右江盆地構造屬性及地幔特征:來自憑祥基性巖地球化學及Sr-Nd同位素的證據

文雅倩,劉希軍,李政林,許繼峰,王葆華,丁姍姍,胡榮國,潘羅忠,戴 昱

(1.桂林理工大學 a.廣西隱伏金屬礦產勘查重點實驗室; b.廣西有色金屬隱伏礦床勘查及材料開發協同創新中心,廣西 桂林 541006;2.廣西區域地質調查研究院,廣西 桂林 541003)

0 引 言

右江盆地位于滇桂越交界部位,大地構造位置上屬于古特提斯和太平洋交匯處,涉及揚子地塊、華夏地塊、云開地塊和越北地塊等構造單元[1]。晚二疊紀受峨眉山大火成巖省的巖漿活動影響,右江盆地發生強烈的海底熱液活動[2-3],整個右江盆地在晚二疊世經歷過一次較強基底沉降裂陷作用和火山活動,曾允孚等[4]認為其為金沙江哀牢山洋盆北東向俯沖導致弧后拉伸擴張的結果,也有學者認為該活動主要與峨眉山地幔柱活動有關[5]。李政林等[6]提出,那坡-憑祥地區可能屬于揚子與華夏板塊之間俯沖體系的弧后盆地。前人對右江盆地內部的基性巖巖石學和地球化學研究表明,盆地中部的基性巖為陸內裂谷成因,而盆地西南緣那坡-憑祥地區具有島弧玄武巖的特征,說明盆地的性質已經發生了轉變[6-9],特別是在桂西那坡和桂西南憑祥地區發現陸內性質和島弧性質的基性巖一起出現,可能反映了峨眉山地幔柱與古特提斯洋相互作用的過程[6,8],而早石炭世初期洋島型火山巖和具有俯沖-碰撞性質的火山巖的出現,暗示在石炭紀初期右江盆地和越北地塊之間可能存在一個與古特提斯洋相關的分支洋[10]。而近期的研究發現，那坡的低Ti基性巖特征可能受到了ELIP和古特提斯俯沖作用的共同影響[11]。前人的研究多從沉積學以及構造學方面研究該區的屬性,從巖漿巖的地球化學方向剖析右江盆地地幔構造屬性的涉及較少。

憑祥位于右江盆地的西南緣, 在與越北地塊交界地帶(圖1a), 該地區出露一系列基性侵入巖。 基性巖通常來源于地幔, 不僅包含豐富的幔源信息,而且是大陸伸展、 巖石圈減薄、甚至裂解的關鍵證據[12], 研究它們有助于理解右江盆地的深部動力特征。 筆者在憑祥觀察到了具有良好露頭的基性巖脈, 通過對這些基性巖巖石地球化學特征的研究, 探討基性巖的巖石成因及其大地構造背景, 以期為右江盆地的地幔構造屬性提供依據。

圖1 右江盆地大地構造位置圖(a，據文獻[13]修改)及憑祥區域地質簡圖(b，據廣西地質局區域地質測量隊憑祥幅地質圖,1976)Fig.1 Geotectonic map of Youjiang basin(a)and regional geological map of Pingxiang(b) ① 安化-羅成斷裂;② 威寧-紫云-南丹-都安斷裂;③ 憑祥-南寧斷裂;④ 右江斷裂;⑤ 那坡-龍州斷裂;⑥ 彌勒-師宗-盤縣斷裂;⑦ 金沙江斷裂;⑧ 昌寧-孟連斷裂;⑨ 哀牢山斷裂;⑩ SongMa斷裂;紅河剪切帶;八布斷裂;SB—十萬大山盆地;QFB—欽防褶皺帶;E2-Ny1—新近-古近系邕寧群第一段;T2h—三疊系河口組;T1m—三疊系馬腳嶺組;T1b—三疊系北泗組;P2—二疊系上統;P1m—二疊系茅口組;P1q—二疊系棲霞組;C—石炭系;印支期花崗斑巖;印支期細粒斑狀黑云母花崗巖、花崗斑巖;βμ5—中生代輝綠巖;ψ5—中生代單輝橄欖巖;中生代長石石英斑巖;βμ—輝綠巖脈

1 研究區地質背景與樣品特征

憑祥地區位于廣西西南部,其地質位置處于環太平洋火山巖帶和地中海喜馬拉雅火山巖帶復合部位,右江地塊西大明山隆起的西南端[14]。右江盆地內晚古生代地層發育,主要表現為由碳酸鹽巖、砂巖、頁巖組成的孤立臺地,而臺地邊緣被廣泛的三疊系沉積物覆蓋,中生代侏羅系、白堊系分布在十萬大山地區。該區的巖漿活動有兩期：華力西期以中基性火山巖為主,印支期以大規模的酸性火山巖噴發和侵入巖為特征。憑祥為右江盆地在晚古生代—中三疊世火山巖主要分布的地區之一,且右江盆地晚古生代的火山巖主要為玄武巖,并多與硅質巖、泥巖和灰巖組成的深水相沉積共生產出。在臨近研究區的崇左市龍頸一帶深水相地層中出露有由輝長巖、輝綠巖和枕狀玄武巖組成的層狀基性堆晶巖系,地球化學特征表現出類似于E-MORB的特征。中酸性巖體主要出露在越北地塊的逆沖推覆體中及十萬大山盆地兩側[15-17],十萬大山盆地兩側的過鋁質鈣堿性火山巖具有與俯沖消減作用相關的島弧型火山巖地球化學特征[15],而越北地塊的基性-超基性巖、流紋巖、斑狀花崗巖及高鋁質花崗巖體被認為是峨眉山地幔柱作用形成的兩期巖漿事件[18-20]。越北地塊推覆體的逆沖導致了逆沖推覆構造自越北地塊延伸至桂越交界地區[16-17,21],并奠定了桂越交界區域的構造格局。

研究區內出露的地層主要為石炭系、二疊系和三疊系,新近-古近系出露于東部,角度不整合于中生代之上。出露的巖漿巖有印支期花崗斑巖,中生代的橄欖巖、輝綠巖以及輝綠巖脈,輝綠巖脈呈定向分布。在憑祥附近的那哮剖面,夾雜有5層火山巖：上部兩層主要為蝕變基性侵入-火山巖,含有少量蝕變玄武巖；下部和中部的3層為中性熔巖。即在早二疊世晚期,那哮一帶具有中基性火山活動。憑祥附近的巖性基本與那哮相同,但多不夾火山巖。研究區斷裂發育,主干斷裂有近東西向的憑祥-東門活動性斷裂、叫隘斷裂等,它們均屬壓性兼扭性結構面,常被北西向張扭性斷裂所扭錯,同時受北東向構造的干擾,斷裂走向常向北東偏轉。其中,憑祥-東門斷裂不僅控制了南北兩側構造線的展布,且對兩側的沉積建造和巖漿活動也有明顯的控制作用。

憑祥地區出露的基性巖主要為脈狀,節理發育,圍巖主要為灰巖,產狀自西向東變陡,巖脈與圍巖呈斷層接觸關系(圖2a)。巖脈寬約50 m,巖性為輝綠巖。利用光學顯微鏡對巖石薄片進行鏡下觀察,主要礦物組成為單斜輝石(約50%)和基性斜長石(約40%), 具典型的輝綠結構(圖2b)。

圖2 憑祥輝綠巖巖體野外特征(a)和顯微照片(b)Fig.2 Field characteristics(a)and micrograph(b)of diabase rock mass in Pingxiang Cpx—單斜輝石;Pl—基性斜長石

2 分析方法

本次研究的7件輝綠巖樣品采自于廣西憑祥325國道天橋旁,采樣點在N22°07′30″、E106°48′24″附近2 km范圍內。樣品主微量同位素分析、地球化學實驗分析均在桂林理工大學廣西隱伏金屬礦產勘查重點實驗室完成。主量分析是將樣品粉末熔制成玻璃餅,再利用日本株式會社理學ZSX Primus Ⅱ型X射線熒光光譜儀(XRF)進行測試。微量分析主要采用酸溶法,將完全溶解的樣品稀釋后用Agilent 7500cx電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)進行微量元素測定,主、微量元素分析測定具體流程詳見文獻[22-23],數據分析精度一般優于10%。Sr-Nd同位素分析采用酸溶法,將完全溶解的樣品通過不同特性的樹脂依此分離Sr、Nd、稀土元素，對分離后獲得的 Sr、Nd 溶液采用Neptune Plus 型 MC-ICP-MS 進行分析測試，具體流程詳見文獻[24]。

3 地球化學特征

3.1 主量元素

憑祥基性巖分析結果見表1。 雖然盡量選擇其新鮮巖石, 但仍有不同程度的蝕變, 測試的樣品燒矢量LOI多在3%～4%, 最大為4.52%。SiO2含量在46.27%～47.39%, Al2O3為13.70%～16.28%, Na2O為4.05%～4.75%, K2O為0.41%～0.85%。 在TAS圖解(圖3a)和Zr/TiO2-Nb/Y圖解(圖3b)上, 憑祥基性巖的樣品落在堿性玄武巖區域內。

3.2 微量元素

憑祥輝綠巖樣品的稀土元素特點基本一致,含量變化不大(表1), 均有富集LREE、虧損HREE的特點, (La/Yb)N=4.37～9.45, 球粒隕石標準化稀土元素配分曲線呈右傾斜型, 整體介于OIB與E-MORB之間(圖4b)， 巖石出現Sr正異常, 說明可能存在斜長石的堆晶或者源區斜長石含量較高。 巖石基于無Eu異常(δEu=0.98～1.08),說明斜長石的分離結晶作用不明顯或源區斜長石含量較高。

微量元素特征方面,憑祥輝綠巖的整體特征較為一致。在微量元素原始地幔標準化圖解上,總體呈現出右傾的趨勢；相對其他微量元素,明顯富集大離子親石元素(Rb、 Sr、 Ba等)(圖4a), 高場強元素未出現虧損(Na, Ta等)。總的來說,輝綠巖的微量元素特征呈現出從E-MORB至OIB過渡的特征。

3.3 Sr-Nd同位素

憑祥輝綠巖樣品的初始同位素比值范圍總體上變化不大(表2), (87Sr/86Sr)i為0.705 568～0.706 617, (143Nd/144Nd)t為0.512 266～0.512 386, εNd(t)為-0.65～+1.69, Sr-Nd同位素組成與現代大洋富集型地幔和ELIP地幔組成相似, 具有向EM Ⅱ型富集地幔演化的趨勢。

表1 憑祥輝綠巖的主量元素(wB/%)和微量元素(wB/10-6)分析結果Table 1 Major and trace element compositions of diabases from Pingxiang

注:δ=(Na2O+K2O)2/(SiO2-43)。

圖3 憑祥輝綠巖SiO2-(Na2O+K2O)(a, 據Le Bas等[25])和Nb/Y-Zr/TiO2圖解(b, 據Winchester 等[26])Fig.3 SiO2-(Na2O+K2O) (a) and Nb/Y-Zr/TiO2 (b) diagrams of diabase in Pingxiang

4 討 論

憑祥輝綠巖的主、 微量元素特征顯示其屬于堿性玄武巖系列, 具有似E-MORB和似OIB過渡的地球化學特征, 表明其可能是富集型軟流圈地幔和似OIB型地幔部分熔融的產物。 輝綠巖的Nb、 Ta并未出現負異常, 另外, 樣品的原始地幔標準化(Th/Nb)N值在0.54～0.79,該值均小于1； Nb/La的均值為1.04(≥1), 表明了樣品未受到地殼的混染。 輝綠巖沒有出現明顯的Eu負異常, 其富集大離子親石元素Sr, 可見巖漿演化過程中沒有經歷明顯的斜長石分離結晶。 在La/Sm-Sm/Yb圖解中(圖5a), 憑祥輝綠巖落在石榴石二輝橄欖組成的地幔熔融線附近, 表明其來源于石榴子石的部分熔融。 利用Th/Yb-Ta/Yb圖解(圖5b)對輝綠巖進行

圖4 輝綠巖稀土元素配分模式(a)和不相容元素原始地幔標準化圖(b) (球粒隕石、 原始地幔、 E-MORB和OIB值據Sun 等[27])Fig.4 Chondirte-nomralized REE distirbution patterns(a) and primitive mantle-normalized incompatible element patterns(b)of diabase

表2 憑祥輝綠巖的Sr-Nd同位素數據

Table 2 Sr and Nd isotope composition of diabases from PingxiangwB/10-6

元素PX-07PX-08PX-10PX-13PX-14PX-18PX-19 Sr428.96341.56434.25519.19526.04758.69798.25 Rb22.819.1319.216.2515.4215.1526.52 87Rb/86Sr0.153 90.162 20.128 10.084 90.034 90.057 80.096 2 87Sr/86Sr0.706 9220.706 4960.706 2720.706 5960.706 7470.705 9390.705 928 (87Sr/86Sr)i0.706 3460.705 8890.705 7920.706 2790.706 6170.705 7220.705 568 2σ0.000 0140.000 0010.000 0120.000 0080.000 0110.000 0070.000 009 Nd8.039.8015.7517.0311.8215.8916.76 Sm2.282.613.844.072.913.764.00147Sm/144Nd0.172 80.162 10.148 40.149 80.145 50.144 00.145 3 143Nd/144Nd0.512 5630.512 5890.512 6400.512 5240.512 5310.512 6340.512 628 (143Nd/144Nd)t0.512 2660.512 3100.512 3840.512 2660.512 2810.512 3860.512 378 2σ0.000 0050.000 0040.000 0040.000 0030.000 0040.000 0040.000 003 εNd(t)-0.650.211.66-0.65-0.371.691.53

注: Sr-Nd同位素數據計算所用的年齡采用t=263 Ma(據文獻[28])；147Sm/144Nd 和87Rb/86Sr 值根據Rb、 Sr、 Sm和Nd含量計算得出； εNd(t)計算中采用的CHUR 值為143Nd/144Nd=0. 512 299。

圖5 憑祥輝綠巖La/Sm-Sm/Yb圖解(a, 底圖據Lassiter等[29])和Th/Yb-Ta/Yb圖解(b, 底圖據Pearce[30])Fig.5 La/Sm-Sm/Yb diagram(a) and Th/Yb-Ta/Yb diagram(b) of the Pingxiang diabases PM—原始地幔; DMM—虧損地幔; CLM—巖石圈地幔；SHO—鉀玄巖;CAB—鈣堿性玄武巖;TH—拉斑玄武巖;N-MORB—正常洋脊玄武巖;E-MORB—富集型洋中脊玄武巖;OIB—洋島玄武巖

源區判別, 樣品落在了地幔演化區域, 介于E-MORB和OIB之間的富集地幔源區, 暗示輝綠巖可能為E-MORB源區和OIB源區物質混合形成的。 另外, 憑祥輝綠巖的Sr-Nd同位素顯示出低(87Sr/86Sr)i值(0.705 568～0.706 617),εNd(t)值從-0.65～+1.69, 揭示了其地幔源區從輕微虧損至富集地幔過渡的特征(圖6),這一特征與輝綠巖微量元素特征呈現的從E-MORB向OIB過渡相一致,地幔具有EMⅡ演化的趨勢。憑祥輝綠巖的地幔特征可能為古特提斯洋軟流圈地幔受峨眉山大火成巖省地幔影響而形成的。

圖6 憑祥輝綠巖的Sr-Nd同位素組成 (地幔儲庫據文獻[31],各組分據文獻[32],ELIP數據來自文獻[33])Fig.6 εNd(t)and(87Sr/86Sr)i relationships for Pingxiang diabase

在大地構造位置上,憑祥位于廣西西南部與越南接壤的邊境地區,處于滇瓊古特提斯縫合帶東段,右江盆地的西南端[34],靠近金沙江哀牢山古特提斯縫合帶。前人的研究表明,右江盆地在晚古生代處于伸展構造背景[35],根據憑祥輝綠巖的微量元素及Sr-Nd同位素特征,表明輝綠巖來自于從輕微虧損的MORB型軟流圈地幔向富集的OIB型地幔的過渡源區,故輝綠巖呈現由E-MORB向OIB的微量元素過渡特征,這一特征完全不同于二疊紀峨眉山玄武巖。憑祥輝綠巖的E-MORB特征是軟流圈地幔的產物,OIB型特征又具地幔柱巖漿源區的特征。目前具有E-MORB向OIB型過渡特征的基性巖漿作用一般形成于洋中脊與地幔柱相互作用[36-37]、洋中脊與俯沖帶相互作用[38]或者弧后盆地系統[39]。因此,筆者認為憑祥輝綠巖的形成可能受到了古特提斯俯沖體系和峨眉山地幔柱的共同影響,揭示了右江盆地的形成可能受到了古特提斯俯沖體系和峨眉山地幔柱的共同影響,隨著古特提斯的演化,其橫向上古特提斯板片俯沖體系與縱向上峨眉山地幔柱的相互作用可能造成了古特提斯弧后拉張,其地幔特征呈現出受古特提斯MORB型軟流圈地幔與峨眉山OIB型地幔的雙重影響,最終形成了憑祥地區具有E-MORB與OIB過渡特征的基性巖。

5 結 論

桂西南憑祥輝綠巖地球化學特征上呈現出E-MORB型向OIB型過渡的特征,Sr-Nd同位素特征表明其地幔源區受古特提斯MORB型軟流圈地幔與峨眉山OIB型地幔的雙重影響,揭示了憑祥輝綠巖的形成可能是古特提斯俯沖體系和峨眉山地幔柱共同作用的結果。這一特殊的巖漿作用進一步表明右江盆地的構造屬性可能是在古特提斯的演化過程中,橫向上古特提斯板片俯沖體系與縱向上峨眉山地幔柱的相互作用引起的古特提斯弧后拉張盆地。