水汶盆地碎斑熔岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及地球化学特征

潘 登， 吴仁贵， 邓伟强， 谢建新， 张振松

(1.东华理工大学地球科学学院，江西 抚州 344000;2.广西壮族自治区三0七核地质大队，广西 贵港 537000)

水汶盆地位于广西省东南部岑溪县和容县境内，属北东向展布的长360 km、宽10～60 km的博白-岑溪中-酸性火山岩带的一部分，大地构造上处于华夏板块西南部云开台隆北缘，北西侧受博白-岑溪断裂控制。盆地内已发现有铀矿化，但是对盆地内与铀矿化密切相关的火山岩缺乏系统的研究，几乎没有相关研究成果报道。因此，对水汶盆地西垌组四段流纹质碎斑熔岩进行系统的年代学和地球化学的研究，有利于盆地内的铀矿勘查工作开展。

1 盆地地质概况

水汶盆地靠近钦杭构造带西南端和云开隆起区的西北端，是天堂山穹褶断束和合浦-北流褶断束的交接部位的中生代火山盆地。盆地呈NEE向展布，北西向地势较低，南东向地势较高。盆地基底以下古生界的混合岩、片岩和上古生界的灰岩为主，盖层为上白垩统西垌组火山碎屑岩及熔岩与下伏大坡组呈角度不整合接触(广西壮族自治区地质矿产局，1985)(图1)。依据沉积喷发特征、岩石组合及接触关系，西垌组可分为四个岩性段①广西地质矿产勘查开发局.1995.水汝幅、杨村北半幅区域地质调查说明书(1∶50000).，其中第一段主要由空落相的弱熔结凝灰角砾岩和集块岩与溢流相的斑状流纹岩构成一个喷发旋回，第二段主要由砾岩等正常沉积岩以及凝灰质砂岩和沉火山角砾岩等喷发－沉积相岩石组成，第三段呈不完整环状产出于盆地周围，由喷发相的熔结凝灰岩及火山角砾岩等构成，第四段则主要由溢流相及侵出相的流纹岩和碎斑熔岩等酸性火山熔岩组成。

2 岩相学特征

图1 水汶盆地地质略图Fig.1 The geological sketch map of shuiwen basin

本文样品采自水汶盆地西垌组四段，为流纹质碎斑熔岩。岩石呈灰黑色、灰色、灰白色，块状构造，具碎斑结构，基质为隐晶质-显微粒状节构，镜下可见流动构造，斑晶和碎斑含量可达50% ～60%，斑晶以石英和长石为主，长石主要为钾长石和斜长石，还有极少量的黑云母。斑晶中石英斑晶达40% ～60%，部分溶蚀成浑圆状或港湾状，部分碎而不散具有可拼合性，裂纹普遍较发育，有的碎裂较严重且棱角明显，粒径为0.5～3 mm;钾长石占30% ～45%，常见卡氏双晶，破碎和蚀变普遍较石英严重，粒径0.3～3.5 mm;斜长石占 5% ～10%，聚片双晶发育，粒径0.1～1 mm;黑云母小于2%，呈片状-板状，粒径0.1 ～0.6 mm。除碎斑熔岩以外水汶盆地的主要岩石还有熔结凝灰岩以及流纹斑岩。熔结凝灰岩主要呈深灰色或是肉红色，致密块状，假流动构造发育，岩石主要由塑性浆屑、玻屑及少量的岩屑和晶屑构成，晶屑主要为长石和石英。流纹斑岩主要为灰白色，斑状结构，块状构造。基质具微粒或隐晶结构，斑晶可达30%，大小0.3～3 mm，成分主要为石英，可达60%以上，其次为长石斑晶。

3 碎斑熔岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年

3.1 分析方法

定年样品(编号:SW11-16-2)采自水汶盆地吉太乡附近，地理坐标为:东经 110°52'12.2″北纬 22°43'44.5″，将样品破碎至80目左右后进行淘洗以去掉轻矿物，剩下较重的矿物再经过重液和电磁选，最后在双目镜下人工挑选出透明度及晶型较好的锆石晶体。锆石挑选在河北省廊坊市诚信地质服务有限公司完成，制靶、反射光、透射光。以及阴极发光(CL)成像和锆石U-Pb定年都在西北大学大陆动力国家重点实验室完成。锆石CL成像是在备有Gatan CL3+型CL探头的Quanta 400FEG型场发射扫描电镜上完成的。锆石U-Pb同位素定年使用的激光剥蚀系统是德国Microlas公司的GeoLas200M，ICP-MS仪器为Agilent公司新型号7500，详细测定流程见袁洪林等(2003)。样品的同位素比值及元素含量计算采用GLITTER(ver 4.0，Macquarie University)程序，然后用 Isoplot(ver 3.00，Ludwig，2003)程序进行年龄计算及谐和图的绘制。

表1 水汶盆地碎斑熔岩(样品号SW-16-2)LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb分析结果Table1 Analysis result of LA-ICP-MS Zircons U-Th-Pb from clastoporphyritic lava in Shuiwen Basin

3.2 分析结果

水汶盆地碎斑熔岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素分析数据列于表1。所分析的锆石呈浅黄褐色-透明无色，颗粒长度100～300 μm，宽30～150 μm，长宽比为2∶1～5∶1，自形程度较好，多为自形柱状、长柱状以及双锥状，阴极发光图像显示锆石具有清晰的环带结构(图2)，为典型岩浆锆石的内部结构(吴元宝等，2004)。锆石U含量为67～562 μg/g，Th含量介于 36 ～496 μg/g之间，U/Th 比值介于0.92～1.83 之间，均大于0.4，也显示出典型岩浆锆石的成分特征(Rubatto et al.，2000;Belousova et al.，2002;Mller et al.，2003)，获得的年龄可代表水汶盆地碎斑熔岩的成岩年龄。26粒锆石、30个分析点的206Pb/238U年龄数据分布在77.8～98.4 Ma之间，有10个分析点协和度大于115%，为不协和年龄，其余20个点中有一个分析点206Pb/238U年龄偏离数据组(虚线环所示)，剩余19个分析点的协和度较好(图3)且206Pb/238U年龄数据集中分布在81.1～－87 Ma之间，19个分析点206Pb/238U年龄加权平均年龄为(83.4 ±0.9)Ma，MSWD=1.7。因此，水汶盆地碎斑熔岩属晚白垩世火山活动的产物。

图2 水汶盆地碎斑熔岩锆石CL图像、LA-ICP-MS分析点位及206Pb/238U视年龄Fig.2 CL image，localities of the points for LA-ICP-MS measurements and the206Pb/238U apparent ages of zircons from the clastoporphyritic lava in Shuiwen Basin

4 地球化学特征

4.1 分析方法

碎斑熔岩主量元素、微量元素分析均在核工业北京地质研究院完成。其中主量元素使用飞利浦PW2404 X射线荧光光谱仪采用GB/T14506.28-93硅酸盐岩石化学分析方法X射线荧光光谱法测定，微量元素使用 Finnigan MAT制造的HR-ICP-MS(ElementⅠ)采用DZ/T0223-2001电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)方法通则测定，主量元素、微量元素分析结果及主要参数列于表2。

表2 水汶盆地碎斑熔岩主元素(10－2)、微量及稀土元素(10－6)分析结果及主要参数表Table2 Analysis result and main parameters of major elements(10－2)，trace elements and rare earth elements(10－6)from the clastoporphyritic lava in Shuiwen basin

续表2

图3 水汶盆地碎斑熔岩锆石U-Pb谐和图Fig.3 U-Pb Concordia diagrams of zircons from the clastoporphyritic lava in Shuiwen basin

4.2 主量元素

碎斑熔岩主量元素地球化学特征特征包括:(1)富硅，SiO2含量 73.6% ～74.3%，均值为73.9%，碱含量高，(Na2O+K2O)=7.88 ～ 8.28，在TAS图解中(图4a)全部都落于钙碱性流纹岩区域内，表明水汶盆地碎斑熔岩是一种钙碱性流纹质碎斑熔岩;(2)富钾，K2O含量4.91% ～5.61%，K2O/Na2O=1.56 ～1.78，在 K2O ～ SiO2图解(图4b)中都落于高钾钙碱性区域内;(3)P2O5含量(0.03% ～0.04%)低，且 P2O5含量随 SiO2含量升高而降低;(4)Al2O3含量中等(12.65% ～13.35%)，A/NKC值变化于0.99～1.03之间，过碱指数(AI值)变化于 0.79～0.82之间，属准铝-弱过铝质;(5)分异指数(D.I.)介于 87.9 ～89.9 之间，表明岩石具有较高的分异演化程度;(6)CIPW标准矿物计算中，绝大多数样品出现刚玉分子，刚玉分子含量介于0.08% ～0.47%之间。

4.3 稀土和微量元素

水汶盆地碎斑熔岩样品的稀土含量较高，ΣREE介于 247×10－6～292×10－6之间，平均为259× 10－6。LREE/HREE=12.8 ～15.2，平均为13.7，(La/Yb)N=15.9 ～19.9，平均为 17.6，样品的球粒陨石标准化配分曲线图呈明显的右倾这表明了轻稀土富集(图5a)，轻重稀土之间具有明显的分馏，(La/Sm)N=5.36 ～6.90，表明轻稀土的分馏较明显，(Gd/Yb)N=1.74 ～1.85，说明重稀土分馏相对不明显，La/Yb=23.48 ～29.50，均 ＞10，体现出壳幔混合来源的特征(刘平华等，2007)，δEu介于0.49～0.76之间，体现出了中等的Eu亏损，这一亏损是因为受到了岩石中长石分离结晶的制约。

图4 水汶盆地碎斑熔岩TAS(a)、K2O-SiO2(b)图解Fig.4 TAS and K2O-SiO2diagrams from the clastoporphyritic lava in Shuiwen basin

图5 水汶盆地碎斑熔岩稀土元素球粒陨石标准化曲线(标准化值据Taylor et al.，1985)(a)和不相容元素蛛网图(标准化值据Rollinson，1993综合)(b)Fig.5 Chondrite － normalized REE patterns for clastoporphyritic lava in Shuiwen basin(data for normalization from Taylor et al.，1985)(a)and incompatible elements spider diagram for clastoporphyritic lava in Shuiwen basin(data for normalization from Rollinson，1993)(b)

样品的微量元素以富集Rb，Th以及La，Ce，Nd等轻稀土元素，亏损 Ba，Nb，Ta，Sr，P，Ti为特征(图5b)。Ba和Sr的亏损分别是钾长石和斜长石在岩浆分离结晶的结果(Wu et al.，2003)

Nb，Ta，P，Ti的亏损则应该与金红石、榍石、磷灰石、钛铁矿的分离结晶有密切关系(杨学明等，2000)。

5 问题讨论

5.1 成因类型

图6 水汶盆地碎斑熔岩SiO2-P2O5、Rb-Th和Rb-Y图解Fig.6 SiO2-P2O5、Rb-Th and Rb-Y diagrams of the clastoporphyritic lava in Shuiwen Basin

水汶盆地流纹质碎斑熔岩A/CNK值均＜1.1，属准铝质-弱过铝质，CIPW标准矿物计算中绝大多数出现了刚玉，但是刚玉分子含量均小于1%，均值为0.24%，P2O5含量都小于0.1%，均值为0.04%，且P2O5随SiO2增加而减少，呈现出负的相关性(图6a)，与典型S型花岗岩主量元素地球化学特征(A/CNK ＞1.1、刚玉含量OTG代表未分异的I、S和M型花岗岩，FG代表高分异的I型花岗岩，A代表A型花岗岩＞1%、P2O5＞0.1%且与 SiO2无相关性或具正相关)明显不同(邱检生等，2005，2008;Zhu et al.，2009;Chappell et al.，2001)。微量元素Th，Y含量与Rb含量之间具有正相关性(图6b，c)，也与 S型花岗岩明显不同。AI值(0.79～0.82)明显低于A型花岗岩的平均值0.95，也低于A 型花岗岩的最低值 0.85(Whalen et al.，1987)，Zr，Nb，Ce，Y 等元素的含量也较低，Zr+Nb+Ce+Y值绝大多数都小于350×10－6，低于 Whalen等(1987)给出的A型花岗岩的最低值。在(Zr+Nb+Ce+Y)值与 TFeO/MgO、1000×Ga/Al构成的判别图解(图7d，e)上，绝大多数落入高分异的I型花岗岩区域内，同时，样品具有较高的SiO2含量(均值达73.9%)和分异指数(均值达89.1)，其 Rb/Sr比值1.16 ～1.73(均值为1.37)，明显高于 I型花岗岩的均值(0.61)，而与分异的 I型花岗岩均值(1.36，Whalen et al.，1987)十分接近，说明岩浆经历了较高程度的结晶分异(吴福元等，2007)。即水汶盆地流纹质碎斑熔岩既有别于典型的S型花岗岩，也有别于A型花岗岩，而与高分异的I型花岗岩相接近，属高分异的I型碎斑熔岩。

5.2 构造环境

水汶盆地碎斑熔岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(83.4±0.9)Ma，属晚白垩世燕山晚期岩浆活动的产物，为华南中生代构造环境的分析提供了精确的时代约束。水汶盆地碎斑熔岩化学成分上属于高钾钙碱性岩石，其源区通常被认为与先期的俯冲作用有关，主要形成于同碰撞岩石圈加厚之后的伸展垮塌向非造山版内的过渡阶段(Liegeois et al.，1998)，微量元素富集 Rb、Th、K等大离子亲石元素，显著亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素，也显示了与俯冲有关的岩浆岩的典型特征(Pearce et al.，1983;Kelemen et al.，1990;Stolz et al.，1996)。从晚中生代开始华南地区岩浆活动和演化开始受太平洋板块俯冲的影响(Zhou et al.，2000，2006;Li et al，2007)，导致华南燕山期岩浆活动随时间从内陆向沿海迁移，形成了大规模呈北东向展布的酸性火山活动(孙涛等，2006)。位于广西东南部的系列晚白垩世火山盆地，呈北东向分布，与华南燕山晚期火山活动的特点吻合，说明研究区水汶盆地火山岩是东南沿海晚中生代“火山岩线”(Zhou et al.，2000)的一部分，其形成与太平洋板块的俯冲作用有关。近年来的研究表明，华南地区晚中生代构造体制发生了重大转折，早期以地壳挤压作用为主，晚期以地壳伸展作用为主(张岳桥等，2012)，本文采用花岗岩的构造环境判别图解进行构造环境判别，所有样品均投影在后碰撞伸展花岗岩区域内或后造山花岗岩类区内(图8，9)，表明水汶盆地碎斑熔岩形成于太平洋板块俯冲后的构造环境，是伸展背景下岩浆活动的产物。广西昆仑关岩体发现晚白垩世(93±1)Ma的A型花岗岩(谭俊等，2008)，这也佐证了华南板块西南部在晚白垩世的伸展构造环境。

图7 水汶盆地碎斑熔岩(Zr+Nb+Ce+Y)-TFe/MgO(据Whalen等，1987)和(Zr+Nb+Ce+Y)-10000×Ga/Al(据 Eby，1990)图解Fig.7 (Zr+Nb+Ce+Y)-TFe/MgO(after Whalen et al，1987)and(Zr+Nb+Ce+Y)-10000 × Ga/Al(after Eby，1990)diagrams of the clastoporphyritic lava in Shuiwen Basin

图8 水汶盆地碎斑熔岩Rb-Y+Nb图解(Pearce et al.，1984;Forster et al.，1997)Fig.8 Rb-Y+Nb(after Pearce et al，1984;the range of the post-CEG is after Forster et al.1997)diagram for the clastoporphyritic lava in Shuiwen Basin

6 结论

(1)广西东南部水汶火山盆地西垌组四段碎斑熔岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为(83.4±0.9)Ma，指示其为晚白垩世火山-岩浆活动的产物。

(2)水汶盆地碎斑熔岩富硅，富钾，贫磷，准铝－弱过铝质，富集 Rb，Th以及 La，Ce，Nd等轻稀土元素，亏损 Ba，Nb，Ta，Sr，P，Ti，Y 和 Th 含量与 Rb含量之间具有正的相关性，Rb/Sr比值高，Zr+Nb+Ce+Y值、FeO*/MgO值、10000×Ga/Al值均小于典型的A型花岗岩，属高分异的I型碎斑熔岩。

(3)水汶盆地碎斑熔岩形成时的构造环境应该是与太平洋板块俯冲作用有关的弧后伸展环境。

致谢:本文在成文过程中，巫建华教授提出了许多宝贵意见同时审改了全文，柳小明教授指导了LA-ICP-MS分析，在此一并表示衷心感谢。

图9 水汶盆地碎斑熔岩主量元素构造环境判别图解(据Manian等，1989)Fig.9 major elements Tectonic discrimination diagram for the clastoporphyritic lava in Shuiwen Basin(after Manian et al，1989)

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