宁镇地区安基山岩体锆石LA-ICPMS U-Pb定年及意义

2014-09-09刘建敏闫峻李全忠刘晓强

地质论评 2014年1期

刘建敏，闫峻，李全忠，刘晓强

合肥工业大学资源与环境工程学院，合肥，230009

内容提要：宁镇地区安基山岩体最早被厘定为高Sr低Y型岩石（Adakite），为深入理解安基山岩体的成因与深部地质作用演化过程，本文利用LA-ICPMS锆石U-Pb定年方法对安基山岩体的花岗闪长斑岩进行了年代学研究，获得其206 Pb/238 U加权平均年龄为108.8±1.2 Ma，表明岩浆侵位时代为早白垩世。另外，结合本地区高精度年代学数据，构筑了长江中下游地区中生代岩浆岩的精细年代学格架，划分为四个阶段：148～133 Ma（第一阶段）、131～127 Ma（第二阶段）、126～123 Ma（第三阶段）以及109～102 Ma（第四阶段）。

宁镇地区位于长江中下游铁铜多金属成矿带的东段，是长江中下游铁铜多金属成矿带的重要组成部分。中生代时期，该区发育大量岩浆活动，中酸性侵入岩广泛分布，该区的侵入岩曾进行过详细的岩石学和地球化学工作（宁仁祖等，1989；毛建仁等，1990；夏嘉生，2000；许继峰等，2001；张术根等，2010），其中，安基山岩体具有高 Sr低 Y的（adakitic）地球化学特征，被解释为起源于拆沉的下地壳（Xu Jifeng et al.，2002），引起了广泛的关注。安基山岩体的K-Ar年龄为106～123 Ma（毛建仁等，1990；夏嘉生，2000），给出了较大的范围。中生代岩浆岩往往受到风化蚀变的影响，易造成K-Ar体系的开放，从而影响定年的精度。为了精确定年，本次工作选取安基山岩体中的锆石进行LA-ICPMSUPb年代学测定，为建立长江中下游地区中生代岩浆活动的年代学格架，深入理解安基山岩体乃至宁镇地区中生代岩浆岩成因与深部地质作用演化过程提供坚实的依据。

1 地质背景及样品描述

长江中下游地区位于扬子地块北东缘，紧邻华北地块和大别造山带。其北以襄樊—广济断裂和郯庐断裂与大别造山带分开，其东南以常州—阳新断裂为界与江南隆起接壤，总体上呈北西狭窄、北东宽阔的＂V＂字型地带。宁镇地区位于长江中下游东端，区内结晶基底为古元古代埤城群变质岩系（闵庆魁，1987）。盖层地层从南华系到第四系均有分布，仅在中—下泥盆世有沉积间断，地层总厚度约10000 m。作为印支期扬子地块和华北地块碰撞的前陆地带，并受到中—新生代古太平洋板块向欧亚大陆俯冲的影响，宁镇地区总体构造线方向为NEE向和NE向。

长江中下游地区中生代发育强烈的岩浆活动，在鄂东南、九瑞、安庆—贵池以及铜陵等断隆区，主要发育高钾钙碱性中酸性侵入岩；在金牛、怀宁、庐枞、繁昌、宁芜、溧阳和溧水盆地，发育以橄榄安粗岩系为主的火山岩及相应的潜火山岩；沿长江两岸，分别发育了两条A型花岗岩带（邢凤鸣和徐祥，1994）。宁镇地区为与铜陵地区相似的断隆区，发育了一套中生代高钾钙碱性侵入岩，岩石类型从基性岩至酸性岩均有分布，出露面积约460 km2，其中以中酸性岩分布最广，约占侵入岩总面积的80%（夏嘉生，2000）。区内侵入岩呈东西方向带状分布，大多数受区域构造和断裂带的严格控制，具有明显的线状和带状分布特征。单个杂岩体的长轴方向多数为东西向，个别为北东或北西向。从岩石结构特征看，似斑状结构较为发育，其次为细—中粒结构和斑状结构。本区岩体侵入于志留系—白垩系的不同层位，其中石炭系—三叠系的灰岩及周冲村组膏盐层是主要成矿围岩（毛建仁等，1990）。侵入岩与围岩之间的同化混染作用强烈，受区域地质背景影响，本区侵入岩的区间性明显，分为西、中、东三个岩区。西区有板仓和其林门两个杂岩体，主要岩石组合是辉长岩—闪长岩—石英闪长岩，其中以闪长岩类为主，两者深部磁场连成一体。中区包括安基山、高资、新桥、石马杂岩体，岩石组合为闪长（玢）岩—石英闪长岩、石英二长岩—花岗岩，其中以石英闪长岩和花岗闪长岩为主，深部磁场特征说明它们共同组成一个庞大的岩基（常印佛等，1991）。东区包括丹徒镇、大港和南吕等岩体，主要岩石组合为石英闪长岩、石英二长岩和花岗岩，以石英闪长岩和石英二长岩为主（图1）。

安基山岩体近南北向延伸，长约9.5 km，宽约4.5 km，岩性主要为花岗闪长斑岩，其次为石英闪长斑岩，有大量走向相近的石英闪长玢岩脉穿插。本次定年的样品（11AJS001-3）采自安基山水库东南角（E119°3′37″，N32°5′10″，图 1）。样品灰白色—灰红色，块状构造，斑状结构，斑晶含量约40%，主要为斜长石、角闪石、黑云母和少量石英。斜长石占斑晶总含量的50%，板状，明显聚片双晶，大部分已经碳酸盐化、高岭石化；角闪石，占斑晶含量的25%，长柱状，部分蚀变为绿帘石，少量碳酸盐化；黑云母占斑晶含量的20%，片状，大部分已经蚀变为绿泥石；石英占5%左右，无蚀变。基质含量为60%左右，主要为石英、斜长石和钾长石，碳酸盐化强烈。定名为花岗闪长斑岩。

2 分析方法

将岩石样品粉碎，经常规的淘洗、重选以及磁选后，分离出锆石（在河北省廊坊市诚信地质服务有限公司完成），在双目镜下挑选晶形较好、具有代表性的锆石并粘贴在双面胶上，用环氧树脂固定，等树脂完全固结后，打磨抛光到锆石中心部位露出来，然后制靶。

锆石的阴极发光（CL）照相在中国科学院地质与地球物理研究所扫描电镜实验室完成，锆石原位U-Pb同位素和微量元素分析在合肥工业大学资源与环境工程学院质谱实验室开展，使用激光—电感耦合等离子质谱仪（LA-ICPMS）完成，激光剥蚀系统为德国Microlas公司生产的GEOLAS，激光波长为193 nm，激光脉冲频率为5 Hz，剥蚀孔径为32μm，剥蚀时间90 s，背景测量时间25 s，脉冲能量密度为10 mJ/cm2，以He作为剥蚀物质的载气；测试质谱仪为Agilent 7500a，工作参数为：Rf功率1300 W，进样深度5.5 mm，等离子气体Ar 15 L/min，辅助气体Ar 1L/min，补偿气体Ar 0.8～0.9 L/min。测定时用NIST610玻璃作为元素外标，锆石标样91500进行同位素分馏校正，锆石标样Mud Tank作为同位素监控样，本实验测定的锆石标样的误差与推荐值一致。数据处理采用中国地质大学（武汉）开发的ICPMSDataCal 8.0软件完成，选取谐和度＞90%的样品点进行数据分析，采用Isoplot软件绘制谐和图并计算加权平均年龄。

图1 宁镇地区地质简图（据1∶20万地质图改绘）Fig.1 Geological map of Nanjing—Zhenjiang area（modified from 1∶200000 Scale Geological Map）

3 分析结果

安基山11AJS001-3花岗闪长斑岩样品中的锆石多数为自形晶体，完整透明，基本没有裂隙，包裹体较少。部分锆石的阴极发光（CL）照相和U-Pb同位素和微量元素分析位置如图2所示。锆石晶体显示清晰的震荡环带和扇形分带，基本不含继承锆石核，也不发育变质增生边。晶体长度为200～320 μm，长宽比为1.5∶1～2.8∶1。

图2 安基山代表性锆石阴极发光（CL）图像及测试位置和测试年龄Fig.2 Representative cathodoluminescence（CL）images of zircons from Anjishan pluton

锆石U-Pb定年结果列于表1，锆石的U、Th含量分别为：96.5×10-6～539×10-6和50.6×10-6～479×10-6，Th/U比 0.439～1.051，n（206Pb）/n（238U）—n（207Pb）/n（235U）谐和度＞90%的样品点有20个，在谐和图上年龄点较为集中，206Pb/238U加权平均年龄为108.8±1.2 Ma（图3）。锆石CL图像和Th/U比值均表明，这些测点的锆石都是典型岩浆锆石，以上年龄代表了岩浆的侵位年龄。因此，安基山岩体为早白垩世岩浆活动的产物。

图3 安基山岩体锆石U-Pb谐和图Fig.3 Zircon U-Pb isotopic concordant plots of the Anjishan pluton

在球粒陨石标准化稀土元素配分图中（图4），所有的锆石具有一致的左倾配分模式，亏损轻稀土，阶梯式富集重稀土，同样指示为典型的岩浆锆石。锆石的 δEu为 0.45～0.60，均值为 0.52，δCe为2.24～323.21，均值为111.16，显示强烈的正Ce异常，负Eu异常。锆石中Ce正异常的出现与否及其强弱程度与锆石结晶时流体（熔体）的氧化还原条件有关（Hanchar et al.，2007）。因为Ce3+被氧化为Ce4+后，其离子半径类似于Zr和Hf，比轻稀土更容易进人到锆石晶格中。在平衡分离的情况下，氧逸度越大，Ce的正异常程度越强，氧逸度越小，还原作用越强，则Eu的负异常程度越强（曹烨等，2009）。推测岩浆源区的氧逸度较高。Hoskin（2001）认为，典型的壳源岩浆锆石中，单颗粒锆石∑REE的值变化很大，其数值为250×10-6～5000×10-6，均值集中在1500×10-6～2000×10-6之间，（Lu/Gd）N平均值在16～74之间，（Sm/La）N平均值在57～547之间（张宏等，2006）。安基山样品的∑REE值在233×10-6～1080×10-6之间，均值为 655×10-6，（Lu/Gd）N值19～46之间，（Lu/Gd）N平均值为31，反映样品中的锆石不是典型的壳源岩浆锆石。

图4 安基山锆石的稀土元素标准化图解（球粒陨石值据Boynton，1984）Fig.4 Chondrite-normalized REE pattern of the zircons from Anjishan pluton（chondrite-normalized values after Bounton，1984）

1 3 3 3 3 3 3 3 3 3）n（238U 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 b σ）P（206值107 n 11 112测113 1 11 3 0 9 11 05 1 109 111 110 109 109 105 106 108 107 110 109 107 1σ 6 5 5 4 5 4 4 4 5）b）n（2 35 U 4 5 7 5 4 5 4 6 a P）113（207n 114测110值龄108年107（M 102 108 117 115 115 117 109 108 114111 115 108 118 114 114 4 4 5 area .2 86 68 92 107）92 8385 10 93 1σ.5 85.5 95 81 97 98 88 89）n（206Pb 147.6 106.6 bP gjian 131.779 333.7（207n 117 61值57 143.5.9 55 27 317 h 测en 172 220 280.2 122 189 300 250 120 300 195 261—0.0005 1σ jin g N Pb）n（238U 0.0004 Z 96）0.0004 an 0.0005 0.0004 0.0005 0.0005 0.0004 0.0005 0.0005 0.0004 0.0004 0.0004 0.0004 0.0004 0.0004 0.0005 141 0.0004 0.0005 n值数ton （206分p 0 0.0167.0176测.0176 0 0.0172.0170析lu 0 0.0175据，.01640 0.0174 0 0.0174.0171 0.0172 0.0170 0.0170 0.0165 0.0166 0.0169 0.0167 0.0173 0.0171 0.0167 U-Pb an A .0052 jish b）MS n .0047值0 0.0058 0 0.0064.0039）n（235U.0077 0 0 0 0.0060 0 0.0051.0047.0050.0046 0 0.0046 0 0.0050 0 0.0043.0050.0062 0 0.0045 0 0 P比.0044 1σ值同from 位LA s n（207测.1146 0 0.1155.0052 0 0.1106素.1189 0 0.1058 0 0锆zircon .1179.1125.1220 0 0.1203 0 0-ICP.1218.1136 0 0.1191 0 0.1119 0 0.1125.1184.1228.1202 0 0石.1185.0055.1198.1117 0.0005.0017 7 6 7 0.002 0 0.0019.00.0019 0.0030）.0025 0 0 0 9 18 b）n（206Pb 山e 0 0 th 1σ.0016.00 0 0 0 0.001.001 0 0.002 0 0.002.001 1 2 0 0.002 0 0.002 0基.001.0026.001.002安of P 07n值地d镇测0.0517区ata 17 0.0476（2 1 0.0484宁alysis 0.0473 0.0472 0.0489 0.0470 0.0466 0.0527 0.0495 0.0505 0.0519 0.0483 0.0497 0.0521 0.0512 0.0484 0.0521 0.0500 0.0514-P 1 an表b /U.504 Th 0 0.584.525 0 0.791.439 0 0.628.888 0 0.511 0 0.900 0 0.697.051.905 1 0.496.727 0 0.592.514.505 0 0.883.4860 0 S.588 U P M U 10--IC 151 295 6）.596 A 304 416（×523 539 275 195 479 274 363 375 289 216 198 334 179 422 273 1 Lle 9 8 ab T T 10-6）h.9.6.6（×75 172 50 191 329 229 479 192 99 433 247 180 394 148 157 100 198 158 205 160 P b 10-6）（all）.4510 11 3.25.03.56 6 1.99.446 9（×.19.21.92 6 4 11 6.40 7.45.14 8.84 5.78 4.67 4.06 6.96 4.09 8.62 5.78号-3-01-3-02-3-03-3-04-3-05-3-06-3-07-3-08-3-09-3-10-3-11-3-12-3-13-3-14-3-15-3-16-3-17-3-18-3-19-3-20品样JS001 A A JS001 JS001 A A JS001 JS001 JS001 JS001 JS001 JS001 JS001 A A A A JS001 JS001 A A A A JS001 JS001 JS001 JS001 JS001 A A A A 11 11 11 JS001 JS001 11 11 11 11 11 11 11 11 A A 11 11 11 11 11 11 11 A A JS001 11 11

由于样品含有石英，为Si饱和岩浆产物，因此锆石微量元素可以用来计算其结晶温度。分别对样品的单颗锆石计算了其锆石Ti饱和温度（图5），计算采用Watson等（2005）中的公式。除了一个测点计算的温度为849℃以外，其它测点的温度在617～731℃之间，总平均为667℃。该温度低于长江中下游地区A型花岗岩中锆石的结晶温度（彭戈等，2012），暗示源区可能富水，并非干的大陆下地壳。

图5 锆石Ti饱和温度图（计算公式引自Watson et al.，2005）Fig.5 Ti saturation temperature diagram of the zircons（calculated formula is after Watson et al.，2005）

4 长江中下游地区中生代岩浆岩年代学格架

近年来，随着仪器设备和测试技术的提高，已经有越来越多的长江中下游地区中生代岩浆岩的高精度年代学数据发表。根据本课题组的工作，加上收集到的137组年龄数据（表2），可以构筑本地区中生代岩浆岩清晰的年代学格架（图6）。按照①形成时代；②岩浆岩类型；③成矿规律；④区域分布等因素，划分为四个阶段岩浆活动。第一阶段：148～133 Ma，以高钾钙碱性侵入岩为主，包括高Sr低Y型岩石，主要发育在鄂东北、九瑞、铜陵和安庆地区；第二阶段：131～127 Ma，以橄榄安粗岩系火山岩和双峰式火山岩为主，发育在金牛、庐枞、繁昌、宁芜、溧水等火山盆地内，也包括火山盆地内的潜火山岩；第三阶段：126～123 Ma，以A型花岗岩为主，也包括蒋庙和阳湖塘产出的富钠质基性侵入岩；第四阶段：109～102 Ma，发育在宁镇地区，包括安基山、高资、新桥、石马、其林门、徐湾、雷巷等闪长岩—二长岩—花岗岩体。

图6 长江中下游地区晚中生代岩浆岩形成年龄频谱图和阶段划分图Fig.6 Histograms of isotopic ages and division of formed ages for the Late Mesozoic magmatic rocks in the Middle and Lower Yangtze Valley

表2长江中下游地区晚中生代岩浆岩年龄Table 2 Late Mesozoic magmatic rock ages of the Middle and Lower Yangtze Valley

续表2

安基山岩体具有高Sr低Y的地球化学特征，类似于adakitic岩石，但其具有富集的Sr-Nd同位素特征（Xu Jifeng et al.，2002），不同于原意上的俯冲大洋板片部分熔融形成的高Sr低Y中酸性岩（adakite）。Xu Jifeng et al.（2002）解释其起源于拆沉下地壳。拆沉下地壳部分熔融后，岩浆在上升过程中和岩石圈地幔相互作用，往往具有高Mg的特征（Xu Wenliang et al.，2008）。但安基山岩体的MgO含量基本低于3%（Xu Jifeng et al.，2002），难以用拆沉下地壳加以解释。长江中下游地区中生代各阶段岩浆岩的成因呈现出一定的演化趋势，从第一阶段钙碱性侵入岩，到第二阶段橄榄安粗岩系火山岩和双峰式火山岩，再到第三阶段A型花岗岩，指示本地区构造背景从挤压转为拉张后，至第二和第三阶段，进入典型的弧后拉张环境（Yan Jun et al.，2008；Xie Guiqing et al.，2011）。但宁镇地区在约109 Ma时期又发育了一套钙碱性侵入岩，其岩石类型和组合以及成矿特征都与第一阶段侵入岩有很大的相似性，元素地球化学特征也很类似，但Sr-Nd同位素特征差别较大（Xu Jifeng et al.，2002；Yan Jun et al.，2008）。考虑到宁镇地区处于长江中下游地区岩浆岩发育的东端，其岩浆活动的构造背景可能和长江中下游其它地区具有一定的差别，和东南沿海中生代岩浆岩带可能具有动力学背景上的联系，尚需深入研究。