李兴鹏,陈忠斌,韦剑玮,余树青,刘武文,陆干强

(广西第四地质队,南宁 530033)

桂西德峨地区广泛发育基性岩,一般沿断裂破碎带侵入,局部沿层间裂隙。岩性单一,主要是辉绿岩和玄武岩,以浅层侵入相为主,次为喷出相。前人曾对地层、构造、岩浆岩、矿产等方面开展了一些工作[1-2],但开展工作的时间都较早,受当时工作手段和技术的限制,测区基性岩的研究更多停留在野外观测和初步的岩相学和岩石地球化学研究,均未作绝对年龄的测定,部分学者在邻区百色、田阳、巴马、那坡地区对右江盆地基性岩作了地球化学和构造背景研究,观点也不统一：范蔚茗等[3]认为百色、田阳地区发育的厚达几百米的基性岩,与峨眉山高Ti玄武岩具有相似的元素-同位素地球化学特征,有近一致的形成年龄, 其喷发时代大致限定在254～256 Ma；吴浩若等[4]和王忠诚等[5]认为是一套与深水沉积共生的早石炭世-早二叠世海相玄武岩,形成于大洋板内环境, 是特提斯东延的产物；张旗等[6]认为其形成与地幔柱作用关系密切；近几年,李政林等、陈雪峰等[7-8]在那坡、凭祥地区发现陆内与岛弧基性岩一起出现,反映其可能是峨眉山地幔柱与古特提斯相互作用的产物；邓发亮等[9]则认为隆林-西林地区辉绿岩可能是峨眉山大火成岩省外带岩浆作用的产物。本次在德峨地区分别对辉绿岩和玄武岩开展了精细年代学和地球化学特征研究,可进一步确认该区的基性岩是峨眉山溢流玄武岩的重要组成部分,扩展了峨眉山大火成岩省的产出范围, 为更好地理解峨眉山大火成岩省的时空分布提供了新的直接资料。

1 区域地质背景

峨眉山大火成岩省位于扬子克拉通的西部,岩体主要分布于云南、贵州、四川,少量分布于广西[10-15]。扬子板块的基底主要是古元古代-中元古代会理群、同等时代的盐边群和昆阳群和新元古代的康定群杂岩体[12]。峨眉山大火成岩省的岩性主要是拉斑质玄武岩、基性侵入岩墙及少量苦橄岩、流纹岩、粗面岩[16]。

桂西德峨地区位于南盘江-右江成矿带西南部,地处古特提斯构造域和环太平洋构造域的复合部位,属南盘江-右江裂谷盆地的桂西北坳陷(图1a)。

1.1 地层

区内出露有寒武系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系及第四系[17],其中以泥盆系、三叠系为主,其次为石炭系、二叠系,第四系零星分布。发育有盆地、斜坡、孤立台地相等多种沉积,沉积类型多样,岩性岩相复杂、变化快,生物种类繁多,形成多相并存、台盆(沟)交错的格局。

寒武系是本区出露的最老地层,主要出露于德峨镇及南部的新街村一带,属于德峨背斜和新街背斜的核部,岩性为灰色中-厚层状细晶白云岩,浅灰色、灰色中-厚层细砂质白云岩夹浅灰色薄-中层含钙质砂质白云岩,局部夹碎屑岩,厚度为540～914.7 m。

泥盆系主要出露于北东部德峨镇及南部新街村一带,受古地理、古气候的影响,化石丰富,沉积类型丰富,既有滨岸相的碎屑岩沉积,也有滨海或局限、开阔台地相的泥灰岩、灰岩和白云岩沉积,也有盆地相的硅质岩、泥岩为主的沉积。

石炭系出露较为齐全,主要由一套浅海相的碳酸盐岩和碎屑岩沉积构成,与下伏泥盆系为整合接触。二叠系出露于德峨镇、猪场乡及小帽上一带,发育开阔台地相和斜坡-盆地相沉积,局部形成二叠纪礁灰岩。三叠系出露于猪场乡、张家寨一带,呈北西向展布,为盆地相的砂岩和泥岩组合。

1.2 构造

研究区褶皱、断裂发育,可划分为两个构造层,由寒武系组成的褶皱基底小面积出露,沉积盖层占绝大部分,出露上古生界泥盆系、石炭系、二叠系和中生界三叠系。盖层的构造变形特征主要是印支运动及燕山运动的产物。沉积盖层中断裂和褶皱较为发育,主体构造主要以近东西向为主,次为北西向及北东向,其中近东西向及北西西向断裂线与褶皱轴线近平行,为同期形成的产物,且普遍为后期北东向断裂所切截。主要构造描述如下:

德峨背斜: 分布于德峨镇一带, 近东西向展布,区内出露完整。 其核部地层为寒武系, 翼部地层依次为泥盆系、 石炭系、 二叠系和三叠系, 背斜西部末端为辉绿岩侵入。 背斜核部平缓开阔, 局部为水平岩层, 因背斜核部西南处为断层切割, 两翼地层呈不对称分布, 两翼地层倾角为10°～40°。

图1 研究区大地构造位置图(a)及德峨地区基性岩分布图(b)(a.据广西区域地质调查院最新修编的《广西地质志》修改; b. 据1∶5万德峨幅区域地质图修改)Fig.1 Geological map of study area(a)and distribution of mafic rocks in De′e area(b)

新街背斜:分布于新街村一带,近东西向展布,往东延伸出图,核部地层为寒武系,两翼地层依次为泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系,背斜西北部可见辉绿岩体分布。背斜核部平缓开阔,背斜被近东西向的新街断裂切割两翼,后期背斜东部被一组北北东向断层切割。两翼地层呈不对称分布,倾角为15°～58°,南翼相对北翼较缓。背斜长宽比近3∶1,为短轴背斜。

八科断裂:位于德峨镇南东八科村一带,为一横贯本区的区域性大断裂,不仅控制着本区域岩浆岩活动分布,也控制本区域矿产分布及其两侧的沉积活动。在区域性拉张期,表现为同沉积活动性断层,控制着其南北两侧的沉积活动,寒武系与泥盆系断层接触;在区域性挤压期,表现为压扭性剪切断层,有辉绿岩侵入。

新街断裂:位于新街背斜核部,断层倾向整体为北东向,走向90°～110°,倾向0°～20°,倾角58°～80°,切割新街背斜核部,致使北翼缺失寒武系—中二叠统岩层,断层性质为正断层。

1.3 岩浆岩

岩浆岩有侵入岩和喷出岩两大类。其中侵入岩主要为辉绿岩,喷出岩主要为玄武岩。辉绿岩体共有10个,主要分布在猪场乡龙保山、小帽上和大帽上一带,其中龙保山、小帽上、大帽上岩体出露面积较大,呈岩株、岩床、岩墙、岩脉产出,主要沿断裂破碎带侵入,局部沿层间侵入二叠系和三叠系中。以浅成侵入相为主,次为溢出相,各岩体分带现象及其内部相变都不明显。喷出岩主要为玄武岩,仅在老山神、周帮村一带出露,岩性较简单,主要由致密玄武岩、含杏仁致密玄武岩等组成。

综上所述,研究区分布有印支期基性岩浆岩,地质构造复杂,具有较好的成矿地质条件,矿产资源较为丰富。因此,本次采样分析将进一步了解峨眉山地幔柱在广西影响,丰富峨眉山大火成岩省的“地球化学基因库”,从而更好地了解地幔柱的演化过程。

2 样品采集和岩石特征

本文在德峨地区采集了3个锆石测年样品(图1b),分别为老山神玄武岩(编号D522TW5: N24°31′23″, E105°07′49″)、 龙保山辉绿岩(编号D527TW1: N24°39′38″, E105°04′07″)和小帽上辉绿岩(编号TW06: N 24°35′13″, E105°06′04″)。同时采集了20件地球化学样品,其中5件为玄武岩,15件为辉绿岩。

德峨地区岩浆岩以基性岩为主, 主要为辉绿岩和玄武岩。 辉绿岩分布于龙保山、 金平村、 大帽上、 小帽上、 塘房、 猪场、 花痕一带, 与围岩呈侵入接触关系, 分别侵入下-中二叠统四大寨组(图2a)和上二叠统领好组(图2b)。 岩石呈深灰色、 灰绿色,辉绿结构, 块状构造, 岩石主要由斜长石、 单斜辉石、 隐晶质、 绿帘石和不透明矿物组成,其中斜长石含量42%～45%,多呈半自形柱状,杂乱分布,粒径多在0.1～0.5 mm,表面浑浊发生钠黝帘石化,部分局部还见绿帘石化和绢云母化,单斜辉石含量38%～40%,多呈他形粒状, 少数半自形柱状, 粒径一般为0.1～1.2 mm, 多包含或镶嵌柱状的斜长石形成嵌晶含长结构;隐晶质呈集合体,含量约6%～8%;绿帘石多呈他形粒状,大小0.02～0.1 mm,含量1%～2%;不透明矿物呈半自形-他形粒状或板条状,杂乱分布,含量3%～4%,主要是磁铁矿和钛铁矿。玄武岩分布于老山神、周帮一带,与下伏地层下-中二叠统四大寨组为角度不整合接触,与上覆地层下三叠统石炮组为整合接触(图3)。该类岩石呈深灰色、斑状结构、间粒-间隐结构、块状构造,斑晶主要由斜长石和少量辉石组成,斜长石多呈半自形柱状,粒径多在0.1～0.5 mm,辉石呈半自形粒状-短柱状,粒径在0.1～0.2 mm。表面浑浊发生钠黝帘石化和弱绢云母化,聚片双晶隐约可见,含量60%～65%;基质由隐晶质组成,含量32%～35%。

图2 辉绿岩与围岩的接触关系Fig.2 Contact relationship between dolerites and surrounding rock

图3 玄武岩与围岩的接触关系Fig.3 Contact relationship of basalts and surrounding rocks

3 测试方法

样品的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年测试分析在中国科学院青藏高原研究所大陆碰撞与高原隆升重点实验室激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)上完成。 LA-ICP-MS激光剥蚀系统为美国Newwave公司的UP193FX型193 nm ArF准分子系统, 激光器来自于德国ATL公司, ICP-MS为Agilent 7500 a, 激光器波长为193 nm,脉冲宽度<4 ns。本次所用斑束直径为25 μm。未知样品测试时采样方式为单点剥蚀、跳峰采集;单点采集时间模式为:15～20 s气体空白,40 s样品剥蚀,45～55 s冲洗;每6个未知样品点插入一组标样(锆石标样和成分标样)。本次样品分析过程中, Plesovice标样作为未知样品的分析结果为337.2±1.1 Ma(n=23, 2σ), 对应的年龄推荐值为337.13±0.37 Ma(2σ)[18],两者在误差范围内完全一致。成分标样采用NIST SRM 612,其中29Si 作为内标元素。样品的同位素比值及元素含量计算采用Glitter_ver 4.0程序。上述测定的数据均采用Andersen (2002)[19]提出的进行ComPbCorr#3.17普通铅校正,锆石U-Pb 年龄谐和图的绘制和MSWD的计算则采用Isoplot/Ex_ver3[20]。

样品的主量元素和微量元素的测试均在中铁物探勘察有限公司实验室完成。其中主量元素分析在波长色散X荧光光谱仪上完成,分析精度优于0.1～1.0,FeO含量用湿化学法测定,分析精度优于0.5%～1%。微量元素的测定由X series 2 型等离子体质谱仪完成。

4 测试结果

4.1 岩体的地球化学特征

德峨地区基性岩的主量和微量元素测试分析结果见表1。总体来看,玄武岩和辉绿岩显示类似的元素地球化学特征,具有较低的SiO2(42.52%～48.09%)和MgO(3.94%～6.61%)含量, 高的Fe2O3(11.89%～17.06%), Al2O3(14.39%～17.04%)含量。 玄武岩和辉绿岩样品的Mg#值分别为0.35～0.50和0.34～0.50。 同时, 其具有较低的Cr和Ni含量(分别为21.77×10-6～202.2×10-6和47.87×10-6～122×10-6), 暗示其岩浆具有演化特征。 从微量元素原始地幔标准化图中(图4)可以得到, 这类岩石显示轻微亏损Nb、 Ta和Sr以及Zr、 Hf的富集。 从稀土元素球粒陨石蛛网图中(图5)可以发现其轻微的重稀土元素富集。

4.2 锆石U-Pb年龄

本次工作对德峨地区已发现的3个岩体分别进行了同位素测年,结果见表2。

老山神玄武岩(D522TW5)共分析了24点。所有的分析点均具有较高的U、Th和Pb含量,并且Th/U值接近或大于0.1,显示其属于岩浆成因[21]。除了两个年龄值偏离谐和线外,其余22个分析结果均较为谐和。在这22个分析点中, 15个分析点显示较为古老的年龄(332～2 522 Ma)(图6a), 可能代表着捕获锆石的年龄。 4个分析点的238U/206Pb和237U/205Pb年龄, 在误差内完全一致, 得出其谐和年龄为261.0±2.4 Ma(MSWD=4.6)(图6b), 且与238U/206Pb加权平均年龄259.8±5.1 Ma相当吻合, 因此上述年龄应该为老神山玄武岩的结晶年龄。 另外还有3个颗粒显示偏年轻的年龄值(155、188和217 Ma),可能是受到后期地质事件的影响发生Pb丢失所致。

续表1

备注:TFe2O3和TFeO分别表示样品中全铁的含量,TFeO=FeO+0.899 8×Fe2O3;Mg#=Mg/(Mg+TFe2+),摩尔数。

图4 德峨地区基性岩微量元素蛛网图Fig.4 Primitive mantle-normalized trace element patterns of De′e mafic rocks

图5 德峨地区基性岩稀土元素配分曲线(OIB平均值引自Sun and McDonough,1989)Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns of De′e mafic rocks

表2 样品锆石LA-ICP-MS U-Pb测试结果

续表2

图6 德峨地区基性岩的锆石年龄谐和图Fig.6 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia plots for the sampled mafic rocks of De′e area

龙保山辉绿岩(D527TW1)共分析了24点, 所有的分析点均具有较高的Th、 U和Pb含量, 并且Th/U值均大于0.1, 同样显示其属于岩浆成因。 除了6颗锆石年龄值不谐和或者误差过大以外, 其余18个年龄较为谐和(图6c)。 其中10颗锆石的238U/206Pb年龄在误差范围内一致, 其谐和年龄为259.9±1.1 Ma(MSWD=0.04)(图6d), 并且与238U/206Pb加权平均年龄值260.0±2.2 Ma较好的吻合,因此上述年龄值代表了龙保山辉绿岩的侵位时代。另外6个分析点显示较为古老的年龄(404～2 399 Ma)(图6c), 可能为捕获锆石的年龄。 2个分析点显示偏年轻的年龄值(178和216 Ma), 可能受到了后期热事件的影响。

小帽上辉绿岩(TW06)24颗锆石分析测试显示, 具有较高的Th/U值(≥0.08), 指示其为岩浆锆石。 除了3个分析点不谐和年龄以外, 其余21个点均较为谐和, 其中有6个分析点显示古老的同位素年龄(899～2 097 Ma)(图6e), 同样表明可能是捕获锆石。 由4个谐和的分析点可得出其谐和年龄为258.6±2.3 Ma(MSWD=0.08)(图6f), 并且与238U/206Pb加权平均年龄值259.0±4.7 Ma基本一致, 可能代表其结晶年龄。 此外,有1个分析点显示偏年轻的238U/206Pb年龄值(177 Ma), 还有10个分析点的238U/206Pb年龄值较为接近, 并且其加权平均年龄值为213.8±1.4 Ma(MSWD=0.09),可能代表后期地质事件影响或者是混合年龄。

5 讨 论

5.1 源区特征

大部分测试样品的LOI小于5%,表明这些基性岩受到后期蚀变改造作用较小。Rb、 Ba和K这些LILE可能受到后期的蚀变影响,在微量元素配分图中较散乱分布。然而,这类岩石的高场强元素(如Nb、 Ta、 Zr和Hf)及稀土元素呈现良好的一致性(图4、5),因此这些抗蚀变元素可以作为岩浆源区及演化过程的判别因素。

另外,在幔源岩浆上升过程中,地壳物质混染是必不可少的。Zhang等[22]认为峨眉山大火成岩省玄武岩均有受到地壳混染的影响。本次锆石测年结果中获得了较多的古老锆石,也表明岩浆的上升过程中的确存在地壳物质的加入。在原始地幔标准化图解中,出现了Nb-Ta的负异常和Zr-Hf的正异常,表明岩浆上升过程中遭受了地壳混染,因为上地壳具有相对贫Nb-Ta,富集Zr-Hf的特征。

Lassiter等[23]研究表明,某些不相容元素因具有相似的分配系数(如La 和Sm),其比值不受分离结晶作用的影响,故其可以用来指示源区特征。在La/Sm-Sm/Yb(图7a)中,该地区基性岩主要是尖晶石橄榄岩相以及少量石榴子石橄榄岩相发生5%～10%的部分熔融岩浆产物。在(La/Sm)N-(Sm/Yb)N图解(图7b)中显示, 本区玄武岩和辉绿岩样品分布于尖晶石相稳定域, 比桂西地区分布的其他基性岩源区(位于石榴子石稳定域)更浅[16, 24]。越来越多的证据表明大多数喷出岩和侵入岩的成分是不同深度地幔源区的部分熔融岩浆的混合[25]。此外,与OIB特征相比,区内基性岩石具有相对富集的重稀土元素特征(图5),可进一步暗示其原始岩浆起源于较浅的地幔源区。综上所述,这类桂西玄武岩和辉绿岩是来自较浅地幔低程度部分熔融的产物。

图7 德峨地区基性岩La/Sm-Sm/Yb图(a)与(La/Sm)N-(Sm/Yb)N图(b)(a.底图据文献[34-35])及(La/Sm)N-(Sm/Yb)N;b.底图据文献[34])Fig.7 Diagrams of La/Sm-Sm/Yb(a) and (La/Sm)N-(Sm/Yb)N(b) for De′e mafic rocks

5.2 基性岩的时代及与峨眉山大火成岩省的关系

德峨地区基性岩的锆石U-Pb年龄分别为: 龙保山辉绿岩的谐和年龄为259.9±1.1 Ma, 小帽上辉绿岩的谐和年龄为258.6±2.3 Ma, 老山神玄武岩的谐和年龄为261.0±2.4 Ma。 基性岩的形成时代约为260 Ma, 为中二叠世—晚二叠世的岩浆产物, 与广西其他地区的基性岩的年龄(259～263 Ma)一致[12, 15, 27-28]。 同时与峨眉山大火成岩省的形成时代(～260 Ma)[10,26,29]较好的吻合,可能为峨眉山大火成岩省组成部分,指示峨眉山大火成岩省延伸到本区。

Chung等[36]提出峨眉山大火成岩省是由于地幔柱成因,并认为峨眉山大火成岩省是地幔柱和少量岩石圈地幔混合的产物。Song等[37]提出云南东川地区的碱玄岩是交代岩石圈地幔部分熔融的产物。岩石圈地幔是难熔的,但在新元古代,扬子克拉通西缘曾遭受特提斯洋壳的俯冲[38],消减板块的流体或者熔体可能交代岩石圈地幔,形成富集地幔源区(例如辉石岩、 二辉橄榄岩),并且使岩石圈地幔的固相线降低。Xu等[29]认为地幔柱在上升过程中,不仅提供热源,使上地幔部分熔融,而且间接性的热也会使交代的岩石地幔部分熔融。从地理位置上看,地幔柱头位于云南丽江一带[22],而桂西地区位于峨眉山大火成岩省的外带[39],使得桂西地区的岩石圈地幔吸收传导热发生部分熔融。

综合年代学证据、岩石地球化学及地理位置特征,该基性岩可能是地幔柱活动,导致交代岩石圈地幔部分熔融上升侵位,因此该区基性岩是峨眉山大火成岩的产物。本次研究成果也为重新界定峨眉山大火成岩省的分布范围提供新的信息。

6 结 论

(1)德峨地区分布的玄武岩和辉绿岩中的锆石U-Pb年龄约为258.6～261.0 Ma,与峨眉山大火成岩省的主喷发期年龄一致,可能是地幔柱衍生的产物。

(2)德峨地区基性岩具有较低的Mg#值、Cr和Ni含量,暗示其是地幔原始岩浆演化的产物。依据不相容元素比值(如La/Sm和Sm/Yb),得出其来自浅部地幔尖晶石橄榄岩相5%～10%部分熔融的产物。