花岗质侵入岩作为组成大陆地壳的重要组成部分[1],是探索大陆岩石圈结构、组成与演化的有效探针。新的研究表明,地幔不仅在热量而且在物质组成上对花岗岩形成过程中起了重要的作用[1-4]。因此,开展花岗岩成因机制研究对于深入理解壳-幔相互作用以及揭示大陆地壳演化具有重要的意义。目前关于花岗岩成因仍存在广泛争议,包括壳源、幔源或壳幔混合等成因机制[1, 4-7]。研究表明,主微量元素在岩浆混合过程中会与同位素发生解耦,不同类型岩浆的Sr、Nd同位素很容易达到均一化,因此很难利用花岗岩全岩的Sr-Nd同位素来甄别岩浆混合和壳幔相互作用[8-9]。然而,锆石原位微区Hf同位素组成可以详细地记录岩浆混合和分异演化过程中同位素组成变化,从而有效地识别地幔在花岗质侵入岩形成过程中的贡献,成为研究壳幔相互作用的重要手段之一[3, 10-13]。

淼哥放下书，揉揉肩膀：“就像有人信誓旦旦地说自己是在街头，被人拍了一下肩膀，然后就被人迷倒了一样。大都是贪心被人钻了空子，不好意思说自己傻，就找了个幌子，说自己被麻醉了。

海南岛普遍发育二叠纪花岗质岩石(图1), 是揭示海南岛晚古生代构造演化的关键。 前人对海南岛二叠纪花岗岩进行了锆石U-Pb年代学和地球化学研究。 SHRIMP及LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明, 海南岛中南部五指山及其邻区花岗质岩石年龄在278～262 Ma[14-17]。 最新的研究表明, 五指山及其邻区二叠纪花岗质岩石普遍具有相对高的全岩εNd(t)值(-7.7～-2.8)[14-15]和锆石Hf同位素εHf(t)值(-3.7～+2.8)[17],同时岩体普遍含有暗色包体,暗示了极有可能存在幔源物质的参与,即壳幔相互作用在海南岛二叠纪花岗质岩形成过程中起到了重要的作用。相比较,目前关于海南岛西北部二叠纪岩体的高精度同位素年代学和地球化学研究较为薄弱,制约了研究者对壳幔相互作用的时空演化规律的深入理解。本文以海南岛北部儋州大岭岩体为研究对象,通过精细的LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学和原位微区Hf同位素组成分析,以揭示大岭岩体的侵入时间和岩石成因,进一步理解壳-幔岩浆混合作用在海南岛二叠纪侵入岩形成中的作用。

综上所述，路线设计对山区二级公路改扩建有重要作用和影响，本项目通过对路线的科学设计，达到预期努力打造“畅、安、舒、美”公路工程的目标，在路线设计中采用的理论、方法都有良好的参考借鉴价值。

1 地质背景和岩体特征

海南岛岩浆活动强烈,岩浆岩分布广泛,具有多期次活动特征(图1)。侵入岩占全岛面积的51%,喷出岩占全岛面积的13%。侵入岩以中-酸性岩为主,其中以二叠纪—三叠纪花岗岩类分布最为广泛,占全岛面积的40%;其次为白垩纪花岗岩类,岩性主要为花岗闪长岩和黑云母二长花岗岩。喷出岩以新生代玄武岩为主,主要分布在王五-文教断裂以北。此外,有少量的元古代和早古生代花岗岩和基性-超基性火山岩出露[18]。

（1）查看资料是否齐全，有无出厂资料、图纸、铭牌等，查看使用参数与设计参数是否一致，有无超压超温使用现象。

  

图1 海南岛地质简图及采样位置(据文献[19])Fig.1 Simplified geological map and sample location of Hainan Island

  

图2 大岭岩体野外露头和暗色包体照片Fig.2 Outcrop images and mafic microgranular enclaves of Daling intrusion

本次工作选取闪长岩样品09HN19的25粒锆石进行U-Pb年代学分析。透反射光图像显示,大部分锆石以浅棕、浅褐及褐色为特征,以半透明为主,晶体自形程度较高,多为柱状或短柱状,颗粒长度50～150 μm,长宽比为1～3。CL图像显示(图3),大部分锆石具有岩浆振荡环带,且部分具有核部结构,少数具有扇形分带结构,显示典型岩浆成因锆石特征。

2 分析方法

Lu-Hf同位素组成测定用采用176Lu/175Lu=0.026 69[24]和176Yb/172Yb=0.588 6[25]进行同位素异位干扰校正计算测定样品的176Lu/177Hf和 177Hf/177Hf值。在样品测定期间,以标样91500作为外部标准,其176Hf/177Hf推荐值为0.282 307 5±58 (2σ)[26], Mon-1、GJ-1作为外部参考标准, 其 176Hf/177Hf推荐值为0.282 739±26 (2σ)[27]和0.282 015±19 (2σ)[28]。 εHf的计算采用176Lu的衰变常数为1.867×10-11/a[29]。 εHf(t)和Hf模式年龄计算中采用的球粒陨石和亏损地幔的176Hf/177Hf值分别为0.282 772[30]和0.283 25[11],二阶段模式年龄计算中采用平均地壳的fcc为-0.55[11]。

样品采自于海南儋州西庆农场采石场, 为代表性的新鲜样品。 锆石的分选、 制靶及透、 反射光照相流程参见文献[17]。 锆石阴极发光图像在中国科学院广州地球化学研究所同位素国家重点实验室JXA-8100电子探针仪器上完成, 分析电压为15 kV, 电流为3×10-8 A; 锆石U-Pb定年及Lu-Hf同位素测定工作均在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。 锆石U-Pb定年工作所用的等离子体质谱仪(ICP-MS)为美国Varian公司生产的820-MS型; 原位Lu-Hf同位素测定采用英国Nu Instruments公司生产的Nu Plasma HR多接收器电感耦合等离子质谱仪(MC-ICP-MS)。 激光剥蚀系统为德国MicroLas公司生产的GeoLas 200M。 使用同一台激光剥蚀系统对锆石样品进行一次性剥蚀, 且分别由ICP-MS与MC-ICP-MS两台仪器同时采集U-Pb与Lu-Hf同位素信号进行测定[20]。 详细的实验流程和仪器组成、参数可参见文献[17,19,21]。 数据处理采用GLITTER 4.4程序[22]; 加权平均年龄及谐和图的绘制采用ISOPOLT 3.0[23]完成, 分析及计算误差均为1σ。

3 分析结果

3.1 锆石U-Pb年代学

岩石类型为细中粒斑状闪长岩-花岗闪长岩,深灰色, 似斑状结构, 弱叶理构造。斑晶以钾长石为主,粒径7～15 mm, 含量8%, 具弱反环带构造。矿物组成为石英(15%～23%), 斜长石(48%～55%), 钾长石(19%～23%), 黑云母(5%～8%)及角闪石(3%～7%)。 副矿物主要为磷灰石、 磁铁矿、 锆石、 绿帘石等。 本文分析的样品09HN19具有相对低的SiO2(53.25%)和MgO(3.91%), 但相对高的Al2O3(17.32%)(9.21%)、 CaO(7.01%)和K2O(3.05%), 具有钾玄质岩石特征[19]。样品的轻稀土元素相对富集,重稀土相对亏损, 整体呈右倾型稀土配分模式特征,Eu负异常,暗示了斜长石的分离结晶作用。微量元素上, 样品相对亏损Nb、 Ta、 P和Ti, 相对富集Ba、 Rb、 Th、 U和Pb, 具有类似弧岩浆的微量元素特征[19]。

锆石U-Pb同位素分析结果见表1,年龄谐和图见图4a。锆石U含量变化范围为(176～1 541)×10-6,Th/U值为0.10～0.91, 是典型岩浆锆石的U含量和Th/U值范围。在U-Pb谐和图中,所有分析点均落谐和线上,表明这些锆石形成以来,U-Pb体系保持封闭, 没有发生放射成因Pb或U的丢失或加入。 25个分析点206Pb/238U表观年龄为259～250 Ma, 加权平均年龄为255.7±1.9 Ma(置信度95%, MSWD=0.18)。 该年龄代表了大岭闪长质岩体的侵位年龄。

本次研究的大岭岩体出露于儋州市西庆农场一带(图1),呈不规则状北东向展布,西北部侵入志留系下统陀烈组,东南部与早三叠世侵入体呈侵入接触关系。岩体中叶理构造不甚发育,含有少量中基性暗色包体(图2)(w(SiO2) 48.49%～54.75%,笔者最新工作获得的数据, 尚未发表)。叶理主要由黑云母、长石斑晶、包体长轴的优选方向显示,走向NE35°左右。暗色包体一般呈灰-深灰色,椭圆、透镜状、次圆状,少量被压扁拉长呈长条状,个体小,一般为0.5 cm×4.4 cm×7 cm,个别长轴达10～20 cm。包体分布不均匀,与寄主岩界线清楚,内部偶见少量长石斑晶。

  

图3 大岭岩体锆石阴极发光照片Fig.3 Cathodoliminescence images of zircon grains from Daling intrusion

  

图4 大岭岩体锆石U-Pb谐和图(a)和εHf(t)值随时间的演化规律图解(b)Fig.4 U-Pb concordia diagram (a) and εHf(t)-t diagram (b) of zircons from Daling intrusion

3.2 锆石Lu-Hf同位素

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本次工作选取8粒锆石进行Lu-Hf同位素测试, 分析结果见表2, εHf与TDM频谱图见图4b、图5。所有锆石分析点的176Lu/177Hf值均小于0.002,暗示锆石在结晶后具有极少量的放射成因Hf积累。8个分析点176Hf/177Hf值变化于0.282 485～0.282 612,相应的εHf(256 Ma)为-4.7～-0.2, 二阶段Hf模式年龄(TDM2)变化于1.29～1.07 Ga。

  

图5 大岭岩体εHf(t)值与二阶段Hf模式年龄(TDM2)分布特征图解Fig.5 Probability density plot of εHf(t) and two-stage model age(TDM2) of zircon grains from Daling intrusion

4 讨 论

4.1 花岗岩年代学特征

大岭闪长质岩体普遍发育相对高εHf(256 Ma)值(-2.8～-0.2)锆石,表明在岩浆过程中除了古老地壳组分外,还存在具有高εHf(t)和εNd(t)值的基性端元组分的参与,例如新生地壳、新生岩石圈地幔或软流圈地幔。然而,目前海南岛没有任何二叠纪新生地壳形成的证据。如前所述,大岭闪长质岩体具有钾玄质特征(w(K2O)>3.0%)。 研究表明, 海南岛五指山地区早二叠世(272 Ma)侵入岩同样具有钾玄质特征, 而且具有相对高的初始Sr同位素比值(87Sr/86Sr272 Ma=0.708 59～0.714 25)和εNd(272 Ma)值(-7.49～-2.77)[14]。谢才富等[14]认为该套钾玄质岩石起源于遭受俯冲板片析出流体-熔体交代的EMII型地幔源区,而且熔体在上升过程中发生了地壳物质的混染作用。大岭闪长质岩体的εNd(256 Ma)值(-5.8)与五指山地区二叠纪钾玄质侵入岩以及中酸性侵入岩的εNd(t)值(-7.7～-2.77)[14-15]相一致, 暗示其很可能亦起源于EMII型地幔源区。 大离子亲石元素(Ba、 Rb、 Th和K等)相对富集和高场强元素(Nb、 Ta和Ti)相对亏损的特征也反映了大岭闪长质岩体地幔源区遭受俯冲析出流体-熔体的富集交代作用。因此,大岭岩体岩浆很可能来源于经历富集交代的相对年轻的岩石圈地幔的部分熔融。最新的研究表明,海南岛南部二叠纪志仲岩体具有相对高的锆石εHf(272 Ma)值(-3.7～+2.8),也反映了在志仲岩体岩浆过程中存在新生地幔物质的加入[17]。这表明新生幔源物质在海南岛二叠纪花岗质岩形成过程中的贡献不可忽视。综合以上讨论,本文推测相对年轻的富集交代岩石圈地幔来源的基性岩浆与海南岛中-新元古代结晶基底火成岩来源的酸性岩浆发生混合,形成大岭闪长质岩浆。低εHf(256 Ma)值锆石可能代表了结晶基底火成岩来源的岩浆成分, 而高εHf(256 Ma)值锆石是基性和酸性岩浆混合作用后再结晶的。因此,壳-幔岩浆混合成因模式可以很好地解释大岭闪长质岩体锆石微区Hf同位素组成变化以及全岩元素地球化学特征。大岭岩体普遍发育中基性暗色包体正是这一成因模式有力的佐证,但仍有待深入研究。

 

表1 大岭岩体(09HN19)锆石U-Pb同位素测试结果

 

Table 1 Zircon U-Pb isotope test results for sample 09HN19 from Daling granite

  

测点wB/10-6PbThUTh/U同位素比值207Pb/206Pb±1σ207Pb/235U±1σ206Pb/238U±1σ表面年龄t/Ma 207Pb/206Pb±1σ207Pb/235U±1σ206Pb/238U±1σ0111482610.180.047 550.003 630.268 430.020 070.040 130.000 8876174241162545 02474811 0350.460.048 580.002 850.275 750.015 410.040 300.000 6612813324712255403151043370.310.048 800.003 920.281 940.022 320.040 930.001 021391782521825960414893240.270.051 170.004 190.295 370.024 980.041 010.001 162561862632025970513792960.270.050 360.004 120.286 840.022 590.040 600.000 8721319125618257506373608030.450.048 310.003 020.280 060.017 040.040 510.000 6612213525114256407363047990.380.049 590.003 160.290 960.017 820.040 910.000 711761482591425840811462640.180.051 060.003 700.292 010.020 350.039 870.000 8724319426016252509483171 1220.280.049 970.003 590.291 350.019 310.040 310.000 7119516826015255410524811 1530.420.048 880.004 080.287 200.021 590.040 560.000 7714318525617256511771 4061 5410.910.049 650.003 320.286 640.017 560.040 310.000 6618915725614255412452061 0540.200.050 500.003 380.294 020.018 870.040 770.000 6721715626215258413382218770.250.053 920.003 530.304 490.018 650.040 030.000 6236914827015253414604321 3600.320.047 820.002 720.275 680.015 060.040 920.000 7010012024712259415553781 2550.300.050 470.003 050.285 880.016 930.040 320.000 6721713625513255416322607230.360.053 220.003 320.297 350.018 020.040 190.000 76339141264142545178251760.140.050 570.004 880.290 470.028 120.040 960.000 9722021125922259618161023360.300.053 870.003 610.306 910.019 540.041 260.000 9436515227215261619658261 3220.630.051 150.002 670.288 700.014 630.040 210.000 6025612025812254420433799340.410.050 330.002 860.285 030.016 130.040 130.000 7320913625513254521403188930.360.049 490.002 540.282 250.014 380.040 470.000 7017211625211256422523771 1690.320.047 410.002 410.270 760.014 000.040 420.000 637810924311255423513501 1360.310.051 210.002 700.294 200.016 890.040 560.000 9225012226213256624464909960.490.047 610.002 610.271 640.014 980.040 460.000 66801262441225642512292830.100.050 350.004 030.287 250.023 950.040 600.001 05213187256192577

 

表2 大岭岩体(09HN19)锆石Hf同位素测试结果

 

Table2 Zircon Hf isotope test results for sample 09HN19 from Daling granite

  

Spott/Ma176Yb/177Hf176Lu/177Hf176Hf/177Hf2σεHf(0)εHf(t)2σTDM1/GaTDM2/GafLu/Hf 012560.027 8430.000 8520.28 2561 4130.000 015-7.4-2.00.50.971.16-0.97 022560.020 7710.000 8260.282 605 8570.000 039-5.9-0.41.40.911.08-0.98 032560.041 4870.000 9490.282 612 2830.000 019-5.6-0.20.70.911.07-0.97 042560.021 4480.000 5640.282 556 3760.000 018-7.6-2.10.60.971.16-0.98 052560.035 6530.000 8860.282 484 6660.000 019-10.2-4.70.71.081.29-0.97 062560.040 2600.001 0100.28 254 0080.000 019-8.2-2.80.71.011.20-0.97 072560.020 0200.000 5510.282 585 2680.000 024-6.6-1.10.90.931.11-0.98 082560.042 5450.001 0450.282 549 2920.000 019-7.9-2.40.71.001.18-0.97

4.2 岩石成因

由于锆石具有高的封闭温度[31-32],锆石Hf同位素组成可以详细记录岩浆混合和分异演化过程中的同位素组成变化,因此可以有效地示踪岩浆混合,壳幔相互作用以及源区组成与演化[3,11]。如图6a和表2所示,大岭闪长质岩体多数锆石颗粒具有高的εHf(256 Ma)值(-2.8～-0.2)。 但少数颗粒的εHf(256 Ma)值(-4.7)相对较低,两者最大相差约4.5。 它们的二阶段Hf模式年龄也略有不同,分别为1.20～1.07 Ga和1.29 Ga(表2)。大岭闪长质岩体锆石Hf同位素组成的变化暗示其源区组成具有不均一性或者在形成过程中发生了岩浆混合作用。

按照εHf(t)=1.34×εNd(t)+2.82的相关性公式[33], 可以计算得到低εHf(256 Ma)值锆石的εNd(256 Ma)值为-5.6, 与实验分析所获得的大岭闪长质岩体全岩εNd(256 Ma)值(-5.8)(图6b)[19]十分接近。海南岛出露的结晶基底岩石为元古代抱板群,其主要由片麻岩、片岩和片麻状花岗质岩组成[34-38]。依据已测得的现今Sm-Nd同位素组成[35-36, 38]及其衰变系数,运用放射性衰变公式,算出抱板群中新元古代(1.4～1.0 Ga)片麻状花岗闪长岩-花岗岩的εNd(256 Ma)值为-7.42～-4.19, 而古元古代(1.7 Ga)变质沉积岩的εNd(256 Ma)值为-22.34～-12.39, 二者变化范围较大。 由此可见, 大岭岩体的全岩εNd(256 Ma)值落在了1.4～1.0 Ga片麻状花岗闪长岩-花岗岩演化到256 Ma时的εNd值范围内(图6b)。 结合锆石Hf二阶段模式年龄(1.29～1.07 Ga), 这一特征暗示了大岭岩体很可能由这些结晶基底花岗闪长-花岗质岩石重熔而成。 然而, 大岭岩体中高εHf(256 Ma)值锆石的εNd(256 Ma)值为-4.19～-2.25, 明显高于其全岩εNd(256 Ma)值(-5.8)以及中新元古代片麻状花岗质岩石全岩εNd(256 Ma)值(-7.42～-4.19)。 尽管海南岛中新元古代结晶基底火成岩的同位素组成具有明显的不均一性, 但其变化范围仍不能很好地解释大岭岩体锆石Hf-Nd同位素组成的变化特征, 尤其是高εHf(256 Ma)值锆石的出现。 而且海南古老结晶基底火成岩主要为花岗闪长岩-花岗岩, 其部分熔融和分离结晶作用难以形成大岭闪长质侵入岩(w(SiO2)=53.25%)。 因此, 本次研究的大岭岩体不可能直接由海南岛中-新元古代花岗质岩重熔而成。

2.2.9.3 发病条件。禾草离蠕孢在夏季湿热条件下侵染牧草；当气温升至20 ℃左右时，只发生叶斑，随着温度升高，叶斑越明显。当气温升至29 ℃以上且高湿时，表现严重叶枯并出现茎腐、茎基腐和根腐，造成病害流行。

本次研究获得的大岭闪长质岩体样品的锆石U-Pb年龄为255.7±1.9 Ma, MSWD为0.18, 反映了该年龄精度高、 可靠性大, 所以大岭闪长质岩体应形成于约256 Ma。 研究表明, 海南岛中南部五指山及其邻区中酸性侵入岩主要形成于早中二叠世(278～262 Ma)[14-17]。本次研究的大岭岩体位于海南岛北部,即昌江-琼海断裂以北,其锆石U-Pb年龄为256 Ma(图4a),即形成于晚二叠世。结合已有的资料[19],本次分析结果表明,海南岛中南部二叠纪中酸性侵入岩形成时间较早,同时持续时间较长(278～254 Ma)。相比较,海南岛北部中酸性侵入岩形成时间相对较晚, 持续时间较短(265～254 Ma)。锆石U-Pb年代学结果反映海南岛二叠纪侵入岩的形成年龄整体上从南向北年轻化。

  

图6 海南岛二叠纪侵入岩εHf(t)和εNd(t)值随着时间变化规律图解(中二叠世钙碱性岩体及早二叠世钾玄质岩体数据引自文献[17])Fig.6 εHf(t)-t and εNd(t)-t diagrams of Permian intrusions on Hainan Island

4.3 地质意义

根据本文的锆石Hf同位素组成特征,幔源岩浆和结晶基底火成岩重熔的酸性岩浆之间的混合作用很可能是海南岛二叠纪中-酸性侵入岩的主要成因。然而,目前关于海南岛二叠纪侵入岩的形成构造背景仍存在广泛的争议[14-15, 17]。值得注意的是,海南岛二叠纪侵入岩中不仅有典型钙碱性I型花岗岩[15],而且出现钾玄质中性侵入岩[14]。钾玄质岩石常产出于岛弧以及活动大陆边缘环境[39],但也有少数钾玄质岩石产于板内环境[40]或者形成于陆陆碰撞至后碰撞阶段[14, 41]。大岭岩体钾玄质闪长岩的微量元素特征与俯冲有关的钾玄质岩浆的特征相似,暗示了其可能起源于俯冲的构造背景。综合岩相古地理和岩石地球化学特征,Li等[15]也提出海南岛二叠纪侵入岩形成于大陆弧环境,并且认为其为古太平洋板块西向俯冲作用的产物。然而,一系列的证据表明海南岛二叠纪岩浆作用很可能与特提斯洋闭合及随后的印支与华南板块的碰撞拼合有关[14, 16, 42]。

首先,海南岛二叠纪花岗岩形成时代跨度亦大,早、中、晚二叠世均有发育,与三江构造带所发育的花岗岩可以进行对比[17]。相比较,华南内陆及东南沿岸极少发育二叠纪岩浆活动。显然,古太平洋板块的西向俯冲很难解释这些岩浆作用的时空特征。其次,海南邦溪、晨星、美子林等地发育晚古生代变基性火山岩,具有与洋中脊玄武岩类似的微量元素和Nd同位素组成,暗示其可能形成于大洋环境[43-44]。这与金沙江-双沟-Song Ma蛇绿岩在形成时代(360～300 Ma)上基本一致,可能代表了东古特提斯洋东南侧的残片[45]。最后,海南岛二叠纪花岗岩以及一些古老的前寒武纪岩石中普遍发育与三江构造带走向一致的印支期NW向定向构造,如琼西公爱及五指山地区NW右行韧性剪切带,其变形年龄为242～245 Ma[46-47]。这与三江构造带和越南Truong Son造山带所发育的258～240 Ma NW向右行剪切带在变形时序及构造样式上都非常相似[48-49]。海南岛所存在的NW向韧性构造变形带可能是印支板块与华南板块之间NW向构造体系的南延部分,是古特提斯洋闭合、板块碰撞演化过程中所留下的痕迹。

5 结 论

(1)海南岛大岭闪长质岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为255.7 ± 1.9 Ma,反映其形成于晚二叠世。综合已有的同位素年代学资料,海南岛二叠纪侵入岩整体上从南向北显示年轻化的趋势。

(2)大岭岩体锆石εHf(t)值(-4.7～-0.2)的变化范围较大,结合全岩地球化学特征,认为大岭闪长质岩体不可能直接由海南岛中-新元古代结晶基底火成岩重熔而成,而很可能是相对年轻的富集岩石圈地幔来源的基性岩浆与海南岛中-新元古代结晶基底火成岩来源的酸性岩浆发生混合作用的结果。

(3)海南岛二叠纪中-酸性侵入岩的形成很可能主要受控于特提斯构造域。

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