淮南煤田朱集井田基于U-Pb的岩浆侵入年代确定研究

摘 要：淮南煤田发育有一系列早二叠世中期岩浆岩侵入体，在朱集井田下石盒子组4煤层中广泛发育，三维地震勘探显示，侵入体平均厚度约为2.4m。通过采集侵入体暴露在地下工作面的样品，研究表明，岩浆岩侵入活动大约发生在晚白垩世，侵位年龄大约在117Ma。

关键词：朱集井田;岩浆侵入;U-Pb定年

中图分类号：P618.11 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）12-0175-02

0 引言

岩浆侵入体是影响煤矿生产的重要因素之一。在淮南矿区多个井田中出现有岩浆岩侵入的现象。岩浆岩或接近煤层，使得煤层的灰分增高，粘結性降低，不同程度的变质为天然焦，降低煤的工业价值[1-4]。因此，对淮南煤田岩浆岩的基本侵入特征、对煤质的影响、地球化学及矿物学进行深入研究极其重要。

淮南煤田只有潘北井田和潘三井田进行过同位素定年测试，侵位年龄分别为110Ma[5]和118Ma[6]。为此，通过对朱集井田岩浆岩样品年龄进行高精度确定，研究成果为煤矿地质工作提供了理论依据。

1 背景

朱集井田位于淮南煤田东北部，含煤地层为石炭-二叠系。井田总体构造形态为NWW向褶皱，井田北部为朱集唐集背斜，其南翼与潘集背斜北翼构成较宽缓向斜，沿轴向有所起伏[7-8]。区共有断层30条，落差大于100m的断层6条，落差50m～100m的断层1条，落差30m～50m的断层12条，落差10m～30m的断层11条[5]。

朱集井田内岩浆岩侵入主要集中在中、东部区域，在井田的18勘查线及以西地段有少量侵入现象。该区侵入煤系地层中的大部分岩浆侵入体多呈基性、中性，岩性主要为闪长斑岩、细晶岩、基性辉绿岩。该区下部含煤地层段距岩浆源相对较近，形成的侵入体厚度大且分布较广导致了岩浆侵入活动对下部煤层（5煤层以下）的破坏更为严重。一般情况下研究区煤层厚度越大，侵入愈剧烈，进而形成的岩浆侵入体厚度也愈大、分布也愈广、对煤岩层的破坏也愈为严重。

本文拟通过对朱集井田井下岩浆岩（4煤工作面附近的岩浆岩）的采样与测试分析，采用（LA-ICP-MS）U-Pb法确定岩浆岩的侵入年龄，结合淮南煤田构造和矿井构造的分布规律，确定岩浆侵入期次。

2 样品采集与测试

2.1 样品采集

在朱集煤矿地质找矿阶段，在28个地面钻孔中发现了沿4煤层顶部侵入的岩浆岩。在4煤层开采工作面，岩浆岩侵入煤巷。经三维地震勘探，侵入体的高度和宽度分别约为3.8m和2.4m。该侵入体以80度左右的高角度直接插入4煤层。因此，在朱集煤矿回采工作面不同区域选取了4个岩浆岩样品。

2.2 U-Pb锆石定年

对采集的样品进行粉碎处理后，分别从岩浆岩样品中人工选取4个锆石样品（ZJ-1、ZJ-2、ZJ-3和ZJ-4），并对其进行定向、抛光和环氧树脂抛光处理。将样品粘附在玻片上，在玻片上放置聚氯乙烯环，将环氧树脂和固化剂充分混合注入聚氯乙烯环中，树脂完全固化后，将样品从玻片上剥离并抛光至样品平整[6]。

锆石定年测试在西北大学的大陆动力学国家重点实验室进行。采用国际标准锆石91500（1062Ma）作为锆石U-Pb年龄测定的外标校正方法，每4～5个样品分析点测量一次标准，每20次锆石分析前后，对NISTSRM610进行了两次测定[6]。以硅为内标，测定了锆石中U， Th和Pb的含量。

3 结果与讨论

3.1 侵入年龄确定

朱集井田锆石样品测得的U含量为732×10-6～1550×10-6，Th含量为185×10-6～1163×10-6，Th/U矫正后比值见表1，Th/U比值大于变质成因的锆石Th/U比值（0.1）[6，9，10]，属岩浆成因。根据测试结果发现所测定的样品较年轻，因此U含量较高，206Pb/204Pb比值较低。

本次共测试了140个点，由于不同的锆石之间结晶的时间不同，所以测定的锆石核部或边部年龄存在一定差异。由于这种差异的存在，在确定朱集井田岩浆岩的侵入年代时，利用所测得的年龄值通过加权平均结果得到岩体的侵入年代。

在U-Pb年龄曲线谐和图（图1）上，大部分测试点落在谐和线120Ma及其附近，但在朱集矿1号样品中测试出406、407Ma两个年龄，在朱集矿4号样品中测试出468Ma年龄，年龄数据跨度较大，可能代表了继承性岩浆岩的年龄。除去上述3个异常点测试结果，朱集矿207Pb/235U比值所得出的年龄在106Ma～188Ma之间、206Pb/238U比值所得出的年龄在107Ma～127Ma之间，根据测试结果所有锆石样品206Pb/204Pb比值均较小，而在206Pb/204Pb比值较小的情况下，206Pb/238U数据对应的表面年龄较为可靠[6]。因此本次研究所得的锆石年龄介于110Ma～128Ma之间，朱集矿岩浆岩锆石206Pb/238U加权平均年龄分别为118±1.3Ma（n=36）、115±1.7Ma（17）、118±1.4Ma（24）、117±1.2Ma（51）和116±2.5Ma（12），它们U-Pb定年结果应代表岩浆的结晶年龄。同时可以发现140颗锆石样品给出了较为一致的谐和年龄，考虑到U-Pb体系的高封闭温度，117Ma应代表该岩体的年龄。根据地质年代表[6]，同时对比U-Pb定年测试结果，表明此次岩浆岩侵位于燕山晚期早白垩世。

3.2 岩浆侵入的构造控制作用

燕山期是中国重要的岩浆活动期，花岗岩发育范围广，不仅在朱集地区发育，同时在中国的东部、华南以及西南广大地区都有发育。同时样品中存在的206Pb/238U年龄-406Ma、407Ma和468Ma均不在谐和线上。这些400Ma的捕获锆石和470Ma年龄的继承锆石则暗示岩浆源区还存在有扬子地块的基底物质，这与扬子地块俯冲于华北地块之下的构造特征相吻合。

综合上面的各种分析结果，推测本区岩浆侵入时代为燕山期。先后有中性、酸性以及基性三个期次岩浆侵入，对井田内煤层破坏较为严重。

4 结论

研究区侵入体空间分布特征为：岩浆岩以岩床形式侵入，单层为主。岩浆由上冲区经扩展区、波及区到正常区逐渐过渡，侵入层位逐渐升高;從西向东岩浆侵入范围增大，具有由北向南扩展并逐渐扩大的趋势。朱集煤矿岩浆岩侵入年代为晚燕山期白垩世，距今约117Ma。

参考文献

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