桂北羅城地區(qū)水牛峒煌斑巖地球化學(xué)特征

康叢軒，楊獻(xiàn)忠，蔡逸濤，吳祥珂，梁國(guó)科

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京 210016； 2.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京 211100；3.廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，南寧 530023)

桂北地區(qū)發(fā)育大量的花崗巖、基性—超基性侵入巖及煌斑巖。隨著近年來(lái)金剛石找礦勘查在羅城壘洞地區(qū)重砂大樣中發(fā)現(xiàn)大量金剛石的指示礦物：鎂鋁榴石鉻尖晶石、碳硅石、鉻透輝石及橄欖石等，并在壘洞鉀鎂煌斑巖巖筒中發(fā)現(xiàn)1粒原生金剛石，桂北地區(qū)煌斑巖的研究也隨之有了進(jìn)一步發(fā)展。

鉀鎂煌斑巖是除金伯利巖之外原生金剛石的另一重要寄主巖石[1]，依據(jù)巖相學(xué)和地球化學(xué)特征，在桂北地區(qū)識(shí)別出了金云母鉀鎂煌斑巖，并從中分選出鎂鋁榴石、鉻尖晶石和碳硅石等金剛石指示礦物。王磊等[2]利用高精度的LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年技術(shù)，對(duì)桂北地區(qū)羅城壘洞煌斑巖的形成年齡進(jìn)行了精確厘定，并對(duì)羅城壘洞煌斑巖成因通過(guò)年代學(xué)和同位素地球化學(xué)進(jìn)行了約束，獲得的煌斑巖巖石形成年齡為(100±14)Ma，認(rèn)為煌斑巖在白堊紀(jì)(100 Ma)華南陸內(nèi)伸展減薄的背景下，軟流圈上涌促使EMⅡ的部分熔融形成煌斑巖巖漿，區(qū)域上NNE向的深大斷裂為巖漿噴發(fā)提供了通道。羅城地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的煌斑巖體(脈)較多，但針對(duì)性的研究工作仍顯得較為薄弱，筆者通過(guò)實(shí)際工作，對(duì)位于壘洞煌斑巖東南的水牛峒煌斑巖進(jìn)行了巖石學(xué)及巖石地球化學(xué)研究，進(jìn)一步探討了桂北羅城地區(qū)煌斑巖特征。

1 地質(zhì)背景

桂北羅城地區(qū)位于華南板塊揚(yáng)子陸塊桂北地塊東南緣、江南古陸的西南端，即桂北地塊九萬(wàn)大山隆起地帶，屬于古特提斯構(gòu)造域和環(huán)太平洋構(gòu)造域的復(fù)合部位(圖1)。區(qū)內(nèi)出露南華系、泥盆系、石炭系及第四系地層，其中大面積出露的主要為泥盆系白云巖、灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及石炭系灰?guī)r、泥灰?guī)r地層，泥盆系缺失下統(tǒng)，可分為中、上兩個(gè)統(tǒng)，二者為整合接觸，不整合于南華系長(zhǎng)安組含礫砂巖之上。石炭系地層發(fā)育較完整，與下伏上泥盆統(tǒng)為平行不整合接觸，第四系主要為砂礫層、砂土和黏土層。本區(qū)經(jīng)歷兩期強(qiáng)烈的褶皺運(yùn)動(dòng)，每期褶皺都伴隨有斷裂活動(dòng)，其中以印支期斷裂為主，印支期主要發(fā)育活動(dòng)的區(qū)域性大斷裂為北北東向—四堡斷裂、池洞斷裂，及其次級(jí)斷裂。研究區(qū)兩條平行的北北東向斷裂間距為1 km左右，區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度約為7.5 km。走向?yàn)?20°～240°，地表呈現(xiàn)明顯沖溝，但由于浮土覆蓋較厚，產(chǎn)狀未能控制。其為走滑動(dòng)性質(zhì)，短距約200 m，切割上泥盆系融縣組(D3r)、下石炭系堯云嶺組(C1y)、英塘組(C1yt)及黃金—寺門組(C1h-s)。在斷裂帶附近見(jiàn)巖石較破碎，發(fā)育含燧石條帶及團(tuán)塊，沿著斷裂薄弱部位，發(fā)育巖筒或脈狀煌斑巖。研究區(qū)北東向、北西向“X”型斷裂分布于區(qū)內(nèi)天河、壘洞及祥貝等地，呈平行排列組，多呈平推特征，斷層擦痕為水平，切割北北東及北北西的斷裂，構(gòu)成“X”型斷裂，此組斷裂是受到區(qū)域三防背斜由北向南推移形成。在“X”型斷裂交匯處及其附近常形成煌斑巖群出露?；桶邘r產(chǎn)出具有顯著的巖群集中特征，同時(shí)部分巖脈(體)具有沿著帶狀展布的特征。這些帶狀分布的煌斑巖明顯受到斷裂控制，主要受到兩組方向正斷裂影響(NE向與NW向)，以及近南北向隱伏斷裂控制。區(qū)內(nèi)出露的巖漿巖較少，煌斑巖沿著池洞區(qū)域性大斷裂西側(cè)，次生的“X形”正斷層交匯處出露，呈中高角度侵入下石炭統(tǒng)堯云嶺組(C1y)、英塘組(C1yt)灰?guī)r、生物屑灰?guī)r及炭質(zhì)頁(yè)巖中?；桶邘r呈巖筒或者巖脈狀，侵入或噴出于圍巖中。水牛峒煌斑巖出露于水牛峒正西方向約300 m處，巖體呈近圓形，長(zhǎng)×寬約為30 m×25 m，侵入石炭下統(tǒng)堯云嶺組(C1y)的中厚層狀灰黑色微晶灰?guī)r中，新鮮面呈灰黑色，煌斑結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，斑晶主要為黑云母、金云母和單斜輝石，次要為鉀長(zhǎng)石，其中單斜輝石含量為15%～20%，云母含量約為15%～20%，鉀長(zhǎng)石含量為10%。云母主要分為兩個(gè)世代，斑晶和基質(zhì)云母兩種類型。基質(zhì)為金云母、黑云母及長(zhǎng)石微晶和隱晶質(zhì)等組成。另外，含有少量磁鐵礦或黃鐵礦和磷灰石，含量<5%。定名為蝕變?cè)苹蛶r，具有明顯的火山巖類型。該煌斑巖體北東側(cè)20 m見(jiàn)一條煌斑巖脈，脈長(zhǎng)約80 m，寬約1.5 m，最寬處出露達(dá)2.5 m，走向約160°，局部?jī)A角>5°，新鮮面呈深灰黑色，呈煌斑結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，斑晶約占30%，主要成分為金云母(片狀、鱗片狀集合體，約1～2 mm，最大達(dá)8 mm，約占斑晶25%)、少量石榴石(呈粒狀，約2 mm，占斑晶約5%)；基質(zhì)多為暗色礦物、粒度小，70%左右(圖2(a)和(b))?；桶邘r中見(jiàn)少量后期方解石細(xì)脈。

1.石炭系黃金—寺門組；2.石炭系英塘組；3.石炭系堯云嶺組；4.泥盆系額頭村組；5.泥盆系桂林組；6.煌斑巖；7.斷層；8.采樣位置及編號(hào)圖1 桂北羅城水牛峒地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

(a)羅城水牛峒煌斑巖標(biāo)本

(b) 羅城水牛峒煌斑巖標(biāo)本鏡下的顯微照片

2 分析方法

本次樣品采自水牛峒煌斑巖體及巖脈中，樣品盡量保持新鮮，蝕變較弱，巖性主要為輝石云煌巖，主要礦物：?jiǎn)涡陛x石+黑云母+金云母+鉀長(zhǎng)石，次要礦物為斜長(zhǎng)石，副礦物為磷灰石+黃鐵礦。具體采樣位置如圖1所示。

巖石全巖主、微量元素分析測(cè)試在北京核工業(yè)地質(zhì)研究所完成，其中主量元素分析儀器為AxiosmAX X射線熒光光譜儀，測(cè)定過(guò)程中采用國(guó)家標(biāo)樣監(jiān)控，分析誤差小于2%，微量及稀土元素分析儀器型號(hào)為ELEMENT XR等離子體質(zhì)譜儀，依據(jù)GB/T 14506.30-2010，分析誤差<5‰。

3 巖石地球化學(xué)特征

水牛峒煌斑巖主量、微量、稀土元素含量見(jiàn)表1。樣品中SiO2平均含量49.76%，MgO平均含量7.44%，均明顯低于揚(yáng)子板塊地區(qū)和西澳鉀鎂煌斑巖，分異指數(shù)DI=47.43%～62.7%，暗示巖漿物質(zhì)經(jīng)歷的分異演化程度較低，TiO2平均含量1.37%，略低于揚(yáng)子地區(qū)其他已發(fā)現(xiàn)的鉀鎂煌斑巖及西澳地區(qū)典型鉀鎂煌斑巖。MnO平均含量0.11%，與典型的鉀鎂煌斑巖相當(dāng)。K2O平均含量6.44%，Na2O平均含量為1.39%，與其他地區(qū)鉀鎂煌斑巖基本相似，略高于羅城壘洞地區(qū)煌斑巖。在國(guó)際地科聯(lián)(IUGS)提出的巖漿巖TAS分類圖[3-4]中，水牛峒煌斑巖投影點(diǎn)落于鉀鎂煌斑巖與鈣堿性煌斑巖共同區(qū)域，運(yùn)用路鳳香(1991)提出的K/(K+Na)-K/Al圖解[5]，對(duì)水牛峒煌斑巖進(jìn)一步分類為超鉀質(zhì)煌斑巖(Ⅲ)。

CAL.鈣堿性煌斑巖；AL.堿性煌斑巖；UML.超基性煌斑巖；LL.鉀鎂煌斑巖；

樣號(hào)SiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaONa2OK2OMnOTiO2P2O5LOISND-147.2510.077.453.908.668.531.346.500.111.371.745.95SND-244.4710.367.183.857.848.411.616.280.121.271.509.94SND-357.5510.065.862.535.824.961.216.530.081.481.903.50樣號(hào)Na2O+K2OK2O/Na2OTotalбA/CNKA/NKSND-17.844.85102.8714.460.411.09SND-27.893.90102.8342.350.421.10SND-37.745.40101.484.120.561.11樣號(hào)RbSrNbBaTaPbThUScVCrCoSND-147188569.14 7883.03103.085.712.2023.816065335.7SND-243881867.94 2922.9194.082.611.8021.714453743.3SND-347282269.56 5123.0165.983.09.1324.716172144.3

表1(續(xù))

注：分析測(cè)試數(shù)據(jù)為本文實(shí)測(cè)，由北京核工業(yè)地質(zhì)研究院完成測(cè)試工作

(a)羅城水干峒煌斑巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化REE模式圖

(b)羅城水牛峒煌斑巖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)圖

4 討論

4.1 巖漿活動(dòng)時(shí)代

本次工作未能在水牛峒煌斑巖中獲得質(zhì)量可靠的年齡數(shù)據(jù)，據(jù)最近研究數(shù)據(jù)表明，羅城水牛峒煌斑巖北西側(cè)的壘洞煌斑巖中心相含角礫煌斑巖中鋯石U-Pb形成年齡為(100±14)Ma[2]，但其獲得年齡值并不理想，其中僅兩顆鋯石206Pb/238U加權(quán)平均年齡為100 Ma左右(分別為(98.7±0.9)Ma、(101±1)Ma)，其他鋯石年齡均顯示出>100 Ma的特征。因壘洞云煌巖的圍巖為下石炭統(tǒng)堯云嶺組(C1y)，因此認(rèn)為白堊紀(jì)為該區(qū)鉀鎂煌斑巖的侵位年代。

近期通過(guò)資料收集獲得羅城壘洞云煌巖鋯石高精度的LA-ICP-MSU-Pb法定年，獲得年齡值分別為(255.5±1.8)Ma，相當(dāng)于晚二疊世。水牛峒煌斑巖鋯石U-Pb年齡結(jié)果為(248.0±0.5)Ma，(248.1±0.5) Ma，亦相當(dāng)于早三疊世，與壘洞云煌巖獲得年齡接近。本次通過(guò)野外調(diào)查，發(fā)現(xiàn)羅城煌斑巖區(qū)第二大巖筒—巖茂巖筒，在地貌上與壘洞巖筒存在明顯差異，前者為正地形，后者為負(fù)地形，且?guī)r石分帶存在一定差異。因此，從地貌與巖石特征上，本文推測(cè)該區(qū)域可能存在兩期次的煌斑巖巖漿活動(dòng)，即印支期與燕山晚期—早喜山期。綜上所述，桂北羅城煌斑巖區(qū)形成年代為晚二疊世—早三疊世、白堊紀(jì)。

4.2 成巖構(gòu)造環(huán)境

羅城水牛峒煌斑巖具有高鉀富堿，富集大離子親石元素和輕稀土元素，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素的特征，或許暗示了巖漿源區(qū)存在有因俯沖進(jìn)入地幔的地殼物質(zhì)組分[7]，較高的鉀鈉比值(K2O/Na2O=3.9～5.4)，鉀含量顯著高于大陸地殼平均值(1.1×10-2)[8]，較低的La/Nb值(1.59～1.76)表明地殼混染作用不明顯。明顯的Ti虧損、弱Ta-Nb虧損也暗示了早期俯沖作用的存在。

揚(yáng)子和華夏地塊在俯沖碰撞拼合的過(guò)程中，形成了大量的新元古代花崗巖、同沉積的褶皺基底(四堡群)以及侵入四堡群中的基性—超基性巖[9-12]，水牛峒煌斑巖地球化學(xué)分析結(jié)果具有俯沖交代作用形成的富集地幔特征，可能形成于揚(yáng)子和華夏地塊新元古代的俯沖作用。諸多學(xué)者認(rèn)為，揚(yáng)子和華夏地塊在新元古代拼合形成華南陸塊[9，13-14]，隨后發(fā)生裂解但并未形成新的洋殼，華南自新元古代后進(jìn)入陸內(nèi)演化階段，早古生代的加里東運(yùn)動(dòng)和中生代的印支運(yùn)動(dòng)均在陸內(nèi)完成[15-16]。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為華南地區(qū)在中生代經(jīng)歷了多期的巖石圈伸展[17-20]，最早可能始于早侏羅世(190～180 Ma)[21]，水牛峒煌斑巖通過(guò)稀土元素組成所做的構(gòu)造環(huán)境判別圖解顯示，投影點(diǎn)落于大陸板內(nèi)環(huán)境，推測(cè)該煌斑巖形成于大陸巖石圈伸展的背景下，而桂北地區(qū)羅城壘洞煌斑巖形成于白堊紀(jì)約100 Ma，處于巖石圈進(jìn)一步伸展減薄的構(gòu)造背景[1]，這與華南地區(qū)最晚一期的伸展作用發(fā)生于110～80 Ma，且該期巖石圈伸展減薄作用較強(qiáng)[17，21]的結(jié)論相一致。

圖5 羅城水牛峒煌斑巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解

5 結(jié)論

1)通過(guò)野外地質(zhì)現(xiàn)象結(jié)合前人研究成果推測(cè)桂北羅城地區(qū)可能存在印支期與燕山晚期—早喜山期兩期次的煌斑巖巖漿活動(dòng)，且該區(qū)煌斑巖形成年代為晚二疊世—早三疊世、白堊紀(jì)。

2)桂北羅城水牛峒煌斑巖在TAS分類圖中投影點(diǎn)落于鉀鎂煌斑巖與鈣堿性煌斑巖共同區(qū)域，并通過(guò)地球化學(xué)特征將其進(jìn)一步分類為超鉀質(zhì)煌斑巖，微量元素組成顯示出其與大洋板塊俯沖有關(guān)的火山巖特征。

3)桂北羅城水牛峒煌斑巖地球化學(xué)分析結(jié)果具有俯沖交代作用形成的富集地幔特征，可能形成于揚(yáng)子和華夏地塊新元古代的俯沖作用，大陸巖石圈伸展的背景下。