Petrogenesis of diabase from Jiangshiqiao in Taojiang City, Hu'nan Province:Constrains from geochemistry, geochronology and Sr-Nd-Pb isotopes
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摘要:
对湖南桃江地区江石桥辉绿岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年，获得的岩浆侵位年龄为229±2.3Ma（n=8，MSWD=1.8，2σ）。其低钾（K2O/Na2O=0.14~0.16），贫碱（K2O+Na2O=2.89%~2.96%），富集大离子亲石元素（Rb、Ba、Th、U），亏损高场强元素（Nb、Ta、Ti），呈轻稀土元素弱富集，无Eu、Ce异常，富集放射性成因Pb，低（87Sr/86Sr）i（0.706052~0.706437），较低正ε Nd（t）（1.54~1.86）的特征，表明岩石来源于下地壳物质和亏损地幔的混合源区。综合前人的研究结果认为，在印支运动造山后的伸展背景下，软流圈上涌导致区域下地壳及部分地幔物质发生熔融，形成辉绿岩岩浆并向上侵位而成。
Abstract:Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating for diabase from Jiangshiqiao in Taojiang City of Hu'nan Province yielded an emplace-ment age of 229±2.3Ma (n=8, MSWD=1.8, 2σ).The diabase is characterized by low values of potassium (K2O/Na2O=0.14~0.16), and alkali (K2O+Na2O=2.89%~2.96%), enrichment of large ion lithophile elements and LREE and depletion of high field strength el-ements, low (87Sr/86Sr)i ratios (0.70606~0.70644), low positive ε Nd(t) values (1.55~1.87) and enrichment of radioactive Pb, suggesting a mixed source of the depleted mantle (DM) and the lower crustal.In combination with previous studies, the authors hold that the di-abase was formed through partial melt of the mantle and lower crustal components by the upwelling asthenosphere during the Indo-sinian post-orogenic lithosphere extension in Hu'nan Province.
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Keywords:
- diabase /
- geochemistry /
- geochronology /
- Sr-Nd-Pb isotopes /
- petrogenesis /
- Taojiang
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扬子和华夏地块沿钦杭结合带（江山-绍兴断裂）于新元古代拼合形成华南板块[1-5]（图 1-a）。拼合之后的华南板块经历了多期且复杂的构造演化[8-15]。尽管对晚古生代—早中生代时期的印支运动发生机制还存在一定的分歧[10-18]，但华南对印支运动的响应却是不争的事实，主要表现为地层的不整合、岩石的变质变形、大规模的花岗质岩浆活动及少量出露的基性岩[6, 13-15, 19-20]②。目前许多学者对华南印支期花岗岩及成矿、印支期变质变形、晚古生代—早中生代地层中碎屑锆石等开展了大量的研究[10-17, 21-26]，为了解扬子和华夏地块拼合后的演化历史、华南板块与印支地块和华北板块在印支期的碰撞拼合过程提供了诸多证据。
湖南省印支运动表现强烈，由南东往北西，地层不整合面由高角度不整合逐渐变为低角度不整合到整合，岩浆活动也逐渐变弱，但止于鹤峰-来凤断裂[19-20]（图 1-b）。岩浆活动以花岗岩为主，由南东往北西，出露有诸广山、阳明山、塔山、苗儿山、五峰仙、汉背、关帝庙、瓦屋塘、白马山、歇马、沩山、大神山、桃江等岩体[6]，少量的基性-超基性岩以岩墙、岩脉或包体的形式出露，侵入于志留纪、三叠纪花岗岩和古生代、青白口纪地层中，分布在宁远保安圩、道县虎子岩、江永回龙圩、隆回老屋里、桃江瓦窑冲、醴陵枫林和东冲铺等地②。前人对上述花岗岩开展了大量的岩石学、地球化学和同位素年代学研究[14-16, 27-33]③，取得了丰硕的成果；但对出露较少的印支期基性-超基性岩的研究相对薄弱[34-39]，制约了对华南印支造山运动的认识。本次利用高精度的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年技术，对湖南桃江地区江石桥辉绿岩的形成年龄进行了精确厘定，并结合全岩主、微量元素及Sr-Nd-Pb同位素组成特征，进一步探讨了岩浆源区性质及其形成的构造背景。
1. 地质背景
桃江地区位于扬子板块东南缘江南造山带中部（图 1-a），出露地层以新元古代青白口系、下古生界及第四系为主（图 1-c）。其中，青白口系冷家溪群为一套岩屑杂砂岩、石英杂砂岩夹板岩、砂质粉砂岩；青白口系板溪群为一套条带状板岩、凝灰质板岩、石英砂岩夹凝灰质砂岩。南华系为一套含砾石英砂岩、含砾石英板岩、含炭质板岩夹含锰灰岩、冰碛泥砾岩。寒武系为一套底部由黑色页岩、板岩组成，顶部由纹层状灰岩组成的黑色岩系；上覆的奥陶系为一套含笔石的粉砂质板岩、炭质板岩、硅质板岩、硅质岩组合，二者整合接触；志留系缺失；泥盆系发育一套陆源碎屑岩，以高角度不整合覆盖于下伏的奥陶系之上，岩性以石英砾岩、砂质砾岩、砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩为主；石炭系整合覆盖于泥盆系之上，为一套碳酸盐沉积地层，岩性以灰岩、泥晶灰岩、亮晶灰岩、粉晶灰岩、生物碎屑灰岩为主，局部夹白云质灰岩、灰质白云岩；二叠系大部分缺失，仅零星出露少量灰岩、白云岩；研究区未见三叠系出露；白垩系为一套粒度较粗的砾岩、含砾砂岩为主的碎屑岩沉积；第四系底部为一套冲积物，顶部为一套洪积物。
岩浆活动以晋宁期和印支期为主（图 1-c），晋宁期岩浆活动为研究区东北角出露的科马提质玄武岩，时代为825Ma[40]，印支期岩浆活动为研究区北部的桃江岩体和南部的沩山岩体。桃江岩体岩性组合为石英闪长岩-花岗岩-二长花岗岩，时代为211~222Ma[27, 33]；沩山岩体岩性为黑云母二长花岗岩，时代为211~216Ma[28]。此外，还有一些酸性脉侵入于沩山岩体、青白口系冷家溪群及益阳附近的玄武岩中。构造以断裂为主，为一系列北东向、北西向和近东西向的断裂。
除益阳科马提质玄武岩外，研究区基性岩出露较少（图 1-c），主要为呈岩脉、岩株产出的辉绿岩、辉绿玢岩、角闪辉长岩。辉绿岩和辉绿玢岩见于研究区南部，以岩脉的形式侵入于三叠纪沩山花岗岩体和青白口系板溪群中；角闪辉石岩见于研究区北部，以小岩株的形式零星出露在志留纪桃江岩体中。该区基性岩年龄未见公开发表的文章报道。
2. 样品采集及测试
2.1 样品特征
本次研究的辉绿岩样品（编号JSQ04）采集于湖南省益阳市桃江县江石桥村，共采集1件辉绿岩样品用于锆石U-Pb定年，4件辉绿岩样品用于全岩主量、微量元素和Sr-Nd-Pb同位素分析。岩石整体新鲜，呈灰绿色，沿北北东向呈岩脉状产出（图 2-a、b），侵入于石炭系中。岩脉宽3~5m，出露地表部分约20m，多发育有裂理，沿裂理局部可见黄铁矿化。野外及镜下观察显示（图 2-c、d），岩石呈辉绿结构，块状构造，主要由斜长石（约55%）、辉石（约45%）及少量金红石、钛铁矿、磁铁矿、黄铁矿、锆石等组成。斜长石杂乱分布，形成三角状格架，架间充填不规则状的辉石，显示较典型的辉绿结构。斜长石呈较自形板条状，以0.1~0.15mm居多；辉石呈不规则粒状，以0.05~0.1mm者居多，少数发生绿泥石化（图 2-c）。
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图 2 桃江地区江石桥辉绿岩野外和显微照片Pl—斜长石；Px—辉石；Chl—绿泥石Figure 2. Photograph and photomicrographs of the diabase from Jiangshiqiao in the Taojiang area2.2 分析方法
锆石分选由河北省廊坊市诚信地质服务公司完成。锆石的制靶、透射光、反射光拍照及阴极发光（CL）照相在武汉上谱分析科技有限责任公司完成。锆石微量元素和U-Th-Pb同位素在中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室（以下简称GPMR）利用激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪（LA-ICP-MS）同时分析完成。激光剥蚀系统为GeoLas 2005，ICP-MS为Agilent 7500a。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度。每个分析点数据包括20~30s空白信号和50s样品信号。对分析数据的离线处理（包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算）采用软件ICPMSDataCal[41-42]完成。详细的仪器操作条件和数据处理方法同Liu等[41-43]。U-Pb年龄计算及谐和图绘制采用软件Isoplot/Ex_ver4.15[44]。
主量元素分析在武汉综合岩矿测试中心使用Regaku 3080E1光谱仪采用XRF法完成，测定过程中用国家标样监控，分析误差小于2%。微量元素分析在GPMR利用Agilent 7500a ICP-MS分析完成，分析误差小于5‰。详细的样品消解处理过程、分析精密度和准确度同Liu等[41]。
Sr、Nd、Pb同位素分析在武汉地质矿产研究所Triton和MAT261热电离质谱仪上完成。样品化学制备在超净化实验室进行，Rb、Sr、Sm、Nd含量根据同位素稀释法原理计算，Rb、Sr、Sm、Nd、Pb全流程空白分别为1×10-10g、2×10-10g、4.9×10-11g、1.2×10-10g和2.5 × 10-9g。在测试过程中，采用GBW04411、GBW04419和NBS607监控化学制备流程，NBS987、NBS981和JNDI监控仪器状态，标准测定值和推荐值在误差范围内一致。
3. 锆石U-Pb定年
样品JSQ04中的锆石颗粒绝大部分较自形，少数为碎块或有缺损，以长柱状或椭圆状为主，恢复形貌后长100~200μm，宽50~80μm，长宽比2:1~4:1。CL图像显示（图 3），大部分锆石具有较明显的岩浆韵律环带，环带多数较宽缓，与辉绿岩中结晶出的锆石较一致。对其中22颗锆石进行了22个点的测年（表 1；图 4），这些锆石均具有较宽的Th、U含量（Th=20×10-6~1160×10-6，U=44×10-6~ 3623×10-6）和较高的Th/U值（0.26~1.37）。上述22个分析点基本位于谐和线上及其附近（图 4-a），年龄较分散，最年轻且谐和的8个分析点给出了229.9±2.2Ma（MSWD=1.9）的交点年龄（图 4-b），与这8个分析点的206Pb/238U年龄加权平均值229.0± 2.3Ma（MSWD=1.8）（图 4-c）一致。其余14个分析点中，2个分析点的206Pb/238U年龄为641±5Ma和653±7Ma，6个分析点的206Pb/238U年龄范围为768~ 874Ma，6个分析点的207Pb/206Pb年龄分别为1082± 36Ma、1281±38Ma、1391±24Ma、1579±29Ma、1715± 30Ma和1974±33Ma。
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图 3 桃江地区江石桥辉绿岩中典型锆石阴极发光图像Figure 3. Representative cathodoluminescence (CL) images for zircons of the diabase from Jiangshiqiao in the Taojiang area表 1 桃江地区江石桥辉绿岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素分析结果Table 1. LA-ICP-MS U-Th-Pb isotope analyses of zircons from the diabase from Jiangshiqiao in the Taojiang area点号 Pb/ 10-6 Th/ 10-6 U/ 10-6 Th/ U 同位素比值 同位素年龄/Ma 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 1 178 707 2357 0.30 0.055 0.002 0.27 0.01 0.0356 0.0004 409 60 244 8 225 2 2 311 1164 3556 0.33 0.061 0.001 0.30 0.01 0.0359 0.0003 640 36 270 5 227 2 3 125 377 1238 0.30 0.072 0.002 0.36 0.01 0.0360 0.0003 974 46 310 7 228 2 4 175 728 2256 0.32 0.051 0.001 0.25 0.01 0.0360 0.0004 239 42 230 5 228 2 5 164 690 1799 0.38 0.053 0.001 0.27 0.01 0.0362 0.0003 318 39 239 5 229 2 6 262 978 2256 0.43 0.064 0.001 0.32 0.01 0.0364 0.0003 740 34 285 6 231 2 7 182 629 2301 0.27 0.056 0.001 0.29 0.01 0.0366 0.0003 458 39 255 5 232 2 8 142 630 1449 0.43 0.052 0.001 0.27 0.01 0.0371 0.0005 280 38 240 6 235 3 9 112 140 532 0.26 0.063 0.002 0.92 0.03 0.1046 0.0009 717 44 660 13 641 5 10 39 60 133 0.45 0.061 0.002 0.90 0.04 0.1066 0.0012 637 69 649 20 653 7 11 54 86 68 1.27 0.073 0.003 1.27 0.05 0.1265 0.0015 1027 64 832 24 768 9 12 74 111 155 0.71 0.075 0.003 1.34 0.05 0.1299 0.0013 1064 55 861 21 787 7 13 86 127 129 0.99 0.068 0.003 1.21 0.04 0.1298 0.0015 866 56 807 20 787 9 14 139 184 224 0.82 0.072 0.002 1.41 0.04 0.1403 0.0013 997 39 891 16 846 7 15 98 96 330 0.29 0.077 0.002 1.54 0.04 0.1442 0.0012 1124 39 948 16 868 7 16 17.1 21.3 46 0.46 0.065 0.004 1.29 0.07 0.1453 0.0021 760 95 841 32 874 12 17 377 431 554 0.78 0.084 0.002 1.95 0.05 0.1688 0.0017 1281 38 1098 18 1006 9 18 214 246 284 0.87 0.076 0.002 1.87 0.05 0.1794 0.0014 1082 36 1071 16 1063 7 19 279 181 527 0.34 0.088 0.002 2.99 0.06 0.2437 0.0020 1391 24 1404 15 1406 11 20 266 203 207 0.98 0.098 0.002 3.70 0.08 0.2740 0.0023 1579 29 1572 18 1561 12 21 181 138 170 0.81 0.105 0.002 4.32 0.10 0.2972 0.0023 1715 30 1698 19 1677 11 22 636 352 441 0.80 0.121 0.003 6.51 0.16 0.3864 0.0031 1974 33 2047 22 2106 14 ![]()
图 4 桃江地区江石桥辉绿岩锆石U-Pb谐和图Figure 4. U-Pb concordia diagrams for zircons of the diabase from Jiangshiqiao in the Taojiang area4. 地球化学特征
4.1 主量元素
桃江江石桥辉绿岩主量元素分析结果见表 2。其中SiO2含量为49.65%~50.55%，K2O含量为0.36%~ 0.41%，Na2O含量为2.53%~2.56%，K2O+Na2O含量为2.89%~2.96%，在TAS图解中样品点落入碱性辉长岩区域（图 5-a），在SiO2-K2O图解中落入低钾和钙碱性系列区域（图 5-b）。Al2O3含量较高，为16.99%~17.16%，TiO2含量较低，为0.12%。Fe2O3、FeO含量变化较大，分别为2.39%~7.73%和1.97%~ 6.75%，MgO含量为7.42%~7.90%，且Mg#值较集中，为56.37~58.58。
表 2 桃江地区江石桥辉绿岩主量、微量和稀土元素含量Table 2. Major, trace and rare earth elements composition of the diabase from Jiangshiqiao in the Taojiang area样品号 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO FeO MnO CaO Na2O K2O P2O5 H2O+ CO2 Σ Sc V JSQ04-1 50.18 0.12 16.99 2.39 7.42 6.75 0.14 9.13 2.56 0.40 0.14 2.78 0.55 99.55 34.5 206 JSQ04-2 49.65 0.12 17.02 3.10 7.91 6.05 0.13 9.29 2.53 0.41 0.14 2.89 0.28 99.52 32.9 205 JSQ04-3 50.55 0.12 17.16 2.56 7.53 5.95 0.14 9.43 2.54 0.40 0.15 2.82 0.42 99.77 34.1 206 JSQ04-4 49.94 0.12 17.08 7.73 7.90 1.97 0.14 8.97 2.53 0.36 0.14 2.80 0.14 99.82 34.4 203 样品号 Cr Co Ni Cu Zn Sr Rb Ba U Th Pb Nb Ta Zr Hf La JSQ04-1 289 47.3 159 80.8 72.1 259 10.8 163 0.32 2.17 4.43 4.54 0.30 115 2.76 9.73 JSQ04-2 293 47.0 157 78.2 71.6 253 12.1 165 0.32 1.98 3.83 4.31 0.27 112 2.69 9.39 JSQ04-3 296 47.1 152 79.2 72.0 248 8.90 131 0.33 2.19 4.03 4.56 0.31 114 2.82 10.1 JSQ04-4 296 48.0 153 82.0 69.6 250 7.44 191 0.29 2.08 6.56 4.31 0.27 110 2.65 9.39 样品号 Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y JSQ04-1 22.4 2.92 12.8 3.27 1.16 3.99 0.68 4.61 0.92 2.82 0.39 2.72 0.42 26.6 JSQ04-2 22.1 2.81 12.6 3.18 1.21 3.99 0.68 4.46 0.92 2.81 0.39 2.73 0.40 26.5 JSQ04-3 23.2 2.98 13.1 3.31 1.20 4.08 0.70 4.69 0.97 2.81 0.41 2.79 0.42 26.9 JSQ04-4 21.8 2.89 12.4 3.11 1.20 4.13 0.69 4.55 0.94 2.78 0.40 2.69 0.40 26.0 注：主量元素含量单位为%，微量和稀土元素为10-6 ![]()
图 5 辉绿岩TAS分类图(a，底图据参考文献[45])和SiO2-K2O图解（b）Figure 5. TAS classification (a) and SiO2-K2O (b) diagrams of diabase4.2 稀土及微量元素
桃江江石桥辉绿岩微量元素分析结果见表 2。样品的稀土元素总量（ΣREE）较低，为67.32×10-6~ 70.73×10-6，LREE/HREE=3.06~3.19, (La/Yb)N值为3.45~3.62，轻、重稀土元素分馏较明显，稀土元素配分模式呈略右倾的轻稀土元素富集型（图 6-a）。所有样品不存在Ce异常（δCe=1.02~1.04）和Eu异常（δEu=0.98~1.03），反映在岩浆演化过程中无明显的斜长石分离结晶作用。在原始地幔标准化微量元素蛛网图（图 6-b）中，各样品均表现为大离子亲石元素Ba、Th、U富集，高场强元素Ta、Nb、Ti亏损，P弱亏损，其中Ti亏损程度最高。Ti的亏损可能与金红石、钛铁矿的分离结晶有关，P的亏损可能与磷灰石的分离结晶有关。
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图 6 桃江地区江石桥辉绿岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(a)和原始地幔标准化蛛网图(b)(标准化值据参考文献[46])Figure 6. Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spidergrams (b) of the diabase from Jiangshiqiao in the Taojiang area4.3 Sr-Nd-Pb同位素
桃江江石桥辉绿岩的Sr-Nd-Pb同位素分析结果见表 3。辉绿岩样品的87Rb/86Sr值为0.090~ 0.139，87Sr/86Sr值为0.70645~0.70673，略高于原始地幔现代值（0.7045）[47]，147Sm/144Nd值为0.1558~ 0.1574，143Nd/144Nd值为0.512656~0.512675，略低于原始地幔现代值（0.512638）[48]。根据本次所测辉绿岩锆石206Pb/238U年龄加权平均值t=229Ma进行计算，其(87Sr/86Sr)i值介于0.70606~0.70644之间，ε Nd(t)为1.55~1.87。Nd二阶段模式年龄(tDMc)值为0.76~0.78Ga。总体上，ε Nd(t)为较低的正值，(87Sr/86Sr)i值较低，反映相对亏损的地幔源区或有亏损地幔源区的加入。在87Sr/86Sr-143Nd/144Nd图（图 7-a）中，样品投影点在亏损地幔（DM）的演化线上，但也靠近全球硅酸盐地球（BSE）平均值区域。辉绿岩样品的208Pb/204Pb值为38.507~38.805，207Pb/204Pb值为15.561~15.839，206Pb/204Pb值为18.262~18.329。在206Pb/204Pb-207Pb/204Pb图（图 7-b）中，3个样品投影点位于下部大陆地壳区域，具有比MORB（大洋中脊玄武岩）高的207Pb/204Pb和206Pb/204Pb值，说明其岩浆源区为下地壳物质。
表 3 桃江地区江石桥辉绿岩素Sr、Nd、Pb同位素组成Table 3. Sr, Nd and Pb isotopic compositions of the diabase from Jiangshiqiao in the Taojiang area样品号 87Rb/86Sr 87Sr/86Sr
(2σ)147Sm/144Nd 143Nd/144Nd
(2σ)(87Sr/86Sr)i (143Nd/144Nd)i εNd(t) tDM/Ga tDMc/Ga 208Pb/204Pb (2σ) 207Pb/204Pb (2σ) 206Pb/204Pb (2σ) 208Pb/206Pb 207Pb/206Pb JSQ04-1 0.122 0.70645±4 0.157071 0.512666±7 0.706054 0.512431 1.71 1.30 0.77 38.805±7 15.625±2 18.329±3 2.117 0.852 JSQ04-2 0.139 0.70663±8 0.157235 0.512669±3 0.706179 0.512433 1.76 1.30 0.77 38.589±13 15.563±6 18.266±6 2.113 0.852 JSQ04-3 0.104 0.70660±7 0.155812 0.512656±3 0.706262 0.512422 1.55 1.30 0.78 38.521±12 15.839±5 18.259±6 2.110 0.867 JSQ04-4 0.090 0.70673±4 0.157441 0.512675±6 0.706438 0.512439 1.87 1.29 0.76 38.507±10 15.561±4 18.262±4 2.109 0.852 注：87Rb/86Sr和147Sm/144Nd值据同位素稀释法测试的Rb、Sr、Sm、Nd含量和Sr、Nd同位素组成计算；球粒陨石均一储库(CHUR)组成：87Rb/86Sr=0.0827，87Sr/86Sr=0.7045，147Sm/144Nd=0.1967，143Nd/144Nd=0.512638；亏损地幔(DM)取值：147Sm/144Nd=0.2137，143Nd/144Nd=0.51315；大陆地壳(CC)取值：147Sm/144Nd=0.118, lRb= 1.42×10-11·a-1，lSm=6.54×10-12 ·a-1；同位素初始比值为t=100Ma时比值；(87Sr/86Sr)i和(143Nd/144Nd)i分别代表初始Sr和Nd同位素比值 ![]()
图 7 桃江地区江石桥辉绿岩87Sr/86Sr-143Nd/144Nd(a)和206Pb/204Pb-207Pb/204Pb(b)图解（底图据参考文献[49]）DM—亏损地幔；BSE—全硅酸盐地球；EMⅠ和EMⅡ—富集地幔；HIMU—具有高U/Pb值的地幔；PREMA—经常观测到的普通地幔；MORB—大洋中脊玄武岩；NHRL—北半球参考线Figure 7. 87Sr/86Sr-143Nd/144Nd (a) and 206Pb/204Pb-207Pb/204Pb (b) diagrams of the diabase from Jiangshiqiao in the Taojiang area5. 讨论
5.1 岩浆活动时代
本次研究采用高精度的LA-ICP-MS法对湖南桃江地区江石桥辉绿岩进行锆石U-Pb定年，22个分析点基本均位于谐和线上及其附近，8个锆石分析点给出的交点年龄为229.9±2.2Ma，与它们的206Pb/238U年龄加权平均值229.0±2.3Ma一致，其阴极发光图像（图 3）显示，锆石具有较宽的韵律环带，为典型的辉绿岩中结晶出的锆石。因此，将229.0±2.3Ma解释为该辉绿岩的侵位年龄。较老年龄的14颗锆石应为源区继承和/或侵位过程中捕获的锆石。江石桥辉绿岩形成年龄与桃江瓦窑冲地区三叠纪花岗岩中残留的角闪辉长岩（223Ma）①、道县虎子岩基性岩包体（220±9Ma、230 ± 8Ma和233 ± 5Ma）[36]、宜章长城岭辉绿岩（227.0±4.2Ma）[38]年龄在误差范围内一致，略老于宁远保安圩碱性玄武岩（212.3 ± 1.7Ma和205.5 ± 3.0Ma）[37]年龄，也与其侵入早石炭世地层的地质事实吻合。湖南桃江地区及其附近的印支期花岗岩（图 1-b）岩浆活动也属于该时期，大神山岩体为224Ma[32]和215Ma[27]，桃江岩体为222Ma[33]和211Ma[27]，沩山岩体为216~211Ma[28]，白马山岩体不同单元年龄范围为243~204Ma[16, 28, 30-31]，歇马岩体为214Ma[29]，瓦屋塘岩体为216~215Ma[33]，关帝庙岩体为239Ma[31]。
5.2 源区性质
桃江地区江石桥辉绿岩MgO含量（7.42% ~ 7.90%）和Mg#值较高且集中（56.37~58.58），说明岩浆未经历明显的分离结晶作用。K2O和Na2O含量随MgO含量的变化不存在明显变化，也基本无Eu异常（δEu=0.98~1.03），表明岩浆演化早期没有经历明显的分离结晶作用。P的弱亏损可能表明岩浆演化过程中，仅存在较低程度的磷灰石分离结晶作用；Ti的亏损可能与金红石、钛铁矿分离结晶有关。
从稀土元素配分模式和微量元素标准化蛛网图（图 6）可见，辉绿岩样品的配分模式与下地壳较一致。其Nb/U值（13.5~14.7）远低于MORB和OIB（洋岛玄武岩）值（Nb/U=47）[50]，低于下地壳值（Nb/U=25）[51]，高于上地壳值（Nb/U=4.44）[51]，说明源区以地壳物质为主。Nb/Ta值为14.6~16.3（略低于原始地幔值17.5±2.0），Zr/Hf值为40.2~41.6（略高于原始地幔值36.27±2.0），均高于陆壳的相应比值（Nb/Ta=11.4, Zr/Hf=35.7）[51]，表现出壳幔混合源区的特点。低的(87Sr/86Sr)i值（0.706058~ 0.706441）、低正值的ε Nd(t)值（1.54~1.86），结合87Sr/86Sr-143Nd/144Nd和206Pb/204Pb-207Pb/204Pb图解（图 7），也显示辉绿岩为下地壳物质和亏损地幔的混合源区。
湖南省同时期的基性岩中，仅道县虎子岩基性岩包体做过Sr-Nd同位素测试[36, 39]，将其数据投影到87Sr/86Sr-143Nd/144Nd图（图 7-a）中，投影落点较分散，但与江石桥辉绿岩基本均位于亏损地幔演化线上及其附近，几乎都未投影到富集地幔区域。Dai等[36]测试计算的虎子岩基性岩包体的ε Nd(t)值为-6.9~3.3（主要为-2.2~3.3），结合Hf同位素正负值变化较大的特征，认为是亏损地幔和古老地壳的混合源区；杨金豹等[39]测试计算的虎子岩基性岩包体的ε Nd(t)值为-3.1~-0.8，将其解释为EMⅡ型富集地幔源区，但在87Sr/86Sr-143Nd/144Nd图（图 7-a）中并未落入富集地幔区域，笔者认为，解释为壳幔混合源区更合适。刘勇等[38]的锆石Hf同位素研究结果表明，宜章长城岭辉绿岩也为下地壳和亏损地幔的混合来源。综合上述研究结果，笔者认为，湖南印支期基性岩可能均为下地壳和亏损地幔的混合源区。
5.3 构造背景
印支运动在华南地区的表现形式主要为地层的不整合、岩石的变质变形、大规模的花岗质岩浆活动及少量出露的基性岩。Wang等[15]对华南印支期岩体形成时代及变质作用年龄统计结果表明，印支期大规模的花岗质岩浆活动及变质作用主要集中在250~200Ma之间，峰值为239Ma和220Ma。印支期基性岩浆活动除本次获得的江石桥辉绿岩229Ma的年龄外，高精度的年龄还有道县虎子岩基性岩包体（220~233Ma）[36]、宁远保安圩碱性玄武岩（206~212Ma）[37]、宜章长城岭辉绿岩（227Ma）[38]，桃江瓦窑冲残留的角闪辉长岩（223Ma）①，上述基性岩的发现暗示，206~233Ma期间这些地区发生了软流圈的上涌、玄武质岩浆的底侵及岩石圈的伸展减薄作用。Wang等[15]、王岳军等[52-53]和柏道远等[33]认为，印支期陆壳的叠置加厚（造山运动）及随后基性岩浆的底侵作用（造山后伸展背景下），导致地壳含水矿物相熔融，是印支期构造岩浆活动的主要因素。尽管印支造山运动的机制是源于二叠纪开始的太平洋板块西向俯冲[16-17]，还是华南周缘多块体碰撞的远程效应[13-15, 54-57]还存在争议，但在印支期造山后的伸展背景下，软流圈上涌及玄武质岩浆的底侵可能促使地壳物质发生熔融，形成大量的花岗岩及桃江江石桥辉绿岩、道县虎子岩玄武岩、宜章长城岭辉绿岩等基性岩。
6. 结论
湖南桃江地区江石桥辉绿岩形成于晚三叠世229.0±2.3Ma，岩石为下地壳和亏损地幔混合来源；在印支运动造山后的伸展背景下，软流圈上涌促使下地壳及地幔物质发生熔融，形成桃江江石桥辉绿岩、道县虎子岩玄武岩、宁远保安圩玄武岩、宜章长城岭辉绿岩等基性岩。
致谢: 锆石U-Pb同位素和全岩微量元素分析分别得到了中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室胡兆初研究员和陈海红老师的帮助，Sr-Nd同位素测试得到了中国地质调查局武汉地质调查中心梅玉萍工程师的帮助，湖南省地质矿产勘查开发局四一三队熊安本工程师参与了野外工作，审稿专家对本文提出了宝贵的修改意见，在此一并致谢。 -
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图 2 桃江地区江石桥辉绿岩野外和显微照片
Pl—斜长石；Px—辉石；Chl—绿泥石
Figure 2. Photograph and photomicrographs of the diabase from Jiangshiqiao in the Taojiang area
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图 3 桃江地区江石桥辉绿岩中典型锆石阴极发光图像
Figure 3. Representative cathodoluminescence (CL) images for zircons of the diabase from Jiangshiqiao in the Taojiang area
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图 4 桃江地区江石桥辉绿岩锆石U-Pb谐和图
Figure 4. U-Pb concordia diagrams for zircons of the diabase from Jiangshiqiao in the Taojiang area
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图 5 辉绿岩TAS分类图(a，底图据参考文献[45])和SiO2-K2O图解（b）
Figure 5. TAS classification (a) and SiO2-K2O (b) diagrams of diabase
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图 6 桃江地区江石桥辉绿岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(a)和原始地幔标准化蛛网图(b)(标准化值据参考文献[46])
Figure 6. Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spidergrams (b) of the diabase from Jiangshiqiao in the Taojiang area
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图 7 桃江地区江石桥辉绿岩87Sr/86Sr-143Nd/144Nd(a)和206Pb/204Pb-207Pb/204Pb(b)图解（底图据参考文献[49]）
DM—亏损地幔；BSE—全硅酸盐地球；EMⅠ和EMⅡ—富集地幔；HIMU—具有高U/Pb值的地幔；PREMA—经常观测到的普通地幔；MORB—大洋中脊玄武岩；NHRL—北半球参考线
Figure 7. 87Sr/86Sr-143Nd/144Nd (a) and 206Pb/204Pb-207Pb/204Pb (b) diagrams of the diabase from Jiangshiqiao in the Taojiang area
表 1 桃江地区江石桥辉绿岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素分析结果
Table 1 LA-ICP-MS U-Th-Pb isotope analyses of zircons from the diabase from Jiangshiqiao in the Taojiang area
点号 Pb/ 10-6 Th/ 10-6 U/ 10-6 Th/ U 同位素比值 同位素年龄/Ma 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 1 178 707 2357 0.30 0.055 0.002 0.27 0.01 0.0356 0.0004 409 60 244 8 225 2 2 311 1164 3556 0.33 0.061 0.001 0.30 0.01 0.0359 0.0003 640 36 270 5 227 2 3 125 377 1238 0.30 0.072 0.002 0.36 0.01 0.0360 0.0003 974 46 310 7 228 2 4 175 728 2256 0.32 0.051 0.001 0.25 0.01 0.0360 0.0004 239 42 230 5 228 2 5 164 690 1799 0.38 0.053 0.001 0.27 0.01 0.0362 0.0003 318 39 239 5 229 2 6 262 978 2256 0.43 0.064 0.001 0.32 0.01 0.0364 0.0003 740 34 285 6 231 2 7 182 629 2301 0.27 0.056 0.001 0.29 0.01 0.0366 0.0003 458 39 255 5 232 2 8 142 630 1449 0.43 0.052 0.001 0.27 0.01 0.0371 0.0005 280 38 240 6 235 3 9 112 140 532 0.26 0.063 0.002 0.92 0.03 0.1046 0.0009 717 44 660 13 641 5 10 39 60 133 0.45 0.061 0.002 0.90 0.04 0.1066 0.0012 637 69 649 20 653 7 11 54 86 68 1.27 0.073 0.003 1.27 0.05 0.1265 0.0015 1027 64 832 24 768 9 12 74 111 155 0.71 0.075 0.003 1.34 0.05 0.1299 0.0013 1064 55 861 21 787 7 13 86 127 129 0.99 0.068 0.003 1.21 0.04 0.1298 0.0015 866 56 807 20 787 9 14 139 184 224 0.82 0.072 0.002 1.41 0.04 0.1403 0.0013 997 39 891 16 846 7 15 98 96 330 0.29 0.077 0.002 1.54 0.04 0.1442 0.0012 1124 39 948 16 868 7 16 17.1 21.3 46 0.46 0.065 0.004 1.29 0.07 0.1453 0.0021 760 95 841 32 874 12 17 377 431 554 0.78 0.084 0.002 1.95 0.05 0.1688 0.0017 1281 38 1098 18 1006 9 18 214 246 284 0.87 0.076 0.002 1.87 0.05 0.1794 0.0014 1082 36 1071 16 1063 7 19 279 181 527 0.34 0.088 0.002 2.99 0.06 0.2437 0.0020 1391 24 1404 15 1406 11 20 266 203 207 0.98 0.098 0.002 3.70 0.08 0.2740 0.0023 1579 29 1572 18 1561 12 21 181 138 170 0.81 0.105 0.002 4.32 0.10 0.2972 0.0023 1715 30 1698 19 1677 11 22 636 352 441 0.80 0.121 0.003 6.51 0.16 0.3864 0.0031 1974 33 2047 22 2106 14 
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表 2 桃江地区江石桥辉绿岩主量、微量和稀土元素含量
Table 2 Major, trace and rare earth elements composition of the diabase from Jiangshiqiao in the Taojiang area
样品号 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO FeO MnO CaO Na2O K2O P2O5 H2O+ CO2 Σ Sc V JSQ04-1 50.18 0.12 16.99 2.39 7.42 6.75 0.14 9.13 2.56 0.40 0.14 2.78 0.55 99.55 34.5 206 JSQ04-2 49.65 0.12 17.02 3.10 7.91 6.05 0.13 9.29 2.53 0.41 0.14 2.89 0.28 99.52 32.9 205 JSQ04-3 50.55 0.12 17.16 2.56 7.53 5.95 0.14 9.43 2.54 0.40 0.15 2.82 0.42 99.77 34.1 206 JSQ04-4 49.94 0.12 17.08 7.73 7.90 1.97 0.14 8.97 2.53 0.36 0.14 2.80 0.14 99.82 34.4 203 样品号 Cr Co Ni Cu Zn Sr Rb Ba U Th Pb Nb Ta Zr Hf La JSQ04-1 289 47.3 159 80.8 72.1 259 10.8 163 0.32 2.17 4.43 4.54 0.30 115 2.76 9.73 JSQ04-2 293 47.0 157 78.2 71.6 253 12.1 165 0.32 1.98 3.83 4.31 0.27 112 2.69 9.39 JSQ04-3 296 47.1 152 79.2 72.0 248 8.90 131 0.33 2.19 4.03 4.56 0.31 114 2.82 10.1 JSQ04-4 296 48.0 153 82.0 69.6 250 7.44 191 0.29 2.08 6.56 4.31 0.27 110 2.65 9.39 样品号 Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y JSQ04-1 22.4 2.92 12.8 3.27 1.16 3.99 0.68 4.61 0.92 2.82 0.39 2.72 0.42 26.6 JSQ04-2 22.1 2.81 12.6 3.18 1.21 3.99 0.68 4.46 0.92 2.81 0.39 2.73 0.40 26.5 JSQ04-3 23.2 2.98 13.1 3.31 1.20 4.08 0.70 4.69 0.97 2.81 0.41 2.79 0.42 26.9 JSQ04-4 21.8 2.89 12.4 3.11 1.20 4.13 0.69 4.55 0.94 2.78 0.40 2.69 0.40 26.0 注：主量元素含量单位为%，微量和稀土元素为10-6
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表 3 桃江地区江石桥辉绿岩素Sr、Nd、Pb同位素组成
Table 3 Sr, Nd and Pb isotopic compositions of the diabase from Jiangshiqiao in the Taojiang area
样品号 87Rb/86Sr 87Sr/86Sr
(2σ)147Sm/144Nd 143Nd/144Nd
(2σ)(87Sr/86Sr)i (143Nd/144Nd)i εNd(t) tDM/Ga tDMc/Ga 208Pb/204Pb (2σ) 207Pb/204Pb (2σ) 206Pb/204Pb (2σ) 208Pb/206Pb 207Pb/206Pb JSQ04-1 0.122 0.70645±4 0.157071 0.512666±7 0.706054 0.512431 1.71 1.30 0.77 38.805±7 15.625±2 18.329±3 2.117 0.852 JSQ04-2 0.139 0.70663±8 0.157235 0.512669±3 0.706179 0.512433 1.76 1.30 0.77 38.589±13 15.563±6 18.266±6 2.113 0.852 JSQ04-3 0.104 0.70660±7 0.155812 0.512656±3 0.706262 0.512422 1.55 1.30 0.78 38.521±12 15.839±5 18.259±6 2.110 0.867 JSQ04-4 0.090 0.70673±4 0.157441 0.512675±6 0.706438 0.512439 1.87 1.29 0.76 38.507±10 15.561±4 18.262±4 2.109 0.852 注：87Rb/86Sr和147Sm/144Nd值据同位素稀释法测试的Rb、Sr、Sm、Nd含量和Sr、Nd同位素组成计算；球粒陨石均一储库(CHUR)组成：87Rb/86Sr=0.0827，87Sr/86Sr=0.7045，147Sm/144Nd=0.1967，143Nd/144Nd=0.512638；亏损地幔(DM)取值：147Sm/144Nd=0.2137，143Nd/144Nd=0.51315；大陆地壳(CC)取值：147Sm/144Nd=0.118, lRb= 1.42×10-11·a-1，lSm=6.54×10-12 ·a-1；同位素初始比值为t=100Ma时比值；(87Sr/86Sr)i和(143Nd/144Nd)i分别代表初始Sr和Nd同位素比值
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