冕山地区基性岩墙年代学及地球化学特征

文龙，朱兵，鄢圣武，白宪洲，李名则



冕山地区基性岩墙年代学及地球化学特征

文龙，朱兵，鄢圣武，白宪洲，李名则

（四川省地质调查院，成都 610081）

扬子西缘冕山地区发育大量基性岩墙，高精度LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究表明，其侵位结晶于787~791Ma，属新元古代青白口纪岩浆活动产物。岩石地球化学研究表明，基性岩墙主量元素岩石具有高硅、高碱、富铁、低镁、偏铝质的特点，显示出拉斑玄武岩的特征。综合元素地球化学特征及构造环境判别研究表明，冕山地区基性岩墙形成于板内构造环境，是大陆地壳拉张、岩石圈减薄机制下上涌的软流圈地幔岩浆经历了不同程度的分离结晶和地壳部分混染作用而侵位的产物。

基性岩墙；锆石U-Pb年代学；地球化学；冕山地区

扬子块体西缘新元古代岩浆活动非常强烈，其中以酸性岩为主，基性岩相对较少，包括玄武岩、辉长岩小岩体以及基性岩墙、岩脉等。前人对扬子块体西缘新元古代酸性岩浆岩进行了大量研究，并取得了诸多成果[1-6]，但对于其中的基性岩墙的形成时代，地球化学特征及其构造背景的研究相对较少[7-9]。基性岩墙作为一种特殊的构造岩浆类型，通常被作为伸展构造的标志，具有重要的构造演化意义[10-11]，并能为上地幔的物质组成提供制约[12]。因此，本文以川西冕山基性岩墙为研究对象，在开展地质、岩相学研究的基础之上，结合锆石U-Pb同位素、岩石地球化学，确定该区基性岩墙的形成时代，研究其地球化学特征，探讨该区基性岩墙形成的构造背景。

图1 研究区地质简图（a据参考文献[16]，修改）及采样位置

1 地质背景及岩相学特征

扬子块体西缘新元古代岩浆岩分布于安宁河两侧，总体受安宁河断裂带和磨盘山断裂带控制，呈断续带状自北而南产出，自康定-石棉-冕宁一带向南经四川西昌、攀枝花和云南元谋，一直延伸到云南中部（图1a）。冕山地区位于该岩浆岩带中部，行政区划隶属于喜德县冕山镇。区内基性岩墙发育，基性岩墙主体侵位于泸沽二长花岗岩体及登相营群中(图1b)，总体呈北西-南东及北东-南西走向，岩脉产状总体较陡，岩性为辉绿岩、辉绿玢岩（图2a,b）。辉绿玢岩具辉绿结构，斑晶主要为斜长石（图3a），少量的辉石（图3b）。斜长石斑晶含量约2%~8%，多发生了绢云母化和高岭土化。辉石斑晶含量约2%~5%，多发生了强烈的绢云母化和铁质析出现象。基质具有特征的辉绿结构，主要矿物成分为斜长石（45%~65%）、辉石（25%~40%），副矿物见磷灰石和钛铁矿等（3%~5%）。

图2 研究区基性岩墙野外产出特征

辉绿岩具变余辉绿结构，主要矿物成分为斜长石（40%~60%），发生不同程度的绢云母化；辉石出现不同程度的绢云母化，含量约（40%~55%），副矿物见磁铁矿（5%~10%）（图3c,d）。

图3 研究区基性岩墙典型显微镜下照片

（Pl:斜长石；Px:辉石；Mt: 磁铁矿）

2 样品及测试分析方法

本次在对冕山地区基性岩墙开展野外路线地质调查及剖面测制的基础上，对基性岩墙进行了系统采样。用于本次同位素测试的2件样品和14件岩石地球化学测试样品均采自冕山至登相营一带（图1b）。LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学分析在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室完成，实验原理和详细的测试方法见文献[14]。微量元素分析在中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室完成，流程见文献[15]。

3 分析结果

3.1 锆石U-Pb年代学

本次工作对研究区基性岩墙开展了系统的年代学研究。对样品辉绿玢岩（PM39N1）的17个锆石颗粒进行了17个分析点的U-Pb同位素年龄分析，分析结果列于表1。所分析的锆石呈半自形-自形短柱状-粒状，长60~120μm，长宽比介于1∶1~2∶1之间。在阴极发光图像上，多数锆石显示内部环带结构，表明为典型的自形岩浆成因锆石，少数表现为颜色较暗的均一体，表明基性岩浆侵位和结晶较快（图4a）。17个点都较为集中且投于谐和线上或者谐和线附近（图5a），其206Pb/238U年龄集中在（767±9）Ma~（808±10）Ma之间，206Pb/238U加权平均年龄为787.9±5.8Ma（n=17，MSWD=1.4），代表岩浆结晶年龄（图5b）。对样品辉绿岩（PM95N1）11个锆石颗粒进行了11个分析点的U-Pb同位素年龄分析，分析结果列于表1。所分析的锆石多呈半自形短柱状-粒状，长50~150μm，长宽比介于1∶1~2∶1之间。在阴极发光图像上，锆石表现为弱环带，颜色较暗，表明基性岩浆侵位和结晶较快（图4b）。11个点都较为集中且均投于谐和线上或者谐和线附近（图5c），其206Pb/238U年龄集中在（775±8）Ma~（822±9）Ma之间，206Pb/238U加权平均年龄为790.6±8.6Ma（n=11，MSWD=2.2），为岩浆结晶年龄（图5d）。通过对冕山地区基性岩墙锆石U-Pb同位素研究表明，两件样品结晶时限在误差范围内一致，表明研究区北西-南东及北东-南西走向的基性岩墙应属同期岩浆产物，形成于新元古代青白口纪。

图4 研究区基性岩墙典型锆石CL图像和206Pb/238U年龄

图5 研究区基性岩墙锆石U-Pb谐和图及206Pb/238U加权平均年龄分布图

3.2 岩石地球化学

表 1 研究区基性岩墙LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测定结果

3.2.1 主量元素地球化学特征

本次采集的冕山地区14件基性岩墙群地球化学测试分析结果如表2所示。14件基性岩墙样品普遍有不同程度的蚀变，多数样品烧矢量（LOI）＞1.5%。与大陆地幔相比[16]，岩石具有高硅、高碱、富铁，低镁，偏铝质的特征。总体上研究区基性岩墙主量元素含量介于地幔和地壳之间，表现出地幔和地壳双重的主量元素特征。

在TAS图解上（图6），样品均落入玄武岩区域内，除样品8H1显示出碱性玄武岩特征外，其于均显示出亚碱性玄武岩的主元素特征。

在（Nb/Y）-（Zr/TiO2）岩石分类命名图解中所有基性岩墙样品投入亚碱性玄武岩区域内（图7a）。在FeOT/MgO-TiO2图解上（图7b），样品均显示出拉斑系列演化趋势。

表2 研究区基性岩墙主量及微量元素测试结果

3.2.2 微量元素及稀土元素地球化学特征

对冕山地区基性岩墙的14件样品进行了微量元素和稀土元素分析，并计算了微量元素和稀土元素的相关参数（表2）。在微量元素原始地幔标准化蛛网图中（图8a），样品分布曲线形态较为相似，总体上具有“多谷多峰”的特征，高场强元素Th、La、Ce富集，Ta、Nb呈明显的亏损，Ti呈负异常，大离子亲石元素中Sr呈明显的负异常。各元素丰度总体高于岛弧玄武岩，介于岛弧玄武岩与洋岛玄武岩之间，表现出板内和岛弧玄武岩双重性质的地球化学特征。

图6 研究区基性岩墙TAS图解

（底图据参考文献[25]）

Pc－苦橄玄武岩；B－玄武岩；O1－玄武安山岩；O2－安山岩；O3－英安岩；R－流纹岩；S1－粗面玄武岩；S2－玄武质粗面安山岩；S3－粗面安山岩；T－粗面岩、粗面英安岩；F－副长石岩；U1－碱玄岩、碧玄岩；U2－响岩质碱玄岩；U3－碱玄质响岩；Ph－响岩；Ir－Irvine 分界线，上方为碱性，下方为亚碱性

冕山地区基性岩墙稀土元素总量为ΣREE为46.86×10-6~128.44×10-6，平均值为98.96×10-6，总体含量较高[16]。所有样品表现出富集轻稀土元素（LREE），相对亏损重稀土元素（HREE）。 (La/Yb)N为1.62~4.07，属于弱富集LREE型。δEu除PM76H1，PM98H1两个样品显示除弱正异常外，其余均具有弱的铕负异常，δEu为0.83~1.02，平均值为0.92，表明岩浆在成岩过程中斜长石分离结晶较弱。在稀土元素球粒陨石标准化分布模式图中（图8b），稀土元素总体特征呈轻稀土相对富集的略右倾模式，轻稀土元素分馏相对较强，配分曲线较陡，而重稀土元素分异相对较弱，配分曲线平坦，表现为平坦型。基性岩墙的稀土元素配分模式与洋岛玄武岩总体上相似，具有基本一致的配分模式特征，表明它们可能是同源岩浆演化的产物或是有相同的源区。

4 讨论

基性岩墙是地壳伸展拉张背景下从深部侵位的基性岩浆的产物，包含了大量关于地球动力学演化方面的地质信息。岩石地球化学研究表明，研究区基性岩墙总体上表现出地幔和地壳双重的主量元素特征，在微量元素蛛网图中（图8a），所有样品显出与岛弧玄武岩相似的Ta、Nb、Ti负异常，Th、La正异常, 各元素丰度介于洋岛玄武岩与岛弧玄武岩之间，表现出板内和岛弧玄武岩双重性质的地球化学特征。然而，虽然样品表现出与弧碰撞相似的Ta、Nb、Ti负异常，但前人研究表明，大陆地壳物质的混染同样会引起Ta、Nb、Ti亏损，从而将受到混染的大陆板内玄武岩误判为岛弧玄武岩[23-24]。

图7 研究区基性岩墙的（a）（Nb/Y）-（Zr/TiO2）岩石分类图解[26]和（b）FeOT/MgO-TiO2图解[27]

图8 研究区基性岩墙（a）微量元素原始地幔标准化图和（b）稀土元素球粒陨石标准图（标准化值据文献[28]和[29],俯冲带数据引自文献[30]）

由于总分配系数相同或相近的元素比值不会因岩浆的结晶作用而改变。因此选取总分配系数相同或相近、对不同源区存在显著差别的元素比值可以检验是否存在同化混染作用，可大致判别混染程度。在Ce/Yb-Zr/Nb图解上（图9a），研究区基性岩墙落入亏损地幔（N-MORB）与下地壳间,靠近亏损地幔一侧；在Th/Nb-La/Sm图解上（图9b），样品同样落入亏损地幔（N-MORB）与下地壳之间，且部分样品显示了一定程度的结晶分异。

Ce/Yb—Zr/Nb图解和Th/Nb—La/Sm图解均表明研究区基性岩墙受到了不同程度地壳物质的混染。在La/Yb—Th/Ta图解上(图10a)，揭示了亏损的地幔物质经过部分熔融形成的原始岩浆经历了结晶分异和围岩的部分同化混染作用，在（Th/Yb）N—（Ta/Th）N图解上（图10b），样品总体也分布于亏损地幔（N-MORB）与地壳混染趋势线上。此外，研究区基性岩墙ωTh/ωTa比值介于3.43~9.88，集中在原始地幔和大陆地壳之间[20]。ωNb/ωU比值虽然在岩浆的结晶分异、同化混染过程中没有明显的变化，但不同源区该比值差异很大，大陆地壳为12，OIB-MORB源区比值在47左右，而研究区大多数样品介于14.8~28.3之间，介于大陆地壳与OIB-MORB间，表明源区受到了不同程度地壳的混染。研究区基性岩墙Mg#介于43.92~64.74之间，均＜65，表明基性岩墙也发生了一定程度的结晶分异演化，与Th/Nb-La/Sm及La/Yb-Th/Ta图解一致。因此，综上，研究区基性岩墙受到了不同程度地壳物质的混染和结晶分异演化。

研究区基性岩墙ωZr/ωY除样品12H1为2.32相对较低外，其于样品分布于3.67~5.61，平均值为4.44，明显与岛弧拉斑玄武岩（ωZr/ωY＜3.5）不同，而类似于板内玄武岩（ωZr/ωY＞3.5）特征。所有样品ωZr/ωSm为22.76~32.67，均大于岛弧玄武岩（ωZr/ωSm＜20），与板内玄武岩较接近（ωZr/ωSm≈30）[27-28]。在Zr-Zr/Y图解中，除样品12H1外，其余样品均落入板内玄武岩区域内（图11a），在Zr-Ti图解中除样品12H1、14H1外，样品均落入板内玄武岩区域（图11b）。

图 9 研究区基性岩墙Ce/Yb- Zr/Nb图解（a，底图据文献[28]）与Th/Nb- La/Sm图解（b，底图据文献[33]）

图10 研究区基性岩墙La/Yb—Th/Ta图解（a，底图据 [34]）及（Th/Yb）N—（Ta/Th）N图解（b，底图据 [33]）

图11 研究区基性岩墙（a）Zr-Zr/Y及Zr-Ti构造环境判别图解（底图据参考文献[36]）WPB.板内玄武岩区;MORB.洋中脊玄武岩区;IAB.岛弧玄武岩区

综上所述，研究区基性岩墙形成于板内构造环境，是大陆地壳拉张、岩石圈减薄机制下上涌的软流圈地幔岩浆经历了不同程度的分离结晶和地壳部分混染作用而侵位的产物。

5 结论

1）LA-ICP-MS锆石U-Pb研究表明，研究区北西-南东及北东-南西走向的基性岩墙属同期岩浆产物，其侵位结晶于787~791Ma，属新元古代青白口纪岩浆活动产物。

2）岩石地球化学研究表明：研究区内基岩岩墙主量元素具有高硅、高碱、富铁、低镁，偏铝质的特征，亚碱性玄武岩，显示出拉斑系列演化趋势。微量元素中高场强元素Th、La、Ce富集，Ta、Nb呈明显的亏损，Ti呈负异常。大离子亲石元素中Sr呈明显的负异常，表现出板内和岛弧玄武岩双重性质的微量元素特征。具有较高的稀土元素含量，具有轻稀土相对富集而重稀土相对亏损的特征，总体呈轻稀土相对富集的略右倾模式。

3）构造背景研究表明，研究区基性岩墙形成于板内构造环境，是大陆地壳拉张、岩石圈减薄机制下上涌的软流圈地幔岩浆经历了不同程度的分离结晶和地壳部分混染作用而侵位的产物。

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Geochronology and Geochemistry of Basic Dykes in the Mianshan Region

WEN Long ZHU Bing YAN Sheng-wu BAI Xian-zhou LI Ming-ze

(Sichuan Institute of Geological Survey, Chengdu 610081)

Many diabase dykes are exposed in Mianshan area on the west margin of the Yangtze Block. Their zircon U-Pb dating shows that they were emplaced during 787-791 Ma which indicates that they may be considered as products of magmatism during Neoproterozoic Qingbaikou period. Petrogeochemistry of the dykes is characterized by enrichment in Si, Al, Fe, Th, La and Ce and depletion in Mg, Ta, Nb which is characteristic of tholeiite. The REE geochemistry is characterized by ∑REE of 46.86-128.44 ppm with (La/Yb)Nof 1.62-4.07 and δEu values of 0.83-1.02 which is similar to that of island arc basalt. These show that the dykes were derived from the asthenosphere mantle and emplaced in within-plate environment with partial crustal contamination under condition of continental crust extension and lithosphere thinning.

diabase dyke; zircon U-Pb age; geochemistry; Mianshan

2017-03-15

中国地质调查局龙门山-滇中成矿带通安和宁蒗地区地质矿产调查（编号: 121201010000150016）

文龙（1988-），男，硕士，助理工程师，从事区域地质调查与矿产勘查研究工作

P584

A

1006-0995（2017）04-0535-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.04.002