铜陵地区高钾钙碱性系列侵入岩锆石U-Pb年代学及其地质意义

吴才来, 郭祥焱, 王次松, 武秀平, 郜源红, 雷 敏,秦海鹏, 刘春花, 李名则, 陈其龙

(1. 中国地质科学院 地质研究所 火成岩研究室, 北京 100037; 2. 安徽省地质矿产局 321地质队, 安徽 铜陵244033)

0 引 言

铜陵地区位于安徽省境内长江南岸(图1), 以盛产铜矿而著名, 是中国的古铜都。区内以夕卡岩型和夕卡岩层控型铜、金等金属矿床类型为主[1], 它们与燕山期中酸性侵入岩的关系十分密切。高钾钙碱性系列侵入岩占区内中酸性侵入岩的 80%, 且大多数与铜矿和钼矿有关。因此, 区内中酸性侵入岩的研究是多年来经久不衰的课题[1–11]。其中, 在侵入岩岩石学及地球化学方面积累了较多的研究成果[3,6–8,12–14]。近年来, 随着同位素定年技术方法的进步, 不少研究者对区内的侵入岩做了大量的定年工作, 获得了一大批新的定年数据[5,7,10,15–24]。然而, 随着定年数据的增多, 也出现了许多矛盾现象, 如区内同是一种岩性的不同岩体, 出现了不同的年龄; 同一种岩性的同一个岩体也出现了多个年龄。这究竟是定年方法本身的问题还是客观情况就是这样？然而, 要解决这个问题, 只有通过更多的更精细的年代学研究。毕竟铜陵地区有大小岩体76个, 现有的定年数据还没有涵盖这些岩体。因此, 本文拟报道区内部分高钾钙碱性系列侵入岩的最新锆石U-Pb定年数据, 并对上述问题进行讨论。

1 地质背景

铜陵地区大地构造位置处于扬子板块东北缘下扬子地块的中部(图 1a)。区内出露志留纪到三叠纪浅海相碳酸盐岩, 并夹有深海相的硅质岩和海陆交互相的碎屑岩地层。印支运动使这些地层发生了一系列NE向的褶皱, 从西往东分别为: 金口岭向斜、铜官山背斜、青山次级背斜、朱村-大通复向斜、舒家店-永村桥背斜、新屋里向斜、戴公山背斜, 这些NE向的褶皱被NE、NNE、NW 和 NNW向的断层切割。区内近EW向的铜陵-戴家汇基底深大断裂控制了岩浆活动和矿床的形成, 组成了区内近 EW 向南北宽约20 km的岩浆-构造-成矿带[25](图1)。区内出露的76个侵入体中, 凤凰山岩体规模最大, 出露面积约 10 km2, 其余侵入体规模较小, 露头面积一般为0.5～3 km2。岩体主要呈小岩株和岩墙状产出, 其次呈岩床和岩脉状产出。研究表明, 区内的侵入岩可划分为橄榄安粗岩系列和高钾钙碱性系列[6,7,12,23,26]。橄榄安粗岩系列岩石约占全区侵入岩的 20%左右, 岩体多为 NW 和 NE向的岩墙, 与三叠纪碳酸盐岩地层呈明显的侵入接触关系, 岩体边部的斜长石平行接触带分布, 接触带地层主要发生大理岩化, 其次是方柱石化和夕卡岩化。该系列侵入岩中含有大量的尖晶石辉石堆积岩、角闪石堆积岩和角闪石辉长质堆积岩包体,同时还含有角岩、大理岩和夕卡岩包体[16]。这此岩体常伴随Au、Ag、Pb、Zn等多金属矿化,39Ar/40Ar同位素年龄为137～136 Ma[5]。高钾钙碱性系列侵入岩占全区侵入岩的80%左右, 呈NE向岩株状侵入到石炭纪白云质灰岩、二叠纪和三叠纪石灰岩中, 这些围岩常发生强烈的夕卡岩化, 并伴随着铜矿化[1]。岩体常侵位于背斜的核部或核部附近的翼部, 有些岩体呈不规则状分布在两个不同方向断裂的交汇处。岩体中常含有微粒闪长质包体、镁铁质石英二长闪长质包体及富云母包体[16]。该系列侵入岩的Ar-Ar 年龄变化于140～134 Ma之间, 其中, 花岗闪长岩、石英二长闪长岩和辉长闪长岩的年龄分别为 140～137 Ma、137～136 Ma和 134 Ma[5],与锆石U-Pb年龄所反映的特点基本一致, 表明该系列岩浆比橄榄安粗岩系列岩浆开始活动的时间早,岩浆活动持续的时间长[7]。

图1 安徽铜陵地区岩体地质及年龄分布示意图Fig.1 Geological sketch map of the Tongling area, Anhui, ChinaR–第三系; K2–上白垩统; K1–下白垩统; J3–上侏罗统; J1-2–中下侏罗统; T22-T23–中三叠统; D3-T21–上泥盆统-中三叠统; S–志留系。R–Tertiary system; K2–Upper-Cretaceous system; K1–Lower-Cretaceous system; J3–Upper Jurassic system; J1-2–Middle and Lower Jurassic system;T22-T23–Middle Triassic system; D3-T21–Upper Devonian system-Middle and Lower Triassic system; S–Silurian system.

2 定年样品特征

本次研究的 6个定年样品来自区内 4个岩体,样品特征分述如下。

2.1 样品07CL521和10CL519-3

这两个样品均取自缪家石英二长闪长玢岩体,取 样 坐 标 分 别 为 : 30°57.658′N, 118°5.280′E 和30°57.664′N, 118°5.819′E。该岩体产于舒家店背斜NE端NW翼, 岩体长轴近EW向, 呈东宽西窄的岩床状产出, 长约4 km, 宽0.3～1 km, 面积2.5 km2。岩体向北西缓倾斜, 倾角小于20°, 与围岩层理基本一致,岩体总趋势由北向南沿层间裂隙上侵, 节理、裂隙以NE向的最为发育。岩体侵位较浅, 剥蚀深度小, 属浅成相侵入岩。岩体围岩为二叠纪-三叠纪沉积岩及上侏罗世火山岩系。岩性为石英二长闪长玢岩, 灰黑色, 斑状结构, 斑晶为斜长石(35%)及少量石英(5%～10%), 基质为细粒-显微晶质的长英质(45%～55%)。部分斜长石和石英斑晶被熔蚀成港湾状, 斜长石局部发生高岭土化和绢云母化, 黑云母局部被绿泥石交代。此外, 岩石具有强烈的碳酸盐化现象, 岩石中方解石细脉发育。

2.2 样品07CL519和10CL516-3

这两个样品均取自沙滩脚花岗闪长岩体, 取样坐 标 分 别 为 : 30°55.210′N, 118°9.179′E 和30°55.882′N, 118°9.208′E。该岩体位于戴公山背斜NE端NW翼, 平面形态复杂, 周边不规则。岩体长轴呈近EW向,长约5 km, 面积约6 km2, 呈小岩株状产出。岩体由北向南超覆, 倾向北, 接触面不规则,倾角在 NW 的沙滩脚处较缓, 而在东部的戴腰山处较陡, 与围岩产状基本一致, 属整合侵入接触。岩体围岩为泥盆系上统五通组至三叠系下统, 是一套以碳酸盐岩为主的沉积岩层。岩体主要由灰色花岗闪长岩组成, 具不等粒粒状结构, 局部地方为似斑状结构, 由斜长石(50%～60%)、石英(15%～20%)、碱性长石(12%～15%)、角闪石(8%～10%)和黑云母(5%)组成。岩石具绿泥石化、钾长石化及透辉石化现象。其中样品10CL516-3钾化特别强烈, 镜下见到钾长石呈脉状分布在其他矿物颗粒之间, 部分交代斜长石, 使斜长石呈残余状分布在大面积的钾长石之中。

2.3 样品07CL516

该样品取自新桥头花岗闪长斑岩体, 取样坐标为: 30°53.664′N, 118°0.052′E。该岩体位于凤凰山岩体的西北边, 侵入于舒家店背斜SW端NW翼(图1),出露面积约 4 km2, 呈岩株状产出, 为不规则长圆形,倾向 NW, 局部倾向 SE, 围岩为志留纪粉砂岩。岩石具斑状结构, 斑晶为斜长石(30%)和石英(10%),大小为1～2 cm, 基质为微细粒的长英质(60%), 岩石发育绢云母化、高岭土化、绿泥石化、绿帘石化、夕卡岩化及少量的黄铁矿化和褐铁矿化。

2.4 样品07CL505

该样品取自狮子山矿田南洪冲花岗闪长岩体,取样坐标为: 30°53.850′N, 117°54.032′E。该岩体位于青山背斜的SE翼, 为一隐伏岩体。据钻孔揭示, 岩体呈上窄下宽的岩墙状产出, 两侧小岩枝发育。岩石呈浅灰色, 中细粒结构, 主要矿物为斜长石(55%～65%), 其 次 为 石 英 (15%～20%)、 钾 长 石(12%～15%)和角闪石(8%～10%), 少量的黑云母。斜长石呈自形-半自形板状, 粒度大小一般为 0.3～1.0 mm, 具聚片双晶及环带结构; 角闪石呈自形-半自形柱状, 粒度为 1.3～1.8 mm; 石英为他形粒状, 粒度 0.2～0.5 mm, 被熔蚀成港湾状或浑圆状; 钾长石呈半自形-他形粒状, 粒度较小, 为 0.2～0.3 mm; 黑云母呈鳞片状, 含量较少。副矿物为磷灰石、榍石、锆石和磁铁矿。

3 分析方法

3.1 锆石U-Pb定年

分别采集缪家石英二长闪长玢岩(样品07CL521和 10CL519-3)、沙滩脚花岗闪长岩(样品07CL519和10CL516-3)、新桥头花岗闪长斑岩(样品07CL516)和南洪冲花岗闪长岩(样品 07CL505)样品各2 kg, 破碎至40～80目, 用水淘洗粉尘后, 先用磁铁除去磁铁矿等磁性矿物, 再用重液选出锆石,最后在双目镜下人工挑出锆石。锆石的分选由河北省区域地质矿产调查研究院完成。将锆石和标样一起粘在玻璃板上, 用环氧树胶浇铸,制成薄片、抛光,并拍照反射光和阴极发光照片, 最后分别在离子探针SHRIMP-RG 和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICPMS)上测定锆石的U、Th、Pb含量及同位素组成。样品 07CL521、07CL519、07CL516 和 07CL505锆石的SHRIMP定年由作者在美国斯坦福大学离子探针实验室完成。分析流程类似于 Williams的描述[27],实验选择的标样为R33(419.0±1.1 Ma)[28], 数据的误差范围±1σ, 数据处理使用美国 Berkeley地质年代学中心Kenneth R. Ludwig编制的计算程序[29–30]。样品10CL519-3和10CL516-3锆石LA-ICPMS的定年测定工作由作者在中国科学技术大学激光剥蚀电感耦合等离子体质谱实验室(LA-ICPMS)完成, 实验选择的标样为 91500,206Pb/238U年龄的加权平均值误差为±2σ。U/Pb 比值数据处理使用软件LaDating@Zrn, 校正 Pb同位素使用软件 ComPb corr#3-18[31], 校正后的数据使用美国Berkeley地质年代学中心编制的ISOPLOT和SQUID[30]程序进行处理并得出年龄。详细分析方法如袁洪林等的描述[32]。

3.2 全岩化学分析

本次工作对定年岩石样品进行了化学全分析(表1), 由中国地质科学院国家地质实验测试中心完成。氧化物用X荧光光谱仪3080E测试, 执行标准分别为: Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、K2O、CaO、TiO2、MnO、Fe2O3和 FeO按 GB/T14506.28-1993标准; H2O+按GB/T14506.2-1993标准; CO2按GB 9835-1988标准; LOI按LY/T 1253-1999标准; 稀土元素 La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y 和微量元素 Cu、Pb、Th、U、Hf、Ta、Sc、Cs、V、Co、Ni用等离子质谱 Excell测试, 执行标准为 DZ/T0223-2001; 微量元素 Sr、Ba、Zn、Rb、Nb、Zr、Ga用 X 荧光光谱仪 2100测试, 执行JY/T016-1996标准。用不同的分析方法交叉检查, 参考国际标准GBW校正。分析精度分别为: 主要氧化物Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、K2O、CaO 和 FeO 为 1%, Fe2O3、P2O5、TiO2、MnO、H2O+和 CO2为 10%; 微量元素 La、Ce、Pr、Nd、Y、Sr、V、Zn、Ga、Rb、Cs、Pb、Th、Nb、Zr 和 Ba 为15%, Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Er、Yb、V、Co、Ni、U、Hf、Ta 和 Sc为 20%, Tb、Ho、Tm 和 Lu 为 25%。

4 结 果

4.1 岩石地球化学

缪家石英二长闪长玢岩由于发生了强烈的碳酸盐化和粘土化, 所以分析结果中的挥发分含量较高,除去挥发分计算出SiO2含量为 56.56%～59.93%; 其他样品相对新鲜, SiO2含量变化于 61.55%～65.83%之间。各定年样品的全碱含量为4.72%～10.71%。除缪家岩体的 10CL519-2样品和沙滩脚岩体的10CL516-2样品外, 其余样品的K2O/Na2O比值小于1。所有样品除沙滩脚岩体的 10CL516-2样品外(该样品具有强烈的钾化), 其余样品均落入高钾钙碱性系列范围内(图2)。各样品富集大离子亲石元素, 亏损高场强元素,微量元素蛛网图表现出 Nb、P、Ti负异常, 其中的沙滩脚岩体 10CL516-2样品和新桥头岩体 07CL516样品具有 Th负异常和明显的Sr正异常。各岩体样品的 Sr均大于 400 μg/g(458～1152 μg/g), 除缪家岩体外, 其余各岩体样品的Sr/Y比值均大于40 (变化于51～103之间), 岩石的原始地幔标准化曲线基本相似(图 3)。各样品的稀土元素总量变化于86～216 μg/g之间, 其中沙滩脚岩体钾化的样品 10CL512-2最低。各样品稀土分布模式曲线十分相似, 由 La到 Ho, 呈右倾型,且无明显的正负 Eu异常; 从 Ho到 Lu基本水平,反映轻稀土元素和中稀土元素分异明显, 而重稀土元素分异不明显(图4)。

4.2 锆石U-Pb定年结果

4个样品的SHRIMP定年数据列于表2, 2个样品的LA-ICPMS 定年结果列于表3。各样品锆石特征及定年结果分述如下。

图2 K2O-SiO2图解[33]Fig.2 Diagram of K2O-SiO2 [33]图中的范围根据参考文献[7]的资料圈定。The bound in the Figure is circled based on the data from References [7].

表1 定年样品岩石化学成分Table 1 Chemical composition of whole-rock for dating samples

图3 微量元素蛛网图(标准化值据参考文献[34])Fig.3 Primitive mantle-normalized trace element spider diagram (Normalizing values are from Reference [34])

图4 稀土元素球粒陨石标准化分布模式(标准化值据参考文献[35])Fig.4 Chondrite-normalized REE distribution of intrusion and enclaves from Tongling (Normalizing values are from Reference [35])

样品 07CL521(缪家石英二长闪长玢岩) 锆石为短柱状, 长宽比为 1∶1 ～ 1.5∶1, 具有较好的振荡环带(图5)。10颗锆石SHRIMP定年结果表明,锆石的 U、Th 含量分别为 88～457 μg/g 和 50～588 μg/g,锆石的232Th/238U比值变化于 0.56～1.33之间(表 2),Th、U之间的相关性较好, 相关系数为 0.91(图略),206Pb/238U 年龄变化于(133.7±1.8)Ma至(164.1±1.1)Ma之间, 除去不谐和的测点后, 得出平均年龄为(142.8±1.6) Ma (MSWD=1.8, n=8)。 从 锆 石 的206Pb/238U-207Pb/235U图解得出谐和线交点年龄为(146.0±3.0) Ma (MSWD=0.99)(图 6), 与平均年龄(142.8±1.6) Ma在误差范围内基本一致(图6)。

样品 10CL519-3也取自缪家岩体, 用LA-ICP-MS U-Pb法测定了32颗锆石(表3), 得出平均年龄为(143.2±1.3) Ma（MSWD=0.67，n=23）(图7), 与 SHRIMP U-Pb定年方法得出的年龄基本相同。

样品 07CL519(沙滩脚花岗闪长岩) 锆石为柱状, 长宽比为2∶1 ～ 3∶1, 具有较好的振荡环带,部分锆石具有老的继承性核, 如5号、8号、9号和10号锆石(图5)。14颗锆石SHRIMP定年结果表明,锆石的 U、Th含量分别为 85～408 μg/g 和 42～203 μg/g, 锆石的232Th/238U比值变化于 0.22～0.72之间(表 2), Th、U之间的相关系数为 0.52(图略)。除 5号、8号、9号和10号锆石的年龄分别为(844±4) Ma、(1994±14) Ma、(1801±11) Ma和(2403±8) Ma外, 其余锆石年龄变化于(135.3±1.1) Ma ～ (147.2±1.5) Ma之间, 平均年龄为(144.1±1.2) Ma (MSWD=0.92,n=9)。从锆石的206Pb/238U-207Pb/235U图解上得出的谐和线下交点年龄为(144.1±1.6) Ma (MSWD=4.8),可解释为岩浆的结晶年龄, 与平均年龄(144.1±1.2)Ma非常一致(图6)。

图5 侵入岩锆石阴极发光图像Fig.5 Cathodoluminescence (CL) images of zircon from intrusive rocks in Tongling

取自同一岩体的样品 10CL516-3锆石LA-ICPMS U-Pb定年得出平均年龄为(144.1±1.5)Ma (MSWD=1.3, n=21)(图7), 与SHRIMP定年结果一致。

样品 07CL516(新桥头花岗闪长斑岩) 锆石为自形的长柱状, 长宽比为2∶1 ～ 5∶1。CL图像显示, 锆石具有非常好的振荡环带(图5)。锆石U的含量为 137～497 μg/g, Th 的含量非常低, 为 5～85 μg/g,232Th/238U比值较低, 除 12号锆石为 0.64以外, 其余的变化于0.03～0.10之间(表2), Th和U之间的相关系数为0.63(图略)。除12号锆石为老的继承性核并测得年龄为(2484±10) Ma外, 其余锆石的年龄变化范围不大(206Pb/238U年龄变化于(144.0±1.1) Ma ～(152.3±1.0) Ma 之间), 平均年龄为(147.2±1.5) Ma(MSWD=0.69, n=6)。从206Pb/238-U207Pb/235U图解上得出的谐和线下交点年龄为(148.4±2.2) Ma (MSWD= 4.5)(图 6), 解释为岩浆结晶的年龄, 这一年龄在误差范围内与平均年龄(147.2±1.5) Ma一致。

表2 铜陵高钾钙碱性系列侵入岩锆石SHRIMP U-Pb定年数据Table 2 Zircon SHRIMP U-Pb dating data of high-K calc-alkaline series intrusive rocks from Tongling

表3 铜陵高钾钙碱性系列侵入岩锆石LA-ICPMS U-Pb定年数据Table 3 Zircon LA-ICPMS U-Pb dating data of high-K calc-alkaline series intrusive rocks from Tongling

图6 锆石SHRIMP 207Pb/206Pb-238U/206Pb谐和图Fig.6 Zircon SHRIMP 207Pb/206Pb-238U/206Pb Concordia diagram from intrusive rocks in Tongling

图7 锆石LA-ICPMS 206Pb/238U-207Pb/235U谐和图Fig.7 Zircon LA-ICPMS 206Pb/238U-207Pb/235U Concordia diagram from intrusive rocks in Tongling

样品 07CL505(南洪冲花岗闪长岩) 该样品锆石的长宽比变化较大, 为1∶1 ～ 4∶1, 阴极发光图像显示出明显的环带结构(图5)。锆石U的含量变化于79～521 μg/g之间, Th 变化于50～397 μg/g之间,U、Th之间具有较好的相关性(相关系数为0.97)(图略)。232Th/238U比值一般大于0.5, 变化于0.57～0.99之间(表 2)。锆石年龄变化范围为(123.3±2.1) Ma ～(722.7±4.8) Ma, 其中, 2号锆石和6号锆石的年龄分别为(577.9±5.8) Ma和(722.7±4.8) Ma, 2号锆石可能为一捕获的老的锆石, 核部似乎发生了不完全熔融,6号锆石核部与幔部之间以及中间部位均有黑色的CL影像, 放射性206Pb的含量(20 μg/g)远远高于其他锆石(1.5～9.9 μg/g), 可能反映该锆石受到了后期流体的改造, 有Pb的加入或带出[36]。去除这两颗锆石, 其余锆石的平均年龄为(138.8±1.3) Ma(MSWD=1.09, n=12)(图 6)。从锆石的206Pb/238U-207Pb/235U 图解上得出的谐和线上交点年龄为(841±74) Ma, 下 交 点 年 龄 为 (137±13) Ma(MSWD=1.5)(图 7)。上交点年龄可解释为花岗闪长岩的继承锆石年龄, 而下交点年龄可解释为岩浆的结晶年龄, 但误差较大(图6)。

5 讨 论

5.1 部分岩体的精确时代问题

5.1.1 缪家岩体

用SHRIMP定年方法测定了10颗锆石, 除去2个不谐和的测点, 得出平均年龄为(142.8±1.6) Ma,数据的 MSWD 为 1.8(图 6); 同时, 又使用了LA-ICPMS定年方法测定了该岩体的 32颗锆石(表3), 得出了(143.2±1.3) Ma的年龄(图 7), 数据的MSWD为0.67, 与SHRIMP定年得出的结果基本相同, 但与谢建成等[37]用 LA-ICPMS法定年结果有明显的差异。谢建成等[37]测定了缪家岩体的20个锆石,得出206Pb/238U 年龄变化于(129±2) Ma ～ (152±3) Ma之间, 加权平均年龄为(137.3±2.9) Ma (95% confidence, MSWD=7.5), 认为是该岩体的形成年龄。但从发表的数据来看, 可明显地分为两组, 一组平均年龄为(140.3±2.9) Ma, 另一组为(132.2±1.6) Ma。另外, 数据的平均加权偏差平方(MSWD, mean square of weighted deviates)较大(MSWD=7.5)。因此, 谢建成等[37]数据的第一组年龄与本文的定年结果在误差范围内基本一致, 应该作为该岩体的结晶年龄; 而第二组年龄与庐枞和宁芜盆地中的火山岩及浅成侵入岩的年龄一致(约 127～131 Ma), 可能反映了一次岩浆热事件的年龄。

5.1.2 南洪冲岩体

用 SHRIMP方法测定了该岩体定年样品的 12颗锆石, 平均年龄为(138.8±1.3) Ma, MSWD=1.09。而谢建成等[37]用LA-ICPMS方法分析了南洪冲岩体锆石的 21个点, 得出的年龄变化于(130±4) Ma ～(162±6) Ma之间, 加权平均年龄为(141.9±4.5) Ma(95%confidence, MSWD=5.9)。可见, 数据之间的变化范围较大, 误差也较大, 而数据 MSWD也较大(5.9)。杨小男等[22]对南洪冲岩体也进行了LA-ICPMS锆石U-Pb定年, 获得的206Pb/238U年龄为(141±2) Ma。本文使用SHRIMP定年得出的结果与这个结果在误差范围内基本一致。

5.1.3 新桥头岩体

新桥头花岗闪长斑岩的特征与瑶山花岗闪长斑岩相似, 两者具有明显的斑状结构, 斑晶斜长石达1～2 cm, 少量石英斑晶。瑶山花岗闪长斑岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄为(146.0±0.9) Ma[15], 并含有老的继承性锆石核; 新桥头岩体的锆石SHRIMP U-Pb年龄为(147.2±1.5) Ma, 也含有老的继承性锆石核, 如 12号锆石的年龄为(2484±10)Ma。两岩体在空间上相邻, 可能为同一次岩浆侵位的产物。但这种具有斑状结构的岩石比区内同类无斑晶的岩石年龄大, 如相邻的凤凰山花岗闪长岩为(142.4±1.0) Ma[15]。

5.1.4 沙滩脚岩体

狄永军等[38]报道了沙滩脚花岗闪长岩锆石的SHRIMP年龄为(151.8±2.6) Ma, 到目前为止, 这是发表的铜陵地区中酸性侵入岩中最大的年龄。本文的定年结果表明, 该岩体的锆石SHRIMP U—Pb年龄为(144.1±1.2) Ma, 与狄永军等[38]得出的结果相差较大。作者最近在代工山铜矿又采集了该岩体的样品, 用LA-ICPMS定年方法获得的该岩体的U-Pb年龄为(144.1±1.5) Ma (MSWD=1.3, n=21)(表 3, 图 7),与本文的锆石SHRIMP定年结果相同。同样是锆石的SHRIMP U-Pb定年, 得出的结果不同, 说明该岩体并非是一次侵位, 可能是多次侵位的结果。因此,沙滩脚岩体可能为一复式岩体, 岩浆最早侵位的时代可能为152 Ma, 而在144 Ma又发生了一次大规模的岩浆侵位。

5.2 区内含斑岩体与无斑岩体侵位次序

从岩相上看, 区内高钾钙碱性系列侵入岩可分为无斑的中粒结构和含斑的微粒结构两种类型。其中辉长闪长岩、石英二长闪长岩、花岗闪长岩为等粒状结构, 而石英二长闪长玢岩、花岗闪长斑岩具有明显的斑状结构。从现有的定年数据来看, 岩石类型相同且具有斑状结构的岩体比无斑结构的侵位时间要早,如瑶山花岗闪长斑岩的锆石 SHRIMP U-Pb年龄为146 Ma[15], 新桥头花岗闪长斑岩为147 Ma (本文), 桥头扬花岗闪长斑岩为148 Ma(未发表),而相邻的凤凰山花岗闪长岩为142 Ma[15]; 此外, 无斑结构的同类岩浆侵位具有多期性, 如南洪冲花岗闪长岩为 139 Ma(本文), 晚于区内其他花岗闪长岩体, 如同一矿田(狮子山矿田)内部的胡村花岗闪长岩为142 Ma[7]。然而, 橄榄安粗岩系列侵入岩不同的岩石类型也存在类似的规律, 如舒家店辉石二长闪长岩为142 Ma[15], 而焦冲辉石二长闪长岩为137 Ma(未发表)。

5.3 两个系列岩浆侵位次序

区内两个系列侵入岩锆石的年龄统计结果如表4。从表4可以看出, 本区橄榄安粗岩系列舒家店辉石二长闪长岩的锆石 SHRIMP U-Pb年龄为(142.4±0.7) Ma[15], 白芒山辉石二长闪长岩为(138.2±0.6) Ma[7], 但207Pb/206Pb-238U/206Pb图上有 3群谐和线上的年龄,每个群的年龄平均值分别是(142.42±0.96) Ma (MSWD=0.35)、(138.70±1.0) Ma(MSWD=1.3)、(133.26±0.71) Ma (MSWD=0.01)[7]。吴才来等[7]认为,该岩体最早侵位的时代应该为 142 Ma, 但由于受到区内大规模岩浆侵入活动的影响,可能使早期侵位的岩体中大多数锆石发生了熔解再沉淀, 形成了139 Ma的锆石, 而133 Ma的时代可能反映了区域上又一次岩浆构造热事件, 同一矿田相邻的曹山二长岩为(142.9±1.1) Ma[18], 也反映了橄榄安粗岩系列岩浆开始活动的时间大约为143 Ma。然而, 同样是该系列的焦冲辉石二长闪长岩, 其锆石的U-Pb年龄为(137±1.7) Ma, 表明同一种类型的侵入岩具有不同的侵位时代, 反映岩浆活动的多期次性。因此, 从区内已有的锆石U-Pb年龄数据来看,本区橄榄安粗岩系列岩浆活动大约开始于 143 Ma,并持续到137 Ma(图8)。

表4 铜陵地区侵入岩锆石U-Pb年龄统计Table 4 Statistic zircon U-Pb ages of intrusive rocks from Tongling

高钾钙碱性系列湖城涧辉长闪长岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄为(142.7±0.6) Ma[15], 凤凰山花岗闪长岩为(142.4±1.0) Ma[15]、(144.2±2.3) Ma[21], 瑶山花岗闪长斑岩为(146.0±0.9) Ma[15], 矶头石英二长闪长岩为(140.4±2.2) Ma[20]; 铜官山石英二长闪长岩为(137.5±1.1) Ma[17]、(139±3) Ma[19]、(139.5±2.9) Ma[10]、(142.8±1.8) Ma[38]、（141.7±1.4）Ma[16]，其中的长英岩脉为（130±3）Ma[38], 沙滩脚花岗闪长岩为(151.8±2.6)Ma[38]、(144.1±1.2) Ma (本文)、(144.1±1.5) Ma (本文)。这些定年数据暗示本区高钾钙碱性系列岩浆活动大约开始于152 Ma, 并持续到130 Ma (图8)。可见, 本区花岗闪长斑岩/第一次花岗闪长岩岩浆先开始侵位, 其次是辉长闪长岩/第一次辉石二长闪长岩岩浆侵位,接着是石英二长闪长岩浆侵位, 最后是第二次花岗闪长岩/第二次辉石二长闪长岩岩浆侵位。

图8 两个系列岩浆岩年龄统计直方图Fig.8 Cumulative probability plots of isotopic ages for both series intrusive rocks

5.4 地质意义

本文研究的定年样品具有富Si高K的特点, 属高 K钙碱性系列中酸性侵入岩, 岩石富集轻稀土元素和大离子亲石元素, 无明显正负 Eu异常, 亏损Nb、P、Ti, 各样品具有相同或相似的稀土分布模式和微量元素蛛网图模式, 反映本区高钾钙碱性系列侵入岩具有相同的成因。特别是岩石具有高 Sr低Yb的特点,与埃达克质岩石的地球化学特点相似[40]。深源岩浆包体研究表明, 本区中生代的地壳厚度约50～60 km 左右[7,41]。Zhu et al.[42]认为, 早白垩世古太平洋板块的不断斜向俯冲导致郯庐断裂的左行平移, 进而引发了同期的岩浆活动, 因此, 郯庐断裂是中国东部J-K岩浆活动的重要构造转换断裂[43]。研究表明, 在 J3-K1时,包括本区在内的中国东部地区, 由于岩石圈拆沉导致软流圈地幔上涌, 富碱的基性岩浆在本区下地壳莫霍面附近形成一个巨大的深位岩浆房, 随着岩浆的分异结晶作用, 形成尖晶石辉石堆积岩, 岩浆房自身的热和结晶潜热引起中上地壳低熔点的组分发生部分熔融, 形成浅位酸性岩浆房,这里同时发生着同化混染和岩浆分异作用[7,16,41]。由于断裂构造切割深度的增加, 浅位岩浆房的岩浆先侵位, 形成花岗闪长斑岩体(侵位年龄约为147 Ma),接着是含有堆晶包体的辉石二长闪长质岩浆上升侵位(143 Ma), 同时, 部分辉石二长闪长质岩浆注入到花岗闪长质浅位岩浆房, 发生岩浆混合作用, 形成石英二长闪长质岩浆。大约140 Ma, 含有大量微粒闪长质包体的石英二长闪长质岩浆开始大规模地上升侵位, 形成本区岩浆活动的高峰。大规模的岩浆活动结束后, 深位岩浆房和浅位岩浆房分别仍有少量的辉石二长闪长质岩浆(137 Ma)和花岗闪长质岩浆上升侵位(139 Ma), 直到 130 Ma, 本区岩浆侵入活动停息。因此, 本区高钾钙碱性系列侵入岩浆活动持续了约20 Ma左右(130～152 Ma), 而橄榄安粗岩系列岩浆侵入活动持续了约 6～7 Ma (137～143 Ma)。本区的岩浆活动不仅与中国东部J-K岩浆事件相呼应, 而且也预示着长江中下游地区广泛的白垩纪岩浆作用的开始。同时, 也反映了包括本区在内的中国东部中生代由晚侏罗世的挤压构造背景转变为早白垩世的伸展环境[43]。

6 结 论

(1)锆石 SHRIMP U-Pb定年结果表明, 南洪冲和沙滩脚花岗闪长岩、新桥头花岗闪长斑岩、缪家石英二长闪长玢岩的锆石 SHRIMP U-Pb年龄分别为(138.8±1.3) Ma、(144.1±1.2) Ma、(147.2±1.5) Ma和(142.8±1.6) Ma。其中缪家石英二长闪长玢岩和沙滩脚花岗闪长岩锆石的 LA-ICPMS U-Pb年龄分别为(143.2±1.3) Ma和(144.1±1.5) Ma, 与 SHRIMP 定年方法得出的年龄基本一致, 说明两种定年方法都是可靠的。

(2)区内具有斑状结构的岩体年龄大于同类岩石无斑状结构的岩体, 说明具有斑状结构的岩体岩浆侵位较早; 无论是橄榄安粗岩系列还是高钾钙碱性系列侵入岩, 都存在同种岩性的不同岩体年龄结果不完全相同的现象, 说明形成同种岩石的岩浆具有多期次侵位的特点。

(3)根据本文的定年数据, 结合区内其他定年资料,得出本区两个系列岩浆活动次序为: 花岗闪长斑岩/第一次花岗闪长岩 → 辉长闪长岩/第一次辉石二长闪长岩 → 石英二长闪长玢岩/石英二长闪长岩 → 第二次花岗闪长岩 → 第二次辉石二长闪长岩。

(4)本区高钾钙碱性系列岩浆侵入活动与中国东部 J-K纪岩浆事件相呼应, 可能与早白垩世古太平洋板块的斜向俯冲导致郯庐断裂的左行平移, 从而引发的同期的岩浆作用有关。高钾钙碱性系列岩浆活动开始于约152 Ma, 结束于约130 Ma, 岩浆活动高峰期为144～140 Ma, 此时岩浆作用的构造背景为伸展环境。

本研究分别得到国家专项(编号 SinoProbe-05-05)和国家自然科学基金项目(批准号分别为：40921001、49772106、40472034和 40672049) 以及中国地质调查局项目(项目号为：1212010918007、1212010818090、1212010611803和1212010711816)的共同资助。匿名审稿专家对论文进行了严格的评审并提出许多建设性意见, 在此表示衷心感谢。

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