庐枞盆地砖桥地区科学深钻岩浆岩LA-MC-ICP MS锆石U-Pb年代学和岩石地球化学特征*

贾丽琼 徐文艺 吕庆田 莫宣学 熊欣 李骏1, 王梁

1. 中国地质大学地球科学与资源学院，北京 1000832. 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京 1000833. 中国地质科学院矿产资源研究所，国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 1000374. 武警黄金地质研究所，廊坊 065000

长江中下游成矿带位于扬子板块北缘的长江断裂带内，是我国重要的铜铁多金属成矿带。该地区自晋宁期以来，经历了古生代盖层沉积阶段和中生代板内变形阶段，受特提斯构造域、古太平洋构造域中生代转换构造背景控制(常印佛等, 1991; 翟裕生等, 1992; 陶奎元等, 1998; 周涛发等, 2008a)。长期的构造运动和岩浆活动使该区形成了断隆区和断凹区的次级构造格局及丰富多样的铁、铜、金等多金属成矿作用。

作为断凹区的典型代表，庐枞矿集区的成岩成矿特色非常显著，岩浆岩以发育大量橄榄安粗岩系为特征的火山岩组合以及各种类型的侵入岩、次火山岩和脉岩为特色，矿床则以与火山-侵入岩浆有关的玢岩型铁矿床、叠加改造型铁矿床、斑岩型矿床为代表。近年来，庐枞地区因深部找矿工作的新突破引起众人的极大关注。对于区内广泛发育且与成矿作用密切相关的燕山期岩浆活动，自然也开始受到密切关注，对其开展细致研究，不但有助于深入理解岩浆过程、成矿过程并且指导找矿，同时也有助于认识中国东部燕山期巨量岩浆活动的机理，因此成为学者们争相研究的热点。许多学者对庐枞地区的火山岩和典型侵入岩进行了详细的岩石地球化学、同位素年代学、成矿作用、地球动力学等方面的研究，取得了丰硕的成果，但是，对于区内岩浆岩的源区、构造环境，尤其是火山岩与侵入岩之间的成因及演化关系仍存在不少的争议，莫衷一是(杨荣勇等，1993；刘洪等, 2002; 谢智等, 2007; 刘珺等, 2007; 范裕等, 2008; 袁峰等, 2008; 曾键年等, 2010; 薛怀民等, 2010a, b, 2012; 周涛发等, 2007, 2008a, b, 2010)。同时，由于条件所限，以往的研究都只能集中开展于地表所出露的岩浆岩，对于区内深部岩浆活动情况究竟如何则鞭长莫及，知之甚少。

2012年，国家科研专项“深部矿产资源立体探测技术及实验研究”项目(SinoProbe-03-06)在庐枞盆地的砖桥地区完成了2012m科学钻探(孔号：刘屯ZK01，孔位坐标：E117°28′45.47″，N31°0′4.09″)。该钻孔探测深度大，岩心完整，岩性丰富，代表性强，无疑为探讨上述问题提供了绝佳的便利条件。本文在系统的野外地质工作的基础上，对该钻孔中的岩浆岩岩芯样品开展了岩石学、岩石地球化学、锆石U-Pb定年、锆石Hf同位素研究，获取了庐枞矿集区深部岩浆活动情况的一手信息，并探讨了深部岩浆岩的地球化学特征及其成因演化关系，以期为庐枞盆地深部成岩成矿的研究提供进一步的科学数据，丰富对长江中下游地区燕山期岩浆过程的认识。

1 区域地质

庐枞盆地位于安徽省庐江县与枞阳县之间。大地构造位置位于下扬子断陷带内，地处扬子板块北缘，接近华北与扬子两大板块的拼合带。盆地总体轮廓呈东西向延伸的耳廓状，长轴方向大致成北东向延伸，总面积约1032km2(图1)。盆地内的构造为发育与边界断裂一致的NE向、NW向、NNE向三大系统的深大断裂和近EW向、SN向两组共轭断裂，共同构成了独特的网络状断裂构造体系(吴明安等, 1996)。NE向断裂构造为盆地的主干断裂，控制着火山岩坳陷区的形成、演化和基底的性质。火山岩区西侧边界断裂罗河-缺口和中央的黄屯-枞阳断裂是两条最重要的断裂，罗河-缺口断裂不仅是火山坳陷岩区的西部边界断裂，还可能控制坳陷区形态、岩浆喷发顺序及演化格局；黄屯-枞阳断裂控制基底的分布、形态，并对晚期的岩浆活动和成矿作用具有要控制作用(吴明安等, 1996; 吕庆田等, 2010)。

庐枞盆地是在中生代坳陷基础之上发育起来的一个陆相断陷型火山岩盆地，属于继承式火山岩盆地。盆地基底东浅西深，出露的地层主要为中侏罗统罗岭组(J2l)陆相碎屑沉积岩，与火山岩成不整合接触。中生代燕山期的岩浆活动在盆地内形成了大量的火山岩、次火山岩和侵入岩。火山岩以大量橄榄安粗岩系的火山岩组合为特征(任启江等, 1991; 孙冶东等, 1994; 王德滋等, 1996)，由老至新依次划分为龙门院组(K1l)、砖桥组(K1zh)、双庙组(K1sh)以及浮山组(K1f)。龙门院组和砖桥组以粗安岩和玄武粗安岩为主，双庙组以玄武粗安岩和粗面玄武岩为主，浮山组则以粗面岩为主。四组火山旋回成同心环状沿盆地边缘向中心依次分布，各组之间均为喷发不整合接触(图1)。每一旋回的火山活动均从爆发相开始，继之为溢流相，最后以火山沉积相告终。火山活动的喷发方式由裂隙-中心式向典型的中心式喷发方式演化。各旋回火山岩均有与其相对应的岩浆侵入活动，并形成各种类型的侵入岩、次火山岩及脉岩。侵入岩主要岩石类型有：(石英)二长闪长岩、二长岩、(石英)正长岩、碱性长石石英正长岩、碱性花岗岩类等。侵入岩多沿基底断裂构造及火山机构分布，常呈带状展布。

图1 庐枞盆地地质简图(底图据周涛发等, 2010, 有修改)Fig.1 Simplified geological map of Lujiang-Zongyang volcanic basin(modified after Zhou et al., 2010)

2 科学深钻ZK01的岩性编录及岩石学特征

砖桥科学深钻(ZK01)位于庐枞盆地中部(图1)，距其北部巴家滩岩体约10km，距南部黄梅尖岩体约15km。科学深钻开孔于砖桥组火山岩(K1zh)，孔深2012m。从上到下，钻孔岩性变化复杂，总体上可划分为三段：0～1488m主要为粗安岩(辉石粗安岩)，另有玄武质粗安岩、粗面岩、粗面英安岩、英安岩夹晶屑凝灰岩、硅化砂岩、石英砂岩，常有岩脉穿插；1489～1848m主要为正长岩，局部夹粗安岩和薄层砂岩，穿插闪长斑岩脉；1849～2012m主要为黑云母二长岩(图2)。各段岩性并非截然分层，而是逐渐过渡，且局部有相互穿插现象，粗安岩段有岩脉穿插，而在正长岩段可见粗安岩和薄层砂岩的捕掳体，表明火山岩较侵入岩形成稍早一些；黑云母二长岩与正长岩没有明显的岩性分界，二者应是近同时形成(图2)。钻孔岩石有不同程度的蚀变和矿化，常见的蚀变类型有钾长石化、钠长石化、硅化、绢云母化、石膏-硬石膏化、电气石化、绿帘石化、绿泥石化、阳起石化、水云母化、碳酸盐化等，常伴有磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿以及赤铁矿(镜铁矿)矿化。钻孔中主要岩浆岩的岩石学特征如下。

图2 科学深钻ZK01岩性分布柱状图Fig.2 The lithologic distribution columnar section of scientific deep drilling ZK01

粗安岩(辉石粗安岩)(ZK01 695.5～745.9m)：手标本为深灰色至紫灰色，斑状结构，基质主要以交织结构为主。主要矿物成分为斜长石，斜长石斑晶自形程度较高，边缘可见溶蚀现象，粒度普遍较大，粒径可达0.5～6mm；负低突起，聚片双晶不发育，属于钠长石；斜长石边缘常可见窄的、风化成褐色的钾长石环边，构成正边结构。普通辉石斑晶含量较少，呈自形短柱状，粒径0.2～1mm。基质主要由斜长石微晶、隐晶质等组成，充填有黄铜矿、黄铁矿等金属矿物以及石膏、硬石膏、金红石、电气石等矿物。副矿物主要为磷灰石和磁铁矿，磷灰石成针状或自形短柱状，粒度细小。磁铁矿为自形半自形细粒结构。

玄武质粗安岩(ZK01 663.7～676.5m)：手标本为深灰色至灰绿色，具斑状结构。主要矿物成分为斜长石、普通辉石、普通角闪石等。斜长石斑晶主要为钠长石，具聚片双晶，粒度为0.5～5mm；普通辉石含量较少，呈自形短柱状，粒度为0.2～1mm。角闪石含量较少且多已发生绿泥石化等蚀变。基质主要为斜长石微晶和隐晶质，副矿物为磁铁矿、磷灰石，基质中还充填有石膏、硬石膏、金红石、电气石等矿物。

粗面岩(ZK01 1025.8～1029.7m)：弱蚀变，手标本为褐灰色至褐红色，斑状结构。主要成分为斜长石、少量辉石。斜长石斑晶呈板柱状，边缘有溶蚀现象，粒径约为0.5～4mm左右；基质主要为微晶斜长石，略成定向排列，其间有磁铁矿、磷灰石等微晶分布，构成粗面结构。副矿物为磁铁矿、磷灰石，基质中还充填有石膏、硬石膏等矿物。

粗面英安岩(ZK01 102～106.7m)：手标本为褐灰色至褐红色，斑状结构。斑晶主要为斜长石，粒径约为0.5～3mm，基质为微晶斜长石，呈粗面结构。

英安岩(ZK01 1395.3～1397.4m)：手标本为深灰色至灰绿色，斑状结构。斑晶主要为斜长石、石英。石英可见碎屑状，具溶蚀结构，粒径约为0.2～1mm；斜长石斑晶常见溶蚀并可见具钾长石反应边而构成的正边结构，在斜长石的碎裂纹中可见石膏、硬石膏等矿物填隙，斜长石粒径约为0.5～3mm。基质主要为斜长石和石英微晶，呈交织结构。

晶屑凝灰岩(ZK01 460～483m)：手标本为灰黑色，具晶屑凝灰结构，晶屑含量约占火山碎屑总量的60%，另含岩屑等，被火山灰胶结。晶屑成分主要为斜长石。

正长岩(ZK01 1742.2～1772.5m)：手标本为灰褐色-深褐色-褐红色，主要矿物成分为钾长石和斜长石，含少量石英及黑云母。岩石具半自形-他形粒状结构。钾长石含量约为60%～70%，斜长石含量为20%左右，石英<5%。部分钾长石发生钠长石化。钾长石粒径约为0.5～4mm，斜长石粒径约为0.5～3mm左右，黑云母晶型较差边缘多被钾长石交代。副矿物为锆石、榍石、磷灰石和磁铁矿。

黑云母二长岩(ZK01 1850～2012m)：手标本为灰红色至灰褐色，半自形粒状结构。主要矿物成分为钾长石、斜长石和黑云母。钾长石含量较多，占60%以上，斜长石约30%，黑云母含量约为5%～8%，其它为锆石、磷灰石、磁铁矿及榍石等副矿物及少量金属矿物。部分钾长石有蚀变，土化呈现土褐色，斜长石成长板状被他形钾长石包裹成二长结构产出。钾长石粒径约为1～5mm，斜长石粒径约为0.5～2mm，黑云母粒径约为1～4mm，少数黑云母被钾长石交代边缘不整齐，晶型较差。

3 测试方法

测试样品的锆石挑选工作由河北省区域地质矿产调查研究所完成。采用常规方法将样品粉碎至300μm左右，经淘洗、重选富集，再经磁选和密度分选后，在双目镜下进一步挑选出晶型完好、透明度和色泽度较好的锆石颗粒。进行锆石U-Pb定年的样品用环氧树脂粘贴于样品靶上，进行打磨和抛光，使锆石露出新鲜截面。然后对锆石靶进行阴极发光(CL)、透射光和反射光照相，据此选择并标记合适的锆石位置进行U-Pb定年和Hf同位素分析。

LA-MC-ICP MS锆石U-Pb定年和Hf同位素测试分析在中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室MC-ICP-MS实验室完成，锆石定年分析所用仪器为Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及与之配套的Newwave UP 213激光剥蚀系统。激光剥蚀所用斑束直径为25μm，频率为10Hz，能量密度约为2.5J/cm2，以He-Ar混合气体为载气。LA-MC-ICP MS激光剥蚀采用单点剥蚀的方式，数据分析前用锆石GJ-1进行调试仪器，使之达到最优状态，锆石U-Pb定年以锆石GJ-1为外标，U、Th含量以锆石M127(U: 923×10-6; Th: 439×10-6; Th/U: 0.475. Nasdalaetal., 2008)为外标进行校正。数据处理采用ICPMSDataCal程序(Liuetal., 2010)，锆石年龄谐和图用Isoplot 3.0程序获得。详细实验测试过程参见侯可军等(2009)。

锆石Hf同位素测试在Neptune多接收等离子质谱和Newwave UP213紫外激光剥蚀系统(LA-MC-ICP MS)上进行，实验过程中采用He作为剥蚀物质载气，根据锆石大小，剥蚀直径采用55μm或40μm，测定时使用锆石国际标样GJ1和Plesovice作为参考物质，分析点与U-Pb定年分析点为同一位置。相关仪器运行条件及详细分析流程见侯可军等(2007)。分析过程中锆石标准GJ1的176Hf/177Hf 测试加权平均值分别为0.282007±0.000007 (2σ, n=36)，与文献报道值(侯可军等, 2007; Moreletal., 2008)在误差范围内一致。

样品的主量元素、微量元素和稀土元素在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。将较为新鲜的岩石样品粉碎至200目以下的粉末。主量元素分析在飞利浦PW2404X射线荧光光谱仪上完成，采用GB/T 14506.28—93硅酸盐岩石化学分析方法X射线荧光光谱法分析测定，相对误差小于5%；包括稀土元素在内的微量元素采用Finnigan MAT制造的HR-ICP-MS(Element Ⅰ)仪器上完成，实验方法采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)方法通则。实验过程中温度为20℃，相对湿度30%；微量元素含量大于10×10-6时，相对误差<5%，含量小于10×10-6时，相对误差<10%。

4 测试结果

4.1 LA-MC-ICP MS锆石U-Pb年龄

图3 科学深钻ZK01粗安岩(ZK01-93.05m)、正长岩(ZK01-1708.44m)、黑云母二长岩(ZK01-1998.95m)代表性锆石阴极发光照片小圈表示U-Pb测年分析位置，大圈表示Hf同位素分析位置Fig.3 Representative cathodeluminescence images of zircons from trachyandesite(ZK01-93.05m), syenite(ZK01-1708.44m) and biotite monzonite(ZK01-1998.95m) in scientific deep drilling ZK01The small loops represent the analytical position of U-Pb dating, and the big loops represent the analytical position of Hf isotope

4.2 主量元素

选取钻孔ZK01中不同深度、岩性发生变化且蚀变相对较弱、风化程度较低的不同火山岩和侵入岩岩石样品进行常量、稀土和微量元素的测定，测试结果参见表2。

火山岩的SiO2变化范围为51.22%～63.56%，平均为57.43%；TiO2含量较低，介于0.71%～0.88%，平均为0.79%；Al2O3含量较高，变化于13.97%～17.94%，平均为16.32%；MgO变化范围为1.03%～3.33%，平均为2.14%；Na2O含量变化较大，介于1.24%～7.30%，K2O含量为1.70%～5.04%，全碱(K2O+Na2O)含量较高，分布于3.63%～9.28%之间，平均为6.96%，K2O/Na2O介于0.23～4.06之间，变化范围较大。在IUGS推荐的SiO2-(K2O+Na2O)分类图中(图5a)，岩石样品分别落在玄武粗安岩、粗安岩和粗面岩或粗面英安岩中，另有两个样品落在英安岩区域中。样品整体显示出富碱的特征。

侵入岩以正长岩和黑云母二长岩为主。侵入岩的SiO2含量在54.52%～61.99%之间，平均为57.81%；TiO2含量较低，介于0.45%～1.02%，平均0.78%；Al2O3含量与火山岩相比更高， 变化于17.33%～19.47%， 平均为18.20%；MgO变化于0.28%～2.68%，平均为1.79%；Na2O含量变化较大，介于4.72%～9.60%，K2O含量为2.26%～5.25%；全碱(K2O+Na2O)含量分布于9.08%～11.86%之间，平均10.14%，全碱含量比火山岩更高；K2O/Na2O介于0.24～1.11之间。在Wilson(1989)的侵入岩TAS判别图解中(图5b)，样品分别位于正长岩和二长岩区域中。

图4 科学深钻ZK01粗安岩(ZK01-93.05m)、正长岩(ZK01-1708.44m)、黑云母二长岩(ZK01-1998.95m)锆石U-Pb年龄谐和图Fig.4 Zircon U-Pb concordia diagram of trachyandesite (ZK01-93.05m), syenite (ZK01-1708.44m) and biotite monzonite (ZK01-1998.95m) in scientific deep drilling ZK01

表2科学深钻ZK01岩浆岩岩石化学分析(wt%)和稀土微量元素分析结果(×10-6)

Table 2 Analytical results of major (wt%), trace and rare earth elements (×10-6) for the samples of magmatic rocks in scientific deep drilling ZK01

样品号ZK01⁃102mZK01⁃106 7mZK01⁃663 7mZK01⁃695 5mZK01⁃861 1mZK01⁃907 9mZK01⁃1025 8mmZK01⁃1052 2mZK01⁃1190mZK01⁃1304 6mZK01⁃1306 7m岩性粗面英安岩粗安岩玄武质粗安岩粗安岩英安岩粗安岩粗面岩玄武质粗安岩粗安岩粗面岩粗安岩SiO257 7055 5453 1056 4561 6752 7858 5051 2254 7260 0657 08TiO20 740 750 730 850 820 730 850 800 840 710 88Al2O316 0315 9815 6916 3817 7615 2217 3015 7916 3717 0717 94Fe2O31 852 273 694 533 504 832 004 494 952 562 73FeO3 303 501 834 700 755 431 255 983 501 703 00MnO0 230 280 170 230 040 210 060 150 100 090 12MgO1 662 242 162 521 033 331 052 912 301 742 67CaO3 774 5011 332 643 933 884 943 953 003 844 48Na2O4 743 092 935 331 243 357 302 852 965 495 71K2O3 354 482 671 915 042 661 703 383 613 792 90P2O50 440 440 440 470 470 430 490 460 470 360 51LOI5 786 494 303 333 386 394 177 266 712 041 42Total99 9199 9299 2299 8199 7199 7899 7299 8499 8899 6299 75K2O/Na2O0 711 450 910 364 060 790 231 191 220 690 51K2O+Na2O8 097 575 607 246 286 019 006 236 579 288 61Be2 672 783 002 843 192 542 033 324 462 593 02Sc8 827 9410 5010 8011 309 3110 209 8510 808 8810 40V182162177161132149189171176145187Cr12 8010 1011 4013 4011 806 5213 1012 5011 3013 8010 10Co19 920 419 225 847 631 432 312 48 911 99 4Ni11 9012 309 179 398 859 479 0510 508 727 214 52Cu326 0388 017 3394 049 1154 0121 0350 034 095 650 6Zn162 0179 093 6107 036 6159 031 3111 0145 047 166 4Ga24 425 122 323 523 219 921 223 020 920 122 7Rb197 0205 0134 0105 0225 0131 096 5154 0160 0103 0103 0Sr6205431061258117922085468423688941034Y26 522 215 418 924 319 026 723 019 120 322 6Zr389362233298281216300281235328241Nb18 717 010 412 312 410 813 612 811 516 211 7Cs6 036 394 251 725 463 562 576 5610 602 416 96Ba48583320716813101736145815284993851La54 048 242 655 640 341 638 841 240 651 555 2Ce101 093 884 3103 076 571 776 371 976 891 6100 0Pr11 8010 209 6412 608 858 179 308 188 9410 2011 40Nd46 643 239 950 937 532 038 830 435 540 747 7Sm8 597 016 867 857 215 507 675 756 246 907 66Eu1 731 851 691 781 851 811 831 721 491 832 19Gd7 056 885 355 066 675 326 405 724 985 756 09Tb0 960 800 720 660 920 690 910 870 710 820 90Dy5 564 463 383 764 203 655 234 653 663 594 18Ho0 860 760 610 650 830 660 910 770 630 660 84Er2 722 191 651 972 721 892 882 581 992 012 28Tm0 420 390 240 350 430 320 460 340 320 310 38Yb2 892 581 692 272 841 932 672 181 942 032 38Lu0 380 340 300 360 480 340 460 350 300 360 37Hf9 138 395 127 016 925 516 926 875 637 655 21Ta1 301 170 630 810 970 840 960 930 781 130 73Pb11 1015 5018 009 0116 0037 305 8013 8013 9017 1017 00Th30 626 015 318 519 816 420 720 118 030 217 9U9 019 903 713 728 565 036 375 945 289 655 21∑REE244 6222 7198 9246 8191 3175 6192 6176 6184 1218 3241 6LREE/HREE10 7311 1013 2815 379 0210 878 679 1111 6713 0512 86δEu0 660 810 820 810 801 010 780 910 790 860 95δCe0 920 970 960 900 930 880 940 890 930 910 91

续表2

Continued Table 2

样品号ZK01⁃1311mZK01⁃1395 3mZK01⁃1567 4mZK01⁃1538 8mZK01⁃1649 2mZK01⁃1742 2mZK01⁃1794 5mZK01⁃1818 38mZK01⁃1874 38mZK01⁃1949 5mZK01⁃2011 95mm岩性粗面英安岩英安岩粗安岩正长岩正长岩正长岩二长岩正长岩二长岩二长岩二长岩SiO262 1863 5659 5159 3358 7961 9954 5258 8956 1656 6456 13TiO20 720 860 780 840 751 020 850 450 740 750 84Al2O316 7513 9716 1717 9118 7219 4717 3317 8618 0718 7017 56Fe2O32 416 713 811 602 570 443 621 933 493 373 65FeO2 881 203 831 632 880 202 731 552 152 252 78MnO0 070 030 070 040 040 020 180 150 130 110 13MgO2 311 112 901 832 070 282 681 501 731 842 39CaO2 721 612 124 080 791 744 173 664 404 404 55Na2O3 282 024 125 934 729 604 775 485 065 114 82K2O3 793 252 564 645 252 264 314 904 954 754 57P2O50 360 230 420 450 090 070 450 210 440 400 46LOI2 055 173 001 402 912 623 913 112 291 331 73Total99 8199 8399 6699 8499 8799 7399 7899 8499 8199 8899 88K2O/Na2O1 161 251 940 781 110 240 900 890 980 930 95K2O+Na2O7 073 636 2410 579 9711 869 0810 3810 019 869 39Be4 021 993 934 764 7110 804 826 954 976 224 07Sc10 0012 709 6811 108 852 4411 005 499 198 6710 70V14516915317312432 315067 8132110149Cr12 8056 405 234 571 277 116 211 125 110 777 18Co10 823 6022 1011 8017 602 3415 607 8613 109 6311 50Ni8 2130 907 534 017 811 044 702 203 684 114 91Cu56 132 029 285 5308 032 4112 047 695 543 230 6Zn62 021 148 229 1136 021 388 6105 086 775 783 0Ga23 518 422 823 626 927 020 922 423 723 721 9Rb137 0180209251417102214235251229207Sr8023263648753497606816949521048764Y22 919 7020 0027 1041 108 2624 8016 4025 4024 7023 30Zr362146238212476421293158185116105Nb17 914 616 316 919 837 424 329 026 034 824 5Cs7 684 955 015 968 642 665 076 828 469 434 45Ba9594732487097394146296251000811627La52 642 754 158 067 478 261 468 272 160 455 9Ce95 179 795 8105 0137 0102 0112 0112 0128 0108 0105 0Pr10 909 0510 8012 2017 408 8212 8011 3014 0012 4012 20Nd43 138 143 750 575 026 049 940 052 346 745 8Sm7 526 446 928 1815 403 148 786 188 837 387 99Eu1 761 511 622 353 101 241 981 552 001 782 10Gd6 165 085 737 212 492 666 734 956 555 376 13Tb0 860 820 751 010 300 290 990 631 020 980 94Dy4 293 814 005 138 161 404 703 014 604 284 40Ho0 870 690 680 911 370 280 890 550 810 780 74Er2 522 032 072 830 961 012 641 712 552 362 36Tm0 370 270 380 460 170 220 400 300 430 420 38Yb2 652 042 252 843 981 562 761 922 602 582 31Lu0 410 330 340 400 460 290 440 280 430 400 38Hf8 213 405 014 959 4912 105 233 704 322 802 86Ta1 241 041 191 291 233 441 752 381 642 741 56Pb29 704 016 7515 6012 3068 5024 3027 7030 4023 7020 50Th30 414 228 830 39 3158 036 6101 037 827 827 4U9 313 918 1610 802 6619 1011 5018 2014 2011 208 76∑REE229 1192 6229 1257 0146 9227 1266 4252 6296 2253 8246 6LREE/HREE11 6411 7813 1411 3718 5728 4512 6317 9214 6013 7812 99δEu0 770 780 770 921 201 280 760 830 770 830 88δCe0 910 930 900 910 870 780 910 890 910 900 93

图5 科学深钻ZK01岩浆岩分类图(a)-ZK01火山岩TAS分类图(底图据Le Base et al., 1986)；(b)-ZK01侵入岩TAS分类图(底图据Wilson, 1989)；(c)-ZK01岩浆岩K2O-SiO2图解(底图据Middlemost, 1985)；(d)-ZK01岩浆岩K2O-Na2O图解.图6、图9、图12、图13图例同此图Fig.5 Classification diagrams of magmatic rocks in scientific deep drilling ZK01 (a)-TAS diagram of volcanic rocks in ZK01 (after Le Base et al., 1986); (b)-TAS diagram of intrusive rocks in ZK01 (after Wilson, 1989); (c)-K2O-SiO2 diagram of magmatic rocks in ZK01(after Middlemost, 1985); (d)-K2O-Na2O diagram of magmatic rocks in ZK01. Symbols in Fig.6, Fig.9, Fig.12 and Fig.13 are the same as those in this figure

将样品点投到SiO2-K2O图解中(图5c)，多数样品点落在钾玄岩区域内，部分样品落在高钾钙碱性和钙碱性系列区域里。在K2O-Na2O图解中(图5d)，多数样品点都在钾玄岩区域里。表明钻孔ZK01的火山岩和侵入岩为富钾质岩石。火山岩的A/NK变化于1.25～2.37之间，所有样品>1，A/CNK变化于0.55～1.43之间；侵入岩的A/NK比值在1.07～1.39范围内，A/CNK比值在0.81～1.26范围内，火山岩和侵入岩属于准铝质-过铝质岩石。固结指数SI值的大小可以确定岩浆岩是幔源岩浆直接结晶的产物，还是分异、混染的产物，一般幔源岩浆凝固的岩石的SI值为40。钻孔ZK01中的火山岩和侵入岩的固结指数分别为7.91～17.01和2.18～14.87，均远远小于40，这表明钻孔ZK01中的岩浆岩经历了结晶分异或同化混染作用。

在Harker图解中(图6)，火山岩与侵入岩变化趋势相似。其中，Al2O3、Na2O随着SiO2含量的增加而增加，成正相关关系，表明岩浆演化过程中不存在长石的分离结晶作用；而MgO、CaO、MnO、FeOT、P2O5则随着SiO2含量的增加在减少，呈现较好的负相关关系，表明岩浆演化过程中存在橄榄石、辉石、磷灰石等矿物的结晶分异作用；TiO2的丰度随SiO2含量变化没有明显的变化趋势，表明钛铁矿的分异结晶作用不明显(李献华等, 2000; 谢智等, 2007)。

图6 科学深钻ZK01岩浆岩Harker图解Fig.6 Harker diagrams of magmatic rocks in scientific deep drilling ZK01

4.3 稀土元素

钻孔ZK01的稀土元素测试结果见表2。火山岩的稀土元素总量较高，为175.6×10-6～246.8×10-6，平均210.3×10-6；其中LREE含量为159.2×10-6～231.7×10-6，平均值193.4×10-6，HREE含量为13.93×10-6～20.84×10-6，平均为16.89×10-6；LREE/HREE比值为8.67～15.37，平均为11.59；(La/Yb)N的变化范围为9.57～17.10，平均达13.99，轻稀土元素富集，重稀土元素相对亏损，轻重稀土之间分异强烈。侵入岩同样富集稀土元素，其稀土元素总量介于146.9×10-6～296.2×10-6，平均为243.3×10-6；LREE含量为139.4×10-6～277.2×10-6，平均228.0×10-6，HREE含量在7.51×10-6～20.78×10-6之间，平均15.34×10-6；LREE/HREE比值为11.37～28.45，平均为16.29，(La/Yb)N的变化范围为13.77～33.80，平均达19.52，表明轻重稀土元素之间的分异也很强烈，轻稀土富集，重稀土亏损。火山岩样品的δEu值的范围为0.66～1.01，侵入岩的δEu值则介于0.76～1.28之间。除样品ZK01-102m的δEu值小于0.7，其余均大于0.7。所有样品的Ce异常均不明显。

从样品的稀土元素球粒陨石标准化分布形式图中(图7)可以看出，各类岩石的配分曲线整体形态相似，显示出各类岩石的同源性和岩浆作用过程的相似性。另外，所有岩石均表现出轻稀土富集重稀土亏损的右倾平滑型曲线，这与一般的幔源岩石(例如洋中脊玄武岩)所具有的重稀土富集轻稀土亏损的分布特征明显不同，说明其源区并非正常的原始地幔或者亏损地幔(刘洪等, 2002)，而是可能与富集地幔的部分熔融及地壳物质不同程度的混染有关(赵振华和周玲棣, 1994)。

图7 科学深钻ZK01岩浆岩稀土元素球粒陨石标准化分布型式图(标准化值据Boynton, 1984)Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns for magmatic rocks in scientific deep drilling ZK01 (normalizing values after Boynton, 1984)

δEu值大于0.7，表明岩浆形成时斜长石没有作为残留相，岩浆演化过程中斜长石的分离结晶作用不显著。样品ZK01-102m(粗面英安岩)的Eu负异常相对其他样品较为明显，但Nb的负异常却不显著(图8)，可能表明该样品形成较晚，经历了较强的分异作用(刘洪等, 2002)。

图8 科学深钻ZK01岩浆岩微量元素原始地幔标准化蛛网图(标准化值据Sun and MacDonough, 1989)Fig.8 Primitive mantle normalized multi-element spider diagrams for magmatic rocks in scientific deep drilling ZK01 (normalizing values after Sun and MacDonough, 1989)

4.4 微量元素

从表2可以看出，ZK01中各类岩石在微量元素组成方面，Rb、Ba、Th、U、K、Pb等大离子亲石元素的含量很高，是原始地幔的数百倍之多，而Cr、Ni含量则明显偏低。在原始地幔标准化蛛网图中(图8)，各样品显示出富集Rb、K、Sr等大离子亲石元素以及Th、U、Ce、Zr、Hf等高场强元素，亏损Ta、Nb、Ti、P等高场强元素及Ba和Pr等大离子亲石元素。

火山岩和侵入岩的Rb/Sr比值分别为0.06～0.57和0.13～1.19，Rb/Ba比值分别为0.08～0.84和0.25～0.56，均高于原始地幔的相应比值(原始地幔的Rb/Sr值为0.029、Rb/Ba值为0.088，Sun and McDonough, 1989)，表明岩浆分异演化程度较高。在原始地幔标准化蛛网图上，所有样品均表现出明显的Nb、Ti负异常和Pb正异常，这一特征通常在俯冲带火山岩中出现(Briqueuetal., 1984)，可能与岩石圈地幔的交代作用有关(Arndt and Christensen, 1992)，亦或是陆壳物质的混染所致。

ZK01的样品普遍存在一定程度的蚀变，尤其是火山岩样品。K、Na两种元素在岩石蚀变过程中有较强的活性，为了避免由K、Na所确定的岩石类型不能真实反映岩石蚀变前的情况，可以依据岩石中的高场强元素的特征来进行检验，因为蚀变过程中高场强元素通常是不活泼的(Munyanyiwaetal., 1997)。将样品分别投点于Zr/TiO2-SiO2和Nb/Y-Zr/TiO2图解(图9)，从图中可以看出，虽然不同的分类方案所确定的岩石名称有所区别，但是都显示出相对富碱的特征，属于钙碱性系列。

图9 科学深钻ZK01岩浆岩SiO2-Zr/TiO2图解和Zr/TiO2-Nb/Y图解(据Winchester and Floyd, 1977)Fig.9 SiO2 vs. Zr/TiO2 diagrams and Zr/TiO2 vs. Nb/Y diagrams of magmatic rocks in scientific deep drilling ZK01 (after Winchester and Floyd, 1977)

4.5 锆石Hf同位素

锆石具有很高的Hf同位素体系封闭温度，即使在麻粒岩相等高级变质条件下，锆石仍可保持原始Hf同位素组成(Schereretal., 2000)，故Hf同位素原位分析可以为锆石成因演化提供重要的制约参数，为讨论岩石成因提供重要的线索和信息(吴福元等, 2007)。本次锆石的Hf同位素分析中(表3、图10)，三个样品的176Lu/177Hf比值均小于0.002，说明锆石形成之后没有积累放射性成因Hf，所测定的176Lu/177Hf可以代表岩石形成时体系的Hf同位素组成(吴福元等, 2007)。

图10 科学深钻ZK01粗安岩、正长岩、黑云母二长岩的锆石Lu-Hf同位素组成Fig.10 Zircon Lu-Hf isotopic compositions of trachyandesite, syenite and biotite monzonite in scientific deep drilling ZK01

粗安岩、正长岩和黑云母二长岩的176Hf/177Hf比值范围分别为0.282326～0.282480(平均0.282423)；0.282406～0.282510(平均0.282458)；0.282379～0.282596(平均0.282467)。三者的εHf(t)值分别为-12.9～-7.6(平均-9.6)、-10.1～-6.5(平均-8.3)、-11.1～-3.4(平均-8.0)。三者的二阶段Hf模式年龄(tDMc)分别为1.67～2.01Ga(平均1.79Ga)、1.60～1.83Ga(平均1.71Ga)、1.40～1.89Ga(平均1.69Ga)，三个样品的锆石Hf模式年龄远大于其结晶年龄，表明岩浆源区可能受到过地壳物质混染或者源于富集地幔(吴福元等, 2007)。

5 讨论

5.1 ZK01火山岩与侵入岩的岩石系列划分

前人对庐枞盆地中生代火山岩的岩石系列有不同认识。于学元和白正华(1981)将庐枞盆地中生代富钾质的火山岩称之为安粗岩系；吴利仁等(1982)则将其归为碱性岩系列；杨荣勇等(1993)、孙冶东等 (1994)认为盆地内的火山岩应属于橄榄安粗岩(或钾玄岩)系；王德滋等(1996)则提出以橄榄玄粗岩为主、高钾钙碱性岩系为次的中国东部“橄榄安粗岩省”的概念；薛怀民等(2010a)则将庐枞盆地内的火山岩-浅火山岩划分为橄榄玄粗岩系列。李献华等(1999, 2000)、赵振华和涂光炽(2003)研究发现侵入岩中也可以存在橄榄玄粗岩(或钾玄岩)系列的岩石，刘珺等(2007)通过对庐枞地区巴家滩岩体的研究，认为该岩体为橄榄玄粗岩(或钾玄岩)。

Morrison(1980)总结了橄榄玄粗岩系的化学特征：高铝、高氧化、硅近饱和、富集大离子亲石元素(LILE)、低钛、贫铁。钻孔ZK01的火山岩是玄武质粗安岩-粗安岩-粗面岩-粗面英安岩-英安岩的中性岩组合，侵入岩是二长岩-正长岩的中性岩组合，各类岩石均具有硅近饱和、碱含量高(K2O+Na2O>5%)、K2O/Na2O比值多数>0.6、TiO2含量<1.3%、Al2O3>14%、 Fe2O3/FeO比值较高 (Fe2O3/FeO平均为1.6)， 富集Rb、Sr、Th、U、Zr、Pb和LREE元素等特点，符合Morrison(1980)总结的橄榄玄粗岩系的特征。在SiO2-K2O图解中(图5c)，多数样品点都落在橄榄玄粗岩(钾玄岩)系列中。这些均说明钻孔ZK01的火山岩和侵入岩均属于橄榄玄粗岩系列。

表3科学深钻ZK01岩浆岩锆石Hf同位素分析结果

Table 3 Zircon Hf isotopic compositions of magmatic rocks in scientific deep drilling ZK01

SpotNo 176Yb/177Hf176Lu/177Hf176Hf/177Hf2σtMaεHf(t)tDM(Ma)tDMc(Ma)fLu/HfZK01⁃93 05m(粗安岩)ZK01⁃93．05⁃010．0427130．0008630．2824170．000021ZK01⁃93．05⁃020．0233010．0004610．2824600．000019ZK01⁃93．05⁃030．0510450．0010180．2824500．000019ZK01⁃93．05⁃040．0598200．0012210．2824800．000024ZK01⁃93．05⁃050．0779940．0015500．2824610．000021ZK01⁃93．05⁃060．0344410．0007040．2824100．000022ZK01⁃93．05⁃070．0545770．0010950．2823960．000022ZK01⁃93．05⁃080．0327630．0006630．2823260．000020ZK01⁃93．05⁃090．0497850．0010200．2824700．000023ZK01⁃93．05⁃100．0268200．0005600．2824580．000025ZK01⁃93．05⁃110．0402170．0007740．2824170．000026ZK01⁃93．05⁃120．0353580．0006760．2824530．000025ZK01⁃93．05⁃130．0343910．0006840．2824130．000024ZK01⁃93．05⁃140．0372250．0007170．2823880．000027ZK01⁃93．05⁃150．0711050．0013650．2823580．000027ZK01⁃93．05⁃160．0318680．0006340．2824280．000023ZK01⁃93．05⁃170．0356700．0007030．2823780．000027ZK01⁃93．05⁃180．0497710．0009790．2824760．000026ZK01⁃93．05⁃190．0304800．0006120．2823620．000027ZK01⁃93．05⁃200．0257490．0005370．2824540．000024131．29-9．811751806-0．97-8．211041709-0．99-8．611351735-0．97-7．610981668-0．96-8．311351713-0．95-10．011811823-0．98-10．512121855-0．97-12．912952008-0．98-7．911061689-0．97-8．311101713-0．98-9．811741807-0．98-8．511201725-0．98-9．911751814-0．98-10．812111871-0．98-11．912751942-0．96-9．311531780-0．98-11．112251893-0．98-7．710971676-0．97-11．712441928-0．98-8．411141722-0．98ZK01⁃1708．44m(正长岩)ZK01⁃1708．44⁃010．0267030．0005710．2824180．000019ZK01⁃1708．44⁃020．0387910．0007980．2824620．000022ZK01⁃1708．44⁃030．0288320．0006160．2824560．000019ZK01⁃1708．44⁃040．0488610．0010110．2824650．000026ZK01⁃1708．44⁃050．0396040．0008160．2825040．000027ZK01⁃1708．44⁃060．0460530．0009890．2824310．000031ZK01⁃1708．44⁃070．0360550．0007180．2824750．000032ZK01⁃1708．44⁃080．0506150．0010180．2824810．000030ZK01⁃1708．44⁃090．0189650．0004060．2824330．000026ZK01⁃1708．44⁃100．0307700．0006830．2824500．000024ZK01⁃1708．44⁃110．0412890．0009240．2825010．000028ZK01⁃1708．44⁃120．0470480．0009940．2824360．000032ZK01⁃1708．44⁃130．0392380．0008120．2824750．000027ZK01⁃1708．44⁃140．0224420．0004810．2824860．000027ZK01⁃1708．44⁃150．0511790．0010190．2824480．000021ZK01⁃1708．44⁃160．0485390．0009810．2824550．000024ZK01⁃1708．44⁃170．0458620．0009170．2824150．000025ZK01⁃1708．44⁃180．0369810．0007390．2824840．000025ZK01⁃1708．44⁃190．0233750．0004790．2824420．000027ZK01⁃1708．44⁃200．0275890．0005710．2824250．000027ZK01⁃1708．44⁃210．0492330．0009700．2824480．000027ZK01⁃1708．44⁃220．0209320．0004440．2824370．000020ZK01⁃1708．44⁃230．0228260．0004870．2824790．000024ZK01⁃1708．44⁃240．0157520．0003610．2824060．000029ZK01⁃1708．44⁃260．0427500．0009010．2824670．000029ZK01⁃1708．44⁃270．0398000．0008830．2824530．000025ZK01⁃1708．44⁃280．0313500．0006760．2825100．000030ZK01⁃1708．44⁃290．0182690．0003900．2824630．000026130．95-9．711651803-0．98-8．111101705-0．98-8．411151719-0．98-8．111121699-0．97-6．710531613-0．98-9．311601776-0．97-7．710911677-0．98-7．510901664-0．97-9．211401769-0．99-8．611241732-0．98-6．810601619-0．97-9．111541766-0．97-7．710921675-0．98-7．310691650-0．99-8．711381739-0．97-8．411261723-0．97-9．811811812-0．97-7．410791656-0．98-8．811291749-0．99-9．411551786-0．98-8．711361738-0．97-9．011351759-0．99-7．510781665-0．99-10．111761829-0．99-8．011071695-0．97-8．511271727-0．97-6．510411598-0．98-8．110981701-0．99

续表3

Continued Table 3

SpotNo 176Yb/177Hf176Lu/177Hf176Hf/177Hf2σtMaεHf(t)tDM(Ma)tDMc(Ma)fLu/HfZK01⁃1998．95m(黑云母二长岩)ZK01⁃1998．95⁃010．0281390．0006210．2824580．000021ZK01⁃1998．95⁃020．0337630．0007230．2825020．000023ZK01⁃1998．95⁃030．0367100．0007760．2824800．000021ZK01⁃1998．95⁃040．0377150．0007960．2824450．000021ZK01⁃1998．95⁃050．0256870．0005500．2824270．000019ZK01⁃1998．95⁃060．0282220．0006180．2824660．000023ZK01⁃1998．95⁃070．0231680．0005120．2824520．000027ZK01⁃1998．95⁃080．0256390．0005480．2825270．000027ZK01⁃1998．95⁃090．0271450．0005800．2824700．000026ZK01⁃1998．95⁃100．0513940．0010350．2824280．000029ZK01⁃1998．95⁃110．0370520．0007540．2823790．000029ZK01⁃1998．95⁃120．0562900．0011210．2824550．000029ZK01⁃1998．95⁃130．0576540．0011670．2824380．000030ZK01⁃1998．95⁃140．0482240．0010080．2824920．000028ZK01⁃1998．95⁃150．0253290．0005790．2824690．000027ZK01⁃1998．95⁃160．0469240．0010140．2824210．000031ZK01⁃1998．95⁃170．0401100．0008330．2825410．000026ZK01⁃1998．95⁃180．0241730．0005170．2824500．000027ZK01⁃1998．95⁃190．0408530．0008320．2824530．000020ZK01⁃1998．95⁃200．0479590．0009730．2824730．000026ZK01⁃1998．95⁃210．0265670．0006000．2825960．000034ZK01⁃1998．95⁃220．0221850．0004950．2824540．000024ZK01⁃1998．95⁃230．0222820．0005200．2824400．000027ZK01⁃1998．95⁃240．0420590．0009120．2824760．000024ZK01⁃1998．95⁃250．0268830．0005890．2824620．000030ZK01⁃1998．95⁃260．0381720．0008110．2824680．000026ZK01⁃1998．95⁃270．0275890．0005930．2824970．000021130．88-8．311121714-0．98-6．710531615-0．98-7．510851666-0．98-8．811341744-0．98-9．411521783-0．98-8．011001695-0．98-8．511171727-0．98-5．810131558-0．98-7．810931686-0．98-9．411651783-0．97-11．112251891-0．98-8．511311724-0．97-9．111561762-0．96-7．110761641-0．97-7．910951689-0．98-9．611751799-0．97-5．410021529-0．97-8．611201732-0．98-8．511241726-0．97-7．811001681-0．97-3．49181403-0．98-8．411141723-0．99-8．911341754-0．98-7．710951675-0．97-8．111041704-0．98-8．011031692-0．98-6．910571627-0．98

注：εHf(t)=10000×{(176Hf/177Hf)s-(176Lu/177Hf)s×(eλt-1)/(176Hf/177Hf)CHUR,0-(176Lu/177Hf )CHUR×(eλt-1)- 1}.tDM=1/λ×ln{1+(176Hf/177Hf)s-(176Hf/177Hf)DM/(176Lu/177Hf)s-(176Lu/177Hf)DM} .tDMc=tDM-(tDM-t)×(fcc-fs)/(fcc-fDM).fLu/Hf=(176Lu/177Hf)s/(176Lu/177Hf)CHUR-1. λ=1.867×10-11a-1; (176Lu/177Hf)s和(176Hf/177Hf)s为样品测定值; (176Lu/177Hf)CHUR=0.0332, (176Hf/177Hf)CHUR,0=0.282772; (176Lu/177Hf)DM=0.0384, (176Hf/177Hf)DM=0.28325; (176Lu/177Hf)平均地壳=0.015;fcc=(176Lu/177Hf)平均地壳/(176Lu/177Hf)CHUR-1;fs=fLu/Hf;fDM=(176Lu/177Hf)DM/(176Lu/177Hf)CHUR-1;t为锆石结晶年龄

5.2 ZK01火山岩和侵入岩形成时代

本文通过LA-MC-ICP MS定年技术对科学深钻中的三种主要岩性进行了锆石U-Pb定年，分别获得粗安岩的206Pb/238U年龄为131.29±0.85Ma(1σ，MSWD=1.6)；正长岩的206Pb/238U年龄为130.95±0.56Ma(1σ，MSWD=1.4)；黑云母二长岩的206Pb/238U年龄为130.88±0.41Ma(1σ，MSWD=1.15)。

长江中下游地区的岩浆活动时空格架一直是众人所关注的热点问题。近年来，随着Ar-Ar、K-Ar和锆石U-Pb等同位素定年方法的日益成熟和广泛应用，众多学者对庐枞盆地的岩浆岩进行了精度较高的定年测试工作(Wang and McDougall, 1980; 刘洪等, 2002; 周涛发等, 2007, 2008b, 2010; 薛怀民等, 2010b, 2012; 范裕等, 2008; 张乐骏等, 2010; 曾键年等, 2010; 陈志洪等, 2013)(表4)。

分析表明(图11)，庐枞盆地中生代岩浆活动起始于早白垩纪，持续时间短，同位素年龄峰值主要集中在约134～126Ma，盆地内的火山岩和侵入岩是在相当短暂的地质时间内形成的。庐枞盆地的火山岩浆活动可以划分为早晚两期，龙门院旋回和砖桥旋回为早期火山活动，双庙旋回和浮山旋回为晚期火山活动，131Ma左右约为两期火山活动的时间分界线。本文粗安岩的锆石U-Pb年龄为131.29±0.85Ma，对应砖桥组旋回末期的火山岩浆活动。袁峰等(2008)对庐枞盆地的侵入岩和火山岩的地球化学特征进行研究证实，庐枞盆地的火山岩浆活动对应相应的侵入岩浆活动。从图11可以看出，庐枞盆地的侵入岩浆活动同样存在早晚两期，早期岩浆活动约134～130Ma，晚期约为128～122Ma。本文正长岩和黑云母二长岩的锆石U-Pb年龄分别为130.95±0.56Ma、130.88±0.41Ma，为早期侵入岩浆活动的末期产物。由此可见，131～130Ma为庐枞盆地早晚两期火山岩浆活动和侵入岩浆活动的分界线，两期岩浆活动之间存在极短暂的平静期。两期岩浆侵入活动与火山岩浆活动基本对应。从年代学来说，本文中的砖桥组火山岩与侵入岩应为同一岩浆活动不同形式的产物。

表4庐枞盆地岩浆岩年龄统计表

Table 4 Statistical table of ages for the magmatic rocks from Lujiang-Zongyang volcanic basin

采样点岩性年龄(Ma)测试矿物测试方法资料来源砖桥组火山岩131全岩K⁃Ar砖桥组火山岩130．8黑云母Ar⁃Ar浮山组粗面岩123全岩K⁃Ar浮山组粗面岩127．4全岩K⁃ArWangandMcDougall(1980)砖桥组火山岩141全岩Ar⁃Ar双庙组火山岩125．5全岩Ar⁃Ar浮山组粗面岩126全岩Ar⁃Ar刘洪等(2002)龙门院组角闪粗安岩134．8锆石LA⁃ICP⁃MS砖桥组辉石粗安岩134．1锆石LA⁃ICP⁃MS双庙组粗面玄武岩130．5锆石LA⁃ICP⁃MS浮山组粗面岩127．1锆石LA⁃ICP⁃MS周涛发等(2008b)龙门院组角闪粗安岩131．1锆石SHRIMP砖桥组粗面安山岩132．8锆石SHRIMP砖桥组粗面玄武岩132．9锆石SHRIMP双庙组粗面玄武岩130．1锆石SHRIMP浮山组粗面岩127．2锆石SHRIMP薛怀民等(2012)砖桥组粗面安山岩131．29锆石LA⁃MC⁃ICP⁃MS本文巴家滩岩体辉石二长岩133．5锆石LA⁃ICP⁃MS周涛发等(2007)焦冲岩体正长斑岩131．5锆石SHRIMP巴家滩岩体正长斑岩131锆石SHRIMP薛怀民等(2010b)巴家滩岩体石英正长岩130．1锆石LA⁃ICP⁃MS巴家滩岩体辉石二长岩133．2锆石LA⁃ICP⁃MS陈志洪等(2013)城山岩体碱性花岗岩126．5锆石LA⁃ICP⁃MS花山岩体碱性花岗岩126．2锆石LA⁃ICP⁃MS枞阳岩体碱性花岗岩124．8锆石LA⁃ICP⁃MS黄梅尖岩体石英正长岩125．4锆石LA⁃ICP⁃MS范裕等(2008)井边铜矿床安山玢岩133．2锆石LA⁃ICP⁃MS张乐骏等(2010)枞阳卧龙矿区霓辉石正长岩129．6锆石LA⁃ICP⁃MS枞阳拔茅山正长斑岩129．7锆石LA⁃ICP⁃MS泥河铁矿辉石粗安玢岩132．8锆石LA⁃ICP⁃MS罗河铁矿辉石粗安玢岩133．2锆石LA⁃ICP⁃MS罗河铁矿辉石粗安玢岩133．3锆石LA⁃ICP⁃MS庐江沙溪矿区石英闪长斑岩134锆石LA⁃ICP⁃MS曾键年等(2010)毛王庙岩体石英正长岩123．9锆石LA⁃ICP⁃MS巴坛岩体石英正长岩125．1锆石LA⁃ICP⁃MS大缸窑岩体正长岩125．9锆石LA⁃ICP⁃MS小岭岩体正长岩126．2锆石LA⁃ICP⁃MS罗岭岩体石英正长岩126．3锆石LA⁃ICP⁃MS龙王尖岩体石英正长岩126．5锆石LA⁃ICP⁃MS土地山岩体石英正长斑岩127．4锆石LA⁃ICP⁃MS凤凰山岩体石英正长斑岩128．4锆石LA⁃ICP⁃MS焦冲岩体石英正长岩129．6锆石LA⁃ICP⁃MS龙桥岩体正长岩131．1锆石LA⁃ICP⁃MS谢瓦泥岩体辉石二长岩131．6锆石LA⁃ICP⁃MS尖山岩体黑云母二长岩132锆石LA⁃ICP⁃MS岳山岩体二长岩132．7锆石LA⁃ICP⁃MS拔茅山岩体二长岩132．7锆石LA⁃ICP⁃MS黄屯岩体闪长玢岩134．4锆石LA⁃ICP⁃MS周涛发等(2010)砖桥正长岩130．95锆石LA⁃MC⁃ICP⁃MS砖桥黑云母二长岩130．88锆石LA⁃MC⁃ICP⁃MS本文

图11 庐枞盆地岩浆岩年龄统计图Fig.11 Statistical diagram of ages for the magmatic rocks from Lujiang-Zongyang volcanic basin

5.3 ZK01火山岩和侵入岩的源区特征

在TAS分类图解中(图5a)，ZK01火山岩与侵入岩的样品投影点投在同一个趋势范围内；非常相似的稀土元素球粒陨石标准化分布型式图和微量元素原始地幔标准化蛛网图(图7、图8)，均说明火山岩和侵入岩有着内在的成因联系。

在Harker图解(图6)中，从玄武质粗安岩-粗安岩(二长岩)-粗面岩(正长岩)-粗面英安岩-英安岩，Al2O3、Na2O、K2O的含量随着SiO2含量增加而逐渐增加，MgO、CaO、MnO、FeOT和P2O5的含量减少，而TiO2的含量总体变化不明显。这些线性排列的变化表明，钻孔ZK01中的火山岩和侵入岩有可能来自于同一个或者相似的岩浆源区。

图12 科学深钻ZK01岩浆岩Nb/U-Nb图解(a,据姜耀辉等, 2006)和La/Yb-Nb/Ta图解(b)Fig.12 Nb/U-Nb diagrams (a, after Jiang et al., 2006) and La/Yb-Na/Ta diagrams (b) of magmatic rocks in scientific deep drilling ZK01

玄武岩类的Mg#值一般可以作为识别原生玄武岩浆的重要标志之一，原生玄武岩浆的Mg#值应为0.68～0.75(Frey, 1978)，若原生玄武岩浆经结晶分异演化之后，Mg#值一般会逐渐降低。钻孔ZK01中火山岩的Mg#值平均为0.38，侵入岩类的Mg#值平均为0.43。其中，各类岩石的Mg#值平均为：玄武质粗安岩(0.38)、粗安岩(0.39)、粗面岩(0.41)、粗面英安岩(0.41)、英安岩(0.27)、二长岩(0.40)、正长岩(0.46)。从玄武质粗安岩→粗安岩→粗面岩→粗面英安岩，Mg#值在逐渐升高，从粗面英安岩→英安岩，Mg#值在降低。二长岩和正长岩与其相对应的火山岩粗安岩-粗面岩的Mg#值基本一致，略有升高。钻孔ZK01中岩浆岩的Mg#值均明显低于原生岩浆的Mg#值范围(0.68～0.75)，说明它们可能是由原生碱性岩浆经过较强的结晶分异演化而来(贾宝华等, 2006)。火山岩和侵入岩的Mg#值非常接近，同样表明火山岩与侵入岩可能属于一套同源岩浆的岩浆岩系列(Wilson, 1989)。

从表2可以看出，钻孔ZK01的火山岩和侵入岩的微量元素含量接近，其中火山岩的Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn等元素的丰度稍高于侵入岩类，Be、Rb、Nb、Cs、Ta、Pb、Th、U等元素丰度稍低于侵入岩类。火山岩和侵入岩的微量元素均富集大离子亲石元素(K、Rb、Sr、Th、LREE)，具有相似的不相容元素分布模式。钻孔ZK01中火山岩和侵入岩的稀土元素特征也极为相似(表2、图7)。以上这些均表明火山岩和侵入岩的岩浆源区相同。

因此，钻孔ZK01中的不同火山岩和侵入岩均为橄榄玄粗岩系，是同源岩浆不同阶段的演化产物，庐枞盆地的正长岩和二长岩是火山岩系粗面岩-粗安岩组合对应的深成岩。

ZK01岩浆岩的地球化学特征表明其可能为与岛弧相关的钾玄岩(橄榄玄粗岩)(Müller and Groves, 1995; Rock and Bowes, 1991)，其形成或者与俯冲交代作用所改造的岩石圈富集地幔有关，或者与岩浆上侵过程中的陆壳物质混染有关。本文对ZK01中的岩浆岩的锆石Hf同位素进行分析，三件样品的εHf(t)值在-12.9～-3.4的区间范围内，所获的模式年龄近似相同且均远大于锆石U-Pb年龄，在εHf(t)-t图解上(图10)，所有数据点均落在球粒陨石演化线之下，相对集中，呈富集特点，同样表明ZK01中的岩浆岩源区来自于富集地幔或者受到过地壳物质的混染。

Nb/U比值通常可判别岩石是否受到地壳物质的混染(柴凤梅等, 2007)。钻孔ZK01中岩浆岩的Nb/U比值(0.90～3.73)比MORB和OIB(Nb/U≈47, Hofmannetal., 1986)低很多，也低于陆壳上地壳(Nb/U≈9，Taylor and McLennan, 1985)以及全球平均俯冲沉积物(Nb/U≈5，Plank and Langmuir, 1998)，接近俯冲带释放流体的Nb/U比值(Nb/U≈0.22, Ayers, 1998)(图12a)，表明俯冲作用过程中释放的流体对地幔的交代作用是地幔源区具有壳源特征的重要原因。此外，有地壳混染的岩石其Nb/Ta与La/Yb具有负相关关系(Münker, 1998)，ZK01中的岩浆岩的Nb/Ta与La/Yb具有正相关关系(图12b)，也表明钻孔中的岩浆岩不具有地壳混染的特征。再者，ZK01中的岩浆岩具有较高的Sr丰度(表2)，这是上地壳、下地壳和钙碱性岩浆岩所没有的，也不是地壳重熔岩石的特点，只有在金伯利岩、大陆碱性玄武岩等高钾幔源岩石才具有较高的Sr丰度，因此高Sr也可以指示ZK01岩浆岩的原始岩浆为幔源高钾碱性玄武岩(唐永成等，1998)。排除了陆壳物质的强烈混染，笔者认为钻孔ZK01中岩浆岩的地球化学特征是其源区性质的反映，岩浆岩起源于与俯冲交代作用有关的富集地幔。

5.4 构造背景

图13 科学深钻ZK01岩浆岩Zr-Ti构造判别图(底图据Dupuy et al., 1992)Fig.13 Zr-Ti discrimination diagrams of tectonic setting of magmatic rocks in scientific deep drilling ZK01 (after Dupuy et al., 1992)

作为中国东部火成岩省的重要组成部分，包括庐枞盆地在内的长江中下游地区中生代岩浆岩的形成受中国东部中生代燕山期的地球动力学背景的制约。三叠纪以来，扬子板块和华北板块的碰撞造山和大陆深俯冲作用，形成了以超高压变质为特征的秦岭-大别造山带(李曙光和杨蔚, 2002; Zhengetal., 2003)，至晚侏罗世-白垩纪，中国东部完成了近东西向的古特提斯构造域向北北东向的环太平洋构造域的转换，即从大陆碰撞构造体制转为以西太平洋陆缘俯冲构造体制为主导的陆内变形和陆内造山(邓晋福等, 1992; 任纪舜等, 1998; 董树文等, 2007)。太平洋板块的俯冲变化改变了中国东部的构造属性，也改变了岩浆活动的历史：燕山期发生了大规模岩浆活动(Wuetal., 2005; Lietal., 2003)，形成了北东向分布的火山-侵入岩带，同时也使得该时期成为我国最重要的成矿期(陈毓川等, 2007)。

通常认为橄榄玄粗岩系源于与俯冲作用有关的富大离子亲石元素富集地幔(Bacon, 1990; Beccaluvaetal.,1991)，或产生于板内伸展环境(Morrison, 1980; Foley and Peccerillb, 1992)。由于俯冲带距离本区近千千米(邢凤鸣和徐祥, 1998)，远非岩浆弧的宽度所能到达，加之整个沿江火山岩带呈北东向延伸，与大陆边缘呈大角度相交，因而多数学者认为长江中下游火山岩盆地受控于板内断裂活动带(常印佛等, 1991; 翟裕生等, 1992; Xieetal., 2008)。在岩浆岩的Zr-Ti构造判别图解中(图13)，ZK01的火山岩和侵入岩主体均位于板内火山岩区域，指示其可能形成于伸展环境。

长江中下游地区自中生代以来经历了由板缘到板内，由挤压到伸展的特殊的构造转化背景。大规模的岩浆火山活动和成矿作用发生在由挤压向伸展的转化阶段(140～130Ma)(董树文等，2011)。任启江等(1993)研究认为，庐枞盆地在白垩世时期处于以剪切-挤压与剪切-拉伸为主交替作用的构造背景之下。袁峰等(2008)对庐枞盆地内4个旋回火山岩的研究表明，龙门院旋回和砖桥旋回火山岩形成于挤压-拉张过渡的构造背景，而双庙旋回和浮山旋回火山岩则形成于典型的拉张构造背景，与其对应的侵入岩也有同样的特征，而构造背景转换时间在130.5 Ma左右。本文ZK01的粗安岩、正长岩和黑云母二长岩形成于130Ma左右的早白垩世时期，正是形成于挤压向伸展过渡的构造环境，这也与前述钻孔中火山-侵入岩的地球化学投图所得结论一致。而这一构造背景很可能与长江中下游地区在135～127Ma期间进入岩石圈快速伸展时期(周涛发等，2008a)，并于130～120Ma岩石圈减薄达到高潮(吴福元等，2003)密切相关。

钻孔ZK01所在的庐枞盆地位于郯庐断裂与长江断裂破碎带的交汇部位。发生于中生代的岩石圈伸展减薄运动，使得深断裂发生张性活动，降低了盆地的地壳压力，发生软流圈上涌并加热岩石圈地幔，从而使源自富集岩石圈地幔熔融产生的碱性玄武岩浆沿着断裂通道上升，形成岩浆房。一方面，部分岩浆沿着深大断裂及其派生的张性断裂上升冲出地壳，形成橄榄玄粗质火山岩系。另一方面，部分岩浆喷发后岩浆房压力变小，岩浆向上运移的能力减弱，随着构造运动岩浆沿深大断裂向上侵入至地壳浅部缓慢结晶，就形成了与橄榄玄粗质火山岩系同源的侵入岩。

6 结论

(1)科学深钻ZK01中的岩浆岩岩性变化复杂，火山岩以粗安岩(辉石粗安岩)、玄武质粗安岩、粗面岩、晶屑凝灰岩为代表，侵入岩以正长岩和黑云母二长岩为代表。岩石地球化学分析表明，ZK01的岩浆岩富钾富碱，富集大离子亲石元素和轻稀土元素(LREE)，亏损高场强元素和重稀土元素(HREE)。火山岩和侵入岩均属于橄榄玄粗岩系，岩浆演化过程中存在橄榄石、辉石、磷灰石等矿物的结晶分异作用。

(2)对代表性岩石进行锆石U-Pb定年，分别获得131.29±0.85Ma(粗安岩)，130.95±0.56Ma(正长岩)，130.88±0.41Ma(黑云母二长岩)的岩浆结晶年龄。三种岩性的岩浆结晶年龄在误差范围内相似，表明它们形成于相同的时代和构造背景之下，分别为庐枞盆地早期火山岩浆和侵入岩浆活动的产物。

(3)三种代表性岩石(粗安岩、正长岩、黑云母二长岩)的εHf(t)值均小于0，且Hf模式年龄远大于结晶年龄。相似的岩石地球化学和锆石铪同位素特征表明，ZK01中的岩浆岩来源于相同的岩浆源区，即俯冲板片流体交代形成的富集地幔，不存在强烈的陆壳物质的混染。

(4)钻孔ZK01中的岩浆岩形成于中生代中国东部岩石圈地幔拉张伸展的构造动力学背景之下。

致谢论文在成文过程中得到中国地质大学(北京)朱弟成教授给予的鼓励与指导;中国地质科学院矿产资源研究所郭春丽副研究员对论文提出了十分宝贵的修改意见;两位审稿人对论文仔细审阅并提出修改意见;在此一并谨表谢忱。

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