淮北隱伏巖體的地球化學特征、巖石成因及構造意義

于炎炎

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局325地質(zhì)隊，安徽 淮北 235000)

0 引 言

淮北地區(qū)位于華北陸塊東南緣，受弧形斷裂構造影響，沿北東向出露一系列中酸性巖體，其年代主要為早白堊世，該系列巖體具有高Sr低Y的埃達克巖性質(zhì)，且與鐵銅金矽卡巖型礦床密切相關。前人從巖相學、地球化學、年代學等方面對該區(qū)出露的巖體(如斑井、刁山集、豐山、蔡山、夾溝等巖體)進行了系統(tǒng)分析，闡釋了這些巖體的成因及構造環(huán)境(楊德彬等，2008；王善明等，2018)。徐淮地區(qū)第四系覆蓋區(qū)面積較大，但對該區(qū)的隱伏巖體研究較少。因此，以淮北馬橋地區(qū)發(fā)現(xiàn)的隱伏巖體為研究對象，從巖相學、地球化學等方面進行分析，揭示其巖體成因及構造意義。

1 地質(zhì)概況及工作方法

淮北地區(qū)處于徐宿弧形構造帶中部，主要出露寒武—奧陶系碳酸鹽巖地層，北北東—北東向褶皺和斷裂極為發(fā)育，其中青龍山逆斷層為區(qū)內(nèi)最大的一條北東向弧形斷裂，沿該斷裂帶附近展布著大量中酸性巖體，構造和巖體為區(qū)內(nèi)鐵銅等多金屬礦床的形成提供了有利條件(汪青松，2010；產(chǎn)思維等，2016，2017)。

該隱伏巖體位于淮北東南馬橋地區(qū)(圖1)馬橋背斜中部東翼，該背斜屬皇藏峪復背斜次級褶皺，巖體侵位主要受北東向青龍山逆斷層控制，圍巖為中寒武世碳酸鹽巖。

分別采集ZK01和ZK03鉆孔6處不同深度的巖體樣品(圖1)，采集深度分別為：ZK01-WL-1樣品72.0 m、ZK01-WL-2樣品146.8 m、ZK01-WL-3樣品267.5 m、ZK03-WL-1樣品120.5 m、ZK03-WL-2樣品179.0 m、ZK03-WL-3樣品257.1 m，選取6件樣品用于主微量與稀土元素分析，6件標本用于鏡下薄片分析。主微量元素與稀土元素分析采用等離子體質(zhì)譜法、火焰發(fā)射光譜法、原子吸收光譜法、分光光度法。

圖1 淮北地區(qū)地質(zhì)簡圖及采樣位置1-石炭—二疊系；2-寒武—奧陶系；3-震旦系4-復背斜；5-復向斜；6-逆斷層/性質(zhì)不明斷層；7-鉆孔采樣位置；F1-青龍山逆斷層；F01-蕭縣復背斜；F02-閘河復向斜；F03-皇藏峪復背斜①斑井巖體；②丁里巖體；③夾溝巖體；④刁山集巖體；⑤馬橋隱伏巖體；⑥豐山巖體；⑦蔡山巖體；⑧徐樓巖體Fig. 1 Geological sketch and sampling location of Huaibei area

2 巖相學特征

鉆孔野外編錄結果顯示巖體為石英二長閃長(玢)巖，樣品薄片鏡下觀察顯示巖體以石英二長(或角閃)閃長玢巖為主，與野外定名略有不同，以鏡下定名為準。

(1)石英二長閃長玢巖鏡下特征。斑晶以寬板狀斜長石為主，含少量角閃石，斜長石部分環(huán)帶發(fā)育，后期沿裂隙有微弱絹云母交代；基質(zhì)多為隱晶質(zhì)-微晶，成分主要為粒狀-板狀微晶斜長石、隱晶質(zhì)-他形粒狀石英和鉀長石。副礦物主要為針狀磷灰石和短柱狀金紅石，分布在基質(zhì)中。

(2)石英角閃閃長玢巖鏡下特征。斑晶主要為柱狀角閃石，局部綠泥石和碳酸鹽礦物交代呈殘余或假象，可見板狀斜長石斑晶，弱絹云母化；基質(zhì)多為隱晶質(zhì)-微晶，以石英、長石為主。副礦物主要為針狀磷灰石和短柱狀金紅石，分布在基質(zhì)中。

巖體鏡下特征表明，巖漿在上升過程中可能經(jīng)歷了不同程度的分離結晶，導致不同深度巖體的礦物組成變化。

3 地球化學特征

3.1 主量元素特征

巖石化學分析結果(表1)顯示，樣品具有較高質(zhì)量分數(shù)的SiO2(60.70%～68.28%)、較高Na2O(3.81%～6.22%)、較低K2O/Na2O比值(0.52～0.76)以及較高的Al2O3(14.07%～15.12%)。樣品Mg#值為43.75～61.25，平均值為52.75，低于幔源巖漿Mg#值范圍(68～75)(莫宣學，1988)，但高于地殼熔融產(chǎn)生的巖漿Mg#值(<40)(Atherton et al.，1993)，表明巖體形成過程中有幔源物質(zhì)加入。樣品的δ值為2.53～3.55，巖體呈鈣堿-堿性特征。石英二長閃長玢巖除SiO2、Al2O3、Na2O、K2O含量高于石英角閃閃長玢巖外，其他元素含量均較低。

SiO2-K2O圖(圖2a)顯示樣品呈高鉀鈣堿性，A/CNK-A/NK圖(圖2b)顯示樣品為準鋁質(zhì)，因此巖體屬準鋁質(zhì)高鉀鈣堿性巖石。樣品分異指數(shù)(61.73～87.60)和固結指數(shù)(5.77～26.75)變化范圍較大，說明巖體巖漿具有分異較高、分離結晶較好的特點。

圖2 SiO2-K2O圖(a)和 A/CNK-A/NK圖(b)Fig.2 K2O-SiO2 diagram (a)and A/CNK-A/NK diagram (b)

3.2 微量稀土元素特征

巖體樣品中稀土含量(表1)較低，ΣREE變化大，其值為26.6～83.5 g/t，平均值為58.6 g/t；輕重稀土分餾明顯，其比值為 8.08～10.53；(La/Yb)N為6.76～10.68，稀土曲線特征為富集輕稀土、虧損重稀土(圖3)，可能是因為源區(qū)殘存富重稀土礦物。δEu為0.86～1.15，平均值為0.95，巖體Eu異常不明顯。巖體Ce異常不顯著，δCe為0.88～0.96，平均值為0.92。總體來看，巖體的稀土配分曲線與下地殼曲線相似，同時Eu異常不明顯，在加厚的下地殼環(huán)境中形成的中酸性侵入巖一般沒有Eu異常，因此巖體源區(qū)可能為加厚的下地殼。

圖3 巖體稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖Fig.3 Chondrite standardized distribution map of rare earth elements in rock mass

表1 巖體中主、微量及稀土元素分析結果Table 1 Test results of major,trace and rare earth elements of rock samples

石英二長閃長玢巖稀土總量平均值為36.7 g/t，低于石英角閃閃長玢巖稀土總量平均值80.6 g/t，但二者稀土曲線趨勢基本一致，表明可能來自同一源區(qū)。

巖體中Sr含量在563～868 g/t之間，Y含量在3.79～11.4 g/t之間，Yb含量在0.50～1.26 g/t之間，Rb含量在54.3～79.9 g/t之間。巖體具有高Sr低Y的特征，說明巖體形成深度較大，處于高壓環(huán)境下(張旗等，2006)。巖體的Rb/Sr比值為0.07～0.11，明顯小于地殼的Rb/Sr值0.25，表明幔源物質(zhì)在巖體的形成過程中起了一定的作用。

4 分析與討論

4.1 巖石成因以及源區(qū)性質(zhì)

結合巖體地球化學特征分析可知，巖體具高Sr(563～868 g/t)、低Y(3.79～11.4 g/t)、高Sr/Y比、低Yb(0.50～1.26 g/t)特征，輕稀土較富集，重稀土相對虧損；富Al2O3(14.07%～15.12%)和Na2O(3.81%～6.22%)，Mg#值(43.75～61.25)較高，與徐淮地區(qū)早白堊世發(fā)育的高鎂埃達克巖特征較為相似(許文良等，2006；楊德彬，2009；劉盛遨，2011)。Y-Sr/Y圖(圖4)顯示，樣品均投在埃達克巖范圍，更說明巖體的成因與埃達克巖相關。

關于埃達克巖的形成環(huán)境有多種解釋，一般認為徐淮地區(qū)的高鎂埃達克巖可能為加厚下地殼拆沉所致，熔融巖漿上移過程中有地幔物質(zhì)加入(孫賽軍，2016；張喜，2017)。巖體的Rb/Sr比值(0.07～0.11)高于俯沖洋殼成因埃達克巖質(zhì)巖漿的Rb/Sr比值(<0.05)，與加厚下地殼熔融產(chǎn)生的埃達克巖質(zhì)巖漿的Rb/Sr比值相近，暗示巖體的形成環(huán)境可能位于加厚的下地殼。巖體中重稀土虧損、高Sr低Y、Eu異常微弱(0.86～1.15，平均值為0.95)，也證明巖體來源于高壓環(huán)境的加厚下地殼。但是，僅因加厚下地殼熔融不會使巖體具高Mg#值特征(張旗等，2001)，地殼熔融產(chǎn)生的巖漿Mg#值一般<40，因此幔源物質(zhì)在巖體巖漿上升過程中很可能參與了反應。SiO2-MgO判別圖(圖4)顯示，樣品多投在拆沉下地殼成因范圍內(nèi)，因此推測巖體形成環(huán)境為加厚的下地殼，受重力影響下地殼拆沉，這種環(huán)境下產(chǎn)生的巖漿又與地幔橄欖巖發(fā)生了反應。

圖4 Y-Sr/Y圖(a)及SiO2-MgO圖(b)Fig.4 Y-Sr/Y diagram (a)and SiO2-MgO diagram (b)

巖石的部分熔融若發(fā)生在不同源區(qū)，所形成的巖漿地球化學特征便具有差異性(Topuz et al.，2005)。源區(qū)的判別圖解(圖5)顯示，樣品均投在變玄武巖源區(qū)范圍和附近，表明巖體形成深度較大，是下地殼基性巖漿熔融的產(chǎn)物；同時，石英二長閃長玢巖與石英角閃閃長玢巖落在同一區(qū)域，說明二者具有同一源區(qū)。巖體具有低Y、虧損HREE的特征，說明源區(qū)殘留石榴子石。巖體的Y/Yb比值在7.2～17.0之間，暗示源區(qū)殘留石榴子石。附近埃達克巖性質(zhì)的豐山巖體中有石榴子石殘留，表明其可能來源于拆沉下地殼的石榴輝石巖相(霍騰飛等，2018)。研究區(qū)隱伏巖體的地球化學特征與豐山巖體具有相似性，說明巖體可能具有同源性。

圖5 巖體源區(qū)判別圖解Fig.5 Discrimination diagram of rock source area

巖體中存在石英二長閃長玢巖與石英角閃閃長玢巖2種巖石類型，是源區(qū)巖石部分熔融所致還是移出源區(qū)后分離結晶形成？樣品的分異指數(shù)(61.73～87.60)及固結指數(shù)(5.77～26.75)變化明顯，說明巖體巖漿具有高分異、較好分離結晶的特點。根據(jù)瑞利分餾原理，利用不同稀土元素的協(xié)和關系判斷成巖作用方式(趙振華，1997),La/Sm-La及Ce/Yb-Ce圖解(圖6)顯示，樣品點近似水平分布，說明巖體形成以分離結晶為主，有較弱的部分熔融，且石英二長閃長玢巖分離結晶程度比石英角閃閃長玢巖高，說明巖漿離開源區(qū)后主要發(fā)生了分離結晶，形成石英二長閃長玢巖與石英角閃閃長玢巖。

圖6 巖體的La/Sm-La圖解(a)和Ce/Yb-Ce 圖解(b)Fig.6 La/Sm-La diagram (a)and Ce/Yb-Ce diagram (b)of the rock mass

4.2 構造意義

受揚子板塊俯沖影響，早中生代華北板塊東南緣地殼加厚(王陸超等，2011；李耿等，2017)，徐淮地區(qū)巖體中榴輝巖捕虜體的發(fā)現(xiàn)及其年代學證據(jù)記錄了該重要地質(zhì)事件(王清海等，2011；朱光等，2016)。

早白堊世時期，在下地殼加厚的環(huán)境下，榴輝巖相發(fā)生變質(zhì)(許文良等，2004)，密度變大，進而導致下地殼拆沉及俯沖板塊斷離。在此地質(zhì)背景下，徐淮地區(qū)發(fā)育強烈的巖漿活動產(chǎn)出大量高鎂埃達克巖體，其地球化學特征和年代學證據(jù)證實，在早白堊世，華北加厚地殼的拆沉及俯沖的揚子板塊斷離2種作用同時存在，因此源區(qū)有揚子板塊基底和華北板塊基底物質(zhì)參與(周群君等，2014)區(qū)內(nèi)發(fā)育的隱伏巖體與上述高鎂埃達克巖體的地球化學特征及形成環(huán)境具有一致性，因此推測研究區(qū)隱伏巖體于早白堊世形成，加厚地殼正發(fā)生拆沉，來自揚子和華北板塊基底的巖石部分熔融混合形成埃達克質(zhì)巖漿，巖漿運移過程中受到地幔橄欖巖的交代。

淮北地區(qū)高鎂埃達克質(zhì)巖體的發(fā)現(xiàn)，進一步佐證了華北板塊東南緣曾發(fā)生巖石圈減薄現(xiàn)象。

5 結 論

(1)淮北隱伏巖體的巖性為石英二長閃長玢巖和石英角閃閃長玢巖，呈富Na2O、高Mg#、高Al2O3、高Sr、高Sr/Y比、低Yb、低Y特征，與徐淮地區(qū)早白堊世發(fā)育的高鎂埃達克巖的地球化學特征一致。

(2)淮北隱伏巖體形成于加厚下地殼發(fā)生拆沉的環(huán)境，下地殼深部的石榴輝石巖相部分熔融產(chǎn)生巖漿，并與地幔橄欖巖發(fā)生反應。在移出源區(qū)后，巖漿發(fā)生分離結晶，形成了石英二長閃長玢巖與石英角閃閃長玢巖。

(3)淮北隱伏巖體為高鎂埃達克質(zhì)巖體，進一步佐證了華北板塊東南緣曾發(fā)生過巖石圈減薄現(xiàn)象。