地质通报  2019, Vol. 38 Issue (4): 680-688  
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王新宇, 吴祥珂, 何川, 时毓, 刘希军, 付伟, 王酉臣. 桂中都安钾镁煌斑岩金云母40Ar/39Ar年龄及其构造意义[J]. 地质通报, 2019, 38(4): 680-688.
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Wang X Y, Wu X K, He C, Shi Y, Liu X J, Fu W, Wang Y C. Phlogopite 40Ar/39Ar dating of the lamproite veins in Du'an County, central Guangxi and its tectonic significance[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(4): 680-688.
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基金项目

中国地质调查局项目《广西金刚石成矿条件及选区评价》(编号:1212011220514)、广西自然科学基金杰出青年科学基金《岩石地球化学》(编号:2018GXNSFFA281009)和广西科技基地和人才专项(编号:桂科AD17129052)

作者简介

王新宇(1981-), 男, 博士, 高级工程师, 从事岩石学、岩浆作用与成矿等的生产研究工作。E-mail:wangxy1981@sina.com

文章历史

收稿日期: 2018-05-10
修订日期: 2018-10-16
桂中都安钾镁煌斑岩金云母40Ar/39Ar年龄及其构造意义
王新宇1 , 吴祥珂2 , 何川3 , 时毓4 , 刘希军4 , 付伟4 , 王酉臣4     
1. 广西地质矿产勘查开发局, 广西 南宁 530023;
2. 广西地质调查院, 广西 南宁 530023;
3. 东华理工大学地球科学学院, 江西 南昌 330013;
4. 桂林理工大学地球科学学院, 广西 桂林 541006
摘要: 右江褶皱带地处扬子陆块和华夏陆块的结合部位,区内广泛发育以基性-超基性岩墙群和超酸性岩脉为主的燕山晚期双峰式岩浆活动。对桂中都安地区的金云钾镁煌斑岩脉进行了金云母40Ar/39Ar法测年,斑晶和基质金云母样品均给出了较一致的坪年龄,分别为93.6±0.6Ma和92.9±0.6Ma,相应的等时线年龄分别为93.4±0.9Ma和92.7±0.8Ma,上述年龄代表了岩脉的侵位年龄。结合区内报道的同期年代学资料,进一步证明右江褶皱带及其周缘晚白垩世双峰式岩浆活动响应了华南地区燕山晚期的构造转换事件及随后大规模的岩石圈伸展减薄。
关键词: 钾镁煌斑岩    金云母40Ar-39Ar年龄    燕山晚期    岩石圈伸展减薄    华南    
Phlogopite 40Ar/39Ar dating of the lamproite veins in Du'an County, central Guangxi and its tectonic significance
WANG Xinyu1, WU Xiangke2, HE Chuan3, SHI Yu4, LIU Xijun4, FU Wei4, WANG Youchen4     
1. Guangxi Bureau of Geology & Mineral Prospecting & Exploitation, Nanning 530023, Guangxi, China;
2. Guangxi Geological Survey, Nanning 530023, Guangxi, China;
3. School of Earth Sciences, East China University of Technology, Nanchang 330013, Jiangxi, China;
4. Faculty of Earth Sciences, Guilin University of Technology, Guilin 541006, Guangxi, China
Abstract: The Youjiang Fold Belt is located in the connection region between Yangtze Block and Cathaysia Block. It is characterized by Late Yanshanian bimodal magmatic activities and consists of basic-ultrabasic dyke swarms and ultra-acid rock veins. In this study, the phlogopite 40Ar/39Ar dating of phenocryst and matrix from phlogopite lamproite veins, which are located in the Du' an County of central Guangxi, yielded two plateau ages of 93.6±0.6Ma, 92.9±0.6Ma and two isochron ages of 93.4±0.9Ma, 92.7±0.8Ma, respectively. These ages are interpreted as the emplacement age for phlogopite lamproite veins. The new results obtained by the authors in junction with the coeval magmatic events further reveal that the voluminous Late Cretaceous bimodal magmatic activities occurred in the Youjiang Fold Belt as well as its peripheral regions in response to the Late Yanshanian tectonic transition and subsequent lithospheric thinning and extension in South China.
Key words: lamproite    phlogopite 40Ar/39Ar age    Late Yanshanian    lithospheric thinning and extension    South China    

华南地区中生代构造动力体制经历了从特提斯构造域向滨太平洋构造域的转换, 由此产生了强烈的陆内造山作用和岩浆活动, 形成了构造组合复杂的晚中生代陆内造山带和火成岩省[1-2]。右江褶皱带位于华南陆内西南腹地,地处扬子陆块和华夏陆块的结合部位。中生代以来,受特提斯构造域和太平洋构造域复合增生造山作用的叠加影响,发育NW向和NE向构造体系。典型的NW向构造体系包括南丹-昆仑关断裂、右江断裂、红河断裂等深大断裂构造带。NE向构造体系包括师宗-弥勒-罗甸断裂、南部的凭祥断裂等构造带。区内广泛发育燕山晚期岩浆活动,且以酸性花岗质岩体岩脉和基性岩墙岩脉为特色。这些岩浆活动主要受控于NW向构造体系,并以东缘的南丹-昆仑关断裂构造带附近出露最典型。近年来,随着高精度原位锆石U-Pb定年技术的应用,区内酸性岩浆活动的年代学格架已得到有效的约束。然而,因基性岩类硅(Si)不饱和,难以挑选出锆石,致使其年代学研究依旧十分薄弱。区内基性岩浆活动主要出露于贵州南部贞丰地区和广西中部都安地区。陈懋弘等[3]对贞丰地区基性岩墙开展的SHRIMP锆石U-Pb定年将其侵位年龄约束在84Ma左右。都安地区的基性岩浆活动的时限目前仅有20世纪80年代获得的K-Ar年龄资料,初步将其约束在89~104Ma之间,对基性岩仍需进一步开展有效的年代学研究。为此,本文对出露于都安东庙的煌斑岩进行了系统的金云母40Ar/39Ar年龄测定,并结合区域内已发表的年代学数据、成因认识及岩石组合,探讨右江褶皱带及周缘燕山晚期岩浆活动的动力学背景,为华南西部地区晚中生代构造岩浆演化提供新的约束。

1 地质背景

右江褶皱带位于华南滇黔桂结合部位,构造上属于南华活动带的一部分,介于扬子陆块和华夏陆块之间。区内断裂构造发育,四周以师宗-弥勒-罗甸断裂、南丹-昆仑关断裂、凭祥断裂、红河断裂等深大断裂为界,分别与桂北-黔南地块、桂中-东褶皱带、钦州褶皱带和思茅-越北地块相接(图 1)。右江地区在晚古生代受古特提斯洋打开的影响,于早泥盆世晚期发生裂解形成陆缘裂谷,并逐渐演化为台沟相间的古地理格局,局部发育规模有限的小洋盆,沉积了一套晚古生代孤立台地相碳酸盐岩建造;中生代早中三叠世,区内沉积充填了一套巨厚的陆源碎屑浊积岩,覆于盆地内长期发育的孤立碳酸盐台地之上;晚三叠世,盆地回返造山,形成印支期造山带[13]。造山后构造转换及之后的岩石圈伸展减薄,引发了广泛的燕山期岩浆活动。右江褶皱带燕山晚期岩浆活动以其周缘深大断裂附近的大厂、个旧地区基性岩-酸性岩-碱性岩组合最发育;褶皱带东侧沿南丹-昆仑关大断裂广泛发育基性-超基性岩墙和酸性岩脉。以石英斑岩为主的酸性岩脉主要分布在桂西北的巴马、凤山、凌云等地[4]。基性-超基性岩类主要分布在贞丰和都安地区。

图 1 右江褶皱带区域地质简图及燕山晚期岩浆分布(据参考文献[4]修改) Fig.1 Geological sketch map of the Youjiang Fold Belt and the Late Yanshanian magmatic activities

本次研究区位于右江褶皱带东缘的都安地区,区内出露的地层由老至新有泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、白垩系、古近系和第四系。本区断裂构造发育,主要为南丹-昆仑关深大断裂(都安-马山深大断裂)、山脚-百马断裂带等,断层形成的时代、形式和性质各异。区内基性岩墙或岩脉广泛发育,主要分布在南丹-昆仑关深大断裂及其次生断裂附近,围岩地层主要为下泥盆统和石炭系(图 2)。前人研究曾对这些基性岩类的年龄进行了初步限定,刘观亮等[14]在马山龙昌六良橄榄玄武岩中获取了约89Ma的全岩K-Ar年龄。在1:25万南丹幅区域地质调查报告中,前人在都安丹桃岩体云煌岩中测得黑云母K-Ar同位素年龄为104Ma,相当于早白垩世。

图 2 桂中都安地区煌斑岩类分布(据1:20万田东幅地质图修改) Fig.2 The distribution of the lamproite veins in Du'an County, central Guangxi
2 样品采集及岩石特征

本文煌斑岩样品(12HW03)采自都安县西部东庙弄昌地区(地理坐标为北纬24°52′6.78″、东经107° 01′39.6″)。这些煌斑岩脉分布于南丹-昆仑关区域性大断裂西侧,福禄山短轴背斜核部北部,明显受NE向、NW向2组棋盘格子扭裂控制。本次在都安东庙弄昌共发现1条煌斑岩岩脉及3处小岩体,岩脉主要呈北东50°~60°延伸。小岩体长30~100m,宽15~50m。都安东庙煌斑岩侵入上泥盆统融县组(D3r)灰岩中(图 3-a)。

图 3 都安东庙煌斑岩体岩石学特征 Fig.3 The petrographic characteristics of the Dongmiao lamproite veins in Du'an area a—煌斑岩体中气孔状结构(中心相);b—煌斑岩体中煌斑结构(边缘相);c—斑状结构(单偏光);d—斑状结构(正交偏光)。Di—透辉石;Kfs—钾长石;Phl—金云母

煌斑岩岩石呈深灰色,块状构造,变余斑状(假晶)结构、变余同种矿物多世代结构、交代结构,斑晶主要有金云母、透辉石、橄榄石假晶(碳酸盐化)等,斑晶大多数为云母、辉石,含量一般为35%~ 40%,基质矿物主要为金云母、钾长石、透长石、石英和碳酸岩类矿物,含量为55%~60%(图 3-b)。另外还含有少量黄铁矿、钛铁矿、含钛磁铁矿和磷灰石、铬尖晶石等副矿物(< 5%)。

岩石呈变余斑状(假晶)结构,块状构造,斑晶主要为辉石、金云母、黑云母、长石等,其中辉石含量为35%~40%,金云母含量约为20%,黑云母含量约为10%,基质由云母、钾长石微晶等组成,副矿物为黑色金属矿物(主要为磁铁矿和黄铁矿)、磷灰石等,含量5%。主要造岩矿物特征:辉石浅黄色或无色,柱状,粒度为0.2~0.8mm,正高突起,具有二组近垂直的解理,最高干涉色为二级蓝-二级黄,斜消光。具有蚀变现象,绿泥石化较多;金云母浅褐色,多为片状,粒度为0.2~0.5mm,具弱多色性,其多色性为浅黄色-褐色,正中突起,具一组解理,不同切面也未见解理,最高干涉色为二级紫红-三级蓝,近平行消光;黑云母深褐色,多为片状,粒度为0.2~ 0.4mm,具强多色性深褐色-浅绿色,正中-正高突起,具一组极完全解理,最高干涉色为二级紫红-三级蓝,斜消光,消光角约为35°;绿泥石浅绿色,正低突起,粒度为1~1.5mm,具有靛蓝色的异常干涉色,斜消光(图 3-c、d)。

煌斑岩SiO2含量为44.23% ~46.16%(平均45.20%),Al2O3为10.35%~10.59%(平均10.47%),TFeO为4.53%~5.69%(平均5.11%),MgO为3.97%~ 5.05%(平均4.51%),TiO2为0.93% ~1.02%(平均0.98%),MnO为0.15%,Mg#平均值为64.90,CaO为11.70%~13.18%(平均12.44%),K2O为6.31% ~7.19%(平均6.75%),Na2O为1.37%~1.44%(平均1.41%),K2O/Na2O=4.61~4.99,均大于3,属基性金云母钾镁煌斑岩。

3 40Ar/39Ar同位素分析方法及结果

本次研究分别选取样品中斑晶金云母和基质金云母进行常规40Ar/39Ar阶段升温测年。首先选纯的矿物(纯度大于99%)用超声波清洗。超声清洗过程中要注意清洗液的选择并严格控制时间。一般先用经过2次亚沸蒸馏净化的纯净水清洗3次,每次3min,在此过程中矿物表面和解理缝中天然状态下和碎样过程中吸附的粉末和杂质被清除。然后在丙酮中清洗2次,每次3min,在此过程中,矿物表面吸附的油污等有机物质被清除。清洗后的样品被封进石英瓶中送核反应堆中接受中子照射。照射工作在中国原子能科学研究院的“游泳池堆”中进行,使用B4孔道,中子流密度约为2.65 × 1013ncm-2s-1。照射总时间为3025min,积分中子通量为4.81×1018ncm-2;同期接受中子照射的还有用作监控样的标准样:ZBH-25黑云母标样,其标准年龄为132.7Ma,K含量为7.6%。

样品的阶段升温加热使用石墨炉,每一个阶段加热30min,净化30min。质谱分析是在中国地质科学院地质研究所Ar-Ar年代学同位素实验室多接收惰性气体质谱仪(HelixMC)上进行,每个峰值均采集20组数据。所有的数据在回归到时间零点值后再进行质量歧视校正、大气氩校正、空白校正和干扰元素同位素校正。中子照射过程中所产生的干扰同位素校正系数通过分析照射过的K2SO4和CaF2获得,其值为(36Ar/37Aro)Ca= 0.0002389,(40Ar/39Ar)K= 0.004782,(39Ar/37Aro)Ca=0.000806。37Ar经过放射性衰变校正;40K衰变常数K=5.543×10-10a-1;用Isoplot程序[15]计算坪年龄及正、反等时线。坪年龄误差以2σ给出。详细实验流程见参考文献[16]。

都安东庙煌斑岩的斑晶金云母(12HW03)和基质金云母(12HW03m)的阶段加热40Ar/39Ar同位素分析结果列于表 1,相应的表观年龄谱及等时线年龄如图 4所示。

表 1 桂中都安金云钾镁煌斑岩金云母40Ar/39Ar测年结果 Table 1 Phlogopite 40Ar/39Ar dating results of the lamproite veins in Du'an County, central Guangxi
图 4 桂中都安金云钾镁煌斑岩金云母40Ar/39Ar坪年龄(a、c)及反等时线年龄(b、d) Fig.4 Phlogopite 40Ar/39Ar plateau ages (a, c) and isochron ages (b, d) of the lamproite veins in Du'an County, central Guangxi

在680~1320℃温度范围,对斑晶金云母(12HW03)进行了11个阶段的释热分析(表 1),其中10个加热阶段(760~1320℃)的谱线较平坦(图 4-a),由此获得的参考坪年龄为93.6 ± 0.6Ma(MSWD=0.36),占39Ar释放量的90.91%。在图 4-b中,10个加热阶段(760~1320℃)获得的反等时线年龄为93.4±0.9Ma(MSWD=0.36),40Ar/36Ar初始值为306.1±36.7。等时线年龄与坪年龄在误差范围内完全一致。对基质金云母(12HW03m)在650~ 1270℃内进行了15个阶段的释热分析(表 1),其中8个加热阶段(700~950℃)的谱线相对较平坦(图 4-c ),由此获得的参考坪年龄为92.9±0.6Ma(MSWD= 0.46),占39Ar释放量的53.33%。在图 4-d中,8个加热阶段(700~950℃)所获得的反等时线年龄为92.7 ± 0.8Ma(MSWD=0.48),40Ar/36Ar初始值为308.3±42.1。等时线年龄与坪年龄在误差范围内完全一致。

上述斑晶金云母(12HW03)和基质金云母(12HW03m)的等时线年龄和坪年龄相近,且40Ar/36Ar初始值与现代大气氩比值在误差范内一致,说明排除了高温阶段过剩氩(即矿物结晶时捕获的氩或矿物形成后扩散进入的非大气氩)存在的可能,所测试的样品中也无显著的氩丢失,指示样品自结晶以来对钾和氩保持封闭体系,未受后期地质热事件的扰动,为可信年龄,其坪年龄可用于地质解释。由于煌斑岩为沿构造裂隙贯入的浅成侵入体,温度冷却快,其斑晶和基质金云母的坪年龄基本可以代表煌斑岩的结晶成岩年龄[17]

4 讨论 4.1 都安东庙金云母煌斑岩脉的形成时代

右江褶皱带东缘的煌斑岩脉主要出露在桂中都安—马山地区。前人曾用K-Ar法对部分岩脉进行过测年,如前人对都安丹桃岩体云煌岩采用黑云母K-Ar法定年获得的同位素年龄为104Ma,相当于早白垩世。通常K-Ar法对未遭受后期热液蚀变的年轻岩浆岩适用[17],但对于出露地表易于遭受后期热液蚀变的基性-超基性岩石则需慎重。因此通过40Ar/39Ar获得的年龄更接近煌斑岩的侵位年龄。本次在都安东庙煌斑岩体中获得了斑晶金云母(12HW03)和基质金云母(12HW03m)的40Ar/39Ar同位素坪年龄分别为93.6±0.6Ma(MSWD=0.36)和92.9±0.6Ma(MSWD=0.46),两者在误差范内一致。因此,该结果可以代表都安东庙煌斑岩的侵位年龄,表明该区的煌斑岩为燕山晚期岩浆活动的产物。

4.2 右江地区燕山晚期岩浆作用及其构造启示

众多研究表明,右江褶皱带及其周缘燕山晚期岩浆活动集中于80~100Ma之间[4-12, 18-20]图 1表 2),以超基性-酸性岩浆侵位为主,表明右江褶皱带及其周缘是华南西部燕山晚期岩浆活动的重要组成部分。右江地区燕山晚期岩浆岩广泛出露于周缘深大断裂及伴生断裂附近,出露规模大小不一,既有规模巨大的岩基,也有小范围的岩株、岩枝和岩墙(脉)。东缘沿南丹-昆仑关(都安-紫云)深大断裂带两侧,由北往南分别为南丹、大厂、都安和大明山4个侵入岩(墙)群。蔡明海等[5]对南丹大厂锡矿田中的侵入岩进行SHRIMP锆石U-Pb年龄测定,结果表明这些中酸性岩浆岩侵位于91~93Ma,与矿田内锡多金属成矿的时代(94~93Ma)在误差范围内一致[18-19]。都安—马山地区广泛出露煌斑岩墙群,早期区域地质调查中采用K-Ar法将其侵位时代约束在104Ma左右,本次在都安东庙煌斑岩中获得的40Ar/39Ar同位素坪年龄为93~94Ma,与同受南丹-昆仑关断裂控制的大厂侵入岩群和锡多金属成矿的时代一致。此外,南部昆仑关斑状黑云母花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为93±1Ma,也与南丹-昆仑关断裂沿线的岩浆活动时间一致[6]。右江褶皱带西缘岩浆活动相对年轻,如个旧花岗岩的侵位年龄为77.4~85.0Ma[7-8],相邻的碱性岩和煌斑岩侵位年龄为76.6~77.2Ma[9]。薄竹山花岗岩侵位年龄为86.5~87.8Ma[10]。滇东南都龙老君山花岗岩侵位于83.3~93.9Ma,属过铝质高钾钙碱性S型花岗岩[11-12, 20]。右江褶皱带内部燕山晚期岩浆岩出露较罕见。中北部贞丰地区有约84Ma的超基性岩墙侵位[3];中东部巴马、凤山、凌云等地有95~96Ma的石英斑岩脉出露[4]

表 2 右江褶皱带燕山晚期岩浆岩记录 Table 2 The Late Yanshanian magmatic records in the Youjiang Fold Belt

尽管上述晚白垩世岩浆活动响应华南中—新生代区域性岩石圈伸展减薄事件的性质已得到广泛认可,但目前对华南岩石圈伸展减薄的地球动力学机制的认识仍存在较大的争议。董树文等[21]提出华南燕山运动为“多向汇聚”的构造体制,经历了强挤压陆内造山-主伸展岩石圈减薄-弱挤压变形3个阶段;张岳桥等[1]提出,华南在中侏罗世—古近纪经历了由挤压-伸展-挤压-伸展-挤压的构造应力场变化;Mao等[22-23]认为,华南在燕山期经历了多板块汇聚与伸展-太平洋板块斜向俯冲-正向俯冲的阶段。一些学者认为,华南中—新生代岩石圈伸展减薄与太平洋板块向西发生平坦俯冲及后期俯冲板片发生拆离和回撤引起上覆岩石圈发生伸展减薄有关[2, 24-26]。李三忠等[2]认为,华南地块总体上从西向东地壳厚度逐渐减薄;华南地块东部发生2次壳幔相互作用,对应2次岩石圈拆沉,这2次拆沉均与古太平洋板块的俯冲有关,第一次拆沉为古太平洋板块平板俯冲时板片撕裂所致,第二次拆沉为俯冲板片俯冲后撤和高角度俯冲造成。另一种观点认为,华南晚中生代岩浆岩是多板块汇聚和多向挤压-伸展造山的产物,单一的古太平洋板块俯冲不可能形成如此多方向和如此宽的(大于1000km)构造变形及岩浆岩[27-28]

右江褶皱带位于华南陆内西南腹地,地处扬子陆块和华夏陆块的结合部位。中生代以来,受特提斯构造域和太平洋构造域复合增生造山作用的叠加影响,发育NW向和NE向构造体系。前人研究表明,NW向构造是印支期挤压构造体制作用的产物,包括NW向线形褶皱、挤压劈理、逆冲断层及配套的NE向压扭性断裂、剪节理等;而以伸展剪切褶皱、层间滑脱构造带、剪切劈理、石香肠构造、肠状构造、SN向和NE向以张性为主兼具扭性的断裂构造及配套的近EW向褶皱构造等,主要反映了燕山晚期区域性构造伸展运动[5, 29]。近年,部分学者对区内岩浆活动成因的研究揭示,右江褶皱带内的岩浆活动是太平洋俯冲与西部印度-欧亚大陆碰撞机制共同作用的结果[6, 30]。谭俊等[6]认为,昆仑关A型花岗岩的形成与印度板块在中生代晚期北移引起的古太平洋板块高角度俯冲所致的弧后拉张有关。Li等[30]对马山县龙昌煌斑岩的岩石成因研究揭示,其为超钾、强烈富集轻稀土元素和大离子亲石元素,亏损高场强元素的特征。结合其Sr-Nd同位素研究表明,其来源于EMⅡ型含榴相(>80km)下地壳岩石圈地幔的部分熔融。其成因机制与东部的太平洋俯冲与西部印度-欧亚大陆碰撞机制有关。

综上,右江褶皱带及其周缘晚白垩世双峰式岩浆活动响应华南地区燕山晚期的构造转换及随后大规模的岩石圈伸展减薄事件。

5 结论

本次在都安东庙煌斑岩体中获得了斑晶金云母(12HW03)和基质金云母(12HW03m)的40Ar/39Ar同位素坪年龄分别为93.6±0.6Ma(MSWD=0.36)和92.9±0.6Ma(MSWD=0.46),两者结果在误差范内一致。该结果有效地约束了该区煌斑岩的侵位年龄,表明为燕山晚期岩浆作用的产物。结合区域上燕山晚期岩浆活动的年代学记录和成因认识,表明这些基性-超基性岩脉与构造带的酸性花岗质岩及石英斑岩岩脉为同期岩浆作用的产物,在岩性组合上构成典型的双峰式岩套组合,共同响应了区域性的岩石圈伸展事件。其伸展的动力学机制受东部太平洋俯冲与西部印度-欧亚大陆碰撞的共同制约。

致谢: 野外地质工作得到广西区域地质调查研究院和广西地质调查院同事的极力协助,审稿专家对本文提出宝贵的修改意见和建议,在此一并表示衷心感谢。

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