歙縣細碧-角斑巖地球化學特征及其地質意義

余良范, 馬 良, 朱 強, 胡召齊

(1.安徽省公益性地質調查管理中心,安徽 合肥 230001; 2.安徽省地質調查院,安徽 合肥 230001)

歙縣細碧-角斑巖地球化學特征及其地質意義

余良范1, 馬 良1, 朱 強2, 胡召齊2

(1.安徽省公益性地質調查管理中心,安徽 合肥 230001; 2.安徽省地質調查院,安徽 合肥 230001)

安徽歙縣西村巖組細碧-角斑巖為蛇綠巖套的重要組成部分,文章對細碧-角斑巖開展了激光剝蝕電感耦合等離子體質譜(laser ablation-inductively coupled plasma mass spectrometry,LA-ICP MS)鋯石U-Pb年齡測定和全巖主、微量及稀土元素、鍶釹同位素地球化學的分析工作,得到細碧巖和角斑巖的結晶年齡分別為(853±20) Ma和(852.9±8.2) Ma,此結果表明其形成在850 Ma左右的新元古代。巖石地球化學分析顯示細碧巖和角斑巖具有島弧玄武巖的特征,巖漿來源于虧損型地幔,并受到地殼流體的交代,巖石形成于俯沖背景下的弧后盆地環境,綜合分析顯示伏川蛇綠巖為形成于弧后盆地環境的“SSZ”型蛇綠巖。

細碧-角斑巖;鋯石LA-ICP MS U-Pb年齡;弧后盆地;SSZ型蛇綠巖;安徽歙縣

安徽歙縣伏川地區出露一套層序較為完整的蛇綠巖套[1],該蛇綠巖套中的基性-超基性巖以巖塊形式分布在強烈剪切變形的千枚巖化的砂頁巖基質中,與其伴生的為一套海相火山巖——細碧-角斑巖系,安徽省地質礦產勘查局332地質隊將這套包括伏川蛇綠巖在內的地層稱為西村巖組,實際上是一條蛇綠混雜巖帶[2]。研究者圍繞蛇綠巖的形成時代和構造環境進行過若干同位素年代學和地球化學方面的工作[1-9]，然而,對于該蛇綠巖的形成年代存在不同認識,主要有1 020 Ma[4]、900 Ma[7]和850～820 Ma[8-9];對蛇綠巖類型、源區及演化等的研究報道很少。本文對與蛇綠巖伴生的細碧-角斑巖進行鋯石U-Pb同位素定年和巖石地球化學研究,探討伏川蛇綠巖形成的時代和構造背景,為該蛇綠巖成因提供證據,同時為江南造山帶地區新元古代的構造演化提供依據。

1 區域地質背景

研究區地質概況如圖1所示。

研究區位于江南造山帶東段北側的樂平-歙縣構造混雜巖帶中,北西以景德鎮—歙縣斷裂與區域上修水-祁門構造單元[10]為界。帶中出露的地層為歙縣巖群[11],包括西村巖組(Pt3x)和昌前巖組(Pt3ch)。西村巖組在區內呈北東向展布,由淺變質火山-碎屑沉積巖、細碧-角斑巖和鎂鐵-超鎂鐵巖組成。昌前巖組主要為一套淺變質沉積巖,包括千枚狀粉砂巖、板巖及變質巖屑砂巖。歙縣巖群實際上是由伏川蛇綠巖套和與其一起經受強烈剪切變形的變質火山-沉積巖系組成的構造混雜帶。

圖1 研究區地質簡圖

伏川蛇綠巖由如下3個部分組成:

(1) 第1巖石組合以蛇紋石化超鎂鐵巖為主,主要由黑、暗綠色、黃綠色純橄欖巖、含輝橄欖巖、斜輝橄欖巖、單輝輝橄巖等組成,以斜輝橄欖巖為主,占該類巖石的85%,其余出露零星且規模小。

(2) 第2巖石組合由輝長巖類、粗玄巖類的鎂鐵質巖、碎屑沉積巖組成,厚度大于234 m,碎屑巖由暗綠色、深灰色千枚巖,淺灰色長石巖屑雜砂巖和紋層狀泥巖組成,受構造影響軟弱層發育褶疊層。

(3) 第3巖石組合由海相噴發的細碧巖、角斑巖及深水硅質巖大洋層沉積組成,厚度大于700 m,其中的細碧巖發育枕狀構造。

區內出露的主要侵入巖為歙縣花崗閃長巖,形成于(838±11) Ma,是在碰撞造山過程中由不成熟的變質火山-沉積巖熔融形成的同造山S型花崗巖[12]。

歙縣蛇綠混雜巖帶具有典型構造混雜巖帶的變形特征。帶中的鎂鐵-超鎂鐵巖以脆性變形為主,被構造肢解成大小不等的巖塊,分布在變質火山-碎屑沉積巖基質中。變質火山-碎屑沉積巖以韌性變形為特征,被強烈剪切形成糜棱巖、千枚巖、千枚狀板巖等構造巖,糜棱面理或千枚理產狀120°～150°∠30°～60°。歙縣蛇綠混雜巖帶總體是一個由南東向北西運動的逆沖推覆構造帶[13-14],處于構造混雜巖帶下部的鎂鐵-超鎂鐵巖自南東向北西以低角度逆沖推覆在晉寧期歙縣花崗閃長巖體上,局部見輝橄巖呈孤島狀殘存在歙縣巖體內部的山崗上,構成小型飛來峰,實測剖面如圖2所示。

圖2 歙縣伏川蛇綠巖構造混雜帶實測剖面圖

2 樣品采集及測試方法

為了進一步厘定伏川地區蛇綠巖的形成年代及其巖石成因類型,本次工作在實測剖面等地質特征認識基礎上,重點選取西村巖組一段中細碧巖和角斑巖作為研究對象。細碧巖(121114-2)采自歙縣雄村同源橋,地理坐標N29°50′12.1″、E118°25′21.7″;角斑巖(121029-1)采自大阜佛嶺腳,地理坐標N29°54′22.2″、E118°31′36.5″。

鋯石單礦物分選在河北省廊坊市地源礦物測試分選技術服務有限公司完成,并在北京鋯年領航科技有限公司完成制靶。陰極發光與激光剝蝕電感耦合等離子體質譜(laser ablation-inductively coupled plasma mass spectrometry,LA-ICP MS)鋯石U-Pb測年均在中國科學技術大學殼幔物質與環境重點實驗室完成。將拋光好的靶放在顯微鏡下進行透射光照相,然后放在FEI公司Sirion200型電鏡下進行鋯石陰極發光(cathodoluminescence,CL)掃描電鏡顯微照相和內部結構顯微照相分析。LA-ICP MS鋯石U-Pb測年測定分析采用LA-ICP MS原位U-Pb定年方法,通過脈沖式共振、193 nm的ArF準分子激光器完成激光剝蝕取樣,激光剝蝕束斑直徑為44 μm或32 μm,選用標準鋯石91 500作為計算U-Pb年齡外標。數據處理采用該實驗室數據處理軟件LaDating@Zrn,利用ComPbCorr#3-18軟件進行普通鉛校正[15],采用Isoplot 3.0軟件進行年齡諧和圖、年齡值統計和加權平均值的計算。對于年齡值大于1 000 Ma的鋯石數據,采用207Pb/206Pb的值,小于等于1 000 Ma的鋯石數據采用206Pb/238U的值。

巖石主、微量及稀土元素分析是在澳實分析檢測(廣州)有限公司完成的。主量元素采用玻璃熔片大型X射線熒光光譜法(X-ray fluorescence,XRF)分析;微量元素采用電感耦合等離子質譜儀(ICP-MS)進行分析。Sr-Nd同位素在國土資源部中南礦產資源監督檢測中心完成。

3 測試結果

3.1 鋯石U-Pb定年

西村巖組細碧巖、角斑巖鋯石CL圖像、U-Pb諧和曲線和加權平均年齡分別如圖3、圖4所示。由圖3可以看出,細碧巖(121114-2)鋯石CL圖像顯示鋯石顆粒大小不一,絕大部分為圓狀(40%)和柱狀(60%),長寬比為2∶1～3∶1,顯示出較為典型的振蕩環帶結構,為巖漿成因鋯石。鋯石的w(Th)為42.16×10-6～358.11×10-6;w(U)為87.62×10-6～559.03×10-6;w(Th)/w(U)為0.15～1.50>0.1,與典型巖漿鋯石一致,明顯高于w(Th)/w(U)<0.1的變質成因鋯石。本次共獲得23顆鋯石206Pb/238U表面年齡數據,14顆鋯石年齡值集中在788～897 Ma之間,其加權平均年齡值為(853±20) Ma,MSWD=1.7。此外,2個鋯石年齡值為1 369 Ma(點25)和1 465 Ma(點26),可能代表了繼承/捕獲成因的鋯石,對于其地質意義需進一步深入研究。

由圖4可以看出,角斑巖(121029-1)鋯石CL圖像顯示鋯石顆粒大小不一,圓狀和柱狀(長寬比為2∶1～3∶1)各占1/2,幾乎所有鋯石顆粒顯示出較為典型的振蕩環帶結構,為巖漿成因鋯石。鋯石的w(Th)為28.92×10-6～304.94×10-6;w(U)為83.61×10-6～438.04×10-6；w(Th)/w(U)為0.14～1.00>0.1,也指示為巖漿成因鋯石。本次共獲得了36顆鋯石206Pb/238U表面年齡數據,年齡值全部集中在812～883 Ma之間,其加權平均年齡值為(852.9±8.2) Ma,MSWD=1.8。

(a) 121114-2巖石CL圖像 (b) U-Pb諧和曲線 (c) 加權平均年齡

(a) 121029-1巖石CL圖像 (b) U-Pb諧和曲線 (c) 加權平均年齡

3.2 巖石地球化學

西村巖組細碧-角斑巖系主、微量及稀土元素分析結果見表1、表2所列。

西村巖組細碧-角斑巖與廬山細碧巖對照的TAS圖解、AFM圖解[16]如圖5所示。

w(Na2O+K2O)為2.89%～6.03%,平均為4.41%；w(Na2O)為2.46%～4.70%,平均為3.62%；w(Na2O)/w(K2O)為1.18～19.93。由圖5a可知，在TAS圖解中,巖石落入亞堿性系列的玄武巖-玄武安山巖-安山巖區域,以貧堿、富鈉、高w(Na2O)/w(K2O)比值為特征,屬于典型

的細碧巖-角斑巖組合。由圖5b可知，在AFM圖上,這些巖石無明顯的Fe富集趨勢,落入了鈣堿性系列。

西村巖組細碧巖-角斑巖與廬山細碧巖對照的稀土元素(rare earth element，REE)配分曲線、微量元素蛛網圖如圖6所示。

圖6中球粒隕石REE值和原始地幔微量元素值引自文獻[17]。

該套細碧巖-角斑巖系的稀土元素總量∑REE為18.63～176.76 μg/g，(w(La)/w(Yb))N為0.49～8.07，Eu/Eu*為0.71～0.98。

表1 西村巖組細碧-角斑巖主量元素分析結果 %

表2 西村巖組細碧-角斑巖微量元素分析結果 10-6

圖5 西村巖組細碧-角斑巖與廬山細碧巖對照的TAS、AFM圖解

(a) 稀土元素配分曲線 (b) 微量元素蛛網圖

由圖6a可知，球粒隕石標準化曲線呈較平滑的右傾型,輕、重稀土元素的分餾程度中等,細碧巖-角斑巖均呈弱負Eu異常,其地球化學特征與典型的洋中脊玄武巖存在明顯差異,具有島弧玄武巖的特點。

由圖6b可知，微量元素原始地幔標準化蛛網圖總體曲線形態較平整,大離子親石元素富集,高場強元素Ta、Nb虧損,但Zr、Hf相對較弱富集,同時,普遍出現一定程度的Sr負異常,與其弱負Eu異常吻合。

3.3 Sr-Nd同位素

西村巖組細碧巖Sr-Nd同位素分析結果見表3所列。細碧巖ISr為0.705～0.710,εNd(t)值為-0.37～+5.28,與來自地幔的巖漿巖相比,ISr值稍高,εNd(t)值稍低,可能反映了與俯沖有關的島弧巖漿巖的特征。

表3 西村巖組細碧巖Sr-Nd同位素分析結果

4 討 論

4.1 形成時代

研究者對伏川蛇綠巖的形成時代已做過大量的工作,但仍存在爭議。文獻[4]在蛇綠巖上部輝長巖中測得Sm-Nd全巖+礦物內部等時線年齡(1 024±30) Ma是蛇綠巖的第1個年齡；文獻[7]在該輝長巖中獲得3組鋯石SHRIMP U-Pb年齡,分別為(891±13) Ma、(826±4) Ma和(764±10) Ma,認為(891±13) Ma代表蛇綠巖的侵位時間,與Rodinia超大陸聚合有關,后2組年齡代表后期巖漿和熱蝕變事件,與Rodinia超大陸裂解有關;文獻[8]獲得方輝橄欖巖中的輝長巖脈鋯石年齡為(848±12) Ma,異剝橄欖巖鋯石年齡為(827±9) Ma;文獻[9]采用LA-ICP MS獲得輝長巖鋯石U-Pb年齡為(891±13) Ma和(824±3) Ma,認為后者代表了蛇綠巖的形成時代。本文獲得西村巖組細碧巖和角斑巖鋯石年齡分別為(853±20) Ma和(852.9±8.2) Ma。由于枕狀熔巖的年齡代表著削減前洋殼環境下巖漿作用的時間，本文獲得的年齡結果說明該縫合帶所在位置洋殼的最終閉合時間應該不早于850 Ma。而歙縣花崗閃長巖(838±11) Ma的年齡[12]限定了伏川蛇綠巖代表的縫合線最終閉合的時間,因此825 Ma左右的鋯石U-Pb年齡不應該是蛇綠巖形成的年齡,而是與Rodinia超大陸裂解有關的后期巖漿事件的年齡[8]。根據本文獲得的細碧巖和角斑巖的鋯石U-Pb年齡(853±20) Ma和(852.9±8.2) Ma,結合蛇綠巖中輝長巖脈的鋯石U-Pb年齡(848±12) Ma,可以確定伏川蛇綠巖的形成時代在850 Ma左右。

4.2 細碧-角斑巖的巖石成因

西村巖組細碧-角斑巖及廬山細碧巖Hf/3-Th-Nb/16、2Nb-Zr/4-Y判別圖解如圖7所示[18-19],Nb/Yb-Th/Yb判別圖解如圖8所示。西村巖組細碧巖Sr和Nd同位素特征如圖9所示。

由圖7可知，西村巖組細碧-角斑巖與廬山細碧巖微量元素地球化學的總體特征(表2)類似于島弧型玄武巖,在Hf/3-Th-Nb/16及2Nb-Zr/4-Y構造環境判別圖上投在破壞性板塊邊緣的玄武巖及其分異物區域和火山弧玄武巖范圍內,部分落入正常型MORB區域。

由圖8可知，在Nb/Yb-Th/Yb圖解中,歙縣細碧-角斑巖和廬山細碧巖主要落入大陸島弧區,明顯不同于洋中脊玄武巖,應該為俯沖帶型玄武巖。

由圖9可知，西村巖組細碧-角斑巖系還表現較為明顯的Nb、Ta虧損,說明了它們的地幔源區受到了洋殼俯沖過程中地殼流體的局部交代。

(a) Hf/3-Th-Nb/16判別圖解 (b) 2Nb-Zr/4-Y判別圖解

○ 伏川細碧-角斑巖 □ 廬山細碧巖 N-MORB—正常型洋中脊玄武巖(mid-ocean ridge basalt,MORB)E-MORB+WPT—富集型MORB及板內拉斑玄武巖 WPAB—板內堿性玄武巖CAB—破壞性板塊邊緣玄武巖及其分異物 IAT—島弧玄武巖 A1—板內堿性玄武巖A2—板內拉斑玄武巖 B—富集型MORB C—火山島玄武巖 D—正常型MORB火山弧玄武巖

圖7 西村巖組細碧-角斑巖及廬山細碧巖Hf/3-Th-Nb/16和2Nb-Zr/4-Y判別圖解

○ 伏川細碧-角斑巖 □ 廬山細碧巖 SSZ(BA-FA)—SSZ(弧后環境至弧前環境) E-MORB—富集型MORB OIB—洋島玄武巖

圖8 西村巖組細碧-角斑巖及廬山細碧巖Nb/Yb-Th/Yb判別圖解

圖9 西村巖組細碧巖Sr和Nd同位素特征

這是由于源區地幔物質有含水流體的加入,使得高場強元素消耗,這些流體通常來源于俯沖板片的釋放[20],從而表現為富集大離子親石元素而虧損高場強元素,這也說明了細碧-角斑巖所在的伏川蛇綠巖是俯沖帶之上(supra-subduction zone,SSZ)的蛇綠巖(SSZ型)。細碧-角斑巖系除了稀土元素配分曲線與島弧玄武巖類似外,還表現為相對富集Zr和Hf,這種地幔源區在經歷了地殼熔融物質的交代后還富集Zr和Hf的特征可能意味著源區是來自俯沖的大洋沉積物。同時,細碧巖顯示負的εNd(t)值(-0.37～+5.28),指示其來源于較弱的虧損型地幔。

文獻[21]提出在大洋巖石圈俯沖的初期階段,俯沖帶之上可以形成一種上疊型(“SSZ”型)蛇綠巖,區別于產于洋中脊的蛇綠巖。由此本文認為,伏川蛇綠巖顯示了俯沖帶物質參與的地球化學烙印,應屬于“SSZ”型蛇綠巖,其形成與俯沖作用有關。

5 結 論

細碧-角斑巖(853±20) Ma和(852.9±8.2) Ma的結晶年齡指示伏川蛇綠巖的形成年齡在850 Ma左右,表明揚子陸塊南緣具有洋殼特征的弧后盆地已經形成,而華夏陸塊與揚子陸塊之間的洋殼俯沖應早于850 Ma。研究區以溪口巖群和歙縣巖群為代表的弧后盆地沉積的主量元素和微量元素研究表明,溪口巖群和歙縣巖群中的沉積巖均來源于長英質火山巖和大陸上地殼物質,其中碎屑鋯石主要存在于同時代的火山巖,峰值在890～825 Ma之間[13],意味著揚子陸塊南緣的火山弧可能在890 Ma左右已經形成,而弧后盆地大約在850 Ma形成。

伏川蛇綠巖為形成于俯沖帶之上弧后盆地的“SSZ”型蛇綠巖,與贛東北蛇綠巖在形成時代、構造環境、巖石組成、地球化學特征方面均存在明顯差別[8-9,12,22-24],不屬于同一個蛇綠混雜巖帶,因此歙縣伏川蛇綠巖所代表的縫合線不能與贛東北相連。近年有報道發現在皖南和贛東北有多處具枕狀構造的細碧巖,其巖石類型主要為鈣堿性系列的巖石,具有相似巖石地球化學特征(圖5、圖6、圖7),均形成于弧后小洋盆環境[25-26]。伏川蛇綠巖可能向西延伸至贛東北的廬山地區,也可能向西南經休寧漳源、景德鎮至宜豐,因此江南造山帶的構造格架還需要作進一步研究。

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(責任編輯 張淑艷)

Geochemical characteristics of spilite-ceratophyre in Shexian and its geological significance

YU Liangfan1, MA Liang1, ZHU Qiang2, HU Zhaoqi2

(1.Public Geological Survey Management Center of Anhui Province， Hefei 230001， China; 2.Geological Survey of Anhui Province， Hefei 230001， China)

The spilite-ceratophyre in the Xicunyan group is an important part of the ophiolite suit in Fuchuan district， Shexian， Anhui Province. In this paper， the zircon laser ablation-inductively coupled plasma mass spectrometry(LA-ICP MS) U-Pb isotopic dating， whole-rock major and trace elements and Sr-Nd isotopic geochemistry of spilite-ceratophyre were analyzed after geological work. The zircon LA-ICP MS U-Pb isotopic ages of the spilite and ceratophyre are (853±20) Ma and (852.9±8.2) Ma respectively, suggesting that they are formed in Neoproterozoic. The whole-rock geochemistry analysis shows that the spilite-ceratophyre are island arc basalt, the magma was derived from the depleted mantle and affected by crustal fluid metasomatism. These spilite-ceratophyre rocks were formed in the back-arc basin under subduction environment. This study further proofs that Fuchuan ophiolite is the SSZ type ophiolite.

spilite-ceratophyre; zircon laser ablation-inductively coupled plasma mass spectrometry(LA-ICP MS) U-Pb age; back-arc basin; SSZ type ophiolite; Shexian， Anhui Province

2016-07-22；

2017-03-20

安徽省公益性地質工作資助項目(2012-g-38)

余良范(1964-),男,安徽安慶人,安徽省公益性地質調查管理中心高級工程師.

10.3969/j.issn.1003-5060.2017.04.021

P581

A

1003-5060(2017)04-0539-08