淮南煤田朱集井田基于U-Pb的巖漿侵入年代確定研究

摘 要：淮南煤田發(fā)育有一系列早二疊世中期巖漿巖侵入體，在朱集井田下石盒子組4煤層中廣泛發(fā)育，三維地震勘探顯示，侵入體平均厚度約為2.4m。通過采集侵入體暴露在地下工作面的樣品，研究表明，巖漿巖侵入活動(dòng)大約發(fā)生在晚白堊世，侵位年齡大約在117Ma。

關(guān)鍵詞：朱集井田;巖漿侵入;U-Pb定年

中圖分類號(hào)：P618.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）12-0175-02

0 引言

巖漿侵入體是影響煤礦生產(chǎn)的重要因素之一。在淮南礦區(qū)多個(gè)井田中出現(xiàn)有巖漿巖侵入的現(xiàn)象。巖漿巖或接近煤層，使得煤層的灰分增高，粘結(jié)性降低，不同程度的變質(zhì)為天然焦，降低煤的工業(yè)價(jià)值[1-4]。因此，對(duì)淮南煤田巖漿巖的基本侵入特征、對(duì)煤質(zhì)的影響、地球化學(xué)及礦物學(xué)進(jìn)行深入研究極其重要。

淮南煤田只有潘北井田和潘三井田進(jìn)行過同位素定年測(cè)試，侵位年齡分別為110Ma[5]和118Ma[6]。為此，通過對(duì)朱集井田巖漿巖樣品年齡進(jìn)行高精度確定，研究成果為煤礦地質(zhì)工作提供了理論依據(jù)。

1 背景

朱集井田位于淮南煤田東北部，含煤地層為石炭-二疊系。井田總體構(gòu)造形態(tài)為NWW向褶皺，井田北部為朱集唐集背斜，其南翼與潘集背斜北翼構(gòu)成較寬緩向斜，沿軸向有所起伏[7-8]。區(qū)共有斷層30條，落差大于100m的斷層6條，落差50m～100m的斷層1條，落差30m～50m的斷層12條，落差10m～30m的斷層11條[5]。

朱集井田內(nèi)巖漿巖侵入主要集中在中、東部區(qū)域，在井田的18勘查線及以西地段有少量侵入現(xiàn)象。該區(qū)侵入煤系地層中的大部分巖漿侵入體多呈基性、中性，巖性主要為閃長(zhǎng)斑巖、細(xì)晶巖、基性輝綠巖。該區(qū)下部含煤地層段距巖漿源相對(duì)較近，形成的侵入體厚度大且分布較廣導(dǎo)致了巖漿侵入活動(dòng)對(duì)下部煤層（5煤層以下）的破壞更為嚴(yán)重。一般情況下研究區(qū)煤層厚度越大，侵入愈劇烈，進(jìn)而形成的巖漿侵入體厚度也愈大、分布也愈廣、對(duì)煤巖層的破壞也愈為嚴(yán)重。

本文擬通過對(duì)朱集井田井下巖漿巖（4煤工作面附近的巖漿巖）的采樣與測(cè)試分析，采用（LA-ICP-MS）U-Pb法確定巖漿巖的侵入年齡，結(jié)合淮南煤田構(gòu)造和礦井構(gòu)造的分布規(guī)律，確定巖漿侵入期次。

2 樣品采集與測(cè)試

2.1 樣品采集

在朱集煤礦地質(zhì)找礦階段，在28個(gè)地面鉆孔中發(fā)現(xiàn)了沿4煤層頂部侵入的巖漿巖。在4煤層開采工作面，巖漿巖侵入煤巷。經(jīng)三維地震勘探，侵入體的高度和寬度分別約為3.8m和2.4m。該侵入體以80度左右的高角度直接插入4煤層。因此，在朱集煤礦回采工作面不同區(qū)域選取了4個(gè)巖漿巖樣品。

2.2 U-Pb鋯石定年

對(duì)采集的樣品進(jìn)行粉碎處理后，分別從巖漿巖樣品中人工選取4個(gè)鋯石樣品（ZJ-1、ZJ-2、ZJ-3和ZJ-4），并對(duì)其進(jìn)行定向、拋光和環(huán)氧樹脂拋光處理。將樣品粘附在玻片上，在玻片上放置聚氯乙烯環(huán)，將環(huán)氧樹脂和固化劑充分混合注入聚氯乙烯環(huán)中，樹脂完全固化后，將樣品從玻片上剝離并拋光至樣品平整[6]。

鋯石定年測(cè)試在西北大學(xué)的大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500（1062Ma）作為鋯石U-Pb年齡測(cè)定的外標(biāo)校正方法，每4～5個(gè)樣品分析點(diǎn)測(cè)量一次標(biāo)準(zhǔn)，每20次鋯石分析前后，對(duì)NISTSRM610進(jìn)行了兩次測(cè)定[6]。以硅為內(nèi)標(biāo)，測(cè)定了鋯石中U， Th和Pb的含量。

3 結(jié)果與討論

3.1 侵入年齡確定

朱集井田鋯石樣品測(cè)得的U含量為732×10-6～1550×10-6，Th含量為185×10-6～1163×10-6，Th/U矯正后比值見表1，Th/U比值大于變質(zhì)成因的鋯石Th/U比值（0.1）[6，9，10]，屬巖漿成因。根據(jù)測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)所測(cè)定的樣品較年輕，因此U含量較高，206Pb/204Pb比值較低。

本次共測(cè)試了140個(gè)點(diǎn)，由于不同的鋯石之間結(jié)晶的時(shí)間不同，所以測(cè)定的鋯石核部或邊部年齡存在一定差異。由于這種差異的存在，在確定朱集井田巖漿巖的侵入年代時(shí)，利用所測(cè)得的年齡值通過加權(quán)平均結(jié)果得到巖體的侵入年代。

在U-Pb年齡曲線諧和圖（圖1）上，大部分測(cè)試點(diǎn)落在諧和線120Ma及其附近，但在朱集礦1號(hào)樣品中測(cè)試出406、407Ma兩個(gè)年齡，在朱集礦4號(hào)樣品中測(cè)試出468Ma年齡，年齡數(shù)據(jù)跨度較大，可能代表了繼承性巖漿巖的年齡。除去上述3個(gè)異常點(diǎn)測(cè)試結(jié)果，朱集礦207Pb/235U比值所得出的年齡在106Ma～188Ma之間、206Pb/238U比值所得出的年齡在107Ma～127Ma之間，根據(jù)測(cè)試結(jié)果所有鋯石樣品206Pb/204Pb比值均較小，而在206Pb/204Pb比值較小的情況下，206Pb/238U數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的表面年齡較為可靠[6]。因此本次研究所得的鋯石年齡介于110Ma～128Ma之間，朱集礦巖漿巖鋯石206Pb/238U加權(quán)平均年齡分別為118±1.3Ma（n=36）、115±1.7Ma（17）、118±1.4Ma（24）、117±1.2Ma（51）和116±2.5Ma（12），它們U-Pb定年結(jié)果應(yīng)代表巖漿的結(jié)晶年齡。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)140顆鋯石樣品給出了較為一致的諧和年齡，考慮到U-Pb體系的高封閉溫度，117Ma應(yīng)代表該巖體的年齡。根據(jù)地質(zhì)年代表[6]，同時(shí)對(duì)比U-Pb定年測(cè)試結(jié)果，表明此次巖漿巖侵位于燕山晚期早白堊世。

3.2 巖漿侵入的構(gòu)造控制作用

燕山期是中國(guó)重要的巖漿活動(dòng)期，花崗巖發(fā)育范圍廣，不僅在朱集地區(qū)發(fā)育，同時(shí)在中國(guó)的東部、華南以及西南廣大地區(qū)都有發(fā)育。同時(shí)樣品中存在的206Pb/238U年齡-406Ma、407Ma和468Ma均不在諧和線上。這些400Ma的捕獲鋯石和470Ma年齡的繼承鋯石則暗示巖漿源區(qū)還存在有揚(yáng)子地塊的基底物質(zhì)，這與揚(yáng)子地塊俯沖于華北地塊之下的構(gòu)造特征相吻合。

綜合上面的各種分析結(jié)果，推測(cè)本區(qū)巖漿侵入時(shí)代為燕山期。先后有中性、酸性以及基性三個(gè)期次巖漿侵入，對(duì)井田內(nèi)煤層破壞較為嚴(yán)重。

4 結(jié)論

研究區(qū)侵入體空間分布特征為：巖漿巖以巖床形式侵入，單層為主。巖漿由上沖區(qū)經(jīng)擴(kuò)展區(qū)、波及區(qū)到正常區(qū)逐漸過渡，侵入層位逐漸升高;從西向東巖漿侵入范圍增大，具有由北向南擴(kuò)展并逐漸擴(kuò)大的趨勢(shì)。朱集煤礦巖漿巖侵入年代為晚燕山期白堊世，距今約117Ma。

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