贛南遂川地區(qū)基性巖脈的性質(zhì)及構(gòu)造意義

李功振，陳志洪

(1.四川省冶金地質(zhì)勘查院，成都 610061； 2.中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京 210016)

0 引言

贛南遂川地區(qū)位于欽杭結(jié)合帶以南、南嶺隆起帶以東的羅霄—諸廣隆起內(nèi)。區(qū)內(nèi)巖漿巖主要為酸性巖類，基性巖零星分布。江西地質(zhì)局區(qū)調(diào)大隊[1]在區(qū)調(diào)時認(rèn)為贛南遂川地區(qū)基性巖是燕山晚期巖漿活動結(jié)束的標(biāo)志；王登紅等[2]對贛南安遠(yuǎn)蔡坊鎮(zhèn)的路逕似金伯利巖(金伯利質(zhì)煌斑巖)研究過程中，獲得SHRIMP法鋯石U-Pb年齡為132.0 Ma；左祖發(fā)等[3]通過(LA-ICP-MS)鋯石U-Pb法測定橫市基性巖墻形成于晚志留世。有研究[4]表明，基性巖脈的同位素年代學(xué)和地球化學(xué)研究將會更加明晰區(qū)域巖漿巖形成環(huán)境和構(gòu)造組合關(guān)系。為此，本文基于“江西1∶25萬興國幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查修測”工作，針對遂川地區(qū)基性巖脈開展了野外地質(zhì)觀察和室內(nèi)巖石學(xué)、地球化學(xué)以及鋯石U-Pb年齡研究，力圖對基性巖體的巖石學(xué)、地球化學(xué)特征、形成時間、巖漿成因、巖漿源區(qū)特征等進行探討。

1 巖石地質(zhì)特征

贛南遂川基性巖脈位于華夏板塊的羅霄褶皺帶中部[5]。巖脈的圍巖為南華系—寒武系變質(zhì)砂泥巖。區(qū)域褶皺十分發(fā)育，緊閉倒轉(zhuǎn)背斜與向斜交替出現(xiàn)?；詭r脈主要分布于張坑—橫市一帶。巖脈在地表出露不連續(xù)，主要呈巖瘤狀，宏觀上基性巖脈的產(chǎn)出受控于NNE向深大斷裂(圖1)。張坑、清江和增坑等巖體出露面積分別為2 km2、0.15 km2和0.2 km2。

遂川基性巖脈的邊緣為輝長閃長巖，巖石呈細(xì)粒-微細(xì)粒結(jié)構(gòu)(圖2)?；詭r中的圍巖捕擄體主要分布于巖體的頂部，分布范圍較小，周圍巖體具有明顯的斑點狀構(gòu)造，顆粒粒度變化較大，同化混染作用明顯。觀察巖石薄片，巖石發(fā)生強烈的自變質(zhì)，主要為纖閃石化、絹云母化。

圖1 基性巖脈及周邊巖體構(gòu)造分布Fig.1 Tectonic location of basic dykes and the surrounding rock mass1.第四系；2.上白堊統(tǒng)；3.侏羅系；4.石炭系；5.泥盆系； 6.寒武系；7.南華系-震旦系；8.早白堊世二長花崗巖； 9.晚侏羅世二長花崗巖；10.中侏羅世二長花崗巖； 11.晚志留世基性巖；12.早志留世二長花崗巖； 13.早志留世花崗閃長巖；14.地質(zhì)界線； 15.不整合地質(zhì)界線；16.斷裂

圖2 贛南地區(qū)輝長輝綠巖顯微照片F(xiàn)ig.2 Photomicrograph of diabase and gabbro in South Jiangxi province

2 分析和結(jié)果

2.1 樣品采集與測試

由于基性巖中的鋯石含量較少，野外采集的單個樣品質(zhì)量均>20 kg。鋯石的挑選工作全程未使用任何化學(xué)試劑。鋯石制靶、陰極發(fā)光(CL)照相在Gatan Mini CL型陰極熒光光譜儀和JSM-6510型掃描電子顯微鏡上完成。以鋯石的陰極發(fā)光照射結(jié)果挑選典型的巖漿鋯石(圖3)進行鋯石U-Pb測年分析[6-7]。

鋯石U-Pb同位素測年采用合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院LA-ICP-MS實驗室的Agilent 7500a分析儀器及與之配套的Geo Las Pro激光剝蝕系統(tǒng)完成。運用ICP-MS Data Cal程序來分析年齡數(shù)據(jù)[8-9]，以Andersen(2002)的算法對普通鉛進行校正[10]，使用最新版的Isoplot 3.0來計算鋯石的年齡并繪制相關(guān)年齡協(xié)和圖。

主、微量元素測定由中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)礦產(chǎn)所測試中心完成。主量元素測定采用荷蘭飛利浦公司生產(chǎn)的PW2403型X熒光光譜儀測定，主量元素的分析精度優(yōu)于5%，符合相關(guān)精度要求；微量元素分析的精度優(yōu)于10%，部分元素精度優(yōu)于5%。

圖3 15SC-1樣品鋯石CL圖像Fig.3 Zircon CL image of sample 15SC-1

2.2 分析結(jié)果

(1)鋯石U-Pb測年結(jié)果

基性巖4個樣品(15SC-1、15SC-2、15SC-3、15SC-4)的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡結(jié)果(表1、圖4)分別為446 Ma±6.6 Ma、431.9 Ma±5.7 Ma、422.3 Ma±7.3 Ma和426.6 Ma±6.9 Ma，加權(quán)平均值為432.2 Ma±6.6 Ma。與鄰區(qū)大坪巖體、沙地巖體為同時期巖漿作用的產(chǎn)物(大坪巖體花崗閃長巖U-Pb年齡441.3 Ma±5.2 Ma、沙地巖體細(xì)粒黑云母花崗巖U-Pb年齡428.3 Ma±5.9 Ma[11])。

(2)主微量稀土元素分析結(jié)果

樣品的全巖主量元素和微量元素分析顯示，這些巖石的燒失量大都小于2%。輝長巖w(SiO2)=50.26%～53.38%，平均51.41%；w(Al2O3)=15.96%～17.04%，w(Fe2O3)=1.53%～3.76%，w(FeO)=6.14%～8.35%，w(TiO2)=0.36%～1.17%，w(MgO)=5.77%～7.89%，變化范圍不大；Mg指數(shù)(Mg#)=36.62～46.75，平均39.43，不同的Mg#反映了巖漿分離結(jié)晶演化程度的差異。

樣品的微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分圖顯示，Ba、Nb、Ce、Nd、P、Y元素相對弱虧損，Rb、Th、U、La、Sr、Zr、Ti元素相對富集。Sr的正異常，反映了斜長石發(fā)生了一定程度的的分離結(jié)晶作用。

稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化圖解顯示，部分輝長巖具有Eu的輕正異常，標(biāo)準(zhǔn)化后的Eu*值平均值1.10，w(∑REE)平均值為96.42×10-6，與正常輝長巖一致；w(LREE)=71.27×10-6～97.66×10-6，w(HREE)=9.06×10-6～11.49×10-6，w(LREE)/w(HREE)=7.4～8.78，具有輕稀土富集、重稀土虧損特征；w(La)N/w(Yb)N=8.03～10.56，w(Gd)N/w(Yb)N=1.35～1.78。樣品的稀土配分模式曲線明顯右傾，表明其巖漿源區(qū)一致，稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化曲線擬合程度較好，顯示輕稀土元素(LREE)分餾較好、重稀土元素(HREE)分餾較差的特點。

3個樣品的稀土元素配分曲線與地幔巖漿基本一致，指示巖漿源區(qū)與幔源巖漿相關(guān)；樣品15SC-2的配分曲線存在偏差，推測為下地殼物質(zhì)不均一混染作用的結(jié)果。

3 討論

3.1 形成時代

遂川基性巖脈基性巖4個樣品的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡結(jié)果為446 Ma±6.6 Ma、431.9 Ma±5.7 Ma、422.3 Ma±7.3 Ma和426.6 Ma±6.9 Ma，加權(quán)平均值為432.2 Ma±6.6 Ma。與鄰區(qū)大坪巖體(花崗閃長巖U-Pb年齡441.3 Ma±5.2 Ma)、沙地巖體(細(xì)粒黑云母花崗巖U-Pb年齡428.3±5.9 Ma)[11]為同時期巖漿作用的產(chǎn)物。

表1 贛南地區(qū)遂川基性巖脈LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年分析結(jié)果Table 1 The results of LA-ICP-MS zircon U-Pb dating analysis of the basic dykes in Suichuan area

圖4 鋯石U-Pb諧和年齡圖Fig.4 Zircon U-Pb age of concord diagram

3.2 巖石成因

在Winchester等的Nb/Y-Zr/TiO2判別圖解[12](圖5)中，遂川基性巖的樣品屬于堿性玄武質(zhì)巖石，正常巖漿的Mg#=34～67，包括了原始巖漿到高分異演化的組分。Eu*=1.03～1.19，w(La)N/w(Yb)N平均值為9.39，w(Gd)N/w(Yb)N平均值為1.68，表現(xiàn)出富集輕稀土的特征。微量元素圖解表明，樣品中富集Sr、Ti元素，推測是由于鐵鈦氧化物和長石在部分樣品中呈現(xiàn)不同程度的富集。

稀土配分曲線(圖6)顯示輕稀土富集，指示源區(qū)存在角閃石和輝石，或者發(fā)生過輝石、角閃石的分離結(jié)晶；在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化曲線上可以看出，贛南基性巖樣品與大陸弧玄武巖(CAB)、大洋弧玄武巖(OAB)以及洋島玄武巖(OIB)都不同(圖7)。顯示虧損Ba元素是由于基性巖巖漿同化混染了部分上地殼物質(zhì)中的Th、U元素。Nb、Ta沒有明顯的虧損，略微富集Zr，呈現(xiàn)出明顯非島弧的特征。Ti元素輕微富集與巖體中含有磁鐵礦有關(guān)，Ti元素高可能也指示伸展構(gòu)造環(huán)境，與OIB類似。由于地殼中w(U)值平均為910×10-6(Rudnick，2007)，地幔含量只有22×10-6；地殼Pb平均為8000×10-6，地幔為185×10-6，Pb元素的殼/幔比值為42，而Nd元素殼/幔比值為12.1，Sm元素比值殼/幔為8.12，Hf元素殼/幔比值為10，Lu元素殼/幔比值為4.18，中上地殼U的含量可能更高，而地幔Pb含量非常低，因此Pb同位素極其容易受到地殼的混染，樣品Pb同位素組成不能代表原始巖漿組成，但是可以表明輝長巖、閃長巖巖漿在形成時都卷入了具有高206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb的成熟地殼物質(zhì)。綜上，贛南基性巖脈源于虧損的軟流圈地幔，巖漿上升期受成熟地殼物質(zhì)組分的改造，使其地球化學(xué)特征既與洋島玄武巖有明顯差異，同時也區(qū)別于島弧玄武巖。

在Pearce J A等構(gòu)造判別圖[14]中，投影點靠近板內(nèi)區(qū)域(圖8)；而4個樣品的A/NCK=0.83～0.87，均<1，屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)基性巖類。因此認(rèn)為遂川輝長巖脈是板內(nèi)巖漿作用的產(chǎn)物。

圖5 Nb/Y-Zr/TiO2 圖解[12]Fig.5 Diagram of Nb/Y vs Zr/TiO2

圖6 球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土圖解 (標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)文獻[14])Fig.6 The chondrite-normalized REE pattern of the dyke

圖7 原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素圖解Fig.7 The primitive mantle-normalized REE pattern of the dyke1.球粒隕石數(shù)據(jù)據(jù)文獻[13]； 2.原始地幔數(shù)據(jù)據(jù)文獻[13]； 3.平均上地殼成分據(jù)Rudnick和Gao(2004)； 4. 大洋弧玄武巖和大陸弧玄武巖數(shù)據(jù)據(jù)Kelemen 和Hangh?j(2004); 5.洋島玄武巖數(shù)據(jù)據(jù)Sun和McDonough(1989)

圖8 Zr/Y-Zr地球化學(xué)判別圖解[14]Fig.8 Geochemical diagram of Zr/Y vs Zr

4 結(jié)論

(1)贛南遂川輝長巖脈為早古生代晚志留世巖漿活動的產(chǎn)物，4個樣品的LA-ICP-MS鋯石 U-Pb同位素定年結(jié)果分別為446 Ma±6.6 Ma、431.9 Ma±5.7 Ma、422.3 Ma±7.3 Ma和 426.6 Ma±6.9 Ma。

(2)贛南遂川基性巖脈的總體巖性為輝長輝綠巖，屬于拉斑玄武巖系列和堿性系列；為高鈉、富鈦、準(zhǔn)鋁質(zhì)的基性巖類。

(3)遂川基性巖脈形成于加里東運動褶皺造山、地殼增厚后期的伸展環(huán)境，是幔源巖漿與下地殼同化混染作用的產(chǎn)物，在區(qū)域拉張條件下就位的淺成侵入體。