銅陵地區(qū)高鉀鈣堿性系列侵入巖鋯石U-Pb年代學及其地質(zhì)意義

吳才來, 郭祥焱, 王次松, 武秀平, 郜源紅, 雷 敏,秦海鵬, 劉春花, 李名則, 陳其龍

(1. 中國地質(zhì)科學院 地質(zhì)研究所 火成巖研究室, 北京 100037; 2. 安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局 321地質(zhì)隊, 安徽 銅陵244033)

0 引 言

銅陵地區(qū)位于安徽省境內(nèi)長江南岸(圖1), 以盛產(chǎn)銅礦而著名, 是中國的古銅都。區(qū)內(nèi)以夕卡巖型和夕卡巖層控型銅、金等金屬礦床類型為主[1], 它們與燕山期中酸性侵入巖的關系十分密切。高鉀鈣堿性系列侵入巖占區(qū)內(nèi)中酸性侵入巖的 80%, 且大多數(shù)與銅礦和鉬礦有關。因此, 區(qū)內(nèi)中酸性侵入巖的研究是多年來經(jīng)久不衰的課題[1–11]。其中, 在侵入巖巖石學及地球化學方面積累了較多的研究成果[3,6–8,12–14]。近年來, 隨著同位素定年技術方法的進步, 不少研究者對區(qū)內(nèi)的侵入巖做了大量的定年工作, 獲得了一大批新的定年數(shù)據(jù)[5,7,10,15–24]。然而, 隨著定年數(shù)據(jù)的增多, 也出現(xiàn)了許多矛盾現(xiàn)象, 如區(qū)內(nèi)同是一種巖性的不同巖體, 出現(xiàn)了不同的年齡; 同一種巖性的同一個巖體也出現(xiàn)了多個年齡。這究竟是定年方法本身的問題還是客觀情況就是這樣？然而, 要解決這個問題, 只有通過更多的更精細的年代學研究。畢竟銅陵地區(qū)有大小巖體76個, 現(xiàn)有的定年數(shù)據(jù)還沒有涵蓋這些巖體。因此, 本文擬報道區(qū)內(nèi)部分高鉀鈣堿性系列侵入巖的最新鋯石U-Pb定年數(shù)據(jù), 并對上述問題進行討論。

1 地質(zhì)背景

銅陵地區(qū)大地構(gòu)造位置處于揚子板塊東北緣下?lián)P子地塊的中部(圖 1a)。區(qū)內(nèi)出露志留紀到三疊紀淺海相碳酸鹽巖, 并夾有深海相的硅質(zhì)巖和海陸交互相的碎屑巖地層。印支運動使這些地層發(fā)生了一系列NE向的褶皺, 從西往東分別為: 金口嶺向斜、銅官山背斜、青山次級背斜、朱村-大通復向斜、舒家店-永村橋背斜、新屋里向斜、戴公山背斜, 這些NE向的褶皺被NE、NNE、NW 和 NNW向的斷層切割。區(qū)內(nèi)近EW向的銅陵-戴家匯基底深大斷裂控制了巖漿活動和礦床的形成, 組成了區(qū)內(nèi)近 EW 向南北寬約20 km的巖漿-構(gòu)造-成礦帶[25](圖1)。區(qū)內(nèi)出露的76個侵入體中, 鳳凰山巖體規(guī)模最大, 出露面積約 10 km2, 其余侵入體規(guī)模較小, 露頭面積一般為0.5～3 km2。巖體主要呈小巖株和巖墻狀產(chǎn)出, 其次呈巖床和巖脈狀產(chǎn)出。研究表明, 區(qū)內(nèi)的侵入巖可劃分為橄欖安粗巖系列和高鉀鈣堿性系列[6,7,12,23,26]。橄欖安粗巖系列巖石約占全區(qū)侵入巖的 20%左右, 巖體多為 NW 和 NE向的巖墻, 與三疊紀碳酸鹽巖地層呈明顯的侵入接觸關系, 巖體邊部的斜長石平行接觸帶分布, 接觸帶地層主要發(fā)生大理巖化, 其次是方柱石化和夕卡巖化。該系列侵入巖中含有大量的尖晶石輝石堆積巖、角閃石堆積巖和角閃石輝長質(zhì)堆積巖包體,同時還含有角巖、大理巖和夕卡巖包體[16]。這此巖體常伴隨Au、Ag、Pb、Zn等多金屬礦化,39Ar/40Ar同位素年齡為137～136 Ma[5]。高鉀鈣堿性系列侵入巖占全區(qū)侵入巖的80%左右, 呈NE向巖株狀侵入到石炭紀白云質(zhì)灰?guī)r、二疊紀和三疊紀石灰?guī)r中, 這些圍巖常發(fā)生強烈的夕卡巖化, 并伴隨著銅礦化[1]。巖體常侵位于背斜的核部或核部附近的翼部, 有些巖體呈不規(guī)則狀分布在兩個不同方向斷裂的交匯處。巖體中常含有微粒閃長質(zhì)包體、鎂鐵質(zhì)石英二長閃長質(zhì)包體及富云母包體[16]。該系列侵入巖的Ar-Ar 年齡變化于140～134 Ma之間, 其中, 花崗閃長巖、石英二長閃長巖和輝長閃長巖的年齡分別為 140～137 Ma、137～136 Ma和 134 Ma[5],與鋯石U-Pb年齡所反映的特點基本一致, 表明該系列巖漿比橄欖安粗巖系列巖漿開始活動的時間早,巖漿活動持續(xù)的時間長[7]。

圖1 安徽銅陵地區(qū)巖體地質(zhì)及年齡分布示意圖Fig.1 Geological sketch map of the Tongling area, Anhui, ChinaR–第三系; K2–上白堊統(tǒng); K1–下白堊統(tǒng); J3–上侏羅統(tǒng); J1-2–中下侏羅統(tǒng); T22-T23–中三疊統(tǒng); D3-T21–上泥盆統(tǒng)-中三疊統(tǒng); S–志留系。R–Tertiary system; K2–Upper-Cretaceous system; K1–Lower-Cretaceous system; J3–Upper Jurassic system; J1-2–Middle and Lower Jurassic system;T22-T23–Middle Triassic system; D3-T21–Upper Devonian system-Middle and Lower Triassic system; S–Silurian system.

2 定年樣品特征

本次研究的 6個定年樣品來自區(qū)內(nèi) 4個巖體,樣品特征分述如下。

2.1 樣品07CL521和10CL519-3

這兩個樣品均取自繆家石英二長閃長玢巖體,取 樣 坐 標 分 別 為 : 30°57.658′N, 118°5.280′E 和30°57.664′N, 118°5.819′E。該巖體產(chǎn)于舒家店背斜NE端NW翼, 巖體長軸近EW向, 呈東寬西窄的巖床狀產(chǎn)出, 長約4 km, 寬0.3～1 km, 面積2.5 km2。巖體向北西緩傾斜, 傾角小于20°, 與圍巖層理基本一致,巖體總趨勢由北向南沿層間裂隙上侵, 節(jié)理、裂隙以NE向的最為發(fā)育。巖體侵位較淺, 剝蝕深度小, 屬淺成相侵入巖。巖體圍巖為二疊紀-三疊紀沉積巖及上侏羅世火山巖系。巖性為石英二長閃長玢巖, 灰黑色, 斑狀結(jié)構(gòu), 斑晶為斜長石(35%)及少量石英(5%～10%), 基質(zhì)為細粒-顯微晶質(zhì)的長英質(zhì)(45%～55%)。部分斜長石和石英斑晶被熔蝕成港灣狀, 斜長石局部發(fā)生高嶺土化和絹云母化, 黑云母局部被綠泥石交代。此外, 巖石具有強烈的碳酸鹽化現(xiàn)象, 巖石中方解石細脈發(fā)育。

2.2 樣品07CL519和10CL516-3

這兩個樣品均取自沙灘腳花崗閃長巖體, 取樣坐 標 分 別 為 : 30°55.210′N, 118°9.179′E 和30°55.882′N, 118°9.208′E。該巖體位于戴公山背斜NE端NW翼, 平面形態(tài)復雜, 周邊不規(guī)則。巖體長軸呈近EW向,長約5 km, 面積約6 km2, 呈小巖株狀產(chǎn)出。巖體由北向南超覆, 傾向北, 接觸面不規(guī)則,傾角在 NW 的沙灘腳處較緩, 而在東部的戴腰山處較陡, 與圍巖產(chǎn)狀基本一致, 屬整合侵入接觸。巖體圍巖為泥盆系上統(tǒng)五通組至三疊系下統(tǒng), 是一套以碳酸鹽巖為主的沉積巖層。巖體主要由灰色花崗閃長巖組成, 具不等粒粒狀結(jié)構(gòu), 局部地方為似斑狀結(jié)構(gòu), 由斜長石(50%～60%)、石英(15%～20%)、堿性長石(12%～15%)、角閃石(8%～10%)和黑云母(5%)組成。巖石具綠泥石化、鉀長石化及透輝石化現(xiàn)象。其中樣品10CL516-3鉀化特別強烈, 鏡下見到鉀長石呈脈狀分布在其他礦物顆粒之間, 部分交代斜長石, 使斜長石呈殘余狀分布在大面積的鉀長石之中。

2.3 樣品07CL516

該樣品取自新橋頭花崗閃長斑巖體, 取樣坐標為: 30°53.664′N, 118°0.052′E。該巖體位于鳳凰山巖體的西北邊, 侵入于舒家店背斜SW端NW翼(圖1),出露面積約 4 km2, 呈巖株狀產(chǎn)出, 為不規(guī)則長圓形,傾向 NW, 局部傾向 SE, 圍巖為志留紀粉砂巖。巖石具斑狀結(jié)構(gòu), 斑晶為斜長石(30%)和石英(10%),大小為1～2 cm, 基質(zhì)為微細粒的長英質(zhì)(60%), 巖石發(fā)育絹云母化、高嶺土化、綠泥石化、綠簾石化、夕卡巖化及少量的黃鐵礦化和褐鐵礦化。

2.4 樣品07CL505

該樣品取自獅子山礦田南洪沖花崗閃長巖體,取樣坐標為: 30°53.850′N, 117°54.032′E。該巖體位于青山背斜的SE翼, 為一隱伏巖體。據(jù)鉆孔揭示, 巖體呈上窄下寬的巖墻狀產(chǎn)出, 兩側(cè)小巖枝發(fā)育。巖石呈淺灰色, 中細粒結(jié)構(gòu), 主要礦物為斜長石(55%～65%), 其 次 為 石 英 (15%～20%)、 鉀 長 石(12%～15%)和角閃石(8%～10%), 少量的黑云母。斜長石呈自形-半自形板狀, 粒度大小一般為 0.3～1.0 mm, 具聚片雙晶及環(huán)帶結(jié)構(gòu); 角閃石呈自形-半自形柱狀, 粒度為 1.3～1.8 mm; 石英為他形粒狀, 粒度 0.2～0.5 mm, 被熔蝕成港灣狀或渾圓狀; 鉀長石呈半自形-他形粒狀, 粒度較小, 為 0.2～0.3 mm; 黑云母呈鱗片狀, 含量較少。副礦物為磷灰石、榍石、鋯石和磁鐵礦。

3 分析方法

3.1 鋯石U-Pb定年

分別采集繆家石英二長閃長玢巖(樣品07CL521和 10CL519-3)、沙灘腳花崗閃長巖(樣品07CL519和10CL516-3)、新橋頭花崗閃長斑巖(樣品07CL516)和南洪沖花崗閃長巖(樣品 07CL505)樣品各2 kg, 破碎至40～80目, 用水淘洗粉塵后, 先用磁鐵除去磁鐵礦等磁性礦物, 再用重液選出鋯石,最后在雙目鏡下人工挑出鋯石。鋯石的分選由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究院完成。將鋯石和標樣一起粘在玻璃板上, 用環(huán)氧樹膠澆鑄,制成薄片、拋光,并拍照反射光和陰極發(fā)光照片, 最后分別在離子探針SHRIMP-RG 和激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜(LA-ICPMS)上測定鋯石的U、Th、Pb含量及同位素組成。樣品 07CL521、07CL519、07CL516 和 07CL505鋯石的SHRIMP定年由作者在美國斯坦福大學離子探針實驗室完成。分析流程類似于 Williams的描述[27],實驗選擇的標樣為R33(419.0±1.1 Ma)[28], 數(shù)據(jù)的誤差范圍±1σ, 數(shù)據(jù)處理使用美國 Berkeley地質(zhì)年代學中心Kenneth R. Ludwig編制的計算程序[29–30]。樣品10CL519-3和10CL516-3鋯石LA-ICPMS的定年測定工作由作者在中國科學技術大學激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜實驗室(LA-ICPMS)完成, 實驗選擇的標樣為 91500,206Pb/238U年齡的加權平均值誤差為±2σ。U/Pb 比值數(shù)據(jù)處理使用軟件LaDating@Zrn, 校正 Pb同位素使用軟件 ComPb corr#3-18[31], 校正后的數(shù)據(jù)使用美國Berkeley地質(zhì)年代學中心編制的ISOPLOT和SQUID[30]程序進行處理并得出年齡。詳細分析方法如袁洪林等的描述[32]。

3.2 全巖化學分析

本次工作對定年巖石樣品進行了化學全分析(表1), 由中國地質(zhì)科學院國家地質(zhì)實驗測試中心完成。氧化物用X熒光光譜儀3080E測試, 執(zhí)行標準分別為: Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、K2O、CaO、TiO2、MnO、Fe2O3和 FeO按 GB/T14506.28-1993標準; H2O+按GB/T14506.2-1993標準; CO2按GB 9835-1988標準; LOI按LY/T 1253-1999標準; 稀土元素 La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y 和微量元素 Cu、Pb、Th、U、Hf、Ta、Sc、Cs、V、Co、Ni用等離子質(zhì)譜 Excell測試, 執(zhí)行標準為 DZ/T0223-2001; 微量元素 Sr、Ba、Zn、Rb、Nb、Zr、Ga用 X 熒光光譜儀 2100測試, 執(zhí)行JY/T016-1996標準。用不同的分析方法交叉檢查, 參考國際標準GBW校正。分析精度分別為: 主要氧化物Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、K2O、CaO 和 FeO 為 1%, Fe2O3、P2O5、TiO2、MnO、H2O+和 CO2為 10%; 微量元素 La、Ce、Pr、Nd、Y、Sr、V、Zn、Ga、Rb、Cs、Pb、Th、Nb、Zr 和 Ba 為15%, Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Er、Yb、V、Co、Ni、U、Hf、Ta 和 Sc為 20%, Tb、Ho、Tm 和 Lu 為 25%。

4 結(jié) 果

4.1 巖石地球化學

繆家石英二長閃長玢巖由于發(fā)生了強烈的碳酸鹽化和粘土化, 所以分析結(jié)果中的揮發(fā)分含量較高,除去揮發(fā)分計算出SiO2含量為 56.56%～59.93%; 其他樣品相對新鮮, SiO2含量變化于 61.55%～65.83%之間。各定年樣品的全堿含量為4.72%～10.71%。除繆家?guī)r體的 10CL519-2樣品和沙灘腳巖體的10CL516-2樣品外, 其余樣品的K2O/Na2O比值小于1。所有樣品除沙灘腳巖體的 10CL516-2樣品外(該樣品具有強烈的鉀化), 其余樣品均落入高鉀鈣堿性系列范圍內(nèi)(圖2)。各樣品富集大離子親石元素, 虧損高場強元素,微量元素蛛網(wǎng)圖表現(xiàn)出 Nb、P、Ti負異常, 其中的沙灘腳巖體 10CL516-2樣品和新橋頭巖體 07CL516樣品具有 Th負異常和明顯的Sr正異常。各巖體樣品的 Sr均大于 400 μg/g(458～1152 μg/g), 除繆家?guī)r體外, 其余各巖體樣品的Sr/Y比值均大于40 (變化于51～103之間), 巖石的原始地幔標準化曲線基本相似(圖 3)。各樣品的稀土元素總量變化于86～216 μg/g之間, 其中沙灘腳巖體鉀化的樣品 10CL512-2最低。各樣品稀土分布模式曲線十分相似, 由 La到 Ho, 呈右傾型,且無明顯的正負 Eu異常; 從 Ho到 Lu基本水平,反映輕稀土元素和中稀土元素分異明顯, 而重稀土元素分異不明顯(圖4)。

4.2 鋯石U-Pb定年結(jié)果

4個樣品的SHRIMP定年數(shù)據(jù)列于表2, 2個樣品的LA-ICPMS 定年結(jié)果列于表3。各樣品鋯石特征及定年結(jié)果分述如下。

圖2 K2O-SiO2圖解[33]Fig.2 Diagram of K2O-SiO2 [33]圖中的范圍根據(jù)參考文獻[7]的資料圈定。The bound in the Figure is circled based on the data from References [7].

表1 定年樣品巖石化學成分Table 1 Chemical composition of whole-rock for dating samples

圖3 微量元素蛛網(wǎng)圖(標準化值據(jù)參考文獻[34])Fig.3 Primitive mantle-normalized trace element spider diagram (Normalizing values are from Reference [34])

圖4 稀土元素球粒隕石標準化分布模式(標準化值據(jù)參考文獻[35])Fig.4 Chondrite-normalized REE distribution of intrusion and enclaves from Tongling (Normalizing values are from Reference [35])

樣品 07CL521(繆家石英二長閃長玢巖) 鋯石為短柱狀, 長寬比為 1∶1 ～ 1.5∶1, 具有較好的振蕩環(huán)帶(圖5)。10顆鋯石SHRIMP定年結(jié)果表明,鋯石的 U、Th 含量分別為 88～457 μg/g 和 50～588 μg/g,鋯石的232Th/238U比值變化于 0.56～1.33之間(表 2),Th、U之間的相關性較好, 相關系數(shù)為 0.91(圖略),206Pb/238U 年齡變化于(133.7±1.8)Ma至(164.1±1.1)Ma之間, 除去不諧和的測點后, 得出平均年齡為(142.8±1.6) Ma (MSWD=1.8, n=8)。 從 鋯 石 的206Pb/238U-207Pb/235U圖解得出諧和線交點年齡為(146.0±3.0) Ma (MSWD=0.99)(圖 6), 與平均年齡(142.8±1.6) Ma在誤差范圍內(nèi)基本一致(圖6)。

樣品 10CL519-3也取自繆家?guī)r體, 用LA-ICP-MS U-Pb法測定了32顆鋯石(表3), 得出平均年齡為(143.2±1.3) Ma（MSWD=0.67，n=23）(圖7), 與 SHRIMP U-Pb定年方法得出的年齡基本相同。

樣品 07CL519(沙灘腳花崗閃長巖) 鋯石為柱狀, 長寬比為2∶1 ～ 3∶1, 具有較好的振蕩環(huán)帶,部分鋯石具有老的繼承性核, 如5號、8號、9號和10號鋯石(圖5)。14顆鋯石SHRIMP定年結(jié)果表明,鋯石的 U、Th含量分別為 85～408 μg/g 和 42～203 μg/g, 鋯石的232Th/238U比值變化于 0.22～0.72之間(表 2), Th、U之間的相關系數(shù)為 0.52(圖略)。除 5號、8號、9號和10號鋯石的年齡分別為(844±4) Ma、(1994±14) Ma、(1801±11) Ma和(2403±8) Ma外, 其余鋯石年齡變化于(135.3±1.1) Ma ～ (147.2±1.5) Ma之間, 平均年齡為(144.1±1.2) Ma (MSWD=0.92,n=9)。從鋯石的206Pb/238U-207Pb/235U圖解上得出的諧和線下交點年齡為(144.1±1.6) Ma (MSWD=4.8),可解釋為巖漿的結(jié)晶年齡, 與平均年齡(144.1±1.2)Ma非常一致(圖6)。

圖5 侵入巖鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.5 Cathodoluminescence (CL) images of zircon from intrusive rocks in Tongling

取自同一巖體的樣品 10CL516-3鋯石LA-ICPMS U-Pb定年得出平均年齡為(144.1±1.5)Ma (MSWD=1.3, n=21)(圖7), 與SHRIMP定年結(jié)果一致。

樣品 07CL516(新橋頭花崗閃長斑巖) 鋯石為自形的長柱狀, 長寬比為2∶1 ～ 5∶1。CL圖像顯示, 鋯石具有非常好的振蕩環(huán)帶(圖5)。鋯石U的含量為 137～497 μg/g, Th 的含量非常低, 為 5～85 μg/g,232Th/238U比值較低, 除 12號鋯石為 0.64以外, 其余的變化于0.03～0.10之間(表2), Th和U之間的相關系數(shù)為0.63(圖略)。除12號鋯石為老的繼承性核并測得年齡為(2484±10) Ma外, 其余鋯石的年齡變化范圍不大(206Pb/238U年齡變化于(144.0±1.1) Ma ～(152.3±1.0) Ma 之間), 平均年齡為(147.2±1.5) Ma(MSWD=0.69, n=6)。從206Pb/238-U207Pb/235U圖解上得出的諧和線下交點年齡為(148.4±2.2) Ma (MSWD= 4.5)(圖 6), 解釋為巖漿結(jié)晶的年齡, 這一年齡在誤差范圍內(nèi)與平均年齡(147.2±1.5) Ma一致。

表2 銅陵高鉀鈣堿性系列侵入巖鋯石SHRIMP U-Pb定年數(shù)據(jù)Table 2 Zircon SHRIMP U-Pb dating data of high-K calc-alkaline series intrusive rocks from Tongling

表3 銅陵高鉀鈣堿性系列侵入巖鋯石LA-ICPMS U-Pb定年數(shù)據(jù)Table 3 Zircon LA-ICPMS U-Pb dating data of high-K calc-alkaline series intrusive rocks from Tongling

圖6 鋯石SHRIMP 207Pb/206Pb-238U/206Pb諧和圖Fig.6 Zircon SHRIMP 207Pb/206Pb-238U/206Pb Concordia diagram from intrusive rocks in Tongling

圖7 鋯石LA-ICPMS 206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖Fig.7 Zircon LA-ICPMS 206Pb/238U-207Pb/235U Concordia diagram from intrusive rocks in Tongling

樣品 07CL505(南洪沖花崗閃長巖) 該樣品鋯石的長寬比變化較大, 為1∶1 ～ 4∶1, 陰極發(fā)光圖像顯示出明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖5)。鋯石U的含量變化于79～521 μg/g之間, Th 變化于50～397 μg/g之間,U、Th之間具有較好的相關性(相關系數(shù)為0.97)(圖略)。232Th/238U比值一般大于0.5, 變化于0.57～0.99之間(表 2)。鋯石年齡變化范圍為(123.3±2.1) Ma ～(722.7±4.8) Ma, 其中, 2號鋯石和6號鋯石的年齡分別為(577.9±5.8) Ma和(722.7±4.8) Ma, 2號鋯石可能為一捕獲的老的鋯石, 核部似乎發(fā)生了不完全熔融,6號鋯石核部與幔部之間以及中間部位均有黑色的CL影像, 放射性206Pb的含量(20 μg/g)遠遠高于其他鋯石(1.5～9.9 μg/g), 可能反映該鋯石受到了后期流體的改造, 有Pb的加入或帶出[36]。去除這兩顆鋯石, 其余鋯石的平均年齡為(138.8±1.3) Ma(MSWD=1.09, n=12)(圖 6)。從鋯石的206Pb/238U-207Pb/235U 圖解上得出的諧和線上交點年齡為(841±74) Ma, 下 交 點 年 齡 為 (137±13) Ma(MSWD=1.5)(圖 7)。上交點年齡可解釋為花崗閃長巖的繼承鋯石年齡, 而下交點年齡可解釋為巖漿的結(jié)晶年齡, 但誤差較大(圖6)。

5 討 論

5.1 部分巖體的精確時代問題

5.1.1 繆家?guī)r體

用SHRIMP定年方法測定了10顆鋯石, 除去2個不諧和的測點, 得出平均年齡為(142.8±1.6) Ma,數(shù)據(jù)的 MSWD 為 1.8(圖 6); 同時, 又使用了LA-ICPMS定年方法測定了該巖體的 32顆鋯石(表3), 得出了(143.2±1.3) Ma的年齡(圖 7), 數(shù)據(jù)的MSWD為0.67, 與SHRIMP定年得出的結(jié)果基本相同, 但與謝建成等[37]用 LA-ICPMS法定年結(jié)果有明顯的差異。謝建成等[37]測定了繆家?guī)r體的20個鋯石,得出206Pb/238U 年齡變化于(129±2) Ma ～ (152±3) Ma之間, 加權平均年齡為(137.3±2.9) Ma (95% confidence, MSWD=7.5), 認為是該巖體的形成年齡。但從發(fā)表的數(shù)據(jù)來看, 可明顯地分為兩組, 一組平均年齡為(140.3±2.9) Ma, 另一組為(132.2±1.6) Ma。另外, 數(shù)據(jù)的平均加權偏差平方(MSWD, mean square of weighted deviates)較大(MSWD=7.5)。因此, 謝建成等[37]數(shù)據(jù)的第一組年齡與本文的定年結(jié)果在誤差范圍內(nèi)基本一致, 應該作為該巖體的結(jié)晶年齡; 而第二組年齡與廬樅和寧蕪盆地中的火山巖及淺成侵入巖的年齡一致(約 127～131 Ma), 可能反映了一次巖漿熱事件的年齡。

5.1.2 南洪沖巖體

用 SHRIMP方法測定了該巖體定年樣品的 12顆鋯石, 平均年齡為(138.8±1.3) Ma, MSWD=1.09。而謝建成等[37]用LA-ICPMS方法分析了南洪沖巖體鋯石的 21個點, 得出的年齡變化于(130±4) Ma ～(162±6) Ma之間, 加權平均年齡為(141.9±4.5) Ma(95%confidence, MSWD=5.9)。可見, 數(shù)據(jù)之間的變化范圍較大, 誤差也較大, 而數(shù)據(jù) MSWD也較大(5.9)。楊小男等[22]對南洪沖巖體也進行了LA-ICPMS鋯石U-Pb定年, 獲得的206Pb/238U年齡為(141±2) Ma。本文使用SHRIMP定年得出的結(jié)果與這個結(jié)果在誤差范圍內(nèi)基本一致。

5.1.3 新橋頭巖體

新橋頭花崗閃長斑巖的特征與瑤山花崗閃長斑巖相似, 兩者具有明顯的斑狀結(jié)構(gòu), 斑晶斜長石達1～2 cm, 少量石英斑晶?，幧交◢忛W長斑巖的鋯石SHRIMP U-Pb年齡為(146.0±0.9) Ma[15], 并含有老的繼承性鋯石核; 新橋頭巖體的鋯石SHRIMP U-Pb年齡為(147.2±1.5) Ma, 也含有老的繼承性鋯石核, 如 12號鋯石的年齡為(2484±10)Ma。兩巖體在空間上相鄰, 可能為同一次巖漿侵位的產(chǎn)物。但這種具有斑狀結(jié)構(gòu)的巖石比區(qū)內(nèi)同類無斑晶的巖石年齡大, 如相鄰的鳳凰山花崗閃長巖為(142.4±1.0) Ma[15]。

5.1.4 沙灘腳巖體

狄永軍等[38]報道了沙灘腳花崗閃長巖鋯石的SHRIMP年齡為(151.8±2.6) Ma, 到目前為止, 這是發(fā)表的銅陵地區(qū)中酸性侵入巖中最大的年齡。本文的定年結(jié)果表明, 該巖體的鋯石SHRIMP U—Pb年齡為(144.1±1.2) Ma, 與狄永軍等[38]得出的結(jié)果相差較大。作者最近在代工山銅礦又采集了該巖體的樣品, 用LA-ICPMS定年方法獲得的該巖體的U-Pb年齡為(144.1±1.5) Ma (MSWD=1.3, n=21)(表 3, 圖 7),與本文的鋯石SHRIMP定年結(jié)果相同。同樣是鋯石的SHRIMP U-Pb定年, 得出的結(jié)果不同, 說明該巖體并非是一次侵位, 可能是多次侵位的結(jié)果。因此,沙灘腳巖體可能為一復式巖體, 巖漿最早侵位的時代可能為152 Ma, 而在144 Ma又發(fā)生了一次大規(guī)模的巖漿侵位。

5.2 區(qū)內(nèi)含斑巖體與無斑巖體侵位次序

從巖相上看, 區(qū)內(nèi)高鉀鈣堿性系列侵入巖可分為無斑的中粒結(jié)構(gòu)和含斑的微粒結(jié)構(gòu)兩種類型。其中輝長閃長巖、石英二長閃長巖、花崗閃長巖為等粒狀結(jié)構(gòu), 而石英二長閃長玢巖、花崗閃長斑巖具有明顯的斑狀結(jié)構(gòu)。從現(xiàn)有的定年數(shù)據(jù)來看, 巖石類型相同且具有斑狀結(jié)構(gòu)的巖體比無斑結(jié)構(gòu)的侵位時間要早,如瑤山花崗閃長斑巖的鋯石 SHRIMP U-Pb年齡為146 Ma[15], 新橋頭花崗閃長斑巖為147 Ma (本文), 橋頭揚花崗閃長斑巖為148 Ma(未發(fā)表),而相鄰的鳳凰山花崗閃長巖為142 Ma[15]; 此外, 無斑結(jié)構(gòu)的同類巖漿侵位具有多期性, 如南洪沖花崗閃長巖為 139 Ma(本文), 晚于區(qū)內(nèi)其他花崗閃長巖體, 如同一礦田(獅子山礦田)內(nèi)部的胡村花崗閃長巖為142 Ma[7]。然而, 橄欖安粗巖系列侵入巖不同的巖石類型也存在類似的規(guī)律, 如舒家店輝石二長閃長巖為142 Ma[15], 而焦沖輝石二長閃長巖為137 Ma(未發(fā)表)。

5.3 兩個系列巖漿侵位次序

區(qū)內(nèi)兩個系列侵入巖鋯石的年齡統(tǒng)計結(jié)果如表4。從表4可以看出, 本區(qū)橄欖安粗巖系列舒家店輝石二長閃長巖的鋯石 SHRIMP U-Pb年齡為(142.4±0.7) Ma[15], 白芒山輝石二長閃長巖為(138.2±0.6) Ma[7], 但207Pb/206Pb-238U/206Pb圖上有 3群諧和線上的年齡,每個群的年齡平均值分別是(142.42±0.96) Ma (MSWD=0.35)、(138.70±1.0) Ma(MSWD=1.3)、(133.26±0.71) Ma (MSWD=0.01)[7]。吳才來等[7]認為,該巖體最早侵位的時代應該為 142 Ma, 但由于受到區(qū)內(nèi)大規(guī)模巖漿侵入活動的影響,可能使早期侵位的巖體中大多數(shù)鋯石發(fā)生了熔解再沉淀, 形成了139 Ma的鋯石, 而133 Ma的時代可能反映了區(qū)域上又一次巖漿構(gòu)造熱事件, 同一礦田相鄰的曹山二長巖為(142.9±1.1) Ma[18], 也反映了橄欖安粗巖系列巖漿開始活動的時間大約為143 Ma。然而, 同樣是該系列的焦沖輝石二長閃長巖, 其鋯石的U-Pb年齡為(137±1.7) Ma, 表明同一種類型的侵入巖具有不同的侵位時代, 反映巖漿活動的多期次性。因此, 從區(qū)內(nèi)已有的鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)來看,本區(qū)橄欖安粗巖系列巖漿活動大約開始于 143 Ma,并持續(xù)到137 Ma(圖8)。

表4 銅陵地區(qū)侵入巖鋯石U-Pb年齡統(tǒng)計Table 4 Statistic zircon U-Pb ages of intrusive rocks from Tongling

高鉀鈣堿性系列湖城澗輝長閃長巖的鋯石SHRIMP U-Pb年齡為(142.7±0.6) Ma[15], 鳳凰山花崗閃長巖為(142.4±1.0) Ma[15]、(144.2±2.3) Ma[21], 瑤山花崗閃長斑巖為(146.0±0.9) Ma[15], 磯頭石英二長閃長巖為(140.4±2.2) Ma[20]; 銅官山石英二長閃長巖為(137.5±1.1) Ma[17]、(139±3) Ma[19]、(139.5±2.9) Ma[10]、(142.8±1.8) Ma[38]、（141.7±1.4）Ma[16]，其中的長英巖脈為（130±3）Ma[38], 沙灘腳花崗閃長巖為(151.8±2.6)Ma[38]、(144.1±1.2) Ma (本文)、(144.1±1.5) Ma (本文)。這些定年數(shù)據(jù)暗示本區(qū)高鉀鈣堿性系列巖漿活動大約開始于152 Ma, 并持續(xù)到130 Ma (圖8)。可見, 本區(qū)花崗閃長斑巖/第一次花崗閃長巖巖漿先開始侵位, 其次是輝長閃長巖/第一次輝石二長閃長巖巖漿侵位,接著是石英二長閃長巖漿侵位, 最后是第二次花崗閃長巖/第二次輝石二長閃長巖巖漿侵位。

圖8 兩個系列巖漿巖年齡統(tǒng)計直方圖Fig.8 Cumulative probability plots of isotopic ages for both series intrusive rocks

5.4 地質(zhì)意義

本文研究的定年樣品具有富Si高K的特點, 屬高 K鈣堿性系列中酸性侵入巖, 巖石富集輕稀土元素和大離子親石元素, 無明顯正負 Eu異常, 虧損Nb、P、Ti, 各樣品具有相同或相似的稀土分布模式和微量元素蛛網(wǎng)圖模式, 反映本區(qū)高鉀鈣堿性系列侵入巖具有相同的成因。特別是巖石具有高 Sr低Yb的特點,與埃達克質(zhì)巖石的地球化學特點相似[40]。深源巖漿包體研究表明, 本區(qū)中生代的地殼厚度約50～60 km 左右[7,41]。Zhu et al.[42]認為, 早白堊世古太平洋板塊的不斷斜向俯沖導致郯廬斷裂的左行平移, 進而引發(fā)了同期的巖漿活動, 因此, 郯廬斷裂是中國東部J-K巖漿活動的重要構(gòu)造轉(zhuǎn)換斷裂[43]。研究表明, 在 J3-K1時,包括本區(qū)在內(nèi)的中國東部地區(qū), 由于巖石圈拆沉導致軟流圈地幔上涌, 富堿的基性巖漿在本區(qū)下地殼莫霍面附近形成一個巨大的深位巖漿房, 隨著巖漿的分異結(jié)晶作用, 形成尖晶石輝石堆積巖, 巖漿房自身的熱和結(jié)晶潛熱引起中上地殼低熔點的組分發(fā)生部分熔融, 形成淺位酸性巖漿房,這里同時發(fā)生著同化混染和巖漿分異作用[7,16,41]。由于斷裂構(gòu)造切割深度的增加, 淺位巖漿房的巖漿先侵位, 形成花崗閃長斑巖體(侵位年齡約為147 Ma),接著是含有堆晶包體的輝石二長閃長質(zhì)巖漿上升侵位(143 Ma), 同時, 部分輝石二長閃長質(zhì)巖漿注入到花崗閃長質(zhì)淺位巖漿房, 發(fā)生巖漿混合作用, 形成石英二長閃長質(zhì)巖漿。大約140 Ma, 含有大量微粒閃長質(zhì)包體的石英二長閃長質(zhì)巖漿開始大規(guī)模地上升侵位, 形成本區(qū)巖漿活動的高峰。大規(guī)模的巖漿活動結(jié)束后, 深位巖漿房和淺位巖漿房分別仍有少量的輝石二長閃長質(zhì)巖漿(137 Ma)和花崗閃長質(zhì)巖漿上升侵位(139 Ma), 直到 130 Ma, 本區(qū)巖漿侵入活動停息。因此, 本區(qū)高鉀鈣堿性系列侵入巖漿活動持續(xù)了約20 Ma左右(130～152 Ma), 而橄欖安粗巖系列巖漿侵入活動持續(xù)了約 6～7 Ma (137～143 Ma)。本區(qū)的巖漿活動不僅與中國東部J-K巖漿事件相呼應, 而且也預示著長江中下游地區(qū)廣泛的白堊紀巖漿作用的開始。同時, 也反映了包括本區(qū)在內(nèi)的中國東部中生代由晚侏羅世的擠壓構(gòu)造背景轉(zhuǎn)變?yōu)樵绨讏资赖纳煺弓h(huán)境[43]。

6 結(jié) 論

(1)鋯石 SHRIMP U-Pb定年結(jié)果表明, 南洪沖和沙灘腳花崗閃長巖、新橋頭花崗閃長斑巖、繆家石英二長閃長玢巖的鋯石 SHRIMP U-Pb年齡分別為(138.8±1.3) Ma、(144.1±1.2) Ma、(147.2±1.5) Ma和(142.8±1.6) Ma。其中繆家石英二長閃長玢巖和沙灘腳花崗閃長巖鋯石的 LA-ICPMS U-Pb年齡分別為(143.2±1.3) Ma和(144.1±1.5) Ma, 與 SHRIMP 定年方法得出的年齡基本一致, 說明兩種定年方法都是可靠的。

(2)區(qū)內(nèi)具有斑狀結(jié)構(gòu)的巖體年齡大于同類巖石無斑狀結(jié)構(gòu)的巖體, 說明具有斑狀結(jié)構(gòu)的巖體巖漿侵位較早; 無論是橄欖安粗巖系列還是高鉀鈣堿性系列侵入巖, 都存在同種巖性的不同巖體年齡結(jié)果不完全相同的現(xiàn)象, 說明形成同種巖石的巖漿具有多期次侵位的特點。

(3)根據(jù)本文的定年數(shù)據(jù), 結(jié)合區(qū)內(nèi)其他定年資料,得出本區(qū)兩個系列巖漿活動次序為: 花崗閃長斑巖/第一次花崗閃長巖 → 輝長閃長巖/第一次輝石二長閃長巖 → 石英二長閃長玢巖/石英二長閃長巖 → 第二次花崗閃長巖 → 第二次輝石二長閃長巖。

(4)本區(qū)高鉀鈣堿性系列巖漿侵入活動與中國東部 J-K紀巖漿事件相呼應, 可能與早白堊世古太平洋板塊的斜向俯沖導致郯廬斷裂的左行平移, 從而引發(fā)的同期的巖漿作用有關。高鉀鈣堿性系列巖漿活動開始于約152 Ma, 結(jié)束于約130 Ma, 巖漿活動高峰期為144～140 Ma, 此時巖漿作用的構(gòu)造背景為伸展環(huán)境。

本研究分別得到國家專項(編號 SinoProbe-05-05)和國家自然科學基金項目(批準號分別為：40921001、49772106、40472034和 40672049) 以及中國地質(zhì)調(diào)查局項目(項目號為：1212010918007、1212010818090、1212010611803和1212010711816)的共同資助。匿名審稿專家對論文進行了嚴格的評審并提出許多建設性意見, 在此表示衷心感謝。

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