李澤民,馮佐海,李賽賽,張起鉆,陸干強(qiáng),白玉明,萬 磊,藍(lán)健寧

(1.桂林理工大學(xué) a.廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實驗室; b.地球科學(xué)學(xué)院,廣西 桂林 541006; 2.長沙迪邁數(shù)碼科技股份有限公司,長沙 410083; 3.廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局， 南寧 530031; 4.廣西第四地質(zhì)隊,南寧 530031)

基性巖包含豐富的幔源信息,可以作為衡量重要構(gòu)造轉(zhuǎn)換時間的標(biāo)尺,對于研究深部地幔性質(zhì)、大陸動力學(xué)演化及巖漿的演化過程均具有十分重要的意義[1]。基性巖地球化學(xué)特征以及年代學(xué)特征已然成為一個重要的研究熱點(diǎn),尤其是對燕山晚期基性巖做了大量的研究工作,在基性巖地球化學(xué)特征、時空分布、物源特征、成因機(jī)制及其與成礦關(guān)系等方面取得了重大突破[2-13],但對于燕山晚期基性巖的巖漿演化過程及其構(gòu)造背景尚存在較大爭議[14-19]。

廣西西大明山地區(qū)出露有較多的基性巖脈,然而對于該區(qū)基性巖的研究較少。徐爭啟等[2]認(rèn)為西大明山地區(qū)西部大新縣附近的基性巖分布主要受NW向斷裂控制,形成于晚白堊世,基性巖脈與該區(qū)鈾礦的形成有一定關(guān)系。本文以西大明山上姜輝長巖體為切入點(diǎn),通過對輝長巖巖石學(xué)、地球化學(xué)以及年代學(xué)特征進(jìn)行研究,分析該區(qū)巖漿演化過程及源區(qū)屬性,進(jìn)而對其形成的構(gòu)造背景進(jìn)行探討。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

廣西西大明山位于欽杭結(jié)合帶西南端(圖1),是廣西非常重要的礦產(chǎn)資源整裝勘查區(qū)[20-21]。 西大明山地區(qū)區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜,地層強(qiáng)烈褶皺,整體呈一核部為寒武系、兩翼為泥盆系的短軸復(fù)式背斜[22]。 該復(fù)式背斜由一系列呈緊密線狀排列的次級背、向斜組成,總體構(gòu)造線呈近EW向,樞紐向東、西兩端傾伏。 區(qū)域上EW向、NW向、NE向斷裂發(fā)育。 根據(jù)斷層與地層、斷層與斷層之間的相互切割關(guān)系,EW向斷裂形成相對較早,形成于加里東期以前; 其次為NE向斷裂,NW向斷裂形成時間相對較晚[22]。 斷層切割區(qū)內(nèi)多個次級褶皺,造成褶皺殘缺不全。 研究區(qū)內(nèi)巖漿巖出露較少,主要為一些分布在研究區(qū)北部屏山一帶的基性巖脈以及西大明山主峰附近的花崗斑巖脈。 朱革非認(rèn)為,西大明山深部有隱伏巖體存在[24]; 2013年12月廣西第四地質(zhì)隊在西大明山東部的羅維礦區(qū)有2個鉆孔打到了隱伏花崗閃長巖體,通過鋯石U-Pb測年,獲得該隱伏巖體的年齡為99 Ma[25],表明其形成于燕山晚期。

圖1 廣西西大明山地區(qū)大地構(gòu)造位置(a)及礦產(chǎn)地質(zhì)簡圖(b)(據(jù)文獻(xiàn)[23]修改)Fig.1 Geotectonic location(a) and mineral geological map(b) of Xidamingshan area,GuangxiQ—第四系; D3—上泥盆統(tǒng); D2—中泥盆統(tǒng); D1—下泥盆統(tǒng); ∈h3— 寒武系黃洞口組第三段; ∈h2— 寒武系黃洞口組第二段; ∈h1—寒武系黃洞口組第一段; ∈x3—寒武系小內(nèi)沖組第三段; ∈x2—寒武系小內(nèi)沖組第二段; ∈x1—寒武系小內(nèi)沖組第一段; βμ—輝綠巖; v—輝長巖; λπ—石英斑巖脈; q—石英脈; 1—背斜軸; 2—實測/推測斷層; 3—地層界線; 4—不整合界線; 5—銀礦; 6—金礦; 7—鉛鋅礦; 8—鎢鉍礦; 9—銻礦; 10—采樣點(diǎn)

2 輝長巖地質(zhì)特征

基性巖分布在西大明山地區(qū)的北部和西部(圖1b),主要為輝綠巖脈,另有少量的輝長巖。 上姜輝長巖體位于西大明山隆起區(qū)的西南部,是西大明山地區(qū)出露規(guī)模最大的基性巖脈,整體呈近南北向展布,長100～120 m、寬30～50 m。 輝長巖體侵位于寒武系黃洞口組， 地表風(fēng)化強(qiáng)烈。 由于當(dāng)?shù)亻_采石材,使新鮮的基巖得以出露地表。 巖石整體呈灰黑色,塊狀構(gòu)造,輝長結(jié)構(gòu),粒徑大多在0.5～1 mm,大者3～4 mm,長石多發(fā)生綠泥石化; 暗色礦物含量大于60%,自形程度好。

巖石成分以輝石、斜長石為主,輝石含量約45%,長石含量約50%,次為橄欖石、黑云母,副礦物為磁鐵礦。輝石,柱狀,大小0.3～4 mm(多在2 mm以下),輕微蝕變,被少量普通角閃石、透閃石、陽起石不均勻取代;斜長石,板柱狀,長0.3～3.5 mm、寬0.1～0.6 mm,被黝簾石、綠泥石、絹云母(少量)不均勻取代,聚片雙晶模糊不清,少量以假晶出現(xiàn);橄欖石,粒狀,大小0.5～1.5 mm,被透閃石、綠泥石、蛇紋石取代,外形保留,以假晶出現(xiàn);黑云母,鱗片狀,大小0.2～1 mm,已蝕變,被綠泥石、碳酸鹽礦物取代,外形保留,以假晶出現(xiàn);磁鐵礦,粒狀、樹枝狀，大小0.1～1.2 mm,星散分布。

3 輝長巖地球化學(xué)特征

輝長巖的主、微量元素測試均在澳實分析檢測(廣州)有限公司完成。其中主量元素測試采用荷蘭PANalytical PW2424型X熒光光譜儀測定,微量元素測試采用美國Perkin Elmer Elan 9000型電感耦合等離子體發(fā)射質(zhì)譜以及Agilent VISTA型電感耦合等離子體發(fā)射光譜測定,前者分析精度優(yōu)于5%,后者分析精度優(yōu)于10%。8件上姜輝長巖體巖石地球化學(xué)測試結(jié)果見表1、表2。

圖2 上姜輝長巖野外露頭及鏡下照片F(xiàn)ig.2 Outcrop and micrographs of Shangjiang gabbroa—野外宏觀照片;b—手標(biāo)本照片;c—正交偏光鏡下照片;d—單偏光鏡下照片; Px—輝石; Pl—斜長石; Ol—橄欖石; Bi—黑云母; Mt—磁鐵礦

表1 上姜輝長巖主量元素分析結(jié)果

Table 1 Major element analysis results of Shangjiang gabbrowB/%

成分H1H2H3H4H5H6H7H8Dx01Dx02-4Dx02-5Dx03 SiO245.7346.2546.2246.4245.9644.9646.1244.0347.2163.1478.6844.52 TiO21.551.561.441.351.331.622.001.672.944.420.613.20 Al2O312.0812.0812.2813.1912.9611.6011.6812.2712.9222.7413.3015.86 TFe2O312.4113.1812.4411.7012.4613.5613.5914.0522.230.701.0011.94 CaO10.459.219.669.428.8910.5510.2010.300.480.170.120.82 MgO11.2511.5512.1011.3011.2012.2510.5011.955.100.260.1813.93 MnO0.170.190.180.170.180.190.190.190.130.010.010.03 K2O0.700.570.610.920.910.550.380.790.100.100.190.28 Na2O1.862.131.972.072.091.482.261.320.030.020.06<0.10 P2O50.090.130.120.110.090.100.130.080.090.060.030.27 LOI3.363.483.443.403.733.423.073.768.798.355.779.29 Total99.65100.33100.46100.0599.80100.28100.12100.41100.0199.9699.94100.14

注: H1～ H8由澳實分析檢測(廣州)有限公司完成; Dx01、Dx02-4、Dx02-5、Dx03數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[2],巖性為輝綠巖，其中Dx02-4、Dx02-5蝕變明顯；下表同。

表2 上姜輝長巖微量元素分析結(jié)果

Table 2 Trace element analysis results of Shangjiang gabbrowB/10-6

元素H1H2H3H4H5H6H7H8Dx01Dx02-4Dx02-5Dx-03 Rb29.020.521.835.633.919.013.328.76.783.738.607.46 Ba199.5202307364301156142.521859.212179.7107 Th2.203.492.962.812.682.513.482.233.353.5711.43.75 U0.430.750.590.590.540.470.710.473.993.734.1324.3 K5 8114 7325 0647 6377 5544 5663 1546 5588228221 5522 316 Ta0.590.850.610.640.600.600.830.521.282.261.111.46

續(xù)表2

續(xù)表2

3.1 主量元素

從表1可看出,樣品的SiO2含量為44.03%～46.42%,Na2O+K2O為2.03% ～3.00%,整體上Na2O含量大于K2O。從TAS圖解(圖3)可以看出,大部分點(diǎn)落在堿性輝長巖區(qū)域,個別點(diǎn)落在橄欖輝長巖區(qū)域。AR值的變化范圍較小,從SiO2-AR圖解(圖4a)可看出,上姜輝長巖所代表的巖漿系列為堿性系列。 在AFM圖解(圖4b)中顯示出鐵鎂富集趨勢,上姜輝長巖樣品落在拉斑玄武巖區(qū)域。 通過對上姜輝長巖MgO與其他氧化物的協(xié)變分析(圖5),CaO、Fe2O3與MgO呈正相關(guān);SiO2、Na2O、Al2O3與MgO呈負(fù)相關(guān);TiO2、P2O5、K2O與MgO關(guān)系不明確。輝長巖氧化物與MgO相關(guān)性反映出輝長巖形成過程中結(jié)晶分異作用不強(qiáng)烈[26]。

圖3 上姜輝長巖TAS圖解Fig.3 TAS diagram of Shangjiang gabbro1—橄欖輝長巖;2a—堿性輝長巖;2b—亞堿性輝長巖;3—輝長閃長巖;4—閃長巖;5—花崗閃長巖;6—花崗巖;7—硅英巖;8—二長輝長巖;9—二長閃長巖;10—二長巖;11—石英二長巖;12—正長巖;13—副長石輝長巖;14—副長石二長閃長巖;15—副長石二長正長巖;16—副長正長巖;17—副長深成巖;18—霓方鈉巖/磷霞巖/粗白榴巖;Ir—Irvine 分界線,上方為堿性,下方為亞堿性

圖4 上姜輝長巖SiO2-AR圖解(a,底圖據(jù)文獻(xiàn)[27])與AFM圖解(b,底圖據(jù)文獻(xiàn)[28])Fig.4 SiO2-AR(a) and AFM(b) diagrams of Shangjiang gabbro

3.2 微量元素

上姜輝長巖微量元素分析結(jié)果見表2。全巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖(圖6)表現(xiàn)出大離子親石元素(Rb、Ba、K、Sr)富集,Ta、Ce、P、Ti元素虧損的配分模式。 從Th/La-Ta/La圖解(圖7)可看出,上姜輝長巖巖漿可能來源于大陸地幔和原始地幔部分熔融的混合。

本次測試的輝長巖樣品,∑REE為(59.93～94.52)×10-6,平均值75.03×10-6,稀土含量總體偏低。 全巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式(圖8)顯示,配分曲線呈典型的右傾型,輕稀土富集程度高于重稀土。 輕重稀土元素分餾明顯,其中LREE在(50.26～80.54)×10-6,HREE在(9.67～13.98)×10-6,LREE/HREE=5.03～5.76。 除1個具有弱負(fù)異常外(δEu=0.90),其余7個樣品Eu具有輕微正異常(δEu=1.01～1.10)。

圖5 上姜輝長巖主要氧化物與MgO協(xié)變圖解Fig.5 Major oxides vs. MgO diagrams of Shangjiang gabbro

圖6 微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.6 Primitive mantle-normalized spider diagram

圖7 Th/La-Ta/La圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[29])Fig.7 Th/La-Ta/La diagram

圖8 稀土元素體球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式Fig.8 Chondrite-normalized REE patterns

4 輝長巖年代學(xué)特征

本次采集新鮮無蝕變的輝長巖30 kg,破碎至40～80目(0.42～0.177 mm),采用常規(guī)的重選和磁選技術(shù)分選鋯石。 樣品的破碎以及鋯石的分選由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室完成。 分選好的鋯石經(jīng)過重慶宇勁科技有限公司的挑選、制靶、拋光后對其進(jìn)行透射光、反射光、陰極發(fā)光(CL)顯微成像。 鋯石的U-Pb同位素測年在廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實驗室完成,儀器為多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(NEPTUNE)MC-ICP-MS 和氟化氬準(zhǔn)分子激光器 (NEW WAVE 193 nm FX),束斑直徑為24 μm,激光剝蝕樣品深度為20～40 μm。 詳細(xì)實驗方法參照Liu等[30]。

輝長巖樣品中的鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像見圖9。鋯石顆粒較小且破碎,無色透明,自形-半自形,大多數(shù)呈粒狀，長寬比為1～2,大部分具有典型的振蕩環(huán)帶,個別鋯石顆粒邊部具有不協(xié)調(diào)的變質(zhì)增生邊。 由于本次挑選的鋯石顆粒比較小,部分鋯石破碎,因此僅對其中的12粒鋯石進(jìn)行年代學(xué)分析,結(jié)果見表3。 鋯石的Th、U含量分別為(171.31～6 672.84)×10-6(平均1 362.42×10-6)和(264.34～2 902.28)×10-6(平均954.08×10-6),Th/U值在0.12～2.57 (平均1.33),表明屬巖漿型鋯石。 12個測試點(diǎn)加權(quán)平均年齡為94.8±4.4 Ma,其MSWD=0.099(圖10),屬于燕山晚期,代表了上姜輝長巖的成巖年齡。

圖9 鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像Fig.9 Cathodoluminescence(CL) image of zircons

5 討 論

巖漿在演化過程中會與周圍環(huán)境進(jìn)行一定的物質(zhì)交換,因此可以依據(jù)巖漿巖化學(xué)成分的變化規(guī)律來探討巖石的起源及構(gòu)造背景[31-33]。 經(jīng)過上述數(shù)據(jù)分析,認(rèn)為該區(qū)輝長巖屬于拉斑玄武巖系列。 因此,可以推測巖漿的形成與俯沖作用關(guān)系密切,可能受到太平洋板塊俯沖的影響。 由MgO與其他氧化物的協(xié)變關(guān)系可知,巖漿在演化過程中結(jié)晶分異作用不強(qiáng)烈。 由表2可知: 上姜輝長巖體Zr/Nb值為6.25～6.84,低于MORB的Zr/Nb值(10～60)[34]; Th/Nb值為0.21～0.25,介于原始地幔和下地殼之間。 此外,上姜輝長巖體的Th/U值(4.65～5.34)也明顯高于MORB(約3.00)和OIB(約3.40)。 同時,上姜輝長巖的La/Ta值(19.04～24.67)高于深部地幔物質(zhì)巖漿(La/Ta=8～15),Th/Ta值(3.73～4.85)處于原始地幔(La/Ta=2.3)和大陸地殼(La/Ta=10)[35]之間,暗示原始巖漿受到地殼混染作用影響[36-37]。 在構(gòu)造環(huán)境2Nb-Zr/4-Y判別圖(圖11),上姜輝長巖大部分落在板內(nèi)堿性玄武巖范圍內(nèi); 在Ti/100-Zr-3Y判別圖(圖12),上姜輝長巖均落在板內(nèi)玄武巖區(qū)域; 在Ta/Hf-Th/Hf判別圖(圖13),上姜輝長巖樣品落在陸內(nèi)裂谷及陸緣裂谷拉斑玄武巖區(qū)、陸內(nèi)裂谷堿性玄武巖區(qū)和大陸拉張帶(或初始裂谷)玄武巖區(qū)的交點(diǎn)區(qū)域,三者皆屬于大陸板內(nèi)環(huán)境,暗示上姜輝長巖的巖漿結(jié)晶過程是在大陸板內(nèi)完成的,并且可能受到陸內(nèi)板塊相互作用的影響,處于一種拉張-伸展的環(huán)境。

表3 上姜輝長巖鋯石LA-ICP-MS定年分析數(shù)據(jù)Table 3 LA-ICP-MS dating analysis data for zircons from Shangjiang gabbro

圖10 U-Pb年齡協(xié)和圖Fig.10 U-Pb age concordia of zircons

目前對華南地塊大地構(gòu)造的研究比較統(tǒng)一的觀點(diǎn)是受太平洋板塊俯沖后撤的影響,華南地塊在中生代處于一種擠壓向伸展轉(zhuǎn)換的構(gòu)造環(huán)境[8,16]。 研究表明,120 Ma以后構(gòu)造環(huán)境從擠壓環(huán)境向伸展環(huán)境轉(zhuǎn)換,毛建仁等[9]通過對華南三疊紀(jì)花崗巖、早侏羅世伸展型巖漿巖、欽杭結(jié)合帶(東段)三條結(jié)合帶的巖漿巖研究認(rèn)為，華南中生代具有擠壓-伸展構(gòu)造轉(zhuǎn)換的特性。

圖11 2Nb-Zr/4-Y構(gòu)造環(huán)境判別圖(底圖據(jù)文獻(xiàn)[38])Fig.11 Discrimination diagram of 2Nb-Zr/4-Y for tectonic settings

圖12 Ti/100-Zr-3Y構(gòu)造環(huán)境判別圖(底圖據(jù)文獻(xiàn)[32])Fig.12 Discrimination diagram of Ti/100-Zr-3Y for tectonic settings

圖13 Ta/Hf-Th/Hf圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[39])Fig.13 Ta/Hf-Th/Hf diagramⅠ—板塊發(fā)散邊緣N-MORB區(qū); Ⅱ—板塊匯聚邊緣(Ⅱ1—大洋島弧玄武巖區(qū); Ⅱ2—陸緣島弧及陸緣火山弧玄武巖區(qū)); Ⅲ—大洋板內(nèi)洋島、海山玄武巖區(qū)及T-MORB、E-MORB區(qū); Ⅳ—大陸板內(nèi)(Ⅳ1—陸內(nèi)裂谷及陸緣裂谷拉斑玄武巖區(qū); Ⅳ2—陸內(nèi)裂谷堿性玄武巖區(qū); Ⅳ3—大陸拉張帶(或初始裂谷)玄武巖區(qū)); Ⅴ—地幔熱柱玄武巖區(qū)

西大明山地區(qū)上姜輝長巖鋯石的LA-ICP-MS定年結(jié)果顯示，巖漿結(jié)晶年齡為94.8±4.4 Ma,屬于燕山晚期。目前，已知的華南西部右江褶皺帶及其周緣地區(qū)出露的燕山晚期巖漿巖主要分布在滇東南、桂西、黔西南以及越南東北部,年齡分布范圍為80～100 Ma[40-44]，而西大明山地區(qū)已知巖體的年齡在86～112 Ma[2,45-46]。以上巖體年齡均小于120 Ma,同時研究區(qū)在燕山晚期主要受近SN向的主壓應(yīng)力作用[22]。因此,上姜輝長巖體可能為燕山晚期受到太平洋板塊正向俯沖后撤和非板塊構(gòu)造動力所驅(qū)動的陸內(nèi)構(gòu)造的復(fù)合影響下,由大陸地幔和部分熔融的原始地幔構(gòu)成的混合巖漿沿南北向張性斷裂上侵形成。

6 結(jié) 論

(1)西大明山地區(qū)上姜輝長巖為堿性輝長巖， 主要由單斜輝石和基性斜長石組成， 整體上Na2O含量大于K2O含量。經(jīng)過原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化處理后的微量元素表現(xiàn)出大離子親石元素(Rb、Ba、K、Sr)富集， Ta、Ce、P、Ti元素相對虧損。輕稀土富集程度高于重稀土， Eu具有輕微正異常， 暗示巖漿源于大陸地幔和原始地幔部分熔融的混合， 演化過程中分離結(jié)晶作用不強(qiáng)烈。

(2)上姜輝長巖鋯石U-Pb年齡為94.8±4.4 Ma， 屬于燕山晚期， 代表了輝長巖的成巖年齡。

(3)上姜輝長巖體可能形成于燕山晚期的陸內(nèi)環(huán)境，是在太平洋板塊正向俯沖和非板塊構(gòu)造動力的共同影響下，大陸地幔和部分熔融的原始地幔所構(gòu)成的混合巖漿沿南北向張性斷裂上侵定位形成。