安徽周王地區(qū)早白堊世侵入巖年代學(xué)、地球化學(xué)特征及成因分析

張晉喆，陳忠良，沈仕豪，徐錦龍，黃蒙，黃俊，楊根山

（1安徽省地質(zhì)調(diào)查院， 安徽合肥 230001； 2合肥工業(yè)大學(xué)， 安徽合肥 230009）

0 引言

研究區(qū)位于下?lián)P子板塊東南緣，地處宣廣盆地與江南造山帶的過渡地帶，區(qū)內(nèi)發(fā)育周王斷裂、旌德斷裂兩條主要斷裂。該區(qū)受中生代轉(zhuǎn)換構(gòu)造背景控制[1～3]，中生代燕山期巖漿活動和成礦作用強烈，發(fā)育高鉀鈣堿性中酸性侵入巖，巖性以花崗閃長巖—石英閃長巖為主，產(chǎn)出矽卡巖—斑巖型銅金礦床[4～5]。目前對宣城地區(qū)的麻姑山、茶亭等含礦侵入體研究較多，周王地區(qū)侵入體研究甚少，因此本文擬對周王地區(qū)的王沖巖體、溪口巖體等進(jìn)行地質(zhì)、地球化學(xué)及年代學(xué)研究，以揭示該區(qū)巖漿巖特征及其地質(zhì)意義。

1 地質(zhì)概況及樣品特征

研究區(qū)位于江南造山帶與宣廣盆地的交接部位，區(qū)內(nèi)斷裂較發(fā)育，周王深斷裂呈EW向通過本區(qū)，構(gòu)成中、新生代宣廣斷陷盆地的南部邊界，旌德斷裂NNE向貫穿本區(qū)。區(qū)內(nèi)古生代—新生代地層均有出露，以濱淺海相碎屑巖為主的志留紀(jì)、泥盆紀(jì)和早石炭世地層，以碳酸鹽巖為主的晚石炭世、二疊紀(jì)及早三疊世地層，以及其后的陸相碎屑巖、火山碎屑巖系。

區(qū)內(nèi)巖漿活動主要集中在燕山期，巖性主要為中酸性巖類，本次研究對象王沖巖體出露于周王鎮(zhèn)北東，寺門口背斜北翼，呈巖株狀，受北北東向和近東西向斷裂控制，呈啞鈴狀，具高嶺土化、褐鐵礦化蝕變。南部侵入到中—晚二疊世龍?zhí)督M，東部、西部邊緣均為第四系覆蓋，北部為白堊紀(jì)赤山組呈角度不整合于巖體之上。巖石類型主要為黑云母花崗閃長斑巖，淺灰色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分主要為斜長石，次為黑云母，斜長石含量55%～65%，白色，自形板狀；黑云母含量10%～15%，呈褐色，半自形?；|(zhì)呈灰色，多為長英質(zhì)顆粒，具顯微文象結(jié)構(gòu)。

溪口巖體位于溪口向斜近核部，受北北東向斷裂控制，呈巖枝狀，近等軸狀，具褐鐵礦化、絹云母化蝕變。圍巖為志留紀(jì)唐家塢組，二疊紀(jì)龍?zhí)督M、大隆組及三疊紀(jì)殷坑組，呈侵入接觸關(guān)系。唐家塢組與巖體邊界產(chǎn)狀一致，350°∠12°，在巖體邊緣粒度變細(xì)，具明顯的邊緣相特征，且在邊緣可見3～5cm的砂巖捕擄體。巖石類型主要為黑云母花崗斑巖，新鮮面呈淺灰色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石礦物成分主要為斜長石及石英，其中石英含量20%～25%，半自形粒狀，局部見聚斑結(jié)構(gòu)；斜長石含量30%～45%，呈半自形粒狀；鉀長石含量5%～10%，呈半自形粒狀；黑云母含量10%～20%，呈自形片狀，基質(zhì)為顯微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。

本次工作對上述侵入巖進(jìn)行了系統(tǒng)的樣品采集，挑選出代表性樣品進(jìn)行了全巖主量元素、微量元素、鋯石U-Pb同位素分析。采樣位置見圖1。主量元素、微量元素測試在澳實分析檢測(廣州)有限公司完成。鋯石單礦物分選，制靶工作及樣品拍攝陰極發(fā)光（CL）電子圖像由廊坊市峰澤源巖礦檢測技術(shù)實驗室完成。鋯石U-Pb定年及微量元素成分測試由合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院LA-ICP-MS實驗室完成。數(shù)據(jù)處理采用中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)開發(fā)的LaDating分析處理軟件，加權(quán)平均年齡計算及諧和圖的繪制使用Isoplot4.0完成。

2 年代學(xué)特征

本次選取王沖巖體花崗閃長斑巖（樣品Y0329-1），溪口巖體黑云母花崗斑巖（樣品Y0329-4）進(jìn)行鋯石U-Pb年代學(xué)研究。

從樣品Y0329-1中獲得的鋯石在透射光下主要呈無色透明—白色，為自形，呈四方雙錐狀，粒徑80～160μm，長短比為1∶1至1∶3。陰極發(fā)光（CL）圖像顯示，鋯石普遍具典型的震蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，全部為巖漿鋯石（圖1）。鋯石Th元素含量為260～736ppm；U元素含量為465～1029ppm；Th/U比為0.56～0.70，Th/U比亦顯示全部為巖漿鋯石。共計對16顆鋯石測試了17個分析點，均為諧和年齡數(shù)據(jù)點。該組年齡非常集中，主要取鋯石邊部年齡，經(jīng)加權(quán)平均獲得年齡值為136.7±1.4Ma（MSWD=1.09，n=17）（圖1）。

圖1 （a）樣品Y0329-1鋯石CL圖像 （b）鋯石U-Pb諧和圖Figure 1.(a)zircon CL image of of sample Y0329-1;(b)U-Pb concordia plot of zircon

從樣品Y0329-4中獲得的鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像顯示鋯石礦物主要呈無色透明—白色，為自形，呈四方雙錐狀，粒徑 80～160μm，長短比為1∶1 至 1∶3。鋯石普遍具典型的震蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，全部為巖漿鋯石（圖2），鋯石Th元素含量為 115～416ppm；U元 素 含 量 為 340～878ppm；Th/U比為0.4～0.6，Th/U比也顯示全部為巖漿鋯石。共計對19顆鋯石測試了19個分析點，均為諧和年齡數(shù)據(jù)點。該組年齡非常集中，主要取鋯石邊部年齡，經(jīng)加權(quán)平均獲得年齡值為140.7±1.9Ma（MSWD=1.9，n=20）（圖2）。

圖2 （a）樣品Y0329-4鋯石CL圖像 （b）鋯石U-Pb諧和圖Figure 2.(a)zircon CL image of sample Y0329-4;(b)U-Pb concordia plot of zircon

表1 樣品Y0329-1鋯石U-Pb分析結(jié)果Table 1.U-Pb analysis results of zircon from sample Y0329-1

表2 樣品Y0329-4鋯石U-Pb分析結(jié)果Table 2.U-Pb analysis results of zircon from sample Y0329-4

3 巖石地球化學(xué)特征

3.1主量元素

主量、微量和稀土元素分析結(jié)果見表3～5，周王地區(qū)侵入巖SiO2含量變化介于61.26%～68.08%（均值為64.82%），為中酸性巖類，CaO含量在0.32%～4.68%之間（均值為2.78%），Na2O含量在1.94%～3.68%之間（均值為2.92%），K2O含量在2.7%～4.89%之間（均值為3.53%）；全堿含量（K2O+Na2O）含量介于5.45%～6.93%之間（均值為6.45%），具較高的全堿含量。K2O/Na2O比值變化較大，為0.88～2.52，均值為1.3。FAM圖解顯示巖體主要為鈣堿性系列，SiO2-K2O圖解上主要落在高鉀鈣堿性系列區(qū)域內(nèi)（圖3）。巖體堿度率在1.76～2.61之間，均值2.13，里特曼指數(shù)在1.51～2.17之間，均值1.86，在AR-SiO2圖解上顯示巖體為鈣堿性系列，A/CNK位于0.95～1.5之間，均值1.12，A/NK范圍為1.56～2.03之間，均值為1.72，A/CNK-A/NK圖解顯示具準(zhǔn)—過鋁質(zhì)巖屬性（圖4），CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物中出現(xiàn)剛玉，同樣顯示巖體過鋁質(zhì)的特征。侵入巖分異指數(shù)（DI）在65.43～81.59之間（均值為72.84），固結(jié)指數(shù)（SI）范圍在7.51～13.63之間，均值10.38，較高的分異指數(shù)和較低的固結(jié)指數(shù)均顯示巖體分異程度較高。

圖3 （a）侵入巖FAM圖解（據(jù)Irvine,1971）;（b）K2O-SiO2圖解（據(jù)Ewart,1982）Figure3.(a)FAMdiagramofintrusiverock(afterIrvine,1971);(b)K2O-SiO2diagram(afterEwart,1982)

圖4 （a）侵入巖AR-SiO2圖解（據(jù)Maniar,1989）;（b）A/CNK-A/NK圖解（據(jù)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

侵入巖稀土總量中等，ΣREE為150.19×10-6～165.96×10-6，均值 156.89×10-6，(La/Yb)N值在 9.14～10.63之間，表征輕重稀土元素分餾較為明顯，輕稀土元素分餾程度中等，重稀土元素Gd-Lu表現(xiàn)較為平坦。δEu范圍為0.69～0.8，總體表現(xiàn)為中等—弱的銪負(fù)異常，說明斜長石分離結(jié)晶作用不明顯，其均值0.75介于殼型花崗巖（0.46）和殼幔型（0.84）平均值之間，為弱虧損，可能其源巖有一定的幔源物質(zhì)加入。LREE/HREE比值范圍在7.98～9.38之間，總體屬重稀土強烈虧損型。δCe范圍為0.82～1.02，均值0.94，異常不明顯。稀土元素配分圖表現(xiàn)為右傾的輕稀土富集型配分模式（圖5），與下地殼巖石的配分模式相類似，反映巖體主要為殼源信息。巖體總體屬低Sr型花崗巖，這也與Eu呈一定程度的負(fù)異常一致，顯示巖漿源區(qū)可能有富鈣斜長石的殘余或發(fā)生了以斜長石為分離相的結(jié)晶分異作用。與重稀土Yb虧損對應(yīng)，Y含量總體較低，總體表現(xiàn)出低Sr低Y(Yb)的特色。重稀土Yb與Y的明顯虧損暗示源區(qū)可能有角閃石等礦物以殘留相存在。相容元素Nb、Ta、Ti、P等與原始地幔值相近，Nb、Ti等元素的負(fù)異常和Pb的正異常是巖漿源區(qū)主要為殼源物質(zhì)的重要標(biāo)志。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中可見（圖5），Rb、Th、U、La、Zr、Y正異常，而K、Ba、Nb、Sr、Ti、P為負(fù)異常，Rb、Th、U、K、Nd大離子親石元素富集，Nb、Sr、P、Ti高場強元素明顯虧損。其中Ba、Sr主要受長石結(jié)晶影響，Sr的部分虧損顯示其源區(qū)殘留相中，可能出現(xiàn)有斜長石和角閃石。而Ti主要受控于鈦鐵礦、金紅石、榍石，后二者中Nb、Ta含量較高，而鈦鐵礦中二者含量較低。Ti虧損歸可能因鈦鐵礦和磷灰石分離結(jié)晶所致。曲線整體右傾較為明顯。

圖5（a）稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖;（b）微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Figure 5.(a)Chondrite-normalized distribution pattern of rare earth elements;(b)primitive mantlenormalized spider diagram of trace elements

4 討論

4.1成巖時代

宣城周王地區(qū)侵入巖的時代尚屬空白，但皖南地區(qū)近年來發(fā)表了不少高精度的年代學(xué)數(shù)據(jù)，建立了初步的年代學(xué)格架。結(jié)合巖石類型、時空分布和成礦特征，皖南中生代巖漿活動可以劃分為早晚兩期，第一期集中在135～152Ma，以花崗閃長巖為主；第二期集中在125～135Ma，以二長花崗巖和堿性巖為主[6]。也有學(xué)者劃分為152～137和136～122Ma兩期，早期巖性以花崗閃長巖為主，屬于高鉀鈣堿性系列準(zhǔn)鋁質(zhì)I型花崗巖系列；晚期以正長花崗巖為主，少數(shù)為二長花崗巖，多數(shù)具有A型花崗巖特征[7]。

表3 研究區(qū)侵入巖主量元素分析結(jié)果Table 3.Major element（wB/%）compositions of the intrusive rocks in the study area

表4 研究區(qū)侵入巖稀土元素分析結(jié)果Table 4.Rare earth element（wB/10-6）compositions of the intrusive rocks in the study area

表5 研究區(qū)侵入巖微量元素分析結(jié)果Table 5.Trace element（wB/10-6）compositions of the intrusive rocks in the study area

本次測年參與有效年齡計算的鋯石206Pb/238U年齡值較集中，顯示王沖巖體成巖年齡為136.7±1.4Ma，溪口巖體成巖年齡140.7±1.9Ma，兩者近于同期，表明周王地區(qū)侵入體形成于燕山晚期，是早白堊世巖漿活動的產(chǎn)物。結(jié)合皖南地區(qū)侵入巖資料來看，皖南中生代巖漿活動分為早晚兩期，早期主要以復(fù)式巖基中早階段侵入體以及小型斑巖體形式產(chǎn)出，如太平巖體、青陽巖體、榔橋巖體，以及竹溪嶺、逍遙等斑巖體，晚期以復(fù)式巖基中晚階段侵入體或大巖體形式產(chǎn)出，如黃山巖體、伏嶺巖體[8～13]。綜合時空分布、巖性特征來看，周王一帶的花崗閃長斑巖、花崗斑巖侵入體應(yīng)為榔橋巖體的分支演化產(chǎn)物[14]，形成于中生代早期巖漿活動。

4.2巖石成因

前人通過研究花崗巖的物質(zhì)來源、形成方式及其構(gòu)造背景，總結(jié)出ISMA花崗巖成因分類方案。I型花崗巖源巖主要是未經(jīng)地表風(fēng)化的火成巖，因此繼承了一些火成巖的基本特征。它代表了成熟度較高地區(qū)下地殼硅鎂層（火成巖）物質(zhì)的重熔和簡單成巖過程中形成的花崗巖類，屬鈣堿性花崗巖。其一般的地球化學(xué)特征為：K2O/Na2O值較低，A/CNK＜1.1，為準(zhǔn)鋁質(zhì)—過鋁質(zhì)，87Sr/86Sr＜0.705，有少量標(biāo)準(zhǔn)礦物剛玉（＜1%）。

研究區(qū)花崗巖類K2O/Na2O值較低，準(zhǔn)鋁質(zhì)—過鋁質(zhì)，標(biāo)準(zhǔn)礦物中出現(xiàn)少量剛玉礦物，野外露頭中可見黑云母特征礦物，均表現(xiàn)出I型花崗巖的特征[15]。在巖石成因圖解中均落入I型區(qū)域內(nèi)（圖6），P2O5與SiO2的負(fù)相關(guān)性表明本區(qū)內(nèi)的花崗巖類主要為I型花崗巖。

與上、下地殼相比，巖石HREE明顯虧損，(La/Yb)N比值偏高，暗示其源區(qū)可能有其它物質(zhì)成分的加入。巖體中大離子親石元素（LILE）表現(xiàn)為Th、Ba、K、Rb含量較高、低Sr含量特點。Rb/Sr比值普遍小于2，Ba含量變化范圍在696.00×10-6～1004.4×10-6之間，均值795.35×10-6，暗示其可能有幔源物質(zhì)加入。該套巖石高場強元素（HFSE）Zr、Hf、Nb、Ta含量較低，Nb/Ta含量變化范圍在8.5×10-6～11.1×10-6之間，均值10.4×10-6，大致與陸殼的Nb、Ta平均含量及比值范圍（8.3～16.7）一致，而低于球粒隕石Nb/Ta值（17.6），說明該套巖石源巖物質(zhì)主要來自地殼。La/Nb比值范圍2.77～3.88之間，均值3.36，略高于地殼平均值比值范圍（1.5～2.2）而遠(yuǎn)高于地幔的0.93～1的比值范圍，同樣說明該套巖石源巖巖漿主要來源于地殼。

4.3構(gòu)造環(huán)境

中生代早期由于揚子板塊與華北板塊南北向的陸—陸碰撞以及華南板塊向北推擠，使江南隆起帶發(fā)生陸內(nèi)造山作用，并導(dǎo)致該區(qū)巖石圈加厚[16～17]。晚侏羅世（165～145Ma），陸—陸碰撞作用逐漸停止，古太平洋板塊開始俯沖[18～19]，造成中國東部受擠壓整體抬升，巖石圈迅速增厚，隨后進(jìn)入應(yīng)力轉(zhuǎn)換期（145～135Ma）[20～21]，加厚的巖石圈開始拆沉，并導(dǎo)致少量地幔物質(zhì)底侵至殼幔接觸部位，使下地殼巖石發(fā)生部分熔融，并與之混合形成初始巖漿房[10]。

研究區(qū)花崗閃長斑巖、花崗斑巖侵入體微量元素特征顯示其具有類似島弧巖漿巖的特征[22～25]，即虧損高場強元素，富集大離子親石元素，輕重稀土分異明顯，輕稀土相對重稀土明顯富集。在Sr/Y-Y圖解上，可以看出研究區(qū)巖石投點在經(jīng)典島弧巖石區(qū)域中。在Y+Nb-Rb構(gòu)造環(huán)境圖解中落在火山弧花崗巖與同碰撞花崗巖交匯處（圖7），在Rb/10-Hf-3×Ta構(gòu)造判別圖解中（圖8），樣品全部落在碰撞花崗巖區(qū)域。中國東部從侏羅紀(jì)開始處于匯聚板塊的構(gòu)造背景下，進(jìn)入濱太平洋構(gòu)造域，研究區(qū)侵入巖的形成應(yīng)該受到碰撞作用的影響，與太平洋板塊對歐亞大陸的俯沖碰撞密切相關(guān)[26～29]。這點與鄰區(qū)榔橋巖體的特征一致。

5 結(jié)論

（1）周王地區(qū)王沖巖體、溪口巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分別為136.7±1.4Ma、140.7±1.9Ma，表明周王地區(qū)侵入體形成于燕山晚期，是早白堊世巖漿活動的產(chǎn)物。

圖6 侵入巖K2O-Na2O圖解Figure 6.K2O-Na2O diagram of intrusive rocks

（2）周王地區(qū)侵入巖為高鉀、富堿、準(zhǔn)—過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列I型花崗巖，輕重稀土元素分餾較為明顯，總體表現(xiàn)為中等—弱的銪負(fù)異常，稀土元素配分表現(xiàn)為右傾的輕稀土富集型配分模式。大離子親石元素（LILE）富集，高場強元素（HFSE）明顯虧損。主、微量元素地球化學(xué)特征反映巖體主要來源于地殼，可能有一定的幔源物質(zhì)加入。

（3）研究區(qū)侵入巖具有類似島弧巖漿巖的特征，其形成與太平洋板塊對歐亞大陸的俯沖碰撞密切相關(guān)。

圖7 （a）侵入巖Y-Sr/Y圖解；（b）Y+Nb-Rb圖解Figure 7.(a)Y-Sr/Y diagram of intrusive rocks; (b)Y+Nb-Rb diagram

圖8 侵入巖Rb/10-Hf-3×Ta圖解Figure 8.Rb/10-Hf-3×Ta diagram of intrusive rocks