桂西那坡百都輝綠巖年代學及地球化學特征:峨眉山大火成巖省基性巖漿活動的證據

李錦誠,周旭霞,韋永先,梁秋明,李政林

(1.廣西區域地質調查研究院, 廣西 桂林 541003；2.桂林理工大學 地球科學學院,廣西 桂林 541006)

右江盆地的構造演化特征及古特提斯洋的東延問題一直是眾多地質學家關注的熱點,右江盆地西南緣滇桂交界地區廣泛出露規模較小的基性侵入巖,其成因研究對探討右江盆地構造格局及演化具有重要的意義,但目前對這些基性侵入巖的認識不盡一致。《廣西壯族自治區區域地質志》認為那坡縣百都一帶輝綠巖侵位時代為早三疊世[1]。張旗等[2]認為揚子地塊西南緣晚古生代的基性巖漿巖與地幔柱的活動有關。

近年來諸多研究者認為右江盆地內基性巖漿與峨眉山大火成巖省有關[3-9]。 傳統意義上的峨眉山玄武巖是指分布于揚子克拉通西緣, 其西以哀牢山紅河斷裂為界, 西北則以龍門山小菁河斷裂為界。范蔚茗等[4]認為峨眉山大火成巖省自啟動到消亡持續了約10 Ma 的時間尺度, 其主體噴發于253～256 Ma約3 Ma左右的時間間隔內。徐義剛等[5]認為峨眉山大火成巖省的時空分布可能向東至少已經波及桂西地區, 其分布區域位于貴州、四川、云南等地峨眉山大火成巖省外部帶及其外側, 其巖石地球化學及區域分布特征暗示上述巖石能被歸屬為峨眉山的一部分, 是峨眉山地幔柱作用的產物, 而與特提斯東延無關。范蔚茗等[4]、 張曉靜等[7]認為桂西一帶晚古生代玄武巖具有與峨眉山溢流玄武巖中高Ti玄武巖相似的地球化學組成, 應為峨眉山玄武質巖漿活動的產物。李政林等[6]認為桂西低Ti 基性巖具有的弧后盆地玄武巖特征，高、低Ti 基性巖空間與時間的高度重合，暗示低Ti 基性巖可能是由峨眉山地幔柱造成的上涌軟流圈巖漿與地殼混染的產物并與印支期的板塊運動有關。本文對百都地區的基性侵入巖地質特征進行詳細研究, 對其LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學、主量元素、微量元素進行系統分析, 并與峨眉山大火成巖省巖石地球化學特征及噴發時限進行對比, 揭示其與峨眉山玄武巖的成因聯系, 反演右江盆地構造演化歷史。

1 區域地質背景

研究區那坡縣百都鄉位于右江盆地西南部, 與越北古陸交界附近(圖1), 分布有數量較多輝綠巖枝, 以規腰一帶出露規模較大, 面積約3.5 km2;區域內出露的眾多輝綠巖枝、巖脈(如那全、弄江等)面積不足1 km2。區域上看，輝綠巖分布沿著者合-那布斷裂、富寧-那坡-平孟斷裂結合部位附近,與斷裂密切相關(圖2)。

研究區出露最老地層為寒武系, 巖性為灰巖、 白云巖夾泥質灰巖、 砂質泥巖、 粉砂巖組合, 產華北型三葉蟲動物群, 推測為越北古陸基底之上的淺海沉積產物。 泥盆系角度不整合于下古生界之上, 為淺海碳酸鹽巖臺地斜坡相沉積, 巖性為泥巖、白云巖、灰巖、泥質條帶灰巖、硅質條帶灰巖、硅質巖等,沉積相相分異明顯。石炭系、二疊系繼承泥盆紀的沉積環境,沉積相分異進一步擴大,二疊紀末盆地內沉積了一套分布廣泛、富含火山碎屑的領好組(P3lh)。而在臺地相區上二疊統底部發育一套鐵鋁巖,為一沉積間斷面。三疊系亦分為臺地相及盆地相,其中：臺地相早三疊世沉積了灰巖、白云巖，中三疊世沉積了泥巖、砂質泥巖夾粉砂巖、細砂巖;盆地相早三疊世則沉積泥巖、泥質條帶灰巖、凝灰巖,中三疊世沉積一大套具深海重力沉積特征的粗碎屑巖,以砂巖、泥巖為主,百都一帶底部為一套玄武安山巖。

圖1 右江盆地地質構造略圖(據文獻[9]略修改)Fig.1 Rergional tectonic schematic map of Youjiang basin

圖2 那坡地區地質簡圖Fig.2 Geological map of Napo∈—寒武系;D-P—泥盆系-二疊系; D—泥盆系;C —石炭系;T—三疊系;βμ—輝綠巖;★—采樣位置

輝綠巖侵入最新地層為上二疊統領好組凝灰巖、泥巖,多數露頭觀察到輝綠巖侵入中二疊統四大寨組灰巖(圖3),四大寨組產Verbeekina、Neoschwagerina、Pseudodoliolina等,接觸關系清晰,接觸帶有冷凝邊,圍巖常見角巖化、大理巖化,偶見輝綠巖呈似層狀順層侵入灰巖間。

2 巖石學特征

百都一帶基性巖漿巖顏色為深灰綠色,塊狀構造,巖性有下列幾種:

橄欖輝綠巖:嵌晶含長結構(圖4a),輝石不規則狀,大小2～10 mm,其中雜亂包嵌有半自形斜長石(0.3～0.8 mm),輝石間亦常有斜長石聚集,斜長石間有少量不規則狀輝石充填。等軸狀橄欖石含量約8%,聚集分布于斜長石間,全被金云母、蛇紋石取代。

輝長巖:輝長結構(圖4b), 巖石礦物成分主要為斜長石(假晶)、普通輝石,其次是暗色礦物假晶,其他礦物含量極少。斜長石較自形,長約0.1～1.6 mm,多被黝簾石、絹云母交代,多見假晶。普通輝石呈半自形-他形粒狀,粒徑約0.1～1.2 mm,局部被綠泥石、纖閃石交代。巖石中普通輝石與斜長石粒度及自形程度相近,形成變余輝長結構。

輝綠巖: 間隱結構、 輝綠結構, 局部嵌晶含長結構(圖4c), 斜長石呈半自形柱狀, 柱長多數0.2～0.7 mm, 集合體雜亂分布。普通輝石呈半自形短柱狀、 柱狀、長柱狀,短柱狀者充填于斜長石格架之間,柱狀者包嵌斜長石晶粒,長柱狀者可達5.5 mm。 少量玻璃質充填于斜長石格架之間。

圖3 輝綠巖與四大寨組(P2s)侵入關系(a)及外接觸帶球狀、條帶狀大理巖化灰巖(b)Fig.3 Intrusive contact relationship between diabase and P2s Formation(a) and external contact with bulbous and banded marbled limestone(b)

圖4 巖石顯微照片Fig.4 Microphotographs of diabase and gabbroa—規腰巖體橄欖輝綠巖;b—那全巖體輝長巖;c—那全巖體輝綠巖

3 分析方法及樣品特征

本次工作采集了主、微量元素分析樣品8件,鋯石U-Pb同位素年齡樣品3件,分別為規腰巖體GY-1、那全巖體NQ-1、弄江巖體NJ-1,采樣位置見圖2。全巖主量元素和微量元素分析在國土資源部武漢礦產資源監督檢測中心進行,主量元素通過X熒光光譜儀(Magix_pro2440)采用X射線熒光光譜法(XRF)分析。 微量元素通過質譜儀(Thermo elemental X7)電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)分析。

鋯石U-Pb定年測試工作是在中國地質大學(北京)礦物激光微區分析實驗室(Milma Lab)通過LA-ICP-MS方法完成。 測試中, NewWave 193UC型ArF準分子激光器進行剝蝕取樣, Angilent 7900四級桿型等離子質譜儀測試離子信號強度。測試過程中采用NIST 610作為元素含量外標,鋯石91500[10]作為U-Pb同位素比值外標,鋯石GJ-1[11]和Plesovice[12]作為未知樣品的數據質量監控標樣來進行分析。 每個點位的數據首先通過Angilent ICP-MS內置的MassHunter軟件來進行轉化,生成每個點位的信號時間關系文件。數據處理采用ICPMSDataCal 軟件[13-16], 同位素比值及年齡誤差均為1σ。 普通鉛采用Andersen程序進行校正,諧和圖和年齡均值圖均采用Isoplot軟件[17]進行繪制。

4 分析結果

4.1 地球化學特征

樣品的主、微量元素分析結果見表1。輝綠巖樣品的SiO2含量45.40%～49.56%,TiO21.37%～5.22%,Al2O310.68%～17.36%,MgO 2.94%～7.49%,Na2O>K2O。那全巖體里特曼指數為1.22～2.78(<3.3)，為鈣堿性系列巖石,規腰、弄江巖體里特曼指數(3.80～7.55)為堿性系列巖石。在TAS和Nb/Y-Zr/TiO2圖解中弄江巖體落入粗面玄武巖序列(圖5),其余巖體落入堿性玄武巖類范疇。

輝綠巖稀土元素球粒隕石標準化分配圖解、微量元素原始地幔標準化蛛網圖見圖6。其中那全巖體稀土元素總含量低,∑REE=(57.20～106.80)×10-6,球粒隕石標準化稀土元素配分曲線圖中,配分曲線總體平緩,(La/Yb)N=1.86～2.60, δEu=0.86～1.01。 規腰、 弄江巖體稀土元素總含量變化較大(∑REE=(90.68～321.26)×10-6),球粒隕石標準化稀土元素配分曲線圖中,配分曲線總體呈LREE富集的右傾模式,(La/Yb)N=8.17～9.00, δEu=1.13～1.49為Eu正異常。

表1 百都基性侵入巖主量及微量元素分析結果

續表1

圖5 百都輝綠巖的SiO2-(K2O+Na2O)圖(a)和Nb/Y-Zr/TiO2圖(b)Fig.5 SiO2-(K2O+Na2O)(a) and Nb/Y-Zr/TiO2(b) of mafic rocks from Baidu

4.2 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學

采集到3個巖體中鋯石多為短柱狀自形晶體,長50～150 μm,陰極發光影像暗灰色,內部發育典型的基性巖漿結晶寬板狀環帶結構,Th/U值為0.76～6.17,為巖漿鋯石。對其中形態比較好、發育完整環帶結構的鋯石顆粒進行LA-ICP-MS激光打點(圖7),剔除不諧和及年齡較老的繼承鋯石,U-Pb 同位素年齡分析結果見表2。

圖6 百都輝綠巖稀土元素配分模式(a)和不相容元素蛛網圖(b)(球粒隕石、原始地幔、E-MORB和OIB值據Sun等[18]; 峨眉山高Ti玄武巖數據據Xu等[19]、Xiao等[20])Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns(a) and primitive mantle-normalized trace element patterns(b) of mafic rocks from Baidu

續表2

5討 論

5.1 百都一帶基性侵入巖的形成年齡

一般認為峨眉山大火成巖省最早啟動于約260 Ma,大規模快速噴發發生在253～256 Ma, 251～253 Ma的中酸性巖石代表該火成巖事件的晚期產物[21-22]。本次測試的基性巖年齡(圖8)：弄江巖體10個點的206Pb/238U同位素年齡加權平均值為260.5±0.9 Ma(MSWD=0.37); 規腰巖體9個點的206Pb/238U同位素年齡加權平均值為262.5±4.9 Ma(MSWD=0.15); 那全巖體鋯石稀少, 4個點的206Pb/238U同位素年齡加權平均值為257.4 ± 2.6 Ma(MSWD=0.64)。

鋯石U-Pb年齡數據表明，百都一帶基性侵入巖侵位時代基本與峨眉山大火成巖省的主噴發期一致,為晚二疊世,屬于印支期。

5.2 巖漿成因

本次研究所采集的樣品稀土元素配分模式總體相似,具峨眉山玄武巖相似的稀土配分特征,應為同一源區的產物;那全巖體具有E-MORB相似的稀土配分特征,稀土元素總含量低,推斷巖漿未與地殼物質發生混染作用。

根據微量元素構造環境判別圖解分析,可以發現在基性巖的(Zr/Y)-Zr圖解(圖9a)那全巖體兩個樣品落入洋中脊玄武巖的范疇,一個樣品落入板內玄武巖范疇;規腰、弄江巖體落入板內玄武巖范疇。Th/Yb對Ta/Yb 相關圖解中那全巖體樣品落入活動陸緣區。

5.3 區域構造環境

研究區南側平孟一帶碳酸鹽巖臺地相區上二疊統合山組與下伏層位存在較大的沉積間斷,下伏層位茅口組幾乎全被風化溶蝕,不整合面上殘積了合山組底部的鐵鋁巖。應為大規模的地殼抬升作用的結果,與峨眉山大火成巖省巖漿活動時間吻合。

圖8 百都基性巖鋯石 U-Pb 同位素年齡諧和曲線Fig.8 Zircons age diagrams of mafic rocks from Baidu

圖9 百都輝綠巖Zr-Zr/Y(a)和Ta/Yb-Th/Yb(b)圖解(底圖據文獻[23-24])Fig.9 Zr-Zr/Y(a)and Ta/Yb-Th/Yb(b) diagram of diabase from BaiduIAB—島弧玄武巖;IAT—島弧拉斑系列;ICA—島弧鈣堿系列;SHO—島弧橄欖玄粗巖系列;WPB—板內玄武巖;MORB—洋中脊玄武巖;TH—拉斑玄武巖;TR—過渡玄武巖;ALK—堿性玄武巖

晚古生代研究區及周邊處于下古生界構成的古陸邊緣,沉積環境嚴格受者合那布斷裂、富寧那坡平孟斷裂制約,形成臺盆格局的沉積環境。巖漿巖的分布特征與上述兩斷裂密切相關,是巖漿侵位的主要通道,具有持續活動的性質,由此推測右江盆地西南緣晚二疊世為活動陸緣環境。

6 結 論

(1)百都一帶輝綠巖的鋯石U-Pb年齡分別為260.5±0.9 Ma、262.5±4.9 Ma、257.4±2.6 Ma,表明其侵位時代為晚二疊世早期,屬于印支期,與峨眉山大火成巖省的主噴發時限基本一致。

(2)根據百都一帶輝綠巖在時代、地球化學特征和構造背景方面的研究,推斷其應為峨眉山玄武巖同質異相巖漿活動的產物,峨眉山大火成巖省巖漿活動波及右江盆地滇桂交界地區。

(3)右江盆地西南緣晚二疊世處于活動陸緣構造環境,峨眉山大火成巖省巖漿沿區域性大斷裂侵位。