桂西那坡百都辉绿岩年代学及地球化学特征:峨眉山大火成岩省基性岩浆活动的证据

李锦诚,周旭霞,韦永先,梁秋明,李政林

(1.广西区域地质调查研究院, 广西 桂林 541003；2.桂林理工大学 地球科学学院,广西 桂林 541006)

右江盆地的构造演化特征及古特提斯洋的东延问题一直是众多地质学家关注的热点,右江盆地西南缘滇桂交界地区广泛出露规模较小的基性侵入岩,其成因研究对探讨右江盆地构造格局及演化具有重要的意义,但目前对这些基性侵入岩的认识不尽一致。《广西壮族自治区区域地质志》认为那坡县百都一带辉绿岩侵位时代为早三叠世[1]。张旗等[2]认为扬子地块西南缘晚古生代的基性岩浆岩与地幔柱的活动有关。

近年来诸多研究者认为右江盆地内基性岩浆与峨眉山大火成岩省有关[3-9]。 传统意义上的峨眉山玄武岩是指分布于扬子克拉通西缘, 其西以哀牢山红河断裂为界, 西北则以龙门山小菁河断裂为界。范蔚茗等[4]认为峨眉山大火成岩省自启动到消亡持续了约10 Ma 的时间尺度, 其主体喷发于253～256 Ma约3 Ma左右的时间间隔内。徐义刚等[5]认为峨眉山大火成岩省的时空分布可能向东至少已经波及桂西地区, 其分布区域位于贵州、四川、云南等地峨眉山大火成岩省外部带及其外侧, 其岩石地球化学及区域分布特征暗示上述岩石能被归属为峨眉山的一部分, 是峨眉山地幔柱作用的产物, 而与特提斯东延无关。范蔚茗等[4]、 张晓静等[7]认为桂西一带晚古生代玄武岩具有与峨眉山溢流玄武岩中高Ti玄武岩相似的地球化学组成, 应为峨眉山玄武质岩浆活动的产物。李政林等[6]认为桂西低Ti 基性岩具有的弧后盆地玄武岩特征，高、低Ti 基性岩空间与时间的高度重合，暗示低Ti 基性岩可能是由峨眉山地幔柱造成的上涌软流圈岩浆与地壳混染的产物并与印支期的板块运动有关。本文对百都地区的基性侵入岩地质特征进行详细研究, 对其LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、主量元素、微量元素进行系统分析, 并与峨眉山大火成岩省岩石地球化学特征及喷发时限进行对比, 揭示其与峨眉山玄武岩的成因联系, 反演右江盆地构造演化历史。

1 区域地质背景

研究区那坡县百都乡位于右江盆地西南部, 与越北古陆交界附近(图1), 分布有数量较多辉绿岩枝, 以规腰一带出露规模较大, 面积约3.5 km2;区域内出露的众多辉绿岩枝、岩脉(如那全、弄江等)面积不足1 km2。区域上看，辉绿岩分布沿着者合-那布断裂、富宁-那坡-平孟断裂结合部位附近,与断裂密切相关(图2)。

研究区出露最老地层为寒武系, 岩性为灰岩、 白云岩夹泥质灰岩、 砂质泥岩、 粉砂岩组合, 产华北型三叶虫动物群, 推测为越北古陆基底之上的浅海沉积产物。 泥盆系角度不整合于下古生界之上, 为浅海碳酸盐岩台地斜坡相沉积, 岩性为泥岩、白云岩、灰岩、泥质条带灰岩、硅质条带灰岩、硅质岩等,沉积相相分异明显。石炭系、二叠系继承泥盆纪的沉积环境,沉积相分异进一步扩大,二叠纪末盆地内沉积了一套分布广泛、富含火山碎屑的领好组(P3lh)。而在台地相区上二叠统底部发育一套铁铝岩,为一沉积间断面。三叠系亦分为台地相及盆地相,其中：台地相早三叠世沉积了灰岩、白云岩，中三叠世沉积了泥岩、砂质泥岩夹粉砂岩、细砂岩;盆地相早三叠世则沉积泥岩、泥质条带灰岩、凝灰岩,中三叠世沉积一大套具深海重力沉积特征的粗碎屑岩,以砂岩、泥岩为主,百都一带底部为一套玄武安山岩。

图1 右江盆地地质构造略图(据文献[9]略修改)Fig.1 Rergional tectonic schematic map of Youjiang basin

图2 那坡地区地质简图Fig.2 Geological map of Napo∈—寒武系;D-P—泥盆系-二叠系; D—泥盆系;C —石炭系;T—三叠系;βμ—辉绿岩;★—采样位置

辉绿岩侵入最新地层为上二叠统领好组凝灰岩、泥岩,多数露头观察到辉绿岩侵入中二叠统四大寨组灰岩(图3),四大寨组产Verbeekina、Neoschwagerina、Pseudodoliolina等,接触关系清晰,接触带有冷凝边,围岩常见角岩化、大理岩化,偶见辉绿岩呈似层状顺层侵入灰岩间。

2 岩石学特征

百都一带基性岩浆岩颜色为深灰绿色,块状构造,岩性有下列几种:

橄榄辉绿岩:嵌晶含长结构(图4a),辉石不规则状,大小2～10 mm,其中杂乱包嵌有半自形斜长石(0.3～0.8 mm),辉石间亦常有斜长石聚集,斜长石间有少量不规则状辉石充填。等轴状橄榄石含量约8%,聚集分布于斜长石间,全被金云母、蛇纹石取代。

辉长岩:辉长结构(图4b), 岩石矿物成分主要为斜长石(假晶)、普通辉石,其次是暗色矿物假晶,其他矿物含量极少。斜长石较自形,长约0.1～1.6 mm,多被黝帘石、绢云母交代,多见假晶。普通辉石呈半自形-他形粒状,粒径约0.1～1.2 mm,局部被绿泥石、纤闪石交代。岩石中普通辉石与斜长石粒度及自形程度相近,形成变余辉长结构。

辉绿岩: 间隐结构、 辉绿结构, 局部嵌晶含长结构(图4c), 斜长石呈半自形柱状, 柱长多数0.2～0.7 mm, 集合体杂乱分布。普通辉石呈半自形短柱状、 柱状、长柱状,短柱状者充填于斜长石格架之间,柱状者包嵌斜长石晶粒,长柱状者可达5.5 mm。 少量玻璃质充填于斜长石格架之间。

图3 辉绿岩与四大寨组(P2s)侵入关系(a)及外接触带球状、条带状大理岩化灰岩(b)Fig.3 Intrusive contact relationship between diabase and P2s Formation(a) and external contact with bulbous and banded marbled limestone(b)

图4 岩石显微照片Fig.4 Microphotographs of diabase and gabbroa—规腰岩体橄榄辉绿岩;b—那全岩体辉长岩;c—那全岩体辉绿岩

3 分析方法及样品特征

本次工作采集了主、微量元素分析样品8件,锆石U-Pb同位素年龄样品3件,分别为规腰岩体GY-1、那全岩体NQ-1、弄江岩体NJ-1,采样位置见图2。全岩主量元素和微量元素分析在国土资源部武汉矿产资源监督检测中心进行,主量元素通过X荧光光谱仪(Magix_pro2440)采用X射线荧光光谱法(XRF)分析。 微量元素通过质谱仪(Thermo elemental X7)电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)分析。

锆石U-Pb定年测试工作是在中国地质大学(北京)矿物激光微区分析实验室(Milma Lab)通过LA-ICP-MS方法完成。 测试中, NewWave 193UC型ArF准分子激光器进行剥蚀取样, Angilent 7900四级杆型等离子质谱仪测试离子信号强度。测试过程中采用NIST 610作为元素含量外标,锆石91500[10]作为U-Pb同位素比值外标,锆石GJ-1[11]和Plesovice[12]作为未知样品的数据质量监控标样来进行分析。 每个点位的数据首先通过Angilent ICP-MS内置的MassHunter软件来进行转化,生成每个点位的信号时间关系文件。数据处理采用ICPMSDataCal 软件[13-16], 同位素比值及年龄误差均为1σ。 普通铅采用Andersen程序进行校正,谐和图和年龄均值图均采用Isoplot软件[17]进行绘制。

4 分析结果

4.1 地球化学特征

样品的主、微量元素分析结果见表1。辉绿岩样品的SiO2含量45.40%～49.56%,TiO21.37%～5.22%,Al2O310.68%～17.36%,MgO 2.94%～7.49%,Na2O>K2O。那全岩体里特曼指数为1.22～2.78(<3.3)，为钙碱性系列岩石,规腰、弄江岩体里特曼指数(3.80～7.55)为碱性系列岩石。在TAS和Nb/Y-Zr/TiO2图解中弄江岩体落入粗面玄武岩序列(图5),其余岩体落入碱性玄武岩类范畴。

辉绿岩稀土元素球粒陨石标准化分配图解、微量元素原始地幔标准化蛛网图见图6。其中那全岩体稀土元素总含量低,∑REE=(57.20～106.80)×10-6,球粒陨石标准化稀土元素配分曲线图中,配分曲线总体平缓,(La/Yb)N=1.86～2.60, δEu=0.86～1.01。 规腰、 弄江岩体稀土元素总含量变化较大(∑REE=(90.68～321.26)×10-6),球粒陨石标准化稀土元素配分曲线图中,配分曲线总体呈LREE富集的右倾模式,(La/Yb)N=8.17～9.00, δEu=1.13～1.49为Eu正异常。

表1 百都基性侵入岩主量及微量元素分析结果

续表1

图5 百都辉绿岩的SiO2-(K2O+Na2O)图(a)和Nb/Y-Zr/TiO2图(b)Fig.5 SiO2-(K2O+Na2O)(a) and Nb/Y-Zr/TiO2(b) of mafic rocks from Baidu

4.2 LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学

采集到3个岩体中锆石多为短柱状自形晶体,长50～150 μm,阴极发光影像暗灰色,内部发育典型的基性岩浆结晶宽板状环带结构,Th/U值为0.76～6.17,为岩浆锆石。对其中形态比较好、发育完整环带结构的锆石颗粒进行LA-ICP-MS激光打点(图7),剔除不谐和及年龄较老的继承锆石,U-Pb 同位素年龄分析结果见表2。

图6 百都辉绿岩稀土元素配分模式(a)和不相容元素蛛网图(b)(球粒陨石、原始地幔、E-MORB和OIB值据Sun等[18]; 峨眉山高Ti玄武岩数据据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

续表2

5讨 论

5.1 百都一带基性侵入岩的形成年龄

一般认为峨眉山大火成岩省最早启动于约260 Ma,大规模快速喷发发生在253～256 Ma, 251～253 Ma的中酸性岩石代表该火成岩事件的晚期产物[21-22]。本次测试的基性岩年龄(图8)：弄江岩体10个点的206Pb/238U同位素年龄加权平均值为260.5±0.9 Ma(MSWD=0.37); 规腰岩体9个点的206Pb/238U同位素年龄加权平均值为262.5±4.9 Ma(MSWD=0.15); 那全岩体锆石稀少, 4个点的206Pb/238U同位素年龄加权平均值为257.4 ± 2.6 Ma(MSWD=0.64)。

锆石U-Pb年龄数据表明，百都一带基性侵入岩侵位时代基本与峨眉山大火成岩省的主喷发期一致,为晚二叠世,属于印支期。

5.2 岩浆成因

本次研究所采集的样品稀土元素配分模式总体相似,具峨眉山玄武岩相似的稀土配分特征,应为同一源区的产物;那全岩体具有E-MORB相似的稀土配分特征,稀土元素总含量低,推断岩浆未与地壳物质发生混染作用。

根据微量元素构造环境判别图解分析,可以发现在基性岩的(Zr/Y)-Zr图解(图9a)那全岩体两个样品落入洋中脊玄武岩的范畴,一个样品落入板内玄武岩范畴;规腰、弄江岩体落入板内玄武岩范畴。Th/Yb对Ta/Yb 相关图解中那全岩体样品落入活动陆缘区。

5.3 区域构造环境

研究区南侧平孟一带碳酸盐岩台地相区上二叠统合山组与下伏层位存在较大的沉积间断,下伏层位茅口组几乎全被风化溶蚀,不整合面上残积了合山组底部的铁铝岩。应为大规模的地壳抬升作用的结果,与峨眉山大火成岩省岩浆活动时间吻合。

图8 百都基性岩锆石 U-Pb 同位素年龄谐和曲线Fig.8 Zircons age diagrams of mafic rocks from Baidu

图9 百都辉绿岩Zr-Zr/Y(a)和Ta/Yb-Th/Yb(b)图解(底图据文献[23-24])Fig.9 Zr-Zr/Y(a)and Ta/Yb-Th/Yb(b) diagram of diabase from BaiduIAB—岛弧玄武岩;IAT—岛弧拉斑系列;ICA—岛弧钙碱系列;SHO—岛弧橄榄玄粗岩系列;WPB—板内玄武岩;MORB—洋中脊玄武岩;TH—拉斑玄武岩;TR—过渡玄武岩;ALK—碱性玄武岩

晚古生代研究区及周边处于下古生界构成的古陆边缘,沉积环境严格受者合那布断裂、富宁那坡平孟断裂制约,形成台盆格局的沉积环境。岩浆岩的分布特征与上述两断裂密切相关,是岩浆侵位的主要通道,具有持续活动的性质,由此推测右江盆地西南缘晚二叠世为活动陆缘环境。

6 结 论

(1)百都一带辉绿岩的锆石U-Pb年龄分别为260.5±0.9 Ma、262.5±4.9 Ma、257.4±2.6 Ma,表明其侵位时代为晚二叠世早期,属于印支期,与峨眉山大火成岩省的主喷发时限基本一致。

(2)根据百都一带辉绿岩在时代、地球化学特征和构造背景方面的研究,推断其应为峨眉山玄武岩同质异相岩浆活动的产物,峨眉山大火成岩省岩浆活动波及右江盆地滇桂交界地区。

(3)右江盆地西南缘晚二叠世处于活动陆缘构造环境,峨眉山大火成岩省岩浆沿区域性大断裂侵位。