福建平潭島花崗質(zhì)巖石成因: 來自鋯石U-Pb定年、O-Hf同位素及黑云母礦物化學(xué)的約束*

張博 郭鋒 張曉兵

1. 中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所 同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣州 5106402. 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049

花崗質(zhì)巖石是構(gòu)成大陸地殼的重要組成單元，也是地球有別于其他星球的重要標(biāo)志之一(吳福元等，2007)。開展花崗質(zhì)巖石的成因研究有助于我們深入理解殼幔相互作用方式、地殼形成及演化等地球深部過程(Vigneresse, 2004；Wangetal., 2010, 2012；Chenetal., 2017；Guoetal., 2019；Tangetal., 2019)。東南沿海地區(qū)廣泛發(fā)育晚中生代長英質(zhì)巖漿作用，因此該區(qū)一直是開展該研究工作的熱點(diǎn)區(qū)域。盡管如此，現(xiàn)今對這些晚中生代長英質(zhì)巖漿巖的成因問題一直存在爭論，已有觀點(diǎn)包括古老地殼的重熔、年輕地殼的重熔或殼幔巖漿之間的相互混合等(邢光福和陶奎元，1998；Xuetal., 1999；Li, 2000；Griffinetal., 2002；Zhouetal., 2006；徐夕生，2008；Guoetal., 2012；Lietal., 2014a, b, 2018；Zhaoetal., 2016；Chenetal., 2017，2019a)。造成這些分歧的原因與以下一些因素有關(guān)：(1)由于不同測年手段(如單礦物-全巖Rb-Sr、Sm-Nd等時(shí)線及LA-ICP-MS等)分析精度的不同，以往對同一巖石所獲得的同位素年齡數(shù)據(jù)也存在差別，這制約了我們對巖漿熱事件發(fā)生時(shí)間的認(rèn)識(shí)以及對其所處構(gòu)造環(huán)境的解釋(Tong and Tobisch, 1996；Li, 2000；Lietal., 2014a, b)。(2)區(qū)域上晚中生代巖漿巖雖以長英質(zhì)類型為主導(dǎo)，但也有少量鎂鐵質(zhì)巖石的存在。在某些地區(qū)(如福建沿海)，這兩種類型的巖石經(jīng)常相伴產(chǎn)出并構(gòu)成雙峰式火山-侵入雜巖。其中，鎂鐵質(zhì)與長英質(zhì)端元的巖石還具有極為相似的Sr、Nd同位素組成，這被前人認(rèn)為它們是具有“等同位素組成”特征的雙峰式巖漿巖(薛懷民等，1996；邢光福和陶奎元，1998；Xingetal., 2004)。這種“等同位素組成”特征的存在使得我們僅依靠全巖Sr、Nd同位素?cái)?shù)據(jù)難以解釋雜巖體中長英質(zhì)端元巖石的成因。(3)以往對東南沿海晚中生代長英質(zhì)巖石的研究工作多側(cè)重于全巖地球化學(xué)分析，而對礦物化學(xué)及原位同位素方面的研究仍較為欠缺。相對于全巖地球化學(xué)分析而言，礦物成分及原位同位素分析可以更精確地反映與巖漿演化及巖漿源區(qū)有關(guān)的信息，因此深入開展這方面的研究工作十分必要。

鋯石作為花崗質(zhì)巖石中的一種常見副礦物，其具有高U-Th-Hf含量、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定以及不易受低溫蝕變影響等特點(diǎn)，是開展U-Pb定年和原位O-Hf同位素分析的理想礦物(Ireland and Williams, 2003；Kempetal., 2007)。對鋯石原位O-Hf同位素的分析如今已成為示蹤花崗質(zhì)巖漿源區(qū)屬性及探討地殼演化過程的重要手段之一(Hawkesworth and Kemp, 2006；Kempetal., 2007；Schereretal., 2007；吳福元等，2007；Lietal.，2009；Payneetal., 2016)。除鋯石之外，黑云母作為花崗質(zhì)巖漿巖中最為常見的鎂鐵質(zhì)造巖礦物，其礦物化學(xué)成分變化不僅可以有效指示有關(guān)寄主巖漿的性質(zhì)、巖漿體系的物理化學(xué)條件(如溫度及氧逸度等)，在一定程度上還可以指示巖漿巖的成因類型(De Albuquerque, 1973；Abdel-Rahman, 1994； Nachitetal., 2005；杜后發(fā)等，2017；鮑新尚等，2019)。因此，對東南沿海晚中生代花崗質(zhì)巖石綜合開展鋯石高精度定年、O-Hf同位素和黑云母礦物化學(xué)方面的研究，對于理解該地區(qū)大規(guī)模長英質(zhì)巖漿作用成因、深入認(rèn)識(shí)殼幔相互作用方式及探索深部動(dòng)力學(xué)背景均具有十分重要的意義。

圖1 華南構(gòu)造簡圖(a，據(jù)Yan et al., 2003; Zhang et al., 2013)、東南沿海地質(zhì)簡圖(b，據(jù)Guo et al., 2012; Zhou et al., 2006)及平潭島地質(zhì)圖(c，據(jù)Xu et al., 1999)

福建省平潭島中發(fā)育一套以花崗質(zhì)鈣堿性巖石為主的雙峰式雜巖體，是東南沿海晚中生代巖漿作用的典型代表。該雜巖體的鎂鐵質(zhì)與長英質(zhì)端元巖石之間具有極為相似的Sr、Nd同位素組成(Lietal., 2018)。雖然前人對其開展過一系列的基礎(chǔ)性研究工作(Dongetal., 1997；Xuetal., 1999; Griffinetal., 2002；Lietal., 2018)，但仍存在很大不足。比如，(1)花崗閃長巖及英云閃長巖作為該雜巖體中的重要組成部分，至今未有較為精確的同位素地質(zhì)年齡的報(bào)道；(2)雖然前人對花崗巖的年齡有過報(bào)道，但是由于不同同位素測年手段本身分析精度的差異，所獲得的同位素年齡值變化較大(116～125Ma，Dongetal., 1997；Lietal., 2018)；(3)前人對該花崗質(zhì)巖石中的花崗閃長巖及花崗巖開展過初步的鋯石原位Hf同位素分析，但是由于所分析測試鋯石具有較高U、Yb含量等原因，使得所獲得的Hf同位素?cái)?shù)據(jù)質(zhì)量存在較大問題(Griffinetal., 2002；Lietal., 2018)，這直接影響到了我們對數(shù)據(jù)的解釋以及對巖石成因的正確認(rèn)識(shí)；(4)至今仍缺少與該套花崗質(zhì)巖石有關(guān)鋯石原位O同位素及黑云母礦物化學(xué)方面的研究工作，這限制了我們對巖石成因的全方位解讀?；谝陨线@些原因，本次選擇平潭島晚中生代雜巖體中不同花崗質(zhì)巖石類型作為研究對象，分別對其進(jìn)行鋯石U-Pb定年、O-Hf同位素及黑云母成分等方面的研究，旨在進(jìn)一步約束其巖漿作用時(shí)間、查明其源區(qū)屬性以及深入理解“等同位素組成”雙峰式巖漿巖中長英質(zhì)巖石的成因問題。

1 地質(zhì)概況及巖體特征

華南板塊主要分為西北部的揚(yáng)子地塊以及東南部的華夏地塊。兩大地塊以江南造山帶為界拼合于新元古代(圖1a，Zhangetal., 2013)。其中，華夏地塊內(nèi)發(fā)育大規(guī)模的晚中生代構(gòu)造-巖漿作用，被認(rèn)為與古太平洋的俯沖消減作用有關(guān)(Zhou and Li, 2000；Zhouetal., 2006)。晚中生代構(gòu)造-巖漿作用在華夏地塊東部的福建沿海地區(qū)表現(xiàn)得尤為明顯。該地區(qū)發(fā)育了一條規(guī)模巨大的NE-SW向的左旋走滑斷裂帶(長樂-南澳斷裂)，且該斷裂帶兩側(cè)顯著發(fā)育晚中生代鎂鐵質(zhì)及花崗質(zhì)巖漿作用(圖1b，Chenetal., 2013；Lietal., 2018；Zhangetal., 2019)。以長樂-南澳斷裂帶為界，福建沿海地區(qū)又可被分為西部的燕山期巖漿巖帶以及東部的平潭-東山變質(zhì)帶(Lietal., 2014b)。前人研究表明長樂-南澳斷裂帶活動(dòng)時(shí)間不晚于130～ 122Ma，其強(qiáng)烈的左旋剪切作用使得帶內(nèi)的巖石(年齡>120Ma)發(fā)生了顯著的變形或變質(zhì)作用(Tong and Tobisch，1996；李武顯等，2003)。除此之外，位于斷裂帶東側(cè)的平潭-東山變質(zhì)帶中的變形變質(zhì)作用也較為強(qiáng)烈，巖石類型主要包括片麻巖以及片巖等，這些已變形變質(zhì)的巖石又被晚中生代花崗質(zhì)巖石或巖脈所侵入(Chenetal., 2002；Lietal., 2014b)。

圖2 平潭島花崗質(zhì)巖石的野外照片(a-c)及正交偏光鏡下顯微照片(d-f)

研究區(qū)所在的平潭島總面積約267km2。島內(nèi)出露的巖石類型多樣，主要包括角閃輝長巖、花崗/英云閃長巖、花崗巖及相應(yīng)的酸性火山巖。其中，角閃輝長巖主要見于平潭島中部地區(qū)，呈小巖株、巖墻狀產(chǎn)出(Xuetal., 1999)；花崗/英云閃長巖及酸性火山巖主要分布于平潭島東北部地區(qū)；花崗巖則廣泛分布于平潭島南部以及西北部地區(qū)(圖1c)。角閃輝長巖、花崗/英云閃長巖及花崗巖的出露面積比約6:12:82，在花崗質(zhì)巖石的邊緣見有條帶狀的輝長質(zhì)碎塊(Dongetal., 1997)。盡管這些巖石位于平潭-東山變質(zhì)帶中，但均未遭受變形變質(zhì)作用。

2 樣品描述

本次研究采集的巖石樣品主要為平潭島晚中生代雜巖體中的花崗閃長巖、英云閃長巖及花崗巖(圖2a-c)。其中，花崗閃長巖(PT-12)的采樣坐標(biāo)為：25°32′32.91″ N、119°49′02.24″ E，英云閃長巖(PT-11)采樣坐標(biāo)為：25°32′23.76″ N、119°47′02.36″ E，花崗巖(PT-13)的采樣坐標(biāo)為：25°28′28.70″ N、119°49′04.72″ E。野外所采集的花崗閃長巖、英云閃長巖及花崗巖均較為新鮮。代表性樣品的巖相學(xué)特征主要描述如下：

花崗閃長巖 灰白色，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。造巖礦物主要為斜長石(60%～65%)、堿性長石(～5%)、石英(20%～25%)、角閃石(～5%)及黑云母(～2%)。副礦物主要有磷灰石、鋯石和鐵鈦氧化物等。其中斜長石呈自形-半自形板狀，聚片雙晶及正環(huán)帶結(jié)構(gòu)較為明顯。堿性長石及石英均呈他形粒狀不規(guī)則分布。角閃石呈自形-半自形柱狀。黑云母總體上呈褐色，具有明顯的多色性，局部發(fā)育解理，以自形-半自形片狀分布于巖石中，片徑約200～500μm，未見有蝕變作用(圖2d)。

英云閃長巖 暗灰色，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。造巖礦物主要由斜長石(50%～60%)、堿性長石(5%～10%)、石英(20%～25%)、角閃石(～5%)及黑云母(5%～15%)組成。副礦物主要有磷灰石、鋯石和鐵鈦氧化物等。其中斜長石呈自形-半自形板狀，發(fā)育卡-鈉復(fù)合雙晶及聚片雙晶，部分具有明顯的正環(huán)帶結(jié)構(gòu)。堿性長石呈他形粒狀不規(guī)則分布。石英也呈它形粒狀，局部見有波狀消光。角閃石呈自形-半自形柱狀。黑云母呈棕褐色-黃褐色，具有明顯的多色性但解理不發(fā)育，主要以自形-半自形片狀分布于巖石中，片徑大小約40～150μm，未經(jīng)受晚期蝕變作用影響(圖2e)。

花崗巖 磚紅色，中粗粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。造巖礦物主要由堿性長石(40%～55%)、斜長石(20%～25%)、石英(25%～30%)及黑云母(3%～5%)組成。副礦物主要有磷灰石、鋯石和鐵鈦氧化物等。其中斜長石呈自形-半自形板狀，發(fā)育聚片雙晶。堿性長石呈他形粒狀，多具條紋結(jié)構(gòu)。石英呈他形粒狀，局部見有波狀消光。黑云母呈黃褐色，具有明顯的多色性及解理，以自形-半自形片狀不均勻分布于巖石中，片徑大小約500～1200μm，未受后期蝕變作用影響(圖2f)。

3 分析方法

將野外所采集的三類巖石樣品分別切取出其中的新鮮部分，磨制探針片和單礦物分選，以開展相關(guān)的巖相學(xué)、礦物學(xué)和地球化學(xué)分析。

3.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

首先使用重力分選、磁選及重液分選等手段從樣品粉末中分選出鋯石顆粒，并在雙目鏡下進(jìn)一步挑選出透明度高、內(nèi)部無明顯裂隙且顆粒相對較完整的鋯石。隨后，將挑選出的鋯石顆粒以及鋯石標(biāo)準(zhǔn)樣品 (Ple?ovice和Qinghu)顆粒粘于環(huán)氧樹脂靶上，對其進(jìn)行拋光至鋯石的1/3～1/2處，并進(jìn)行透射光、反射光及陰極發(fā)光圖像的采集，用于揭示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征以及幫助選擇合適的測試點(diǎn)。鋯石U-Pb年代學(xué)分析在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。本次研究中對于需要進(jìn)行U-Pb年齡測定的巖石樣品采用了離子探針(SIMS)的分析方法，所使用的儀器型號(hào)為Cameca IMS-1280 HR。在分析測試之前，對樣品靶表面進(jìn)行鍍金處理。采用O2-作為一次離子源，電流強(qiáng)度～8nA，分析束斑約20μm×30μm。在分析測試過程中，鋯石標(biāo)準(zhǔn)樣品與未知樣品交替進(jìn)行分析。未知樣品的U-Th-Pb同位素比值通過標(biāo)準(zhǔn)鋯石樣品Plěsovice (206Pb/238U=0.05369,～337.1Ma, Slámaetal., 2008)進(jìn)行校正，使用標(biāo)準(zhǔn)樣品Qinghu(159.5Ma，Lietal., 2013)作為未知樣對數(shù)據(jù)的精確度進(jìn)行監(jiān)控，并采用實(shí)測204Pb對普通Pb進(jìn)行校正。關(guān)于儀器更為詳細(xì)的參數(shù)設(shè)置及分析過程見Lietal.(2009)。分析測試點(diǎn)的同位素比值及其元素含量使用GLITTER程序進(jìn)行計(jì)算。最后對于獲得的數(shù)據(jù)使用Isoplot/Ex v. 3.00 軟件進(jìn)行處理并繪圖。單個(gè)分析測試點(diǎn)的同位素比值及年齡誤差以1σ進(jìn)行表示。206Pb/238U加權(quán)平均年齡的置信度>95%。

3.2 鋯石原位O-Hf同位素

對鋯石O同位素的分析是在之前進(jìn)行SIMS鋯石U-Pb定年的分析點(diǎn)附近進(jìn)行。分析測試工作在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。本次研究中對于需要進(jìn)行鋯石O同位素分析的巖石樣品采用了離子探針(SIMS)的分析方法，儀器型號(hào)為Cameca IMS-1280 HR。采用133Cs+作為一次離子源，電流強(qiáng)度2～3nA，分析束斑約10μm。在分析測試過程中，鋯石標(biāo)準(zhǔn)樣品與未知樣品交替進(jìn)行分析。標(biāo)準(zhǔn)鋯石樣品Penglai作為外標(biāo)用于校正儀器的質(zhì)量分餾。標(biāo)準(zhǔn)鋯石樣品Qinghu作為未知樣品對數(shù)據(jù)的精確度進(jìn)行監(jiān)控。更為詳盡的儀器設(shè)置參數(shù)及分析流程見Yangetal.(2018)。分析測試過程所得到的標(biāo)準(zhǔn)鋯石樣品Qinghu的δ18O加權(quán)平均值為5.44±0.20‰ (2SD)，這一結(jié)果與Yangetal. (2018)所報(bào)道的結(jié)果在同一誤差范圍之內(nèi)。

對鋯石Lu-Hf同位素的分析是在之前進(jìn)行SIMS鋯石O同位素測試的相同位置進(jìn)行。分析測試工作在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。本次研究中對于需要進(jìn)行鋯石Lu-Hf同位素分析的巖石樣品采用了激光剝蝕電感耦合等離子質(zhì)譜(LA-ICP-MS)的分析方法，所使用的儀器為Neptune Plus MC-ICP-MS，并配有RESOlution M-50 193nm激光剝蝕系統(tǒng)。激光的主要參數(shù)設(shè)置如下：激光束的直徑約45μm，重復(fù)頻率為6Hz，能量密度約4J/cm2。選擇氦氣作為載氣，流速設(shè)置為800mL/min。在前28s，關(guān)閉激光并監(jiān)測系統(tǒng)的氣體空白，在后30s，打開激光并收集信號(hào)。在分析測試過程中，氣體空白180Hf<0.2mv。173Yb 和175Lu被用于校正176Yb 和176Lu對176Hf的信號(hào)干擾。校正過程中所用的176Yb/173Yb和176Lu/175Lu比值分別為0.79381及0.02656 (Segaletal., 2003；Wuetal., 2006)。有關(guān)分析方法及測試過程更為詳細(xì)的描述見Zhangetal.(2015)。分析測試過程所得到的標(biāo)準(zhǔn)鋯石樣品Ple?ovice的加權(quán)平均值為176Hf/177Hf = 0.282480±0.000031 (2SD)，這一結(jié)果與Slámaetal. (2008)所報(bào)道的結(jié)果在同一誤差范圍之內(nèi)。

3.3 黑云母礦物化學(xué)

本次研究中對黑云母礦物成分的分析主要采用了電子探針(EMPA)的分析方法。電子探針分析測試在中山大學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)室完成。在分析測試之前，在顯微鏡下圈出探針片中較為新鮮的黑云母礦物顆粒，然后使用噴碳儀對探針片表面進(jìn)行了噴碳處理。分析測試過程中所使用的電子探針儀型號(hào)為日本島津EPMA-1720HT。分析測試條件主要包括：加速電壓～15kV，電流～20nA，束斑直徑～1um。分析測試中所選擇的標(biāo)準(zhǔn)樣品為美國SPI公司的硅酸鹽礦物及氧化物。檢測限為0.01%，分析誤差<2%。分析所獲得的數(shù)據(jù)使用ZAF修正法進(jìn)行校正。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb年齡

平潭島花崗質(zhì)巖石的鋯石U-Pb同位素定年結(jié)果見表1。 在本次研究工作中，對花崗閃長巖、英云閃長巖及花崗巖分別選取了19、21及17顆鋯石進(jìn)行分析測試。

花崗閃長巖中的鋯石無色透明，自形程度高，部分顆粒內(nèi)部有小包裹體。鋯石顆粒多呈短柱-長柱狀，長度為60～210μm，寬度為35～110μm，長寬比約1.3～3.0。陰極發(fā)光圖像顯示出明顯的巖漿震蕩韻律環(huán)帶特征(圖3a)，指示巖漿成因。分析結(jié)果表明鋯石中的U含量變化為61×10-6～197×10-6，Th含量變化為36×10-6～169×10-6，Th/U比值為0.60～0.92，具有典型的巖漿成因鋯石的特征。19個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的206Pb/238U表面年齡變化于113.2±2.0Ma～119.0±2.2Ma 之間，均分布于諧和線上或在其附近。分析點(diǎn)的206Pb/238U加權(quán)平均值為116.8±1.0Ma (N=19，MSWD=0.54)(圖3a, b)。

英云閃長巖中的鋯石總體上無色透明，自形程度較好。其內(nèi)部裂隙極少，部分顆粒內(nèi)部有小包裹體。鋯石顆粒多呈短柱-長柱狀，長度為80～220μm，寬度為50～120μm，長寬比約1.6～4.0。陰極發(fā)光圖像顯示出明顯的巖漿震蕩韻律環(huán)帶特征(圖3c)，指示巖漿成因。本次測試過程中均選擇韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)明顯的部位作為測點(diǎn)。測試結(jié)果表明鋯石中的U含量變化為58×10-6～308×10-6，Th含量變化為30×10-6～229×10-6， Th/U比值為0.51～0.95， 屬典型的巖漿成因鋯石。鋯石分析點(diǎn)的206Pb/238U表面年齡較集中，變化于114.5±1.8Ma～119.2±1.8Ma 之間。21個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)均分布于諧和線上或在其附近，暗示這些鋯石形成后的 U-Pb體系是封閉的(基本無U及Pb的加入或者丟失)。分析點(diǎn)的206Pb/238U加權(quán)平均值為116.3±1.0Ma(N=21，MSWD=0.26)(圖3c, d)。

表1 平潭島花崗質(zhì)巖石的SIMS鋯石U-Pb定年結(jié)果

Table 1 SIMS zircon U-Pb dating results of the granitic rocks from the Pingtan Island

測點(diǎn)號(hào)U(×10-6)Th(×10-6)Pb(×10-6)Th/U207Pb235U±1σ(%)206Pb238U±1σ(%)207Pb206Pb±1σ(%)t206/238(Ma)±1σ花崗閃長巖 (17PT-12)01885820.660.122917.200.01862.180.07445.75118.72.602875320.610.100919.070.01841.720.07436.05117.22.0031026720.650.110420.120.01831.510.07226.13117.21.80419713050.660.12565.980.01861.860.05832.86119.02.2051037120.690.108918.500.01831.660.06904.45117.01.906613610.600.132419.090.01841.610.08147.51117.71.90714412530.860.11599.530.01841.610.06173.91117.41.9081096720.620.108413.610.01861.650.06656.20118.91.909865220.610.126710.990.01831.600.06953.96116.91.910724620.640.125011.580.01841.660.07235.25117.71.9111199330.780.117727.340.01791.520.18752.88114.11.7121247730.620.11905.190.01831.530.05702.89116.81.813885520.620.10739.280.01791.610.06013.43114.11.8141508930.590.11326.930.01841.760.05293.59117.32.01518416940.920.11763.960.01831.510.05332.30116.61.8161046320.610.10507.710.01771.750.05483.37113.22.01718514740.800.11833.330.01861.530.05102.01119.01.8181057320.690.12983.960.01821.560.05942.23116.31.81915914240.890.12184.200.01841.580.05352.22117.41.8英云閃長巖(17PT-11)01583010.520.142113.430.01821.960.07598.07116.32.3021468730.600.11728.220.01811.750.06313.31115.52.0031378830.640.113711.510.01821.550.06505.12116.21.804895120.570.104119.970.01831.820.07797.81117.12.105764320.570.127517.720.01811.720.08097.68115.42.0061227230.590.12125.310.01821.520.05973.04116.21.80718617150.920.12184.980.01841.730.05402.67117.82.00817111940.690.11636.900.01801.580.05482.85115.11.80914712530.850.11476.620.01821.510.05383.21116.21.71016610540.630.11933.670.01791.550.05462.07114.51.8111187330.620.09987.010.01851.560.05612.47118.11.8121337730.580.12155.470.01831.540.05532.36117.11.81317312540.720.13142.150.01871.500.05101.54119.21.81430822970.740.12343.260.01831.510.05302.40116.91.7151126720.600.11256.120.01811.550.05592.70115.51.8161238530.690.11974.950.01821.930.05502.46116.22.21719318450.950.11383.200.01821.540.05101.48116.51.81820013550.670.11863.220.01801.710.05241.45115.22.019934720.510.11716.130.01821.640.05552.14116.01.9201429330.650.11233.880.01821.550.05211.69116.01.821844920.580.11007.510.01811.640.05663.25115.51.9花崗巖 (17PT-13)0116812440.740.11936.600.01831.560.06103.30116.91.802576306130.530.12193.190.01851.510.05291.79118.31.803471268110.570.11922.820.01871.580.05370.99119.21.90428726670.930.12014.730.01841.530.05942.66117.61.80535725680.720.11586.110.01871.500.05632.54119.31.80627521270.770.12355.290.01861.510.05952.48118.71.8071279630.750.109710.280.01851.850.06993.43118.02.2

續(xù)表1

Continued Table 1

測點(diǎn)號(hào)U(×10-6)Th(×10-6)Pb(×10-6)Th/U207Pb235U±1σ(%)206Pb238U±1σ(%)207Pb206Pb±1σ(%)t206/238(Ma)±1σ0812910330.800.12529.560.01831.810.06993.56117.12.10920820350.980.12228.060.01841.560.06113.84117.71.81018011540.640.109322.950.01761.590.12766.05112.31.811708416160.590.12802.890.01891.500.06310.83120.71.812504400120.790.12312.750.01831.510.05261.92116.71.7131049820.940.116616.180.01781.510.09812.70113.51.714459516121.120.12142.880.01861.510.05571.53118.51.815462374110.810.11984.650.01841.520.06271.68117.71.81620213850.680.12033.650.01841.550.05271.89117.81.81714515841.090.11265.820.01841.610.05262.41117.51.9

圖3 平潭島花崗質(zhì)巖石的鋯石U-Pb諧和圖

表2 平潭島花崗質(zhì)巖石中鋯石的O-Hf同位素組成

Table 2 The O and Hf isotopic compositions of zircon in granitic rocks from the Pingtan Island

測點(diǎn)號(hào)Age (Ma)δ18O (‰)2SE176Yb/177Hf176Lu/177Hf176Hf/177Hf2σεHf(t)tDM2 (Ma)fLu/Hf花崗閃長巖 (17PT-12)01118.74.70.20.0397100.0013090.2827980.0000123.4955-0.9602117.24.80.10.0409250.0012400.2828250.0000124.4895-0.9603119.04.60.20.0365500.0012030.2828280.0000134.5887-0.9604117.04.60.30.0376680.0012460.2828890.0000126.6751-0.9605117.74.80.10.0346770.0011250.2828930.0000156.8741-0.9706118.94.80.20.0220140.0006930.2828210.0000124.3900-0.9807117.74.70.20.0469630.0014170.2828910.0000136.7747-0.9608116.84.70.20.0226850.0007250.2828690.0000135.9793-0.9809117.35.30.10.0490910.0015850.2828160.0000124.0917-0.9510116.64.70.10.0298400.0009730.2829020.0000127.1720-0.9711119.05.10.20.0406870.0012840.2827860.0000133.0982-0.9612116.35.00.20.0383810.0012310.2827580.0000132.01046-0.9613117.44.90.20.0344790.0011320.2828330.0000134.6876-0.97英云閃長巖 (17PT-11)01116.35.10.20.0347400.0011370.2828200.0000264.2906-0.9702117.15.10.30.0422250.0013220.2828030.0000243.6945-0.9603117.85.10.20.0283050.0009070.2828230.0000224.3897-0.9704115.14.80.10.0263400.0008730.2828870.0000246.5754-0.9705116.25.30.20.0275760.0008800.2828150.0000244.0917-0.9706114.55.00.20.0222080.0007090.2828160.0000224.0915-0.9807117.15.20.20.0314720.0009520.2828250.0000244.4894-0.9708119.25.20.20.0291720.0009130.2827790.0000202.8995-0.9709116.95.20.20.0515960.0016160.2828110.0000243.8928-0.9510115.55.10.20.0522940.0017070.2828520.0000245.2837-0.9511116.25.00.30.0402060.0012990.2828690.0000205.9796-0.9612116.55.00.20.0332180.0010120.2827920.0000243.2969-0.9713115.25.30.10.0254580.0008200.2828010.0000223.5948-0.9814116.05.30.20.0188660.0006190.2828550.0000245.4825-0.9815115.55.20.20.0324880.0010000.2827930.0000243.2968-0.97花崗巖 (17PT-13)01116.95.20.20.0220460.0006730.2827640.0000222.21030-0.9802118.35.00.20.0568420.0018170.2827980.0000283.4959-0.9503119.25.10.20.0384050.0012500.2827850.0000243.0985-0.9604117.65.40.20.0447720.0013660.2828380.0000224.8865-0.9605119.35.30.20.0347670.0010800.2828140.0000244.0918-0.9706118.75.10.20.0416700.0013210.2828210.0000244.2905-0.9607118.05.50.20.0414230.0013420.2827530.0000261.81058-0.9608117.15.20.20.0538120.0016670.2828310.0000244.5884-0.9509117.75.60.20.0443960.0013790.2828570.0000225.5824-0.9610120.75.40.20.0335680.0011120.2828590.0000225.6815-0.9711116.75.40.20.0371530.0011700.2827910.0000223.2971-0.9612118.55.50.20.0339230.0011270.2827800.0000262.8996-0.9713117.75.40.20.0431810.0013280.2828390.0000224.8865-0.9614117.85.50.20.0311710.0010350.2828050.0000263.7938-0.97

圖4 平潭島花崗質(zhì)巖石的鋯石原位O同位素組成(a，地幔δ18O變化范圍引自Valley et al., 1998)及Hf同位素組成(b，底圖據(jù)Zhao et al., 2016)

花崗巖中的鋯石多為無色透明，少數(shù)偏淡黃色，自形程度亦較好。其內(nèi)部裂隙較少，部分顆粒內(nèi)部存在小包裹體。鋯石顆粒以長柱狀為主，長度為50～230μm，寬度為40～100μm，長寬比約1.3～4.5。陰極發(fā)光圖像表明(圖3e)，絕大多數(shù)鋯石具有明顯的巖漿韻律生長環(huán)帶，個(gè)別鋯石顆粒內(nèi)部包裹有繼承性核。測點(diǎn)均選擇巖漿韻律環(huán)帶清晰的位置。分析結(jié)果表明，鋯石的U含量變化為104×10-6～708×10-6，Th含量變化為96×10-6～516×10-6，Th/U比值為0.53～ 1.12，為典型的巖漿成因鋯石。17個(gè)測點(diǎn)的206Pb/238U表面年齡變化于112.3±1.8Ma～120.7 ±1.8Ma之間，在U-Pb諧和圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)的諧和性亦較好。樣品的206Pb/238U加權(quán)平均值為 117.4±1.0Ma(N=17，MSWD=0.96)(圖3e, f)?？傊?，這三類巖石的SIMS鋯石U-Pb年齡基本一致，屬于同期巖漿作用的產(chǎn)物。

4.2 鋯石O-Hf同位素組成

樣品中鋯石的O和Hf同位素分析結(jié)果見表2及圖4?；◢忛W長巖中鋯石的O同位素變化為4.6±0.2‰～5.3±0.1‰，平均值為4.8±0.2‰；英云閃長巖中鋯石的O同位素變化為4.8±0.1‰～5.3±0.2‰，平均值為5.1±0.2‰；而花崗巖中鋯石的O同位素變化為5.0±0.2‰～5.6±0.2‰，平均值為5.3±0.2‰(圖4a)?；◢忛W長巖、英云閃長巖及花崗巖的鋯石的176Lu/177Hf測試值均<0.002，表明鋯石結(jié)晶后放射性成因Hf積累較少，可代表鋯石形成時(shí)巖漿體系的Hf同位素組成(周清等，2012)。其中花崗閃長巖中鋯石的初始176Hf/177Hf比值變化為0.282758～0.2829.2，εHf(t)變化為+2.0～+7.1(圖4b)，兩階段模式年齡tDM2為741～ 1046Ma；英云閃長巖中鋯石的初始176Hf/177Hf比值較為一致，變化于0.282779～0.282887之間，通過鋯石U-Pb年齡進(jìn)行校正后得到的εHf(t)變化為+2.8～+6.5(圖4b)，兩階段模式年齡tDM2為754～995Ma；花崗巖中鋯石的初始176Hf/177Hf比值變化于0.282753～0.282859之間，εHf(t)變化為+1.8～+5.6(圖4b)，兩階段模式年齡tDM2為815～1058Ma?？傮w而言，這三類巖石中鋯石的O-Hf同位素組成不僅變化范圍較窄，而且較為相似。

表3 平潭島花崗質(zhì)巖石中黑云母的礦物化學(xué)成分(wt%)

Table 3 Chemical compositions of biotite in granitic rocks from the Pingtan Island (wt%)

測試點(diǎn)123456789101112131415161718樣品花崗閃長巖 (17PT-12)SiO237.0536.2037.3336.4537.7237.1337.4037.3336.6237.0735.8337.1336.3936.5737.7238.1237.1536.91TiO24.124.423.933.554.314.053.834.044.634.124.014.004.294.133.943.634.064.04Al2O313.1012.4413.3312.7613.0513.0812.8513.3812.7113.0113.2813.1813.3312.6412.5612.7613.1913.16Cr2O30.110.070.010.02-0.010.01---0.030.04-0.03-0.02--FeOT16.0418.4216.9118.9317.2816.3817.0915.8219.2818.2116.7216.3115.9918.4217.2017.5915.2716.06MnO0.090.230.190.150.140.140.090.170.240.240.180.230.090.240.170.210.110.09MgO14.2811.7314.2912.9713.5014.9813.2714.5512.1712.7813.8913.9214.8913.4414.0213.5014.5314.17CaO------------------Na2O0.110.140.190.130.160.140.150.200.140.170.180.210.110.170.150.120.150.17K2O8.959.059.139.338.998.968.879.019.248.949.148.869.028.958.919.008.998.99P2O5----0.01-----0.01-0.02-0.03--0.03Total93.8492.6995.3094.2995.1694.8893.5694.4995.0394.5593.2793.8694.1394.5994.6994.9493.4693.61Si5.665.695.645.645.705.615.745.655.635.685.555.675.555.625.735.785.675.65AlⅣ2.342.302.362.332.302.332.262.352.302.322.422.332.392.292.252.222.332.35AlⅥ0.0200.0100.0300.070.0300.0200.050000.060.040.03Ti0.470.520.450.410.490.460.440.460.540.470.470.460.490.480.450.410.470.47Fe3+0.420.430.360.280.460.360.460.400.390.430.300.420.340.340.420.440.430.40Fe2+1.621.991.772.171.721.711.741.602.091.911.871.661.692.031.771.791.521.65Mn0.010.030.020.020.020.020.010.020.030.030.020.030.010.030.020.030.010.01Mg3.252.753.222.993.043.383.043.282.792.923.213.173.383.083.173.053.313.24Ca000000000000000000Na0.030.040.060.040.050.040.040.060.040.050.050.060.030.050.050.040.050.05K1.741.811.761.841.731.731.741.741.811.751.811.731.751.751.731.741.751.76Fe2+/(Fe2++Mg)0.330.420.360.420.360.340.360.330.430.400.370.340.330.400.360.370.320.34MF1.221.061.201.101.161.241.161.241.051.101.191.201.251.121.181.151.251.22XMg0.610.530.600.550.580.620.580.620.530.560.600.600.620.570.590.580.630.61AlT (Total)2.362.302.372.332.332.332.332.392.302.352.422.372.392.292.252.282.372.37T(℃)751746741719748750735750749739746745759741740726753749

續(xù)表3

Continued Table 3

測試點(diǎn)123456789101112131415161718樣品英云閃長巖 (17PT-11)SiO235.1136.5935.8935.7436.6436.8736.7736.8635.0037.0736.3636.6036.7936.9136.4337.4436.6236.89TiO24.024.013.774.063.933.853.983.803.624.384.313.913.883.994.043.793.694.20Al2O313.5714.1013.7313.2813.9013.6013.9713.8014.3013.6413.4514.1113.6813.9614.2713.8513.2713.65Cr2O3-0.010.03-0.050.020.020.010.030.020.010.030.010.07-0.050.01-FeOT19.9619.1819.3719.7519.4619.8520.2220.1320.0919.4519.8618.9019.4719.7320.2619.4120.1719.34MnO0.410.450.410.460.380.470.480.540.400.450.520.460.440.460.480.510.540.41MgO10.9310.3911.6911.3411.3911.0710.9011.0611.0610.9510.5611.5911.4011.1911.0011.4611.5010.98CaO------------------Na2O0.050.050.070.080.050.060.030.050.050.100.070.100.010.030.060.090.080.09K2O9.199.349.599.499.319.529.309.509.699.539.579.569.239.459.509.239.169.42P2O50.01-----0.02--0.03---0.03-0.03--Total93.2494.194.5694.2095.1095.3295.6795.7494.2395.6294.7195.2694.9095.8196.0395.8695.0394.97Si5.545.675.575.585.625.665.635.645.485.665.645.605.655.635.565.695.655.67AlⅣ2.462.332.432.422.382.342.372.362.522.342.362.402.352.372.442.312.352.33AlⅥ0.060.240.070.020.140.130.150.130.110.120.090.150.130.150.130.170.060.14Ti0.480.470.440.480.450.440.460.440.430.500.500.450.450.460.460.430.430.49Fe3+0.340.490.300.320.420.400.430.390.250.450.410.380.440.420.380.460.370.45Fe2+2.291.992.212.262.082.152.152.192.382.032.162.042.072.092.212.012.232.03Mn0.050.060.050.060.050.060.060.070.050.060.070.060.060.060.060.070.070.05Mg2.572.402.702.642.612.532.492.522.582.492.442.652.612.552.512.602.642.51Ca000000000000000000Na0.010.010.020.030.010.020.010.020.010.030.020.0300.010.020.030.020.03K1.851.851.901.891.821.871.821.861.931.861.891.871.811.841.851.791.801.85Fe2+/(Fe2++Mg)0.470.450.450.460.440.460.460.460.480.450.470.440.440.450.470.440.460.45MF0.980.971.031.001.010.980.970.980.980.990.961.031.010.990.971.010.991.00XMg0.490.490.520.510.510.500.490.490.500.500.490.520.510.500.490.510.500.50AlT (Total)2.502.602.502.402.502.502.502.502.602.502.502.602.502.502.602.502.402.50T(℃)728724721730724719722716713736734725723724724718715732

續(xù)表3

Continued Table 3

測試點(diǎn)123456789101112131415161718樣品花崗巖 (17PT-13)SiO235.7235.3435.6735.1234.4634.6735.5135.1834.8734.4833.9634.7534.3434.7435.3136.0335.2435.43TiO23.493.643.543.693.543.533.383.233.603.343.563.393.563.263.393.023.293.20Al2O314.9314.8214.4614.5715.4415.3415.7314.7914.5515.2115.2814.9315.3815.3015.0615.4215.5415.42Cr2O3-0.340.29-0.020.030.04-0.05--0.020.060.160.01-0.680.04FeOT24.0823.5622.9123.2624.0322.9523.5023.2923.3623.5524.1523.2123.4722.9324.3123.8924.2424.12MnO1.081.001.001.000.980.971.131.021.050.981.131.101.041.051.141.061.091.15MgO6.676.786.887.236.827.036.937.577.507.306.987.506.937.127.116.946.176.56CaO------------------Na2O0.220.190.190.120.150.230.120.080.180.160.170.220.160.190.100.130.160.11K2O8.948.828.818.819.429.019.399.098.889.109.209.039.259.028.779.149.249.32P2O5-0.02-0.02--0.030.02--0.020.010.010.020.02---Total95.1594.5193.7693.8294.8693.7595.7394.2694.0394.1294.4494.1394.2093.8095.2395.6495.6495.33Si5.615.605.675.585.465.525.545.575.555.495.425.525.475.545.555.625.565.57AlⅣ2.392.402.332.422.542.482.462.432.452.512.582.482.532.462.452.382.442.43AlⅥ0.380.370.390.310.350.400.440.340.270.340.290.320.360.410.340.450.460.43Ti0.410.430.420.440.420.420.400.380.430.400.430.410.430.390.400.350.390.38Fe3+0.480.500.530.480.350.430.430.410.410.360.320.380.380.420.450.460.450.43Fe2+2.692.622.522.612.832.632.632.682.692.772.902.712.752.642.742.652.762.75Mn0.140.130.130.130.130.130.150.140.140.130.150.150.140.140.150.140.150.15Mg1.561.601.631.711.611.671.611.791.781.731.661.781.641.691.671.611.451.54Ca000000000000000000Na0.070.060.060.040.050.070.030.020.050.050.050.070.050.060.030.040.050.03K1.791.781.791.791.911.831.871.841.801.851.871.831.881.831.761.821.861.87Fe2+/(Fe2++Mg)0.630.620.610.600.640.610.620.600.600.620.640.600.630.610.620.620.650.64MF0.640.660.680.690.650.690.670.710.710.690.660.710.670.690.660.660.600.63XMg0.330.340.350.360.340.350.340.370.360.360.340.370.340.360.340.340.310.33AlT(Total)2.772.772.712.732.882.882.892.762.732.852.872.792.892.872.792.832.892.86T(℃)687695693699691692682680696685693688693681684665677673

注：陽離子數(shù)及相關(guān)參數(shù)是以 22 個(gè)O原子為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算

4.3 黑云母的成分特征

樣品中黑云母的成分分析結(jié)果見表3?；◢忛W長巖、英云閃長巖及花崗巖中黑云母的氧化物總量分別為 92.7%～95.2%、93.2%～96.0% 以及93.8%～95.7%，分析結(jié)果在允許誤差范圍之內(nèi)。其中，花崗閃長巖中黑云母的SiO2=35.8%～38.1%, TiO2=3.6%～4.6%，F(xiàn)eOT=15.3%～19.3%，Al2O3=12.4%～13.4%，MgO=11.7%～15.0%；英云閃長巖中黑云母的SiO2= 35.0%～37.4%, TiO2=3.6%～4.4%，F(xiàn)eOT=18.9%～20.3%，Al2O3=13.3%～14.3%，MgO=10.4% ～11.7%；花崗巖中黑云母的SiO2=34.0%～36.0%, TiO2=3.0%～3.7%，F(xiàn)eOT=22.9%～4.3%，Al2O3=14.5%～15.7%，MgO=6.2%～7.6%。

圖5 平潭島花崗質(zhì)巖石中黑云母的Mg-(Fe2++Mn2+)-(Fe3++AlVI+Ti4+)分類圖解(a，據(jù)Foster, 1960)及10TiO2-FeOT-MgO圖解(b，據(jù)Nachit et al., 2005)

樣品的Fe2O3及FeO含量調(diào)整采用了林文蔚和彭麗君(1994)的方法，并以22個(gè)O原子為基礎(chǔ)計(jì)算黑云母的陽離子數(shù)及其他相關(guān)參數(shù)?；◢忛W長巖的Fe2+/(Fe2++Mg)=0.32～0.43, XMg[Mg/(Mg+Fe2++Fe3+)]=0.53～0.63, MF[Mg/(Fe3++Fe2++Mg+Mn)]=1.05～1.25，Ti=0.41 ～0.54apfu， AlT=2.25～2.42；英云閃長巖的Fe2+/(Fe2++Mg)=0.44～0.48, XMg[Mg/(Mg+Fe2++Fe3+)] =0.49～0.52, MF[MF=Mg/(Fe3++Fe2++Mg+Mn)]=0.96～1.03，Ti=0.43～0.50apfu，AlT=2.41～2.64；花崗巖的Fe2+/(Fe2++Mg)=0.60～0.65, XMg[Mg/(Mg+Fe2++Fe3+)]=0.31～0.37, MF[Mg/(Fe3++ Fe2++Mg+Mn)]=0.60～0.71，Ti= 0.35～0.44apfu，AlT=2.71～2.89?？傮w而言，花崗閃長巖、英云閃長巖及花崗巖中的黑云母具有不同的礦物化學(xué)特征。根據(jù)黑云母的Mg-(AlVI+ Fe3++Ti4+)-(Fe2++Mn2+)分類圖解可以看出花崗閃長巖及英云閃長巖中的黑云母屬于鎂質(zhì)類型，而花崗巖中的黑云母則屬于鐵質(zhì)類型(圖5a)。雖然它們的類別不同，但是10TiO2-FeOT-MgO圖解指示英云閃長巖、花崗閃長巖及花崗巖中的黑云母均為原生黑云母(圖5b)。除此之外，這三類巖石中的黑云母均貧Ca以及Fe2+/(Fe2++Mg)比值較為均一(Stone, 2000)，這些特征也暗示黑云母未受到后期流體的改造，指示了其巖漿成因。綜合以上分析，黑云母在化學(xué)成分上所存在的差異并不是由巖漿后期的熱液蝕變所致，而是巖漿作用的產(chǎn)物。

5 討論

5.1 成巖時(shí)代

前人所獲得的平潭島雜巖體中角閃輝長巖的形成年齡為115.8±1.2Ma (Zhangetal., 2019)，所獲得的花崗質(zhì)巖石的形成年齡為116～125Ma (Dongetal., 1997；Lietal., 2018)。本次研究中所測得的該雜巖體中花崗閃長巖、英云閃長巖及花崗巖的形成年齡分別為116.8 ±1.0Ma、116.3±1.0Ma及117.4±1.0Ma。這一最新高精度測年結(jié)果表明這些花崗質(zhì)巖石的形成年齡不僅較為一致，而且與鎂鐵質(zhì)巖石近同時(shí)形成，均屬于早白堊世巖漿作用的產(chǎn)物。平潭雜巖體的形成時(shí)間(117～116Ma)總體上晚于長樂-南澳斷裂帶中同變形花崗巖的形成時(shí)間(130～121Ma)(Tong and Tobisch，1996；李武顯等，2003)。結(jié)合近年來的年代學(xué)研究，我們總結(jié)發(fā)現(xiàn)東南沿海地區(qū)在120～110Ma期間仍有較為顯著的鎂鐵質(zhì)-長英質(zhì)巖漿活動(dòng)(Lietal., 2015, 2018；Chenetal., 2019b；Zhangetal., 2019)，這與一直以來所認(rèn)為東南沿海在120～110Ma期間處于巖漿活動(dòng)間歇期的觀點(diǎn)存在差別(Li, 2000；Lietal., 2014a)。

5.2 成巖物理化學(xué)條件

花崗閃長巖、英云閃長巖及花崗巖中的黑云母均屬巖漿成因。因此，它們的礦物化學(xué)成分可以提供與成巖作用有關(guān)的各類物理化學(xué)信息(De Albuquerque, 1973；Nachitetal., 2005；陶繼華等，2015；杜后發(fā)等，2017；鮑新尚等，2019)。

5.2.1 溫度

圖6 平潭島花崗質(zhì)巖石中黑云母的Mg/(Mg+Fe)-Ti圖解(據(jù)Henry et al., 2005)

根據(jù)泥質(zhì)變質(zhì)巖中黑云母Ti和XMg的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，Henryetal.(2005)提出了黑云母Ti溫度計(jì)用以估計(jì)巖漿的結(jié)晶溫度：T={[ln(Ti)-a-c(XMg)3]/b}0.333(T為溫度，單位為℃)。其中，Ti的單位為apfu，是以22個(gè)O原子進(jìn)行計(jì)算；XMg為Mg/(Mg+Fe)；參數(shù)a=-2.3594，b=4.6482×10-9，c=-1.7283；適用條件為XMg=0.275～1.000，Ti=0.04～0.60apfu，T=480～ 800℃，誤差為± 25℃。Sarjoughianetal.(2015)通過研究發(fā)現(xiàn)該地質(zhì)溫度計(jì)不僅適用于泥質(zhì)變質(zhì)巖，也適用于花崗質(zhì)巖漿巖。平潭島花崗閃長巖的XMg=0.53～0.63，Ti=0.41～0.54apfu，計(jì)算得到的T=719～759℃；英云閃長巖的XMg=0.49～0.52，Ti=0.43～0.50apfu，計(jì)算得到的T= 713～736 ℃；花崗巖的XMg=0.31～0.37，Ti=0.35～0.44apfu，計(jì)算獲得的T=665～699℃。另外，黑云母的Mg/(Mg+Fe)-Ti圖解顯示，花崗閃長巖中黑云母的結(jié)晶溫度介于700～800℃，英云閃長巖中黑云母的結(jié)晶溫度介于700～750℃，而花崗巖中黑云母的結(jié)晶溫度則變化為650～700℃(圖6)，與利用上述公式計(jì)算的結(jié)果基本一致。兩種方法獲得的計(jì)算結(jié)果顯示，花崗閃長巖中黑云母的結(jié)晶溫度最高，英云閃長巖中黑云母的結(jié)晶溫度次之，花崗巖中黑云母的結(jié)晶溫度最低。

圖7 平潭島花崗質(zhì)巖石中黑云母的Fe3+-Fe2+-Mg2+圖解(a)及T(℃)-Log fO2 (bar)圖解(b)(據(jù)Wones and Eugster, 1965)

5.2.2 氧逸度

黑云母的Fe、Mg 含量與其形成時(shí)巖漿體系的氧逸度之間存在密切關(guān)系 (De Albuquerque,1973；Henryetal., 2005)。當(dāng)黑云母與磁鐵礦及鉀長石共生時(shí)，利用黑云母的Fe2+、Mg2+與Fe3+原子百分?jǐn)?shù)可用于估計(jì)其結(jié)晶時(shí)巖漿體系的氧逸度(Henryetal., 2005)。平潭島花崗閃長巖、英云閃長巖及花崗巖中的黑云母均與磁鐵礦及鉀長石共生，符合利用其礦物化學(xué)估算巖漿體系氧逸度的前提。

在黑云母的Fe3+-Fe2+-Mg2+圖解中，花崗閃長巖、英云閃長巖及花崗巖中的黑云母投點(diǎn)均落于NNO(鎳-氧化鎳)緩沖線與HM(赤鐵礦-磁鐵礦)緩沖線之間，且有越來越靠近NNO(鎳-氧化鎳)緩沖線的趨勢(圖7a)。另外，根據(jù) Wones and Eugster(1965)提出的在PH2O=2070×105Pa大氣壓條件下黑云母的T(℃)-LogfO2(bar)圖解進(jìn)行投影，結(jié)果進(jìn)一步表明平潭島花崗閃長巖中的黑云母形成時(shí)的氧逸度(fO2)為(10-11～10-13)×105Pa，英云閃長巖中的黑云母形成時(shí)的氧逸度(fO2)為(10-13～10-14)×105Pa，花崗巖中黑云母形成時(shí)的氧逸度(fO2)為(10-15.5～10-16.5)×105Pa(圖7b)?？傊?，從花崗閃長巖、英云閃長巖至花崗巖，其中的黑云母形成時(shí)氧逸度逐漸降低。

5.3 巖石成因

現(xiàn)今對花崗質(zhì)巖石常用的分類方案為ISMA型分類。前人研究表明，花崗質(zhì)巖石的成因較為復(fù)雜，其源區(qū)物質(zhì)可能有多種來源，主要包括：古老地殼物質(zhì)的重熔、新生地殼物質(zhì)的重熔、幔源巖漿的分異或它們之間相互混合的產(chǎn)物 (Skjerlie and Johnston, 1996；Altherr and Siebel, 2002；Sissonetal., 2005；Stouraitietal., 2018)。

圖8 平潭島花崗質(zhì)巖石中黑云母的MgO-Al2O3圖解(a)及MgO-FeOT-Al2O3圖解(b)(據(jù)Abdel-Rahman, 1994)

黑云母的礦物化學(xué)對花崗質(zhì)巖石的成因具有較好的指示作用(彌佳茹等，2014；郭耀宇等，2015；楊陽等，2017)。前人研究表明，黑云母的MF指數(shù) [MF=Mg/(Fe3++ Fe2++ Mg + Mn)]可用于區(qū)分Ⅰ型(同熔型，MF>0.38)和S型花崗巖(改造型，MF<0.38)(徐克勤等，1982)。平潭島花崗閃長巖、英云閃長巖及花崗巖中黑云母MF值分別為1.05～1.25、0.96～1.03及0.60～0.71，暗示它們屬于Ⅰ型花崗巖系列。另外，在MgO-Al2O3圖解及MgO-FeOT-Al2O3圖解中(圖8)，花崗閃長巖、英云閃長巖及花崗巖中的黑云母主要落于與俯沖作用有關(guān)的鈣堿性巖漿區(qū)域，進(jìn)一步表明它們屬于典型的Ⅰ型花崗巖系列。這也與平潭島部分花崗質(zhì)巖石中含有角閃石這種特征礦物以及前人從全巖分析方面得到的認(rèn)識(shí)(A/CNK=0.97～0.98)基本一致(Lietal., 2018)。

值得注意的是，東南沿海發(fā)育的絕大多數(shù)晚中生代Ⅰ型花崗巖具有較為富集的Sr、Nd同位素組成 (Jahnetal., 1990)，且一些雜巖體的鎂鐵質(zhì)—長英質(zhì)端元巖石往往具有極為相似的同位素組成(Griffinetal., 2002；Lietal., 2018)。近期研究表明，平潭島雜巖體中作為鎂鐵質(zhì)端元的角閃輝長巖具有富集Sr、Nd同位素的特征是繼承自被沉積物熔體改造的地幔楔，而非巖漿上升過程中地殼混染所致(Zhangetal., 2019)。雖然平潭島雜巖體的鎂鐵質(zhì)端元巖石與長英質(zhì)端元巖石具有極為相似的Sr、Nd同位素組成 (Lietal., 2018)，暗示了通過幔源巖漿的分異形成花崗質(zhì)巖石的可能性，但是該雜巖體的兩端元巖石之間存在較為明顯的成分間斷。比如，鎂鐵質(zhì)巖石的SiO2含量變化范圍為46%～52%(Lietal., 2018；Zhangetal., 2019)，而花崗質(zhì)巖石的SiO2含量變化范圍則為65%～76%(Xuetal., 1999；Lietal., 2018)。除此之外，平潭島及區(qū)域上其他地區(qū)的火成巖均以富Si(高Si)的巖石類型占主導(dǎo)地位?？傊?，如此巨量的長英質(zhì)巖漿不太可能通過幔源巖漿的分異來產(chǎn)生(吳福元等，2007；Gaoetal., 2016)。以往研究也表明，Ⅰ型花崗質(zhì)巖石主要是中下地殼中未經(jīng)風(fēng)化的中基性火成巖重熔的產(chǎn)物，其形成過程中可能伴有幔源組分的加入或其他地殼物質(zhì)的混染(Chappell and Stephens, 1988；Milleretal., 1988；吳福元等，2007；Gaoetal., 2016)。

圖9 平潭島及福建沿海其他地區(qū)白堊紀(jì)花崗巖類中鋯石的εHf(t)-δ18O同位素組成

圖10 平潭島早白堊世花崗質(zhì)巖石成因模式簡圖

平潭島發(fā)育的該套白堊紀(jì)花崗質(zhì)巖石具有不同于華夏地塊古老基底的全巖Sr、Nd同位素及鋯石Hf同位素組成(Lietal., 2018)，說明其并不是由古老地殼重熔而形成。除此之外，花崗閃長巖、英云閃長巖及花崗巖的鋯石O同位素組成與地幔的 (18O值(5.3±0.6‰, Valleyetal., 1998)相似，暗示其原巖在部分熔融之前沒有經(jīng)歷過特別明顯的水熱蝕變作用或者地表物質(zhì)的混染(Valleyetal., 1998；Valley, 2003；Liu and Zhang, 2013；Spenceretal., 2014)。由圖4b可以看出，花崗閃長巖、英云閃長巖及花崗巖的Hf同位素組成也遠(yuǎn)高于華夏地塊基底的Hf同位素成分(介于球粒隕石與虧損地幔演化線之間)，且它們的兩階段模式年齡tDM2分別為741～1046Ma、754～995Ma及815～1058Ma, 這進(jìn)一步指示它們的成巖物質(zhì)主要來自于年輕地殼(劉鵬等，2015；Chenetal., 2017)。近期研究表明，東南沿海其他地區(qū)分布的一些白堊紀(jì)花崗巖類也被認(rèn)為主要是由年輕下地殼物質(zhì)重熔而成，其中一些巖石在形成過程中可能還伴有古老地殼物質(zhì)的參與、幔源巖漿的加入或原巖遭受過高溫蝕變的改造，使得其鋯石O-Hf同位素組成具有較大的變化范圍(Chenetal., 2017, 2019a, b)。與東南沿海其他地區(qū)白堊紀(jì)花崗巖表現(xiàn)不同的是，平潭島花崗質(zhì)巖石的鋯石O-Hf同位素的變化范圍相對更窄，其O同位素組成與地幔值基本一致，且εHf(t)值相對其他巖體更高(圖9)。這一對比結(jié)果進(jìn)一步暗示平潭島花崗質(zhì)巖石的原巖主要來自新生的鎂鐵質(zhì)地殼物質(zhì)，其他方式對巖漿源區(qū)的物質(zhì)貢獻(xiàn)相對較少。

東南沿海在晚中生代時(shí)屬于活動(dòng)大陸邊緣，主要受到古太平洋西向俯沖作用的影響(Zhou and Li, 2000；Zhouetal., 2006；Wang and Shu, 2012；Zhangetal., 2019)。在這一動(dòng)力學(xué)背景下，幔源巖漿的底侵作用相對較為常見(Sinigoietal., 1991；Skjerlie and Johnston, 1996；Altherr and Siebel, 2002)。底侵的幔源巖漿在下地殼可能會(huì)形成“熱區(qū)”，為中下地殼物質(zhì)的熔融創(chuàng)造條件(Schubertetal., 2013；Flinders and Shen, 2017)。在這一過程中，中下地殼古老的基底巖石會(huì)不斷地被破壞并逐漸被置換掉，使得中下地殼最終具有類似新增生弧的同位素組成(Guoetal., 2019)。這也與前人所認(rèn)為的白堊紀(jì)幔源巖漿的底侵作用改變了東南沿海地區(qū)原先下地殼的性質(zhì)，使其物質(zhì)組成由古老變?yōu)橄鄬^年輕的認(rèn)識(shí)相一致(Lietal., 2012；Chenetal., 2017)。隨后繼續(xù)底侵于下地殼的幔源巖漿在降溫過程中會(huì)向中下地殼釋放大量的熱和水，有助于早期侵位于下地殼的鎂鐵質(zhì)巖石再次發(fā)生熔融 (Atherton and Petford, 1993；Annen and Sparks, 2002；Jacksonetal., 2003；Zhengetal., 2007；Wangetal., 2017；Zhouetal., 2018)。前人研究也表明，這一過程中水的加入會(huì)顯著降低巖石的固相線，使得中下地殼原巖發(fā)生熔融的溫度降低，進(jìn)而導(dǎo)致其熔融所形成的熔體具有相對較低的溫度(<800℃)(Collinsetal., 2016)。對于平潭島花崗質(zhì)鈣堿性巖石而言，使用Watson and Harrison (1983) 提出的巖石鋯飽和溫度計(jì)算公式得到平潭島花崗質(zhì)巖石的TZr(℃)變化范圍為 665～759℃(Xuetal., 1999；Lietal., 2018)。平潭島花崗質(zhì)巖石總體上具有“低溫花崗巖”的特征，這也與Collinsetal.(2016)的認(rèn)識(shí)基本一致。

在鈣堿性巖漿演化過程中，隨著巖漿分異作用的進(jìn)行，演化巖漿的溫度及MgO含量一般會(huì)逐漸降低。巖漿演化過程中理化性質(zhì)的這種變化也會(huì)被記錄在礦物中。平潭島花崗閃長巖與英云閃長巖中的黑云母均落于高M(jìn)g黑云母區(qū)域，而花崗巖中的原生黑云母則有更低的Mg含量并落于高Fe黑云母區(qū)域(圖5a)。從花崗閃長巖、英云閃長巖至花崗巖，其中黑云母的Fe含量(分別為1.95～2.48、2.42～2.63及3.05～3.22)及Fe/(Fe+Mg)比值(分別為0.37～0.47、0.48～0.51及0.63～0.69)均逐漸升高。這種Fe富集的趨勢可能暗示了鈣堿性巖漿演化過程中的逐漸降溫(Dodgeetal., 1969；De Albuquerque, 1973；Bónováetal., 2010)。另外，從花崗閃長巖、英云閃長巖至花崗巖，其中黑云母形成時(shí)所反映的巖漿體系的氧逸度也逐漸降低(圖7)，這也與鈣堿性巖漿分異演化的趨勢基本一致(De Albuquerque, 1973)。

自20世紀(jì)末以來，殼幔巖漿混合模型一直在解釋東南沿海晚中生代巖漿作用成因中受到廣泛應(yīng)用(Dongetal., 1997；邢光福和陶奎元，1998；楊金豹等，2013)。 Griffinetal.(2002)通過對鋯石原位Hf同位素的分析也認(rèn)為平潭島花崗質(zhì)巖石中變化較大的Hf同位素組成是由于殼幔巖漿混合作用而引起的。但是其所分析測試的鋯石顆粒具有極高的Yb及U含量，這會(huì)對Hf同位素的準(zhǔn)確測定產(chǎn)生極為嚴(yán)重的干擾。因此前人給出的鋯石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)質(zhì)量不太可靠，不能作為殼幔巖漿混合的有力證據(jù)。與之相反，本次研究結(jié)果恰恰表明平潭島各類花崗質(zhì)巖石中鋯石的原位O-Hf同位素組成整體上變化較小，且不同巖石類型的鋯石O-Hf同位素組成較為一致。除此之外，花崗質(zhì)巖石中其他礦物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征(如礦物中缺乏反環(huán)帶等)也不支持顯著的殼幔巖漿混合作用(Zhangetal., 2020)?？傊陨线@些因素都不支持平潭島花崗質(zhì)巖石主要是由殼幔巖漿混合作用而形成。雖然殼幔巖漿混合作用在局部地區(qū)可能存在，但是鑒于殼幔熔體間巨大的密度差及粘度差等原因，其在花崗質(zhì)巖石形成過程中所起的作用應(yīng)該十分有限(Folch and Martí, 1998；張旗等，2007；Gaoetal., 2016)。與殼幔巖漿混合作用相比，新增生年輕地殼物質(zhì)在底侵幔源巖漿的不斷墊托下發(fā)生的重熔作用對于東南沿海白堊紀(jì)花崗巖類的形成可能更為重要。平潭雜巖體中花崗質(zhì)巖石的形成主要是這些新增生地殼物質(zhì)熔融而成的巖漿又經(jīng)歷不同程度分異演化的結(jié)果(圖10)。

6 結(jié)論

綜合本文對東南沿海平潭島白堊紀(jì)花崗質(zhì)巖石的研究結(jié)果，我們得到了如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

(1)SIMS鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示花崗閃長巖、英云閃長巖和花崗巖分別侵位于116.8±1.0Ma、116.3±1.0Ma及117.4±1.0Ma，它們與鎂鐵質(zhì)侵入巖一同構(gòu)成了完整的平潭島雜巖體，屬于早白堊世巖漿作用的產(chǎn)物。

(2)花崗閃長巖、英云閃長巖及花崗巖中鋯石類似地幔值的O同位素組成(平均值分別為4.8±0.2‰、5.1±0.2‰ 及5.3±0.2‰)、較高的εHf(t)(分別為+2.0～+7.1、+2.8～+6.5及+1.8～+5.6)及較年輕的兩階段模式年齡(分別為741～1046Ma、754～995Ma及815～1058Ma)指示它們的熔融源區(qū)主要為新增生的年輕地殼物質(zhì)。華夏地塊古老基底物質(zhì)對源區(qū)的貢獻(xiàn)很少。

(3)花崗閃長巖、英云閃長巖及花崗巖中的黑云母均為原生黑云母，它們均結(jié)晶自Ⅰ型花崗質(zhì)巖漿。其中，花崗閃長巖及英云閃長巖中的黑云母屬鎂質(zhì)類型，而花崗巖中的黑云母則屬鐵質(zhì)類型。從花崗閃長巖、英云閃長巖至花崗巖，其中的黑云母結(jié)晶溫度及所反映的巖漿體系氧逸度逐漸降低，這與鈣堿性巖漿分異演化的趨勢基本一致。

(4)綜合鋯石O-Hf同位素、黑云母礦物化學(xué)及區(qū)域地質(zhì)資料表明，平潭島雜巖體中的花崗質(zhì)巖石應(yīng)該形成于古太平洋俯沖背景，其熔融源區(qū)主要為幔源巖漿底侵作用下形成的年輕地殼物質(zhì)?；◢徺|(zhì)巖石內(nèi)部巖性的差別主要是母巖漿經(jīng)歷不同程度分異演化的結(jié)果，殼幔巖漿混合作用的影響較為有限。

致謝感謝中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室夏小平研究員、楊亞楠及張樂博士在SIMS鋯石U-Pb測年及O-Hf同位素測試過程中給予的幫助；同時(shí)感謝中山大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院尹常青教授及錢嘉慧副教授在電子探針分析測試過程中提供的支持。陳璟元博士及匿名審稿人對本文的修改提出了極為寶貴的建議與意見，在此對他們表示衷心的感謝！