王力圓 彭向東 黃亮亮2 林木森 張文慧

1. 福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院，福州 3501162. 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 1000291.

圖1 福州地區(qū)巖漿巖分布示意圖(a)華南地區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)圖;(b)采樣位置地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Simplified map showing the distribution of granitoids in Fuzhou area, Fujian Province(a) simplified tectonic unit map of South China; (b) the schematic geological map of Fuzhou area

華南地區(qū)燕山期以來(lái)發(fā)生了強(qiáng)烈的構(gòu)造事件與巖漿活動(dòng)，其巖漿巖具幕式多期次活動(dòng)特點(diǎn)(謝桂青等, 2005; Lietal., 2014;毛建仁等, 2014;李三忠等, 2018)。該地區(qū)廣泛出露的巖漿巖為揭示其成因演化進(jìn)而探討大地構(gòu)造背景與地球動(dòng)力學(xué)過(guò)程提供了重要信息。前人研究表明，幔源巖漿底侵及殼幔相互作用在華南晚中生代火成巖成因過(guò)程中扮演著重要角色(Guoetal., 2012; Liuetal., 2014, 2016; Zhaoetal., 2016)；同時(shí)，巖漿活動(dòng)受到古太平洋板片俯沖/后撤的影響這一觀點(diǎn)已達(dá)成廣泛共識(shí)，即俯沖板片的后撤誘發(fā)的幔源巖漿底侵可能是該地區(qū)中酸性侵入巖形成的主要機(jī)制(Sunetal., 2007; 徐夕生, 2008; Zhengetal., 2013; Lietal., 2014)。此外，不同方向的構(gòu)造變形以及巖漿巖時(shí)空分布特征表明華南中生代巖漿巖是多板塊匯聚和多向擠壓-伸展造山的產(chǎn)物(Wangetal., 2013)。白堊紀(jì)時(shí)期，福建沿海地區(qū)殼幔相互作用尤其強(qiáng)烈，由此引發(fā)了廣泛發(fā)育的白堊紀(jì)巖漿活動(dòng)，中酸性火山-侵入巖是幔源巖漿與其誘發(fā)熔融產(chǎn)生的殼源長(zhǎng)英質(zhì)巖漿通過(guò)不同程度的混合作用形成(Xuetal., 1999; Chenetal., 2013)。

本文以福州大學(xué)校園內(nèi)的長(zhǎng)安山閃長(zhǎng)巖和流紋巖為研究對(duì)象，結(jié)合鋯石年代學(xué)數(shù)據(jù)、巖石地球化學(xué)特征及鋯石Hf同位素組成，揭示巖漿過(guò)程和巖石成因機(jī)制。綜合前人研究成果，探討巖漿活動(dòng)過(guò)程中殼幔相互作用的形式和強(qiáng)度，進(jìn)而為福建沿海晚中生代構(gòu)造演化過(guò)程提供制約。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

圖2 長(zhǎng)安山流紋巖和閃長(zhǎng)巖野外照片(a-c)流紋巖上覆于閃長(zhǎng)巖；(d)花崗質(zhì)細(xì)晶巖脈穿插閃長(zhǎng)巖，接觸部位具有綠泥蝕變；(e)輝綠巖脈穿插閃長(zhǎng)巖；(f)靠近流紋巖與閃長(zhǎng)巖接觸部位，酸性細(xì)晶巖脈沿閃長(zhǎng)巖裂隙穿插；(g)流紋巖流紋構(gòu)造非常發(fā)育；(h、i)閃長(zhǎng)巖與流紋巖接觸界線，靠近流紋巖一側(cè)流紋構(gòu)造明顯，靠近閃長(zhǎng)巖一側(cè)片理化現(xiàn)象明顯，遠(yuǎn)離界線流紋構(gòu)造和片理化現(xiàn)象逐漸減弱Fig.2 Outcrop photos of the diorite and rhyolite from Changanshan

研究區(qū)位于華南陸塊東南，基底隸屬華夏陸塊，構(gòu)造上位于長(zhǎng)樂(lè)-南澳斷裂帶以西(圖1a)。福建沿海地區(qū)晚白堊世普遍發(fā)育與俯沖作用產(chǎn)生的伸展背景有關(guān)巖石組合如A型花崗巖(Chenetal., 2013；Zhaoetal., 2015)、基性巖墻(Zhaoetal., 2007;丁聰?shù)? 2015)。東南沿海發(fā)育的I-A型復(fù)合花崗巖體被認(rèn)為是構(gòu)造轉(zhuǎn)換的巖石學(xué)標(biāo)志之一，指示區(qū)域背景由擠壓向伸展環(huán)境轉(zhuǎn)換(Zhaoetal., 2016; Chenetal., 2019a, b)。東南沿海閩浙地區(qū)在伸展作用下，發(fā)育眾多受北東向斷層控制的斷陷盆地，且斷陷盆地內(nèi)發(fā)育厚層的火山-沉積巖，可分為上、下兩個(gè)火山巖系(Shuetal., 2009)。福建東部沿海下火山巖系主要為南園組，年齡為145～130Ma左右；上火山巖系主要為石帽山群，年齡在110～90Ma左右(Guoetal., 2012)。本文樣品采自福州市閩侯縣福州大學(xué)旗山校區(qū)校園內(nèi)的長(zhǎng)安山(圖1b)，主要包括閃長(zhǎng)巖和石帽山群的火山巖。

2 巖石學(xué)特征

野外產(chǎn)狀總體表現(xiàn)為流紋巖上覆于閃長(zhǎng)巖之上(圖2a-c)，少量的后期花崗質(zhì)細(xì)晶巖脈和輝綠巖脈沿閃長(zhǎng)巖的裂隙充填(2d, e)，閃長(zhǎng)巖內(nèi)部被花崗質(zhì)細(xì)晶巖脈穿插的兩側(cè)可以看到明顯的烘烤邊和綠泥石化蝕變特征(圖2d)，靠近流紋巖與閃長(zhǎng)巖的接觸部位，可見清晰的流紋構(gòu)造圍繞接觸界限發(fā)育，而閃長(zhǎng)巖沿接觸帶發(fā)育片理化現(xiàn)象(圖2f，h)。

流紋巖主要呈灰白色、灰紅色，斑狀結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造，部分巖石流紋構(gòu)造較明顯(圖2g)。斑晶含量約5%～10%，主要由堿性長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英構(gòu)成。其中，堿性長(zhǎng)石斑晶呈半自形-他形，大小為1～2mm，部分粘土蝕變比較強(qiáng)烈，石英具有熔蝕港灣狀?；|(zhì)主要為隱晶質(zhì)或玻璃質(zhì)，普遍具有球粒結(jié)構(gòu)(圖3a, b)，球粒結(jié)構(gòu)主要是由隱晶質(zhì)的長(zhǎng)英質(zhì)物質(zhì)脫?；纬?，球粒大小多集中在0.5～1mm，部分球粒呈雙層結(jié)構(gòu)(圖3b)，核部由顯晶質(zhì)的石英長(zhǎng)石構(gòu)成，外層由放射狀的長(zhǎng)英質(zhì)纖維物質(zhì)組成。部分巖石中的鉀長(zhǎng)石斑晶周邊發(fā)育一圈成分相同及光性方位一致的石英礦物，成珠點(diǎn)狀散布在主晶礦物邊部形成珠邊結(jié)構(gòu)(圖3c)，蠕蟲狀的石英雜亂的分布在斜長(zhǎng)石中形成蠕蟲結(jié)構(gòu)(圖3d)。

圖3 流紋巖(a-d)與閃長(zhǎng)巖(e-i)顯微鏡下照片礦物縮寫：Ol-橄欖石; Aug-普通輝石; Hbl-普通角閃石; Bi-黑云母; Kfs-鉀長(zhǎng)石; Pl-斜長(zhǎng)石; Q-石英; Mt-磁鐵礦; Chl-綠泥石Fig.3 Photomicrographs showing petrographic features of rhyolite (a-d) and diorite (e-i)Mineral symbols: Ol-olivine; Aug-augite; Hbl-hornblende; Bi-biotite; Kfs-K-feldspar; Pl-plagioclase; Q-quartz; Mt-magnetite; Chl-chorite

閃長(zhǎng)巖呈灰黑色塊狀構(gòu)造，半自形粒狀結(jié)構(gòu)，暗色礦物主要為輝石、黑云母及角閃石，可細(xì)分為輝石閃長(zhǎng)巖，黑云二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖等。輝石閃長(zhǎng)巖為灰黑色，中粗粒結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造，主要礦物為輝石(25%～30%)，角閃石(10%～15%)，斜長(zhǎng)石(45%～50%)，次要礦物為黑云母5%，鉀長(zhǎng)石(5%～10%)和少量的橄欖石及其他副礦物(圖3e-g)；輝石為單斜輝石，發(fā)育簡(jiǎn)單雙晶，干涉色達(dá)到二級(jí)藍(lán)(圖3e)。角閃石呈他形，為淡綠色，多色性明顯，部分綠泥石化(圖2g)；斜長(zhǎng)石聚片雙晶發(fā)育較自形，斜長(zhǎng)石成分一般為An66～An85。

黑云二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖為灰黑色，主要礦物為黑云母(15%～20%)和少量的輝石3%。黑云母形態(tài)不規(guī)則，局部呈熔蝕狀(圖3i)。斜長(zhǎng)石(45%～50%)較自形，鉀長(zhǎng)石(30%～40%)形態(tài)不規(guī)則，表面發(fā)育黏土蝕變，呈麻點(diǎn)狀(圖3g)，局部他形的鉀長(zhǎng)石與較自形的斜長(zhǎng)石構(gòu)成二長(zhǎng)結(jié)構(gòu)(圖3h)。斜長(zhǎng)石聚片雙晶發(fā)育，斜長(zhǎng)石成分一般為An60～An80。

3 分析方法

主量元素和微量元素組成在廣州澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)室完成。其中，主量元素分析采用X射線熒光光譜分析(PAN analytical Axios XRF)方法測(cè)定，并采用等離子光譜和化學(xué)法測(cè)定進(jìn)行互相檢測(cè)，分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于1%；稀土元素和微量元素測(cè)試儀器為美國(guó)Agilent VISTA型號(hào)的電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-AES)和美國(guó)Perkin Elmer Elan 9000型號(hào)的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)，分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5%, 含量極少(<10-8) 的元素精度優(yōu)于10%。

鋯石顆粒在河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所采用浮選和電磁方法進(jìn)行分選，挑選出晶形和透明度較好的鋯石粘貼制成環(huán)氧樹脂樣品靶。鋯石的陰極發(fā)光(CL)顯微照相、鋯石U-Pb定年及鋯石原位微區(qū)Lu-Hf同位素均在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成。鋯石U-Pb同位素測(cè)試采用的激光剝蝕系統(tǒng)為GeolasPro，ICP-MS型號(hào)為Agilent7500a，分析的激光束斑直徑32μm，采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)對(duì)同位素分餾進(jìn)行校正，采用國(guó)際標(biāo)樣NIST610對(duì)微量元素含量進(jìn)行外標(biāo)，采用29Si作為內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行校正。

原位微區(qū)鋯石Hf同位素分析采用的儀器為Neptune Plus多接收器電感耦合等離子質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)和193nm準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)(GeoLasPro HD)，以氦氣為載氣，并在剝蝕池之后引入少量氮?dú)庖蕴岣逪f元素靈敏度。采用單點(diǎn)剝蝕模式，Hf同位素測(cè)試點(diǎn)位置與鋯石U-Pb定年點(diǎn)位相同或靠近，分析激光斑束直徑為44μm，能量8mJ/cm2，頻率8Hz。使用鋯石標(biāo)樣91500和GJ-1用于監(jiān)控分析過(guò)程中Hf同位素干擾校正，本次實(shí)驗(yàn)鋯石91500與JG-1分別獲得176Hf/177Hf值為0.282316±0.000011 (2σ)和0.282034±0.000014 (2σ)。

表1 長(zhǎng)安山閃長(zhǎng)巖和流紋巖的LA-MC-ICP-MS 鋯石U-Pb定年數(shù)據(jù)

續(xù)表1

圖4 長(zhǎng)安山閃長(zhǎng)巖和流紋巖代表性鋯石CL圖像實(shí)線白圈表示鋯石定年測(cè)點(diǎn)位置，虛線黃圈表示Hf同位素分析位置Fig.4 CL images for representative zircons of the Changanshan diorite and rhyolites

4 分析結(jié)果

4. 1 鋯石U-Pb 年齡

本文選取了2個(gè)流紋巖樣品和1個(gè)閃長(zhǎng)巖樣品進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年，分析結(jié)果見表1。流紋巖(SZ1)中鋯石多數(shù)呈短柱狀，少部分為長(zhǎng)柱狀，自形到半自形晶形，顆粒大小約50～120μm，長(zhǎng)寬比介于2:1～1:1之間，鋯石韻律環(huán)帶構(gòu)造發(fā)育(圖4a)。鋯石Th/U比值為1.10～2.31，且樣品中鋯石振蕩環(huán)帶清晰，為典型的巖漿成因鋯石。共選擇20顆鋯石進(jìn)行定年，20顆鋯石的206Pb/238U年齡分布在95.7～102Ma之間，去除2個(gè)不諧和測(cè)點(diǎn)后(12、14)，選取18顆鋯石加權(quán)平均年齡為98.6±0.7Ma(MSWD = 1.6)(圖5a)。

流紋巖樣品(SZ2)的鋯石顆粒呈短柱狀-長(zhǎng)柱狀，長(zhǎng)寬比從2:1到1:1，CL圖像顯示顆粒內(nèi)部具有寬緩的巖漿結(jié)晶環(huán)帶(圖4b)，Th/U比值較高，為1.15～2.26，具有典型巖漿結(jié)晶鋯石的特點(diǎn)。鋯石顆粒的206Pb/238U年齡值在95.3～101Ma之間，17個(gè)協(xié)和度較好的分析點(diǎn)年齡加權(quán)平均值為98.6±0.6Ma(MSWD=1. 8)(圖5b)，上述2個(gè)流紋巖樣品年齡接近，代表了火山巖的形成年齡。

表2 長(zhǎng)安山閃長(zhǎng)巖和流紋巖鋯石Hf同位素測(cè)試結(jié)果

圖5 長(zhǎng)安山閃長(zhǎng)巖和流紋巖鋯石U-Pb諧和圖及加權(quán)平均年齡圖Fig.5 Zircons U-Pb concordian diagrams and weighted average ages plots of the Changanshan diorite and rhyolites

閃長(zhǎng)巖(SZ3)鋯石形態(tài)不規(guī)則，多數(shù)鋯石為短柱狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻，部分具寬板狀韻律環(huán)帶(圖4c)，Th/U比值為0.7～1.18。選取24個(gè)分析點(diǎn)進(jìn)行鋯石測(cè)年，測(cè)點(diǎn)的諧和度都較高，獲得的206Pb/238U年齡變化范圍為105～109Ma，24個(gè)測(cè)點(diǎn)的年齡加權(quán)平均為107.2±0.3Ma (MSWD=1.2)(圖5c)，代表了閃長(zhǎng)巖的結(jié)晶年齡。

4.2 鋯石Hf同位素

鋯石原位Lu-Hf同位素分析，分析點(diǎn)位于或靠近鋯石U-Pb定年測(cè)點(diǎn)位置，分析結(jié)果見表2。對(duì)流紋巖樣品(SZ1)已測(cè)年的11顆鋯石和閃長(zhǎng)巖樣品(SZ3)已測(cè)年的14顆鋯石進(jìn)行了Lu-Hf 同位素分析，每個(gè)測(cè)點(diǎn)的εHf(t)值和模式年齡根據(jù)U-Pb年齡計(jì)算。流紋巖樣品的初始176Hf/177Hf變化于0.282634～0.282742。εHf(t)值相對(duì)集中變化較小為-2.7～+1.1，平均值為-1.06，單階段模式年齡tDM1為757～901Ma，二階段模式年tDM2為1089～1331Ma，遠(yuǎn)大于其結(jié)晶年齡98Ma。

閃長(zhǎng)巖樣品的結(jié)果與流紋巖的相似，其初始176Hf/177Hf變化于0.282645～0.282720，14個(gè)測(cè)點(diǎn)εHf(t)值變化較小為-2.1～+0.5，平均值為-0.97，其中大部分為負(fù)值，只有2個(gè)為正值，單階段模式年齡tDM1為746～846Ma，二階段模式年齡tDM2為1133～1301Ma。

4.3 巖石地球化學(xué)特征

本文獲得的10件流紋巖和2件閃長(zhǎng)巖的主量和微量元素測(cè)試結(jié)果見表3。由于本次采集的閃長(zhǎng)巖樣品和熊欣等(2011)采自同一研究區(qū)，為了更全面的了解閃長(zhǎng)巖的地球化學(xué)特征，本文整理分析了熊欣等(2011)在該區(qū)的地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)。

4.3.1 流紋巖

流紋巖具有高的SiO2含量為75.12%～78.55%(平均值77.32%)，K2O含量較高，為4.01%～5.30%，指示較高的演化程度。全堿(K2O+Na2O)含量較高，為7.70%～9.03%，平均值為8.39%，明顯貧MgO(0.01%～0.13%)、貧Fe2O3T(0.96%～1.19%)和貧TiO2(0.09%～0.13%)。在TAS圖解上落在亞堿性流紋巖區(qū)域(圖6a)，在SiO2-K2O圖中樣品顯示了高K的特征，巖石屬高鉀鈣堿性系列(圖6c)。CaO含量較低，為0.04%～0.6%(平均值0.20%)，樣品的Al2O3含量較低，為11.84%～13.23%，A/NK值為1.08～1.13，除1個(gè)樣品A/CNK值為0.99外，其他流紋巖樣品的A/CNK為1.01～1.10，屬弱過(guò)鋁質(zhì)巖石(圖6d)。

流紋巖的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線基本一致，表現(xiàn)為輕稀土富集的右傾曲線(圖7a)。除了2個(gè)樣品外(SZ1-3、SZ1-6稀土總量分別為69.52×10-6和79.14×10-6)，其他樣品具有較高的稀土總量(102.0×10-6～184.9×10-6)和(La/Yb)N比值(3.62～11.29)，總體上配分模式相似且明顯富集輕稀土元素，其LREE/HREE比值介于3.35～9.86之間。流紋巖具明顯的負(fù)Eu異常(δEu=0.09～0.46)，與高演化的酸性巖漿一致。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖上(圖7b)，流紋巖具有相似的配分模式，相對(duì)富集大離子親石元素(Rb、K、Th、U)，相對(duì)虧損Ba、Nb、Sr、Ti和P等高場(chǎng)強(qiáng)元素。

4.3.2 閃長(zhǎng)巖

本文采集了2件閃長(zhǎng)巖樣品，結(jié)合熊欣等(2011)閃長(zhǎng)巖地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)來(lái)討論。研究區(qū)閃長(zhǎng)巖SiO2含量為 52.52%～58.02%(平均值55.0%)，K2O含量為0.91%～2.95%。TAS圖解中樣品投點(diǎn)主要落在閃長(zhǎng)巖區(qū)域(圖6b)。巖石為中鉀-高鉀鈣堿性系列閃長(zhǎng)巖(圖6c)。Al2O3含量的變化范圍為15.94%～18.25%，A/CNK值較低為0.80～0.91，屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)巖石(圖6d)。TiO2含量較低為0.89%～1.05%，具有稍高的MgO (3.80%～5.53%)含量和Mg#(50～60)值，Na2O/K2O比值為1.28～6.84，為富鈉閃長(zhǎng)巖。

閃長(zhǎng)巖稀土總量(114.6×10-6～169.2×10-6)和流紋巖接近(圖7c)，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖上顯示出比流紋巖更加富集輕稀土的特征(La/Yb)N=10.84～14.72)，未見明顯的Eu異常(δEu=0.77～1.03)。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖上(圖7d)，閃長(zhǎng)巖與流紋巖表現(xiàn)出大體一致的曲線特點(diǎn)，表現(xiàn)為相對(duì)富集大離子親石元素(Rb、Th、U)和相對(duì)虧損Ba、Nb、Ti 和P等高場(chǎng)強(qiáng)元素。但與流紋巖相比，閃長(zhǎng)巖的Sr、P、Ti虧損較弱，Nb虧損較強(qiáng)，顯示出Nb負(fù)異常的典型大陸地殼微量元素配分模式。閃長(zhǎng)巖中的Cr (48.4×10-6～73.6×10-6)、Ni(35.7×10-6～47.5×10-6)含量較高，Sr (373×10-6～843×10-6)、Y(14.3×10-6～20.1×10-6)含量中等，具有較低的Sr/Y(26.1～50.5)比值。

5 討論

5.1 閃長(zhǎng)巖巖石成因

福州早白堊世晚期長(zhǎng)安山閃長(zhǎng)巖虧損Hf、Ti、P、Zr等高場(chǎng)強(qiáng)元素，富集大離子親石元素，并且強(qiáng)烈虧損Nb、Ta元素，顯示了該閃長(zhǎng)巖具有典型的島弧巖漿巖的特征。閃長(zhǎng)巖具有高Cr、高Ni、低Sr/Y比值且虧損重稀土元素等特征，在Sr/Y-Y和(La/Yb)N-YbN圖解上，閃長(zhǎng)巖落入經(jīng)典島弧巖漿巖區(qū)域，表明該區(qū)的閃長(zhǎng)巖并不是埃達(dá)克巖而是正常的弧巖漿巖(圖8)。大多數(shù)樣品具有較微弱的Eu負(fù)異常(圖7c)，表明斜長(zhǎng)石不受巖漿結(jié)晶分異作用的控制。

表3 閃長(zhǎng)巖和流紋巖的主量元素(wt%)、稀土和微量元素(×10-6)分析結(jié)果

圖6 流紋巖和閃長(zhǎng)巖元素分類圖解(a、b)TAS圖解；(c)K2O vs. SiO2；(d)A /CNK vs. A /NK圖解. 閃長(zhǎng)巖引用數(shù)據(jù)來(lái)自熊欣等(2011)，圖7-圖9同F(xiàn)ig.6 Chemical classifications of diorites and rhyolites(a, b) TAS diagrams; (c) K2O vs. SiO2 diagram; (d) A /CNK vs. A /NK diagram. Reference data from Xiong et al. (2011), and the same as in Fig.7-Fig.9

圖7 閃長(zhǎng)巖和流紋巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線(a、c)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b、d)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns (a, c) and primitive mantle-normalized trace elements spidergrams (b, d) of diorites and rhyolites (normalization values after Sun and McDonough, 1989)

圖8 長(zhǎng)安山閃長(zhǎng)巖和流紋巖的Sr/Y-Y(a, 底圖據(jù)Castillo et al.,1999)和(La/Yb)N-YbN圖解(b, 底圖據(jù)Martin, 1999)Fig.8 Diagrams showing relationships of Sr/Y vs. Y (a, base map after Castillo et al., 1999) and (La/Yb)N vs. YbN (b, base map after Martin, 1999) for the Changanshan diorites and rhyolites

中性巖石成因一般包括以下幾個(gè)模式：(1)幔源玄武質(zhì)熔體結(jié)晶分異作用(模式Ⅰ，Sisson and Grove, 1993)；(2)加厚鐵鎂質(zhì)下地殼的部分熔融作用(模式Ⅱ，Atherton and Petford, 1993)；(3)俯沖板片的部分熔融(模式Ⅲ，Kayetal., 1993)；(4)受流體或熔體交代的地幔楔的部分熔融 (模式Ⅳ，Rogers and Hawkesworth, 1989; Sajonaetal., 1996; Hirose, 1997)。

在Zr/Nb-Zr圖解(圖9c)中，閃長(zhǎng)巖樣品顯示出了部分熔融而非分離結(jié)晶的趨勢(shì)，也表明幔源玄武質(zhì)熔體結(jié)晶分異(模式Ⅰ)不是該類巖石的主要成因機(jī)制。加厚鎂鐵質(zhì)下地殼部分熔融產(chǎn)生的巖石通常具有低MgO含量或Mg#值(Mg#<40，Atherton and Petford,1993)以及低Cr、Ni含量的特征。長(zhǎng)安山閃長(zhǎng)巖MgO含量不高(3.80%～5.53%)，Mg#值介于50～60之間，高于下地殼部分熔融形成的中酸性巖(通常Mg#<40)但低于俯沖板片部分熔融形成的高鎂閃長(zhǎng)巖(通常Mg#>60，McCarron and Smellie, 1998)。俯沖板片的部分熔融和基性下地殼的部分熔融一般會(huì)產(chǎn)生埃達(dá)克巖。長(zhǎng)安山閃長(zhǎng)巖是一般的島弧巖漿巖，并不是埃達(dá)克巖。此外，閃長(zhǎng)巖具有相對(duì)高的Cr(48.4×10-6～73.6×10-6)、Ni(35.7×10-6～47.5×10-6)含量，暗示巖漿源區(qū)不太可能由完全有基性下地殼物質(zhì)部分熔融產(chǎn)生，可能混染了殼源的組分。因此，基本上可以排除其來(lái)源于下地殼基性物質(zhì)部分熔融(模式Ⅱ)和俯沖板片的部分熔融(模式Ⅲ)這兩個(gè)成因。

長(zhǎng)安山閃長(zhǎng)巖具有中度富集的LREE，且LILE元素(Sr、Ba、Rb、K)含量較高，具有明顯的Sr正異常，以及較高的Th含量。這些特征與來(lái)自于南美洲典型的安第斯島弧的安山巖特征相似，這些巖石的巖漿源區(qū)通常認(rèn)為來(lái)自于具有富集特征的地幔源區(qū)，代表著俯沖帶上盤經(jīng)過(guò)流體交代的地幔楔部分熔融作用的結(jié)果(Hawkesworthetal., 1991)。

地幔楔的熔融需要俯沖板片的流體加入，閃長(zhǎng)巖較高的LREE/HREE比值，暗示源區(qū)受到顯著的俯沖帶流體或者熔體改造，巖漿中俯沖沉積物和板片來(lái)源的流體(熔體)可以通過(guò)Th的含量和Ba/Th、La/Sm、Th/Yb比值識(shí)別(Tatsumi, 2006)。一般有沉積物加入的巖漿具有高Th、Th/Yb比值和低的Ba/La比值，高Ba/Th值(>300)指示俯沖帶流體對(duì)巖漿源區(qū)的貢獻(xiàn)顯著高。閃長(zhǎng)巖的Ba/Th比值較低(8～50)指示巖漿源區(qū)可能在板片俯沖過(guò)程中海洋沉積物的貢獻(xiàn)比板片流體顯著，從Ba/Th-(La/Sm)N和Th/Yb-Ba/La圖解中表現(xiàn)出明顯的沉積物加入的變化趨勢(shì)(圖9a，b)，表明巖漿演化早期是富水體系。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)表明在水飽和的情況下(約6%)條件下，俯沖消減有關(guān)的鈣堿性熔體可結(jié)晶出牌號(hào)高達(dá)An90-95的鈣長(zhǎng)石(Sisson and Grove, 1993)。福建沿海岱前山巖體和平潭巖體的斜長(zhǎng)石牌號(hào)分別高達(dá)An95和An92，高鈣斜長(zhǎng)石常以熔蝕核出現(xiàn)，低牌號(hào)的斜長(zhǎng)石圍繞核部在邊部増生，同樣也反映了母巖漿是富水的(Zhangetal., 2019)。

研究區(qū)的閃長(zhǎng)巖體靠近福建沿海的基性超基性巖帶(如平潭巖體、漳州巖體、岱前山輝長(zhǎng)巖體、南嶼輝長(zhǎng)巖)，該帶內(nèi)侵入雜巖體的鐵鎂質(zhì)巖石和長(zhǎng)英質(zhì)巖石成巖年齡(97～115Ma左右)與研究區(qū)接近，巖性主要由鈣堿性的輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖及花崗巖等構(gòu)成，并常發(fā)育暗色包體和基性巖墻群(Xuetal.,1999; Zhaoetal., 2007; Chenetal., 2013; Zhangetal., 2019)。福建沿海侵入雜巖體中的閃長(zhǎng)質(zhì)巖石中普遍發(fā)育高鈣的斜長(zhǎng)石，斜長(zhǎng)石牌號(hào)在基性端元可達(dá)An85-An90，在酸性端元可達(dá)An50-An86，平均An70)，且發(fā)育不平衡結(jié)構(gòu)(Xuetal., 1999)。長(zhǎng)安山閃長(zhǎng)巖的斜長(zhǎng)石牌號(hào)也較高與前述侵入雜巖體類似，這些均表明閃長(zhǎng)質(zhì)巖石中高鈣斜長(zhǎng)石可能是繼承成因，經(jīng)歷了不同比例的幔源巖漿和殼源酸性巖漿的混合作用?；詭r漿可能來(lái)自富集的巖石圈地幔，酸性巖漿來(lái)自于中生代晚期古太平洋板塊俯沖引起的伸展背景下，軟流圈地幔上升過(guò)程中產(chǎn)生的長(zhǎng)英質(zhì)巖漿。

閃長(zhǎng)巖具有相對(duì)平坦的MREE至HREE稀土配分模式及較高的CaO和Al2O3含量，表明源區(qū)可能來(lái)源與相對(duì)富集的地幔源區(qū)(即尖晶石二輝橄欖巖或輝石巖)(Yangetal., 2007；Zhaoetal., 2007)。閃長(zhǎng)巖的具有較均一的Hf同位素組成，εHf(t)值變化較小為-2.1～+0.5，平均值為-0.97，絕大部分為負(fù)的εHf(t)值，也表明閃長(zhǎng)巖源區(qū)可能來(lái)源于經(jīng)過(guò)流體交代富集巖石圈地幔，富集源區(qū)的形成可能與大洋沉積物釋放的流體/熔體交代上覆地幔楔有關(guān)。綜上所述，閃長(zhǎng)巖的成因可能為富水的幔源巖漿與受幔源巖漿底侵產(chǎn)生的長(zhǎng)英質(zhì)殼源巖漿混合而成。

5.2 流紋巖成因及巖漿源區(qū)

流紋巖樣品具有非常高的SiO2(75.12%～78.55%)含量及分異指數(shù)(DI，95.8～97.3)，極低的Fe2O3(0.96%～1.19%)、MgO(0.01%～0.13%)和Mg#(2.1～22.9)，巖石具有海鷗型的稀土元素配分曲線，主要表現(xiàn)為分異的輕稀土元素，強(qiáng)烈的Eu負(fù)異常以及相對(duì)富集的重稀土元素，均表明流紋巖具有高硅高演化巖漿的地球化學(xué)特征，并經(jīng)歷了強(qiáng)烈的結(jié)晶分異作用。酸性巖漿體系中Sr和Eu強(qiáng)相容于斜長(zhǎng)石，Rb不相容于斜長(zhǎng)石，Sr和Eu的負(fù)異常和Rb的正異常與斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶有關(guān)(Klimmetal., 2008)，而Ba強(qiáng)相容于鉀長(zhǎng)石，Ba的負(fù)異常與鉀長(zhǎng)石結(jié)晶有關(guān)(Macdonaldetal., 2010)。流紋巖強(qiáng)烈的Eu、Sr、Ba、負(fù)異常和Rb的正異常指示巖漿經(jīng)歷了強(qiáng)烈斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石等礦物的分離結(jié)晶作用。強(qiáng)烈的Ti和P負(fù)異?？赡芘c富Ti礦物(榍石和鈦鐵礦)和富磷礦物(磷灰石)的分離結(jié)晶有關(guān)。

俯沖板片的部分熔融也可以產(chǎn)生高硅流紋巖，但此種成因模式可以排除主要基于以下證據(jù)：由于沉積巖和俯沖板片的熔融，殘余的金紅石會(huì)導(dǎo)致Nb和Ta虧損，形成的巖石具有很高的Nb/Ta比值(高達(dá)33，Stolzetal., 1996)，而長(zhǎng)安山流紋巖的Nb/Ta比值較小(1.6～15.9)；此外俯沖板片熔融產(chǎn)生的巖漿巖一般具有埃達(dá)克巖的性質(zhì)(Defantetal.,1991)，表現(xiàn)為高Sr(>400×10-6)低Y (<19×10-6)和 La/Yb(24～28)比值，而研究區(qū)流紋巖屬于經(jīng)典的弧火山巖，并有較低的Sr和較高的Y，不具有埃達(dá)克巖的性質(zhì)，顯然長(zhǎng)安山流紋巖不太可能來(lái)源于俯沖板片的部分熔融。

前人研究表明東華夏地塊基底主體形成于早元古代(1.85～1.87Ga，2.10～2.40Ga，Xuetal., 2007)，流紋巖的鋯石εHf(t)變化范圍分別是為-2.7～+1.1，明顯比虧損地幔富集，表明來(lái)源于同位素富集的源區(qū)，對(duì)應(yīng)的Hf同位素二階段模式年tDM2為1089～1331Ma，明顯比東華夏地塊基底的年齡年輕(Xuetal., 2007; Yanetal., 2016)，與區(qū)域的地殼生長(zhǎng)事件不對(duì)應(yīng)。樣品的鋯石εHf(t)值全部位于華夏地殼基底演化區(qū)域的上方(圖10)，流紋巖也不可能來(lái)自于古老地殼的熔融。本區(qū)的高分異流紋巖具有A型花崗巖的特點(diǎn)(圖11)，且成巖年齡和Hf同位素組成與福建沿海的烏山、金剛山、白石山、太姥山、魁歧等眾多晚白堊紀(jì)鋁質(zhì)A型花崗巖體接近(Qiuetal., 2004; Zhaoetal., 2015, 2016; Chenetal., 2019a)。表明均起源于地殼源區(qū)，應(yīng)與拉張伸展構(gòu)造有關(guān)，可能是在古太平洋板塊俯沖導(dǎo)致的巖石圈減薄過(guò)程中產(chǎn)生。

華南白堊紀(jì)火山巖的鋯石Hf同位素組成在時(shí)間和空間上表現(xiàn)出有規(guī)律的變化。時(shí)間上，由早到晚具有逐漸升高的趨勢(shì)，表現(xiàn)為Hf同位素由富集向虧損演化的特征(圖10)?？臻g上，幔源巖漿與地殼基底物質(zhì)的混合作用從內(nèi)陸往沿海逐漸遷移(Guoetal., 2012; Lietal., 2014, 2018)，指示了東南沿海白堊紀(jì)巖漿巖中幔源組分在巖漿來(lái)源貢獻(xiàn)比例逐漸升高。本區(qū)流紋巖“海鷗型”稀土配分模式和明顯的負(fù)Eu異常非常符合在地幔上涌的伸展構(gòu)造環(huán)境中產(chǎn)生的“熱的-干的-還原”的流紋巖類型(Bachmann and Bergantz, 2008)，流紋巖具有相對(duì)富集的鋯石Hf同位素組成且變化范圍較小，成巖年齡和同位素地球化學(xué)特征也與福建云山破火山雜巖體中的流紋巖類似(Yanetal., 2018)，表明晚白堊世中國(guó)東南部的構(gòu)造背景由俯沖-擠壓向古太平洋俯沖板塊后撤導(dǎo)致的伸展環(huán)境轉(zhuǎn)變。綜上所述流紋巖形成在古太平洋俯沖板塊的后撤導(dǎo)致的伸展背景下，母巖漿來(lái)源于軟流圈地幔來(lái)源熔體和受俯沖影響的富集地幔楔的不同程度的相互作用的結(jié)果，并經(jīng)歷一定程度的分離結(jié)晶而成。

圖9 長(zhǎng)安山閃長(zhǎng)巖和流紋巖Ba/Th-(La/Sm)N圖(a)、Th/Yb-Ba/La (b)和Zr/Nb-Zr (c)關(guān)系圖

圖10 鋯石εHf(t)-年齡圖解陰影區(qū)域表示東華夏地殼基地的Hf同位素演化(據(jù) He and Xu, 2012)，華南白堊紀(jì)上巖系和下巖系的流紋質(zhì)火山巖數(shù)據(jù)引自 Liu et al. (2014, 2016), Guo et al. (2012)和Yan et al. (2016, 2018)Fig.10 εHf(t) vs. U-Pb ages for zircons from the Changanshan diorites and rhyolites

圖11 長(zhǎng)安山流紋巖的花崗巖判別圖解(據(jù)Whalen et al., 1987)Fig.11 Discriminate diagrams of granites for the Changanshan rhyolites(after Whalen et al., 1987)

5.3 殼?；旌献饔眉暗厍騽?dòng)力學(xué)意義

中國(guó)東南沿海地區(qū)中生代廣泛發(fā)育的巖漿活動(dòng)的地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制與古太平洋板塊向歐亞大陸的俯沖消減作用密切相關(guān)，巖漿巖不僅具有成巖年齡從內(nèi)陸向海洋方向呈現(xiàn)年輕化的趨勢(shì)，同時(shí)還具有隨時(shí)間從早到晚鋯石Hf同位素由富集逐漸趨向虧損的特征，指示了古太平洋板塊北西向俯沖的過(guò)程中由于俯沖角度的變化，在重力拖曳作用下發(fā)生逐步后撤導(dǎo)致海溝向大洋一側(cè)后退，弧后伸展作用控制的區(qū)域由內(nèi)陸向沿海遷移的過(guò)程(He and Xu, 2012; Liuetal., 2012, 2014)，不同緯度板片后撤作用發(fā)生的時(shí)代并不一致，在白堊世大致表現(xiàn)為南早北晚的非同步后撤(Liuetal., 2016)。

福建沿海晚白堊紀(jì)火山巖系εHf(t)值逐漸向正值轉(zhuǎn)變，晚期逐漸接近虧損地幔線，Hf同位素明顯逐漸趨于虧損，與此同時(shí)代形成的花崗巖也表現(xiàn)出了相同的同位素特征，105～98Ma之間的花崗巖鋯石的δ18O(6.5‰～4.5‰)接近幔源熔體，εHf(t)主要為負(fù)值；87Ma的花崗巖具有正的εHf(t)值(+9.8～+0.7)，δ18O值為6.3‰～3.5‰(Lietal., 2018)，指示東部沿海地區(qū)晚中生代巖石形成過(guò)程中可能有不同比例的軟流圈地幔物質(zhì)加入(Yangetal., 2007)。軟流圈物質(zhì)不僅作為熱源上升底侵誘發(fā)地殼基底物質(zhì)部分熔融，還能作為基性端元物質(zhì)與地殼物質(zhì)以不同比例混合發(fā)生顯著的殼?；旌献饔谩?/p>

長(zhǎng)安山流紋巖具有相對(duì)較高的Ga/Al(×104)比值(2.22～3.04)，在 Whalenetal. (1987)提出的以Ga/Al比值為基礎(chǔ)的判別圖中，部分流紋巖均投入到A型花崗巖區(qū)域(圖11)，表現(xiàn)出A型花崗巖的親緣性特征，也表明該區(qū)在晚白堊世早期可能處于向伸展環(huán)境過(guò)渡的階段。中國(guó)東部沿海早侏羅世的A型花崗巖類與同期地幔來(lái)源的巖石表明古太平洋板塊的俯沖作用在早侏羅世已經(jīng)啟動(dòng)(Lietal., 2009；Heetal., 2010; Zhuetal., 2010)。從中侏羅世到早白堊世，古太平洋板塊逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦呓嵌瓤焖俑_，沿海地區(qū)的巖漿巖形成于低壓環(huán)境，具有較高的鋯飽和溫度和虧損的Nd-Hf同位素組成，幔源巖漿成分增加(邱檢生等, 2012; Sunetal., 2015; Xiaetal., 2016; Zhouetal., 2016)，指示巖石圈伸展作用逐漸增強(qiáng)，軟流圈地幔來(lái)源的物質(zhì)貢獻(xiàn)逐漸增多，構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)楦_板片后撤誘發(fā)的弧后伸展環(huán)境。

福建地區(qū)侵入巖年齡在125～90Ma之間，其中巖漿作用峰值在115～90Ma之間，巖石具有相似的地球化學(xué)特征(Lietal., 2014)。廣泛發(fā)育的晚白堊世A型花崗巖類(單強(qiáng)等, 2014; Zhaoetal., 2015, 2016; Chenetal., 2019a)、雙峰式火山巖和同期的基性巖墻群(丁聰?shù)? 2015)與晚白堊世晚期由俯沖-擠壓轉(zhuǎn)變?yōu)楣盘窖蟾_板塊后撤導(dǎo)致的伸展環(huán)境的構(gòu)造演化過(guò)程比較一致，均表明其產(chǎn)生于逐漸増強(qiáng)的伸展環(huán)境(He and Xu, 2012; Zengetal., 2016)。長(zhǎng)樂(lè)-南澳變質(zhì)帶中的花崗巖和變質(zhì)巖也指示了～108Ma變質(zhì)作用和116～90Ma大規(guī)模巖漿活動(dòng)的形成應(yīng)與后碰撞伸展環(huán)境有關(guān)(Lietal., 2015a, b)。福建沿海白堊紀(jì)花崗巖的Hf-Nd-O同位素組成變化與巖漿水含量有耦合關(guān)系，表明地球深部的水循環(huán)在含水玄武質(zhì)底侵作用、大陸地殼熔融和巖漿分異及年輕大陸地殼的生長(zhǎng)過(guò)程中扮演著重要角色(Lietal., 2018)。

俯沖板塊的后撤會(huì)誘發(fā)上覆板塊長(zhǎng)期的地殼伸展以及多階段弧后的高熱流活動(dòng)(Cawoodetal., 2009)。在俯沖板塊后撤階段，伸展作用的增強(qiáng)誘發(fā)了更大規(guī)模的軟流圈上涌和幔源巖漿底侵(Lietal., 2014; Sunetal., 2015; Xiaetal., 2016)，軟流圈地幔上涌帶來(lái)軟流圈地幔來(lái)源熔體在巖漿活動(dòng)中的貢獻(xiàn)增加，繼而幔源巖漿越來(lái)越虧損，因此，本文認(rèn)為長(zhǎng)安山流紋巖和閃長(zhǎng)巖形成于一個(gè)典型的伸展和軟流圈上涌的構(gòu)造背景，即弧后伸展環(huán)境。

6 結(jié)論

(1)利用 LA-ICP-MS U-Pb 定年方法獲得福州長(zhǎng)安山閃長(zhǎng)巖的形成年齡107.2±0.3Ma；2個(gè)流紋巖樣品形成年齡一致，為98.6Ma左右。

(2)長(zhǎng)安山閃長(zhǎng)巖成因可能為富水的幔源巖漿與受幔源巖漿底侵產(chǎn)生的長(zhǎng)英質(zhì)殼源巖漿混合而成。

(3)長(zhǎng)安山流紋巖成因是在古太平洋板片俯沖后撤導(dǎo)致的伸展背景下，母巖漿來(lái)源于軟流圈地幔來(lái)源熔體和受俯沖影響的富集地幔楔的不同程度相互作用的結(jié)果，并經(jīng)歷一定程度的分離結(jié)晶而成。

致謝野外工作得到了謝冰彬、肖正逸、林臨心等同學(xué)的幫助；在本文撰寫過(guò)程中與黎敦朋教授、王翠芝教授進(jìn)行了諸多討論，受益匪淺；在鋯石U-Pb定年及Hf同位素測(cè)試分析中蔡鵬捷博士給予了大力支持和幫助；二位審稿專家提出了寶貴的修改意見和建議；特此一并致謝。