网络出版时间：2014-01-24 16:48
网络出版地址：/kcms/doi/10.3969/j.issn.1007-2802.2014.02.003.html
张晓静1,2，肖加飞1
1.中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室，贵阳550002；
2.中国科学院大学，北京100049
摘要：为了深入探讨扬子地块西南缘的玉凤和巴马辉绿岩是否受到峨眉山地幔柱活动的影响，本文对其
进行了主量元素、微量元素及锆石U-Pb年龄测定。结果表明，它们属于钙碱性系列和高钾钙碱性系列，具 高铝低镁特征，轻稀土富集，Ti/Y＞500、Nb/La=0.75～0.85、Th/Ta=1.75～2.38、Ta/Hf＞0.1；锆石LA-ICP-MS
U-Pb年龄分别为255.3±3.9Ma和257.6±2.9Ma。初步认为，它们可能源自亏损地幔并受到少量地壳物质的
混染作用，且均显示出大陆板内玄武岩的特征，应为峨眉山玄武质岩浆活动的产物。 关键词：地球化学；锆石U-Pb定年；锆石Hf同位素；桂西北；扬子地块
中图分类号：P597 文献标识码：A Doi:10.3969/j.issn.1007-2802.2014.02.003
Zircon U-Pb Geochronology, Hf Isotope and Geochemistry Study of the Late
Paleozoic Diabases in the Northwest Guangxi Province
ZHANG Xiao-jing1,2, XIAO Jia-fei1
1.State Key Laboratory of Ore Deposit Geochemistry, Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences,
Guiyang 550002, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China
Abstract: To reveal whether or not Emeishan mantle plume has effects on Y ufeng and Bama diabas
es,
which locate at the southwest margin of the Y angtze block, this article tested major element contents,
trace element abundances and ages of the diabases. The result showed that the diabases are calc-alkali
or high potassium calc-alkali, characterized by high Al content and low Mg content, LREE-enriched,
Ti/Y>500, Nb/La=0.75～0.85, Th/Ta=1.75～2.38, Ta/Hf>0.1. The LA-ICP-MS zircon U-Pb age results
indicated that Y ufeng and Bama diabases were erupted at 255.3±3.9Ma and 257.6±2.9Ma, respectively.
We believed that they probably derived from depleted mantle with minor crust material contamination
and belong to continental intraplate basalts, and therefore, should be products of the Emeishan basaltic
magma.
Key words: geochemical; Zircon U-Pb age; zircon Hf isotope; Northwest of Guangxi Province;
Yangtze Block
峨眉山大火成岩省（Emeishan LargeIgneous Province，ELIP）位于扬子地台西南缘[1,2]，是中国唯一被国际学术界认可的地幔柱成因的大火成岩省[3~6]，其对研究地幔物质结构、成
分变化、大陆岩石圈深部过程与大陆裂解的成因信息、发展和完善之相关的成矿理论及进一
收稿日期：2013-05-02收到，05-14改回
基金项目：国家自然科学基金重点资助项目（41230316）
第一作者简介：张晓静（1988—），女，硕士研究生，研究方向：地球化学. E-mail：zhangxj_
通讯作者：肖加飞（1961—），男，研究员，研究方向：地球化学. E-mail：
步揭示成矿规律方面具有重要的意义[7~10]。前人对其岩石组合、岩石地球化学、同位素特征、活动
时限、岩浆起源及源区特征、地幔柱动力学及与生物大灭绝事件和成矿作用的关系进行了大量的研究，将其分为高钛玄武岩和低钛玄武岩，并认为其于260Ma左右开始喷发，主喷发期集中于257～259 Ma，并于251 Ma以酸性岩的喷发标志着喷发的结束[5~9]。
一般认为峨眉山大火成岩省是由广泛分布于川滇黔地区的大陆溢流玄武岩及共生的镁铁-超镁铁质侵入岩和少量花岗岩、碱性岩共同组成[11~14]。玄武岩的总分布面积为5×105 km2，总体积约3×105 km3，直径800 km[15~19]。并根据构造背景和岩石组合将其划分为4个岩区：①松潘-甘孜岩区，位于三江特提斯与松潘褶皱带间的过渡带，玄武岩主体沿甘孜-理塘和炉霍-道孚裂谷带分布；②盐源-丽江岩区，处于扬子地台与三江特提斯构造带间长期凹陷内，由下部的苦橄岩-苦橄质玄武岩和上部溢流玄武岩组成；③攀西岩区，夹持于东部甘洛-昆明和西部金河-宾川深断裂间，处于攀西的裂谷区内，基性-碱性侵入岩与喷发岩系共生；④贵州高原岩区，位于扬子陆块内部，广泛分布于滇黔凹陷区，大量发育大陆溢流玄武岩。但由于后期的剥蚀和构造作用影响，其分布范围可能远大于现今所观察到的范围。范蔚茗等[20]、Fan等[2]与峨眉山溢流玄武岩中高Ti玄武岩具有相似的地球化学特征及同位素责成，并认为其应为峨眉山玄武岩的一部分，表明峨眉山大火成岩省的分布范围可能远大于目前所观察到的范围[20]，但此观点还未得到关注与认可。桂北地区分布有大面积的晚古生代基性侵入岩，鲜有人开展研究，这些辉绿岩与二叠纪峨眉山玄武岩之间是否具有亲缘性，以及二叠纪峨眉山大火成岩省的岩浆活动是否已经影响到了桂北地区值得进一步研究。
本文拟在峨眉山大火成岩省岩石地球化学研究及喷发时限的研究基础上，对广西北部玉凤和巴马地区的辉绿岩进行锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学、主量元素、微量元素进行系统分析，揭示其与峨眉山玄武岩的成因联系，并对岩浆演化过程及源区特点、构造环境进行探讨，以期进一步丰富对峨眉山大火成岩省岩浆活动规律的认识及进一步促进峨眉山大火成岩省空间分布方面的研究资料。
1 地质概况及岩相学特征
桂西北位于扬子地台西南缘，其内的田阳县玉凤和巴马瑶族自治县一带发育大面积层状和似层状辉绿岩。玉凤辉绿岩呈环带状围绕义圩背斜出露，顺层侵入于石炭系灰岩/硅质岩和下二叠统栖霞阶与茅口阶硅质岩/页岩/粉砂岩中，呈岩床产出，向南西倾斜，倾角60°左右，出露宽度3～7 km，面积约140 km²。巴马辉绿岩环绕巴马背斜分布，也为环带状，呈岩床产出，并顺层侵入到石炭系灰岩/硅质岩和下二叠统栖霞阶/茅口阶硅质岩/页岩/粉砂岩中，倾向北东，倾角45°～50°，出露宽度4～5 km，出露面积约170 km²。两处岩体与围岩接触界限平直，接触带有冷凝边，围岩常见硅化，局部大理岩化和角岩化，蚀变带的宽度较窄[8,11,20]（图1）。岩体侵入地层发生穹状隆起形成背斜，并发育大量与岩体走向一致的正断层。
图1 桂西北晚古生代基性岩分布略图[21,22,23]
Fig.1 Geological map of the Late Paleozoic diabases in the northwest Guangxi Province and the loc
ation of
sampling profile[21,22,23]
本次工作选取较为新鲜的辉绿岩进行了采集。在田阳县玉凤镇钛矿场附近
（N23°59′20.85″，E107°07′50.08″）采集了7件样品（图2）。在巴马瑶族自治县县城边上（N24°09′31.74″，E107°16′15.83″）采集了8件样品（图2）。岩石颜为灰绿，具块状构造（图2A-D）。镜下观察，岩石主要组成矿物为普通辉石（45%～50%）和斜长石（40%～45%），具有典型的辉绿结构（图2E、F），应为辉绿岩。其中斜长石一般呈半自形—自形的长柱状分布，普通辉石一般呈它形粒状或短柱状填充在斜长石的格架中。矿物颗粒大小为0.1～0.2mm。副矿物可见少量磁铁矿和钛铁矿。
2 分析方法
2.1 全岩主量元素和微量元素分析方法
全岩主量元素和微量元素分析在中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室完成。主量元素采用熔片法，在PW4400型X射线荧光光谱仪上测定，经GSR1和GSR3标样监控，单个元素的分析精度优于2%。微量元素采用HF+HNO3密闭高压溶样，详细样品溶解流程见参考文献[24,25]，溶解
好的样品溶液在四级杆等离子体质谱仪（Q-ICP-MS，型号为ELAN DRC-e）上测定，对标样的重复测定表明，微量元素的分析精度优于10%。
2.2 锆石LA-ICP-MS分析方法
样品破碎和锆石挑选在廊坊市诚信地质服务有限公司完成。将环氧树脂和乙二醇胺混合均匀，然后灌注在已经排好的锆石靶上，放至恒温箱（60℃）约12h固结成型。磨蚀和抛光树脂靶，直至锆石核心部位出露。锆石的阴极发光图像在北京锆年领航科技有限公司扫描电镜室拍摄完成，仪器型号为日本电子JSM6510扫描电镜，配有Gantan阴极荧光探头。然后结合透射光、反射光以了解锆石的内部结构，选出最理想的供分析的锆石颗粒。
LA-ICP-MS 锆石U-Pb定年测试在中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室完成。193nm ArF准分子激光剥蚀系统由德国哥廷根LamdaPhysik公司制造，型号为GeoLasPro。电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）由日本东京安捷伦公司制造，型号为Agilent
7700x。准分子激光发生器产生的深紫外光束经匀化光路聚焦于锆石表面，能量密度为
10J/cm2，束斑直径为32μm，频率为5Hz，共剥蚀40 s，剥蚀气溶胶由氦气送入ICP-MS完成测试。
图2 A-玉凤辉绿岩野外照片；B-巴马辉绿岩野外照片；C-玉凤辉绿岩手标本照片；D-巴马辉绿岩手标本照片；E-玉凤辉绿岩显微镜下照片（正交偏光镜）；F-巴马辉绿岩显微镜下照片（正交偏光镜）Fig.2 A-The field photograph of the Yufeng diabase; B-The field photograph of the Bama diabase; C-Rock photograph of the Yufeng diabase; D-Rock photograph of the Bama diabase; E-Microphotographs of the Y ufeng diabase (crossed nicols); F-Microphotographs of the Bama diabase (crossed nicols)测试过程中以标准锆石91500为外标，校正仪器质量歧视与元素分馏；以标准锆石GJ-1与Plešovice为盲样，检验U-Pb定年数据质量；以NIST SRM 610为外标，以Si为内标标定锆石中的Pb元素含量，以Zr为内标标定锆石中其余微量元素含量[26~29]。原始的测试数据经过ICPMSDataCal软件离线处理完成[30,31]。
3 分析结果
3.1 地球化学特征
样品的主、微量元素分析数据见表1和表2。玉凤和巴马辉绿岩的SiO2含量为45.9%～48.3%，以高TiO2（2.60%～3.50%）（TiO2含量以2.5%为界）[4,26]、高Fe2O3（12.0%～15.5%）和低MgO（3.02%～6.59%）为特征，K2O+Na2O=2.91%～5.44%，K2O/Na2O<1。在硅碱图解（图3A）中落入辉长岩类的范畴，属于钙碱性系列和高钾钙碱性系列（图3B）。玉凤和巴马地区的辉绿岩稀土元素
球粒陨石标准化分配图解、微量元素原始地幔标准化蛛网图与峨眉山高钛玄武岩及OIB具有相似的曲线性特征（图4）。其中稀土元素总含量主体变化不大（表2），∑REE=（144～171）×10-6，分配曲线呈右倾样式，(La/Yb)N=9.51～10.34，有Eu
正异常（δEu=1.22～1.55）（图4A），与岩石中含有大量斜长石的特点相吻合。微量元素原始地幔标准化图解（图4B）中，Ba、Ti等富集，轻微亏损K、Sr和Nb-Ta。Nb、Ta的亏损是大陆拉斑玄武岩普遍的特征，说明样品可能受到了大陆岩石圈混染作用的影响[34]。通过分析玉凤和巴马地区辉绿岩微量元素结果及部分不相容元素的比值（表2），其Ti/Y＞500、Nb/La=0.75～0.85、Th/Ta=1.75～2.38、Ta/Hf＞0.1。说明玉凤和巴马辉绿岩应属于高Ti玄武岩[4,35,36]。另外，玉凤辉绿岩中Cr（6~17）和Ni（19.8～24.1）含量较低，说明岩浆形成或上升过程中并发生过分离结晶作用（如橄榄石和单斜辉石等）。
图3 玉凤和巴马辉绿岩的硅碱图和K2O-SiO2图解[32,33]
Fig.3 Diagrams of total alkalis vs. SiO2 and K2O-SiO2 for Yufeng and Bama diabases[32,33]
3.2 锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学
（1）玉凤辉绿岩：辉绿岩样品（PY12-1）的锆石自形程度较好，多数为柱状，长50～200μm，柱状晶体长宽比为1:1～2:1，阴极发光（CL）图像中相对较暗，环带不明显（图5），表明其U、Th等放射性元素含量较高。对10个锆石颗粒进行了U-Pb同位素分析（表3），其Th/U比值在0.98～2.28之间，在岩浆锆石的范围内（岩浆成因锆石的Th/U＞0.1 [39]），此外，锆石的普通Pb含量较低，U-Pb同位素组成在误差范围内谐和，206Pb/238U加权平均年龄为259.3±0.8Ma（MSWD=0.35，95%置信度），代表了辉绿岩的结晶年龄（图6A）。
（2）巴马辉绿岩：辉绿岩样品（YN11-1）的锆石颗粒较小，多数为短柱状，长50～150μm，柱状晶体长宽比为1:1～2:1，阴极发光（CL）图像中个别发育环带和比较小的核，颜相对较暗（图5），表明其U、Th等放射性元素含量较高。对12个锆石颗粒进行了U-Pb同位素分析（表3），Th/U比值在1.47~3.76之间，均显示了岩浆成因锆石特征（岩浆成因锆石的Th/U＞0.1[39]）。此外，U-Pb同位素组成在误差范围内谐和（图6B），206Pb/238U加权平均年龄为257.6±2.9Ma （MSWD=1.06，95%置信度），代表了辉绿岩的形成年龄。
图4玉凤和巴马辉绿岩、峨眉山高钛玄武岩及OIB的稀土元素球粒陨石标准化配分曲线图[37]及微量元
