安徽周王地区早白垩世侵入岩年代学、地球化学特征及成因分析

2020-01-18张晋喆陈忠良沈仕豪徐锦龙黄蒙黄俊杨根山

安徽地质 2019年4期

张晋喆，陈忠良，沈仕豪，徐锦龙，黄蒙，黄俊，杨根山

（1安徽省地质调查院，安徽合肥 230001； 2合肥工业大学，安徽合肥 230009）

0 引言

研究区位于下扬子板块东南缘，地处宣广盆地与江南造山带的过渡地带，区内发育周王断裂、旌德断裂两条主要断裂。该区受中生代转换构造背景控制[1～3]，中生代燕山期岩浆活动和成矿作用强烈，发育高钾钙碱性中酸性侵入岩，岩性以花岗闪长岩—石英闪长岩为主，产出矽卡岩—斑岩型铜金矿床[4～5]。目前对宣城地区的麻姑山、茶亭等含矿侵入体研究较多，周王地区侵入体研究甚少，因此本文拟对周王地区的王冲岩体、溪口岩体等进行地质、地球化学及年代学研究，以揭示该区岩浆岩特征及其地质意义。

1 地质概况及样品特征

研究区位于江南造山带与宣广盆地的交接部位，区内断裂较发育，周王深断裂呈EW向通过本区，构成中、新生代宣广断陷盆地的南部边界，旌德断裂NNE向贯穿本区。区内古生代—新生代地层均有出露，以滨浅海相碎屑岩为主的志留纪、泥盆纪和早石炭世地层，以碳酸盐岩为主的晚石炭世、二叠纪及早三叠世地层，以及其后的陆相碎屑岩、火山碎屑岩系。

区内岩浆活动主要集中在燕山期，岩性主要为中酸性岩类，本次研究对象王冲岩体出露于周王镇北东，寺门口背斜北翼，呈岩株状，受北北东向和近东西向断裂控制，呈哑铃状，具高岭土化、褐铁矿化蚀变。南部侵入到中—晚二叠世龙潭组，东部、西部边缘均为第四系覆盖，北部为白垩纪赤山组呈角度不整合于岩体之上。岩石类型主要为黑云母花岗闪长斑岩，浅灰色，斑状结构，块状构造。矿物成分主要为斜长石，次为黑云母，斜长石含量55%～65%，白色，自形板状；黑云母含量10%～15%，呈褐色，半自形。基质呈灰色，多为长英质颗粒，具显微文象结构。

溪口岩体位于溪口向斜近核部，受北北东向断裂控制，呈岩枝状，近等轴状，具褐铁矿化、绢云母化蚀变。围岩为志留纪唐家坞组，二叠纪龙潭组、大隆组及三叠纪殷坑组，呈侵入接触关系。唐家坞组与岩体边界产状一致，350°∠12°，在岩体边缘粒度变细，具明显的边缘相特征，且在边缘可见3～5cm的砂岩捕掳体。岩石类型主要为黑云母花岗斑岩，新鲜面呈浅灰色，斑状结构，块状构造。岩石矿物成分主要为斜长石及石英，其中石英含量20%～25%，半自形粒状，局部见聚斑结构；斜长石含量30%～45%，呈半自形粒状；钾长石含量5%～10%，呈半自形粒状；黑云母含量10%～20%，呈自形片状，基质为显微晶质结构。

本次工作对上述侵入岩进行了系统的样品采集，挑选出代表性样品进行了全岩主量元素、微量元素、锆石U-Pb同位素分析。采样位置见图1。主量元素、微量元素测试在澳实分析检测(广州)有限公司完成。锆石单矿物分选，制靶工作及样品拍摄阴极发光（CL）电子图像由廊坊市峰泽源岩矿检测技术实验室完成。锆石U-Pb定年及微量元素成分测试由合肥工业大学资源与环境工程学院LA-ICP-MS实验室完成。数据处理采用中国科学技术大学开发的LaDating分析处理软件，加权平均年龄计算及谐和图的绘制使用Isoplot4.0完成。

2 年代学特征

本次选取王冲岩体花岗闪长斑岩（样品Y0329-1），溪口岩体黑云母花岗斑岩（样品Y0329-4）进行锆石U-Pb年代学研究。

从样品Y0329-1中获得的锆石在透射光下主要呈无色透明—白色，为自形，呈四方双锥状，粒径80～160μm，长短比为1∶1至1∶3。阴极发光（CL）图像显示，锆石普遍具典型的震荡环带结构，全部为岩浆锆石（图1）。锆石Th元素含量为260～736ppm；U元素含量为465～1029ppm；Th/U比为0.56～0.70，Th/U比亦显示全部为岩浆锆石。共计对16颗锆石测试了17个分析点，均为谐和年龄数据点。该组年龄非常集中，主要取锆石边部年龄，经加权平均获得年龄值为136.7±1.4Ma（MSWD=1.09，n=17）（图1）。

图1 （a）样品Y0329-1锆石CL图像（b）锆石U-Pb谐和图Figure 1.(a)zircon CL image of of sample Y0329-1;(b)U-Pb concordia plot of zircon

从样品Y0329-4中获得的锆石阴极发光（CL）图像显示锆石矿物主要呈无色透明—白色，为自形，呈四方双锥状，粒径 80～160μm，长短比为1∶1 至 1∶3。锆石普遍具典型的震荡环带结构，全部为岩浆锆石（图2），锆石Th元素含量为 115～416ppm；U元素含量为 340～878ppm；Th/U比为0.4～0.6，Th/U比也显示全部为岩浆锆石。共计对19颗锆石测试了19个分析点，均为谐和年龄数据点。该组年龄非常集中，主要取锆石边部年龄，经加权平均获得年龄值为140.7±1.9Ma（MSWD=1.9，n=20）（图2）。

图2 （a）样品Y0329-4锆石CL图像（b）锆石U-Pb谐和图Figure 2.(a)zircon CL image of sample Y0329-4;(b)U-Pb concordia plot of zircon

表1 样品Y0329-1锆石U-Pb分析结果Table 1.U-Pb analysis results of zircon from sample Y0329-1

表2 样品Y0329-4锆石U-Pb分析结果Table 2.U-Pb analysis results of zircon from sample Y0329-4

3 岩石地球化学特征

3.1主量元素

主量、微量和稀土元素分析结果见表3～5，周王地区侵入岩SiO2含量变化介于61.26%～68.08%（均值为64.82%），为中酸性岩类，CaO含量在0.32%～4.68%之间（均值为2.78%），Na2O含量在1.94%～3.68%之间（均值为2.92%），K2O含量在2.7%～4.89%之间（均值为3.53%）；全碱含量（K2O+Na2O）含量介于5.45%～6.93%之间（均值为6.45%），具较高的全碱含量。K2O/Na2O比值变化较大，为0.88～2.52，均值为1.3。FAM图解显示岩体主要为钙碱性系列，SiO2-K2O图解上主要落在高钾钙碱性系列区域内（图3）。岩体碱度率在1.76～2.61之间，均值2.13，里特曼指数在1.51～2.17之间，均值1.86，在AR-SiO2图解上显示岩体为钙碱性系列，A/CNK位于0.95～1.5之间，均值1.12，A/NK范围为1.56～2.03之间，均值为1.72，A/CNK-A/NK图解显示具准—过铝质岩属性（图4），CIPW标准矿物中出现刚玉，同样显示岩体过铝质的特征。侵入岩分异指数（DI）在65.43～81.59之间（均值为72.84），固结指数（SI）范围在7.51～13.63之间，均值10.38，较高的分异指数和较低的固结指数均显示岩体分异程度较高。

图3 （a）侵入岩FAM图解（据Irvine,1971）;（b）K2O-SiO2图解（据Ewart,1982）Figure3.(a)FAMdiagramofintrusiverock(afterIrvine,1971);(b)K2O-SiO2diagram(afterEwart,1982)

图4 （a）侵入岩AR-SiO2图解（据Maniar,1989）;（b）A/CNK-A/NK图解（据Maniar,1989）Figure 4.(a)AR-SiO2 diagram of intrusive rock(after Maniar,1989);(b)A/CNK-A/NK diagram(after Maniar,1989)

3.2稀土和微量元素

侵入岩稀土总量中等，ΣREE为150.19×10-6～165.96×10-6，均值 156.89×10-6，(La/Yb)N值在 9.14～10.63之间，表征轻重稀土元素分馏较为明显，轻稀土元素分馏程度中等，重稀土元素Gd-Lu表现较为平坦。δEu范围为0.69～0.8，总体表现为中等—弱的铕负异常，说明斜长石分离结晶作用不明显，其均值0.75介于壳型花岗岩（0.46）和壳幔型（0.84）平均值之间，为弱亏损，可能其源岩有一定的幔源物质加入。LREE/HREE比值范围在7.98～9.38之间，总体属重稀土强烈亏损型。δCe范围为0.82～1.02，均值0.94，异常不明显。稀土元素配分图表现为右倾的轻稀土富集型配分模式（图5），与下地壳岩石的配分模式相类似，反映岩体主要为壳源信息。岩体总体属低Sr型花岗岩，这也与Eu呈一定程度的负异常一致，显示岩浆源区可能有富钙斜长石的残余或发生了以斜长石为分离相的结晶分异作用。与重稀土Yb亏损对应，Y含量总体较低，总体表现出低Sr低Y(Yb)的特色。重稀土Yb与Y的明显亏损暗示源区可能有角闪石等矿物以残留相存在。相容元素Nb、Ta、Ti、P等与原始地幔值相近，Nb、Ti等元素的负异常和Pb的正异常是岩浆源区主要为壳源物质的重要标志。在微量元素原始地幔标准化蛛网图中可见（图5），Rb、Th、U、La、Zr、Y正异常，而K、Ba、Nb、Sr、Ti、P为负异常，Rb、Th、U、K、Nd大离子亲石元素富集，Nb、Sr、P、Ti高场强元素明显亏损。其中Ba、Sr主要受长石结晶影响，Sr的部分亏损显示其源区残留相中，可能出现有斜长石和角闪石。而Ti主要受控于钛铁矿、金红石、榍石，后二者中Nb、Ta含量较高，而钛铁矿中二者含量较低。Ti亏损归可能因钛铁矿和磷灰石分离结晶所致。曲线整体右倾较为明显。

图5（a）稀土元素球粒陨石标准化分布型式图;（b）微量元素原始地幔标准化蛛网图Figure 5.(a)Chondrite-normalized distribution pattern of rare earth elements;(b)primitive mantlenormalized spider diagram of trace elements

4 讨论

4.1成岩时代

宣城周王地区侵入岩的时代尚属空白，但皖南地区近年来发表了不少高精度的年代学数据，建立了初步的年代学格架。结合岩石类型、时空分布和成矿特征，皖南中生代岩浆活动可以划分为早晚两期，第一期集中在135～152Ma，以花岗闪长岩为主；第二期集中在125～135Ma，以二长花岗岩和碱性岩为主[6]。也有学者划分为152～137和136～122Ma两期，早期岩性以花岗闪长岩为主，属于高钾钙碱性系列准铝质I型花岗岩系列；晚期以正长花岗岩为主，少数为二长花岗岩，多数具有A型花岗岩特征[7]。

表3 研究区侵入岩主量元素分析结果Table 3.Major element（wB/%）compositions of the intrusive rocks in the study area

表4 研究区侵入岩稀土元素分析结果Table 4.Rare earth element（wB/10-6）compositions of the intrusive rocks in the study area

表5 研究区侵入岩微量元素分析结果Table 5.Trace element（wB/10-6）compositions of the intrusive rocks in the study area

本次测年参与有效年龄计算的锆石206Pb/238U年龄值较集中，显示王冲岩体成岩年龄为136.7±1.4Ma，溪口岩体成岩年龄140.7±1.9Ma，两者近于同期，表明周王地区侵入体形成于燕山晚期，是早白垩世岩浆活动的产物。结合皖南地区侵入岩资料来看，皖南中生代岩浆活动分为早晚两期，早期主要以复式岩基中早阶段侵入体以及小型斑岩体形式产出，如太平岩体、青阳岩体、榔桥岩体，以及竹溪岭、逍遥等斑岩体，晚期以复式岩基中晚阶段侵入体或大岩体形式产出，如黄山岩体、伏岭岩体[8～13]。综合时空分布、岩性特征来看，周王一带的花岗闪长斑岩、花岗斑岩侵入体应为榔桥岩体的分支演化产物[14]，形成于中生代早期岩浆活动。

4.2岩石成因

前人通过研究花岗岩的物质来源、形成方式及其构造背景，总结出ISMA花岗岩成因分类方案。I型花岗岩源岩主要是未经地表风化的火成岩，因此继承了一些火成岩的基本特征。它代表了成熟度较高地区下地壳硅镁层（火成岩）物质的重熔和简单成岩过程中形成的花岗岩类，属钙碱性花岗岩。其一般的地球化学特征为：K2O/Na2O值较低，A/CNK＜1.1，为准铝质—过铝质，87Sr/86Sr＜0.705，有少量标准矿物刚玉（＜1%）。

研究区花岗岩类K2O/Na2O值较低，准铝质—过铝质，标准矿物中出现少量刚玉矿物，野外露头中可见黑云母特征矿物，均表现出I型花岗岩的特征[15]。在岩石成因图解中均落入I型区域内（图6），P2O5与SiO2的负相关性表明本区内的花岗岩类主要为I型花岗岩。

与上、下地壳相比，岩石HREE明显亏损，(La/Yb)N比值偏高，暗示其源区可能有其它物质成分的加入。岩体中大离子亲石元素（LILE）表现为Th、Ba、K、Rb含量较高、低Sr含量特点。Rb/Sr比值普遍小于2，Ba含量变化范围在696.00×10-6～1004.4×10-6之间，均值795.35×10-6，暗示其可能有幔源物质加入。该套岩石高场强元素（HFSE）Zr、Hf、Nb、Ta含量较低，Nb/Ta含量变化范围在8.5×10-6～11.1×10-6之间，均值10.4×10-6，大致与陆壳的Nb、Ta平均含量及比值范围（8.3～16.7）一致，而低于球粒陨石Nb/Ta值（17.6），说明该套岩石源岩物质主要来自地壳。La/Nb比值范围2.77～3.88之间，均值3.36，略高于地壳平均值比值范围（1.5～2.2）而远高于地幔的0.93～1的比值范围，同样说明该套岩石源岩岩浆主要来源于地壳。

4.3构造环境

中生代早期由于扬子板块与华北板块南北向的陆—陆碰撞以及华南板块向北推挤，使江南隆起带发生陆内造山作用，并导致该区岩石圈加厚[16～17]。晚侏罗世（165～145Ma），陆—陆碰撞作用逐渐停止，古太平洋板块开始俯冲[18～19]，造成中国东部受挤压整体抬升，岩石圈迅速增厚，随后进入应力转换期（145～135Ma）[20～21]，加厚的岩石圈开始拆沉，并导致少量地幔物质底侵至壳幔接触部位，使下地壳岩石发生部分熔融，并与之混合形成初始岩浆房[10]。

研究区花岗闪长斑岩、花岗斑岩侵入体微量元素特征显示其具有类似岛弧岩浆岩的特征[22～25]，即亏损高场强元素，富集大离子亲石元素，轻重稀土分异明显，轻稀土相对重稀土明显富集。在Sr/Y-Y图解上，可以看出研究区岩石投点在经典岛弧岩石区域中。在Y+Nb-Rb构造环境图解中落在火山弧花岗岩与同碰撞花岗岩交汇处（图7），在Rb/10-Hf-3×Ta构造判别图解中（图8），样品全部落在碰撞花岗岩区域。中国东部从侏罗纪开始处于汇聚板块的构造背景下，进入滨太平洋构造域，研究区侵入岩的形成应该受到碰撞作用的影响，与太平洋板块对欧亚大陆的俯冲碰撞密切相关[26～29]。这点与邻区榔桥岩体的特征一致。

5 结论

（1）周王地区王冲岩体、溪口岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为136.7±1.4Ma、140.7±1.9Ma，表明周王地区侵入体形成于燕山晚期，是早白垩世岩浆活动的产物。

图6 侵入岩K2O-Na2O图解Figure 6.K2O-Na2O diagram of intrusive rocks

（2）周王地区侵入岩为高钾、富碱、准—过铝质高钾钙碱性系列I型花岗岩，轻重稀土元素分馏较为明显，总体表现为中等—弱的铕负异常，稀土元素配分表现为右倾的轻稀土富集型配分模式。大离子亲石元素（LILE）富集，高场强元素（HFSE）明显亏损。主、微量元素地球化学特征反映岩体主要来源于地壳，可能有一定的幔源物质加入。

（3）研究区侵入岩具有类似岛弧岩浆岩的特征，其形成与太平洋板块对欧亚大陆的俯冲碰撞密切相关。