皖南伏嶺A型花崗巖的成因
——地球化學(xué)、鋯石U-Pb年齡及Lu—Hf同位素特征

鄭偉,陳天虎,杜建國(guó),陳芳,丁寧,張舒

1)合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,合肥,230009;2)安徽省地質(zhì)調(diào)查院(安徽省地質(zhì)科學(xué)研究所),合肥,230001;3)自然資源部覆蓋區(qū)深部資源勘查工程技術(shù)創(chuàng)新中心,合肥,230001

內(nèi)容提要：伏嶺花崗巖體,位于江南造山帶東段的皖浙相鄰區(qū),巖漿巖沿著近北東向的寧國(guó)—績(jī)溪深大斷裂斷分布。筆者等對(duì)伏嶺巖體魚龍川(γ53-2)單元花崗巖開(kāi)展了系統(tǒng)的全巖巖石地球化學(xué)、LA-ICPMS鋯石U-Pb同位素年齡和鋯石原位Lu—Hf同位素地球化學(xué)研究, 結(jié)果表明,花崗巖的侵位年齡為131.8±0.9 Ma,富硅、富堿、貧鈣、貧鐵,具有較高的Rb、Th、U、Ga、Zr和Y含量,較低的Sr、Ba和Nb含量,稀土配分曲線呈現(xiàn)典型的“海鷗式”分布特征,顯示強(qiáng)烈的負(fù)Eu異常;微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖顯示明顯的Ba、Sr、Nb的負(fù)異常。其高SiO2含量和Rb/Sr值、低Ba、Sr含量具備江南造山帶東段皖南地區(qū)A型花崗巖的典型特征。巖體具有同源巖漿演化特征,源區(qū)可能存在磷灰石、鈦鐵礦的分離結(jié)晶作用,而輝石類的分離較少。伏嶺巖體主要來(lái)源于地殼中鎂鐵質(zhì)巖石的部分熔融,其地球化學(xué)特征繼承于源巖。鋯石εHf(t)變化范圍較小,均在-7.0～-4.6之間,二階段模式年齡(TDM2)為1478～1630 Ma,伏嶺花崗巖可能由中元古代古老下地殼部分熔融形成。伏嶺巖體的形成可能受到碰撞作用的影響,巖體形成于后碰撞期,中元古代的基底巖石被大范圍的熔融,從而產(chǎn)生了伏嶺A型花崗巖。

江南造山帶皖浙贛相鄰區(qū)是我國(guó)銅、金多金屬資源的重要產(chǎn)地之一,大型金屬礦床基本集中于其南部贛東北地區(qū)的德興—樂(lè)平一帶,其北部的皖南地區(qū)雖然礦床類型眾多,但是發(fā)現(xiàn)的礦床工業(yè)價(jià)值非常有限(周濤發(fā)等,2003;趙文廣等,2008)。位于皖浙贛交界處的皖南地區(qū)廣泛發(fā)育晚中生代花崗巖類侵入巖,這些侵入巖有的單獨(dú)出現(xiàn),更多地呈現(xiàn)復(fù)合巖體的特征。江南造山帶東段的皖南地區(qū)目前發(fā)現(xiàn)的 70 余個(gè)礦床均與燕山期巖漿作用密切相關(guān),主要礦種為 W、Mo、Pb—Zn、Cu、Au。大規(guī)模的巖漿噴發(fā)作用與成巖時(shí)間主要集中在125～140 Ma(Wu Fuyuan et al., 2012;薛懷民,2021;周濤發(fā)等,2003,2004; Yuan Feng et al.,2004;蔣少涌等,2015;謝建成等,2016;薛懷民,2021;汪相,2022)。

伏嶺巖體位于江南造山帶東段的皖浙相鄰區(qū),巖漿巖沿著近北東向的寧國(guó)—績(jī)溪深大斷裂分布(圖1)。前人針對(duì)伏嶺巖體的研究程度較薄弱,對(duì)巖石成因缺乏系統(tǒng)的認(rèn)識(shí),從而制約了該區(qū)成礦規(guī)律的研究。本文對(duì)伏嶺花崗巖開(kāi)展了系統(tǒng)的全巖巖石地球化學(xué)、LA-ICPMS鋯石U-Pb同位素年齡和鋯石原位Lu—Hf同位素地球化學(xué)研究,試圖約束限定其成巖時(shí)代、巖石成因、成巖源區(qū)和構(gòu)造環(huán)境,補(bǔ)充和豐富皖南地區(qū)巖漿巖年代學(xué)格架及巖石成因,從而為進(jìn)一步探討皖南晚中生代構(gòu)造演化及其成礦提供重要的基礎(chǔ)地質(zhì)資料。

圖1 (a) 江南造山帶東段大地構(gòu)造位置圖;(b) 江南造山東段巖漿巖分布簡(jiǎn)圖(據(jù)張剛等,2021)Fig.1( a) Tectonic location map of the eastern section of Jiangnan orogenic belt; (b) brief map of magmatic rock distribution in the eastern section of Jiangnan orogenic belt(after Zhang Gang et al.,2021)

1 地質(zhì)背景

皖南地區(qū)位于下?lián)P子前陸帶,構(gòu)造上屬于江南造山帶東南緣(高冉等,2017)。研究區(qū)基底巖系包括中元古代薊縣系—長(zhǎng)城系董嶺巖群,巖性以千枚巖及火山巖為主、新元古代青白口系、震旦系、南華系,和寒武系地(巖)層。 震旦系和南華系以砂巖、粉砂巖和泥巖為主,寒武系以頁(yè)巖、灰?guī)r為主。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈,廣泛出露的巖漿巖約占區(qū)內(nèi)出露巖基面積的1/5左右,超基性—酸性巖均有分布(施珂,2016)。其分布以周王斷裂為界,斷裂以南主要發(fā)育燕山期二長(zhǎng)花崗巖—正長(zhǎng)花崗巖為主的酸性侵入巖,斷裂以北則為喜馬拉雅期玄武質(zhì)為主的基性(潛)火山巖。主要斷裂構(gòu)造有近東西向、北東向、北西向等(圖1)。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)是在新元古代碰撞造山、變質(zhì)基底形成的基礎(chǔ)上,經(jīng)早古生代褶皺抬升、中生代陸內(nèi)構(gòu)造作用等多階段構(gòu)造演化形成(周濤發(fā)等,2003,2004;Yuan Feng et al.,2004;楊文采,2018,2022,2023),主要發(fā)育在晉寧期和燕山期。其中燕山期主要為旌德、榔橋、太平等花崗閃長(zhǎng)巖體和黃山、伏嶺、劉村、姚村、廟西等花崗(斑)巖體及數(shù)十個(gè)小巖株(圖1)。皖南巖漿巖帶內(nèi)的大規(guī)模巖漿作用主要發(fā)生于燕山晚期,常以大巖基及復(fù)式巖體的形式出露,根據(jù)巖石類型、分布、巖漿巖同位素地質(zhì)年齡及成礦特征,燕山期巖漿活動(dòng)可以劃分為早、晚兩個(gè)階段。早階段(152～137 Ma),主要為花崗閃長(zhǎng)(斑)巖、二長(zhǎng)花崗巖、花崗(斑)巖,花崗質(zhì)巖類的巖性以花崗閃長(zhǎng)巖居多,巖石偏中性。包含兩種侵位類型巖體,一種為淺成侵位巖體,多以小巖株產(chǎn)出,巖性包括花崗閃長(zhǎng)斑巖和花崗(斑)巖,如東源、逍遙、靠背尖、里東坑巖體等;另一種為深成侵位巖體,多以大巖基出露,為復(fù)式侵入巖體,巖性以花崗閃長(zhǎng)巖為主,如青陽(yáng)、城安、榔橋、旌德、茂林、章渡和太平巖體等。晚階段(136～122 Ma),主要是復(fù)式侵入巖體,大多為二長(zhǎng)花崗巖、正長(zhǎng)花崗巖、花崗斑巖等,如九華山、黃山、劉村巖體等(Wu et al.,2012;薛懷民,2021;汪相和樓法生,2022;汪相,2023)。

伏嶺巖體侵入于由前南華系至寒武系所組成的績(jī)溪復(fù)向斜的北東翼。在平面上呈北東—南西向的長(zhǎng)條狀展布于績(jī)溪縣的龍須嶺—伏嶺—荊墈嶺—黃毛尖一帶,出露面積約145km2(圖2)。巖體呈巖墻狀,侵入接觸關(guān)系明顯,巖體總體傾向南東,傾角40°～60°。張虹等(2005)通過(guò)詳細(xì)的野外填圖,將伏嶺巖體由老至新分為荊墈嶺(γ53-1)、魚龍川(γ53-2)、小昌溪(γ53-3)、飯蒸尖(γ53-4) 4個(gè)單元,其粒徑由粗變細(xì)(圖2)。主體巖性為中粗粒花崗巖,分布于巖體的西北部,向東南依次分布有似斑狀花崗巖、細(xì)?；◢弾r和僅零星出露的中細(xì)—中粗花崗巖。

圖2 皖南伏嶺巖體地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)陳芳等,2013)Fig.2 Geological sketch map of Fuling pluton,southern Anhui(modified from Chen Fang et al.,2013)—寒武系;Nh—Z—南華系—震旦系;Qnj—青白口系井潭組; 燕山期晚期花崗巖:—第四階段, —第三階段, —第二階段, —第一階段; 礦床(點(diǎn)):①—榧樹坑金礦,②—麻葉嶺鉛鋅礦,③—石門嶺鉛鋅礦,④—石坎腳多金屬礦,⑤—逍遙鎢銅多金屬礦,⑥—際下鎢礦,⑦—胡村鎢礦點(diǎn),⑧—巧川鎢礦,⑨—嶺腳銀礦,⑩—水竹坑銅礦— Cambrian; Nh—Z — Nanhuan System— Sinian System; Qnj -Jingtan Formation of the Qingbaikou System; Yanshanian granite: the first stage; Mineral deposits (points): ① Feishukeng gold deposit, ② Mayeling lead—zinc deposit, ③ Shimenling lead—zinc deposit, ④ Shikanjiao polymetallic deposit, ⑤ Xiaoyao tungsten—copper polymetallic deposit, ⑥ Jixia tungsten deposit, ⑦Hucun tungsten deposit point, ⑧ Qiaochuan tungsten deposit, ⑨ Lingjiao silver deposit, ⑩ Shuizhukeng copper deposit

2 樣品采集與分析方法

本次工作在認(rèn)真識(shí)別各種巖性侵入體基礎(chǔ)上,采集了伏嶺巖體新鮮的魚龍川(γ53-2)單元花崗巖樣品FL09(圖3)。現(xiàn)對(duì)樣品花崗巖(FL09)進(jìn)行詳細(xì)礦物學(xué)描述。

圖3 皖南伏嶺花崗巖手標(biāo)本照片及顯微鏡下特征Fig.3 Hand specimen photos and microscopic characteristics of the Fuling granite in southern Anhui礦物代號(hào):Qtz—石英;Kfs—鉀長(zhǎng)石;Sph—榍石;Bt—黑云母Mineral abbreviations: Qtz—quartz; Kfs—K-feldspar;Sph— sphene; Bt—biotite

FL09(采樣坐標(biāo)30°06′38″N,118°43′40″E),全晶質(zhì)結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物為鉀長(zhǎng)石(約60%)、斜長(zhǎng)石(約25%)、黑云母(約5%)、石英(約10%)。石英顆粒有兩類。局部發(fā)生中等強(qiáng)度的蝕變,長(zhǎng)石可見(jiàn)絹云母化和黏土化蝕變,黑云母綠泥石化較強(qiáng),偶見(jiàn)礦物包裹現(xiàn)象,偶見(jiàn)鋯石榍石副礦物。石英,圓粒狀中粒結(jié)構(gòu),大小不一,石英顆粒粒徑小者為1～3 mm,斑晶粒徑可達(dá)2～3 mm。黑云母,片狀,較多,0.5～2 mm。云母發(fā)生強(qiáng)綠泥石化,光性特性有所減弱。鉀長(zhǎng)石,板柱狀結(jié)構(gòu),半自形,蝕變完全,粒徑在1～4 mm。斜長(zhǎng)石,聚片雙晶,板柱狀,中粗粒結(jié)構(gòu),較鉀長(zhǎng)石自形,粒徑1～3 mm。絹云母化為主,少量綠簾石化蝕變。磁鐵礦,鋼灰色,稀疏浸染狀和星點(diǎn)狀賦存于蝕變黑云母中。晶體表面不平整,多具有凹坑。

全巖主、微量元素分析在廣州澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)室完成。主量元素分析采用X-射線熒光光譜分析法(XRF法),相對(duì)誤差均小于5%。微量、稀土元素分析采用ICP-MS(電感耦合等離子體質(zhì)譜)分析方法,大部分元素的相對(duì)誤差小于2%。

鋯石挑選在廊坊市地科勘探技術(shù)服務(wù)有限公司完成。按宋彪等(2002,2015)描述的鋯石樣品制靶。之后在透射光與反射光下對(duì)鋯石進(jìn)行顯微照相,并在陰極發(fā)光(CL)下對(duì)鋯石進(jìn)行圖像觀察與拍照,用以圈定測(cè)年位置。鋯石制靶及陰極發(fā)光圖像照相由北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。LA-ICP-MS鋯石U-Pb 定年測(cè)試在南京聚譜檢測(cè)科技有限公司完成,采用準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)Analyte Excite 和四極桿型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS),型號(hào)為Agilent7700x。

鋯石 Lu—Hf 同位素測(cè)試在南京聚譜檢測(cè)科技有限公司完成,所用儀器為Nu Plasma II 多接收等離子質(zhì)譜和Analyte Excite193nm Ar F 紫外激光剝蝕系統(tǒng)(LA-MC-ICP-MS)。準(zhǔn)分子激光發(fā)生器產(chǎn)生的深紫外光束經(jīng)勻化光路聚焦于鋯石表面,剝蝕氣溶膠由氦氣送入MC-ICP-MS 完成測(cè)試。測(cè)試過(guò)程中每隔10顆樣品鋯石,交替測(cè)試2顆標(biāo)準(zhǔn)鋯石(包括GJ-1、91500、Ple?ovice、Mud Tank、Penglai),以檢驗(yàn)鋯石Hf同位素比值數(shù)據(jù)質(zhì)量。

3 測(cè)試結(jié)果

3.1 主量和微量元素

伏嶺花崗巖的全巖主、微量元素分析結(jié)果見(jiàn)表1。花崗巖SiO2含量為71.65%～76.31%,平均74.58%;Al2O3含量較高,為12.30%～13.96%,平均12.96%; K2O和Na2O含量較高,平均值分別為4.76%和3.57%;全堿含量(Na2O+K2O)含量在7.96%～8.68%之間;CaO含量變化范圍較大,為0.49%～1.60%,平均值0.87%;MgO含量變化范圍也較大,為0.02%～0.56%,平均值0.25%;Fe2O3T含量較低,變化范圍為1.14%～2.71%,平均值1.86%;伏嶺花崗巖的鋁飽和指數(shù)較高,A/CNK介于1.02～1.04之間,A/NK介于1.10～1.29之間。主量元素特征顯示伏嶺花崗巖體為富硅、富鉀、過(guò)鋁質(zhì)的高鉀鈣堿性巖石(圖4)。

表1 皖南伏嶺花崗巖主量元素(%)、稀土元素(×10-6)和微量元素(×10-6)組成Table 1 Major elements (%),rear earth elements (×10-6) and trace elements (×10-6) concentrations of samples from the Fuling granite, southern Anhui

圖4 皖南伏嶺花崗巖巖石類型判別圖解: (a)侵入巖TAS圖解(據(jù)Middlemost,1994);(b)K2O—SiO2圖解(據(jù)Ewart,1982);(c)A/NK—A/CNK圖解(據(jù)Maniar and Piccoli,1989)Fig.4 The whole-rock discriminative diagrams of samples from the Fuling granite in southern Anhui:(a)TAS diagram(after Middlemost,1994);(b)K2O—SiO2diagram(after Ewart,1982);(c)A/NK—A/CNK diagram(after Maniar and Piccoli,1989)

在Haker圖解上(圖5),伏嶺花崗巖的SiO2與其余的大部分氧化物之間具有良好的相關(guān)性,SiO2含量與TiO2、MgO、CaO、P2O5均呈現(xiàn)良好的負(fù)相關(guān)關(guān)系,Fe2O3、MnO次之, K2O和SiO2基本無(wú)相關(guān)關(guān)系。

伏嶺花崗巖∑REE在138.98×10-6～208.61×10-6之間,LREE/HREE值為1.23～9.46,(La/Yb)N值為0.61～10.72,δEu為0.01～0.43(表2)。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖顯示,伏嶺花崗巖具有總體上呈Eu負(fù)異常明顯、兩側(cè)相對(duì)對(duì)稱、平滑的海鷗型。樣品的Cr和Ni含量較低,分別為100×10-6～200×10-6和0.5×10-6～2.0×10-6,遠(yuǎn)低于原始地幔巖漿值(Cr>1000×10-6,Ni>400×10-6,Wilson, 1989),暗示巖漿經(jīng)歷了高度的演化或源區(qū)并非以地幔為主。

原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖顯示,伏嶺花崗巖均顯示Rb、Th、U富集,Ba、Nb、Sr虧損的特征(圖6)。

圖6 皖南伏嶺花崗巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值據(jù)Sun and McDonough,1989)Fig.6 REE chondrite-normalized patterns(a) and primitive mantle-normalized spider diagrams(b)of the Fuling granite in southern Anhui (normalization values from Sun and McDonough, 1989)

3.2 鋯石U-Pb定年

用于測(cè)年鋯石主要為長(zhǎng)柱狀半自形—自形晶,晶形完整,大多呈淺黃色—無(wú)色,少量呈淺棕色,部分含有繼承核。陰極發(fā)光圖像(CL)顯示,鋯石具有清晰的震蕩環(huán)帶,顆粒長(zhǎng)約115～210 μm,長(zhǎng)寬比為4.8∶1～1.3∶1(圖7)。伏嶺花崗巖鋯石的U、Th和Pb含量分別為127.9×10-6～1004×10-6、93.86×10-6～405.4×10-6和3.30×10-6～23.66×10-6。Th/U值為0.27～0.84。綜上可知,研究區(qū)鋯石是典型的巖漿成因鋯石(Hoskin and Schaltegger,2003),其U-Pb年齡可代表侵位年齡。

圖7 皖南伏嶺花崗巖(FLO9)鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像及測(cè)試位置Fig.7 CL images and sampling position of part of zircons from the Fuling granite in southern Anhui數(shù)字編號(hào)代表點(diǎn)號(hào),實(shí)線圈為U-Pb年齡測(cè)點(diǎn),虛線圈為Hf同位素分析點(diǎn)The number represents the point number, the solid cycle is the U-Pb age measurement point, the dashed cycle is the Hf isotope analysis point

伏嶺花崗巖(FL09)樣品18個(gè)測(cè)試點(diǎn)n(206Pb)/n(238U)年齡為123.6～146.1 Ma,伏嶺花崗巖體巖漿鋯石諧和年齡為131.8±0.8 Ma(MSWD=5.4),其加權(quán)平均年齡為131.8±0.9 Ma(MSWD=2.0)。數(shù)據(jù)變化范圍小且數(shù)據(jù)點(diǎn)成群分布,表明鋯石顆粒形成后的U-Pb同位素體系封閉。所以鋯石n(206Pb)/n(238U)年齡代表了巖體的侵位年齡(圖8,表2)。

圖8 皖南伏嶺花崗巖(FL09)LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖(a)和加權(quán)平均年齡圖(b)Fig.8 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagram (a) and weighted average age diagram (b) of representative zircons (FL09) from the Fuling granite in southern Anhui

3.3 鋯石Lu—Hf同位素組成

對(duì)FL09樣品的18粒鋯石進(jìn)行了Lu—Hf同位素分析,測(cè)試點(diǎn)均位于新生巖漿鋯石的振蕩環(huán)帶內(nèi)(圖7)。FL09樣品中18顆鋯石的n(176Lu)/n(177Hf)值為0.000697～0.001671,均小于0.002(表3),指示鋯石形成后放射成因Hf積累低,可以用鋯石n(176Hf)/n(177Hf)值解釋巖體形成時(shí)的成因信息(吳福元等,2007)。鋯石的n(176Hf)/n(177Hf)值為0.282495～0.282566。鋯石的n(176Lu)/n(177Hf)值較小,說(shuō)明由176Lu衰變生成的176Hf極少,鋯石形成后放射性成因Hf的積累可以忽略(Amelin et al.,1999;吳福元等,2007)。因而可以用初始n(176Hf)/n(177Hf)值代表鋯石形成時(shí)的n(176Hf)/n(177Hf),該鋯石可以為其成因提供重要的物源信息(Knudsen et al.,2001;Kinny and Maas, 200Z3)。所有鋯石測(cè)點(diǎn)的fLu/Hf值為-0.98～-0.95,小于硅質(zhì)巖地殼fLu/Hf值(-0.72,Verboort et al., 1996)和鐵鎂質(zhì)地殼fLu/Hf值(-0.34,Amelin et al., 2000),因而二階段模式年齡更清楚反映其源區(qū)物質(zhì)從虧損地幔被獲取的時(shí)間。計(jì)算得到鋯石的εHf(t)值為-7.0～-4.6,平均值為-5.8;虧損地幔二階段模式年齡tDM2為1478～1630 Ma,平均值為1556。

表3 皖南伏嶺巖體鋯石Lu-Hf同位素組成Table 3 Lu-Hf isotopic compositions of zircon from the Fuling pluton in southern Anhui

4 討論

4.1 花崗巖體的形成時(shí)代

本次研究的伏嶺花崗巖樣品FL09采于魚龍川(γ53-2)單元,其鋯石LA-ICP-MS U-Pb加權(quán)平均年齡為131.8±0.9 Ma,所有測(cè)點(diǎn)的年齡數(shù)據(jù)集中于5 Ma的較小變化范圍內(nèi),說(shuō)明這些鋯石是同一次巖漿事件的產(chǎn)物,其加權(quán)平均年齡指示了伏嶺花崗巖的侵位時(shí)間。陳芳等(2013)獲得采于小昌溪(γ53-3)單元的粗?；◢弾r的成巖年齡為130.0±0.7 Ma,較本次采于魚龍川(γ53-2)單元的花崗巖樣品年輕約2 Ma,符合野外填圖事實(shí)。

以往對(duì)伏嶺巖體周邊的劉村、姚村、廟西巖體均進(jìn)行了同位素年齡測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)表4。伏嶺巖體與劉村巖體、廟西巖體、姚村巖體成巖年齡一致,屬于同期巖漿侵入活動(dòng)的結(jié)果。

表4 皖南伏嶺巖體周邊燕山期花崗巖年齡表Table 4 Age table of the Yanshanian granitic rocks around the Fuling pluton in southern Anhui

總結(jié)前人研究結(jié)果,皖南晚中生代時(shí)期存在明顯的兩期巖漿活動(dòng),早期(152～137 Ma) 花崗質(zhì)巖類的巖性以花崗閃長(zhǎng)巖居多;晚期(136～122 Ma) 巖性以花崗巖和正長(zhǎng)花崗巖為主。本次研究的伏嶺巖體屬于江南造山帶晚階段巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

4.2 巖石成因

前人對(duì)皖南地區(qū)燕山晚期花崗巖類型觀點(diǎn)基本一致,大多數(shù)認(rèn)為屬于A型花崗,包括九華山、劉村、廟西、黃山、牯牛降、姚村、西塢口等(Wu Fuyuan et al.,2012;陳芳等,2014;閆峻等,2017;陳雪鋒等,2019;何苗等,2021;王存智等. 2021;薛懷民等,2021)。在Na2O—K2O圖解中,所有樣品點(diǎn)均落在A-型花崗巖區(qū)域(圖9a),在Ce—10000Ga/Al圖解中,大部分點(diǎn)均落在A-型花崗巖區(qū)域,但是還有少數(shù)兩個(gè)點(diǎn)落在A-型花崗巖與I-型花崗巖的分界線附近(圖9b),可能與巖漿演化到晚期,上地殼物質(zhì)同化混染程度的增強(qiáng),導(dǎo)致高場(chǎng)強(qiáng)元素的豐度下降有關(guān)(薛懷民,2021)。

圖9 皖南伏嶺巖體Na2O—K2O判別圖(a)(據(jù)Collins et al,1982)和Ce—(10000Ga/Al)判別圖(b)(據(jù)Whalen et al,1987)Fig.9 Na2O—K2O discriminant map (a)(after Collins et al.,1982) and Zr— (10000Ga/Al) discriminant map (b) (after Whalen et al.,1987) of the Fuling pluton in southern Anhui

伏嶺巖體富硅、鋁、堿,貧鎂、鈣、鐵,具有較高的(Na2O+K2O)含量、高場(chǎng)強(qiáng)元素和稀土元素含量,強(qiáng)烈虧損Sr、Ti、P和Eu,富集Yb,這些地球化學(xué)特征均表明該巖體為典型的A型花崗巖(Loiselle and Wones,1979;Whalen et al.,1987;Bonin,2007;Frost and Frost,2008)。除此之外,通過(guò)分析總結(jié)前人研究成果(安徽省地質(zhì)調(diào)查院?;張舒等,2009; 薛懷民等,2009a,b;謝建成等,2012;王存智等,2021),可以發(fā)現(xiàn)包含伏嶺巖體在內(nèi)的江南造山帶東段皖南地區(qū)的A型花崗巖還普遍具有較高的SiO2含量和Rb/Sr值,同時(shí)具有較低的Ba、Sr含量和δEu值。

4.3 巖漿源區(qū)

目前,對(duì)皖南地區(qū)中生代晚期(136～122 Ma)A型花崗質(zhì)巖體(以花崗巖和正長(zhǎng)花崗巖為主)的成因仍存在幔源與殼源的爭(zhēng)議, A型花崗巖的成因模型主要包括幔源玄武質(zhì)巖漿廣泛的分離結(jié)晶,其中可有或沒(méi)有地殼物質(zhì)的同化混染(Anderson et al.,2003;Wong et al.,2009);先前因含水長(zhǎng)英質(zhì)熔體提取而耗盡的特定大陸地殼的再次部分熔融,并在熔融過(guò)程中可能混入了更多新生幔源物質(zhì)(Collins et al.,1982; Creaser et al.,1991; Whalen et al.,1987;薛懷民,2021;王存智等,2021)。伏嶺花崗巖的主量元素具有良好的線性關(guān)系,在Harker圖解中(圖5),TiO2、Al2O3、MgO、CaO、P2O5、Fe2O3T、MnO均隨著SiO2含量增加而呈線性降低,呈現(xiàn)典型的同源巖漿演化特征;K2O則與SiO2無(wú)明顯關(guān)系。

在La/Sm—La圖解中(圖10),樣品數(shù)值投點(diǎn)明顯呈斜線排列,顯示了部分熔融演化趨勢(shì)。因?yàn)榉鼛X巖體的K2O與SiO2無(wú)明顯變化關(guān)系,所以可以推測(cè)巖漿演化過(guò)程較短,同時(shí)強(qiáng)烈的負(fù)Eu異常表明強(qiáng)烈的斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶作用主要發(fā)生在源區(qū),并能快速上升到達(dá)巖體部位就位。在花崗巖源巖判別圖解中,伏嶺巖體投影于變泥質(zhì)和變雜砂巖的部分熔融產(chǎn)生的熔體區(qū)域內(nèi)(圖11a),并且排除鎂鐵質(zhì)組分的混入(圖11b),較低的n(CaO)/[n(MgO)+n(FeOT)]和較高的n(Al2O3)/[n(MgO)+n(FeOT)]值,表明源巖主要來(lái)源于地殼中鎂鐵質(zhì)巖石的部分熔融(Alteerr et al.,2000),伏嶺巖體地球化學(xué)特征繼承其源巖。

圖10 皖南伏嶺花崗巖La/Sm—La 圖解Fig.10 La/Sm vs. La diagrams for the Fuling granite in southern Anhui

圖11 伏嶺A-型花崗巖巖體源巖判別圖解: (a)nAl2O3/(nMgO+nFeOT)—nCaO/(nMgO+nFeOT)圖解(據(jù)Altherr et al.,2000);(b)Al2O3/TiO2—CaO/Na2O圖解(據(jù)Sylvester, 1998)Fig.11 Diagrams of the Fuling A-type granitic pluton in southern Anhui:(a)nAl2O3/(nMg O + FeOT) vs. nCaO/(nMgO + nFeOT) (after Altherr et al., 2000); (b) Al2O3/TiO2vs. CaO/Na2O ( after Sylvester., 1998)

同時(shí),伏嶺巖體花崗巖富SiO2,貧MgO、MnO和CaO,A/CNK大于1,富集輕稀土元素和大離子親石元素,虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素,具有類似島弧巖漿巖的特征,顯示了殼源地球化學(xué)特征(Pearce et al.,1984;Defant et al.,2001)。因而,伏嶺巖體的成因符合先前部分熔融提取熔體后的殘留難熔物質(zhì)再次部分熔融的觀點(diǎn)(Collins et al.,1982;Whalen et al.,1987)。

伏嶺花崗巖的鋯石εHf(t)變化范圍較小,均在-7.0～-4.6之間,二階段模式年齡(tDM2)為1478～1630 Ma,伏嶺花崗巖二階段模式年齡tDM2主要集中在1.5 Ga。薛懷民(2021)統(tǒng)計(jì)了江南造山帶中生代晚期侵入巖鋯石Hf二階段模式年齡tDM2主要集中在1.1～1.4 Ga,峰值為1.3 Ga,江南造山帶中生代早期侵入巖鋯石Hf二階段模式年齡tDM2主要集中在1.3～1.65 Ga,峰值為1.55 Ga,伏嶺巖體tDM2值相對(duì)于江南造山帶中生代晚期侵入巖偏老。其t—εHf(t)圖解顯示18顆鋯石Hf同位素組成均位于下地殼演化曲線附近,在中元古代與虧損地幔演化線之間(圖12)。說(shuō)明其巖漿可能由中元古代古老下地殼部分熔融形成,離球粒隕石演化線較遠(yuǎn),表明伏嶺巖體的源區(qū)物質(zhì)以古老的下地殼殼源物質(zhì)為主。

圖12 皖南伏嶺花崗巖中鋯石的εHf(t)與年齡關(guān)系圖Fig.12 Relationship between εHf(t)and age of zircons from the Fuling granite in southern Anhui

伏嶺花崗巖全巖微量元素Th/U值為2.59～6.38,平均值為4.96,高于大陸平均地殼值(4.0);Th/Nb值為0.86～2.37,平均值為1.70,遠(yuǎn)高于大陸平均地殼值(0.44);La/Nb值為0.23～3.02,平均值為1.84,略低于大陸地殼平均值(2.2);Th/La值為0.48～3.67,平均值為1.51,遠(yuǎn)高于大陸地殼平均值(0.204)。前人對(duì)伏嶺花崗巖的Rb、Sr、Sm和Nd含量測(cè)試分析見(jiàn)表5,計(jì)算得到[n(87Sr)/n(86Sr)]i、[n(143Nd)/n(144Nd)]i和εNd(t)為0.578000～0.707780、0.512163～0.512686和-5.94～-4.85(主要集中在此階段)?？梢园l(fā)現(xiàn),伏嶺巖體的εHf(t)與εNd(t)值變化范圍均窄,表現(xiàn)出虧損且相對(duì)均一的同位素組成。對(duì)伏嶺巖體投影形成[n(87Sr)/n(86Sr)]i—εNd(t)圖解(本文略),發(fā)現(xiàn)伏嶺巖體與江南造山帶東段的揚(yáng)子上地殼接近,且靠近EMⅡ富集地幔。以上全巖地球化學(xué)證據(jù)均表明伏嶺花崗巖可能有地幔物質(zhì)混入。這與皖南地區(qū)中生代晚期花崗質(zhì)侵入巖的巖漿源區(qū)一致(安徽省地質(zhì)調(diào)查院?;謝建成等,2012;薛懷民,2021;王存智等,2021)。

表5 伏嶺花崗巖全巖Sr-Nd同位素組成Table 5 Sr-Nd isotopic composition of Fuling granite

4.4 構(gòu)造環(huán)境

研究區(qū)經(jīng)歷了自中元古代以來(lái)的多次造山作用。新元古代,揚(yáng)子地塊和華南地塊碰撞作用形成江南造山帶(郭令智等,1996;朱光和劉國(guó)生,2000)。印支—燕山運(yùn)動(dòng)觸發(fā)了該帶強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng),形成了現(xiàn)今呈帶狀分布的中生代晚期的侵入體。對(duì)于區(qū)內(nèi)晚中生代巖漿作用的動(dòng)力學(xué)機(jī)制,大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為與古太平洋板塊向歐亞大陸的俯沖及隨后俯沖板片的后撤密切相關(guān),也是華南中生代晚期成礦的關(guān)鍵(謝建成等,2016;薛懷民,2021)。受古太平洋板塊俯沖作用的影響,整個(gè)華南地區(qū)在晚侏羅世—早白堊世之交(約145 Ma)發(fā)生了動(dòng)力學(xué)體制的轉(zhuǎn)換,構(gòu)造環(huán)境由擠壓轉(zhuǎn)向拉伸(Holloway,1982;Charvet et al.,1994;任紀(jì)舜等,1998;舒良樹和周新民,2002;余心起等,2005;薛懷民,2021;楊文采,2018,2022,2023)。

從伏嶺花崗巖的R1—R2構(gòu)造環(huán)境圖解(圖13a)可以看到,伏嶺花崗巖除了一個(gè)點(diǎn)落在同碰撞(S)型花崗巖內(nèi),大部分點(diǎn)都落在造山期后(A)型花崗巖內(nèi);在(Y+Nb)—Rb圖解中(圖13b),伏嶺花崗巖落入板內(nèi)花崗巖及與火山弧花崗巖的分界線附近,且全部落在后碰撞期花崗巖內(nèi)。表明伏嶺巖體的形成可能受到碰撞作用的影響,巖體形成于后碰撞期或者是碰撞后的板內(nèi)拉伸環(huán)境。

圖13 皖南伏嶺花崗巖R1—R2構(gòu)造背景判別圖解(a)(據(jù)Bathelor et al.,1985)和(Y+Nb)—Rb構(gòu)造環(huán)境判別圖解(b)(據(jù)Pearce et al.,1984)Fig.13 R1—R2 (a) (after Bathelor et al.,1985) and (Y+Nb)—Rb (b) (after Pearce et al., 1984) discriminant diagram of tectonic background for the Fuling granite in southern Anhui

江南造山帶東段中生代晚期早階段(152～137 Ma)的花崗質(zhì)巖類(以花崗閃長(zhǎng)巖為主)的形成可能與太平洋板塊平俯沖之后的回撤作用有關(guān)(陳雪霏等,2013;祝紅麗等,2015),此時(shí)整個(gè)華南地區(qū)晚侏羅世處于擠壓環(huán)境,這種狀態(tài)一直持續(xù)到早白堊世早期,并且此時(shí)的板塊運(yùn)動(dòng)同樣也引起少量幔源巖漿底侵至古老的、加厚的下地殼,形成I/S型花崗巖;而晚階段(136～122 Ma)的花崗質(zhì)巖類(以花崗巖和正長(zhǎng)花崗巖為主)則可能形成于板內(nèi)拉伸或大陸裂谷的開(kāi)始階段,構(gòu)造背景為擠壓后的應(yīng)力松弛到持續(xù)拉伸伸展,這種伸展的構(gòu)造環(huán)境導(dǎo)致了地殼和巖石圈地幔逐漸變薄,從而使得軟流圈不斷上涌,在這種情況下先后觸發(fā)了晚三疊世—早侏羅世因陸內(nèi)造山導(dǎo)致加厚的地殼底部變質(zhì)玄武巖和下地殼變質(zhì)沉積巖(或變質(zhì)火成巖)混雜體的部分熔融(薛懷民,2021)。隨著構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)變,區(qū)內(nèi)處于板內(nèi)拉伸環(huán)境,從晚侏羅世 —早白堊世,隨著板片俯沖角度增加,板內(nèi)拉伸作用逐漸增強(qiáng),軟流圈上涌導(dǎo)致了陸下巖石圈地幔的熔融,從而產(chǎn)生了大量新生的玄武質(zhì)巖漿,隨著這些新生幔源物質(zhì)的底侵,中元古代的基底巖石被大范圍的熔融,從而產(chǎn)生了伏嶺A型花崗巖。與長(zhǎng)江中下游成礦帶雙峰式巖漿巖的成礦作用相似(白茹玉,2019),該期巖漿作用也發(fā)育一期成礦作用,表現(xiàn)為伏嶺巖體周邊鎢銅多金屬礦床(點(diǎn))眾多。這些鎢鉬(銅、金、鉛鋅)多金屬礦床與伏嶺巖體之間的關(guān)系值得下一步工作繼續(xù)探討,這對(duì)于江南造山帶尋找與該期巖漿活動(dòng)有關(guān)的礦床具有重要指示意義。

5 結(jié)論

(1)皖南伏嶺巖體魚龍川(γ53-2)單元的花崗巖的鋯石LA-ICP-MS U-Pb加權(quán)平均年齡為131.8±0.9 Ma。伏嶺巖體成巖年齡與皖浙相鄰區(qū)的劉村巖體、廟西巖體、姚村巖體成巖年齡一致,均屬于江南造山帶晚階段巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

(2)伏嶺巖體有較高的SiO2含量和Rb/Sr值,同時(shí)具有較低的Ba、Sr含量和δEu值,其地球化學(xué)特征表明該巖體為皖南地區(qū)典型的A型花崗巖。巖體具有同源巖漿演化特征,其鋯石原位Lu—Hf同位素特征及全巖地球化學(xué)證據(jù)均表明伏嶺花崗巖可能由中元古代古老下地殼部分熔融形成,其源區(qū)物質(zhì)以古老的下地殼殼源物質(zhì)為主。伏嶺巖體的εHf(t)與εNd(t)值變化范圍窄,表現(xiàn)出虧損且相對(duì)均一的同位素組成,巖石地球化學(xué)及同位素特征表明伏嶺巖體源巖與江南造山帶東段的揚(yáng)子上地殼接近。

(3) 伏嶺巖體的形成受到碰撞作用的影響,巖體形成于后碰撞期,軟流圈上涌導(dǎo)致了陸下巖石圈地幔的熔融,從而產(chǎn)生了大量新生的玄武質(zhì)巖漿,隨著這些新生幔源物質(zhì)的底侵,中元古代的基底巖石被大范圍的熔融,從而產(chǎn)生了伏嶺A型花崗巖。

注 釋 / Note

? 安徽省地質(zhì)調(diào)查院 (安徽省地質(zhì)科學(xué)研究所). 2018. 安徽省巖漿巖數(shù)據(jù)集成與成礦專屬性評(píng)價(jià)報(bào)告.

? Geological Survey of Anhui Province (Anhui Institute of Geological Sciences).2018#. Report on magmatic rock data integration and metallogenic Specialization Evaluation in Anhui Province.