南岭地区诸广山复式岩体年代格架研究

时间：2024-05-22

夏金龙，黄圭成，定立，丁丽雪，陈希清，季文兵

(1.中国地质调查局花岗岩成岩成矿地质研究中心，武汉430205；2.中国地质调查局武汉地质调查中心（中南地质科技创新中心），武汉430205；3.生态环境部南京环境科学研究所，南京210042)

华南地区显生宙时期经历了多次地壳物质再造作用，形成了巨量的花岗岩以及与酸性岩浆作用有关的有色、稀有、稀土矿产[1]。南岭地区万洋山-诸广山一带广泛发育不同时代的花岗岩，前人称之为“万洋山-诸广山复式岩带”[2]。诸广山复式岩体[3]是该岩带的主体，以万安断裂为界，分为南体和北体[2]。其南体位于湘赣粤交界处，总体上呈近东西向展布；北体位于湘赣交界处，总体上呈北北东-北东向展布。相对于铀矿化分布广泛的诸广山复式岩体南体，其北体研究程度较低。

二十世纪八十—九十年代，前人利用全岩Rb-Sr等时线法、蒸汽溶蚀锆石U-Pb法等方法，对诸广山复式岩体（北体）不同时代岩体进行了年代限定，结合岩体与围岩地层接触关系以及岩体之间侵位关系，厘定了本区存在早古生代、早中生代、晚中生代三期大规模岩浆活动，确定了本地区各时期侵入体的总体分布特征[3-7]。近二十年来，学者们主要通过锆石微区原位U-Pb定年方法进行本地区岩体的年代学研究。然而，由于测试对象以及测试方法的不同，前人获得的诸广山复式岩体（北体）早古生代和早中生代岩体锆石微区原位U-Pb年龄数据跨度较大，分别为 454-415 Ma、243-208 Ma[8-12]；晚中生代鹅形岩体缺乏锆石微区原位U-Pb年龄的约束。这些制约了我们对诸广山复式岩体年代格架及其成岩成矿作用的整体性认识，诸广山复式岩体（北体）的年龄需进一步厘定。本文报道了诸广山复式岩体（北体）7个代表性岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄数据，结合南体已有的测年和岩石学资料，进一步总结了该复式岩体的年代格架及岩石组合特征。

1 地质背景

万洋山-诸广山地区位于江山-绍兴断裂、梧州-郴州断裂一线东南侧。区内北北东-北东向断裂构造十分发育，明显控制了岩体的定位，如北北东-北东向展布的诸广山复式岩体（北体）受相同走向的黄坳断裂和万安断裂控制（图1）。本区出露地层主要为前泥盆纪浅变质岩系，次为泥盆纪-二叠纪碳酸盐岩与碎屑岩。

万洋岩-诸广山复式岩带属于南岭花岗岩带东段的重要组成部分，集中出露于湘赣粤交界地区；其中的大部分岩体侵入到前泥盆纪浅变质岩系中，局部被泥盆纪地层超覆。本地区早古生代岩体主要有万洋山、寨前、东洛、汤湖、桂东、上堡、扶溪，主要岩性为黑云母二长花岗岩，次为花岗闪长岩[2]。部分早古生代岩体中发育较多铁镁质暗色包体，如桂东岩体。本地区早中生代岩体有淋洋、白云、油洞等，大致呈南北向带状分布，岩性以黑云母二长花岗岩为主[13]；晚古生代岩体有鹅形、长江、三江口、企岭等，岩性主要为黑云母二长花岗岩，次为正长花岗岩[3,13]。

2 样品特征

本次研究对诸广山复式岩体（北体）不同时代岩体采集了代表性测年样品，包括汤湖岩体（样品XD176）、寨前岩体（样品 XD177）、东洛岩体（样品XD179）、桂东岩体（样品 XD184）、上堡岩体（样品XD181）、淋洋岩体（样品XD183）和鹅形岩体（样品XD178），具体采样位置见图1和表1。

图1 诸广山复式岩体地质简图（据文献[4，14-15]修改）Fig.1 Geological sketch map of the Zhuguangshan composite batholith

表1 诸广山复式岩体采样位置及样品年龄表Table 1 Sampling localition and ages of the Zhuguangshan composite batholith (the north part)

本次所采集的汤湖、寨前、东洛三个岩体样品岩性均为黑云母二长花岗岩。以寨前岩体（样品XD177）为例进行介绍，样品具似斑状结构（图2a1），斑晶含量约5%，主要为钾长石，粒径可达2.5cm×3cm；基质具中细粒结构，主要由钾长石（30%-35%）、斜长石（30%-35%）、石英（25%-30%）、黑云母（5%-8%）组成（图2a2、图2a3）。黑云母发育弱绿泥石化，斜长石内部发育弱绢云母化；粒径较大的石英晶体发育波状消光。

桂东岩体（样品XD184）岩性为黑云母花岗闪长岩，具中细粒花岗结构（图2b1），主要由钾长石（15%-20%）、斜长石（40%-45%）、石英（25%-30%）、黑云母（8%-10%）组成，含少量角闪石、榍石等（图2b2），部分斜长石环带结构发育（图2b3）；榍石呈半自形-它形，多与角闪石密切共生。

上堡岩体（样品XD181）岩性为黑云母花岗闪长岩，具中细粒花岗结构（图2c1），主要由钾长石（15%-20%）、斜长石（40%-45%）、石英（25%-30%）、黑云母（5%-8%）组成，含有角闪石（2%-3%）及少量榍石等（图2c2）；与XD184类似，部分斜长石环带结构清晰（图2c3）；榍石沿角闪石和黑云母周边产出。

淋洋岩体（样品XD183）岩性为二长花岗岩，具似斑状结构（图2d1）。斑晶主要为钾长石（10%-15%）；基质具中细粒花岗结构，主要由石英（25%-30%）、斜长石（25%-30%）、钾长石（25%-30%）组成，含有白云母（1%-2%）和绿泥石化的黑云母（2%-3%）（图2d2、图2d3）及少量电气石（图2d2）；钾长石主要为微斜长石、正长石，部分微斜长石和正长石中发育钠长石客晶，构成条纹长石；石英晶体发育波状消光。

鹅形岩体（样品XD178）岩性为正长花岗岩，具中粗粒花岗结构（图2e1），主要由石英（35%-40%）、钾长石（40%-45%）、斜长石（15%-20%）组成，次为黑云母（约3%）等（图2e2）；钾长石内部常发育钠长石客晶，构成条纹长石；斜长石发生弱-中等白云母化（图2e3）；部分黑云母发生白云母化。

3 分析方法

锆石单矿物分离由河北省廊坊市诚信地质服务公司完成。锆石制靶及阴极发光（CL）照相在北京锆年领航科技有限公司进行。将分选出的锆石在双目镜下挑选出透明、无裂隙、无包裹体且具有代表性的颗粒作为测试对象，制成环氧树脂样品靶，并抛光至锆石出露1/2左右。根据锆石透射光、反射光和阴极发光图像，我们进行锆石激光剥蚀位置的选择。在选激光剥蚀点位时尽量避开含有包裹体以及裂隙发育的锆石颗粒，尽量避免岩浆锆石和继承锆石或捕获锆石的混合区。

锆石微量元素含量和U-Pb同位素定年在中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室（GPMR）利用LA-ICP-MS同时分析完成。激光剥蚀系统为GeoLas 2005，ICP-MS为Agilent7500a。激光束斑直径为32 μm。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，二者在进入ICP之前通过一个T型接头混合。在等离子体中心气流（Ar+He）中加入了少量氮气，以提高仪器灵敏度、降低检出限和改善分析精密度[21]。另外，激光剥蚀系统配置了一个信号平滑装置，即使激光脉冲频率低达1 Hz，采用该装置后也能获得光滑的分析信号[22]。每个时间分辨分析数据包括大约20-30 s的空白信号和50 s的样品信号。测量开始和结束后测定标准锆石 NIST610、91500、GJ-1，每测定4-8个样品点后测定2次标准锆石91500。对于与分析时间有关的 U-Th-Pb同位素比值漂移，利用标准锆石 91500 的变化采用线性内插的方式进行了校正[23]。标准锆石91500的U-Th-Pb同位素比值推荐值据文献[24]。分析数据离线处理采用ICPMSDataCal完成[23-24]。详细的仪器操作条件和数据处理方法见文献 [23,25-26]。锆石U-Pb年龄谐和图绘制和加权平均年龄计算采用Isoplot软件[27]完成。

4 结果

诸广山复式岩体（北体）7件样品锆石年龄测试结果见表2和图3、4、5。

表2 诸广山复式岩体（北体）LA-ICP-MS锆石U-Pb分析结果Table 2 LA-ICP-MSzirconU-Pbanalysis results of the Zhuguangshan composite batholith(the northpart)

汤湖岩体（样品XD176)中锆石多呈半自形柱状，锆石粒径多为（50~100）μm×（60~180）μm，发育明显的振荡环带，部分锆石中可见继承锆石核。所测20颗锆石的Th、U含量变化范围分别为（65~524)×10-6、（151~997）×10-6，Th/U 比值在0.17~0.84之间。剔除2个年龄值不谐和点(3、11号点)及1个年龄值明显偏小点(20号点)，17个锆石测点均分布在谐和线上或附近（图3a）。1号测点和9号测点206Pb/238U年龄分别为779±9 Ma、773±8 Ma，年龄值谐和；结合阴极发光图像，1号测点所在锆石核边结构不明显，锆石环带清晰，为捕获锆石；9号测点所在锆石核边结构明显，继承锆石外部发育环带清晰的岩浆锆石环带。其余15个测点加权平均年龄为444±2 Ma（MSWD=0.54）（图3b）。

寨前岩体（样品XD177）中锆石多呈自形-半自形柱状、粒状，锆石粒径多为（50~80）μm×（70~150）μm。所测20颗锆石的Th、U含量变化范围为（70~520）×10-6、（187~1720）×10-6，Th/U比值变化范围为0.10~0.74。剔除3个年龄值不谐和点(5、9、17号点 )以及 2个年龄值偏大点 (2、3号点 )，15个锆石测点均分布在谐和线上或附近（图3c）。6号和16号测点206Pb/238U年龄分别为745±14 Ma、780±19 Ma，这两颗锆石核边结构不明显，但环带清晰，为捕获锆石。其余13个测点加权平均年龄为 448±3 Ma（MSWD=0.33）（图3d）。

图3 诸广山复式岩体（北体）早古生代岩体锆石U-Pb年龄谐和图（含有继承锆石或捕获锆石）Fig.3 U-Pb Concordia diagram of zircons from Early Paleozoic plutons in the Zhuguangshan composite batholith

东洛岩体(样品XD179)中锆石多呈半自形柱状，锆石粒径多为（80~130）μm×（100~240）μm。所测20颗锆石的Th、U含量变化范围为（135~748）×10-6、（510~2104）×10-6，Th/U 比值在 0.13~0.89之间。剔除 5 个年龄值不谐和点（3、5、9、10、19 号点）以及2个年龄值明显偏小点（6、17号点）、1个年龄值明显偏大点（15号点），12个测点均分布在谐和线上或附近，加权平均年龄为440±2 Ma（MSWD=0.16）（图4a）。

上堡岩体 (样品XD181)中锆石多呈自形柱状，锆石粒径多为（60~100）μm×（100~200）μm。所测20颗锆石的Th、U含量变化范围为（82~709）×10-6、（173~1165）×10-6，Th/U 比值在 0.18~0.82之间。剔除 3个年龄值不谐和点（7、8、9号点），17个测点均分布在谐和线上或附近，加权平均年龄为442±2 Ma（MSWD=0.50）（图4b）。

桂东岩体 (样品XD184)中锆石多呈自形-半自形柱状，锆石粒径多为（60~120）μm×（100~220）μm。所测20颗锆石的Th、U含量变化范围为（67~473）×10-6、（69~183）×10-6，Th/U比值为0.25~0.90。剔除 4 个年龄值不谐和点（4、6、14、20 号点），16个测点均分布在谐和线上或附近，加权平均年龄为444±2 Ma（MSWD=0.47）（图4c）。

图4 诸广山复式岩体（北体）早古生代岩体锆石U-Pb年龄谐和图.Fig.4 U-Pb Concordia diagram of zircons from Early Paleozoic plutons in the Zhuguangshan composite batholiths (the north part).

淋洋岩体 (样品XD183)中锆石多呈半自形柱状、粒状，锆石粒径多为（50~100）μm×（60~180）μm。本样品部分锆石Th、U含量明显偏高，剔除7个年龄值不谐和点（1、2、8、12、16、18、19 号点）以及 1个年龄值偏大的点（9号点）、1个年龄值偏小的点（10号点），其余11颗锆石Th、U含量变化范围为（125~1025）×10-6、（428~3688）×10-6，Th/U 比值变化范围为0.12~0.46。11个锆石测点均分布在谐和线上或附近（图5a）。11、14、15 号测点206Pb/238U年龄分别为 439±5 Ma、440±4 Ma、441±4 Ma；这三颗锆石均发育清晰的岩浆锆石环带，为捕获锆石。其余8个测点加权平均年龄为230±3 Ma（MSWD=2.2）（图5b）。

鹅形岩体 (样品XD178)中锆石多呈自形-半自形柱状，锆石粒径多为（50~100）μm×（70~200）μm。本样品部分锆石Th、U含量明显偏高，剔除9个年龄值不谐和点 (1、2、4、5、8、12、14、15、19 号点 )以及1个年龄值偏大的点(6号点)，其余10颗锆石的 Th、U 含量变化范围为（113~661）×10-6、（164~1083）×10-6，Th/U 值变化范围在 0.37~0.99之间。10个测点均分布在谐和线上或附近，加权平均年龄为157±1Ma（MSWD=0.43）（图5c）。

图5 诸广山复式岩体（北体）中生代岩体锆石U-Pb年龄谐和图Fig.5 U-Pb Concordia diagram of zircons from Mesozoic plutons in the Zhuguangshan composite batholith (the north part)

本次所测锆石振荡环带清晰，参与加权平均年龄计算的锆石Th/U比值介于0.10-0.99，属典型的岩浆锆石，计算的锆石加权平均年龄可靠，代表了岩体的形成时代。

续表2

5 讨论

5.1 诸广山复式岩体（北体）的形成时代

本次测得诸广山复式岩体（北体）早古生代汤湖岩体、寨前岩体、东洛岩体（黑云母二长花岗岩）LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为444±2 Ma、448±3 Ma、440±2 Ma，桂东岩体和上堡岩体（黑云母花岗闪长岩）LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为 444±2 Ma、442±2 Ma，与前人近年所测诸广山复式岩体和万洋山岩体锆石微区原位U-Pb年龄基本一致。例如：Xu和Xu[8]利用LA-ICP-MS锆石U-Pb法测得汤湖岩体年龄为437±3 Ma、439±3 Ma，东洛岩体年龄为438±2 Ma，桂东岩体年龄为442±3 Ma、438±3 Ma、437±3 Ma，上堡岩体年龄为 441±3 Ma、443±4 Ma；Chu 等[28]测得桂东岩体SIMS锆石U-Pb年龄为438±3 Ma；Zhang等[9]报道了汤湖岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为454±2 Ma；诸广山复式岩体（北体）北部的万洋山岩体年龄为446-433 Ma[8-9,29-30]；位于诸广山复式岩体（南体）的扶溪岩体年龄为440.7±3.3 Ma[15]（表3）。本次测年数据与Huang和Wang[31]统计的华南地区早古生代岩浆岩峰期年龄（450-430 Ma）相吻合。本次研究表明万洋山-诸广山复式岩体（北体）一带早古生代岩体形成于晚奥陶世-早志留世（本文地质年代界线依据文献[32]）。

淋洋岩体的形成时代曾存在着燕山期和印支期的争议，但随着锆石年龄的约束，其形成于印支期的认识趋同。本次测得淋洋岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为230±3 Ma，属晚三叠世，与刘爽[12]所测结果（LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄234.7±2.3 Ma、235.5±3.7 Ma）、邓平等[16]对诸广山南体东部的白云、乐洞、江南、龙华山、大窝子和寨地岩体采用SHRIMP 锆石U-Pb测得的结果（年龄分别为239±4 Ma、239±5 Ma、239±2 Ma、236±2 Ma、231±2 Ma、231±3 Ma，见表3）在误差范围内一致。Li和Li[33]对华南地区中生代岩体时空格架分析表明，在235-230 Ma，印支期构造运动从南东向北西呈递进式推进到了以诸广山地区为代表的华南腹地。本次获得的淋洋岩体形成时代与区域构造运动的时间基本一致。

本次测得鹅形岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为157±1 Ma，属晚侏罗世，与前人全岩Rb-Sr年龄（157 Ma）[3]、蒸汽蚀溶法锆石U-Pb年龄（155±0.5 Ma）[7]，以及邓平等[14]采用SHRIMP锆石U-Pb法测得的诸广山复式岩体（南体）中的长江、赤坑、企岭和茶山岩体年龄（分别为 160±2 Ma、154±1 Ma、156±2 Ma和 157±3 Ma，见表3）基本一致。包括鹅形岩体在内的诸广山地区晚侏罗世花岗岩与区域上燕山早期花岗岩形成时代相吻合，如骑田岭复式岩体中的芙蓉岩体（约157 Ma）[34]、九嶷山复式岩体中的金鸡岭岩体（156±2 Ma）[35]，它们都属于南岭地区晚中生代成岩成矿高峰期（165-150 Ma）[36]的产物。

本次锆石U-Pb年龄测试结果表明本区存在晚奥陶世-早志留世（448-440 Ma）、晚三叠世（约230 Ma）、晚侏罗世（约157 Ma）三期岩浆活动，诸广山岩体（北体）是由这三期岩浆活动形成的复式岩体。

5.2 诸广山复式岩体年代格架与岩石组合

前人近年来对诸广山复式岩体（南体）进行了锆石微区原位U-Pb年龄研究，获得了一批高精度的数据，结合本次研究，将诸广山复式岩体形成过程划分为三个期次（表3）：第一期岩浆侵位于448-440 Ma，形成的岩体主要分布于北体，包括桂东、汤湖、寨前、东洛、上堡等，次为南体南部（扶溪岩体）；第二期岩浆活动发生于239-230 Ma，形成的岩体主要分布于南体的东部，包括乐洞、白云、油洞等，次为北体的北部（淋洋岩体）；第三期岩浆活动发生于160-154 Ma，形成的岩体分布于北体的东南部（主要为鹅形岩体和广南岩体）以及南体的西部（代表性岩体有长江岩体、企岭岩体）（图1）。这三期岩浆活动在整个南岭地区广泛发育，总的趋势是向着酸性、碱性不断增加，铁镁钙质不断减少方向发展[1-2]。诸广山地区三期岩浆活动所形成的岩石组合类型大致有从二长花岗岩、花岗闪长岩→二长花岗岩→二长花岗岩、正长花岗岩演变的趋势，与显生宙区域上地壳物质成熟度逐渐增高的总趋势一致。第一期岩浆活动形成的岩体可见角闪石和中性斜长石，SiO2和全碱含量（ALK）相对低，如前人测得桂东岩体斜长石An=28-42[4]，SiO2含量为62.56%-64.55%，全碱含量为6.11%-6.83%[8]；后两期岩浆活动形成的岩体中暗色矿物一般为黑云母，SiO2含量相对高，部分演化程度高的晚中生代岩体斜长石牌号低，SiO2和全碱含量相对高，更趋于酸性，如第三期形成的企岭岩体斜长石An=5-15[14]，含量为72.41%-76.89%，全碱含量为7.58%-9.66%[37]。诸广山地区部分中生代岩体中发育碱交代、绿泥石化等交代蚀变作用[38-39]，形成了花岗岩型铀矿床。以诸广山地区多次岩浆活动为代表的多幕式地壳物质再造作用[40]导致了南岭地区地壳成熟度逐渐增高，这可能为晚中生代该地区发生钨锡铍铌钽铀等战略性矿产大规模、集群式成矿作用奠定了重要物质基础。

表3 诸广山复式岩体锆石年龄数据表Table 3 Zircon ages of the Zhuguangshan composite batholith

5.3 继承锆石和捕获锆石对岩浆作用的指示

前人通过系统的同位素示踪研究，认为诸广山复式岩体（北体）中的早古生代岩体来源于区内未出露基底岩石的重熔，岩体源区成分具复杂性和多样性，二长花岗岩的源区比花岗闪长岩的源区含有更多的陆源沉积物组分[41-42]；近年来研究认为本地区早古生代岩体的形成过程中可能存在幔源物质的加入[8,43]。花岗岩中继承锆石和捕获锆石可以作为地壳物质参与岩浆作用的直接指示物。本次研究在汤湖岩体和寨前岩体中测得4颗新元古代继承锆石和捕获锆石，年龄分别为 779±9 Ma、773±8 Ma、745±14 Ma、780±19 Ma，属南华纪 - 青白口纪。这四颗继承锆石和捕获锆石均发育清晰的震荡环带，其Th/U比值较高（Th/U=0.17-0.50），表明其均为岩浆成因。前人在位于武夷-云开地区东北部的早古生代黎川岩体中识别出~760 Ma的继承锆石年龄峰，这些继承锆石代表了一次新元古代时期的岩浆事件[44-45]。汤湖岩体和寨前岩体中的继承锆石和捕获锆石的年龄与该期岩浆事件时间上基本吻合，它们可能属于同一次岩浆事件的产物。本次识别出的新元古代继承锆石和捕获锆石暗示本地区早古生代岩体形成过程中可能有新元古代物质的参与。