九岭新元古代花岗岩的成因和构造环境探讨
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发布时间：2022-04-24 01:35
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时间：2022-05-07 19:18
(一)源岩性质及其对基底的示踪
1.化学成分对花岗岩物源的限定
综合九岭晋宁期花岗岩的岩石学、矿物学和地球化学特征，可以认为九岭地区晋宁期花岗岩具有S型岩石的特点，在Barbarin花岗岩分类中属CPG和MPG，这两类花岗岩常形成于碰撞造山环境。
在A/MF-C/MF摩尔比值图解(图1-10)中，样品点落入了变泥质岩、变杂砂岩部分熔融和基性岩的部分熔融的重叠区域，表明岩体的物源可能比较复杂，而且与华南新元古代其他几个花岗岩体相比，九岭花岗岩的物源中可能包括较多基性的成分，甘坊岩体的物源中变泥质岩的成分较九岭岩体多(图1-10、图1-11)。
2.九岭及其邻区元古代地层的Sm-Nd同位素特征
九岭岩体的二阶段钕模式年龄值为1.66～1.81Ga，该年龄值代表其源岩物质的平均地壳存留年龄，双桥山群的T2DM为1.5～1.7Ga(李献华，1996;张海祥，2000)，与九岭新元古代花岗岩的钕模式年龄基本一致(表1-10)。但双桥山群的岩性主要为浅变质的板岩、千枚岩、变质砂岩，变质程度浅，而且九岭岩体侵入其中，因而双桥山群不可能成为岩体的源岩物质。
3.花岗岩源岩讨论及其对基底的示踪
在研究九岭新元古代花岗岩中的锆石时发现，部分锆石有继承核，说明岩体由壳源物质重熔形成。Williams(1995)指出继承锆石核的比例随岩石的基性程度的增加而增大。本次研究得到了六颗继承锆石的年龄(Pb-Pb年龄分别为(1654±6)Ma，(1459±11)Ma，(1719±6)Ma，(1927±16)Ma，(1474±18)Ma，(1056±21)Ma)，这些继承锆石是熔融的残余，它们的Th/U比值都比较高，分别为0.34、0.60、0.25、0.47、0.70、0.44，说明它们极可能是岩浆成因的，得到的年龄值应该代表锆石的形成年龄，可能代表花岗岩源岩或基底的形成年龄。
图1-10 华南晚元古花岗岩A/MF-C/MF图解
图1-11 Rb/Ba-Rb/Sr图解
九岭和皖南新元古花岗岩具有较低的Sr的初始比值和较接近于零的εNd(t)值，但却具有铝饱和-过饱和的特征，含堇青石等矿物。在花岗岩成因类型上呈现矿物学证据与同位素证据的相互对立的现象(周新民，王徳滋，1988)。周新民等(1998)认为，当矿物学和地球化学证据不协调时，按岩石学惯例一般以矿物学为准，如此则九岭新元古代花岗岩属S型花岗岩。虽然同位素初始比值相对低并不直接指示了有幔源物质注入岩浆系统，但笔者最近对九岭新元古代的花岗岩中的锆石进行的Hf同位素研究发现，九岭新元古代的花岗岩的锆石的Hf同位素组成与华南其他新元古代花岗岩的锆石的Hf同位素组成有很大的差别。九岭大部分锆石的εHf(t)为正值，两阶段模式年龄分布于1100～1400Ma(长英质地壳)或1100～1600Ma(平均地壳)之间;有两颗锆石的初始176Hf/177Hf较高，εHf(t)值也最高，对应的模式年龄略大于岩体的形成年龄，为860～889Ma，反映了锆石来源于新生的幔源物质;只有7颗锆石的εHf(t)<0，T2DM为1647～2141Ma(长英质地壳)或1847～2461Ma(平均地壳)，表明花岗岩的物源偏基性，同时有一些古老地壳物质的加入。与此不同，郑永飞等(2004，2005)对桂北、云南以及安徽约825Ma的花岗岩中的锆石进行的Hf同位素研究表明，大部分锆石具有负的εHf(t)值(－4.4～0.1)以及高的δ18O值(6.82‰～10.42‰)，只有极少量的锆石的εHf(t)大于0，T2DM年龄为1.79～1.99Ga，反映了其源岩为古老陆壳并经过风化沉积循环。由于锆石的性质稳定，形成后能很好地保持系统的Hf同位素体系的封闭性，比全岩能更好地反映花岗岩物源的初始同位素信息，而且与全岩Sm-Nd、Rb-Sr同位素相比，一个全岩样品只能得到记录最终结果的一套数据，而一个样品的锆石的Hf同位素数据却能记录地质过程中来源不同的物质的加入。对于九岭新元古代花岗岩锆石的Hf同位素特征，可能的解释有两种:①花岗岩的物源主要来自于地幔;②花岗岩的物源主要是未经风化旋回的基性物质，同时还有少量古老地壳物质和新生幔源物质的加入。九岭花岗岩中并未发现与之同期的基性岩基的活动，闪长质的包体虽有出现，但数量较少且较小。在区域上，九岭地区也并未像桂北地区一样，出现825Ma的基性岩浆的活动。从规模上看，九岭新元古代的岩浆活动规模巨大，如此大规模的酸性岩浆不可能由基性岩浆的分异形成。因此，花岗岩的物源主要来源于幔源物质是不可能的，并且锆石εHf(t)为正值并不一定说明花岗岩为幔源岩浆产物。因此，唯一的可能就是九岭新元古代的花岗岩主要由下地壳的基性物质和成熟度较低的地壳物质熔融形成，物源中有少量古老地壳物质和幔源岩浆的加入。
表1-10 江南古岛弧基底变质岩Sm-Nd同位素组成
注:①数据引自张海祥等，2000;②引自李献华，1996;③本次研究数据。
九岭晋宁期花岗岩Nd模式年龄为1.51～1.81Ga，总体上略大于中元古代双桥山群Nd模式年龄(1.36～1.78Ga)。九岭岩体中继承锆石给出的最老年龄约为1.9Ga，与花岗岩的Nd模式年龄相当。由于沉积岩的形成年龄小于其模式年龄，且沉积岩源区的年龄(例如，岩浆岩年龄)也比模式年龄年轻。因此，从继承锆石年龄和锆石的Hf同位素模式年龄来看，花岗岩的物源中可能有比双桥山群的模式年龄更老的地壳物质的加入，双桥山群下部存在年龄更老的基底。
(二)九岭新元古代花岗岩形成的构造环境
华南晋宁期花岗岩和相关的火山岩，除黄陵花岗岩分布于扬子克拉通内部之外，几乎都断续分布于扬子周边靠内侧，形成环形岩浆岩带，在华夏地块内部同期花岗岩也有少量分布(李武显等，2004)。
基于分布的特殊性，目前学术界对华南出露的新元古代岩浆岩的成因和形成的构造背景存在两种完全不同的解释。LiZ. X. et al.(1999)和LiX. H. et al.(2003)把包括桂北、皖南、川西等的晋宁期花岗岩体以及九岭岩体划分为裂谷前花岗岩，认为华南830～820Ma的前裂谷期基性岩和花岗岩的形成与华南地块下约825Ma的地幔柱有关;并论证了华南同裂谷期的双峰式岩浆岩主要集中在820～795Ma和780～745Ma两个时期。总体上，前裂谷期和同裂谷期岩浆岩与Rodinia超*上其他主要陆块上的新元古代非造山岩浆岩有非常相似的年龄谱，因此认为新元古代Rodinia超*下很可能存在一个超级地幔柱。与该观点相反，Zhou et al.(2002a，b)根据新元古代康定花岗岩质杂岩和汉南杂岩，认为它们是岩浆弧的产物，提出扬子块体在865～760期间被西北缘和东南缘两个岩浆弧环绕，是一个被海洋岩石圈俯冲带包围的孤立陆块，因此，他们对Li Z. X. et al.(1995)提出的华南在Rodinia超级*重建中的位置提出质疑。周金城等(2003)也认为，桂北、湖南的新元古代基性岩具有岛弧地球化学特征，新元古代花岗岩属于板块(板片)俯冲有关的岛弧花岗岩;周新民(2003)认为扬子板块周边的环形岩浆岩带是格林威尔造山带的重要组成部分，是下插板块(板片)向扬子克拉通俯冲形成的。
江西西湾一带从蛇绿岩套中识别出了年龄为(968±23)Ma的埃达克质花岗岩，LiW.X.(2003)解释为俯冲洋壳低度熔融的产物，并认为该年龄代表俯冲洋壳的年龄，而被认为是蛇绿岩的一部分的樟树墩堆晶辉长岩的矿物内部Sm-Nd等时年龄为(1034±24)Ma，该年龄可能代表蛇绿岩的形成年龄。从皖南-江西-湖南九嶷山至广西十万大山一带，均发现有900～1000Ma左右的继承锆石。扬子东南缘锆石年龄为900～1000Ma(付建民，2002)，沿皖南-江西-湖南郴州-广西一线的分布，可能暗示该带为新元古代扬子和华夏板块的拼合带。目前仅在扬子的西侧和南缘零星分布着格林威尔造山期的花岗岩侵入岩(0.93～1.0Ga，李献华等，1994;LiZ. X. et al.，2002;Lin et al.，2003;王孝磊等，2004)。于津海等报道了在华夏地块中部前寒武纪变质岩广东北部的黑云斜长片麻岩和中部的混合岩的基体和脉体分离出的锆石的U-Pb年代学资料，揭示了华夏地块曾经存在广泛的格林威尔造山期的岩浆活动和高级变质作用。三个样品的锆石年龄谱表明，在1170～920Ma出现明显的峰值，此外还记录有1.4～1.6Ga的岩浆活动和变质活动。岩相学特征表明这些变质岩的原岩是杂砂岩或长石砂岩，而不是成熟度很高的石英砂岩或粘土岩，说明碎屑物质没有经过长距离的搬运，反映华夏这些变质岩的碎屑物质来自于华南地块本身(于津海，2004)。这些证据表明，华南曾存在格林威尔期的造山。因此，现有的资料不支持周美夫等提出的至少在800～860Ma扬子板块仍然是被海洋包围的陆块这一观点。
王孝磊、周金城等(2004)提出俯冲洋壳的板片剥离引起地幔物质上涌，导致地壳物质的熔融而形成华南新元古代约825Ma的花岗岩的模式。他们认为860～870Ma洋壳的消减结束，扬子和华夏板块开始进入碰撞期，而赣东北蓝片岩的角闪石Ar-Ar年龄(857.4±18.3Ma)代表扬子板块和华夏板块的碰撞时间(舒良树等，1993;徐备等，1992)，扬子板块和华夏板块的碰撞并不是发生于1100～900Ma的格林威尔期。目前有较多的资料表明扬子板块和华夏板块在新元古代发生过拼合和裂解，若按王孝磊、周金城等(2004)所提的模型，那么扬子和华夏在新元古代何时拼合在一起，又什么时候开始裂解?由此看来，对发生于新元古代扬子板块和华夏板块之间的碰撞和裂解时间的精确厘定是解决华南新元古代大规模岩浆活动的动力学机制的主要问题之一。
苏犁(2004)对汉南层状基性杂岩的研究结果表明，斜长石结晶早于辉石，表明其母岩浆贫H2O，不同于岛弧富H2O岩浆。岩石中的Zr、Hf负异常与斜长石的过量堆积和钒钛磁铁矿的结晶相关，并不反映母岩浆的成分特征。而橄长岩的稳定产出和其成矿作用，特别是毕基沟大型钒钛磁铁矿床的存在，以及钛铁矿的出熔现象都指示岩体与地幔柱源高温富钛熔浆相关，因Ti在由俯冲板块脱水引发的亏损地幔(+*边缘地壳)熔融形成的岛弧熔浆中表现为低含量，因此与岛弧岩浆相关的成矿作用不形成钒钛磁铁矿床。所以，汉南基性杂岩的成矿作用反映其形成于非岛弧环境。LiX.H.(2004)等认为，与岛弧玄武岩强烈亏损高场强元素相比(TiO2大多<1%，Nb/La大多<0.3)，华南那些具有“岛弧地球化学特征”的新元古代基性火成岩通常具有较高的TiO2(>1%)和较低程度的Nb-Ta亏损(Nb/La>0.3)。结合Nd同位素组成特征，这些基性火成岩很可能受到了地壳物质的混染，而其中受混染程度最低的样品则显示出板内岩浆的地球化学特征。此外，华南新元古代的花岗岩具有岛弧花岗岩的特征，并不一定说明它们形成于岛弧环境，如果它们的源区受早期俯冲组分的改造或源于软流圈岩浆与中下地壳物质混合后部分熔融也可以形成。目前有大量资料表明新元古代格林威尔期扬子板块在东南缘存在九岭古岛弧，在扬子西-北面存在攀西-汉南弧，而华南新元古代花岗岩主要分布于这两条古岛弧附近，因此由古岛弧带的地壳物质熔融形成具有岛弧特征的花岗岩是完全有可能的。
根据尹崇玉(2003)和马国干、王剑等(2003)等的研究结果，南华系的底界年龄应是≥760Ma，小于820Ma，王剑(2000)等研究认为，华南新元古代沉积盆地具有裂谷盆地特征。
九岭岩体的形成年龄约为830Ma，华南花岗岩定位深度为5～15km(地矿部南岭项目花岗岩专题组，1989)，震旦系硐门组不整合于九岭花岗岩之上，说明该区在九岭花岗岩形成之后存在快速抬升的过程，而地壳快速抬升是地幔柱作用的主要特征之一，这为地幔柱成因模式提供了一个依据。
李武显等(2004)报道了华夏地块过去认为是中元古代的马面山群双峰式火山岩实为发育在华夏地上的新元古代板内裂谷型火山岩。马面山群火山岩发育在华夏地块北端，以一套玄武质岩石为主，夹少量酸性火山岩的双峰式岩浆岩组合。获得的酸性火山岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为(818±9)Ma，时代上与扬子地块周边发育的新元古代火山岩相当。马面山玄武岩的地球化学特征类似与大多数*裂谷成因的板内碱性玄武岩以及川西的新元古代苏雄组玄武岩质岩石。马面山双峰式火山岩在形成时间和岩石地球化学特征上与扬子周边广泛分布的新元古代裂谷成因的火山岩一致，表明华夏地块和扬子地块在这次岩浆活动之前的晋宁造山运动(约1.0Ga)时已经拼合形成统一的华南地块(LiZ. X.，et al.，2002)。同时也表明，华南新元古代的岩浆活动总体上沿扬子周边分布，但在扬子板块内部和华夏板块内部也有少量分布，这种空间上的分布特征很难用块体之间的碰撞来解释。
陈道公(2003)、Zheng Y. F. et al.(2004)在扬子北缘大别-苏鲁一带，发现了大规模的新元古代低δ18O值的岩浆活动，表明岩浆形成时岩浆源区有明显大气降水的卷入，它可能与新元古代华南Rodinia超*裂解和全球的雪球事件有关。
大量的研究表明，过铝花岗岩浆的源区类型多，构造背景广，不仅变沉积岩和变火成岩的部分熔融可以产生过铝花岗岩，由玄武岩浆与地壳岩石的相互作用也可产过铝花岗岩;它们不仅产出于同碰撞阶段，也分布于与碰撞后的走滑、伸展断裂和岩石隆升有关的环境中。
根据研究，地壳加厚难以形成大规模的花岗岩基(Clemens，2003)，而九岭晋宁期岩体出露面积达2500km2，规模巨大，其形成可能与地幔提供的热源有关。研究表明(Cas-tro et al.，2000)，在700～800℃条件下，白云母的脱水熔融在形成花岗质岩浆在较低温条件下，出现钾长石、黑云母和铝硅酸盐矿物;而只有在>800℃的条件下，由于黑云母的脱水熔融，在6kb时新产生堇青石，在10kb时产生石榴子石。九岭岩体中岩浆成因堇青石的存在，表明源区温度很高，简单的地壳加厚难以出现这样的热机制，从另一个侧面说明了地幔热的贡献。九岭花岗岩Nd同位素和锆石Hf同位素的研究结果也表明花岗岩的物源中有地幔物质的加入。沈渭洲等(2003)研究了华夏板块上沉积岩的Nd同位素组成变化，发现新元古末Nd同位素有正漂移，说明该时期有大量地幔物质的加入。
从目前的资料来看，似乎更多的证据支持华南新元古代的岩浆活动与碰撞后(造山后)伸展或Rodinia的裂解有关的观点。
