水汶盆地碎斑熔巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及地球化學(xué)特征

潘 登， 吳仁貴， 鄧偉強， 謝建新， 張振松

(1.東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，江西 撫州 344000;2.廣西壯族自治區(qū)三0七核地質(zhì)大隊，廣西 貴港 537000)

水汶盆地位于廣西省東南部岑溪縣和容縣境內(nèi)，屬北東向展布的長360 km、寬10～60 km的博白-岑溪中-酸性火山巖帶的一部分，大地構(gòu)造上處于華夏板塊西南部云開臺隆北緣，北西側(cè)受博白-岑溪斷裂控制。盆地內(nèi)已發(fā)現(xiàn)有鈾礦化，但是對盆地內(nèi)與鈾礦化密切相關(guān)的火山巖缺乏系統(tǒng)的研究，幾乎沒有相關(guān)研究成果報道。因此，對水汶盆地西垌組四段流紋質(zhì)碎斑熔巖進行系統(tǒng)的年代學(xué)和地球化學(xué)的研究，有利于盆地內(nèi)的鈾礦勘查工作開展。

1 盆地地質(zhì)概況

水汶盆地靠近欽杭構(gòu)造帶西南端和云開隆起區(qū)的西北端，是天堂山穹褶斷束和合浦-北流褶斷束的交接部位的中生代火山盆地。盆地呈NEE向展布，北西向地勢較低，南東向地勢較高。盆地基底以下古生界的混合巖、片巖和上古生界的灰?guī)r為主，蓋層為上白堊統(tǒng)西垌組火山碎屑巖及熔巖與下伏大坡組呈角度不整合接觸(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1985)(圖1)。依據(jù)沉積噴發(fā)特征、巖石組合及接觸關(guān)系，西垌組可分為四個巖性段①廣西地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局.1995.水汝幅、楊村北半幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查說明書(1∶50000).，其中第一段主要由空落相的弱熔結(jié)凝灰角礫巖和集塊巖與溢流相的斑狀流紋巖構(gòu)成一個噴發(fā)旋回，第二段主要由礫巖等正常沉積巖以及凝灰質(zhì)砂巖和沉火山角礫巖等噴發(fā)－沉積相巖石組成，第三段呈不完整環(huán)狀產(chǎn)出于盆地周圍，由噴發(fā)相的熔結(jié)凝灰?guī)r及火山角礫巖等構(gòu)成，第四段則主要由溢流相及侵出相的流紋巖和碎斑熔巖等酸性火山熔巖組成。

2 巖相學(xué)特征

圖1 水汶盆地地質(zhì)略圖Fig.1 The geological sketch map of shuiwen basin

本文樣品采自水汶盆地西垌組四段，為流紋質(zhì)碎斑熔巖。巖石呈灰黑色、灰色、灰白色，塊狀構(gòu)造，具碎斑結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為隱晶質(zhì)-顯微粒狀節(jié)構(gòu)，鏡下可見流動構(gòu)造，斑晶和碎斑含量可達50% ～60%，斑晶以石英和長石為主，長石主要為鉀長石和斜長石，還有極少量的黑云母。斑晶中石英斑晶達40% ～60%，部分溶蝕成渾圓狀或港灣狀，部分碎而不散具有可拼合性，裂紋普遍較發(fā)育，有的碎裂較嚴重且棱角明顯，粒徑為0.5～3 mm;鉀長石占30% ～45%，常見卡氏雙晶，破碎和蝕變普遍較石英嚴重，粒徑0.3～3.5 mm;斜長石占 5% ～10%，聚片雙晶發(fā)育，粒徑0.1～1 mm;黑云母小于2%，呈片狀-板狀，粒徑0.1 ～0.6 mm。除碎斑熔巖以外水汶盆地的主要巖石還有熔結(jié)凝灰?guī)r以及流紋斑巖。熔結(jié)凝灰?guī)r主要呈深灰色或是肉紅色，致密塊狀，假流動構(gòu)造發(fā)育，巖石主要由塑性漿屑、玻屑及少量的巖屑和晶屑構(gòu)成，晶屑主要為長石和石英。流紋斑巖主要為灰白色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造?；|(zhì)具微?；螂[晶結(jié)構(gòu)，斑晶可達30%，大小0.3～3 mm，成分主要為石英，可達60%以上，其次為長石斑晶。

3 碎斑熔巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年

3.1 分析方法

定年樣品(編號:SW11-16-2)采自水汶盆地吉太鄉(xiāng)附近，地理坐標(biāo)為:東經(jīng) 110°52'12.2″北緯 22°43'44.5″，將樣品破碎至80目左右后進行淘洗以去掉輕礦物，剩下較重的礦物再經(jīng)過重液和電磁選，最后在雙目鏡下人工挑選出透明度及晶型較好的鋯石晶體。鋯石挑選在河北省廊坊市誠信地質(zhì)服務(wù)有限公司完成，制靶、反射光、透射光。以及陰極發(fā)光(CL)成像和鋯石U-Pb定年都在西北大學(xué)大陸動力國家重點實驗室完成。鋯石CL成像是在備有Gatan CL3+型CL探頭的Quanta 400FEG型場發(fā)射掃描電鏡上完成的。鋯石U-Pb同位素定年使用的激光剝蝕系統(tǒng)是德國Microlas公司的GeoLas200M，ICP-MS儀器為Agilent公司新型號7500，詳細測定流程見袁洪林等(2003)。樣品的同位素比值及元素含量計算采用GLITTER(ver 4.0，Macquarie University)程序，然后用 Isoplot(ver 3.00，Ludwig，2003)程序進行年齡計算及諧和圖的繪制。

表1 水汶盆地碎斑熔巖(樣品號SW-16-2)LA-ICP-MS鋯石U-Th-Pb分析結(jié)果Table1 Analysis result of LA-ICP-MS Zircons U-Th-Pb from clastoporphyritic lava in Shuiwen Basin

3.2 分析結(jié)果

水汶盆地碎斑熔巖LA-ICP-MS鋯石U-Th-Pb同位素分析數(shù)據(jù)列于表1。所分析的鋯石呈淺黃褐色-透明無色，顆粒長度100～300 μm，寬30～150 μm，長寬比為2∶1～5∶1，自形程度較好，多為自形柱狀、長柱狀以及雙錐狀，陰極發(fā)光圖像顯示鋯石具有清晰的環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖2)，為典型巖漿鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(吳元寶等，2004)。鋯石U含量為67～562 μg/g，Th含量介于 36 ～496 μg/g之間，U/Th 比值介于0.92～1.83 之間，均大于0.4，也顯示出典型巖漿鋯石的成分特征(Rubatto et al.，2000;Belousova et al.，2002;Mller et al.，2003)，獲得的年齡可代表水汶盆地碎斑熔巖的成巖年齡。26粒鋯石、30個分析點的206Pb/238U年齡數(shù)據(jù)分布在77.8～98.4 Ma之間，有10個分析點協(xié)和度大于115%，為不協(xié)和年齡，其余20個點中有一個分析點206Pb/238U年齡偏離數(shù)據(jù)組(虛線環(huán)所示)，剩余19個分析點的協(xié)和度較好(圖3)且206Pb/238U年齡數(shù)據(jù)集中分布在81.1～－87 Ma之間，19個分析點206Pb/238U年齡加權(quán)平均年齡為(83.4 ±0.9)Ma，MSWD=1.7。因此，水汶盆地碎斑熔巖屬晚白堊世火山活動的產(chǎn)物。

圖2 水汶盆地碎斑熔巖鋯石CL圖像、LA-ICP-MS分析點位及206Pb/238U視年齡Fig.2 CL image，localities of the points for LA-ICP-MS measurements and the206Pb/238U apparent ages of zircons from the clastoporphyritic lava in Shuiwen Basin

4 地球化學(xué)特征

4.1 分析方法

碎斑熔巖主量元素、微量元素分析均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院完成。其中主量元素使用飛利浦PW2404 X射線熒光光譜儀采用GB/T14506.28-93硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法X射線熒光光譜法測定，微量元素使用 Finnigan MAT制造的HR-ICP-MS(ElementⅠ)采用DZ/T0223-2001電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)方法通則測定，主量元素、微量元素分析結(jié)果及主要參數(shù)列于表2。

表2 水汶盆地碎斑熔巖主元素(10－2)、微量及稀土元素(10－6)分析結(jié)果及主要參數(shù)表Table2 Analysis result and main parameters of major elements(10－2)，trace elements and rare earth elements(10－6)from the clastoporphyritic lava in Shuiwen basin

續(xù)表2

圖3 水汶盆地碎斑熔巖鋯石U-Pb諧和圖Fig.3 U-Pb Concordia diagrams of zircons from the clastoporphyritic lava in Shuiwen basin

4.2 主量元素

碎斑熔巖主量元素地球化學(xué)特征特征包括:(1)富硅，SiO2含量 73.6% ～74.3%，均值為73.9%，堿含量高，(Na2O+K2O)=7.88 ～ 8.28，在TAS圖解中(圖4a)全部都落于鈣堿性流紋巖區(qū)域內(nèi)，表明水汶盆地碎斑熔巖是一種鈣堿性流紋質(zhì)碎斑熔巖;(2)富鉀，K2O含量4.91% ～5.61%，K2O/Na2O=1.56 ～1.78，在 K2O ～ SiO2圖解(圖4b)中都落于高鉀鈣堿性區(qū)域內(nèi);(3)P2O5含量(0.03% ～0.04%)低，且 P2O5含量隨 SiO2含量升高而降低;(4)Al2O3含量中等(12.65% ～13.35%)，A/NKC值變化于0.99～1.03之間，過堿指數(shù)(AI值)變化于 0.79～0.82之間，屬準(zhǔn)鋁-弱過鋁質(zhì);(5)分異指數(shù)(D.I.)介于 87.9 ～89.9 之間，表明巖石具有較高的分異演化程度;(6)CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計算中，絕大多數(shù)樣品出現(xiàn)剛玉分子，剛玉分子含量介于0.08% ～0.47%之間。

4.3 稀土和微量元素

水汶盆地碎斑熔巖樣品的稀土含量較高，ΣREE介于 247×10－6～292×10－6之間，平均為259× 10－6。LREE/HREE=12.8 ～15.2，平均為13.7，(La/Yb)N=15.9 ～19.9，平均為 17.6，樣品的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖呈明顯的右傾這表明了輕稀土富集(圖5a)，輕重稀土之間具有明顯的分餾，(La/Sm)N=5.36 ～6.90，表明輕稀土的分餾較明顯，(Gd/Yb)N=1.74 ～1.85，說明重稀土分餾相對不明顯，La/Yb=23.48 ～29.50，均 ＞10，體現(xiàn)出殼?；旌蟻碓吹奶卣?劉平華等，2007)，δEu介于0.49～0.76之間，體現(xiàn)出了中等的Eu虧損，這一虧損是因為受到了巖石中長石分離結(jié)晶的制約。

圖4 水汶盆地碎斑熔巖TAS(a)、K2O-SiO2(b)圖解Fig.4 TAS and K2O-SiO2diagrams from the clastoporphyritic lava in Shuiwen basin

圖5 水汶盆地碎斑熔巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Taylor et al.，1985)(a)和不相容元素蛛網(wǎng)圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Rollinson，1993綜合)(b)Fig.5 Chondrite － normalized REE patterns for clastoporphyritic lava in Shuiwen basin(data for normalization from Taylor et al.，1985)(a)and incompatible elements spider diagram for clastoporphyritic lava in Shuiwen basin(data for normalization from Rollinson，1993)(b)

樣品的微量元素以富集Rb，Th以及La，Ce，Nd等輕稀土元素，虧損 Ba，Nb，Ta，Sr，P，Ti為特征(圖5b)。Ba和Sr的虧損分別是鉀長石和斜長石在巖漿分離結(jié)晶的結(jié)果(Wu et al.，2003)

Nb，Ta，P，Ti的虧損則應(yīng)該與金紅石、榍石、磷灰石、鈦鐵礦的分離結(jié)晶有密切關(guān)系(楊學(xué)明等，2000)。

5 問題討論

5.1 成因類型

圖6 水汶盆地碎斑熔巖SiO2-P2O5、Rb-Th和Rb-Y圖解Fig.6 SiO2-P2O5、Rb-Th and Rb-Y diagrams of the clastoporphyritic lava in Shuiwen Basin

水汶盆地流紋質(zhì)碎斑熔巖A/CNK值均＜1.1，屬準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)，CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計算中絕大多數(shù)出現(xiàn)了剛玉，但是剛玉分子含量均小于1%，均值為0.24%，P2O5含量都小于0.1%，均值為0.04%，且P2O5隨SiO2增加而減少，呈現(xiàn)出負的相關(guān)性(圖6a)，與典型S型花崗巖主量元素地球化學(xué)特征(A/CNK ＞1.1、剛玉含量OTG代表未分異的I、S和M型花崗巖，F(xiàn)G代表高分異的I型花崗巖，A代表A型花崗巖＞1%、P2O5＞0.1%且與 SiO2無相關(guān)性或具正相關(guān))明顯不同(邱檢生等，2005，2008;Zhu et al.，2009;Chappell et al.，2001)。微量元素Th，Y含量與Rb含量之間具有正相關(guān)性(圖6b，c)，也與 S型花崗巖明顯不同。AI值(0.79～0.82)明顯低于A型花崗巖的平均值0.95，也低于A 型花崗巖的最低值 0.85(Whalen et al.，1987)，Zr，Nb，Ce，Y 等元素的含量也較低，Zr+Nb+Ce+Y值絕大多數(shù)都小于350×10－6，低于 Whalen等(1987)給出的A型花崗巖的最低值。在(Zr+Nb+Ce+Y)值與 TFeO/MgO、1000×Ga/Al構(gòu)成的判別圖解(圖7d，e)上，絕大多數(shù)落入高分異的I型花崗巖區(qū)域內(nèi)，同時，樣品具有較高的SiO2含量(均值達73.9%)和分異指數(shù)(均值達89.1)，其 Rb/Sr比值1.16 ～1.73(均值為1.37)，明顯高于 I型花崗巖的均值(0.61)，而與分異的 I型花崗巖均值(1.36，Whalen et al.，1987)十分接近，說明巖漿經(jīng)歷了較高程度的結(jié)晶分異(吳福元等，2007)。即水汶盆地流紋質(zhì)碎斑熔巖既有別于典型的S型花崗巖，也有別于A型花崗巖，而與高分異的I型花崗巖相接近，屬高分異的I型碎斑熔巖。

5.2 構(gòu)造環(huán)境

水汶盆地碎斑熔巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(83.4±0.9)Ma，屬晚白堊世燕山晚期巖漿活動的產(chǎn)物，為華南中生代構(gòu)造環(huán)境的分析提供了精確的時代約束。水汶盆地碎斑熔巖化學(xué)成分上屬于高鉀鈣堿性巖石，其源區(qū)通常被認為與先期的俯沖作用有關(guān)，主要形成于同碰撞巖石圈加厚之后的伸展垮塌向非造山版內(nèi)的過渡階段(Liegeois et al.，1998)，微量元素富集 Rb、Th、K等大離子親石元素，顯著虧損Nb、Ta、Ti等高場強元素，也顯示了與俯沖有關(guān)的巖漿巖的典型特征(Pearce et al.，1983;Kelemen et al.，1990;Stolz et al.，1996)。從晚中生代開始華南地區(qū)巖漿活動和演化開始受太平洋板塊俯沖的影響(Zhou et al.，2000，2006;Li et al，2007)，導(dǎo)致華南燕山期巖漿活動隨時間從內(nèi)陸向沿海遷移，形成了大規(guī)模呈北東向展布的酸性火山活動(孫濤等，2006)。位于廣西東南部的系列晚白堊世火山盆地，呈北東向分布，與華南燕山晚期火山活動的特點吻合，說明研究區(qū)水汶盆地火山巖是東南沿海晚中生代“火山巖線”(Zhou et al.，2000)的一部分，其形成與太平洋板塊的俯沖作用有關(guān)。近年來的研究表明，華南地區(qū)晚中生代構(gòu)造體制發(fā)生了重大轉(zhuǎn)折，早期以地殼擠壓作用為主，晚期以地殼伸展作用為主(張岳橋等，2012)，本文采用花崗巖的構(gòu)造環(huán)境判別圖解進行構(gòu)造環(huán)境判別，所有樣品均投影在后碰撞伸展花崗巖區(qū)域內(nèi)或后造山花崗巖類區(qū)內(nèi)(圖8，9)，表明水汶盆地碎斑熔巖形成于太平洋板塊俯沖后的構(gòu)造環(huán)境，是伸展背景下巖漿活動的產(chǎn)物。廣西昆侖關(guān)巖體發(fā)現(xiàn)晚白堊世(93±1)Ma的A型花崗巖(譚俊等，2008)，這也佐證了華南板塊西南部在晚白堊世的伸展構(gòu)造環(huán)境。

圖7 水汶盆地碎斑熔巖(Zr+Nb+Ce+Y)-TFe/MgO(據(jù)Whalen等，1987)和(Zr+Nb+Ce+Y)-10000×Ga/Al(據(jù) Eby，1990)圖解Fig.7 (Zr+Nb+Ce+Y)-TFe/MgO(after Whalen et al，1987)and(Zr+Nb+Ce+Y)-10000 × Ga/Al(after Eby，1990)diagrams of the clastoporphyritic lava in Shuiwen Basin

圖8 水汶盆地碎斑熔巖Rb-Y+Nb圖解(Pearce et al.，1984;Forster et al.，1997)Fig.8 Rb-Y+Nb(after Pearce et al，1984;the range of the post-CEG is after Forster et al.1997)diagram for the clastoporphyritic lava in Shuiwen Basin

6 結(jié)論

(1)廣西東南部水汶火山盆地西垌組四段碎斑熔巖的鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡為(83.4±0.9)Ma，指示其為晚白堊世火山-巖漿活動的產(chǎn)物。

(2)水汶盆地碎斑熔巖富硅，富鉀，貧磷，準(zhǔn)鋁－弱過鋁質(zhì)，富集 Rb，Th以及 La，Ce，Nd等輕稀土元素，虧損 Ba，Nb，Ta，Sr，P，Ti，Y 和 Th 含量與 Rb含量之間具有正的相關(guān)性，Rb/Sr比值高，Zr+Nb+Ce+Y值、FeO*/MgO值、10000×Ga/Al值均小于典型的A型花崗巖，屬高分異的I型碎斑熔巖。

(3)水汶盆地碎斑熔巖形成時的構(gòu)造環(huán)境應(yīng)該是與太平洋板塊俯沖作用有關(guān)的弧后伸展環(huán)境。

致謝:本文在成文過程中，巫建華教授提出了許多寶貴意見同時審改了全文，柳小明教授指導(dǎo)了LA-ICP-MS分析，在此一并表示衷心感謝。

圖9 水汶盆地碎斑熔巖主量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解(據(jù)Manian等，1989)Fig.9 major elements Tectonic discrimination diagram for the clastoporphyritic lava in Shuiwen Basin(after Manian et al，1989)

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