桂北元宝山新元古代花岗岩锆石U-Pb年代学及地质意义

马文富，吕昶良，杨宝丁，赵兵，胡旭刚

(1.广西壮族自治区地球物理勘察院，广西 柳州 545005；2.广西壮族自治区地质调查院，广西 南宁 530023；3.广西矿产资源储量评审中心，广西 南宁 530028)

江南造山带是中国华南地区中-新元古代(1.0Ga～0.8Ga)由扬子陆块和华夏陆块历经洋壳俯冲、弧-陆碰撞等构造运动最终拼合而成[1]。前人对扬子陆块东南缘桂北地区岩浆岩进行了不同程度研究[2-6]。区内元宝山花岗岩体侵入于新元古代四堡群，主要岩石类型为黑云母花岗岩，岩体内部接触关系尚缺少详细划分方案。扬子陆块和华夏陆块拼合时限至今仍是争议的热点，一些学者认为两者碰撞发生于1000Ma～900Ma[7-8]，也有学者认为扬子陆块和华夏陆块拼合时限应在830 Ma ～810Ma[9-10]。

本文以桂北元宝山新元古代花岗岩为研究对象，在野外地质调查的基础上，开展了LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定、主量、微量及稀土元素测定，进一步探讨岩体侵位时代、侵位期次、四堡群沉积结束时限，为扬子与华夏陆块拼合最终时限提供新的科学依据。

1 区域地质背景

研究区位于广西柳州市融水县、罗城县、三江县3县交界地区，大地构造属扬子陆块东南缘，江南造山带西南端(图1a)。出露青白口系四堡群、丹洲群、南华系、震旦系、寒武系、泥盆系、石炭系、二叠系和第四系。四堡群自下而上由文通组深灰-绿灰色变质细砂岩、变质粉砂岩、变质泥质粉砂岩、基性熔岩、凝灰岩、科马提岩组成及鱼西组以深灰-灰绿色绢云母千枚岩与变质砂岩、粉砂岩、钙质砂岩为主，夹白云母石英片岩、绿泥石片岩、变粒岩组成。四堡群年代前人早期划归为中元古界[11-13]，近期资料年龄834Ma～860Ma，属新元古界[14-17]。丹洲群角度不整合于四堡群之上，自下而上为白竹组、合桐组和拱洞组。南华系属滨岸冰水沉积，连续的冰川沉积记录整合于丹洲群之上，自下而上划分长安组、富禄组和黎家坡组。震旦系陡山沱组和老堡组为滨岸斜坡-凹地相沉积。寒武系清溪组、边溪组为深水陆棚相复理石建造为主夹碳酸盐岩。泥盆系郁江组、东岗岭组及石炭系尧云岭组、英塘组、黄金组和寺门组等主要分布于研究区南部。第四系主要分布于研究区西北部。

图1 桂北地区地质简图 (a据文献[18]；b据文献[19]略作修改)Fig 1. Geological Map of Northern Guangxi (a. According to Literature [18]；b. Slightly Modified According to Literature [19])

研究区经历多次构造运动，其中四堡运动使四堡群形成东西向复式褶皱，加里东运动进一步隆起，形成近北北东向宽缓褶皱。断裂以北北东、北东向为主，北西向次之。池洞、四堡、平洞岭等深大断裂为岩浆活动提供有利通道。大面积中酸性岩，规模较大的元宝山岩体和三防岩体以黑云母花岗岩为主(图1b)。基性-超基性岩呈似层状、透镜状分布于四堡群文通组和鱼西组。火山岩分布于文通组、鱼西组中，丹洲群亦有少量分布，为一套铁镁质、超铁镁质熔岩、凝灰岩和层凝灰岩等。区内锡、铜、钴、镍、铅、锌、锑主要成矿区与岩浆活动关系密切。

2 岩体地质与岩相学特征

元宝山花岗岩体分布于融水县四荣乡九溪村-香粉-元宝山一带，长轴南北向椭圆状展布，长29km，宽14km，出露面积315km2。据野外调查[20]，岩体侵入于新元古界青白口系四堡群文通组和鱼西组，小东江一带被晚元古代丹州群白竹组沉积覆盖。香粉乡一带呈椭圆状、不规则状、长条状超动侵入于龙拱花岗闪长岩体(前人称香粉岩体)。南东面侵入于四堡群鱼西组，接触面波状起伏，白云母石英片岩随接触面扭曲，石英呈脉状团块状沿接触面分布。靠近花岗岩接触面发育白云母石英片岩捕虏体。

岩体划分为四堡期细-中细粒斑状黑云花岗岩岩体(Pt3γ1)、中粗粒斑状黑云花岗岩岩体(Pt3γ2)、细粒斑状黑云花岗岩岩体(Pt3γ3)三个期次，其中Pt3γ2、Pt3γ3呈岩基产出，Pt3γ1多呈岩株产出，长轴多呈北北东向，脉动较清晰接触，见冷凝边，岩石普遍云英岩化、电气石化，常见电气石包体、白云母化等，节理、片麻理较发育，节理倾向以北北东、南东、南西、近东西向为主，倾角50°～90°，少量10°～40°，与研究区构造走向基本一致，说明岩体受后期构造影响较强烈。

元宝山黑云母花岗岩呈灰白色-灰黄色，细-中粒结构、粗粒结构，块状构造。主要由正长石、石英、斜长石、黑云母、白云母组成，含少量绿帘石、黝帘石、电气石、绿泥石、锆石等。中细粒黑云母花岗岩镜下具花岗结构，偶见显微鳞片及粒状变晶结构，粒径0.2mm～6mm，一般0.5mm～5mn，较少量达8mm～12mm，呈似斑晶状。正长石呈半自形板柱状-它形状，粒径0.2mm～5mm，一般0.5mm～2mm，轻微高岭石化，少量细小白云母沿其边部、内部裂纹充填交代。斜长石半自形板柱状，长0.2mm～3mm，宽0.15mm～2mm，白云母不均匀交代，大部分见聚片双晶，少量仅保留外形，以假晶出现。石英它形粒状，粒径0.1mm～4mm，一般0.2mm～2mm，部分具亚颗粒、波状消光现象。黑云母细小鳞片状，大小0.1mm～1mm，被绿泥石化、白云母不均匀取代，部分以假晶出现。岩石发生轻变质，表现为受力变形及轻微云英岩化，但其结构、绝大部分成分保留(图2)。

图2 中细粒黑云母花岗岩手标本(a)和显微特征(b)Fig 2.Hand Specimens (a)And Microscopic Characteristics(b)of Medium to Fine Grained Biotite GraniteOr：正长石；Pl：斜长石；Qtz：石英；Bt：黑云母；Ms：白云母

3 样品采集及分析方法

采集细粒斑状黑云母花岗岩(RZ2180-1-1，丛坳剖面PM218)、粗粒斑状黑云花岗岩(RZ2172-11-4，田塘-小东江剖面PM217)、细粒黑云花岗岩(2141-4-1，毛坪剖面PM214)3件锆石样品，均为新鲜岩石，样品重约5Kg～10Kg，同时采集6件相应样品作主量、微量及稀土元素分析。

样品采用粉碎并用磁选法和重选法锆石分选，双目镜挑选颗粒破裂少、表面干净、晶形和透明度较好的锆石颗粒，将待测锆石样品、锆石标准和人工合成的NIST 612硅酸盐玻璃分别用胶粘在载玻片上，放上PVC环，然后将环氧树脂和固化剂充分混合后注入PVC环中，待树脂充分固化后将样品座从载玻片上剥离、抛光，直到样品露出光洁平面。中国地质科学院矿产资源研究所完成测试，采用Thermo Finnigan公司生产的Finnigan Neptune型多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)和与之配套的Newwave UP213 Laser ablation system锆石定年，激光剥蚀直径约40μm，剥蚀频率10Hz。测试流程见文献[21]。数据处理和年龄谐和图绘制使用IsoPlot(ver3.0)程序[22]。主量微量及稀土元素分析由国家地质实验测试中心完成。

4 分析结果

3件样品锆石原位微区U-Pb定年结果见表1。

样品RZ2180-1-1：细粒斑状黑云母花岗岩，锆石大部分为无色，粒径50μm～150μm。较自形锆石晶型以长柱状为主，短柱状次之，长宽比1.2：1～4：1。多数锆石条纹状生长韵律环带清晰，少数颗粒内部见残留核(图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，属典型的岩浆锆石特征[23-25]。4颗锆石核部测点(测点2、3、6、22)给出206Pb/238U表面年龄相对较老(1254±14.4Ma～1618±16.7Ma)，属继承锆石或捕获锆石。12颗锆石207Pb/235U和206Pb/238U年龄相对聚集分布在谐和图上，206Pb/238U表面年龄集中于816±11.4Ma～915±10Ma，其加权平均年龄值823±5.6Ma(MSWD=0.086)(图4a)，大致代表Pt2γ1花岗岩体侵位年龄。

图3 元宝山岩体花岗岩锆石阴极发光图像Fig 3. Cathodoluminescence Image of Zircon from YuanbaoshanGraniteBody

图4 元宝山花岗岩锆石U-Pb年龄谐和图和加权平均年龄图Fig 4. U-Pb Age Concordance Diagram and Weighted Average Age Diagram of Zircons fromYuanbaoshanGranite Body

样品RZ2172-11-4：粗粒斑状黑云花岗岩，锆石大部分为无色，粒径20μm～100μm。较自形，少数残缺不全。短柱状为主，长宽比1：1～3：1。条纹状生长韵律环带发育，颗粒内常见残留核(图3b)。Th含量(40～559)×10-6，U含量(106～486)×10-6，Th/U 0.15～1.15，属典型的岩浆锆石特征。锆石207Pb/235U和206Pb/238U年龄相对聚集分布在谐和图上，大部分锆石206Pb/238U表面年龄在803±10.4Ma～859±2.8Ma，其加权平均年龄值820±9.5Ma(MSWD=0.17)(图4b)，大致代表Pt2γ2花岗岩体侵位年龄。

样品RZ2141-4-1：细粒黑云花岗岩，锆石大部分无色，粒径20μm～90μm。晶型较自形，少数残缺不全。长柱状为主，长宽比1：1～3.5：1。锆石条纹状生长韵律环带发育，局部见锆石颜色发白(图3c)。Th含量(14～259)×10-6，U含量(65～1407)×10-6，Th/U 0.08～0.95，属典型的岩浆锆石特征。锆石207Pb/235U和206Pb/238U年龄相对偏离和图，锆石206Pb/238U表面年龄集中在797±11.5Ma～819±9.3Ma，其加权平均年龄值813±6.5Ma(MSWD=0.81)(图4c)，该年龄值大致可代表Pt2γ3花岗岩体侵位年龄。

5 地球化学特征

5.1 主量元素特征

主量元素分析结果见表2。元宝山复式岩体花岗岩中主量元素比较稳定，其中SiO2(72.88%～76.48%，平均75.02%)、K2O(4.87%～5.43%，平均5.15%)普遍偏高，均高于中国和世界花岗岩平均含量，CaO(0.11%～1.16，平均0.54%)远低于中国和世界花岗岩的平均含量；TiO2、Al2O3、MgO、Na2O略低于中国和世界花岗岩的平均含量。

5.2 微量和稀土元素特征

由表3，元宝山花岗岩Rb高度富集，Ba、Sr、Zr、Pb、Li等元素呈弱富集状态；Ta、Hf等元素强烈亏损。成矿元素W、Sn含量约为中国和世界花岗岩平均含量的10倍，Mo、Cu、Zn含量均高于中国和世界花岗岩平均含量。由表4，元宝山花岗岩稀土总量(ΣREE)34.45～107.66(×10-6)，La和Yb标准化后比值(LaN/YbN)1.5～5.15，轻重稀土比(LREE/HREE)1.28～4.8，轻稀土富集程度一般。铕亏损值(δEu)0.08～0.33，均小于1，呈铕负异常(图5)，可能在岩浆分异结晶过程中，斜长石大量晶出导致残余熔体中形成明显负异常。

图5 元宝山岩体稀土元素球粒陨石标准化分布型式图Fig 5. Distribution Pattern of Rare Earth Element of The YuanbaoshanRock Mass，Standardized by Chondrite

6 讨 论

(1)元宝山岩体侵位时代：1：20万融安幅区域地质测量报告认为元宝山岩体形成时代属加里东期[26]，据野外观察岩体侵入板溪群中，缺少可靠的年龄鉴定资料。《广西区域地质志》把元宝山岩体形成时代划为雪峰期[27]。毛景文等[2]研究发现元宝山黑云母花岗岩明显切割和熔化花岗闪长岩(1100Ma)，形成时代下限为四堡晚期。李献华[4]测得元宝山花岗岩锆石U-Pb年龄824±4Ma，认为其形成时代晋宁晚期。《广西1：50万数字地质图2006年版说明书》收集桂北花岗岩同位素年龄值(858Ma～952Ma)，认为其形成时代为新元古代四堡晚期[28]。徐争启等测得元宝山细粒花岗岩锆石U-Pb年龄值782.7±5[5]。笔者对元宝山岩体3件花岗岩样品锆石LA-MC-ICP-MS U-Pb定年823Ma～813Ma，综合前人资料，其形成时代应为新元古代四堡晚期。丹洲群沉积覆盖，其形成时代应在丹洲群沉积之前。

(2)元宝山岩体侵位期次：前人对其内部仅粗略划分中心相、过渡相和边缘相。笔者野外调查发现接触界线发育冷凝边。中粗粒斑状黑云花岗岩岩体(Pt3γ2)脉动侵入细-中细粒斑状黑云花岗岩岩体(Pt3γ1)；细粒斑状黑云花岗岩岩体(Pt3γ3)脉动侵入中粗粒斑状黑云花岗岩岩体(Pt3γ2)。结合侵入体锆石U-Pb年龄值，分别为四堡期第一期次、四堡期第二次期、四堡期第三期次3个不同侵位期次。

(3)四堡群结束时限：四堡群846Ma之前已开始沉积[29]。李利阳等[17]测定四堡群文通组枕状熔结火山岩中锆石SHRIMP U-Pb年龄860±13Ma。田伟伦[30]获得碎屑锆石年龄866±7Ma，限定四堡群时代≤866Ma。高林志等[14]获得摩天岭地区侵入四堡群花岗岩锆石U-Pb年龄826.8±5.9Ma，认为其代表四堡群沉积上限。笔者野外地质调查观察到元宝山花岗岩侵入四堡群鱼西组或文通组的接触界线，接触面倾向围岩，界线多呈波状起伏，界线附近花岗岩体中常发育鱼西组或文通组捕掳体，局部保留层理。综合本次样品测年结果和前人研究成果，笔者认为桂北地区四堡群沉积可能持续到813Ma。

(4)扬子和华夏陆块拼合最终时限：据元宝山岩体构造环境Al2O3-SiO2判别图解(图6)，6个样品投影点均落在POG区(后造山花岗岩类)，反映该侵入体在构造成因上具后造山花岗岩类环境。据元宝山岩体构造环境Nb-Y判别图(图7)，6个样品投影点均落在火山弧花岗岩(VAG)+同构造的碰撞带花岗岩(syn-COLG)区域，岩体可能以同构造碰撞带花岗岩为主。韩宗珠等[31]对桂北元宝山和三防岩体花岗岩类岩石地球化学及成因研究，花岗岩构造环境Al2O3-SiO2判别图和花岗岩类微量元素构造判别图显示，岩石形成与碰撞造山作用有关，该区花岗岩类岩石是扬子陆块与华夏陆块碰撞造山作用下形成的后造山花岗岩类。关于扬子陆块和华夏陆块拼合时限，一些学者认为两者碰撞发生于1000Ma～900Ma[7-8]，是Rodinia超大陆汇聚形成阶段。扬子陆块周缘发生洋壳俯冲，流体同时改变大陆岩石圈和俯冲的大洋岩石圈性质，东南缘仍为活动大陆边缘；直到830Ma，扬子陆块与华夏陆块沿江南造山带发生拼贴[32]。王德滋和沈渭洲总结提出[33]，华夏陆块与扬子陆块之间至少经历晋宁期、加里东期和海西-印支期3次大碰撞拼贴，形成3期碰撞型花岗岩。也有学者认为扬子陆块和华夏陆块拼合时限在830Ma～810Ma[9-10]，结合本文花岗岩测年结果及前人资料，笔者认为两者拼合时间上限在813Ma左右。

图6 元宝山岩体构造环境Al2O3-SiO2判别图解Fig 6. Al2O3-SiO2 Discrimination Diagram for The Tectonic Environment of The YuanbaoshanRock MassIAG-岛弧花岗岩类；CAG-大陆弧花岗岩类；CCG-大陆碰撞花岗岩类；POG-后造山花岗岩类；RRG-与裂谷有关的花岗岩类；CEUG-与大陆的造陆抬升有关的花岗岩类

图7 元宝山岩体构造环境Nb-Y判别图Fig 7. Nb-Y Discrimination Diagram of The Tectonic Environment of The YuanbaoshanRock Mass WPG-板内花岗岩；VAG-火山弧花岗岩；Sys-COLG-同碰撞花岗岩；ORG-大洋中脊斜长花岗岩

7 结 论

(1)结合前人研究资料及花岗岩锆石U-Pb年龄测定结果，将元宝山花岗岩岩体侵入时限限定为824Ma～813Ma，其形成时代为新元古代四堡期晚期。应为复式岩体，至少可划分为3个侵位期次。

(2)桂北地区四堡群沉积上限约为813Ma。

(3)元宝山岩体在构造成因上具后造山花岗岩类特征环境。

(4)扬子陆块和华夏陆块拼合时间上限在813Ma左右。