淮北隐伏岩体的地球化学特征、岩石成因及构造意义

于炎炎

(安徽省地质矿产勘查局325地质队，安徽 淮北 235000)

0 引 言

淮北地区位于华北陆块东南缘，受弧形断裂构造影响，沿北东向出露一系列中酸性岩体，其年代主要为早白垩世，该系列岩体具有高Sr低Y的埃达克岩性质，且与铁铜金矽卡岩型矿床密切相关。前人从岩相学、地球化学、年代学等方面对该区出露的岩体(如斑井、刁山集、丰山、蔡山、夹沟等岩体)进行了系统分析，阐释了这些岩体的成因及构造环境(杨德彬等，2008；王善明等，2018)。徐淮地区第四系覆盖区面积较大，但对该区的隐伏岩体研究较少。因此，以淮北马桥地区发现的隐伏岩体为研究对象，从岩相学、地球化学等方面进行分析，揭示其岩体成因及构造意义。

1 地质概况及工作方法

淮北地区处于徐宿弧形构造带中部，主要出露寒武—奥陶系碳酸盐岩地层，北北东—北东向褶皱和断裂极为发育，其中青龙山逆断层为区内最大的一条北东向弧形断裂，沿该断裂带附近展布着大量中酸性岩体，构造和岩体为区内铁铜等多金属矿床的形成提供了有利条件(汪青松，2010；产思维等，2016，2017)。

该隐伏岩体位于淮北东南马桥地区(图1)马桥背斜中部东翼，该背斜属皇藏峪复背斜次级褶皱，岩体侵位主要受北东向青龙山逆断层控制，围岩为中寒武世碳酸盐岩。

分别采集ZK01和ZK03钻孔6处不同深度的岩体样品(图1)，采集深度分别为：ZK01-WL-1样品72.0 m、ZK01-WL-2样品146.8 m、ZK01-WL-3样品267.5 m、ZK03-WL-1样品120.5 m、ZK03-WL-2样品179.0 m、ZK03-WL-3样品257.1 m，选取6件样品用于主微量与稀土元素分析，6件标本用于镜下薄片分析。主微量元素与稀土元素分析采用等离子体质谱法、火焰发射光谱法、原子吸收光谱法、分光光度法。

图1 淮北地区地质简图及采样位置1-石炭—二叠系；2-寒武—奥陶系；3-震旦系4-复背斜；5-复向斜；6-逆断层/性质不明断层；7-钻孔采样位置；F1-青龙山逆断层；F01-萧县复背斜；F02-闸河复向斜；F03-皇藏峪复背斜①斑井岩体；②丁里岩体；③夹沟岩体；④刁山集岩体；⑤马桥隐伏岩体；⑥丰山岩体；⑦蔡山岩体；⑧徐楼岩体Fig. 1 Geological sketch and sampling location of Huaibei area

2 岩相学特征

钻孔野外编录结果显示岩体为石英二长闪长(玢)岩，样品薄片镜下观察显示岩体以石英二长(或角闪)闪长玢岩为主，与野外定名略有不同，以镜下定名为准。

(1)石英二长闪长玢岩镜下特征。斑晶以宽板状斜长石为主，含少量角闪石，斜长石部分环带发育，后期沿裂隙有微弱绢云母交代；基质多为隐晶质-微晶，成分主要为粒状-板状微晶斜长石、隐晶质-他形粒状石英和钾长石。副矿物主要为针状磷灰石和短柱状金红石，分布在基质中。

(2)石英角闪闪长玢岩镜下特征。斑晶主要为柱状角闪石，局部绿泥石和碳酸盐矿物交代呈残余或假象，可见板状斜长石斑晶，弱绢云母化；基质多为隐晶质-微晶，以石英、长石为主。副矿物主要为针状磷灰石和短柱状金红石，分布在基质中。

岩体镜下特征表明，岩浆在上升过程中可能经历了不同程度的分离结晶，导致不同深度岩体的矿物组成变化。

3 地球化学特征

3.1 主量元素特征

岩石化学分析结果(表1)显示，样品具有较高质量分数的SiO2(60.70%～68.28%)、较高Na2O(3.81%～6.22%)、较低K2O/Na2O比值(0.52～0.76)以及较高的Al2O3(14.07%～15.12%)。样品Mg#值为43.75～61.25，平均值为52.75，低于幔源岩浆Mg#值范围(68～75)(莫宣学，1988)，但高于地壳熔融产生的岩浆Mg#值(<40)(Atherton et al.，1993)，表明岩体形成过程中有幔源物质加入。样品的δ值为2.53～3.55，岩体呈钙碱-碱性特征。石英二长闪长玢岩除SiO2、Al2O3、Na2O、K2O含量高于石英角闪闪长玢岩外，其他元素含量均较低。

SiO2-K2O图(图2a)显示样品呈高钾钙碱性，A/CNK-A/NK图(图2b)显示样品为准铝质，因此岩体属准铝质高钾钙碱性岩石。样品分异指数(61.73～87.60)和固结指数(5.77～26.75)变化范围较大，说明岩体岩浆具有分异较高、分离结晶较好的特点。

图2 SiO2-K2O图(a)和 A/CNK-A/NK图(b)Fig.2 K2O-SiO2 diagram (a)and A/CNK-A/NK diagram (b)

3.2 微量稀土元素特征

岩体样品中稀土含量(表1)较低，ΣREE变化大，其值为26.6～83.5 g/t，平均值为58.6 g/t；轻重稀土分馏明显，其比值为 8.08～10.53；(La/Yb)N为6.76～10.68，稀土曲线特征为富集轻稀土、亏损重稀土(图3)，可能是因为源区残存富重稀土矿物。δEu为0.86～1.15，平均值为0.95，岩体Eu异常不明显。岩体Ce异常不显著，δCe为0.88～0.96，平均值为0.92。总体来看，岩体的稀土配分曲线与下地壳曲线相似，同时Eu异常不明显，在加厚的下地壳环境中形成的中酸性侵入岩一般没有Eu异常，因此岩体源区可能为加厚的下地壳。

图3 岩体稀土元素球粒陨石标准化分布型式图Fig.3 Chondrite standardized distribution map of rare earth elements in rock mass

表1 岩体中主、微量及稀土元素分析结果Table 1 Test results of major,trace and rare earth elements of rock samples

石英二长闪长玢岩稀土总量平均值为36.7 g/t，低于石英角闪闪长玢岩稀土总量平均值80.6 g/t，但二者稀土曲线趋势基本一致，表明可能来自同一源区。

岩体中Sr含量在563～868 g/t之间，Y含量在3.79～11.4 g/t之间，Yb含量在0.50～1.26 g/t之间，Rb含量在54.3～79.9 g/t之间。岩体具有高Sr低Y的特征，说明岩体形成深度较大，处于高压环境下(张旗等，2006)。岩体的Rb/Sr比值为0.07～0.11，明显小于地壳的Rb/Sr值0.25，表明幔源物质在岩体的形成过程中起了一定的作用。

4 分析与讨论

4.1 岩石成因以及源区性质

结合岩体地球化学特征分析可知，岩体具高Sr(563～868 g/t)、低Y(3.79～11.4 g/t)、高Sr/Y比、低Yb(0.50～1.26 g/t)特征，轻稀土较富集，重稀土相对亏损；富Al2O3(14.07%～15.12%)和Na2O(3.81%～6.22%)，Mg#值(43.75～61.25)较高，与徐淮地区早白垩世发育的高镁埃达克岩特征较为相似(许文良等，2006；杨德彬，2009；刘盛遨，2011)。Y-Sr/Y图(图4)显示，样品均投在埃达克岩范围，更说明岩体的成因与埃达克岩相关。

关于埃达克岩的形成环境有多种解释，一般认为徐淮地区的高镁埃达克岩可能为加厚下地壳拆沉所致，熔融岩浆上移过程中有地幔物质加入(孙赛军，2016；张喜，2017)。岩体的Rb/Sr比值(0.07～0.11)高于俯冲洋壳成因埃达克岩质岩浆的Rb/Sr比值(<0.05)，与加厚下地壳熔融产生的埃达克岩质岩浆的Rb/Sr比值相近，暗示岩体的形成环境可能位于加厚的下地壳。岩体中重稀土亏损、高Sr低Y、Eu异常微弱(0.86～1.15，平均值为0.95)，也证明岩体来源于高压环境的加厚下地壳。但是，仅因加厚下地壳熔融不会使岩体具高Mg#值特征(张旗等，2001)，地壳熔融产生的岩浆Mg#值一般<40，因此幔源物质在岩体岩浆上升过程中很可能参与了反应。SiO2-MgO判别图(图4)显示，样品多投在拆沉下地壳成因范围内，因此推测岩体形成环境为加厚的下地壳，受重力影响下地壳拆沉，这种环境下产生的岩浆又与地幔橄榄岩发生了反应。

图4 Y-Sr/Y图(a)及SiO2-MgO图(b)Fig.4 Y-Sr/Y diagram (a)and SiO2-MgO diagram (b)

岩石的部分熔融若发生在不同源区，所形成的岩浆地球化学特征便具有差异性(Topuz et al.，2005)。源区的判别图解(图5)显示，样品均投在变玄武岩源区范围和附近，表明岩体形成深度较大，是下地壳基性岩浆熔融的产物；同时，石英二长闪长玢岩与石英角闪闪长玢岩落在同一区域，说明二者具有同一源区。岩体具有低Y、亏损HREE的特征，说明源区残留石榴子石。岩体的Y/Yb比值在7.2～17.0之间，暗示源区残留石榴子石。附近埃达克岩性质的丰山岩体中有石榴子石残留，表明其可能来源于拆沉下地壳的石榴辉石岩相(霍腾飞等，2018)。研究区隐伏岩体的地球化学特征与丰山岩体具有相似性，说明岩体可能具有同源性。

图5 岩体源区判别图解Fig.5 Discrimination diagram of rock source area

岩体中存在石英二长闪长玢岩与石英角闪闪长玢岩2种岩石类型，是源区岩石部分熔融所致还是移出源区后分离结晶形成？样品的分异指数(61.73～87.60)及固结指数(5.77～26.75)变化明显，说明岩体岩浆具有高分异、较好分离结晶的特点。根据瑞利分馏原理，利用不同稀土元素的协和关系判断成岩作用方式(赵振华，1997),La/Sm-La及Ce/Yb-Ce图解(图6)显示，样品点近似水平分布，说明岩体形成以分离结晶为主，有较弱的部分熔融，且石英二长闪长玢岩分离结晶程度比石英角闪闪长玢岩高，说明岩浆离开源区后主要发生了分离结晶，形成石英二长闪长玢岩与石英角闪闪长玢岩。

图6 岩体的La/Sm-La图解(a)和Ce/Yb-Ce 图解(b)Fig.6 La/Sm-La diagram (a)and Ce/Yb-Ce diagram (b)of the rock mass

4.2 构造意义

受扬子板块俯冲影响，早中生代华北板块东南缘地壳加厚(王陆超等，2011；李耿等，2017)，徐淮地区岩体中榴辉岩捕虏体的发现及其年代学证据记录了该重要地质事件(王清海等，2011；朱光等，2016)。

早白垩世时期，在下地壳加厚的环境下，榴辉岩相发生变质(许文良等，2004)，密度变大，进而导致下地壳拆沉及俯冲板块断离。在此地质背景下，徐淮地区发育强烈的岩浆活动产出大量高镁埃达克岩体，其地球化学特征和年代学证据证实，在早白垩世，华北加厚地壳的拆沉及俯冲的扬子板块断离2种作用同时存在，因此源区有扬子板块基底和华北板块基底物质参与(周群君等，2014)区内发育的隐伏岩体与上述高镁埃达克岩体的地球化学特征及形成环境具有一致性，因此推测研究区隐伏岩体于早白垩世形成，加厚地壳正发生拆沉，来自扬子和华北板块基底的岩石部分熔融混合形成埃达克质岩浆，岩浆运移过程中受到地幔橄榄岩的交代。

淮北地区高镁埃达克质岩体的发现，进一步佐证了华北板块东南缘曾发生岩石圈减薄现象。

5 结 论

(1)淮北隐伏岩体的岩性为石英二长闪长玢岩和石英角闪闪长玢岩，呈富Na2O、高Mg#、高Al2O3、高Sr、高Sr/Y比、低Yb、低Y特征，与徐淮地区早白垩世发育的高镁埃达克岩的地球化学特征一致。

(2)淮北隐伏岩体形成于加厚下地壳发生拆沉的环境，下地壳深部的石榴辉石岩相部分熔融产生岩浆，并与地幔橄榄岩发生反应。在移出源区后，岩浆发生分离结晶，形成了石英二长闪长玢岩与石英角闪闪长玢岩。

(3)淮北隐伏岩体为高镁埃达克质岩体，进一步佐证了华北板块东南缘曾发生过岩石圈减薄现象。