扬子地块北缘古元古代环斑花岗岩的发现及其意义_张丽娟

环斑花岗岩是地壳中具环斑结构的一种特殊的 岩石类型 , 属典型的 A 型花岗岩 [1]. 典型环斑花岗岩 的产出指示大规模伸展的构造环境 , 通常与大陆裂 解事件相联系 , 受到了国内外学者的高度重视 [1~7]. 研究表明 , 环斑花岗岩在全球各大陆元古宙克拉通 内部或边缘均有出露 , 尤其是在北半球形成了一条 近东西向的巨型环斑花岗岩 - 斜长岩带 . 该花岗岩带 起自北美西南部 , 经加拿大拉布拉多及格陵兰南部 , 再经波罗的海地盾直至西伯利亚地台到华北地台
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2
环斑结构及其岩相学
环斑结构 (Rapakivi texture)这一术语是 1891 年
由芬兰地质学家 Sederholm [40] 引入国际地质学界的 , 具该结构的花岗岩有经风化后呈岩块剥落而呈砾石 状的习性 , 在芬兰语中 “Rapakivi”又有 “剥落岩块 ” 的 含义 , “环斑花岗岩 ”因此而得名 . 华山观环斑花岗岩 呈灰白色至肉红色 , 似斑状结构 . 斑晶为钾长石 , 多 呈卵球状 , 外面包有更长石 - 中长石薄壳 , 且岩石中 的碱性长石和石英一般为两个世代的产物 , 属典型环
46
4
4.1
分析结果
主量和微量元素
华山观环斑花岗岩 (样品 ZX21-1 和 09ZX03)及含
斑黑云母二长花岗岩 ( 样品 09ZX01-1) 的主量元素和 微量元素组成列于表 1.
论 文
图3
华山观环斑花岗岩显微照片 (正交 )
(a) 斑晶由 Kfs1-3 三个光性方位不同、呈扇形的钾长石晶体互为嵌晶状自核部向外生长为卵球形 , 外面包有斜长石 (Pl)外壳 (绢云母化 ), 构成特征的环斑结构 ; (b) 钾长石 (Kfs)卵球内包裹有斜长石 (Pl)及石英 (Qtz); (c) 斑晶中的显微文象结构 ; (d) 基质中的圆形石英及其波 状消光 ; (e) 基质中黑云母 (Bi)的扭折变形 ; (f) 基质中斜长石 (Pl)双晶的扭折变形
摘要
湖北省钟祥市华山观环斑花岗岩是在扬子地块上发现的第一例元古宙环斑花岗岩体.
关键词
扬子地块 环斑花岗岩 古元古代 A 型花岗岩 锆石 U-Pb 定年
野外观察和岩相学研究表明, 华山观岩体北部发育典型的环斑结构, 钾长石核呈卵球形, 且 多数具斜长石环边, 碱性长石和石英分为两期甚至多期. 样品的主量元素富硅、碱(尤其富钾) 和铁, 贫钙、镁. 微量元素富 Th, U, La, Ga, Ce 和 Sm, 贫 Sr, Nb 和 Y; 轻稀土富集, 重稀土亏 损, 具铕负异常, 并显示 A 型花岗岩的地球化学特征. 采用 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 法获得的
.
由于动力作用的改造 , 岩石多有不同程度的变 形和蚀变 , 黑云母具绿泥石化 , 斜长石多发生绢云母 化 . 在变形带中 , 石英的波状消光、黑云母的扭折变 形及长石的脆性碎裂和晶内变形都比较明显(图 3(d)~(f)).
3
分析方法
用于全岩主量元素和微量元素分析的样品 , 无
污染粉碎至 200 目以下 . 样品主量元素分析在湖北省 地质实验研究所用 Regaku3080E1 型光谱仪进行 X 射 线荧光光谱分析 (XRF), 样品分析精度为 1% [43] . 微 量元素在中国地质大学 ( 武汉 ) 地质过程与矿产资源 国家重点实验室采用电感耦合等离子体质谱仪 (ICPMS, Agilent7500a)分析 . 其中 , 稀土元素测试分析精
207
Pb/206Pb 加权平均年龄为(1851±18) Ma, 代表了该环斑花岗岩体的结晶年龄; U-Pb 下交点年
龄为(803±170) Ma, 代表岩体后期可能遭受了新元古代构造热事件改造的时代. 扬子地块北 缘古元古代环斑花岗岩的发现, 表明在 1850 Ma 时扬子地块应处于大陆裂解或造山后伸展的 构造环境中, 可能与古元古代 Columbia 超大陆的裂解有关.
[1~10,41,42]
度优于 5%, 其他微量元素分析精度在 5%~15%之间 , 详细的分析方法见文献 [44]. 样品 ZX21-1 中的锆石 采用标准重矿物分离技术 ( 包括磁选和重液分选等 ) 分选 , 然后在双目显微镜下尽量选择透明、无裂隙且 具有代表性的锆石颗粒制成环氧树脂样品靶 , 磨去 约 1/3 后抛光 , 样品抛光后进行 CL 显微结构观察 , 在此基础上选择合适的锆石颗粒和区域进行 U-Pb 年 龄测定 . 锆石的 CL 照像在北京离子探针中心采用日 立 S3000-N 型扫描电子显微镜外接 GATAN 公司的 Chroma 阴极发光探头完成 . 锆石原位微区 U-Pb 同位 素和 REE 组成分析在中国地质大学 (武汉 )地质过程 与矿产资源国家重点实验室利用 LA-ICP-MS 完成 , 激光剥蚀系统为配备有 193 nm 激光器的 GeoLas 2005. 分析采用的激光剥蚀孔径为 32 µm, 激光脉冲 为 10 Hz, 能量为 110 mJ. ICP-MS 为美国安捷伦公司 生产的 Agilent7500a, 实验中采用氦气作为剥蚀物质 的载气, 同位素组成用锆石 91500 作为外标进行校正, 元素含量用 NIST610 作外标、 29Si 作内标进行标定 , 锆石分析的原始数据采用 ICPMSD-ATACAL(ver5.8) 软 件 处 理 [45]. 普 通 铅 校 正 采 用 Andersen[46] 的 方 法 , 锆石加权平均年龄的计算及谐和图的绘制采用 ISOPLOT_3.23[47]程序 .
, 其中包括北京密云元古
[5~7,10]
. 扬子地块太古宙基底出露
英文版见 : Zhang L J, Ma C Q, Wang L X, et al. Discovery of Paleoproterozoic rapakivi granite on the northern margin of the Yangtze block and its geological significance. Chinese Sci Bull, 2011, 56, doi: 10.1007/s11434-010-4236-7
2011 年
论 文
第 56 卷
第 1 期： 44 ~ 57 csb.scichina.com
《中国科学》杂志社
SCIENCE CHINA PRESS
www.scichina.com
扬子地块北缘古元古代环斑花岗岩的发现及其意义
张丽娟①, 马昌前①②*, 王连训①, 佘振兵①, 王世明①
① 中国地质大学地球科学学院, 武汉 430074; ② 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室, 武汉 430074 * 联系人 , E-mail: cqma@cug.edu.cn 2010-09-03 收稿, 2010-09-30 接受 科技部国际合作项目(2007DFA21230)、 湖北省自然科学基金重点项目(2009CDA004)、 国家地质学理科基地人才培养基金(J0830520)和国家 大学生创新性实验计划(1320311009)资助
,
其 成 因 被 认 为 与 Columbia 超 大 陆 的 裂 解 事 件 有 关 [9~14], 对于认识元古宙岩石圈演化具有重要意义 . 华北地块和扬子地块是中国最大的两个前寒武 纪克拉通块体 , 华北地块广泛出露太古宙岩石 , 并记 录了与 Columbia 超大陆聚合和裂解有关的元古宙 大规模构造热事件 宙典型环斑花岗岩
45
1, 似斑状正长花岗岩和中粒黑云母二长花岗岩 ; 2, 基性岩墙 (脉 ); 3, 断层 ; 4, 沉积地层 (Nh-Z, 南华系 -震旦系 ; ― C, 寒武系 ; O-S 1 , 奥陶系 -志留系下统 ; K2 , 白垩系上统 ; P-T1 , 二叠系 -三叠系下统 ; Q, 第四系 ); 5, 定年锆石采样点 ; 6, 不整合覆盖界线 . (a) 据文 献 [36]修改 ; (b) 据湖北省地质局区域地质测量队钟祥幅 1:20 万地 质图修改绘制
2011 年 1 月
第 56 卷
第1期
图2
华山观环斑花岗岩野外照片
(a)和 (b)均可见到暗色的斜长石包裹钾长石卵斑
状自核部向外生长为卵球形 (图 3(a)). 钾长石卵球内 常包裹有斜长石 (pl) 、石英 (Qtz) 以及黑云母 (Bi) 、磁 铁矿 (Mt) 等的小晶体 , 这些包裹体矿物疏密不均地 嵌布在主晶内 (图 3(b)), 并呈环状展布 . 而在呈扇形 的钾长石连晶结合面之间 , 可出现黑云母、磁铁矿、 石英等组成的脉状充填物 (图 3(a)). 钾长石斑晶条纹 构造及格子双晶发育 , 为微斜条纹长石 , 且大部分钾 长石与石英共生 , 部分具显微文象结构 ( 图 3(c)). 基 质主要由碱性长石、斜长石、石英、黑云母组成 . 岩 石中的碱性长石和石英 , 都可以明显地分为两期甚 至多期 , 早期结晶的颗粒较大 , 晚期结晶粒径较小 . 从图 3(d)中可以明显看出石英大小相差悬殊 , 而且石 英大晶体多呈圆形 . 副矿物主要为萤石、磷灰石、磁 铁矿和锆石 . 这些特征均与芬兰以及北京密云等地 元古宙典型环斑花岗岩特征相似
论 文
体 12 km2, 花冲岩体 2 km2, 肖家湾岩体 1 km2. 据区 域地质志报道 [39], 该岩体侵入于古元古代杨坡岩组 ( 相当于崆岭群上岩组 ) 中 , 且被南华纪 - 震旦纪地层 不整合覆盖 , 岩体内部可见杨坡岩组成分的捕掳体 . 华山观和王家棚岩体主要岩石类型为似斑状正长花 岗岩和中粒黑云母二长花岗岩 (局部含有斑晶 ), 二者 呈渐变过渡关系 , 岩体局部有暗色镁铁质包体 ; 花冲 岩体只见中粒黑云母二长花岗岩 ; 肖家湾岩体全为 似斑状正长花岗岩 . 4 个岩体内还可见片岩、片麻岩 及斜长角闪岩残留体 . 受动力变质作用的改造 , 岩体 与围岩都有一定程度的变形 (据湖北省钟祥幅 1:20 万 及双河口幅 1:5 万区域地质调查报告 ). 本文报道的环斑花岗岩主要出露于华山观岩体 北部的似斑状正长花岗岩中 , 用于锆石定年的样品 采于 31°17.261′N, 112°24.607′E(图 1(b)). 岩石具似斑 状结构 , 基质为中粗粒结构 , 斑晶为具斜长石环边的 微斜条纹长石 , 基质成分由微斜条纹长石、石英、斜 长石、黑云母等组成 . 主要矿物成分 : 微斜条纹长石 65%, 斜长石 10%, 石英 23%, 黑云母 2%, 其中斜长 石多发生绢云母化 . 由于华山观环斑花岗岩出露规 模有限(<1 km2), 本次研究只采集了 2 个样品(ZX21-1 和 09ZX03)进行分析 ; 为便于对比 , 本次研究还在华 山观环斑花岗岩体附近采集了一个含斑黑云母二长 花 岗 岩 样 品 (09ZX01-1), 该 岩 石 类 型 具 中 粒 等 粒 结 构 , 含少量斑晶 , 主要矿物含量 : 微斜条纹长石 49%, 斜长石 27%, 石英 22%, 黑云母 2%.
图1 华山观地区岩体地质简图
斑结构, 符合环斑花岗岩的定义[1~3,6,7]. 华山观环斑花 岗岩环斑直径介于 1~5 cm 之间, 个别达 8 cm 以上, 其 中以 2~3 cm 最为常见 (图 2), 其体积百分含量占岩石 的 45%左右 . 钾长石 (Kfs) 斑晶除少部分由单一晶体 组成外 , 多数是由 3~5 个光性方位不同、粒度多在 5~10 mm、呈扇形的钾长石晶体构成 , 它们互为嵌晶
[10,15~24]
1
区域地质背景及岩体地质
华山观花岗岩侵入体位于扬子地块北缘鄂中钟
祥地区 (图 1), 总面积约 37 km2, 由 4 个大小不等的花 岗岩体组成 , 分别为华山观、王家棚、花冲及肖家湾 岩体 , 他们呈近南北向分布于冷水铺背斜及次级小 背斜核部 . 其中 , 华山观岩体面积 22 km2, 王家棚岩
[1~8]
有限 (如崆岭杂岩 )[25~28], 但近年来的研究发现 , 扬子 地 块 也 存 在 1.8~2.1 Ga 构 造 热 事 件 的 年 代 学 记 录 [29~38], 部分研究认为可能与 Columbia 超大陆聚 合和裂解有关 [34~38]. 但迄今为止 , 在扬子地块内还 没有古元古代环斑花岗岩的报道 . 本文报道了在湖 北省钟祥市华山观地区发现的环斑花岗岩体 , 提供 了岩相学、 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 年代学和全岩主 量、微量元素地球化学资料 , 并讨论了该岩体的发现 对于认识扬子地块古元古代构造演化的意义 .