安徽大别山响肠超单元的岩石学和地球化学特征及成因探讨

2019-10-29吴海权范董伟

宿州学院学报 2019年9期

吴海权，李琴，范董伟

1.安徽省地质调查院,安徽合肥，230001;2.安徽省地质测绘技术院,安徽合肥，230022

安徽大别山地区中生代中酸性侵入岩出露范围较广，且具有悠久的研究历史，涉及本区的研究者众多。尤其是在20世纪六七十年代，安徽省区域地质调查队陆续开展的1∶20万区域地质调查工作[1-2]，对区内岩浆岩进行了系统调查，积累了丰富的基础资料；在20世纪80年代后，安徽省地矿局311、326地质队和安徽省区域地质调查队、中国地质大学(武汉)、北京大学地质系等单位先后开展了1∶5万区调工作，对区内主要岩浆岩均进行了调查，特别是20世纪90年代后按新的填图方法[3]完成的区调工作，对区内的火山岩、侵入岩均进行了解剖。其中分布于司空山岩体(包括湖北部分)、团岭岩体、岳西岩体、天柱山岩体、飞旗寨岩体、响肠岩体等复式岩体，在不同的1∶5万区调图幅[4-9]中按岩石谱系单位进行了解体，但由于涉及的工作单位和图幅较多，单元名称也较多。本次1∶25万片区—修测工作(安徽省地质调查院，2002，1∶25万太湖县幅区域地质调查)，根据前人成果结合野外调查对比，对一些“同物异名”具有形成时代、岩石特征(包括成分和结构)完全相同或相似且岩石化学、地球化学特征相近的单元进行了统一的归并处理，将上述复式岩体按其岩浆活动的序次从早到晚划分为无愁、店前河、玄风寨、天柱山等四个单元，归并为响肠超单元[10](图1)。该超单元主要分布于司空山、团岭、飞旗寨、岳西县、天柱山一带，由32个侵入体组成，出露面积约471.7 km2，与围岩呈侵入接触关系。包括原1∶5万司空山超单元、团岭超单元、万山超单元、飞旗寨单元及响肠单元等。

(1)无愁单元(K1Wc)

分布于岳西县响肠一带，由2个侵入体组成，出露面积约70 km2，岩性为细—中粗粒含斑花岗闪长岩，与围岩水吼岭片麻岩(Pt3Sh)、河图铺片麻岩(Pt3Ht)、汤池片麻岩(Pt3Tc)呈侵入接触关系。

(2)店前河单元(K1Dq)

分布于岳西县店前一带，由1个侵入体组成，出露面积约98 km2，岩性为中细粒花岗闪长岩，与围岩大别山岩群(Db)、水吼岭片麻岩(Pt3Sh)呈侵入接触关系，界线清楚且不规则。围岩有硅化破碎现象，其片麻理与接触面斜交。

(3)玄风寨单元(K1Xf)

分布于司空山、团岭、万山、天柱山一带，由10个侵入体组成，出露面积约93.7 km2，岩性为细粒二长花岗岩，包括原1∶5万竹林潭单元、老社庙单元及玄风寨单元。与店前河、无愁单元呈脉动型侵入接触关系，与围岩大别山岩群(Db)、河图铺片麻岩(Pt3Ht)、水吼岭片麻岩(Pt3Sh)呈侵入接触关系。

图1 响肠超单元地质图(据1∶25万地质图修编)

(4)天柱山单元(K1Tz)

分布于司空山、团岭、飞旗寨、天柱山一带，由14个侵入体组成，出露面积约210 km2，岩性为中粒二长花岗岩，包括原1:5万羊角河单元、桥埠滩单元、白鹿坪单元、妙道山单元、飞旗寨单元及天柱山单元。与店前河、无愁单元呈脉动型侵入接触关系，与玄风寨单元呈涌动型侵入接触关系，与主薄超单元(ZBU)呈超动型侵入接触关系。与围岩大别山岩群(Db)、水吼岭片麻岩(Pt3Sh)、河图铺片麻岩(Pt3Ht)及白垩系桃园寨组火山岩[10](K1t)呈侵入接触关系。

该超单元从早期到晚期岩性依次为细—中粗粒含斑花岗闪长岩→中细粒花岗闪长岩→细粒二长花岗岩→中粒二长花岗岩，具成分、结构演化特征。

20世纪60年代至今，众多的研究者对安徽大别山地区的司空山(包括湖北部分)、团岭、岳西、天柱山、飞旗寨、响肠等复式岩体做了大量的同位素年龄测定工作[11-26]，积累了大量的同位素年龄数据。据此可知：天柱山单元年龄为122-128 Ma[1](K-Ar法测定)、127±8-134±8 Ma[15,17,24,25](U-Pb法测定)；玄风寨单元年龄为124.6±0.3-129.1±0.5 Ma[20](Ar-Ar法测定)；店前河单元年龄为129.1±0.5 Ma[20](Ar-Ar法测定)；无愁单元年龄为131 Ma[24](U-Pb法测定)，因此它们均属燕山期岩浆活动的产物，该超单元的时代为早白垩世。

1 岩石学特征

响肠超单元各单元岩石特征见表1。

(1)无愁单元为灰红、浅肉红色细—中粗粒含斑花岗闪长岩，细—中粗粒花岗结构，块状构造，局部具似斑状结构。岩石中广泛发育基性、超基性岩包体，多呈透镜状、扁豆状、椭圆状，少数呈棱角状及不规则状。包体长轴一般为5～20 cm，大者可达50 cm以上。包体在空间上具定向排列。

(2)店前河单元为灰色中细粒花岗闪长岩，中细粒花岗结构，块状构造。

(3)玄风寨单元为灰白、灰红、浅肉红色细粒二长花岗岩，细粒花岗结构，块状构造。其中团岭一带的细粒二长花岗岩含有少量的斑晶，具似斑状结构，斑晶主要为钾长石，含量5%～10%，且含较多的围岩和斜长角闪岩包体。

表1 响肠超单元(XCU)岩石特征一览表

(4)天柱山单元为灰白、灰红、浅肉红色中粒二长花岗岩，中粒花岗块状构造。其中团岭妙道山一带的中粒二长花岗岩，含有少量的斑晶，具似斑状结构，斑晶5%～10%，以钾长石(条纹长石)为主，斜长石次之，且含有较多的围岩和斜长角闪岩包体。

从表1中可看出，该超单元从早到晚各单元在矿物成分和结构上有明显的演化趋势，石英含量逐渐增高，暗色矿物含量逐渐降低。

2 岩石地球化学特征

2.1 常量元素

响肠超单元常量元素成分及特征数值见表2。

表2 响肠超单元岩石化学成分及有关参数

资料来源：※据1∶5万水吼岭等三幅[6]；☆据1∶5万店前河等两幅[5]；△据1∶5万岳西等两幅[7]。

由表2可知，无愁单元SiO2为62.68%，属中偏酸性岩类。店前河单元、玄风寨单元、天柱山单元的SiO2平均值分别为67.69%、74.89%、73.89%，三者均属酸性岩类。从早到晚，无愁、店前河、玄风寨、天柱山四个单元的里特曼指数σ平均值分别为2.86、2.69、2.29、2.65，均<4，它们均属钙碱性岩。含铝性指数ANKC平均值分别为0.83、0.99、0.97、0.96，可知响肠超单元岩石具有从贫铝型向低铝型演化的趋势，仅有部分岩石达到饱铝型。

该超单元岩石分异指数DI由67.82→80.40→92.15→92.26，逐渐增加；碱度指数AR、长英质指数FL、氧化率OX都有逐渐增大的趋势，说明随着岩浆的演化，岩浆分离结晶的程度越来越高，符合同源岩浆演化的特点。

表3 响肠超单元微量元素含量及有关数值(×10-6) g

资料来源：※据1∶5万水吼岭等三幅[6]；☆据1∶5万店前河等两幅[5]；△据1∶5万岳西等两幅[7]。

2.2 微量元素

从表3可看出，响肠超单元各单元微量元素以Ba含量最高，Sr、Zr、Rb含量较高为特征。与Chondrite值相比，Ba是它的200～600倍，Rb、Nb、Sr、Zr是它的20～80倍，Ni含量偏低，Pb含量略高。从图2中可看出，各单元微量元素丰度相近，含量曲线形态相似，其中以店前河单元含量曲线为最高，基本上呈同步消长关系，反映了同源岩浆的演化特征。

图2 响肠超单元微量元素蛛网图

2.3 稀土元素

从表4可看出，各单元稀土元素总量∑REE、轻稀土总量∑Ce均较高，轻重稀土分馏较明显。稀土配分曲线均为右倾型斜线(图3)。无愁、店前河单元的负铕异常不明显，玄风寨、天柱山单元的负铕异常则较明显。

图3 响肠超单元稀土配分曲线

该超单元稀土元素特征为轻稀土相对富集，重稀土相对亏损。δEu平均值从早到晚依次为0.78→0.76→0.51→0.37，表明岩浆分异程度逐渐增高，与它们较大的DI值(67.82→80.40→92.15→92.16)基本吻合，反映了同源岩浆的演化特征。

表4 响肠超单元稀土元素含量及有关数值(×10-6) g

资料来源：※据1∶5万水吼岭等三幅[6]；☆据1∶5万店前河等两幅[5]；△据1∶5万岳西等两幅[7]。

3 岩浆成因及构造环境探讨

响肠超单元的源岩主要来源于上地幔衍生物和下地壳岩石的部分熔融物，部分来自上地壳沉积物，属I型花岗岩系列，兼具S型花岗岩特征。其主要依据为：

(1)岩石化学成分及特征参数表明：Na2O含量高，均>3.20%；K2O/Na2O比值低，均<1.61，ANKC均<1.10。C·I·P·W标准矿物计算结果表明，普遍含透辉石(Di)，一般不含刚玉(C)，部分样品虽出现刚玉，但其含量多<1；磁铁矿含量远高于钛铁矿。这些特征与I型花岗岩的岩石化学、岩石矿物特征相一致。

(2)岩石中的Rb/Sr平均比值低，均<0.92；稀土配分型式均呈右倾的较陡曲线。δEu值多界于0.51～0.90之间，按王中刚[27]划分，应属基性岩浆分异形成的花岗岩(I型花岗岩)和上地壳经不同程度的部分熔融而形成的花岗岩(S型花岗岩)。

(3)岩石中的副矿物组合以磁铁矿、榍石、磷灰石、锆石、褐帘石等占绝对优势，钛铁矿很少出现，未见石墨、矽线石、董青石等富铝矿物，且锆石自形程度较高。这些特征指示应属I型花岗岩。

(4)岩石化学成分在Na2O—K2O变异图(图4)上均落入I型花岗岩区。

(5)在ACF成因图解[28](图5)中，大部分落入I型花岗岩区，少数落入S型花岗岩区。

图4 响肠超单元Na2O—K2O变异图

图5 响肠超单元ACF图解Chappell and White[28]

从Nb—Y图解[29](图6)可看出,响肠超单元的投影点除个别落入板内花岗岩区，其余均落入火山弧+同碰撞花岗岩区。同时结合前人的科研成果及区域地质资料，响肠超单元应形成于扬子板块与华北板块碰撞造山后的环境。

图6 响肠超单元Nb-Y图解据Pearce等[29]

4 侵位机制探讨

响肠超单元的侵位机制总体上表现为强力就位，不同复式岩体的岩浆侵位模式则有所不同：

(1)在团岭一带(即团岭复式岩体) ，岩体呈北西—南东向展布的卵圆形，岩浆在侵位过程中膨胀推挤围岩，形成规则而清楚的界线，并造成围岩的区域构造面理与接触面协调一致，环绕岩体。早期玄风寨单元捕虏了较多的围岩团块，且被定向拉伸，产状与接触面一致，晚期天柱山单元刺穿玄风寨单元，使得早期单元多被推挤到岩体边部且规模较小，表现出岩体强力就位的特点，其侵位机制是底辟式侵位模式。

(2)在司空山一带(即司空山复式岩体)，岩体呈北西—南东向展布，与围岩的接触界线不规则，围岩面理与接触界面斜交，早期单元(店前河单元)分布于中部，晚期单元(玄风寨、天柱山单元)向外迁移构成套叠式。

(3)在岳西一带(即万山、天柱山等复式岩体)，岩体总体上呈北西—南东向展布，与围岩的接触界线较规则，早期单元(无愁单元)变形较强，面理发育，且普遍发育暗色包体；晚期单元(玄风寨、天柱山单元)变形较弱，面理不发育。由于岩浆的多次脉动上侵，形成了早期单元分布于岩体边部，且规模较大，晚期单元分布于中心部位，具强力就位的特点。