北淮陽東段張沖閃長玢巖地球化學特征、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及其地質意義

陳 芳, 彭 智, 董婷婷, 柳丙全, 邱軍強

(安徽省地質調查院, 安徽 合肥 230001)

北淮陽東段張沖閃長玢巖地球化學特征、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及其地質意義

陳 芳, 彭 智, 董婷婷, 柳丙全, 邱軍強

(安徽省地質調查院, 安徽 合肥 230001)

張沖閃長玢巖呈不規則狀侵入佛子嶺巖群諸佛庵巖組和毛坦廠組中。巖體具較高的 SiO2和 Al2O3含量, 為偏堿性、準鋁質、高鉀鈣堿性系列巖石。富集大離子親石元素(LILE)和輕稀土元素(LREE), 虧損高場強元素(HFSE)、重稀土(HREE)和Y, 無明顯Eu異常, Sr正異常。通過LA-ICP-MS鋯石U-Pb法確定張沖閃長玢巖年齡為129±3 Ma, 表明該巖體侵位于早白堊世。通過對巖石主、微量元素特征研究, 認為巖漿可能來源于底侵玄武巖, 并受到地殼物質的混染。巖體形成于中生代構造體制轉換期, 可能屬于北淮陽東段中生代第一旋回侵入巖。

閃長玢巖; 地球化學; LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡; 早白堊世; 北淮陽

0 引 言

華北與揚子兩大陸塊之間的碰撞造山作用形成了秦嶺–桐柏–大別–蘇魯造山帶, 在大別山造山帶北緣的北淮陽褶皺帶分布眾多受中生代火山巖盆地或其邊緣隆起區控制的與火山–次火山作用有關的鉬-鉛-鋅-金礦床(張懷東等, 2010a, 2010b, 2012)。代表性礦床有光山縣的千鵝沖、商城的湯家坪、新縣的大銀尖、母山、肖畈、金寨的沙坪溝(楊澤強, 2007;王運等, 2009; 魏慶國等, 2010; Xu et al., 2011; Chen and Wang, 2011; Yang et al., 2013; 李毅等, 2013;陳紅瑾等, 2013), 其中沙坪溝鉬礦、千鵝沖鉬礦均已達到超大型規模, 其他也均達到大型規模。北淮陽地區屬于武當–桐柏–大別成礦帶(徐志剛等, 2008), 為我國新近設立的第20個重點成礦帶, 安徽省礦產資源潛力評價項目(安徽省地質調查院, 2012)將本區劃分為北淮陽成礦亞帶, 后文稱為“北淮陽成礦帶”。

張懷東等(2012)認為北淮陽成礦帶內95～130 Ma之間的小巖體與鉬多金屬礦成礦關系密切。張沖巖體為位于北淮陽成礦帶中部鮮花嶺地區的小巖體,本文對張沖巖體主量元素、微量元素和稀土元素進行了測定, 并采用鋯石激光等離子體質譜(LA-ICP-MS)技術, 對張沖中性巖體中單顆粒鋯石進行U-Pb年齡測試, 探討該區巖漿成因及構造背景,為進一步研究該區區域成礦作用與成礦規律, 提供了必要的資料和依據。

1 地質概況

北淮陽成礦帶跨皖豫兩省, 東起郯廬斷裂、西至南陽盆地, 綿延約 500 km, 桐柏–桐城斷裂和明港–六安斷裂構成其南北邊界, 寬約 50 km, 區域構造格架大致表現為近EW向與NE向兩組斷裂構造形成的格子狀構造體系。北淮陽成礦帶夾持于華北地塊(I)與桐柏–大別造山帶(III)之間(圖 1), 總體為一斷裂圍限的褶皺帶(杜建國等, 1996), 由于構造位置特殊, 素有“北淮陽構造帶”之稱(杜建國, 2000;陸三明等, 2002, 2005; 彭智, 2004; 彭智等, 2005;王根節等, 2010; 張懷東等, 2012)。習慣上, 以商城–麻城斷裂為界把北淮陽成礦帶分為東段(安徽境內)和西段(河南境內)(圖1)。

根據北淮陽成礦帶內巖石、地層、構造環境演化特征, 自下而上劃分為 4個構造巖石地層單元:新元古界廬鎮關(巖)群(蘇家河群、紅安群); 新元古界–下古生界佛子嶺(巖)群(信陽群); 石炭系楊山群;中生界–新生界未變質的陸相盆地堆積(張懷東等, 2012)。

區域內發育元古代、古生代和中生代的巖漿巖,與成礦關系密切的巖漿巖主要為燕山期。北淮陽東段侵入巖出露面積遠大于噴出巖。張沖巖體為呈不規則狀巖株產出的侵入巖, 長軸沿 NW-SE向分布,與區域主要構造線方向一致, 面積約 0.43 km2, 侵入佛子嶺巖群諸佛庵巖組(ZDzf)白云石英片巖和毛坦廠組(K1m)粗安質凝灰巖中(圖 2), 巖體中部尚未出露, 被圍巖覆蓋, 剖面上呈鞍狀。巖體邊部具冷凝邊, 巖體與圍巖的接觸部位靠圍巖一側具接觸變質特征, 表明巖體與圍巖為侵入接觸關系。鮮花嶺地區分布有數個與張沖巖體面積相當的小巖體, 如東沖巖體、獅子山巖體。另外, 張沖巖體附近有化探異常和重砂異常, 同時也分布有一系列的礦床(點)(圖 2)。這些均與該巖體有關系, 故有必要對該巖體進行系統研究, 以揭示巖體與礦化的關系。

2 樣品采集及分析測試

樣品 TW2(采樣坐標 31°36′37″N, 116°02′34″E)采自響洪甸水庫北側, 金寨縣西沖村西北約 500 m處(圖 2), 其中同位素測年樣品一件, 主量元素、稀土元素和微量元素樣品4件。巖石風化面呈灰褐色,新鮮面呈深灰色, 具斑狀結構(圖3a)。斜長石斑晶呈半自形板狀, 粒度 0.4～3.0 mm, 含量 16%, 發育聚片雙晶和環帶結構, 為中長石, 部分較新鮮, 部分表面有較多次生的絹云母和泥質, 有的蝕變有少量綠泥石和綠簾石。普通角閃石斑晶為柱狀, 粒度0.4～1.0 mm, 含量 4%, 系綠色角閃石, 薄片中見有規則的菱形橫切面, 半–全蝕變, 蝕變礦物為綠泥石、綠簾石和黝簾石。未見鉀長石和石英等斑晶。基質礦物粒度 0.03～0.1 mm, 最多的礦物是斜長石微晶(71%), 主要呈針狀, 少數呈板狀和粒狀, 普遍弱泥化。基質中有明顯蝕變的角閃石(7%), 大多數已不具柱狀晶形。還有少量微粒狀石英(1%), 零星分布。副礦物是少量微粒狀鋯石、磷灰石和磁鐵礦(圖3b)。巖石樣品鑒定名稱為閃長玢巖。

圖1 大別造山帶地質略圖(據徐曉春等, 2009; 楊澤強, 2007修改)Fig.1 Geological sketch map of the Dabie Orogenic Belt

圖2 金寨縣鮮花嶺地區地質簡圖(據安徽省地質礦產勘查局313地質隊, 2002)Fig.2 Geological map of the Xianhualing area of Jinzhai County

圖3 張沖閃長玢巖手標本照片與顯微照片Fig.3 Photos of the hand specimen and microphotographs of the Zhangchong diorite porphyrite

主量元素、稀土元素和微量元素分析由安徽省地質實驗研究所(國土資源部合肥礦產資源督檢測中心)測試完成。主量元素分析采用原子吸收法、容量法分析, 除SiO2采用堿熔法測定外, 其他氧化物采用酸熔法測定, 分析精度優于2%。稀土元素、微量元素采用美國Thermo X Series 2電感耦合等離子體質譜聯用儀(ICP-MS)測定分析, 分析精度優于3%。

鋯石單礦物分選在河北省廊坊市地科勘探技術服務有限公司完成, 原塊狀巖石樣品破碎到自然粒度,經搖床、淘洗、電磁分選及重液分選等步驟后分離出鋯石單礦物, 在雙目鏡下挑純。然后在北京鋯年領航科技有限公司制靶、照相。鋯石 U-Pb年齡測定在中國科學技術大學激光剝蝕電感耦合等離子體質譜實驗室(LA-ICP-MS)完成。采用193 nm波長GeoLaspro激光系統進行鋯石樣品的剝蝕進樣, 高純氦氣作為載氣。激光剝蝕時氦氣流速為0.9 L/min, 頻率為10 Hz, 激光束能量為10 J/cm2, 剝蝕直徑為32～44 μm, 實驗流程參考Yuan et al. (2004), 標準鋯石91500用來校正質量歧視和元素分餾, 每測試 4個鋯石樣品測試一次標準鋯石。U/Pb比值結果采用LaDating@Zrn軟件進行處理。普通Pb采用ComPb corr#3-18(Anderson, 2002)軟件進行校正。鋯石的U、Pb含量用實測的91500含量進行校正, 并以Si的濃度作為內標。

3 測試結果

3.1 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學

張沖閃長玢巖中鋯石除極少數具有渾圓的外形外,絕大多數結晶較好, 為典型的長柱狀, 具典型的巖漿振蕩環帶(圖4a), 指示其主體為巖漿結晶的產物(吳元保和鄭永飛, 2004)。鋯石的Th/U比值在0.71～1.45之間, 屬典型的巖漿成因鋯石, 能代表侵入巖的形成年齡。

對 30顆鋯石的邊部環帶進行了測試, 結果見表1。其中3個鋯石年齡異常, 未參與計算(未列在表1中), 其余27顆鋯石的206Pb/238U表面年齡分布在 121±3 Ma～138±3 Ma, 加權平均年齡為 129±3 Ma (n=27), MSWD=4.8(圖4b)。

3.2 巖石地球化學特征

從張沖閃長玢巖的主量元素分析結果(表 2)可以看到, SiO2含量在60.79%～62.11%之間; Al2O3含量在16.28%～17.02%之間; CaO含量在3.22%～3.82%之間; Na2O含量在 3.70%～4.53%之間; K2O含量在2.85%～3.29%之間; K2O+Na2O含量在6.89%～7.69%之間; K2O/Na2O在0.63～0.90之間; 里特曼指數σ在2.67～3.13之間。在火成巖 TAS分類圖解上(圖 5a),張沖巖體主要落于二長巖內, 靠近閃長巖邊界; 在K2O-SiO2圖解(圖 5b)中張沖閃長玢巖樣品全部落在高鉀鈣堿性系列區域。鋁飽和指數 A/CNK值在0.97～1.00之間; A/NK值在1.53～1.72之間, 指示為偏堿性、準鋁質巖石。

張沖閃長玢巖∑REE=248.58×10–6～421.79×10–6;輕重稀土元素分餾明顯, LaN/YbN均值為 24.02。LREE/HREE比值范圍為 14.52～17.46, 均值 16.61, HREE相對于LREE強烈虧損(表2、圖6a)。球粒隕石標準化稀土元素配分曲線為輕稀土富集型的向右傾型(圖 6a), Eu異常不顯著(δEu=0.67～0.97)巖漿源區可能沒有斜長石的殘留或結晶分離, 樣品具有較弱的Ce負異常(δCe=0.91～0.94)。

球粒隕石標準化微量元素蛛網圖(圖 6b)可見,樣品富集大離子親石元素Rb, K, Ba, Sr, 虧損高場強元素Nb、Ta、P、Ti。

圖4 張沖閃長玢巖樣品鋯石陰極發光(CL)圖像(a)和U-Pb年齡諧和圖(b)Fig.4 Cathodoluminescence images (a) and U-Pb concordia diagrams (b) of zircons from the Zhangchong diorite porphyrite

表1 張沖閃長玢巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb分析結果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results of the Zhangchong diorite porphyrite

4 討 論

4.1 巖體的形成時代

張沖閃長玢巖的鋯石U-Pb年齡為128.6±2.5 Ma,表明該巖體侵位于燕山晚期, 是早白堊世巖漿活動的產物。筆者搜集了近年北淮陽東段部分巖體/礦體的高精度同位素年齡(表3), 發現該區成巖年齡集中侵位于135～127 Ma和125～111 Ma兩個階段, 與長江中下游地區以及皖南地區第二期巖漿活動時間一致(周濤發等, 2012; 王登紅等, 2012; 黃國成等, 2012; 陳芳等, 2013a, 2013b; 段留安等, 2013)。除金寨銀山礦區一個年齡為136 Ma, 其他所有年齡值均為135 Ma以后的早白堊世, 未發現大規模的晚侏羅世巖漿作用。北淮陽東段大范圍分布的毛坦廠組火山巖, 過去一直定為晚侏羅世巖漿作用的產物(張鵬, 1998; 楊祝良等, 1999)。由于測試年代較早, 測試手段、測試精度不夠等問題, 其時代定的可能偏老, 據上述分析看來, 定為早白堊世比較合適。

北淮陽東段侵入巖漿活動分為兩個旋回, 即第一旋回的鈣堿性和鉀玄巖系列和第二旋回的堿性系列, 兩期巖漿侵位時間及構造環境暫無定論(Mao et al., 2008; 王根節等, 2010; 張懷東等, 2012)。王根節等(2010)認為北淮陽東段中生代巖漿作用早期以大規模的噴發伴隨深成作用為特征, 屬高鉀鈣堿和鉀玄巖系列, 是本區金、銀、鉛、鋅多金屬礦化的主要時期; 晚期巖漿活動以深成巖為主, 屬堿性系列,是本區鉬礦化的主成礦期。張沖閃長玢巖體為高鉀鈣堿性侵入巖, 同時周邊分布有一系列的Au、Pb、Zn礦床(點), 如汞洞沖鉛鋅銀礦床、孫沖鉛鋅礦點、陳家大莊金礦點、東沖金礦點、戈家沖鉛鋅礦點、獅子山金礦點(圖2)。因而, 張沖閃長玢巖體可能屬于北淮陽東段中生代第一旋回侵入巖, 北淮陽地區中生代兩期侵入巖漿活動可能均發生在早白堊世。

表2 張沖閃長玢巖全巖主量(%)和微量元素(×10–6)組成Table 2 Major (%) and trace element (×10–6) concentrations of the Zhangchong diorite porphyrite

4.2 巖石成因

中國東部燕山期大面積出露的花崗質巖石是殼幔相互作用的產物(周濤發等, 2012)。張沖閃長玢巖具有較高的 SiO2(60.79%～62.11%)≥56%和 Al2O3(16.28%～17.02%)≥15%含量, 低 MgO(2.22%～2.44%)＜3%含量, 富集 LREE和 Sr(713×10-6～1019×10-6),虧損HFSE、HREE和Y, Eu負異常較弱, 具有埃達克巖的基本特征(潘國強等, 2001; 張超等, 2012)。潘國強等(2001)認為北淮陽埃達克巖形成可能與底侵到下地殼的玄武質巖石部分熔融有關, 并受到地殼物質的同化混染作用。在AFM-CFM相關圖上(圖7) ,張沖閃長玢巖所有點均落在變質玄武巖部分熔融區,表明其源區以玄武巖為主。

4.3 構造環境

20世紀80 年代中期以來, 秦嶺–大別造山帶作為一個典型的大陸造山帶引起國內外地學界廣泛關注, 普遍認為其是華北和揚子兩大板塊在約 230.9～243.9 Ma發生碰撞拼合形成的, 是典型的大陸造山帶(李曙光等, 1989; Ames et al., 1993)。在晚三疊世末–早中侏羅世, 大別造山帶由特提斯構造域轉換為環太平洋構造域, 強烈的擠壓和陸內俯沖作用導致造山帶地殼和巖石圈增厚; 在晚侏羅世, 構造體制由擠壓向伸展轉換, 在早白堊末期進入強烈的深入地幔的伸展作用階段, 碰撞造山作用結束(Li et al., 2001)。張沖巖體侵位于早白堊世(129±3 Ma),為構造活化和構造機制由擠壓開始向拉張轉折的轉換階段。此時, 大別造山帶的北緣——北淮陽褶皺帶發生了較大規模的巖漿活動, 形成北淮陽花崗巖帶, 屬于造山期花崗巖, 或板塊碰撞后隆起期花崗巖。

圖5 全堿–硅(TAS)分類圖(a, 據Middlemost, 1994)和K2O-SiO2圖解(b, 據Ewart, 1982)Fig.5 TAS (a) and K2O vs. SiO2diagrams (b) for the Zhangchong diorite porphyrite

圖 6 張沖閃長玢巖球粒隕石標準化稀土元素配分模式圖(a)和原始地幔標準化微量元素蛛網圖(b)(球粒隕石和原始地幔標準化值據Sun and McDonough, 1989)Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace elements spider diagram (b) of the Zhangchong diorite porphyrite

表3 北淮陽東段部分巖體最近數年的高精度同位素年齡Table 3 Isotopic dating results of the intrusions and volcanic rocks in the eastern of the North Huaiyang area

續表3:

圖 7 張沖閃長玢巖 AFM-CFM巖石成因判別圖解(據Altherr et al., 2000)Fig.7 AFM vs. CFM diagram for Zhangchong diorite porphyrite

5 結 論

張沖閃長玢巖中鋯石的206Pb/238U 加權平均年齡為129±3 Ma, 表明巖體侵位于早白堊世。巖體為偏堿性、準鋁質、高鉀鈣堿性系列巖石。樣品具有較高的SiO2和Al2O3含量, 富集大離子親石元素(尤其是Sr)和輕稀土元素, 虧損高場強元素、重稀土和Y, 無明顯 Eu異常, 具埃達克巖特征。巖石來源于底侵到下地殼的玄武質巖石的部分熔融, 并受到地殼物質的同化混染作用。張沖巖體形成于中生代構造體制轉換期, 可能屬于北淮陽東段中生代第一旋回侵入巖。

致謝: 中國地質科學院地質研究所薛懷民研究員、合肥工業大學資源與環境工程學院徐曉春教授審查文稿并提出了寶貴意見, 在此表示感謝！

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Geochemical Characteristics and Zircon U-Pb Age of Zhangchong Diorite Porphyrite in the East Part of North Huaiyang and Their Geological Significance

CHEN Fang, PENG Zhi, DONG Tingting, LIU Binquan and QIU Junqiang
(Geological Survey of Anhui Province, Hefei 230001, Anhui, China)

The Zhangchong diorite porphyrite intruded into the Zhufo’an Formation and Maotanchang Formation of the Foziling Group. The diorite porphyries have high SiO2and Al2O3contents, and belong to metaluminous, high K Calc-alkalic series. The rocks are enriched in large ion lithophile elements and depleted in high field strength elements, showing positive Sr anomalies and insignificant Eu anomalies. LA-ICP-MS U-Pb dating of zircon from the Zhangchong diorite porphyrite yields an age of 129±3 Ma. Regarding the major and trace element geochemistry of the rocks, we suggest that the magma was derived from underplated basalt with crustal contamination. The pluton belongs to the first phase of Mesozoic magmatism in the eastern North Huaiyang emplaced under a tectonic transition of compression to extension in Late Jurassic to Early Cretaceous.

diorite porphyrite; geochemistry; LA-ICP-MS zircon U-Pb age; Early Cretaceous; North Huaiyang

P597; P595

A

1001-1552(2016)06-1289-010

2014-07-03; 改回日期: 2014-09-10

項目資助: 中國地質調查局地質調查工作項目(1212011220547)。

陳芳(1979–), 女, 博士, 高級工程師, 從事巖石地球化學研究工作。Email: chenfang0929@163.com