韩欢欢, 王加昇*, 钟军伟, 王 涛, 马跃华

滇东南富宁那坪辉绿岩斜锆石U-Pb年代学、地球化学、Hf同位素特征及其地质意义

韩欢欢1, 王加昇1*, 钟军伟1, 王 涛2, 马跃华1

(1. 昆明理工大学 国土资源工程学院, 西南地质调查所, 云南 昆明 650093; 2. 云南省地质调查局, 云南 昆明 650011)

滇东南富宁地区位于华南板块和印支板块两个构造单元的拼合带, 广泛出露以辉绿岩为主的基性岩体, 关于其构造属性、形成时代及演化机制等还存在较大争议。本文通过对富宁那坪地区出露的钛辉辉长辉绿岩开展了斜锆石LA-ICP-MS原位U-Pb定年、Hf同位素及主微量元素研究, 结果显示其结晶年龄为255.6±5.0 Ma(MSWD=3.0), 侵位于晚二叠世‒早三叠世, 与峨眉山大火成岩省的主喷发时限基本一致, 表明其应是峨眉山玄武质岩浆同质异相的产物。斜锆石Hf()值为−11.9～−4.8, 暗示其岩浆来源于较富集的地幔源区, 并受到地壳物质混染的影响。钛辉辉长辉绿岩具有高的MgO、Fe2O3T和TiO2含量, 以及较高的稀土元素总量(ΣREE=110×10−6～184×10−6), 具有轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的右倾型稀土元素配分模式, 显示Eu弱正异常(δEu=0.96～1.37), 微量元素富集大离子亲石元素, 轻微亏损Ta、Nb、Zr和Hf等高场强元素, 呈现洋岛玄武岩(OIB)的特征, 且与峨眉山高钛玄武岩特征具有高度一致性, 指示其形成于地幔柱作用下的板内环境。本研究证实了滇东南地区确实存在峨眉山地幔柱岩浆活动。

滇东南那坪; 钛辉辉长辉绿岩; 斜锆石; LA-ICP-MS原位U-Pb定年; 原位Hf同位素

0 引 言

滇东南富宁及邻区一带广泛发育一系列呈层状或似层状产出的以辉绿岩为主, 含少量辉长辉绿岩和辉绿玢岩的基性岩石(江文等, 2017)。前人针对该套岩石开展过岩相学和岩石地球化学研究, 但无论是对其岩性特征、岩石成因, 还是其形成时代及所揭示的构造背景都有不同看法。大多数学者认为滇东南富宁地区基性岩属于峨眉山大火成岩省的一部分, 是峨眉山地幔柱活动的产物(范蔚茗等, 2004; Zhou et al., 2006; Fan et al., 2008; Wang et al., 2011; Lai et al., 2012; Huang et al., 2014; Liu et al., 2017); 部分学者认为富宁地区的基性岩与峨眉山地幔柱没有成因关系, 而是三江古特提斯大洋岩石圈板块俯冲引起幔源岩浆活动的产物(熊风等, 2014), 或是印支造山后晚三叠世伸展背景下岩浆活动的产物(皮桥辉等, 2016; 江文等, 2017); 也有学者认为这些基性岩是峨眉山地幔柱和古特提斯大洋岩石圈俯冲共同作用的结果(廖帅和刘希军, 2012; Chen et al., 2014)。滇东南及邻区的基性岩浆活动可分为两期: 分别为晚二叠世‒早三叠世260～248 Ma(范蔚茗等, 2004; Zhou et al., 2006; 韩伟等, 2009; Zhang et al., 2014; 张晓静和肖加飞, 2014; 韦朝文等, 2018)和晚三叠世～215 Ma(皮桥辉等, 2016; 韦朝文等, 2018)。早期基性岩在该区内分布较广, 岩体长轴走向多为东西方向; 晚期基性岩规模较早期小, 主要侵入于石炭系、二叠系及中、上三叠统组成的断裂及褶皱带之中(Liu et al., 2017)。但即使是同一套基性岩, 不同研究者获得的锆石U-Pb年龄差别很大(江文等, 2017)。迄今为止, 前人对该区辉绿岩研究所得到的年龄大多为锆石U-Pb年龄。基性岩中除了岩浆分离结晶所产生的锆石外, 更容易形成大量的继承或捕获成因的锆石(Black et al., 1991)。因此, 存在上述争议是因为存在不同期次的基性岩？还是因为不同成因锆石U-Pb年龄多解性所致, 目前不得而知。

相比之下, 斜锆石成分单一(一般ZrO2>92%、HfO2约0.9%～2.0%), 含少量FeO、TiO2、UO2等(Heaman and LeCheminant, 1993), 可以稳定地存在于各种Si不饱和的基性‒超基性岩中(Wang et al., 2012), 并且具有较高的U-Pb含量和较低的初始普通Pb含量, 比锆石具有更好的封闭系统, 不易受到Pb丢失的影响, 基本不存在捕获成因。相较于基性岩锆石U-Pb年龄的多解性, 其更容易得到比较精确而且地质意义明确的U-Pb同位素年龄, 是目前最适合进行U-Pb同位素测年的矿物(Heaman and LeCheminant, 1993; 李惠民等, 2005, 2007)。岩相学特征分析发现, 那坪地区的辉绿岩中发育大量的斜锆石, 通过斜锆石的U-Pb年代学方法可以获得该区基性岩精准的成岩年龄, 限定其形成时代。

本文以该区辉绿岩为研究对象, 通过对其开展岩相学、斜锆石U-Pb年代学、原位Hf同位素以及主、微量元素研究, 对辉绿岩的形成时代、岩石成因、源区性质和地质意义等问题进行探讨, 有效限定滇东南晚古生代岩浆演化过程。

1 地质背景

富宁地区地处滇东南与广西交界处, 大地构造上位于华南板块和印支板块两个构造单元的构造拼合带中段(钟大赉等, 1998; Cai and Zhang, 2009; Guo et al., 2009)(图1), 区域总体构造线为北西向, 局部构造线呈北东向。该区出露地层主要有寒武系、奥陶系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、古近系、新近系和第四系, 受加里东运动和燕山运动的影响, 未见下寒武统出露, 缺失下中奥陶统、志留系及中生界的侏罗系和白垩系(Zhang and Cai, 2009) (图1b)。其中, 下古生界寒武系‒中奥陶统为一套台地相碳酸盐岩及滨浅海相碎屑岩, 上古生界泥盆系‒二叠系主要为一套台地‒台地边缘‒台沟相碳酸盐岩和陆源碎屑岩夹硅质岩。三叠系包括下三叠统罗楼组(T1)和中三叠统百逢组(T2), 上三叠统及以上地层缺乏, 仅在局部发育古近系和第四系冲积物, 总体为一套半深海斜坡‒浅槽盆相含碳酸盐岩陆源碎屑岩。

那坪位于富宁县城北直线距离约5 km处, 处于丘北‒广南褶皱束与文山‒富宁断裂褶皱束东端结合部位, 受富宁‒那坡断裂控制(陈新敏等, 2011)。该区出露地层众多, 主要有新近系(N)泥岩、粉砂质泥岩夹褐煤层; 下二叠统栖霞组(P1)、茅口组(P1)结晶白云质灰岩、纯灰岩、微晶质、隐晶质灰岩、生物碎屑灰岩夹薄层状硅质岩及硅质条带; 中泥盆统坡折落组(D2)粉砂质泥岩、粉砂岩、硅质岩, 局部夹灰岩透镜体; 下泥盆统芭蕉箐组(D1)中‒厚层状粗粉晶‒细晶灰岩夹中层状白云质灰岩、碎屑灰岩, 局部夹薄层状硅质岩、粉砂质泥岩; 坡脚组(D1)薄‒中层状泥岩、粉砂质泥岩夹粉砂岩、泥质粉砂岩、页岩, 局部地段夹生物碎屑灰岩。

区内主要基性岩浆事件发生在二叠纪‒三叠纪期间, 其岩浆活动表现均为先喷出, 后侵入, 基性岩浆事件受峨眉山地幔柱的影响, 大规模基性岩沿着右江盆地中隆起的碳酸盐岩台地中心和边缘的同生断裂侵入或喷出(廖帅等, 2017), 其中大规模基性岩浆侵入活动包含一百余个大小不一的基性侵入体(广西地质矿产局, 1985), 岩性以辉绿岩为主, 少量辉绿玢岩、辉长辉绿岩和辉绿辉长岩。这些基性侵入岩呈层状、似层状及岩墙状产出, 与围岩接触面一般较陡, 侵入泥质岩和围岩碳酸盐岩时发生角岩化和大理岩化等接触变质作用, 局部见由接触交代变质而形成的矽卡岩型矿化(江文等, 2017)。其中那坪地区钛辉辉长辉绿岩主要侵入于泥盆系坡折落组(D2)和达莲塘组(D)中(图2b)。

2 样品采集及岩相学特征

研究区样品采自滇东南那坪地区, 采样位置选取了露头良好且风化程度较弱的地段。样品手标本呈灰绿‒暗绿色, 致密块状(图2b), 辉绿结构为主。风化面多呈灰黄、黄褐色, 常含少量方解石杏仁体。显微镜下呈显晶质中粗粒结构, 主要造岩矿物为基性斜长石和单斜辉石, 副矿物为钛铁矿。基性斜长石(50%～60%)发育聚片双晶, 呈自形板条状, 颜色呈灰白色, 粒径多为0.2 mm×0.5 mm, 最大可达0.5 mm×1 mm; 辉石(35%～40%)为单斜辉石, 呈灰黑色短柱状, 粒径多为0.5 mm左右, 呈半自形‒它形粒状充填于板柱状自形斜长石晶粒之间, 构成典型的辉绿结构。辉石具鲜明的二级干涉色(图2c、d), 最大粒径可达1.6 mm×1.8 mm, 分布于颗粒细小的斜长石“基质”中; 另见(2%～4%)不透明的钛铁矿自形晶, 粒径0.2 mm左右(图2c、d), 呈星点状分布于岩石中, 综合上述岩石组分及结构特征, 将辉绿岩定名为钛辉辉长辉绿岩。

3 测试方法

用于斜锆石U-Pb测年的样品(NP3), 在廊坊市尚艺岩矿检测有限公司利用粗碎、淘洗后通过传统重磁筛选法分选斜锆石, 将分选出纯度较高的约150颗斜锆石粘于环氧树脂上制靶并进行透反射光和阴极发光(CL)照相, 以观察斜锆石表面及内部结构。LA-ICP-MS斜锆石U-Pb测年在中国地质调查局西安地质调查中心完成, 激光剥蚀系统为GeoLas Pro, ICP-MS为Agilent 7700x, 激光剥蚀束斑直径为32 μm, 详细的仪器参数和测试过程见李艳广等(2015)。分析数据的离线处理采用软件Glitter 4.4(Van Achterberg et al., 2001)完成。斜锆石U-Pb年龄谐和图绘制和年龄权重平均计算均采用Isoplot (Ludwig, 2000)完成。测试过程中以NIST SRM 610为外标校正, 以Si为内标标定斜锆石中的Pb元素含量, 以Zr为内标标定斜锆石中其余微量元素含量(李杰等, 2007; 谢建成等, 2008)。

斜锆石原位Hf同位素测试在西安地质调查中心利用激光剥蚀多接收杯等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)完成。测试束斑直径为32 μm, 激光剥蚀的样品气溶胶由氦气作为载气输送到质谱仪中进行测试, 为了调节和提高仪器灵敏度, 气路中间引入了氩气和少量氮气, 测试时使用锆石国际标样GJ-1作为校正标样(Wu et al., 2016), 详细测试流程见Meng et al. (2014)和Wu et al. (2006)。

图1 峨眉山大火成岩省分布图(a; 据Lepvrier et al., 2011; 广西、云南1∶50万区域地质图修改)及云南富宁地区基性岩分布图(b; 据邵有元等, 1978修改)

矿物代号: Ilm. 钛铁矿; Pl. 斜长石; Cpx. 单斜辉石。

全岩主量、微量和稀土元素测试在澳实分析检测(广州)有限公司实验室完成。主量元素测试仪器采用X射线荧光光谱仪分析(PANanalytical Axios XRF)方法测定, 分析精度优于2%。微量元素使用电感耦合等离子体质谱(PE EIAN6000 ICP-MS)方法完成。

4 分析结果

4.1 斜锆石U-Pb年代学

钛辉辉长辉绿岩中的斜锆石多为半透明至浅黄褐色, 形态不规则, 多为板片状, 斜锆石长轴一般在40～90 μm之间, 短轴多为20～50 μm, 长宽比多大于1.5。CL图像(图3a)显示, 斜锆石晶形呈自形长柱形, 晶棱锋利, 多呈深灰黑色, 颜色较暗, 一部分斜锆石边缘呈黑色, 因为U和Th含量较高。对28颗斜锆石进行LA-ICP-MS U-Pb定年分析, 由于实验过程中部分斜锆石被击穿, 故选择剔除, 共获得了18个有效点数据, 结果见表1。18颗斜锆石的U、Th含量分别为237×10−6～2110×10−6和7.26×10−6～62.8×10−6, Th/U值为0.02～0.05,206Pb/238U年龄介于240.0±3.3 Ma～278.0±12.0 Ma之间, 所有数据点都集中分布于一致曲线上或其附近(表1, 图4a),加权平均年龄为255.6±5.0 Ma(MSWD=3.0)(图4b), 代表了钛辉辉长辉绿岩的结晶年龄。

4.2 全岩主量、微量元素分析

4.2.1 主量元素

那坪钛辉辉长辉绿岩样品主量元素分析见表2。其中SiO2含量为45.40%～47.97%, 平均值为46.73%; MgO含量为2.87%～9.00%, 平均值为6.14%; Fe2O3T含量为12.48%～15.35%, 平均值为14.00%; Na2O+ K2O含量为3.07%～4.98%, 平均值为3.83%; TiO2含量较高为2.01%～3.26%, 平均值为2.75%; 烧矢量(LOI)较低为0.80%～2.60%, 表明钛辉辉长辉绿岩没有发生明显的蚀变作用, 与显微观察结果(图2c、d)一致。在硅碱图解(TAS)(图5a)中所测样品均落于辉长岩区域内。在K2O-SiO2图解中(图5b), 样品全部落入钙碱性和高钾钙碱性系列区域, 属于钙碱性和高钾钙碱性岩石。

图3 那坪地区钛辉辉长辉绿岩中斜锆石阴极发光(CL)图像(图中圈点为打点位置)

表1 那坪地区钛辉辉长辉绿岩LA-ICP-MS斜锆石U-Pb定年数据

图4 那坪地区钛辉辉长辉绿岩斜锆石U-Pb年龄谐和图(a)及加权平均年龄(b)

表2 那坪地区钛辉辉长辉绿岩的主量(%)和微量元素(×10−6)组成

续表2:

注：Fe2O3T为全铁, δEu=2EuN/(SmN+GdN); δCe=2CeN/(LaN+PrN); (La/Yb)N为球粒陨石标准化值; 标准化值引自Sun and McDonough (1989)。

Ir-Irvine 分界线, 上方为碱性, 下方为亚碱性; 1. 橄榄辉长岩; 2a. 碱性辉长岩; 2b. 亚碱性辉长岩; 3. 辉长闪长岩; 4. 闪长岩; 5.花岗闪长岩; 6. 花岗岩; 7. 硅英岩; 8. 二长辉长岩; 9. 二长闪长岩; 10. 二长岩; 11. 石英二长岩; 12. 正长岩; 13. 副长石辉长岩; 14. 副长石二长闪长岩; 15. 副长石二长正长岩; 16. 副长正长岩; 17. 副长深成岩; 18. 霓方钠岩/磷霞岩/粗白榴岩。

4.2.2 微量和稀土元素

那坪钛辉辉长辉绿岩的微量及稀土元素含量见表2。样品的稀土元素总量ΣREE(不包括Y, 下同)为110×10−6～184×10−6, 平均值为154×10−6, LREE= 97.0×10−6～163×10−6, HREE=13.4×10−6～24.1×10−6, LREE/HREE=5.92～8.10, (La/Yb)N=6.48～10.9。在球粒陨石标准化稀土元素配分模式图上表现为右倾型(图6a), 轻稀土元素富集, 重稀土元素亏损, 具有弱Eu正异常(δEu=0.96～1.37), 与岩石中含有大量斜长石的特点相吻合(Zhou et al., 2006), 与洋岛玄武岩(OIB)的稀土元素配分模式相似, 显示为板内玄武岩的一般特征。在原始地幔标准化微量元素蛛网图中(图6b), 微量元素总体变化不大, 暗示其起源于相同的源区, 样品均富集Rb、Ba、Th等大离子亲石元素, 轻微亏损Ta、Nb、Zr和Hf等高场强元素(HFSE), 呈现出与洋岛玄武岩(OIB)相似的分布特征, 明显区别于洋中脊玄武岩(E-MORB)。

4.3 斜锆石Hf同位素特征

在斜锆石U-Pb定年基础上, 进行了原位Hf同位素分析。由于斜锆石颗粒较小, 在进行U-Pb测年之后难以在同一颗粒中进行Hf同位素测试, 故选择同一样品中的其他斜锆石进行Hf同位素分析(图3b), 分析结果见表3。分析测试了18颗斜锆石, 由于其中6颗在测试中被击穿, 故剔除, 获得12个有效数据点。12颗斜锆石的176Lu/177Hf值均小于0.002(表3),表明其形成后基本没有明显的放射性成因Hf的积累(吴福元等, 2007),176Lu/177Hf值能较好的反映其形成过程中Hf同位素的组成特征。

那坪地区钛辉辉长辉绿岩斜锆石176Hf/177Hf值变化于0.282731～0.282934之间, 平均0.282846,Hf()值变化在−11.9～−4.8之间, 平均值为−7.9, 两阶段模式年龄DM2=718～1177 Ma, 平均值为917 Ma (表3、图7)。

5 讨 论

5.1 辉绿岩成岩时代

LA-ICP-MS斜锆石U-Pb定年结果显示那坪钛辉辉长辉绿岩成岩年龄为255.6±5.0 Ma, 形成于晚二叠世‒早三叠世, 与大部分学者获得的该区基性岩年龄数据(260～248 Ma)相吻合(范蔚茗等, 2004; Zhou et al., 2006; 韩伟等, 2009; Zhang et al., 2014; 张晓静和肖加飞, 2014; 韦朝文等, 2018)。如: Zhou et al. (2006)利用SHRIMP锆石U-Pb法获得滇东南富宁砂斗和安定地区辉绿岩的年龄为260±3 Ma和258±3 Ma; 范蔚茗等(2004)通过全岩40Ar/39Ar法获得桂西北百色阳圩、田阳玉凤和巴马民安玄武岩的40Ar/39Ar坪年龄分别为253.6±0.4 Ma, 255.4±0.4 Ma, 256.2±0.8 Ma, 通过SHRIMP锆石U-Pb法获得百色阳圩玄武岩的年龄为253.7±6.1 Ma, 两种方法得出的结果一致; 张晓静和肖加飞(2014)运用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年, 获得桂西北玉凤、巴马辉绿岩年龄分别为255.3±3.9 Ma和257.6±2.9 Ma; 皮桥辉等(2016)运用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年法测得富宁者桑地区辉绿岩年龄为215±5 Ma, 并认为存在早晚两期基性岩, 而本文测定的辉绿岩正好对应于早期辉绿岩。因此, 本研究并不支持富宁地区基性侵入岩的形成时代至少晚于中三叠世Anisian期或更晚的认识(江文等, 2017)。

峨眉山高钛基性岩数据来源据Zhou et al., 2006; OIB和E-MORB值据Sun and McDonough, 1989; 球粒陨石和原始地幔标准化值据Sun and McDonough, 1989。

表3 那坪地区钛辉辉长辉绿岩斜锆石Hf同位素数据

注：利用斜锆石加权平均年龄255.6 Ma回算Hf()值。Hf(0)=[(176Hf/177Hf)S/(176Hf/177Hf)CHUR, 0−1]×10000;Hf()=[(176Hf/177Hf)S−(176Lu/177Hf)S×(eλt−1)]/[(176Hf/177Hf)CHUR, 0−(176Lu/177Hf)CHUR×(eλt−1)−1]×10000;DM1=1/×ln{1+[(176Hf/177Hf)S−(176Hf/177Hf)DM]/[(176Lu/177Hf)S−(176Lu/177Hf)DM]};DM2=DM−(DM−)[(CC−S)/(CC−DM)];Lu/Hf=(176Lu/177Hf)S/(176Lu/177Hf)CHUR−1, 其中, (176Lu/177Hf)S和(176Hf/177Hf)S为样品测得值,为锆石结晶年龄,176Lu衰变常数=1.867×10−11a−1(Söderlund et al., 2004)。

图7 那坪地区钛辉辉长辉绿岩(样品NP3)中斜锆石tDM2统计直方图

峨眉山大火成岩省(Emeishan large igneous province, ELIP)在构造上位于扬子地台西南缘(Ali et al., 2004; Fan et al., 2008), 地理位置上位于川南‒滇东‒黔西及广西西部和越南北部局部地区, 面积超过50万平方千米, 该区以云南个旧‒富宁一带为南界, 道孚‒小金‒理县一带为北界, 川东‒贵州一带为东界, 哀牢山‒红河断裂为西界, 是中国唯一被国际学术界认可的地幔柱成因的大火成岩省(史仁灯等, 2008; 李宏博等, 2010)。侯增谦等(2005)和胡瑞忠等(2010)提出峨眉山大火成岩省由峨眉山玄武岩及共生的镁铁‒超镁铁质侵入岩以及少量碱性岩和花岗岩共同组成。

前人认为峨眉山大火成岩省的最早启动时代为～260 Ma(Zhou et al., 2002b; Guo et al., 2004; Xu et al., 2004), 主喷发期为259～257 Ma, 主喷发时限集中在1～3 Ma之间, 持续时间较短, 在地幔穹窿上升之后快速喷发, 为地幔柱成因(宋谢炎等, 2002; 徐义刚等, 2003; 侯增谦等, 2006)。主喷发期之后也发生过数十次喷溢活动, 其同位素地质测年结果从晚二叠世一直延伸到早三叠世(Bowring et al., 1998; Boven et al., 2002)。本文获得的同位素年龄与峨眉山大火成岩省的年龄相吻合, 说明那坪钛辉辉长辉绿岩的侵位时代与峨眉山大火成岩省的主喷发时限基本一致。

综上所述, 本文认为富宁地区至少存在晚二叠世‒早三叠世的基性岩浆侵入活动, 与峨眉山大火成岩省的主喷发期时限基本一致, 推测其是峨眉山玄武岩主喷发期同质异相岩浆活动的产物。

5.2 岩石成因

那坪钛辉辉长辉绿岩属于钙碱性和高钾钙碱性系列, 在Harker图解上(图8), 那坪钛辉辉长辉绿岩中TiO2、P2O5与MgO呈负相关关系, Al2O3、Na2O和SiO2之间大体呈正相关关系, Fe2O3T与SiO2之间呈现明显的负相关关系, 主量元素之间的协变关系说明岩石在岩浆演化过程中经历了单斜辉石、斜长石、铁钛氧化物的分离结晶作用。

由于不同的元素在不同的矿物中相容性不同, 随着结晶作用的进行, 元素的浓度会发生相应变化, Th、Nb、Ta、La、U等微量元素的比值可以判断是否受到地壳混染。一般认为, Th/Ta值是反映岩浆‒地壳相互作用的重要标志, 原始地幔的Th/Ta值在2.3左右, 大陆地壳的Th/Ta平均值一般大于10(Sun and McDonough, 1989)。那坪地区钛辉辉长辉绿岩的Th/Ta值为2.05～3.54(平均值为2.53), 略高于原始地幔。Nb和U等元素在地幔部分熔融过程中的分异不明显, 可以反映岩浆源区的地球化学特征(廖群安等, 2013)。样品的Nb/U值变化于16.2～31.7之间, 平均为27.3, 介于大陆地壳(10; Hofmann, 1988)和OIB(47; Sun and McDonough, 1989)之间。样品的Nb/Ta平均值为17.8, 与原始地幔和球粒陨石的Nb/Ta值(17.5±2.0; Green, 1995)接近, 反映岩浆源区具有幔源物质的特征。此外, 高比例壳源物质加入会造成SiO2含量的升高, 而那坪钛辉辉长辉绿岩中SiO2含量介于基性岩的正常值范围内, 说明岩浆上升过程中仅受到了少量壳源物质的混染。

5.3 岩浆源区性质

那坪钛辉辉长辉绿岩中斜锆石的176Hf/177Hf值介于0.282731～0.282934之间,Hf()值介于−11.9～ −4.8之间(图9a), 在Hf()年龄协变图解上分布于球粒陨石和上地壳演化线范围内, 主体落入了球粒陨石和下地壳演化线之间(图9b), 表明其源自富集岩石圈地幔或受到过古老地壳物质的混染(吴福元等, 2007)。Zhou et al. (2006)同样对滇东南富宁地区中基性岩进行了Sr-Nd同位素研究, 获得了相对宽泛的Sr-Nd同位素特征(初始87Sr/86Sr为0.706025～ 0.715257,Nd()为−9.6～−4.0), 并认为其岩浆来源不单一, 母岩浆主要来源于富集地幔源, 上升过程中受到了地壳混染的影响。韦朝文等(2018)对云南富宁地区早期基性岩进行了锆石Hf同位素研究, 同样也获得了较为宽泛的Hf同位素特征(初始176Hf/177Hf比值为0.281861～0.282567,Hf()为−26.67～−1.37)。此外, 本文中的Hf平均模式年龄917 Ma远大于其结晶年龄255.6 Ma, 也表明基性岩浆在上升过程中受到过壳源物质的混染(吴福元等, 2007)。

图8 那坪地区钛辉辉长辉绿岩Harker图解

图9 那坪地区钛辉辉长辉绿岩斜锆石εHf(t)频率直方图(a)和εHf(t)-t图解(b)

5.4 地质意义

华南板块具有复杂的构造演化历史。滇东南富宁地区位于华南板块西南缘, 其晚古生代的构造性质存在争论。有些学者将其纳入古特提斯的范畴进行探讨, 认为在华南板块西南缘存在古特提斯洋的分支: 吴浩若等(1994)在广西南部硅质岩中发现晚泥盆世‒早石炭世与古特提斯一致的放射虫组合; 董云鹏和朱炳泉(1999)在云南建水发现岛弧型枕状熔岩; 吴根耀等(2000)在滇桂交界处分别找到了二叠纪‒中三叠世的洋岛和岛弧火山岩; 董云鹏等(2002)在师宗‒弥勒北段发现裂谷型玄武岩等。然而这些都只能说明华南在晚古生代到三叠纪可能存在连通古特提斯的水域, 但不能作为存在洋盆的直接证据。另外, 有一些学者对华南板块西南缘晚古生代岩浆活动的研究发现, 华南板块西南缘与地幔柱有关的岩浆活动几乎出现在同一时期, 即晚泥盆世‒晚二叠世(张旗等, 1999; 宋谢炎等, 2001; Zhou et al., 2002b; 范蔚茗等, 2004)。张旗等(1999)认为区内的岩浆活动与地幔柱作用关系密切; Zhou et al. (2002b)认为晚古生代256～259 Ma的岩浆活动与峨眉山LIP事件有关。在晚泥盆世‒早石炭世, 与板内火山作用有关的地幔柱活动中心位于广西西部, 至早二叠世, 略向北西方向迁移, 至晚二叠世期间迁移距离最大, 到达华南板块西南缘。岩浆活动的规模早期较弱, 至晚期峨眉山玄武岩喷出时活动强度最大。前者是上地幔软流圈地幔对流引起的, 而后者来自地幔深部(670 km的上下地幔界面或2900 km的核‒幔界面之上的D″层) (Maruyama, 1994), 是地幔柱活动的产物。因此, 华南板块西南缘的地幔柱活动与古特提斯洋的扩张无关。

那坪钛辉辉长辉绿岩具有与OIB类似的地球化学特征, 其主量、微量元素与部分不相容元素的比值, 如Ti/Y>500, Nb/La=0.70～0.96, Th/Ta=2.05～3.54, Ta/Hf=0.24～0.36, TiO2=2.01%～3.26%(表2),与峨眉山高钛玄武岩的相应比值近似(宋谢炎等, 2001; Zhangand Wang, 2002), 说明那坪地区钛辉辉长辉绿岩与地幔柱岩浆活动有关, 应为峨眉山地幔柱岩浆活动的产物。

6 结 论

(1) LA-ICP-MS斜锆石U-Pb年代学研究表明, 那坪钛辉辉长辉绿岩年龄为255.6±5.0 Ma, 指示其形成时代为晚二叠世‒早三叠世, 与峨眉山大火成岩省的主喷发时限基本一致, 应是峨眉山玄武质岩浆同质异相的产物。

(2) 岩相学和岩石地球化学研究显示, 那坪钛辉辉长辉绿岩属于钙碱性和高钾钙碱性系列, 具有低Si、高K、高Mg的特征, 富集Rb、Sr等大离子亲石元素, 亏损Ta、Nb、Zr、Hf等高场强元素, 微量和稀土元素分布与OIB相似, 说明岩浆在演化过程中经历了斜长石、辉石、铁钛氧化物的分离结晶作用。

(3) 那坪钛辉辉长辉绿岩属于峨眉山大火成岩省外带的产物, 具有不均一的Hf同位素组成特征,176Hf/177Hf值为0.282731～0.282934,Hf()介于−11.9～ −4.8之间, 两阶段模式年龄远大于其结晶年龄, 结合微量元素比值特征指示岩浆来源于富集地幔, 并且在岩浆上升过程中受到过壳源物质的混染。

致谢:两位审稿专家认真审阅了稿件并提出宝贵的修改意见, 在此致以特别谢意。

陈新敏, 施建萍, 邹蓉蓉, 杨苏焕. 2011. 富宁那坪金矿成因及找矿标志. 云南地质, 30(1): 15–17.

董云鹏, 朱炳泉, 常向阳, 张国伟. 2002. 滇东师宗‒弥勒带北段基性火山岩地球化学及其对华南大陆构造格局的制约. 岩石学报, 18(1): 37–46.

董云鹏, 朱炳泉. 1999. 滇东南建水岛弧型枕状熔岩及其对华南古特提斯的制约. 科学通报, 44(21): 2323–2328.

范蔚茗, 王岳军, 彭头平, 苗来成, 郭峰. 2004. 桂西晚古生代玄武岩Ar-Ar和U-Pb年代学及其对峨眉山玄武岩省喷发时代的约束. 科学通报, 49(18): 1892–1900.

冯晓强, 崔玉宝, 程龙, 刘玉梅, 鱼静. 2016. 新疆东准噶尔阿尔曼泰蛇绿构造混杂岩带中辉长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及其地质意义. 地质通报, 35(9): 1411– 1419.

广西地质矿产局. 1985. 广西壮族自治区区域地质, 北京: 地质出版社: 1–853.

韩伟, 罗金海, 樊俊雷, 曹远志, 张静艺. 2009. 贵州罗甸晚二叠世辉绿岩及其区域构造意义. 地质论评, 55(6): 795–803.

侯增谦, 陈文, 卢记仁. 2006. 四川峨嵋大火成岩省259Ma大陆溢流玄武岩喷发事件: 来自激光40Ar/39Ar测年证据. 地质学报, 80(8): 1130.

侯增谦, 卢记仁, 林盛中. 2005. 峨眉地幔柱轴部的榴辉岩‒地幔岩源区: 主元素、痕量元素及Sr、Nd、Pb同位素证据. 地质学报, 79(2): 200–219.

胡瑞忠, 毛景文, 范蔚茗, 华仁民, 毕献武, 钟宏, 宋谢炎, 陶琰. 2010. 华南陆块陆内成矿作用的一些科学问题. 地学前缘, 17(2): 13–26.

江文, 向忠金, 夏文静, 夏磊, 张慧, Pham V T, 闫全人, 卫巍. 2017. 滇东南富宁地区基性侵入岩与峨眉山地幔柱存在成因关系吗? ——来自1︰5万洞波幅和皈朝幅地质填图的证据. 岩石学报, 33(10): 3109–3122.

李宏博, 张招崇, 吕林素. 2010. 峨眉山大火成岩省基性墙群几何学研究及对地幔柱中心的指示意义. 岩石学报, 26(10): 3143–3152.

李惠民, 李怀坤, 陈志宏, 相振群, 陆松年, 周红英, 宋彪. 2007. 基性岩斜锆石U-Pb同位素定年3种方法之比较. 地质通报, 26(2): 128–135.

李惠民, 相振群, 李怀坤, 陆松年, 陈志宏, 周红英. 2005. 秦岭富水杂岩的变辉长岩中斜锆石与锆石U-Pb同位素年龄的差异及其地质意义. 地球学报, 26(S1): 57–60.

李杰, 梁细荣, 董彦辉, 涂湘林, 许继峰. 2007. 利用多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)测定镁铁‒超镁铁质岩石中的铼‒锇同位素组成. 地球化学, 36(2): 153–160.

李艳广, 汪双双, 刘民武, 孟恩, 魏小燕, 赵慧博, 靳梦琪. 2015. 斜锆石LA-ICP-MS U-Pb定年方法及应用. 地质学报, 89(12): 2400–2418.

廖群安, 罗婷, 张雄华, 郭东宝, 朱和林, 刘小明. 2013. 北山磁海辉绿岩型铁矿区基性杂岩锆石U-Pb年代学及岩石成因. 地质科技情报, 32(4): 76–83.

廖帅, 刘希军, 许继峰, 时毓, 李政林, 张治国. 2017. 滇东南富宁辉绿岩地球化学及Cu-Ni硫化物矿床成矿关系探讨. 第八届全国成矿理论与找矿方法学术讨论会论文摘要文集. 矿物学报编辑部会议论文集: 95–96.

廖帅, 刘希军. 2012. 桂西地区基性岩成因初步研究. 地球资源与环境科学进展——第四届华南青年地学学术研讨会论文集. 南宁: 广西科学技术出版社: 38–46.

皮桥辉, 胡瑞忠, 彭科强, 吴建标, 韦朝文, 黄勇. 2016. 云南富宁者桑金矿床与基性岩年代测定——兼论滇黔桂地区卡林型金矿成矿构造背景. 岩石学报, 32(11): 3331–3342.

邵有元. 1978. 1∶200000富宁幅矿产图.

史仁灯, 郝艳丽, 黄启帅. 2008. Re-Os同位素对峨眉山大火成岩省成因制约的探讨. 岩石学报, 24(11): 2515–2523.

宋谢炎, 侯增谦, 曹志敏, 卢记仁, 汪云亮, 张成江, 李佑国. 2001. 峨眉大火成岩省的岩石地球化学特征及时限. 地质学报, 75(4): 498–506.

宋谢炎, 侯增谦, 汪云亮. 2002. 峨眉山玄武岩的地幔热柱成因. 矿物岩石, 22(4): 27–32.

韦朝文, 皮桥辉, 胡瑞忠, 胡云沪, 吴建标, 李国, 杨雄. 2018. 云南富宁两期基性岩地球化学性质与金矿成矿. 矿物学报, 38(5): 499–514.

吴福元, 李献华, 郑永飞, 高山. 2007. Lu-Hf同位素体系及其岩石学应用. 岩石学报, 23(2): 185–220.

吴根耀, 吴浩若, 钟大赉, 邝国敦, 季建清. 2000. 滇桂交界处古特提斯的洋岛和岛弧火山岩. 现代地质, 14(4): 393–400.

吴浩若, 咸向阳, 邝国敦. 1994. 广西南部晚古生代放射虫组合及其地质意义. 地质科学, 29(4): 339–345.

谢建成, 杨晓勇, 杜建国, 孙卫东. 2008. 铜陵地区中生代侵入岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学及Cu-Au成矿指示意义. 岩石学报, 24(8): 1782–1800.

熊风, 陶琰, 廖名扬, 李玉帮, 邓贤泽. 2014. 云南富宁地区与矽卡岩型铁矿有关基性岩锆石U-Pb年龄及地球化学特征. 矿床地质, 33(S1): 297–298.

徐义刚, 梅厚钧, 许继峰, 黄小龙, 王岳军, 钟孙霖. 2003. 峨眉山大火成岩省中两类岩浆分异趋势及其成因. 科学通报, 48(4): 383–387.

张斌辉, 丁俊, 张林奎, 张彬, 陈敏华. 2013. 滇东南八布蛇绿岩的SHRIMP锆石U-Pb年代学研究. 地质学报, 87(10): 1498–1509.

张旗, 钱青, 王焰, 徐平, 韩松, 贾秀琴. 1999. 扬子地块西南缘晚古生代基性岩浆岩的性质与古特提斯洋的演化. 岩石学报, 15(4): 576–583.

张晓静, 肖加飞. 2014. 桂西北玉凤、巴马晚二叠世辉绿岩年代学、地球化学特征及成因研究. 矿物岩石地球化学通报, 33(2): 163–176.

钟大赉, 吴根耀, 季建清, 张旗, 丁林. 1998. 滇东南发现蛇绿岩. 科学通报, 43(13): 1365–1370.

Ali J R, Lo C H, Thompson G M, Song X Y. 2004. EmeishanBasalt Ar-Ar overprint ages define several tectonic eventsthat affected the western Yangtze platform in the Mesozoic and Cenozoic., 23(2): 163–178.

Black, L P, Kinny P D, Sheraton J W. 1991. The difficultiesof dating mafic dykes: An Antarctic example., 109(2): 183–194.

Boven A, Pasteels P, Punzalan L E, Liu J, Luo X, Zhang W, Guo Z, Hertogen J. 2002.40Ar/39Ar geochronologicalconstraints on the age and evolution of the Permo-Triaasic Emeishan Volcanic Province, Southwest China., 20(2): 157–175.

Bowring S A, Erwin D H, Jin Y G, Martin M W, Davidek K, Wang W. 1998. U/Pb zircon geochronology and tempo of the end-Permian mass extinction., 280(5366): 1039–1045.

Cai J X, Zhang K J. 2009. A new model for the Indochina and South China collision during the Late Permian to the Middle Triassic., 467(1–4): 35–43.

Chen L, Zhao Z F, Zheng Y F. 2014. Origin of andesitic rocks: Geochemical constraints from Mesozoic volcanics in the Luzong basin, South China., 190–191(2): 220–239.

Fan W M, Zhang C H, Wang Y J, Guo F, Peng T P. 2008. Geochronology and geochemistry of Permian basalts in western Guangxi Province, Southwest China: Evidence for plume-lithosphere interaction., 102(1–2): 218–236.

Green T H. 1995. Significance of Nb/Ta as an indicator of geochemical processes in the crust-mantle system., 120(3–4): 347–359.

Griffin W L, Pearson N J, Belousova E, Jackson S E, Achterbrgh E V, O’Reilly S Y, Shee S R. 2000. The Hf isotope composition of cratonic mantle: LAM-MC-ICPMS analyses of zircon megacrysts in kimberlites., 64(1): 133–147.

Guo F, Fan W M, Wang Y J, Li C W. 2004. When did the Emeishan Mantle Plume activity start? Geochronological and geochemical evidence from ultramafic-mafic dikes in southwestern China., 46(3): 226–234.

Guo L G, liu Y P, Li C Y, Xu W, Ye L. 2009. SHRIMP zircon U-Pb geochronology and lithogeochemistry of Caledonian Granites from the Laojunshan area, southeaststern Yunnan province, China: Implications for the collision between the Yangtze and Cathaysia blocks., 43(2): 101–122.

Heaman, L M, LeCheminant A N. 1993. Paragenesis and U-Pb systematics of baddeleyite (ZrO2)., 110(1–3): 95–126.

Hofmann A W. 1988. Chemical differentiation of the Earth: The relationship between mantle, continental crust, and oceanic crust., 90(3): 297–314.

Huang H, Du Y S, Yang J H, Zhou L, Hu L S, Huang H W, Huang Z Q. 2014. Origin of Permian basalts and clastic rocks in Napo, Southwest China: Implications for the erosion and eruption of the Emeishan large igneous province., 208–209: 324–338.

Irvine T N, Baragar W R A. 1971. A guide to the chemical classification of the common volcanic rocks., 8(5): 523–548.

Lai S C, Qin J F, Li Y F, Li S Z, Santosh M. 2012. Permian high Ti/Y basalts from the eastern part of the Emeishan Large Igneous Province, southwestern China: Petrogenesisand tectonicimplications., 47(30): 216–230.

Lepvrier C, Faure M, Van V N, Vu T V, Lin W, Trong T T, Hoa P T. 2011. North-directed Triassic nappes in Northeastern Vietnam (East Bac Bo)., 41(1): 56–68.

Liu X J, Liang Q D, Li Z L, Castillo P R, Shi Y, Xu J F, Huang X L, Liao S, Huang W L, Wu W N. 2017. Origin of Permian extremely high Ti/Y mafic lavas and dykes from Western Guangxi, SW China: Implications for the Emeishan mantle plume magmatism., 141(15): 97–111.

Ludwig K R. 2000. Users manual for Isoplot/Ex: A geochronological toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geochronology Centre Special Publication: 1–56.

Maruyama S. 1994. Plume tectonics., 100(1): 24–49.

Meng E, Lai F L, Liu P H, Liu C H, Yang H, Wang F, Cai J. 2014. Petrogenesis and tectonic significance of Paleoproterozic meta-mafic rocks from central Liaodong Peninsula, northeast China: Evidence from zircon U-Pb dating andLu-Hf isotopes, and whole-rock geochemistry., 247: 92–109.

Middlemost E A K. 1994. Naming materials in magma/igneous rock system., 37(3–4): 215–224.

Söderlund U, Patchett P J, Vervoort J D, Isachsen C E. 2004. The176Lu decay constant determined by Lu-Hf and U-Pb isotope systematics of Precambrian mafic intrusions., 219(3–4): 311–324.

Sun S S, Mcdonough W F. 1989. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: Implations for mantle composition and processes.,,, 42(1): 313–345.

Van Achterberg E, Ryan C G, Jackson S E, Griffin W. 2001. Data reduction software for LA-ICP-MS // SylvesterP. Laser-Ablation-ICP-MS in the Earth Sciences, Principlesand Applications., 29: 239–243.

Vervoort J D, Pachett P J, Gehrels G E, Nutman A P. 1996. Constraints on early Earth differentiation from hafnium and neodymium isotopes., 379(6566): 624–627.

Wang C Y, Zhou M F, Qi L. 2011. Chalcophile element geochemistry and petrogenesis of high-Ti and low-Ti magmas in the Permian Emeishan large igneous province, SW China., 161(2): 237–254.

Wang Y, Hsu W, Guan Y, Li X, Li Q, Liu Y, Tang G. 2012. Petrogenesis of the Northwest Africa 4734 basaltic lunar meteorite., 92(1): 329–344.

Wu F Y, Yang Y H, Xie L W, Yang J H, Xu P. 2006. Hf isotopic compositions of the standard zircons and baddeleyites used in U-Pb geochronology., 234(1–2): 105–126.

Wu M L, Lin S F, Wan Y S, Gao J F. 2016. Crustal evolution of the Eastern Block in the North China Craton: Constraints from zircon U-Pb geochronology and Lu-Hf isotopes of the Northern Liaoning Complex., 275: 35–47.

Xu Y G, He B, Chung S L, Menzies M, Frey F A. 2004. Geologic, geochemical, and eophysical consequences of plume involvement in the Emeishan flood-basalt rovince., 32: 917–920.

Zhang J W, Huang Z L, Luo T Y, Yan Z F. 2014. LA-ICP-MS zircon geochronology and platinum-group elements characteristics of the Triassic basalts, SW China: Implications for post-Emeishan large igneous province magmatism., 87(15): 69–78.

Zhang K J, Cai J X. 2009. NE-SW-trending Hepu-Hetai dextral shear zone in southern China: Penetration of the Yunkai Promontory of South China into Indochina., 31(7): 737–748.

Zhang Z C, Wang F S. 2002. Geochemistry of two types of basalts in the Emeishan Basaltic Province: Evidence for mantle plume-lithosphere interaction.(), 76(2): 229–237.

Zhou M F, Malpas J, Song X Y, Robinson P T, Sun M, Kennedy A K, Lesher C M, Keays R R. 2002b. A temporal link between the Emeishan large igneous province (SW China) and the end-Guadalupian mass extinction., 196(3–4): 113–122.

Zhou M F, Zhao J H, Qi L, Su W C, Hu R Z. 2006. Zircon U-Pb geochronology and elemental and Sr-Nd isotope geochemistry of Permian mafic rocks in the Funing area, SW China., 151(1): 1–19.

Baddeleyite U-Pb Geochronology, Geochemistry, Hf Isotopic Characteristics and Their Geological Implications for Naping Diabase in Funing, Southeast Yunnan Province

HAN Huanhuan1, WANG Jiasheng1*, ZHONG Junwei1, WANG Tao2, MA Yuehua1

(1. Southwest Institute of Geological Survey, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, Yunnan, China; 2. Yunnan Geological Survey Bureau, Kunming 650011, Yunnan, China)

The Funing area, southeastern Yunnan, is located in the amalgamation zone of the South China block and the Indosinian block. The basic rocks widely exposed in the region are mainly composed of diabase, their structural attribute, formation age, and evolution mechanism are still actively disputed. In this paper, baddeleyite LA-ICP-MSU-Pb dating results, Hf isotopic compositions, major and trace element concentrations are reported for the titanaugite gabbro-diabases in the Naping area, Funing County. The weighted average age of baddeleyite is 255.6±5.0 Ma (MSWD=3.0), indicating that the titanaugite gabbro-diabases were formed in the Late Permian-Early Triassic, which is contemporaneous with the main eruption time of the Emeishan basalts. Thus, the titanaugite gabbro-diabases are likely product of the Emeishan basaltic magma. TheHf() values of baddeleyite range from −11.9 to −4.8, suggesting that the magma was derived from a enriched lithospheric mantle source and affected by the contamination of crustal materials. Furthermore, the titanaugite gabbro-diabases have high MgO, Fe2O3Tand TiO2contents and total REE contents (ΣREE = 110×10–6– 184×10–6), with right-inclined REE patterns, enriched LREE and LILE and depleted in HREE and HFSE (Ta, Nb, Zr and Hf), showing weak positive Eu anomaly (δEu = 0.96 – 1.37). The titanaugite gabbro-diabases present ocean island basalt (OIB) features similar to the Emeishan high-titanium basalts, indicating that the basic rocks were formed in the intraplate environment under the impact of mantle plume. This study also demonstrated that the Emeishan mantle plume magmatism appeared in the Southeastern Yunnan province.

Naping area in southeastern Yunnan Province; titanium gabbro diabase; baddeleyite; LA-ICP-MSU-Pb geochronology;Hf isotopes

P597; P595

A

1001-1552(2022)04-0773-015

2020-10-04;

2021-02-02

国家自然科学基金面上项目(41772070)资助。

韩欢欢(1994–), 女, 硕士研究生, 矿物学、岩石学、矿床学专业。E-mail: 1226685364@qq.com

王加昇(1985–), 男, 教授, 主要从事矿床地球化学研究。E-mail: jiashengwang@kust.edu.cn

10.16539/j.ddgzyckx.2022.04.006