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堪地慎
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1 第 34 卷第 2~3 期地 2015 年 3 月质通报 Vol.34,Nos.2~3 GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA Mar.,2015 桂西巴马地区极高 Ti/Y 值基性岩地球化学特征来自峨眉山地幔柱高 Ti 母岩浆黄文龙 1 刘希军 1 时毓 1 许继峰 1,2 廖帅 1 郭琳 1 吴伟男 1 李政林 1 梁琼丹 1 HUANG Wenlong1, LIU Xijun1, SHI Yu1, XU Jifeng1,2, LIAO Shuai1, GUO Lin1, WU Weinan1, LI Zhenglin1, LIANG Qiongdan1 1.广西隐伏金属矿产勘查重点实验室/桂林理工大学地球科学学院广西桂林同位素地球化学国家重点实验室/中国科学院广州地球化学研究所广东广州 Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Deposits Exploration/Guilin University of Technology, Guilin , Guangxi, China; 2. State Key Laboratory of Isotope Geochemistry/Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou , Guangdong, China 摘要桂西地区位于扬子地块西南缘越北地块以北桂西巴马等地出露层状似层状基性岩辉绿岩和玄武岩该地区的基性岩成因对于理解该区构造岩浆作用具有十分重要的意义对桂西巴马基性岩进行了岩石学和地球化学研究对其岩石成因和岩浆源区特征进行了讨论研究表明桂西巴马基性岩属于碱性玄武质岩相对富集轻稀土元素和 Nb Ti 等微量元素与峨眉山大火成岩省高 Ti 玄武岩相似说明其与峨眉山地幔柱具有相关性然而对比峨眉山高 Ti 玄武岩巴马基性岩表现出更高的 Ti/Y 值不相容元素比值特征表明桂西巴马基性岩岩浆演化呈现更高的 Nb/Y 值等演化趋势结合 Dy/Dy 与 Dy/Yb Ti/Y 的协变关系对桂西基性岩与峨眉山玄武岩岩浆源区中稀土元素的分异特征进行判别揭示出桂西巴马基性岩和峨眉山高 Ti 玄武岩具有同源性然而巴马基性岩地幔熔融程度更低可能是峨眉山大火成岩省外带的地幔柱岩浆作用延伸的结果代表了峨眉山地幔柱高 Ti 玄武岩母岩浆的特征关键词桂西巴马高 Ti/Y 值基性岩峨眉山地幔柱地球化学中图分类号 P 文献标志码 A 文章编号 / Huang W L, Liu X J, Shi Y, Xu J F, Liao S, Guo L, Wu W N, Li Z L, Liang Q D. Geochemistry of extreme high Ti/Y mafic rocks from western Guangxi: Implications for the primitive magma of high Ti basalt of Emeishan mantle plume? Geological Bulletin of China, 2015, 34(2/3): Abstract: Bama area in western Guangxi is located on the southwestern margin of the South China Block and the northern side of North Vietnam Block. Late Permian mafic rocks are well cropped out around Bama County. Deciphering the petrogenesis of Bama mafic rocks is crucial to the understanding of the tectonic-magmatic evolution of western Guangxi. This paper presents geochemical data major and trace elements data of Bama mafic rocks and discusses the petrogenesis and mantle sources of Bama mafic rocks. Studies indicate that the Bama mafic rocks mainly belong to alkaline basalt. These rocks are relatively enriched in LREE and Nb, Ti, 收稿日期修订日期资助项目国家自然科学基金项目批准号广西自然科学基金项目编号 2014GXNSFBA GXNSFCA 广西八桂学者项目 2013 广西隐伏金属矿产勘查重点实验室系统性研究课题编号 13-A 和桂林理工大学博士启动基金作者简介黄文龙男在读硕士生从事岩石地球化学研究 @qq.com 通讯作者刘希军男博士副教授从事岩石地球化学研究 xijunliu@gmail.com

2 第 34 卷第 2~3 期黄文龙等 : 桂西巴马地区极高 Ti/Y 值基性岩地球化学特征 475 and have similar trace element characteristics to the high Ti basalts from the Emeishan mantle plume, suggesting that they shared a common mantle source. However, the Bama mafic rocks show relatively higher Ti/Y ratios than the Emeishan high Ti basalts. The incompatible trace elements ratios covariance diagram that can trace the mantle source reveals that the Bama mafic rocks have an ex tremely high Nb/Y evolution trend. According to Dy/Dy versus Dy/Yb and Ti/Y covariance diagrams, the authors hold that the Bama high Ti/Y mafic rocks experienced a lower degree mantle partial melting than the Emeishan high Ti basalts, although they like ly shared the same mantle plume source. Thus, the Bama mafic rocks are magmatic products in the outer zone of the Emeishan Large Igneous Province and probably represent the primitive magmas of Emeishan high Ti basalts. Key words: western Guangxi; extremely high Ti/Y mafic rocks; Emeishan mantle plume; geochemistry 峨眉山大火成岩省 (Emeishan Large Igneous Province, ELIP) 的分布范围岩石类型原始岩浆等关键科学问题一直是地幔柱研究的热点 [1-2] 传统意义上的峨眉山玄武岩主要分布于扬子克拉通西 [1,3-5] 缘, 云南四川贵州三省境内前人根据峨眉山玄武岩的岩石组合岩石地球化学岩浆活动时限源区等方面的特征将 ELIP 划分为内带中带和外带近年来, 众多研究表明, 位于扬子地块西南缘, 介于华南印支和思茅地块三者交界的桂西地区分布的基性岩与峨眉山地幔柱有关, 这些基性岩呈层状或似层状小岩体产出, 地球化学和同位素年代学研究揭示, 桂西地区基性侵入岩与峨眉山玄武 [6-12] 岩有高度的时空重叠性同时, 在大地构造位置上, 桂西地区位于特提斯洋构造域的东端与太平洋 [13] 构造域交会的部位, 是全球 2 个地幔对流环 ( 太平洋 [14] [15-16] 与非洲地幔对流环 ) 汇聚中心, 区内基性岩浆活动频繁成矿条件有利, 发育与基性岩岩体有关的金矿床 ( 点 ), 如世加龙川八渡菜家湾者隘等 10 处该类矿床产于基性岩岩体内及岩体与地层 [17] 的内外接触带中, 因此, 研究桂西地区基性岩对于理解峨眉山 ELIP 时空分布范围岩石类型及金矿成矿背景具有十分重要的意义前人对桂西地区基性岩进行了大量研究早期广西壮族自治区地质矿产局和云南地质矿产局 [17-18] 认为, 这些侵入于晚中生代地层的层状基性岩 ( 包括辉长岩辉绿岩及橄榄辉绿岩 ) 是海西运动的产物, 与晚古生代岩浆作用有关近年来, 许多学者从地层学岩相古地理学古生物学岩石学地球化学构造地质学古地磁学等方面做进一步研究, 对该区的大地构造背景及基性岩成因提出如下几种观点 1 桂西基性岩的形成与特提斯洋演化有关, 是特提斯东延的产物, 如该区基性岩是赋存于深水硅质岩碳酸盐岩凝灰岩等沉积岩中的顺层玄武岩质熔岩, 形成于大洋板内环境, 是特提 [19-20] 斯东延的产物 ; 桂西地区在晚古生代存在古特 [6,10,19, 21-26] 提斯分支, 是古特提斯多岛洋系统的一部分 ; 桂西地区在晚古生代属于大陆边缘裂谷, 处于洋盆 [27] 或弧后弧间洋盆等大地构造环境 ;2 热点或地幔柱促使古特提斯演化, 故基性岩的地球化学特征类似于洋岛玄武岩 (OIB) [28-30], 推测其成因可能与地幔柱岩浆活动有关 ;3 桂西基性岩与峨眉山地幔柱有关, 因为桂西地区在地理位置上正好位于峨眉山大火成岩省的东南端 ( 图 1-a), 在桂西邻区 ( 越南北部 Song Da 地区 ) 发现了与峨眉山玄武岩同时代且地球化学性质相似的苦橄岩玄武岩和基性超基性 [5,31-32] 岩 ; 而在滇东富宁地区, 桂西巴马隆林西林阳圩玉凤等地区报道的基性岩年龄 (257~ [8-9,11-12] 259Ma) 与峨眉山玄武岩一致关于桂西地区 [9] 基性岩地球化学方面的研究,Fan 等对玉凤阳圩民安等地分布的玄武岩研究发现, 该区基性岩和峨眉山高 Ti 玄武岩具有相似的地球化学特征, 可能是含石榴子石地幔源区低度部分熔融的产物结合地球化学特征及玄武岩的时空关系, 认为桂西玄武 [7,9] 岩为峨眉山大火成岩省的外带组成部分如上所述, 目前对桂西地区基性岩的成因及大陆动力学背景仍然存在争议, 主要集中在基性岩是 [11] 与峨眉山地幔柱有关, 还是与特提斯有关 Lai 等通过对比分布于广西和贵州的玄武岩地球化学特征, 发现它们之间存在区别, 前者是地幔柱岩浆上升导致大陆岩石圈地幔高度部分熔融形成的产物, 受地壳混染程度低 ; 后者则代表地幔柱岩浆上升引起的大陆岩石圈熔融, 受地壳混染程度高这一研究涉及一个问题, 桂西地区基性岩如果与峨眉山大火成岩省玄武岩在地球化学特征方面存在差别, 是什么原因造成的? 针对此问题, 为了更好地理解该区基性岩的成因和大地构造背景, 本文对桂西巴马基性岩进行了详细的岩石学和地球化学研究, 通过与峨眉山玄武岩地球化学特征的对比, 初步讨论了桂

3 476 地质通报 GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA 2015 年图 1 峨眉山大火成岩省内中外带简略分布图 (a) [1,30-31] 和巴马基性岩分布图 (b, 底图据参考文献 [4]) Fig. 1 Schematic map showing the inner, intermediate and outer zones of the Emeishan LIP(a)and geological map of western Guangxi showing the location of the Permian basalts described in this paper(b) 西巴马基性岩的成因及其与峨眉山大火成岩省的关系 1 地质背景巴马地区位于广西百色田林海盆, 是南盘江盆地的一部分, 南盘江盆地位于古特提斯洋和古太平洋的交汇处, 涉及扬子地块华夏地块云开地块 [6] 越北地块等构造单元桂西北田林西林一带为大面积下中三叠统深水浊积岩覆盖, 田林县城西约 40km 的八渡地区, 出露一个上古生界构成的轴向近东西的背斜背斜轴部为下泥盆统郁江组粉砂质和泥质沉积, 富含腕足类和珊瑚化石, 上部夹有三层基性岩 ( 主要为玄武岩和辉绿岩 ) 在第三层玄武岩之上, 转为深水相的下中泥盆统平恩组, 往上直到中三叠统, 为连续深海沉积其中, 石炭系和二叠系中下部以玄武岩为主, 夹少量泥岩和硅质岩上二叠统以暗色凝灰质细碎屑岩为主, 夹硅 [33] 质岩以此为代表的一个长期稳定的深海盆地, [6] 吴浩若称之为田林海盆从桂西地区基性岩的时空分布看, 晚泥盆世玄武岩分布于广西百色田林龙州靖西和那坡地区 ; 早石炭世玄武岩分布在靖西崇左那坡和百色一带 ; 早二叠世玄武岩分布于广西隆林百色那 [17,20,34-36] 坡宁明和田东因此, 该区基性岩浆的分布规律为 : 从晚泥盆世到晚二叠世, 基性岩浆活动规模和强度逐渐增加, 基性岩分布中心从广西南宁 [30] 百色之间逐渐向北西方向迁移值得注意的是, 晚二叠世峨眉山大火成岩省的喷发规模和范围也 [37] 有明显增加桂西巴马分布的基性岩主要是辉绿岩与玄武岩, 同时巴马金矿产于基性岩内外接触带上近年来, 部分学者对桂西巴马一带分布的基性岩进行了 [38] 同位年代学研究, 范蔚茗等对阳圩玉凤和民安玄武岩给出了 253.6±0.4Ma 255±0.4Ma 和 256±0.8Ma 40 的 Ar/ 39 Ar 坪年龄, 玄武岩的锆石 U-Pb 年龄为 [9] 253.7±6.1Ma;Fan 等给出阳圩和民安玄武岩的锆石 U-Pb 年龄为 259.6±5.9Ma 和 259.1±4.0Ma; 张晓 [12] 静等对巴马和玉凤辉绿岩的锆石 U-Pb 定年结果分别为 255.3±3.9Ma 和 257.6±2.9Ma 因此, 桂西基性岩形成时代介于 253~259Ma 之间考虑到桂西地区恰好位于峨眉山玄武岩省的东南端, 且桂西巴马一带的基性岩形成时代与峨眉山玄武岩具有高度的时空重合性, 桂西地区可能为峨眉山大火成岩 [39-40] 省的外带 2 岩相学特征桂西地区巴马一带零星分布的基性小岩体多呈北西向展布于北西向断裂两侧, 在地质图上呈环状分布, 产出地层从上寒武统到三叠系均有, 一般沿断层或顺层出露于含放射虫硅质岩或碳酸盐岩

4 第 34 卷第 2~3 期黄文龙等 : 桂西巴马地区极高 Ti/Y 值基性岩地球化学特征 477 中, 与围岩界线较清晰因为这些基性小岩体的产 [17] 出形态和岩性表现出很多的共性, 广西地质矿产局认为, 其同属于一套华力西期的层状似层状侵入围岩的辉绿辉长辉绿岩体 ( 脉 ), 区域地质资料未报道 [19] [41] 有明显的堆晶现象王忠诚等和吴浩若等认为, 桂西广泛分布的辉绿岩与晚古生代深水沉积建造的玄武岩共生, 都属于大洋板内玄武岩, 而不是以往认为的大陆裂谷型玄武岩笔者所在课题组对巴马县城附近的基性岩进行了详细的野外调查, 并在那腾玉凤等地进行了系统采样 ( 图 1-b) 这套基性岩主要由球状玄武岩和层状似层状的辉绿岩组成球状玄武岩为中厚层状, 单个球体大小不一,5~50cm 不等, 球体表面发育硅质包壳, 抗风化能力较强, 内部较新鲜, 大部分为隐晶质 ( 图版 Ⅰ-a c) 层状似层状的辉绿岩节理较发育, 由于植被茂盛, 雨水充沛潮湿, 故普遍存在不同程度风化, 岩石呈块状构造 ( 图版 Ⅰ-b d) 利用光学显微镜对巴马基性岩进行镜下观察, 主要岩石类型有辉绿岩 ( 图版 Ⅰ-e) 辉长辉绿岩 ( 图版 Ⅰ-f g) 玄武岩 ( 图版 Ⅰ-h) 等, 以辉绿岩辉长辉绿岩为主体, 呈灰黑色或黑绿色, 致密块状构造, 以辉绿结构 ( 图版 Ⅰ-e) 和辉绿辉长结构为主, 主要由单斜辉石和基性斜长石组成, 基本不含橄榄石单斜辉石呈他形粒状或短柱状, 含量少于斜长石, 具嵌晶含长结构 ( 图版 Ⅰ-f) 基性斜长石一般呈针状或长柱状少部分结晶较好的岩体可见到辉长结构, 辉石颗粒更大, 自形程度更高 3 分析方法本次选取了 8 件具代表性的新鲜岩石样品, 经人工碎成小粒 ( 粒径约 5mm) 后, 用 Milli-Q 水在超声波仪中清洗, 再用 1.0mol/L 的盐酸浸泡 2h, 最后再次用 Milli-Q 水清洗并烘干后, 无污染粉碎至 200 目以上的粉末用于化学分析主量元素分析在桂林理工大学广西隐伏金属矿产勘查重点实验室进行, 采用碱熔法制成玻璃饼, 用日本株式会社理学 ZSX PrimusⅡX 射线荧光光谱 (XRF) 测定主量元素分析首先测定烧失量, 准确称取 1~1.5g 样品于酒精清洗干净的干燥陶瓷坩埚中, 分别记录坩埚重样品重和坩埚 + 样品重量将盛有样品的坩埚置于马弗炉中 800 灼烧 90min 在坩埚未完全冷却前将其放入干燥器中冷却至常温 2h, 称坩埚 + 样品重在假设坩埚质量不变的前提下计算烧失量 (LOI), 然后利用经焙烧后的待测样品, 用万分位天秤准确称取 0.5g 左右样品和 8 倍样重 ( 约 4g) 的 Li 2B 2O 7, 混匀后在铂坩埚中以 1200 加热熔为玻璃, 然后上机测定样品的含量由 36 种涵盖硅酸盐样品范围的参考标准物质双变量拟合的工作曲线确定, 参考标准物质选择为国家一级岩石成分分析标准物质 GBW 五个 GBW 五个 GBW07120-GBW07125 五个, 土壤成分分析标准物质 GBW07405 一个, 美标 GSP-2 AGV-2 BHVO-2 BCR-2 W-2A 五个主量元素数据的分析精度优于 2%~5% 微量元素在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室完成, 采用酸溶法在高分辨率电感耦合等离子体质谱仪 (Finnigan Element II HR-ICP-MS) 上测定, 详细步骤见参考文献 [42], 分析精度一般优于 5% 4 地球化学特征 4.1 主量元素本文选取桂西巴马 8 个新鲜的玄武岩和辉绿岩样品进行主量微量元素测试分析, 数据见表 1 桂西巴马基性岩具有较为一致的全岩成分, 总体上, SiO 2 低 (46.76%~49.86%, 平均含量为 47.63%), 较接近洋中脊玄武岩的 SiO 2 平均值 (47.6%~50.45%) [43] ; TiO 2 高 (2.77%~3.37%, 平均含量 3.06%), 高于大洋中脊玄武岩 (MORB) 的 TiO 2 含量 (1.43%~1.62%) [43], 与典型的 OIB 含量相近 (2.63%~3.29%) [44],MgO 高 (5.34%~6.87%, 平均含量为 6.11%), 接近于 MORB 的 MgO 平均值 (7.58%) [43],Mg # 指数为 42.48~46.96; TFe 2O 3 低 (14.35%~15.21%, 平均含量为 14.73%) [1] 另外, 对比峨眉山玄武岩, 根据 Xu 等的峨眉山玄武岩高 Ti(TiO 2 >2.8%,Ti/Y>500) 和低 Ti (TiO 2< 2.8%,Ti/Y<500) 系列分类, 桂西巴马基性岩 TiO 2 2.8%,Ti/Y 值为 987~1250, 属于峨眉山高 Ti 玄武岩系列, 相比峨眉山高 Ti 玄武岩具有更高的 Ti/Y 值在 SiO 2-(Na 2O+K 2O)(TAS) [45] 岩石分类 [46] 图解 ( 图 2-a) 和抗蚀变元素 Nb/Y-Zr/TiO 2 岩石分类图解 ( 图 2-b) 上, 桂西巴马样品属于碱性玄武岩在 Mg # 与其他主量微量元素的协变关系图中 ( 图 3) 呈现出很好的相关性, 随着 Mg # 指数的减少, SiO 2 TFe 2O 3 TiO 2 质量分数增加, 而 Al 2O 3 Cr Ni

5 478 地质通报 2015 年 GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA 图版Ⅰ PlateⅠ a.球状玄武岩 b.似层状辉绿岩 c.球状玄武岩手标本 d.辉绿岩手标本 e.辉绿岩镜下照片 f g.辉长辉绿岩镜下照片 h.玄武岩镜下照片

6 第 34 卷第 2~3 期黄文龙等 : 桂西巴马地区极高 Ti/Y 值基性岩地球化学特征 479 样品编号岩性 SiO2 TiO2 Al2O3 TFe2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 LOI Total Mg # Li Be Sc V Cr Co Ni Cu Ga Rb Sr Y Zr Nb Cs Ba La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta Pb Th U Ti/Y BM 辉绿岩 BM 辉绿岩 BM 辉绿岩 BM 辉绿岩 BM 辉长辉绿岩 BM 辉长辉绿岩 BM 辉长辉绿岩 BM 辉长辉绿岩表 1 桂西巴马基性岩的主量微量和稀土元素数据 Table 1 Major, trace, and rare earth element compositions of Bama mafic rocks 注 : 主量元素含量单位为 %, 微量和稀土元素含量单位为 10-6

7 480 地质通报 GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA 2015 年图 2 巴马基性岩 SiO2- Na2O+K2O a 据参考文献[43] 和 Nb/Y-Zr/TiO b 据参考文献[45] 图解 Fig. 2 SiO2- Na2O+K2O a and Nb/Y-Zr/TiO (b) diagrams of Bama mafic rocks 减少其演化趋势与峨眉山玄武岩[1]相似总之桂西巴马基性岩主要为碱性玄武岩具 Nb/Yb 和 TiO2/Yb 能够很好地示踪地幔源区的特征因为这些元素比值不受地幔部分熔融或者有低 SiO2 高 MgO 和 TiO2 的特征具有现代板内岩结晶分异作用影响在 Nb/Yb-TiO2/Yb 相关图浆作用形成的 OIB 特征类似于峨眉山高 Ti 玄武岩具有极高的 Ti/Y 值等地球化学特征图 5-a 上巴马地区基性岩样品落入 OIB 地幔源 [47] 4.2 微量元素巴马基性岩的微量元素变化范围小其特征比较一致在稀土元素 REE 球粒陨石标准化分布图图 4-a 上表现为富集轻稀土元素 LREE 而亏损重稀土元素 HREE 具明显的 Eu 正异常 δeu=1.85~1.97 可能与斜长石堆晶作用有关在不相容元素原始地幔标准化图图 4-b 上表现为较高的 Ba Sr 异常可能为受到地壳混染所致且富集大离子亲石元素如 Rb Th U 和高场强元素如 Nb Ta Zr Hf Ti 总体表现出介于 OIB 和 E-MORB 之间的特征 5 讨论 5.1 岩石成因和岩浆源区特征岩浆作用过程中具有相同相容性的元素在岩浆部分熔融和结晶分异过程中比值保持不变这些微量元素比值具有类似同位素的示踪作用可以有效辨别其岩浆源区的特征[48] 本文应用 Nb/YbTiO2/Yb[49-51]和 Zr/Y-Nb/Y[51]元素比值相关图对桂西巴马基性岩与峨眉山玄武岩的岩浆源区特征进行详细的对比图 5 区对比峨眉山玄武岩后者表现出由 E-MORB 向 OIB 地幔端元演化的趋势结合前人发表的桂西基性岩数据[9,11-12]发现桂西基性岩岩浆演化趋势与峨眉山玄武岩部分重叠揭示了桂西基性岩可能具有和峨眉山玄武岩相似的地幔源区特征和岩浆演化趋势 Zr/Y-Nb/Y 相关图图 5-b 最初用来解释冰岛玄武岩成因[51] 该相关图可以很好地限定与地幔柱有关的岩浆源区因为 Zr 和 Nb 为强不相容元素在地幔部分熔融过程中具有相似的性质 Y 相对于 Zr 和 Nb 为中等不相容元素因此在同一橄榄岩源区发生不同程度部分熔融形成的熔体具有平行于冰岛玄武岩的演化趋势 [51] 而不同的地幔源区成分变化或者地幔熔融程度不同将表现为不同的 Nb/Zr 值演化趋势在 Zr/Y-Nb/Y 相关图图 5-b 上巴马基性岩桂西其他地区的基性岩和峨眉山玄武岩演化趋势呈现如下特点 1 均投入冰岛玄武岩演化序列说明它们均来自地幔柱源区 2 峨眉山高 Ti 玄武岩与前人发表的桂西地区基性岩具有相同的 Nb/Zr 值演化趋势说明桂西地区高 Ti 基性岩与峨眉山高 Ti 玄武岩可能是同一源区发生不同程度部分熔融的产物属于峨眉山大火

8 第 34 卷第 2~3 期黄文龙等 : 桂西巴马地区极高 Ti/Y 值基性岩地球化学特征 481 图 3 巴马基性岩 Mg # 指数与其他元素协变相关图 ( 峨眉山玄武岩数据据参考文献 [1]) Fig. 3 Variations of Mg # versus other elements for the Bama mafic rocks 成岩省的一部分 [9, 11] (3) 峨眉山高 Ti 玄武岩与低 Ti 玄武岩具有完全不同的 Nb/Zr 演化趋势, 说明峨眉山低 Ti 玄武岩是位于地幔柱头在尖晶石稳定区高度部分熔融的产物, 而高 Ti 玄武岩则位于地幔柱边缘在石榴子石稳 [1-2, 52-53] 定区低度部分熔融的产物

9 482 地质通报 GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA 2015 年图 4 巴马基性岩 REE 球类陨石标准化和不相容元素原始地幔标准化图球粒陨石原始地幔 E-MORB 和 OIB 值据参考文献[47] 峨眉山高 Ti 玄武岩数据据参考文献[1-2] Fig. 4 Chondrite-normalized REE patterns of Bama mafic rocks and primitive mantle-normalized trace element patterns of Bama mafic rocks 4 与峨眉山高Ti玄武岩和前人发表的桂西基性岩数据对比巴马基性岩也具有高Ti特征但是呈现出不同于峨眉山高 Ti 玄武岩的 Nb/Zr 演化趋势前者 Nb/Y>1.3 而后者 Nb/Y<1.3 这一特点与巴马基性岩极高的 Ti/Y 值一致揭示了巴马基性岩可能源于与峨眉山玄武岩相似的源区但部分熔融程度更低综合这些特征可知巴马基性岩具有与峨眉山高 Ti 玄武岩相似的地幔柱源区然而其岩浆演化呈桂西地区其他高 Ti 基性岩相近说明巴马基性岩高 Ti/Y 值主要是由于基性岩 Y 含量相对较低造成的 Xu 等[1]通过对峨眉山玄武岩的元素和同位素地球化学研究表明峨眉山玄武岩 Mg# 岩浆分异指数 Sm/Yb 重稀土元素分异指数即岩浆起源深度和εNd 岩浆源区特征或岩石圈混染程度均与 TiO2 含量呈良好的相关关系因而峨眉山高 Ti 和低 Ti 玄武岩不可能是同一原始岩浆结晶分异作用的现更高的 Nb/Y Ti/Y 等极端演化趋势 5.2 巴马基性岩极高 Ti/Y 值的成因和意义对比峨眉山高 Ti 玄武岩和桂西地区其他高 Ti 产物而是来自不同的源区且具有不同的熔融机制 [1,39] 由于钛铁氧化物的分离结晶均发生在岩基性岩图 6 巴马基性岩具有更高的 Ti/Y 值然而 TiO2 含量 2.77%~3.37% 和峨眉山高 Ti 玄武岩及钛氧化物的分离结晶本次研究的桂西地区巴马基性岩 MgO>5.47% 因此可以排除巴马基性岩高 Ti/ 浆演化的晚期一般当 MgO 为 4%左右时才发生铁图 5 巴马基性岩 Nb/Yb-TiO2/Yb 图解 a [48]和 Zr/Y-Nb/Y 图解 b [50] 峨眉山玄武岩数据据参考文献[1-2] 桂西地区玄武岩数据据参考文献[6,8-9] Fig. 5 Nb/Yb versus TiO2/Yb plot a and Zr/Y versus Nb/Y plot of Bama mafic rocks

10 第 34 卷第 2~3 期黄文龙等 : 桂西巴马地区极高 Ti/Y 值基性岩地球化学特征 483 图 6 巴马基性岩 TiO 2-Ti/Y 图解 Fig. 6 TiO 2 versus Ti/Y diagram of Bama mafic rocks Y 值受钛铁矿物分离结晶作用的影响, 其 Ti/Y 值能 [39] 反映岩浆源区的特征众多研究表明, 峨眉山低 Ti 玄武岩可能形成于岩石圈最薄的地幔柱轴部, 其熔融过程发生于尖晶石稳定区, 而高 Ti 玄武岩母岩浆是地幔热柱在较大深度的石榴子石稳定区经过低度部分熔融 [1-2,52-53] 形成的, 因此其熔体受石榴子石影响大实验岩石学研究也表明,Ti 在石榴子石中为高度不相容元素 (D Ti 熔体 / 石榴子石 =0.29 [54] ), 而 Y 在石榴子石中为强相容元素 (D Y 熔体 / 石榴子石 =4.2~7.1 [55] ), 石榴子石对熔体中 Ti 的影响小而对 Y 的影响很大, 因此桂西巴马基性岩的高 Ti/Y 值对比峨眉山高 Ti 玄武岩 Ti/Y 值相对低, 可能反映了其地幔源区在石榴子石稳定区熔融深度不同, 巴马基性岩可能代表了峨眉山高 Ti 玄武岩地幔熔融程度最低的初始母岩浆如上所述, 如果巴马基性岩与峨眉山高 Ti 玄武岩的源区熔融深度不同, 将导致熔体受石榴子石的影响程度也不同, 最终将影响熔体中 Y 的含量, 而 Ti 的含量不变这一特征同样可以反映在稀土元素 (REE) 的分异特征和地幔熔融程度上, 为此笔者通过分析岩浆的稀土元素 (REE) 分异特征来判别石榴子石对其源区的影响程度大小用传统方法对比轻 / 重稀土元素 (LREE/HREE) 分异程度, 主要依据 La/Yb 值大小, 这一参数主要反映 LREE 和 HREE 的相对富集程度, 然而利用 La/Yb 值进行大量数据对比往往无法有效鉴别其地幔熔融程度和矿物残余相对微量元素的影响, 故本文采用 Davi [56] sion 等提出的运用 REE 配分曲线的曲率 Dy/Dy 判别地幔源区受矿物 ( 如石榴子石角闪石等 ) 残余相的影响 Dy/Dy [56] 计算参考 Davision 等的计算方法其中 Dy/Dy >1 说明中稀土元素 (MREE)Dy 位于 LREE 和 HREE 的 La-Yb 连线的上方,MREE 相对于 HREE 富集, 整个 REE 配分曲线开口向下并向上凸起 ;Dy/Dy <1 则说明 Dy 位于 La-Yb 连线的下方,MREE 相对于 HREE 亏损,REE 配分曲线开口向上并向下凹 ( 图 7-a) 相比 La/Yb 值,Dy/Yb 值也能更好地区分地幔熔融过程中 REE 受矿物相的控制, 例如地幔熔融过程中石榴子石和角闪石作为矿物相残余均会导致 La/Yb 值增大, 但是石榴子石残余会增加 Dy/Yb 值而角闪石残余则会减小 Dy/Yb 值因此, 结合 Dy/Dy 与 Dy/Yb Ti/Y 的协变关系对桂西基性岩与峨眉山玄武岩进行判别在 Dy/ Dy -Dy/Yb 相关图 ( 图 8-a) 上, 整个桂西基性岩与峨眉山高 Ti 玄武岩具有相似的岩浆演化趋势, 均是石榴子石稳定区地幔柱源区熔融的产物, 这一特征完全区别于峨眉山低 Ti 玄武岩, 后者代表了浅部地幔高度熔融的产物, 可能还同时受到了角闪石的影响另外, 特别值得注意的是, 巴马基性岩虽然呈现出与峨眉山高 Ti 玄武岩同成因演化趋势, 但是其地幔熔融程度更低这一特征同时反映在 Dy/Dy -Ti/Y 相关图 ( 图 7-b) 上, 从巴马高 Ti/Y 值基性岩到峨眉山高 Ti 玄武岩和低 Ti 玄武岩, 其地幔熔融程度逐渐变低这些地球化学特征均暗示了桂西巴马基性岩和峨眉山高 Ti 玄武岩同成因, 但是其地幔熔融程度最低, 且具极高的 Ti/Y 值, 因此笔者认为巴马极高 Ti/Y 值基性岩可能代表了峨眉山地幔柱高 Ti 岩浆最初始的低度熔融的母岩浆 [1] Xu 等认为, 峨眉山低 Ti 玄武岩主要分布于峨眉山大火成岩省的内带, 而高 Ti 玄武岩则主要位于外带, 根据低 Ti 和高 Ti 玄武岩的不同熔融条件, 推测低 Ti 玄武岩是地幔柱核部地幔柱头的产物, 其地幔柱头开始熔融的深度大, 地幔柱轴部上覆岩石圈厚度小, 热柱减压熔融作用可以一直持续到很浅部的尖晶石稳定区, 因此部分熔融程度高 ; 而高 Ti 玄武岩则是地幔柱边缘外带的熔融产物, 由于远离地幔柱轴部, 其上覆岩石圈厚度大, 地幔减压熔融局

11 484 地质通报 GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA 2015 年图 7 巴马基性岩 Dy/Yb-Dy/Dy 图解[55]和 Ti/Y- Dy/Dy 图解 b Fig. 7 Dy/Yb versus Dy/Dy a and Ti/Y versus Dy/Dy b 限于较深部的石榴子石稳定区部分熔融程度低从而形成了分异程度较高的 REE 分配模式前人对桂西地区基性岩同位素年代学研究表明其形成时代介于 253~259Ma 之间 [9,11-12, 38] 其地球化学特征可对比于峨眉山高 Ti 玄武岩桂西地区在地理位置上恰好位于峨眉山玄武岩省的东南端因此桂西巴马一带基性岩可能为峨眉山大火成岩省外带地幔柱岩浆作用的延伸结合前人对桂西地区基性岩的地球化学研究桂西基性岩总体具有类似于峨眉山玄武高 Ti 的特征然而巴马基性岩表现出的极高 Ti/Y 值特征可能代表了峨眉山大火成岩省外带高 Ti 玄武岩中岩浆地幔熔融程度最低的一期岩浆活动其基性岩极高的 Ti/Y 值特征反映了峨眉山高 Ti 玄武岩的母岩浆特征 6 结论桂西巴马基性岩属于碱性玄武质岩系列岩石地球化学特征与峨眉山高 Ti 玄武岩相似同时巴马基性岩呈现出相对于峨眉山高 Ti 玄武岩更高的 Ti/Y 值不相容元素比值特征表明桂西巴马基性岩具有与峨眉山高 Ti 玄武岩相似的地幔源区然而其岩浆演化呈现出更高的 Nb/Y 值等演化趋势结合 Dy/Dy 与 Dy/Yb Ti/Y 的协变关系对桂西基性岩与峨眉山玄武岩岩浆源区中 REE 的分异特征进行判别揭示了桂西巴马基性岩和峨眉山高 Ti 玄武岩具有同源性然而巴马基性岩地幔熔融程度相对更低可能为峨眉山大火成岩省的外带地幔柱岩浆作用延伸的结果代表了峨眉山地幔柱高 Ti 玄武岩母岩浆的特征致谢感谢中国地质大学北京朱弟成教授和中国地质调查局成都地质调查中心王保弟研究员对本文提出宝贵的修改意见参考文献 [1]Xu Y, Chung S L, Jahn B, et al. Petrologic and geochemical con straints on the petrogenesis of Permian-Triassic Emeishan flood ba salts in southwestern China[J]. Lithos, 2001, 58(3): [2]Xiao L, Xu Y G, Mei H J, et al. Distinct mantle sources of low-ti and high-ti basalts from the western Emeishan large igneous prov ince, SW China: implications for plume- lithosphere interaction[j]. Earth and Planetary Science Letters, 2004, 228(3/4): [3]He B, Xu Y, Chung S, et al. Sedimentary evidence for a rapid, kilo meter- scale crustal doming prior to the eruption of the Emeishan flood basalts[j]. Earth and Planetary Science Letters, 2003, 213(3): [4]Xu Y G, He B, Huang X L, et al. Testing plume hypothesis in the Emeishan large igneous province[j]. Episodes, 2007, 30: [5]Wang C Y, Zhou M, Qi L. Permian flood basalts and mafic intru sions in the Jinping (SW China)- Song Da (northern Vietnam) dis trict: Mantle sources, crustal contamination and sulfide segregation [J]. Chemical Geology, 2007, 243(3/4):

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, 3.1 PM303, 10(2)( 5, 5 ), 1 w (SiO 2 ) 68% ~89%, 2( 1, 1) (Al 2O 3,Fe 2O 3,MnO) (MgO,K 2O, Na 2O),w(TiO 2 ) w (SiO 2 ) ;,w (TiO 2 ) 0.31% 36 3 2017 5 GeologicalScienceandTechnologyInformation Vol.36 No.3 May 2017 doi:10.19509/j.cnki.dzkq.2017.0302,,,. [J].,2017,36(3): 7-17. 1, 1, 1, 2, 1 3 (1., 264004;2. ( ), 430074; 3., 710000) :, (Al 2O