安徽淮北地区徐楼岩体锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学、地球化学特征

王伟，产思维

（安徽省勘查技术院, 安徽合肥 230031）

0 引言

安徽淮北地区矿产资源丰富，具有邯邢式矿床相同的地质背景，是安徽省重要的金属成矿区之一。区内铁、铜、金等金属矿床与燕山期中酸性岩浆岩关系密切，主要矿床类型为矽卡岩型前常式铁铜（铜金）矿和徐楼式铁矿。前人对该区的矿床特征及成矿规律研究较深入[1～2]，对与前常式铁铜（铜金）矿关系密切的三铺岩体也有一定程度的研究[3～4]，但对与徐楼岩体相关的研究较少，对徐楼式铁矿成矿作用的研究缺少基础资料和理论支撑。前人对徐淮地区的构造属性、中生代侵入杂岩及其中的深源包体做过较深入的研究，认为该地区发育榴辉岩类捕掳体和埃达克质岩石，对于研究中国东部岩石圈减薄具有重要的意义[5～8]。早白垩世形成的辉石闪长岩—二长闪长岩—花岗闪长岩组合，具有高Mg、富Na和高Sr/Y比值，显示adakite特征，具有地壳物质混染特点[9～11]。本文通过X-射线荧光光谱法（XRF）对徐楼岩体的主量元素、微量元素和稀土元素进行了测定，并利用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年分析手段，对徐楼闪长岩体中锆石进行206Pb/238U年龄测试，分析探讨了该岩体的岩浆演化、成因及构造背景，为今后进一步研究徐楼式铁矿的成矿作用及总结该区的成矿规律提供必要的基础资料和理论依据。

2 地质概况

安徽淮北地区位于华北陆块南缘，大地构造位置属于中朝准地台淮河台坳淮北陷褶断带的中部。在地层区划上属华北地层大区—晋冀鲁豫地层区—徐淮地层分区—淮北地层小区（杜森官、徐家聪等，1990）。区内大部分为覆盖区，地表为新生代松散沉积物覆盖，地层除上奥陶统至下石炭统缺失外，从前震旦系至第四系均有分布。

区内断裂和褶皱较为发育，主要有北北东向、东西向和北西向3组。东西向构造主要表现为规模较大的深大断裂；北北东向构造包括北北东向的褶皱及断层，褶皱表现为背斜紧密，向斜宽广，北北东向断层大多平行于褶皱走向；北西向构造以断层为主，多垂直于褶皱轴。

区内岩浆活动主要发生在晋宁期和燕山期，岩浆活动较强烈、频繁，受北北东向褶皱、断裂控制形成四条北北东向的岩浆岩带（图1），岩浆岩均为中—浅成侵入体，以中性闪长岩类为主，其次是酸性花岗岩类及基性辉绿岩。晋宁期岩浆活动发育于宿州栏杆等地，主要岩性为辉绿岩；燕山期岩浆岩主要形成于早侏罗世和早白垩世，以中酸性侵入岩为主，少量基性侵入岩类。中酸性岩浆岩与矽卡岩型铁、铜、金等矿产的关系密切，主要岩体有三铺、邹楼、刁山集复式岩体和徐楼、王场等岩体。

图1 淮北地区构造岩浆岩带、矿田（床）分布图Figure 1. Distribution map of structural magmatic rock belt and ore field（deposit）in the Huaibei area

3 岩体地质及岩相学特征

3.1 岩体地质

由图1可知，徐楼岩体位于淮北市南西15km，处于萧县背斜闪长岩—花岗斑岩和皇藏峪复式背斜西翼闪长岩带（Ⅲ）南部，为隐伏于新生界之下的岩体，由闪长（玢）岩和含石英闪长玢岩组成，以闪长（玢）岩为主，深840m以下有角闪闪长岩相。岩体位于徐楼背斜与符离集断层交汇区北侧，规模较大，分布较广，其南端深部可能与百善岩体相连，为一大型岩床，目前已知最大厚度为649.04m（翟ZK01孔），其上接触带外带奥陶系碳酸盐岩中有似层状岩枝1～3 层，与成矿关系密切，具有多层成矿、重叠产出的特点，为矽卡岩型徐楼式铁矿的主要成矿母岩。

3.2 岩相学特征

本次在翟ZK01 孔岩心样中采集样品3 件，岩性均为闪长（玢）岩，呈浅绿色，块状构造，斑状结构，斑晶石英、长石、角闪石、黑云母。石英粒径约0.1mm，含量10%；长石粒径约1mm，含量约20%；角闪石为黑色长条状矿物，粒径约2mm，含量约25%；黑云母粒径0.5mm，含量10%。基质由长英质矿物组成。

徐楼岩体闪长（玢）岩镜下特征：石英它形粒状，透明矿物，斜消光，负低凸起，单偏光镜下为无色，正交偏光为一级白干涉色，粒径0.1～0.5mm 左右，含量约10%；斜长石为半自形—自形板条状矿物，单偏光下无色，正交偏光下为一级白干涉色，斜消光，具条纹双晶，粒径1～2mm，含量约25%，具高岭土化；黑云母为板柱状矿物，单偏光镜下具黄褐色—深褐色多色性，正交偏光为二级黄褐色干涉色，粒径约0.5～1mm，含量约15%，具绿泥石化；角闪石为短柱状矿物，具菱形解理，单偏光下为黄绿色—绿色多色性，正交偏光下为二级干涉色，粒径约0.05～0.1mm，含量约30%，发生绿泥石化；杂基为隐晶质长石、石英矿物集合体，分布在它形粒状结构的石英、长石颗粒之间，含量15%。

4 主微量及稀土元素特征

主量元素、稀土元素和微量元素测试分析在澳实分析检测（广州）有限公司完成，其中主量元素使用ME-XRF06X 荧光光谱仪进行X-射线荧光光谱法（XRF）测定，氧化物总量分析误差为1%～3%。其大致过程为：首先称取0.7g 样品，然后加入适量硼酸高温熔融成玻璃片，最后在XRF上用外标法测定氧化物含量。微量元素的测定采用四酸消解法电感耦合等离子体质谱（ME-MS81）法，稀土元素的测定采用熔融法电感耦合等离子质谱（ME-MS81）法，准确度控制相对误差（RE）小于10%，精密度控制相对偏差（RD）小于10%[12]。

4.1 主量元素

3件样品的主量、微量元素的测试结果见表1。从表1 可以看出，SiO2含量在54.03%～57.14%之间，平均55.92%，属中性火成岩类；Al2O3含量在15.78%～15.92%之间，平均15.86%，铝指数A/CNK值为0.79～0.84，平均为0.82，A/NK值为1.5～1.6，平均为1.56，属于偏铝质；CaO 含量在4.83%～5.50%之间，平均5.06%；Na2O 含量在4.65%～4.89%之间，平均4.77%；K2O 含量在2.06%～2.36%之间，平均2.17%；K2O+Na2O 含量在6.71%～7.25%之间；K2O/Na2O 在0.44～0.48之间，均值0.45；里特曼指数σ在3.47～4.08之间，均值3.76，属碱性岩系列；全岩Mg#在49.2～52.7，平均50.4，具有高镁闪长（玢）岩特征[11]。

在TAS图解[13]（图2）上，3件样品投点落入二长闪长岩—二长岩范围，处于碱性和亚碱性过渡线附近，显示出偏碱性特征；在SiO2-K2O 图[14]上（图3）落在高钾钙碱性系列中；在花岗岩K2O-Na2O 图上（图4A），样品均落在I 型花岗岩区域内；在花岗岩类A/NK-A/CNK 图上（图4B），样品均落在偏铝质区域内。总体来讲，徐楼闪长玢岩具有高钾、偏碱、偏铝质的特征，为偏铝质高钾钙碱性I型花岗岩类。

表1 徐楼闪长玢岩主量（%）、微量（×10）和稀土（×10）元素含量分析结果Table 1. Analysis results of the contents of major（%）, trace（×10-6）and rare earth（×10-6）elements in the Xulou diorite porphyrite

4.2 微量元素

图2 岩浆岩全碱-硅（TAS）分类图[13]Figure 2. TAS classification of magmatic rocks[13]

图3 岩浆岩SiO2-K2O系列图解[14]Figure 3. Diagram of SiO2-K2O series of magmatic rock[14]

图4 花岗岩K2O-Na2O[15]与A/NK-A/CNK[16]图解Figure 4. Diagrams of K2O-Na2O[15] and A/NK-A/CNK[16]of granite

图5 徐楼岩体微量元素原始地幔标准化蛛网图（注：原始地幔数据标准化数据引自McDonough等，1992）Figure 5. Spider chart of original mantle standardization of trace elements in the Xulou rock mass（Note: The normalized data for the original mantle data are after McDonough et al., 1992）

徐楼岩体闪长玢岩微量元素测试结果在MORB标准化的微量元素配分模式图（见图5）上，曲线总体右倾。闪长玢岩相对富集大离子亲石元素Ba，相对亏损大离子亲石元素P，以及高场强元素Ti 等，具有明显的Nb谷。不相容性元素Ba显示正异常，Nb则显示清晰的负异常。样品Sr 含量在441～513（×10-6）之间，平均469×10-6；Ba含量在520～673（×10-6）之间，平均590×10 ；Rb含量在55.7～61（×10 ）之间，平均58.2×10 ；Rb/Sr 在 0.11～0.14 之间，平均 0.124；Y 含量在 21.1～22.9（×10-6）之间，平均21.7×10-6；Yb含量在2.09～2.22（×10-6）之间，平均2.14×10-6；Th 含量在4.41～5.39（×10-6）之间，平均5.1×10-6。可以看出，样品具有高Sr、Ba，中等Rb、Th，低Y、Yb等特点以及低Rb/Sr 比和相对高的Sr/Y 比（19.8～24.3），相对富集大离子亲石元素（LILE）和亏损高场强元素（HFSE）。

4.3 稀土元素特征

由表1 可知，徐楼岩体闪长（玢）岩稀土含量（REE）为113.81～125.39（×10-6），轻稀土含量（LREE）为98.06～110.54（×10-6），重稀土含量（HREE）为14.85～15.75（×10-6），轻重稀土比值（LREE/HREE）为：6.23～7.44，其中（La/Yb）N为6.10～7.63，δEu为0.85～0.89，δCe为0.94～0.96。

徐楼岩体球粒陨石标准化图解（图6）显示，曲线形态基本一致，总体呈右倾型。闪长玢岩相对富集稀土元素，表现出轻稀土相对重稀土明显富集，重稀土相对平坦，具有较强的轻、重稀土元素分馏，铕异常不明显，具有较弱δCe 负异常。闪长岩总体上具有富集强不相容元素Rb、Th、U，而亏损高场强元素Nb、Ta、Ti 的特点，显示了楔形地幔源区部分熔融的岛弧岩浆特征，应形成于俯冲带环境。未见Eu 的负异常，表明岩浆在侵位和成岩后期可能并未经历斜长石的结晶分异作用。

图6 徐楼岩体闪长岩球粒陨石标准化分布型式Figure 6. Chondrite standardization distribution pattern of diorite from the Xulou rock mass

5 同位素测龄分析

本研究利用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年分析手段对徐楼岩体进行精确年龄测定。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年分析在合肥工业大学资源与环境工程学院LA-ICP-MS 实验室完成，锆石LA-ICP-MS U-Pb 分析测试前分别用酒精和稀硝酸（5%）轻擦样品表面，以除去可能的污染。采用仪器为Agilent 7500a ICP-MS，采用He 作为剥蚀物质载气，用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST SRM610 进行仪器最佳化。锆石年龄分析采用的光斑直径为30μm，并采用国际标准锆石91500作为外标标准物质，并每隔5个样品分析点测一次标准，每隔10个点进行仪器最佳化，确保标准和样品的仪器条件完全一致。样品的同位素数据处理采用ICPMS Data Cal软件进行，普通铅校正采用Andersen 的方法，年龄计算及谐和图的绘制采用Isoplot进行，实验过程中误差为1s[12]。

徐楼闪长玢岩锆石样品（取自XLZK01 样品）为无色透明（见图7），自形短柱状或椭圆状，长宽比变化不大。阴极发光图像显示，锆石具有明显的韵律环带，表明其为岩浆锆石。锆石中Th/U 的比值可以指示锆石的成因。徐楼闪长玢岩样品锆石中Th/U比值在0.62～1.61之间，属典型的岩浆成因锆石，且锆石群形态单一，多数为岩浆活动一次结晶形成的，能代表侵入岩的形成年龄。

图7 徐楼闪长玢岩锆石阴极发光照片Figure 7. Cathodoluminescence of zircons from the Xulou diorite porphyrite

徐楼闪长玢岩样品（取自XLZK01 样品）测试25颗锆石，测年的测点位置主要选择在锆石边部环带，并尽量选择在没有包裹体的部位，测试中除去异常锆石年龄（5 个，分别为测点XLZK01-4-5、XLZK01-4-8、XLZK01-4-9、XLZK01-4-11 和 XLZK01-4-25），有效的测试数据为20个，达不到参与等时线年龄计算要求的测点不列在表2 中。谐和图见图8，徐楼闪长玢岩的206Pb/238U表明年龄分布在（125±3.6～145±7.1）Ma，20个点的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄比较集中，且谐和度也较高，加权平均年龄为（127.9±2.0）Ma（n=20），MSWD=0.17。

徐楼闪长玢岩锆石具有明显的韵律环带，Th/U比值在0.62～1.61 之间，属典型的岩浆成因锆石，LAICP-MS 的U-Pb 定年结果能代表侵入岩的形成年龄。岩体的 Pb/U 加权平均年龄为（127.9±2.0）Ma（n=20），其定年结果表明，岩体的侵位结晶年龄为早白垩世。这是华北克拉通东部中生代发育最为强烈的一次岩浆事件。

图8 徐楼闪长玢岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄谐和图Figure 8. LA-ICP-MS U-Pb age concordia plot of zircons from the Xulou diorite porphyrite

6 分析与讨论

徐楼闪长玢岩属于偏铝质高钾钙碱性I型花岗岩类，明显富集大离子亲石元素（K、Rb等）、轻稀土元素（LREE）和活泼的不相容元素（Th、U等），而相对亏损高场强元素（Nb、Ta、P、Ti等），显示出俯冲带幔源岩石的成分特点，也指示岩浆或源区具有与地壳物质混染的印记。其中Nb、Ta、Hf等的亏损反映岩浆的壳源特征，在俯冲地壳的脱水过程中，大离子亲石元素容易进入流体，而Nb、Ta等高场强元素不进入流体。这种流体交代的地幔楔就会导致Nb、Ta相对于Th、La亏损，明显的Ti、Nb、Ta 负异常反映出消减带岩浆岩的特征（图5）。另外，一些微量元素比值也较好地反映了源区特点。样品 Rb/Sr 值（0.11～0.14，平均 0.12）介于上地幔值（0.034）与地壳值（0.35）之间；Nb/Ta 值（13.25～17.33，平均14.78）介于地幔值（17.5）和大陆地壳值（11）之间，显示壳幔混合的特点。此外相对较高的全岩Mg#（49.2～52.7）也反映出壳幔混合的岩石地球化学特征。

在样品的Nb-Y判别图解[18]（图9）中，所有样品均落在火山弧—同碰撞花岗岩区域。样品富集大离子亲石元素（LILE）和亏损高场强元素（HFSE），也具有岛弧岩浆岩的特点[19]。中国东部处于板块活动边缘，燕山期具有较强的岩浆活动，暗示着地幔岩浆有可能在同碰撞背景下诱发地壳物质熔融，从而显示出壳幔混合的地球化学特征。前人研究发现，徐淮地区中生代闪长岩内存在榴辉岩捕掳体，鲁西地区闪长岩含有橄榄岩捕掳体，且捕掳体均发育硅质交代作用，也似乎证实着壳幔岩浆混合的存在[6,8,11]。

表2 徐楼闪长玢岩LA-ICP-MS锆石U-Pb分析结果Table 2. LA-ICP-MS U-Pb analysis results of zircons from the Xulou diorite porphyrite

图9 花岗岩Nb-Y判别图解[18]（注：VAG—火山弧花岗岩；syn-COLG—同碰撞花岗岩；WPG—板内花岗岩；ORG—洋脊花岗岩）Figure 9. Nb-Y discriminant diagram of granite[18]（Note: VAG—volcanic arc granite; syn-COLG—syn-collisional granite; WPG—withinplate granite; ORG—oceanic ridge granite）

前人研究表明，原始地幔Nb/Ta 值为15.5～19.5（Jochum，1989）[20]，Zr/Hf平均值为34.27～38.27（Stolz，1996）[21]。本区中酸性侵入岩Nb/Ta平均值为14.78，接近原始地幔，同时远高于正常花岗岩和大陆地壳平均值（约11，Green，1995）[22]，Zr/Hf平均值35.43介于大陆地壳与原始地幔（11.00，Stolz，1996）[21]之间。地球化学证据显示本区成岩岩浆具有一定的地幔亲源性。

7 结论

本次研究在徐楼岩体ZK01孔岩心中采集了3件代表性的玢岩样品，结合系列测试与分析，重点研究了玢岩体的元素地球化学特征、岩体的形成年代及其来源，得到了如下主要结论：

（1）岩石地球化学特征表明,徐楼闪长（玢）岩属偏铝质高钾钙碱性I 型花岗岩类。岩石具弱负Eu 异常, 富集大离子亲石元素K、Ba、Rb、LREE和活泼的不相容元素（Th、U等），相对亏损高场强元素（Nb、Ta、P、Ti等），以及样品Rb/Sr值介于上地幔值与地壳值之间、Nb/Ta值介于地幔值和大陆地壳值之间等特征，显示其岩浆具壳—幔混合的特点。

（2）徐楼闪长（玢）岩LA-ICP-MS 锆石U-Pb 年龄为（127.9±2.0）Ma，即为白垩纪，属燕山晚期。

（3）徐楼闪长（玢）岩形成于板块俯冲带边缘，在白垩纪同碰撞构造背景下，俯冲带幔源岩浆诱发地壳物质熔融产生花岗质岩浆并在下地壳完成混合，从而形成具有壳幔混合的地球化学特征。