劉運超，姜耀輝，青 龍，杜佛光

內生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室，南京大學 地球科學與工程學院，南京 210023

華南強烈的印支造山運動形成了區(qū)內廣布的印支期花崗巖（圖1a）。前人已對這些花崗巖開展了較深入研究，并取得了一系列研究成果。從已有的地質年代學和地球化學數據來看，印支早期（＞231 Ma）花崗巖主要分布于華南南部，以S型花崗巖為主，而印支晚期（＜231 Ma）花崗巖主要分布于華南中—北部，以I型和A型花崗巖為主（Qing et al., 2020a, b及其中參考文獻）。有較多學者認為，印支早期花崗巖的形成與華南板塊周圍地塊的碰撞拼合引起的華南陸內造山作用有關，地殼增厚誘發(fā)地殼物質發(fā)生部分熔融形成花崗質巖漿，而印支晚期花崗巖形成于碰撞后伸展環(huán)境，幔源巖漿底侵誘發(fā)地殼物質發(fā)生部分熔融形成花崗質巖漿（Zhou et al., 2006; Wang et al., 2007; Mao et al., 2011; Ding et al., 2015; Fu et al., 2015）。但對于幔源巖漿的底侵作用還缺乏足夠的證據，這是因為華南印支期巖漿巖以花崗質侵入巖為主，鎂鐵質巖漿作用報道得很少。隨著近年來不同學者相繼在華南中—北部地區(qū)鑒別出印支晚期幔源巖漿作用，即閩中夏茂輝綠巖脈（223 Ma; Wang et al., 2013），閩西北止馬鎂鐵質巖體（228 Ma; Jiang et al., 2015）和湖南桃江（220 Ma）以及歇馬（218 Ma）花崗質巖體中的暗色微粒包體（Xu et al.,2014; Wang et al., 2015；圖1a），從而為幔源巖漿底侵作用提供了一定的證據。本次工作首次在江西印支晚期蔡江花崗質巖體中發(fā)現(xiàn)了暗色微粒包體。本文報道了這些暗色微粒包體的巖相學，LAICP-MS鋯石U-Pb年代學和主微量元素地球化學特征，它對于進一步討論華南印支期花崗巖形成的熱源機制具有意義。

圖1 （a）華南印支期花崗巖分布圖（Qing et al., 2020a, b）和（b）華南大地構造位置圖（Wang et al., 2005）Fig. 1 Sketch map showing the (a) distribution of the Indosinian granites (Qing et al., 2020a, b) and (b) geological tectonic location(Wang et al., 2005) of South China Block

1 區(qū)域地質背景與蔡江暗色微粒包體地質特征

華南大陸是由揚子地塊和華夏地塊在晚新元古代經過碰撞拼合而形成的（Cawood et al., 2020; Liu et al., 2015），之后又先后遭受了加里東造山運動和印支造山運動以及太平洋構造體制的影響（Zhou et al., 2006; Cawood et al.，2018; Zhao et al.，2018）。這些造山運動造就了華南大陸廣泛發(fā)育的巖漿巖。其中印支期是華南從古特提斯構造域向太平洋構造域轉換的一個重要時期。在大約247 Ma，北印支與中印支地塊與華南板塊沿著金沙江—哀牢山—松馬縫合帶發(fā)生了碰撞拼合（Lepvrier et al., 2008;Wang et al., 2018）；之后（247~237 Ma）Sibumasu-南羌塘地塊逐漸開始與Simao、西印支和北羌塘地塊發(fā)生碰撞并最終導致古特提斯洋的閉合（Deng et al., 2018; Wang et al., 2018; Yang et al., 2020）；與此同時，華北板塊和華南板塊發(fā)生碰撞拼合（240~220 Ma；Ernst et al., 2007; Li et al., 2017；峰期為231±4 Ma，Liu et al., 2004），并導致了秦嶺—大別—蘇魯造山帶的形成。華南板塊受到周圍多塊體的影響，從而導致了一系列陸內巖漿活動的產生。華南印支期巖漿巖以花崗質侵入巖為主，未見火山巖，此外尚有少量正長巖和鎂鐵質侵入巖出露（圖1a）。印支早期花崗巖主要分布于華南南部，以S型花崗巖為主；印支晚期花崗巖主要分布于華南中—北部，以I型和A型花崗巖為主（Qing et al., 2020a, b及其中參考文獻）。

蔡江巖體出露于江西中部（圖1a），構成桃山復式巖體南西部分（圖2）。巖體侵位于震旦紀—寒武紀地層中，后被燕山早期花崗巖侵入，出露面積約80 km2（圖2）。蔡江巖體主要由中粗粒似斑狀黑云母花崗巖組成，造巖礦物有鉀長石，斜長石，石英和黑云母，侵位時代為230~228 Ma（Zhao et al., 2013, 2015）。本次工作在蔡江巖體中發(fā)現(xiàn)了暗色微粒包體，這些包體呈灰黑色，礦物顆粒明顯比寄主花崗巖要細（圖3）。包體通常呈橢球狀（圖3a, b），有的呈不規(guī)則狀（圖3c, d），直徑主要在20~80 cm之間。在包體中可見淬冷邊（圖3）和反向脈（圖3a, c），有的包體含有較多的捕虜晶（圖3a）。包體具有細粒半自形粒狀結構，主要由鉀長石，斜長石，黑云母和石英組成（圖3e），并含有針狀磷灰石（圖3f）。

圖2 蔡江巖體地質簡圖（據Zhao et al., 2013修改）Fig. 2 Sketch map showing geology of the Caijiang pluton (modified from Zhao et al., 2013)

圖3 蔡江巖體中暗色微粒包體野外（a-d）及顯微照片（e-f，正交偏光）Fig. 3 Representative field (a-d) and microscope (e-f, under crossed-polar conditions) photographs of mafic microgranular enclaves in Caijiang pluton

2 樣品及分析方法

本次工作采集了三件包體樣品，采樣位置如圖2所示。樣品使用瑪瑙缽研磨至200目，用作元素地球化學分析。對其中一件樣品分選鋯石，開展LA-ICP-MS U-Pb定年測試。鋯石分選采用傳統(tǒng)的重液和磁法，然后在雙目鏡下手工挑純，使用環(huán)氧樹脂進行固定并拋光，用于反射光，透射光和陰極發(fā)光拍照及U-Pb定年測試。所有分析測試均在南京大學內生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室進行。

主量元素分析使用Thermo ARL 9800 XRF進行，測試精度優(yōu)于5%。微量元素使用Finnigan Element II ICP-MS進行測定，詳細的實驗流程參考高劍峰等（2003）。將大約50 mg的樣品粉末放入盛有氫氟酸和硝酸混合液的高壓聚四氟乙烯容器中，在大約190℃下放置48 h，待樣品完全溶解后再進行測試分析。銠元素用來作為內標來監(jiān)測測試分析過程中儀器的信號漂移。所有元素的測試精度均優(yōu)于10%，大部分優(yōu)于5%。

鋯石U-Pb定年使用裝有New Wave 213-nm激光剝蝕系統(tǒng)的Agilent 7500a型ICP-MS進行分析測試，詳細的實驗原理及測試流程見Jackson 等（2004）。采用He氣作為剝蝕物質的載氣，通過直徑3 mm的PVC管將剝蝕物質傳送到ICP-MS，并在進入ICP-MS 之前與Ar氣混合，形成混合氣。儀器的工作參數為：波長213 nm，激光脈沖重復頻率5 Hz，脈沖能量為10~20 J/cm2，激光束斑直徑選擇24 μm，剝蝕時間60 s，背景測量時間40 s，停留時間206Pb、207Pb、232Th、238U依次為15、30、10、10、15 ms。鋯石標樣GEMOC/GJ-1（207Pb/206Pb年 齡 為608.5±1.5 Ma；Jackson et al., 2004）用 來進行元素質量分餾校正。鋯石標樣Mud Tank (MT)（TIMS年 齡：732±5 Ma；Black and Gulson, 1978）用作外標對數據的重復性和儀器的穩(wěn)定性進行優(yōu)化。每輪測試（run）包含了10~12個未知分析樣品，每輪測試都是先以兩個GJ-1和一個MT的測試開始，再以兩個GJ-1的測試結束。普通鉛的校正采用Andersen（2002）的算法。普通鉛校正完成后，運用isoplot程序（ver.2.49, Ludwig, 2001）對樣品的測試點進行年齡計算和諧和圖的繪制。每個測試點的Th、U含量通過與標樣GJ-1的平均計數率比較獲得，本實驗室標樣的Th、U含量分別為8×10-6和330×10-6。

3 分析結果

3.1 鋯石U-Pb年齡

本次共對樣品CJ-4-3b中25顆鋯石開展LAICP-MS U-Pb定年測試，測試位置標于鋯石陰極發(fā)光圖像中（圖4），測試結果列于表1，并示于圖5。由圖4可知，所測鋯石長約150~300 μm，寬約50~100 μm，均顯示明顯的韻律環(huán)帶。鋯石中Th和U含量變化較大，Th/U比值在0.17~2.55范圍之間，顯示出巖漿鋯石特征（Hoskin and Schaltegger，2003; Yakymchuk et al., 2018）。除 了 測 點5.1、11.1、13.1和25.1，其余21個測點在U-Pb諧和曲線上聚集成一簇，給出的206Pb/238U加權平均年齡為224.3±1.3 Ma（圖5），代表了包體的結晶年齡。測 點11.1的206Pb/238U年 齡 為230±3 Ma，這 與 前人所報道的寄主巖年齡一致(230±2 Ma; Zhao et al.,2015)，暗示其繼承于寄主巖。而測點5.1、13.1和25.1分別給出95±1 Ma、90±1 Ma和85±1 Ma的206Pb/238U年齡，明顯偏離了年齡峰值群，可能是由于鉛丟失所致。

圖5 蔡江巖體中暗色微粒包體的鋯石U-Pb年齡協(xié)和圖Fig. 5 Zircon U-Pb dating concordia diagram for the mafic microgranular enclave in Caijiang pluton

表1 蔡江包體LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating for the Caijiang enclave

圖4 蔡江巖體中暗色微粒包體的鋯石陰極發(fā)光圖像Fig. 4 Zircon CL images for the mafic microgranular enclave in Caijiang pluton

3.2 主微量元素地球化學

3件包體樣品的主微量元素測試結果列于表2。由表2可知，包體的SiO2含量為57.1~66.2 wt%，它們具有相對較高的K2O和全堿含量（圖6）。與寄主花崗巖相比，包體樣品具有更高的TiO2,Fe2O3T, MnO和MgO含量（圖7）。稀土配分曲線顯示出樣品富集輕稀土元素（LREE）且呈現(xiàn)Eu的負異常特征（圖8a）；在微量元素蛛網圖上，包體具有較明顯的Ba和Sr以及Nb和Ta的負異常（圖8b）。

圖6 蔡江寄主巖與包體的SiO2與Na2O+K2O（a）和K2O（b）關系圖解Fig. 6 Na2O+K2O (a) and K2O (b) vs. SiO2 diagrams for the Caijiang host rocks and enclaves

圖8 蔡江包體的稀土元素球粒隕石標準化配分曲線（a）和微量元素原始地幔標準化蛛網圖（b）Fig. 8 (a) Chondrite-normalized REE patterns and (b) primitive mantle-normalized trace element patterns for the Caijiang enclaves

3件包體樣品中有一件樣品（CJ-4-2）具有相對較低的SiO2（57.1 wt%）和較高的TiO2、Fe2O3T和MgO以及相容元素（如Co）含量（表2），與已經報道的華南印支晚期鎂鐵質巖石（止馬輝長巖和夏茂輝綠巖）的成分相似（圖7，9）。此外，該樣品具有比這些鎂鐵質巖石更高的K2O含量（7.6 wt%，表2），屬于超鉀質巖石（K2O/Na2O=4.1，MgO=3.1 wt%）。另外兩個包體樣品更接近寄主花崗巖的成分（圖7，9）。

表2 蔡江包體的主量元素（wt%）和微量元素（×10-6）數據Table 2 Major (wt%) and trace element (×10-6) contents of the Caijiang enclaves

圖7 蔡江寄主巖與包體的哈克圖解Fig. 7 Hark diagrams for the Caijiang host rocks and enclaves

4 討論

4.1 包體的形成時代

本次獲得的包體LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡為224.3±1.3 Ma（圖5），表明包體形成于晚三疊世。Zhao 等（2013）和Zhao 等（2015）獲得蔡江花崗巖的LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡分別為228±2 Ma和230±2 Ma。由此可見，包體與寄主花崗巖之間存在大約4~6 Ma的時差。但如果考慮到LA-ICP-MS 鋯石U-Pb定年誤差（約3%），可以認為包體與寄主花崗巖基本上是同時形成的。前人先后報道了華南印支晚期幔源巖漿作用，分別為閩中夏茂輝綠巖脈（223 Ma; Wang et al., 2013），湖南桃江花崗質巖體中的暗色微粒包體（220 Ma; Xu et al., 2014），閩西北止馬輝長質巖體（228 Ma; Jiang et al., 2015）和湖南歇馬花崗質巖體中的暗色微粒包體（218 Ma;Wang et al., 2015）。本次發(fā)現(xiàn)的江西蔡江暗色微粒包體的形成時代（224 Ma）與上述幔源巖漿作用時代基本一致。

4.2 包體成因

前人研究成果表明，中-酸性花崗質巖體中含有多種類型的包體，包括圍巖地層捕虜體、花崗巖源區(qū)殘留體、同源巖漿早期堆晶體或析離體以及異源偏基性巖漿團等。本次發(fā)現(xiàn)的暗色微粒包體具有典型的巖漿結構，同時結合它們的形成時代，表明它們并非圍巖地層捕虜體和花崗巖源區(qū)殘留體。這些包體也沒有顯示堆晶結構，從而表明它們也不是寄主花崗質巖漿的早期堆晶體或析離體。這一結論得到包體化學成分的進一步支持。如果包體代表的是寄主花崗質巖漿的早期堆晶體或析離體，那么包體成分應屬于低硅端元，并顯示出與寄主巖漿的線性相關關系（Tindle, 1991; Dahlquist, 2002），這與實際情況不符（圖7）。

相反，所發(fā)現(xiàn)包體的野外和巖相學特征，即淬冷邊，反向脈，長石捕虜晶和針狀磷灰石以及典型的巖漿結構（圖3），表明它們是離散的異源偏基性巖漿團，是幔源鎂鐵質巖漿注入寄主花崗質巖漿中發(fā)生對流和混染而形成的（Barbarin，2005; Jiang et al.，2009, 2012，2013; Kumar and Rino，2006;Liu et al.，2015）。樣品CJ-4-2基本不含捕虜晶，具有相對較低的SiO2（57.1 wt%）和較高的TiO2、Fe2O3T和MgO以及相容元素（如Co）含量（表2，圖7，9）?？紤]到這個樣品與所報道的印支晚期鎂鐵質巖石（止馬輝長巖和夏茂輝綠巖）的成分相似（圖7，9），我們認為它更接近于幔源原始巖漿成分。該樣品顯示出中等程度的負Eu異常（圖8a），表明幔源原始巖漿發(fā)生了一定程度的斜長石的分離結晶作用。Jiang 等（2015）研究了閩西北印支晚期止馬鎂鐵質巖石（SiO2=49.4~56.7 wt%）的成因，它們屬于鉀質巖石（0.5＜K2O/Na2O＜2），起源于交代巖石圈地幔（金云母輝石巖脈+橄欖巖）的部分熔融。樣品CJ-4-2與止馬鎂鐵質巖石相比，具有相似的TiO2、Fe2O3T和MgO以及相容元素（如Co）和不相容元素（如Hf、Th）含量（圖7，9）。不同的是該樣品屬于超鉀質巖石（K2O/Na2O＞2，MgO＞3.1 wt%），類似于秦嶺造山帶印支晚期花崗質巖體中的超鉀質包體（Jiang et al., 2012），更有可能是通過巖石圈地幔中交代成因的金云母輝石巖脈發(fā)生部分熔融而形成的（Foley, 1992; Jiang et al.,2012）。其余兩個包體樣品含有捕虜晶，并顯示出與寄主花崗巖成分混合趨勢（圖7，9），因而它們更有可能是通過巖漿混合作用形成的。

4.3 地質意義

圖9 蔡江寄主巖與包體的Fe2O3T+MgO與TiO2（a）、Co（b）、Hf（c）和Th（d）的關系圖解（數據來源同圖7）Fig. 9 TiO2 (a), Co (b), Hf (c) and Th (d) vs. Fe2O3T+MgO diagrams for the Caijiang host rocks and enclaves

前人已對蔡江花崗巖開展了巖石成因研究（Zhao et al., 2013, 2015）。Zhao等（2013）認為蔡江花崗質巖石是在早期熱事件中麻粒巖化了的前寒武紀基底變質巖發(fā)生部分熔融而形成的，屬于A型花崗巖；Zhao等（2015）則認為蔡江花崗質巖石的源巖是變質沉積巖，因而屬于S型花崗巖，只不過它們形成的溫度較高。無論哪一種情況均需要幔源熱的加入。本次暗色微粒包體的發(fā)現(xiàn)，為幔源巖漿底侵提供了直接證據，從而為蔡江花崗質巖石形成于較高溫度提供佐證。從已報道的印支晚期幔源巖漿作用[閩中夏茂輝綠巖脈（223 Ma; Wang et al.,2013），閩西北止馬輝長質巖體（228 Ma；Jiang et al., 2015），湖南桃江（220 Ma）和歇馬（218 Ma）花崗質巖體中的暗色微粒包體（Xu et al., 2014;Wang et al., 2015）以及本次工作發(fā)現(xiàn)的江西蔡江暗色微粒包體（224 Ma）]的時空分布特征（圖1a）來看，華南中—北部地區(qū)在印支晚期很有可能存在較大規(guī)模的幔源巖漿底侵作用。這種幔源巖漿底侵作用為華南中—北部地區(qū)廣布的印支晚期I型和A型花崗巖的形成提供了熱源。

華南印支早期花崗巖主要分布于華南南部（圖1a），以S型花崗巖為主（Qing et al., 2020a, b及其中參考文獻）。Wang等（2007）通過研究認為，印支早期花崗巖的形成與華南板塊周圍地塊的碰撞拼合引起的華南陸內造山作用有關，地殼增厚誘發(fā)地殼物質發(fā)生部分熔融形成花崗質巖漿。印支晚期花崗巖主要分布于華南中—北部（圖1a），以I型和A型花崗巖為主（Qing et al., 2020a, b及其中參考文獻）。I型和A型花崗巖的形成需要更高的溫度，因而需要幔源熱的加入。幔源巖漿底侵作用是形成這些花崗巖最可能的熱源機制。本次暗色微粒包體的發(fā)現(xiàn)，結合前人已經報道的印支晚期幔源巖漿作用，為華南中—北部地區(qū)印支晚期幔源巖漿底侵作用提供了直接證據。

5 結論

（1）本次工作在江西蔡江花崗質巖體中發(fā)現(xiàn)了暗色微粒包體。這些包體的地質和巖相學以及LAICP-MS鋯石U-Pb年代學和元素地球化學特征表明它們是離散的幔源偏基性巖漿團或者是幔源與寄主巖漿混合的產物。包體形成于晚三疊世（224 Ma），與前人已經報道的華南印支晚期幔源巖漿作用時代（228~218 Ma）相一致。

（2）原始包體巖漿屬于超鉀質巖漿，可能是通過巖石圈地幔中交代成因的金云母輝石巖脈發(fā)生部分熔融而形成的。

（3）暗色微粒包體的發(fā)現(xiàn)為幔源巖漿底侵提供了直接證據，從而為蔡江花崗質巖石形成于較高溫度提供佐證。本次工作對于進一步探討華南印支期花崗巖形成的熱源機制具有意義。