淮北地区王场岩体的年代学、地球化学特征及地质意义

2022-04-26娄长增王乐乐于炎炎

安徽地质 2022年1期

娄长增，王乐乐，于炎炎

（安徽省地质矿产勘查局325地质队，安徽淮北 235000）

0 引言

研究区位于华北陆块南缘的徐淮地块淮北断褶带内，区内构造以北北东-北东向断裂和褶皱为主。该区岩体主要为燕山期中酸性侵入岩，受断裂带和褶皱带控制，沿构造带分布有班井、前欧盘、王场、刁山集、丰山、三铺岩体等多个岩体（图1）。自上世纪80年代以来，前人在王场地区发现了单一铁矿型铁矿床王场铁矿。勘查工作表明，王场铁矿矿床的成因与王场岩体密切相关[1～2]，但截至目前对该岩体的研究工作缺乏，尤其在岩石的成因机制、成岩成矿时代等方面缺乏研究，因此本文对王场岩体从岩相学、年代学、地球化学等几方面进行研究，揭示王场铁矿成矿岩体特征及地质意义。

1 岩体地质特征及岩相学特征

1.1 岩体地质特征

王场岩体为一埋深在425m以下的隐伏岩体。属浅成相侵入岩，未经剥蚀。位于青龙山断层中段、大山头背斜核部。隐伏在下奥陶统之下，钻孔揭露厚300m尚未穿透，产状不清，推测其面积约0.8km2，围岩为上寒武统-下奥陶统。主要围岩蚀变有透辉石化、蛇纹石化、绿泥石化、大理岩化。闪长岩体常有钠化，其次有透闪石化和石膏化。

王场岩体主要岩性为石英闪长玢岩，具斑状结构，偶尔为呈粒状结构闪长岩。闪长玢岩手标本（ZK124）呈浅绿色，斑晶中主要矿物有长石、角闪石、石英和黑云母等。石英粒径约0.1mm，含量15%；长石粒径约1mm，含量约25%；角闪石为黑色长条状矿物，粒径约2mm，含量约10%；黑云母粒径0.5mm，含量15%。基质由长英质矿物组成。

1.2 岩相学特征

王场闪长玢岩具斑状结构，块状构造。其镜下特征（图2）为：石英呈他形颗粒状，最高干涉色为I级灰白，颗粒大小多在0.05～0.1mm之间，含量约15%；斜长石（Pl）为半自形—自形板条状，最高干涉色为I级灰白，具条纹双晶，颗粒大小多在1～2mm之间，含量约25%，蚀变严重，多为高岭土化；黑云母（Bi）为片状矿物，具黄褐色—深褐色多色性，颗粒大小多在0.5～1mm之间，含量约10%，已发生绿泥石化；角闪石（Hb）为短柱状矿物，菱形解理，具黄绿色—绿色多色性，颗粒大小多在0.05～0.1mm之间，含量约15%。

图2 王场岩体镜下特征（左单偏光，右正交偏光）Figure 2.Microscopic characteristics of the samples from the Wangchang pluton（Left:single polarization;Right:orthogonal polarization）

2 样品分析方法

本次工作以王场岩体为研究对象，野外采集新鲜、无蚀变的闪长玢岩样品进行元素、年代学研究。锆石作为重要的副矿物，具有稳定的物理性质和化学性质，低Pb富U、Th，高的封闭温度等特点，并普遍分布于各类型岩石中[3～5]。因此，本次工作采取锆石UPb法对岩体进行定年测试，以期获得较为精确的闪长玢岩形成时代。年代学岩体样品在廊坊拓轩岩矿检测公司实验室完成锆石的挑选、制靶、CL图像拍摄工作，锆石的U-Pb同位素分析在合肥工业大学LA-ICPMS实验室采用ICP-MS仪器（型号Agilent 7500a）完成，外标标准物质为国标锆石91500。主微量及稀土元素岩体样品送广州澳实分析检测公司进行分析，SiO2、Al2O3等主量元素采用XRF法，使用仪器为荧光光谱仪（型号ME-XRF06X）完成，微量稀土元素分别采用四酸消解和熔融法，使用仪器为质谱仪。

3 分析结果

3.1 年代学特征

闪长玢岩样品（样品号WC18-4）所选锆石的CL图像如图3所示，共完成13颗锆石的15个有效测试点，具体测试结果见表1。图3的锆石CL图像显示，闪长玢岩锆石无色透明，呈半截锥状—长柱状晶型，长宽比在2:1到5:1之间。大多数锆石表现出典型岩浆锆石的特征[3～4]，内部结构清晰可见，发育核幔结构，生长振荡环带，且环带较窄，说明该期岩浆结晶温度较低，微量元素扩散较慢[6]。个别锆石核部较亮，为继承锆石，边部为该期岩浆活动产物。表1数据显示，锆石Th/U比在0.47～1.33之间，为典型岩浆成因的锆石。图3的锆石谐和图显示，样品锆石15个点的206Pb/238U年龄比较集中，和谐度较好，介于(129±3.7)～(139±4.4)Ma之间，206Pb/238U年龄加权平均值为(132.1±1.9)Ma（n=15，MSWD=0.59），此年龄值代表了王场岩体闪长玢岩的结晶形成时间。因此，王场岩体形成时间为(132.1±1.9)Ma，属早白垩世。

表1 锆石U-Pb分析结果Table 1.U-Pb analysis results of zircons

图3 锆石CL图像及207U/235Pb谐和图Figure 3.CL images and 207U/235Pb concordia plots of zircons

3.2 主量元素特征

王场岩体闪长玢岩主量、微量、稀土元素测试结果见表2。闪长玢岩样品SiO2含量介于65.00%～65.49%之间，平均值65.18%，为中性岩；CaO含量介于3.14%～3.41%之间，平均值3.24%；Na2O含量介于7.77%～8.28%之间，平均值7.94%；K2O含量介于0.49%～1.01%之间，平均值0.83%；全碱（Alk=K2O+Na2O)含量介于8.76%～8.78%之间，平均值8.77%，含量较高；K2O/Na2O值在0.06～0.13之间，平均值0.11，小于0.5；MgO#值介于70～73之间，平均值71，原生岩浆Mg#范围为68～75[7～8]，表明岩体岩浆可能来源于基性岩浆。利用SiO2-K2O图对样品进行区分，发现3个样品均落入低钾-钙碱性系列（图4）。样品的A/CNK值介于0.73～0.75之间，平均值0.74，A/NK值介于1.04～1.06之间，平均值1.06，A/NK-A/CNK图解显示了准铝质I型花岗岩的特点（图4）。

表2 王场岩体主量元素（%）、微量元素和稀土元素（×10-6）分析结果Table 2.Major(%),trace(×10-6)and rare earth elements(×10-6)of the Wangchang pluton

图4 王场岩体K2O-SiO2图解及A/NK-A/CNK图解Figure 4.K2O-SiO2 diagram and A/NK-A/CNK diagram of the Wangchang pluton

3 微量、稀土元素特征

王场岩体闪长玢岩微量元素标准化比值蛛网图见图5。总体表现为大离子亲石元素Ba、U富集，Ta、Nb、Sr、P、Ti亏损。其中Ta、Nb亏损，呈明显Ta-Nb槽，显示了岛弧性质岩石的特点。Sr亏损，含量较低，主要受源区斜长石的分异结晶影响。Ti亏损，可能与源区残留金红石有关。王场岩体闪长玢岩稀土元素标准化配分曲线见图5。稀土总量在59.55×10-6～70.62×10-6之间，平均值66.76×10-6，含量较低。轻重稀土元素比值（LREE/HREE）为7.54～9.85，轻重稀土分馏明显，（La/Yb)N为7.63～10.33，其稀土配分曲线表现为轻稀土富集重稀土平坦的右倾型，倾斜斜率中等，类似下地壳稀土分布型式。δEu在0.83～0.89之间变化，平均值0.86，显示较弱的Eu负异常，说明斜长石经历了较弱的分异结晶。δCe在0.93～0.95之间变化，平均值0.94，无明显Ce异常。Sr含量在139×10-6～148×10-6之间，Yb含量在0.79×10-6～1.14×10-6之间，具有低Sr低Yb的特点，暗示岩体形成压力中等，形成位置可能位于下地壳底部[9～10]。

图5 微量元素原始地幔标准化蛛网图及稀土元素球粒陨石标准化分布型式图Figure 5.Primitive mantle-normalized trace spider diagram of trace elements and chondrite-normalized REE pattern of rare earth elements

4 分析与讨论

4.1 岩体形成时代

王场岩体闪长玢岩的锆石发育核幔结构，生长振荡环带，且Th/U比在0.47～1.33之间，显示典型岩浆成因锆石的特征。王场岩体206Pb/238U年龄加权平均值为(132.1±1.9)Ma，表明闪长玢岩的结晶形成时间为早白垩世。早白垩世徐淮地区发育了一次强烈的岩浆运动，沿北东向带状展布一系列岩体，如北部的利国岩体（(131.1±3.4）Ma）和班井岩体（(131±1）Ma）、南部的刁山集岩体（129.4Ma）和夹沟岩体（(132.2±4.1）Ma）等[11～14]，这一阶段岩体与区域上矽卡岩型铁多金属矿床密切相关，年代学证据表明王场岩体在此次岩浆事件中形成。

4.2 岩石成因

王场岩体闪长玢岩的K2O/Na2O值在0.06～0.13之间，比值低，A/CNK值介于0.73～0.75之间，小于1.1，显示了准铝质I型花岗岩的特点。在SiO2-Zr和SiO2-Y的图解（图6），样品均落在I型花岗岩区域内。

王场岩体闪长玢岩的稀土配分曲线与下地壳相似，具有稀土总量低、轻稀土富集重稀土平坦、Eu异常不明显的特点。岩体低Sr（139×10-6～148×10-6）低Yb（0.79×10-6～1.14×10-6），也暗示岩体形成压力中等，形成位置可能位于下地壳底部。同时，岩体的Nb/Ta（11.8～15.3）与大陆壳Nb/Ta（8.3～16.7）一致，也表明源区为地壳。不同源区岩石部分熔融形成的岩石具有不同的地球化学特征[15～16]，在源区判别图（图7）中，王场岩体闪长玢岩样品主要落在变玄武岩部分熔融，表明岩体源区较深，是基性岩经过部分熔融产生的。Y（6.8×10-6～11.2×10-6）含量低，说明源区残留石榴石和角闪石，同样证明了源区很深。因此，王场岩体可能形成于压力中等的下地壳底部，岩浆源区为基性岩浆。

图7 王场岩体源区判别图解Figure 7.Source area discrimination for the Wangchang pluton

4.3 构造环境

早中生代（220Ma）扬子板块沿北西向俯冲至华北板块之下，发生了陆壳加厚，而后陆壳拆沉、熔融上升在徐淮地区形成早白垩世岩体[17～19]。徐淮地区大多数岩体表现为高Sr低Y的埃达克岩特征，也证实了这次陆壳加厚、拆沉的过程[19～21]。但王场岩体与此类埃达克岩有所不同，表现为低Sr（平均值147×10-6）低Y（平均值9.6×10-6），低Al2O3（平均值14.74），高Mg#（平均值71）。王场岩体Ta-Nb呈槽，Zr-Hf相对平坦，Ti亏损，显示了岛弧性质岩石的特点。从Rb-（Y+Nb）图解（图8）和Rb/30-Hf-3Ta图解（图8）中可以看出，王场岩体闪长玢岩大多数样品落在火山弧花岗岩区域内，表明王场岩体火山弧花岗岩性质，是板块俯冲的结果。因此，徐淮地区的岩体可以分为两类：一类为高Sr低Y具有埃达克岩特征的岩体，这类岩体形成主要受陆壳加厚拆沉影响；另一类为低Sr低Y具有岛弧性质的岩体，这类岩体形成主要受扬子板块俯冲影响。王场岩体的Mg#值较高，平均值71，大于下地壳Mg#值（40），说明岩体在形成过程中受到了地幔橄榄岩的交代作用影响。无论高Sr低Y的岩体还是低Sr低Y的岩体，都来自下地壳，在熔融过程中与地幔橄榄岩发生了交代作用，导致了徐淮地区岩体高镁的特征。