攀西裂谷南段水口菁碱性杂岩体磷灰石U⁃Pb年代学和地球化学特征

U⁃Pb Geochronology and Geochemical Characteristics of the Apatite from the Shuikoujing Alkaline Complex in the Southern Panxi Rift

摘要

水口菁碱性杂岩体是攀西裂谷南段出露面积最大的基性⁃超基性环状杂岩体.前人研究认为该杂岩体与晚二叠纪峨眉山大火成岩省岩浆活动紧密相关，但一直缺乏精确的年代学限定，制约了对攀西裂谷南段碱性杂岩体的成因演化及构造动力学背景的认识.在详细的岩相学和地球化学研究基础上，利用LA⁃（MC）⁃ICP⁃MS分析技术对主要副矿物磷灰石开展了U⁃Pb定年、微量元素组成及Sr同位素分析，从而探讨其成因演化和对应的构造动力学背景.结果显示辉长岩和辉石闪长岩中的磷灰石U⁃Pb年龄分别为263±11 Ma和262.8±6.4 Ma，磷灰石原位Sr同位素组成均一（0.704 1~0.704 5）且具有典型的幔源特征.其原始岩浆的形成与峨眉山大火成岩省的活动紧密相关，起源于板内拉张环境下的岩石圈地幔低程度部分熔融，并经历了快速的岩浆分异演化.攀西裂谷南段发育的这些碱性杂岩体很可能是最早期峨眉山大火成岩省初始岩浆演化的产物.

Abstract

The Shuikoujing alkaline complex, the largest basic⁃ultrabasic complex exposed in the southern Panxi Rift.Previous studies suggest that the complex is closely related to the Late Permian Emeishan Large Igneous Province (ELIP) magmatic activity, but precise geochronological constraints have been lacking, which has hindered the understanding of the genesis, evolution, and tectono⁃dynamic background of the alkaline complex in the southern Panxirift.In this study, based on detailed petrographic and geochemical investigations, using LA⁃(MC)⁃ICP⁃MS analytical techniques to conduct U⁃Pb dating, trace element composition, and Sr isotopic analysis on apatite from various lithologies. These analyses aim to explore the genesis, evolution, and the associated tectono⁃dynamic background of the complex. The results show that the U⁃Pb ages of apatite from the gabbro and pyroxene diorite are 263±11 Ma and 262.8±6.4 Ma,The in situ Sr isotope composition of apatite is uniform (0.704 1~0.704 5) and exhibits typical mantle⁃derived characteristics. Suggesting that the formation of the primary magma is closely related to the activity of the ELIP, originating from low⁃degree partial melting of the lithospheric mantle in an intraplate extensional setting, and subsequently underwent rapid magmatic differentiation and evolution. Additionally, these alkaline complexes in the southern Panxi Rift are inferred to be products of the initial magmatic evolution of the ELIP.

Graphical abstract

关键词

水口菁 / 磷灰石 / 攀西裂谷 / 碱性杂岩体 / 地球化学.

Key words

Shuikoujing / apatite / Panxi Rift / alkaline complex / geochemistry

攀西裂谷位于扬子板块西缘，同时也在峨眉山大火成岩省的内带与中带交界之处，是我国重要的构造带之一（刘红英，2005）.研究表明，随着峨眉山大火成岩省的岩浆活动，沿攀西裂谷中南段产出有一系列基性-超基性碱性杂岩体，南北延伸约300 km（郭远生等，2012）.攀西裂谷南段以滇中罗茨一带出露的环状基性-超基性碱性杂岩体群为代表，严格受控于罗茨-易门断裂，主要包括水口菁、猫街和鸡街等7个碱性杂岩体（颜以彬，1985；吴静等，1994）.碱性岩通常被认为是稳定大陆裂谷或深大断裂活动的产物，这种深源浅成的特性可以为我们带来地球深部的物质组成、岩浆演化、构造和物理化学环境等重要信息，同时也伴随有REE、Nb、Ta等战略性关键金属的富集（吴静等，1994；周金胜和王强，2022；曹俊等，2024；赖绍聪等，2024）.随着近年来找矿勘查和研究的不断深入，发现滇中罗茨一带出露的碱性杂岩体普遍都具有较高的Sc含量，尤其是其中富含辉石的岩石类型（如辉石岩、辉长岩、霓霞钠辉岩、钛铁霞辉岩）在风化后可直接形成大型-超大型钪矿床（郭远生等，2012； Zhou et al.，2022； Zhao et al.，2023）.

然而，目前对罗茨地区碱性杂岩体的研究非常薄弱，且主要集中在鸡街碱性杂岩体的矿物学、年代学和岩石地球化学方面（颜以彬，1985；夏斌等，2004；刘红英等，2004a）.滇中罗茨地区碱性岩的年代学研究结果较少，年龄较为混乱，其成岩年龄跨度大（239~204 Ma），约为35 Ma，暗示攀西裂谷南段碱性杂岩体存在多期岩浆活动记录，晚于峨眉山大火成岩省玄武岩主喷发期（~260 Ma； Zhouet al.， 2005；罗震宇等，2006； Zhong et al.， 2009； Shellnutt， 2014； Tang et al.， 2021）.导致该区碱性岩与攀西裂谷中段的攀枝花、白马、红格等碱性侵入岩成因关系不清，限制了我们对攀西裂谷南段碱性岩成因及构造演化的认识.

水口菁杂岩体作为滇中罗茨地区出露面积最大的一个基性-超基性环状杂岩体，其出露的辉长岩、辉石闪长岩和霞石正长岩中均含有大量的磷灰石，通过对其开展详细的LA⁃（MC）⁃ICP⁃MS U⁃Pb年代学和地球化学分析可以准确限定杂岩体的形成时代及岩浆演化过程，并为区域地质构造背景演化提供指示意义.

1 地质背景与岩体特征

1.1　地质背景

攀西裂谷夹持于扬子板块西缘和峨眉山大火成岩省内部，是一个岩浆活动频发、矿产资源丰富、断裂带发育的区域. 沿断裂带分布有太和、白马、红格和攀枝花等数个大型层状侵入岩体，这些岩体主要由基性至超基性侵入岩组成，穿插于峨眉山玄武岩中，并伴有少量中酸性至碱性侵入岩（图1）. 其中，环状碱性超基性杂岩体主要出露在攀西裂谷的中南段，大体沿安宁河-易门断裂带和东部的普雄河-普渡河断裂带产出，南北延伸约300 km（颜以彬，1985； 黄智龙等，1995）. 这些碱性杂岩体在空间上多呈孤立的同心环状小岩体或小岩株群产出，单个岩体出露面积通常较小，出露面积最大的为四川会理县境内的猫猫沟碱性杂岩体（约35 km²）（刘红英等，2004b）.目前认为这些碱性杂岩体的形成与晚二叠世峨眉山大火成岩省岩浆活动紧密相关（吴静等，1994）.

攀西裂谷南段的滇中罗茨地区出露有一系列碱性杂岩体，这些碱性杂岩体多呈小岩株断续展布，主要包括大寺、猫街、水口菁、鸡街等7个岩体，南北延伸约16 km（吴静等，1994）. 该区出露的岩体虽小，但多为复杂的多期次环状侵入体，岩体结构复杂，岩石类型多，不同岩石类型之间成因演化机制尚不清楚. 研究区所出露的地层主要为震旦系下统的澄江组红色砂岩和碱性火山岩系，部分地段可见昆阳群美党组板岩夹白云质大理岩（颜以彬，1985；吴静等，1994；赵正等，2010）.

1.2　岩体特征

水口菁碱性杂岩体地理位置上属于云南省禄丰县水口箐村，岩石类型复杂多样，具有典型的环状杂岩体结构特征. 该杂岩体空间上完全受南北向的罗茨断裂控制，在平面上呈现长轴为NNE向的椭圆状出露，长约1 470 m，宽400~600 m，出露面积约0.67 km²，与围岩接触产状较为陡峭，倾向东（Zhao et al.， 2023）. 根据岩石的结构、矿物组成及岩相分带，可划分为6种岩石类型：内环主要由辉石岩和辉长岩组成，核心部位可见碳酸岩细脉；中间环主要由不同粒度的钛铁霞辉岩组成；外环主要为中-细粒的霓霞钠辉岩；杂岩体西侧存在一系列的辉石闪长岩和霞石正长岩脉（图2）. 整个杂岩体遭受了不同程度的风化作用，其表层风化壳具有显著的Sc富集特征（平均Sc含量约为71×10^-6；Zhou et al.， 2022），按一般工业标准，全岩Sc₂O₃>50×10^-6即达到边界品位（张玉学，1997）.

水口菁杂岩体内环以单斜辉石和基性斜长石的不同比例而构成了辉石岩和辉长岩，无明显的岩相分界线，岩石整体呈灰黑色，中-粗粒或不等粒结构，块状构造（图3a，3b）. 往核部方向的辉石粒径往往越粗且辉石比例也更高（可达95%以上），粒径可达3~4 cm. 副矿物主要有磁铁矿、橄榄石、角闪石、磷灰石、榍石等（图4a，4b）.中间环带主要为钛铁霞辉岩，同样呈灰黑色，中-粗粒结构，块状构造，野外表现为磁性更强；副矿物有磁铁矿、钛铁矿、角闪石、黑云母、磷灰石等.

外环主要为灰白色的霓霞钠辉岩，中-细粒结构或不等粒结构，主要由辉石、钠长石、霞石及霓石组成，其中辉石多呈半自形-他形，粒径较小，具有霓石化特征（图3c）. 霞石主要为半自形-他形的粒状结构，粒径较大，无解理，极低突起，最高干涉色一级灰；钠长石多为长条状，可见两组完全解理和双晶纹，大多具有蚀变特征；角闪石则基本都蚀变成了阳起石，呈墨绿色或深褐色的长柱状，发育多孔结构（图4c）. 副矿物主要有磷灰石、榍石、磁铁矿、云母、绿泥石、绿帘石等.

值得注意的是，在该杂岩体的西侧出露有一些偏中性岩石，即辉石闪长岩和霞石正长岩脉（图3d，3e）. 霞石正长岩呈脉状产出，脉宽0.3~1.5 m，走向延伸约10 m，整体呈灰白色，穿插于霓霞钠辉岩中，蚀变较为强烈（图3e）. 辉石闪长岩仅见一个地表露头，出露宽度约0.5~1.0 m，推断为脉状产出（图3d）. 其主要由斜长石（~30%）和角闪石（~30%）构成，次要矿物有辉石、云母、阳起石、钠长石，副矿物有磷灰石、榍石、霓石、阳起石等. 辉石闪长岩具有典型的不等粒结构，整体以灰白色为主，可见细粒针状角闪石和粗粒板柱状角闪石，部分粗晶角闪石沿c轴粒径可达2 cm；斜长石为半自形-他形的板状或不规则状，可见聚片双晶. 镜下观察发现辉石闪长岩基本上都被霞石细脉穿插交代并形成网脉状结构，导致角闪石和斜长石晶体较为破碎，岩石整体蚀变严重，形成了大量阳起石和蚀变云母（图4d）. 此外，辉石闪长岩产出有较多半自形-他形磷灰石，粒径50~400 μm，多分布于角闪石和云母间隙之中，也可见少数细粒磷灰石包裹在角闪石内.

2 分析方法

本次研究主要采集了相对新鲜的辉石岩、辉长岩、钛铁霞辉岩、霓霞钠辉岩、辉石闪长岩和霞石正长岩，通过室内岩相学观察和全岩主微量分析查明不同岩石类型的矿物组成以及地球化学特征.重点对辉长岩和辉石闪长岩中的磷灰石开展了详细的U⁃Pb定年、Sr同位素及微量元素分析.全岩主微量分析以及磷灰石的分选、制靶、阴极发光图像拍摄在南京顺科检测有限公司完成.

全岩化学前处理与主量元素测定具体流程包括：酸法消解（40 mg样品加入0.5 mL浓硝酸和1.0 mL浓氢氟酸，195 ℃密封加热3 d后蒸至湿盐状，加入Rh内标并用15%硝酸复溶）后，采用Agilent 7700x ICP⁃MS测定微量元素，Agilent 5110 ICP⁃OES测定Na、Mg、Al、P、K、Ca、Ti、Mn、Fe等主量元素；另通过碱熔消解法测定Si元素.质量控制采用原地质矿产部GSR、GSD岩石及水系沉积物标物监控主量元素，美国USGS玄武岩（BHVO⁃2、BCR⁃2）、安山岩（AGV⁃2）、流纹岩（RGM⁃2）及花岗闪长岩（GSP⁃2）标物监控微量元素，确保分析准确性.

磷灰石的U⁃Pb测年在北京燕都中实测试技术有限公司利用LA⁃ICP⁃MS完成. 所采用的激光剥蚀系统为美国ESI公司产的NWR 193 nmArF准分子激光器，ICP⁃MS为德国产的AnalytikjenaPlasmaQuant MSQ电感耦合等离子质谱仪. 磷灰石U⁃Pb定年中使用MAD磷灰石标样（485.2±0.8 Ma； Thomson et al.，2012）进行U⁃Pb同位素分馏校正，并利用Kovdor磷灰石标样（377.5±3.5 Ma；Chew et al.， 2011）进行质量监控.测试过程中采用NIST610做外标，采用⁴⁴Ca作为内标进行U、Pb含量计算，每分析10个样品点，分析一组标样. 激光剥蚀过程中采用氦气作载气，由一个T型接头将氦气和氩气混合后进入ICP⁃MS中. 每个采集周期包括20 ｓ的空白信号和50 ｓ的样品信号，激光束斑大小为32 μm，能量密度4 J/cm²，剥蚀频率为9 Hz. 数据离线处理采用ICPMSDataCal10. 2软件（Liu et al.， 2008）完成，对磷灰石的普通铅校正采用²⁰⁷Pb校正法，U⁃Pb年龄数据成图采用Isopolt v3. 0插件完成.

磷灰石的微量元素组成在中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室利用LA⁃ICP⁃MS完成. 本次分析所采用的激光剥蚀系统为193 nmArF准分子激光（型号为Resonetics⁃S155），电感耦合等离子体质谱仪为美国产的Thermo iCAP⁃Qc型四级杆质谱. 激光束斑直径为33 μm，能量密度为3.5 J/cm²，剥蚀频率为8 Hz，剥蚀时间40 s. 剥蚀过程与气路连接装置同上.本次分析采用多外标-无内标校正方法，所采用的参考物质有BIR⁃1G、BCR⁃2G、BHVO⁃2G、NIST 610，数据结果由ICPMSDataCal 10.2软件离线处理完成（Liu et al.， 2008）.

磷灰石的原位Sr同位素分析也在中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室利用LA⁃MC⁃ICP⁃MS完成.所用多接收电感耦合等离子体质谱仪型号为Nu Plasma II.本次分析使用的激光束斑为50 μm，剥蚀频率10 Hz，剥蚀时间50 s.分析过程中因为有部分Sr的同质异位素会干扰Sr的质谱测定，其中主要为Rb、Kr和稀土二价离子的干扰，因此，需要进行干扰校正.详细的校正方法参考Ramos et al. （2004）和Yang et al. （2011）.本次分析中使用的标样为实验室内部标样，包括印度洋和青岛的现代珊瑚（Coral），标样分析的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值为0.709 18±0.000 05 （2σ，n=20）与文献报道值一致（Chen et al.， 2018）.由于磷灰石的⁸⁷Rb/⁸⁶Sr比值极低（<0.001），因此⁸⁷Sr的放射成因贡献可以忽略不计，所以单颗粒获得的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr实测值即为其初始Sr同位素组成.

3 分析结果

3.1　磷灰石U⁃Pb年龄及微量元素组成

水口菁辉长岩中的磷灰石多呈自形-半自形的短柱状，少数呈自形粒状晶，整体颗粒较大，长轴100~200 μm，短轴40~100 μm. 阴极发光图像显示内部分带弱，多数颗粒均有细小裂纹，少数颗粒较为破碎且呈不规则状（图5a）.

水口菁辉石闪长岩中的磷灰石多呈自形-半自形的长柱状，整体颗粒较大，长轴50~400 μm，短轴为40~80 μm. 阴极发光图像同样显示无环带结构，少数颗粒较为破碎，整体结构较为均一（图5b）.

辉长岩中磷灰石U⁃Pb定年共分析了25个点，具体年龄数据见附表1，因磷灰石含有一定量的普通铅，故采用反等时线（Tera⁃Wasserburg）进行普通铅校正（娄元林等，2024），其下交点年龄为263±11 Ma（MSWD=1.01），与²⁰⁷Pb校正加权平均年龄为266.5±4.9 Ma（MSWD=3.5）基本一致（图6a），表明辉长岩的形成时代约为263 Ma.

辉石闪长岩中磷灰石U⁃Pb定年共分析了48个点，其中有效点43个，具体年龄数据见附表1，通过Tera⁃Wasserburg图解获得下交点年龄为262.8±6.4 Ma（MSWD=0. 54），与²⁰⁷Pb校正加权平均年龄为261.9±3.5 Ma（MSWD=0.58）一致（图6b），表明闪长岩的侵位时代与辉长岩一致，都为263 Ma.

辉长岩中的磷灰石微量元素结果显示U含量相对较低（3.87×10^-6~12.1×10^-6），Th含量相对较高（38.0×10^-6~154×10^-6），同时还有较高的Sr含量（1 499×10^-6~1 951×10^-6），ΣREE含量也较高（2 080×10^-6~2 679×10^-6），ΣLREE含量在1 853×10^-6~2 354×10^-6之间，平均为2 084×10^-6，ΣHREE含量在226×10^-6~324×10^-6之间，平均为264×10^-6，ΣLREE/ΣHREE为7.25~8.92之间，平均为7.90，（La/Yb）_N在17.6~21.9之间，平均19.8，（La/Sm）_N在4.30~5.65，平均4.69，（Sm/Yb）_N在3.53~4.82之间，平均4.24，Sr/Y在3.04~4.68之间，平均3.78，Eu/Eu^*在1.01~1.11之间，平均1.06（附表2）. 在球粒陨石标准化稀土配分模式图上呈右倾型，富集轻稀土、亏损重稀土，轻微的Eu 正异常（图7a）.这些地球化学特征与大多数碱性岩-碳酸岩中磷灰石类似（Hu et al.， 2019；Lu et al.，2021）.

辉石闪长岩中磷灰石微量元素结果显示具有相对较低的U（4.53×10^-6~10.70×10^-6）和较高的Th（87.1×10^-6~130×10^-6）含量，Sr含量相对于辉长岩中磷灰石偏低（1 291×10^-6~1 871×10^-6），ΣREE含量与辉长岩中磷灰石相近（1 900×10^-6~2 599×10^-6），ΣLREE含量在1 714×10^-6~2 368×10^-6之间，平均为2 032×10^-6，ΣHREE含量在186×10^-6~232×10^-6之间，平均为210×10^-6，ΣLREE/ΣHREE在9.21~10.10之间，平均为9.66，（La/Yb）_N在13.5~16.7之间，平均14.6，（La/Sm）_N在2.60~3.57，平均2.98，（Sm/Yb）_N在4.24~5.62之间，平均4.94，Sr/Y在2.42~5.34之间，平均3.68，Eu/Eu^*在1.03~1.12之间，平均1.07（附表2）. 在球粒陨石标准化稀土配分模式图上同样呈右倾型，富集轻稀土、亏损重稀土以及轻微的Eu正异常（图7b）.

3.2　磷灰石Sr同位素组成

水口菁辉长岩和辉石闪长岩中磷灰石的Sr同位素分析结果见附表3.结果显示辉长岩和辉石闪长岩中磷灰石的初始Sr同位素比值均较低，具有典型的幔源特征.其中，辉长岩中磷灰石⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值为0.704 14~0.704 46，平均值为0.704 30；辉石闪长岩中磷灰石⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值为0.704 10~0.704 30，平均值0.704 20. 这一结果与邻区鸡街杂岩体Sr同位素组成范围基本一致（赵正等，2012），也与峨眉山高钛玄武岩初始岩浆阶段Sr同位素范围一致（Shellnutt， 2014； Tang et al.， 2021）.

3.3　全岩地球化学特征

本次研究对水口菁杂岩体中具有代表性的岩石开展了全岩主微量分析，具体分析结果见附表4.

水口菁地区辉石岩、辉长岩、钛铁霞辉岩、霓霞钠辉岩、霞石正长岩和辉石闪长岩SiO₂含量分别为42.4%、44.6%、40.8%、48.5%、54.5%和50.0%. 按SiO₂含量划分，辉石岩、辉长岩和钛铁霞辉岩属超基性岩石，霓霞钠辉岩和辉石闪长岩为基性岩石，霞石正长岩属中性岩，此处的辉石闪长岩中因含有大量的角闪石和少量辉石导致SiO₂含量偏低，故不属于典型的闪长岩. 岩石全碱含量方面：辉石岩Na₂O+K₂O为4.31%、辉长岩Na₂O+K₂O为3.47%、钛铁霞辉岩Na₂O+K₂O为3.47%、霓霞钠辉岩Na₂O+K₂O为10.9%、霞石正长岩Na₂O+K₂O为13.09%、辉石闪长岩Na₂O+K₂O为11.80%. 可以看出，水口箐岩体样品整体SiO₂含量较低，而 Na₂O+K₂O 的含量较高，说明水口菁岩体具有碱性亲和力. 从超基性岩向基性岩演化，岩体的 Al₂O₃、Na₂O、K₂O、全碱含量等都出现增高，岩体总体向着富硅、富碱方向发展.

根据主量数据的TAS图解，所有样品均落入碱性区域（图8a），其中23SKJ⁃7A、7B样品落在霞石正长岩区域内，23SKJ⁃6样品落入辉长岩区域内，与岩相学观察结果一致；而23SKJ⁃7C、7D样品则落入似长岩区域，根据岩相学观察表明其主要由角闪石和斜长石及少量辉石组成，故定名为辉石闪长岩.

水口菁地区辉石岩CaO、TFe₂O₃和 MgO含量分别为18.34%、11.26%、15.93%；辉长岩CaO、TFe₂O₃和 MgO含量分别为12.48%、12.35%、7.06%；钛铁霞辉岩CaO、TFe₂O₃和 MgO含量分别为16.04%、17.22%、9.72%；霓霞钠辉岩CaO、TFe₂O₃和 MgO含量分别为7.36%、8.02%、2.28%；霞石正长岩CaO、TFe₂O₃和 MgO含量为2.81%、2.22%、0.65%；闪长岩CaO、TFe₂O₃和 MgO含量分别为4.08%、3.40%、0.68%. 辉石岩、辉长岩、钛铁霞辉岩、霓霞钠辉岩、霞石正长岩和闪长岩的Mg^#依次为73.7、53.2、52.8、36.0、32.5、27.1，表明从超基性岩到中性岩遵循了很好的岩浆分异演化过程. 结合SiO₂⁃Na₂O主量投图可知，随着岩浆演化的进行，水口菁各类碱性岩之间呈现出良好的线性关系，且演化过程中由结晶分异作用主导（图8b）.

在微量元素组成上，辉石岩、辉长岩、钛铁霞辉岩、霓霞钠辉岩、霞石正长岩和闪长岩的∑REE分别为33.3×10^-6、56.5×10^-6、46.9×10^-6、89.5×10^-6、40.9×10^-6、73.1×10^-6. LREE/HREE比值分别为3.44、3.11、3.92、4.97、5.59、6.12. 由此可见，这6类岩石稀土总量均不高，相对富集轻稀土元素且轻、重稀土存在不同程度的分馏，其中霞石正长岩和闪长岩分异程度最高. 在球粒陨石标准化稀土配分模式图上，这些岩石均呈现为轻稀土元素富集的右倾型配分模式（图9a），且有轻微的正Eu异常，δEu分别为1.29、1.15、1.26、1.22、1.38、1.21，表明没有斜长石的结晶分异（Yang et al.， 2022）.

在微量元素原始地幔标准化蛛网图上，可观察到从超基性岩向中性岩演化过程中，大离子亲石元素（Rb、K、Ba和Sr）具有逐渐升高的趋势. 高场强元素（Nb、Ta、Zr和Hf）虽然相对亏损，但仍然具有随岩浆演化逐渐升高的趋势. 而P和Ti元素则在不同岩石中分异较为明显，Ti元素相对富集于超基性的辉石岩、辉长岩和钛铁霞辉岩中，随岩浆的演化，在基性的霓霞钠辉岩和闪长岩及中性的霞石正长岩中，Ti含量逐渐降低. P元素相对富集于辉长岩、钛铁霞辉岩及霓霞钠辉岩中，在霞石正长岩中含量较低，整体上来看，同样是随着岩浆的演化，P元素含量逐渐降低. 推断Ti和P元素含量的变化可能与岩浆演化早期大量磁铁矿、钛铁矿和磷灰石的分离结晶有关.

总体上来看，水口箐岩体具有富 Ca、Na、Al、Fe、Mg，贫 K、Mn、P、Ti的特征，同时也注意到Sc在辉石岩、钛铁霞辉岩和辉长岩中含量较高，由于Ca主要赋存于辉石中，通过CaO与Sc元素投图，发现CaO与Sc含量具有很好的正相关关系（图8c），表明Sc主要赋存于辉石中，这也与前人的研究结论相符（Zhou et al.， 2022；Zhao et al.， 2023）.

4 讨论

4.1　水口菁杂岩体形成时代

前人研究通常把攀西裂谷内的峨眉山玄武岩、中酸性碱性侵入岩和基性-超基性侵入岩共伴生特征称为“三位一体”（罗震宇等，2006；赵正等，2012）.例如，攀枝花、白马、太和、红格、新街、猫猫沟等碱性侵入岩的形成时代均为260 Ma左右，与峨眉山玄武岩主喷发时间基本一致（Zhou et al.， 2005；罗震宇等，2006； Zhong et al.， 2011； Shellnutt， 2014； Tang et al.， 2021）.本文通过对水口菁辉长岩和辉石闪长岩中大量结晶的磷灰石开展U⁃Pb测年，首次获得了与峨眉山玄武岩主喷发期较为一致的年龄，分别为263±11 Ma 和262.8±6.4 Ma，表明水口菁碱性侵入岩的形成时代为~263 Ma，结合磷灰石一致的Sr同位素特征进一步表明水口菁地区基性-超基性岩与偏中性的辉石闪长岩是同源岩浆快速分异演化的产物.由此可见，攀西裂谷南段的碱性杂岩体仍然与峨眉山大火成岩省早期岩浆活动存在紧密联系.

值得注意的是，Yang et al. （2022）对水口菁辉长岩中斜锆石开展了U⁃Pb定年结果为210±3 Ma，但在定年过程中所采用的校正标样为锆石标样，因锆石和斜锆石存在较为显著的基体效应（李艳广等，2015），故而导致其斜锆石年龄不太准确.此外，前人对邻区的鸡街碱性杂岩体也开展过一些年代学研究，夏斌等（2004）从霞辉岩中分选出9颗锆石获得5个数据点的U⁃Pb年龄为~204 Ma，但难以解释其中存在岩浆复合型锆石老核的年龄（~2 000 Ma 、~680 Ma和~300 Ma）.基性-超基性等硅不饱和岩浆中难以结晶出锆石，这些锆石很可能是晚期中性岩脉中携带的锆石，不能准确代表鸡街碱性岩的形成时代.刘红英等（2004a）对鸡街霞辉岩开展了⁴⁰Ar⁃³⁹Ar定年结果为~194 Ma，但其年龄谱线并非一条直线，而具有明显的离散现象，表明K⁃Ar同位素体系受到了后期地质事件的扰动，所以该年龄也不能准确代表岩体形成时代.本次研究选取了水口菁碱性岩中最为常见的副矿物磷灰石开展U⁃Pb定年工作，其年龄结果具有代表性，为攀西裂谷南段分布的碱性杂岩体与峨眉山大火成岩省早期岩浆活动之间的成因联系提供了可靠的年代学证据.

本次获得的水口菁杂岩体形成时代与攀西裂谷内的其他碱性侵入体具有高度可对比性（表1）.攀枝花岩体位于峨眉山大火成岩省中心位置，大量研究显示其层状辉长岩的形成时代集中在~260 Ma左右，其岩浆成因与峨眉山地幔柱作用有关（Zhou et al.， 2009； Zhong et al.， 2011； Shellnutt， 2014）.紧邻攀枝花的红格、白马、太和等碱性侵入岩也被报道其岩体形成时代为262~258 Ma之间（Shellnutt et al.， 2009； Zhong et al.， 2011； Tang et al.， 2021），且往往伴随初始岩浆分异结晶形成的花岗岩等中酸性岩石.位于川西会理的猫猫沟霞石正长岩和闪长岩具有与水口菁相似的岩相组合特征，其形成时代为261.6±4.4 Ma，与峨眉山玄武岩具有相似的源区，都与峨眉山地幔柱活动有关（罗震宇等，2006）.综上所述，沿攀西裂谷发育的碱性杂岩体在形成时代上集中为~260 Ma，其形成背景均与峨眉山地幔柱作用有关.本次研究所报道的水口菁杂岩体年龄（~263 Ma）进一步明确了攀西裂谷南段碱性岩与峨眉山玄武岩的成因联系，且在年龄分布上略早于峨眉山玄武岩的主喷发期，因此，攀西裂谷南段发育的这些碱性杂岩体很可能是最早期峨眉山大火成岩省岩浆演化的产物.

4.2　岩浆演化与分异

全岩地球化学分析表明水口菁杂岩体中各类岩石均属于碱性岩系列，稀土配分模式均具有富集LREE，轻、重稀土分馏大，富集大离子亲石元素及微弱的Eu正异常特征，表明岩浆源区未经历斜长石的分离结晶过程. 结合哈克图解可知水口菁杂岩体经历了从辉石岩、辉长岩到钛铁霞辉岩、霓霞钠辉岩再到霞石正长岩的岩浆演化过程（图9）. 综合前人研究认识，在幔源岩浆演化初期阶段，Mg、Co、Ni主要赋存于橄榄石中，Ca和Sc主要赋存于辉石和角闪石中，MgO和CaO与Sc、Co、Ni的线性关系表明岩浆演化过程受橄榄石和辉石的分离结晶控制，这些证据表明水口菁碱性岩中Sc含量变化主要受辉石和角闪石分离结晶作用控制（Zhou et al.，2022；Zhao et al.，2023）. 岩相学观察显示辉石和角闪石存在典型的环带结构以及辉长岩和辉石闪长岩一致的侵位时代表明水口菁杂岩体早期经历了一个快速侵位、分异结晶、固结成岩的过程. 这些特征与鸡街碱性杂岩体的结晶分异演化过程基本相似（赵正等，2010）.

值得注意的是，水口菁辉长岩和辉石闪长岩在化学成分上具有较好的连续性，表明水口菁碱性杂岩体从基性岩到偏中性的闪长岩是一个快速分异演化的产物，这与两类岩石中磷灰石一致的Sr同位素组成相吻合（附表3）.水口菁辉长岩和辉石闪长岩中磷灰石均有富Sr和LREE以及右倾型稀土配分模式特征，与典型碱性岩体系中磷灰石微量元素组成特征相似（Hu et al.，2019；Lu et al.，2021）. 从辉长岩到辉石闪长岩，随着磷灰石Sr含量的降低，有（La/Sm）_N增加而（Sm/Yb）_N降低的趋势（图11a，11b），表明在相对早期的辉长岩结晶过程中，磷灰石对LREE和Sr均有着较强的相容性；而在相对晚期的辉石闪长岩中，角闪石和榍石的分离结晶导致熔体中的M⁃HREE被分配进入到角闪石和榍石，致使晚期结晶的磷灰石中（La/Sm）_N的升高和（Sm/Yb）_N的降低（吴渴等，2024）.通常来说，磷灰石中Sr含量的下降可能与斜长石分离结晶作用有关，两类磷灰石中Sr/Y与Eu异常存在一定程度的负相关性（图11c），尤其是辉石闪长岩中磷灰石相对下降的Sr含量，说明在岩浆分异演化过程中Sr元素的变化也受斜长石结晶的控制.此外，岩相学观察显示辉石闪长岩中角闪石包裹有磷灰石，其晶体特征与辉长岩中磷灰石基本一致（图4），也暗示辉长岩和辉石闪长岩属于同源岩浆并经历了一个快速岩浆分异演化过程.

水口菁的岩石地球化学特征与邻区鸡街杂岩体基本相似，都具有贫硅富碱、富集Rb、Ba、Sr等大离子亲石元素以及轻稀土富集的稀土配分模式，以及相似的Sr同位素组成，表明它们可能源自同一地幔源区（吴静等，1994；黄智龙等，1995；赵正等，2012）. 与之不同的是，鸡街碱性杂岩体在岩浆演化过程基本没有地壳物质的混染（黄智龙等，1995；赵正等，2010， 2012）.Nb和Ta作为孪生元素在岩浆演化过程中通常具有一致的行为，不易受到分离结晶的控制，水口菁地区辉石闪长岩明显降低的Nb/Ta比值（16.1~18.7）暗示其可能受到地壳物质的混染.进一步结合SiO₂与Nb/La和Ce/Pb呈现的良好负相关性（图12a，12b），表明水口菁碱性杂岩体在岩浆演化过程中受到一定程度的地壳混染作用，同时也与全岩微量元素蛛网图上显示的Pb正异常相互佐证（图10b）.

通过对攀西裂谷分布的不同杂岩体中辉长岩样品主微量数据分析发现白马、红格等辉长岩中CaO、MgO含量低于水口菁辉长岩，且Rb、Sr等大离子亲石元素含量均高于水口菁地区.通过地球化学特征对比，进一步发现白马、红格、太和等杂岩体LREE含量及SiO₂明显高于水口菁和鸡街杂岩体（图8b、8d），表明攀西裂谷中段的杂岩体岩浆演化分异程度更高，这也与这些岩体通常伴生有酸性花岗岩的产出相对应；而水口菁和鸡街地区的碱性杂岩体均为硅不饱和岩浆，且无同期酸性岩浆的出现. 通过CaO⁃Sc图解可以发现，攀西裂谷南段水口菁和鸡街杂岩体的Sc含量显著高于北边的其他杂岩体（图8c），故合理推测Sc优先富集于峨眉山地幔柱作用的早期岩浆辉石中，而这些早期岩浆活动主要发生在攀西裂谷南段.

4.3　水口菁杂岩体形成构造背景

碱性侵入岩是一类富含碱质元素（钠、钾）的火成岩，这些岩石在探讨幔源岩浆演化过程中具有重要的指示作用，而且它们的形成常常与特定的大地构造环境相关联（周玲棣和赵振华，1994）.例如，碱性岩-碳酸岩主要沿裂谷带分布，碱性花岗岩主要沿裂谷、板内深断裂、大陆板块边缘深断裂带分布（赵振华和周玲棣，1994；杨学明和杨晓勇，1998）.

前人研究表明，攀西裂谷的岩浆活动与峨眉山大火成岩省的岩浆活动在时间上具有同步性，并且攀西地区的中酸性碱性侵入岩与峨眉山玄武岩、基性-超基性侵入岩在空间上紧密伴生（夏斌等，2004）.攀西地区作为扬子板块西缘的重要组成部分，从元古代至新生代经历了复杂的构造演化，前人针对攀西裂谷分布的太和、白马、猫猫沟、攀枝花、新街等一系列基性-超基性碱性杂岩体进行了大量研究.水口菁碱性杂岩体在形成时代和空间分布及地球化学特征方面与攀西裂谷带内分布的其他碱性杂岩体具有高度可比性.在区域上，水口菁杂岩体位于攀西裂谷南段，地处滇中罗茨地区，空间上与峨眉山玄武岩紧密伴生.在Nb⁃Zr⁃Y图解中，除辉石岩样品落在地幔柱型洋中脊玄武岩区域内（P⁃MORB），其他样品均落在板内碱性玄武岩和板内拉斑玄武岩区域内（图12c，12d）.在w（Th/Hf）⁃w（Ta/Hf）图解上，辉石岩及钛铁霞辉岩落在大洋板内洋岛、海山玄武岩区及T⁃MORB、E⁃MORB区，霓霞钠辉岩和闪长岩落在陆内裂谷碱性玄武岩区，辉长岩和闪长岩落入地幔热柱玄武岩区（图12）. 综上所述，我们认为水口菁杂岩体主要显示了与洋岛玄武岩OIB类似的板内构造背景，岩体的产出构造环境应为大陆型板内拉张环境.

5 结论

（1）磷灰石U⁃Pb年龄表明水口菁碱性杂岩体形成时代为~263 Ma，与峨眉山大火成岩省主喷发时间及攀西地区其他碱性杂岩体早期侵位时间一致.

（2）全岩地球化学分析表明水口菁杂岩体经历了从超基性-基性到偏中性的岩浆演化，辉石-辉长岩与辉石闪长岩应该是同源岩浆快速分异演化的产物.

（3）水口菁碱性杂岩体在形成时代和地球化学特征方面与攀西裂谷带内分布的其他碱性杂岩体具有高度可比性，其原始岩浆的形成与攀西裂谷和峨眉山地幔柱的活动紧密相关，起源于板内拉张环境下的岩石圈地幔低程度部分熔融，并经历了快速的岩浆分异演化.

附件见：https：//doi.org/10.3799/dqkx.2025.050

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基金资助

国家自然科学基金项目(U2344217)

云南省基础研究计划项目(202301CF070317)

云南省有色地质局308队专家工作站项目(2024)