安徽宣城地區(qū)昆山巖體LA-ICP-MSCP-MS鋯石U-PbU-Pbb年代學(xué)和巖石地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

周宇章，金敏，趙麗麗，陸三明，亓華勝，謝祖軍

（1.安徽省公益性地質(zhì)調(diào)查管理中心， 安徽合肥 230091； 2.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)， 安徽合肥 230026；3.安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局322地質(zhì)隊， 安徽馬鞍山 243000）

0 引言

長江中下游成礦帶為我國東部重要鐵銅金成礦帶，呈開口向東的喇叭狀展布，自西向東可分為鄂東南、九瑞、安慶—貴池、廬樅、銅陵、寧蕪和寧鎮(zhèn)7個礦集區(qū)，包含銅鐵金金屬礦床200多處。宣城地區(qū)位于長江中下游成礦帶喇叭狀開口的東南部，近年來隨著麻姑山銅鉬礦、茶亭銅金礦、長山鉛鋅礦等大中型礦床的發(fā)現(xiàn)，宣城地區(qū)已構(gòu)成長江中下游成礦帶第8個礦集區(qū)[1]，該地區(qū)也漸漸成為成巖成礦研究的關(guān)注對象，茶亭[2]、馬山埠[3]、麻姑山[4]等成礦巖體的研究陸續(xù)取得進(jìn)展。昆山巖體位于宣城礦集區(qū)東北部，自上世紀(jì)80年代以來，圍繞該巖體已發(fā)現(xiàn)獅子山銅礦、劉家山硫鐵礦、茶山鉛鋅礦、長山鉛鋅礦等中小內(nèi)生金屬礦床10余處（圖1），其中長山鉛鋅礦已達(dá)中型規(guī)模?？辈楣ぷ鞅砻鳎鞯V床的成因與昆山巖體密切相關(guān)，但目前該巖體的研究工作尚缺乏，尤其在巖石成因機(jī)制、成巖成礦時代等方面缺少研究，從而阻礙了該區(qū)域巖漿活動成礦作用的綜合分析。本文在系統(tǒng)分析前人資料的基礎(chǔ)上，通過野外詳細(xì)考察，對昆山巖體進(jìn)行系統(tǒng)采樣，開展巖石地球化學(xué)和LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年工作，精確厘定了昆山巖體的形成時代，探討其巖石成因，為區(qū)域成礦作用背景分析提供依據(jù)。

1 巖體地質(zhì)特征

昆山巖體位于宣城云山至昆山一帶，大地構(gòu)造位置上處于揚(yáng)子板塊北緣下?lián)P子凹陷與江南隆起帶結(jié)合部位。巖體出露于以早三疊世和龍山組為核的昆山復(fù)式向斜核部，呈北東向分布，出露面積12km2，巖體內(nèi)多見圍巖捕虜體和殘留頂蓋。主要巖性為黑云母輝石閃長巖，呈灰黑色，中細(xì)粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)，礦物粒度一般在0.6～0.81mm，大的可達(dá)2～3mm，塊狀構(gòu)造。礦物成分主要以斜長石（55%）、輝石（15%）、角閃石（10%）、黑云母（5%）為主，另含有少量磁鐵礦、榍石、磷灰石、鋯石和黃鐵礦等副礦物。斜長石呈半自形-自形長柱狀，發(fā)育聚片雙晶，可見鉀長石化和鈉長石化；輝石呈半自形短柱狀，局部蝕變?yōu)榫G泥石。

2 分析測試方法

2.1 鋯石U-Pb測年

樣品采自昆山輝石閃長巖體，巖石樣品新鮮。單顆粒鋯石分選工作在廊坊誠信地質(zhì)服務(wù)公司完成，其利用常規(guī)重力和磁選方法分離，通過雙目鏡鑒別選出晶形完好的鋯石顆粒，將其粘貼在雙面膠上，灌入環(huán)氧樹脂，待其冷凝后進(jìn)行打磨拋光，露出鋯石表面，完成制靶工作。陰極發(fā)光照相（CL）在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所掃描電鏡室完成，所采用工作電壓15kV，電流4nA。

鋯石U-Pb同位素定年在合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院礦床成因與勘查技術(shù)研究中心（OEDC）礦物微區(qū)分析實(shí)驗(yàn)室完成，采用激光探針等離子體質(zhì)譜法（LA-ICP-MS），由ICP-MS和激光剝蝕系統(tǒng)聯(lián)機(jī)完成，具體測試方法可見周宇章等[3]。

2.2 巖石地球化學(xué)

巖石地球化學(xué)分析在自然資源部合肥市礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成。首先通過薄片鑒定，選取出合適的新鮮樣品，然后使用瑪瑙研磨機(jī)將樣品粉碎，并用200目的篩網(wǎng)過篩，用于全巖主、微量元素分析工作。主量元素分析使用XRF光譜法測定，稀土、微量元素分析采用Elan DRC-II儀器（Element，F(xiàn)innigan MAT）溶液的電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）測定，具體分析測試方法前人已有具體敘述[5]。主量、稀土、微量元素分析結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)偏差5%以內(nèi)。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

昆山黑云母輝石閃長巖中多為新生鋯石，自形程度較好，多為短柱狀，少數(shù)呈長柱狀，無色透明。大部分鋯石可見兩層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層因中基性巖漿溫度較高，鋯石結(jié)晶速度慢，造成CL圖像中鋯石顆粒環(huán)帶較寬，部分可見扇形分帶結(jié)構(gòu)（圖2），這是由于鋯石結(jié)晶時外部環(huán)境的變化導(dǎo)致各晶面的生長速率不一致造成的[6]。外層震蕩環(huán)帶較窄，表明巖漿溫度已降到一定程度以下，鋯石快速結(jié)晶的結(jié)果。部分鋯石發(fā)育繼承核，為早期鋯石的殘留晶核，有明顯核邊結(jié)構(gòu)，核部繼承鋯石自形程度較差，渾圓-次渾圓狀，邊部發(fā)育巖漿振蕩韻律環(huán)帶，代表著本巖漿期活動中的鋯石結(jié)晶作用。

圖2 昆山黑云母輝石閃長巖鋯石陰極發(fā)光照片及激光剝蝕位置Figure 2.Cathodoluminescence photo and laser denudation location of zircon from the Kunshan biotite pyroxene diorite

本次針對反映巖漿成巖時代的鋯石邊部相對振蕩環(huán)帶較顯著位置測定13個有效測點(diǎn)，其Th含量123～837(×10-6)，U含量138～816(×10-6)，沒有“高U”效應(yīng)，表明鋯石顆粒完好，未發(fā)生蛻晶化以及晶態(tài)SiO2、ZrSiO2和無定形SiO2的混合狀態(tài)等現(xiàn)象，Th/U比值為0.82～1.86，均大于0.4，指示鋯石為明顯的巖漿成因[7～8]。206Pb/238U～207Pb/235U協(xié)和度均在87%以上，測定的年齡可代表巖漿活動的結(jié)晶年齡(表1)。

根據(jù)測試結(jié)果，13個測點(diǎn)投點(diǎn)主體落于和諧線及其附近，給出206Pb/238U年齡為(131.1±3.9)～(140.2±3.8)Ma的年齡范圍，加權(quán)平均值為(131.8±2.1)Ma(MSWD=0.25)，代表了昆山輝石閃長巖體的結(jié)晶年齡，為早白堊世（圖3）。

圖3 昆山巖體輝石閃長巖U-Pb定年結(jié)果Figure 3.U-Pb dating results of pyroxene diorite in the Kunshan rock mass

3.2 巖石地球化學(xué)特征

昆山輝石閃長巖巖體的主量元素、微量元素分析結(jié)果見表2。巖石SiO2含量相對較低，在52.68%～57.78%之間，平均為54.8%；巖漿巖全堿（Na2O+K2O）含量在4.38%～5.95%，平均5.27%，具有富堿特征；K2O/Na2O 為 0.45～1.27，平均值 0.71；Al2O3為 14.67%～17.30%，平均16.44%；MgO較高，為3.72%～4.44%，平均為4.2%，Mg#平均為50.6；CaO為5.99%～7.75%，平均為6.55%。

主量元素分析結(jié)果在TAS圖解上投點(diǎn)主要落在堿性系列及堿性與亞堿性系列的過渡帶上（圖4），說明為偏堿性巖石類型。從巖石分類上看，落點(diǎn)于二長巖和二長閃長巖范圍內(nèi)，顯示巖性為中性偏基性的特征，與顯微巖相學(xué)觀察研究得出的結(jié)果基本一致。

圖4 昆山巖體TAS圖解Figure 4.TAS diagram of the Kunshan rock mass

表1 昆山黑云母輝石閃長巖體U-Pb同位素分析結(jié)果Table 1.U-Pb isotope analysis results of the Kunshan biotite pyroxene diorite

表2 昆山輝石閃長巖主量元素（%）、稀土元素與微量元素（×10-6）分析結(jié)果Table 2.Analysis results of major elements(%)，rare earth elements and trace elements(×10-6)of the Kunshan pyroxene diorite

續(xù)表2

從SiO2-K2O圖(圖5)中看到，昆山巖體樣品的點(diǎn)落在高鉀鈣堿性系列，個別點(diǎn)落在鉀玄巖系列及高鉀鈣堿性—鉀玄巖系列的過渡帶上，可能樣品受鉀化影響。

昆山巖體的鋁飽和指數(shù)(A/CNK值)在0.70～0.83之間，平均0.75；A/NK值在1.40～1.80之間，平均1.63。在A/CNK-A/NK圖解（圖6）上樣品投點(diǎn)落在準(zhǔn)鋁質(zhì)巖石范圍內(nèi)，顯示為準(zhǔn)鋁質(zhì)巖石。

昆山巖體稀土元素含量ΣREE=127.46～176.45（×10-6），平均153.00×10-6；輕稀土元素富集，ΣLREE/ΣHREE=9.32～10.66，平均9.91；（La/Yb）N=11.42～14.84，平均13.04；輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，稀土配分曲線為右傾型；δEu平均值為0.91，具有輕微的Eu負(fù)異常(圖7)。圖8為基于數(shù)據(jù)分析繪制的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖，巖石富集大離子親石元素K、Rb、Sr，虧損高場強(qiáng)元素Nb、Ta、Th、Ti。

圖8 微量元素蛛網(wǎng)圖Figure 8.Spider diagram of trace elements

4 討論

4.1 成巖時代

昆山巖體主體巖性為黑云母輝石閃長巖，通過系統(tǒng)采樣，其鋯石U-Pb LA-ICP-MS年齡為(131.8±2.1)Ma(MSWD=0.25)，代表了昆山巖體侵位時代。江峰等(2017)在茶亭地區(qū)測得茶亭雜巖體鋯石U-Pb年齡(137.8±1.3)Ma[2]，Qi等(2019)在麻姑山地區(qū)測得麻姑山石英閃長巖體鋯石U-Pb年齡(135.7±1.5)Ma[4]，周宇章(2019)在馬山埠巖體測得鋯石U-Pb年齡135.1Ma[3]，這表明宣城地區(qū)巖漿活動主要集中于早白堊世。

前人研究表明，長江中下游構(gòu)造-巖漿-成礦帶中生代巖漿活動主要分為三個階段：①145～135Ma巖漿活動以侵入作用為主，形成高鉀鈣堿性巖系侵入巖，主要分布于銅陵、安慶-池州等斷隆區(qū)；②135～127Ma巖漿活動以噴發(fā)作用為主，形成橄欖安粗巖系火山巖，主要分布于廬樅、寧蕪盆地等斷坳區(qū)；③127～123Ma巖漿活動主要形成堿性花崗巖系，沿長江斷裂帶兩側(cè)帶狀分布[1，9～10]。受太平洋板塊后撤式俯沖影響，長江中下游成礦帶乃至華南地區(qū)，中生代巖漿活動時代自西向東逐步變新[11～12]。研究區(qū)位于長江中下游成礦帶東南部，雖其侵位時代略晚，結(jié)合年齡分布趨勢和研究區(qū)其他研究成果，本區(qū)該巖漿作用仍可類比于長江中下游地區(qū)第一階段的巖漿活動特征。

4.2 成巖機(jī)制

由于長江中下游成礦帶成礦作用與中生代巖漿作用密切相關(guān)，多年來，眾多研究者對該帶巖漿巖的成巖時代、地球化學(xué)、成因機(jī)制等方面做了大量研究，并取得了豐碩成果。但關(guān)于巖漿來源及成巖機(jī)制尚存爭論，主要有以下幾點(diǎn)認(rèn)識：①上地幔堿性玄武質(zhì)巖漿同化混染殼源巖石，經(jīng) AFC 過程而成[11，13～15]；②古老揚(yáng)子板塊的下地殼部分熔融而成[16～17]；③洋殼俯沖交代上地幔形成的玄武質(zhì)巖漿演化而來[18～21]，初始巖漿具埃達(dá)克巖特征；④上地幔和下地殼部分熔融形成的巖漿發(fā)生巖漿混合而成[22～23]；⑤幔源玄武巖巖漿、下地殼正長巖巖漿和上地殼花崗巖巖漿三者混合形成[24]；⑥底侵幔源玄武質(zhì)巖漿與下地殼長英質(zhì)巖漿混合形成的埃達(dá)克質(zhì)巖漿[25]?？傮w上認(rèn)為原始巖漿來自上地幔，并與下地殼部分熔融巖漿發(fā)生混合作用而形成區(qū)域巖漿巖系，不過不同研究者對具體混合演化過程的認(rèn)識存在差異。

前人研究表明，巖石Mg#對巖漿來源具有一定的指示作用，一般殼源巖漿作用Mg#較小，通常低于40，典型MORB的Mg#在60左右[26]，而宣城地區(qū)昆山巖體Mg#較高，介于46.36～62.19之間(表2)，平均50.6，顯示其巖漿源區(qū)有地幔物質(zhì)的參與。

昆山巖體原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖顯示巖石富集大離子親石元素K、Rb、Sr，指示成巖物質(zhì)可能與富集上地幔的部分熔融有關(guān)，而虧損高場強(qiáng)元素Nb、Ta、Th、Ti暗示存在殼源物質(zhì)的混染[27]。顯著Nb負(fù)異常通常用于指示俯沖帶火山巖或典型陸殼巖石的標(biāo)志，并可能與幔源巖漿上升侵位過程中有殼源物質(zhì)混染參與其中，這表明昆山輝石閃長巖體具有殼幔混合特征。同時Nb/Ta為14.14～20.67之間，明顯高于陸殼[28]，表明有幔源物質(zhì)的混染。而巖體中明顯的Ti負(fù)異常也暗示了巖漿可能源于地殼或是混染了地殼物質(zhì)。

巖體的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分曲線為右傾型，輕稀土元素富集，重稀土元素強(qiáng)烈虧損，具有弱的Eu負(fù)異常(圖7)，說明巖漿源區(qū)缺乏顯著斜長石的殘留，在巖漿演化過程中也未發(fā)生明顯的斜長石的分離結(jié)晶。同時Eu呈現(xiàn)負(fù)異常是形成時陸殼物質(zhì)混染的反映[29]，因此同化混染作用可能是昆山輝石閃長巖的主要成巖作用。幔源巖漿稀土配分曲線主要表現(xiàn)為輕稀土富集-重稀土虧損的右傾型[30]，昆山巖體稀土配分曲線均表現(xiàn)為明顯右傾特征，且LaN/YbN=11.42～14.84，平均13.04，說明其原始巖漿來源于上地幔堿性玄武質(zhì)巖漿，后期伴有地殼物質(zhì)混染。

圖9 昆山巖體δEu-(La/Yb)N圖解Figure 9.Eu-(La/Yb)N diagram of the Kunshan rock mass

在δEu-(La/Yb)N圖解(圖9)中，均落點(diǎn)于殼幔型巖漿區(qū)域，這些特征反映原始巖漿來源于巖石圈地幔的部分熔融，且?guī)r石圈地幔源區(qū)可能受到了板片俯沖作用的改造，也可能反映出巖漿上升過程中經(jīng)受了地殼物質(zhì)的混染[31]。

在宣城礦集區(qū)茶亭等其他巖體的研究工作中，也得出了類似的結(jié)論[2]。因此從巖漿巖的成巖過程認(rèn)識中，筆者認(rèn)為宣城礦集區(qū)作為長江中下游成礦帶的組成部分，其巖漿活動與長江中下游成礦帶具有可對比性，巖漿來源于上地幔堿性玄武質(zhì)巖漿與下地殼物質(zhì)通過巖漿混合作用而成，而堿性玄武質(zhì)巖漿則來自于交代的上地幔部分熔融作用，這可能與古太平洋板塊的低角度俯沖卷入的大量殼源物質(zhì)有關(guān)[12，32]。

4.3 構(gòu)造環(huán)境討論

長江中下游中生代巖漿巖是中國東部火山巖省的重要組成部分，其形成受中生代中國東部地球動力學(xué)背景的制約[33～34]。該時期內(nèi)區(qū)域構(gòu)造可分為擠壓、擠壓-拉張、拉張三個階段：三疊紀(jì)時期，揚(yáng)子板塊和華北板塊通過大陸深俯沖和碰撞造山作用實(shí)現(xiàn)拼接；早中侏羅世開始，古太平洋板塊呈北西向俯沖擠壓造山；晚侏羅世—早白堊世時期該俯沖作用結(jié)束進(jìn)入擠壓-拉張階段，實(shí)現(xiàn)東西向古特提斯構(gòu)造域向北東—北北東向的環(huán)太平洋構(gòu)造域的轉(zhuǎn)換[32，35～36]，早白堊世晚期開始，進(jìn)入全面拉張階段，形成區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育的斷陷盆地。

圖10 埃達(dá)克巖判別圖Figure 10.Discrimination diagram of adakite

通過Sr/Y-Y圖對成巖環(huán)境進(jìn)行了判別，發(fā)現(xiàn)昆山巖體均落點(diǎn)于典型島弧巖石范圍(圖10)，暗示著巖漿成巖過程中有島弧型物質(zhì)參與。在(Y+Nb)-Rb和(Yb+Ta)-Rb圖解[37]中，昆山巖體均落在火山弧花崗巖區(qū)(圖11、12)，顯示侵入巖形成的構(gòu)造背景類似于火山弧花崗巖的形成環(huán)境。表明侵入巖形成的構(gòu)造背景屬于俯沖帶島弧環(huán)境，或者巖漿混染過程中有島弧型火山物質(zhì)參與其中。

圖11 昆山巖體(Y+Nb)-Rb圖解Figure 11.(Y+Nb)-Rb diagram of the Kunshan rock mass

圖12 昆山巖體(Yb+Ta)-Rb圖解Figure 12.(Yb+Ta)-Rb diagram of the Kunshan rock mass

研究表明，巖漿弧與海溝的距離在150～350km之間變化[38]，長江中下游成礦帶位于揚(yáng)子板塊被動大陸邊緣，距離古太平洋俯沖帶(臺灣中央山脈)達(dá)500km以上，而中國東部巖漿巖的成因研究也印證了晚中生代其所處的構(gòu)造環(huán)境是弧后盆地，而不是島弧[12，39]。長江中下游中生代巖漿殼?；旌献饔弥蟹从车膷u弧性質(zhì)，一般被解釋為下地殼古老殘留島弧巖漿物質(zhì)，并非反映巖漿形成的島弧環(huán)境，這種物質(zhì)的形成可能與晉寧期揚(yáng)子、華夏板塊的碰撞拼合有關(guān)[40～41]。但也有學(xué)者認(rèn)為成巖于大陸邊緣巖漿弧環(huán)境，距離海溝較遠(yuǎn)的原因是后期拉張作用的結(jié)果[32，42]。

早白堊世時期，由于古太平洋板塊通過較小的俯沖角度進(jìn)行斜向俯沖，板片進(jìn)入地幔造成熔融上涌，俯沖流體或者熔體交代上覆地幔楔形成富集巖石圈地幔。隨著俯沖角度的變化，軟流圈物質(zhì)上涌提供大量的熱能，使富集地幔部分熔融形成玄武質(zhì)巖漿。之后，底侵的玄武質(zhì)巖漿使下地殼重熔形成長英質(zhì)巖漿，在下地殼層面幔源玄武質(zhì)與殼源長英質(zhì)巖漿發(fā)生巖漿混合作用，形成該地區(qū)中生代大規(guī)模巖漿與成礦。

5 結(jié)論

(1)昆山輝石閃長巖體LA-ICP-MS成巖時代為(131.8±2.1)Ma，屬于早白堊世，代表了本期巖漿侵位時代。結(jié)合宣城地區(qū)茶亭、麻姑山、馬山埠等地區(qū)年代學(xué)研究，表明其與長江中下游成礦帶中生代高鉀鈣堿性巖漿活動具有可對比性。

(2)巖石地球化學(xué)分析表明，宣城昆山巖體屬準(zhǔn)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列，巖石富堿，Mg#高，巖石富集大離子親石元素和輕稀土元素、虧損高場強(qiáng)元素、Eu異常不明顯，與長江中下游成礦帶斷隆區(qū)(銅陵礦集區(qū))侵入巖特征基本一致。

(3)昆山巖體為殼?；旌献饔玫漠a(chǎn)物。其母巖漿起源于富集巖石圈地幔的部分熔融，形成的堿性幔源玄武質(zhì)巖漿上涌并誘發(fā)下地殼巖石部分熔融，幔源玄武質(zhì)巖漿和殼源長英質(zhì)巖漿在地殼深部巖漿房發(fā)生混合作用，混合巖漿侵入淺部地殼形成該地區(qū)大規(guī)模的巖漿成礦作用。巖漿的起源與古太平洋板塊的低角度斜向俯沖有關(guān)。