行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告 華南燕山早期花崗岩之岩漿活動研究(I)
計畫編號：NSC 87-2116-M-002-012
執行計畫期限：86 年 8 月 1 日至 87 年 7 月 31 日
主持人：陳正宏 執行機構：台灣大學地質學系
E-mail address: [email protected] 共同主持人： E-mail address: 一、中英文摘要 華南燕山期花崗岩廣泛發育，在空間 分布上具有明顯的成帶性和方向性，主要 是北東向的花崗岩帶和近東西向的花崗岩 帶。華南燕山期花崗岩的成因是研究華南 中生代地質構造的關鍵。86-87 年度研究計 劃是針對廣東省境內燕山早期的花崗岩進 行研究，重點考察了北東向和近東西向的 花崗岩帶，包括東西向岩帶如：九峰－諸 廣山－油山花崗岩帶，大東山－貴東－九 連山花崗岩帶，連陽－佛岡－新豐江－羅 浮墟花崗岩帶以及新興－鶴山花崗岩帶； 北東向岩帶如：由西往東主要為塘口－新 興花崗岩帶，台山－增城花崗岩帶。兩方 向的花崗岩帶均由角閃石花崗岩和黑雲母 花崗岩兩類岩石組成，這兩類花崗岩在空 間上密切共生，在化學上具有高鉀系列的 演化特點而沒有鈣鹼性系列的演化跡象。 這一初步的研究結果意味著︰燕山早期的 花崗岩形成與區域性的拉張構造背景有 關，與擠壓構造背景無關，也即意味著中 國東南大陸邊緣燕山早期的裂解是該地區 花崗岩廣泛發育的原因，而與太平洋板塊 向歐亞大陸的俯衝無關。 關鍵字：花崗岩、燕山早期岩漿活動 Abstr act
Large area of south China is intruded by
the Yanshanian granites
(Jurassic-Cretaceous). In spatial, these granites developed mainly in the belts of two directions, from northeast to southwest and nearly the west to east. The genesis of these granites may be the key of understanding the crustal evolution and tectonic process during the Mesozoic in south of China. We focus
our project of 1997-1998 on the early Yanshanian granites in the northern and southwestern area of Guangdong province, particularly the NSW granite belts and E-W-trending granite belts. The E-W granite belts we studied are as follows, Jiufeng-Zhuguangshan-Youshan granite belt (JZYB),
Dadongshan-Guidong-Jiulianshan granite
belt (DGJB),
Lianyang-Fogang-Xinfengjiang-Luofuxu granite belt (LFXLB) and Xinxing-Heshan granite belt (XHB). The NE-SW-trending granite belts we studied are Tangkou-Xinxing granite belt (TXB) and Taishan-Zengcheng granite belt (TZB). Two types of granites, amphibole-granite and biotite-granite, dominate both of these two
direction belts. The major elements
geochemistry of the granites these two types is characterized by high potassic series rather than the calc-alkaline series. This implies that the origin of granites of early Yanshanian is related to the extension tectonic setting but not the conversion one. It suggests that the uplifting of the margin of southeastern mainland of China during early Yanshanian may cause the formation of large granites, but not the traditional view of the subduction of Pacific plate beneath Euro-Asia continent. Key works: granites, Early Yanshanian
Magmatism 二、計劃緣由與目的 中國東南邊緣大陸中生代最顯著特點 是花崗質岩漿岩廣泛發育，但其成因和地 質構造意義爭議很大。地質學者普遍認為 是西太平洋板塊向亞洲大陸板塊俯衝的結 果（如莫柱孫等﹐1980，徐克勤等, 1986, Jahn, et al., 1990），也有學者認為華南花崗 岩的廣泛發育是地殼融熔形成的岩漿和陸
殼深部各層之間剪切錯動和大規模水平滑 動的結果（如楊森楠等，1986）。華南實 際上是縫合邊界構造地層地體複雜的拼合 體，而其拼合作用最可能發生在中生代 （e.g., Klimetz, 1983, 1987; Hsu, et al., 1987, 1988, 1990﹐Rongfu, et al., 1995）。岩漿活 動往往是大地構造變動的產物，其岩石地 球化學特點隱含大量的構造背景信息，而 其形成時代則是構造活動明確的時間指 標，因此，燕山期花崗岩岩漿活動研究無 疑是理解華南中生代地質構造的關鍵。 但是，從目前已發表的研究來看，系 統研究華南燕山期花崗岩形成的構造背景 的並不多，尤其是對燕山早期的花崗岩的 形成時代、空間分布規律、岩石組合、岩 石學、礦物學、元素及同位素地球化學組 成和演化及其與構造過程之間的關係等問 題均有待於深入的、系統的研究。這無疑 阻礙了對華南中生代地質構造演化的理 解。本研究計劃的目的在於︰藉由對燕山 早期花崗岩系統的地質、岩石地球化學研 究，探討中生代中國東南邊緣大陸的地殼 和構造演化特點。 三、結果與討論 (a)、花崗岩類的區域分布特徵 中國東南邊緣大陸 NE 和 EW 向的斷 裂帶，控制中國東南邊緣大陸中生代盆地 和岩漿帶發育（中國科學院貴陽地球化學 岩究所﹐1979）。廣東省境內燕山早期的 花崗岩分布，受此二方向的斷裂帶控制的 現象也分外明顯（廣東省地質礦產局﹐ 1988﹚。 1. 東西向岩帶： 由北而南主要為：九峰 －諸廣山－油山花崗岩帶，大東山－貴 東－九連山花崗岩帶，連陽－佛岡－新 豐江－羅浮墟花崗岩帶以及新興－鶴 山花崗岩帶。東西向花崗岩帶中發育的 基性脈岩也有近東西向的趨勢，如佛岡 岩體中發育的基性脈岩走向為 N80E。 (1) 九峰－諸廣山－油山花崗岩帶：主要 分布於廣東北部的樂昌、仁化、南雄 一帶，花崗岩帶往西可以延至湖南的 騎田岭，向東延伸到江西的信豐等 地。構成花崗岩帶的主體岩性是燕山 早期的黑雲母花崗岩、花崗閃長岩、 二長花崗岩等。 (2) 大東山－貴東－九連山花崗岩帶： 主要分布於廣東北部的連縣－曲江 －英德－和平一線，構成岩帶的主 體岩性是黑雲母花崗岩。向西輿湖 南的九山岩體相接，向東延伸至江 西的尋烏岩體。 (3) 連陽－佛岡－新豐江－羅浮墟花崗 岩帶：主要出露於連南－英德，清 遠－佛岡，河源－興寧一帶，構成 岩帶的主體岩性為黑雲母花崗岩。 岩帶向西延伸為廣西的花山－姑婆 山岩體，往東延伸到福建的武平岩 體。 (4) 新興－鶴山花崗岩帶：構成岩帶的 主體岩性是黑雲母花崗岩。 2. 北東向岩帶：由西往東主要為塘口－新 興花崗岩帶，台山－增城花崗岩帶。發 育於此花崗岩帶中的基性脈岩也有近 北東向的趨勢﹐如新會涯南岩體的基性 脈岩產狀為 N30-40E。 (1) 塘口－新興花崗岩帶：主要分布於 陽江－新興一帶，構成主體岩石為 黑雲母花崗岩、花崗閃長岩、二長 花崗岩、二長岩等。其西側受控於 吳川－四會斷裂帶，東側受控於恩 平－新豐斷裂帶。 (2) 台山－增城花崗岩帶：構成主體岩 性為黑雲母花崗岩。 (b)、廣東省北部和西南部花崗岩的岩石類 型 根據花崗岩的主要礦物組成和岩石岩 相學觀察，廣東省北部和西南部燕山早期 花崗岩劃分為兩種岩石類型：黑雲母花崗 岩和角閃石花崗岩。這兩類花崗岩在空間 上密切共生，角閃石花崗岩常作為小岩體 出露於大規模的黑雲母花崗岩的局部邊 緣，或者獨立的小岩體，侵入於古生代或 中生代的地層中。雖然兩類花崗岩在空間 上共生﹐但其差異也明顯。黑雲母花崗岩 中的包體主要是富含黑雲母而很少有角閃
石﹐角閃石花崗岩中的包體多數是細粒的 閃長岩。這種閃長岩包體可能是融熔殘留﹐ 因為在西坑水庫的角閃石花崗岩中﹐觀察 到由細粒的閃長岩逐漸變成角閃石花崗岩 不同階段的包體。兩類花崗岩的包體中都 可以見到紅色鉀長石斑晶。 除上述兩類廣泛出露的岩性外﹐還有 一類鹼性侵入岩：正長岩。位於佛岡岩體 的南部惡雞腦地區﹐據此稱惡雞腦岩體。 啞鈴狀東西向分布﹐可分為兩相帶﹐內部 相為主體﹐由角閃霞石正長岩和中粗粒雲 閃正長岩組成﹐兩者為過渡關係。邊緣相 由中細粒霞石正長岩和正長斑岩組成。 (c)、岩相學特徵 1. 礦物組成與花崗岩類型 對代表性的岩石類型進行礦物含 量統計, 其結果在花崗岩分類的 QAP 圖（圖 1）上﹐只有一個樣品落入花崗 閃長岩區四個樣品落入鹼性長石花崗 岩區﹐其餘全部落入花崗岩區（2 和 3 區）。 2. 顯微岩相學特點 近東西向和北東向分布的花崗岩 類結晶都較粗，斑晶多為鉀長石，黑雲 母是普遍含有的鐵鎂礦物。斑晶鉀長石 多為微斜長石和條紋長石，常包裹自形 的斜長石。鋯石和磷灰石是常見的副礦 物。這些副礦物最容易見於鐵鎂礦物的 內部和周圍。有的角閃石或黑雲母包含 的 鋯 石 周 圍 可 見 形 成 色 變 暈 圈 的 特 徵。 在角閃石花崗岩中，由於岩石基性 程度相對較高，所以含有較多發育環帶 構造的斜長石，而黑雲母花崗岩含較多 黑雲母時，斜長石容易見到環帶構造。 角閃石的出現有兩種情形，一是單顆粒 出現，可以見到簡單雙晶和聚片雙晶。 另一是出現於黑雲母多晶聚合體（團 塊）中。岩石中的鉀長石不管石作為斑 晶或基質多為微斜長石和條紋長石。副 礦物除鋯石和磷灰石外，褐帘石和榍石 也可見。 在黑雲母花崗岩中，黑雲母較多時 斜長石含量相對較多。黑雲母除大多數 為單顆粒片狀出現外，也有少數見為細 粒 的 片 狀 聚 合 體 （ 團 塊 ） （ 如 樣 品 97GD39）。在樣品 97GD28 中見到石 榴子石。長石中蠕蟲狀構造常見。只在 樣品 97GD76 中見到石英和鉀長石交 生 形 成 微 文 像 構 造 。 在 花 崗 斑 岩 97GD75 中自形的石英斑晶被熔蝕，在 邊緣形成港灣狀邊緣。 在鹼性侵入體的岩石中，可以見到 由板條狀的鉀長石搭成的三角框架充 填單顆角閃石或者方解石。鉀長石是具 有簡單雙晶的條紋長石。常見角閃石和 黑雲母交生。在樣品 97GD87 中偶見單 斜輝石，但大部分已被角閃石和細粒的 黑雲母代替。 3. 有關花崗岩中的白雲母 岩石中常見的蝕變為鐵鎂礦物的 綠泥石化，長石類礦物的帘石化和白雲 母化。對於出現白雲母的岩石，白雲母 有兩種情形。多數情況下，白雲母是蝕 變的產物，由長石或黑雲母蝕變而成， 有時可以見到獨立顆粒的白雲母，同時 出現富揮發份的電氣石。但是僅在一個 樣品（97GD98）的黑雲母中出現與其 共生的自形白雲母，則似乎說明確實具 有原生的白雲母。 圖 1. 廣東北部和西南部燕山早期花崗岩的 APQ 圖 1. 鹼性長石花崗岩，2. 鉀長花崗岩，3. 二長花崗岩， 4. 花崗閃長岩，5. 英雲閃長岩 P 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Q 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 A 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 2 3 4 5
(d)、岩石化學特點 對代表性的岩石樣品進行了主量元素 分析。在 K2O－SiO2圖（圖 2）上，鹼性 侵入岩的 4 個樣品點落在鉀玄岩系列區， 其餘的岩石包括角閃石花崗岩和黑雲母花 崗岩投點全部落入高鉀系列區，說明廣東 北部河西南部早燕山期的侵入體為高鉀系 列。 華南地區燕山階段早期構造運動的主 要表現是岩漿活動，這種大規模的花崗岩 漿活動的原因尚無統一的認識。大陸和西 方學者的諸多觀點歸結為︰太平洋板塊向 歐亞板塊的俯衝和陸殼水平滑動模式。板 塊俯衝碰撞模式，如莫柱孫等(1980)、徐克 勤等(1986)、Jahn, et al.(1990)、Klimetz, (1983, 1987) 、 Hsu, et al. (1987, 1988, 1990)、Rongfu, et al. (1995)，似乎可以解釋 花崗岩漿的產生。楊森楠等(1986)的陸殼水 平滑動模式似乎解釋了花崗岩的廣泛發 育。我們的研究結果發現，廣東北部和西 南部燕山早期的花崗岩的發育特點是，侵 入於不同時代的地層，在空間上成帶狀產 出，岩石具有明顯的不等粒結構、未受變 質變形改造，反映構造後岩漿活動的明顯 特點。而這類花崗岩在華南的分布寬達 1 千公里，長達一千五百公里。板塊俯衝模 式除難以解釋這樣大規模的岩漿發育外， 更沒法解釋岩漿化學成份上為高鉀系列的 特點。陸殼水平滑動模式似乎解釋了花崗 岩的廣泛發育，但是難以解釋花崗岩分布 的兩方向性和未變形的特點。因此，必須 提出一個模式，既能解釋花崗岩的產狀， 也能解釋花崗岩的地球化學組成。目前獲 得的分析資料表明，燕山早期的花崗岩具 有高鉀演化系列，意味著最可能的形成構 造背景是區域性的拉張構造。雖然高鉀岩 漿研可以形成於不同的構造環境，但都與 拉張構造有關（e.g. Rock, 1991; Foley, et al., 1992），上部地函隆起和地殼拉張是其形 成背景。即使是在碰撞匯聚帶，高鉀系列 岩漿也是形成於碰撞擠壓後的拉張階段。 但是更明確的構造背景和構造過程則需要 系統的微量元素、同位素資料和年代學資 料。 四、計劃成果自評 本計畫現階段的研究成果具有的潛在 意義︰華南燕山早期的花崗岩形成與太平 洋向歐亞板塊俯衝無關。這是對傳統觀點 提出挑戰。這是令人振奮的。我們相信本 研究計劃正在開展的工作，如︰1. 礦物化 學成份的電子微探分析；2. 代表性岩石的 微量元素 ICP-MS 分析；3. 代表性岩石的 Sr-Nd 同位素分析；4. 礦物 Ar39/Ar40定年 將為我們提出一個完善的模式合理解釋華 南燕山早期的構造背景和構造過程提供更 全面更可靠的資料。 五、主要參考文獻 莫柱孫，葉伯丹(1981) 南嶺花崗岩地質 學，北京，地質出版社。 徐克勤(1986) 華南花崗岩成因與成礦。塗 光熾，徐克勤主編“花崗岩地質與成 礦關係”。江蘇科學出版社，1-22。 楊森楠，游振東，杜國雲(1986) 華南燕山 階段古構造特徵。王鴻禎、劉本培、 楊魏然主編“華南地區古大陸邊緣 構造史”，武漢地質學院出版社， 78-96 頁。 廣東省地質礦產局(1988) 廣東省區域地 質志，地質出版社，821-825。 中國科學院貴陽地球化學岩究所(1979)， 華南花崗岩累的地球化學，科學出版 社，50-80 頁。
Rongfu, P. and Dawei H. (1995) The
圖 2. 廣東省北部和西南部花崗岩的 SiO2－K2O 圖 SiO2 40 45 50 55 60 65 70 75 80 K 2 O 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Shoshonite series High-K Series Calc-alkaline Series Low-K Series
granites of south China and their metallogeny. Episode, 18: 77-82. Jahn, B.M., (1990) Formation and tectonic
evolution of southeastern China and Taiwan: Isotopic and geochemical constraints. Tectonophysics, 183: 145-160.
Klimetz, M.P., (1983) Speculations on the Mesozoic plate tectonic evolution of eastern China. Tectonic, 2: 139-166. Klimetz, M.P., (1987) The Mesozoic
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Hsu, K.J., Li Jiliang, Chen Haihong, Wang Qingchen, Sun Shu and Senger A. M. C. (1988), Tectonocs of south China: Key to understanding west Pacifi Geology. Tectonphysics, 1990,183: 9-39.
