北淮阳东段张冲闪长玢岩地球化学特征、LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及其地质意义

陈 芳, 彭 智, 董婷婷, 柳丙全, 邱军强

(安徽省地质调查院, 安徽 合肥 230001)

北淮阳东段张冲闪长玢岩地球化学特征、LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及其地质意义

陈 芳, 彭 智, 董婷婷, 柳丙全, 邱军强

(安徽省地质调查院, 安徽 合肥 230001)

张冲闪长玢岩呈不规则状侵入佛子岭岩群诸佛庵岩组和毛坦厂组中。岩体具较高的 SiO2和 Al2O3含量, 为偏碱性、准铝质、高钾钙碱性系列岩石。富集大离子亲石元素(LILE)和轻稀土元素(LREE), 亏损高场强元素(HFSE)、重稀土(HREE)和Y, 无明显Eu异常, Sr正异常。通过LA-ICP-MS锆石U-Pb法确定张冲闪长玢岩年龄为129±3 Ma, 表明该岩体侵位于早白垩世。通过对岩石主、微量元素特征研究, 认为岩浆可能来源于底侵玄武岩, 并受到地壳物质的混染。岩体形成于中生代构造体制转换期, 可能属于北淮阳东段中生代第一旋回侵入岩。

闪长玢岩; 地球化学; LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄; 早白垩世; 北淮阳

0 引 言

华北与扬子两大陆块之间的碰撞造山作用形成了秦岭–桐柏–大别–苏鲁造山带, 在大别山造山带北缘的北淮阳褶皱带分布众多受中生代火山岩盆地或其边缘隆起区控制的与火山–次火山作用有关的钼-铅-锌-金矿床(张怀东等, 2010a, 2010b, 2012)。代表性矿床有光山县的千鹅冲、商城的汤家坪、新县的大银尖、母山、肖畈、金寨的沙坪沟(杨泽强, 2007;王运等, 2009; 魏庆国等, 2010; Xu et al., 2011; Chen and Wang, 2011; Yang et al., 2013; 李毅等, 2013;陈红瑾等, 2013), 其中沙坪沟钼矿、千鹅冲钼矿均已达到超大型规模, 其他也均达到大型规模。北淮阳地区属于武当–桐柏–大别成矿带(徐志刚等, 2008), 为我国新近设立的第20个重点成矿带, 安徽省矿产资源潜力评价项目(安徽省地质调查院, 2012)将本区划分为北淮阳成矿亚带, 后文称为“北淮阳成矿带”。

张怀东等(2012)认为北淮阳成矿带内95～130 Ma之间的小岩体与钼多金属矿成矿关系密切。张冲岩体为位于北淮阳成矿带中部鲜花岭地区的小岩体,本文对张冲岩体主量元素、微量元素和稀土元素进行了测定, 并采用锆石激光等离子体质谱(LA-ICP-MS)技术, 对张冲中性岩体中单颗粒锆石进行U-Pb年龄测试, 探讨该区岩浆成因及构造背景,为进一步研究该区区域成矿作用与成矿规律, 提供了必要的资料和依据。

1 地质概况

北淮阳成矿带跨皖豫两省, 东起郯庐断裂、西至南阳盆地, 绵延约 500 km, 桐柏–桐城断裂和明港–六安断裂构成其南北边界, 宽约 50 km, 区域构造格架大致表现为近EW向与NE向两组断裂构造形成的格子状构造体系。北淮阳成矿带夹持于华北地块(I)与桐柏–大别造山带(III)之间(图 1), 总体为一断裂围限的褶皱带(杜建国等, 1996), 由于构造位置特殊, 素有“北淮阳构造带”之称(杜建国, 2000;陆三明等, 2002, 2005; 彭智, 2004; 彭智等, 2005;王根节等, 2010; 张怀东等, 2012)。习惯上, 以商城–麻城断裂为界把北淮阳成矿带分为东段(安徽境内)和西段(河南境内)(图1)。

根据北淮阳成矿带内岩石、地层、构造环境演化特征, 自下而上划分为 4个构造岩石地层单元:新元古界庐镇关(岩)群(苏家河群、红安群); 新元古界–下古生界佛子岭(岩)群(信阳群); 石炭系杨山群;中生界–新生界未变质的陆相盆地堆积(张怀东等, 2012)。

区域内发育元古代、古生代和中生代的岩浆岩,与成矿关系密切的岩浆岩主要为燕山期。北淮阳东段侵入岩出露面积远大于喷出岩。张冲岩体为呈不规则状岩株产出的侵入岩, 长轴沿 NW-SE向分布,与区域主要构造线方向一致, 面积约 0.43 km2, 侵入佛子岭岩群诸佛庵岩组(ZDzf)白云石英片岩和毛坦厂组(K1m)粗安质凝灰岩中(图 2), 岩体中部尚未出露, 被围岩覆盖, 剖面上呈鞍状。岩体边部具冷凝边, 岩体与围岩的接触部位靠围岩一侧具接触变质特征, 表明岩体与围岩为侵入接触关系。鲜花岭地区分布有数个与张冲岩体面积相当的小岩体, 如东冲岩体、狮子山岩体。另外, 张冲岩体附近有化探异常和重砂异常, 同时也分布有一系列的矿床(点)(图 2)。这些均与该岩体有关系, 故有必要对该岩体进行系统研究, 以揭示岩体与矿化的关系。

2 样品采集及分析测试

样品 TW2(采样坐标 31°36′37″N, 116°02′34″E)采自响洪甸水库北侧, 金寨县西冲村西北约 500 m处(图 2), 其中同位素测年样品一件, 主量元素、稀土元素和微量元素样品4件。岩石风化面呈灰褐色,新鲜面呈深灰色, 具斑状结构(图3a)。斜长石斑晶呈半自形板状, 粒度 0.4～3.0 mm, 含量 16%, 发育聚片双晶和环带结构, 为中长石, 部分较新鲜, 部分表面有较多次生的绢云母和泥质, 有的蚀变有少量绿泥石和绿帘石。普通角闪石斑晶为柱状, 粒度0.4～1.0 mm, 含量 4%, 系绿色角闪石, 薄片中见有规则的菱形横切面, 半–全蚀变, 蚀变矿物为绿泥石、绿帘石和黝帘石。未见钾长石和石英等斑晶。基质矿物粒度 0.03～0.1 mm, 最多的矿物是斜长石微晶(71%), 主要呈针状, 少数呈板状和粒状, 普遍弱泥化。基质中有明显蚀变的角闪石(7%), 大多数已不具柱状晶形。还有少量微粒状石英(1%), 零星分布。副矿物是少量微粒状锆石、磷灰石和磁铁矿(图3b)。岩石样品鉴定名称为闪长玢岩。

图1 大别造山带地质略图(据徐晓春等, 2009; 杨泽强, 2007修改)Fig.1 Geological sketch map of the Dabie Orogenic Belt

图2 金寨县鲜花岭地区地质简图(据安徽省地质矿产勘查局313地质队, 2002)Fig.2 Geological map of the Xianhualing area of Jinzhai County

图3 张冲闪长玢岩手标本照片与显微照片Fig.3 Photos of the hand specimen and microphotographs of the Zhangchong diorite porphyrite

主量元素、稀土元素和微量元素分析由安徽省地质实验研究所(国土资源部合肥矿产资源督检测中心)测试完成。主量元素分析采用原子吸收法、容量法分析, 除SiO2采用碱熔法测定外, 其他氧化物采用酸熔法测定, 分析精度优于2%。稀土元素、微量元素采用美国Thermo X Series 2电感耦合等离子体质谱联用仪(ICP-MS)测定分析, 分析精度优于3%。

锆石单矿物分选在河北省廊坊市地科勘探技术服务有限公司完成, 原块状岩石样品破碎到自然粒度,经摇床、淘洗、电磁分选及重液分选等步骤后分离出锆石单矿物, 在双目镜下挑纯。然后在北京锆年领航科技有限公司制靶、照相。锆石 U-Pb年龄测定在中国科学技术大学激光剥蚀电感耦合等离子体质谱实验室(LA-ICP-MS)完成。采用193 nm波长GeoLaspro激光系统进行锆石样品的剥蚀进样, 高纯氦气作为载气。激光剥蚀时氦气流速为0.9 L/min, 频率为10 Hz, 激光束能量为10 J/cm2, 剥蚀直径为32～44 μm, 实验流程参考Yuan et al. (2004), 标准锆石91500用来校正质量歧视和元素分馏, 每测试 4个锆石样品测试一次标准锆石。U/Pb比值结果采用LaDating@Zrn软件进行处理。普通Pb采用ComPb corr#3-18(Anderson, 2002)软件进行校正。锆石的U、Pb含量用实测的91500含量进行校正, 并以Si的浓度作为内标。

3 测试结果

3.1 LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学

张冲闪长玢岩中锆石除极少数具有浑圆的外形外,绝大多数结晶较好, 为典型的长柱状, 具典型的岩浆振荡环带(图4a), 指示其主体为岩浆结晶的产物(吴元保和郑永飞, 2004)。锆石的Th/U比值在0.71～1.45之间, 属典型的岩浆成因锆石, 能代表侵入岩的形成年龄。

对 30颗锆石的边部环带进行了测试, 结果见表1。其中3个锆石年龄异常, 未参与计算(未列在表1中), 其余27颗锆石的206Pb/238U表面年龄分布在 121±3 Ma～138±3 Ma, 加权平均年龄为 129±3 Ma (n=27), MSWD=4.8(图4b)。

3.2 岩石地球化学特征

从张冲闪长玢岩的主量元素分析结果(表 2)可以看到, SiO2含量在60.79%～62.11%之间; Al2O3含量在16.28%～17.02%之间; CaO含量在3.22%～3.82%之间; Na2O含量在 3.70%～4.53%之间; K2O含量在2.85%～3.29%之间; K2O+Na2O含量在6.89%～7.69%之间; K2O/Na2O在0.63～0.90之间; 里特曼指数σ在2.67～3.13之间。在火成岩 TAS分类图解上(图 5a),张冲岩体主要落于二长岩内, 靠近闪长岩边界; 在K2O-SiO2图解(图 5b)中张冲闪长玢岩样品全部落在高钾钙碱性系列区域。铝饱和指数 A/CNK值在0.97～1.00之间; A/NK值在1.53～1.72之间, 指示为偏碱性、准铝质岩石。

张冲闪长玢岩∑REE=248.58×10–6～421.79×10–6;轻重稀土元素分馏明显, LaN/YbN均值为 24.02。LREE/HREE比值范围为 14.52～17.46, 均值 16.61, HREE相对于LREE强烈亏损(表2、图6a)。球粒陨石标准化稀土元素配分曲线为轻稀土富集型的向右倾型(图 6a), Eu异常不显著(δEu=0.67～0.97)岩浆源区可能没有斜长石的残留或结晶分离, 样品具有较弱的Ce负异常(δCe=0.91～0.94)。

球粒陨石标准化微量元素蛛网图(图 6b)可见,样品富集大离子亲石元素Rb, K, Ba, Sr, 亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti。

图4 张冲闪长玢岩样品锆石阴极发光(CL)图像(a)和U-Pb年龄谐和图(b)Fig.4 Cathodoluminescence images (a) and U-Pb concordia diagrams (b) of zircons from the Zhangchong diorite porphyrite

表1 张冲闪长玢岩LA-ICP-MS锆石U-Pb分析结果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results of the Zhangchong diorite porphyrite

4 讨 论

4.1 岩体的形成时代

张冲闪长玢岩的锆石U-Pb年龄为128.6±2.5 Ma,表明该岩体侵位于燕山晚期, 是早白垩世岩浆活动的产物。笔者搜集了近年北淮阳东段部分岩体/矿体的高精度同位素年龄(表3), 发现该区成岩年龄集中侵位于135～127 Ma和125～111 Ma两个阶段, 与长江中下游地区以及皖南地区第二期岩浆活动时间一致(周涛发等, 2012; 王登红等, 2012; 黄国成等, 2012; 陈芳等, 2013a, 2013b; 段留安等, 2013)。除金寨银山矿区一个年龄为136 Ma, 其他所有年龄值均为135 Ma以后的早白垩世, 未发现大规模的晚侏罗世岩浆作用。北淮阳东段大范围分布的毛坦厂组火山岩, 过去一直定为晚侏罗世岩浆作用的产物(张鹏, 1998; 杨祝良等, 1999)。由于测试年代较早, 测试手段、测试精度不够等问题, 其时代定的可能偏老, 据上述分析看来, 定为早白垩世比较合适。

北淮阳东段侵入岩浆活动分为两个旋回, 即第一旋回的钙碱性和钾玄岩系列和第二旋回的碱性系列, 两期岩浆侵位时间及构造环境暂无定论(Mao et al., 2008; 王根节等, 2010; 张怀东等, 2012)。王根节等(2010)认为北淮阳东段中生代岩浆作用早期以大规模的喷发伴随深成作用为特征, 属高钾钙碱和钾玄岩系列, 是本区金、银、铅、锌多金属矿化的主要时期; 晚期岩浆活动以深成岩为主, 属碱性系列,是本区钼矿化的主成矿期。张冲闪长玢岩体为高钾钙碱性侵入岩, 同时周边分布有一系列的Au、Pb、Zn矿床(点), 如汞洞冲铅锌银矿床、孙冲铅锌矿点、陈家大庄金矿点、东冲金矿点、戈家冲铅锌矿点、狮子山金矿点(图2)。因而, 张冲闪长玢岩体可能属于北淮阳东段中生代第一旋回侵入岩, 北淮阳地区中生代两期侵入岩浆活动可能均发生在早白垩世。

表2 张冲闪长玢岩全岩主量(%)和微量元素(×10–6)组成Table 2 Major (%) and trace element (×10–6) concentrations of the Zhangchong diorite porphyrite

4.2 岩石成因

中国东部燕山期大面积出露的花岗质岩石是壳幔相互作用的产物(周涛发等, 2012)。张冲闪长玢岩具有较高的 SiO2(60.79%～62.11%)≥56%和 Al2O3(16.28%～17.02%)≥15%含量, 低 MgO(2.22%～2.44%)＜3%含量, 富集 LREE和 Sr(713×10-6～1019×10-6),亏损HFSE、HREE和Y, Eu负异常较弱, 具有埃达克岩的基本特征(潘国强等, 2001; 张超等, 2012)。潘国强等(2001)认为北淮阳埃达克岩形成可能与底侵到下地壳的玄武质岩石部分熔融有关, 并受到地壳物质的同化混染作用。在AFM-CFM相关图上(图7) ,张冲闪长玢岩所有点均落在变质玄武岩部分熔融区,表明其源区以玄武岩为主。

4.3 构造环境

20世纪80 年代中期以来, 秦岭–大别造山带作为一个典型的大陆造山带引起国内外地学界广泛关注, 普遍认为其是华北和扬子两大板块在约 230.9～243.9 Ma发生碰撞拼合形成的, 是典型的大陆造山带(李曙光等, 1989; Ames et al., 1993)。在晚三叠世末–早中侏罗世, 大别造山带由特提斯构造域转换为环太平洋构造域, 强烈的挤压和陆内俯冲作用导致造山带地壳和岩石圈增厚; 在晚侏罗世, 构造体制由挤压向伸展转换, 在早白垩末期进入强烈的深入地幔的伸展作用阶段, 碰撞造山作用结束(Li et al., 2001)。张冲岩体侵位于早白垩世(129±3 Ma),为构造活化和构造机制由挤压开始向拉张转折的转换阶段。此时, 大别造山带的北缘——北淮阳褶皱带发生了较大规模的岩浆活动, 形成北淮阳花岗岩带, 属于造山期花岗岩, 或板块碰撞后隆起期花岗岩。

图5 全碱–硅(TAS)分类图(a, 据Middlemost, 1994)和K2O-SiO2图解(b, 据Ewart, 1982)Fig.5 TAS (a) and K2O vs. SiO2diagrams (b) for the Zhangchong diorite porphyrite

图 6 张冲闪长玢岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)(球粒陨石和原始地幔标准化值据Sun and McDonough, 1989)Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace elements spider diagram (b) of the Zhangchong diorite porphyrite

表3 北淮阳东段部分岩体最近数年的高精度同位素年龄Table 3 Isotopic dating results of the intrusions and volcanic rocks in the eastern of the North Huaiyang area

续表3:

图 7 张冲闪长玢岩 AFM-CFM岩石成因判别图解(据Altherr et al., 2000)Fig.7 AFM vs. CFM diagram for Zhangchong diorite porphyrite

5 结 论

张冲闪长玢岩中锆石的206Pb/238U 加权平均年龄为129±3 Ma, 表明岩体侵位于早白垩世。岩体为偏碱性、准铝质、高钾钙碱性系列岩石。样品具有较高的SiO2和Al2O3含量, 富集大离子亲石元素(尤其是Sr)和轻稀土元素, 亏损高场强元素、重稀土和Y, 无明显 Eu异常, 具埃达克岩特征。岩石来源于底侵到下地壳的玄武质岩石的部分熔融, 并受到地壳物质的同化混染作用。张冲岩体形成于中生代构造体制转换期, 可能属于北淮阳东段中生代第一旋回侵入岩。

致谢: 中国地质科学院地质研究所薛怀民研究员、合肥工业大学资源与环境工程学院徐晓春教授审查文稿并提出了宝贵意见, 在此表示感谢！

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Geochemical Characteristics and Zircon U-Pb Age of Zhangchong Diorite Porphyrite in the East Part of North Huaiyang and Their Geological Significance

CHEN Fang, PENG Zhi, DONG Tingting, LIU Binquan and QIU Junqiang
(Geological Survey of Anhui Province, Hefei 230001, Anhui, China)

The Zhangchong diorite porphyrite intruded into the Zhufo’an Formation and Maotanchang Formation of the Foziling Group. The diorite porphyries have high SiO2and Al2O3contents, and belong to metaluminous, high K Calc-alkalic series. The rocks are enriched in large ion lithophile elements and depleted in high field strength elements, showing positive Sr anomalies and insignificant Eu anomalies. LA-ICP-MS U-Pb dating of zircon from the Zhangchong diorite porphyrite yields an age of 129±3 Ma. Regarding the major and trace element geochemistry of the rocks, we suggest that the magma was derived from underplated basalt with crustal contamination. The pluton belongs to the first phase of Mesozoic magmatism in the eastern North Huaiyang emplaced under a tectonic transition of compression to extension in Late Jurassic to Early Cretaceous.

diorite porphyrite; geochemistry; LA-ICP-MS zircon U-Pb age; Early Cretaceous; North Huaiyang

P597; P595

A

1001-1552(2016)06-1289-010

2014-07-03; 改回日期: 2014-09-10

项目资助: 中国地质调查局地质调查工作项目(1212011220547)。

陈芳(1979–), 女, 博士, 高级工程师, 从事岩石地球化学研究工作。Email: chenfang0929@163.com