安徽宣城蕎麥山礦床成礦巖體及其暗色包體成因與成礦意義：鋯石U-Pb年代學(xué)、地球化學(xué)、Sr-Nd-Hf-O同位素制約 *

李躍 袁峰 鄧宇峰 李曉暉 劉光賢, 3 李賀 陸三明 周宇章

1. 合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥工業(yè)大學(xué)礦床成因與勘查技術(shù)研究中心(ODEC)，合肥 2300092. 安徽省礦產(chǎn)資源與礦山環(huán)境工程技術(shù)研究中心，合肥 2300093. 東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，南昌 3300134. 安徽省公益性地質(zhì)調(diào)查管理中心，合肥 230091

長江中下游Cu-FE-Au多金屬成礦帶是我國重要的成礦帶之一(常印佛等, 1991; 唐永成等, 1998; 毛景文等, 2004; Maoetal., 2011; 周濤發(fā)等, 2017)，主要由7個傳統(tǒng)的大型礦集區(qū)(從西到東分別為鄂東南、九瑞、安慶-貴池、廬樅、銅陵、寧蕪和寧鎮(zhèn)礦集區(qū))以及近年來新發(fā)現(xiàn)的宣城礦集區(qū)組成，在成礦帶內(nèi)對成礦地質(zhì)條件、成礦規(guī)律和成礦模式等方面的研究已經(jīng)十分深入，取得了豐富的成果(常印佛等, 1991, 2017; 周濤發(fā), 2008, 2017; 袁峰等, 2008, 2010, 2012; Pirajno and Zhou, 2015; Nieetal., 2017; 劉光賢等, 2017; Sunetal., 2017; Liuetal., 2018a, b)。

隨著近年來找礦勘查工作不斷取得突破，先后在宣城礦集區(qū)發(fā)現(xiàn)了茶亭銅金礦、蕎麥山銅鎢礦、劉家山硫鐵礦、麻姑山銅鉬礦等多個礦床，其中茶亭礦床已經(jīng)達到大型規(guī)模。這些礦床主要為斑巖-矽卡巖型熱液礦床。礦床的形成與中生代燕山晚期中酸性侵入巖密切相關(guān)，礦體多產(chǎn)于侵入體與石炭系中-上統(tǒng)灰?guī)r、二疊系棲霞組灰?guī)r接觸帶內(nèi)。前人對宣城礦集區(qū)進行的研究較少，目前僅有茶亭斑巖型銅金礦床資料發(fā)表(江峰, 2017; 江峰等, 2017; 肖慶玲等, 2018; Xiaoetal., 2019)，其他礦床相關(guān)的礦床學(xué)、巖石學(xué)相關(guān)研究未見報道，成礦物質(zhì)來源、成礦機理、成礦巖體源區(qū)及深部演化過程亟待研究。

暗色微粒包體廣泛分布于鈣堿性花崗質(zhì)巖體中，其成因主要有四種,分別為：圍巖捕擄體(Maasetal., 1997; 彭卓倫等, 2011)、源巖殘留體(Chappell and White, 1991; Whiteetal., 1999)、同源巖漿的析離體(Dahlquist, 2002; Donaireetal., 2005; 陳衛(wèi)鋒等, 2007)以及巖漿混合形成的暗色包體(Vernon, 1984; Didier and Barbarin, 1991; Neves and Vauchez, 1995; Peruginietal., 2003; 徐夕生等, 2004; Barbarin, 2005; 朱金初等, 2006; Jiangetal., 2009; Zhaoetal., 2010, 2012)等成因。確定暗色包體的成因及源區(qū)對了解礦區(qū)成礦巖體的源區(qū)、成巖機制和巖漿演化過程及其對礦床形成具有重要意義。

蕎麥山礦床是宣城礦集區(qū)內(nèi)典型的矽卡巖礦床，礦床的形成與早白堊世侵入體密切相關(guān)(劉曉明和段留安, 2015)，侵入體巖性為花崗閃長斑巖，在侵入體中發(fā)育有較多暗色包體。為研究暗色包體和寄主巖石成因、巖漿演化過程對成礦的意義提供了良好的研究對象。我們對蕎麥山礦區(qū)的侵入體及其中的暗色包體進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡、全巖及礦物地球化學(xué)、鋯石原位Hf-O同位素、全巖Sr-Nd同位素組成測定等工作，旨在通過其元素地球化學(xué)及同位素地球化學(xué)特征探討該礦床成礦巖體的巖漿源區(qū)、包體成因、侵入巖形成機制及成礦意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及礦床地質(zhì)特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

長江中下游成礦帶位于揚子板塊的北緣，大別造山帶前陸的長江斷裂帶內(nèi)，是我國重要的Cu-FE-Au多金屬成礦帶之一(常印佛等, 1991; 唐永成等, 1998; 周濤發(fā)等, 2008, 2017)。成礦帶形成經(jīng)歷了中生代轉(zhuǎn)換復(fù)合的構(gòu)造體制、強烈的殼幔相互作用等復(fù)雜的大陸動力學(xué)過程，具有爆發(fā)式的多階段巖漿活動、大規(guī)模的銅鐵金多金屬成礦作用和多類型的復(fù)雜成礦系統(tǒng)演化，以及深部找礦潛力巨大等特點(唐永成等, 1998; 周濤發(fā)等, 2008, 2017)。礦床以礦集區(qū)的形式沿江呈近東西-北東向弧形展布，共發(fā)育各類Cu、Fe、Au礦床約200余處(Maoetal., 2006; 2011; Zhouetal., 2011)。

圖1 長江中下游成礦帶地質(zhì)圖及各礦集區(qū)位置圖(據(jù)常印佛等, 1991; 毛景文等, 2004; Mao et al., 2011; 周濤發(fā)等, 2017修改)Fig.1 Geological map of the MiddlE-Lower Yangtze River Valley Metallogenic Belt and the location of ore districts (modified after Chang et al., 1991; Mao et al., 2004, 2011; Zhou et al., 2017)

宣城礦集區(qū)位于長江中下游成礦帶的南東側(cè)，在銅陵礦集區(qū)以東、寧蕪礦集區(qū)以南(圖1)。宣城礦集區(qū)地層主要分為志留系-泥盆系的海相碎屑巖沉積、石炭系-三疊系中統(tǒng)的海相碳酸鹽沉積以及三疊系中統(tǒng)-二疊系的陸相碎屑巖沉積三套沉積建造，其中石炭系中上統(tǒng)黃龍、船山組-二疊系下統(tǒng)棲霞組的碳酸鹽巖沉積建造與宣城礦集區(qū)內(nèi)的Cu、S、Pb、Zn、Au等礦床關(guān)系密切，是區(qū)域內(nèi)主要的賦礦層位(圖2)。區(qū)域內(nèi)發(fā)育一系列北東向的斷裂構(gòu)造以及北西向、北北西向的次級斷裂；褶皺構(gòu)造在區(qū)內(nèi)也較發(fā)育，樞紐方向也以北東向為主。此外，區(qū)域內(nèi)的中生代巖漿活動發(fā)育，以白堊世高鉀鈣堿性中酸性侵入巖為主，侵入巖與區(qū)內(nèi)的礦床形成關(guān)系密切。區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，主要有Cu、S、Pb、Zn、Au、Mn等金屬礦產(chǎn)及石灰?guī)r、大理巖、石墨等非金屬礦產(chǎn)資源(劉曉明和段留安, 2015)。

圖2 宣城礦集區(qū)地質(zhì)圖(據(jù)劉曉明和段留安, 2015修改)Fig.2 Sketch geological map for Xuancheng ore district (modified after Liu and Duan, 2015)

1.2 礦床地質(zhì)特征

蕎麥山礦床是宣城礦集區(qū)內(nèi)典型的矽卡巖型礦床，位于長山復(fù)背斜的次一級連續(xù)褶皺構(gòu)造蕎麥山-茶山倒轉(zhuǎn)背斜的南西傾伏端(圖3a)；礦床銅金屬量約5.9萬噸、硫鐵礦礦石量約500萬噸、鎢金屬量0.83萬噸，為中型矽卡巖礦床(劉曉明和段留安, 2015)。礦區(qū)內(nèi)主要地層為泥盆系五通組砂巖(D3w)、石炭系黃龍-船山組(C2+3)以及第四系地層(Q)。礦體主要賦存與石炭系黃龍船山組與侵入體接觸帶內(nèi)(圖3b)，鉆孔揭示礦區(qū)內(nèi)僅有花崗閃長斑巖侵入體，且侵入體與礦體在空間上關(guān)系密切，原石炭系地層大多遭受接觸交代或接觸熱變質(zhì)作用，形成石榴子石矽卡巖或大理巖，蝕變類型主要有矽卡巖化、蛇紋石化、綠泥石化、大理巖化等；礦化類型主要為磁鐵礦化、黃鐵礦化、磁黃鐵礦化、黃銅礦化、白鎢礦化等；礦石類型以塊狀礦石、脈狀-浸染狀礦石為主，礦石礦物為黃銅礦、白鎢礦、黃鐵礦、磁鐵礦等，脈石礦物為石英、石榴子石、方解石等。

圖3 蕎麥山礦區(qū)地質(zhì)簡圖(a)和蕎麥山礦床16線地質(zhì)剖面圖(b)(據(jù)劉曉明和段留安, 2015修改)Fig.3 Sketch geological map (a) and No.16 cross-section geological map (b) of Qiaomaishan deposit (modified after Liu and Duan, 2015)

自侵入體至圍巖存在矽卡巖蝕變分帶，由于16線石炭系地層較薄，分帶不明顯，故選擇鉆孔18+02(鉆孔深度：-107～-337m)自上至下展示矽卡巖分帶(圖4)，頂板為泥盆系五通組石英砂巖，有脈狀浸染狀黃鐵礦化，局部為團塊狀礦化，同時也有少量磁鐵礦化及絹云母化蝕變，石炭系地層多變質(zhì)為大理巖，局部有矽卡巖脈穿插，礦體主要位于石榴子石矽卡巖帶，以塊狀礦石和脈狀礦石為主，黃銅礦黃鐵礦白鎢礦空間上共生，靠近巖體和圍巖接觸帶主要為蛇紋石化矽卡巖，透輝石較少，巖體主要發(fā)生綠泥石化絹云母化蝕變，自圍巖向巖體磁鐵礦含量增多。

圖4 蕎麥山礦床矽卡巖蝕變分帶(a-c)石英砂巖中黃鐵礦細(xì)脈；(d-f)大理巖中石榴子石脈；(g)黃鐵礦黃銅礦白鎢礦礦石；(h)白鎢礦(熒光燈下)；(i)黃鐵礦黃銅礦白鎢礦礦石鏡下照片；(j)石榴子石矽卡巖；(k、l)石榴子石矽卡巖鏡下特征；(m)透輝石矽卡巖；(n)蛇紋石化透輝石矽卡巖；(o)蛇紋石化透輝石矽卡巖鏡下特征；(p)蝕變的花崗閃長斑巖；(q、r)蝕變的花崗閃長斑巖鏡下特征. Atg-蛇紋石；Ccp-黃銅礦；Chl-綠泥石；Di-透輝石；Grt-石榴子石；MarblE-大理巖；Py-黃鐵礦；Qtz-石英；Sch-白鎢礦；Ser-絹云母Fig.4 Skarn alteration zoning of the Qiaomaishan deposit(a-c) pyrite vein in quartz sandstone; (d-f) garnet vein in marble; (g) pyrite chalcopyrite scheelite ore; (h) scheelite (under the fluorescent lamp); (i) microphotograph of ore; (j) garnet skarn; (k, l) microphotographs of garnet skarn; (m) diopside skarn; (n) serpentinized diopside skarn; (o) microphotograph of serpentinized diopside skarn; (p) altered granodiorite porphyry; (q, r) microphotographs of altered granodiorite porphyry. Atg-antigorite; Ccp-chalcopyrite; Chl-chlorite; Di-diopside; Grt-garnet; Py-pyrite; Qtz-quartz; Sch-scheelite; Ser-sericite

2 樣品描述與測試方法

2.1 樣品特征

選取相對遠(yuǎn)離巖體與圍巖接觸帶區(qū)域且受蝕變作用影響較小的巖體樣品作為本次研究的對象，暗色包體樣品選擇長軸大于5cm的暗色包體進行相關(guān)測試以避免寄主巖石對樣品造成污染。

圖5 暗色包體產(chǎn)狀、典型樣品特征及鏡下照片(a、b)巖心中的暗色包體；(c)暗色包體；(d)花崗閃長斑巖中的暗色包體；(e)花崗閃長斑巖；(f、i)暗色包體鏡下特征；(g、j)暗色包體與寄主巖石邊界鏡下照片；(h、k)花崗閃長斑巖鏡下照. Am-角閃石；Pl-斜長石Fig.5 Mafic microgranular enclaves, typically samples and mico photomicrographs(a, b) MMEs in core; (c) typical MMEs sample; (d) MMEs in granodiorite porphyry; (f, i) microphotographs of MMEs; (g, j) microphotographs of the MMEs and host rock boundary; (h, k) microphotographs of granodiorite porphyry. Am-amphibole; Pl-plagioclase

暗色包體(圖5a-c)：在花崗閃長斑巖中暗色包體較為常見，包體與寄主巖石界線截然、并且冷凝邊不發(fā)育(圖5d, g, j)，包體直徑變化較大，從幾厘米至十幾厘米均有，多為渾圓狀或橢球狀。包體顏色為灰黑色，礦物粒徑較細(xì)，為半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)，鏡下鑒定結(jié)果顯示暗色包體均具有巖漿結(jié)構(gòu)，排除其為圍巖捕虜體的可能；另外，暗色包體中的礦物顆粒小，與巖漿早期堆晶體一般具有粗大的礦物顆粒和較好的自形程度特征不一致，因此其為早期堆晶體可能性較低。暗色礦物以角閃石為主，含量較高(～30%)，多為自形柱狀，黃綠色-綠色；淺色礦物以斜長石為主(40%～50%)，粒徑大小不等，正交偏光下為灰白色，環(huán)帶結(jié)構(gòu)不發(fā)育(圖5f, i)。還有少量的石英及鉀長石(約15%)，此外還有少量磁鐵礦、鋯石、磷灰石等副礦物。

花崗閃長斑巖(圖5e)：灰白色，塊狀構(gòu)造；斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為斜長石(1～5mm)、石英(0.8～1.6mm)以及少量的鉀長石(0.8～2.4mm)；主要由斜長石(40%～60%)、石英(15%～25%)、鉀長石(5%～10%)、角閃石(10%～20%)、黑云母(5%)以及磁鐵礦、鋯石、磷灰石等副礦物(～2%)組成；樣品有少量浸染狀或星點狀分布的黃鐵礦化。斜長石自形程度較好，正交偏光下為灰白色，聚片雙晶發(fā)育，斜長石斑晶多具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)；角閃石多為綠色-黃綠色，粒徑較小(圖5h, k)。

2.2 分析測試方法

2.2.1 LA-ICP-MS 鋯石U-Pb同位素定年

鋯石分選、制靶及陰極發(fā)光(CL)照相由廊坊宏信地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限公司完成。LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年測試工作在合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院礦物原位分析實驗室完成。具體過程參見文獻(劉光賢等, 2017)。測試前用酒精和稀硝酸(5%)擦拭樣品表面，使用激光-電感耦合等離子質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)完成測試，采用激光器為GEOLAS，激光剝蝕系統(tǒng)波長193nm，工作參數(shù)為：剝蝕物質(zhì)載He為0.6L/min，激光脈沖頻率7Hz，剝蝕孔徑30μm，剝蝕時間為90s，背景測量時間為25s，脈沖能量密度為10mJ/cm2；測量質(zhì)譜儀為Agilent 7500，工作參數(shù)為：Rf功率1300W，進樣深度5.5mm，等離子氣體Ar 15L/min，輔助氣體Ar 1L/min，補償氣體Ar 0.8～0.9L/min。應(yīng)用NIST 610玻璃作為元素外標(biāo)，鋯石標(biāo)樣91500進行同位素分餾校正，鋯石標(biāo)樣Mud Tank作為同位素監(jiān)控樣，本實驗室測定的鋯石標(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ICPMSDdata Cal9.9軟件完成。普通鉛校正采用的Andersen的方法(Andersen and Griffin, 2004)，采用Isoplot(2.49版)進行年齡計算及諧和圖的繪制(Ludwig, 2001)，實驗過程中誤差為1σ。詳細(xì)方法參見文獻(Liuetal., 2010)。

2.2.2 全巖地球化學(xué)分析

全巖主、微量元素分析在澳實分析檢測(廣州)礦物實驗室完成。其中主量元素使用ME-XRF06X熒光光譜儀進行X-射線熒光光譜法(XRF)測定，氧化物總量分析誤差為1%～3%，大致過程為：稱取0.7g樣品，然后加入適量硼酸高溫熔融呈玻璃片，最后在XRF上用外標(biāo)法測定氧化物含量。微量元素采用四酸消解法電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ME-MS61)法，稀土元素的測定采用熔融法電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ME-MS81)法。

2.2.3 全巖Sr-Nd、鋯石Hf-O同位素分析

全巖Sr-Nd同位素組成分析由中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室完成。樣品的化學(xué)制備同樣采用低本底HNO3+HF混合酸和聚四氟乙烯坩堝加不銹鋼外套的溶樣彈密閉方法溶解，采用AG50X8陽離子交換樹脂和LN-spec(Eichrom公司)特效樹脂分別進行元素Sr和Nd的分離與純化。Sr和Nd同位素比值測量采用Triton Ti (Thermo-Fisher)熱電離質(zhì)譜(TIMS)測量。

鋯石原位Hf-O同位素分析在澳大利亞國立大學(xué)地球科學(xué)中心(RSES)進行。將U-Pb測試后的鋯石靶再次打磨拋光后，標(biāo)注原測試點位點號，O同位素使用高分辨離子探針(型號為SHRIMP Ⅱ)進行測試。詳細(xì)分析方法參考Ickertetal. (2008)。Hf同位素使用螺旋式HELEX剝蝕系統(tǒng)多接收器等離子體質(zhì)譜(LA-MC-ICP-MS)，由美國Coherent Inc.公司生產(chǎn)的COMPex PRO 102 ArF準(zhǔn)分子激光源和美國Agilent公司生產(chǎn)的Agilent 7500a ICP-MS組成。詳細(xì)測試方法參見Egginsetal. (2005)。測試標(biāo)樣選取91500、FC-1、Mud Tank、QGNG和PLE，同位素數(shù)據(jù)使用Iolite程序包軟件離線處理，處理通用流程參見Patonetal. (2011)。

2.2.4 電子探針分析及礦物元素面掃描分析

礦物電子探針(EPMA)分析在合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院電子探針室完成，儀器型號為JEOL JXA-8230。實驗條件為：加速電壓15kV，束斑尺寸3μm，探針電流20nA。所有元素的信號采集時間為15s，背景時間為5s，修正方法ZAF，檢測限優(yōu)于100×10-6。

礦物元素面掃描分析在合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院礦物原位分析實驗室完成。激光剝蝕系統(tǒng)為PhotenMachines Analyte HE(其中激光器為相干公司193nm ArF準(zhǔn)分子激光器)，ICP-MS為Agilent 7900。樣品分析前和結(jié)束后采集約20s背景信號。掃描待測樣品開始和結(jié)束時對外標(biāo)樣品(NIST 610)進行約40s的點剝蝕。樣品測試時激光參數(shù)與標(biāo)樣測試時一致。質(zhì)譜儀參數(shù)設(shè)定如下：單個元素掃描時間為10ms，所有元素測試時間控制在0.5s以內(nèi)。數(shù)據(jù)分析與成圖采用實驗室內(nèi)部設(shè)計軟件LIMS(基于Matlab設(shè)計)完成。整個分析過程中儀器信號漂移、背景扣除等均由軟件自動完成。精確含量校正采用內(nèi)標(biāo)法完成。相關(guān)細(xì)節(jié)及詳細(xì)方法參見汪方躍等(2017)。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb定年結(jié)果

蕎麥山花崗閃長斑巖樣品中鋯石晶型完整，偶見裂紋，以紡錘狀為主，一般長150～250μm，寬50～150μm。鋯石透明度較高，多為無色。暗色包體中鋯石顆粒較花崗閃長巖偏小，一般長100～200μm，寬50～100μm。鋯石透明度相對花崗閃長斑巖較低，多為淺黃色。CL圖像顯示(圖6c, d)，暗色包體和寄主花崗閃長斑巖的鋯石均發(fā)育有很好的振蕩環(huán)帶，為典型的巖漿鋯石。花崗閃長斑巖中鋯石的Th/U比值在0.77～1.35之間(表1)，暗色包體中鋯石的Th/U比值在0.31～2.29之間，均屬于巖漿成因鋯石范圍(Hoskin and Ireland, 2000)。

鋯石U-Pb定年結(jié)果見表1(諧和度低于85%的數(shù)據(jù)點已剔除)。蕎麥山礦床的花崗閃長斑巖(寄主巖石)的定年結(jié)果為139.5±1.2Ma (MSWD=0.3)(圖6a)。暗色包體定年結(jié)果為141.3±1.1Ma (MSWD=0.8)(圖6b)。

3.2 全巖地球化學(xué)分析結(jié)果

蕎麥山礦床的花崗閃長斑巖(寄主巖石)及暗色包體的主、微量元素分析結(jié)果見表2。花崗閃長斑巖(寄主巖石)的SiO2含量在63.52%～66.68%，而暗色包體的SiO2含量在53.33%～57.99%，明顯比寄主巖石更偏基性，在(K2O+Na2O)-SiO2圖解(圖7a)上，包體多落于二長閃長巖區(qū)域內(nèi)，而寄主巖石落于花崗閃長巖區(qū)域內(nèi)。寄主巖石和包體的全堿含量(K2O+Na2O)基本一致(寄主巖石：6.87%～7.50%；包體：6.35%～7.72%)，在K2O-SiO2圖解中(圖7b)，包體與寄主巖石均屬于高鉀鈣堿性系列，但包體的MgO含量及Fe2O3T含量顯著高于寄主巖石。包體及寄主巖石的A/CNK值相差不大(包體：0.66～0.78；寄主巖石：0.78～1.01)，均為準(zhǔn)鋁質(zhì)巖石(圖7c)。在哈克圖解中，主要的氧化物如Al2O3、CaO、Fe2O3T、MgO、MnO、TiO2與SiO2含量均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖8)。

表1宣城蕎麥山礦床花崗閃長斑巖及暗色包體鋯石U-Pb分析結(jié)果

Table 1 Analytical results of zircon U-Pb dating for the granodiorite porphyry and MMEs from Qiaomaishan deposit, Xuancheng ore district

Spot No.UThPb(×10-6)Th/U207Pb/206Pb207Pb/235U206Pb/238UAges (Ma)Ratio1σRatio1σRatio1σ206Pb238U1σ207Pb235U1σ208Pb232Th1σQMS-1: 花崗閃長斑巖-01278.5263.07.90.940.04950.00250.14870.00680.02170.00041382.81416.01375.0-02303.2249.38.30.820.04650.00220.13720.00630.02170.00051393.01315.61335.1-04396.8404.211.61.020.05050.00230.15340.00700.02200.00051403.11456.21354.3-05347.3297.39.40.860.04890.00270.14800.00810.02170.00041382.81407.11345.0-06360.9392.510.61.090.05090.00250.15190.00710.02170.00041392.81446.21384.5-08266.8223.17.30.840.05420.00440.15760.01110.02180.00061393.91499.71508.5-09292.8242.38.40.830.05370.00310.15970.00880.02180.00051393.01507.71535.4-11474.3640.514.21.350.04800.00210.14140.00640.02130.00041362.71345.71344.1-12266.1230.67.40.870.04940.00260.14540.00700.02180.00051393.01386.21334.6-13312.2276.58.60.890.05210.00250.15740.00780.02200.00051403.11486.91455.2-14260.6201.37.30.770.04870.00270.14950.00810.02220.00051413.01427.11525.6-15333.1260.39.40.780.05270.00290.15400.00730.02190.00051403.01456.41435.1-16359.7303.110.20.840.04900.00240.14890.00690.02210.00051412.81416.11434.7-17211.2223.56.21.060.04610.00330.14040.00930.02240.00061433.61338.31385.8-19420.9451.112.21.070.05370.00220.16150.00660.02190.00051402.91525.81384.5-20432.7491.712.41.140.05050.00210.14970.00610.02160.00051383.01425.41374.7-21522.2580.115.01.110.04750.00220.14280.00620.02190.00041402.81365.51404.5-22422.2363.812.20.860.04930.00290.14970.00830.02210.00051412.91427.31626.4-23292.1282.88.20.970.05140.00300.15740.00960.02200.00051403.41488.41557.9-24461.9483.213.01.050.04780.00220.14150.00600.02150.00041372.81345.31344.1-25380.1323.510.70.850.04980.00240.15470.00690.02230.00041422.71466.11434.9-27587.8568.316.70.970.05050.00210.15380.00670.02180.00041392.51455.91364.0-28612.5682.318.31.110.04730.00210.14400.00580.02220.00041412.61375.21434.3QMS-D-1: 暗色包體-03225.0168.06.40.750.05330.00360.16250.01230.02170.05331392.615310.71626.4-05401.6453.020.11.130.05010.00310.16030.00960.02280.05011453.11518.41495.7-06536.4852.817.11.590.05230.00210.16420.00750.02280.05231453.11546.51646.8-07757.51186.625.31.570.04900.00160.15080.00550.02240.04901432.31434.81554.0-08471.6598.615.61.270.04850.00240.14380.00750.02160.04851382.31366.61608.2-09764.41749.474.52.290.04520.00200.13850.00720.02190.04521402.51326.41264.1-10651.51129.951.41.730.05330.00350.16540.01130.02210.05331413.01559.81577.7-11751.71710.927.92.280.05320.00260.17050.01040.02270.05321453.11609.11747.3-13842.91494.628.61.770.05130.00180.15430.00620.02180.05131392.61465.51445.5-14544.41026.617.81.890.05190.00250.15830.00680.02210.05191412.51496.01383.8-15516.1999.918.61.940.05260.00200.16020.00620.02220.05261422.11515.41453.3-16240.3189.06.80.790.04670.00250.14630.00840.02270.04671452.81397.41575.0-17460.1637.614.51.390.05710.00320.17320.00990.02210.05711412.61628.61535.0-18320.8299.69.20.930.05640.00280.17360.00900.02190.05641402.71637.81717.8-19786.01170.225.61.490.05020.00230.15340.01020.02190.05021403.01459.01445.7-20380.7465.511.41.220.05300.00290.15920.00850.02210.05301412.61507.41494.5-21710.8792.238.11.110.05330.00240.16190.00790.02170.05331392.31526.91345.1-22399.4681.914.11.710.04770.00210.14510.00620.02230.04771421.91385.51373.0-23302.5428.69.81.420.05060.00250.15390.00840.02220.05061412.91457.41435.5-24374.4327.010.40.870.05100.00310.15610.01370.02230.05101423.914712.020115.4-25272.8284.913.71.040.04850.00320.15950.00990.02270.04851453.71508.71497.6-26405.0629.029.51.550.05580.00310.17570.00970.02290.05581463.41648.41446.5-28889.9277.420.80.310.04750.00150.14640.00520.02270.04751453.51394.61535.1-29304.0273.08.60.900.05100.00280.14760.00730.02150.05101372.71406.51384.3

圖6 花崗閃長斑巖和暗色包體U-Pb定年結(jié)果和諧和圖(a、b)及典型鋯石CL圖像和U-Pb、Hf-O測試點位(c、d)Fig.6 U-Pb analytical result and concordia diagrams (a, b) and typical zircon cathodoluminescence (CL) images and the spots location of U-Pb, Hf-O analytics (c, d) of MMEs and host rock

圖7 暗色包體與寄主巖石的(K2O+Na2O)-SiO2圖解(a, 底圖據(jù)Middlemost, 1994)、K2O-SiO2圖解(b, 實線據(jù)Peccerillo and Taylor, 1976；虛線據(jù)Middlemost, 1985)及A/NK-A/CNK圖解(c, 據(jù)Maniar and PiccoliI, 1989)Fig.7 (K2O+Na2O) vs. SiO2 (a, base map after Middlemost, 1994), K2O vs. SiO2 (b, full line according to Peccerillo and Taylor, 1976; imaginary line according to Middlemost, 1985) and A/NK vs. A/CNK (c, base map after Maniar and PiccoliI, 1989) diagrams of MMEs and host rock

表2宣城蕎麥山花崗閃長斑巖及暗色包體主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析結(jié)果

Table 2 Analytical results of major (wt%) and trace (×10-6) element compositions of granodiorite porphyry and MMEs from the Qiaomaishan deposit, Xuancheng ore district

Sample No.QMS-1QMS-2QMS-3QMS-4QMS-5QMS-6QMS-D-1QMS-D-2QMS-D-3QMS-D-4QMS-D-5巖性花崗閃長斑巖暗色包體SiO266.1063.5266.6866.3163.5363.7453.3354.6856.0856.3357.99Al2O315.1615.0715.1915.3815.2115.2015.6116.4416.4216.2215.82Fe2O3T4.073.851.471.263.874.128.257.546.856.214.99MgO1.621.641.521.491.781.753.963.753.443.923.94CaO2.813.755.035.264.004.087.106.175.996.506.28Na2O3.914.003.753.854.113.984.314.755.283.793.60K2O3.213.213.623.652.763.023.412.402.072.562.94MnO0.040.040.050.050.040.040.180.150.140.120.13P2O50.190.200.190.180.220.210.390.490.480.320.30TiO20.420.430.420.410.490.480.790.940.900.740.69LOI2.064.371.340.932.983.202.452.112.003.152.70Total97.6395.8298.0397.9596.1496.7497.4597.4297.7596.8296.79A/CNK1.010.900.790.780.900.880.660.760.750.780.77A/NK1.541.511.521.511.571.561.461.591.511.811.75K2O+Na2O7.127.217.377.506.877.007.727.157.356.356.54Rb135.5118.581.988.174.774.5109.057.353.690.381.5Sr702591764770858815827945863854805Y11.59.89.310.49.99.815.914.015.714.314.2Zr158142171129161171152189206150137Nb9.18.69.89.99.39.18.810.710.97.07.8Ba800770900900990940920820720850890La30.132.321.425.430.146.433.631.433.931.127.2Ce54.257.643.249.652.679.063.160.867.858.254.9Pr6.396.805.676.275.988.556.796.557.695.845.71Nd22.823.820.222.721.327.726.726.730.822.822.2Sm4.053.873.453.683.574.075.335.235.834.124.16Eu1.110.970.961.001.071.041.421.501.591.211.19Gd3.112.732.632.872.632.764.374.274.813.383.23Tb0.440.390.370.400.380.390.60.70.70.50.6Dy2.441.972.012.142.001.913.303.263.502.642.70Ho0.510.410.410.430.390.360.640.650.710.550.56Er1.381.141.221.221.131.051.741.621.781.511.58Tm0.220.180.190.190.160.150.260.250.270.230.23Yb1.481.231.211.241.071.031.611.531.681.441.46Lu0.240.200.190.200.180.170.260.240.260.240.23Hf3.73.44.13.43.93.93.44.24.63.73.6Ta0.720.680.840.860.720.700.60.70.70.50.6P750880820760850142016702130214014701330Th11.0510.758.979.409.459.165.945.486.706.537.43U3.02.72.42.82.32.32.31.62.21.91.8

圖8 暗色包體與寄主巖石哈克圖解Fig.8 Haker diagram of MMEs and host rock

包體與寄主巖石有相似的稀土元素配分模式(圖9a)和微量元素特征(圖9b)。暗示包體和寄主巖石有一定的成因聯(lián)系。包體與寄主巖石稀土總量基本一致(包體平均值為133×10-6，寄主巖石為127×10-6)，稀土元素配分模式均為輕稀土富集型的右傾式配分模式，輕重稀土分餾明顯(LREE/HREE：包體為8.85～11.60，寄主巖石為11.7～15.20)。此外，包體與寄主巖石均無明顯的Eu異常(包體δEu=0.9～1.0，寄主巖石δEu=0.9～1.1)。寄主巖石與暗色包體均具有富集大離子親石元素(Rb、Sr、Ba等)、虧損高場強元素(Nb、Ta、Ti等)的特征。

表3宣城蕎麥山花崗閃長斑巖及暗色包體Sr-Nd同位素組成測試結(jié)果

Table 3 Analytical results of Sr-Nd isotopic composition of granodiorite porphyry and MMEs from the Qiaomaishan deposit, Xuancheng ore district

Sample No.RbSr(×10-6)87Rb86Sr87Sr86Sr87Sr86Sr()iSmNd(×10-6)147Sm144Nd143Nd144NdεNd(t)tDMt2DM(Ga)QMS-1135.57020.558370.7075530.7064464.0522.80.107330.512160-7.71.421.56QMS-2118.55910.580030.7074970.7063473.8723.80.098250.512165-7.51.301.54QMS-381.97640.310090.7069860.7063713.4520.20.103200.512157-7.71.371.56QMS-488.17700.330960.7068190.7061633.6822.70.097960.512154-7.71.311.56QMS-574.78580.251830.7065810.7060823.5721.30.101280.512107-8.71.421.64QMS-674.58150.264410.7065840.7060604.0727.70.088780.512112-8.31.271.61QMS-D-1109.08270.381260.7070350.7062695.3326.70.120620.512226-6.71.511.48QMS-D-257.39450.175400.7072340.7068825.2326.70.118360.512092-9.21.691.69QMS-D-353.68630.179660.7071510.7067905.8330.80.114380.512129-8.41.571.62QMS-D-481.58050.292840.7064990.7059114.1622.20.113230.512255-6.01.361.42QMS-D-590.38540.305850.7065540.7059404.1222.80.109190.512237-6.31.331.44

圖9 暗色包體、寄主巖石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分模式圖(a,標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Boynton, 1984)與原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b,標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.9 The chondritE-normalized REE patterns (a, normalization values after Boynton, 1984) and primitive mantlE-normalized trace element spider diagrams (b, normalization values after Sun and McDonough, 1989) of MMEs and host rock

圖10 花崗閃長斑巖中斜長石斑晶電子探針剖面分析(a、b)及對應(yīng)點位斜長石牌號(c、d)Fig.10 The EPMA section analytical of plagioclase in granodiorite porphyry (a, b) and the plagioclase number of corresponding analytical spot (c, d)

3.3 同位素分析結(jié)果

全巖Sr-Nd同位素分析結(jié)果見表3，包體和寄主巖石的(87Sr/86Sr)i值及εNd(t)值均以包體及寄主巖石的加權(quán)平均年齡計算。寄主巖石的(87Sr/86Sr)i值為0.7061～0.7064，包體的(87Sr/86Sr)i值為0.7059～0.7069；εNd(t)值寄主巖石為-8.7～-7.7，包體為-9.2～-6.0。包體的Nd模式年齡和Nd兩階段模式年齡相差不大(tDM=1.33～1.69Ga，均值為1.49Ga；t2DM=1.42～1.69Ga，均值1.53Ga)，寄主巖石的Nd模式年齡和Nd兩階段模式年齡相差稍大(tDM=1.27～1.42Ga，均值1.35Ga；t2DM=1.54～1.64Ga，均值1.58Ga)。

表4宣城蕎麥山花崗閃長斑巖及暗色包體鋯石Hf-O同位素測試結(jié)果

Table 4 Analytical results of zircon Hf-O isotopic of granodiorite porphyry and MMEs from the Qiaomaishan deposit, Xuancheng ore district

Spot No.t(Ma)176Yb/177Hf176Lu/177Hf176Hf/177HfεHf(t)t2DM (Ga)δ18O(‰)±2σQMS-1:花崗閃長斑巖1139.50.026630.0010480.282434-9.01.766.240.0920.04030.001530.282392-10.51.85信號異常30.029420.0011290.282399-10.21.837.070.1540.0360.001380.282393-10.51.85信號異常50.02720.001070.282403-10.11.826.700.1260.03170.0012420.282419-9.51.797.190.1170.02350.0009240.282393-10.41.856.750.1280.0320.001230.282398-10.31.846.800.1490.0260.0010270.282441-8.71.746.470.12100.0270.0010520.282405-10.01.826.730.12110.03230.0012460.282428-9.21.775.620.11120.0270.0010350.282388-10.61.866.230.10130.03150.0012130.2824-10.21.836.020.15140.02090.0008310.282398-10.21.836.640.13150.03990.0014450.282346-12.11.957.180.13160.01930.000740.282423-9.41.786.780.13170.02590.0009580.282351-11.91.947.360.15180.02510.0009830.282408-9.91.816.000.15190.03410.001280.282406-10.01.826.240.12200.02370.0009070.282404-10.01.826.090.11210.028920.0011420.282394-10.41.846.320.12220.024240.0009570.282451-8.41.726.460.11230.023190.0009320.28246-8.11.706.740.09240.02550.001020.282393-10.41.856.510.10250.03040.0011790.282428-9.21.775.870.13260.02550.0010150.28241-9.81.816.010.14270.02680.001030.282438-8.81.756.390.12280.03090.0011810.282414-9.71.806.650.13QMS-D-1:暗色包體1141.30.02520.0009610.282389-10.51.856.380.1220.022360.0009010.282524-5.81.556.930.1130.05970.002180.282477-7.51.676.180.1340.04440.0016250.282486-7.21.647.140.1550.0240.0009310.282459-8.11.706.490.1360.0430.001530.282372-11.21.896.090.0970.0580.00220.282453-8.41.726.650.1980.01340.000530.282411-9.71.807.710.2090.06750.002440.28238-11.01.886.040.12100.02940.0010760.282492-6.91.636.380.09110.03920.0014950.282481-7.31.655.980.13120.02910.001130.282496-6.81.626.580.14130.05770.002060.282479-7.51.666.080.13140.02430.00090.282388-10.61.866.210.11150.05470.0020330.282442-8.81.745.750.11160.03030.001160.282429-9.11.776.310.11170.022840.0008880.282406-9.91.826.580.10180.03280.0012160.282494-6.81.626.210.13190.0870.003020.282424-9.51.796.570.12200.02920.0011550.282472-7.61.675.960.11210.02050.000820.282442-8.61.746.700.13220.02940.001070.282329-12.71.997.500.11

表5宣城蕎麥山花崗閃長斑巖斜長石電子探針分析測試結(jié)果(wt%)

Table 5 Analytical results (wt%) of plagioclase of granodiorite porphyry from the Qiaomaishan deposit, Xuancheng ore district

剖面Spot No.Al2O3CaOK2ONa2OSiO2FeOTotalAn1123.574.610.458.0262.160.1499.0225224.164.730.427.8161.510.1498.8126324.585.370.467.3860.650.0898.6230425.976.730.406.6458.960.1798.8737525.636.430.366.9959.310.1198.8535624.425.130.497.7061.190.1999.1228724.985.640.547.5660.840.1899.8030824.595.600.517.4060.150.1798.4630926.376.790.416.9358.580.1199.19361023.664.340.648.1962.540.1699.56232123.223.770.558.5663.360.1999.7220224.675.110.657.7461.460.2199.8628325.486.280.546.9959.160.1898.6334425.505.950.527.1460.150.2099.5032525.125.930.557.2059.960.1698.9132626.407.110.386.5358.260.1898.8838725.215.770.547.4759.930.1799.1431825.395.740.557.3160.000.2299.2331924.695.350.647.4360.890.2299.23291025.115.840.557.4159.840.1899.03311124.785.490.587.2560.310.2198.72301224.425.090.607.4060.630.1798.38281325.916.560.426.8259.380.1499.30361426.276.870.346.7158.340.2398.82371522.983.640.738.4462.670.1398.60201625.366.320.447.0259.060.1298.41341724.594.990.617.6961.140.2199.25271825.015.430.617.4860.520.2299.29291924.514.950.637.6561.150.1299.01272024.224.880.538.1061.540.2499.5626

圖11 斜長石元素面掃描分析結(jié)果Fig.11 Elements mapping analysis results of plagioclase

圖12 長江中下游成礦帶成巖年齡直方圖數(shù)據(jù)來源：Sun et al., 2003; Li et al., 2008, 2009, 2014; Xie et al., 2008, 2011a, b, 2012; 陳志洪等, 2011; 范裕等, 2011; Zhou et al., 2011; 汪晶等, 2014; 段留安等, 2015; Wang et al., 2015; Liu et al., 2016; 王世偉等, 2018Fig.12 Histogram of the diagenetic ages of the Middle and Lower Yangtze River Metallogenic BeltData sources : Sun et al., 2003; Li et al., 2008, 2009, 2014; Xie et al., 2008, 2011a, b, 2012; Chen et al., 2011; Fan et al., 2011; Zhou et al., 2011; Wang et al., 2014, 2015, 2018; Duan et al., 2015; Liu et al., 2016

鋯石原位Hf-O同位素分析結(jié)果見表4。包體和寄主巖石的εHf(t) 值均以包體及寄主巖石的加權(quán)平均年齡計算。暗色包體的εHf(t)值分布在-12.7～-5.8之間，寄主巖石的εHf(t)值分布在-12.1～-8.1之間。Hf的兩階段模式年齡方面，寄主巖石的稍大于暗色包體(暗色包體1.74Ga，寄主巖石1.81Ga)。包體的δ18O值分布區(qū)間為5.8‰～7.7‰，均值為6.4‰，寄主巖石的為5.6‰～7.4‰，均值為6.5‰，均高于地幔鋯石的O同位素比值(5.3‰±0.3‰, Valleyetal., 1998, 2005)。

3.4 電子探針及礦物元素面掃描分析結(jié)果

蕎麥山花崗閃長斑巖(寄主巖石)中的斜長石斑晶多發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu)，本次研究中挑選了兩顆環(huán)帶結(jié)構(gòu)發(fā)育，未受絹云母化蝕變影響的斜長石斑晶(圖10a, b)利用電子探針對斜長石環(huán)帶進行主量元素分析，分析結(jié)果見表5。利用電子探針分析的數(shù)據(jù)計算了對應(yīng)點位的斜長石牌號(圖10c, d)。

進行元素面掃描的斜長石在顯微鏡下顯示其具有明顯的核幔結(jié)構(gòu)，核部與幔部形態(tài)基本一致，核幔交界部位發(fā)育有絹云母化蝕變帶，核部環(huán)帶結(jié)構(gòu)不發(fā)育，幔部環(huán)帶清晰(圖11a)，元素面掃描結(jié)果可見該斜長石具有一個富Ca、Sr(圖11b, c)的核，富Na、Ba、Si(圖11d-f)及富輕稀土(La、Ce)(圖11g, h)的幔。另外，Al、Fe、K、Rb(圖11i-l)含量核幔差異不明顯。

4 討論

4.1 年代學(xué)格架

根據(jù)近年來長江中下游成礦帶年代學(xué)數(shù)據(jù)(不包括寧鎮(zhèn)礦集區(qū))(Sunetal., 2003; Lietal., 2008, 2009, 2014; Xieetal., 2008, 2011a, b, 2012; 陳志洪等, 2011, 2013; 范裕等, 2011; Zhouetal., 2011; 汪晶等, 2014; 段留安等, 2015; Wangetal., 2015; Liuetal., 2016; 王世偉等, 2018)繪制成長江中下游成礦帶成巖年齡分布圖(圖12)，長江中下游成礦帶成巖作用在時空上表現(xiàn)出明顯的分區(qū)性和分帶性(周濤發(fā)等, 2017)。斷隆區(qū)(如銅陵礦集區(qū)、九瑞礦集區(qū)等)的成巖時代在146～135Ma之間，以銅金成礦為主；斷凹區(qū)(火山巖盆地，如廬樅盆地、寧蕪盆地等)的成巖時代為135～126Ma，成礦作用以鐵為主；以及與鈾、金礦化有關(guān)的A型花崗巖集中形成于126～123Ma(范裕等, 2008; 周濤發(fā)等, 2008, 2010)。蕎麥山礦床成礦花崗閃長斑巖形成于139.6Ma，屬于早白堊世巖漿活動，巖體形成年代與銅陵礦集區(qū)(145～135Ma; 謝建成, 2008)等斷隆區(qū)巖漿活動時間一致，屬于長江中下游成礦帶第一階段巖漿活動。

4.2 巖石成因

4.2.1 巖漿源區(qū)

圖13 暗色包體與寄主巖石(87Sr/86Sr)i-εNd(t)圖解揚子上、下地殼引自陳江峰等, 1993; 邢鳳鳴和徐祥, 1996; 王強等, 2003；寧蕪早白堊世火山巖數(shù)據(jù)引自王元龍等, 2001; 史磊, 2013; Chen et al., 2007；銅陵礦集區(qū)侵入巖數(shù)據(jù)引自謝建成, 2008Fig.13 The (87Sr/86Sr)i vs. εNd(t) diagram of MMEs and host rockThe data of upper and lower Yangtze crust was quoted from Chen et al., 1993; Xing and Xu, 1996; Wang et al., 2003; the data of Ningwu basin Early Cretaceous volcanic rocks was quoted from Wang et al., 2001; Shi, 2013; Chen et al., 2007; the data of Tongling ore district intrusive rocks was quoted from Xie, 2008

在(87Sr/86Sr)i-εNd(t)圖解(圖13)上，花崗閃長斑巖(寄主巖石)及暗色包體與揚子上、下地殼的Sr-Nd同位素組成差異顯著，說明蕎麥山花崗閃長斑巖不太可能由上地殼或下地殼直接熔融形成。寄主花崗閃長斑巖的(87Sr/86Sr)i值和εNd(t)值整體比較均一，且與銅陵礦集區(qū)中酸性侵入巖分布區(qū)較為一致。處于斷隆區(qū)的銅陵礦集區(qū)在地理位置上與宣城礦集區(qū)相近(圖1b)，且前人已有的研究(謝建成, 2008; 謝建成等, 2012; 徐曉春等, 2012; Guoetal., 2013)表明：底侵的玄武質(zhì)巖漿(來自富集巖石圈地幔)和來自下地殼的巖漿發(fā)生混合是銅陵礦集區(qū)中酸性侵入巖漿形成的主要方式。宣城蕎麥山礦床成礦巖體形成時代與銅陵礦集區(qū)巖漿活動時間吻合，因此銅陵礦集區(qū)與宣城礦集區(qū)在～140Ma應(yīng)該處于相同的大地構(gòu)造背景下，故蕎麥山花崗閃長斑巖巖漿源區(qū)與銅陵礦集區(qū)類似，同樣也主要起源于富集巖石圈地幔。但蕎麥山花崗閃長斑巖更大的εNd(t)值暗示蕎麥山花崗閃長斑巖的源區(qū)殼源組分更少。暗色包體的數(shù)據(jù)相對寄主巖石和銅陵礦集區(qū)侵入巖的εNd(t)值更大指示其主要來自于富集巖石圈地幔的部分熔融形成。同時暗色包體的數(shù)據(jù)點與寧蕪礦集區(qū)早白堊世火山巖分布區(qū)范圍一致，而寧蕪盆地位于宣城礦集區(qū)以北(圖1b)，已有研究(王元龍等, 2001; 劉洪等, 2002; Wangetal., 2006; Yanetal., 2008, 2009; Yuetal., 2008; 范裕等, 2010; 侯可軍和袁順達, 2010; Chenetal., 2013; 孫維安等, 2017; Liuetal., 2018b)表明寧蕪地區(qū)早白堊世火山巖(～130Ma)主要起源于富集巖石圈地幔且受地殼混染影響較小。與暗色包體主要來源于富集巖石圈地幔的結(jié)論一致。有兩個暗色包體的數(shù)據(jù)點εNd(t)值更小、(87Sr/86Sr)i=0.7050～0.7064、tDM偏大可能是由于暗色包體所代表的地幔端元巖漿同化混染了部分下地殼古老物質(zhì)所致。

由于鋯石具有較高的封閉溫度，所以其同位素體系相對較穩(wěn)定，其原始同位素比值在后期的巖漿、變質(zhì)等作用下不易被改變(Griffinetal., 2002)，因此鋯石的同位素特征可作為指示巖漿起源、揭示巖漿演化過程的有利證據(jù) (吳福元等, 2007)。地幔的高溫環(huán)境使得幔源巖漿和與其平衡的鋯石具有相對均一的氧同位素組成(δ18O=5.3‰±0.3‰)，并且結(jié)晶分異作用很難改變這種同位素特征(Valleyetal., 2005)。因此目前限定地幔和地殼等端元組份性質(zhì)的主要方法即為鋯石原位Hf-O同位素示蹤(Kempetal., 2007; Bolharetal., 2008; Wangetal., 2016)。

有學(xué)者報道寧蕪礦集區(qū)早白堊世火山巖的εHf(t)值為-6.9～-0.7(王元龍等, 2001; 劉洪等, 2002; Wangetal., 2006; Yanetal., 2008; 侯可軍和袁順達, 2010; 孫維安等, 2017)。宣城蕎麥山寄主花崗閃長斑巖的εHf(t)=-12.1～-8.1，暗色包體的εHf(t)=-12.7～-5.8。蕎麥山暗色包體的εHf(t)值與寧蕪礦集區(qū)早白堊世火山巖的εHf(t)值分布區(qū)有部分重疊(圖14a)，這說明暗色包體可能起源于富集巖石圈地幔，而較寬的分布區(qū)間可能指示其受到殼源古老物質(zhì)的混染。寄主巖石的εHf(t)值相對于包體遠(yuǎn)離寧蕪礦集區(qū)早白堊世火山巖區(qū)域(圖14a)，但總體上較為一致可能指示著其主要起源于富集巖石圈地幔。寄主花崗閃長斑巖和包體的εHf(t)值均遠(yuǎn)離2.55Ga大陸下地殼巖石的εHf(t)值分布區(qū)(Vervoortetal., 1996)，這意味著巖漿源區(qū)主要以富集巖石圈地幔為主，但是有部分古老地殼物質(zhì)組分的參與。O同位素方面，寄主花崗閃長斑巖和暗色包體的δ18O值分布區(qū)間大致相同(圖14b)，均較為靠近與地幔平衡的鋯石的δ18O值，指示源區(qū)以幔源成分為主，但是其與地幔值的差異，暗示有殼源物質(zhì)的參與。

圖14 暗色包體與寄主巖石εHf(t)分布圖(a)和δ18O值分布圖(b)(a)寧蕪地區(qū)早白堊世火山巖數(shù)據(jù)引自王元龍等, 2001; 劉洪等, 2002; Wang et al., 2006; Yan et al., 2008; 侯可軍和袁順達, 2010; 孫維安等, 2017; 2.25Ga大陸下地殼巖石數(shù)據(jù)引自Vervoort et al., 1996; (b)地幔值范圍引自Valley et al., 1998, 2005Fig.14 εHf(t) values frequency spectrum (a) and δ18O frequency spectrum (b) of MMEs and host rock(a) the data of Ningwu basin Early Cretaceous volcanic rocks was quoted from Wang et al., 2001; Liu et al., 2002; Wang et al., 2006; Yan et al., 2008; Hou and Yuanet al., 2010; Sun et al., 2017; the data of 2.25Ga lower crust rocks was quoted from Vervoort et al., 1996; (b) the data of mantle zircon δ18O range was quoted from Valley et al., 1998, 2005

圖15 暗色包體與寄主巖石εNd(t)-SiO2圖解(a)及εHf(t)值分布對比圖(b)Fig.15 εNd(t) vs. SiO2 diagram (a) and εHf(t) frequency spectrum (b) of MMEs and host rock

4.2.2 暗色包體成因

前文已述，暗示包體主要有源區(qū)殘留體、圍巖捕擄體、同源巖漿早階段的析離體以及巖漿混合成因四種觀點。

圖16 構(gòu)造背景判別圖解(底圖據(jù)Pearce et al., 1984)WPG-板內(nèi)花崗巖；Syn-COLG-同碰撞花崗巖；VGA-火山弧花崗巖；ORG-洋脊花崗巖Fig.16 Tectonic setting discrimination diagrams (base map after Pearce et al., 1984)WPG-Within Plate Granites; Syn-COLG-Syn-collision Granites; VGA-Volcanic Arc Granites; ORG-Ocean Ridge Granites

蕎麥山暗色包體的年齡(141.3±1.1Ma)與寄主花崗閃長斑巖的年齡(139.5±1.2Ma)在誤差范圍內(nèi)完全一致，且在暗色包體中沒有發(fā)現(xiàn)繼承鋯石，另外暗色包體具有典型的巖漿結(jié)構(gòu)，說明蕎麥山暗色包體不可能是源巖殘留體或圍巖捕擄體成因。寄主巖石與暗色包體在微量元素(圖9)及Sr同位素方面無明顯差異，這可能是由于其為同源巖漿演化或巖漿混合過程中微量元素和Sr同位素均勻化所導(dǎo)致的。因為在巖漿混合的過程中微量元素、Sr同位素等可以在原結(jié)構(gòu)上直接交換，均勻化的過程比主量元素更易進行(Troll and Schmincke, 2002)。在εNd(t)值方面，暗色包體及寄主巖石之間的趨勢可能為巖漿混合作用所致也可能為同化混染所致(圖15a)。此外由于鋯石在巖漿體系中較早結(jié)晶，使得混合端元巖漿的Hf同位素特征得以保留，故可以通過鋯石的原位Hf同位素反應(yīng)巖漿體系演化過程(吳福元等, 2007; Chenetal., 2009)。蕎麥山暗色包體與寄主巖石的εHf(t)值(圖15b)總體比較一致，但是包體的εHf(t)值分布范圍明顯大于寄主巖石，這么大的同位素變化顯然不能由單一源區(qū)巖漿在封閉體系中結(jié)晶分異所致，指示可能存在兩種不同來源巖漿的混合。除利用同位素進行巖漿演化過程的鑒別外，斜長石的環(huán)帶特征記錄了其結(jié)晶時巖漿演化的特征，是鑒別巖漿演化機制的重要依據(jù)(Tsuchiyama, 1985; 謝磊等, 2004)。蕎麥山花崗閃長斑巖(寄主巖石)中的斜長石斑晶多具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖10a, b)，對環(huán)帶結(jié)構(gòu)進行電子探針測試，并計算相應(yīng)點位的斜長石牌號(An值)，剖面位置及牌號如圖10所示。結(jié)果顯示兩顆斜長石均具有不平衡結(jié)構(gòu)，這種不平衡結(jié)構(gòu)是單一源區(qū)巖漿在封閉體系下演化無法形成的，可能指示著不同源區(qū)的巖漿發(fā)生混合作用導(dǎo)致體系的成分突變。斜長石元素面掃描的結(jié)果同樣支持巖漿混合的成因，進行面掃描的斜長石核幔具有不同的性質(zhì)，其具有富Ca的核和富Na的幔(圖11b, d)，我們選擇了一個剖面(圖11n)并計算其對應(yīng)的斜長石牌號分布(圖11o)，發(fā)現(xiàn)斜長石核部和幔部的牌號是突變的，正常的巖漿演化不會造成牌號的突變，因此我們認(rèn)為該斜長石的核部是兩種巖漿中偏基性的巖漿晶出的斜長石，與偏酸性巖漿混合過程中發(fā)生了晶體交換而形成的捕擄晶，幔部為混合后的巖漿圍繞早期的捕擄晶繼續(xù)生長，在幔部生長過程中兩個端元的巖漿繼續(xù)發(fā)生化學(xué)成分交換，導(dǎo)致了幔部同樣出現(xiàn)了不平衡結(jié)構(gòu)。沿核幔邊界的K、Rb元素異常可能是由捕擄晶被捕獲后形成的絹云母溶蝕帶所致。

4.2.3 巖石成因機制

在侏羅世晚期(165～145Ma)，古太平洋板塊開始向亞洲板塊俯沖，導(dǎo)致了中國東部受擠壓整體抬升形成高原，由于地殼抬升導(dǎo)致了侏羅世沉積缺失，巖石圈增厚(董樹文等, 1993; 張旗等, 2001)。謝建成等(2008)討論了銅陵地區(qū)侵入巖源區(qū)的富集過程，認(rèn)為其源區(qū)受到俯沖板片的脫水作用產(chǎn)生的流體或熔體的交代富集作用。這種富集地幔來源的玄武質(zhì)巖漿發(fā)生底侵作用，幔源巖漿與下地殼源巖漿混合，混合后的母巖漿發(fā)生分異作用最終形成銅陵礦集區(qū)燕山晚期中酸性侵入巖(徐曉春等, 2012)。銅陵礦集區(qū)侵入巖常與中基性巖體伴生并發(fā)育中基性暗色包體(杜楊松和李學(xué)軍, 1997; 杜楊松和李鉉具, 2004; 杜楊松等, 2004)，侵入巖發(fā)育巖漿混合結(jié)構(gòu)(Wuetal., 2000; 狄永軍等, 2005)等特征也都記錄了銅陵礦集區(qū)燕山晚期侵入巖形成與巖漿混合作用的密切關(guān)系。宣城蕎麥山礦床侵入巖成巖時代與銅陵礦集區(qū)巖漿活動時代一致且地理位置鄰近，此外蕎麥山花崗閃長斑巖及暗色包體均具有與銅陵礦集區(qū)中酸性侵入巖類似的LREE富集、HREE虧損、輕重稀土強烈分餾、富集大離子親石元素、虧損Nb、Ta、Ti等地球化學(xué)特征(圖9a, b)，這些特征指示了蕎麥山花崗閃長斑巖成巖過程可能與銅陵礦集區(qū)侵入巖形成過程類似。

深地震反射剖面揭示出安徽沿江地區(qū)的下地殼普遍存在似層狀強反射層，該反射層被認(rèn)為是由基性或超基性巖漿底侵所引起(呂慶田等, 2005)。在構(gòu)造背景判別圖解上，均落于火山弧構(gòu)造背景區(qū)域內(nèi)(圖16a, b)，顯示了蕎麥山礦床侵入巖形成與俯沖作用的親緣關(guān)系。麥山暗色包體的εNd(t)值及εHf(t)值均與富集地幔的區(qū)間有重疊的部分，這意味著暗色包體所代表的端元可能為富集地幔來源的基性巖漿端元。而其個別樣品的εNd(t)值和εHf(t)值更偏向殼源物質(zhì)，可能指示在底侵作用的過程中同化了部分殼源古老物質(zhì)，但其并非大規(guī)模的同化混染，所以部分樣品保留了幔源的特征。這種加入了部分古老物質(zhì)的基性巖漿注入到殼源酸性巖漿房中，形成了暗色包體，同時包體巖漿與寄主巖漿透過接觸邊界發(fā)生了化學(xué)交換以及機械交換(晶體)，導(dǎo)致了寄主巖石中出現(xiàn)代表暗色包體的捕擄晶以及暗色包體和寄主巖石的Sr同位素平衡。因此蕎麥山花崗閃長斑巖為受古太平洋板塊俯沖脫水作用交代形成的富集地幔部分熔融形成的玄武質(zhì)巖漿發(fā)生底侵作用并同化混染了部分古老物質(zhì)，底墊的巖漿烘烤下地殼促使其形成了少量殼源巖漿，隨后底侵的幔源巖漿注入殼源巖漿中形成中酸性混合巖漿并有部分基性巖漿團塊形成暗色包體，最后混合的巖漿上升侵位至地殼淺部形成礦區(qū)侵入體。

4.3 成礦意義

巖漿混合作用是殼幔相互作用的主要表現(xiàn)形式，有研究表明巖漿底侵-混合作用有利于多數(shù)金屬礦床的成礦作用(曲曉明和王鶴年, 1997; 李昌年, 2002; Zhongetal., 2004)。國內(nèi)外多個礦床均報道了巖漿混合作用的存在(Anita and Vitaly, 2010; 王玉往等, 2008; 曹殿華等, 2009; 龍靈利等, 2010; Yangetal., 2017)。由于在巖漿演化過程中，從基性巖漿到酸性巖漿的過程中，金屬元素(如：Cu、Au等)會發(fā)生丟失，導(dǎo)致以酸性巖為主的地殼中Cu、Au的豐度較低(Sunetal., 2004)，因此Cu主要來源于地幔或新生地殼，但蕎麥山礦床侵入巖εHf(t)值為負(fù)，可以排除新生地殼重熔形成。在地幔熔融的過程中，Cu等金屬元素趨向集中在硫化物熔體中，而在地幔熔融源區(qū)處于高氧化態(tài)時，由于硫化物被氧化，會導(dǎo)致S元素進入硅酸鹽熔體中。與俯沖交代有關(guān)的巖漿巖往往具有富水和高氧逸度的特征(Ballardetal., 2002; Liangetal., 2006; Kelley and Cottrell, 2009; Sillitoe, 2010; Sun, 2015)。俯沖板片攜帶大量的富Fe3+的陸源碎屑沉積物，俯沖洋殼也因為海水蝕變而使氧逸度升高，這些都可能使得受到俯沖板片產(chǎn)生的流體或熔體交代的地幔楔氧逸度增高。這種交代地幔源區(qū)部分熔融形成的富金屬元素和硫的高溫、高氧逸度、富水的巖漿發(fā)生底侵作用，有利于下地殼巖石發(fā)生部分熔融形成殼源巖漿，混合作用的發(fā)生增加了混合巖漿的揮發(fā)份含量，抑制了熔體中含Cu硫化物的分離，混合過程中會釋放SO2并伴隨著親銅元素遷移，造成銅的富集(劉成東等, 2002; 彭惠娟, 2011)，有利于礦床的形成。長江中下游成礦帶銅陵礦集區(qū)中也有大量研究證明礦床形成與殼幔巖漿混合作用有關(guān)(Guoetal., 2013; 張志輝等, 2013; Wangetal., 2015; Liuetal., 2016)，這與蕎麥山礦床成礦巖體起源于富集地幔并發(fā)生了殼幔巖漿混合作用結(jié)論一致，也說明了宣城礦集區(qū)～140Ma的巖漿活動與銅陵礦集區(qū)具有一致性。

宣城礦集區(qū)蕎麥山礦床除以Cu為主外也伴生有較多的W礦(劉曉明和段留安, 2015)。Cu主要來源于地幔源區(qū)(Sunetal., 2004)，W在地幔和地殼中的豐度分別為0.13×10-6和1.1×10-6(劉英俊和馬東升, 1987)，指示鎢主要來源于地殼(Zhangetal., 2014)。劉學(xué)龍等(2017)的研究證明Cu-W共生的礦床可以是兩期巖漿活動導(dǎo)致的不同成礦作用疊加的結(jié)果。但是蕎麥山礦區(qū)內(nèi)未見其它期次巖漿活動，排除了多期成礦作用疊加的可能。除多期成礦作用疊加外，也有研究表明Cu-W共生礦床形成多受成礦巖體的巖漿源區(qū)控制，且其成礦巖體源區(qū)多為殼幔混合源區(qū)(毛志昊, 2016; 劉經(jīng)緯等, 2017; 陳偉等, 2018; 孔志崗等, 2018; 張贊贊等, 2018)。殼?；旌献饔玫姆绞娇梢詾獒Ｔ磶r漿同化混染殼源物質(zhì)或者幔源巖漿與殼源巖漿混合，前文已述，蕎麥山暗色包體的同化混染作用不顯著，主要以幔源巖漿與殼源巖漿的混合作用為主，幔源巖漿為成礦提供了成礦金屬元素銅，而殼源巖漿則提供了成礦金屬元素鎢。

5 結(jié)論

(1)宣城礦集區(qū)蕎麥山礦床成礦巖體花崗閃長斑巖形成時代為139.5±1.2Ma，暗色包體形成時代為141.3±1.1Ma；與銅陵礦集區(qū)等斷隆區(qū)巖漿活動時間一致，是長江中下游成礦帶第一階段巖漿活動產(chǎn)物。

(2)蕎麥山礦床侵入巖形成過程與銅陵礦集區(qū)同時代中酸性侵入巖形成機制類似，是由受古太平洋板塊俯沖相關(guān)作用形成的富集地幔起源的巖漿與殼源巖漿混合形成的母巖漿上升侵位形成。

(3)蕎麥山礦床成礦巖體形成過程中的不同源區(qū)的巖漿混合使來自不同源區(qū)的成礦物質(zhì)同時在母巖漿中富集，并最終形成銅鎢共生的矽卡巖礦床；巖漿混合作用可能是導(dǎo)致銅鎢共生礦床形成的成因之一。

致謝本文在野外工作和樣品測試過程中得到了華東冶金地質(zhì)勘查局綜合地質(zhì)大隊、宣城華通礦業(yè)有限公司、澳大利亞國立大學(xué)地球科學(xué)中心(RSES)、合肥工業(yè)大學(xué)礦物原位分析實驗室汪方躍副教授等的大力支持，在此表示感謝。同時感謝審稿人對本文提出的寶貴意見。

謹(jǐn)以此文敬賀岳書倉教授八十八華誕！