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(III) 計畫編號：NSC 89-2116-M-002-002
執行計畫期限：88 年 8 月 1 日至 89 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：李寄嵎
E-mail address: [email protected] 一、中文摘要 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。綜合 87-89 三個 年度的研究計劃，重點考察了(1) 桂、 、 湘、贛交界之近東西向的花崗岩帶即南嶺 花崗岩帶；(2)粵東北至粵中及閩西南之北 東向花崗岩帶以及(3)雲開大山兩側之北東 向鉀玄質侵入岩帶。地球化學資料顯示， 雲開大山兩側之北東向侵入岩大部分落在 鉀玄岩系列，而其餘第 1、2 群組的北東向 和近東西向的花崗岩帶岩類則全部落入高 鉀及鉀玄岩系列，這似乎意味著最可能的 形成構造背景是區域性的拉張構造。同 時，有部分鉀玄質侵入岩樣品並未有明顯 的 Nb,Ta 負異常，相當類似板內之產物， 表明此類岩石很可能是高場力元素虧損的 岩石圈地函和富化的軟流圈地函部分熔融 岩漿所混合的產物。再結合年代資料顯示 東西向與北東向的花崗岩帶樣品具有相當 一致的化學特性，表明 156Ma 左右可能為 燕山早期高鉀系列花崗岩大量侵入的重要 階段。而侏羅紀最主要的岩漿活動期很可 能集中於 156-170Ma 間。 Abstr act
Large areas of south China are intruded by granites of Yanshanian age (Jurassic – Cretaceous). Spatially, these granites distribute mainly in the belts of two orientations: the NE-Strending and the W-E-trending batholiths. The genesis of these granites may be the key to understanding the crustal evolution and tectonic processes in South China during the Mesozoic. We focus
our project of 1998-2000 on the early Yanshanian granites at three targets. (1) the E-W granite belts(so-called Nanling granitic series) in the border area of Guangdong, Guangxi, Hunan and Jiangxi province; (2) the NE-SW granite belts in the northeast to middle Guangdong and southwest Fujian province ； (3) the NE-SW shoshonitic intrusive belts exposed at the both side of the Yunkai Mountains. Based on the K2O-SiO2
plot, almost all the intrusive rocks of the third group are belong to shoshonite series; the other NE-SW and E-W granite belts fall into the high K and shoshonite series. From the spidergram, part of the shoshonitic rocks does not show obvious Nb, Ta negative anomalies. It probably means that these rocks may be the within-plate products which are made by mixing of melts from partial melting of the enriched asthenospheric mantle and the HFSE depleted lithospheric mantle. The uniform chemical characters of the E-W and NE-SW granite belt (the first and second groups), seem to imply that the very important stage of the Early Yanshanian granite emplacement maybe around 156Ma. And the major magmatic activity in the Jurassic probably is during 156-170Ma.
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, P. et al., 1995）。岩漿 活動是構造過程的產物，其岩石地球化學 特點隱含大量的構造背景信息，而其形成 時代則是明確的構造活動時標，可見，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，從目前發表的研究成果看，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︰通過對燕山早期 花崗岩系統的地質、岩石地球化學及定年 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 經過三年的華南燕山早期花崗岩野外 工作，重點考察了華南地區（包括桂東北、 湘南、粵、贛南及閩西南等地區）之北東 向和近東西向的花崗岩帶。為了便於後續 之討論，擬以區域特性將眾多岩體予以分 群。 (1) 東西向岩帶：『南嶺』或『南嶺造山帶』 位于桂、 、湘、贛交界是大陸著名的 三大東西向構造線之一（北緯 25°± 1.5°），分割長江和珠江水系，面積約 60000km2。根據前人的工作，一般認為 南嶺西邊不超過桂林，東邊 有明确界 限，似乎不超過武夷山地質構造上的呈 近東西向排列，實際上東端有北東向延 展的趨勢。有關南嶺的成因宜更多地考 慮 自中南半島的印支運動（Kimura et al., 1990; Gilder et al., 1996）的持續影響 和制約。 本研究工作目前已進行位於桂東北、湘 南、粵北及贛南的主體部分，包括九峰 岩帶(N97GD)、貴東岩帶(N99GD)、定 南岩體及尋烏岩體(SJ X)。 除了南嶺地區，在其南部之粵中地區亦 有一略呈東西向分佈之佛岡岩帶(連陽 －佛岡－新豐江－羅浮墟花崗岩帶，簡 稱 M99GD)。 (2) 北東向岩帶：主要分佈於粵東北至東南 地區，由西往東主要為塘口－新興花崗 岩帶(M97GD)，台山－增城花崗岩帶 (M99GD,NEGD)。 (3) 雲開大山兩側之北東向鉀玄質侵入岩 帶：雲開大山西側出露之岩體多位於廣 西之東部及東南部(SEGX，李獻華等， 1999)，而東側則包括廣東西南部之馬 山、崗尾及輪水等岩體(SWGD)。 根據花崗岩的主要礦物組成和岩石岩 相學觀察，北東向和近東西向兩個方向的 花崗岩帶主要由黑雲母花崗岩組成。角閃 石花崗岩或兩雲母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。至於屬於(3)類之鉀玄 質侵入雜岩岩體的岩性主要為含角閃石 （和/或輝石）的正長岩和二長岩，其次為 角閃輝石花崗岩或閃長岩。 B、華南燕山早期花崗岩之定年結果 本研究挑選了下列具代表性的岩石，並 分離出其中之礦物進行了氬氬定年分析。 編號 地點 群組 礦物 年代(Ma) 97GD53 粵北九峰 1 角閃石 156.3±0.6 97GD53 粵北九峰 1 黑雲母 156.8±0.6 97GD54 粵北九峰 1 黑雲母 158.4±0.6 97GD18 粵中 2 黑雲母 156.7±0.6 97GD19 粵中 2 黑雲母 157.7±0.6 97DJ1-3 閩西南 2 黑雲母 158.1±0.7 HK-28 桂東南 3 角閃石 161.6±0.9 HK-61 桂東南 3 角閃石 160.9±0.9 HK-65 桂東南 3 角閃石 163.2±0.9 82YG221 粵西南 3 角閃石 169.0±1.0 82YG273 粵西南 3 角閃石 165.5±1.0 表一、華南燕山早期花崗岩之定年結果 經由表一的年代資料可以歸納出幾點： 1.雲 開 大山 兩 側之 北 東向 鉀 玄質 侵 入 岩
帶，似乎具有相當一致的角閃石礦物年 代，故推測第 3 群組的侵入年代大約在 160－170Ma 之間。 2.屬於南嶺岩帶之大面積出露之花崗岩帶 儘管只有在九峰岩體中分離出角閃石，但 是所得到的年代極有可能代表此一廣大 岩帶的侵入時代~156Ma。此一年代可能 意味印支運動並未在此區域有顯著之影 響 3.如果假設第 1 (東西向)及第 2 (北東向)群 組花崗岩帶之冷卻速率相當，則由黑雲母 氬氬年代之一致性可以初步推測，屬於燕 山早期之廣大花崗岩區，很有可能是在極 短暫的時間中侵位而成(<5Ma)。 4.侏羅紀最主要的岩漿活動期很可能集中 於 156-170Ma 間。 C、岩石化學特點 K 2 O (w t% ) 0 2 4 6 8 K 2 O (w t% ) 0 2 4 6 Si O2 (w t %) 40 50 60 70 80 K 2 O (w t% ) 0 2 4 6
Sh osh on ite Ser ies
Mediu m-K (Calc-alkaline Series) Low-K (Tholeiite Series) H igh -K (Calc-alkaline Series)
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Mediu m-K (Calc-alkaline Series) Low-K (Tholeiite Series) H igh -K (Calc-alkaline Series)
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Mediu m-K (Calc-alkaline Series) Low-K (Tholeiite Series) H igh -K (Calc-alkaline Series) SEGX SWGD SJ X N97GD N99GD NEGD M99GD M97GD (A ) (B ) (C) 雲開大山 兩側高鉀岩類 (160-170Ma) 南嶺花崗 岩帶 (可能年代 為156-160Ma) 北東向岩 帶 (可能年代 同上) 圖 1. 華南燕山早期花崗岩的 SiO2－K2O 針對代表性的岩石樣品進行了主量元 素分析。在 K2O－SiO2圖（圖 1）上，可 以觀察到幾項重點： 1.屬於第 3 群組的雲開大山兩側之北東向 侵入岩大部分落在鉀玄岩系列區。 2.其餘的第 1 (東西向－南嶺系列)及第 2 (北東向)群組的花崗岩帶岩類全部落入 高鉀及鉀玄岩系列區，意味著最可能的形 成構造背景是區域性的拉張構造。 0.1 1 10 10 0 10 00 HK -62 HK -65 HK -28 YG-221 YG-273 s a m p le /p ri m it iv e m a n tl e 0.1 1 10 10 0 97GD 56 97GD 57 97GD 61 99GD 14 99GD 15 99GD 16 HK -55 HK -58 0.1 1 10 10 0 J X99S H01 J X99MB 01 J X99Q N02 J X99Q N05 J X99ZB 02 J X99ZB 03 s a m p le /p ri m it iv e m a n tl e s a m p le /p ri m it iv e m a n tl e R B T U K N T L C S P N Z H S E T T Y Y L b a h b a a e r d r f m u i b b u 0.1 1 10 10 0 99GD 02 99GD 03 99GD 04 99GD 19 99GD 20 99GD 36 99GD 37 s a m p le /p ri m it iv e m a n tl e (A ) (B 1) (B 2) (C) 雲 開 大 山 兩 側 高 鉀 岩 類 南 嶺 花 崗 岩 帶 (西 段) 南 嶺 花 崗 岩 帶 (東 段) 北 東 向 岩 帶 圖 2. 各群組侵入岩代表性樣品微量元素的原始 地函變化圖 經由各群組侵入岩代表性樣品微量元 素的原始地函變化圖(圖 2)可以看出幾項重 點： 1.總體上所有樣品的大離子親石元素(LIL) 元素明顯富集。 2.雲 開 大山 兩 側之 北 東向 鉀 玄質 侵 入 岩 帶，有部分樣品並未有明顯的 Nb,Ta 負異 常，相當類似板內岩漿活動之產物，表明 此類岩石很可能是高場力元素虧損的岩 石圈地函和富化的軟流圈地函部分熔融
岩漿所混合的產物。 3.第 1 (東西向)及第 2 (北東向)群組的花崗 岩帶岩石，由於 Ba, Sr, Eu, P 及 Ti 之不同 程度的負異常，反映出長石礦物大量結晶 分異的演化過程，此一現象與浙閩沿海地 區之燕山晚期花崗岩頗為相似，這似乎顯 示出露於大面積之燕山早期花崗岩帶，其 形成之大地構造環境與燕山晚期有相當 之相似性。 (Y+Nb ) (p pm ) 10 100 1000 Rb (p p m ) 1 10 100 1000 (Y+Nb ) (p pm ) 10 100 1000 Rb (p p m ) 1 10 100 1000 (Y+Nb ) (p p m ) 10 100 1000 Rb (p p m ) 1 10 100 1000 WPG s y n -COL G ORG VA G WPG s y n -COL G ORG VA G SEGX SWGD SJ X N97GD N99GD NEGD M99GD M97GD WPG s y n -COL G ORG VA G 圖 3. 華南燕山早期花崗岩的 Rb－Y+Nb 作圖 在 Pearce et al(1984)之花崗岩類 Rb－ Y+Nb 地體構造區分圖(圖 3)中顯示：大部 分燕山早期花崗岩類屬於板內型。有些似 乎混合著板內型與島弧型的特性，通常在 Rb－Y+Nb 作圖中，後造山型花崗岩類多 分佈在 VAG 區域的右上角，靠近 COLG
的 位 置 (Pearce et al., 1984, Sylvester, 1989)。 經由詳細之區域地層研究顯示，在早 侏羅紀湘粵凹陷及粵閩海灣均為淺海相地 層，南嶺及粵北之燕山早期侵入體成礦的 skarns 所須的碳酸岩層，係自石炭紀至早 侏羅紀間所發育之長期穩定的大陸棚地 殼，表示當時之岩石圈（包括地殼）均屬 薄層。到了中侏羅紀突然形成大量高鉀花 崗岩帶，導致全區抬升成陸相環境。 最近，Gilder et al. (1996)在對華南中 生代花崗岩研究中，發現一些異常高 Sm-Nd 含量的花崗岩沿中生代十萬大山－贛 杭 盆 地 分 布 ， 他 們 將 其 稱 之 為 “ 十 - 杭 帶”，同時發現十-杭帶也是華南東南部中 生代岩漿活動-盆地發育的活動區與西部 相對穩定的大致界線，並堆測十-杭帶很可 能 是 華 南 東 南 部 位 移 塊 體 (displaced terranes)的西界。Chen and Jahn (1998)最近 也發現華南存在兩條大致和十-杭帶重合 的低 TDM-高εNd(T)花崗岩帶（南帶和北 帶），但指出這兩條帶並不相連，被湘贛 粵交界的諸廣山岩基分開（即所謂之南嶺 岩帶）。目前對這些高 Sm-Nd、低 TDM -高εNd(T)花崗岩帶的成因及其構造意義雖 然仍待多方研究。但本研究中第 3 群組的 鉀玄質侵入岩帶，表明中生代該區（可能 延伸到湘南）地區是一軟流圈地函上湧和 岩石圈伸展－減薄區（李獻華等，1999）。 綜 合 我 們 的 研 究 結 果 推 論 ， 160 － 170Ma 的鉀玄質侵入岩與~156Ma 的東西 向南嶺花崗岩帶及北東向花崗岩帶的發育 應該有相當密切之成因關係。目前獲得的 分析資料表明，燕山早期的花崗岩普遍具 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 漿岩類可以形成於不同的構造環境，但都 與拉張構造有關（Rock, 1991; Foley, et al., 1992），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。不同 於隱沒或碰撞模式的是，本研究從花崗岩 地球化學的制約，提供燕山早期大地構造 演化應與陸內岩石圈與軟流圈交互作用有
關。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 學資料進一步釐定及制約。 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。由年代學及 地球化學資料顯示 156Ma 左右可能為燕山 早期高鉀系列花崗岩大量侵入的重要階 段。而侏羅紀最主要的岩漿活動期很可能 集中於 156-170Ma 間。過去有關南嶺的成 因多考慮 自中南半島印支運動（Kimura et al., 1990; Gilder et al., 1996）的持續影響 和制約。現在隨著資料的增加，似乎也可 以逐步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。 五、主要參考文獻 莫柱孫等(1981)南嶺花崗岩地質學﹐地質 出版社﹐. 徐克勤等(1986)華南花崗岩成因與成礦， 見“花崗岩地質與成礦關係“，江蘇 科學出版社，1-22. 楊森楠等(1986)見，王鴻禎等主編“華南 地區古大陸邊緣構造史“，武漢地質 學院出版社，. 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，華南花 崗岩累的地球化學，科學出版社， 50-80. 李獻華、周漢文、劉穎、李寄嵎、孫敏、 陳正宏(1999)桂東南鉀玄質岩侵入岩 帶及其岩石學和地球化學特徵。科學 通報，44 卷，第 18 期，1992-1998. Chen J.F. and Jahn B.M.(1996) Crustal
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