赣南遂川地区基性岩脉的性质及构造意义

李功振，陈志洪

(1.四川省冶金地质勘查院，成都 610061； 2.中国地质调查局南京地质调查中心，南京 210016)

0 引言

赣南遂川地区位于钦杭结合带以南、南岭隆起带以东的罗霄—诸广隆起内。区内岩浆岩主要为酸性岩类，基性岩零星分布。江西地质局区调大队[1]在区调时认为赣南遂川地区基性岩是燕山晚期岩浆活动结束的标志；王登红等[2]对赣南安远蔡坊镇的路迳似金伯利岩(金伯利质煌斑岩)研究过程中，获得SHRIMP法锆石U-Pb年龄为132.0 Ma；左祖发等[3]通过(LA-ICP-MS)锆石U-Pb法测定横市基性岩墙形成于晚志留世。有研究[4]表明，基性岩脉的同位素年代学和地球化学研究将会更加明晰区域岩浆岩形成环境和构造组合关系。为此，本文基于“江西1∶25万兴国幅区域地质调查修测”工作，针对遂川地区基性岩脉开展了野外地质观察和室内岩石学、地球化学以及锆石U-Pb年龄研究，力图对基性岩体的岩石学、地球化学特征、形成时间、岩浆成因、岩浆源区特征等进行探讨。

1 岩石地质特征

赣南遂川基性岩脉位于华夏板块的罗霄褶皱带中部[5]。岩脉的围岩为南华系—寒武系变质砂泥岩。区域褶皱十分发育，紧闭倒转背斜与向斜交替出现。基性岩脉主要分布于张坑—横市一带。岩脉在地表出露不连续，主要呈岩瘤状，宏观上基性岩脉的产出受控于NNE向深大断裂(图1)。张坑、清江和增坑等岩体出露面积分别为2 km2、0.15 km2和0.2 km2。

遂川基性岩脉的边缘为辉长闪长岩，岩石呈细粒-微细粒结构(图2)。基性岩中的围岩捕掳体主要分布于岩体的顶部，分布范围较小，周围岩体具有明显的斑点状构造，颗粒粒度变化较大，同化混染作用明显。观察岩石薄片，岩石发生强烈的自变质，主要为纤闪石化、绢云母化。

图1 基性岩脉及周边岩体构造分布Fig.1 Tectonic location of basic dykes and the surrounding rock mass1.第四系；2.上白垩统；3.侏罗系；4.石炭系；5.泥盆系； 6.寒武系；7.南华系-震旦系；8.早白垩世二长花岗岩； 9.晚侏罗世二长花岗岩；10.中侏罗世二长花岗岩； 11.晚志留世基性岩；12.早志留世二长花岗岩； 13.早志留世花岗闪长岩；14.地质界线； 15.不整合地质界线；16.断裂

图2 赣南地区辉长辉绿岩显微照片Fig.2 Photomicrograph of diabase and gabbro in South Jiangxi province

2 分析和结果

2.1 样品采集与测试

由于基性岩中的锆石含量较少，野外采集的单个样品质量均>20 kg。锆石的挑选工作全程未使用任何化学试剂。锆石制靶、阴极发光(CL)照相在Gatan Mini CL型阴极荧光光谱仪和JSM-6510型扫描电子显微镜上完成。以锆石的阴极发光照射结果挑选典型的岩浆锆石(图3)进行锆石U-Pb测年分析[6-7]。

锆石U-Pb同位素测年采用合肥工业大学资源与环境工程学院LA-ICP-MS实验室的Agilent 7500a分析仪器及与之配套的Geo Las Pro激光剥蚀系统完成。运用ICP-MS Data Cal程序来分析年龄数据[8-9]，以Andersen(2002)的算法对普通铅进行校正[10]，使用最新版的Isoplot 3.0来计算锆石的年龄并绘制相关年龄协和图。

主、微量元素测定由中国地质调查局南京地质矿产所测试中心完成。主量元素测定采用荷兰飞利浦公司生产的PW2403型X荧光光谱仪测定，主量元素的分析精度优于5%，符合相关精度要求；微量元素分析的精度优于10%，部分元素精度优于5%。

图3 15SC-1样品锆石CL图像Fig.3 Zircon CL image of sample 15SC-1

2.2 分析结果

(1)锆石U-Pb测年结果

基性岩4个样品(15SC-1、15SC-2、15SC-3、15SC-4)的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄结果(表1、图4)分别为446 Ma±6.6 Ma、431.9 Ma±5.7 Ma、422.3 Ma±7.3 Ma和426.6 Ma±6.9 Ma，加权平均值为432.2 Ma±6.6 Ma。与邻区大坪岩体、沙地岩体为同时期岩浆作用的产物(大坪岩体花岗闪长岩U-Pb年龄441.3 Ma±5.2 Ma、沙地岩体细粒黑云母花岗岩U-Pb年龄428.3 Ma±5.9 Ma[11])。

(2)主微量稀土元素分析结果

样品的全岩主量元素和微量元素分析显示，这些岩石的烧失量大都小于2%。辉长岩w(SiO2)=50.26%～53.38%，平均51.41%；w(Al2O3)=15.96%～17.04%，w(Fe2O3)=1.53%～3.76%，w(FeO)=6.14%～8.35%，w(TiO2)=0.36%～1.17%，w(MgO)=5.77%～7.89%，变化范围不大；Mg指数(Mg#)=36.62～46.75，平均39.43，不同的Mg#反映了岩浆分离结晶演化程度的差异。

样品的微量元素原始地幔标准化配分图显示，Ba、Nb、Ce、Nd、P、Y元素相对弱亏损，Rb、Th、U、La、Sr、Zr、Ti元素相对富集。Sr的正异常，反映了斜长石发生了一定程度的的分离结晶作用。

稀土元素标准化图解显示，部分辉长岩具有Eu的轻正异常，标准化后的Eu*值平均值1.10，w(∑REE)平均值为96.42×10-6，与正常辉长岩一致；w(LREE)=71.27×10-6～97.66×10-6，w(HREE)=9.06×10-6～11.49×10-6，w(LREE)/w(HREE)=7.4～8.78，具有轻稀土富集、重稀土亏损特征；w(La)N/w(Yb)N=8.03～10.56，w(Gd)N/w(Yb)N=1.35～1.78。样品的稀土配分模式曲线明显右倾，表明其岩浆源区一致，稀土元素标准化曲线拟合程度较好，显示轻稀土元素(LREE)分馏较好、重稀土元素(HREE)分馏较差的特点。

3个样品的稀土元素配分曲线与地幔岩浆基本一致，指示岩浆源区与幔源岩浆相关；样品15SC-2的配分曲线存在偏差，推测为下地壳物质不均一混染作用的结果。

3 讨论

3.1 形成时代

遂川基性岩脉基性岩4个样品的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄结果为446 Ma±6.6 Ma、431.9 Ma±5.7 Ma、422.3 Ma±7.3 Ma和426.6 Ma±6.9 Ma，加权平均值为432.2 Ma±6.6 Ma。与邻区大坪岩体(花岗闪长岩U-Pb年龄441.3 Ma±5.2 Ma)、沙地岩体(细粒黑云母花岗岩U-Pb年龄428.3±5.9 Ma)[11]为同时期岩浆作用的产物。

表1 赣南地区遂川基性岩脉LA-ICP-MS锆石U-Pb测年分析结果Table 1 The results of LA-ICP-MS zircon U-Pb dating analysis of the basic dykes in Suichuan area

图4 锆石U-Pb谐和年龄图Fig.4 Zircon U-Pb age of concord diagram

3.2 岩石成因

在Winchester等的Nb/Y-Zr/TiO2判别图解[12](图5)中，遂川基性岩的样品属于碱性玄武质岩石，正常岩浆的Mg#=34～67，包括了原始岩浆到高分异演化的组分。Eu*=1.03～1.19，w(La)N/w(Yb)N平均值为9.39，w(Gd)N/w(Yb)N平均值为1.68，表现出富集轻稀土的特征。微量元素图解表明，样品中富集Sr、Ti元素，推测是由于铁钛氧化物和长石在部分样品中呈现不同程度的富集。

稀土配分曲线(图6)显示轻稀土富集，指示源区存在角闪石和辉石，或者发生过辉石、角闪石的分离结晶；在原始地幔标准化曲线上可以看出，赣南基性岩样品与大陆弧玄武岩(CAB)、大洋弧玄武岩(OAB)以及洋岛玄武岩(OIB)都不同(图7)。显示亏损Ba元素是由于基性岩岩浆同化混染了部分上地壳物质中的Th、U元素。Nb、Ta没有明显的亏损，略微富集Zr，呈现出明显非岛弧的特征。Ti元素轻微富集与岩体中含有磁铁矿有关，Ti元素高可能也指示伸展构造环境，与OIB类似。由于地壳中w(U)值平均为910×10-6(Rudnick，2007)，地幔含量只有22×10-6；地壳Pb平均为8000×10-6，地幔为185×10-6，Pb元素的壳/幔比值为42，而Nd元素壳/幔比值为12.1，Sm元素比值壳/幔为8.12，Hf元素壳/幔比值为10，Lu元素壳/幔比值为4.18，中上地壳U的含量可能更高，而地幔Pb含量非常低，因此Pb同位素极其容易受到地壳的混染，样品Pb同位素组成不能代表原始岩浆组成，但是可以表明辉长岩、闪长岩岩浆在形成时都卷入了具有高206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb的成熟地壳物质。综上，赣南基性岩脉源于亏损的软流圈地幔，岩浆上升期受成熟地壳物质组分的改造，使其地球化学特征既与洋岛玄武岩有明显差异，同时也区别于岛弧玄武岩。

在Pearce J A等构造判别图[14]中，投影点靠近板内区域(图8)；而4个样品的A/NCK=0.83～0.87，均<1，属于准铝质基性岩类。因此认为遂川辉长岩脉是板内岩浆作用的产物。

图5 Nb/Y-Zr/TiO2 图解[12]Fig.5 Diagram of Nb/Y vs Zr/TiO2

图6 球粒陨石标准化稀土图解 (标准化数据文献[14])Fig.6 The chondrite-normalized REE pattern of the dyke

图7 原始地幔标准化微量元素图解Fig.7 The primitive mantle-normalized REE pattern of the dyke1.球粒陨石数据据文献[13]； 2.原始地幔数据据文献[13]； 3.平均上地壳成分据Rudnick和Gao(2004)； 4. 大洋弧玄武岩和大陆弧玄武岩数据据Kelemen 和Hanghøj(2004); 5.洋岛玄武岩数据据Sun和McDonough(1989)

图8 Zr/Y-Zr地球化学判别图解[14]Fig.8 Geochemical diagram of Zr/Y vs Zr

4 结论

(1)赣南遂川辉长岩脉为早古生代晚志留世岩浆活动的产物，4个样品的LA-ICP-MS锆石 U-Pb同位素定年结果分别为446 Ma±6.6 Ma、431.9 Ma±5.7 Ma、422.3 Ma±7.3 Ma和 426.6 Ma±6.9 Ma。

(2)赣南遂川基性岩脉的总体岩性为辉长辉绿岩，属于拉斑玄武岩系列和碱性系列；为高钠、富钛、准铝质的基性岩类。

(3)遂川基性岩脉形成于加里东运动褶皱造山、地壳增厚后期的伸展环境，是幔源岩浆与下地壳同化混染作用的产物，在区域拉张条件下就位的浅成侵入体。