地质通报  2019, Vol. 38 Issue (2-3): 339-348  
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刘秀, 余心起, 陈子微, 李鹏举, 周术召, 杨鑫鹏. 皖南休宁县石岭头一带花岗质小岩株形成时代重新厘定[J]. 地质通报, 2019, 38(2-3): 339-348.
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Liu X, Yu X Q, Chen Z W, Li P J, Zhou S Z, Yang X P. Redetermination of the age of granitic stocks in Silingtou area, Xiuning Country, southern Anhui Province[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(2-3): 339-348.
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基金项目

国家自然科学基金项目《浙赣皖相邻区中生代推(滑)覆构造特征及其时序分析》(批准号:41872201)

作者简介

刘秀(1990-), 男, 在读博士生, 构造地质学专业。E-mail:didaliuxiu@sina.com

通讯作者

余心起(1962-), 男, 教授, 博士生导师, 构造地质学专业。E-mail:yuxinqi@cugb.edu.cn

文章历史

收稿日期: 2018-08-03
修订日期: 2018-10-10
皖南休宁县石岭头一带花岗质小岩株形成时代重新厘定
刘秀1 , 余心起1 , 陈子微1 , 李鹏举2 , 周术召1 , 杨鑫鹏1     
1. 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院, 北京 100083;
2. 四川理工学院 经济与管理学院, 四川 自贡 643000
摘要: 前人对皖南休宁县石岭头花岗质小岩株进行了K-Ar测年,结果为133.4Ma,属于早白垩世。笔者近期的野外地质调查发现,这些花岗质小岩株含过铝矿物堇青石,岩性特征与休宁花岗闪长岩体非常相近,为中粗粒花岗闪长岩,且见有变形,局部片理化明显。分别在休宁花岗闪长岩体内部和北部外叶村河中采集测年样品进行测定,获得休宁花岗闪长岩体内部835.4±32Ma和外叶小岩株841±29Ma的年龄,二者在误差范围内基本一致,表明它们属于同期岩体。岩石地球化学数据显示,花岗质小岩株具有与休宁花岗闪长岩体类似的地球化学特征,亏损Nb、Ta、Sr等高场强元素,富集K、Ru、Ba、U、Th,且均为强过铝质。结合前人所测休宁岩体数据对比分析,认为这些原先被认为早白垩世的花岗岩是新元古代的产物,为晋宁期休宁岩体的一部分,同时休宁岩体北界应北移约2km。其上覆盖的南华系休宁组砂岩应为超覆沉积形成。
关键词: 新元古代    花岗质小岩株    锆石U-Pb测年    休宁花岗闪长岩    皖南    
Redetermination of the age of granitic stocks in Silingtou area, Xiuning Country, southern Anhui Province
LIU Xiu1, YU Xinqi1, CHEN Ziwei1, LI Pengju2, ZHOU Shuzhao1, YANG Xinpeng1     
1. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
2. School of Economics and Management, Sichuan University of Science & Engineering, Zigong 643000, Sichuan, China
Abstract: The small granitic stocks in Xiuning granodiorite have K-Ar age of 133.4Ma, suggesting that these stocks were formed in Early Cretaceous. During recent field geological survey, the authors found that these small stocks contain aluminum mineral cordierite, and their lithologic characteristics are very similar to those of Xiuning granodiorite. They are all coarse grained granodiorite with local deformation and obvious schistosity. Samples collected from both internal Xiuning granodiorite and Waiye stock yielded LA-ICP-MS zircon U-Pb age of 835.4±32Ma for Xiuning granodiorite and 841±29Ma for Waiye rock, showing that they were formed during the same period. In addition, these small granitic stocks have similar geochemical characteristics to Xiuning granodiorite. Whole-rock geochemical data show that both samples are characteristics by lower HFSE Nb, Ta, Sr and higher K, Ru, Ba, U, Th, and thus belong to the peraluminous S-type granite. By comparative analysis of lithology characteristics, U-Pb age and geochemical data from previous study and this paper, the authors confirm that these stocks should intruded during the Neoproterozoic as a part of the Jinningian Xiuning pluton, not in the Early Cretaceous as previously thought. And the northern boundary of Xiuning pluton must have migrated northward for about 2km. The sandstone (no conglomerate) of Xiuning Formation resulted from the transgressive deposition on these stocks.
Key words: Neoproterozoic    granitic stock    U-Pb zircon dating    Xiuning granodiorite    southern Anhui Province    

皖南地区位于江南造山带东段, 往北毗邻"沿江过渡带", 往南在江绍断裂带一带与华夏地块拼贴(图 1-ab)。江南造山带主体由一套强变形、浅变质的中-新元古代巨厚沉积-火山岩系和同时代的侵入岩共同组成。晋宁期较大规模的岩浆活动形成了一系列花岗质侵入岩, 包括休宁、许村、歙县等含堇青石花岗闪长岩体和灵山、莲花山、白际等细粒花岗岩体。

图 1 皖南休宁岩体地区地质简图(据参考文献修改) Fig.1 Geological map of Xiuning rock body area a, b-研究区大地构造位置图; c-黄山市休宁县休宁花岗闪长岩体地质图及D052采样位置; d-石岭头地区外叶花岗闪长岩地质图及D252采样位置

休宁花岗闪长岩体北部外叶、石岭头一带, 发育十几个花岗质小岩株(图 2-cd)。20世纪90年代后期完成的1:5万区域地质调查曾获得K-Ar年龄133.4Ma, 考虑到其与西部黟县花岗闪长岩近似的岩性特征, 故归属于晚侏罗世侵入体, 并命名为石岭头单元(代号J3Sh)。笔者在近期的野外考察中, 发现外叶村河中(D252)的小岩株岩石特征与休宁花岗闪长岩体非常相似, 含过铝矿物堇青石, 且见有变形, 局部片理化明显, 与晚侏罗世侵入体差异明显。它们是否属于中生代侵入体, 或者是休宁岩体的组成部分, 值得思考和研究。

图 2 D252休宁兰渡外叶村花岗闪长岩野外照片 Fig.2 Field features of Waiye granodiorite(D252)in the north of Landu, Xiuning County a-外叶(D252)花岗闪长岩内部; b-外叶(D252)花岗闪长岩边部片理化; Hbl-角闪石; Pl-斜长石

本文对石岭头一带的花岗质小岩株进行了岩石学、锆石年代学、岩石地球化学等分析, 并与休宁花岗闪长岩体进行对比, 以揭示这些花岗质小岩株与休宁花岗闪长岩体的关系。

1 区域地质背景

研究区北部广大地区为新元古代-寒武纪地层, 新元古代地层由老到新分别为休宁组、南沱组、兰田组和皮园村组, 各组主要由陆源碎屑连续沉积形成, 沉积颗粒旋回式减小, 由砾岩直到变质的炭硅质板岩, 夹少量自生沉积岩层:灰岩和白云岩。休宁组南缘与休宁岩体北部接触带上分布有底砾岩层, 表明休宁组和休宁岩体之间的沉积接触关系。砾岩层物源为休宁岩体风化剥蚀的碎屑, 所形成的休宁组砾岩也被称为"假花岗岩"。在休宁花岗闪长岩东北部石居附近砾石层厚达百米, 而西北部的珊坑、黄尖一带砾岩厚度仅数米, 中北部外叶、石岭头地区未见砾岩(图 1-c)。寒武纪地层连续沉积于新元古代地层之上, 以互层的炭质、硅质板岩为主, 夹煤层和灰岩透镜体。

南部为晚中生代侏罗纪-白垩纪的砂岩、粉砂岩、泥岩等陆源碎屑物沉积构成的沉积旋回, 但泥质岩层没有明显变质现象。休宁岩体东西两侧分布有新元古代的牛屋组和大谷运组, 以砂岩和板岩为主, 夹少量泥砾岩、透镜状灰岩。

除休宁花岗闪长岩体外, 周边地区出露较大的晋宁期侵入体, 有早期的歙县、许村等花岗闪长岩体和晚期的灵山、莲花山、石耳山花岗(斑)岩体。晋宁期花岗质岩石由北向南越来越年轻[1]

研究区自晋宁期以来历经了包括岩浆、沉积和变质作用及压缩、伸展和剪切的构造运动。以晋宁期碰撞造山为基础, 叠加加里东期-印支期陆内逆冲推覆构造, 最后受到燕山期强烈北东向平移剪切构造的改造, 本地区断层走向以北东-北北东向为主(图 1-c)。

2 样品岩石学和地球化学特征 2.1 岩石学特征

在休宁兰渡北3.5km左右外叶村河中石岭头单元(北纬29°50′29″、东经118°07′21″), 采得变形的花岗闪长岩样品(D252);在休宁岩体内部(北纬29°49′24″、东经118°07′14″), 采得花岗闪长岩样品(D052)。

在外叶河中可见大片灰白色粗粒花岗闪长岩, 似斑状结构, 块状构造。斑晶主要为斜长石, 次为石英。斜长石含量大于30%, 白色, 半风化, 并且有破碎, 斜长石保持半自形、自形形态。石英斑晶12%左右, 次圆形, 最大1cm。另有少量钾长石斑晶, 具卡氏双晶。暗色矿物为黑云母、角闪石。黑云母呈片状褪色明显, 暗灰褐色, 含量3%~5%。角闪石呈柱状, 长6~8mm, 宽1~2mm, 常呈空心状, 含量3%左右(图 2-a)。基质为上述矿物组合体, 中-粗粒, 无定向排列。部分露头片理化明显(图 2-b), 产状245°∠43°。可见堇青石, 为过铝质S型花岗岩。

这些现象与休宁岩体特征一致, 休宁岩体北部发育糜棱面理。小岩株零散地分布在休宁岩体北部石岭头村附近, 最远处距休宁岩体约2km(图 1-c)。

2.2 花岗闪长岩与休宁岩体地球化学特征对比

样品D252-y1、D252-y2、D252-y3由廊坊地源矿物测试分析技术服务有限公司进行岩石地球化学分析。样品D052的岩石地球化学分析在广州澳实矿物实验室完成。先挑选新鲜的、无风化的样品, 将其破碎为大于1cm的碎块, 经过HCl溶液侵泡, 蒸馏水洗净、烘干后, 用无污染玛瑙球磨机研磨到200目以下, 用来进行元素含量的测试。主量元素测定使用X荧光光谱仪分析。稀土元素测定使用硝酸定容, 并使用等离子体质谱仪进行分析。微量元素使用等离子体发射光谱与等离子体质谱(ICP-AES与ICP-MS)测定。

样品D252-y1、D252-y2、D252-y3、D052的主量、微量、稀土元素地球化学测试结果列于表 1

表 1 外叶和休宁花岗闪长岩主量、微量和稀土元素地球化学数据 Table 1 Petrochemical and geochemical data of Waiye and Xiuning granodiorite

主量元素方面, D252花岗质小岩株的SiO2含量66.73%~68.91%与D052休宁岩体的SiO2含量69.6%相近, 前人所测休宁岩体数据68.61%~75.71%一致。二者A/CNK值相近, 均在1.40~1.57之间, 为铝强过饱和花岗岩, 与野外观察其富含堇青石吻合。作为对比参照的休宁岩体也曾被认为是皖南地区新元古代S型花岗岩的代表[1-9]。2个样品具有高K2O含量(D252为3.49%~4.63%, D052为3.96%), 高K2O/Na2O值(D252为1.15~1.45, D052为1.35), 为明显的花岗闪长岩特征。基性组分TiO2+FeO-+ MgO含量较高(D252为4.88% ~5.74%, D052为5.41%), 微量元素Rb较低(D252为111×10-6~138× 10-6, D052为139×10-6)、Sr较高(D252为135×10-6~ 180×10-6, D052为184.5×10-6)、Rb/Sr值较低(D252为0.63~0.94, D052为0.75), 且样品烧失量较高(D252为1.86%~2.62%, D052为1.73%), 这些特征表明, 样品经历过不同程度的岩浆期后热液蚀变。

稀土元素分析显示, D052休宁岩体和D252花岗质小岩株样品与前人所测结果一致, 均亏损重稀土元素, 轻、重稀土元素分馏程度中等。稀土元素总量(ΣREE)D052为150.55×10-6、D252为125.19× 10-6~160.32×10-6, 有中等程度的Eu亏损。稀土元素球粒陨石标准化曲线呈较平滑的右倾型(图 3)。同时, 在球粒陨石标准化蛛网图(图 3)上, 该元素表现为亏损Nb、Ta、Sr等高场强元素, 富集K、Ru、Ba、U、Th。图 3中, 灰色背景为前人[1, 7]所测休宁岩体地球化学数据, 样品D252与这些数据虽然有个别不完全一致, 但曲线的走向、趋势完全相同。

图 3 休宁岩体和外叶花岗质小岩株稀土元素球粒陨石标准化配分曲线(a)及微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)(标准化数据据参考文献[10]) Fig.3 REE patterns (a) and trace element spider diagram (b) for Xiuning grandiorite and the Waiye granodiorite
3 锆石U-Pb测年 3.1 分析方法

在野外调查过程中, 采集样品D252和D052用于LA-ICP-MS锆石U-Pb测年, 采样位置见图 1-d

原岩样品经粉碎、淘洗、电磁选和重液分选, 最后在双目镜下挑选锆石晶体。选择其中晶形完好的颗粒, 与标准锆石TEM一起粘贴, 制成样靶, 用于可见光和阴极发光(CL)显微照相(图 4)及U-Pb同位素分析。

图 4 休宁岩体(D052)和外叶花岗质小岩株(D252)锆石阴极发光(CL)图像及微区U-Pb年龄分析点位 Fig.4 CL images and 206Pb/238U age plot of the zircon in Xiuning granodiorite (D052) and Waiye granodiorite(D252)

锆石U-Pb同位素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(GPMR)利用LA- ICP- MS分析完成。激光剥蚀系统为GeoLas 2005, ICP-MS为Agilent 7500a。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(氩+氦)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。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U- Th- Pb同位素比值和年龄计算)采用软件ICPMSDataCal完成。详细的仪器操作条件和数据处理方法同Liu等[11-13]

分析过程中结合透射光、反射光和阴极发光图像, 选择环带较明显、表面光洁、没有裂纹和包体的区域进行分析; 激光束直径约为30μm; 用实测的204Pb含量进行普通铅扣除; 给定的同位素比值和年龄误差在1 σ水平, 测定结果见表 2图 5图 6

表 2 休宁和外叶花岗闪长岩 LA-ICP-MS锆石 U-Th-Pb分析结果 Table 2 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb analytical results of Xiuning and Waiye granodiorite
图 5 休宁花岗闪长岩锆石U-P谐和图(a、c)及年龄加权平均值示意图(b、d) Fig.5 Zircon U-Pb concordia diagrams (a, c) and 206Pb/238U age plots (b, d) of the zircon in the Xiuning granodiorite
图 6 休宁组陆源碎屑沉积示意图 Fig.6 The sedimentary schematic diagram of Xiuning Formation
3.2 分析结果

样品D252、D052锆石晶体结晶好, 晶形为短柱状自形晶。在CL图像中, 大部分锆石晶体中有密集的振荡生长环带, 有些锆石晶体的核心与外围环带发育程度差异悬殊。

样品D252测定了25个锆石颗粒的U-Pb年龄, 其中, 最大的年龄锆石(D252-25)为858±7Ma, 最小的年龄锆石(D252-20)为829±8Ma。不同锆石所测年龄相近, 整体方差较小(图 4)。酸性岩浆为硅饱和熔体, 且图 4中D252锆石均为自生锆石, 具有明显的生长环带; 其年龄可代表花岗质小岩株的侵位年龄。25个分析点207Pb/235U-206Pb/238U谐和图上的上交点年龄为841.0±29Ma。样品D052测定了20个锆石颗粒的U-Pb年龄, 其中D052-14、D052- 15为继承锆石核, 其206Pb/238U年龄为897±8.5Ma、883±7.5Ma, 明显高于其他分析点, 同时与休宁岩体继承核的年龄881±9Ma[7]接近, 应为继承锆石。其余18个分析点在207Pb/235U-206Pb/238U谐和图上的上交点年龄为835.4±32Ma(图 5), 该年龄值可代表休宁岩体的侵位时间。

4 讨论

石岭头一带花岗质小岩株与晋宁期休宁花岗闪长岩体的岩石学特征一致, 均含有过铝质矿物堇青石, 同为S型花岗闪长岩, 二者均为似斑状结构, 块状构造。小岩株局部发育片麻理, 与休宁岩体的北部外围特征一致[14]。二者地球化学特征也很相似。D252与D052的稀土元素球粒陨石标准化配分曲线及微量元素原始地幔标准化蛛网图一致, 稀土元素配分曲线为右倾型, 亏损Ba、Nb、Ta、Sr, 富集K、Ru、Ba、U、Th等。部分元素存在少量偏差, 可能是由于酸性岩浆粘滞性强, 岩浆在结晶成岩时因位置不同个别元素差异导致; 这2个样品与前人所测休宁岩体的地球化学特征也十分相似, 表明2种岩体可能为同一岩浆形成。

LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果显示, 花岗质小岩株侵位于841.0±29Ma, 表明前人作为晚中生代侵入体并命名为石岭头单元(代号J3Sh)的岩体形成于新元古代, 与年龄值835.4±32Ma的休宁岩体相近, 表明该小岩株与休宁岩体同期侵入, 而且有可能是同一岩体。

由此可知, 石岭头一带花岗质小岩株的围岩时代需要修正。1:5万区域地质调查显示, 小岩株侵入于南华系休宁组(Nh1x)砂岩中, 但区域上, 休宁组以底砾岩角度不整合覆盖在休宁花岗闪长岩体之上, 与之同期的石岭头一带的小岩株早于休宁组形成。观察发现, 休宁岩体北侧确实为南华系休宁组层位, 且砾岩层砾石和基质均来自于休宁岩体, 俗称"假花岗岩", 故原地质图所标地层代号没有错误。因此推测, 小岩株之上的休宁组没有底砾岩, 可能与沉积时的古地貌特征有关。事实上, 研究区休宁组底砾岩的分布极不均匀, 在休宁花岗闪长岩体最东部北侧石居一带厚达百米, 西部仅数米, 而中部外叶、石岭头一带花岗质小岩株之上没有砾岩。可能的成因是, 休宁组沉积时, 石居一带地貌低洼, 是沉积盆地的入海口或主水道, 以休宁岩体剥蚀物为主要物源的砾石等粗大碎屑沉积于古水道中, 形成小型扇三角洲。而边部(如外叶、石岭头一带)地形略高, 远离水道, 只有细碎屑沉积物或仅在洪泛阶段才有河漫滩细碎屑沉积, 超覆沉积在花岗质小岩株之上(图 6)。

5 结论

外叶、石岭头一带的花岗质小岩株与休宁岩体的岩石学、地球化学特征基本一致。外叶花岗质小岩株年龄841.0±29Ma与休宁花岗闪长岩体年龄835.4±32Ma在误差范围内一致, 二者应为同期形成。因此, 前人认为的中生代石岭头单元应为晋宁期侵入体, 是休宁岩体的一部分, 休宁岩体中部北界至少北移2km。其上覆盖的南华系休宁组砂岩应为超覆沉积形成。

致谢: 锆石U-Pb同位素的测试得到中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)胡兆初教授的支持和帮助, 在此表示衷心的感谢。

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