桂東南南渡正長(zhǎng)巖年代學(xué)、地球化學(xué)特征及其構(gòu)造意義

陳新躍，王岳軍，張玉芝，張愛梅，曹有金

(1.湖南科技大學(xué)地質(zhì)系，湖南 湘潭411201;2.中國(guó)科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所，同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510640;3.頁(yè)巖氣資源利用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南湘潭411201)

華南中生代巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，形成大面積分布的火成巖。然而，關(guān)于這些火成巖形成的構(gòu)造背景卻一直是研究者們長(zhǎng)期爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。有學(xué)者認(rèn)為華南中生代為活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境，其巖漿活動(dòng)與古太平洋板塊向歐亞大陸俯沖有關(guān)(Jahn et al.，1976，1990;Holloway，1982;黃萱等，1986;Charvet et al.，1994;Martin et al.，1994;Lan et al.，1996;Lapierre et al.，1996;Zhou and Li，2000;Li and Li，2007;張旗等，2011)，也有一些學(xué)者則認(rèn)為華南在中侏羅世－白堊紀(jì)為非造山期的板內(nèi)伸展－裂谷環(huán)境，巖漿活動(dòng)與巖石圈伸展、幔源巖漿底侵和地溫梯度增高有關(guān)(Gilder et al.，1991，1996;李獻(xiàn)華等，1999;Li，2000;陳志剛等，2003;李社宏等，2010;陳希清等，2010)。近年來(lái)，在桂東南地區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些中－基性和酸性富堿的堿性侵入巖(圖1a)，李獻(xiàn)華等(1999)根據(jù)巖石的地球化學(xué)特征將其命名為鉀玄巖。由于鉀玄質(zhì)系列巖石主要形成于島弧環(huán)境，包括大洋弧、大陸弧以及碰撞后弧，只有極少數(shù)鉀玄巖產(chǎn)于板內(nèi)環(huán)境，在構(gòu)造演化研究中具有重要的意義。前人對(duì)桂東南花山巖體、同安巖體、牛廟巖體、里松巖體、清湖巖體和馬山巖體等開展了大量的年代學(xué)和元素地球化學(xué)研究工作，取得了豐碩的成果(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1985;徐磊明和袁宗信，1992;朱金初和李向東，1988;朱金初等，1989，2005，2006a，b;袁宗信和張宗清，1992;李獻(xiàn)華等，1997，1999，2000，2001，2009;Chen and Jahn，1998;陳培榮等，2002;趙葵東等，2009;Wang et al.，2012)。這些巖體的研究成果為理解桂東南、乃至華南晚中生代構(gòu)造背景具有重要意義。但還有一些正長(zhǎng)巖體沒有資料報(bào)道，如南渡巖體。本文擬報(bào)道桂東南地區(qū)南渡正長(zhǎng)巖的鋯石U-Pb年齡和元素－同位素地球化學(xué)特征，以期為華南晚中生代巖漿活動(dòng)機(jī)制提供新的信息。

圖1 桂東南堿性侵入巖分布圖(a)(據(jù)李獻(xiàn)華等，1999修改)及南渡地區(qū)地質(zhì)略圖(b)Fig.1 Simplified map showing the distribution of the alkali rocks in Southeastern Guangxi(a)(modified from Li et al.，1999)，and sketched geological map of the Nandu region(b)

1 地質(zhì)背景和樣品特征

桂東南堿性侵入巖體分布在平樂(lè)、賀縣、博白、桂平、橫縣、岑溪、梧州的廣西東南部地區(qū)，沿博白－岑溪斷裂帶及十萬(wàn)大山東西兩側(cè)陸續(xù)出露有燕山期石英正長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)巖體(包括西山巖體、馬山巖體、馬其崗巖體、清湖巖體、羅榮巖體和南渡巖體等)以及印支－燕山期的閃長(zhǎng)巖－花崗巖體(同安－牛廟巖體、里松巖體和楊梅巖體等)等(圖1a)。這些鉀玄質(zhì)侵入巖體均未變形，主要侵入于下古生界，馬山巖體還侵入到晚海西－早印支期的大容山巖體(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1985)。

南渡正長(zhǎng)巖體位于岑溪市南渡鎮(zhèn)，呈南北向帶狀分布，現(xiàn)出露面積約8 km2(圖1b)。巖體侵入地層為下古生界，向北與三疊紀(jì)花崗巖以博白－岑溪斷層相隔。正長(zhǎng)巖體的邊緣為中侏羅世二長(zhǎng)巖，形成正長(zhǎng)巖－二長(zhǎng)巖組合;巖體中部大部分地區(qū)被晚侏羅世花崗巖體侵入(圖1b)。南渡正長(zhǎng)巖呈肉紅色，局部被蝕變?yōu)楹稚?，一般具有等粒中－粗?幾毫米至數(shù)十毫米)結(jié)構(gòu)，局部地方暗色礦物分布相對(duì)集中，但未發(fā)現(xiàn)有基性包體，塊狀構(gòu)造。正長(zhǎng)巖巖性為輝石正長(zhǎng)巖或角閃石輝石正長(zhǎng)巖，巖石中輝石為單斜輝石(0～10%)，未見斜方輝石顆粒;一般僅含少量(＜1%)或不含黑云母;角閃石大多為普通角閃石(0～7%);鉀長(zhǎng)石以微斜條紋長(zhǎng)石為主(85% ～90%);石英含量少，一般在5%以下;副礦物主要為鋯石、磷灰石和磁鐵礦等。本文所有樣品均采自南渡的輝石正長(zhǎng)巖體。

2 分析方法

通過(guò)人工重砂法從新鮮的樣品中分選出鋯石，然后在雙目顯微鏡下挑選出無(wú)裂隙、無(wú)包體、透明干凈的自形鋯石顆粒，將其與一片RSES參考樣SL13及數(shù)粒標(biāo)準(zhǔn)鋯石Temora(年齡為417 Ma)在玻璃板上用環(huán)氧樹脂固定、拋光，然后進(jìn)行反射光和透射光照相，并進(jìn)行CL圖像分析以檢查鋯石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。所有用于定年的鋯石均為透明－半透明柱狀礦物，內(nèi)部具明顯的巖漿振蕩環(huán)帶，與巖漿成因鋯石相似。鋯石U-Pb同位素分析在香港大學(xué)的Nu Plasma ICP-MS激光離子探針完成，激光剝蝕系統(tǒng)為RESO-lution M-50，分析采用激光束斑直徑為30 μm，激光脈沖為5 Hz。207Pb/206Pb和206Pb/238U計(jì)算采用GLITTER 4.0 程序(Jackson et al.，2004)。詳細(xì)的分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法見Xia et al.(2011)。

全巖的主量和微量元素在中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。主量元素分析是用Rigaku RIX 2000型熒光光譜儀(XRF)分析，分析精度為1% ～5%，具體的實(shí)驗(yàn)流程見Li et al.(2005)。微量元素的分析則采用Perkin-Elmer Sciex ELAN 6000型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)，分析精度為2% ～5%，詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方法見劉穎等(1996)。Sr-Nd同位素在中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。用陽(yáng)離子樹脂分離 Rb、Sr和REE，用HDEHP進(jìn)一步分離Sm和Nd。Sr-Nd同位素組成用Micromass Isoprobe型多接收器等離子質(zhì)譜儀(MC-ICPMS)測(cè)定。87Sr/86Sr和143Nd/144Nd比值用86Sr/88Sr=0.1194 和146Nd/144Nd=0.7219 校正。詳細(xì)的Sr-Nd同位素分析方法分別見韋剛健等(2002)和梁細(xì)榮等(2003)。

3 分析結(jié)果

3.1 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)

樣品10YK53A取自南渡正長(zhǎng)巖體(22°52.097'N，110°47.965'E)，所分析的鋯石形態(tài)完整，有明顯的振蕩環(huán)帶構(gòu)造，屬巖漿成因鋯石。LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果分析見表1和圖2。樣品10YK53A中鋯 石所 測(cè) 25 個(gè) 點(diǎn) 的 Th/U=0.31 ～ 1.37，206Pb/238U表面年齡為152±2 Ma ～ 171±1 Ma，其中23個(gè)點(diǎn)具有比較一致的的206Pb/238U表面年齡(162～163 Ma)，其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為162±1 Ma(n=23，MSWD=0.1)。所獲162±1 Ma的年齡可解釋為桂西南南渡正長(zhǎng)巖體的結(jié)晶年齡。

表1 10YK53A樣品中鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析結(jié)果Table1 LA-ICP-MS U-Pb results for zircons from the Nandu syenite(10YK53A)

圖2 南渡正長(zhǎng)巖(10YK53A)鋯石U-Pb諧和圖和部分鋯石的陰極發(fā)光(CL)圖像Fig.2 Concordia diagram and CL images of zircons from the Nandu syenite(10YK53A)

3.2 地球化學(xué)特征

桂西南南渡正長(zhǎng)巖的主量元素和微量元素分析數(shù)據(jù)列于表2。8個(gè)樣品 SiO2含量為61.78% ～63.39%，MgO 含量極低(0.45% ～0.72%)，全堿含量高(K2O+Na2O=11.18% ～12.30%)。在 Middlemost(1994)提出的侵入巖(K2O+Na2O)-SiO2圖中落入正長(zhǎng)巖區(qū)(圖3a)，且樣品具有高的K2O含量(6.47% ～ 9.06%)、K2O/Na2O 值(1.37 ～2.80)，TiO2含量低 (0.58% ～0.71%)，高的 Al2O3含量(17.2% ～18.2%)，在 Rickwood(1989)的K2O-SiO2圖上屬于高鉀的鉀玄質(zhì)系列(圖3b)。

南渡正長(zhǎng)巖樣品具有非常高的稀土元素豐度(ΣREE=323.67 ～750.17 μg/g)。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解上，所有樣品都顯示出LREE富集，HREE虧損的右傾型分布模式(圖4a)，LREE和HREE分異明顯，(La/Yb)N=13.8 ～38.7，其中 LREE 分異明顯 ((La/Sm)N=3.63 ～7.50)，HREE 分異相對(duì)較弱 ((Gd/Yb)N=2.20 ～ 3.12)，δEu=0.48 ～0.74。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化多元素蛛網(wǎng)圖中(圖4b)，樣品大離子親石元素(LILE)富集，但Sr、P和Ti顯示明顯的負(fù)異常，Zr-Hf異常不明顯。Sr、P和Ti負(fù)異常表明在巖漿演化過(guò)程中經(jīng)歷了斜長(zhǎng)石、磷灰石和鈦鐵礦的分離結(jié)晶作用。正長(zhǎng)巖存在低的MgO含量，其大離子親石元素 Rb-Sr-Ba雙變量圖解(Azman，2000，圖5)顯示有黑云母的分離結(jié)晶作用，與巖石少見黑云母一致。與具有島弧特征的鉀玄質(zhì)巖石不同的是，南渡正長(zhǎng)巖無(wú)明顯的Nb-Ta異常，Nb/La=0.64 ～1.72(平均1.30)，與其他桂東南鉀玄質(zhì)侵入巖(李獻(xiàn)華等，1999)和贛南正長(zhǎng)巖(陳志剛等，2003)類似，有著與板內(nèi)玄武巖相似微量元素分布形式。

南渡正長(zhǎng)巖樣品Sr-Nd同位素分析結(jié)果見表3。3個(gè)代表性正長(zhǎng)巖樣品的(87Sr/86Sr)i=0.70479～0.70563，εNd(t)值 變 化 范 圍 較 小 (+0.32 ～+0.84)，與廣西花山、同安、牛廟和贛南全南鉀玄質(zhì)巖石有著相似的Sr-Nd同位素組成(朱金初等，1989;李獻(xiàn)華等，1999;陳志剛等，2003)。3個(gè)樣品的 Nd/Th=0.62 ～2.29，雖然 εNd(t)和Nd/Th 值有一定的正相關(guān)性，但與桂東南和全南較高的εNd(t)和Nd/Th相比均明顯偏低。

4 討論

4.1 形成年齡

桂東南鉀玄質(zhì)侵入巖主要侵入下古生界，其中馬山巖體侵入到晚海西－早印支期的大容山花崗巖體中，李獻(xiàn)華等(1999)認(rèn)為這些鉀玄質(zhì)侵入巖很可能形成于中生代燕山期。徐磊明和袁宗信(1992)獲得桂東南鉀玄質(zhì)侵入巖帶南部清湖巖體的鋯石U-Pb下交點(diǎn)年齡為158±2 Ma，而李獻(xiàn)華等(2009)獲得清湖巖體的 SIMS鋯石U-Pb年齡為160±1 Ma。朱金初等(1989)在桂東南鉀玄質(zhì)侵入巖帶北部獲得一批Rb-Sr等時(shí)線年齡，認(rèn)為同安和牛廟巖體為 210.5 Ma，形成于印支期;花山巖體為164.7 Ma，形成于燕山早期。而朱金初等(2006a，b)獲得桂東北牛廟巖體和同安巖體SHRIMP鋯石U-Pb年齡分別為163±4 Ma和160±4 Ma。趙葵東等(2009)對(duì)桂東北的花山、同安、牛廟和里松等巖體進(jìn)行了元素地球化學(xué)和年代學(xué)研究，認(rèn)為這些巖體形成于燕山早期(160～163 Ma)，與李獻(xiàn)華等(2009)獲得里松巖體SIMS鋯石U-Pb年齡一致。李獻(xiàn)華等(2000，2001)獲得馬山巖體角閃石單礦物39Ar-40Ar坪年齡為164±2 Ma。南渡巖體位于桂東南鉀玄質(zhì)侵入巖帶的中部，侵入地層為下古生界，其形成時(shí)代也應(yīng)與清湖、花山和里松等巖體相近。本次取自于南渡正長(zhǎng)巖的樣品(10YK53A)中LA-ICPMS鋯石U-Pb定年所測(cè)25個(gè)分析點(diǎn)中有23個(gè)點(diǎn)取得了基本一致的206Pb/238U表面年齡(162～163 Ma)，經(jīng)過(guò)計(jì)算后，獲得162±1 Ma(MSWD=0.1)的加權(quán)平均年齡。這個(gè)年齡與桂東南鉀玄質(zhì)侵入巖帶南部的清湖巖體和北部的花山巖體的形成年齡在誤差范圍內(nèi)基本一致，可代表南渡正長(zhǎng)巖的形成年齡。因此，162±1 Ma的加權(quán)平均年齡可解釋為南渡正長(zhǎng)巖的結(jié)晶年齡。此外，在南嶺花崗巖區(qū)和贛杭帶南段發(fā)現(xiàn)有少量侏羅紀(jì)正長(zhǎng)巖，峰期年齡為160 Ma(Zhou and Li，2000;李獻(xiàn)華等，1997，1999，2000，2001，2009;陳志剛等，2003;Zhou et al.，2006;Huang et al.，2008;He et al.，2010;Wang et al.，2012)，暗示在燕山早期華南有一次較大規(guī)模的堿性巖漿活動(dòng)。

圖3 (K2O+Na2O)-SiO2巖石化學(xué)分類圖(a)和K2O-SiO2圖解(b)Fig.3 (K2O+Na2O)vs SiO2diagram(a)(Middlemost，1994)and K2O vs SiO2diagram(b)for the Nandu syenite

圖4 南渡正長(zhǎng)巖稀土元素配分模式圖(a)(球粒隕石數(shù)據(jù)值據(jù)Boynton，1984)和微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(原始地幔數(shù)據(jù)值據(jù)Sun and McDonough，1989)Fig.4 Chondrite-normalized REE-patterns(a)and spider diagram for the Nandu syenite(b)(the normalized values for chondrite and primitive mantle are from Boynton(1984)and Sun and McDonough(1989)，respectively)

圖5 南渡正長(zhǎng)巖Rb-Sr-Ba元素雙變量圖解(據(jù)Azman，2000)(Hb.角閃石，Pl.斜長(zhǎng)石，Ksp.鉀長(zhǎng)石，Bi.黑云母)Fig.5 Ba-Sr and Rb-Ba diagrams for the Nandu syenite(modified from Azman，2000)(Hb.Hornblende，Pl.Plagioclase，Ksp.K-feldspar，Bi.Biotite)

表3 南渡正長(zhǎng)巖Sr-Nd同位素分析數(shù)據(jù)表Table3 Sr-Nd isotopic composition of the Nandu syenite

4.2 構(gòu)造環(huán)境探討

鉀玄質(zhì)巖石主要形成于島弧環(huán)境，包括大洋島弧、大陸島弧以及碰撞后弧，只有極少數(shù)鉀玄巖產(chǎn)于板內(nèi)環(huán)境。島弧鉀玄巖具有高度富集LILE和LREE以及顯著的 Ta-Nb-Ti負(fù)異常(Muller and Goves，1995;Rock，1991)。大洋板內(nèi)鉀玄巖具有典型洋島玄武巖(OIB)微量元素特征(Weaver et al.，1987);而大陸板內(nèi)鉀玄巖既有島弧型微量元素特征(如北美 Colorada(Leat et al.，1988)、印度尼西亞加里曼丹的Borneo(Bergman et al.，1988)和澳大利亞?wèn)|南部的Lachlan Fold Belt(Wyborn，1992))，也有OIB型微量元素特征(如東非裂谷，Rogers et al.，1988)。板內(nèi)鉀玄質(zhì)巖漿的形成通常與軟流圈地幔上涌和巖石圈伸展－減薄相關(guān)(Nelson et al.，1986;李獻(xiàn)華等，1999;陳志剛等，2002)。南渡正長(zhǎng)巖有正的 εNd(t)值、無(wú)Nb-Ta異常、微量元素顯示 Eu輕微負(fù)異常(δEu=0.48～0.74)、富集大離子親石元素(LILE)、Sr-P-Ti明顯負(fù)異常，其分布形式與板內(nèi)玄武巖相似，表明南渡正長(zhǎng)巖的形成與島弧無(wú)關(guān)，而與板內(nèi)交代富集的巖石圈地幔有關(guān)。這種交代富集的巖石圈地?？赡芎蚅ILE富集的地幔柱底墊相關(guān)，或巖石圈本身存在不均一性(李獻(xiàn)華等，1999)。南渡正長(zhǎng)巖HREE沒有明顯虧損也無(wú)明顯Eu異常，表明他可能不是由巖石圈地幔下部石榴石二輝橄欖巖部分熔融而成，而是來(lái)源于巖石圈地幔上部含金云母的尖晶石二輝橄欖巖地幔的小比例部分熔融(Nelson et al.，1986;李獻(xiàn)華等，1999)。

現(xiàn)階段對(duì)華南廣泛出露的巖漿巖主要有兩種觀點(diǎn)。一是與古太平洋俯沖有關(guān)(Jahn，1974;Jahn et al.，1976，1990;Holloway，1982;黃萱等，1986;Charvet et al.，1994;Martin et al.，1994;Lan et al.，1996;Lapierre et al.，1997;Zhou and Li，2000;周新民和李武顯，2000;Li and Li，2007);二是與巖石圈伸展有關(guān)(Gilder et al.，1991，1996;李獻(xiàn)華等，1999;Li，2000;陳志剛等，2003;Li et al.，2004)。陳培榮等(2002)認(rèn)為華南燕山早期巖漿巖是印支期碰撞造山運(yùn)動(dòng)后的后造山巖石組合。而形成于燕山早期(162±0.6 Ma)的南渡正長(zhǎng)巖富集大離子親石元素(LILE)、高Nb/La比值(＞1)、沒有Nb-Ta虧損和正的εNd(t)值，表明南渡正長(zhǎng)巖為典型的“裂谷型”鉀玄巖，形成于非造山環(huán)境，與燕山早期華南內(nèi)部軟流圈地幔上涌和巖石圈伸展－減薄相關(guān)。南嶺花崗巖區(qū)和贛杭帶南段出露侏羅紀(jì)正長(zhǎng)巖，這表明在中侏羅世華南內(nèi)部區(qū)域構(gòu)造背景可能為板內(nèi)伸展－裂谷環(huán)境(Zhou and Li，2000;李獻(xiàn)華等，1997，1999，2000，2001，2009;陳志剛等，2003;Zhou et al.，2006;Huang et al.，2008;He et al.，2010;Wang et al.，2012)。但華南內(nèi)部燕山早期的“伸展－裂谷”模式及與區(qū)域燕山早期大規(guī)?；◢弾r巖漿活動(dòng)的關(guān)系還有待于進(jìn)一步的深入研究。

華南后造山階段大陸地殼拉張減薄的構(gòu)造環(huán)境，軟流圈地幔沿超巖石圈深斷裂的上涌和底侵是造成富集巖石圈地幔和中下地殼熔融的主要機(jī)制。李獻(xiàn)華等(2009)獲得清湖巖體和里松巖體的SIMS鋯石U-Pb年齡均為160 Ma，從Hf-O、Sr-Nd同位素和微量元素地球化學(xué)表明其母巖漿來(lái)源于受含金云母巖的地幔交代作用和少量地殼混染。

5 結(jié)論

南渡正長(zhǎng)巖形成于162±1 Ma，代表華南中生代燕山早期的巖石圈伸展事件。正長(zhǎng)巖SiO2含量61.78% ～ 63.39%，具有低鎂 (MgO=0.45% ～0.72%)、高堿(K2O+Na2O=11.18% ～12.30%)、高的K2O 含量(6.47～9.06)和K2O/Na2O 值(1.37～2.80)等特征，為高鉀的鉀玄質(zhì)系列的巖石。同時(shí)富集 LREE，(La/Yb)N=13.80 ～38.66，顯示 Eu輕微負(fù)異常(δEu=0.48 ～0.74);富集大離子親石元素(LILE)，Sr、P和Ti顯示明顯的負(fù)異常，無(wú)明顯的 Nb-Ta異常，Nb/La=0.68 ～1.72(平均 1.30)，微量元素分布形式板內(nèi)玄武巖相似。正長(zhǎng)巖巖石地球化學(xué)特征和Sr、Nd同位素組成表明其形成于非造山的大陸裂谷環(huán)境，與華南中生代燕山早期軟流圈地幔上涌和巖石圈伸展－減薄相關(guān)。

致謝:中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所李武顯研究員和另一位匿名審稿專家對(duì)本文提出了建設(shè)性的意見和建議，筆者在此表示衷心的感謝。

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