右江盆地构造属性及地幔特征:来自凭祥基性岩地球化学及Sr-Nd同位素的证据

文雅倩,刘希军,李政林,许继峰,王葆华,丁姗姗,胡荣国,潘罗忠,戴 昱

(1.桂林理工大学 a.广西隐伏金属矿产勘查重点实验室; b.广西有色金属隐伏矿床勘查及材料开发协同创新中心,广西 桂林 541006;2.广西区域地质调查研究院,广西 桂林 541003)

0 引 言

右江盆地位于滇桂越交界部位,大地构造位置上属于古特提斯和太平洋交汇处,涉及扬子地块、华夏地块、云开地块和越北地块等构造单元[1]。晚二叠纪受峨眉山大火成岩省的岩浆活动影响,右江盆地发生强烈的海底热液活动[2-3],整个右江盆地在晚二叠世经历过一次较强基底沉降裂陷作用和火山活动,曾允孚等[4]认为其为金沙江哀牢山洋盆北东向俯冲导致弧后拉伸扩张的结果,也有学者认为该活动主要与峨眉山地幔柱活动有关[5]。李政林等[6]提出,那坡-凭祥地区可能属于扬子与华夏板块之间俯冲体系的弧后盆地。前人对右江盆地内部的基性岩岩石学和地球化学研究表明,盆地中部的基性岩为陆内裂谷成因,而盆地西南缘那坡-凭祥地区具有岛弧玄武岩的特征,说明盆地的性质已经发生了转变[6-9],特别是在桂西那坡和桂西南凭祥地区发现陆内性质和岛弧性质的基性岩一起出现,可能反映了峨眉山地幔柱与古特提斯洋相互作用的过程[6,8],而早石炭世初期洋岛型火山岩和具有俯冲-碰撞性质的火山岩的出现,暗示在石炭纪初期右江盆地和越北地块之间可能存在一个与古特提斯洋相关的分支洋[10]。而近期的研究发现，那坡的低Ti基性岩特征可能受到了ELIP和古特提斯俯冲作用的共同影响[11]。前人的研究多从沉积学以及构造学方面研究该区的属性,从岩浆岩的地球化学方向剖析右江盆地地幔构造属性的涉及较少。

凭祥位于右江盆地的西南缘, 在与越北地块交界地带(图1a), 该地区出露一系列基性侵入岩。 基性岩通常来源于地幔, 不仅包含丰富的幔源信息,而且是大陆伸展、 岩石圈减薄、甚至裂解的关键证据[12], 研究它们有助于理解右江盆地的深部动力特征。 笔者在凭祥观察到了具有良好露头的基性岩脉, 通过对这些基性岩岩石地球化学特征的研究, 探讨基性岩的岩石成因及其大地构造背景, 以期为右江盆地的地幔构造属性提供依据。

图1 右江盆地大地构造位置图(a，据文献[13]修改)及凭祥区域地质简图(b，据广西地质局区域地质测量队凭祥幅地质图,1976)Fig.1 Geotectonic map of Youjiang basin(a)and regional geological map of Pingxiang(b) ① 安化-罗成断裂;② 威宁-紫云-南丹-都安断裂;③ 凭祥-南宁断裂;④ 右江断裂;⑤ 那坡-龙州断裂;⑥ 弥勒-师宗-盘县断裂;⑦ 金沙江断裂;⑧ 昌宁-孟连断裂;⑨ 哀牢山断裂;⑩ SongMa断裂;红河剪切带;八布断裂;SB—十万大山盆地;QFB—钦防褶皱带;E2-Ny1—新近-古近系邕宁群第一段;T2h—三叠系河口组;T1m—三叠系马脚岭组;T1b—三叠系北泗组;P2—二叠系上统;P1m—二叠系茅口组;P1q—二叠系栖霞组;C—石炭系;印支期花岗斑岩;印支期细粒斑状黑云母花岗岩、花岗斑岩;βμ5—中生代辉绿岩;ψ5—中生代单辉橄榄岩;中生代长石石英斑岩;βμ—辉绿岩脉

1 研究区地质背景与样品特征

凭祥地区位于广西西南部,其地质位置处于环太平洋火山岩带和地中海喜马拉雅火山岩带复合部位,右江地块西大明山隆起的西南端[14]。右江盆地内晚古生代地层发育,主要表现为由碳酸盐岩、砂岩、页岩组成的孤立台地,而台地边缘被广泛的三叠系沉积物覆盖,中生代侏罗系、白垩系分布在十万大山地区。该区的岩浆活动有两期：华力西期以中基性火山岩为主,印支期以大规模的酸性火山岩喷发和侵入岩为特征。凭祥为右江盆地在晚古生代—中三叠世火山岩主要分布的地区之一,且右江盆地晚古生代的火山岩主要为玄武岩,并多与硅质岩、泥岩和灰岩组成的深水相沉积共生产出。在临近研究区的崇左市龙颈一带深水相地层中出露有由辉长岩、辉绿岩和枕状玄武岩组成的层状基性堆晶岩系,地球化学特征表现出类似于E-MORB的特征。中酸性岩体主要出露在越北地块的逆冲推覆体中及十万大山盆地两侧[15-17],十万大山盆地两侧的过铝质钙碱性火山岩具有与俯冲消减作用相关的岛弧型火山岩地球化学特征[15],而越北地块的基性-超基性岩、流纹岩、斑状花岗岩及高铝质花岗岩体被认为是峨眉山地幔柱作用形成的两期岩浆事件[18-20]。越北地块推覆体的逆冲导致了逆冲推覆构造自越北地块延伸至桂越交界地区[16-17,21],并奠定了桂越交界区域的构造格局。

研究区内出露的地层主要为石炭系、二叠系和三叠系,新近-古近系出露于东部,角度不整合于中生代之上。出露的岩浆岩有印支期花岗斑岩,中生代的橄榄岩、辉绿岩以及辉绿岩脉,辉绿岩脉呈定向分布。在凭祥附近的那哮剖面,夹杂有5层火山岩：上部两层主要为蚀变基性侵入-火山岩,含有少量蚀变玄武岩；下部和中部的3层为中性熔岩。即在早二叠世晚期,那哮一带具有中基性火山活动。凭祥附近的岩性基本与那哮相同,但多不夹火山岩。研究区断裂发育,主干断裂有近东西向的凭祥-东门活动性断裂、叫隘断裂等,它们均属压性兼扭性结构面,常被北西向张扭性断裂所扭错,同时受北东向构造的干扰,断裂走向常向北东偏转。其中,凭祥-东门断裂不仅控制了南北两侧构造线的展布,且对两侧的沉积建造和岩浆活动也有明显的控制作用。

凭祥地区出露的基性岩主要为脉状,节理发育,围岩主要为灰岩,产状自西向东变陡,岩脉与围岩呈断层接触关系(图2a)。岩脉宽约50 m,岩性为辉绿岩。利用光学显微镜对岩石薄片进行镜下观察,主要矿物组成为单斜辉石(约50%)和基性斜长石(约40%), 具典型的辉绿结构(图2b)。

图2 凭祥辉绿岩岩体野外特征(a)和显微照片(b)Fig.2 Field characteristics(a)and micrograph(b)of diabase rock mass in Pingxiang Cpx—单斜辉石;Pl—基性斜长石

2 分析方法

本次研究的7件辉绿岩样品采自于广西凭祥325国道天桥旁,采样点在N22°07′30″、E106°48′24″附近2 km范围内。样品主微量同位素分析、地球化学实验分析均在桂林理工大学广西隐伏金属矿产勘查重点实验室完成。主量分析是将样品粉末熔制成玻璃饼,再利用日本株式会社理学ZSX Primus Ⅱ型X射线荧光光谱仪(XRF)进行测试。微量分析主要采用酸溶法,将完全溶解的样品稀释后用Agilent 7500cx电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)进行微量元素测定,主、微量元素分析测定具体流程详见文献[22-23],数据分析精度一般优于10%。Sr-Nd同位素分析采用酸溶法,将完全溶解的样品通过不同特性的树脂依此分离Sr、Nd、稀土元素，对分离后获得的 Sr、Nd 溶液采用Neptune Plus 型 MC-ICP-MS 进行分析测试，具体流程详见文献[24]。

3 地球化学特征

3.1 主量元素

凭祥基性岩分析结果见表1。 虽然尽量选择其新鲜岩石, 但仍有不同程度的蚀变, 测试的样品烧矢量LOI多在3%～4%, 最大为4.52%。SiO2含量在46.27%～47.39%, Al2O3为13.70%～16.28%, Na2O为4.05%～4.75%, K2O为0.41%～0.85%。 在TAS图解(图3a)和Zr/TiO2-Nb/Y图解(图3b)上, 凭祥基性岩的样品落在碱性玄武岩区域内。

3.2 微量元素

凭祥辉绿岩样品的稀土元素特点基本一致,含量变化不大(表1), 均有富集LREE、亏损HREE的特点, (La/Yb)N=4.37～9.45, 球粒陨石标准化稀土元素配分曲线呈右倾斜型, 整体介于OIB与E-MORB之间(图4b)， 岩石出现Sr正异常, 说明可能存在斜长石的堆晶或者源区斜长石含量较高。 岩石基于无Eu异常(δEu=0.98～1.08),说明斜长石的分离结晶作用不明显或源区斜长石含量较高。

微量元素特征方面,凭祥辉绿岩的整体特征较为一致。在微量元素原始地幔标准化图解上,总体呈现出右倾的趋势；相对其他微量元素,明显富集大离子亲石元素(Rb、 Sr、 Ba等)(图4a), 高场强元素未出现亏损(Na, Ta等)。总的来说,辉绿岩的微量元素特征呈现出从E-MORB至OIB过渡的特征。

3.3 Sr-Nd同位素

凭祥辉绿岩样品的初始同位素比值范围总体上变化不大(表2), (87Sr/86Sr)i为0.705 568～0.706 617, (143Nd/144Nd)t为0.512 266～0.512 386, εNd(t)为-0.65～+1.69, Sr-Nd同位素组成与现代大洋富集型地幔和ELIP地幔组成相似, 具有向EM Ⅱ型富集地幔演化的趋势。

表1 凭祥辉绿岩的主量元素(wB/%)和微量元素(wB/10-6)分析结果Table 1 Major and trace element compositions of diabases from Pingxiang

注:δ=(Na2O+K2O)2/(SiO2-43)。

图3 凭祥辉绿岩SiO2-(Na2O+K2O)(a, 据Le Bas等[25])和Nb/Y-Zr/TiO2图解(b, 据Winchester 等[26])Fig.3 SiO2-(Na2O+K2O) (a) and Nb/Y-Zr/TiO2 (b) diagrams of diabase in Pingxiang

4 讨 论

凭祥辉绿岩的主、 微量元素特征显示其属于碱性玄武岩系列, 具有似E-MORB和似OIB过渡的地球化学特征, 表明其可能是富集型软流圈地幔和似OIB型地幔部分熔融的产物。 辉绿岩的Nb、 Ta并未出现负异常, 另外, 样品的原始地幔标准化(Th/Nb)N值在0.54～0.79,该值均小于1； Nb/La的均值为1.04(≥1), 表明了样品未受到地壳的混染。 辉绿岩没有出现明显的Eu负异常, 其富集大离子亲石元素Sr, 可见岩浆演化过程中没有经历明显的斜长石分离结晶。 在La/Sm-Sm/Yb图解中(图5a), 凭祥辉绿岩落在石榴石二辉橄榄组成的地幔熔融线附近, 表明其来源于石榴子石的部分熔融。 利用Th/Yb-Ta/Yb图解(图5b)对辉绿岩进行

图4 辉绿岩稀土元素配分模式(a)和不相容元素原始地幔标准化图(b) (球粒陨石、 原始地幔、 E-MORB和OIB值据Sun 等[27])Fig.4 Chondirte-nomralized REE distirbution patterns(a) and primitive mantle-normalized incompatible element patterns(b)of diabase

表2 凭祥辉绿岩的Sr-Nd同位素数据

Table 2 Sr and Nd isotope composition of diabases from PingxiangwB/10-6

元素PX-07PX-08PX-10PX-13PX-14PX-18PX-19 Sr428.96341.56434.25519.19526.04758.69798.25 Rb22.819.1319.216.2515.4215.1526.52 87Rb/86Sr0.153 90.162 20.128 10.084 90.034 90.057 80.096 2 87Sr/86Sr0.706 9220.706 4960.706 2720.706 5960.706 7470.705 9390.705 928 (87Sr/86Sr)i0.706 3460.705 8890.705 7920.706 2790.706 6170.705 7220.705 568 2σ0.000 0140.000 0010.000 0120.000 0080.000 0110.000 0070.000 009 Nd8.039.8015.7517.0311.8215.8916.76 Sm2.282.613.844.072.913.764.00147Sm/144Nd0.172 80.162 10.148 40.149 80.145 50.144 00.145 3 143Nd/144Nd0.512 5630.512 5890.512 6400.512 5240.512 5310.512 6340.512 628 (143Nd/144Nd)t0.512 2660.512 3100.512 3840.512 2660.512 2810.512 3860.512 378 2σ0.000 0050.000 0040.000 0040.000 0030.000 0040.000 0040.000 003 εNd(t)-0.650.211.66-0.65-0.371.691.53

注: Sr-Nd同位素数据计算所用的年龄采用t=263 Ma(据文献[28])；147Sm/144Nd 和87Rb/86Sr 值根据Rb、 Sr、 Sm和Nd含量计算得出； εNd(t)计算中采用的CHUR 值为143Nd/144Nd=0. 512 299。

图5 凭祥辉绿岩La/Sm-Sm/Yb图解(a, 底图据Lassiter等[29])和Th/Yb-Ta/Yb图解(b, 底图据Pearce[30])Fig.5 La/Sm-Sm/Yb diagram(a) and Th/Yb-Ta/Yb diagram(b) of the Pingxiang diabases PM—原始地幔; DMM—亏损地幔; CLM—岩石圈地幔；SHO—钾玄岩;CAB—钙碱性玄武岩;TH—拉斑玄武岩;N-MORB—正常洋脊玄武岩;E-MORB—富集型洋中脊玄武岩;OIB—洋岛玄武岩

源区判别, 样品落在了地幔演化区域, 介于E-MORB和OIB之间的富集地幔源区, 暗示辉绿岩可能为E-MORB源区和OIB源区物质混合形成的。 另外, 凭祥辉绿岩的Sr-Nd同位素显示出低(87Sr/86Sr)i值(0.705 568～0.706 617),εNd(t)值从-0.65～+1.69, 揭示了其地幔源区从轻微亏损至富集地幔过渡的特征(图6),这一特征与辉绿岩微量元素特征呈现的从E-MORB向OIB过渡相一致,地幔具有EMⅡ演化的趋势。凭祥辉绿岩的地幔特征可能为古特提斯洋软流圈地幔受峨眉山大火成岩省地幔影响而形成的。

图6 凭祥辉绿岩的Sr-Nd同位素组成 (地幔储库据文献[31],各组分据文献[32],ELIP数据来自文献[33])Fig.6 εNd(t)and(87Sr/86Sr)i relationships for Pingxiang diabase

在大地构造位置上,凭祥位于广西西南部与越南接壤的边境地区,处于滇琼古特提斯缝合带东段,右江盆地的西南端[34],靠近金沙江哀牢山古特提斯缝合带。前人的研究表明,右江盆地在晚古生代处于伸展构造背景[35],根据凭祥辉绿岩的微量元素及Sr-Nd同位素特征,表明辉绿岩来自于从轻微亏损的MORB型软流圈地幔向富集的OIB型地幔的过渡源区,故辉绿岩呈现由E-MORB向OIB的微量元素过渡特征,这一特征完全不同于二叠纪峨眉山玄武岩。凭祥辉绿岩的E-MORB特征是软流圈地幔的产物,OIB型特征又具地幔柱岩浆源区的特征。目前具有E-MORB向OIB型过渡特征的基性岩浆作用一般形成于洋中脊与地幔柱相互作用[36-37]、洋中脊与俯冲带相互作用[38]或者弧后盆地系统[39]。因此,笔者认为凭祥辉绿岩的形成可能受到了古特提斯俯冲体系和峨眉山地幔柱的共同影响,揭示了右江盆地的形成可能受到了古特提斯俯冲体系和峨眉山地幔柱的共同影响,随着古特提斯的演化,其横向上古特提斯板片俯冲体系与纵向上峨眉山地幔柱的相互作用可能造成了古特提斯弧后拉张,其地幔特征呈现出受古特提斯MORB型软流圈地幔与峨眉山OIB型地幔的双重影响,最终形成了凭祥地区具有E-MORB与OIB过渡特征的基性岩。

5 结 论

桂西南凭祥辉绿岩地球化学特征上呈现出E-MORB型向OIB型过渡的特征,Sr-Nd同位素特征表明其地幔源区受古特提斯MORB型软流圈地幔与峨眉山OIB型地幔的双重影响,揭示了凭祥辉绿岩的形成可能是古特提斯俯冲体系和峨眉山地幔柱共同作用的结果。这一特殊的岩浆作用进一步表明右江盆地的构造属性可能是在古特提斯的演化过程中,横向上古特提斯板片俯冲体系与纵向上峨眉山地幔柱的相互作用引起的古特提斯弧后拉张盆地。