Geochemical characteristics, zircon U-Pb age and metallogenic tectonic background of the Mesozoic acidic volcanic rocks from Xianqiao area in North Dabie Mountain
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摘要:
东秦岭-北大别山构造-岩浆演化是热点研究问题，关于该带火山岩喷发时限存在较大的争议，其岩石成因和成岩构造环境尚不清楚。对北大别山西段仙桥膨润土矿床英安岩进行锆石U-Pb同位素测年和岩石地球化学研究，结果表明，仙桥酸性火山岩具有高钾(3.96%~5.01%)、富碱(K2O+Na2O介于7.97%~8.96%之间)、弱过铝质(A/CNK为1.0~1.15)等特点，属高钾钙碱性-钾玄岩系列火山岩。岩石轻稀土元素富集，重稀土元素亏损明显，负Eu异常不明显，Nb、Ta亏损明显，且具有高Nb/Ta、(La/Yb)N、Sr/Y值，表现为典型的埃达克质岩石地球化学特征。LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年测得，仙桥成矿岩石英安岩喷发年龄为133±1 Ma，与邻区双桥膨润土、皇城山银矿床陈棚组火山岩的年龄一致。研究认为，仙桥火山岩具有埃达克岩的特征，由增厚下地壳物质部分熔融形成，产生于中生代后碰撞构造环境，在133 Ma左右，北大别山仙桥地区还未发生大规模的拆沉减薄的岩浆活动。
Abstract:The structural-magmatic evolution of East Qinling-North Dabie Mountains is a popular issue.The eruption time of the volcanic rocks in the belt still has a greater dispute for a long time, which is still unclear during rock formation and diagenetic tectonic environment.Based on the studies of geochemistry, zircon LA-ICP-MS U-Pb dating of dacite in Xianqiao bentonite deposit in the western segment of North Dabie Mountains, it is shown that acidic volcanic rocks from Xianqiao area display high contents of K2O(3.96%~5.01%), are enriched in K2O+Na2O(7.97%~8.96%)and weak peraluminous, with A/CNK values of 1.0~1.15.The volcanic rocks should belong to high-K calc-alkaline to shoshonite series.The rocks are enriched LREE and depleted HREE, with weak negative Eu anomaly, strongly depleted in the high field strength elements Nb and Ta and high Nb / Ta ratio, and has high(La/Yb)N(25.68~28.25)and Sr/Y(34.92~41.42)ratios, which has obvious geochemical characteristics of adakite.Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating result shows that the Xianqiao ore-forming rocks(dacite)was erupted at 133±1 Ma, consistent with the age of volcanic rocks of Chenpeng Formation in Shuangqiao bentonite deposit and Huangchengshan silver deposit.This research reveals that the Mesozoic acidic volcanic rocks from Xianqiao area with the characteristics of adakitic rocks were formed by partial melting of the thickened lower crust, which were formed at post-collisional tectonic setting in Mesozoic.The large-scale magma activity resulting from lower crust delamination and thinning of the lithosphere has not yet occurred in the Xianqiao area of North Dabie Mountains at about 133 Ma.
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Keywords:
- acid volcanic rocks /
- zircon U-Pb age /
- petrogenesis /
- North Dabie Mountain
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大别超高压变质带因发育柯石英和金刚石受到广泛关注，前人对晚三叠世扬子板块俯冲及华北陆块的陆陆碰撞和拆沉作用机制已开展了大量研究(高山等，1999；徐义刚等，2018；朱日祥等，2019)。近年对大别山花岗质岩浆的岩石成因、地球动力学背景及成矿作用研究均取得了重要进展(毛景文等，2003；Ren et al.，2018；Gao et al.，2020)，在北大别山西段陆续发现了与中生代火山岩关系密切的皇城山银矿、白石坡银矿、双桥膨润土等矿床(杨梅珍等，2012；朱江等，2018；2019)，但对北大别山中生代火山岩的研究较少。因此，研究北大别山西段中生代火山岩的喷发年龄、厘定岩石成因、构造环境与成矿的关系具有重要意义。
近期笔者在北大别山西段的仙桥地区发现一处膨润土矿床，赋矿岩石为中生代中酸性火山岩。基于该矿床的勘查成果，本次选取矿区出露的中酸性火山岩为研究对象，开展详细的岩相学观察、岩石地球化学特征研究和LA-ICP-MS锆石U-Pb定年，以期约束北大别山中生代火山岩的喷发时限，为探讨岩石成因和成岩构造环境提供制约，也为该区域地质勘查提供基础资料和理论依据。
1. 区域地质背景
东秦岭-大别造山带处于扬子板块与华北陆块缝合部位，经历了太古宙—中生代多期次、多阶段的碰撞、裂开和缝合演化(马昌前等，2003；赵子福等，2004；曾威等，2021)。三叠纪末，扬子板块向北俯冲，与华北陆块拼合，使大别山区地壳加厚并榴辉岩化(马昌前等，2003；王岳军等，2003；李积山等，2022)。早白垩世，西太平洋板块持续向西俯冲，中国东部的构造体制由近东西向转变为以近南北向为主(张国伟等，2001；李鑫浩等，2015；袁德志等，2021)。随着构造应力的转变，大别山地区增厚的地壳开始垮塌，发生大规模拆沉作用，导致壳幔物质强烈交换，诱发了大规模的岩浆活动和强烈的成矿作用(毛景文等，2003；张超等，2008；朱江等，2018)。
仙桥火山岩带位于东秦岭-大别造山带北麓西缘的信阳盆地南侧，石山口盆地东缘，以龟梅韧性剪切带为界，南为中新元古界龟山岩组，北为古生界二郎坪岩群及白垩系陈棚组火山-沉积岩系(图 1)。以商麻断裂为界，断裂以西为西大别山，以东为东大别山(杨梅珍等，2012；朱江等，2019)。
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图 1 大别山北麓火山岩分布及构造略图1—第四系；2—古生代石炭系；3—中元古代龟山岩组；4—中新元古代浒湾岩组；5—泥盆系南湾组；6—新太古代大别岩群；7—中生代火山岩；8—中生代花岗岩；9—推断断裂(F1—栾川-固始断裂)；10—实测断裂(F2—龟-梅断裂；F3—桐-商断裂；F4—商-麻断裂)；11—地质界线；12—省界；13—研究区位置；14—采样位置Figure 1. Sketch map of the distribution and structure in volcanic rocks at the northern foot of the Dabie Mountains大别山中酸性火山岩沿龟梅断裂分布，西起信阳西部，往东经上天梯、仙桥、泼河、商城县上石桥，东延至安徽省境内，呈近东西向展布，河南省境内长180 km。火山岩带划分为2个大的喷发旋回：早期安山岩-粗安岩-粗面英安岩-流纹岩组合和晚期流纹质火山碎屑岩-流纹岩组合。每个旋回包括多个韵律组合，每个韵律以火山爆发开始、以熔岩溢流结束。成分上，具有从早到晚从安山质-粗安质-英安质-流纹质演化的总体趋势，显示向酸性分异演化的特征。岩相上，具有从早到晚从溢流相-爆发相-偏酸性溢流相多旋回喷发模式。喷发方式上，北部以裂隙喷溢为主，南部以喷溢和爆发为主，表现为从中性—中酸性熔岩、酸性火山碎屑岩到酸性次火山岩的变化规律。
矿区出露地层主要为下白垩统陈棚组火山岩与上白垩统周家湾组，二者呈不整合接触。矿体赋存于陈棚组中，平面形态呈不规则椭圆状，长轴方向为北东东向。矿体呈似层状，长约900 m，宽约50 m，厚约30 m。
膨润土矿石呈灰白色、紫红色及二者的斑杂色，局部具腊状光泽。矿石具土状、变余斑状结构，块状构造，少部分具平行构造。矿物成分主要为蒙脱石，次要矿物为长石、石英、云母等。
2. 岩相学特征
仙桥矿区中生代火山岩的主要火山熔岩类型为陈棚组英安岩、流纹岩，火山碎屑岩为火山角砾岩、英安质晶屑凝灰岩。
英安岩：基质具斑状结构(图版Ⅰ-a、b)，块状构造，矿物组合为斜长石(66%)、石英(15%)、玻璃(8%)、角闪石(5%)、不透明矿物(约1%)和玉髓(5%)。斑晶主要为斜长石和石英，次为角闪石(约3%)。斜长石(Pl)斑晶大小为4.0 mm×5.5 mm~0.6 mm×1.15 mm，边缘呈熔蚀浑圆状，颗粒较大者呈”U”字形，熔蚀残余，未见双晶；石英(Qtz)斑晶大小为1.0 mm×1.5 mm~0.6 mm×1 mm，边缘呈熔蚀的港湾状或浑圆状；角闪石(Hbl)斑晶呈长柱状，大小为0.1 mm×0.3 mm，斜消光，消光角为16°，大多被析出的铁质替代。基质成分为斜长石微晶及重结晶的石英、玉髓等英安质，其中斜长石呈柱状、针状，微晶定向性不明显；石英、玉髓微晶集合体呈圆状、次圆状、次棱角状分布，部分充填气孔形成杏仁体，大小为0.05~0.30 mm，偶见长条状集合体。
火山角砾岩：新鲜面呈褐红色，具火山角砾结构(图版Ⅰ-c、d)，块状构造。主要矿物成分为火山角砾(50%)、岩屑(20%)、石英和长石晶屑(20%)、玻屑(10%)；次生矿物为粘土矿物，蚀变严重。火山角砾的粒径多大于2 mm，被火山碎屑物岩屑、晶屑及火山灰胶结，分选性差，棱角、次棱角状，含量50%以上(图 2)。岩屑(Det)约占火山碎屑总量的20%，成分可能为安山岩(Ane)和安山质凝灰岩(Tuf)(图 2)，少量边部熔蚀，粒径多小于1 mm。晶屑多见石英和长石晶屑，次棱角状，粒径多为0.1~0.2 mm，约占火山碎屑总量的20%。玻屑的粒径一般小于0.1 mm，含量10%左右，多脱玻化，后期水解蚀变分解为粘土矿物，如高岭石、蒙脱石、沸石等次生矿物。胶结物为火山灰。
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图 2 仙桥矿区英安岩全碱-硅图解(a)和SiO2-K2O图解(b)Figure 2. Diagrams of total alkali silica (a) and SiO2-K2O(b)of dacite from Xianqiao英安质晶屑凝灰岩：新鲜面呈褐红色，具晶屑凝灰结构(图版Ⅰ-e、f)，块状构造。主要矿物成分为长石晶屑(约95%)和石英晶屑(约5%)，极少量玻屑，次生矿物为蒙脱石，高岭石等。晶屑多为长石晶屑(图版Ⅰ-e、f)，偶见石英晶屑，其中长石晶屑较自形，部分棱角状，粒径多为0.5~1 mm，偶见石英晶屑，粒径多小于0.1 mm。基本未见玻屑，可能受水化作用影响，大部分发生脱玻化作用，已被蚀变为蒙脱石、高岭石等次生矿物。胶结物为火山灰。
3. 分析方法
3.1 地球化学分析
本次在仙桥矿区火山岩带的中心和边缘分别采集英安岩硅酸盐样品SQ-QF1、SQ-QF2和SQ-QF3，在河南省岩石矿物中心进行硅酸盐全分析和微量、稀土元素分析。主量元素分析采用XRF法完成，仪器为荷兰Panalytical公司生产的Panalytical X射线荧光光谱仪，分析误差优于5%，烧失量在烘箱中升温至1000℃烘烤1.5 h后称重得到。微量及稀土元素采用电感耦合等离子体质谱仪测定，仪器为美国Thermo Fisher Scientific公司生产的XSeriesⅡ型等离子体光质谱仪(ICP-MS)，分析结果误差优于5%。
3.2 测年方法
锆石样品挑选由河北省区域地质调查队实验室完成，样品经破碎、筛选后制成锆石样品靶。利用阴极荧光光谱仪对锆石样品靶进行阴极发光(CL)图像显微照相，挑选韵律环带结构明显，晶形完整的锆石进行U-Pb同位素测定工作，锆石LA-ICP-MS U-Pb定年在中国地质调查局天津地质调查中心实验室完成。分析仪器为美国ESI公司生产的波长193 nm FX ArF准分子激光器，脉冲宽小于4 ns。分析测试的条件如下：能量密度为15 J/cm2、束斑直径25 μm、频率8 Hz、剥蚀时间90 s，剥蚀气溶胶由氦气送入ICP-MS完成测试。原始测试数据用ICP-MS DataCal软件进行处理。普通Pb校正方法参照Anderson(2002)推荐的方法，206Pb/238U年龄加权平均值和谐和图解由Isoplot软件(Ludwig，1991)获得，单个数据点误差±1σ。
4. 岩石地球化学特征
4.1 主量元素
由英安岩样品的主量元素分析结果(表 1)可知，SiO2含量介于66.28%~68.72%之间，表明岩石偏中性；Al2O3含量介于14.50~15.17%之间；K2O+Na2O含量介于7.06%~7.64%之间，表明岩石富碱；K2O/Na2O值介于1.21~1.94之间，岩石富钾贫钠；σ介于1.76~2.02之间，为钙碱性；含铝指数A/CNK值介于0.99~1.15之间，平均1.05，属弱过铝型。在硅-碱图(图 2-a)上，样品投点落在亚碱性英安区域。SiO2-K2O图解(图 2-b)表明，样品点落在高钾钙碱性-钾玄岩系列。
表 1 仙桥矿区英安岩主量、微量和稀土元素含量Table 1. Major, trace and rare earth element contents of dacite in Xianqiao元素 SQ-QF1 SQ-QF2 SQ-QF3 元素 SQ-QF1 SQ-QF2 SQ-QF3 SiO2 68.72 67.70 66.28 Hf 9.24 7.77 9.53 TiO2 0.55 0.55 0.57 Ta 0.82 0.97 1.09 Al2O3 14.56 14.50 15.17 Th 15.1 14.8 15.5 Fe2O3 3.85 2.93 2.37 U 2.08 2.69 2.92 FeO 0.17 0.71 0.76 La 49.3 50.7 56 CaO 1.81 2.75 2.96 Ce 89.1 90.7 102 MgO 0.89 0.67 0.97 Pr 10.3 10.3 11.5 MnO 0.051 0.07 0.065 Nd 34.7 35.4 39.3 K2O 4.10 3.96 5.04 Sm 5.4 5.28 5.82 Na2O 2.96 3.26 2.60 Eu 1.27 1.33 1.48 P2O5 0.20 0.20 0.20 Gd 4.42 4.47 4.93 烧失量 1.60 1.81 2.70 Tb 0.52 0.53 0.58 H2O+ 1.53 0.95 1.99 Dy 2.37 2.38 2.71 总量 99.46 99.11 99.685 Ho 0.42 0.42 0.47 σ 1.94 2.11 2.51 Er 1.22 1.19 1.39 A/CNK 1.15 0.99 1.00 Tm 0.18 0.19 0.22 K2O+Na2O 7.06 7.22 7.64 Yb 1.24 1.21 1.47 Cr 61.4 62.5 90 Lu 0.19 0.19 0.21 Ni 29 24.8 28.1 Y 12 12 13 Ga 18.4 19.7 21.9 ∑REE 200.63 204.29 228.08 Rb 121 112 166 δEu 0.77 0.82 0.82 Sr 435 497 454 (La/Yb)N 26.80 28.25 25.68 Zr 193 193 211 (La/Sm)N 5.74 6.04 6.05 Nb 13.4 12.9 13.6 (Gd/Yb)N 2.88 2.98 2.71 Ba 1457 1356 1610 注：主量元素含量单位为%，微量和稀土元素含量单位为10-6 4.2 微量和稀土元素
仙桥矿区3个英安岩样品的微量元素蛛网图(图 3-a)表明，仙桥英安岩富集大离子亲石元素Rb、Ba、K；明显亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti等，Th、U、Hf等元素富集，地球化学特征与陆内火成岩相似。Sr含量高(＞400×10-6)在435×10-6~497×10-6之间，Yb(＜1.9×10-6)含量低，介于1.21×10-6~1.47×10-6之间，具有埃达克岩地球化学特征(张旗等，2021)。微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 3-a)显示，英安岩曲线整体右倾。
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Figure 3. Spider diagram of trace elements(a) and rare earth element patterns(b)in dacite from Xianqiao英安岩稀土元素总量(∑REE)较高且稳定(200.63×10-6~228.08×10-6)，轻稀土元素富集(∑LREE/ ∑HREE=18.00~18.31，(La/Yb)N=25.68~ 28.25)，(La/Sm)N=5.74~6.05)，重稀土元素亏损((Gd/Yb)N=2.71~2.98，δEu(EuN/GdN+SmN)1/2=0.77~0.82)。稀土元素分配模式为轻稀土元素强烈分馏、重稀土元素弱分馏、负Eu异常不明显的右倾型(图 3-b)。
5. 锆石U-Pb年龄
本次研究的英安岩锆石样品取自λ-4矿体Ⅰ级品膨润土矿石(取样位置见图 1)，样品新鲜无风化。采样点坐标：东经114°26′14″、北纬31°58′43″，样品号SQ-NY1。
样品锆石颗粒数量大于1000粒，大部分无色透明，部分锆石可见黑色包裹体和裂纹。锆石晶形较完整，多呈长柱状，锆石长轴粒径以100~150 μm为主，短轴粒径多为50 μm。锆石发育致密、清晰的韵律振荡环带，为典型的岩浆锆石(图 4)；部分锆石边缘有明显的圆化现象，呈近圆状；部分锆石可见不规则的内核，表明其为继承锆石。
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图 4 仙桥英安岩锆石阴极发光(CL)图像及测点位置、编号Figure 4. CL images of zircon from dacite in Xianqiao, showing the location and number of measuring points本次对北大别山西段仙桥英安岩的24个锆石进行了LA-ICP-MS U-Pb定年测试。结果显示，U含量为174×10-6~1968×10-6(表 2)，206Pb/238U年龄介于128~137 Ma之间，206Pb/238U年龄加权平均值为133±1 Ma(n=24，MSWD=2.9)(图 5)，该年龄代表英安岩的形成年龄，属早白垩世。
表 2 仙桥英安岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素分析结果Table 2. LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb isotopic analysis results from Xianqiao dacite测点号 含量/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma Pb U Th 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 208Pb/232Th 1σ 232Th/238U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ 207Pb/206Pb 1σ SQ.NY1.001 5 174 283 1.628 0.0215 0.0004 0.149 0.008 0.0502 0.0025 0.0075 0.0001 1.670 0.017 137 2.6 141 7.6 206 117.3 SQ.NY1.002 15 544 713 1.311 0.0214 0.0003 0.146 0.006 0.0496 0.0016 0.0073 0.0001 1.345 0.014 136 1.8 139 5.2 178 74.2 SQ.NY1.003 52 1968 2095 1.065 0.0215 0.0004 0.145 0.005 0.0490 0.0012 0.0072 0.0001 1.092 0.051 137 2.2 138 4.6 146 58.4 SQ.NY1.004 9 308 481 1.562 0.0216 0.0003 0.145 0.007 0.0488 0.0022 0.0073 0.0001 1.602 0.010 137 1.7 137 6.6 137 107.6 SQ.NY1.005 26 984 1013 1.030 0.0213 0.0002 0.143 0.004 0.0488 0.0011 0.0073 0.0001 1.056 0.012 136 1.1 136 4.1 139 53.4 SQ.NY1.006 9 351 373 1.062 0.0209 0.0005 0.146 0.018 0.0506 0.0061 0.0065 0.0003 1.089 0.014 133 3.0 138 17.2 224 280.4 SQ.NY1.007 7 249 328 1.316 0.0211 0.0002 0.143 0.007 0.0491 0.0022 0.0072 0.0001 1.350 0.013 135 1.4 136 6.4 153 106.9 SQ.NY1.008 14 477 715 1.500 0.0212 0.0002 0.144 0.005 0.0492 0.0016 0.0076 0.0001 1.538 0.015 135 1.3 136 4.9 157 75.1 SQ.NY1.009 16 615 808 1.314 0.0202 0.0002 0.139 0.005 0.0499 0.0015 0.0069 0.0001 1.348 0.007 129 1.0 132 4.6 188 69.4 SQ.NY1.010 19 815 663 0.814 0.0201 0.0002 0.140 0.005 0.0506 0.0015 0.0071 0.0001 0.835 0.005 128 1.6 133 4.5 221 70.3 SQ.NY1.011 15 557 723 1.296 0.0211 0.0002 0.146 0.005 0.0499 0.0014 0.0072 0.0001 1.330 0.013 135 1.0 138 4.6 192 63.4 SQ.NY1.012 18 721 667 0.926 0.0210 0.0002 0.144 0.005 0.0500 0.0014 0.0073 0.0001 0.950 0.005 134 1.1 137 4.6 193 63.6 SQ.NY1.013 6 254 223 0.877 0.0214 0.0004 0.146 0.011 0.0494 0.0038 0.0078 0.0003 0.900 0.007 136 2.5 138 10.2 167 179.9 SQ.NY1.014 10 413 285 0.689 0.0211 0.0003 0.146 0.006 0.0502 0.0019 0.0093 0.0002 0.707 0.005 135 2.1 138 5.8 205 90.1 SQ.NY1.015 5 198 203 1.027 0.0209 0.0003 0.145 0.008 0.0505 0.0026 0.0075 0.0001 1.054 0.005 133 1.6 138 7.2 220 117.0 SQ.NY1.016 11 343 728 2.121 0.0209 0.0002 0.145 0.006 0.0502 0.0019 0.0073 0.0001 2.175 0.013 133 1.4 137 5.6 206 88.7 SQ.NY1.017 7 243 325 1.340 0.0211 0.0002 0.143 0.006 0.0492 0.0020 0.0075 0.0001 1.375 0.013 135 1.5 136 6.1 157 96.0 SQ.NY1.018 9 274 612 2.230 0.0204 0.0003 0.139 0.008 0.0494 0.0028 0.0073 0.0001 2.288 0.016 130 2.1 132 7.7 166 131.7 SQ.NY1.019 17 701 636 0.908 0.0206 0.0002 0.141 0.006 0.0494 0.0018 0.0063 0.0001 0.932 0.005 132 1.3 134 5.5 168 86.3 SQ.NY1.020 20 826 564 0.682 0.0210 0.0002 0.140 0.005 0.0484 0.0014 0.0075 0.0001 0.700 0.003 134 1.2 133 4.7 120 70.2 SQ.NY1.021 17 719 513 0.714 0.0209 0.0002 0.145 0.005 0.0502 0.0014 0.0074 0.0001 0.732 0.004 133 1.0 137 4.5 205 64.5 SQ.NY1.022 42 1719 1796 1.045 0.0203 0.0002 0.143 0.004 0.0509 0.0010 0.0065 0.0001 1.072 0.017 130 1.3 135 3.9 235 45.6 SQ.NY1.023 16 583 788 1.351 0.0210 0.0002 0.146 0.005 0.0504 0.0016 0.0075 0.0001 1.386 0.007 134 1.3 138 5.1 213 73.3 SQ.NY1.024 4 177 143 0.810 0.0210 0.0003 0.147 0.008 0.0509 0.0027 0.0073 0.0002 0.831 0.004 134 1.6 139 7.8 235 122.7 ![]()
图 5 仙桥英安岩锆石U-Pb谐和图及206Pb/238U年龄加权平均值Figure 5. U-Pb concordia diagram and weighted average age of zircon from dacite in Xiaoqiao6. 讨论
6.1 岩石成因
仙桥英安岩具有较高的硅含量(SiO2=66.28%~ 68.72%)、高钾含量(K2O=3.96%~5.04%)，A/CNK值为0.99~1.15，平均1.09，为弱过铝质系列(强过铝＞1.15)。同时具有高Sr含量(＞400×10-6)，介于435×10-6~497×10-6之间，低Yb含量(＜1.9×10-6)，介于1.21×10-6~1.47×10-6之间，高的Sr/Y值(34.92~41.42)，低Y含量，介于12.0×10-6~ 13.0×10-6之间，MgO含量介于0.67%~0.97%之间，小于3%，轻稀土元素富集，无Eu异常或弱Eu异常的特征。这些特征与埃达克岩特征基本一致(张旗等，2006)。在Y-Sr/Y图解(图 6-a)和YbN-(La/Yb)N图解(图 6-b)上，仙桥矿区英安岩样品点基本落在埃达克岩区域。
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Figure 6. Y-Sr/Y(a) and YbN-(La/Yb)N(b)diagrams of dacite from Xianqiao将仙桥矿区3个埃达克型火山岩样品投到SiO2-MgO图解(图 7)中，样品点均落入增厚下地壳熔融形成的埃达克质岩区域，推测增厚下地壳熔融是形成本区埃达克型火山岩的主因(武广等，2008)。仙桥英安岩富K，明显亏损Nb、Ta，与俯冲洋壳熔融特征明显不符(Rudnick et al.，1995；Gao et al.，1998)。考虑到大别山区在中生代基本无基性岩浆活动，以中酸性岩浆为主(续海金等，2008；朱江等，2021)，由此认为，本区的埃达克岩不可能是由俯冲洋壳交代幔源物质熔融产生的(陀建超等，2021)。本区稀土元素总量为200.63×10-6~228.08×10-6，岩石的LREE/HREE值为18.00~18.31，(La/Yb)N值为25.68~28.25，δEu值为0.77~0.82，属轻稀土元素富集型，与幔源特征相差甚远(朱江等，2021)。岩石的球粒陨石标准化稀土元素配分曲线为左高右低，向右倾斜。这些特征表明，仙桥矿区的火山岩岩浆来源于增厚下地壳物质的部分熔融。
6.2 成岩成矿时代
本文获得大别山北麓西段仙桥矿区陈棚组英安岩锆石206Pb/238U年龄加权平均值为133±1 Ma，属早白垩世，与大别山区西段陈棚组火山岩年龄(双桥矿区英安岩年龄133±1.5 Ma；皇城山流纹岩、火山凝灰岩年龄133±1 Ma、133±1.5 Ma)基本一致，但明显早于大别山东段金刚台组中性火山岩年龄(128.4±3.6 Ma、129±2 Ma)(黄丹峰等，2010; 2019)。由此说明，在早白垩世，北大别山在较短时间内喷发完成，且喷发时限西段早于东段。
目前初步查明，矿区的膨润土矿体主要为酸性熔岩层底部脱玻化形成，即酸性熔岩英安岩的喷发时限(133 Ma)基本可代表仙桥膨润土矿床的形成时间。
131~112 Ma为东秦岭—大别山区第三个成矿期，发育众多金银铅锌钼矿床及非金属矿床(毛景文等，2009)，目前在大别山西段陈棚组火山岩带中，已发现与该成矿期有关的矿床有上天梯珍珠岩、膨润土特大型非金属矿床(严育通等，2016)、双桥膨润土大型矿床、皇城山和白石坡中型银矿床(李厚民等，2008)等。因此，在大别山西段寻找与中生代火山岩有关的金属非金属矿床具有较大的前景和潜力。
6.3 构造环境
大别山中生代中酸性岩浆在早期(143~131 Ma)具有高Sr/Y、La/Yb值等特征，仍存在加厚的下地壳熔融形成埃达克质岩浆，而晚期(131~117 Ma)没有这些特征(何永胜等，2010；He et al.，2013)。仙桥矿区火山岩具有高Sr(＞400×10-6)、低Y(＜18×10-6)，高Sr/Y、(La/Yb)N值，轻稀土元素富集，重稀土元素亏损明显，负Eu异常不明显，暗示石榴子石为重要的残留相，残留相中无斜长石或少量；TiO2含量为0.55%~0.57%，属于Ti饱和的岩浆(Xiong et al.，2011)，具有明显的Nb、Ta亏损和高Nb/Ta值，说明残留相中出现了金红石。残留相出现石榴子石和金红石，表明源区的压力大于1.5 GPa(熊小林等，2007)，对应的地壳厚度大于50 km(邓晋福等，2004)。在(Y+Nb)-Rb图解(图 8)上，仙桥英安岩全部投影到后碰撞区域。前已述及，仙桥火山岩喷发年龄为133 Ma，所以本区仍归到大别山中生代早期岩浆活动，为加厚下地壳部分熔融的产物。
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在130 Ma左右，西太平洋板片加速后撤(朱日祥等，2019)，区域应力场由挤压体制转变为伸展体制，加上前期加厚的熔融下地壳逐步榴辉岩化，导致大别山区乃至整个中国东部下地壳去根、坍塌，发生拆沉作用(毛景文等，2003)，使壳幔物质发生交换，形成大规模的具有低Sr、负Eu异常明显的岩浆(陀建超等，2021)，与早期形成的高Sr、弱或无Eu异常的岩浆明显不一致(李曙光等，2013)。说明本区在约133 Ma时限以前还未发生大规模的山根坍塌、拆沉减薄引起的岩浆活动。
7. 结论
(1) 大别山西段仙桥中酸性英安岩具有高钾(3.96%~5.01%)、富碱(K2O+Na2O介于7.97%~8.96%)、弱过铝质(A/NCK为1.0~1.15)等特点，岩石轻稀土元素富集，重稀土元素亏损，(La/Yb)N值在25.68~28.25之间，δEu值在0.77~0.8之间，弱负Eu异常，其地球化学特征与埃达克岩特征一致，可能是增厚下地壳物质部分熔融的产物。
(2) 仙桥中酸性英安岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为133±1 Ma，代表本区陈棚组火山岩的喷发年龄，为早白垩世。该岩浆喷发时间处在大别山区第三成矿期，说明本区广泛分布的陈棚组火山岩带具有较大的找矿前景和潜力。
(3) 仙桥火山岩形成于中生代加厚下地壳部分熔融的后碰撞构造环境，在133 Ma左右，本区还未发生大规模的拆沉减薄的岩浆活动。
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图 1 大别山北麓火山岩分布及构造略图
1—第四系；2—古生代石炭系；3—中元古代龟山岩组；4—中新元古代浒湾岩组；5—泥盆系南湾组；6—新太古代大别岩群；7—中生代火山岩；8—中生代花岗岩；9—推断断裂(F1—栾川-固始断裂)；10—实测断裂(F2—龟-梅断裂；F3—桐-商断裂；F4—商-麻断裂)；11—地质界线；12—省界；13—研究区位置；14—采样位置
Figure 1. Sketch map of the distribution and structure in volcanic rocks at the northern foot of the Dabie Mountains
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图 2 仙桥矿区英安岩全碱-硅图解(a)和SiO2-K2O图解(b)
Figure 2. Diagrams of total alkali silica (a) and SiO2-K2O(b)of dacite from Xianqiao
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图 3 仙桥矿区英安岩微量元素蛛网图(a, 原始地幔标准化值据Sun et al.，1989)和稀土元素配分图(b, 球粒陨石标准化值据Boynton，1984)
Figure 3. Spider diagram of trace elements(a) and rare earth element patterns(b)in dacite from Xianqiao
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图 4 仙桥英安岩锆石阴极发光(CL)图像及测点位置、编号
Figure 4. CL images of zircon from dacite in Xianqiao, showing the location and number of measuring points
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图 5 仙桥英安岩锆石U-Pb谐和图及206Pb/238U年龄加权平均值
Figure 5. U-Pb concordia diagram and weighted average age of zircon from dacite in Xiaoqiao
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图 6 仙桥英安岩Y-Sr/Y图解(a，底图据Defant et al., 1990)和YbN-(La/Yb)N图解(b，底图据Martin，1999)
Figure 6. Y-Sr/Y(a) and YbN-(La/Yb)N(b)diagrams of dacite from Xianqiao
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表 1 仙桥矿区英安岩主量、微量和稀土元素含量
Table 1 Major, trace and rare earth element contents of dacite in Xianqiao
元素 SQ-QF1 SQ-QF2 SQ-QF3 元素 SQ-QF1 SQ-QF2 SQ-QF3 SiO2 68.72 67.70 66.28 Hf 9.24 7.77 9.53 TiO2 0.55 0.55 0.57 Ta 0.82 0.97 1.09 Al2O3 14.56 14.50 15.17 Th 15.1 14.8 15.5 Fe2O3 3.85 2.93 2.37 U 2.08 2.69 2.92 FeO 0.17 0.71 0.76 La 49.3 50.7 56 CaO 1.81 2.75 2.96 Ce 89.1 90.7 102 MgO 0.89 0.67 0.97 Pr 10.3 10.3 11.5 MnO 0.051 0.07 0.065 Nd 34.7 35.4 39.3 K2O 4.10 3.96 5.04 Sm 5.4 5.28 5.82 Na2O 2.96 3.26 2.60 Eu 1.27 1.33 1.48 P2O5 0.20 0.20 0.20 Gd 4.42 4.47 4.93 烧失量 1.60 1.81 2.70 Tb 0.52 0.53 0.58 H2O+ 1.53 0.95 1.99 Dy 2.37 2.38 2.71 总量 99.46 99.11 99.685 Ho 0.42 0.42 0.47 σ 1.94 2.11 2.51 Er 1.22 1.19 1.39 A/CNK 1.15 0.99 1.00 Tm 0.18 0.19 0.22 K2O+Na2O 7.06 7.22 7.64 Yb 1.24 1.21 1.47 Cr 61.4 62.5 90 Lu 0.19 0.19 0.21 Ni 29 24.8 28.1 Y 12 12 13 Ga 18.4 19.7 21.9 ∑REE 200.63 204.29 228.08 Rb 121 112 166 δEu 0.77 0.82 0.82 Sr 435 497 454 (La/Yb)N 26.80 28.25 25.68 Zr 193 193 211 (La/Sm)N 5.74 6.04 6.05 Nb 13.4 12.9 13.6 (Gd/Yb)N 2.88 2.98 2.71 Ba 1457 1356 1610 注：主量元素含量单位为%，微量和稀土元素含量单位为10-6 
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表 2 仙桥英安岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素分析结果
Table 2 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb isotopic analysis results from Xianqiao dacite
测点号 含量/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma Pb U Th 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 208Pb/232Th 1σ 232Th/238U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ 207Pb/206Pb 1σ SQ.NY1.001 5 174 283 1.628 0.0215 0.0004 0.149 0.008 0.0502 0.0025 0.0075 0.0001 1.670 0.017 137 2.6 141 7.6 206 117.3 SQ.NY1.002 15 544 713 1.311 0.0214 0.0003 0.146 0.006 0.0496 0.0016 0.0073 0.0001 1.345 0.014 136 1.8 139 5.2 178 74.2 SQ.NY1.003 52 1968 2095 1.065 0.0215 0.0004 0.145 0.005 0.0490 0.0012 0.0072 0.0001 1.092 0.051 137 2.2 138 4.6 146 58.4 SQ.NY1.004 9 308 481 1.562 0.0216 0.0003 0.145 0.007 0.0488 0.0022 0.0073 0.0001 1.602 0.010 137 1.7 137 6.6 137 107.6 SQ.NY1.005 26 984 1013 1.030 0.0213 0.0002 0.143 0.004 0.0488 0.0011 0.0073 0.0001 1.056 0.012 136 1.1 136 4.1 139 53.4 SQ.NY1.006 9 351 373 1.062 0.0209 0.0005 0.146 0.018 0.0506 0.0061 0.0065 0.0003 1.089 0.014 133 3.0 138 17.2 224 280.4 SQ.NY1.007 7 249 328 1.316 0.0211 0.0002 0.143 0.007 0.0491 0.0022 0.0072 0.0001 1.350 0.013 135 1.4 136 6.4 153 106.9 SQ.NY1.008 14 477 715 1.500 0.0212 0.0002 0.144 0.005 0.0492 0.0016 0.0076 0.0001 1.538 0.015 135 1.3 136 4.9 157 75.1 SQ.NY1.009 16 615 808 1.314 0.0202 0.0002 0.139 0.005 0.0499 0.0015 0.0069 0.0001 1.348 0.007 129 1.0 132 4.6 188 69.4 SQ.NY1.010 19 815 663 0.814 0.0201 0.0002 0.140 0.005 0.0506 0.0015 0.0071 0.0001 0.835 0.005 128 1.6 133 4.5 221 70.3 SQ.NY1.011 15 557 723 1.296 0.0211 0.0002 0.146 0.005 0.0499 0.0014 0.0072 0.0001 1.330 0.013 135 1.0 138 4.6 192 63.4 SQ.NY1.012 18 721 667 0.926 0.0210 0.0002 0.144 0.005 0.0500 0.0014 0.0073 0.0001 0.950 0.005 134 1.1 137 4.6 193 63.6 SQ.NY1.013 6 254 223 0.877 0.0214 0.0004 0.146 0.011 0.0494 0.0038 0.0078 0.0003 0.900 0.007 136 2.5 138 10.2 167 179.9 SQ.NY1.014 10 413 285 0.689 0.0211 0.0003 0.146 0.006 0.0502 0.0019 0.0093 0.0002 0.707 0.005 135 2.1 138 5.8 205 90.1 SQ.NY1.015 5 198 203 1.027 0.0209 0.0003 0.145 0.008 0.0505 0.0026 0.0075 0.0001 1.054 0.005 133 1.6 138 7.2 220 117.0 SQ.NY1.016 11 343 728 2.121 0.0209 0.0002 0.145 0.006 0.0502 0.0019 0.0073 0.0001 2.175 0.013 133 1.4 137 5.6 206 88.7 SQ.NY1.017 7 243 325 1.340 0.0211 0.0002 0.143 0.006 0.0492 0.0020 0.0075 0.0001 1.375 0.013 135 1.5 136 6.1 157 96.0 SQ.NY1.018 9 274 612 2.230 0.0204 0.0003 0.139 0.008 0.0494 0.0028 0.0073 0.0001 2.288 0.016 130 2.1 132 7.7 166 131.7 SQ.NY1.019 17 701 636 0.908 0.0206 0.0002 0.141 0.006 0.0494 0.0018 0.0063 0.0001 0.932 0.005 132 1.3 134 5.5 168 86.3 SQ.NY1.020 20 826 564 0.682 0.0210 0.0002 0.140 0.005 0.0484 0.0014 0.0075 0.0001 0.700 0.003 134 1.2 133 4.7 120 70.2 SQ.NY1.021 17 719 513 0.714 0.0209 0.0002 0.145 0.005 0.0502 0.0014 0.0074 0.0001 0.732 0.004 133 1.0 137 4.5 205 64.5 SQ.NY1.022 42 1719 1796 1.045 0.0203 0.0002 0.143 0.004 0.0509 0.0010 0.0065 0.0001 1.072 0.017 130 1.3 135 3.9 235 45.6 SQ.NY1.023 16 583 788 1.351 0.0210 0.0002 0.146 0.005 0.0504 0.0016 0.0075 0.0001 1.386 0.007 134 1.3 138 5.1 213 73.3 SQ.NY1.024 4 177 143 0.810 0.0210 0.0003 0.147 0.008 0.0509 0.0027 0.0073 0.0002 0.831 0.004 134 1.6 139 7.8 235 122.7
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