 闽西北罗古岩岩体印支期年龄的厘定及其岩石成因和构造意义 281 (a) (b) (c) (d) (a) 侵入岩岩石类型 TAS 判别图解 ( 据 Middlemost, 1994) ; (b) SiO 2 -K 2 O 图解 ( 据 Rickwood, 1989); (c) A/CNK-A/NK 图解 ( 据 Maniar and Piccoli, 1989); (d) SiO 2 vs. Alkalinity Ratio(A.R.) 图解 ( 据 Wright,1969) (a) TAS plot for plutonic rocks ; (b) SiO 2 vs. K 2 O plot; (c) A/CNK vs. A/NK plot; (d) SiO 2 vs. Alkalinity Ratio (A.R.) plot 图 4 罗古岩岩体主量元素相关图解 Fig. 4 Major elements diagrams for the Luoguyan pluton [ 高山等,1999], 以及 0.32 和 4.5[Taylor and Mclennan,1985]), 反映罗古岩岩体经历了高程 度的岩浆结晶分异作用 岩体的稀土总量较低 [(116.72~236.53) 10-6,LREE/HREE=5.34~9.65,(La/Yb) N =4.05~9.88] ( 表 4, 图 5b), 表明轻稀土相对富集 轻重稀土 间分馏相对明显, 分布曲线呈右倾型 ;(La/Sm) N =2.61~4.65, 较 (Gd/Yb) N 值 =(0.93~1.35) 高, 反映轻稀土分馏比较明显 E u 负亏损强烈, δeu=0.17~0.37 上述微量和稀土元素特征相似 于我国东北地区 广东白石岗 福建沿海地区和 西藏冈底斯东部察隅的高分异 I 型花岗岩 (Wu et al.,2003; 邱检生等,2005;2008; 朱弟成等, 2009) 3.3 Sr-Nd 同位素 表 5 显示, 黑云母花岗岩 ( 8 7 S r / 8 6 S r ) i 为 ~ 的比值介于地壳与原始地幔之间 ε Nd (t ) 值变化范围较小 (-12.17~-10.70); 在 ε Nd (t )-t 图解上 ( 图 6), 三个样品点均落在闽 西北麻源群演化区域内 ; 采用两阶段模式 ( 陈 江峰和江博明,1999) 计算的 Nd 模式年龄介于 1.87~2.00 Ga 之间, 与华夏地块基底变质岩年龄 1.80~2.20 Ga( 陈江峰和江博明,1999) 相吻合 2.4 Hf 同位素 在锆石 La-ICP-MS 定年的基础上, 对样品 LGY02 和 LGY10 的相同锆石颗粒进行了原位或同 一岩浆结晶环带 ( 图 3a,c) 的 Hf 同位素组成分 析 ( 表 6 和图 7) 数据处理时 176 Lu 的衰变常数采 用 a -1 (Söderlund et al.,2004),ε Nd (t ) 的计算利用 Bouvier et al.(2008) 推荐的球 粒陨石 176 Hf/ 177 Hf 比值 ( ) 及 176 Lu/ 177 Hf 比 值 (0.0336),Hf 模式年龄计算时采用当前亏损 地幔的 176 Hf/ 177 Hf 比值 ( ) 和 176 Lu/ 177 Hf 比值 (0.0384)(Griffin et al.,2000), 采用平均地壳 的 176 Lu/ 177 Hf 比值为 0.015(Griffin et al.,2002) 样品 LGY10 在进行 Hf 同位素测试的过程中, 由 于锆石颗粒小且薄 易击穿, 故得到的数据量较 少 由表 6 可以看出,LGY02 的 16 个测点和 LGY10

9 282 高校地质学报 1 9 卷 2 期 表 4 罗古岩岩体微量和稀土元素含量 ( 10-6 ) Table 4 Trace and rare earth elements compositions of the Luoguyan pluton 元素 LGY01 LGY02 LGY03 LGY04 LGY08 LGY10 LGY11 LGY12 K Ti Rb Sr Y Zr Hf Nb Ta Ba Th U Ga La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu K/Rb Rb/Ba Rb/Sr Rb/Nb Nb/Ta Zr/Hf Ga/Al Zr+Nb+Ce+Y ΣREE LREE/HREE δeu (La/Yb) N (La/Sm) N (Gd/Yb) N 的 6 个测点 Hf 同位素组成各自都较为一致, 锆石的 176 Lu/ 177 Hf 比值多数小于 0.002, 说明锆石形成后放射成因 Hf 的积累较少 ( 吴福元等,2007a) 样品 LGY02 的 176 Hf/ 177 Hf 比值在 ~ , 平 均为 ε Nd (t) 值有较大的变化范围, 介于 -13.0~-6.8 之间 ( 变化幅度达 6.2 个单位 ) 模式年龄 (t DM1 ) 和两阶段模式年龄 (t DM2 ) 分别变化于 1.14~1.46 Ga 和 1.69~2.08 Ga 之间 样品 LGY10

10 2 期 向庭富等 : 闽西北罗古岩岩体印支期年龄的厘定及其岩石成因和构造意义 283 (a) (b) Fig. 5 图 5 罗古岩岩体微量元素原始地幔标准化蛛网图 (a) 和稀土元素球粒陨石标准化图解 (b) ( 原始地幔据 McDonough and Sun, 1995; 球粒陨石据 Sun and McDonough,1989) Primitive mantle-normalized trace elements spider-diagrams (a) and Chondrite-normalized REE patterns (b) of the Luoguyan pluton (Primitive mantle after McDonough and Sun, 1995; Chondrite after Sun and McDonough, 1989) 表 5 Sr-Nd 同位素组成 Table 5 Sr-Nd isotopic data of the Luoguyan pluton 同位素 LGY01 LGY03 LGY10 Rb( 10-6 ) Sr( 10-6 ) Sr/ 86 Sr σ Rb/ 86 Sr age (Ma) ( 87 Sr/ 86 Sr) i Nd( 10-6 ) Sm( 10-6 ) Nd /144 Nd σ Sm /144 Nd ( 144 Nd/ Nd)t(CHUR) ( 143 Nd/ 144 Nd) i ε Nd (t) t DM1 (Ga) t DM2 (Ga) f 注 :f 为按 DePaolo 等 (1991) 方法计算的壳幔二端元混合体系中幔源组分所占比例, 计算公式为 :f=(nd c /Nd m )/[(Nd c /Nd m ) +(ε m ε s )/( ε s ε c )],Nd c 和 Nd m 分别代表地壳和地幔端元 Nd 的丰度,ε s, ε c 和 ε m 分别代表样品 地壳和地幔的 ε Nd (t) 值, 计算时取 Ndc= ,Nd m = ,ε c =-13.82, ε m =-8.10, 其中地壳端元的数据来自于 Wan 等 ( 2007) 中基底麻源群的样品 FJ0115, 地幔端元的数据来自于王凯兴等 ( 待刊数据 ) 的夏茂辉绿岩的三个样品的加权平均值. 的 176 Hf/ 177 Hf 比值介于 ~ , 平均为 ε Nd (t ) 值介于 -10.3~-7.5 间, 模式年 龄 (t DM1 ) 和两阶段模式年龄 (t DM2 ) 分别变化于 1.18~1.29 Ga 和 1.75~1.92 Ga 因此两个样品的两阶 Fig. 6 段模式年龄较为一致, 同时与全岩的 Nd 两阶段模 式年龄也较为一致 4 讨论 底图据于津海等,2005 修改, 图例同图 4 The base map is modified after Yu et al., 2005, 4.1 花岗岩成因类型 symbols are the same as those in Fig. 4 图 6 罗古岩岩体的 ε Nd (t)-t 图解 ε Nd (t) vs. t diagram for the Luoguyan pluton Chappell 和 White(1974) 提出了花岗岩 I 型和 S 型的分类, 而后 Loiselle 和 Wones(1979) 以及 White(1979) 分别把 A 型和 M 型花岗岩引入地质 文献,A 型和 M 型也分别被用于指示花岗岩形成 的构造环境和原岩类型 虽然 I-S-A-M 的花岗岩 分类体系存在着一些缺点, 但到目前为止仍然是 使用最广和最有效的成因分类方案 (Chappell and White,2001;Bonin et al.,2007) 在矿物组合 上, 角闪石通常被认为是 I 型花岗岩的判别标志

11 284 高校地质学报 1 9 卷 2 期 表 6 锆石 Hf 同位素组成 Table 6 Hf isotope compositions of zircons for the Luoguyan pluton Hf 点位 age(ma) 176 Hf/ 177 Hf 2σ 176 Lu/ 177 Hf 2σ 176 Yb/ 177 Hf 2σ ε Hf (t) t DM1 (Ma) t DM2 (Ma) f Lu/Hf LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY LGY 图 7 罗古岩岩体的锆石 ε Hf (t) 值和两阶段模式年龄 (t DM2 ) 统计直方图 Fig. 7 Hisograms of ε Hf (t) and Hf model ages of zircons for the Luoguyan granite ( 吴福元等,2007b); 白云母 石榴子石 堇青石的出现, 一般都代表着岩体为 S 型花岗岩 ( 孙涛等,2002; 吴福元等,2007b) 但这一分类体系对于演化程度高的花岗岩的分类通常比较困难, 因为经历了高度分异结晶作用之后的花岗质岩石的主量元素和矿物相趋向于最低共熔点组分, 这给原岩的判定造成了很多的困难 ( 李献华等, 2007) 因此, 必须对岩体性质进行综合研究, 才能得出正确认识 尽管罗古岩花岗岩的个别样品出现了少量白云母, 但这些白云母的端面不清晰, 且呈细鳞片状晶出 ( 图 2a), 按照章邦桐等 (2010) 对原生白云母和次生白云母的岩相学划分依据, 它们都属于次生白云母, 可能是后期热事件形成的 [ 在样品 LGY02 的锆石谐和图上存在较年轻的可能代表后期热事件的年龄 ( 图 3b,182 Ma 和 205 Ma)] 副矿物上, 出现了大量的榍石, 且没有发现富铝矿物石榴子石 电气石等矿物 前面分析罗古岩岩体的地球化学性质 : 铝饱和指数低, 为准铝质 - 弱过铝质花岗岩,A/CNK=0.88~1.03

12 2 期 向庭富等 : 闽西北罗古岩岩体印支期年龄的厘定及其岩石成因和构造意义 285 ( 除样品 LGY01 的 A/CNK 值为 1.03 外, 其余均小于 1.0), 尽管分异的 S 型花岗岩 A/CNK 值可能偏低, 但也均在 1.0 以上 (Chappell and White,1999) CIPW 标准矿物中除样品 LGY01 出现刚玉分子 ( 为 0.43%,<1%) 外, 其余均不出现刚玉分子, 与典型 S 型花岗岩强烈富铝 ( 一般 A/CNK>1.1, CIPW 标准矿物中刚玉分子含量 >1%,Chappell and White,1974) 的特点明显有别 前人研究表明,P 2 O 5 含量以及其与 SiO 2 的关 系是一个十分重要的区分 I 型和 S 型花岗岩的指标 (Chappell and White,1999;Wu et al.,2003; 李献华等,2007; 吴福元等,2007b) 大量的 实验岩石学研究结果表明 (Watson et al.,1979; Watson and Capobianco,1981;Green and Watson, 1982;Wolf and London,1994), 在准铝质和弱 过铝质岩浆中, 磷灰石的溶解度很低, 大约只有 0.1% P 2 O 5, 并且磷灰石的溶解度随着温度的降低 和岩浆分异 SiO 2 的增加而降低 ; 相反, 在强过铝质 岩浆中, 磷灰石的溶解度随 A/CNK 比值的增加而 呈线性增加 因此, 磷灰石在准铝 / 弱过铝花岗质 岩浆中总是优先结晶的矿物, 残余岩浆的 P 2 O 5 随分 异结晶而越来越低, 因此 I 型花岗岩的 P 2 O 5 将随着 SiO 2 的增高而降低, 并导致强分异 I 型花岗岩的 P 2 O 5 含量非常低 (<0.1%) 而在强过铝质的花岗质岩 浆中, 磷灰石的溶解度随着 A/CNK 的增加而呈线 性增加, 高的溶解度使磷灰石在强过铝质花岗岩 浆中主要呈不饱和状态而不会优先结晶, 因此 S 型 花岗岩的 P 2 O 5 含量将随 SiO 2 的增加而呈增加或基本 不变的趋势 对华南众多 I 型和 S 型花岗岩中 P 2 O 5 的统计结果也是如此 ( 李献华等,2007) 罗古岩花岗岩具有非常低的 P 2 O 5 含量 (0.02%~0.04%), 且与 SiO 2 含量具有负的相关性 ( 图 8a), 全岩稀土元素特征也表明在岩浆结晶过程中可能存在着磷灰石等矿物的分离结晶作用, 因此表明罗古岩花岗岩的原始非分异的岩浆可能为准铝质, 从而同样说明了罗古岩岩体不是 S 型花岗岩 在 Rb-Th 关系图 ( 图 8b) 上,Th 的含量与 Rb 的含量具有正的相关性, 与 S 型花岗岩的趋势 (Chappell and White,1999) 明显不同 一般 A 型花岗岩具有较独特的矿物学和地球化学特征, 如一般含有碱性铁镁矿物, 明显富碱和富集 Ga,Zr,Nb,Y 和 REE 等高场强元素, 并且具有较高的 Ga/Al 比值 (Whalen et al.,1987;bonin et al.,2007) 尽管本次研究的罗古岩花岗岩在镜下照片中显示出了一定的贫水特征 ( 图 2b, 黑云母结晶晚, 分布在长石和石英粒间 ), 但是尚没有发现碱性铁镁矿物, 并且高场强元素和稀土元素总量均较低 罗古岩岩体的地球化学特征与 A 型花岗岩存在着明显的差别 第一, 其 FeO T /MgO 为 4.99~10.61, 平均值为 7.27, 低于 A 型花岗岩富铁的特征 (FeO T /MgO>10,Whalen et al.,1987); 第二,Zr+Ce+Nb+Y 的含量为 (217.5~332.8) 10-6, 低于 A 型花岗岩的的下限 ; 第三, Ga 含量非常低, 为 (14.50~18.10) 10-6, 平均 ;10 4 Ga/Al 变化于 2.45~2.93, 平均为 2.69, 仅与 A 型花岗岩的下限值相近 (2.6, (a) (b) I 型和 S 型花岗岩趋势据 Chappell and White, 1999; 图例同图 4 The trends of I-type and S-type are after Chappell et al., 1999;Symbols are the same as those in Fig. 4 图 8 罗古岩岩体的 SiO 2 -P 2 O 5 (a) 和 Rb-Th(b) 关系图解 Fig. 8 SiO 2 vs. P 2 O 5 (a) and Rb vs. Th (b) diagrams of the Luoguyan pluton

13 286 高校地质学报 1 9 卷 2 期 Whalen et al.,1987), 而低于 Whalen 等 (1987) 所建议的 A 型花岗岩的平均值 (3.75) 在岩体成因类型判别图解 ( 图 9a~c) 中, 所有样品都投于分异的花岗岩范畴中 另外, 尽管分异的 A 型花岗岩的 Zr+Ce+Nb+Y 含量和 Ga/Al 比值也会降低, 但对低 Zr+Ce+Nb+Y 含量和 Ga/Al 比值的分异 A 型花岗岩来说, 其 FeO T /MgO 比值都大于 16(Bonin et al.,2007) 在 100 (MgO+FeO T +TiO 2 )/SiO 2 - (Al 2 O 3 +CaO)/(FeO T +Na 2 O+K 2 O) 图解 ( 图 9d) 中, 大部分样品都投于高分异钙碱性花岗岩区域中 综合上述因素, 我们认为罗古岩岩体是高分异的 I 型花岗岩 4.2 花岗岩源区及岩浆演化最近对本研究区附近印支期高溪 A 型花岗岩 ( 赵葵东等, 待刊数据 ) 和浙西南翁山 A 型花岗岩 (Sun et al.,2011) 的研究表明, 这两个 A 型花岗岩的源区岩浆都来自于基底变质岩的部分熔融, 几乎没有幔源物质组分的加入 罗古岩岩体在主 量元素地球化学性质上与它们有明显差别, 高溪花岗岩和翁山花岗岩具有更高的 A/CNK 值, 分别为 1.05~1.19( 赵葵东等, 待刊数据 ) 和 1.04~1.24 ( 且多数大于 1.1,Sun et al.,2011) 在 Nd 和 Hf 同位素的组成上, 也显示出了不同的特征, 高溪花岗岩的 ε Nd (t ) 值 (-13.8, 赵葵东等, 待刊数据 ) 和 ε Hf (t) 值 ( 峰值 -12.0, 赵葵东等, 待刊数据 ), 以及翁山花岗岩 ε Nd (t) 值 (-15.0~-12.1, Sun et al.,2011) 和 ε Hf (t) 值 ( 峰值 -14.4,Sun et al.,2011), 均低于罗古岩花岗岩的 ε Nd (t) 值 (-12.2~-10.7, 表 5) 和 ε Hf (t ) 值 ( 峰值 -7.5, 表 6 和图 7) 由此表明了罗古岩 I 型花岗岩的岩浆来源与它们不同, 可能有幔源岩浆的加入 王强等 (2003) 和 Wang 等 (2005) 对处于浦城 武平断裂带的福建明溪地区的洋坊霓辉石正长岩以及处于政和 大浦断裂带的政和地区的铁山黑榴石正长岩的锆石 U-Pb 年代学 地球化学和 Sr-Nd 同位素的研究, 表明洋坊霓辉石正长岩和铁山黑榴石 (a) (b) (c) (d) (a)-(c) 底图据 Whalen 等 (1987), A 代表 A 型花岗岩, OGT 代表未分异的 I, S 和 M 型花岗岩区, FG 代表分异的 I, S 和 M 型花岗岩区 ;(d) 底图据 Sylvester(1989), 图中各岩石范围据原图数据点圈定, 图例同图 4 The base diagrams for figures (a)-(c) are after Whalen et al., A denote A-type granites respectively. OGT-unfractionated I-, S- and M-type granites; FGfractionated I-, S- and M-type granites. The base map for figures; (d) is after Sylvester,1989, and the fields for each rock type are delineated according to the Fig. 9 date points on the original plot. Symbols are the same as those in Fig. 4 图 9 罗古岩岩体的成因类型判别图解 Various chemical discrimination diagrams for the Luoguyan pluton

14 2 期 向庭富等 : 闽西北罗古岩岩体印支期年龄的厘定及其岩石成因和构造意义 287 正长岩是形成于印支早期的中基性岩石, 并由富 集地幔岩浆通过分离结晶作用形成, 在岩石形成 过程中混染了少量俯冲沉积物 贺振宇 (2010) 对洋坊霓辉石正长岩和铁山黑榴石正长岩的 Sr- Nd-Hf 同位素的研究, 进一步指出了两者都是起 源于 EMⅡ 型富集岩石圈地幔, 并结合赣南地区 燕山早期玄武岩 Sr-Nd-Pb 同位素的研究成果 ( 章 邦桐等,2004), 认为华南板块内部可能广泛存 在古老的富集岩石圈地幔 最近本项目组在闽西 北夏茂地区的混合岩中发现了印支期的具有富集 地幔性质的暗色岩脉 ( 王凯兴等, 待刊数据 ), 为此提供了进一步证据 罗古岩岩体在 ε Nd (t )- ( 87 Sr/ 86 Sr) i 图解 ( 图 10) 上, 除了 LGY01 有明显的 偏离外 ( 可能跟 ( 87 Sr/ 86 Sr) i 值本身不容易测准引 起的误差有关 ), 其余两个样品点均分布于同期 形成的夏茂暗色岩脉 洋坊霓辉石正长岩 铁山 黑榴石正长岩这些幔源岩浆成因的岩石和基底麻 源群变质岩 同期的华南强过铝 S 型花岗岩壳源岩 石之间 因此, 我们认为罗古岩岩体是类似于夏 茂暗色岩脉的富集地幔组分与基底麻源群的熔融 组分壳幔混合的结果 传统认为 I 型花岗岩是由壳内变质火成岩部分 熔融形成的 (White and Chappell,1977) 最近的 华南西部晚二叠纪 三叠纪强过铝质花岗岩 洋坊和铁山正长岩据 (Wang et al., 2005), 基底麻源群据 (Shen et al., 2000), 夏茂辉绿岩据 ( 王凯兴等, 待刊数据 ); 图例同图 4 The data of Late Permian Triassic peralumious granites in eastern SCB and the Yangfang and Tieshan alkaline syenite plutons are from Wang et al. (2005), Mayuan group are from Shen et al. (2000), Xiamao diabase pluton are from Wang et al. (in press) 图 10ε Nd (t)-( 87 Sr/ 86 Sr) i 图解 (Zindler et al., 1986;Wang et al., 2005) Fig. 10 ε Nd (t) vs. initial 87 Sr/ 86 Sr diagram 一些研究则表明 I 型花岗岩也可能起源于地幔岩浆对沉积物质的改造, 即混染结晶分异过程 (Kemp et al.,2005b,2007) 在 ε Nd (t)-1/nd 图解 ( 图 11a) 上, 罗古岩花岗岩的 ε Nd (t ) 值与 1/Nd 值之间具有明显的线性负相关演化关系, 指示罗古岩岩体成岩过程中有地幔组份的参与 地幔组分参与岩体成岩的方式有两种 : 第一是在岩浆作用过程之中, 幔源岩浆直接进入, 与壳源岩浆混合 ; 第二是早期幔源物质进入地壳, 与地壳物质混合后形成新生陆壳, 部分熔融后再次成岩 罗古岩岩体的 ε Nd (t) 值与 1/Nd 值之间的线性负相关演化关系 ( 图 11a), 表明了地幔组分以第一种方式进入地壳 由于罗古岩岩体的 Nd 同位素组成相对均一,ε Nd (t) 值与相应样品的 SiO 2 ( 图 11b) 含量之间缺乏明显的线性演化关系, 各类岩石包体均不发育, 说明成岩过程中壳幔物质的混合应可能发生在壳源岩浆的源区, 因为深部岩浆房中的对流混合有利于岩浆均一化 (Martin et a1.,1994) 福建境内原来被定义为古元古代的麻源群基底现在被证实其主体形成于新元古代 ( 于津海等,2005; 曾雯等,2010; 向磊和舒良树, 2010; 徐先兵等,2011), 该基底在闽西北地区受到了加里东构造事件的强烈影响 (Wan et al., 2007, 曾雯等,2010), 在武夷山地区存在大量加里东期花岗岩和混合岩 ( 张芳荣等,2010; 徐先兵等,2011) 于津海等(2005) 认为闽西南地区低角闪岩相的桃溪群变质岩在加里东期发生了麻粒岩相变质作用, 向华等 (2008) 在对浙西南变质基底的研究中也证实了加里东期的麻粒岩相变质作用 因此, 加里东造山运动对于华夏基底的改造十分强烈 所以我们推测处于闽西北地区的罗古岩花岗岩也是由基底麻源群在加里东期麻粒岩化变质岩的基础上的熔融组分与类似于夏茂暗色岩脉的富集地幔组分在印支期混合形成 麻源群的 ε Hf (t) 值变化于 -24.4~-5.8 之间 ( 曾雯等,2010),ε Nd (t ) 值变化于 -16.8~-3.8 之间 ( 沈渭洲等,2000) 在 ε Nd (t )-t 图解上 ( 图 6), 罗古岩岩体直接落在该研究区内基底变质岩的麻源群演化区域内 由于幔源组分的加入, 改变了基底麻源群的熔融组分 Nd 同位素的组成, 形成的混合岩浆的 ε Nd (t ) 值总体上会比基底麻

15 288 高校地质学报 1 9 卷 2 期 (a) (b) Fig. 11 图例同图 4 (Symbols are the same as those in Fig. 4.) 图 11 罗古岩岩体的 ε Nd (t)-1/nd (a) 和 ε Nd (t)-sio 2 (b) 图解 ε Nd (t) vs. 1/Nd (a) and ε Nd (t) vs. SiO 2 (b) diagrams for the Luoguyan pluton 源群的 ε Nd (t ) 值偏高, 从而使罗古岩岩体的样品点都向麻源群区域的上方飘移 ( 图 6) 选择基底麻源群和夏茂暗色岩脉作为岩浆混合的两个端元, 将其 Sr,Nd 同位素组成校正到岩体形成时 (t =230 Ma) 的初始值, 基底麻源群 : 取值 ε Nd (t )=-13.82,Nd= ; 夏茂暗色岩脉 : 取 ε Nd (t )=-8.10,Nd= 利用 De Paolo 等 (1991) 提供的简单二元混合模式进行模拟计算, 可以得出罗古岩岩体成岩过程中地幔物质的卷入比例介于 10%~25% 之间 按照这种比例, 形成的混合岩浆的稀土元素配分模式 ( 图 12) 除了铕亏损比罗古岩岩体稍弱和重稀土比罗古岩岩体稍低外, 其它均类似于罗古岩岩体的稀土元素配分模式, 存在的差异可能与结晶分异有关 罗古岩岩体富硅 碱, 贫铁 镁 钙, 以及高 Rb/Sr 低 K/Rb 和 Ba,Sr,P,Ti,Eu 亏损等特征, 表明了岩体经历了程度较高的分异演化 研究表明, 钾长石和斜长石的分离结晶作用导致 Sr, Ba,Eu 等元素亏损 在主矿物结晶分离图解中 ( 图 13a), 罗古岩岩体主要存在斜长石 钾长石的分离结晶作用的影响 在副矿物结晶分离图解中 ( 图 13b), 岩体中稀土元素的差异主要受到了独居石或褐帘石和磷灰石的分离结晶作用影响 由于该岩体出现榍石, 因此微量元素组成表现出的 Ti 负异常应主要为钛铁矿和金红石等含钛铁矿物的分离结晶所致, 加之金红石对 Nb 和 Ta 具有高的分配系数 (Foley et al.,2000), 这一矿物的分离结晶也可能是造成岩石的 Nb 和 Ta 含量偏低的主要 基底麻源群两个样品的数据来自 Wang 等 (2007), 取加权平均值 ; 夏茂辉绿岩三个样品的数据来自王凯兴等 ( 待刊数据 ), 取加权平均值 ; 然后分别按照 10%,23% 和 25% 混合, 通过简单计算便获得混合岩浆的数据, 球粒陨石据 Sun and McDonough, The data of two samples for basement Mayuan metamorphic rocks are from Wan et al. (2007); the data of three samples for the Xiamao diabase are from Wang et al. (in press); the data of mingled magmas of these two types of samples are calculated according to the proportion of 10%, 23% and 25% for the weighted average of three Xiamao diabase samples respectively Chondrite after Sun and McDonough, 图 12 Fig. 12 原因 ( 邱检生,2008) 综上所述, 罗古岩岩体的形成经历了二阶段 的成岩过程, 首先是壳幔物质在壳源岩浆的源区 混合形成原始岩浆, 随后这一壳幔混合岩浆又经 高程度分异演化并最终固结成岩 4.3 构造意义 稀土元素球粒陨石配分模式图 Chondrite-normalized REE patterns 近年来, 随着华南地区印支期花岗岩的不断 发现和研究工作的逐步深入, 学者们对于这些花 岗岩形成的构造环境提出过多种假说, 包括 : 碰 撞造山模式 (Hsü et al.,1990; 李继亮,1993);

16 2 期 向庭富等 : 闽西北罗古岩岩体印支期年龄的厘定及其岩石成因和构造意义 289 (a) (b) 底图据 Wu 等 (2003), 分异趋势线上的数字代表分离结晶程度 ; Pl, 斜长石 ; Kfs, 钾长石 ; Bt, 黑云母 ; Zrn, 锆石 ; Sph, 榍石 ; Ap, 磷灰石 ; Mnz, 独居石 ; Aln, 褐帘石 ; 图例同图 4 The base diagrams are after Wu et al. (2003), the data on the lines represent the fractionation degree. Pl, plagioclase; Kfs, K-feldspar; Bt, biotite; Zrn, zircon; Sph, phene, Ap, apatite; Mnz, monazite; Aln, allanite; Symbols are the same as those in Fig. 4 Fig. 13 图 13 罗古岩岩体的主矿物 (a) 和副矿物 (b) 分离结晶图解 The diagrams of fractional crystallization trends of the main rock-forming minerals (a) and accessory minerals (b) for the Luoguyan pluton 陆内俯冲造山模式 ( 金文山和孙大中,1997); 岩石圈伸展减薄和基性岩浆底侵模式 ( 郭锋等, 1998); 陆壳碰撞加厚模式 ( 王岳军等,2002; 邓希光等,2004); 太平洋板块平板俯冲模式 (Li et al.,2007); 太平洋板块斜向俯冲模式 (Wang et al.,2005) 等 华南陆块在早中生代经历了印支构造事件 其中华南板块与印支板块的缝合时间为 258~243 Ma(Carter et al.,2001;lepvrier et al.,1997; Nam,1998;Nam et al.,2001), 苏鲁大别超高压变质带的时间为 230~226 Ma( 刘福来等, 2004) 华南板块与印支板块的碰撞事件波及整个华南地区 其结果使华南地壳尤其是 D-T 2 的沉积盖层被全面褶皱变形, 并伴随一系列逆冲推覆构造 ( 任纪舜,1984;Li et al.,1998;chen, 1999), 导致地壳加厚 ( 可达 50 km 左右, 王岳军等,2002; 孙涛等,2003), 并在武夷山以西地区形成几条 EW 向相互平行的左行走滑断裂和夹持其间的次级 NE 向的羽状伸展断裂 罗古岩岩体形成于 227 ~234 Ma 之间, 刚好处于华南 华北碰撞与华南 印支碰撞期间 这说明罗古岩岩体的形成是华南印支运动的强烈构造响应 Sun 等 (2011) 在浙西南地区发现了印支晚期 A 型花岗岩 (215 Ma) 本项目组在该区域所研究的大银厂 A 型花岗岩形成于 Ma~236.9 Ma( 王凯兴等, 待刊数据 ) 高溪 A 型花岗岩形 成于 229~232 Ma( 赵葵东等, 待刊数据 ) 和夏茂地区暗色岩脉形成于 223 Ma( 王凯兴等, 待刊数据 ) 结合王强(2003) 和 Wang 等 (2005) 在福建证实的两个印支期碱性正长岩, 可以确信, 武夷山地区在印支期时应处于伸展拉张的构造背景下 罗古岩花岗岩在构造环境判别图 ( 图 14a 和 14b) 上也主要投影于后造山的区域, 说明它正是在这一伸展背景下形成的 分布在武夷山以西的印支期花岗岩主要为过铝质花岗岩, 有少量钙碱性 I 型花岗岩 印支期花岗岩根据其同位素年龄被划分为早晚两期, 并认为印支早期 (243~226 Ma) 花岗岩是构造挤压作用导致加厚地壳发生部分熔融的产物, 而印支晚期 (226~205 Ma) 花岗岩为后造山伸展构造背景下岩浆活动的产物 (Zhou et al.,2006;wang et al.,2006) 我们在赣南 粤北和湖南的印支期花岗岩的研究结果也证实了上述结论 ( 华南印支期花岗岩与铀成矿关系 2011 年度项目结题报告, 待刊 ) 然而, 如前面所提及, 我们在闽西北发现了形成于印支早期的大银厂岩体和高溪岩体两个 A 型花岗岩岩体, 它们代表了伸展构造背景 而同处于闽西北武夷山地区的印支早期的罗古岩 I 型花岗岩也应该是后造山伸展构造背景下的岩浆活动产物 这表明武夷山以东的闽西北地区在印支早期即处于伸展拉张的构造环境, 闽西北地区存在印支早期幔源岩浆活动 ( 夏茂暗色岩脉, 年龄

17 290 高校地质学报 1 9 卷 2 期 (a) (b) 底图 (a) 据 (Pearce et al., 1984);(b) 据 (Harris et al., 1986); 图 (a) 中 Post-COLG 区域 ( 据 Forster et al., 1997) 资料圈定 ; VAG: 火山弧花岗岩 ; ORG: 洋脊花岗岩 ; WPG: 板内花岗岩 ; Syn-COLG: 同碰撞花岗岩 ; Post/L/P-COLG: 后碰撞伸展花岗岩 ; 图例同图 4 The base diagram (a) is after Pearce et al.1984; the base diagram (b) is after Harris et al. (1986) and the range of the Post, COLG is after Forster et al. (1997); VAG, volcanic arc granites; ORG, ocean ridge granites; WPG, within plate granites; syn, COLG, syn-collision granites; post- COLG, post-collision extension granites; Symbols are the same as those in Fig. 4 Fig. 14 图 14 罗古岩岩体的构造环境判别图 Tectonic setting discrimination diagrams of the Luoguyan pluton 223 Ma), 为这一认识提供了佐证 罗古岩岩体 正是在这样的构造背景下, 通过岩石圈的伸展减 薄和基性岩浆的底侵作用, 由具有中 - 古元古代模 式年龄的麻源群基底熔融产生的岩浆与类似于夏 茂暗色岩脉的富集地幔组分混合后形成的 5 结论 罗古岩岩体的成岩年龄为 227~234 Ma, 为印 支早期岩浆活动的产物 综合岩相学和岩石地球 化学特征, 罗古岩岩体属于高分异的 I 型花岗岩 罗古岩岩体由类似于夏茂暗色岩脉的富集地幔组 分和基底麻源群的熔融组分混合而成 闽西北武 夷山地区在印支早期即处于应力伸展状态, 伴随 有地幔岩浆的上涌 罗古岩岩体是在岩石圈伸展 的构造背景下形成 致谢 : 本文的野外地质工作得到福建省地质调查 研究院的大力协助, 论文写作过程中得到凌洪飞教 授 沈渭洲教授的指导, 并与孙立强硕士 余志强 硕士进行了有益的探讨, 在此一并致以谢意! 参考文献 (References): 陈卫锋, 陈培荣, 周新民, 等 湖南阳明山岩体的 La-ICP-MS 锆石 U-Pb 定年及成因研究 [J]. 地质学报, 80(7): 陈卫锋, 陈培荣, 黄宏业, 等 湖南白马山岩体花岗岩及其包体的年代学和地球化学研究 [J]. 中国科学, 37(7): 陈江峰, 江博明 Nd-Sr-Pb 同位素示踪和中国东南大陆地壳演化 [M]// 郑永飞编, 地球化学动力学. 北京 : 科学出版社 : 邓希光, 陈志刚, 李献华, 等 桂东南地区大容山 十万大山花 岗岩带 SHRIMP 锆石 U-Pb 定年 [J]. 地质论评, 50(4): 丁兴, 陈培荣, 陈卫锋, 等 湖南沩山花岗岩中锆石 LA-ICPMS U-Pb 定年 : 成岩启示及意义 [J]. 中国科学, 37(7): 福建省地质矿产局 福建省区域地质调查报告 ( 建瓯幅, 1 20 万 ). 福建省地质矿产局 福建省地质调查研究院 ( 邵武幅, 1 25 万 ). GB/T , 岩石中铅锶钕同位素测定方法 [S]. GB/T , 硅酸盐岩石化学分析方法 + X 射线荧光光谱法 [S]. 高山, 骆庭川, 张本仁, 等 中国东部地壳的结构和组成 [J]. 中国科学, 29(3): 侯可军, 李延河, 邹天人, 等 LA-MC-ICP-MS 锆石 Hf 同位素的分析方法及地质应用 [J]. 岩石学报, 23(10): 郭锋, 范蔚茗, 林舸, 等 湘南前寒武纪地壳性质与早中生代玄武岩浆底侵作用 [J]. 大地构造与成矿学 ( 增刊 ), 22: 洪大卫, 郭文岐, 李戈晶, 等 福建沿海晶洞花岗岩带的岩石学和成因演化 [M]. 北京 : 北京科学技术出版社 : 贺振宇 中国东南部中生代正长岩及相关岩石的成因和地质意义 [D]. 南京 : 南京大学. 金文山, 孙大中 华南大陆深部地壳结构及其演化 [M]. 北京 : 地质出版社. 李献华, 李武显, 李正祥 再论南论燕山早期花岗岩的成因类型与构造意义 [J]. 科学通报, 52(9): 刘福来, 许志琴, 杨经绥, 等 中国大陆科学钻探工程主孔及周边地区花岗质片麻岩的地球化学性质和超高压变质作用标志的识别 [J]. 岩石学报, 20(1): 李继亮 东南大陆岩石圈结构与地质演化 [M]. 北京 : 冶金工业出版社 : 邱检生, McInnes B I A, 徐夕生, 等 赣南大吉山五里亭岩体的锆石 ELA-ICPMS-MS 定年及其与钨成矿关系的新认识 [J]. 地质论评, 50(2): 邱检生, 胡建, 王孝磊, 等 广东河源白石冈岩体 : 一个高分异的 I 型花岗岩 [J]. 地质学报, 79(4): 邱检生, 肖娥, 胡建, 等 福建北东沿海高分异 I 型花岗岩的成因 : 锆石 U-Pb 年代学 地球化学和 Nd-Hf 同位素制约 [J]. 岩石学报, 24(11): 任纪舜 印支运动及其在中国大地构造演化中的意义 [J]. 地球

18 2 期 向庭富等 : 闽西北罗古岩岩体印支期年龄的厘定及其岩石成因和构造意义 291 学报, 6: 孙涛, 周新民, 陈培荣, 等 南岭东段中生代强过铝花岗岩成因及其大地构造意义 [J]. 中国科学 (D 辑 ), 33(2): 孙涛, 陈培荣, 周新民, 等 南岭东段强过铝质花岗岩中白云母研究 [J]. 地质评论, 48(5): 沈渭洲, 凌洪飞, 李武显, 等 中国东南部花岗岩类的 Nd 模式年龄与地壳演化 [J]. 中国科学, 30(5): 邵建国 云开地块周边断裂带 40 Ar/ 36 Ar- 39 Ar/ 36 Ar 等时线年龄 [J]. 广东地质, 10(2): 吴元保, 郑永飞 锆石成因矿物学研究及其对 U-Pb 年龄解释的制约 [J]. 科学通报, 49(16): 吴福元, 李献华, 郑永飞, 等. 2007a. Lu-Hf 同位素体系及其岩石学应用 [J]. 岩石学报, 23(2): 吴福元, 李献华, 杨进辉, 等. 2007b. 花岗岩成因研究的若干问题 [J]. 岩石学报, 23(6): 王强, 赵振华, 简平, 等 武夷山洋坊霓辉石正长岩的锆石 SHRIMP U-Pb 年龄及其构造意义 [J]. 科学通报, 48(14): 王岳军, Zhang Y H, 范蔚茗, 等 湖南印支期过铝质花岗岩的形成 : 岩浆底侵与地壳加厚热效应的数值模拟 [J]. 中国科学, 32(6): 徐夕生, 邓平, O, Reilly S Y, 等 华南贵东杂岩体单颗粒锆石激光探针 ICP-MS U-Pb 定年及其成岩意义 [J]. 科学通报, 48(12): 向华 浙西南前寒武纪变质基底岩系显生宙变质作用研究 [D]. 武汉 : 中国地质大学. 徐先兵 武夷山地区显生宙构造变形与年代学研究 [D]. 南京 : 南京大学. 向磊, 舒良树 华南东段前泥盆纪构造演化 : 来自碎屑锆石的证据 [J]. 中国科学 (D 辑 ), 40(10): 于津海, 王丽娟, 王孝磊, 等 赣东南富城杂岩体的地球化学和年代学研究 [J]. 岩石学报, 23(6): 于津海, 周新民, O, Reilly S Y, 等 南岭东段基底麻粒岩相变质岩的形成时代和原岩性质 : 锆石的 U-Pb-Hf 同位素研究 [J]. 科学通报, 50(16): 袁洪林, 吴福元, 高山, 等 东北地区新生代侵入体的锆石激光探针 U-Pb 年龄测定与稀土元素成分分析 [J]. 科学通报, 48(14): 张文兰, 华仁民, 王汝成, 等 江西大吉山五里亭花岗岩单颗粒锆石 U-Pb 同位素年龄及其地质意义 [J]. 地质学报, 78(3): 周新民 对华南花岗岩研究的若干思考 [J]. 高校地质学报, 9(4): 朱弟成, 莫宣学, 王立全, 等 西藏冈底斯东部察隅高分异 I 型花岗岩的成因 : 锆石 U-Pb 年代学 地球化学和 Sr-Nd-Hf 同位素约束 [J]. 中国科学 D 辑 : 地球科学, 39(7): 章邦桐, 陈培荣, 凌洪飞, 等 赣南中侏罗世玄武岩的 Pb-Nd-Sr 同位素地球化学研究 : 中生代地幔源区特征及构造意义 [J]. 高校地质学报, 10(2): 章邦桐, 吴俊奇, 凌洪飞, 等 花岗岩中原生与次生白云母的鉴别特征及其地质意义 以赣南富城强过铝质花岗岩体为例 [J]. 岩石矿物学杂志, 29(3): 张芳荣, 舒良树, 王德滋, 等 江西付坊花岗岩体的年代学 地球化学特征及其成因研究 [J]. 高校地质学报, 16(2): 曾雯 华夏地块闽西北地区变质岩系演化及其在前寒武纪超大陆重建中的作用 [D]. 武汉 : 中国地质大学. Ande rsen T Correction of common lead in U-Pb analyses that do not report 204 Pb [J]. Chem.Geol., 192: Barb arin B A review of the relationships between granitoid types, their origins and their geodynamic environments [J]. Lithos, 46(3): Belou sova E A, Griffin W L, O, Reilly S Y, et al Igneous zircon: Trace element composition as an indicator of source rock type [J]. Contrib. Mineral. Petrol., 143: Bonin B A-type granites and related rocks: Evolution of a concept, problems and prospects [J]. Lithos, 97(1-2): Bouvi er A, Vervoort J D and Patchett P J The Lu-Hf and Sm- Nd isotopic composition of CHUR: Constraints from unequilibrated chondrites and implications for the bulk composition of terrestrial planets [J]. Earth and Planet. Sci. Lett., 273(1-2): Chap pell B W and White A J R Two contrasting granite types [J]. Pacific Geology, 8(2): Chap pell B W and White A J R Aluminium saturation in I and S-type granites and the characterization of fractionated haplogranites [J]. Lithos, 46: Chapp ell B W and White A J R Two contrasting granite types: 25 years later [J]. Australian Journal of Earth Sciences, 48(4): Chen A Mirror-image thrusting in the South China orogenic belt: tectonic evidence from western Fujian, southeastern China [J]. Tectonophysics, 305: Dostal J and Chatterjee A K Contrasting behaviour of Nb/Ta and Zr/Hf ratios in a peraluminous grantic pluton (Nova Scotia), Canada [J]. Chem. Geol., 163(1-4): DePao lo D J, Linn A M and Schubert G The continental crustal age distribution: Methods of determining mantle separation ages from Sm-Nd isotopic data and application to the southeastern United States [J]. J. Geophys. Res., 96: Elhlou S, Belousova E, Griffin WL, et al Ttrace element and isotopic composition of GJ-red zircon standard by laser ablation [J]. Geochim. Cosmochim. Acta, 70 (18): A158. Foley S F, Barth M G and Jenner G A Rutile/melt partition coefficients for trace elements and an assessment of the influence of rutile on the trace element characteristics of subduction zone magmas [J]. Geochim. Cosmochim. Acta, 64: Förste r H J, Tischendorf G and Trumbull R B An evaluation of the Rb vs. (Y+Nb) discrimination diagram to infer tectonic setting of silicic igneous rocks [J]. Lithos, 40: Griffi n W L, Pearson N J, Belousova E, et al The Hf istope composition of cratonic mantle: LA-MC-ICP-MS analysis of zircon megacrysts in kimberlites [J]. Geochim. Cosmochim. Acta, 64(1): Gree n T H and Watson E B Crystallization of apatite in natural magmas under high pressure, hydrous conditions, with particular reference to orogenic rock series [J]. Contrib. Mineral. Petrol., 79: Griffi n W L, Wang X, Jackson S E, et al Zircon chemistry and magma mixing, SE China: In-situ analysis of Hf isotopes, Tonglu and Pingtan igneous complexes [J]. Lithos, 61: Harri s N B W, Pearce J A and Tindle A G Geochemical characteristics of collision-zone magmatim [M] // Coward M P and Reis A G. London: Collision Tectonics. Spec. Publ. Geol. Soc., 19: Hsü K J, Li J L, Chen H H, et al Tectonics of South China: Key

19 292 高校地质学报 1 9 卷 2 期 to understanding West Pacific geology [J]. Tectonophysics, 183: Irvine T N and Baragar W R A A guide to the chemical classification of the common volcanic rocks [J]. Canadian Journal of Earth Sciences, 8 (5): Kemp A I S, Wormald R J, Whitehouse M J, et al. 2005b. Hf isotopes in zircon reveal contrasting sources and crystallization histories for alkaline to peralkaline granites of Temora, southeastern Australia [J]. Geology, 33(10): Kemp A I S, Hawkesworth C J, Foster G L, et al Magmatic and crustal differentiation history of granitic rocks from Hf-O isotopes in zircon [J]. Science, 315(5814): Lepvr ier C, Maluski H, van Vuong N, et al Indosinian NWtrending shear zones within the Truong Son belt (Vietnam): 40 Ar- 39 Ar Triassic ages and Cretaceous to Cenozoic overprints [J]. Tectonophysics, 283: Li S and Mooney W D Crustal structure of China from deep seismic sounding profiles [J]. Tectonophysics, 288: Li Z X and Li X H Formation of the 1300 km-wide intracontinental orogen and postorogenic magmatic province in Mesozoic South China: A flat-slab subduction model [J]. Geology, 35: Loise lle M and Wones D Characteristics and origin of anorogenic granites [J]. Geological Society of America, Abstracts with Programs, 11: 468. Ludw ig K R ISOPLOT 3.00: a geochronology toolkit for Microsoft Excel [M]. Berkeley: Berkeley Geochronological Center Special Publication. Marti n H, Bonin B, Capdevila R, et al The Kuiqi peralkaline granitic complex (SE China): petrology and geochemistry [J]. Journal of Petrology, 35: Mania r P D and Piccoli P M Tectonic discrimination of granitoids [J]. Geol. Soc. Am. Bull., 101: McDo nough W F and Sun S S The composition of the Earth [J]. Chemical Geology, 120: Middl emost EAK Naming materias in the magma/igneous rock system [J]. Earth-Science Reviews, 37(3-4): Nam T N Thermotectonic events from Early Proterozoic to Miocene in the Indochina craton: implication of K-Ar ages in Vietnam [J]. J Asian Earth Sci., 16: Nam T N, Sano Y, Terada K, et al First SHRIMP U-Pb zircon dating of granulites from the Kontum massif (Vietnam) and tectonothermal implications [J]. J. Asian Earth Sci., 19: Pearc e J A, Harris N B W and Tindle A G Trace element discrimination diagrams for the tectonic interpretation of granitic rocks [J]. J. Petrol., 25: Rickw ood P C Boundary lines within petrologic diagrams which use oxides of major and minor elements [J]. Lithos, 22: Shen Weizhou, Ling Hongfei, Li Wuxian, et al Nd model ages of granites in SE China and their implications for evolution of the crust [J]. Science in China (Series D), 30: Sun S S and McDonough W F Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: Implications for mantle composition and processes [C] // Saunder A D, Norry M J. Magmatism in the Ocean Basins. Geol. Soc. Spe. Publ., 42: Söder lund U, Patchett P J and Vervoort J D The 176 Lu decay constant determined by Lu-Hf and U-Pb isotope systematics of Precambrian mafic intrusions [J]. Earth and Planetary Science Letters, 219(3-4): Sun Y, Ma C Q, Liu Y Y, et al Geochronological and geochemical constraints on the petrogenesis of late Triassic aluminous A-type granites in southeast China [J]. Journal of Asian Earth Sciences, 42: Sylves ter P J Post-collisional alkaline granites [J]. Journal of Geology, 97(3): Taylo r S R and Mclennan S M The Continental Crust: Its Composition and Evolution [M]. Blackwell: Oxford Press, Wang Q, Li J W, Jian P, et al Alkaline syenites in eastern Cathaysia (South China) link to Permian-Triassic transtension [J]. Earth Planet. Sci. Lett., 230: Wrigh t J B A simple alkalinity ratio and its application to questions of non-orogenic granite Genesis [J]. Geol. Mag., 106: Wu F Y, Jahn B M, Wild S A, et al Highly fractional I-type granites in NE China (I): geochronology and petrogenesis [J]. Lithos, 66: Watso n E B Apatite saturation in basic to intermediate magmas [J]. Geophys. Res. Lett., 6: Watso n E B and Capobianco C J Phosphorus and the rare earth elements in felsic magmas: An assessment of the role of apatite [J]. Geochim. Cosmochim. Acta, 45: Wolf M B and London D Apatite dissolution into peraluminous haplogranitic melts: an experimental study of solubilities and mechanisms [J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 58(19): Whale n J B, Currie K L and Chappell B W A-type granites: geochemical characteristics, discrimination and petrogenesis [J]. Contrib. Mineral. Petrol., 95: White A J R and Chappell B W Ultra metamorphism and granitoid genesis [J]. Tectonophysics, 43(1-2): White A J R Souces of granite magmas [A]. Geological Society of America: Abstracts with Programs, 11: 539. Wan Y S, Liu D Y, Xu M H, et al SHRIMP U-Pb zircon geochronology and geochemistry of metavolcanic and metasedimentary rocks in Northwestern Fujian, Cathaysia Block, China: Tectonic implications and the need to redefine lithostratigraphic units [J]. Gondwana Research, 12(1-2): Wang Y J, Fan W M, Sun M, et al Geochronological, geochemical and geothermal constraints on petrogenesis of the Indosinian peraluminous granites in the South China Block: A case study in the Hunan Province [J]. Lithos, 96: Wang Y, Fan W, Sun M, et al Geochronological, geochemical and geothermal constraints on petrogenesis of the Indosinian peraluminous granites in the South China Block: A case study in the Hunan Province [J]. Lithos, 96: Zhou X M, Sun T, Shen W Z, et al Petrogenesis of Mesozoic granitoids and volcanic rocks in South China: A response to tectonic evolution [J]. Episodes, 29: