安徽滁州和管店早白垩世高镁埃达克质侵入岩的成因：锆石U-Pb年代学和Sr-Nd-Hf同位素的制约*

王安琪 杨德彬,2 许文良 王清海 梁景辉

1.吉林大学地球科学学院，长春 130061 2.自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室，长春 130061

埃达克岩(adakite)这一概念是由Defant and Drummond (1990)提出，自此之后，埃达克岩在国际地学界一直是研究热点之一。埃达克岩最初是指由年轻的俯冲洋壳发生熔融而形成的一套具有特殊地球化学特征的中酸性岩浆岩。而随着对埃达克岩研究的逐步深入，人们发现埃达克岩的形成不仅只有板片熔融模式，其它形成机制也可以形成具埃达克岩地球化学特征的岩石，称之为埃达克质岩石，如增厚大陆下地壳的直接熔融(Kay and Kay,2002;Xuetal.,2006;Huangetal.,2008;Yangetal.,2016)，拆沉加厚大陆下地壳的熔融(Xuetal.,2002;Gaoetal.,2004;Wangetal.,2006;Huangetal.,2008;杨德彬等,2008;霍腾飞等,2018)，以及玄武质岩浆的地壳混染和分离结晶作用等(Castilloetal.,1999;Lietal.,2008,2009)。这些成因模式的提出使埃达克岩的成因模型变得多样化，同时，将埃达克岩的形成环境也拓宽到非岛弧环境，如陆-陆俯冲碰撞等，因此，埃达克质岩石的研究对于探讨大陆岩石圈的形成与演化提供了新的途径。

安徽滁州和管店岩体出露于华北陆块与扬子陆块结合部位。前人对滁州盆地中性火山岩的研究表明，安山质岩石喷发于早白垩世，源区为俯冲加厚的扬子大陆下地壳(谢成龙等,2009;王婷等,2016)，但滁州地区同时还出露有闪长玢岩，它们的形成时代和源区性质知之甚少。此外，前人对相邻地区管店岩体中的二长岩和石英二长岩进行了锆石U-Pb年代学、全岩地球化学和Sr-Nd同位素分析，认为其形成于早白垩世，起源于加厚大陆下地壳拆沉后与地幔橄榄岩的反应物质(资锋等,2007,2008)，然而，管店岩体为复式岩体，除产出有二长岩和石英二长岩外，该地区还发育有石英闪长岩，它们的形成时代和岩石成因目前还不清楚。另外，滁州早白垩世火山岩及管店二长岩和石英二长岩均具有高的MgO、Sr含量和低的Y含量以及高的Sr/Y比值，均显示了高镁埃达克质岩石的地球化学特征，但关于研究区和相邻地区早白垩世高镁埃达克质岩石的成因机制主要存在两种观点，多数学者认为，它们起源于拆沉的加厚下部大陆地壳熔融的熔体与岩石圈地幔橄榄岩的反应(Xuetal.,2006;Huangetal.,2008;杨德彬等,2008;霍腾飞等,2018)，少数学者则认为，它们起源于受俯冲大洋板片熔/流体交代的加厚下部大陆地壳的部分熔融(谢建成等,2012)。鉴于此，本文选择前人开展工作较少的滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩为研究对象，进行全岩地球化学和Sr-Nd同位素以及锆石U-Pb年代学和Hf同位素的综合研究，确定滁州和管店高镁埃达克质闪长岩的形成时代、源区性质和岩石成因，进而为探讨华北陆块东部早白垩世岩石圈减薄提供制约。

1 地质背景与样品描述

研究区位于安徽省东部的张八岭隆起出露区(图1)，为华北陆块和扬子陆块的交汇部位。张八岭隆起带北段主要出露新元古代张八岭群，岩性可与大别-苏鲁造山带南侧的红安群上部云台组对比。南段主要出露新太古代-古元古代的肥东群和新元古代张八岭群，肥东群与上覆的张八岭群成断层接触。

图1 郯庐断裂带南段大地构造位置(a)及滁州、管店侵入岩地质简图(b,据资锋等,2008修改)Fig.1 Tectonic sketch map in southern Tan-Lu Fault area (a)and geological map showing the locations of Chuzhou and Guandian intrusive rocks (b,after Zi et al.,2008)

滁州岩体出露于滁州市西南郊，产于大丰山背斜东南翼东北端。在向斜轴线附近，有一系列北东、北北东、近东西向和北西向的断裂，围岩由下奥陶统至上寒武统灰岩构成。岩体平面形状不规则，呈近南北向展布，出露面积1.2km2左右。滁州岩体主要由闪长玢岩组成，样品呈灰白色(图2a)，斑状结构，块状构造(图2b)，主要矿物有斜长石(Pl)、普通角闪石(Hb)、黑云母(Bi)。斑晶主要为斜长石和普通角闪石，基质由细粒斜长石和普通角闪石组成。斜长石含量为60%，多为长板状，可见聚片双晶和环带结构。普通角闪石含量35%，呈长柱状，新鲜无蚀变。黑云母含量5%，片状，发育极完全解理。副矿物为锆石、榍石、磷灰石。

管店岩体沿张八岭复背斜核部出露，整体呈北北东-南南西向展布，与瓦屋刘、瓦屋薛岩体呈条带状平行于郯庐断裂带分布，面积约43km2。岩体边界与震旦系张八岭组变质火山岩为侵入接触关系。岩体主要由二长岩、石英二长岩和石英闪长岩组成。本文研究对象为石英闪长岩，呈灰白色(图2c)，中细粒半自形结构，块状构造，主要矿物有斜长石、石英(Q)、黑云母和普通角闪石。斜长石含量60%，板状，具有两组完全解理，发育聚片双晶。石英含量5%，粒状，无解理。黑云母含量10%，多为片状，一组极完全解理。普通角闪石含量25%，长柱状，有两组斜交解理(图2d)。副矿物为磁铁矿、磷灰石、榍石和锆石。

图2 滁州闪长玢岩(a、b)和管店石英闪长岩(c、d)野外产状及显微照片Fig.2 Field and microscopic photos showing petrographic features of Chuzhou dioritic porphyry (a,b)and Guandian quartz diorite (c,d)

2 分析方法

锆石分选在河北省廊坊宇能地质服务公司完成。利用淘选和电磁方法挑选锆石，在显微镜下进一步提纯，挑选锆石晶形较好，内部包裹体较少的颗粒。将挑选的锆石粘贴在有双面胶的载玻片上并套上靶环，灌胶后干燥40分钟，待固结后将样品靶进行打磨，使锆石颗粒表面出露。在自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室(吉林大学)完成LA-ICP-MS锆石U-Pb定年测试。

全岩主量元素和微量元素分析均在武汉上谱分析测试科技有限公司完成。将样品用玛瑙研钵制成200目以下的粉末，主量元素采用X射线荧光光谱仪测定，烧失量采用重量法测定，分析精度优于1%；微量元素采用电感耦合等离子质谱(ICP-MS)分析。

全岩Sr-Nd同位素分析在中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室完成。Sr-Nd同位素分析首先使用HNO3+HF混合酸进行液解，使用阳离子交换技术进行分离，将样液的Rb、Sr和稀土元素分离出来后，利用LN特效树脂进行Nd的分离和纯化。仪器的准确度采用La Jolla的国际标样和标样NBS-987进行检测。Sr同位素质量分馏用88Sr/86Sr=8.375209来校正，国际标样NBS-987的88Sr/86Sr值为0.710245±15(2δ，N=9)，NBS-607的88Sr/86Sr值为1.198898；Nd同位素质量分馏用146Nd/144Nd=0.721900校正。

锆石Hf同位素分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。实验过程中采用配有193nm激光取样系统的Neptune多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)对锆石进行测定，测定激光的剥蚀直径为64μm，激光剥蚀时间为26s，Ar作为剥蚀物质载气，测定时使用锆石国际标样91500作为参考物质。分析过程采用TIMS测定值176Yb/172Yb=0.5886对176Yb的干扰进行校正，锆石标样91500的测定值为176Hf/177Hf=0.2822934±24(N=43)。

3 分析结果

3.1 锆石阴极发光与微量元素

锆石阴极发光图像显示，滁州闪长玢岩(FY3-1)中锆石无色透明，呈长柱状，大小100～150μm，长宽比介于1.5～2.5之间(图3a)，Th/U比值为0.31～0.91，其内部结构清晰，发育震荡环带，暗示它们为岩浆成因锆石(图3a)。管店石英闪长岩(FY4-1)中锆石无色透明，呈长柱状到不规则状(图3b)，大小100～125μm，长宽比介于1.5～2.0之间，Th/U比值介于0.79～1.55之间，发育条痕状吸收和扇状，表明均为岩浆成因锆石(图3b)。两组锆石的稀土元素(表1)均显示出富集重稀土元素(HREE)，亏损轻稀土元素(LREE)的上翘型特征，具明显的Ce正异常以及Eu负异常(图4)，以上特征均表明锆石为岩浆锆石。

表1 滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩锆石稀土元素组成(×10-6)Table 1 Zircon rare earth element concentrations of Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite (×10-6)

图3 滁州闪长玢岩(a)和管店石英闪长岩(b)代表性锆石阴极发光图像Fig.3 Cathodoluminescence images showing characteristics of representative zircons of Chuzhou dioritic porphyry (a)and Guandian quartz diorite (b)

图4 滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩锆石球粒陨石标准化稀土元素配分型式图(标准化值据Boynton,1984)Fig.4 Chondrite-normalized rare earth element patterns for the zircons from Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite (a,normalization values after Boynton,1984)

3.2 锆石U-Pb年代学

滁州闪长玢岩中27颗锆石测定了27个点(表2)，其年龄介于133～124Ma之间，206Pb/238U加权平均年龄为128±1Ma(MSWD=2.6,N=27;图5a)。管店石英闪长岩中锆石U-Pb定年结果介于133～125Ma之间，206Pb/238U加权平均年龄为130±2Ma(MSWD=0.6,N=13;图5b)。定年结果表明，滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩侵位时代均为早白垩世。

表2 滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩锆石U-Pb定年数据Table 2 U-Pb isotopic data of Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite

图5 滁州闪长玢岩(a)和管店石英闪长岩(b)锆石U-Pb谐和图和加权平均年龄图Fig.5 U-Pb concordia and weighted mean age diagrams for the zircons in Chuzhou dioritic porphyry (a)and Guandian quartz diorite (b)

3.3 主量元素和微量元素

滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩具有相似的岩石地球化学属性，整体具相对富SiO2、Al2O3和Na2O以及高的Mg#值 [Mg#=Mg/(Mg+Fe2+)×100] 和Na2O/K2O比值的特征(表3)。其中，滁州闪长玢岩的SiO2含量为58.55%～59.33%、MgO为4.43%～5.10%、Na2O为3.12%～3.52%、Na2O/K2O为1.33～1.47、Mg#为57～58。管店石英闪长岩SiO2=59.94%～60.12%、MgO=4.59%～4.71%、Na2O=3.80%～3.91%、Na2O/K2O均为1.2、Mg#均为61。在SiO2-Na2O+K2O图上(图6a)，滁州闪长玢岩投影在闪长岩区域，管店石英闪长岩则落入二长岩区域，二者均为亚碱性系列岩石，与郯庐断裂带南段以及徐淮地区的早白垩世埃达克质岩石相一致(Xuetal.,2006;资锋等,2007,2008;谢成龙等,2009;王婷等,2016)，相比较于长江中下游埃达克质岩石碱含量则较低(Liuetal.,2010)；在SiO2-K2O图上(图6b)，滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩样品投影在高钾钙碱性系列范围内，与郯庐断裂带南段及徐淮地区埃达克质岩石相似。

表3 滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)组成Table 3 Major (wt%)and trace (×10-6)element compositions of Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite

图6 滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩TAS图解(a,据Irvine and Baragar,1971)和SiO2-K2O图解(b,据Peccerillo and Taylor,1976)数据来源：郯庐断裂带南段埃达克质岩(资锋等,2007,2008)；徐淮地区埃达克质岩(Xu et al.,2006;霍腾飞等,2018)；长江中下游埃达克质岩(Liu et al.,2010).图7-图13图例及数据来源同此图Fig.6 Diagrams of TAS (a,after Irvine and Baragar,1971)and K2O vs.SiO2 (b,after Peccerillo and Taylor,1976)for Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz dioriteData source:adakites from South Tan-Lu Fault (Zi et al.,2007,2008);adakites from Xuzhou-Huaibei area (Xu et al.,2006;Huo et al.,2018);adakites from Lower Yangtze River Belt (Liu et al.,2010).The data source and legends in Fig.7-Fig.13 are same as this figure

滁州和管店闪长质岩石具有类似的稀土元素球粒陨石标准化配分型式，它们整体具LREE富集、HREE亏损的特征(图7a)，轻、重稀土元素分异明显，Eu负异常不明显(δEu=0.85～0.93)，∑REE=104×10-6～170×10-6，∑LREE=96×10-6～159×10-6，∑HREE=8×10-6～11×10-6，LREE/HREE=12～14。

图7 滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩球粒陨石标准化稀土元素配分型式(a，标准化值据Boynton,1984)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b，标准化值据Sun and McDonough,1989)Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns (a,normalization values after Boynton,1984)and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b,normalization values after Sun and McDonough,1989)for Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite

原始地幔标准化微量元素蛛网图显示，滁州和管店闪长质岩石富集大离子亲石元素(LILE,如Rb、Ba)，明显亏损高场强元素(HFSE,如Nb、Ta、Zr、Hf)，显示出明显的Ti负异常以及Pb正异常(图7b)。在微量元素组成上，它们具有低的Y含量，介于10.15×10-6～15.33×10-6之间，以及高的Sr/Y比值，为57～69，此外，YbN为4.55～6.80，(La/Yb)N为17.24～18.52，滁州和管店闪长质岩石的上述特征具明显的埃达克质岩石地球化学属性，在Y-Sr/Y和YbN-(La/Yb)N

3.4 全岩Sr-Nd同位素

滁州和管店埃达克质岩石具有类似的全岩Sr-Nd同位素组成(表4)，滁州闪长玢岩的初始87Sr/86Sr比值为0.7066311和0.706106，εNd(t)值为-17.7和-16.9，它们的二阶段Nd模式年龄(tDM2)分别为2344Ma、2286Ma；管店石英闪长岩两个样品的初始87Sr/86Sr比值为0.705924和0.704576，εNd(t)值为-15.8和-18.7，tDM2为2211Ma和2444Ma(表4)。

表4 滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩Sr-Nd同位素组成Table 4 Sr-Nd isotopic compositions of Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite

在Sr-Nd同位素图中(图9)，滁州和管店埃达克质岩石均落在球粒陨石演化线之下，并投在北大别镁铁质岩石组成范围附近，与郯庐造山带南段和徐淮地区部分埃达克质岩石的Sr-Nd同位素组成相类似(Xuetal.,2006;资锋等,2007,2008;杨德彬等,2008;谢成龙等,2009;王婷等,2016)，而低于长江中下游埃达克质岩石Sr-Nd同位素组成(Liuetal.,2010)。

图8 滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩Sr/Y-Y图(a)和(La/Yb)N-YbN图(b)(据Defant and Drummond,1990;Martin et al.,2005;球粒陨石标准化值据Boynton,1984)Fig.8 Diagrams of Sr/Y vs.Y (a)and (La/Yb)N vs.YbN (b)for Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite (after Defant and Drummond,1990;Martin et al.,2005;Chondrite-normalized after Boynton,1984)

图9 滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩Sr-Nd同位素组成数据来源：大洋中脊玄武岩和远洋沉积物(Hofmann,2003)；新生代板片埃达克岩(Defant and Kepezhinskas,2001)；扬子克拉通下地壳(Chen and Jahn,1998)；华北克拉通下地壳(Jahn et al.,1999)；北大别埃达克质岩石(Wang et al.,2007;Huang et al.,2008)Fig.9 Sr-Nd isotopic compositions of Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz dioriteData source:mid-ocean ridge basalts and marine sediments (Hofmann,2003);Cenozoic slab-derived adakites (Defant and Kepezhinskas,2001);the lower crust of the Yangtze Craton (Chen and Jahn,1998);the lower crust of the North China Craton (Jahn et al.,1999);North Dabie adakitic rocks (Wang et al.,2007;Huang et al.,2008)图上(图8)，样品均投影在埃达克岩区域，表明滁州和管店闪长质岩石属于埃达克质岩石，结合相对高的MgO含量及Mg#值(滁州闪长玢岩MgO=4.43%～5.10%，Mg#=57～58；管店石英闪长岩MgO=4.59%～4.71%，Mg#均为61)，暗示它们属于高镁埃达克质岩石。

3.5 锆石Hf同位素

在锆石U-Pb年代学的基础上，对滁州和管店埃达克质岩石2件样品进行了锆石原位Hf同位素分析，结果见表5。滁州闪长玢岩锆石176Hf/177Hf值为0.282040～0.282152，其εHf(t)值为-23.1～-19.1，tDM2为2648～2398Ma。管店石英闪长岩176Hf/177Hf值介于0.281965～0.282130之间，其εHf(t)值介于-25.6～-20.0之间，tDM2介于2802～2450Ma之间。在εHf(t)与U-Pb年龄图中(图10)，滁州和管店埃达克质岩石均投影于球粒陨石演化线之下，与郯庐断裂带南缘埃达克质岩石的Hf同位素组成相类似，低于徐淮地区埃达克质岩石εHf(t)值(杨德彬等,2008;霍腾飞等,2018)。

表5 滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩锆石Hf同位素组成Table 5 Zircon Hf isotopic compositions of Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite

图10 滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩锆石Hf同位素组成Fig.10 Zircons Hf isotopic compositions of Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite

4 讨论

4.1 滁州和管店埃达克质岩石的形成时代

滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩两个样品中锆石的CL图像显示(图3)，锆石晶形完好，内部结构清晰，发育震荡环带或条痕状吸收，表明它们为典型的岩浆锆石。这也得到了锆石微量元素的支持，样品的Th/U比值介于0.31～1.55之间，明显大于变质锆石的Th/U比值(通常<0.1)，而类似于岩浆锆石的Th/U比值(通常>0.4)，并且样品具有上翘型的稀土元素配分型式(图4)。滁州闪长玢岩(FY3-1)岩浆锆石U-Pb年龄介于133～124Ma之间，206Pb/238U加权平均年龄为128±1Ma(MSWD=2.6,N=27)，管店石英闪长岩(FY4-1)岩浆锆石U-Pb定年结果介于133～125Ma之间，206Pb/238U加权平均年龄为130±2Ma(MSWD=0.6,N=13)(图5)。上述定年结果表明，滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩形成于早白垩世，为早白垩世岩浆活动的产物。这与研究区滁州、上腰铺埃达克质侵入岩的40Ar-39Ar定年结果(127Ma,资锋等,2007)相一致，同时与管店石英二长岩的SHRIMP锆石U-Pb年代学结果(131Ma,资锋等,2008)以及滁州盆地火山岩U-Pb年代学结果(128Ma,王婷等,2016)相吻合，也与徐淮地区、长江中下游地区早白垩世时期广泛发育的岩浆事件相类似(杨德彬等,2008;Liuetal.,2010;霍腾飞等,2018)，它们是研究区乃至中国东部早白垩世时期最强烈的一次岩浆活动的响应(Wuetal.,2005;Yangetal.,2010,2012,2013,2016)。

4.2 滁州和管店埃达克质岩石的岩石成因及源区性质

滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩整体具有高SiO2、富Al2O3和Na2O含量以及高的Na2O/K2O比值的特征，而原始地幔标准化微量元素蛛网图(图7b)显示，滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩富集大离子亲石元素(LILE,如Rb、Ba)，明显亏损高场强元素(HFSE,如Nb、Ta、Zr、Hf)，具有低的全岩εNd(t)和锆石εHf(t)值，暗示它们起源于大陆地壳的部分熔融。此外，来源于地幔源区的岩石通常具有相对高的Ni、Cr含量，如Ni>400×10-6，Cr>1000×10-6(Wilson,1989)，滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩的Ni、Cr含量较低(Ni=50×10-6～79×10-6,Cr=119×10-6～186×10-6)，这与地幔源区直接形成的岩石不符。另外，样品具有低的Nb/U值(4.63～7.70)和Ta/U值(0.32～0.56)，也低于地幔熔融形成的岩石(Nb/U=47,Ta/U=2.7;Hofmann,1988;Taylor and McLennan,1995;Wangetal.,2020b)。上述特征也进一步证明了，滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩为壳源属性。然而，滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩具有相对较高的MgO含量(4.43%～5.10%)和Mg#值(57～61)，也显示了幔源的信息。此外，样品还显示出高的Sr含量(575×10-6～1035×10-6)和低的Y含量(10.15×10-6～15.33×10-6)以及高的Sr/Y比值(57～69)，表明滁州和管店闪长质岩石属于高镁埃达克质岩石，在埃达克岩判别图解上，样品均投影于埃达克岩区域也证明了这一点(图8)。

狭义的埃达克岩最初是由Defant and Drummond (1990)研究阿留申岛弧火山链西部的埃达克岛所发现的一类具有特殊地球化学属性的岩石，提出埃达克岩是俯冲的年轻洋壳板片部分熔融的产物。而埃达克岩的概念提出后，随着研究的深入发现，除了俯冲的洋壳板片部分熔融形成机制以外，埃达克岩的形成环境由岛弧环境也扩展到非岛弧环境，并将这一类岩石称为埃达克质岩石，它们通常是具有一套特定地球化学属性的中酸性火成岩，其SiO2≥56%，Al2O3≥15%，富Na、贫K，具有高的Sr含量(>400×10-6)和较高的Sr/Y(>20)及(La/Yb)N(>10)比值，以及低的HREE和Y(≤18×10-6)含量，无Eu异常或轻微的负异常(Defant and Drummond,1990;Martinetal.,2005;Xuetal.,2006;Yangetal.,2016)。埃达克质岩石的成因模式主要包括：(1)年轻的俯冲玄武质洋壳熔融；(2)玄武质母岩浆的结晶分异；(3)增厚的下地壳直接部分熔融；(4)拆沉的古老下地壳部分熔融。那么，滁州和管店高镁埃达克质岩石的岩石成因如何？

首先，年轻的玄武质俯冲洋壳发生俯冲时，俯冲板片在75～80km发生部分熔融可以形成埃达克岩。但滁州和管店埃达克质岩石初始87Sr/86Sr比值(0.7046～0.7066)及εNd(t)值(-20.3～-17.4)与年轻俯冲洋壳部分熔融形成的埃达克质岩石的亏损同位素组成(εNd(t)>6，(87Sr/86Sr)i<0.7045,Defant and Drummond,1990)差异较大(图9)。此外，滁州和管店埃达克质岩石Ni、Cr含量较低(Ni=50×10-6～79×10-6，Cr=119×10-6～186×10-6，通常地幔岩石Ni>400×10-6，Cr>1000×10-6，Wilson,1989)，这与洋壳部分熔融形成的岩石明显不同。另外，滁州和管店埃达克质岩石具有相对高的K2O含量，而不同于俯冲洋壳熔融形成的埃达克岩具有相对低的K2O含量。K2O在角闪石中的富集程度高于石榴石及斜方辉石(Liuetal.,2010)，因此，俯冲洋壳部分熔融的残余相矿物多为石榴石+斜方辉石+角闪石，其形成的埃达克岩通常具有较低的K2O含量(Defant and Drummond,1990;Rappetal.,1991;Sen and Dunn,1994;Martinetal.,2005)，而大陆基性下地壳部分熔融的残余相一般为榴辉岩，而角闪石很少，其形成的埃达克岩通常具有较高的K2O含量(Huang and He,2010)。上述证据显示，滁州和管店埃达克质岩石并非由年轻的玄武质俯冲洋壳部分熔融产生。

其次，玄武质母岩浆结晶分异形成埃达克岩。一种可能是上地幔顶部条件下初始岛弧岩浆高压结晶分异形成的产物(Macphersonetal.,2006)，另外一种可能是俯冲板片脱水交代地幔楔，之后经历角闪石±斜长石低压分离结晶形成埃达克岩(Castilloetal.,1999;Lietal.,2008,2009)。前者为岛弧岩浆经历石榴子石的高压分离结晶作用，石榴子石±辉石的高压分离结晶作用导致岩浆中Al2O3随SiO2的增加而降低，但Sr/Y和La/Y比值则随SiO2的增加而升高。后者则由于角闪石±斜长石的低压分离作用形成显著的“V”型稀土元素分布型式。如Macphersonetal.(2006)认为菲律宾棉兰老岛埃达克岩是由岛弧岩浆经历石榴子石的高压分离结晶作用过程形成的，该成因的主要特征为岩浆中Al2O3与SiO2的变化呈负相关关系，而Sr/Y和La/Y的比值与SiO2的变化呈正相关关系，然而，滁州和管店埃达克质岩石并不具备这一特征。在La/Sm与La及Zr/Sm与Zr图中(图11)，滁州和管店埃达克质岩石显示部分熔融趋势，而与玄武质岩浆的分离结晶趋势不一致。此外，研究区并没有发现同时代大规模的基性岩浆与滁州或管店岩体及其周边的中酸性侵入岩体密切共生，也没有发现与此相关的堆晶岩。因此，玄武质岩浆的结晶分异也不可能形成滁州和管店埃达克质岩石。

图11 滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩La/Sm-La (a)与Zr/Sm-Zr (b)图解Fig.11 La/Sm vs.La (a)and Zr/Sm vs.Zr (b)diagrams for Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite

再次，滁州和管店埃达克质岩石虽然显示出源区岩石部分熔融的趋势(图11)，可以由增厚的下地壳物质直接部分熔融形成埃达克岩。但是，这类埃达克岩由于没有地幔物质的涉入，通常具有低的MgO含量、Mg#值等特征(Kay and Kay,2002;Xuetal.,2006;Huangetal.,2008;Yangetal.,2016)。然而，滁州和管店埃达克质岩石具有较高的MgO含量(4.43%～5.10%)和Mg#值(57～61)，增厚下地壳物质的直接部分熔融模式无法解释滁州和管店埃达克质岩相对高的MgO含量、Mg#值。

最后，拆沉下地壳部分熔融形成埃达克岩。单纯的地壳物质直接熔融产生的熔体中MgO含量并不高，而滁州和管店埃达克质岩石具有相对高的MgO含量和Mg#值。实验岩石学已经证明，具有这种主微量元素特征(SiO2=58%～60%；MgO=4.4%～5.1%)的安山质岩石，无法直接由玄武质下地壳部分熔融形成，而更可能来源于拆沉下地壳与地幔橄榄岩的反应。在MgO-SiO2及TiO2-SiO2图中(图12)，样品均投影于拆沉下地壳部分熔融形成的埃达克岩区域，暗示它们是源于拆沉下地壳熔融的熔体与地幔橄榄岩反应的产物。这种模式下形成的高镁埃达克质岩石与富集地幔部分熔融形成的高镁岩石常常因为相似的主微量元素及同位素组成(如偏低的主量元素、相容元素Cr、Ni、全岩εNd(t)和锆石εHf(t)值)而难以区分。然而，同一熔体由于处于封闭体系状态下，其同位素组成基本保持恒定，而熔体与其它组分反应后，由于两种组分的差异，常常在同位素上体现出明显的变化性。因此，通过主量元素与同位素之间的相关性判定，可以有效的识别熔体是否经历过两种岩浆的反应作用。本文的研究显示主量元素(SiO2、MgO)与全岩(87Sr/86Sr)i和εNd(t)值表现出明显的线性关系，随SiO2含量的升高(或MgO含量的降低)，全岩Sr-Nd同位素明显由亏损转变为富集(图13)，这表明滁州和管店闪长质岩石并非直接来源于富集地幔的部分熔融，而应起源于地幔熔体与下地壳组分反应的产物。这种成因模型通常是已经加厚的镁铁质下地壳物质发生榴辉岩相变质，其密度明显升高，由于重力的不稳定而发生拆沉作用，拆沉的榴辉岩质下地壳密度通常大于岩石圈地幔而下沉到地幔深部，进而榴辉岩质下地壳熔融形成的埃达克质岩浆与地幔橄榄岩发生反应，该过程形成的埃达克质岩石具有相对高的MgO含量(MgO=4.43%～5.10%;Xuetal.,2002;Gaoetal.,2004;Wangetal.,2006;Huangetal.,2008)。此外，滁州和管店埃达克质岩石具有富集LREE，亏损HREE，Eu负异常不明显(δEu=0.85～0.92)的特点。石榴石及金红石是重稀土元素的富集矿物，可以很好的解释样品中轻重稀土分异明显和HREE亏损的特征，而斜长石则是Eu元素的载体，Eu负异常应与源区中斜长石的残留有关。上述特征表明，滁州和管店埃达克质岩石起源于拆沉的加厚基性下地壳物质的部分熔融及其与地幔橄榄岩反应的产物，源区岩石主要为变质基性下地壳(榴辉岩或角闪榴辉岩)，同时存在石榴石±金红石以及少量的斜长石残留。

图12 滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩MgO-SiO2 (a)和TiO2-SiO2 (b)图解俯冲洋壳熔融形成的埃达克岩，拆沉下地壳熔融形成的埃达克岩和加厚下地壳熔融形成的埃达克岩区域引自Wang et al.(2020b)Fig.12 MgO vs.SiO2 (a)and TiO2 vs.SiO2 (b)diagrams for Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz dioriteThe fields of adakites from partial melting of subducted oceanic crust,delaminated lower crust and thickened lower crust after Wang et al.(2020b)

图13 滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩SiO2对(87Sr/86Sr)i (a)和εNd(t)(b)及MgO对(87Sr/86Sr)i (c)和εNd(t)(d)图解Fig.13 Diagrams of SiO2 against (87Sr/86Sr)i (a)and εNd(t)(b),MgO against (87Sr/86Sr)i (c)and εNd(t)(d)for Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite

前文已经阐明，滁州和管店埃达克质岩石起源于拆沉的加厚下地壳源区，那么，大陆地壳物质是来源于加厚的华北陆块还是俯冲断离的扬子陆块呢？首先，研究区位于扬子陆块和华北陆块交汇部位；其次，滁州和管店埃达克质岩石Sr-Nd同位素组成与北大别镁铁质岩石的Sr-Nd同位素组成相类似(图9;Xuetal.,2006)，暗示它们可能具有华北基底物质的属性，但其Nd同位素模式年龄(tDM2=2211～2444Ma)，较华北陆块基底古老的Nd模式年龄(2700～3600Ma;Wuetal.,2005)年轻，而与扬子陆块基底的Nd模式年龄(tDM2=1600～2400Ma;Chen and Jahn,1998)相类似，表明可能有扬子俯冲断离板片物质的参与；再次，滁州盆地内早白垩世火山岩的初始206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值分别变化于15.902～16.687、15.273～15.417和36.177～37.001之间，总体上与华北陆块基底相对低的Pb同位素组成类似(谢成龙等,2009)，而与徐淮地区和长江中下游地区具有扬子陆块基底特征的相对高的Pb同位素组成不同(杨德彬等,2008;谢建成等,2012)；最后，徐淮地区埃达克质岩石中榴辉岩捕掳体的锆石U-Pb定年发现，其既含有代表华北基底物质的新太古代-古元古代继承锆石，也存在显示扬子基底属性的新元古代岩浆锆石(Xuetal.,2006;杨德彬等,2008)。综上所述，滁州和管店埃达克质岩石应起源于拆沉的华北加厚陆壳和俯冲断离的扬子陆壳及其与地幔橄榄岩的反应物质。

4.3 埃达克质岩石形成的构造背景及其对华北陆块东部早白垩世岩石圈减薄的制约

滁州和管店闪长质岩石具有高镁埃达克质岩的地球化学特征，表明它们起源于拆沉的加厚基性下地壳物质的部分熔融及其与地幔橄榄岩反应的产物，岩浆源区富含石榴子石±金红石，结合实验岩石学的研究结果暗示，滁州和管店埃达克质岩浆应起源于～50km深度的地壳(Yangetal.,2016;霍腾飞等,2018)，也就是说滁州和管店地区至少在早白垩世以前应存在明显加厚的地壳。然而，华北陆块东部早白垩世发育大量的双峰式火成岩，如鲁西地区早白垩世辉长岩-二长岩组合(Yangetal.,2012,2019)、大别山地区辉长岩-花岗岩组合(戴圣潜等,2003)和辽东地区辉长岩-花岗岩组合(许文良等,2004)，表明早白垩世华北陆块东部岩石圈地幔和地壳厚度已经变薄并处于伸展的构造背景。滁州和管店高镁埃达克质岩石形成于130Ma，这与华北陆块东部岩石圈强烈减薄的时间一致，因此，它们形成于华北陆块东部岩石圈强烈伸展的构造背景。那么，岩石圈减薄的机制和动力学背景如何？

在中-晚三叠世时期，扬子陆块北西向俯冲至华北陆块之下，随后扬子陆块顺时针旋转与华北陆块剪刀式拼贴，在陆内俯冲作用下形成秦岭-大别-苏鲁造山带(Lietal.,1993;Yangetal.,2010,2012;Wangetal.,2020a)，同时，扬子陆块的深俯冲也导致华北陆块东缘和华北陆块南缘大陆地壳发生加厚(Xuetal.,2006;杨德彬等,2008;Yangetal.,2016;霍腾飞等,2018)，进而形成厚度大于50km的榴辉岩质下地壳。由于榴辉岩的密度较大和重力的不稳定，将引起深俯冲的扬子陆壳发生断离以及加厚的华北陆壳发生拆沉，而进入到深部地幔。那么，榴辉岩质下地壳发生拆沉的时间如何？首先，蚌埠隆起区晚侏罗世荆山花岗岩的源区中存在拆沉的扬子陆壳物质(Yangetal.,2010)；其次，辽西地区晚侏罗世高镁安山岩中也发现了代表拆沉陆壳物质的单斜辉石反环带，它们暗示华北陆块东部加厚陆壳至少在晚侏罗世已经拆沉(Gaoetal.,2004)；最后，徐淮地区早白垩世高镁埃达克质岩石中产出榴辉岩类捕掳体，该捕掳体中存在代表源岩的新元古代和古元古代及新太古代岩浆锆石，同时也存在中-晚三叠世变质锆石，后者与大别-苏鲁造山带超高压变质的时间相一致，进而认为加厚下地壳发生榴辉岩相变质作用及其拆沉的时间为中-晚三叠世(Xuetal.,2006)。鉴于以上研究，本文倾向于华北陆块东部滁州和管店地区加厚下地壳的拆沉时间可能在中-晚三叠世。该时期俯冲断离的扬子陆壳和加厚拆沉的华北陆壳可能滞留在冷的、硬的、刚性岩石圈地幔内，并没有发生熔融形成埃达克质原始岩浆(许文良等,2004)，这也表现为大别-苏鲁造山带和华北陆块东部相对缺乏广泛的中-晚三叠世至侏罗纪岩浆活动(许文良等,2004)。早白垩世时期，由于古太平洋板块的西向俯冲引起中国东部软流圈地幔的异常热流动以及熔/流体的加入，强烈的热异常使先前拆沉的加厚下地壳物质和岩石圈地幔发生部分熔融，改造后的岩石圈地幔与拆沉的榴辉岩质下地壳熔融的熔体发生反应，进而形成高镁埃达克质岩浆，上升侵位则形成滁州和管店埃达克质闪长岩。此外，早白垩世时期，中国东部发育大量同时期的镁铁质岩浆岩，如鲁西地区辉长岩-玄武岩组合、胶东地区煌斑岩-辉绿岩组合以及辽东地区镁铁质岩石的广泛发育(Peietal.,2011;Yangetal.,2012,2019)，结合早白垩世中国东部变质核杂岩以及A型花岗岩的出现(Wuetal.,2005)，表明华北陆块东部早白垩世时期处于强烈的伸展构造背景，岩石圈减薄已达到峰期。

5 结论

通过对华北陆块东部早白垩世滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩的岩石地球化学和全岩Sr-Nd同位素以及锆石U-Pb年代学和Hf同位素的综合研究，得出如下结论：

(1)滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩分别形成于早白垩世的128Ma和130Ma。

(2)滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩具高SiO2、富Al2O3和高的Na2O/K2O比值、Mg#值以及高的Sr含量和Sr/Y、(La/Yb)N比值，亏损HREE，具低的Y和Yb含量，暗示它们属于高镁埃达克质岩石。

(3)滁州和管店高镁埃达克质岩石起源于加厚的华北陆块基底物质及俯冲断离的扬子板片熔融的熔体与地幔橄榄岩反应的产物，形成于华北陆块东部岩石圈大规模减薄的伸展构造环境。

致谢感谢两位匿名审稿专家和主编提出的宝贵意见。