安徽黃梅尖地區(qū)基性巖脈K-Ar年代學、地球化學特征及地質意義

楊 彪,王正其,肖金根,曹達旺

(1.安徽省核工業(yè)勘查技術總院,蕪湖 241000;2.東華理工大學,南昌 330013)

代表大陸拉張裂解的基性巖脈包含豐富的幔源信息,可作為衡量重要構造轉換時間的標尺[1],對于研究深部地幔性質和大陸動力學演化具有重要意義,是國內外學者研究的熱點[2],眾多學者對基性巖脈的年代學、地球化學特征及其與鈾成礦的關系進行了研究[3-8]。安徽黃梅尖地區(qū)中生代巖漿活動頻繁,基性巖脈出露較少,前人主要對黃梅尖巖體及鄰區(qū)火山巖的地質背景、巖石成因、時代和鈾成礦規(guī)律進行了研究[9-19]。輝長巖和玄武巖地球化學特征及同位素年代學研究表明,其原始巖漿來源于富集的巖石圈地幔,成巖年齡為115～125 Ma[20-22]。目前,對該區(qū)輝綠玢巖的研究相對較少。

本文以黃梅尖巖體內的輝綠玢巖為研究對象,在野外地質調查和室內綜合研究的基礎上,對輝綠玢巖進行K-Ar年代學、地球化學及Sr-Nd同位素特征研究,探討黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖的形成時代、巖石成因和構造演化特征,為進一步探討該區(qū)鈾礦成礦作用提供參考。

1 地質背景

黃梅尖地區(qū)位于廬樅盆地東南緣,揚子板塊北緣,西臨郯廬深大斷裂,東臨長江斷裂。區(qū)內出露的地層主要有早侏羅世磨山組(J1m)、中侏羅世羅嶺組(J2l)陸相碎屑沉積巖和早白堊世龍門院組(K1l)、磚橋組(K1z)火山巖(圖1)。黃梅尖堿性巖體是廬樅盆地出露面積最大的巖體,形成于火山巖之后,巖體與火山巖系及沉積地層呈侵入接觸關系,是由2個階段4次侵入活動形成的復式巖體。第一階段為主侵入階段,形成了黑云母正長巖和石英正長巖,石英正長巖是第二次侵入活動的產(chǎn)物,為黃梅尖巖體的主體巖性;第二階段為補充侵入階段,形成細粒似斑狀石英正長巖和花崗巖。區(qū)內脈巖發(fā)育,主要有花崗巖脈、正長巖脈、正長斑巖脈、閃長斑巖脈和輝綠玢巖脈。區(qū)內以NW向斷裂為主,其次有EW向、SN向和NE向斷裂(圖1),這些斷裂為晚期巖漿和成礦熱液活動提供了有利通道,與黃梅尖地區(qū)鈾成礦密切相關。

1.第四系;2.磚橋組;3.龍門院組;4.羅嶺組;5.磨山組;6.燕山晚期第二階段第二次侵入花崗巖;7. 燕山晚期第二階段第二次侵入正長斑巖;8. 燕山晚期第二階段第一次侵入細粒似斑狀石英正長巖;9. 燕山晚期第一階段第二次侵入石英正長巖;10. 燕山晚期第一階段第一次侵入黑云母正長巖;11.輝石粗安玢巖;12.隱爆角礫巖;13.花崗巖脈;14.正長巖脈;15.石英正長巖脈;16.正長斑巖脈;17.閃長玢巖脈;18.輝綠玢巖脈;19.斷裂;20.鈾礦床;21.鈾礦點;22.采樣位置圖1 安徽黃梅尖地區(qū)地質略圖[13]Fig. 1 Geological sketch map of the Huangmeijian area, Anhui Province[13]

2 巖石學特征

本次研究的輝綠玢巖主要分布在黃梅尖巖體西嶺庵一帶(圖1),脈巖走向呈NE向、NW向或NWW向。脈巖最長達1 200 m,寬50 m,走向呈北東25°方向,與NW向或NWW向脈巖在西南端不相交,單獨分布。巖石新鮮面呈灰黑色,斑狀結構、輝綠結構,塊狀構造。斑晶含量占30%～40%,主要由輝石和少量斜長石組成,偶見黑云母,晶形較完好,輝石包括單斜輝石和斜方輝石;基質為全晶質結構,含量占60%～70%,以斜長石、輝石為主,偶見黑云母,此外含有黃鐵礦等不透明礦物。巖脈蝕變較弱,偶見弱碳酸鹽巖化、綠泥石化。

3 測試方法

對黃梅尖巖體西嶺庵地表最長的輝綠玢巖露頭進行采樣,具體位置如圖1所示。共采集同位素年代學樣品2個、巖石地球化學樣品5個、Sr-Nd同位素樣品3個。K-Ar法年齡測試工作在中國石油勘探開發(fā)研究院石油地質實驗研究中心完成,采用MM 5 400靜態(tài)真空質譜計測定。樣品在1 500 ℃左右熔化的同時,加入準確定量的38Ar稀釋劑,測定混合稀釋劑后的同位素比值(40Ar/38Ar)m和(38Ar/36Ar)m,求出樣品的放射性成因40Ar,再根據(jù)樣品的K含量計算年齡,分析結果見表1。主量元素、微量元素和Sr-Nd同位素分析在核工業(yè)北京地質研究院分析測試中心完成,其中主量元素采用X射線熒光光譜法測定,儀器型號為飛利浦PW2404 X射線熒光光譜儀;微量元素分析采用電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)法測定,電感耦合等離子體質譜儀為Finnigan-MAT公司產(chǎn)Element XR型;Sr-Nd同位素測試儀器型號為PHOENIX,儀器編號為9444,Sr、Nd比值誤差以2σ計。

4 測試結果

4.1 K-Ar年代學特征

黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖K-Ar法年齡測試結果見表1。2個樣品獲得的成巖年齡值分別為107.2±1.6 Ma和106.1±1.6 Ma,二者在誤差范圍內完全一致。黃梅尖巖體主體巖石(石英正長巖)的形成年齡為125.4±1.7 Ma[16],補體巖石的形成年齡為～115 Ma[9],火山巖形成年齡為135～127 Ma,均形成于早白堊世[19]。據(jù)此推斷,輝綠玢巖可能是黃梅尖地區(qū)最晚一次巖漿作用的產(chǎn)物。

表1 黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖K-Ar法年齡測試結果

測試單位:中國石油勘探開發(fā)研究院石油地質研究中心

4.2 地球化學特征

4.2.1 主量元素

黃梅尖巖體輝綠玢巖主量元素含量及特征參數(shù)見表2。輝綠玢巖SiO2含量為55.20%～67.57%;Na2O+K2O為6.41%～11.24%,K2O/Na2O為1.01～2.75;Al2O3含量為10.78%～18.26%,平均值為15.13%;TiO2含量為0.43%～1.36%,MgO含量為0.16%～2.59%,具有富K、低Ti的特征。固結指數(shù)(SI)為1.11～11.03,鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.647～1.031,屬于準鋁質-弱過鋁質巖石。

在K2O-SiO2圖解(圖2(a))上,所有樣品投影點均落在鉀玄巖系列范圍內;在Harker圖解(圖2(b))上,輝綠玢巖SiO2含量與MgO、TiO2、P2O5含量呈負相關,與K2O含量呈正相關,反映了在巖漿演化過程中可能發(fā)生一定程度的單斜輝石、鈦鐵氧化物和磷灰石分離結晶作用。

表2 黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖主量元素含量及特征參數(shù)

測試單位:核工業(yè)北京地質研究院分析測試中心

圖2 輝綠玢巖K2O-SiO2(a)和Harker(b)圖解[23]Fig. 2 K2O-SiO2 (a) and Harker (b) diagrams of the diabase porphyrites[23]

4.2.2 微量元素

黃梅尖巖體輝綠玢巖微量元素含量及特征參數(shù)見表3。在原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖3)上,各樣品具有相似的曲線特征。曲線“峰谷”明顯,總體呈左側“M型”,經(jīng)明顯Pb峰值后,右側具有右傾趨勢,尾端漸趨平緩,總體表現(xiàn)為大離子親石元素K、Rb、U、Pb富集,Ba、Th弱虧損。Pb、U強烈富集,可能與黃梅尖地區(qū)普遍存在鈾礦化和鉛鋅礦化有關[13]。高強場元素Nb、P、Ta、Ti虧損,其中P、Ti虧損明顯,Zr、Hf弱虧損。P虧損反映源區(qū)可能缺少磷灰石或熔融程度較低,Ti虧損可能與金紅石、鈦鐵礦分離結晶有關,Ta、Nb呈明顯“U”型槽,暗示巖漿演化過程中可能存在地殼物質的參與或地幔源區(qū)可能是受俯沖流體交代的富集型地幔。

表3 黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖微量元素、稀土元素含量及特征參數(shù)

測試單位:核工業(yè)北京地質研究院分析測試中心

圖3 輝綠玢巖原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖[24]Fig. 3 Primitive mantle-normalized trace elements spidergram of the diabase porphyrites[24]

4.2.3 稀土元素

圖4 輝綠玢巖球粒隕石標準化稀土元素配分曲線圖[24]Fig. 4 Chondrite-normalized REE distribution patterns of the diabase porphyrites[24]

黃梅尖巖體輝綠玢巖稀土元素含量及特征參數(shù)見表3。輝綠玢巖稀土元素總量ΣREE為(309.81～337.72)×10-6,平均值為325.78×10-6。輕稀土元素含量為(283.19～308.55)×10-6,平均值為297.77×10-6;重稀土元素含量為(26.62～29.17)×10-6,平均值為28.02×10-6。LREE/HREE為10.54～10.71,平均值為10.63,LaN/YbN平均值為14.01,說明輕、重稀土元素分離較明顯,屬輕稀土富集型。在球粒隕石標準化稀土元素配分曲線圖(圖4)上,各樣品曲線一致并重疊,為輕稀土富集型,反映巖漿形成過程中部分熔融程度較低或巖漿分離結晶程度較高。δEu為0.91～0.98,平均值為0.94,未見明顯Eu異常,反映巖漿演化作用過程中斜長石的分離結晶作用不明顯。

4.3 Sr-Nd同位素地球化學

黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖Rb-Sr、Sm-Nd同位素測試結果及基于輝綠玢巖成巖年齡(～107 Ma)的Isr、ΔSr、(143Nd/144Nd)i和εNd(t)計算結果見表4。3個輝綠玢巖的Isr值為0.705 75～0.705 88,平均值為0.705 79,大于虧損地幔(DM)值(Isr值一般為0.702 0～0.702 4)和高μ值地幔端元(HIMU)(Isr值一般為0.702 6～0.703 0),小于富集地幔(EMII)的Isr值(通常>0.710),與富集地幔(EMI)的Isr值(一般為0.704 5～0.706 0)接近[25],暗示與輝綠玢巖對應的巖石圈地幔源區(qū)具有富集地幔(EMI)特征。Dupal同位素異常是判斷地幔端元及富集地幔的主要特征之一,ΔSr>50是判別Dupal同位素異常的重要邊界條件之一[25-26]。輝綠玢巖ΔSr為57.46～58.80(表4),均>50, 進一步證明輝綠玢巖來自富集地幔源區(qū)。

輝綠玢巖(143Nd/144Nd)i為0.512 124～0.512 188,平均值為0.512 157,小于虧損地幔(DM)值((143Nd/144Nd)i為0.513 1～0.513 3)和高μ地幔(HIMU)值((143Nd/144Nd)i為0.512 8),具有與富集地幔(EMI或EMII)((143Nd/144Nd)i為0.512 4～0.511 0)相似的Nd同位素特征[25],說明輝綠玢巖源區(qū)及其成因可能與富集地幔相關。輝綠玢巖εNd(t)值為-6.1～-7.3,平均值為-6.7,與洋中脊玄武巖的εNd(t)值(10±1.5)存在顯著差別,說明輝綠玢巖源自富集地幔源區(qū)。

表4 黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖Rb-Sr、Sm-Nd同位素測試結果

測試單位:核工業(yè)北京地質研究院分析測試中心。分析誤差以2σ計，ΔSr=[(87Sr/86Sr)樣品-0.7]×104。

4 討 論

4.1 巖石成因

黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖富集大離子親石元素K、Rb、U、Pb和LREE,虧損高場強元素Nb、Ta、P、Ti,與俯沖帶相關的高K/Ti、低Ti鉀質巖石類似,明顯不同于板內低K/Ti、高Ti鉀質巖石[27]。輝綠玢巖Nb/La值為0.30～0.32,低于大陸地殼平均值(0.5～0.8)[28],且Nb/Ta與La/Yb線性相關性不顯著(圖5)或不具有負相關性,結晶分異作用不會導致Nb/La值的降低(Nb的不相容性大于La的不相容性)。由La-La/Sm圖解(圖6)可知,輝綠玢巖主要由部分熔融形成。據(jù)此推測,黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖可能為與“島弧型”有關的鉀玄巖,來源于富集地幔的部分熔融。

圖5 輝綠玢巖Nb/Ta-La/Yb圖解Fig. 5 Nb/Ta-La/Yb diagram of the diabase porphyrites

圖6 輝綠玢巖La-La/Sm圖解Fig. 6 La-La/Sm diagram of the diabase porphyrites

A1+A2.板內堿性玄武巖；A2+C.板內拉斑玄武巖；B.E型MORB；D.N型MORB；C+D.火山巖弧玄武巖；Ⅰ.板塊發(fā)散邊緣；Ⅱ.板塊匯聚邊緣；Ⅲ.大洋板塊內洋島；Ⅵ1.陸內裂谷、陸緣裂谷拉斑玄武巖；Ⅵ2.陸內裂谷堿性玄武巖；Ⅵ3.大陸拉張帶玄武巖；Ⅴ.地幔熱柱玄武巖圖7 輝綠玢巖2Nb-Zr/4-Y構造環(huán)境判別圖(a)及 Ta/Hf-Th/Hf構造環(huán)境判別圖(b)[34-35]Fig. 7 Tectonic discrimination diagrams of 2Nb-Zr/4-Y(a) and Ta/Hf-Th/Hf(b) for the diabase porphyrites[34-35]

黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖Rb/Sr值和Rb/Ba值分別為0.106～0.111和0.133～0.144, 均高于原始地幔相應比值(原始地幔的Rb/Sr值和Rb/Ba值分別為0.029和0.088)[24],Sr平均值為1 215×10-6,Ba平均值為934×10-6,兩者較相近,表明在巖漿分異過程中它們的總分配系數(shù)KD接近于1,且Sr-Nd同位素組成變化范圍較小,說明巖漿分異演化程度較高,源區(qū)可能是一種均勻交代的地幔。在輝綠玢巖原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖3)上,所有樣品Nb、Ta、P、Ti呈負異常,Pb呈正異常,這一特征通常是俯沖帶火山巖的特征[29],可能與巖石圈地幔的交代作用有關[30]。此外,輝綠玢巖Nb/U平均值為5.44,Nb/La平均值為0.31,Ce/Pb平均值為7.23,遠低于典型未被地殼混染的洋中脊玄武巖(MORB)和洋島玄武巖(OIB)的相應值(Nb/U=47±10,Nb/La=1.0,Ce/Pb=25±5)[24],且Zr/La平均值(0.31)明顯低于大陸地殼平均值(0.7);Ba/La為13.20～13.95,平均值為13.59,遠高于原始地幔平均值(9.26),遠低于大陸地殼平均值(25),接近于富集地幔(EMI)(11.3～19.1)和(EMII)(7.3～13.5)的平均值,與Sr-Nd同位素分析結果相吻合。綜上,黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖起源于與俯沖交代作用有關的富集地幔。

4.2 地質意義

黃梅尖復式巖體是廬樅盆地A型花崗巖帶的重要組成部分,受中國東部中生代燕山期地球動力學背景制約[16]。三疊紀以來,揚子板塊與華北板塊碰撞,形成了以超高壓變質為特征的秦嶺—大別造山帶[31];晚侏羅世—白堊紀,中國東部完成了由特提斯構造體制向古太平洋構造體制的轉換,古太平洋板塊俯沖，在廬樅盆地形成了擠壓-伸展背景下的火山-侵入巖帶,包括廬樅盆地在內的長江中下游地區(qū)在135～127 Ma期間進入快速伸展時期[32],并于130～120 Ma巖石圈減薄階段達到高潮[33]。黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖成巖年齡為～107 Ma,明顯晚于廬樅盆地火山巖和侵入巖的年齡,說明該區(qū)輝綠玢巖可能形成于伸展構造環(huán)境。在輝綠玢巖2Nb-Zr/4-Y圖(圖7(a))和 Ta/Hf-Th/Hf(圖7(b))上,輝綠玢巖落入板內堿性玄武巖和大陸拉張帶玄武巖區(qū),進一步證明輝綠玢巖形成于伸展構造背景。因此,輝綠玢巖是在古太平洋板塊俯沖引起的地殼伸展和巖石圈減薄的構造背景下,由俯沖交代作用形成的富集地幔部分熔融形成的。

黃梅尖地區(qū)8411鈾礦床的主成礦期年齡為108.67 Ma[36],晚于黃梅尖石英正長巖(115～125 Ma)[9,16]和火山巖成巖年齡(127～135 Ma)[19],說明侵入作用發(fā)生在火山巖形成后,鈾成礦作用是石英正長巖侵位后的地質事件。大量研究表明[13，18，37-38],廬樅盆地包括黃梅尖及鄰區(qū)在內的火山巖和正長巖類侵入巖主要來源于富集地幔,且二者的Isr、(143Nd/144Nd)i、εNd(t)與輝綠玢巖接近[39],說明輝綠玢巖與黃梅尖石英正長巖和火山巖具有相似的物質來源,可能是一個巖漿體系下不同階段巖漿演化的產(chǎn)物。本次研究表明,輝綠玢巖成巖年齡晚于上述巖石年齡,與鈾成礦年齡基本一致,鈾成礦流體具有深源特征[17]。目前,黃梅尖地區(qū)已探明的鈾礦床均分布在巖體與砂巖接觸帶附近,巖體內部有大量鈾礦點和異常點,部分鈾礦化受巖脈控制。在西嶺庵輝綠玢巖脈群內及接觸帶有較多的鈾異常點和異常場暈,異常場暈呈“孤島狀”分布,異常點放射性強度為(240～650)×10-6,發(fā)育1條NWW向異常帶穿切NE向輝綠玢巖脈。此外,有1條輝綠玢巖脈穿插到羅嶺組砂巖中,其接觸帶有鈾異常點,且離輝綠玢巖脈群西側約200 m處分布4340鈾礦點。巖脈受早期構造控制,礦化規(guī)模受巖脈控制,一般規(guī)模較小,強度偏低,有“紅化”時礦化較好。

綜上所述,推測黃梅尖地區(qū)鈾成礦作用可能與輝綠玢巖具有成因聯(lián)系。

5 結 論

(1)安徽黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖富集大離子親石元素和輕稀土元素,虧損高場強元素Nb、Ta、P、Ti,具有較高的Isr值和負的εNd(t)值,來自富集地幔源區(qū)。

(2)安徽黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖的成巖年齡為～107 Ma,晚于該區(qū)火山巖和侵入巖年齡,與鈾成礦年齡基本一致,鈾成礦作用可能與輝綠玢巖具有成因聯(lián)系。

(3)安徽黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖是在地殼伸展和巖石圈減薄的構造背景下,由俯沖交代作用形成的富集地幔楔部分熔融生成的巖漿上侵就位的。