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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (6): 1101-1112  
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朱强, 胡召齐, 施珂, 吴礼彬, 江来利. 安徽滁州地区闪长质岩锆石U-Pb年龄与地球化学:岩石成因和动力学意义[J]. 地质通报, 2018, 37(6): 1101-1112.
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Zhu Q, Hu Z Q, Shi K, Wu L B, Jiang L L. Zircon U-Pb age and geochemistry of the dioritic rocks in Chuzhou area in Anhui Province: Petrogenesis and dynamics significance[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(6): 1101-1112.
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基金项目

安徽省国土资源科技项目《明光市管店-全椒县马厂一带金多金属矿控矿构造研究》(编号:2014-K-6)

作者简介

朱强(1989-), 男, 硕士, 工程师, 从事构造地质学与地球化学研究。E-mail:350470064@qq.com

文章历史

收稿日期: 2017-06-12
修订日期: 2017-09-29
安徽滁州地区闪长质岩锆石U-Pb年龄与地球化学:岩石成因和动力学意义
朱强 , 胡召齐 , 施珂 , 吴礼彬 , 江来利     
安徽省地质调查院, 安徽 合肥 230001
摘要: 用LA-ICP-MS测得安徽滁州2个闪长玢岩样品中锆石206Pb/238U年龄为126.19±0.44Ma和126.4±0.7Ma,结合前人研究,得出滁州地区岩体的侵位时代应为120~130Ma之间,为早白垩世。岩石地球化学研究显示,SiO2含量变化范围为56.75%~60.90%,具有高Al2O3(14.82%~15.77%)、MgO(> 4%)、Sr(> 750×10-6)、Sr/Y(62~110)、La/Yb(20~36),低Y、Yb的特征,同时富集轻稀土元素和大离子亲石元素,亏损高场强元素,Eu异常不明显,属于典型的埃达克质岩。Mg#值为39~45,K2O/Na2O值为0.57~0.96,平均值为0.75,明显低于大别造山带加厚下地壳埃达克岩,Ce/Pb值较低,大多集中在3~5之间,类似于陆壳而明显低于洋壳。研究认为,安徽滁州地区埃达克质岩由拆沉下地壳部分熔融形成,埃达克质岩浆在上升过程中与地幔橄榄岩发生反应,导致熔体MgO、Cr、Ni等含量增加。早白垩世中国东部地壳伸展减薄导致下地壳拆沉,地幔物质的参与带来铜、金等成矿物质,埃达克质岩可作为该地区重要的找矿标志。
关键词: 闪长质岩    LA-ICP-MS锆石U-Pb测年    地球化学    埃达克质岩    拆沉下地壳    找矿标志    
Zircon U-Pb age and geochemistry of the dioritic rocks in Chuzhou area in Anhui Province: Petrogenesis and dynamics significance
ZHU Qiang, HU Zhaoqi, SHI Ke, WU Libin, JIANG Laili     
Geological Survey of Anhui Province, Hefei 230001, Anhui, China
Abstract: LA-ICP-MS zircon 206Pb/238U ages of two diorite porphyrite samples from Chuzhou area of Anhui Province are 126.19±0.44Ma and 126.4±0.7Ma, respectively. Previous study shows that the emplacement age of dioritic rocks should be 120~130Ma, sug-gesting early Cretaceous. Geochemical study shows the values of SiO2 vary from 56.75% to 60.90%, with the characteristics of high Al2O3(14.82%~15.77%), MgO(>4%), Sr(>750×10-6), Sr/Y(62~110), and La/Yb(20~36) but low Y, Yb, LREE as well as enrichment of LREE and LILE but depletion of HREE, with indistinct Eu anomaly, indicating typical adakitic rocks. Mg# values range from 39 to 45, K2O/Na2O vary from 0.57 to 0.96, 0.75 on average, significantly lower than the values of the adakitic rocks in the thickened crustal of Dabie orogenic belt; Ce/Pb ratios are low, mostly concentrated in the range of 3~5, similar to the values of the continental crust but significantly lower than those of the oceanic crust. The authors hold that the adakitic rocks in Chuzhou area of Anhui was formed by partial melting of delaminated lower crust, and the reaction of upward migrating adakitic magmas and mantle peridotite led to the increase of MgO, Cr and Ni melt content. In Early Cretaceous, eastern China crustal extension thinning resulted in lower crust delamination, and mantle material was involved in bringing Cu, Au and other ore-forming elements; hence adakitic rocks can be used as an important prospecting indicator in this area.
Key words: dioritic rocks    LA-ICP-MS zircon U-Pb dating    geochemistry    adakitic rocks    delaminated lower crust    prospect-ing indicator    

安徽滁州地区探明的铜、金矿床(点)较多,典型的有上成金矿、郭大洼金矿、马厂金矿、大庙山金矿、铜苟城金矿、琅琊山铜矿等,地质学和年代学研究表明,这些矿床在空间和时间上与早白垩世岩体有关[1-2],地球化学研究进一步显示这些岩体具有埃达克质岩石的特征,并与长江中下游含矿埃达克岩特征类似[2]。目前国内学者对埃达克质岩成因的认识仍存在分歧[3-27]。比如,埃达克质岩的形成可能来自地壳混染的玄武岩浆结晶分异作用[5, 16-17, 20];或是幔源岩浆和壳源岩浆的混合,并可能有来自古太平洋板块俯冲带来的混入端元成分的参与[25-26];再或者是俯冲洋壳的部分熔融[18-22, 27];依据比俯冲洋壳高的87Sr/86Sr值和低的143Nd/144Nd值,一些学者认为,埃达克质岩由拆沉或加厚古老下陆壳部分熔融而成[3-4, 6-15]。尽管关于埃达克质岩的成因存在不同认识,但是世界上大部分著名的铜-金矿床都与埃达克(质)岩有关[28-33],且埃达克岩或埃达克质岩对陆壳的演化、地幔橄榄岩的交代作用[28]也有潜在的重要性,因此,本文通对安徽滁州张八岭地区闪长质岩锆石U-Pb年代学和岩石地球化学特征的详细研究,提供研究区闪长质岩的准确年龄数据,分析其岩石成因,初步讨论动力学背景及其与铜、金等的成矿关系,更好地为该区铜、金多金属矿提供找矿依据。

1 区域地质背景

研究区大地构造位置处于张八岭隆起构造带与扬子前陆褶冲带结合部位,经过多次构造变形,断裂构造发育,主要断裂为近南北向管店-马厂断裂和北东向黄栗树-庙集断裂,北部张八岭隆起构造带出露的主要地层为新元古代北将军组和西冷岩组,北将军组主要为千枚岩为主的副变质岩系;西冷岩组主要为变细碧-角斑岩夹变粉砂岩,岩石类型包括绢云千枚岩、石英绢云千枚岩、绢云石英片岩、含云母石英片岩等。东南部扬子前陆褶冲带主要出露震旦系—奥陶系。下震旦统岩性主要为砂岩、粉砂岩、粉砂质千枚岩,上震旦统岩性主要为灰岩夹砂岩、砂质千枚岩;寒武系主要岩性为碳酸盐岩,下部见炭质页岩、硅质页岩夹石煤层;奥陶系主要岩性为灰岩、大理岩。研究区岩浆活动较强烈,有管店岩体、瓦屋刘岩体、瓦屋薛岩体、马厂岩体及广泛分布的中酸性脉岩(图 1)。

图 1 研究区大地构造位置(a)及地质简图(b) Fig.1 Tectonic position of the study area(a) and geological sketch map(b) 1—新元古代地层;2—寒武纪-奥陶纪地层;3—白垩纪-第四纪地层;4—花岗岩类;5—二长岩;6—断层;7—韧性剪切带;8—采样位置
2 岩相学特征和样品描述

本次采集了安徽滁州地区张八岭隆起区和扬子前陆带出露的管店岩体、马厂岩体及马厂地区出露的脉岩。马厂岩体及马厂地区出露的脉岩(图版Ⅰ-a)呈北东向展布,本次以马厂闪长玢岩为定年及岩石地球化学研究对象。岩石主要矿物成分为斜长石和角闪石,同成分组成斑晶和基质,基质具显微晶质结构。斜长石斑晶呈板柱状,均径为1.00~2.00mm,最大2.50mm,常见环带结构,为更-中长石,有绢云母化。角闪石斑晶为柱状,横切面为菱形,见解理,均径为1.00~1.50mm,有绿泥石化、绿帘石化,一般为普通角闪石。基质为同成分显微晶质结构,分布较均匀(图版Ⅰ-cd)。

图版Ⅰ   PlateⅠ   a、b.马厂闪长玢岩野外露头照片;c、d.马厂闪长玢岩镜下照片;e.管店岩体闪长玢岩镜下照片;f.管店岩体细晶闪长岩镜下照片。Pl—斜长石;Am—角闪石;Qtz—石英;Kfs—钾长石;+为正交偏光;-为单偏光

管店岩体呈北北东向展布,主要岩性包括石英二长岩、二长岩、黑云母花岗岩、花岗闪长岩、闪长玢岩及细晶闪长岩,采集了管店岩体北部的闪长玢岩脉及细晶闪长岩(图版Ⅰ-b)作为岩石地球化学研究对象,闪长玢岩主要矿物成分为斜长石和角闪石,其次为黑云母、钾长石,含少量石英。斜长石为板柱状,斑晶最大9mm,基质斜长石一般为1.50~2.00mm,双晶纹较对称,偶见环带结构,为中长石。钾长石为他形粒状,有高岭土化,为正长石。石英呈填隙状,含量很少。角闪石呈浅绿色,半自形,为普通角闪石,有绿泥石化,析出磁铁矿和榍石。细晶闪长岩主要矿物成分为斜长石和角闪石,含少量磁铁矿。斜长石为柱状,聚片双晶较对称,偶见环带结构,以中长石为主,有绢云母化、钠长石化。角闪石为浅黄绿色,绿泥石化、绿帘石化明显,析出的磁铁矿分布于表面(图版Ⅰ-ef)。

3 分析方法 3.1 LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素

原岩样品破碎成粉末,经淘洗和磁选分离出锆石重砂样,在双目镜下挑选出锆石晶体,将待测锆石颗粒制成环氧树脂样品靶,打磨至大部分颗粒的中心暴露出来,用于拍摄透射光和反射光、阴极发光(CL)图像及U-Th-Pb同位素测试。LA-MCICP-MS锆石U-Th-Pb同位素测试在中国地质科学院矿产资源研究所MC-ICP-MS实验室完成,所用仪器为Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及与之配套的Newwave UP 213激光剥蚀系统。激光剥蚀斑束直径为25μm,频率为10Hz,能量密度约为2.5J/cm2,以氦为载气。LA-MC-ICP-MS激光剥蚀采样采用单点剥蚀的方式,数据分析前用锆石GJ-1进行调试仪器,使之达到最优状态,锆石U-Pb定年以锆石GJ1为外标,U、Th含量以锆石M257为外标进行校正。测试过程中每测定10个样品前后重复测定2个锆石标准,对样品进行校正,并测量1个锆石标准Plesovice,观察仪器的状态以保证测试的精确度。数据处理采用ICPMSData⁃ Cal程序[34],测量过程中绝大多数分析点206Pb/204Pb>1000,未进行普通铅校正,204Pb由离子计数器检测,剔除可能受包体等普通Pb的影响204Pb含量异常高的分析点,锆石U-Pb谐和图用Isoplot 3.0程序获得。

3.2 岩石地球化学

本次工作全岩主量和微量元素分析在广州澳实矿物实验室完成。主量元素分析采用X-射线荧光光谱分析法(XRF法),首先称取0.6g干燥粉末样品,在高温条件下加热,除去挥发分并计算烧失量(LOI),然后加入适量的硼酸将样品高温熔融成玻璃片,然后在X-射线荧光光谱仪上测定氧化物的含量,分析精度优于5%。微量元素采用ICPMS(电感耦合等离子体质谱)分析方法。将约40mg样品酸溶(对中酸性岩)或碱溶(对基性岩)后测定微量元素的浓度,大部分元素的分析精度优于2%。

4 分析结果 4.1 锆石U-Th-Pb同位素

安徽滁州地区闪长质岩中2个闪长玢岩定年样品的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄数据列于表 1,锆石CL图像见图 2。大部分锆石是无色、透明的,半自形到自形,具有典型的岩浆成因锆石生长环带。Th和U含量变化范围较大(Th为2×10-6~719×10-6,U为46×10-6~531×10-6),Th/U值变化范围为0.24~ 2.42,绝大多数大于0.1,与岩浆成因锆石一致。样品160309-1共获得23个点的年龄,其中14个点的206Pb/238U年龄集中在124~129Ma之间,其年龄加权平均值为126.2±0.44Ma(MSWD=6.9),代表岩体的形成年龄(图 3);另外7个点的207Pb/206Pb年龄介于1976~2657Ma之间,锆石具有岩浆环带,且Th/U值大于0.1,也属于岩浆成因锆石,代表古元古代—太古宙继承锆石年龄。160309-2共测得19个点的年龄,年龄可分为2组,其中7个点的206Pb/238U年龄介于126~130Ma之间,给出的206Pb/238U年龄加权平均值为126.4±0.7Ma(MSWD=8.8),代表岩体的形成年龄;其余12个点的207Pb/206Pb年龄集中在2013~ 2569Ma之间,是继承锆石的年龄,其中2480~ 2569Ma之间8个点的207Pb/206Pb年龄加权平均值为2505±19Ma(图 3)。

图 2 闪长玢岩锆石阴极发光图像及206Pb/238U年龄 Fig.2 Cathodoluminescence images and 206Pb/238U ages of zircon from the dioritic rocks
图 3 闪长玢岩锆石U-Pb谐和图 Fig.3 U-Pb concordia diagrams of zircon from the dioritic rocks
表 1 LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素测定结果 Table 1 Results of the LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb dating
4.2 岩石地球化学特征

安徽滁州地区闪长质岩主量、微量测试结果列于表 2。SiO2含量变化范围为56.75%~60.90%,均大于56%,符合洋壳来源埃达克质岩的特征[28],在TAS图解中,样品点基本全部落入二长岩区域内(图 4),属于高钾钙碱性系列(图 5)。CaO含量变化范围为2.97% ~5.85%,Al2O3含量变化范围为14.82% ~15.77%,Na2O含量变化范围为3.69% ~4.68%;K2O含量变化范围为2.64%~3.55%,Mg#值变化范围为39~45。在Harker图解中,Al2O3、CaO、Fe2O3及K2O表现出随SiO2含量增加而减少的趋势,这与岩浆演化过程中一些矿物的结晶分异作用有关,而Na2O与SiO2无明显的线性关系(图 6)。

图 4 闪长质岩TAS图解 Fig.4 TAS diagram of the dioritic rocks
图 5 岩浆岩系列判别图解 Fig.5 Discrimination diagram of magmatic rock series
图 6 闪长质岩Harker图解 Fig.6 Harker diagrams of the dioritic rocks
表 2 岩石主量、微量和稀土元素组成 Table 2 Composition of major, trace and rare earth elements in rocks

稀土元素总量(ΣREE)为100.47×10-6~175.48×10-6,平均值为145.47×10-6。在稀土元素配分模式图上,各稀土元素配分曲线近一致,显示同源岩浆演化的特点(图 7)。(La/Yb)N值为18.18~36.71,变化范围较大,表明后期岩浆分异较强烈。稀土元素配分曲线明显右倾,强烈富集轻稀土元素,轻、重稀土元素分馏明显。轻稀土元素(LREE)的总量与ΣREE呈同消长,而重稀土元素总量变化小,表明岩体ΣREE的差别主要由LREE引起。δEu为0.95~1.11,几乎全部接近于1,说明Eu异常不明显,表明该岩体源区几乎没有斜长石的分离,暗示源区为榴辉岩或角闪榴辉岩,熔融的残留矿物为石榴子石和金红石,没有或很少有斜长石。在MORB标准化微量元素蛛网图上,富集Ba、U、Pb、Sr,亏损Nb、Ta和Ti(图 7)。

图 7 稀土元素配分曲线及微量元素蛛网图(标准化值据参考文献[35]) Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns and primitive mantle-normalized trace element spider diagram
5 讨论 5.1 形成时代

本次研究获得的锆石U-Pb年龄为126Ma。李学明等[36]用U-Pb法获得张八岭隆起北段管店岩体的年龄为128Ma,牛漫兰[37]测得瓦屋刘、瓦屋薛岩体的黑云母40Ar/39Ar年龄分别为128.2Ma和120.1Ma,资峰等[38]测得管店岩体的U-Pb年龄为131.5 ± 1.6Ma;胡子龙[2]利用锆石U-Pb测得滁县岩体的年龄为121.8±1.9Ma和124.0±1.4Ma,马厂岩体的年龄为123.1±2.0Ma,上腰铺岩体的年龄为126.6±1.8Ma和123.4±1.9Ma。基于以上的定年数据,安徽滁州地区闪长质岩的侵位时代应为120~130Ma,为早白垩世。

5.2 岩石成因

安徽滁州地区闪长质岩地球化学特征显示,其具有高Al2O3、Sr、Sr/Y、La/Yb,低Y、Yb,Sr正异常的特征,富集轻稀土元素和大离子亲石元素(LILE),亏损高场强元素Nb、Ta、Ti,Eu异常不明显,与典型的埃达克质岩一致[28]。在Y-Sr/Y图解和Yb-La/Yb图解中,大部分样品点落入埃达克岩区域(图 8)。

图 8 安徽滁州地区岩浆岩埃达克质岩判别图解 Fig.8 The discrimination diagrams of the adakitic rocks in Chuzhou area of Anhui

埃达克岩最初指由俯冲洋壳熔融形成的一