陈 娟，马润则，张腊梅 ，李湘玉，何显川，胡 晰

(成都理工大学地球科学学院，四川成都 610059)



龙门山北段水磨地区辉绿岩锆石U-Pb年龄及地球化学特征

陈 娟，马润则，张腊梅 ，李湘玉，何显川，胡 晰

(成都理工大学地球科学学院，四川成都 610059)

龙门山北段的四川广元水磨地区零星分布北东-南西向的基性岩脉，主要侵位于中生代。前人对龙门山地区的基性岩脉研究较少，更缺乏高精度的年龄数据及地球化学报道。研究区辉绿岩锆石SHRIMP U-Pb年龄数据具双峰特点，结合区域构造及岩浆事件分析，采用185.7Ma为本区辉绿岩的成岩年龄。对于49.8±0.7Ma(MSWD=0.83)的年龄数据，可能指示了在喜山运动50Ma左右，本区经历过一次较强的热事件致锆石变质结晶。辉绿岩的SiO2含量相对较低，TiO2含量较高。稀土元素总含量高，轻稀土元素相对富集，轻重稀土分异明显，配分模式为向右陡倾型。微量元素 Zr/Y-Zr 和 2Nb-Zr/4-Y 图解亦指示其具板内拉张环境特征。结合前人研究，认为水磨地区基性岩脉为印支运动后的晚三叠世-侏罗纪，由于后造山期挤压应力的逐渐消退，该区域曾一度进入挤压造山后的松弛调整阶段，致使幔源基性岩浆沿张性构造裂隙侵位而成。

锆石SHRIMP U-Pb定年 岩石地球化学 辉绿岩 水磨地区 龙门山北段

Chen Juan, Ma Run-ze, Zhang La-mei, Li Xiang-yu, He Xian-chuan, Hu Xi. Zircon U-Pb dating and geochemical characteristics of diabase in the Shuimo area, northern section of the Longmen Shan[J]. Geology and Exploration, 2015, 51(1):0133-0142.

0 前言

绵延数百公里的龙门山造山带位于扬子地块西缘与松潘地块交接处，北起广元白水与昆仑-秦岭东西向构造带成斜角相交，呈NE-SW展布，沿四川盆地边缘向西南延伸至天全、泸定地区，是诸多地块及造山带汇聚交接的地区，具有复杂的构造样式和拼合历史。造山带内广泛发育不同时期、不同类型的岩浆岩，岩浆岩类型以侵入岩为主，火山岩次之，其中侵入岩又以中酸性岩，特别是花岗岩岩类为主，但仍然发育相当数量的基性侵入岩，如辉绿岩、辉长岩等(林茂炳等，1996)。虽然龙门山造山带的研究程度已较高，但关于区域内基性岩的报导却较少见到。本文通过对龙门山北段水磨地区出露的基性岩脉-辉绿岩的锆石SHRIMP U-Pb定年以及矿物学、岩石地球化学特征的研究，并结合前人的研究成果，探讨其形成构造环境及其地质意义，为进一步揭示龙门山造山带的构造演化历史提供新的依据。

1 地质背景

研究区位于龙门山造山带北段，青川-茂汶断裂(后山断裂)东南侧，跨越龙门山中央断裂和前山断裂，涉及后龙门山推覆造山带、前龙门山推覆-滑覆带和川西前陆盆地三个Ⅲ级构造单元。区内地层主要为震旦纪-石炭纪的海相、海陆相浅变质碎屑岩和碳酸盐岩。区域内岩浆岩并不发育，仅有零星的小规模基性岩脉大致顺构造线方向产出，尚未发现其它岩浆岩类。基性岩脉主要岩石类型为辉绿岩、辉绿玢岩，均侵位于浅变质和弱变质的志留系(图1)。

研究区共见3条辉绿岩脉(见图1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)，受区域构造线的控制均沿北东-南西向展布。

图1 水磨地区地质简图及研究区大地构造位置图Fig.1 Geological sketch map of shuimo area and location map of the study area 1-辉绿岩脉及编号；2-灯影组；3-邱家河组；4-油房组；5-长江沟组；6-磨刀垭组；7-陈家坝组；8-湄潭组；9-谭家沟组；10-黄坪组；11-滑天破组；12-新滩组；13-石牛栏组；14-罗惹坪组；15-金宝石组；16-观雾山组；17-黄龙组；18-断层；19-平行不整合界线；20- 研究区；21-飞来峰1-diabase dikes and number; 2-Dengying Fm.; 3-Qiujiahe Fm.; 4-Youfang Fm.; 5-Changjianggou Fm.; 6-Modaoya Fm.; 7-Chenjiaba Fm.; 8-Meitan Fm.; 9-Tanjiagou Fm.;10-Huangping Fm.; 11-Huatianpo Fm.; 12-Xintan Fm.; 13-Shiniulan Fm.; 14-Luoreping Fm.; 15-Jinbaoshi Fm.; 16-Guanwushan Fm.; 17-Huanglong Fm.; 18-fault; 19-parallel unconformity; 20-study area;21-klippe

脉Ⅰ为辉绿岩脉，位于水磨幅南西角，贺家湾飞来峰的西侧山梁，侵位于下志留统罗惹坪组(S1l)浅灰色、黄灰色片理化纹层-薄层状粉砂质泥岩、泥质粉砂岩夹变质细砂岩地层中，其片理与S0平行，产状：321°∠64°。辉绿岩脉宽约15 m，可见长度大于100 m，岩脉产状：351°∠67°，与围岩片理呈小角度斜交侵入接触，边部有隐晶-微晶质冷凝边。岩石为深绿灰色，块状构造，矿物表面遭受轻微蚀变，取样D0645b、D0645T。脉Ⅱ产出于脉Ⅰ的南东侧约2 km处，位于广元三堆乡饮家河坝以北，同样侵位于下志留统罗惹坪组(S1l)，脉宽5～6 m，可见延伸长度大于800 m，走向75°，近于直立，其岩性与脉Ⅰ基本一致，也为辉绿岩脉，取样D1804b。脉Ⅲ为辉绿玢岩脉，位于水磨幅中西部，长梁山南侧。侵位于茂县群滑天坡组(Sh)粉砂质板岩地层中。脉体呈北东向展布，脉宽3.5～4m，产状354°∠79°，延伸情况不明，取样D0632b。本次研究共采集化学分析样品3件，同位素化学分析1件。

图2 水磨地区辉绿岩(D0645T)锆石的CL发光图像及测试点位Fig.2 CL images of zircon grains used in the SHRIMP U-Pb dating of diabase from the Shuimo area

镜下观察，岩石虽遭受蚀变，但仍具辉绿结构，主要斜长石，辉石，角闪石、绿泥石和少量石英、绢云母组成，副矿物为磷灰石、磁铁矿、钛铁矿等，辉石具不同程度的绿泥石化、钠黝帘石化和绢云母化。各组成矿物含量：斜长石45%～60%，辉石15%～20%，绿泥石10%左右，角闪石约5%，石英、黑云母<5%。经电子探针成分分析结果及计算的矿物化学式表明，本区辉绿岩中所含辉石为顽火透辉石，Wo=41.82%，En=37.38%，Fs=20.8%；斜长石为An=32.2%的中长石；角闪石为单斜角闪石中的普通角闪石。

2 锆石SHRIMP U-Pb定年

锆石作为一种副矿物，在地质过程中相对比较稳定，具有良好的抗化学侵蚀和抗机械破坏的性质，它的U-Pb同位素体系具有非常高的封闭温度(>700℃)(刘阳等，2010)，又有合适的U和Pb含量(赵玉灵，2002；李建峰等，2008)。因此，采用高精度的锆石SHRIMP U-Pb定年法无疑是确定辉绿岩形成年龄的较佳方法。本文对四川广元水磨地区辉绿岩样品D0645T进行了锆石SHRIMP U-Pb年代学测试。

2.1 分析方法

本次选取样品D0645T进行测年分析，原岩经破碎、淘洗、磁选等处理后分选出锆石单矿物，在双目镜下挑选出尽可能无裂隙、无包体的锆石，与标准锆石TEM共置于环氧树脂中制成样品靶，抛光至锆石中心部位出露。首先在光学显微镜下对被测样品进行照相(包括透射光和反射光照相)。然后在扫描电子显微镜下进行锆石阴极发光(CL)图像研究。根据阴极发光图像可观察到，部分锆石颗粒显示较宽的振荡结晶环带，晶型较好，多为自形长柱状，颗粒较完整，为典型的岩浆成因锆石。但是也有相当部分的锆石，成自形长柱状，并不具备震荡环带，显示无分带、弱分带、面形分带等特征，有的甚至可以看到明显的变质增生边，且其核部具有岩浆锆石的震荡环带特征，暗示锆石经过后期变质作用的改造(陈岳龙等，2004;吴仁保等，2004;移根旺等，2008;李长明等，2009)。另外也可以看到少数自形程度较差、残缺不全的锆石。

本文挑选的锆石具有较好的晶形和粒度，晶体形态完整。阴极发光结构比较简单，在无裂隙、无包裹体或杂质的干净部位打点测试(图2)。锆石 U-Th-Pb 同位素分析在北京离子探针中心的 SHRIMPⅡ仪器上进行，详细的实验原理及流程见参考文献(Compstonetal.,1992;宋彪等，2002)。据处理采用Squid和Isoplot程序，普通Pb由实测204Pb校正。所有测点的误差均为1σ，所采用的206Pb/238U加权平均年龄误差为 2σ。

2.2 测试结果

本次共测定了26个锆石颗粒，完成22个测点的锆石年龄测定(图2)，获得22组锆石 SHRIMP U-Pb年龄测试结果，见表1。根据表1可以看到，锆石的U、Th含量均较高，分别介于(112～995)×10-6和(67～770)×10-6，其中U含量变化较大。所有锆石的Th/U比值均>0.1，范围介于0.16～1.19，除了点12.1外，全部>0.4，暗示锆石为岩浆成因(陈岳龙等，2004；吴仁保等，2004；移根旺等，2008；李长明等，2009；Compstonetal.,1992；宋彪等，2002)。

从谐和图中可以看到，所有测点给出的206Pb/238U表面年龄数据分布均具双峰特点(图3a)，均分布在谐和线上及其附近极小的区域内，则可知锆石在形成后其U-Pb体系是封闭的，没有明显的U、Pb丢失和加入，表明206Pb/238U表面年龄值能真实反映岩浆结晶年龄(Crofuetal.,2003)。从图上可获悉，206Pb/238U表面年龄主要集中在两个阶段，分别为185.7 Ma(由十余个测点在164.1～196.2 Ma之间的数据加权平均而来)和49.8 Ma左右。第一组年龄偏小，共有13个测试点，除点4.1外，其余均在年龄和谐线上集中分布，因此点4.1年龄未参与计算。其余12个测试点的206Pb/238U的年龄范围值在47～56 Ma之间，206Pb/238U的加权平均年龄为49.8±0.7 Ma,(MSDW=0.83)(图4)。第二组年龄偏老，集中在164.1～227.7 Ma之间(图3b)，共6个测试点，分别为1.1、5.1、9.1、10.1、15.1、19.1给出的206Pb/238U年龄数据分别为227.7±2.9 Ma、191.2±3.0 Ma、164.1±2.8 Ma、189.4±2.9 Ma、174.1±3.6 Ma、168.2±3.7 Ma。另外还有3个年龄比较分散的测试点:测试点3.1相对较年轻，给出的年龄为41.47±0.85 Ma，锆石颗粒核部重结晶后具明显的残留岩浆环带，为典型的变质增生锆石；点24.1，在成岩和变质年龄之间，给出的年龄为89.9±1.9 Ma，自形程度较好，呈面状分带，为变质作用形成的锆石；点12.1年龄较老，给出的年龄为656.6±9.0 Ma，远远大于成岩年龄，锆石呈自形-半自形、震荡环带结构清晰，为岩浆结晶过程中形成的锆石，可能为辉绿岩俘获的残留锆石。

表1 水磨地区辉绿岩(D0645T)锆石SHRIMP U-Th-Pb 分析结果

注: Pbc、Pb*分别表示普通铅和放射性铅。采用实测204Pb校正锆石中的普通铅．采用年龄值为206Pb/238U；误差范围lσ。

图3 水磨地区辉绿岩(D0645T)锆石U-Pb年龄谐和图(a)及(b)Fig.3 U-Pb concordia diagram (a) and (b) of zircons from diabase(D0645T) in Shuimo area

图4 水磨地区辉绿岩(D0645T)锆石U-Pb谐和图(a)及加权平均图(b)Fig.4 U-Pb concordia diagram (a) and histogram(b) of zircons from diabase(D0645T) in Shuimo area

3 岩石地球化学特征

3.1 分析方法

主量和微量元素含量测试均在四川冶金地质岩矿测试中心测试完成：主量元素采用等离子体发射光谱法、容量法等完成，分析精度高于1%，微量元素(含稀土元素)采用等离子体发射光谱法、质谱法等完成，分析精度一般优于5%。

3.2 主量元素特征

水磨地区的辉绿岩的主量元素和微量元素的分析结果见表2。SiO2的质量分数在46.78%～48.94%之间，相对较低；Al2O3含量变化在13%～15.25%之间；TiO2含量较高，在3.37%～3.73%之间；MgO含量变化在5.24%～5.75%之间；Na2O的含量为3.60%～4.22%；K2O含量变化较大，为0.20%～1.61%，Na2O/K2O=2.45～21.1；全碱(Na2O+K2O)含量变化在4.42%～5.62%之间，Mg#值为30.24～36.14，δ(里特曼指数)=2.77～

表2 水磨地区辉绿岩主量元素、微量元素化学分析结果

注: 主要氧化物含量测试方法为等离子体发射光谱法容量法等。

5.47，在SiO2-(Na2O+K2O )(TAS)图解中(图5a)，水磨地区的基性岩样品显示为弱碱性系列，数据点落入玄武岩与粗面玄武岩过渡区。在Nb/Y-Zr-SiO2图解中(图5b)，辉绿岩位于碱性玄武岩区。岩石的Mg#较低，指示了其岩浆高度演化的结果。

3.3 微量元素特征

水磨地区辉绿岩的稀土总量(∑REE)较高，变化范围在193.99×10-6～209.56×10-6之间，轻重稀土比值LREE/HREE为7.61～8.06，(La/Yb)N为9.56～10.90，表明岩石明显富集轻稀土，轻重稀土分异较强。微量元素蛛网图(图6a)显示各样品的不相容元素分布型式基本一致，有Pb的正异常与Sr的负异常，Eu异常不明显，δEu为0.85～1.08；大S离子亲石元素(Rb、Ba、Th、U)相对富集，Y 、Yb 、Sr 相对亏损。明显富集轻稀土和大离子亲石元素的特征暗示其来源于富集型地幔，可能为早期板片(或同期板片)俯冲改造作用的结果。没有明显的Nb、Ta亏损，富集特征显示与岛弧玄武岩 (IAB) 有明显差别，也不同于洋中脊玄武岩(MORB)，总体上具有板内玄武岩微量元素的一般特征。稀土元素球粒陨石标准化配分模式图解上(图6b)，3个岩石样品稀土配分模式基本一致，显示出轻稀土元素强富集型的右倾型配分模式，与大陆板内拉斑玄武岩类似(Sunetal.,1989；董云鹏等，1998；王存智等，2009)。无论是微量元素还是稀土元素，3件辉绿岩样品的分布特征(图6a、6b)都十分相似，显示了极好的同源性。

图5 水磨地区辉绿岩TAS图解(a)(底图据Le Bas et al.,1986)、辉绿岩Nb/Y-Zr/TiO2图解(b)(底图据Winchester and Floyd,1977)Fig.5 The TAS nomination diagram(a)(base plot after Le Bas et al.,1986) and Nb/Y-Zr/TiO2 diagram(b)(base plot after Winchester and Floyd,1977) of diabase in Shuimo area

图6 水磨地区辉绿岩微量元素蛛网图(a)及稀土元素配分型式图(b)Fig.6 Primitive mantle-normalized trace elements spider diagrams(a) and chondrite-normalized REE patterns(b) for basic dikes in Shuimo area

4 讨论与结论

龙门山地区辉绿岩年龄数据有限，据邻区1∶5万关庄坝幅区域地质调查报告①，图区有少量辉绿岩分布，测得K-Ar年龄值为173.8±2.1 Ma～210.8±2.7 Ma；1∶5万雁门镇幅区域地质调查报告②，测得辉绿岩K-Ar年龄值330.42±5.24 Ma；1∶5万茶坝、凉水幅③，获得的辉绿岩脉K-Ar同位素年龄集中在158.1～207.9 Ma之间；川西峨边地区获得的辉绿岩SHRIMP U-Pb年龄值为813.4±8.2 Ma(崔晓庄等，2012)，再结合区域地质事件可知龙门山地区辉绿岩的形成具有明显的多期性，而本次对龙门山北段水磨地区辉绿岩锆石SHRIMP U-Pb定年结果显示，该区基性岩年龄具双峰特点(主要分布在185.7 Ma和49.8 Ma左右)，从区域构造-岩浆事件(龙学明，1991；林茂炳等，1996)分析，采用185.7 Ma为本区辉绿岩脉的成岩年龄，这也与前人获得的龙门山北段地区辉绿岩同位素年龄130～210 Ma(四川省地矿局，1991；袁海华等，1992，林茂炳等，1996)在误差范围内一致，当属晚三叠世-侏罗纪岩浆活动的产物。对于49.8±0.7 Ma(MSWD=0.83)，资料表明，龙门山造山带中生代以后岩浆活动微弱或停息，进入新生代更未见岩浆活动的痕迹，故推断此年龄应代表了辉绿岩的变质年龄，表明在其形成之后曾遭受后期热事件的改造。众所周知，进入喜山时期的龙门山地区的造山运动构造活动达到了高潮，主要以推覆造山为主。随着青藏高原的隆起，处于它东北边缘的扬子板块直接收到了挤压，再加上分布其间的特提斯构造带又相对软弱，因此而产生了复杂的构造变形，形成了规模宏伟的松潘-甘孜造山带，而龙门山也卷入了它的前缘地带，使得龙门山构造带产生了又一次构造活动。在此时期，龙门山因受到北东-南西向的挤压发生大规模的向东南的滑移、冲断和推覆。由于壳内顺层韧性推覆滑脱，在推覆滑动面上，剪切生热，引起热流分布的改变，并在推覆体内部或滑动面上下形成穹状或蘑菇状的异常热点，可能由于这种异常十分强烈，剪切生热引起岩石变质(林茂炳等，1996)，或可解释本区辉绿岩里的锆石的变质或重结晶现象。

水磨地区基性岩主量元素特征显示区内辉绿岩为弱碱性系列，属碱性玄武岩。而3件样品微量元素和稀土元素的元素分布趋势的相似性，显示了较高的同源性，表明研究区基性岩脉为同源岩浆活动产物。除此之外，微量元素的地球化学特征也显示了其具有板内玄武岩的特征，因此选择能够较好地区分板内、岛弧及洋中脊玄武岩的 Zr -Zr/Y 图解(图7a)和能很好区分板内碱性玄武岩系列和板内拉斑玄武岩系列的 2Nb-Zr/4-Y 图解(图7b)对其形成的构造环境进行判断(邹先武等，2011)，在 Zr -Zr/Y 图解中(图7a)，水磨地区辉绿岩均落入板内玄武岩区域内，在2Nb-Zr/4-Y 图解中(图7b)，样品点均位于A1区，即板内碱性玄武岩区，说明其板内拉张环境的结果，而邻区1∶5万茶坝、凉水幅区调报告资料显示，在邻区北川-映秀断裂带两侧的茂县群地层中产出的同时代辉绿岩墙群并也被认为是伸展构造环境的产物，进一步说明水磨地区基性岩应形成于板内拉张构造环境。

图7 水磨地区辉绿岩Zr-Zr/Y(a)(底图据Pearce and Peate,1995)和2Nb-Z/4-Y构造环境判别图 (b)底图据Meschede,1986)Fig.7 Tectonic environment discrimination diagram Zr-Zr/Y(a)(base plot after Pearce and Peate,1995) and 2Nb-Z/4-Y(b)(base plot after Meschede,1986) for basic swarms in Shuimo area a: WPB-板内玄武岩；MORB-洋中脊玄武岩；IAB-岛弧玄武岩；b: A1+A2-板内碱性玄武岩；B-富集型MORB； A2+C-板内拉斑玄武岩；D-N-MORBa: WPA-Intraplate basalt; MORB-Mid-Ocean Ridge Basalt; IAT-Island Arc Tholeiitic Basalt; b: A1+A2-Intraplate Rift-Basalt; B-Enriched MORB; A2+C-Intraplate basalt;D-N-MORB

根据本区辉绿岩锆石SHRIMP U-Pb年龄数据185.7Ma的结果,结合主量元素和微量元素的地球化学研究，认为水磨地区基性岩脉为印支运动后的晚三叠世-侏罗世，由于后造山期挤压应力的逐渐消退，区域曾一度进入挤压造山后的松弛调整阶段，致使幔源基性岩浆沿张性构造裂隙侵位于地壳较浅处形成辉绿岩脉。而49.8±0.7Ma(MSWD=0.83)的年龄数据可能指示了在喜山运动期间，即50Ma左右，本区曾经历过一次较强的热事件致锆石变质结晶。

致谢 本文成文过程中得到北京离子探针中心及四川冶金地质岩矿测试中心的帮助，野外工作得到刘登忠、陶晓风、赵兵、胡新伟等教授的热心指导和帮助；评审专家的意见对提高论文质量起了重要作用，在此一并致以诚挚谢意。

[注释]

① 四川省地矿局川西北地质大队.1992.中华人民共和国区域地质调查报告(关庄坝幅I-48-127-C)(1∶50000)岩浆岩部分：22-31

② 四川省地矿局川西北地质大队.1995.中华人民共和国区域地质调查报告(雁门镇幅I-48-139-A)(1∶50000)岩浆岩部分：36-47

③ 四川省地矿局川西北地质大队.1995.中华人民共和国区域地质调查报告(茶坝幅I-48-127-D)(1∶50000)岩浆岩部分：20-22

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[附中文参考文献]

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Zircon U-Pb Dating and Geochemical Characteristics of Diabase in the Shuimo Area, Northern Section of the Longmen Shan

CHEN Juan, MA Run-ze, ZHANG La-mei, LI Xiang-yu, HE Xian-chuan, Hu Xi

(ChengduUniversityofTechnology,CollegeofGeosciences,Chengdu,Sichuan610059)

In the northern section of the Longmen Shan, the Shuimo region of Guangyuan, Sichuan Province, scattered NE-SW trending mafic dikes, mainly emplaced in the Mesozoic. Analysis on samples of these dikes shows that the diabase SHRIMP U-Pb zircon ages have a bimodal characteristic. Combined with analysis of regional tectonic and magmatic events, this study adopts 185.7 Ma as the diagenetic age of diabase for this area. The 49.8±0.7Ma (MSWD=0.83) age may indicate that in the Himalayan movement around 50Ma, this region experienced a strong heat-induced zircon metamorphic event. Diabase has relatively low SiO2content and high TiO2content. The total REE content is high, LREE is enriched relatively and obviously differentiated with HREE, and the distribution pattern is of a right-steep tilting type. Trace elements Zr/Y-Zr and 2Nb-Zr/4-Y diagrams imply an extensional environment within a plate. In conjunction with previous studies, this work suggests that the mafic dikes of the Shuimo region formed in the Late Triassic-Jurassic, after the Indo-China movement. Because post-orogenic compressive stress gradually decreased, this region had once entered the post-orogenic relaxation adjustment phase, resulting in mantle-derived mafic magma intrusion along extensional structural fissures and thus generating the mafic dikes.

SHRIMP zircon U-Pb dating, lithogeochemistry, diabase, Shuimo area, north section of Longmen Shan

2014-06-06;

2014-11-25；[责任编辑]郝情情。

国家自然科学基金项目《龙门山构造带深部地质调查子项目-1∶5万水磨等四幅区域地质调查》(项目编号：1212011220264)资助。

陈娟(1989年-),女,成都理工大学在读研究生,地质工程专业。E-mail:123505982@qq.com。

马润则(1957年—)，男，1985年研究生毕业于成都地质学院地质系岩石学专业，获理学硕士学位,教授，长期从事岩石学、地球化学、岩矿鉴定等教学及研究工作。E-mail:marz@cdut.edu.cn。

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0495-5331(2015)01-0133-10