華南陸塊南嶺地區(qū)中生代花崗巖地球化學研究.pdf

1、華南陸塊在中生代時期經(jīng)歷了強烈的構(gòu)造-巖漿活動，產(chǎn)生了遍布全區(qū)的巖漿巖，其中發(fā)育最廣泛的是花崗巖。過鋁質(zhì)花崗巖占據(jù)了其中的主體，然而它們是當今花崗巖研究中的一個難點。實驗巖石學資料表明，過鋁質(zhì)花崗質(zhì)熔體既可以由變沉積巖部分熔融產(chǎn)生（對應S型花崗巖），也可以由變火成巖部分熔融產(chǎn)生（對應I型花崗巖）。研究華南中生代花崗巖的形成時代、地球化學特征和源區(qū)物質(zhì)來源，不僅對認識區(qū)域構(gòu)造演化具有重要的意義，而且對于理解過鋁質(zhì)花崗巖的巖石成因很有價值。

2、盡管前人對華南中生代花崗巖開展了大量的工作，但鑒于這些花崗巖成因復雜且大多不同于那些典型的S型或I型花崗巖，因此對它們的巖石成因認識還存在著爭議。本學位論文以南嶺地區(qū)部分中生代花崗巖為研究對象，重點研究三疊紀年齡的花崗巖。
　　本文對貴東復式巖體中的魯溪、下莊和高棟巖體以及富城巖體進行了鋯石U-Pb定年以及Hf-O同位素和微量元素研究、全巖主微量元素和Sr-Nd同位素研究以及黑云母巖相學和主量元素研究。結(jié)果證實這些過鋁質(zhì)花崗巖為變

3、沉積巖部分熔融的產(chǎn)物，即屬于S型花崗巖，而非I型花崗巖。LA-ICPMS鋯石U-Pb定年結(jié)果表明，它們的形成年齡為230±4～237±4Ma。這些花崗巖中都含有數(shù)量不等的殘留鋯石核，其U-Pb年齡變化范圍較大，為355-2379 Ma，年齡峰值為～440 Ma、～800 Ma和～2355 Ma，表明它們的源區(qū)中含有多個地質(zhì)時期形成的地殼物質(zhì)，其中前兩個峰值的時間分別與華南早古生代和新元古代巖漿活動的時間吻合。SIMS原位O同位素分析表明

4、，三疊紀巖漿鋯石的δ18O值都較高，為8.8-11.4‰，與通過激光氟化法對全顆粒鋯石的O同位素分析結(jié)果9.2-10.6‰一致，表明這些花崗巖的源巖為經(jīng)歷過地表化學風化的表殼物質(zhì)。殘留鋯石的δ18O值變化較大，為5.1-10.3‰，但其中～440 Ma的殘留鋯石δ18O值為8.6-10.3‰，與三疊紀巖漿鋯石的O同位素組成相似;老于600 Ma的殘留鋯石δ18O值為5.1-7.9‰，表現(xiàn)為相對低的O同位素組成。這個差別表明，～440 M

5、a的殘留鋯石和其它殘留鋯石的源巖具有不同的巖石成因，其中～440Ma殘留鋯石的源巖可能與三疊紀過鋁質(zhì)花崗巖具有相似的成因。三疊紀巖漿鋯石的微量元素組成具有很大的變化范圍，且Hf與Ti、Th、U、Th/U、Eu/Eu*和(Gd/Yb)N之間存在明顯的相關性，反映了分離結(jié)晶的作用。不過在鋯石的Hf含量與δ18O值之間無相關性，說明巖漿結(jié)晶過程中巖石同位素組成沒有明顯改變。殘留鋯石的微量元素組成變化相對較小，且落在三疊紀巖漿鋯石的組成范圍之內(nèi)

6、。在鋯石REE分配型式圖中，所有殘留鋯石都具有類似于三疊紀巖漿鋯石的分配型式，且～440 Ma殘留鋯石與三疊紀巖漿鋯石間幾乎無法區(qū)分，進一步證實了二者的源巖具有相似的成因。三疊紀巖漿鋯石的Hf同位素組成表現(xiàn)出富集的特征，εHf(t=230 Ma)值為-12.6～-5.4，兩階段Hf模式年齡T2DM為1603-2031 Ma。富城花崗巖εHf(t）值和T2DM分別略高于和年輕于其它花崗巖，指示它們的源巖可能存在一定差別。
　　三疊紀

7、魯溪、下莊、高棟和富城花崗巖都具有高的SiO2含量(＞65wt.％)。在TAS圖中，魯溪花崗巖位于花崗閃長巖的范圍內(nèi)，而其余花崗巖主要位于花崗巖的范圍內(nèi)。所有花崗巖都表現(xiàn)出高K鈣堿性的特征。富城花崗巖主要為鐵質(zhì)，而其余花崗巖主要為鎂質(zhì)?；◢弾rSiO2含量和大部分主微量元素含量和比值之間都呈較好的線性關系。值得注意的是，SiO2和P2O5之間呈負相關，而SiO2和A/CNK之間呈正相關，這兩個特征都與I型花崗巖類似。本文研究的花崗巖都為過

8、鋁質(zhì)(A/CNK＞1.0)，具有高的K2O/Na2O比值(＞1.0)。在球粒隕石標準化REE分配圖中，表現(xiàn)出右傾的型式，具有不同程度的Eu負異常。在原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖中，Rb、Th、U、K和Pb呈正異常，而Ba、Sr、Nb、Ta、P程Ti呈負異常，為弧型微量元素特征。在相同SiO2含量時，富城花崗巖比其它花崗巖具有更高的TiO2和P2O5含量及TiO2/MgO比值，但更低的Na2O含量和Mg＃。富城花崗巖主量元素組成與實驗巖石學獲得的

9、高溫條件下A型花崗質(zhì)熔體類似。同時，富城花崗巖的LREE含量、104*Ga/Al比值和Zr+Nb+Ce+Y總量都較高，符合A型花崗巖的特征。所有的三疊紀花崗巖樣品都具有一致的初始Nd同位素組成，εNd(t=230 Ma)值為-11.0～-9.5，但初始Sr同位素組成變化較大，(87Sr/86Sr)i為0.6007-0.7246，但大部分都大于0.7100。全巖SiO2含量和εNd(t)值及鋯石的δ18O值之間沒有相關性。
　　魯溪

10、、下莊和富城花崗者中黑云母的組成都符合過鋁質(zhì)花崗巖的黑云母組成特征，即相對富Al2O3。同時，黑云母的Mg＃及A/CNK和全巖的相應組成一致，魯溪花崗巖的全巖和黑云母都具有最高的Mg＃和最低的A/CNK，而富城花崗巖的全巖和黑云母則具有最高的A/CNK和最低的Mg＃，下莊花崗巖全巖和黑云母的這兩項組成都介于中間。此外，富城花崗巖中的黑云母還具有高的F含量。
　　綜合這些結(jié)果，本文認為盡管南嶺地區(qū)三疊紀花崗巖在SiO2-P2O5和S

11、iO2-A/CNK圖中都表現(xiàn)出類似于I型花崗巖的特征，但這些花崗巖的其它重要特征，如過鋁質(zhì)、高K2O/Na2O比值、高的(87Sr/86Sr)i、高的鋯石δ18O值和富含殘留鋯石等，都與變沉積巖來源的S型花崗巖相吻合。后面這些特征才能真正反映花崗巖的源巖性質(zhì)，而前面那些特征更多的是與巖漿過程有關，因此南嶺地區(qū)三疊紀花崗巖是由變沉積巖部分熔融產(chǎn)生的，應屬于S型花崗巖。富城花崗巖的主微量元素組成和黑云母的組成都符合A型花崗巖的特征，它們來自

12、于變沉積巖在高溫條件下的部分熔融。對于南嶺三疊紀花崗巖的成分變化，采用巖漿混合、同化混染和殘留體或轉(zhuǎn)熔礦物攜帶等模型都無法解釋。組成不均一的變沉積巖在不同條件的部分熔融以及花崗巖漿在侵位之后的分離結(jié)晶作用是造成這些花崗巖成分變化的主要原因。本文研究表明，變沉積巖在相對低溫條件下的部分熔融產(chǎn)生強過鋁質(zhì)S型花崗巖;經(jīng)歷了S型花崗質(zhì)熔體提取后的殘留巖在溫度升高條件下部分熔融就會產(chǎn)生弱過鋁質(zhì)特征乃至A型花崗巖。不同階段的熔融產(chǎn)物在侵位之后通過分

13、離結(jié)晶作用使得全巖的主微量元素之間表現(xiàn)出規(guī)則的組成變化，甚至會產(chǎn)生類似于I型花崗巖的組成特征，但它們的源巖并沒有本質(zhì)的變化，仍然為變沉積巖，只是經(jīng)歷了不同程度的熔體提取。
　　巖漿混合在花崗巖的成因中是一個常見的過程，不同殼源巖漿之間的混合對過鋁質(zhì)花崗巖的形成尤為重要。本文通過對中生代龍源壩花崗巖中黑云母包裹體的研究證實了殼源巖漿間的混合作用。黑云母的主量元素組成主要受控于它們結(jié)晶時巖漿的組成。花崗巖中石英和長石所包裹的黑云母包體

14、自它們形成之后就受到了寄主礦物的保護，從而它們能夠免于外界的影響，其原始組成得以保存，可以用于示蹤巖漿混合。本研究從龍源壩花崗巖中選擇了三個樣品，分別為三疊紀二云母花崗巖(10SC74A)、三疊紀黑云母花崗巖(10SC71)和侏羅紀黑云母花崗巖(10SC77)。LA-ICPMS鋯石U-Pb定年表明，這三個樣品的結(jié)晶年齡分別為:240±3 Ma、239±2 Ma和147±2 Ma。全巖地球化學分析表明，這三個樣品都為高硅、過鋁質(zhì)，SiO2

15、含量≥68.0 wt.％。二云母花崗巖10SC74A具有最低的εNd(t)值和最高的T2DM，分別為-11.3和1.93 Ga，以及最高的A/CNK值1.18和鋯石δ18O值9.5‰（激光氟化法）;黑云母花崗巖10SC77則具有最高的εNd(t)值-8.0和最低的T2DM年齡1.58 Ga，以及最低的鋯石δ18O值8.4‰，A/CNK值為1.07;黑云母花崗巖10SC71具有εNd(t)值-9.4和T2DM年齡1.78 Ga，δ18O值

16、8.9‰介于其中，A/CNK值為1.06。
　　本文研究花崗巖中的黑云母具有多種多樣產(chǎn)狀。在二云母花崗巖10SC74A中，黑云母既出現(xiàn)在基質(zhì)中，為主要的造巖礦物之一，也以包裹體的形式出現(xiàn)在石英和鉀長石中。基質(zhì)和包體黑云母都有相同的共生礦物組合，即白云母和鈦鐵礦，此樣品中的黑云母被統(tǒng)稱作Bt-Ⅰ。類似的，在黑云母花崗巖10SC71中，黑云母有三種產(chǎn)狀:在基質(zhì)中、包裹于長石中和包裹于石英中。長石中的黑云母包裹體通常較為自形，呈板狀，寬

17、度約為30-200μm，長寬比大約為3∶1，將其稱作Bt-ⅡA;而石英中的黑云母包裹體(Bt-ⅡB)和基質(zhì)中的黑云母(Bt-Ⅲ)一般為半自形鱗片狀。在黑云母花崗巖10SC77中，不考慮已被綠泥石化的黑云母，石英中的新鮮黑云母包裹體可以被分為兩組:組A為自形板狀，長度約為50μm，與原生的白云母和鈦鐵礦共生(Bt-ⅡA);組B為半自形至它形，寬度約為30-40μm，長度約為60-80μm，它們無共生礦物，而是單獨地被石英包裹(Bt-ⅡB)

18、。二云母花崗巖10SC74A中不同產(chǎn)狀的黑云母之間沒有組成上的差別，且與典型S型花崗巖中的黑云母具有一致的組成，比黑云母花崗巖中的黑云母更加富Al2O3但更加貧MgO。黑云母花崗巖10SC77中的Bt-ⅡA和Bt-ⅡB相比于Bt-Ⅰ具有更低的A/CNK值和更高的Mg＃。同時，Bt-ⅡA和Bt-ⅡB的組成落在典型的S型和I型花崗巖中黑云母的組成區(qū)域之間，但Bt-ⅡA比Bt-ⅡB含更低的MgO和TiO2但更高的Al2O3、K2O和A/CNK

19、值。Bt-ⅡA的組成更加接近于Bt-Ⅰ。黑云母花崗巖10SC71中包裹體黑云母的組成變化范圍比基質(zhì)黑云母大。同時，Bt-ⅡB的Mg＃比 Bt-ⅡA更高，但A/CNK值更低?；|(zhì)黑云母(Bt-Ⅲ)的組成介于兩種包體黑云母(Bt-ⅡA和Bt-ⅡB)之間。
　　此外，黑云母花崗巖10SC77中的鋯石根據(jù)陰極發(fā)光圖像可以分為兩組。第一組鋯石較亮，顯示出清晰的振蕩環(huán)帶;第二組鋯石在CL圖像中為黑色，沒有可識別的環(huán)帶。兩組鋯石都可以單獨出現(xiàn)，

20、但當二者共同出現(xiàn)在同一個鋯石顆粒中時，CL圖像較黑的鋯石總是以生長邊的形式出現(xiàn)在有振蕩環(huán)帶的鋯石之外，表明前者的結(jié)晶晚于后者。兩組鋯石具有相同的U-Pb年齡，但不同的δ18O值和微量元素組成。第一組鋯石的δ18O值為8.0±0.3‰(2σ)至8.3±0.2‰(2σ);第二組鋯石的δ18O值較低，為7.4±0.3％(2σ)至7.6±0.3‰(2σ)。第一組鋯石的Hf、U、Th和Y含量比第二組低，但(Gd/Yb)N比值比第二組高。鋯石的U-

21、Pb年齡和微量元素組成與δ18O值之間沒有明顯的相關性。
　　本文研究的黑云母都是巖漿結(jié)晶形成的，它們保存了原始成分。綜合分析表明，二云母花崗巖10SC74A的源區(qū)物質(zhì)為變沉積巖，屬于S型花崗巖。而黑云母花崗巖10SC71和10SC77的源巖雖然主要為變沉積巖，但也含有少量的變火成巖。在黑云母花崗巖的形成過程中，早期為較還原的巖漿，來自變沉積巖的部分熔融，其過鋁質(zhì)程度高，δ18O值也較高，這種巖漿侵位后結(jié)晶出具有振蕩環(huán)帶的鋯石、B

22、t-ⅡA、白云母和鈦鐵礦。隨后有新巖漿注入，其中有來自變火成巖的部分熔融，這些巖漿的鋁飽和指數(shù)沒有前一種高，δ18O值也略低，從這種巖漿中生長的礦物為CL圖像中黑色的鋯石和Bt-ⅡB。兩期巖漿混合之后結(jié)晶出Bt-Ⅲ。由于這兩期巖漿都來自地殼巖石，它們可能具有相似的物理和化學性質(zhì)，因此它們之間的混合比較充分，沒有留下宏觀的巖石學證據(jù)，但能夠被黑云母包裹體和鋯石所記錄。
　　本文研究表明，過鋁質(zhì)花崗巖的成因主要涉及到大陸地殼巖石的部分