安徽廬樅盆地樅陽地區(qū)玄武質(zhì)火山巖地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

杜玉雕,魏國(guó)輝

摘要： 廬樅盆地是長(zhǎng)江中下游成礦帶重要的礦集區(qū)之一，樅陽地區(qū)玄武質(zhì)火山巖位于廬樅盆地中部。通過對(duì)樅陽地區(qū)玄武質(zhì)火山巖進(jìn)行巖石地球化學(xué)特征研究，探討其源區(qū)性質(zhì)及玄武質(zhì)巖漿的演化過程。該區(qū)玄武質(zhì)火山巖貧硅、富堿、低鈦、低Mg#值，屬于鉀玄質(zhì)系列巖石;稀土元素總量較高，具有LREE富集的右傾型稀土元素配分模式，有較弱的負(fù)Eu異常;巖石富集Rb、K、Sr等大離子親石元素，虧損Nb、Ta、Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素，Nb、Ta負(fù)異常。在巖石圈拉張作用下，樅陽地區(qū)富集巖石圈地幔發(fā)生部分熔融，形成的玄武質(zhì)原始巖漿經(jīng)歷了地殼混染和分離結(jié)晶作用，沿區(qū)域深大斷裂上侵，快速上升至地表，形成玄武質(zhì)火山巖。

關(guān)鍵詞： 廬樅盆地;地球化學(xué);玄武質(zhì)火山巖;源區(qū)特征;安徽樅陽

中圖分類號(hào)：P597.3; P588.122

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2096-1871（2019）03-188-11

安徽廬樅盆地位于揚(yáng)子地塊北緣長(zhǎng)江中下游斷陷帶，北臨華北陸塊，西接郯廬斷裂帶。該區(qū)巖漿-成礦作用活躍，廣泛發(fā)育與火山巖-潛火山巖及侵入巖有關(guān)的鐵、銅、鉛鋅、明礬石等礦床，是長(zhǎng)江中下游成礦帶重要的礦集區(qū)之一[1-3]，近年來更是實(shí)現(xiàn)了深部找礦突破。前人對(duì)該盆地的巖漿巖進(jìn)行詳細(xì)研究，在同位素年代學(xué)、巖石類型、成巖物質(zhì)來源、成巖構(gòu)造環(huán)境、巖漿巖成礦專屬性等方面取得了重要成果[4-13]。樅陽地區(qū)是脈狀銅礦的主要礦產(chǎn)地[14]，也是廬樅盆地中生代火山巖的重要分布區(qū)之一，分布早白堊世磚橋組、雙廟組和浮山組火山巖。柳峰山地區(qū)和青口坂地區(qū)分布的玄武質(zhì)火山巖，已被作為天然石料和板材獲得廣泛應(yīng)用。前人對(duì)廬樅盆地賦礦層位早白堊世龍門院組和磚橋組中酸性火山巖及侵入巖研究相對(duì)較多，而對(duì)樅陽地區(qū)玄武質(zhì)火山巖研究相對(duì)較少，僅個(gè)別學(xué)者在樅陽柳峰山地區(qū)發(fā)現(xiàn)玄武玢巖[15]，分析了廬樅盆地玄武巖與流體的相互作用[16]，這在一定程度上制約了對(duì)廬樅盆地地質(zhì)-地球化學(xué)特征、形成機(jī)制及構(gòu)造演化的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。

本文在前人研究工作的基礎(chǔ)上，對(duì)樅陽地區(qū)玄武質(zhì)火山巖進(jìn)行巖石地球化學(xué)特征研究，探討玄武質(zhì)火山巖的源區(qū)性質(zhì)及玄武質(zhì)巖漿的演化過程，為進(jìn)一步研究廬樅盆地巖漿作用、地幔性質(zhì)與演化及深部動(dòng)力學(xué)過程提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

廬樅盆地是一個(gè)呈NE向展布的中生代火山巖盆地，屬下?lián)P子地層分區(qū)。自古生代以來，該區(qū)長(zhǎng)期處于坳陷，接受了巨厚沉積，地層發(fā)育較全[1]。寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)碳酸鹽巖及碎屑巖主要出露于廬樅火山盆地外圍北部盛橋—東顧山地區(qū)，志留紀(jì)—中三疊世地層主要出露于盆地周邊。盆地內(nèi)部主要為早白堊世陸相火山巖，由老到新分別為龍門院組、磚橋組、雙廟組和浮山組，呈半環(huán)形從盆地北部、東部和南部向盆地西部及中心依次分布，每一期火山噴發(fā)旋回均以爆發(fā)相開始，溢流相逐漸增多，以火山沉積相結(jié)束。

廬樅盆地以古生代坳陷為基底，以中生代火山斷陷盆地和侵入巖為主體（圖1），形成了南西窄、北東寬的楔形構(gòu)造格局。構(gòu)造線以NE-SW向及NW-SE向?yàn)橹?，NNW-SSE向?yàn)檩o。盆地火山構(gòu)造有破火山口、層狀火山殘余、穹窿狀火山、侵出穹窿、巖頸、火山口、爆發(fā)巖筒、火山穹窿及裂隙噴發(fā)帶等[4-5]。

廬樅盆地中生代巖漿侵入活動(dòng)主要集中在早白堊世，盆地內(nèi)部及周邊地區(qū)分布大量侵入巖巖體，單個(gè)巖體出露面積為0.1～50 km2，可分早、晚兩期[9]：早期主要為二長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)巖類;晚期主要為正長(zhǎng)巖類和A型花崗巖類。

1. 早白堊世浮山組;2. 早白堊世雙廟組;3. 早白堊世磚橋組;4. 早白堊世龍門院組;5. 中侏羅世羅嶺組;6. 寒武系—二疊系;7. 閃長(zhǎng)巖類;8. 二長(zhǎng)巖類;9. 正長(zhǎng)巖類;10. 具A型花崗巖特征的正長(zhǎng)巖類;11. 正長(zhǎng)花崗巖;12. 推測(cè)基底斷裂;13. 鐵礦床;14. 銅礦床;15. 鉛鋅礦床;16. 鈾礦床;17. 鎢礦床;18. 采樣位置

2 火山巖地質(zhì)特征

2.1 野外特征

樅陽地區(qū)玄武質(zhì)火山巖主要產(chǎn)于早白堊世雙廟組，少數(shù)產(chǎn)于早白堊世浮山組，出露面積約2 km2，以噴溢相基性熔巖為主，玄武質(zhì)火山巖、凝灰質(zhì)粉砂巖、粗安巖和火山角礫巖共生。通過野外地質(zhì)調(diào)查，在一些采石場(chǎng)（圖2（a）、（b）），可見凝灰質(zhì)粉砂巖夾層或與粗安巖、火山角礫巖互層現(xiàn)象，玄武質(zhì)火山巖節(jié)理發(fā)育，其中一組近似“背形”或“圓形”節(jié)理極為發(fā)育（圖2（c））。

2.2 鏡下特征

玄武質(zhì)火山巖呈灰黑色，風(fēng)化面呈灰綠色，間隱結(jié)構(gòu)（圖3（a）），偶見少斑結(jié)構(gòu)（圖3（b）），塊狀、氣孔狀或杏仁狀構(gòu)造。斑晶主要為單斜輝石和斜長(zhǎng)石，含量約10%，不同樣品斑晶種類及含量不同;基質(zhì)為間隱結(jié)構(gòu)。斜長(zhǎng)石斑晶呈板條狀、條狀，定向排列構(gòu)成流動(dòng)構(gòu)造，普遍被微粒狀綠簾石、黝簾石、碳酸鹽交代，顯微鏡下呈混濁狀，局部有絹云母交代;基質(zhì)斜長(zhǎng)石呈半定向排列，蝕變較斑晶弱。單斜輝石呈柱狀、柱粒狀，顯黃褐色、綠褐色，發(fā)育輝石式解理;斑晶輝石多為柱狀、短柱狀，基質(zhì)輝石呈柱粒狀，部分被綠泥石交代，構(gòu)成假象，充填于斜長(zhǎng)石粒間。副礦物見磷灰石和磁鐵礦，其中磁鐵礦分布于斜長(zhǎng)石粒間。

3 巖石地球化學(xué)特征

3.1 測(cè)試方法

玄武質(zhì)火山巖的主量元素和微量元素（含稀土元素）分析在安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成，主量元素采用XRF法，分析精度優(yōu)于1%。XRF法分析采用粉末樣品壓片制樣，用X射線熒光光譜儀直接測(cè)量樣品SiO2等10項(xiàng)主量元素及Cr、Rb、Sr、Ba、Zr等微量元素，各元素采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法與散射線內(nèi)標(biāo)法校正元素間的基體效應(yīng)，儀器為日本理學(xué)primusⅡ。15種稀土元素和Ni、Cu、Zn、Ga、Nb、Mo、Cd、Cs、Hf、Ta、Pb、Bi、Th、U采用ICP-MS分析，試樣用氫氟酸、硝酸、硫酸分解，用王水溶解后，移至聚乙烯試管中，定容，搖勻。分取部分澄清溶液，用硝酸稀釋至1 000倍（指試料總稀釋系數(shù)為1 000）后，在等離子體質(zhì)譜儀上測(cè)定，儀器為賽默飛世爾 X-SERIES Ⅱ。

3.2 主量元素特征

樅陽地區(qū)玄武質(zhì)火山巖主量元素分析結(jié)果見表1。巖石SiO2含量為48.76%～53.35%，Al2O3 含量為17.30%～18.16%，屬于高鋁玄武巖類;（K2O+Na2O）含量為7.23%～9.33%，K2O/Na2O值為0.75～1.48，CaO含量為4.46%～7.07%，MgO含量為2.55%～5.03%，具有富堿、高鉀、低鈦、低磷特征，Al2O3/TiO2值為13.80～16.36，CaO/Al2O3值為0.25～0.41（均<1），較高的Al2O3/TiO2值和較低的CaO/Al2O3值代表了低壓條件，與全鐵含量較低（<10%）因而源區(qū)不具有高壓特征相一致。

3.3 微量元素特征

樅陽地區(qū)玄武質(zhì)火山巖微量元素分析結(jié)果見表2。相容元素Cr含量為（10.2～16.3）×10-6，Ni含量為（6.49～17.90）×10-6，Co含量為（16.49～30.80）×10-6，V含量為（160～244）×10-6;Ni、Cr含量遠(yuǎn)低于原生玄武巖漿（Ni含量為（300～400）×10-6，Cr含量為（300～500）×10-6）[20]。Rb含量為（118～168）×10-6，Ba含量為（840～6 984）×10-6），Zr/Nb值為12.85～17.56，平均值為15.73;Th/La值為0.14～0.24，平均值為0.17;La/Ta值為41.88～202，平均值為100;Ta/Hf值為0.10～0.19，平均值為0.14;Nb/Zr值為0.06～0.08，說明巖漿演化程度較低。

3.4 稀土元素特征

樅陽地區(qū)玄武質(zhì)火山巖稀土元素分析結(jié)果見表3，LREE含量為（206.32～285.38）×10-6，HREE含量為（19.17～23.48）×10-6，∑REE為（226.65～308.48）×10-6，稀土元素總量略高;LREE/HREE 值為10.15～12.35，LREE富集，HREE虧損。LaN/YbN值為12.99～18.77。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線圖（圖6）中，重稀土元素（HREE）相對(duì)平坦，輕、重稀土元素呈右傾型分布模式。Ca2+與Eu2+的離子半徑接近，地球化學(xué)行為相似，易發(fā)生類質(zhì)同象替換，由于斜長(zhǎng)石Ca含量高，Eu可置換斜長(zhǎng)石晶格中的Ca，使斜長(zhǎng)石含相對(duì)較高的Eu，因此可以根據(jù)Eu的富集或虧損判斷斜長(zhǎng)石的結(jié)晶分離。玄武安山巖δEu為0.72～0.90，具有較弱的負(fù)Eu異常，表明斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用較弱。

4 討 論

4.1 地殼混染

樅陽地區(qū)玄武質(zhì)火山巖具有較低的SiO2含量，MgO含量變化范圍小，地殼混染可使巖漿SiO2含量增高，MgO含量降低;K2O/TiO2 值和K2O/P2O5值變化較小。La/Nb值為2.68～8.76，高于初始地幔La/Nb值（0.98～1），低于典型陸殼La/Nb值（>12）;La/Nb與SiO2總體呈負(fù)相關(guān)（圖7（a）），La/Nb與Sr總體呈正相關(guān)（圖7（b））。它們的Rb/Sr值為0.09～0.14，均小于大陸地殼Rb/Sr值（0.24）;Zr/Hf值（35.67～40.52）接近原始地幔Rb/Sr值（36.27），高于大陸地殼Rb/Sr值（11），說明原始巖漿在上升過程中受到一定程度的地殼物質(zhì)混染。

研究表明，玄武巖Nb、Ta虧損暗示存在3種過程[22]：（1）源區(qū)殘留富集Nb、Ta礦物，如金紅石、榍石和鈦鐵礦等;（2）經(jīng)歷古板塊俯沖改造的巖石圈地幔參與了巖漿的形成;（3）地殼混染作用。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖（圖5）上，火山巖樣品的Nb、Ta呈弱負(fù)異常，說明巖漿可能受到地殼物質(zhì)混染。此外，微量元素Th和Ta均屬強(qiáng)不相容元素，對(duì)地殼混染較敏感，地殼混染將導(dǎo)致Th/Ta值升高[23]。原始地幔Th/Ta值約為2.3，平均上地殼Th/Ta值一般>10。樅陽地區(qū)玄武質(zhì)火山巖的Th/Ta值為6.34～27.88，平均值為17.52，進(jìn)一步說明樅陽地區(qū)玄武質(zhì)火山巖在巖漿噴發(fā)過程中受到了一定的地殼物質(zhì)混染。

不同元素在不同礦物中具有不同的相容性，隨著結(jié)晶作用的進(jìn)行，巖漿將逐漸虧損早期結(jié)晶相中的相容元素，并逐漸富集早期結(jié)晶相中的不相容元素，即與結(jié)晶過程相伴，巖漿中的元素豐度會(huì)隨之變化，但分配系數(shù)相同或相近的元素比值不受分離結(jié)晶作用的影響[24]。因此，根據(jù)總分配系數(shù)相同或相近、對(duì)同化混染作用敏感的元素比值（Th/Nb、Ce/Nb、Th/Zr、Ta/Yb、Th/Yb、Zr/Yb、La/Nb、La/Yb、Nb/Ta、Ce/Pb）間的協(xié)變關(guān)系，可檢驗(yàn)巖漿是否存在同化混染作用，并判斷同化混染程度[24]。研究區(qū)玄武質(zhì)火山巖Th/Nb-Ce/Nb、Th/Zr-La/Yb、Ta/Yb-Th/Yb、Zr/Yb-La/Nb、Ce/Pb-La/Yb圖解具有大致水平的線性關(guān)系，無明顯的正相關(guān)性，而La/Yb與Nb/Ta呈一定的正相關(guān)（圖8），說明樅陽地區(qū)玄武質(zhì)火山巖存在同化混染作用，但混染不明顯。玄武質(zhì)火山巖樣品的Nb/U值為2.51～8.62，Ta/U值為0.12～0.51，Ce/Pb值為1.42～7.74，低于全球大洋中脊玄武巖和板內(nèi)洋島玄武巖的相對(duì)均一值（Nb/U為47±10，Ta/U為2.7，Ce/Pb為25±5）[24]，說明玄武質(zhì)火山巖受到地殼物質(zhì)的混染，但混染程度較低。

4.2 分離結(jié)晶

樅陽地區(qū)玄武質(zhì)火山巖MgO、Mg#值、Cr、Ni均低于原生玄武巖漿參考值[24]，表明玄武質(zhì)巖漿經(jīng)歷一定程度的分異結(jié)晶作用。在CaO-δEu（圖9（a））、Al2O3-δEu（圖9（b））和Sr-δEu圖（圖9（c））上，該區(qū)玄武質(zhì)火山巖δEu與CaO、Sr呈一定正相關(guān)，δEu 與Al2O3相關(guān)趨勢(shì)不明顯，說明存在微弱的斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶作用，與巖相學(xué)特征一致。單斜輝石分離結(jié)晶作用使樣品MgO含量較低[24]，在存在斜長(zhǎng)石的條件下，若存在單斜輝石的分離結(jié)晶作用，則CaO/Al2O3隨Mg#值增加而增加[25]。該區(qū)玄武質(zhì)火山巖CaO/Al2O3與Mg#值呈正相關(guān)（圖9（d）），說明單斜輝石為結(jié)晶相，與單斜輝石是玄武巖類火山巖最常見的斑晶相吻合。

4.3 成巖過程

玄武巖Zr 和Y 均為不相容元素，其比值易受部分熔融程度影響。由于Zr 比Y 更不相容，因此小比例部分熔融產(chǎn)生的熔體具有更高的Zr/Y值[26]。該區(qū)玄武質(zhì)火山巖Zr/Y值為4.23～15.04，說明巖漿形成于較小比例的部分熔融;在Rb/Zr-Rb/Nb圖解（圖10（a））中，投影點(diǎn)呈傾斜直線型平衡部分熔融演化趨勢(shì)[27]。樅陽地區(qū)玄武質(zhì)火山巖TiO2含量為1.11%～1.31%，一般軟流圈巖漿的TiO2含量約1.27%[28]，而這些火山巖的La/Nb值均>1.5，La/Ta值>22，表明它們可能來自巖石圈地幔，而不是軟流圈地幔[29]。

楊榮勇等[30]通過對(duì)Sr、Nd同位素的研究，認(rèn)為廬樅盆地巴家灘地區(qū)巖漿的物質(zhì)來源于富集型地幔，地殼物質(zhì)參與了不同程度的混染作用。劉洪等[31]認(rèn)為盆地內(nèi)火山巖的巖漿源區(qū)應(yīng)為受俯沖板片析出流體交代作用所形成的富集型地幔（相當(dāng)于EMⅠ），巖石主要起源于富集型地幔的部分熔融，在巖漿上升過程中未受地殼物質(zhì)強(qiáng)烈的混染。同時(shí)，廬樅盆地火山-潛火山巖Sr-Nd同位素特征也驗(yàn)證了巖漿源區(qū)屬富集型地幔[32]。在反映巖漿演化方式的MgO-TFeO圖解（圖10（b））中，巖漿混合趨勢(shì)明顯，可能是古太平洋板塊向歐亞板塊俯沖[33]，俯沖作用將俯沖組分帶入巖石圈地幔，發(fā)生交代作用使地幔富集[34-35]。

印支期，揚(yáng)子板塊向華北板塊拼貼，古太平洋板塊向歐亞板塊匯聚，加劇了華北巖石圈大規(guī)模深源巖漿作用，洋殼脫水產(chǎn)生的流體可能對(duì)上覆巖石圈地幔產(chǎn)生交代作用。早白堊世，廬樅地區(qū)進(jìn)入應(yīng)力轉(zhuǎn)換期，構(gòu)造應(yīng)力由擠壓向拉張過渡[37]，軟流圈地幔沿巖石圈薄弱帶上涌，加厚的華北巖石圈發(fā)生大規(guī)模拆沉。隨著拆沉規(guī)模的擴(kuò)大和拆沉深度的變淺，巖石圈或大陸下地殼沉入下伏軟流圈地幔中，拆沉的大陸地殼部分熔融形成熔體，熔體快速上升，交代上覆大陸巖石圈地幔，形成富集巖石圈地幔。隨后，在巖石圈拉張作用下，區(qū)域富集巖石圈地幔發(fā)生部分熔融形成的玄武質(zhì)巖漿，沿著區(qū)域深大斷裂上侵，快速上升噴發(fā)至地表，形成玄武質(zhì)火山巖（圖11）。

5 結(jié) 論

（1）樅陽地區(qū)玄武質(zhì)火山巖貧硅、富堿、高鋁、低鈦、低Mg值，屬于鉀玄巖系列。

（2）樅陽地區(qū)玄武質(zhì)火山巖強(qiáng)烈富集輕稀土元素，輕、重稀土元素強(qiáng)烈分餾，具有較弱的負(fù)Eu異常，大離子親石元素相對(duì)富集，高場(chǎng)強(qiáng)元素相對(duì)虧損。

（3）古太平洋板塊向歐亞板塊俯沖，俯沖作用將俯沖組分帶入巖石圈地幔，發(fā)生交代作用使地幔富集。早白堊世廬樅地區(qū)在巖石圈拉張作用下，區(qū)域富集巖石圈地幔發(fā)生部分熔融形成的玄武質(zhì)巖漿，沿區(qū)域深大斷裂上侵，快速上升至地表，形成玄武質(zhì)火山巖。

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