桂北元寶山新元古代花崗巖鋯石U-Pb年代學及地質意義

馬文富，呂昶良，楊寶丁，趙兵，胡旭剛

(1.廣西壯族自治區地球物理勘察院，廣西 柳州 545005；2.廣西壯族自治區地質調查院，廣西 南寧 530023；3.廣西礦產資源儲量評審中心，廣西 南寧 530028)

江南造山帶是中國華南地區中-新元古代(1.0Ga～0.8Ga)由揚子陸塊和華夏陸塊歷經洋殼俯沖、弧-陸碰撞等構造運動最終拼合而成[1]。前人對揚子陸塊東南緣桂北地區巖漿巖進行了不同程度研究[2-6]。區內元寶山花崗巖體侵入于新元古代四堡群，主要巖石類型為黑云母花崗巖，巖體內部接觸關系尚缺少詳細劃分方案。揚子陸塊和華夏陸塊拼合時限至今仍是爭議的熱點，一些學者認為兩者碰撞發生于1000Ma～900Ma[7-8]，也有學者認為揚子陸塊和華夏陸塊拼合時限應在830 Ma ～810Ma[9-10]。

本文以桂北元寶山新元古代花崗巖為研究對象，在野外地質調查的基礎上，開展了LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測定、主量、微量及稀土元素測定，進一步探討巖體侵位時代、侵位期次、四堡群沉積結束時限，為揚子與華夏陸塊拼合最終時限提供新的科學依據。

1 區域地質背景

研究區位于廣西柳州市融水縣、羅城縣、三江縣3縣交界地區，大地構造屬揚子陸塊東南緣，江南造山帶西南端(圖1a)。出露青白口系四堡群、丹洲群、南華系、震旦系、寒武系、泥盆系、石炭系、二疊系和第四系。四堡群自下而上由文通組深灰-綠灰色變質細砂巖、變質粉砂巖、變質泥質粉砂巖、基性熔巖、凝灰巖、科馬提巖組成及魚西組以深灰-灰綠色絹云母千枚巖與變質砂巖、粉砂巖、鈣質砂巖為主，夾白云母石英片巖、綠泥石片巖、變粒巖組成。四堡群年代前人早期劃歸為中元古界[11-13]，近期資料年齡834Ma～860Ma，屬新元古界[14-17]。丹洲群角度不整合于四堡群之上，自下而上為白竹組、合桐組和拱洞組。南華系屬濱岸冰水沉積，連續的冰川沉積記錄整合于丹洲群之上，自下而上劃分長安組、富祿組和黎家坡組。震旦系陡山沱組和老堡組為濱岸斜坡-凹地相沉積。寒武系清溪組、邊溪組為深水陸棚相復理石建造為主夾碳酸鹽巖。泥盆系郁江組、東崗嶺組及石炭系堯云嶺組、英塘組、黃金組和寺門組等主要分布于研究區南部。第四系主要分布于研究區西北部。

圖1 桂北地區地質簡圖 (a據文獻[18]；b據文獻[19]略作修改)Fig 1. Geological Map of Northern Guangxi (a. According to Literature [18]；b. Slightly Modified According to Literature [19])

研究區經歷多次構造運動，其中四堡運動使四堡群形成東西向復式褶皺，加里東運動進一步隆起，形成近北北東向寬緩褶皺。斷裂以北北東、北東向為主，北西向次之。池洞、四堡、平洞嶺等深大斷裂為巖漿活動提供有利通道。大面積中酸性巖，規模較大的元寶山巖體和三防巖體以黑云母花崗巖為主(圖1b)?；?超基性巖呈似層狀、透鏡狀分布于四堡群文通組和魚西組?；鹕綆r分布于文通組、魚西組中，丹洲群亦有少量分布，為一套鐵鎂質、超鐵鎂質熔巖、凝灰巖和層凝灰巖等。區內錫、銅、鈷、鎳、鉛、鋅、銻主要成礦區與巖漿活動關系密切。

2 巖體地質與巖相學特征

元寶山花崗巖體分布于融水縣四榮鄉九溪村-香粉-元寶山一帶，長軸南北向橢圓狀展布，長29km，寬14km，出露面積315km2。據野外調查[20]，巖體侵入于新元古界青白口系四堡群文通組和魚西組，小東江一帶被晚元古代丹州群白竹組沉積覆蓋。香粉鄉一帶呈橢圓狀、不規則狀、長條狀超動侵入于龍拱花崗閃長巖體(前人稱香粉巖體)。南東面侵入于四堡群魚西組，接觸面波狀起伏，白云母石英片巖隨接觸面扭曲，石英呈脈狀團塊狀沿接觸面分布?？拷◢弾r接觸面發育白云母石英片巖捕虜體。

巖體劃分為四堡期細-中細粒斑狀黑云花崗巖巖體(Pt3γ1)、中粗粒斑狀黑云花崗巖巖體(Pt3γ2)、細粒斑狀黑云花崗巖巖體(Pt3γ3)三個期次，其中Pt3γ2、Pt3γ3呈巖基產出，Pt3γ1多呈巖株產出，長軸多呈北北東向，脈動較清晰接觸，見冷凝邊，巖石普遍云英巖化、電氣石化，常見電氣石包體、白云母化等，節理、片麻理較發育，節理傾向以北北東、南東、南西、近東西向為主，傾角50°～90°，少量10°～40°，與研究區構造走向基本一致，說明巖體受后期構造影響較強烈。

元寶山黑云母花崗巖呈灰白色-灰黃色，細-中粒結構、粗粒結構，塊狀構造。主要由正長石、石英、斜長石、黑云母、白云母組成，含少量綠簾石、黝簾石、電氣石、綠泥石、鋯石等。中細粒黑云母花崗巖鏡下具花崗結構，偶見顯微鱗片及粒狀變晶結構，粒徑0.2mm～6mm，一般0.5mm～5mn，較少量達8mm～12mm，呈似斑晶狀。正長石呈半自形板柱狀-它形狀，粒徑0.2mm～5mm，一般0.5mm～2mm，輕微高嶺石化，少量細小白云母沿其邊部、內部裂紋充填交代。斜長石半自形板柱狀，長0.2mm～3mm，寬0.15mm～2mm，白云母不均勻交代，大部分見聚片雙晶，少量僅保留外形，以假晶出現。石英它形粒狀，粒徑0.1mm～4mm，一般0.2mm～2mm，部分具亞顆粒、波狀消光現象。黑云母細小鱗片狀，大小0.1mm～1mm，被綠泥石化、白云母不均勻取代，部分以假晶出現。巖石發生輕變質，表現為受力變形及輕微云英巖化，但其結構、絕大部分成分保留(圖2)。

圖2 中細粒黑云母花崗巖手標本(a)和顯微特征(b)Fig 2.Hand Specimens (a)And Microscopic Characteristics(b)of Medium to Fine Grained Biotite GraniteOr：正長石；Pl：斜長石；Qtz：石英；Bt：黑云母；Ms：白云母

3 樣品采集及分析方法

采集細粒斑狀黑云母花崗巖(RZ2180-1-1，叢坳剖面PM218)、粗粒斑狀黑云花崗巖(RZ2172-11-4，田塘-小東江剖面PM217)、細粒黑云花崗巖(2141-4-1，毛坪剖面PM214)3件鋯石樣品，均為新鮮巖石，樣品重約5Kg～10Kg，同時采集6件相應樣品作主量、微量及稀土元素分析。

樣品采用粉碎并用磁選法和重選法鋯石分選，雙目鏡挑選顆粒破裂少、表面干凈、晶形和透明度較好的鋯石顆粒，將待測鋯石樣品、鋯石標準和人工合成的NIST 612硅酸鹽玻璃分別用膠粘在載玻片上，放上PVC環，然后將環氧樹脂和固化劑充分混合后注入PVC環中，待樹脂充分固化后將樣品座從載玻片上剝離、拋光，直到樣品露出光潔平面。中國地質科學院礦產資源研究所完成測試，采用Thermo Finnigan公司生產的Finnigan Neptune型多接收電感耦合等離子體質譜儀(MC-ICP-MS)和與之配套的Newwave UP213 Laser ablation system鋯石定年，激光剝蝕直徑約40μm，剝蝕頻率10Hz。測試流程見文獻[21]。數據處理和年齡諧和圖繪制使用IsoPlot(ver3.0)程序[22]。主量微量及稀土元素分析由國家地質實驗測試中心完成。

4 分析結果

3件樣品鋯石原位微區U-Pb定年結果見表1。

樣品RZ2180-1-1：細粒斑狀黑云母花崗巖，鋯石大部分為無色，粒徑50μm～150μm。較自形鋯石晶型以長柱狀為主，短柱狀次之，長寬比1.2：1～4：1。多數鋯石條紋狀生長韻律環帶清晰，少數顆粒內部見殘留核(圖3a)。Th含量(51～1922)×10-6，U含量(182～849)×10-6，Th/U 0.14～2.26，Th/U>0.1，屬典型的巖漿鋯石特征[23-25]。4顆鋯石核部測點(測點2、3、6、22)給出206Pb/238U表面年齡相對較老(1254±14.4Ma～1618±16.7Ma)，屬繼承鋯石或捕獲鋯石。12顆鋯石207Pb/235U和206Pb/238U年齡相對聚集分布在諧和圖上，206Pb/238U表面年齡集中于816±11.4Ma～915±10Ma，其加權平均年齡值823±5.6Ma(MSWD=0.086)(圖4a)，大致代表Pt2γ1花崗巖體侵位年齡。

圖3 元寶山巖體花崗巖鋯石陰極發光圖像Fig 3. Cathodoluminescence Image of Zircon from YuanbaoshanGraniteBody

圖4 元寶山花崗巖鋯石U-Pb年齡諧和圖和加權平均年齡圖Fig 4. U-Pb Age Concordance Diagram and Weighted Average Age Diagram of Zircons fromYuanbaoshanGranite Body

樣品RZ2172-11-4：粗粒斑狀黑云花崗巖，鋯石大部分為無色，粒徑20μm～100μm。較自形，少數殘缺不全。短柱狀為主，長寬比1：1～3：1。條紋狀生長韻律環帶發育，顆粒內常見殘留核(圖3b)。Th含量(40～559)×10-6，U含量(106～486)×10-6，Th/U 0.15～1.15，屬典型的巖漿鋯石特征。鋯石207Pb/235U和206Pb/238U年齡相對聚集分布在諧和圖上，大部分鋯石206Pb/238U表面年齡在803±10.4Ma～859±2.8Ma，其加權平均年齡值820±9.5Ma(MSWD=0.17)(圖4b)，大致代表Pt2γ2花崗巖體侵位年齡。

樣品RZ2141-4-1：細粒黑云花崗巖，鋯石大部分無色，粒徑20μm～90μm。晶型較自形，少數殘缺不全。長柱狀為主，長寬比1：1～3.5：1。鋯石條紋狀生長韻律環帶發育，局部見鋯石顏色發白(圖3c)。Th含量(14～259)×10-6，U含量(65～1407)×10-6，Th/U 0.08～0.95，屬典型的巖漿鋯石特征。鋯石207Pb/235U和206Pb/238U年齡相對偏離和圖，鋯石206Pb/238U表面年齡集中在797±11.5Ma～819±9.3Ma，其加權平均年齡值813±6.5Ma(MSWD=0.81)(圖4c)，該年齡值大致可代表Pt2γ3花崗巖體侵位年齡。

5 地球化學特征

5.1 主量元素特征

主量元素分析結果見表2。元寶山復式巖體花崗巖中主量元素比較穩定，其中SiO2(72.88%～76.48%，平均75.02%)、K2O(4.87%～5.43%，平均5.15%)普遍偏高，均高于中國和世界花崗巖平均含量，CaO(0.11%～1.16，平均0.54%)遠低于中國和世界花崗巖的平均含量；TiO2、Al2O3、MgO、Na2O略低于中國和世界花崗巖的平均含量。

5.2 微量和稀土元素特征

由表3，元寶山花崗巖Rb高度富集，Ba、Sr、Zr、Pb、Li等元素呈弱富集狀態；Ta、Hf等元素強烈虧損。成礦元素W、Sn含量約為中國和世界花崗巖平均含量的10倍，Mo、Cu、Zn含量均高于中國和世界花崗巖平均含量。由表4，元寶山花崗巖稀土總量(ΣREE)34.45～107.66(×10-6)，La和Yb標準化后比值(LaN/YbN)1.5～5.15，輕重稀土比(LREE/HREE)1.28～4.8，輕稀土富集程度一般。銪虧損值(δEu)0.08～0.33，均小于1，呈銪負異常(圖5)，可能在巖漿分異結晶過程中，斜長石大量晶出導致殘余熔體中形成明顯負異常。

圖5 元寶山巖體稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖Fig 5. Distribution Pattern of Rare Earth Element of The YuanbaoshanRock Mass，Standardized by Chondrite

6 討 論

(1)元寶山巖體侵位時代：1：20萬融安幅區域地質測量報告認為元寶山巖體形成時代屬加里東期[26]，據野外觀察巖體侵入板溪群中，缺少可靠的年齡鑒定資料?！稄V西區域地質志》把元寶山巖體形成時代劃為雪峰期[27]。毛景文等[2]研究發現元寶山黑云母花崗巖明顯切割和熔化花崗閃長巖(1100Ma)，形成時代下限為四堡晚期。李獻華[4]測得元寶山花崗巖鋯石U-Pb年齡824±4Ma，認為其形成時代晉寧晚期?！稄V西1：50萬數字地質圖2006年版說明書》收集桂北花崗巖同位素年齡值(858Ma～952Ma)，認為其形成時代為新元古代四堡晚期[28]。徐爭啟等測得元寶山細?；◢弾r鋯石U-Pb年齡值782.7±5[5]。筆者對元寶山巖體3件花崗巖樣品鋯石LA-MC-ICP-MS U-Pb定年823Ma～813Ma，綜合前人資料，其形成時代應為新元古代四堡晚期。丹洲群沉積覆蓋，其形成時代應在丹洲群沉積之前。

(2)元寶山巖體侵位期次：前人對其內部僅粗略劃分中心相、過渡相和邊緣相。筆者野外調查發現接觸界線發育冷凝邊。中粗粒斑狀黑云花崗巖巖體(Pt3γ2)脈動侵入細-中細粒斑狀黑云花崗巖巖體(Pt3γ1)；細粒斑狀黑云花崗巖巖體(Pt3γ3)脈動侵入中粗粒斑狀黑云花崗巖巖體(Pt3γ2)。結合侵入體鋯石U-Pb年齡值，分別為四堡期第一期次、四堡期第二次期、四堡期第三期次3個不同侵位期次。

(3)四堡群結束時限：四堡群846Ma之前已開始沉積[29]。李利陽等[17]測定四堡群文通組枕狀熔結火山巖中鋯石SHRIMP U-Pb年齡860±13Ma。田偉倫[30]獲得碎屑鋯石年齡866±7Ma，限定四堡群時代≤866Ma。高林志等[14]獲得摩天嶺地區侵入四堡群花崗巖鋯石U-Pb年齡826.8±5.9Ma，認為其代表四堡群沉積上限。筆者野外地質調查觀察到元寶山花崗巖侵入四堡群魚西組或文通組的接觸界線，接觸面傾向圍巖，界線多呈波狀起伏，界線附近花崗巖體中常發育魚西組或文通組捕擄體，局部保留層理。綜合本次樣品測年結果和前人研究成果，筆者認為桂北地區四堡群沉積可能持續到813Ma。

(4)揚子和華夏陸塊拼合最終時限：據元寶山巖體構造環境Al2O3-SiO2判別圖解(圖6)，6個樣品投影點均落在POG區(后造山花崗巖類)，反映該侵入體在構造成因上具后造山花崗巖類環境。據元寶山巖體構造環境Nb-Y判別圖(圖7)，6個樣品投影點均落在火山弧花崗巖(VAG)+同構造的碰撞帶花崗巖(syn-COLG)區域，巖體可能以同構造碰撞帶花崗巖為主。韓宗珠等[31]對桂北元寶山和三防巖體花崗巖類巖石地球化學及成因研究，花崗巖構造環境Al2O3-SiO2判別圖和花崗巖類微量元素構造判別圖顯示，巖石形成與碰撞造山作用有關，該區花崗巖類巖石是揚子陸塊與華夏陸塊碰撞造山作用下形成的后造山花崗巖類。關于揚子陸塊和華夏陸塊拼合時限，一些學者認為兩者碰撞發生于1000Ma～900Ma[7-8]，是Rodinia超大陸匯聚形成階段。揚子陸塊周緣發生洋殼俯沖，流體同時改變大陸巖石圈和俯沖的大洋巖石圈性質，東南緣仍為活動大陸邊緣；直到830Ma，揚子陸塊與華夏陸塊沿江南造山帶發生拼貼[32]。王德滋和沈渭洲總結提出[33]，華夏陸塊與揚子陸塊之間至少經歷晉寧期、加里東期和海西-印支期3次大碰撞拼貼，形成3期碰撞型花崗巖。也有學者認為揚子陸塊和華夏陸塊拼合時限在830Ma～810Ma[9-10]，結合本文花崗巖測年結果及前人資料，筆者認為兩者拼合時間上限在813Ma左右。

圖6 元寶山巖體構造環境Al2O3-SiO2判別圖解Fig 6. Al2O3-SiO2 Discrimination Diagram for The Tectonic Environment of The YuanbaoshanRock MassIAG-島弧花崗巖類；CAG-大陸弧花崗巖類；CCG-大陸碰撞花崗巖類；POG-后造山花崗巖類；RRG-與裂谷有關的花崗巖類；CEUG-與大陸的造陸抬升有關的花崗巖類

圖7 元寶山巖體構造環境Nb-Y判別圖Fig 7. Nb-Y Discrimination Diagram of The Tectonic Environment of The YuanbaoshanRock Mass WPG-板內花崗巖；VAG-火山弧花崗巖；Sys-COLG-同碰撞花崗巖；ORG-大洋中脊斜長花崗巖

7 結 論

(1)結合前人研究資料及花崗巖鋯石U-Pb年齡測定結果，將元寶山花崗巖巖體侵入時限限定為824Ma～813Ma，其形成時代為新元古代四堡期晚期。應為復式巖體，至少可劃分為3個侵位期次。

(2)桂北地區四堡群沉積上限約為813Ma。

(3)元寶山巖體在構造成因上具后造山花崗巖類特征環境。

(4)揚子陸塊和華夏陸塊拼合時間上限在813Ma左右。