李澤民,馮佐海,李賽賽,張起鉆,陸干強(qiáng),白玉明,萬(wàn) 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(shí)驗(yàn)室; b.地球科學(xué)學(xué)院,廣西 桂林 541006; 2.長(zhǎng)沙迪邁數(shù)碼科技股份有限公司,長(zhǎng)沙 410083; 3.廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局， 南寧 530031; 4.廣西第四地質(zhì)隊(duì),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(shí)間的標(biāo)尺,對(duì)于研究深部地幔性質(zhì)、大陸動(dòng)力學(xué)演化及巖漿的演化過(guò)程均具有十分重要的意義[1]?；詭r地球化學(xué)特征以及年代學(xué)特征已然成為一個(gè)重要的研究熱點(diǎn),尤其是對(duì)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(shí)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(duì)于燕山晚期基性巖的巖漿演化過(guò)程及其構(gòu)造背景尚存在較大爭(zhēng)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(duì)于該區(qū)基性巖的研究較少。徐爭(zhēng)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(zhǎng)巖體為切入點(diǎn),通過(guò)對(duì)輝長(zhǎng)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(guò)程及源區(qū)屬性,進(jìn)而對(duì)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(jí)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(duì)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(shí)間相對(duì)較晚[22]。 斷層切割區(qū)內(nèi)多個(gè)次級(jí)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(duì)在西大明山東部的羅維礦區(qū)有2個(gè)鉆孔打到了隱伏花崗閃長(zhǎng)巖體,通過(guò)鋯石U-Pb測(cè)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(jiǎn)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(zhǎng)巖; λπ—石英斑巖脈; q—石英脈; 1—背斜軸; 2—實(shí)測(cè)/推測(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)巖。 上姜輝長(zhǎng)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(zhǎng)100～120 m、寬30～50 m。 輝長(zhǎng)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_(kāi)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(zhǎng)結(jié)構(gòu),粒徑大多在0.5～1 mm,大者3～4 mm,長(zhǎng)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(zhǎng)石為主,輝石含量約45%,長(zhǎng)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(yáng)起石不均勻取代;斜長(zhǎng)石,板柱狀,長(zhǎng)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(zhǎng)巖地球化學(xué)特征

輝長(zhǎng)巖的主、微量元素測(cè)試均在澳實(shí)分析檢測(cè)(廣州)有限公司完成。其中主量元素測(cè)試采用荷蘭PANalytical PW2424型X熒光光譜儀測(cè)定,微量元素測(cè)試采用美國(guó)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(cè)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(zhǎng)巖體巖石地球化學(xué)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

圖2 上姜輝長(zhǎng)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(zhǎng)石; Ol—橄欖石; Bi—黑云母; Mt—磁鐵礦

表1 上姜輝長(zhǎng)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(shí)分析檢測(cè)(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(zhǎng)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(zhǎng)巖區(qū)域,個(gè)別點(diǎn)落在橄欖輝長(zhǎng)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(zhǎng)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(shì),上姜輝長(zhǎng)巖樣品落在拉斑玄武巖區(qū)域。 通過(guò)對(duì)上姜輝長(zhǎng)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(zhǎng)巖氧化物與MgO相關(guān)性反映出輝長(zhǎng)巖形成過(guò)程中結(jié)晶分異作用不強(qiáng)烈[26]。

圖3 上姜輝長(zhǎng)巖TAS圖解Fig.3 TAS diagram of Shangjiang gabbro1—橄欖輝長(zhǎng)巖;2a—堿性輝長(zhǎng)巖;2b—亞堿性輝長(zhǎng)巖;3—輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖;4—閃長(zhǎng)巖;5—花崗閃長(zhǎng)巖;6—花崗巖;7—硅英巖;8—二長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖;9—二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖;10—二長(zhǎng)巖;11—石英二長(zhǎng)巖;12—正長(zhǎng)巖;13—副長(zhǎng)石輝長(zhǎng)巖;14—副長(zhǎng)石二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖;15—副長(zhǎng)石二長(zhǎng)正長(zhǎng)巖;16—副長(zhǎng)正長(zhǎng)巖;17—副長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)巖微量元素分析結(jié)果見(jiàn)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(zhǎng)巖巖漿可能來(lái)源于大陸地幔和原始地幔部分熔融的混合。

本次測(cè)試的輝長(zhǎng)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(gè)具有弱負(fù)異常外(δEu=0.90),其余7個(gè)樣品Eu具有輕微正異常(δEu=1.01～1.10)。

圖5 上姜輝長(zhǎng)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(zhǎng)巖年代學(xué)特征

本次采集新鮮無(wú)蝕變的輝長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)室完成。 分選好的鋯石經(jīng)過(guò)重慶宇勁科技有限公司的挑選、制靶、拋光后對(duì)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(cè)年在廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方法參照Liu等[30]。

輝長(zhǎng)巖樣品中的鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像見(jiàn)圖9。鋯石顆粒較小且破碎,無(wú)色透明,自形-半自形,大多數(shù)呈粒狀，長(zhǎng)寬比為1～2,大部分具有典型的振蕩環(huán)帶,個(gè)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(duì)其中的12粒鋯石進(jìn)行年代學(xué)分析,結(jié)果見(jiàn)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(gè)測(cè)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(zhǎng)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(guò)程中會(huì)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(lái)探討巖石的起源及構(gòu)造背景[31-33]。 經(jīng)過(guò)上述數(shù)據(jù)分析,認(rèn)為該區(qū)輝長(zhǎng)巖屬于拉斑玄武巖系列。 因此,可以推測(cè)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(guò)程中結(jié)晶分異作用不強(qiáng)烈。 由表2可知: 上姜輝長(zhǎng)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(zhǎng)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(shí),上姜輝長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)巖的巖漿結(jié)晶過(guò)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(zhǎng)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(duì)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(guò)對(duì)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(zhǎng)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(shí)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(zhǎng)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(dòng)力所驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)巖為堿性輝長(zhǎng)巖， 主要由單斜輝石和基性斜長(zhǎng)石組成， 整體上Na2O含量大于K2O含量。經(jīng)過(guò)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(duì)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(guò)程中分離結(jié)晶作用不強(qiáng)烈。

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

(3)上姜輝長(zhǎng)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(dòng)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。