安徽丁里岩体地质和地球化学特征及LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄

产思维，张家嘉，朱义坤

( 安徽省勘查技术院，安徽 合肥 230031 )

0 引言

丁里岩体所在的徐淮地区位于华北陆块东南缘，东距郯庐断裂带约100 km，南邻大别造山带约300 km[1]。徐淮地区是地壳构造运动、岩浆活动多旋回发育地区，其中晚侏罗—早白垩世岩浆活动强烈，致使该期中酸性侵入岩广泛分布，且与成矿密切相关，但是该区一些重要岩体的相关科学研究比较薄弱，制约了该区成矿规律的认识。丁里花岗岩位于萧县县城西南10 km处，岩体周边有老虎山铜矿点。本文对丁里花岗岩主量元素、微量元素和稀土元素进行了测定，采用锆石激光等离子质谱(LA-ICP-MS)U-Pb定年技术，对丁里花岗岩中单颗粒锆石进行206Pb/238U年龄测试，进一步探讨该区岩浆演化、成因和构造背景，为区域成矿规律研究提供了依据。

1 地质概况

徐淮地区大地构造位置处于华北陆块东南缘鲁西地块中[2]，南北夹持于蚌埠隆起[3]和丰沛隆起[4]之间(图1a)。

区内地层除古老的结晶基底未见揭示，盖层发育良好。自新元古界青白口系至上古生界二叠系发育了一套较稳定的地台型沉积盖层。由老至新有青白口系、震旦系、寒武系、中—下奥陶统，中—上石炭统、二叠系、侏罗系、白垩系及第四系覆盖[5]。

区内构造以NNE—近SN向弧形构造为主。古生代地层在印支—燕山早期构造活动中形成一系列近SN—NNE向弧形褶皱构造，构成著名的徐宿弧形构造[6-7]。

区内燕山期岩浆岩以中—浅成侵入岩为主，岩性以中性闪长岩类为主，其次是酸性花岗岩类及基性辉绿岩。产状多以岩床、岩株状，少数为岩墙。岩体多为具多次侵入活动形成的复式岩体，分布范围较广泛[8]。

丁里岩体位于徐淮地区中北部，其是徐淮地区出露规模最大的岩体，位于萧县复背斜南东翼。主要分布在萧县丁里镇北部(图2)，呈NE向分布，面积约51 km2，呈岩株状产出。岩体北缘侵入石炭系上统，边部有围岩捕虏体。

图1 徐淮地区大地构造位置图(a)和区域地质简图(b)

2 采样位置及岩相学特征

样品DL18-1、DL18-2、DL18-3(采样坐标34°08′39″N，116°55′37″E)为地表样，岩性为肉红色细粒花岗岩，块状构造。采于丁里镇北东2 km处，具体采样位置见图2，标本见图3a，薄片见图3b。样品主要由石英(58%)、钾长石(20%)和斜长石(12%)组成，其次含有少量的碱性暗色矿物(3%)和副矿物。石英为他形粒状，平行消光；钾长石为短柱状，具卡斯巴律双晶；斜长石为半自形—自形板状矿物，具聚片双晶，具高岭土化。副矿物为微粒状锆石、磷灰石。

3 岩石地球化学特征

3.1 分析方法

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%。其检测过程：首先称取0.7 g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%。

3.2 主量元素特征

由表1可见，丁里花岗岩的w(SiO2)在76.10%～76.65%之间，平均76.30%；w(Al2O3)在13.30%～13.37%之间，平均13.34%；w(CaO)在0.39%～0.45%之间，平均0.41%；w(Na2O)在4.24%～4.31%之间，平均4.27%；w(K2O)在4.25%～4.29%之间，平均4.27%；w(K2O+Na2O)在8.53%～8.56%之间；K2O/Na2O比值在0.99～1.01之间，均值为1.00；里特曼指数δ在2.17～2.21之间，均值为2.19。在TAS图(图4)上落入花岗岩范围，铝指数A/CNK值为1.07～1.08，平均1.08，属于过铝质岩石(图5)。在SiO2- K2O图上落在高钾钙碱性系列里。

图2 丁里花岗岩周边地质简图

图3 丁里花岗岩手标本(a)及镜下特征(b)Fig.3 Hand specimen photo and microscopic characteristics of Dingli graniteQz—石英 Kf—钾长石

3.3 稀土和微量元素特征

丁里花岗岩稀土w(REE)为48.69×10-6～54.92×10-6，轻稀土w(LREE)为37.82×10-6～42.46×10-6，重稀土w(HREE)为10.87×10-6～12.46×10-6，轻重稀土比值(LREE/HREE)为3.41～3.69，其中(La/Yb)N值为2.80～3.10，δEu为0.21～0.26， δCe为0.78～0.80。球粒陨石标准化图解(图6a)显示，曲线形态总体一致，呈右倾型，铕谷明显。丁里花岗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，具有明显铕异常，具有较弱δCe负异常。

表1 丁里花岗岩主量、微量和稀土元素分析结果Table 1 Analysis data of major，trace elements and REE of Dingli granite

图4 丁里花岗岩TAS分类命名图解(据参考文献[9])Fig.4 TAS classification diagram of Dingli granite [9]

图5 丁里花岗岩A/NK - A/CNK图解(据参考文献[10])Fig.5 A/NK - A/CNK diagram of Dingli granite [10]

丁里花岗岩微量元素球粒陨石标准化蛛网图(图6b)显示，曲线总体右倾，大离子亲石元素(LILE)Ba、Sr亏损，高场强元素(HFSE)Hf、Nb富集，而Ti主要呈现低谷负异常，明显亏损。

图6 丁里花岗岩稀土元素球粒陨石标准化图解(a)及微量元素原始地幔标准化图解(b)(标准化数据据参考文献[11])

4 锆石U-Pb年代学特征

4.1 样品采集及测试方法

锆石制靶及阴极发光显微照相(CL图)在廊坊市拓轩岩矿检测服务有限公司完成。具体过程：①分选：将样品破碎至矿物自然粒度后(50～150 μm)，通过磁选和重液等选矿技术，将矿物初步分离，然后配合双目镜手选方法进行单矿物分离提纯，分选出晶形完好、颗粒大于50 μm的锆石作为定年和成分测定对象。②制靶：在双目镜下挑选出晶形完好，透明度和色泽较好的锆石单矿物黏在载玻片的双面胶上，然后用无色透明的环氧树脂固定，待环氧树脂充分固化后，抛光至锆石颗粒露出1/3以上。③照相：用配有阴极发光(CL)探头的电子显微镜对锆石进行鉴定并拍照，工作电压为15 kV，电流为4 nA。这些阴极发光照片被用来检查锆石的内部结构和选择分析区域。

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。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30 μm，并采用国际标准锆石91 500作为外标标准物质，并每隔5个样品分析点测1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，普通铅校正采用的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1σ。

4.2 锆石U-Pb年龄测定

丁里花岗岩锆石样品呈无色透明的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(图7)。

锆石中的Th/U比值可以指示锆石的成因。岩浆锆石的Th/U比值一般大于0.1，而变质老锆石的Th/U比值一般小于0.1。丁里花岗岩样品锆石中Th/U比值在0.70～1.25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。

丁里花岗岩样品测试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(4个，分别为测点DL18-4-25、DL18-4-23、DL18-4-11和DL18-4-9)，有效的测试数据为21个，达不到参与等时线年龄计算要求的测点未列在表2中。谐和图见图8，丁里花岗岩的206Pb/238U表明年龄分布在(174±5.0)M～(192±5.7)Ma，21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(180.0±2.4)Ma(n=21)，MSWD=0.71。

图7 丁里花岗岩样品锆石阴极发光(CL)图像及测试位置Fig.7 Cathodoluminescence image andtest position of zircon in Dingli granite

表2 丁里花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb分析结果Table 2 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating result of Dingli granite

图8 丁里花岗岩锆石U-Pb年龄谐和图

5 讨论

5.1 花岗岩类型

在岩相学特征方面，A型花岗岩主要组成矿物为石英+碱性暗色矿物+碱性长石±斜长石，其特点是具有碱性暗色矿物，丁里花岗岩与A型花岗岩较为相似。

在主量元素特征方面，丁里花岗岩具有较高的SiO2(76.10%～76.65%)、较高的全碱含量(8.53%～8.56%)、较低的CaO、Fe2O3、TiO2、MnO、MgO和P2O5含量，这一特征与A型花岗岩基本吻合，A型花岗岩中通常w(SiO2)>70%，多数大于75%，是花岗岩中SiO2含量最高的。

在微量元素特征方面，丁里花岗岩具较高的Ga、Zr、Nb和Y含量，较低的Sr和Ba含量。10000Ga/Al比值介于3.26～3.32之间(均值3.30)，明显高于I型(2.1)和S型(2.28)花岗岩平均值，稍低于A型(3.75)花岗岩值[12]。采用Whalen(1987)设计的Y - 10000Ga/Al、Zr - 10000Ga/Al、Nb - 10000Ga/Al判别图(图9)能有效的将高分异型A型花岗岩从I、S型汇总区分出来，由图9可见，所有样品均落在A型花岗岩区域。

在稀土元素特征方面，丁里花岗岩球粒陨石标准化稀土配分模式呈现典型的“海鸥式”分布特征，具有显著的负铕异常，Ce异常不明显，而这些特征正是判别A型花岗岩的重要标准之一[13]。因而可以推断丁里花岗岩应为A型花岗岩。

图9 丁里花岗岩Y、Zr、Nb - (Ga/Al)×10000岩石系列判别图解(据参考文献[12])Fig.9 Discriminant diagrams of Y，Zr，Nb - (Ga/Al)×10000 of Dingli granite [12]

5.2 岩体形成年龄

丁里花岗岩参与有效年龄计算的21颗锆石的206Pb/238U年龄值比较集中，位于174～192 Ma之间，跨度为18 Ma，由此得到丁里花岗岩的成岩年龄为(180.0±2.4)Ma，该年龄能代表该岩体的准确成岩年龄，表明岩体形成于燕山期，是早侏罗世岩浆活动的产物。然而，据《安徽省志·地质矿产志》[13]中前人研究结果丁里花岗岩K-Ar年龄值为115.6 Ma(其引用的是1977年1∶20万区调成果)，属于早白垩世晚期，与本文获得年龄值差异较大。

笔者收集了近年来徐淮地区部分岩体的高精度同位素年龄(表3)，发现徐淮地区岩体侵位于早侏罗世(191.3～180.0 Ma)和早白垩世(132.2～126.4 Ma)两个阶段。第一阶段岩浆活动相对较弱，区域内与这一时期岩浆活动对应的矿床(点)极少，丁里花岗岩即形成于第一阶段；第二阶段岩浆活动强烈，是本区Fe、Cu、Au、Mo多金属矿化的主要时期。该阶段形成了以三铺(杨桥孜、秦楼、刘楼、前常、前常东等)、徐楼(石楼、史小楼、双庄和殷庄)、王场、邹楼等为代表性的铁多金属矿床。

表3 徐淮地区部分岩体近年的高精度同位素年龄Table 3 The high precision isotopic age of part of rock bodies in Xuhuai area for recent years

5.3 构造环境

在Pearce et al.(1984)构造判别图解构造环境判别图中，所有投点全部落在板内花岗岩区(图10)。据丁里花岗岩稀土元素配分图和微量元素蛛网图(图6a、6b)，Rb、Th相对富集，而Ba和Sr亏损，并且Sm与相邻元素比含量较高，也说明丁里花岗岩具有板内花岗岩特征。

图10 丁里花岗岩的构造背景判别图解(据参考文献[21])Fig.10 Discriminant diagram of tectonic background of Dingli granite [21]WPG—板内花岗岩 ORG—洋中脊花岗岩 VAG—岛弧花岗岩 syn-COLG—同碰撞花岗岩

6 结论

1)徐淮地区燕山期存在两阶段岩浆活动，分别为早侏罗世(191.3～180.0 Ma)和早白垩世(132.2～126.4 Ma)，丁里花岗岩的 LA-ICP-MS 锆石年龄为(180.0±2.4)Ma，属于第一阶段岩浆活动的产物。

2)丁里花岗岩具富硅、富碱、贫钙的特点，具有显著的Eu负异常，亏损Ba、Sr、Ti，富集Ga、Nb和Y等元素，显示出A型花岗岩特征，可能是地幔玄武岩浆演化或玄武岩浆上升后受地壳不同程度混染或亏损地壳熔融的产物。

3)丁里花岗岩具有板内花岗岩特征，结合区域地质背景及岩体的成岩年代学研究，丁里花岗岩形成于造山后拉伸的构造环境。

致谢：野外采样过程中得到合肥工业大学资源与环境工程学院邓宇峰老师的帮助，审稿专家在文稿修改过程中提出了宝贵意见，在此一并表示感谢。