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桂西北地区摩天岭和元宝山花岗岩 岩石地球化学及其成因研究 摘要 研究区位于扬子板块和华南板块边缘。华南扬子地块周边大面积出露新元古 代火成岩，尤其桂北地区广泛发育新元古代花岗岩及与之相伴生的镁铁质一超镁 铁质岩石，其中镁铁质一超镁铁质岩石在空间上与长英质岩石紧密关联。本文在 大量野外地质调查工作的基础上，通过主元素、微量元素和稀土元素地球化研究 以及锆石年代学测定，探讨了桂西北地区岩浆岩和变余沉积岩系的岩石地球化学 特征和大地构造环境。 桂北中一新元古代时期由于“陆间小洋盆”的俯冲，在扬子板块的东南缘先 后形成了“四堡弧”和“龙胜弧”，小洋盆闭合时发生有限的消减作用，然后 进入陆内俯冲造山阶段。镁铁质一超镁铁质岩和花岗岩类以及变质岩主元素和微 量元素图解，均具有岛弧成因特征，花岗岩同时还具有同碰撞花岗岩成因特征。 镁铁质一超镁铁质岩、花岗闪长岩、黑云母花岗岩和四堡群变质岩具有相同 的主元素、稀土元素和微量元素特征，表明岩浆熔体经历了高度的分离结晶作用， 推断火成岩可能遭到地壳( 四堡群) 混染，镁铁质一超镁铁质岩和花岗岩岩浆物 质具有同源性。 根据火成岩的侵入关系、造岩矿物和副矿物的组成以及岩石地球化学特征。 研究表明本区火成岩成岩序列为：镁铁质一超镁铁质岩一花岗闪长岩一黑云母花 岗岩。 丹洲群变余沉积岩系和火成岩稀土元素配分曲线和微量元素标准化图解基 本一致，丹洲群的稀土含量高于火成岩。根据丹洲群锆石c l 图像和年龄，推断 镁铁质一超镁铁质岩，花岗闪长岩和黑云母花岗岩可能是丹洲群的源区岩性。丹 洲群的沉积下限年龄不高于7 6 6 0 4 4 m a 。 关键词：摩天岭元宝山花岗岩岩石地球化学成因 t h er e s e a r c ho nt h ep e t r o l o g i c a lg e o c h e m i s t r ya n dg e n e s i s o ft h em o t i a n l i n ga n d 、m a n b a o s h a ng r a n i t e s i nt h en o r t h w e s to fg u a n g x i a b s t r a c t t h er e s e a r c ha r e ai sl o c a t e da tt _ h ey 趿g t z ep l a t ea l r l ds o u t h c h i n ap l a t em a r g i n 。 t h en e o p r o t e r o z o i cl a r g e a r e ai g n e o u sr o c k s 、杌d e l ys p r e a di ny r a n 甜z eb l o c ko fs o u t h c h j n a p a n i c u l a r l v t h en e o p r o t e r o z o i cg r a m t e sa n da s s o c i a t e dm a f i c u l t r a m a f i cr o c k s a r ew i d e l yd e v e l o p e di nn o r t h e ma r e ao fg u a n g x i t h e r ea r ec l o s e1 i n k so ft i m ea n d s p a c eb e t w e e nm a f i cr o c k sa n dg a b b r o i n t m s i o n s t h en o r r t h e ma r e ao fg u a n g x ia r e i d e a ls i t e so fs t u d v i n gr e l a t i o n s l l i pb e 附e e nm a n c u l t r 锄a f i cr o c k sa n dg r a n i t i c m a g m a t i s m t l l i sp a p e rd i s c u s st e c t o n i ce n v i r o m n e ma n dp e t r o l o g i c a lg e o c h e m i s t r ) r c h a r a c t e r i s t i c so fi g n e o u sr o c k sa n ds e d i m e n t a r yr o c k sf r o mt h en o r t h e ma r e ao f g u a i l g ) ( io nt h eb a s i so fal a r g en u m b e ro ff i e l dg e 0 1 0 西c a lw o r ka n dt h es t u d i e so f m 萄o re l e m e n t s ，t r a c ee l e m e n t sa 1 1 dz i r c o na g e d u et ot h et h em e s o p r o t e r o z o i ca n dn e o p r o t e r o z o i cs u b d u c t i o no f “t h es m a l l i n t e 卜c o n t i n e n t a ls e ab a s i n f r o ms o u t h e s t e mg u a n g ) 【i ”s i b a oa r c ”a n d ”l o n g s h e n g a r c ”a r ef o n n e di ns o u 也e my 撕g t z ep l a t es u c c e s s i v e l y l i m i t e dsu _ b d u c t i o nh a p p e n s w h e nt h es m a l lo c e a l lb a s i nc l o s e s ，a 1 1 dt h e ni n t r a c o n t i n e n t a ls u b d u c t i o no r o g e n yt a ：k e p a l c e d i a g r 锄so fm a jo re l e m e m sa n d 仃a c ee l e m e m so fm a f i c u l t r 锄a f i cr o c k s ， 盯撕t e s 锄dm e t a m o r p h i cr o c k ss h o wc h a r a c t e r i s t i c so ft h ea r cg e n e s i sa n dg r 捌t e s h a v ea l s os y n c o n i s i o n a l 对a n i t ec h a r a c t e r i s t i c s a c c o r d i n gt ot h es a m ec h a r a c t e r i s t i c so fm a j o re l e m e n t s ，r e ea n dt r a c ee l e m e n t s a m o n gm a f i c u l t r 锄蕊cr o c k s ，g r a n i t e sa n dm e t 锄。叩h i cr o c k s ，m a g m a t i cm e l t e x p e r i e n c e si n t e n s e l yf r a c t i o n a lc r y s t a l l i z a t i o n s ot h ei g n e o u sr o c k sm a yu i l d e r g o c r u s t a l ( s i b a og r o u p ) c o n t a m i n a t i o n ，m a g m ao fm a f i c u l t r a m a f i cr o c k sa n dg r a i l i t e s s h o wt h eh o m o l o g ) ro fr e s o u r c e i nt e m l so fm ei m r u s i v er e l a t i o n s l l i p ，p e t r o l o g i c a lg e o c h e m i s t l 了c h a r a c t e r i s t i c s ， c o m p o s i t i o nb e t w e e nr o c k f o m l i n gm i n e r a l sa n da c c e s s o r ym i n e r a l so fi g n e o u sr o c k s ， s u c c e s s i o n so fi g n e o u sr o c k sa sf l o l l o w e di si n d i c a t e d ：f a 丘c u l t r a m a 丘cr o c k s _ g r a l l o d i o r i t e s 一b i o t i t e 野a n i t e s r e ea i l dt a c ee l e m e n t sp a t t e mf o rd a n z h o u ( 打o u pa n di g n e o u sr o c k sa r es a m e r e eo fd a n z h o ug r o u pi sh i g h e rt h a nt h a to fi g n e o u sr o c k s a c c o r d i n gt ot h ec l i i l l a g e sa n dz i r c o na 2 eo fd a n z h o ug r o u p ，i n f e r e n c ei sr e a c h e d ，m a f i c - u l t r a m a 丘c r o c k s ，g r a n o d i o r i t e sa n db i o t i t eg r a n i t e sm a yb et h es o u r c er e g i o n a lr o c k s t h e 1 0 w e m o s ts e d i m e n t a 巧a g eo fd a n z h o ug r o u pi sn ol l i 曲e rt h a n7 6 6 0 土4 4 m a k e yw o r d s ：m o t i a n l i n g ，、，u a n b a o s h a n ， m a f i c u l t r a m a f i cr o c bg r a n i t e s ， p e t r o l o g i c a lg e o c h e m i s t r y ，g e n e s i s i i 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 l 逵；垫遗直墓丝噩噩挂别查明鲍! 奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：彳勿忽身卜 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 彩0 认 导师签字：乒名 桂西北地区摩天岭和元宝山花岗岩岩石地球化学及其成因研究 o 前言 研究现状 从二十世初期，中外的地质学家就对华南大地构造进行了研究，q a b a u ( 1 9 2 4 ) 首次提出了“华夏古陆 的概念。 自二十世纪7 0 年代以来，国外很多学者认为可以用板块构造的理论来解释 元古代地壳演化的机制( b u r k e ，1 9 7 7 ；k m n e r ，1 9 8 0 ，1 9 8 1 ) 。李春昱( 1 9 8 0 ) 首次 在中国板块的扬子一华南构造区划分出了“扬子陆块”和“华南早古生代褶皱带 ， 并指出“扬子陆块”可能是单独的板块，“华南早古生代褶皱带 是晚加里东期 由华南早古生代地槽沉积区向扬子陆块俯冲而形成的。 晚元古代一早古生代，华南大地构造格局和演化也存在争论。有认为扬子板 块东南大陆边缘是沟一弧一盆系( 郭令智等，1 9 8 0 ；g u oe ta l ，1 9 8 5 ；王自强等， 1 9 8 6 ) ；也有认为，在扬子古陆东南与华夏古陆之间为陆内裂陷槽( 任纪舜，1 9 9 1 ) 或裂谷带( 程裕淇，1 9 9 4 ) ，经加里东运动才形成南华褶皱系；还有认为扬子古陆 与华夏古陆之间为洋壳，但加里东运动并没有发生直接碰撞( 杨巍然等，1 9 8 6 ； 刘宝君等，1 9 9 3 ) 。丘元禧等( 1 9 9 6 ，1 9 9 9 ) 则认为扬子古陆与华夏古陆之间开始是 拗拉槽，后来可能出现有限的小洋盆，小洋盆闭合时发生有限的消减作用，然后 进入陆内俯冲造山阶段。郭福祥( 1 9 9 4 ) 认为，桂北中新元古代时期由于“陆间 小洋盆的俯冲，在扬子板块的南缘先后形成了“四堡弧”和“龙胜弧”。 二十世纪9 0 年代，一些学者尝试重建早新元古代r o d i n i a 超大陆( h o f j f m a n ， 1 9 9 1 ；d a l z i e l ，1 9 9 1 ) 。l iz xe ta 1 ( 1 9 9 4 ，1 9 9 5 ，1 9 9 6 a ，1 9 9 6 ，1 9 9 9 ) 认为中元古 代末期华南可能是澳大利亚与劳伦古陆之间缺失的格林威尔造山带，华南是中元 古超大陆r o d i l l i a 的重要组成部分。扬子陆块可能是澳大利亚与劳伦古陆之间的 碎块，而华夏陆块在拼贴到扬子陆块之前，可能是劳伦古陆西侧1 9 1 4 g a 的 大陆边缘的一部分，大约在o 7 g a 时r o d i n i a 的裂解使得华南( 包括扬子陆块和华 夏陆块) 与其它大陆分离。国内很多学者也用超大陆理论对r o d i n i a 及华南元古代 地壳演化进行了研究( l ixh ，1 9 9 9 ；李江海等，1 9 9 9 ；吴根耀，2 0 0 0 ；凌文黎 等，2 0 0 0 ；王剑，2 0 0 0 ) 。 华南扬子地块周遍广泛出露新元古代火成岩，其中以长英质侵入岩和火山岩 为主。尤其桂北地区广泛发育新元古代花岗岩及与其伴生的镁铁质一超镁铁质岩 桂西北地区摩天岭和元宝山花岗岩岩石地球化学及其成因研究 石，其中镁铁质岩和辉长质侵入体，在时间和空间上都与长英质岩石紧密联系。 是研究镁铁质和花岗质岩浆作用及其相互关系的理想场所，其岩石成因和构造环 境的研究，对扬子地块东南缘新元古代花岗岩的成因及其大地构造背景的研究具 有重要意义。因此桂北地区新元古代火成岩的研究是华南地区前寒武纪地质研究 的热点，其成因是与“岛弧 还是“地慢柱相关而成为争论的焦点。 l iz xe ta 1 ( 1 9 9 9 ，2 0 0 2 ，2 0 0 3 ) 认为新元古代中期( 8 3 0 一7 4 0 m a ) 的火成岩是 板内岩浆作用形成，并与r o d i n i a 超大陆下的地幔柱超级地幔柱活动引起的大规 模地壳去顶、南华与康滇裂谷的发育具有同时性。此外，桂北广泛发育的8 2 5 m a 花岗岩很可能是与地幔柱活动相关的镁铁质岩浆侵入和底侵过程产生的热而引 起地壳深熔形成( 葛文春等，2 0 0 1 a ；l ix h e ta 1 ，2 0 0 3 ) 。z h u oj ce ta 1 ( 2 0 0 3 ，2 0 0 4 ) 认为镁铁质岩是岛弧岩浆，另一种解释是，8 2 5 m a 的花岗岩为扬子和华夏地块俯 冲、碰撞造山的产物( w a n gx l e ta 1 ，2 0 0 6 ；徐夕生，1 9 9 2 ；l ix h ，1 9 9 9 ；邱 检生，2 0 0 2 ) 。 本文选择扬子南缘桂北一黔东南地区的新元古代镁铁一超镁铁岩、花岗岩和 变质岩为研究对象，在野外地质工作基础上，通过岩石学、地球化学和s h m p 锆石u p b 定年等综合研究来探讨这些岩石的年代、成因和成岩构造环境。 研究内容和技术路线 在分析区域地质构造大背景的基础上，本文主要做了一下几个方面的研究， 首先研究了镁铁质一超镁铁质岩的主元素和微量元素地球化学特征；再是花岗岩 类的主元素和微量元素地球化学特征；最后是变质岩( 变余沉积岩) 主元素和微 量元素地球化学特征。通过主元素s i 0 ：、m g o 、t i 、h a 等化学成分的地球化学投 图，进行了岩石分类和构造环境分析。探讨了镁铁质一超镁铁质岩和花岗岩类可 能的构造成因环境、成因特征、岩石演化序列以及变质岩的源区岩石属性，通过 锆石测年手段，限定了丹洲群的沉积下限年龄。具体技术路线图如下： 2 桂西北地区摩天岭和元宝山花岗岩岩石地球化学及其成因研究 3 桂西北地区摩天岭和元宝山花岗岩岩石地球化学及其成因研究 1 区域地质背景 本文研究区域位于黔东南和桂西北地区。位于扬子板块和华南板块边缘，因 此，首先简单介绍下区域地质概况，最后注重概述地层构成、岩浆岩的时空分布 规律等几个方面的相关背景知识。 1 1 研究区域地质概况 桂北地区位于扬子地块东南缘，其主要地质单元包括中元古代四堡群、新 元古代丹洲群、花岗岩及区内广布的镁铁质一超镁铁质侵入体如图1 1 。 四堡群火山一沉积岩系厚度巨大，为形成于活动大陆边缘的粉砂质一泥质沉 积岩和枕状玄武质火山岩系。主要由一套浅变质的砂泥质岩夹基性火山岩组成。 岩性主要是灰、浅灰、灰绿色中厚一厚层石英绢云千枚岩、粉砂质千枚岩、变质 石英粉一细砂岩为主，夹石英绿泥石绢云片岩、含石榴石绢云片岩及变质基性火 山岩。根据岩性组合特征进一步划分为文通组、鱼西组和唐柳岩组。新元古代下 江群与下伏中元古界四堡群为角度不整合接触。其接触面普遍被后期断层改造。 中元古界岩石均经过低绿片岩相的区域变质作用。 丹洲群为上元古界的一套浅变质岩。不同时期、不同学者曾赋予不同的名称： 最早将其与下伏四堡群一起称下江系。1 9 5 9 年全国地层会议建议将这套地层统 称板溪群并以不整合面为界分上、下两个亚群。七十年代初，下板溪群解体湘， 黔，桂三首( 区) 分别命名为冷家溪群、梵净山群和四堡群。直至八十年代，各省、 市、自治区编写区城地质志时，上板溪群也被新的地层名称代替。桂北使用了由 丹洲片岩演化来的丹洲群一名。贵州则按不同相区分别称为下江群、板溪群和丹 洲群。 摩天岭花岗岩体北缘主要指黔桂边境地区的贵州省从江县西部、广西壮族自 治区融水县北部一带，在构造上，摩天岭花岗岩体北缘地处扬子陆块东南边缘， 扬子陆块北接华北陆块和秦岭造山带，西接右江造山带并与印度陆块相邻，东接 太平洋板块，南与华南陆块毗邻，其发展演化历史是与周边各大地构造单元相互 作用和影响的历史。 岩体略呈椭圆形，沿北北东一南南西向延伸，面积约1 0 0 0 m 2 ，侵入于围岩 中元古界四堡群中，接触界线清楚，局部地段为渐变关系，与围岩关系比较协调， 没有强烈的冲挤现象。接触面均向四周倾斜，南北两端倾角较缓，东西两端倾角 4 桂西北地区摩天峙和元宝山花岗岩岩柑地球化学厦其成田研究 较陡，一般为4 5 5 0 。对围岩造成的接触热变质明显，因遭受不同程度的变形变 质作用改造普遍具有片麻理构造。 囤l l 区域地质图( 据广西l ：5 0 万数字地质幽修改】 f l gl 一1r 错啪mg k g m i m 印 黑色为镁铁质一超镁铁质岩采样点，黄色为花岗岩采样点，蓝色为变质岩采样点 桂西北地区摩天岭和元宝山花岗岩岩石地球化学及其成冈研究 1 2 区域地层 由于野外使用了1 9 7 0 贵州省地质局1 0 8 队清绘的地质图。上面使用了上下 板溪群的地层名称。板溪群由王晓青、刘祖彝( 1 9 3 6 ) 命名。命名地在湖南益阳县 西南6 0 公里的板溪村( 现属桃江县) ，而其涵义几经变化，使用地域也曾经湖南 扩建到贵州、广西、江西。六十年代随着在其间发现不整合面( 王鹤年，1 9 6 1 ) ， 有些研究者以此界将板溪群分为“上板溪群 和“下板溪群”。 1 2 1 四堡群( p t 2 ) 研究区域内最老的地层为中元古代的四堡群，四堡群是广西区域地质调查队 参加中南地区区域地层表编制会议时正式提出创名，用以代替湘、黔、桂三 省区交界地区的下板溪群。该群曾自下而上分为尧等组、河村组、白岩顶组、九 小组、文通组和鱼西组。通过近十年的工作，黔、桂地质工作者将仅根据片断岩 性即进行推论而建立的尧等组、河村组和白岩顶组相继废弃。至1 9 8 2 年编写广 西壮族自治区区域地质志时，四堡群仅保留了九小组、文通组和鱼西组。 四堡群分布于九万大山至元宝山两侧，由浅变质砂岩、变质粉砂岩、千枚岩、 科马提岩、基性熔岩、凝灰岩组成，与上覆丹洲群呈明显角度不整合关系。四堡 群总厚度大于5 7 0 0 m ，自下而上可分为九小组、文通组和鱼西组。九小组仅见于 九万大山中部黄峰山一带，岩性主要由灰一灰绿色变质砂岩、变质长石石英砂岩、 变质泥质粉砂岩、板岩、于枚岩、似层状基性一超基性岩组成，未见底，厚度大 于6 5 5 m 。文通组岩性主要由灰绿色、深灰色变质细砂岩、粉砂岩、板岩、千枚 岩、基性熔岩、凝灰岩、细碧岩、科马提岩等组成，厚度大于2 5 1 4 m 。火山岩中 发现有3 4 层科马提岩( 杨丽贞等，1 9 8 7 ，1 9 9 0 ；z h o ue ta l ，2 0 0 0 ) ，科马提岩的 r b s r 同位素年龄为1 6 6 7 2 4 7 m a ( 董宝林，1 9 8 7 ) 。鱼西组岩性主要为灰色变质 砂岩、粉砂岩、板岩、千枚岩互层，局部夹中酸性火山岩，厚度大于2 5 0 0 m ，与 上覆丹洲群为角度不整合接触关系。 1 2 2 丹洲群( p t ) 7 0 年代，湘、桂、黔三省( 区) 地层工作者共同将板溪群一名限及于原板溪群 上亚群，现在，板溪群一名已主要用于湖南的原板溪群上亚群，在贵州、广西则 分别改称下江群和丹洲群( 湖南地矿局，1 9 8 8 ) 。 丹洲群岩性为一套变质砂泥岩及少量碳酸盐岩组成，在龙胜三门一带，丹洲 6 桂西北地区摩天岭和元宝山花岗岩岩石地球化学及其成因研究 群夹有多层火山岩，并广泛发育似层状基性超基性岩。龙胜丹洲群合桐组基性 岩同位素年龄为9 7 7 m a 一7 6 0 m a ( 广西壮族自治区地质局，1 9 7 7 ；甘晓春等，1 9 9 6 ； 葛文春，2 0 0 1 b ) 。丹洲群与下伏四堡群为角度不整合接触，与上覆震旦系长安组 为整合接触。丹洲群总厚度约为1 0 3 7 3 6 1 5 m ，自下而上可分为四个组：白竹组、 合桐组、三门街组和拱洞组。 白竹组岩性主要为含砾片岩、绿泥片岩、钙质片岩、大理岩、千枚岩，厚度 3 4 5 6 1 9 m 。在九万大山一带，底部为变质砾岩、变质含砾砂岩，与四堡群为角 度不整合接触；在元宝山一带，底部为含砾片岩、含砾千枚岩，与四堡群为平行 不整合接触。合桐组岩性主要为灰色一黑色千枚岩夹变质砂岩、变质长石石英砂 岩，局部夹白云岩，厚度3 4 5 6 1 9 m 。三门街组由董宝林( 1 9 9 0 ，1 9 9 3 ) 创名，指龙 胜三门街附近原合桐组上部的基性火山岩系，岩性为千枚岩、变质砂岩，夹层状 基性一超基性岩、细碧岩、中基性熔岩、角斑岩、凝灰熔岩、火山角砾岩、及大 理岩、硅质岩，厚度1 4 5 3 m 。拱洞组岩性主要为灰绿色板岩、千枚岩，夹变质砂 岩，厚度3 8 4 1 7 9 3 m 。 1 2 3 南华一震旦系( n h z ) 区域内广泛分布，由一套轻变质的含砾砂泥岩、砂岩、泥岩等组成。根据全 国地层委员会( 2 0 0 2 ) 最新地质年代表，原震旦系下统改为南华系( n h ) ，包括长安 组、富禄组、黎家坡组三个组，以发育巨厚的冰成沉积为特征；震旦系包括陡山 沱组、老堡组两个组。 长安组为灰绿色长石石英砂岩、含砾砂岩、含砾泥岩，与下伏拱洞组呈整合 接触关系，厚度变化较大，为1 2 5 2 1 8 6 m 。富禄组为灰绿色厚层状岩屑质砂岩、 岩屑质长石砂岩、岩屑质石英砂岩、泥岩，局部夹含砾砂岩、白云岩，厚8 5 8 7 5 m 。 黎家坡组为灰一灰绿色含砾砂岩、含砾泥质砂岩、含砾泥岩、夹长石砂岩，厚 5 0 一1 4 1 3 m 。陡山沱组为深灰一黑色页岩、炭质页岩、硅质页岩夹白云岩，厚 2 7 1 5 7 m 。老堡组分布于环江一龙胜一带，为灰一深灰薄一中层状硅质岩，局部 夹少量炭质硅质页岩，厚2 5 2 2 8 m ，与上覆寒武系清溪组为整合接触。 1 2 4 寒武系( e ) 属广西寒武系沉积分区中的桂北区，为套复理石建造的碎屑岩，分为两个 组：清溪组和边溪组。清溪组为黑色炭质页岩、夹砂岩、灰岩、白云质灰岩，厚 7 桂西北地区摩天岭和元宝山花岗岩岩石地球化学及其成因研究 约7 8 0 m ，与下伏老堡组呈整合接触关系。边溪组灰绿色厚层状砂岩、夹黑色页 岩及少量灰岩，厚3 9 1 7 4 2 m ，与上覆奥陶系白洞组呈整合接触关系。 1 2 5 奥陶系( o ) 属于广西寒武一奥陶系沉积分区中的桂东北区，主要为含笔石的碎屑岩，包 括四个组：白洞组、黄隘组、升坪组、田岭口组。白洞组为灰一深灰色灰岩，局 部夹钙质页岩及白云岩，厚1 5 1 2 0 m ，与下伏边溪组呈整合接触关系。黄隘组为 灰绿色富含笔石厚层状砂岩与黑色薄层页岩互层，厚7 6 4 2 1 4 1 m 。升坪组为富含 笔石炭质页岩夹砂岩，厚2 7 6 7 3 1 m 。田岭口组为中一厚层状细砂岩与页岩互层， 未见顶，厚度大于8 7 1 m 。该组与上覆泥盆系莲花山组呈角度不整合接触关系， 之间缺失志留系。 1 2 6 上古生界( p z 。) 志留纪末的广西运动使前泥盆纪地层褶皱造山，形成加里东褶皱带。晚古生 代时，广西全区泥盆系普遍呈角度不整合覆盖在下古生界及更老的地层之上。桂 北地区的上古生界地层多分布在桂北地区的东南部，包括泥盆系、石炭系和二叠 系，主要为浅海碳酸盐岩和碎属岩及深水硅泥质岩。由于上古生界不是本文研究 的对象，此处不作详细描述。 1 2 7 中生界( m z ) 在桂北地区零星出露，主要为白垩系红层，底部为紫红色砾岩，往上为杂色 砂岩、粉砂岩夹泥岩。 1 3 区域岩浆岩 研究区域内岩浆岩分布广泛，主要出露中元古代四堡期、新元古代雪峰期、 加里东期侵入岩及火山岩。侵入岩主要包括花岗岩类和镁铁质一超镁铁质岩类， 九万大山地区中元古代花岗岩具有代表性的岩体为本洞花岗闪长岩体，新元古代 花岗岩具有代表性的岩体为摩天岭花岗岩体和元宝山花岗岩体；九万大山和元宝 山地区镁铁质一超镁铁质岩类主要为中元古代四堡期，龙胜地区镁铁质一超镁铁 质岩类主要为新元古代雪峰期。火山岩以镁铁质一超镁铁质为主，四堡期火山岩 主要分布在九万大山地区，雪峰期火山岩主要分布在龙胜地区，6 0 年代的1 ：2 0 万区调报告均认为桂北中、新元古代火山岩是海底火山喷发作用形成的“细碧岩 系”( 广西壮族自治区地质局，1 9 6 6 ，1 9 6 8 ) 。 8 桂西北地区摩天岭和元宝山花岗岩岩石地球化学及其成因研究 1 3 1 侵入岩 ( 1 ) 九万大山、元宝山四堡期镁铁质一超镁铁质岩 多为层状一似层状，分布于摩天岭岩体南部罗城县宝坛地区和元宝山岩体周 围，共有大小岩体5 0 0 多个，单个岩体面积为0 0 2 1 5 k m 2 ，最大不超过5 2 。 主要岩石类型为变纯橄榄岩、变辉橄岩、变橄辉岩、变辉石岩、变辉长岩、变辉 绿岩、变辉长辉绿岩等。镁铁质一超镁铁质岩类都遭受了强烈蚀变作用，蚀变类 型有阳起石化、透闪石化、绿泥石化、蛇纹石化、滑石化、绿帘石化、钠长石化、 斜黝帘石化，碳酸盐化等。1 ：5 万三防幅区调工作测得超镁铁质岩中锆石u p b 同位素年龄为1 6 6 2 2 8 m “广西地质矿产勘查开发局，1 9 9 5 ) 。 ( 2 ) 龙胜地区雪峰期镁铁质一超镁铁质岩 多为层状一似层状或透镜状，分布于龙胜、三门、马海山一带，共有大小岩 体2 3 0 多个。主要岩石类型与九万大山四堡期镁铁质一超镁铁质岩体基本一致， 也为变纯橄榄岩、变辉橄岩、变橄辉岩、变辉石岩、变辉长岩、变辉绿岩、变辉 长辉绿岩等。蚀变作用也非常强烈，主要蚀变类型有阳起石化、透闪石化、绿泥 石化、蛇纹石化、滑石化、绿帘石化、钠长石化、斜黝帘石化，碳酸盐化等。1 ： 5 万三门幅区调工作测得三门双朗岩体变辉长辉绿岩中锆石u p b 同位素年龄为 8 3 7 m 广西壮族自治区地质局，1 9 7 7 ) 。葛文春等( 2 0 0 1 b ) 测得三门塘头采石场变 辉长辉绿岩中锆石u p b 同位素年龄为7 6 0 m a 。 ( 3 ) 本洞花岗闪长岩体 位于融水县三防镇本洞村一带，呈一长轴为n n e 向的似肾状，面积约4 3 k m 2 。 主要岩石类型为中一细粒黑云母花岗闪长岩，主要矿物为斜长石、石英、微斜条 纹长石，次要矿物为黑云母，副矿物有磷灰石、锆石、榍石、金红石、磁铁矿等 1 0 多种。本洞岩体被认为是华南最古老的花岗岩类侵入体之一，时代为中元古 代四堡期( 伍实，1 9 7 9 ；董宝林等，1 9 8 7 b ；李志昌等，1 9 9 1 ) 。李献华( 1 9 9 9 ) 用高 精度的离子探针质谱( s h m p ) 和颗粒级锆石u p b 定年方法测定本洞岩体的同 位素年龄为8 2 0 7 m a ，认为本洞岩体时代为新元古代，并认为桂北不存在中元 古代花岗岩。但是，野外地质证据并不支持本洞岩体时代为新元古代的观点。本 洞岩体东北和东南两端侵入到四堡群中，岩体西部被晚元古代三防岩体侵入，而 在岩体东部被丹洲群底部的白竹组底砾岩沉积覆盖，与丹洲群为沉积接触，并在 9 桂西北地区摩天岭和元宝山花岗岩岩石地球化学及其成因研究 岩体顶部发育有古风化壳，古风化壳内的岩石为特征的“假花岗岩”，所以，把 本洞岩体的时代确定为四堡期可能更为合理。 关于本洞岩体的成因，最早被认为是华南典型的幔源分异型花岗岩( m 型) ( 王 德滋等，1 9 8 2 ) ，或是i 型花岗岩( 赵子杰等，1 9 8 7 ) ，也有人认为本洞岩体是一种 以地壳物质为主，地幔物质为辅的混源型花岗岩( 毛景文等，1 9 8 8 ) ，或兼有m 型 或i 型花岗岩的双重特征( 刘家远，1 9 9 4 ) ，最近有人认为本洞岩体是过铝质的s 型造山花岗岩( 李献华，1 9 9 8 ) 。 ( 4 ) 摩天岭花岗岩体 也称“三防岩体，位于融水县摩天岭，向北延伸到贵州境内，为一巨型的 椭圆形复式岩体，椭圆长轴呈n n e 向，长大于5 0 k m ，宽约2 5 l 【r i l ，出露面积约 1 0 0 0 l ( i i l 2 。广西1 ：5 0 万数字地质图把包括元宝山岩体在内的摩天岭岩体合并为 “摩天岭超单元”( 广西壮族自治区地质矿产勘查开发局，1 9 9 9 ) ，根据岩石组合 和结构演化，划分为5 个单元，分别为三防单元、吉羊单元、汪洞单元、九桶单 元及杆洞单元。除结构和侵入先后差异外，三防单元、吉羊单元、汪洞单元、九 桶单元4 个单元岩性基本均为斑状黑云母二长花岗岩，斑晶由钾长石、石英组成， 大小o 3 5 c m ，部分达5 8 c m 。岩石主要矿物为钾长石、石英、斜长石，次要 矿物为黑云母和自云母，副矿物有电气石、锆石、独居石、金红石、磷灰石、榍 石、钛铁矿、石榴石等2 0 多种。杆洞单元岩性主要为碱长花岗斑岩。摩天岭岩 体中片麻状构造广泛发育。 岩体分相清楚，内部相和过渡相比较发育，边缘相较差，多分布在接触带附 近。三个相带面积比为4 7 ：4 ：1 。细粒花岗岩的小岩体比较发育，大小不等， 由几十平方公里到数百平方米或更小。他们与主体有两种接触关系，一是呈明显 的侵入接触，一是呈渐变的关系，岩性由细粒逐渐过渡为粗粒。有时同一岩体在 其不同的部位见到两种接触关系。渐变关系多在标高大于9 0 0 1 2 0 0 米以上的地 带出现，并具有定向排列。在主体内，围岩的残留体和残影体比较常见，他们的 分布与区域构造线的方向基本一致。在残留体和主体之间也多为渐变关系，即由 变质岩经细粒花岗岩再变为粗粒花岗岩。 主体岩性为片麻状粗粒、中粗粒变斑状黑云母花岗岩，片麻理比较明显，但 各地发育程度不等，它们一般与围岩片理的产状一致，靠近边部的倾角一般较陡， 1 0 桂西北地区摩天岭和元宝山花岗岩岩石地球化学及其成凼研究 中部则较缓。岩石中长石斑晶特征比较明显，多数平行片麻理方向排列。基质粒 度为o 5 1 厘米，在边缘相表现更细，多为0 0 3 一o 2 厘米。 花岗岩的主要矿物成分有石英3 0 一3 5 ，正长石1 0 3 0 ，微斜长石5 2 0 ，条纹长石5 2 0 ，斜长石1 0 1 5 及黑云母3 7 。副矿物成分主要有 锆石、石榴石、黄玉、黄铁矿等。 关于摩天岭岩体的时代，一直存在不同看法。6 0 年代1 ：2 0 万三江、罗城和 融安幅区调报告认为其时代是加里东期；9 0 年代l ：5 万三防和滚贝区调报告所 测定的同位素年龄值为：更丹单元8 7 2 1 2 m a ，吉羊单元8 5 8 5 0 m a ，汪洞单元 8 5 9 2 9 m a ，水碾单元8 2 2 3 0 m a ，但是，被认为是中元古代四堡期，当时主要 是根据丹洲群与震旦系之间没有不整合而断定雪峰期没有大规模的岩浆活动，并 且采用了8 5 0 m a 作为中元古代的上限，现在看来是不恰当的。施实( 1 9 7 6 ) 测得摩 天岭岩体锆石u p b 同位素年龄为7 6 0 m a ，赵子杰等( 19 8 7 ) 测得摩天岭岩体全岩 r b s r 同位素年龄为8 4 5 m a ，饶冰等( 1 9 8 9 ) 测得九桶岩体的i 地s r 等时线年龄为 6 6 8 m a ，李献华( 1 9 9 9 ) 利用s h r j m p 和颗粒级锆石u p b 定年方法测定三防和元 宝山岩体的年龄分别为8 2 5 8 m a 和8 2 4 4 m a ，根据中元古代上限为1 0 0 0 m a 的新的地质年代表，以上所有年龄数据都说明摩天岭岩体的时代为雪峰期。 ( 5 ) 元宝山花岗岩体 位于融水县元宝山，呈一长轴为近南北向的椭圆状，长约2 8 l ，宽约1 3 l 吼， 出露面积约2 0 k m 2 。广西1 ：5 0 万数字地质图把元宝山岩体纳入摩天岭超单元， 并划分为4 个单元，分别为三防单元、吉羊单元、汪洞单元和九桶单元。除结构 和侵入先后差异外，各单元岩性基本都是斑状黑云母二长花岗岩。元宝山岩体中， 特别是岩体中西部，广泛发育片麻状构造。 1 3 2 火山岩 ( 1 ) 四堡期火山岩 分布于黄峰山，红岗山、清明山、五弟、杨梅坳等地，主要产于文通组上 段，共有6 层火山岩，其中4 层发现有具有特征鬣刺结构的玄武质科马提岩( 杨 丽贞，1 9 8 7 ，1 9 9 0 ；z h o ue ta 1 ，2 0 0 0 ) ，3 层发现有“海底火山射气作用”形成 的钠质硅质岩( 广西壮族自治区地质矿产局，1 9 8 7 ，1 9 9 5 ) 。四堡群文通组上段科 马提岩的r b s r 同位素年龄为1 6 6 7 2 4 7 m a ( 董宝林，1 9 8 7 ) ，四堡群枕状玄武岩 桂西北地区摩天岭和元宝山花岗岩岩石地球化学及其成因研究 中锆石p b p b 同位素年龄为1 7 3 4 2 0 m a ，s m n d 同位素年龄为1 7 8 2 8 2 m a ( 韩 发等，1 9 9 4 ) ，四堡群文通组下部凝灰岩中锆石u p b 的同位素年龄为1 9 3 5 2 2 7 m a ( 广西地质矿产勘查开发局，1 9 9 5 ) ，四堡群文通组镁铁质一超镁铁质火山 岩s m - n d 同位素年龄为2 2 1 9 1 1 1 m “毛景文等，1 9 9 0 ) ，所有这些同位素年龄数 据都说明其时代为中元古代。但是，有学者利用离子探针定年测试( s h r i m p ) 方 法测得九万大山杨梅坳四堡群文通组第五层基性一超基性火山岩的u p b 同位素 年龄为8 2 8 7 m a ，认为是新元古代( l i z x ，e ta l ，1 9 9 9 ) 。关于九万大山四堡期 科马提岩，目前仍然存在争论，最近有人认为这些镁铁质岩石并非是科马提岩， 而是侵入四堡群的镁铁质岩床( 葛文春，2 0 0 0 ) ，与澳大利亚中南部代表大陆裂解 过程中的基性岩脉群非常相似( z h a oe ta l ，1 9 9 4 ；w i n g a t ee ta 1 ，1 9 9 8 ) 。 ( 2 ) 雪峰期火山岩 主要分布于龙胜地区三门街一带，为一套由海底喷发作用形成的细碧角斑岩 系，顺层产于丹洲群合桐组上段，董宝林( 1 9 9 0 ) 把含有这套细碧角斑岩系火山岩 的合桐组上段创名为“三门街组 。三门街组中细碧角斑岩系由细碧岩、角斑岩、 变中基性熔岩、变基性凝灰熔岩等组成。细碧岩呈灰绿色，间粒结构或交织结构， 气孔( 杏仁) 构造和枕状构造，主要矿物成分有钠长石、透闪石、绿泥石、斜黝帘 石、绿帘石、方解石、石英等。角斑岩呈浅灰绿色，斑状结构，斑晶为钠长石， 基质主要矿物有钠长石、绿泥石、绢云母、方解石等矿物组成。甘晓春等( 1 9 9 6 ) 测得龙胜丹洲群合桐组细碧岩结晶锆石u p b 同位素年龄为9 7 7 m 1 0 m a 。 1 2 桂两北地区摩灭岭和元宝山花岗岩岩石地球化学及其成因研究 2 摩天岭、元宝山岩体及其围岩的岩石地球化学特征 自从p e a c r e & c a n n ( 1 9 7 1 ，1 9 7 3 ) 最先提出依据岩石化学成分来限定岩浆起源 的大地构造背景以来，岩石学家和构造地质学家开始广泛地利用各种判别图解来 判断岩石形成的大地构造环境。鉴于岩石地球化学与大地构造环境之间关系的复 杂性，r o l l i s o h ( 1 9 9 3 ) 对其方法进行了系统评述和总结，特别是对各种大地构造环 境判别图解的可靠性及适用范围进行了分析。但是，构造地质学家认为纯粹根据 岩石地球化学特征来确定大地构造环境是危险的，必须同时结合基础构造地质的 研究进行综合判断，才能较可靠地确定大地构造环境( 李春昱等，1 9 8 6 ；杨坤光 等，1 9 9 7 ) 。 本报告分别对区域内不同时代、不同岩浆岩及地层的岩石地球化学特征及其 大地构造环境进行了研究。 2 1 镁铁质一超镁铁质岩类岩石地球化学特征 元宝山地区镁铁一超镁铁岩常见侵位于四堡群，与本洞、三防和平英等花岗 岩体共同被月洲群角度不整合覆盖。这些镁铁岩包括数量众多的镁铁质岩脉、堆 积的超镁铁岩等( 图1 ) ，主要分布于元宝山岩体周围。三防一何家湾地区出露的 镁铁质岩脉的高精度s h r i m p 锆石u p b 年龄为8 2 5 m a ( lz x ，1 9 9 9 ) ，与桂北 元宝山、三防等花岗岩体的年龄一致，该年龄限定了上覆丹洲群沉积的下限时间 ( h r e e ，相对比较平缓，发育低的e u 负异常 不同程度的c e 亏损和y b 正异常，这是弧火山岩的明显特征( w a l l a c ee ta l ，1 9 9 2 ； s h i m i z ue ta l ，1 9 9 2 ；周金城等，2 0 0 3 1 。至于本报告中样品g x 2 0 0 7 0 5 0 稀土元 素配分曲线呈明显不同的平缓型曲线的原因，可能与采样有关。仔细分析原始数 据，发现其明显具有异常高的c o 、n i 、c r 值，样品与矿化蚀变关系密切，矿化 1 7 拄两北地蜒摩天岭和“宝m 花岗岩岩“地球化学厦其成f 宄 作用可能对稀土元素活动性造成了影响 l 匿 幽2 6 镁铁庙一超馈趺质岩的 v 幽解( 姑s h 咖，1 9 5 2 j 2 t l - vd ”f 帅m r m 面c u i l m l m a 6 k s 嘲例川图z l 为了与葛文春( 2 0 0 0 ) 和张桂林( 2 0 0 4 ) 研究成果进行对比，选用 t h o m p s o n ( 1 9 8 2 ) 原始地慢标准化数据，获得镁铁质一超镁铁质岩微量元素( b