福建永泰晚白堊世早期輝石閃長巖年代學與巖石地球化學特征及其地質意義

李玉娟

（福建省地質調查研究院，福州，350013）

晚中生代是古太平洋板塊往東亞大陸匯聚的重要時期[1-3]，導致了中國東部發生大規模的巖漿活動[4-5]。永泰云山白堊紀火山盆地[6]位于福安—平和火山噴發帶的中段，也是中國東部晚中生代火山巖漿活動的核心位置，主要由早白堊世—晚白堊世早期的火山噴發-沉積巖石組成，包括黃坑組、寨下組和石牛山組，以中酸性、酸性火山巖為主，其中黃坑組、寨下組火山巖底部還發現有少量的玄武巖?；鹕脚璧刂胁窟€發育有大量的潛火山巖相的石英二長（正長）斑巖等?；鹕脚璧厥苡蓝ā}江口北東東向斷裂控制，總體呈北東東向近橢圓展布，面積約為600 km2。此次區調工作首次在火山盆地中部發現輝石閃長巖，通過開展巖石地球化學、鋯石U-Pb 年代學研究，討論該巖體形成時代、巖漿成因與物質來源，并結合區域地質背景討論巖石形成構造環境，可為該區域白堊紀的大地構造演化提供約束。

1 研究區地質背景與巖石學特征

1.1 區域地質背景

福建永泰地區巖漿活動強烈，主要為晚中生代的火山作用和巖漿侵入作用，形成了大面積分布的晚侏羅世—白堊紀的陸相火山巖與侵入巖[6]。晚白堊世是中生代火山活動的衰亡階段，火山活動僅局限于斷陷盆地及火山洼地內，主要分布于永泰坵演、德化石牛山一帶，火山產物主要為酸性火山巖，火山地層為晚白堊世石牛山組，火山巖相主要為碎屑流堆積相的熔結凝灰巖、侵出-溢流相的碎斑熔巖、噴溢相的熔巖和噴發-沉積相的火山碎屑沉積巖，以及發育大量潛火山巖相花崗斑巖、石英二長斑巖、石英正長斑巖、正長斑巖等。此外，首次發現了具一定規模的輝石閃長巖體。巖體受永定—閩江口北東東向斷裂控制，呈北東東向展布。輝石閃長巖主要分布于研究區中部梧桐—埔埕、橫洋、寨里一帶，區內出露6 個北東向呈帶狀或者呈不規則橢圓狀展布的巖株，最長延伸約為15 km，總出露面積約為42.8 km2（圖1），基巖出露較好，半風化-弱風化，主體侵入到早白堊世寨下組中，大洋一帶侵入到晚白堊世石牛山組中，湯埕、新樓一帶被晚白堊世石英正長斑巖、正長花崗巖、花崗斑巖等侵入。

1.2 巖石學特征

輝石閃長巖呈灰色-淺灰色（照片1a）。巖石具細粒結構，塊狀構造，巖石中造巖礦物主要有輝石、斜長石（中長石）、角閃石、石英、鉀長石（照片1b）?？傮w上，輝石呈半自形-他形晶，柱狀或不規則狀，粒度一般為0.1 ～1 mm。斜長石為中長石，呈自形-半自形，板狀、柱狀結構，大部分礦物粒徑為1 ～2.5 mm，少部分礦物粒徑為0.1 ～0.6 mm；角閃石呈半自形-他形，呈柱狀或不規則狀，粒徑一般為0.1 ～0.7 mm。鉀長石結晶晚，呈他形不規則狀充填在其他礦物晶粒間，粒徑一般為0.1 ～1 mm。輝石閃長巖主要礦物成分及含量：斜長石（中長石）為70%左右、角閃石為10%左右、輝石為5%～10%、石英和鉀長石為3%～5%、副礦物見有黑云母、磁鐵礦、鈦鐵礦、磷灰石等。

照片1 永泰埔埕晚白堊世輝石閃長巖標本（a）、顯微照片（b）（正交偏光×40）、暗色捕獲體（c、d）Photo.1 Specimen (a), micrograph (b)（orthogonal polarization ×40）and dark color trap（c, d） of Pucheng Late Cretaceous pyroxene diortie in Yongtai county

輝石閃長巖中見有少量的細粒包體，多呈深灰色，一般呈次圓狀、?圓狀或不規則狀，包體與主巖之間的界線不清晰（照片1c、1d），沒有冷凝邊現象，有些還呈漸變過渡關系。與福建省沿海地區殼?；旌献饔眯纬傻幕◢彛ㄩW長）巖中保留的閃長質或輝長質包體無論在形態、接觸關系等方面都有明顯不同[7]。有關暗色包體的成因，前人有很多認識，但主要的有4 種：一是圍巖捕虜體，二是巖漿在早期結晶分異的堆晶體，三是（殼幔）巖漿混合成因，四是源區殘留體。觀察其基本特征分析，明顯不同于前面3 種成因，是源區殘留體的可能性最大。

2 分析方法

在永泰埔埕細粒輝石閃長巖中采集了3 件樣品進行了硅酸鹽、稀土及微量元素分析，開展的巖石地球化學研究樣品號為：PM902-4、PM902-4-1、PM902-4-2。選取其中一件樣品進行LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 同位素定年測試，樣品的主量、微量元素地球化學測試工作在福建省地質測試中心完成；鋯石挑選由河北省區域地質礦產研究所完成，鋯石U-Pb 測年工作在中國冶金地質總局山東局測試中心完成[8-10]。

3 分析結果

3.1 主量元素特征

在3 件樣品的巖石分類TAS 圖解（圖2）中，樣品主要投入閃長巖和輝長閃長巖區域，綜合標本巖石學特征以及薄片特征進行修正，定名為輝石閃長巖。樣品投入Ir-Irvine 分界線下方，指示其主要為亞堿性巖。

圖2 永泰埔埕晚白堊世輝石閃長巖TAS 圖解Fig.2 TAS diagram of Pucheng Late Cretaceous pyroxene diorite in Yongtai county

根據分析測試結果（表1）顯示，輝石閃長巖SiO2含量為55.29%～57.38%，Al2O3含量為15.84%～16.17%，Na2O 含量為3.39%～3.54%，K2O 含量為1.92%～2.18%，K2O/Na2O 比值為0.56 ～0.62，總體顯示富鈉特征，總堿含量為5.33%～5.72%，TFe2O3含量為8.77%～9.09%，MgO 含量為3.29%～3.72%，CaO 含量為6.52%～7.06%，鐵鎂鈣含量較高。

表1 永泰埔埕晚白堊世輝石閃長巖主量元素分析結果Table 1 Analysis results of major elements of Pucheng Late Cretaceous pyroxene diorite in Yongtai county單位：%

里特曼指數（σ）為2.16 ～2.32，均小于3.3，為鈣堿性巖；巖石堿度率（AR）較低，為1.60 ～1.69，在SiO2-AR圖解（圖3a）中均投入鈣堿性巖區域。在K2O-SiO2圖解中（圖3b），樣品均投入于高鉀鈣堿性系列。

圖3 永泰埔埕晚白堊世輝石閃長巖SiO2-AR 圖解（a）及K2O-SiO2 圖解（b）Fig.3 SiO2 -AR diagram (a) and K2O-SiO2 diagram (b) of Pucheng Late Cretaceous pyroxene diorite in Yongtai county

綜合上述，永泰晚白堊世細粒輝石閃長巖花崗巖總體屬于高鉀鈣堿性巖石。

3.2 微量元素特征

研究區內輝石閃長巖微量元素（表2），顯示具 有 富Rb、Ba、Th、U、Pb，而 低Nb、Ta、Ti、Zr、Hf 的特點（圖4a），表現出活動大陸邊緣鈣堿性巖系的地球化學特征[11]。其稀土元素含量及特征值顯示，稀土總量（∑ REE）為129.35×10-6～653.29×10-6；∑LREE 為87.35×10-6～575.01×10-6；∑ HREE42.00×10-6～78.28×10-6；∑ LREE/∑ HREE 比值為2.08 ～7.35，輕、重稀土分餾程度一般。稀土元素配分模式圖（圖4b）具有明顯右傾的曲線，δEu 為0.86 ～1.01，除了PM902-4 樣品顯示出輕微負異常，其余2 個樣品均沒有明顯的Eu 異常，這與一般的閃長巖的稀土元素特征一致[12-13]。

表2 永泰埔埕晚白堊世輝石閃長巖微量元素和稀土元素分析結果Table 2 Analysis results of trace elements and rare earth elements of Pucheng Late Cretaceous pyroxene diorite in Yongtai county單位：×10-6

圖4 永泰埔埕晚白堊世輝石閃長巖微量元素蛛網圖（a）及配分模式圖（b）[14]Fig.4 Spider map of trace elements（a）and partition pattern of rare earth elements（b）of Pucheng Late Cretaceous pyroxene diorite in Yongtai county

3.3 鋯石U-Pb 同位素年代學

此次工作在3 件樣品中選取1 件（樣號PM902-4）進行了鋯石U-Pb 同位素測年。鋯石陰極發光圖像顯示（圖5），所有鋯石具有明顯巖漿成因的震蕩生長環帶，對25 個鋯石進行了測試，年齡分析結果（表3）（其中點號5 和21 的鋯石因含有包裹體諧和度小于90%，不予采用）。獲得了2 組鋯石U-Pb 同位素分別為（97.4±1.4）Ma和（305.5±5.9）Ma。其中24 個測點的Th/U 比值平均值為0.83(0.24 ～1.69)，大于0.4，為典型的巖漿成因鋯石[15]。鋯石測年反映的巖漿事件主要為2 期，其中9 個測點206Pb/238U 表面年齡為93 ～99 Ma，其加權平均值為(97.4±1.4) Ma（MSWD=0.52，N＝9）（圖6），可以代表輝石閃長巖的結晶年齡；另外7 個測點的206Pb/238U 表面年齡為296 ～313 Ma，其加權平均值為 (305.5±5.9) Ma（MSWD=1.7，N＝6）。此外還有測點年齡為～1 934.4 Ma、～478.8 Ma、～235.9 Ma、128.9 ～134.5 Ma。

圖5 永泰埔埕晚白堊世輝石閃長巖陰極發光照片和打點位置圖Fig.5 Cathode luminescence photo and dot location diagram of Pucheng Late Cretaceous pyroxene diorite in Yongtai county

表3 永泰埔埕晚白堊世輝石閃長巖（PM902-4）鋯石U-Pb 同位素分析結果Table 3 U-Pb isotope analysis of zircon of Pucheng Late Cretaceous pyroxene diorite （PM902-4）in Yongtai county

圖6 埔埕晚白堊世輝石閃長巖加權平均值圖（a、c)和鋯石U-Pb 年齡等時線圖（b、d）Fig.6 Weighted mean map (a,c) and zircon U-Pb age isochron chart (b,d) of Pucheng Late Cretaceous pyroxene diorite

4 討論

4.1 形成年代及地質意義

對永泰埔埕輝石閃長巖（PM902-4）25 顆鋯石進行了U-Pb 同位素測年工作，其中9 個測點206Pb/238U 表面年齡為93 ～99 Ma，加權平均值 為(97.4±1.4) Ma（MSWD=0.52）；7 個 測 點206Pb/238U 表面年齡為296 ～313 Ma，其加權平均值為 (305.5±5.9) Ma（MSWD=1.7）；此外還有部分～1 934.4 Ma（1 顆）、～478.8 Ma（1 顆）、～235.9 Ma（1 顆）、134.5 ～128.9 Ma（4 顆）等年齡譜系。從鋯石陰極發光圖像來看，所有鋯石均具有明顯的巖漿成因生長環帶，Th/U 比值平均值為0.83，這些鋯石年齡反映的巖漿事件主要為2期，但也反映了自古元古代以來多期的年齡信息，與福建省經歷的多期多幕式，以古老物質循環再造為主的地殼生長過程[16]是相一致的。

結合永泰火山盆地區域地質演化、侵入接觸關系以及鋯石形貌分析，U-Pb 同位素年齡（97.4±1.4）Ma 代表了輝石閃長巖的結晶年齡，在石牛山破火山口中央侵入相正長斑巖、正長花崗斑巖測得鋯石U-Pb 年齡為(93.8±1.3) Ma；在仙游菜溪石牛山組剖面采取的流紋質熔結凝灰巖樣品鋯石的U-Pb 同位素年齡為(94.02±0.49) Ma，與該區域內晚白堊大規模巖漿事件年齡相一致。而鋯石中一組（296 ～313）Ma（加權平均值為（305.5±5.9）Ma），結合鋯石形貌、巖石中發育暗色包體，且前人已分析暗色包體是源區殘留體的可能性最大，因此這組年齡很可能代表了源區殘留體（難熔物質）的年齡，或者說是輝石閃長巖源巖的形成年齡（結晶年齡）。

該巖體記錄年齡為（305.5±5.9）Ma，與福建省已有該時代巖漿事件的記錄較一致。前人在福建省閩東周寧縣吾鳳樓村一帶發現了年齡為(313±4) Ma 的片麻狀花崗巖[17]，認為這是華南地區首次發現的晚石炭世花崗巖；此后，在周寧縣吾鳳樓鎢（鐵）礦及屏南縣黛溪鉛鋅礦中①福建省第四地質大隊，閩東地區中生代火山巖基底構造與成礦作用關系研究報告，2017。，還分別解體出變質侵入巖體，獲得了(321±3) Ma 和(324±4) Ma 鋯石 U-Pb 結晶年齡；在龍巖馬坑、漳平洛陽、安溪潘田及德化陽山等鐵礦區內，都發現了安山質-玄武質火山巖的夾層，早期的Rb-Sr法測得（安山）玄武質巖石的年齡為330 Ma；在馬坑鐵礦區的輝綠巖(可能為安山質玄武巖)中測得鋯石U-Pb 年齡為315 Ma[18]。而此次在永泰地區的輝石閃長巖中發現～310 Ma 的鋯石，這不僅是永泰地區首次發現該時代的巖漿鋯石，且與龍巖馬坑等地同處于北東東向永定—閩江口斷裂帶上，并延伸至閩東周寧、屏南地區，由此表明，從閩東北到閩西南地區可能存在晚石炭世（～310 Ma）時期較強烈的巖漿活動事件[19]。

4.2 巖漿來源和成因類型

永泰埔埕晚白堊世細粒輝石閃長巖微觀上，作為主要造巖礦物的斜長石發育成分環帶，指示巖石是由更基性的巖漿經歷基性斜長石等礦物分離結晶作用的產物。地球化學分析結果表明，該巖體鐵鎂鈣含量較高，里特曼指數（σ）小于3.3，為高鉀鈣堿性巖，具有殼源的特點。從地球化學特征看，巖石相對富集Rb、Ba、Sr等大離子親石元素（LILE），并未表現出明顯Zr 和Hf 元素的正異常，輕微的負Eu 異常，表明巖漿物質或來自于富集地?；蛑邢碌貧??？傮w結合主量、微量元素地球化學特征，其中發育的暗色包體（源區殘留體），以及包含大量的（305.5±5.9）Ma 的源巖結晶年齡記錄，表明巖漿很可能來源于晚石炭世巖漿巖的循環再造，具有I 型或同熔型特征。

4.3 構造環境

永泰及周邊地區晚白堊世巖漿活動頻繁，形成的巖體除了輝石閃長巖，還有晚白堊世正長花崗巖、晶洞堿長花崗巖，石英正長斑巖和正長斑巖。永泰輝石閃長巖與該地區晚白堊世的A 型花崗巖形成時代相同，亦與侵入相的正長斑巖、正長花崗斑巖和石牛山組流紋巖的形成時代相近。石牛山組火山巖的微量元素在Nb-Y-3Ga、Nb-Y-Ce 等判別圖解上投入A1 型花崗巖石區[20]，表明其形成與造山作用關系不大，一般認為是非造山期的張性（伸展）構造環境。相關研究表明，更多的A 型堿性（堿長）花崗巖其源巖物質來源于較深的下地殼或中下地殼，是形成于板塊后撤的后造山期或者是非造山期板內環境，這反映了由于強烈的拉張巖石圈的厚度與地殼的厚度有明顯的減薄，或者是軟流圈上拱而導致強烈的伸展。永泰輝石閃長巖與該地區晚白堊世的A 型（堿性）花崗巖-流紋巖的形成時代相同，綜合分析認為應與俯沖的古太平洋板塊在早白堊世開始往東后撤后，東南沿海處于強烈的伸展體制背景有關，至晚白堊世早期，伸展強度達到高峰，大量的A 型（堿性）花崗巖-流紋巖出現，是強烈伸展后中下地殼發生減壓熔融的結果。

5 結論

（1）永泰埔埕輝石閃長巖鋯石U-Pb 同位素測年記錄了2 期主要的巖漿活動，（97.4±1.4）Ma代表了輝石閃長巖的結晶年齡，與該區域內晚白堊大規模巖漿事件相一致；而（305.5±5.9）Ma，很可能代表了源巖的結晶年齡證實屬晚石炭世巖漿事件。結合已有的區域地質事實揭露福建省晚石炭世（～310 Ma）時期可能存在一次較大規模的巖漿事件。

（2）永泰埔埕輝石閃長巖總體顯示富鈉特征，鐵鎂鈣含量較高，里特曼指數顯示為高鉀鈣堿性巖。相對富集Rb、Ba、Sr 等大離子親石元素，虧損Nb、Ta 等高場強元素，以及發育暗色包體（源區殘留體）特征分析，巖漿很可能來源于晚石炭世巖漿物質的循環再造，具有I 型或同熔型特征。

（3）永泰埔埕輝石閃長巖與該地區晚白堊世的石牛山組火山巖、A 型花崗巖等形成時代相近，綜合分析認為是早白堊世開始俯沖的古太平洋板塊后撤后伸展體制下減壓熔融結果。

本文系福建1 ∶5 萬嵩口、埔埕、濟川幅區域地質調查項目組集體勞動成果，在此深表感謝!