寧鎮(zhèn)地區(qū)安基山巖體鋯石LA-ICPMS U-Pb定年及意義

劉建敏，閆峻，李全忠，劉曉強(qiáng)

合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥，230009

內(nèi)容提要：寧鎮(zhèn)地區(qū)安基山巖體最早被厘定為高Sr低Y型巖石（Adakite），為深入理解安基山巖體的成因與深部地質(zhì)作用演化過程，本文利用LA-ICPMS鋯石U-Pb定年方法對安基山巖體的花崗閃長斑巖進(jìn)行了年代學(xué)研究，獲得其206 Pb/238 U加權(quán)平均年齡為108.8±1.2 Ma，表明巖漿侵位時(shí)代為早白堊世。另外，結(jié)合本地區(qū)高精度年代學(xué)數(shù)據(jù)，構(gòu)筑了長江中下游地區(qū)中生代巖漿巖的精細(xì)年代學(xué)格架，劃分為四個(gè)階段：148～133 Ma（第一階段）、131～127 Ma（第二階段）、126～123 Ma（第三階段）以及109～102 Ma（第四階段）。

寧鎮(zhèn)地區(qū)位于長江中下游鐵銅多金屬成礦帶的東段，是長江中下游鐵銅多金屬成礦帶的重要組成部分。中生代時(shí)期，該區(qū)發(fā)育大量巖漿活動(dòng)，中酸性侵入巖廣泛分布，該區(qū)的侵入巖曾進(jìn)行過詳細(xì)的巖石學(xué)和地球化學(xué)工作（寧仁祖等，1989；毛建仁等，1990；夏嘉生，2000；許繼峰等，2001；張術(shù)根等，2010），其中，安基山巖體具有高 Sr低 Y的（adakitic）地球化學(xué)特征，被解釋為起源于拆沉的下地殼（Xu Jifeng et al.，2002），引起了廣泛的關(guān)注。安基山巖體的K-Ar年齡為106～123 Ma（毛建仁等，1990；夏嘉生，2000），給出了較大的范圍。中生代巖漿巖往往受到風(fēng)化蝕變的影響，易造成K-Ar體系的開放，從而影響定年的精度。為了精確定年，本次工作選取安基山巖體中的鋯石進(jìn)行LA-ICPMSUPb年代學(xué)測定，為建立長江中下游地區(qū)中生代巖漿活動(dòng)的年代學(xué)格架，深入理解安基山巖體乃至寧鎮(zhèn)地區(qū)中生代巖漿巖成因與深部地質(zhì)作用演化過程提供堅(jiān)實(shí)的依據(jù)。

1 地質(zhì)背景及樣品描述

長江中下游地區(qū)位于揚(yáng)子地塊北東緣，緊鄰華北地塊和大別造山帶。其北以襄樊—廣濟(jì)斷裂和郯廬斷裂與大別造山帶分開，其東南以常州—陽新斷裂為界與江南隆起接壤，總體上呈北西狹窄、北東寬闊的＂V＂字型地帶。寧鎮(zhèn)地區(qū)位于長江中下游東端，區(qū)內(nèi)結(jié)晶基底為古元古代埤城群變質(zhì)巖系（閔慶魁，1987）。蓋層地層從南華系到第四系均有分布，僅在中—下泥盆世有沉積間斷，地層總厚度約10000 m。作為印支期揚(yáng)子地塊和華北地塊碰撞的前陸地帶，并受到中—新生代古太平洋板塊向歐亞大陸俯沖的影響，寧鎮(zhèn)地區(qū)總體構(gòu)造線方向?yàn)镹EE向和NE向。

長江中下游地區(qū)中生代發(fā)育強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)，在鄂東南、九瑞、安慶—貴池以及銅陵等斷隆區(qū)，主要發(fā)育高鉀鈣堿性中酸性侵入巖；在金牛、懷寧、廬樅、繁昌、寧蕪、溧陽和溧水盆地，發(fā)育以橄欖安粗巖系為主的火山巖及相應(yīng)的潛火山巖；沿長江兩岸，分別發(fā)育了兩條A型花崗巖帶（邢鳳鳴和徐祥，1994）。寧鎮(zhèn)地區(qū)為與銅陵地區(qū)相似的斷隆區(qū)，發(fā)育了一套中生代高鉀鈣堿性侵入巖，巖石類型從基性巖至酸性巖均有分布，出露面積約460 km2，其中以中酸性巖分布最廣，約占侵入巖總面積的80%（夏嘉生，2000）。區(qū)內(nèi)侵入巖呈東西方向帶狀分布，大多數(shù)受區(qū)域構(gòu)造和斷裂帶的嚴(yán)格控制，具有明顯的線狀和帶狀分布特征。單個(gè)雜巖體的長軸方向多數(shù)為東西向，個(gè)別為北東或北西向。從巖石結(jié)構(gòu)特征看，似斑狀結(jié)構(gòu)較為發(fā)育，其次為細(xì)—中粒結(jié)構(gòu)和斑狀結(jié)構(gòu)。本區(qū)巖體侵入于志留系—白堊系的不同層位，其中石炭系—三疊系的灰?guī)r及周沖村組膏鹽層是主要成礦圍巖（毛建仁等，1990）。侵入巖與圍巖之間的同化混染作用強(qiáng)烈，受區(qū)域地質(zhì)背景影響，本區(qū)侵入巖的區(qū)間性明顯，分為西、中、東三個(gè)巖區(qū)。西區(qū)有板倉和其林門兩個(gè)雜巖體，主要巖石組合是輝長巖—閃長巖—石英閃長巖，其中以閃長巖類為主，兩者深部磁場連成一體。中區(qū)包括安基山、高資、新橋、石馬雜巖體，巖石組合為閃長（玢）巖—石英閃長巖、石英二長巖—花崗巖，其中以石英閃長巖和花崗閃長巖為主，深部磁場特征說明它們共同組成一個(gè)龐大的巖基（常印佛等，1991）。東區(qū)包括丹徒鎮(zhèn)、大港和南呂等巖體，主要巖石組合為石英閃長巖、石英二長巖和花崗巖，以石英閃長巖和石英二長巖為主（圖1）。

安基山巖體近南北向延伸，長約9.5 km，寬約4.5 km，巖性主要為花崗閃長斑巖，其次為石英閃長斑巖，有大量走向相近的石英閃長玢巖脈穿插。本次定年的樣品（11AJS001-3）采自安基山水庫東南角（E119°3′37″，N32°5′10″，圖 1）。樣品灰白色—灰紅色，塊狀構(gòu)造，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶含量約40%，主要為斜長石、角閃石、黑云母和少量石英。斜長石占斑晶總含量的50%，板狀，明顯聚片雙晶，大部分已經(jīng)碳酸鹽化、高嶺石化；角閃石，占斑晶含量的25%，長柱狀，部分蝕變?yōu)榫G簾石，少量碳酸鹽化；黑云母占斑晶含量的20%，片狀，大部分已經(jīng)蝕變?yōu)榫G泥石；石英占5%左右，無蝕變?；|(zhì)含量為60%左右，主要為石英、斜長石和鉀長石，碳酸鹽化強(qiáng)烈。定名為花崗閃長斑巖。

2 分析方法

將巖石樣品粉碎，經(jīng)常規(guī)的淘洗、重選以及磁選后，分離出鋯石（在河北省廊坊市誠信地質(zhì)服務(wù)有限公司完成），在雙目鏡下挑選晶形較好、具有代表性的鋯石并粘貼在雙面膠上，用環(huán)氧樹脂固定，等樹脂完全固結(jié)后，打磨拋光到鋯石中心部位露出來，然后制靶。

鋯石的陰極發(fā)光（CL）照相在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所掃描電鏡實(shí)驗(yàn)室完成，鋯石原位U-Pb同位素和微量元素分析在合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)室開展，使用激光—電感耦合等離子質(zhì)譜儀（LA-ICPMS）完成，激光剝蝕系統(tǒng)為德國Microlas公司生產(chǎn)的GEOLAS，激光波長為193 nm，激光脈沖頻率為5 Hz，剝蝕孔徑為32μm，剝蝕時(shí)間90 s，背景測量時(shí)間25 s，脈沖能量密度為10 mJ/cm2，以He作為剝蝕物質(zhì)的載氣；測試質(zhì)譜儀為Agilent 7500a，工作參數(shù)為：Rf功率1300 W，進(jìn)樣深度5.5 mm，等離子氣體Ar 15 L/min，輔助氣體Ar 1L/min，補(bǔ)償氣體Ar 0.8～0.9 L/min。測定時(shí)用NIST610玻璃作為元素外標(biāo)，鋯石標(biāo)樣91500進(jìn)行同位素分餾校正，鋯石標(biāo)樣Mud Tank作為同位素監(jiān)控樣，本實(shí)驗(yàn)測定的鋯石標(biāo)樣的誤差與推薦值一致。數(shù)據(jù)處理采用中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）開發(fā)的ICPMSDataCal 8.0軟件完成，選取諧和度＞90%的樣品點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用Isoplot軟件繪制諧和圖并計(jì)算加權(quán)平均年齡。

圖1 寧鎮(zhèn)地區(qū)地質(zhì)簡圖（據(jù)1∶20萬地質(zhì)圖改繪）Fig.1 Geological map of Nanjing—Zhenjiang area（modified from 1∶200000 Scale Geological Map）

3 分析結(jié)果

安基山11AJS001-3花崗閃長斑巖樣品中的鋯石多數(shù)為自形晶體，完整透明，基本沒有裂隙，包裹體較少。部分鋯石的陰極發(fā)光（CL）照相和U-Pb同位素和微量元素分析位置如圖2所示。鋯石晶體顯示清晰的震蕩環(huán)帶和扇形分帶，基本不含繼承鋯石核，也不發(fā)育變質(zhì)增生邊。晶體長度為200～320 μm，長寬比為1.5∶1～2.8∶1。

圖2 安基山代表性鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像及測試位置和測試年齡Fig.2 Representative cathodoluminescence（CL）images of zircons from Anjishan pluton

鋯石U-Pb定年結(jié)果列于表1，鋯石的U、Th含量分別為：96.5×10-6～539×10-6和50.6×10-6～479×10-6，Th/U比 0.439～1.051，n（206Pb）/n（238U）—n（207Pb）/n（235U）諧和度 ＞90%的樣品點(diǎn)有20個(gè)，在諧和圖上年齡點(diǎn)較為集中，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為108.8±1.2 Ma（圖3）。鋯石CL圖像和Th/U比值均表明，這些測點(diǎn)的鋯石都是典型巖漿鋯石，以上年齡代表了巖漿的侵位年齡。因此，安基山巖體為早白堊世巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

圖3 安基山巖體鋯石U-Pb諧和圖Fig.3 Zircon U-Pb isotopic concordant plots of the Anjishan pluton

在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖中（圖4），所有的鋯石具有一致的左傾配分模式，虧損輕稀土，階梯式富集重稀土，同樣指示為典型的巖漿鋯石。鋯石的 δEu為 0.45～0.60，均值為 0.52，δCe為2.24～323.21，均值為111.16，顯示強(qiáng)烈的正Ce異常，負(fù)Eu異常。鋯石中Ce正異常的出現(xiàn)與否及其強(qiáng)弱程度與鋯石結(jié)晶時(shí)流體（熔體）的氧化還原條件有關(guān)（Hanchar et al.，2007）。因?yàn)镃e3+被氧化為Ce4+后，其離子半徑類似于Zr和Hf，比輕稀土更容易進(jìn)人到鋯石晶格中。在平衡分離的情況下，氧逸度越大，Ce的正異常程度越強(qiáng)，氧逸度越小，還原作用越強(qiáng)，則Eu的負(fù)異常程度越強(qiáng)（曹燁等，2009）。推測巖漿源區(qū)的氧逸度較高。Hoskin（2001）認(rèn)為，典型的殼源巖漿鋯石中，單顆粒鋯石∑REE的值變化很大，其數(shù)值為250×10-6～5000×10-6，均值集中在1500×10-6～2000×10-6之間，（Lu/Gd）N平均值在16～74之間，（Sm/La）N平均值在57～547之間（張宏等，2006）。安基山樣品的∑REE值在233×10-6～1080×10-6之間，均值為 655×10-6，（Lu/Gd）N值19～46之間，（Lu/Gd）N平均值為31，反映樣品中的鋯石不是典型的殼源巖漿鋯石。

圖4 安基山鋯石的稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化圖解（球粒隕石值據(jù)Boynton，1984）Fig.4 Chondrite-normalized REE pattern of the zircons from Anjishan pluton（chondrite-normalized values after Bounton，1984）

1 3 3 3 3 3 3 3 3 3）n（238U 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 b σ）P（206值107 n 11 112測113 1 11 3 0 9 11 05 1 109 111 110 109 109 105 106 108 107 110 109 107 1σ 6 5 5 4 5 4 4 4 5）b）n（2 35 U 4 5 7 5 4 5 4 6 a P）113（207n 114測110值齡108年107（M 102 108 117 115 115 117 109 108 114111 115 108 118 114 114 4 4 5 area .2 86 68 92 107）92 8385 10 93 1σ.5 85.5 95 81 97 98 88 89）n（206Pb 147.6 106.6 bP gjian 131.779 333.7（207n 117 61值57 143.5.9 55 27 317 h 測en 172 220 280.2 122 189 300 250 120 300 195 261—0.0005 1σ jin g N Pb）n（238U 0.0004 Z 96）0.0004 an 0.0005 0.0004 0.0005 0.0005 0.0004 0.0005 0.0005 0.0004 0.0004 0.0004 0.0004 0.0004 0.0004 0.0005 141 0.0004 0.0005 n值數(shù)ton （206分p 0 0.0167.0176測.0176 0 0.0172.0170析lu 0 0.0175據(jù)，.01640 0.0174 0 0.0174.0171 0.0172 0.0170 0.0170 0.0165 0.0166 0.0169 0.0167 0.0173 0.0171 0.0167 U-Pb an A .0052 jish b）MS n .0047值0 0.0058 0 0.0064.0039）n（235U.0077 0 0 0 0.0060 0 0.0051.0047.0050.0046 0 0.0046 0 0.0050 0 0.0043.0050.0062 0 0.0045 0 0 P比.0044 1σ值同from 位LA s n（207測.1146 0 0.1155.0052 0 0.1106素.1189 0 0.1058 0 0鋯zircon .1179.1125.1220 0 0.1203 0 0-ICP.1218.1136 0 0.1191 0 0.1119 0 0.1125.1184.1228.1202 0 0石.1185.0055.1198.1117 0.0005.0017 7 6 7 0.002 0 0.0019.00.0019 0.0030）.0025 0 0 0 9 18 b）n（206Pb 山e 0 0 th 1σ.0016.00 0 0 0 0.001.001 0 0.002 0 0.002.001 1 2 0 0.002 0 0.002 0基.001.0026.001.002安of P 07n值地d鎮(zhèn)測0.0517區(qū)ata 17 0.0476（2 1 0.0484寧alysis 0.0473 0.0472 0.0489 0.0470 0.0466 0.0527 0.0495 0.0505 0.0519 0.0483 0.0497 0.0521 0.0512 0.0484 0.0521 0.0500 0.0514-P 1 an表b /U.504 Th 0 0.584.525 0 0.791.439 0 0.628.888 0 0.511 0 0.900 0 0.697.051.905 1 0.496.727 0 0.592.514.505 0 0.883.4860 0 S.588 U P M U 10--IC 151 295 6）.596 A 304 416（×523 539 275 195 479 274 363 375 289 216 198 334 179 422 273 1 Lle 9 8 ab T T 10-6）h.9.6.6（×75 172 50 191 329 229 479 192 99 433 247 180 394 148 157 100 198 158 205 160 P b 10-6）（all）.4510 11 3.25.03.56 6 1.99.446 9（×.19.21.92 6 4 11 6.40 7.45.14 8.84 5.78 4.67 4.06 6.96 4.09 8.62 5.78號-3-01-3-02-3-03-3-04-3-05-3-06-3-07-3-08-3-09-3-10-3-11-3-12-3-13-3-14-3-15-3-16-3-17-3-18-3-19-3-20品樣JS001 A A JS001 JS001 A A JS001 JS001 JS001 JS001 JS001 JS001 JS001 A A A A JS001 JS001 A A A A JS001 JS001 JS001 JS001 JS001 A A A A 11 11 11 JS001 JS001 11 11 11 11 11 11 11 11 A A 11 11 11 11 11 11 11 A A JS001 11 11

由于樣品含有石英，為Si飽和巖漿產(chǎn)物，因此鋯石微量元素可以用來計(jì)算其結(jié)晶溫度。分別對樣品的單顆鋯石計(jì)算了其鋯石Ti飽和溫度（圖5），計(jì)算采用Watson等（2005）中的公式。除了一個(gè)測點(diǎn)計(jì)算的溫度為849℃以外，其它測點(diǎn)的溫度在617～731℃之間，總平均為667℃。該溫度低于長江中下游地區(qū)A型花崗巖中鋯石的結(jié)晶溫度（彭戈等，2012），暗示源區(qū)可能富水，并非干的大陸下地殼。

圖5 鋯石Ti飽和溫度圖（計(jì)算公式引自Watson et al.，2005）Fig.5 Ti saturation temperature diagram of the zircons（calculated formula is after Watson et al.，2005）

4 長江中下游地區(qū)中生代巖漿巖年代學(xué)格架

近年來，隨著儀器設(shè)備和測試技術(shù)的提高，已經(jīng)有越來越多的長江中下游地區(qū)中生代巖漿巖的高精度年代學(xué)數(shù)據(jù)發(fā)表。根據(jù)本課題組的工作，加上收集到的137組年齡數(shù)據(jù)（表2），可以構(gòu)筑本地區(qū)中生代巖漿巖清晰的年代學(xué)格架（圖6）。按照①形成時(shí)代；②巖漿巖類型；③成礦規(guī)律；④區(qū)域分布等因素，劃分為四個(gè)階段巖漿活動(dòng)。第一階段：148～133 Ma，以高鉀鈣堿性侵入巖為主，包括高Sr低Y型巖石，主要發(fā)育在鄂東北、九瑞、銅陵和安慶地區(qū)；第二階段：131～127 Ma，以橄欖安粗巖系火山巖和雙峰式火山巖為主，發(fā)育在金牛、廬樅、繁昌、寧蕪、溧水等火山盆地內(nèi)，也包括火山盆地內(nèi)的潛火山巖；第三階段：126～123 Ma，以A型花崗巖為主，也包括蔣廟和陽湖塘產(chǎn)出的富鈉質(zhì)基性侵入巖；第四階段：109～102 Ma，發(fā)育在寧鎮(zhèn)地區(qū)，包括安基山、高資、新橋、石馬、其林門、徐灣、雷巷等閃長巖—二長巖—花崗巖體。

圖6 長江中下游地區(qū)晚中生代巖漿巖形成年齡頻譜圖和階段劃分圖Fig.6 Histograms of isotopic ages and division of formed ages for the Late Mesozoic magmatic rocks in the Middle and Lower Yangtze Valley

表2長江中下游地區(qū)晚中生代巖漿巖年齡Table 2 Late Mesozoic magmatic rock ages of the Middle and Lower Yangtze Valley

續(xù)表2

續(xù)表2

續(xù)表2

安基山巖體具有高Sr低Y的地球化學(xué)特征，類似于adakitic巖石，但其具有富集的Sr-Nd同位素特征（Xu Jifeng et al.，2002），不同于原意上的俯沖大洋板片部分熔融形成的高Sr低Y中酸性巖（adakite）。Xu Jifeng et al.（2002）解釋其起源于拆沉下地殼。拆沉下地殼部分熔融后，巖漿在上升過程中和巖石圈地幔相互作用，往往具有高M(jìn)g的特征（Xu Wenliang et al.，2008）。但安基山巖體的MgO含量基本低于3%（Xu Jifeng et al.，2002），難以用拆沉下地殼加以解釋。長江中下游地區(qū)中生代各階段巖漿巖的成因呈現(xiàn)出一定的演化趨勢，從第一階段鈣堿性侵入巖，到第二階段橄欖安粗巖系火山巖和雙峰式火山巖，再到第三階段A型花崗巖，指示本地區(qū)構(gòu)造背景從擠壓轉(zhuǎn)為拉張后，至第二和第三階段，進(jìn)入典型的弧后拉張環(huán)境（Yan Jun et al.，2008；Xie Guiqing et al.，2011）。但寧鎮(zhèn)地區(qū)在約109 Ma時(shí)期又發(fā)育了一套鈣堿性侵入巖，其巖石類型和組合以及成礦特征都與第一階段侵入巖有很大的相似性，元素地球化學(xué)特征也很類似，但Sr-Nd同位素特征差別較大（Xu Jifeng et al.，2002；Yan Jun et al.，2008）?？紤]到寧鎮(zhèn)地區(qū)處于長江中下游地區(qū)巖漿巖發(fā)育的東端，其巖漿活動(dòng)的構(gòu)造背景可能和長江中下游其它地區(qū)具有一定的差別，和東南沿海中生代巖漿巖帶可能具有動(dòng)力學(xué)背景上的聯(lián)系，尚需深入研究。

5 結(jié)論

（1）安基山花崗閃長斑巖的鋯石LA-ICPMSU-Pb同位素加權(quán)平均年齡為（108.8±1.2）Ma，代表巖漿侵位時(shí)代為早白堊世。鋯石Ti飽和溫度為667℃，指示巖漿起源于富水的源區(qū)。

（2）長江中下游地區(qū)中生代巖漿活動(dòng)可劃分為四個(gè)階段。第一階段：148～133 Ma；第二階段：131～127 Ma；第三階段：126～123 Ma；第四階段：109～102 Ma。