福建莆田渡边火山岩锆石U-Pb年龄及其地质意义

福建莆田渡边火山岩锆石U-Pb年龄及其地质意义
吴柏兴
【摘要】莆田渡边位于长乐-南澳断裂带的北段,分布一套未变形变质中酸性火山岩组合;英安岩中锆石U-Pb表面年龄可分为2组,分别为76～88 Ma和98～124 Ma,加权平均值分别为(82.9±1.6) Ma和(105.4±3.0) Ma.研究认为前者代表火山作用过程中锆石结晶年龄;后者为火山作用过程中捕获的围岩锆石年龄,与研究区内广泛分布的早白垩世花岗岩体年龄相同.岩石地球化学特征表明,渡边英安质-流纹质火山岩组合具有Ⅰ型花岗岩特征,属壳幔混源型岩浆,可能来源于晚中生代俯冲板片的重熔.
【期刊名称】《福建地质》
【年(卷),期】2016(035)003
【总页数】9页(P163-171)
【关键词】英安岩;LA-ICP-MS锆石定年;晚白垩世;莆田渡边
【作者】吴柏兴
【作者单位】福建省地质调查研究院,福州,350013
【正文语种】中文
莆田渡边位于长乐—南澳断裂带的北段[1]。

分布一套英安质-流纹质火山岩组合，属未卷入长乐—南澳断裂带构造活动的地质体。

这套中酸性火山岩地层原归属为早白垩世石帽山群，但福建省境内石帽山群火山岩年龄范围为102～125 Ma[2]。

此次研究发现该火山岩时代为晚白垩世(82.9±1.6)Ma，其是否仍可归属石帽山群？此外，渡边英安岩年龄与研究区东侧的晶洞花岗岩年龄相近，是否为同一岩浆活动的产物？这些问题的提出，对于长乐—南澳断裂带构造演化的研究具有十分重要
的地质意义。

1 地质概况
长乐—南澳断裂带是环太平洋构造的一部分[3-8]，也是华夏陆块东缘重要的构造
活动带，主要卷入变形变质作用的地质体为早侏罗世—早白垩世[9](图1)，但位于其北段的莆田渡边一带英安质-流纹质火山岩等没有变形变质，与下覆地层呈不整
合关系。

接触界面呈不规则状，二种岩性呈突变关系。

野外接触面上见有糜棱岩化花岗岩，呈团块状及残积物分布。

接触面之下为早白垩世中期糜棱岩化花岗岩，其上为流纹质晶屑凝灰岩，向上约2 m为英安岩。

英安岩有多层，夹在流纹质晶屑
凝灰岩中，本次锆石定年样品取自上述接触关系之上的英安岩(图2)。

图1 莆田渡边地区地质简图Fig.1 Geological sketch map in Dubian county of Putian city1—第四纪；2—渡边英安质-流纹质火山岩组合；3—早白垩世中期糜
棱岩化花岗岩；4—样品编号及位置；5—渡边剖面位置；6—工作区位置
图2 莆田渡边英安质-流纹质火山岩组合剖面示意图Fig.2 Diagram showing the profile in Dubian dacitic-rhyolitic volcano rock of Putian city1—英安岩；2—流纹质晶屑凝灰岩；3—第四纪；4—早白垩世中期糜棱岩化花岗岩；5—(喷发)不整合界线；6—地质点(同位素年龄样采样点)；7—地层产状
英安岩呈灰黑色，风化略带红色，岩石具斑状结构，似流纹构造，由不同颜色的细纹(条纹)相间定向排列，细纹绕斑晶、岩屑(角砾)弯曲。

岩石组分有斑晶、基质、
岩屑(偶含角砾)。

斑晶分布较均匀，斑晶含量为27%(斜长石24%、角闪石3%、
辉石含量少)，粒径为0.2～2.5 mm，长轴显定向排列(与似流纹构造一致)。

斜长
石呈半自形晶，宽板状晶形，被基质熔蚀，具聚片双晶、卡钠复合双晶，环带结构。

角闪石呈半自形晶，柱状晶形。

辉石呈半自形晶，短柱状晶形，基质含量为70%(长石质55%、暗色矿物13%、斜长石2%)，为隐晶-霏细状结构。

斜长石呈半自形晶，柱状微晶。

暗色矿物呈尘埃状，半透光-不透光。

岩屑(角砾)含量为3%(英安岩、流纹岩)。

副矿物有磁铁矿、磷灰石。

2 岩石地球化学特征
2.1 主量元素特征
研究区主、微量元素分析数据及特征参数(表1)，1号为本次采集样品，岩性为英安岩，2号样品引自前人资料*福建省地质调查研究院，福建海域1∶5万平海、浮叶幅区域地质调查报告，2016。

表1 研究区主、微量元素分析数据及特征参数(主量元素：%；微量元素：10-6) Table 1 Data and characteristic parameters of major and trace elements in the study area ( Major elements: %；trace elements:10-6)
序号岩性主量元素SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2O1英安岩66.440.815.312.081.860.1051.313.144.323.462英安质角砾晶屑凝灰熔岩64.820.8215.211.971.840.092.253.614.213.25序号主量元素CIPW标准矿物
P2O5烧失量总量
apilmtorabanDi(wo)Di(en)Di(fs)10.1770.6599.750.391.542.4920.6636.9412.2 90.950.610.2820.181.1199.360.401.592.3719.5636.2713.241.581.140.30序号CIPW标准矿物岩石化学参数微量元素
Hy(en)Hy(fs)qσAKIA/CNKA.R.VCrCo NiLi12.691.2419.892.580.710.922.4652.2 34.16.276.9761.9124.571.2017.762.550.690.892.3157.3043.409.2062.708.10序号微量元素
BeRbCsZrNbHfTaScYLaYbCu199.65299.110.087.2527.833.12.3821.801072.6 429013.609.140.9512.2132.6235.732.3016.2序号微量元素特征值
PbZnAgWSnMoBiSrBaThURb/Sr117.5261.910.0990.932.282.250.12354985.2 12.12.920.28211.941.90.0711.91.60.123678749.483.080.29序号特征值稀土元素
Rb/BaK/RbLaCePrNdSmEuGdTbDyHo10.10288.2433.170.217.932.156.431.5 75.110.844.840.8420.12252.1535.73110.718.0331.435.761.405.270.994.920. 83序号稀土元素特征值
ErTmYbLuYδEu∑REELR/HR(La/Yb)N(La/Sm)N(Gd/Yb)NδCe12.420.342.380.3 327.80.84168.468.859.383.241.731.0522.830.432.300.3632.620.78210.9810. 7710.483.901.851.57
总体上，其岩石化学成分与全省黄坑组的粗面英安岩平均值存在较大的差别，如Fe2O3和K2O含量略低(粗面英安岩平均值为Fe2O3=2.85，K2O=4.12)，MgO 和CaO含量略高(粗面英安岩平均值为MgO=1.32，CaO=2.52)。

SiO2含量为64.82～66.44，K2O和Na2O含量为7.46～7.78，Na2O>K2O，过碱指数(AKI)0.69～0.71(<0.9)较低，里特曼指数(σ)2.55～2.58，碱度率指数(A.R.)2.31～2.46，碱铝指数(A/CNK)为0.89～0.92，出现CIPW标准矿物石英(q)，将取得的样品成果进行TAS硅碱图投影(Na2O+K2O-SiO2)[10，11](图3)，主要分布在T(粗面岩)区，火山岩属于太平洋型钙碱性岩系，具有高钙、富镁、富钠的特征，采源于伸展环境下喷发形成的火山岩。

图3 TAS Na2O+K2O-SiO2投影图Fig.3 TAS projection drawing of
Na2O+K2O-SiO2Pc—苦橄玄武岩; B—玄武岩; O1—玄武英安岩; O2—安山岩; O3—英安岩; R—流纹岩; F—副长石岩碱玄岩(ol<10%), 碧玄岩(ol>10%); S1—粗面玄武岩; S2—玄武粗安岩; S3—粗安岩; T—粗面岩(Q<20%), 粗面英安岩(Q>20%); U1—响岩质碱玄岩; U2—碱玄质响岩; U3—响岩
2.2 微量和稀土元素特征
通过对渡边英安岩岩石微量元素数据进行标准化蛛网图解[12](图4)。

渡边英安岩富集Rb、Ba等大离子亲石元素及Th、U等放射性生热元素，亏陨Nb、Ti等高场强元素。

特征比值Rb/Sr=0.28～0.29、Rb/Ba=0.10～0.12，K/Rb=252.15～288.24，略高于或约等于地壳平均值(Rb/Sr=0.2，Rb/Ba=0.11 ，
K/Rb=274)[13]，反映岩石经历了弱的分异演化[14-15]。

渡边英安岩稀土元素特征，从La到Lu整体上呈下降趋势，稀土配分曲线下降趋势明显(图5)。

岩石稀土总量∑REE为168.46×10-6～210.98×10-6，LR/HR值为8.85～10.77，(La/Yb)N比值为9.38～10.48，(La/Sm)N比值为3.24～3.90，均反映轻稀土的分馏程度较好；(Gd/Yb)比值为1.73～1.85，反映重稀土元素较弱的分馏。

具弱的Eu异常(δEu=0.78～0.84)。

明显的Ce正异常(δCe=1.05～1.57)。

图4 微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.4 The standardized spider diagram of trace element in primitive mantle
图5 稀土元素球粒原始标准化配分曲线图Fig.5 Graphical chart of Rare earth elements chondrules original standardization partition
3 锆石LA-ICP-MS年龄测定
3.1 取样岩石与测定
样品取自莆田渡边英安岩(编号为D4366)。

样品为新鲜岩石，露头尺度内未见侵入岩等引起热事件的干扰物，岩石中取得的锆石可作为测试对象。

配套样品包括薄片分析，岩石主量元素、微量元素分析，人工重砂等。

锆石同位素定年工作在中国冶金地质总局山东局测试完成。

3.2 锆石阴极发光(CL)图像
锆石阴极发光(CL)图像(图6)表明，渡边英安岩(D4366)所挑选出的锆石均具发育程度不同的环带，Th/U比值一般在0.3～0.5，具岩浆锆石特征。

将锆石依据
206Pb/238U年龄进行排列后，具有2个特点，≤87.8 Ma的锆石多具棱角状或
尖棱角状，晶形大小不一，在50～200 μm，结晶内核不明显，环带较宽但较发育，可能为英安岩形成时的岩浆锆石；≥97.6 Ma的锆石晶形变化大，有次棱角状或自形晶，晶形大小不一，在50～300 μm，环带较发育，Th/U比值一般为
0.3～0.61，可能为岩浆喷发过程中捕获围岩的岩浆锆石。

图6 渡边英安岩(D4366)锆石阴极发光影像图和靶区位置Fig.6 Cathodoluminescence images and target location of the zircon in Dubian dacite (Sample D4366)
3.3 测年结果
从D4366样品中共获得39组有效锆石定年数据，锆石U-Pb同位素分析结果和计算的表面年龄值(表2)。

该次研究主要采用图解的方法处理相关数据及求得年龄值。

因年龄值小于1 000 Ma，均采用锆石206U/238Pb的表面年龄。

将所测锆石同位素年龄数据作年龄图解(图7)，渡边英安岩(D4366)的锆石具2组年龄值。

一组206U/238Pb表面年龄为76～88 Ma，加权平均值为
(82.9±1.6)Ma(MSWD=2.7，n=18)；另一组206U/238Pb表面年龄在98～124 Ma，加权平均值为(105.4±3.0)Ma(MSWD=5，n=13)。

对应的谐和年龄值分别为(82.9±2.8)Ma和(105.2±2.3)Ma，二者十分接近。

表2 锆石U-Pb 同位素分析数据和计算的年龄值Table 2 Analytical data and calculated age values of zircon U-Pb isotopes测点号总PbwB(10-
6)232Th238UTh/U同位素比值表面年龄
(Ma)207Pb/235Pb1σ206Pb/238U1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ谐和度(%)110.31665.58399.460.370.10360.00480.01580.0003100.14.5101.21.8982 3.98199.11145.270.310.10900.00740.01750.0004105.06.8111.52.49437.1319 8.66310.770.330.12420.00570.01790.0003118.95.2114.51.79646.22253.3626
1.480.350.12320.00620.01660.0003118.05.6106.21.98956.13254.36269.720. 330.10500.00600.01660.0003101.45.5105.8
2.09584.69168.85220.030.380.11 220.00920.01620.0005108.08.410
3.53.29591.7310
4.3894.600.310.09970.017 50.01360.000796.516.286.84.789102.41139.17110.120.350.12630.01320.013 50.0005120.811.986.33.266113.9425
5.61192.860.300.08750.00530.01360.00 0385.25.087.01.697124.89333.85241.960.350.08580.00470.01350.000383.64 .48
6.61.7961415.56419.72633.330.370.13120.00550.01940.0003125.14.9123 .71.99815
7.58241.58302.430.440.13290.00490.01880.0003126.74.4120.41.9 94164.83330.25256.710.430.09960.00560.01360.000396.45.286.92.1891716. 99441.36764.550.300.12820.00690.01750.0003122.46.2111.71.8901814.094 52.24670.350.370.11940.00740.01600.0004114.56.7102.22.388193.16194.09 173.280.350.08470.00680.01220.000382.56.47
8.32.2942010.42290.84497.23 0.350.12680.01080.01550.0005121.2
9.899.12.979222.16116.04114.780.390. 09310.01230.01280.000790.411.482.24.290249.70253.71486.570.440.10740. 00420.01570.0003103.63.9100.51.796253.30172.97122.840.270.12180.0108 0.01740.0004116.79.8111.22.695
续表2测点号总PbwB(10-6)232Th238UTh/U同位素比值表面年龄
(Ma)207Pb/235Pb1σ206Pb/238U1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ谐和度(%)261.7093.1684.860.380.13400.01000.01370.0004127.79.087.72.562278.6 689.64433.230.350.10850.00520.01700.0003104.64.7108.91.895288.23228.2 6311.110.340.13510.00750.01940.0004128.76.7124.22.3962922.01488.8188 6.320.380.16080.00700.01860.0003151.46.2118.52.0753036.853327.161567. 810.360.08800.00330.01280.000285.63.182.21.1953112.69377.62613.080.45 0.10090.00780.01540.000597.67.298.83.498325.33416.42251.470.390.09910
.00720.01220.000395.96.678.22.279335.20407.63253.340.360.08040.00620. 01260.000378.65.881.02.296348.41580.72413.830.330.08690.00390.01270.0 00284.63.681.11.2953510.61982.32456.140.280.06240.00400.01250.000261.
43.980.31.4733720.692050.27606.510.480.10220.00620.01530.000498.85.79 7.62.898382.38105.03124.680.310.11790.00920.01370.0003113.28.487.82.1 74392.21110.42125.890.200.09620.01370.01250.000393.312.780.12.284401. 3766.2583.390.610.09130.01220.01180.001088.711.475.86.184417.90263.94 312.240.390.13310.00590.01900.0003126.95.3121.02.095422.28115.89134.8 80.350.08200.00950.01240.000580.18.979.33.299434.67137.11184.400.320. 13840.00850.01870.0004131.67.5119.12.390442.29101.62130.950.300.0888 0.01090.01300.000586.410.283.53.196454.84187.37220.780.400.11330.0088 0.01550.0005109.08.198.93.190
图7 渡边英安岩(D4366)锆石U-Pb年龄图解Fig.7 U-Pb dating and age illustration of the zircons in the dubian dacite (Sample D4366)
4 讨论和结论
4.1 U-Pb年龄的地质意义
从样品测年分析结果可以看出，渡边英安岩的锆石206Pb/238U表面年龄有2组，即76～88 Ma和98～124 Ma。

前者锆石具尖棱角状或不规则状，环带宽大，应为火山喷发过程中锆石结晶年龄，其年龄代表了火山岩的形成年龄，即
(82.9±1.6)Ma,属晚白垩世，在同一套岩石中取得的锆石年龄(84.5±1.0)Ma相一致。

后者的锆石具密集的环带构造，呈柱状或次棱角状晶形，亦属岩浆岩结晶的锆石。

研究区内广泛分布早白垩世花岗岩体，该区内火山岩与下伏花岗岩体呈不整合接触关系，因此认为98～124 Ma年龄代表了在火山作用过程中，岩浆上升捕获
围岩(花岗岩)中的锆石。

4.2 渡边英安岩岩浆成因探讨
(1)渡边英安岩岩石主量元素具有高钙、富镁、富钠的特征，碱铝指数A/CNK较
小(0.89～0.92)，与I型花岗岩相似；微量元素富集Rb、Ba等大离子亲石元素及Th、U等放射性生热元素，亏陨Nb、Ti 等高场强元素。

特征比值Rb/Sr、Rb/Ba、K/Rb接近于地壳平均值。

稀土元素具弱的Eu异常，明显的Ce正异常。

以上特
征表明，火山岩源岩可能来自中下地壳，并有地幔物质的加入，具有I型花岗岩特征。

(2)中生代晚期(晚白垩世)，福建的沿海地区大量分布A型(晶洞)花岗岩，代表华南地区进入了造山后的伸展构造阶段。

该区东侧的晶洞花岗岩年龄(84.90±0.46)Ma
与渡边火山岩年龄相近，空间距离较近(小于10 km)，且属同一构造单元。

渡边火山岩亦形成于伸张构造环境，具壳幔混合型岩浆特征，其很可能来源于晚中生代俯冲板片的重熔。

(3)长期以来，渡边地区的英安质-流纹质火山岩组合划作石帽山群，其年龄归为早白垩世，该次工作表明，其形成时代为(82.9±1.6)Ma，属晚白垩世。

这是否表明
石帽山群火山作用从早白垩世延续至晚白垩世，或者该地层不属于早白垩世，而是晚白垩世火山作用产物。

上述问题有待于今后工作中加以研究。

参考文献
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