冕山地區(qū)基性巖墻年代學(xué)及地球化學(xué)特征

文龍，朱兵，鄢圣武，白憲洲，李名則

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冕山地區(qū)基性巖墻年代學(xué)及地球化學(xué)特征

文龍，朱兵，鄢圣武，白憲洲，李名則

（四川省地質(zhì)調(diào)查院，成都 610081）

揚子西緣冕山地區(qū)發(fā)育大量基性巖墻，高精度LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)研究表明，其侵位結(jié)晶于787~791Ma，屬新元古代青白口紀(jì)巖漿活動產(chǎn)物。巖石地球化學(xué)研究表明，基性巖墻主量元素巖石具有高硅、高堿、富鐵、低鎂、偏鋁質(zhì)的特點，顯示出拉斑玄武巖的特征。綜合元素地球化學(xué)特征及構(gòu)造環(huán)境判別研究表明，冕山地區(qū)基性巖墻形成于板內(nèi)構(gòu)造環(huán)境，是大陸地殼拉張、巖石圈減薄機制下上涌的軟流圈地幔巖漿經(jīng)歷了不同程度的分離結(jié)晶和地殼部分混染作用而侵位的產(chǎn)物。

基性巖墻；鋯石U-Pb年代學(xué)；地球化學(xué)；冕山地區(qū)

揚子塊體西緣新元古代巖漿活動非常強烈，其中以酸性巖為主，基性巖相對較少，包括玄武巖、輝長巖小巖體以及基性巖墻、巖脈等。前人對揚子塊體西緣新元古代酸性巖漿巖進行了大量研究，并取得了諸多成果[1-6]，但對于其中的基性巖墻的形成時代，地球化學(xué)特征及其構(gòu)造背景的研究相對較少[7-9]。基性巖墻作為一種特殊的構(gòu)造巖漿類型，通常被作為伸展構(gòu)造的標(biāo)志，具有重要的構(gòu)造演化意義[10-11]，并能為上地幔的物質(zhì)組成提供制約[12]。因此，本文以川西冕山基性巖墻為研究對象，在開展地質(zhì)、巖相學(xué)研究的基礎(chǔ)之上，結(jié)合鋯石U-Pb同位素、巖石地球化學(xué)，確定該區(qū)基性巖墻的形成時代，研究其地球化學(xué)特征，探討該區(qū)基性巖墻形成的構(gòu)造背景。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖（a據(jù)參考文獻[16]，修改）及采樣位置

1 地質(zhì)背景及巖相學(xué)特征

揚子塊體西緣新元古代巖漿巖分布于安寧河兩側(cè)，總體受安寧河斷裂帶和磨盤山斷裂帶控制，呈斷續(xù)帶狀自北而南產(chǎn)出，自康定-石棉-冕寧一帶向南經(jīng)四川西昌、攀枝花和云南元謀，一直延伸到云南中部（圖1a）。冕山地區(qū)位于該巖漿巖帶中部，行政區(qū)劃隸屬于喜德縣冕山鎮(zhèn)。區(qū)內(nèi)基性巖墻發(fā)育，基性巖墻主體侵位于瀘沽二長花崗巖體及登相營群中(圖1b)，總體呈北西-南東及北東-南西走向，巖脈產(chǎn)狀總體較陡，巖性為輝綠巖、輝綠玢巖（圖2a,b）。輝綠玢巖具輝綠結(jié)構(gòu)，斑晶主要為斜長石（圖3a），少量的輝石（圖3b）。斜長石斑晶含量約2%~8%，多發(fā)生了絹云母化和高嶺土化。輝石斑晶含量約2%~5%，多發(fā)生了強烈的絹云母化和鐵質(zhì)析出現(xiàn)象。基質(zhì)具有特征的輝綠結(jié)構(gòu)，主要礦物成分為斜長石（45%~65%）、輝石（25%~40%），副礦物見磷灰石和鈦鐵礦等（3%~5%）。

圖2 研究區(qū)基性巖墻野外產(chǎn)出特征

輝綠巖具變余輝綠結(jié)構(gòu)，主要礦物成分為斜長石（40%~60%），發(fā)生不同程度的絹云母化；輝石出現(xiàn)不同程度的絹云母化，含量約（40%~55%），副礦物見磁鐵礦（5%~10%）（圖3c,d）。

圖3 研究區(qū)基性巖墻典型顯微鏡下照片

（Pl:斜長石；Px:輝石；Mt: 磁鐵礦）

2 樣品及測試分析方法

本次在對冕山地區(qū)基性巖墻開展野外路線地質(zhì)調(diào)查及剖面測制的基礎(chǔ)上，對基性巖墻進行了系統(tǒng)采樣。用于本次同位素測試的2件樣品和14件巖石地球化學(xué)測試樣品均采自冕山至登相營一帶（圖1b）。LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)分析在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室完成，實驗原理和詳細(xì)的測試方法見文獻[14]。微量元素分析在中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室完成，流程見文獻[15]。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

本次工作對研究區(qū)基性巖墻開展了系統(tǒng)的年代學(xué)研究。對樣品輝綠玢巖（PM39N1）的17個鋯石顆粒進行了17個分析點的U-Pb同位素年齡分析，分析結(jié)果列于表1。所分析的鋯石呈半自形-自形短柱狀-粒狀，長60~120μm，長寬比介于1∶1~2∶1之間。在陰極發(fā)光圖像上，多數(shù)鋯石顯示內(nèi)部環(huán)帶結(jié)構(gòu)，表明為典型的自形巖漿成因鋯石，少數(shù)表現(xiàn)為顏色較暗的均一體，表明基性巖漿侵位和結(jié)晶較快（圖4a）。17個點都較為集中且投于諧和線上或者諧和線附近（圖5a），其206Pb/238U年齡集中在（767±9）Ma~（808±10）Ma之間，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為787.9±5.8Ma（n=17，MSWD=1.4），代表巖漿結(jié)晶年齡（圖5b）。對樣品輝綠巖（PM95N1）11個鋯石顆粒進行了11個分析點的U-Pb同位素年齡分析，分析結(jié)果列于表1。所分析的鋯石多呈半自形短柱狀-粒狀，長50~150μm，長寬比介于1∶1~2∶1之間。在陰極發(fā)光圖像上，鋯石表現(xiàn)為弱環(huán)帶，顏色較暗，表明基性巖漿侵位和結(jié)晶較快（圖4b）。11個點都較為集中且均投于諧和線上或者諧和線附近（圖5c），其206Pb/238U年齡集中在（775±8）Ma~（822±9）Ma之間，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為790.6±8.6Ma（n=11，MSWD=2.2），為巖漿結(jié)晶年齡（圖5d）。通過對冕山地區(qū)基性巖墻鋯石U-Pb同位素研究表明，兩件樣品結(jié)晶時限在誤差范圍內(nèi)一致，表明研究區(qū)北西-南東及北東-南西走向的基性巖墻應(yīng)屬同期巖漿產(chǎn)物，形成于新元古代青白口紀(jì)。

圖4 研究區(qū)基性巖墻典型鋯石CL圖像和206Pb/238U年齡

圖5 研究區(qū)基性巖墻鋯石U-Pb諧和圖及206Pb/238U加權(quán)平均年齡分布圖

3.2 巖石地球化學(xué)

表 1 研究區(qū)基性巖墻LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測定結(jié)果

3.2.1 主量元素地球化學(xué)特征

本次采集的冕山地區(qū)14件基性巖墻群地球化學(xué)測試分析結(jié)果如表2所示。14件基性巖墻樣品普遍有不同程度的蝕變，多數(shù)樣品燒矢量（LOI）＞1.5%。與大陸地幔相比[16]，巖石具有高硅、高堿、富鐵，低鎂，偏鋁質(zhì)的特征。總體上研究區(qū)基性巖墻主量元素含量介于地幔和地殼之間，表現(xiàn)出地幔和地殼雙重的主量元素特征。

在TAS圖解上（圖6），樣品均落入玄武巖區(qū)域內(nèi)，除樣品8H1顯示出堿性玄武巖特征外，其于均顯示出亞堿性玄武巖的主元素特征。

在（Nb/Y）-（Zr/TiO2）巖石分類命名圖解中所有基性巖墻樣品投入亞堿性玄武巖區(qū)域內(nèi)（圖7a）。在FeOT/MgO-TiO2圖解上（圖7b），樣品均顯示出拉斑系列演化趨勢。

表2 研究區(qū)基性巖墻主量及微量元素測試結(jié)果

3.2.2 微量元素及稀土元素地球化學(xué)特征

對冕山地區(qū)基性巖墻的14件樣品進行了微量元素和稀土元素分析，并計算了微量元素和稀土元素的相關(guān)參數(shù)（表2）。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中（圖8a），樣品分布曲線形態(tài)較為相似，總體上具有“多谷多峰”的特征，高場強元素Th、La、Ce富集，Ta、Nb呈明顯的虧損，Ti呈負(fù)異常，大離子親石元素中Sr呈明顯的負(fù)異常。各元素豐度總體高于島弧玄武巖，介于島弧玄武巖與洋島玄武巖之間，表現(xiàn)出板內(nèi)和島弧玄武巖雙重性質(zhì)的地球化學(xué)特征。

圖6 研究區(qū)基性巖墻TAS圖解

（底圖據(jù)參考文獻[25]）

Pc－苦橄玄武巖；B－玄武巖；O1－玄武安山巖；O2－安山巖；O3－英安巖；R－流紋巖；S1－粗面玄武巖；S2－玄武質(zhì)粗面安山巖；S3－粗面安山巖；T－粗面巖、粗面英安巖；F－副長石巖；U1－堿玄巖、碧玄巖；U2－響巖質(zhì)堿玄巖；U3－堿玄質(zhì)響巖；Ph－響巖；Ir－Irvine 分界線，上方為堿性，下方為亞堿性

冕山地區(qū)基性巖墻稀土元素總量為ΣREE為46.86×10-6~128.44×10-6，平均值為98.96×10-6，總體含量較高[16]。所有樣品表現(xiàn)出富集輕稀土元素（LREE），相對虧損重稀土元素（HREE）。 (La/Yb)N為1.62~4.07，屬于弱富集LREE型。δEu除PM76H1，PM98H1兩個樣品顯示除弱正異常外，其余均具有弱的銪負(fù)異常，δEu為0.83~1.02，平均值為0.92，表明巖漿在成巖過程中斜長石分離結(jié)晶較弱。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布模式圖中（圖8b），稀土元素總體特征呈輕稀土相對富集的略右傾模式，輕稀土元素分餾相對較強，配分曲線較陡，而重稀土元素分異相對較弱，配分曲線平坦，表現(xiàn)為平坦型。基性巖墻的稀土元素配分模式與洋島玄武巖總體上相似，具有基本一致的配分模式特征，表明它們可能是同源巖漿演化的產(chǎn)物或是有相同的源區(qū)。

4 討論

基性巖墻是地殼伸展拉張背景下從深部侵位的基性巖漿的產(chǎn)物，包含了大量關(guān)于地球動力學(xué)演化方面的地質(zhì)信息。巖石地球化學(xué)研究表明，研究區(qū)基性巖墻總體上表現(xiàn)出地幔和地殼雙重的主量元素特征，在微量元素蛛網(wǎng)圖中（圖8a），所有樣品顯出與島弧玄武巖相似的Ta、Nb、Ti負(fù)異常，Th、La正異常, 各元素豐度介于洋島玄武巖與島弧玄武巖之間，表現(xiàn)出板內(nèi)和島弧玄武巖雙重性質(zhì)的地球化學(xué)特征。然而，雖然樣品表現(xiàn)出與弧碰撞相似的Ta、Nb、Ti負(fù)異常，但前人研究表明，大陸地殼物質(zhì)的混染同樣會引起Ta、Nb、Ti虧損，從而將受到混染的大陸板內(nèi)玄武巖誤判為島弧玄武巖[23-24]。

圖7 研究區(qū)基性巖墻的（a）（Nb/Y）-（Zr/TiO2）巖石分類圖解[26]和（b）FeOT/MgO-TiO2圖解[27]

圖8 研究區(qū)基性巖墻（a）微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖和（b）稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)圖（標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)文獻[28]和[29],俯沖帶數(shù)據(jù)引自文獻[30]）

由于總分配系數(shù)相同或相近的元素比值不會因巖漿的結(jié)晶作用而改變。因此選取總分配系數(shù)相同或相近、對不同源區(qū)存在顯著差別的元素比值可以檢驗是否存在同化混染作用，可大致判別混染程度。在Ce/Yb-Zr/Nb圖解上（圖9a），研究區(qū)基性巖墻落入虧損地幔（N-MORB）與下地殼間,靠近虧損地幔一側(cè)；在Th/Nb-La/Sm圖解上（圖9b），樣品同樣落入虧損地幔（N-MORB）與下地殼之間，且部分樣品顯示了一定程度的結(jié)晶分異。

Ce/Yb—Zr/Nb圖解和Th/Nb—La/Sm圖解均表明研究區(qū)基性巖墻受到了不同程度地殼物質(zhì)的混染。在La/Yb—Th/Ta圖解上(圖10a)，揭示了虧損的地幔物質(zhì)經(jīng)過部分熔融形成的原始巖漿經(jīng)歷了結(jié)晶分異和圍巖的部分同化混染作用，在（Th/Yb）N—（Ta/Th）N圖解上（圖10b），樣品總體也分布于虧損地幔（N-MORB）與地殼混染趨勢線上。此外，研究區(qū)基性巖墻ωTh/ωTa比值介于3.43~9.88，集中在原始地幔和大陸地殼之間[20]。ωNb/ωU比值雖然在巖漿的結(jié)晶分異、同化混染過程中沒有明顯的變化，但不同源區(qū)該比值差異很大，大陸地殼為12，OIB-MORB源區(qū)比值在47左右，而研究區(qū)大多數(shù)樣品介于14.8~28.3之間，介于大陸地殼與OIB-MORB間，表明源區(qū)受到了不同程度地殼的混染。研究區(qū)基性巖墻Mg#介于43.92~64.74之間，均＜65，表明基性巖墻也發(fā)生了一定程度的結(jié)晶分異演化，與Th/Nb-La/Sm及La/Yb-Th/Ta圖解一致。因此，綜上，研究區(qū)基性巖墻受到了不同程度地殼物質(zhì)的混染和結(jié)晶分異演化。

研究區(qū)基性巖墻ωZr/ωY除樣品12H1為2.32相對較低外，其于樣品分布于3.67~5.61，平均值為4.44，明顯與島弧拉斑玄武巖（ωZr/ωY＜3.5）不同，而類似于板內(nèi)玄武巖（ωZr/ωY＞3.5）特征。所有樣品ωZr/ωSm為22.76~32.67，均大于島弧玄武巖（ωZr/ωSm＜20），與板內(nèi)玄武巖較接近（ωZr/ωSm≈30）[27-28]。在Zr-Zr/Y圖解中，除樣品12H1外，其余樣品均落入板內(nèi)玄武巖區(qū)域內(nèi)（圖11a），在Zr-Ti圖解中除樣品12H1、14H1外，樣品均落入板內(nèi)玄武巖區(qū)域（圖11b）。

圖 9 研究區(qū)基性巖墻Ce/Yb- Zr/Nb圖解（a，底圖據(jù)文獻[28]）與Th/Nb- La/Sm圖解（b，底圖據(jù)文獻[33]）

圖10 研究區(qū)基性巖墻La/Yb—Th/Ta圖解（a，底圖據(jù) [34]）及（Th/Yb）N—（Ta/Th）N圖解（b，底圖據(jù) [33]）

圖11 研究區(qū)基性巖墻（a）Zr-Zr/Y及Zr-Ti構(gòu)造環(huán)境判別圖解（底圖據(jù)參考文獻[36]）WPB.板內(nèi)玄武巖區(qū);MORB.洋中脊玄武巖區(qū);IAB.島弧玄武巖區(qū)

綜上所述，研究區(qū)基性巖墻形成于板內(nèi)構(gòu)造環(huán)境，是大陸地殼拉張、巖石圈減薄機制下上涌的軟流圈地幔巖漿經(jīng)歷了不同程度的分離結(jié)晶和地殼部分混染作用而侵位的產(chǎn)物。

5 結(jié)論

1）LA-ICP-MS鋯石U-Pb研究表明，研究區(qū)北西-南東及北東-南西走向的基性巖墻屬同期巖漿產(chǎn)物，其侵位結(jié)晶于787~791Ma，屬新元古代青白口紀(jì)巖漿活動產(chǎn)物。

2）巖石地球化學(xué)研究表明：研究區(qū)內(nèi)基巖巖墻主量元素具有高硅、高堿、富鐵、低鎂，偏鋁質(zhì)的特征，亞堿性玄武巖，顯示出拉斑系列演化趨勢。微量元素中高場強元素Th、La、Ce富集，Ta、Nb呈明顯的虧損，Ti呈負(fù)異常。大離子親石元素中Sr呈明顯的負(fù)異常，表現(xiàn)出板內(nèi)和島弧玄武巖雙重性質(zhì)的微量元素特征。具有較高的稀土元素含量，具有輕稀土相對富集而重稀土相對虧損的特征，總體呈輕稀土相對富集的略右傾模式。

3）構(gòu)造背景研究表明，研究區(qū)基性巖墻形成于板內(nèi)構(gòu)造環(huán)境，是大陸地殼拉張、巖石圈減薄機制下上涌的軟流圈地幔巖漿經(jīng)歷了不同程度的分離結(jié)晶和地殼部分混染作用而侵位的產(chǎn)物。

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Geochronology and Geochemistry of Basic Dykes in the Mianshan Region

WEN Long ZHU Bing YAN Sheng-wu BAI Xian-zhou LI Ming-ze

(Sichuan Institute of Geological Survey, Chengdu 610081)

Many diabase dykes are exposed in Mianshan area on the west margin of the Yangtze Block. Their zircon U-Pb dating shows that they were emplaced during 787-791 Ma which indicates that they may be considered as products of magmatism during Neoproterozoic Qingbaikou period. Petrogeochemistry of the dykes is characterized by enrichment in Si, Al, Fe, Th, La and Ce and depletion in Mg, Ta, Nb which is characteristic of tholeiite. The REE geochemistry is characterized by ∑REE of 46.86-128.44 ppm with (La/Yb)Nof 1.62-4.07 and δEu values of 0.83-1.02 which is similar to that of island arc basalt. These show that the dykes were derived from the asthenosphere mantle and emplaced in within-plate environment with partial crustal contamination under condition of continental crust extension and lithosphere thinning.

diabase dyke; zircon U-Pb age; geochemistry; Mianshan

2017-03-15

中國地質(zhì)調(diào)查局龍門山-滇中成礦帶通安和寧蒗地區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查（編號: 121201010000150016）

文龍（1988-），男，碩士，助理工程師，從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查與礦產(chǎn)勘查研究工作

P584

A

1006-0995（2017）04-0535-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.04.002