北淮阳东段杨家湾岩体地球化学特征、锆石U-Pb定年及地质意义*

邱军强，彭　智，陈　芳，董婷婷，柳丙全

(1 安徽省地质调查院，合肥 230001)(2 安徽省大陆成矿研究中心，合肥 230001)



北淮阳东段杨家湾岩体地球化学特征、锆石U-Pb定年及地质意义*

邱军强1，2，彭智1，陈芳1，2，董婷婷1，2，柳丙全1

(1 安徽省地质调查院，合肥 230001)(2 安徽省大陆成矿研究中心，合肥 230001)

摘要：北淮阳东段杨家湾岩体为石英闪长岩，SiO2、Al2O3和碱质含量中等，Mg#小，具准铝质高钾钙碱性系列岩石特征。该岩体的稀土元素含量较低，(La/Yb)N和LREE/ HREE比值均较高，具较弱的Ce负异常，轻稀土分馏明显，重稀土较平坦，属轻稀土富集型；富集大离子亲石元素(LILE)Rb、Ba、K及高场强元素(HFSE)Zr、Hf、Y-Nb、Ta、Ti、P、U呈低谷负异常，亏损HFSE，富集LILE。通过LA-ICP-MS锆石U-Pb定年，首次获得杨家湾岩体年龄为139.6±2.2Ma，属燕山中期，是早白垩世早期岩浆活动的产物，代表杨家湾岩体的成岩年龄。

关键词：岩石地球化学；锆石U-Pb定年；构造环境；杨家湾岩体；北淮阳

北淮阳地区位于大别造山带北部，总体为一断裂围限的褶皱带(图1)，习惯称之为北淮阳褶皱带。前人已对其中的侵入岩做过较多研究[1-8]，但不全面。近年来，在该带内发现的沙坪沟钼矿等多个中大型矿床，均主要与中酸性侵入岩有关。为了总结区域成矿作用与成矿规律，安徽北淮阳地区成矿规律与资源潜力调查项目对区内主要侵入岩体进行了系统研究。本文报道杨家湾岩体地球化学特征、锆石U-Pb定年及地质意义。

1地质背景

北淮阳地区跨皖豫两省，东起郯庐断裂，西至南阳盆地，绵延500 km，桐柏—桐城断裂和明港—六安断裂构成南北边界，宽约50 km。该区属于武当—桐柏—大别成矿带[9]，是我国新设立的第20个重点成矿带。习惯上，以商城—麻城断裂为界把北淮阳地区分为东段(安徽境内)和西段(河南境内)。

根据北淮阳地区内岩石、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)；石炭系杨山群和中生界—新生界未变质的陆相盆地堆积[10]。庐镇关岩群主要为斜长角闪岩、变粒岩、浅粒岩、石英片岩、大理岩、千枚岩组合。佛子岭岩群岩石组合为长石石英岩、板岩、石英片岩、千枚岩、含石英白云质大理岩[11]。杨山群主要为含煤浅变质岩系，岩石组合为变质砂质页岩和粉砂岩，是浅海相或滨海相向陆相过渡的含煤建造。侏罗纪—早白垩世的火山—沉积建造以火山岩、火山碎屑岩为主。

区内构造复杂多样、断层褶皱发育，形成了多期次、多层次、多型式、多级次的构造岩片[12]，主要构造有北部的金寨—舒城断裂、南部的桐柏—桐城潭断裂以及东部的郯庐断裂带。

区域内岩浆岩较发育，其形成时代为元古代、古生代和中生代，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。燕山期以来，区内岩浆活动较频繁，形成以中酸性为主的火山—侵入岩，早期为钙碱性系列，晚期以碱性系列、钾玄岩系列为主[13]。

图1　金寨县诸佛庵地区地质图(据1：250000六安市幅地质图改编)Fig.1　Geologic map of the Zhufoan area in Jinzhai CountyⅠ-华北地块；Ⅰ1-华北地块南缘逆冲构造带；Ⅱ-桐柏—大别山构造带；Ⅱ1-北淮阳裂陷槽复合褶皱带；Ⅱ2-桐柏—大别裂解岛基底；Ⅱ3-桐柏—大别中元古代岛弧海盖层。①-固始—合肥断裂；②-明港—六安断裂；③-桐柏—桐城断裂；④-金寨—舒城断裂；⑤-郯城—庐江断裂；⑥-商城—麻城断裂；⑦-罗山—大悟断裂；⑧-银沙—泗河断裂。1-地层界线；2-角度不整合界线；3-正断层；4-逆断层；5-平移断层；6-性质不明断层；7-面状水系；8-线状水系；9-铅锌矿点和钼矿点；10-山峰；11-取样位置。Qhf-全新统丰乐镇组；Qp2b-中更新统泊岗组；K 1-2h-中下白垩统黑石渡组；K 1-2xh-中下白垩统响洪甸组；J 3K1m-上侏罗—下白垩统毛坦厂组；ZD-震旦—泥盆系潘家岭岩组；ZDb-震旦—泥盆系八道尖岩组；ZDzf-震旦—泥盆系诸佛庵岩组；ZDh-震旦—泥盆系黄龙岗岩组；Zdxy-震旦—泥盆系祥云寨岩组；Pt3xn-新元古界仙人冲岩组；Pt3Zj-新元古界郑家冲片麻岩；Pt3Xp-新元古界新甫沟片麻岩；Pt3Jh-新元古界姜河片麻岩；Ar3Pt1D-新太古—古元古界大别岩群；ξ-正长岩；δο-杨家湾石英闪长岩；χξπ-霞石正长斑岩；χτπ-霞石粗面斑岩；ψο-角闪石岩

2岩相学特征

杨家湾岩体是北淮阳构造带东段小岩体之一，位于金寨断裂和磨子潭断裂之间(图1)，分布于甸岗，仅1个小侵入体，呈岩株状产出，出露面积约1.0 km2，侵入于震旦—泥盆系潘家岭岩组中。1：250000六安市幅区调将其划为古碑超单元槐树湾单元❶。值得注意的是，在岩体中部有杨家湾铅锌矿点，在岩体南部有石家河钼矿化点。

杨家湾岩体为浅灰—灰色，由斜长石(69%)、钾长石(5%)、石英(6%)、普通角闪石(15%)和黑云母(5%)组成，副矿物为锆石、磷灰石和褐铁矿，呈半自形粒状结构、块状构造(图2)。斜长石为半自形板状，具聚片双晶，部分具环带结构，发育绢云母和泥化。钾长石呈半自形板状—他形粒状，均为条纹长石，泥化较强。石英为他形粒状、不规则状和聚晶状。普通角闪石为半自形柱状，部分颗粒可见菱形节理，大部分已不同程度蚀变为绿泥石和次闪石等，少数新鲜颗粒为绿色角闪石，具明显的多色性。黑云母为片状，已蚀变为绿泥石。矿物粒度一般<2 mm，属细粒级，定名为石英闪长岩。

图2　杨家湾石英闪长岩手标本照片(a)及岩石薄片显微照片(b)Fig.2　Hand specimen(a)and microphotograph(b)of quartz diorite in the Yangjiawan regionPl-斜长石；Kf-钾长石；Q-石英； Hb-角闪石

3岩石地球化学特征

3.1样品分析方法

在杨家湾岩体内采集1组样品，采样位置见图1，样品为细粒石英闪长岩。样品TW9用于锆石U-Pb定年，其他4件样品用于主量、稀土和微量元素分析。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%。稀土和微量元素采用美国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1%～3%。

3.2主量元素地球化学特征

主量元素分析结果及特征参数见表1。从表1可以看出，杨家湾岩体SiO2含量为56.44%～56.67%，属中性岩；Al2O3含量中等(平均16.82%)，A/CNK值平均0.88，属准铝质；与石英闪长岩平均化学成分[14]相比，SiO2、K2O、P2O5含量偏低，Fe2O3、MgO、CaO含量偏高，TiO2、A12O3、FeO、MnO、Na2O含量相近。Na2O+K2O平均为5.86；K2O/Na2O平均0.60，属Na质系列；分异指数(DI)平均52.77，反映岩浆分异程度中等。里特曼指数σ<3，属钙碱性岩；碱度率(AR)平均为1.72。在(Na2O+K2O)-SiO2图解上(图3a)，样品落在二长闪长岩区和辉石闪长岩区界线及附近区域；在SiO2-K2O图解中(图3b)，样品均落在高钾钙碱性岩石系列区域。可见，该岩体具准铝质高钾钙碱性系列岩石的特点。

表1　杨家湾石英闪长岩主量元素分析结果(wt.%)及特征参数

分析测试单位：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)。

3.3稀土和微量元素地球化学特征

杨家湾岩体稀土元素和微量元素分析结果及特征参数见表2。由表2可知，杨家湾岩体稀土元素含量较低，∑REE平均为171.74， LREE/ HREE平均为10.57，HREE相对于LREE明显亏损，轻重稀土分异明显(LaN/YbN平均14.20 )，Eu弱负异常(δEu平均0.82)，具较弱的δCe负异常(平均0.87)。石英闪长岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线见图4a，曲线右倾，Eu谷不明显，轻稀土分馏明显，重稀土分馏不明显，属轻稀土富集型，且各稀土元素配分曲线具较好的一致性。

从表2和微量元素原始地幔标准化蛛网图(图4b)可知，该岩体富集大离子亲石元素(LILE)Rb、Ba、K，高场强元素(HFSE)Zr、Hf呈凸峰， Y显示轻微的富集，而Nb、Ti、Ta、P、U主要呈负异常，与造山带花岗岩微量元素特征一致[18]，而P、Ti的亏损则暗示存在磷灰石和钛铁矿的结晶分离作用。该曲线整体右倾，岩体亏损HFSE，富集LILE，高场强元素亏损可能是地壳物质混染造成的[19-20]。

表2　杨家湾石英闪长岩稀土元素、 微量元素分析结果(×10-6)及特征参数表

分析测试单位：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)。

图3　杨家湾石英闪长岩(Na2O+K2O)-SiO2图(a)(底图据文献[15])和K2O-SiO2图(b)(底图据文献[16])Fig.3　(Na2O + K2O) vs. SiO2 (a) and K2O vs. SiO2 (b) diagrams of quartz diorites in the Yang jiawan region

图4　杨家湾石英闪长岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)(球粒陨石标准化值、原始地幔标准化值据文献[17])Fig.4　Chrondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized spiderdiagrams (b) of quartz diorites in the Yangjiawan region

4锆石U-Pb年代学特征

4.1样品处理及测试方法

用于定年的样品编号为TW9，在河北省廊坊市地科勘探技术服务有限公司分选锆石。岩石样品破碎至自然粒度，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。在北京锆年领航科技有限公司制靶，在双目镜下选择透明、无裂隙且有代表性的锆石颗粒制成环氧树脂样品座，磨至锆石颗粒中心部位后抛光，抛光后的样品进行CL显微结构观察和照相。

锆石U-Pb定年测试在中国地质科学院矿产资源研究所MC-ICP-MS实验室完成。激光剥蚀所用斑束直径为25 μm，频率为10 Hz，能量密度约2.5 J /cm2，以He为载气。信号较小的207Pb、206Pb、204Pb、204Hg、202Hg用离子计数器接收，208Pb、232Th、238U信号用法拉第杯接收。均匀锆石颗粒207Pb /206Pb、206Pb /238U、207Pb /235U 测试精度(2σ)约2%，对锆石标准的定年精度和准确度约1%(2σ)。LA-MC-ICPMS 激光剥蚀采样用单点剥蚀的方式，分析前用锆石GJ-1调试仪器，锆石U-Pb定年以锆石GJ-1为外标，U、Th 含量以锆石M127(U：923μg/g；Th：439μg/g；Th/U：0.475)为外标校正。数据处理采用ICPMS DataCal 程序[21]，测量过程中绝大多数分析点206Pb/204Pb>1000，未进行普通铅校正，204Pb 由离子计数器检测，204Pb 含量异常高的分析点可能受包体等普通Pb 的影响，对204Pb含量异常高的分析点

在计算时剔除，锆石年龄谐和图用Isoplot 3.0 程序获得。详细实验测试过程可参见文献[22]。样品分析过程中，Plesovice锆石标准作为未知样品的分析结果为(336.5±1.5)Ma(n=3，2σ)，对应的年龄推荐值为(337.13±0.37)Ma(2σ)[23]，两者在误差范围内完全一致。样品TW9锆石U-Pb分析数据见表3。

4.2测试结果

本次实验对样品TW9共测试20颗锆石，所测锆石为无色透明，以自形短柱状为主，少量长柱状，长/宽变化不大，粒径80～200 μm。锆石阴极发光图像(图5)显示，大多数锆石结晶良好，具明显的韵律环带，表明为岩浆锆石[24]。锆石的Th/U值可指示锆石成因，岩浆锆石的Th/U一般>0.1，变质锆石的Th/U一般<0.1[25]。样品TW9的锆石Th/U均>0.1，为典型的岩浆成因，说明锆石的结晶年龄可代表石英闪长岩的成岩年龄。

图5　样品TW9中的锆石阴极发光及测试点Fig.5　Cathodoluminescence images and test points of zircons for sample TW9

测点w/10-6同位素比值U-Pb同位素年龄/Ma232Th238U232Th/238U207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ9-1334.99175.661.910.05200.00520.15790.01560.02190.0009287.1229.6148.813.7139.45.49-2290.77161.271.800.05480.00480.16770.01400.02260.0005466.7196.3157.512.2143.93.39-3314.97168.911.860.05210.00540.15170.01410.02180.0005300.1238.9143.412.5139.03.29-4397.97200.771.980.05230.00630.15820.01990.02170.0006298.2255.5149.117.4138.33.59-6224.45132.271.700.05080.00640.15150.01940.02170.0006231.6270.3143.217.1138.53.99-9176.33117.161.510.05140.00620.14860.01520.02210.0007261.2261.1140.713.4140.74.69-10351.71188.951.860.05070.00510.14760.01420.02150.0007227.8227.8139.812.6137.44.29-12455.96213.162.140.04550.00290.13830.00890.02200.0004131.57.9140.12.69-13309.33165.531.870.05390.00570.16220.01570.02240.0008368.6232.4152.613.7142.84.99-18349.05182.611.910.05530.00820.15800.02120.02180.0009433.4335.1149.018.6139.15.49-20469.69202.262.320.05300.00500.14990.01350.02140.0005331.5214.8141.811.9136.33.4

测试结果显示共有11个测试点数据有效和9个测试点数据异常。11个有效测试点的分析结果见表3，未使用异常数据。锆石的206Pb /238U表面年龄为136.3±3.4 Ma～143.9±3.3 Ma(表3)，206Pb/238U加权平均年龄为139.6±2.2 Ma(图6)，这一年龄代表石英闪长岩的侵位年龄，时代为早白垩世早期。

图6　杨家湾石英闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄协和图(a)及均值年龄(b)Fig.6　LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagram (a) and averaged ages (b) of quartz diorites in the Yangjiawan region

5讨论

5.1杨家湾岩体的形成时代

样品TW9参与有效年龄计算的11颗锆石的206Pb /238U 年龄值较集中，位于136.3～143.9 Ma之间，跨度为7.6 Ma，误差为2.6～5.4 Ma，说明杨家湾岩体的成岩年龄为(139.6±2.2) Ma，表明该岩体形成于燕山中期，是早白垩世早期岩浆活动的产物。

目前尚无杨家湾岩体定年的报道。本次采用LA-ICP-MS 同位素定年方法获得锆石U-Pb年龄为首次数据，再次表明北淮阳地区的中生代部分侵入岩形成于早白垩世❶，对于深入研究该地区的区域岩浆活动提供了新依据。

5.2杨家湾岩体形成的构造环境

80年代中期以来，普遍认为秦岭—大别造山带是华北和扬子两大板块碰撞作用的产物，在约230.9～243.9 Ma华北板块与扬子板块碰撞拼合，形成大别造山带[26-27]。在晚三叠世末—早中侏罗世，强烈的挤压和陆内俯冲导致造山带地壳和岩石圈缩短增厚[28-29]。晚侏罗世仍是造山挤压的构造环境，据马昌前等人[30]研究，大别山地区中生代构造格局转变发生在135 Ma，为早白垩世。随着高钾质岩石尤其是钾玄岩系列花岗岩的侵位，本区实现了从挤压缩短到整体伸展的构造转换。中生代的岩浆活动开始于中侏罗世，即在燕山中期受环太平洋构造域活动的影响，使已经对接的华北和扬子古陆块及其之间的北淮阳褶皱带活化，引起岩浆侵入和喷发。在logτ-logσ判别图(图7)中，样品均落在造山带及岛弧区，说明杨家湾岩体属于造山带花岗岩，处于挤压的构造环境。

图7　logτ-logσ岩浆岩构造环境判别图Fig.7　Logτ vs. logσ discrimination diagram of magmatic tectonic settingA-非造山带区；B-造山带及岛弧区；C-A区派生的碱性、富碱性岩；J-日本火山岩

6结论

(1)杨家湾岩体岩性为石英闪长岩，具偏铝质高钾钙碱性系列岩石特征。稀土元素含量较低，(La/Yb)N与LREE/ HREE比值均较大，具较弱的Ce负异常，轻稀土分馏明显，重稀土平坦，属轻稀土富集型。大离子亲石元素(LILE)Rb、Ba、K富集，高场强元素(HFSE)Zr、Hf、Y富集，而Nb、Ta、Ti、P、U明显亏损，岩体亏损HFSE，富集LILE。

(2)通过LA-ICP-MS锆石U-Pb定年，首次获得杨家湾岩体206Pb/238U年龄为139.6±2.2Ma，为燕山中期，是早白垩世早期岩浆活动的产物，代表杨家湾岩体的成岩年龄，说明北淮阳地区中生代部分侵入岩形成于早白垩世。

注释

❶安徽省地质调查院．1∶250000六安市幅区域地质调查报告. 2011.

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DOI：10.16788/j.hddz.32-1865/P.2016.02.002

* 收稿日期：2015-07-14改回日期：2015-10-21责任编辑：谭桂丽

基金项目：中国地质调查局地质调查项目“安徽北淮阳地区成矿规律与资源潜力调查”(项目编号：1212011220547)资助。

第一作者简介：邱军强，1957年生，男，高级工程师，主要从事矿产地质和岩浆岩研究工作。

中图分类号：P597.3; P588.122

文献标识码：A

文章编号：2096-1871(2016)02-089-08

Geochemical characteristics and zircon U-Pb dating of the Yangjiawan pluton in the eastern part of North Huaiyang and their geological significances

QIU Jun-qiang1.2， PENG Zhi1， CHEN Fang1.2， DONG Ting-ting1.2， LIU Bing-quan1

(1GeologicalSurveyofAnhuiProvince，Hefei230001，China)(2ContinentalMineralizationResearchCenterofAnhuiProvince，Hefei230001，China)

Abstract：The Yangjiawan pluton in the eastern part of North Huaiyang, which consists mainly of quartz diorite, contains medium contents of SiO2, Al2O3 and ALK, low Mg#, suggesting that the Yangjiawan pluton is characteristic of metaluminous high-k calc alkaline series rock. The pluton has low REE content, relatively high(La/Yb)N and LREE/HREE ratios and weak Ce negative anomaly, with strong fractionation between LREE and HREE, enrichment in large ion lithophile elements (Rb, Ba, K) and high field strength elements (Zr, Hf, Y). Low negative anomalies of Nb, Ta, Ti, P and U indicate depletion in HFSE and enrichment in LILE. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating for the Yangjiawan pluton firstly yielded an age of 139.6±2.2 Ma, which belongs to middle Yanshanian period and can represent the rock-forming age of the Yangjiawan pluton. Our study shows that the Yangjiawan pluton should be the product of early Cretaceous magmatic activity.

Key words:geochemistry; zircon U-Pb dating; tectonic setting; Yangjiawan pluton; North Huaiyang