996 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2014,30(4) 长江中下游成矿带位于扬子板块北缘的长江断裂带内, 是我国重要的铜铁多金属成矿带 该地区自晋宁期以来, 经历了古生代盖层沉积阶段和中生代板内变形阶段, 受特提斯构造域 古太平洋构造域中生代转换构造背景控制 ( 常印佛等

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1 /2014/030(04) ActaPetrologicaSinica 岩石学报 庐枞盆地砖桥地区科学深钻岩浆岩 LA MC ICPMS 锆石 U Pb 年代学和岩石地球化学特征 1,2,3 贾丽琼 3 徐文艺 3 吕庆田 1,2 莫宣学 3 熊欣 1,3 李骏 1,4 王梁 JIALiQiong 1,2,3,XUWenYi 3,L QingTian 3,MOXuanXue 1,2,XIONGXin 3,LIJun 1,3 andwangliang 1,4 1 中国地质大学地球科学与资源学院, 北京 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室, 北京 中国地质科学院矿产资源研究所, 国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室, 北京 武警黄金地质研究所, 廊坊 SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China 2 StateKeyLaboratoryofGeologicalProcesesandMineralResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China 3 MLRKeyLaboratoryofMetalogenyandMineralAsesment,InstituteofMineralResources,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing ,China 4 GoldGeologyInstituteofChineseArmedPoliceForce,Langfang065000,China 收稿, 改回 JiaLQ,XuWY,LüQT,MoXX,XiongX,LiJandWangL 2014 LA MC ICPMSzirconU Pbgeochronologyand petrologicalgeochemistryofscientificdeepdrilinginzhuanqiao,lujiang Zongyangvolcanicbasin ActaPetrologicaSinica, 30(4): Abstract LA MC ICPMSzirconU Pbdatingsyieldtheagesof131 29±0 85Ma,130 95±0 56Ma,130 88±0 41Mafor trachyandesite,syeniteandbiotitemonzonitefromscientificdeepdrilingzk01inzhuanqiao,lujiang Zongyangvolcanicbasin Major andtraceelementssuggest,belongingtometaluminous peraluminousseries,theseigneousrocksinzk01arecharacterizedbyhigh contentofpotasium(k 2 O averagedat3 7%),richalkali(K2O +Na 2 O averagedat8 4%) andlreesbutdepletedstrong incompatibleelements MostsamplesplotinthefieldofshoshoniteinSiO 2 K 2 Odiagram,indicatingthevolcanicandintrusiverocks areshoshoniteseries Mineralfractionalcrystalizationoccuredduringtheevolutionofmagma ε Hf (t)valuesoftrachyandesite,syenite andbiotitemonzoniteare-12 9~-7 6,-10 1~-6 5and-11 1~-3 4,respectively Ithasbeeninferedthatigneousrocks inzk01derivedfromenrichedmantleproducedbyfluidmetasomatismofsubductionslab,lescontaminatedbycontinentalmaterial, andmagmaformedinthetectonicsetingoflithospheretension Keywords SinoProbe;Sciencedeepdriling;Shoshoniteseries;Zhuanqiao;Lujiang Zongyangvolcanicbasin 摘要本文对庐枞盆地砖桥地区科学深钻 ZK01 中的粗安岩 正长岩和黑云母二长岩进行了 LA MC ICPMS 锆石 U Pb 定年, 年龄分别是 ±0 85Ma,130 95±0 56Ma,130 88±0 41Ma 全岩主 微量元素分析结果表明 ZK01 中的火成岩富钾 (K 2 O 平均为 3 7%) 富碱 (K 2 O+Na 2 O 平均为 8 4%), 富集强不相容元素和轻稀土元素, 亏损高场强元素和重稀土元素, 均属于准铝质 过铝质岩石 在 SiO 2 K 2 O 图解中, 绝大多数样品点落在含钾较高的钾玄岩区域中, 火山岩和侵入岩均属于橄榄玄粗岩系 岩浆演化过程中有矿物的分离结晶作用 粗安岩 正长岩和黑云母二长岩的锆石 ε Hf (t) 值分别为 -12 9~-7 6, -10 1~-6 5,-11 1~-3 4 推测 ZK01 中的岩浆岩主要来源于俯冲板片流体交代形成的富集地幔, 稍有陆壳物质的混染, 岩浆形成于岩石圈拉张伸展的构造背景之下 关键词 中图法分类号 SinoProbe; 科学深钻 ; 橄榄玄粗岩系 ; 砖桥地区 ; 庐枞盆地 P588 12;P588 13;P597 3 本文受国家 深部探测技术与实验研究 专项课题 (SinoProbe 03 06) 和 十二五 国家科技支撑计划 (2011BAB04B03) 联合资助. 第一作者简介 : 贾丽琼, 女,1987 年生, 博士生, 矿物学 岩石学 矿床学专业,E mail:jialiqiong@126.com

2 996 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2014,30(4) 长江中下游成矿带位于扬子板块北缘的长江断裂带内, 是我国重要的铜铁多金属成矿带 该地区自晋宁期以来, 经历了古生代盖层沉积阶段和中生代板内变形阶段, 受特提斯构造域 古太平洋构造域中生代转换构造背景控制 ( 常印佛等,1991; 翟裕生等,1992; 陶奎元等,1998; 周涛发等, 2008a) 长期的构造运动和岩浆活动使该区形成了断隆区和断凹区的次级构造格局及丰富多样的铁 铜 金等多金属成矿作用 作为断凹区的典型代表, 庐枞矿集区的成岩成矿特色非常显著, 岩浆岩以发育大量橄榄安粗岩系为特征的火山岩组合以及各种类型的侵入岩 次火山岩和脉岩为特色, 矿床则以与火山 侵入岩浆有关的玢岩型铁矿床 叠加改造型铁矿床 斑岩型矿床为代表 近年来, 庐枞地区因深部找矿工作的新突破引起众人的极大关注 对于区内广泛发育且与成矿作用密切相关的燕山期岩浆活动, 自然也开始受到密切关注, 对其开展细致研究, 不但有助于深入理解岩浆过程 成矿过程并且指导找矿, 同时也有助于认识中国东部燕山期巨量岩浆活动的机理, 因此成为学者们争相研究的热点 许多学者对庐枞地区的火山岩和典型侵入岩进行了详细的岩石地球化学 同位素年代学 成矿作用 地球动力学等方面的研究, 取得了丰硕的成果, 但是, 对于区内岩浆岩的源区 构造环境, 尤其是火山岩与侵入岩之间的成因及演化关系仍存在不少的争议, 莫衷一是 ( 杨荣勇等,1993; 刘洪等,2002; 谢智等,2007; 刘臖等,2007; 范裕等,2008; 袁峰等,2008; 曾键年等,2010; 薛怀民等,2010a,b,2012; 周涛发等,2007, 2008a,b,2010) 同时, 由于条件所限, 以往的研究都只能集中开展于地表所出露的岩浆岩, 对于区内深部岩浆活动情况究竟如何则鞭长莫及, 知之甚少 2012 年, 国家科研专项 深部矿产资源立体探测技术及实验研究 项目 (SinoProbe 03 06) 在庐枞盆地的砖桥地区完成了 2012m 科学钻探 ( 孔号 : 刘屯 ZK01, 孔位坐标 :E ,N ) 该钻孔探测深度大, 岩心完整, 岩性丰富, 代表性强, 无疑为探讨上述问题提供了绝佳的便利条件 本文在系统的野外地质工作的基础上, 对该钻孔中的岩浆岩岩芯样品开展了岩石学 岩石地球化学 锆石 U Pb 定年 锆石 Hf 同位素研究, 获取了庐枞矿集区深部岩浆活动情况的一手信息, 并探讨了深部岩浆岩的地球化学特征及其成因演化关系, 以期为庐枞盆地深部成岩成矿的研究提供进一步的科学数据, 丰富对长江中下游地区燕山期岩浆过程的认识 1 区域地质 庐枞盆地位于安徽省庐江县与枞阳县之间 大地构造位置位于下扬子断陷带内, 地处扬子板块北缘, 接近华北与扬子两大板块的拼合带 盆地总体轮廓呈东西向延伸的耳廓状, 长轴方向大致成北东向延伸, 总面积约 1032km 2 ( 图 1) 盆地内的构造为发育与边界断裂一致的 NE 向 NW 向 NNE 向三大系统的深大断裂和近 EW 向 SN 向两组共轭断裂, 共同构成了独特的网络状断裂构造体系 ( 吴明安等, 1996) NE 向断裂构造为盆地的主干断裂, 控制着火山岩坳陷区的形成 演化和基底的性质 火山岩区西侧边界断裂罗河 缺口和中央的黄屯 枞阳断裂是两条最重要的断裂, 罗河 缺口断裂不仅是火山坳陷岩区的西部边界断裂, 还可能控制坳陷区形态 岩浆喷发顺序及演化格局 ; 黄屯 枞阳断裂控制基底的分布 形态, 并对晚期的岩浆活动和成矿作用具有要控制作用 ( 吴明安等,1996; 吕庆田等,2010) 庐枞盆地是在中生代坳陷基础之上发育起来的一个陆相断陷型火山岩盆地, 属于继承式火山岩盆地 盆地基底东浅西深, 出露的地层主要为中侏罗统罗岭组 (J 2 l) 陆相碎屑沉积岩, 与火山岩成不整合接触 中生代燕山期的岩浆活动在盆地内形成了大量的火山岩 次火山岩和侵入岩 火山岩以大量橄榄安粗岩系的火山岩组合为特征 ( 任启江等, 1991; 孙冶东等,1994; 王德滋等,1996), 由老至新依次划分为龙门院组 (K 1 l) 砖桥组 (K 1 zh) 双庙组 (K 1 sh) 以及浮山组 (K 1 f) 龙门院组和砖桥组以粗安岩和玄武粗安岩为主, 双庙组以玄武粗安岩和粗面玄武岩为主, 浮山组则以粗面岩为主 四组火山旋回成同心环状沿盆地边缘向中心依次分布, 各组之间均为喷发不整合接触 ( 图 1) 每一旋回的火山活动均从爆发相开始, 继之为溢流相, 最后以火山沉积相告终 火山活动的喷发方式由裂隙 中心式向典型的中心式喷发方式演化 各旋回火山岩均有与其相对应的岩浆侵入活动, 并形成各种类型的侵入岩 次火山岩及脉岩 侵入岩主要岩石类型有 :( 石英 ) 二长闪长岩 二长岩 ( 石英 ) 正长岩 碱性长石石英正长岩 碱性花岗岩类等 侵入岩多沿基底断裂构造及火山机构分布, 常呈带状展布 2 科学深钻 ZK01 的岩性编录及岩石学特征 砖桥科学深钻 (ZK01) 位于庐枞盆地中部 ( 图 1), 距其北部巴家滩岩体约 10km, 距南部黄梅尖岩体约 15km 科学深钻开孔于砖桥组火山岩 (K 1 zh), 孔深 2012m 从上到下, 钻孔岩性变化复杂, 总体上可划分为三段 :0~1488m 主要为粗安岩 ( 辉石粗安岩 ), 另有玄武质粗安岩 粗面岩 粗面英安岩 英安岩夹晶屑凝灰岩 硅化砂岩 石英砂岩, 常有岩脉穿插 ;1489~1848m 主要为正长岩, 局部夹粗安岩和薄层砂岩, 穿插闪长斑岩脉 ;1849~2012m 主要为黑云母二长岩 ( 图 2) 各段岩性并非截然分层, 而是逐渐过渡, 且局部有相互穿插现象, 粗安岩段有岩脉穿插, 而在正长岩段可见粗安岩和薄层砂岩的捕掳体, 表明火山岩较侵入岩形成稍早一些 ; 黑云母二长岩与正长岩没有明显的岩性分界, 二者应是近同时形成 ( 图 2) 钻孔岩石有不同程度的蚀变和矿化, 常见的蚀变类型有钾长石化 钠长石化 硅化 绢云母化 石膏 硬石膏化 电气石化 绿帘石化 绿泥石化 阳起石化 水云母化 碳

3 贾丽琼等 庐枞盆地砖桥地区科学深钻岩浆岩 ＬＡ ＭＣ Ｉ ＣＰＭＳ锆石 Ｕ Ｐｂ年代学和岩石地球化学特征 图 庐枞盆地地质简图 底图据周涛发等 有修改 Ｆ Ｓ ｍｐ ｆ ｄ ｍ ｐ ｆｌ ｊ Ｚ ｙ ｖ ｂ ｍ ｄ ｆ ｄ ｆ Ｚｈ 酸盐化等 常伴有磁铁矿 黄铁矿 黄铜矿以及赤铁矿 镜铁 普通角闪石等 斜长石斑晶主要为钠长石 具聚片双晶 粒 矿 矿化 钻孔中主要岩浆岩的岩石学特征如下 度为 ｍｍ 普通辉石含量较少 呈自形短柱状 粒度为 ６ ｍ 手标本 粗安岩 辉石粗安岩 ＺＫ ｍｍ 角闪石含量较少且多已发生绿泥石化等蚀变 为深灰色至紫灰色 斑状结构 基质主要以交织结构为主 基质主要为斜长石微晶和隐晶质 副矿物为磁铁矿 磷灰石 主要矿物成分为斜长石 斜长石斑晶自形程度较高 边缘可 基质中还充填有石膏 硬石膏 金红石 电气石等矿物 ６ｍｍ 负低突起 见溶蚀现象 粒度普遍较大 粒径可达 ｍ 弱蚀变 手标本为褐 粗面岩 ＺＫ 聚片双晶不发育 属于钠长石 斜长石边缘常可见窄的 风化 灰色至褐红色 斑状结构 主要成分为斜长石 少量辉石 成褐色的钾长石环边 构成正边结构 普通辉石斑晶含量较 斜长石斑晶呈板柱状 边缘有溶蚀现象 粒径约为 ｍｍ ｍｍ 基质主要由斜长石微 少 呈自形短柱状 粒径 左右 基质主要为微晶斜长石 略成定向排列 其间有磁铁 晶 隐晶质等组成 充填有黄铜矿 黄铁矿等金属矿物以及石 矿 磷灰石等微晶分布 构成粗面结构 副矿物为磁铁矿 磷 膏 硬石膏 金红石 电气石等矿物 副矿物主要为磷灰石和 灰石 基质中还充填有石膏 硬石膏等矿物 磁铁矿 磷灰石成针状或自形短柱状 粒度细小 磁铁矿为 自形半自形细粒结构 ６ ６ ６ ６ ｍ 手标本为深灰色 玄武质粗安岩 ＺＫ 至灰绿色 具斑状结构 主要矿物成分为斜长石 普通辉石 ６ ｍ 手标本为褐灰色至 粗面英安岩 ＺＫ 褐红色 斑 状 结 构 斑 晶 主 要 为 斜 长 石 粒 径 约 为 ｍｍ 基质为微晶斜长石 呈粗面结构 英安岩 ＺＫ ｍ 手标本为深灰色至灰

4 Ａ Ｐ Ｓ 岩石学报 图 科学深钻 ＺＫ 岩性分布柱状图 Ｆ Ｔｈ ｈ ｄ ｂ ｍ ｆ ｆ ｄ ｐｄ ＺＫ

5 贾丽琼等 : 庐枞盆地砖桥地区科学深钻岩浆岩 LA MC ICPMS 锆石 U Pb 年代学和岩石地球化学特征 999 绿色, 斑状结构 斑晶主要为斜长石 石英 石英可见碎屑状, 具溶蚀结构, 粒径约为 0 2~1mm; 斜长石斑晶常见溶蚀并可见具钾长石反应边而构成的正边结构, 在斜长石的碎裂纹中可见石膏 硬石膏等矿物填隙, 斜长石粒径约为 0 5~ 3mm 基质主要为斜长石和石英微晶, 呈交织结构 晶屑凝灰岩 (ZK01460~483m): 手标本为灰黑色, 具晶屑凝灰结构, 晶屑含量约占火山碎屑总量的 60%, 另含岩屑等, 被火山灰胶结 晶屑成分主要为斜长石 正长岩 (ZK ~1772 5m): 手标本为灰褐色 深褐色 褐红色, 主要矿物成分为钾长石和斜长石, 含少量石英及黑云母 岩石具半自形 他形粒状结构 钾长石含量约为 60% ~70%, 斜长石含量为 20% 左右, 石英 <5% 部分钾长石发生钠长石化 钾长石粒径约为 0 5~4mm, 斜长石粒径约为 0 5~3mm 左右, 黑云母晶型较差边缘多被钾长石交代 副矿物为锆石 榍石 磷灰石和磁铁矿 黑云母二长岩 (ZK011850~2012m): 手标本为灰红色至灰褐色, 半自形粒状结构 主要矿物成分为钾长石 斜长石和黑云母 钾长石含量较多, 占 60% 以上, 斜长石约 30%, 黑云母含量约为 5% ~8%, 其它为锆石 磷灰石 磁铁矿及榍石等副矿物及少量金属矿物 部分钾长石有蚀变, 土化呈现土褐色, 斜长石成长板状被他形钾长石包裹成二长结构产出 钾长石粒径约为 1~5mm, 斜长石粒径约为 0 5~ 2mm, 黑云母粒径约为 1~4mm, 少数黑云母被钾长石交代边缘不整齐, 晶型较差 3 测试方法 测试样品的锆石挑选工作由河北省区域地质矿产调查研究所完成 采用常规方法将样品粉碎至 300μm 左右, 经淘洗 重选富集, 再经磁选和密度分选后, 在双目镜下进一步挑选出晶型完好 透明度和色泽度较好的锆石颗粒 进行锆石 U Pb 定年的样品用环氧树脂粘贴于样品靶上, 进行打磨和抛光, 使锆石露出新鲜截面 然后对锆石靶进行阴极发光 (CL) 透射光和反射光照相, 据此选择并标记合适的锆石位置进行 U Pb 定年和 Hf 同位素分析 LA MC ICPMS 锆石 U Pb 定年和 Hf 同位素测试分析在中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室 MC ICP MS 实验室完成, 锆石定年分析所用仪器为 FinniganNeptune 型 MC ICP MS 及与之配套的 NewwaveUP213 激光剥蚀系统 激光剥蚀所用斑束直径为 25μm, 频率为 10Hz, 能量密度约为 2 5J/cm 2, 以 He Ar 混合气体为载气 LA MC ICPMS 激光剥蚀采用单点剥蚀的方式, 数据分析前用锆石 GJ 1 进行调试仪器, 使之达到最优状态, 锆石 U Pb 定年以锆石 GJ 1 为外标,U Th 含量以锆石 M127(U: ;Th: ;Th/U:0 475 Nasdala etal,2008) 为外标进行校正 数据处理采用 ICPMSDataCal 程序 (Liuetal,2010), 锆石年龄谐和图用 Isoplot3 0 程序 获得 详细实验测试过程参见侯可军等 (2009) 锆石 Hf 同位素测试在 Neptune 多接收等离子质谱和 NewwaveUP213 紫外激光剥蚀系统 (LA MC ICPMS) 上进行, 实验过程中采用 He 作为剥蚀物质载气, 根据锆石大小, 剥蚀直径采用 55μm 或 40μm, 测定时使用锆石国际标样 GJ1 和 Plesovice 作为参考物质, 分析点与 U Pb 定年分析点为同一位置 相关仪器运行条件及详细分析流程见侯可军等 (2007) 分析过程中锆石标准 GJ1 的 176 Hf/ 177 Hf 测试加权平均值分别为 ± (2σ,n=36), 与文献报道值 ( 侯可军等,2007;Moreletal,2008) 在误差范围内一致 样品的主量元素 微量元素和稀土元素在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成 将较为新鲜的岩石样品粉碎至 200 目以下的粉末 主量元素分析在飞利浦 PW2404X 射线荧光光谱仪上完成, 采用 GB/T 硅酸盐岩石化学分析方法 X 射线荧光光谱法分析测定, 相对误差小于 5%; 包括稀土元素在内的微量元素采用 Finnigan MAT 制造的 HR ICP MS(ElementⅠ) 仪器上完成, 实验方法采用电感耦合等离子体质谱 (ICP MS) 方法通则 实验过程中温度为 20, 相对湿度 30%; 微量元素含量大于 时, 相对误差 <5%, 含量小于 时, 相对误差 <10% 4 测试结果 4 1 LA MC ICPMS 锆石 U Pb 年龄本次分别对 1 个粗安岩 (93 05m) 1 个正长岩 ( m) 和 1 个黑云母二长岩 ( m) 中的锆石进行了 U Pb 同位素定年 样品中的锆石多为无色透明, 部分为淡黄色 结晶较好, 以柱状为主, 也可见不规则状, 为自形晶到半自形晶 锆石粒径为 50~300μm, 长宽比为 1 1~3 1 从锆石的 CL 阴极发光图像 ( 图 3) 中可以看到, 多数锆石具有清晰的内部结构以及典型的单期生长的震荡环带特征, 不具有核 幔结构, 无后期变质壳, 这些典型特征指示样品中的锆石为岩浆锆石 岩浆锆石中的 Th U 含量较高,Th/U 比值一般大于 0 1, 而变质锆石中的 Th U 含量低,Th/U 比值则小于 0 1(Belousovaetal,2002) 钻孔 ZK01 样品中锆石 Th/U 比值变化范围为 0 06~1 75, 除极少数 ( 点 点 和点 ) 锆石的 Th/U 比值小于 0 1, 其它均大于 0 1, 进一步证明本次测试的锆石属于典型的岩浆结晶产物, 测年时代可以代表钻孔 ZK01 中岩浆岩的侵位时代 本次实验除去古老锆石及异常的锆石年龄 ( 未在表中列出 ), 有效的测试数据为 61 个, 具体分析结果见表 1 在样品的锆石 206 Pb/ 238 U 207 Pb/ 235 U 谐和图上 ( 图 4), 多数测点均投影在谐和线附近, 谐和度在 95% 以上, 表明这些锆石形成以后未遭受明显后期热事件影响,U Pb 同位素体系封闭良好 粗安岩样品的 206 Pb/ 238 U 年龄为 ±0 85Ma(1σ,MSWD=1 6); 正

6 1000 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2014,30(4)!"#$!"#$%& ' "& #! % #$ (&'! "! (!&"!&' "% "!)%&*%&"!"& $"!& " "$'!!+ '#""& %&!&. /0 +%,% "% "% "%!!! 2 - ) )

7 贾丽琼等 : 庐枞盆地砖桥地区科学深钻岩浆岩 LA MC ICPMS 锆石 U Pb 年代学和岩石地球化学特征 1001!" #$ & ' % & ' " % "$ % " % ' "$ % ' " % "$ % " % ' "$ % ' ( ( ( )*+ )*+ )*+,-". " /00.$ / /$ / "/10 "/"01 $ "/""" "/0 "" "/"" "/" "$$ "/""" / / 1 0/ / " / /"$,-". " /00. $ /$1 / $ "0/1 "/1$ "/"01 "/""" 0 "/0 " "/"" " "/" " " "/""" / / 0/ /$ / /",-". " /00. 1 / /$ 0 $/ /"1 "/" "1$ "/"""0" "/00 "/"" " "/" " "/"""1 /1$ / $/ / /" /,-". " /00.1 "/01 0 /" /"0 / "/" "" "/""" "/0 0 "/""0 "/" " "/"""$ 1 / /" 0/$" / / "/11,-". " /00. " /0 / /$0 "/ "/" " "/""" "/0 0 "/"" 1 "/" " $ "/""" / / 1 /1 / /0 0/,-". " /00. "/$$ $ / $ /1 /" "/" " 0 "/""" "/0" "/"" "/" " "/""" " /$ 0/ / / 1/ "/1,-". " /00. 0/ $ / 0 0" / "/$ "/"010$ "/""" "/ 1" "/"" "/" " 1 "/""" $ /$" / / / "/ "/1$,-". " /00. 0 / " 0$1/0 "/ /0$ "/" " "/"""0" "/000 "/"" "/" " "/""" " "/00 / 1 $/ / 1 / /,-". " /00. /" / 1 0 1/1 / "/" " "/"""11 "/0 "1 "/"" " "/" " "/""" 0 0 /$$ 00/00 / 0/0$ / / 1,-". " /00. / /1" "/ "/" "/" " "/""" 1 "/0 $ "/""$ "/" " "/""" / / /"1 /0 / /,-".11 /1,-".11 /1." "/ $ $ / 01 /"1 "/ 0 "/" "1 "/""" 1 "/0 1 "/"" "/" " "/""" /1$ $/$ 0/0$ / / "/,-".11 /1." / 1/ 1 /1 "/1 "/" " "/""" 0 "/0 1 "/""0 "/" "0 "/"""1 /1 $/$$ 0/ / "/01 /,-".11 /1." 0" /" " / ""/ " /" "/"01 "/""" "/0" "/"""1 "/" "$ "/""" $0/1" / /$1 "/ /1" "/,-".11 /1."0 0" /1 "0 / " / " /" "/"01 "/""" "/00 "/"" " "/" "$" "/""" /0 / 0/ " /$ /0 /",-".11 /1." / $ 0 / / 1 "/ 0 "/"011 "/""" "/0 "/"""1" "/" "$ "/""" 1"/ / 0/ "/ " / 1 "/,-".11 /1." ""/0 0 / 1/ "/ 0 "/" "$" "/"""00 "/0 0 "/""0 "/" "0 "/""" /0" / 0 /0 / $ "/$ "/,-".11 /1." /" "/$0 1 / "/1 "/"01$ "/"""0 "/ "/""0 "/" " "/"""0 /1 / / " / 1/" "/ $,-".11 /1."1 /1 1 /0 /" "/ "/" "$ "/"""0 "/0 1 "/""1$ "/" " "/""" 0 /$$ / 0 / " / / $ /0,-".11 /1." " /" 0/ $1 /1 /" "/"01$1 "/""" $ "/0 " "/""$ "/" "$ "/""" /1 / 0/ /0 / /0,-".11 /1. /0 1/ $ /$" "/1 "/" " "/""" "/0 1 "/"" "/" "01 "/""" $ / / 1 / / "/ /$0,-".11 /1. 0 / 1 /0 $ /"0 /" "/" " " "/""" " "/0 "/"" "/" "$" "/""" "1/ 1/00 / $ /0 /0 /,-".11 /1. " / $/ " $1 / " "/ " "/" "0" "/""" 1 "/00" "/""00 "/" " "/"""1 /"0 / $/$ / / 1 /,-".11 /1.0 0 /" $/ 1 /$ /$ "/" "01 "/""" "/0 1" "/""$$ "/" " "/"""1 $/ 0 / /$ /0 /" /,-".11 /1. "/0 0/ $"/" "/ "/"01" "/""" " "/ 1 1 "/"" "/" "$ "/"""0 "/"1 # / 1 / /" /1 "/1,-".11 /1.$ / 0 /$ 0 / " "/1" "/"01 "/""" "/0"1 "/""0 "/" " "/""" $$/ 0/ / 1 / / /,-".11 /1. 0/1 0"1/1 $/$ /"$ "/" "$ "/"""0 "/0 $ "/"" "/" " "/"""$ /0" / $/ $ / / 0 /"",-".11 /1. " 10/$0 $ / $ 0/ "/1 "/"011 "/""" " "/0" " "/"" 1 "/" "0 "/""" 10/ "/ /$ / "/ /0,-".11 /1. 0 / / 0 /$ "/ "/"0111 "/""" "/00$ "/""" "/" " "/""" 10/ / 0/ "/1 "/ 1 "/,-".11 /1. 0 0/$" 0 / $ "$/$$ "/"$ "/" " 1 "/""" 0 "/0$ "/"" "/" "0 "/""" "1/ 1/00 0/ /" "/ $ "/,-".11 /1. / 0 0/$$ $"/ "/" "/"010 "/""" "/0 " "/"" $ "/" " "/""" $ /$" / 1 0/ / 1 /1 /

8 Ａ Ｐ Ｓ 岩石学报 图 科 学 深 钻 ＺＫ 粗 安 岩 ＺＫ ｍ 正 长 岩 ＺＫ ｍ 黑 云 母 二 长 岩 ＺＫ ｍ 代 表性锆石阴极发光照片 小圈表示 Ｕ Ｐｂ测年分析位置 大圈表示 Ｈｆ同位素分析位置 Ｆ Ｒ ｐ ｖ ｈ ｄ ｍ ｍ ｆ ｚ ｆ ｍ ｈ ｙ ｄ ＺＫ ｍ ｙ ＺＫ ｄｂ ｍ ｚ ＺＫ ｍ ｍ ｆ ｄ ｐｄ ＺＫ Ｔｈ ｍ ｐ ｐ ｈ ｙ ｐ ｆｕ Ｐｂｄ ｄ ｈ ｂ ｐ ｐ ｈ ｙ ｐ ｆｈｆ ｐ 长岩样品的６Ｐｂ Ｕ年龄为 ± ６Ｍ σ ＭＳ ＷＤ 黑云 母 二 长 岩 的６Ｐｂ Ｕ年 龄 为 ± Ｍ σ ＭＳ ＷＤ 表明三个样品均侵位于早白垩世 近同 时形成 主量元素 选取钻孔 ＺＫ 中不同深度 岩性发生变化且蚀变相对 较弱 风化程度较低的不同火山岩和侵入岩岩石样品进行常 量 稀土和微量元素的测定 测试结果参见表 火山岩的 Ｓ Ｏ 变化范围为 ６ ６ 平均为 Ｔ Ｏ 含 量 较 低 介 于 平 均 为 Ａ 变化于 平均为 Ｏ 含量较高 ６ Ｍ Ｏ变化范围为 平均为 Ｎ 介于 ＫＯ 含 量 为 Ｏ含 量 变 化 较 大 全 碱 ＫＯ Ｎ Ｏ 含 量 较 高 分 布 于 ６ 之间 平均为 ６ ６ ＫＯ Ｎ Ｏ介于 ６之间 变化范围较大 在 Ｉ ＵＧＳ推荐的 Ｓ Ｏ ＫＯ Ｎ 分类图中 图 岩石样品分别落在玄武粗安岩 粗 Ｏ 图 科 学 深 钻 ＺＫ 粗 安 岩 ＺＫ ｍ 正 长 岩 安岩和粗面岩或粗面英安岩中 另有两个样品落在英安岩区 ＺＫ ｍ 黑云母二长岩 ＺＫ ｍ 锆石 域中 样品整体显示出富碱的特征 Ｕ Ｐｂ年龄谐和图 侵入岩以正长岩和黑云母二长岩为主 侵入岩的 Ｓ Ｏ Ｆ Ｚ Ｕ Ｐｂ ｄ ｄ ｍ ｆ ｈ ｙ ｄ 含量在 ６ 之间 平均为 Ｔ Ｏ 含量 ＺＫ ｍ ｙ ＺＫ ｍ ｄｂ 较低 介于 平均 Ａ Ｏ 含量与火山 ｍ ｚ ＺＫ ｍ ｆ ｄ ｐｄ ＺＫ 岩相比更高 变化于 平均为

9 贾丽琼等 : 庐枞盆地砖桥地区科学深钻岩浆岩 LA MC ICPMS 锆石 U Pb 年代学和岩石地球化学特征 1003 表 2 科学深钻 ZK01 岩浆岩岩石化学分析 (wt%) 和稀土微量元素分析结果 ( 10-6 ) Table2 Analyticalresultsofmajor(wt%),traceandrareearthelements( 10-6 )forthesamplesofmagmaticrocksinscientific deepdrilingzk01 样品号 102m 106 7m 岩性粗面英安岩粗安岩 663 7m 玄武质粗安岩 695 5m 861 1m 907 9m mm 粗安岩英安岩粗安岩粗面岩 m 玄武质粗安岩 1190m m m 粗安岩粗面岩粗安岩 SiO TiO Al 2 O Fe 2 O FeO MnO MgO CaO Na 2 O K 2 O P 2 O LOI Total K 2 O/Na 2 O K 2 O+Na 2 O Be Sc V Cr Co Ni Cu Zn Ga Rb Sr Y Zr Nb Cs Ba La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta Pb Th U REE LREE/HREE δeu δce

10 1004 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2014,30(4) 续表 2 ContinuedTable2 样品号 1311m m m m m m m m m m mm 岩性 粗面英安岩 英安岩 粗安岩 正长岩 正长岩 正长岩 二长岩 正长岩 二长岩 二长岩 二长岩 SiO TiO Al 2 O Fe 2 O FeO MnO MgO CaO Na 2 O K 2 O P 2 O LOI Total K 2 O/Na 2 O K 2 O+Na 2 O Be Sc V Cr Co Ni Cu Zn Ga Rb Sr Y Zr Nb Cs Ba La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta Pb Th U REE LREE/HREE δeu δce

11 贾丽琼等 : 庐枞盆地砖桥地区科学深钻岩浆岩 LA MC ICPMS 锆石 U Pb 年代学和岩石地球化学特征 1005 图 5 科学深钻 ZK01 岩浆岩分类图 (a) ZK01 火山岩 TAS 分类图 ( 底图据 LeBaseetal,1986);(b) ZK01 侵入岩 TAS 分类图 ( 底图据 Wilson,1989);(c) ZK01 岩浆岩 K 2 O SiO 2 图解 ( 底图据 Middlemost,1985);(d) ZK01 岩浆岩 K 2 O Na 2 O 图解 图 6 图 9 图 12 图 13 图例同此图 Fig.5 ClasificationdiagramsofmagmaticrocksinscientificdeepdrilingZK01 (a) TASdiagramofvolcanicrocksinZK01(afterLeBaseetal,1986);(b) TASdiagramofintrusiverocksinZK01(afterWilson,1989);(c) K 2 O SiO 2 diagramofmagmaticrocksinzk01(aftermiddlemost,1985);(d) K 2 O Na 2 Odiagram ofmagmaticrocksinsymbolsinfig 6, Fig 9,Fig 12andFig 13arethesameasthoseinthisfigure MgO 变化于 0 28% ~2 68%, 平均为 1 79%;Na 2 O 含量变化较大, 介于 4 72% ~9 60%,K 2 O 含量为 2 26% ~5 25%; 全碱 (K 2 O+Na 2 O) 含量分布于 9 08% ~11 86% 之间, 平均 10 14%, 全碱含量比火山岩更高 ;K 2 O/Na 2 O 介于 0 24~ 1 11 之间 在 Wilson(1989) 的侵入岩 TAS 判别图解中 ( 图 5b), 样品分别位于正长岩和二长岩区域中 将样品点投到 SiO 2 K 2 O 图解中 ( 图 5c), 多数样品点落在钾玄岩区域内, 部分样品落在高钾钙碱性和钙碱性系列区域里 在 K 2 O Na 2 O 图解中 ( 图 5d), 多数样品点都在钾玄岩区域里 表明钻孔 ZK01 的火山岩和侵入岩为富钾质岩石 火山岩的 A/NK 变化于 1 25~2 37 之间, 所有样品 >1,A/ CNK 变化于 0 55~1 43 之间 ; 侵入岩的 A/NK 比值在 1 07 ~1 39 范围内,A/CNK 比值在 0 81~1 26 范围内, 火山岩和侵入岩属于准铝质 过铝质岩石 固结指数 SI 值的大小可 以确定岩浆岩是幔源岩浆直接结晶的产物, 还是分异 混染的产物, 一般幔源岩浆凝固的岩石的 SI 值为 40 钻孔 ZK01 中的火山岩和侵入岩的固结指数分别为 7 91~17 01 和 2 18~14 87, 均远远小于 40, 这表明钻孔 ZK01 中的岩浆岩经历了结晶分异或同化混染作用 在 Harker 图解中 ( 图 6), 火山岩与侵入岩变化趋势相似 其中,Al 2 O 3 Na 2 O 随着 SiO 2 含量的增加而增加, 成正相关关系, 表明岩浆演化过程中不存在长石的分离结晶作用 ; 而 MgO CaO MnO FeO T P 2 O 5 则随着 SiO 2 含量的增加在减少, 呈现较好的负相关关系, 表明岩浆演化过程中存在橄榄石 辉石 磷灰石等矿物的结晶分异作用 ;TiO 2 的丰度随 SiO 2 含量变化没有明显的变化趋势, 表明钛铁矿的分异结晶作用不明显 ( 李献华等,2000; 谢智等,2007)

12 1006 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2014,30(4) 图 6 科学深钻 ZK01 岩浆岩 Harker 图解 Fig.6 HarkerdiagramsofmagmaticrocksinscientificdeepdrilingZK 稀土元素钻孔 ZK01 的稀土元素测试结果见表 2 火山岩的稀土元素总量较高, 为 ~ , 平均 ; 其中 LREE 含量为 ~ , 平均值 ,HREE 含量为 ~ , 平均为 ;LREE/HREE 比值为 8 67~15 37, 平均为 11 59;(La/Yb) N 的变化范围为 9 57~17 10, 平均达 13 99, 轻稀土元素富集, 重稀土元素相对亏损, 轻重稀土之间分异强烈 侵入岩同样富集稀土元素, 其稀土元素总量介于 ~ , 平均为 ;LREE 含量为 ~ , 平均 , HREE 含量在 ~ 之间, 平均 ;LREE/HREE 比值为 11 37~28 45, 平均为 16 29, (La/Yb) N 的变化范围为 13 77~33 80, 平均达 19 52, 表明轻重稀土元素之间的分异也很强烈, 轻稀土富集, 重稀土亏损 火山岩样品的 δeu 值的范围为 0 66~1 01, 侵入岩的 δeu 值则介于 0 76~1 28 之间 除样品 102m 的 δeu 值小于 0 7, 其余均大于 0 7 所有样品的 Ce 异常均不明显 从样品的稀土元素球粒陨石标准化分布形式图中 ( 图 7) 可以看出, 各类岩石的配分曲线整体形态相似, 显示出各类岩石的同源性和岩浆作用过程的相似性 另外, 所有岩石均表现出轻稀土富集重稀土亏损的右倾平滑型曲线, 这与一般的幔源岩石 ( 例如洋中脊玄武岩 ) 所具有的重稀土富集轻稀土亏损的分布特征明显不同, 说明其源区并非正常的原始地幔或者亏损地幔 ( 刘洪等,2002), 而是可能与富集地幔的部分熔融及地壳物质不同程度的混染有关 ( 赵振华和周玲棣,1994) δeu 值大于 0 7, 表明岩浆形成时斜长石没有作为残留相, 岩浆演化过程中斜长石的分离结晶作用不显著 样品 102m( 粗面英安岩 ) 的 Eu 负异常相对其他样品较为明显, 但 Nb 的负异常却不显著 ( 图 8), 可能表明该样品形成较晚, 经历了较强的分异作用 ( 刘洪等,2002) 4 4 微量元素从表 2 可以看出,ZK01 中各类岩石在微量元素组成方面,Rb Ba Th U K Pb 等大离子亲石元素的含量很高, 是原始地幔的数百倍之多, 而 Cr Ni 含量则明显偏低 在原始地幔标准化蛛网图中 ( 图 8), 各样品显示出富集 Rb K Sr 等大离子亲石元素以及 Th U Ce Zr Hf 等高场强元素, 亏损 Ta Nb Ti P 等高场强元素及 Ba 和 Pr 等大离子亲石元素

13 贾丽琼等 庐枞盆地砖桥地区科学深钻岩浆岩 ＬＡ ＭＣ Ｉ ＣＰＭＳ锆石 Ｕ Ｐｂ年代学和岩石地球化学特征 图 科学深钻 ＺＫ 岩浆岩稀土元素球粒陨石标准化分布型式图 标准化值据 Ｂ ｙ Ｆ Ｃｈ ｄ ｍ ｚ ｄｒｅｅｐ ｆ ｍ ｍ ｋ ｆ ｄ ｐｄ ＺＫ ｍ ｚ ｖ ｆ Ｂ ｙ 图 科学深钻 ＺＫ 岩浆岩微量元素原始地幔标准化蛛网图 标准化值据 Ｓ ｄｍ Ｄ ｈ Ｆ Ｐ ｍ ｖ ｍ ｍ ｚ ｄｍ ｍ ｐ ｄ ｄ ｍｆ ｍ ｍ ｋ ｆ ｄ ｐｄ ＺＫ ｍ ｚ ｖ ｆ Ｓ ｄｍ Ｄ ｈ 火山岩和侵入岩的 Ｒｂ Ｓ 比 值 分 别 为 ６ 和 属于钙碱性系列 Ｒｂ Ｂ比值分别为 和 ６ 均高于原始地幔的相应比值 原始地幔的 Ｒｂ Ｓ 值为 锆石 Ｈｆ同位素 Ｒｂ Ｂ值为 Ｓ ｄｍ Ｄ ｈ 表明岩浆分 锆石具有很高的 Ｈｆ同位素体系封闭温度 即使在麻粒 异演化程度较高 在原始地幔标准化蛛网图上 所有样品均 岩相等高级变质条件下 锆石仍可保持原始 Ｈｆ同位素组成 表现出明显的 Ｎｂ Ｔ负异常和 Ｐｂ正异常 这一特征通常在 ｈ 故 Ｈｆ同位素原位分析可以为锆石成 Ｓ 俯冲带火山岩中出现 Ｂ ｑ 可能与岩石圈 因演化提供重要的制约参数 为讨论岩石成因提供重要的线 地幔的交代作用有关 Ａ ｄ ｄｃｈ 亦或是 索和信息 吴福元等 本次锆石的 Ｈｆ同位素分析中 陆壳物质的混染所致 表 图 三个样品的６Ｌ Ｈｆ比值均小于 说 ＺＫ 的样品普遍存在一定程度的蚀变 尤其是火山岩 明锆石形成之后没有积 累 放 射 性 成 因 Ｈｆ 所 测 定 的６Ｌ 样品 Ｋ Ｎ两种元素在岩石蚀变过程中有较强的活性 为 了避免由 Ｋ Ｎ所确定的岩石类型不能真实反映岩石蚀变前 的情况 可以依据岩石中的高场强元素的特征来进行检验 Ｈｆ可以代表岩石形成时体系的 Ｈｆ同位素组成 吴福元等 粗安岩 正长岩和黑云母二长岩的６Ｈｆ Ｈｆ比值范围 ｙ ｙ ｗ 因为蚀变过程中高场强元素通常是不活泼的 Ｍ ６ 平 均 ６ 分别 为 将 样 品 分 别 投 点 于 Ｚ Ｔ Ｏ Ｓ Ｏ 和 Ｎｂ Ｙ Ｚ 平 均 ６ 平 均 Ｔ Ｏ 图解 图 从图中可以看出 虽然不同的分类方案所 ６ 三者的 εｈｆ 值分别为 ６ 平 均 确定的岩石名称有所区别 但是都显示出相对富碱的特征 ６ ６ 平均 平均

14 1008 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2014,30(4) 图 9 科学深钻 ZK01 岩浆岩 SiO 2 Zr/TiO 2 图解和 Zr/TiO 2 Nb/Y 图解 ( 据 WinchesterandFloyd,1977) Fig.9 SiO 2 vs Zr/TiO 2 diagramsandzr/tio 2 vs Nb/Y diagramsofmagmaticrocksinscientificdeepdrilingzk01(after WinchesterandFloyd,1977) 图 10 科学深钻 ZK01 粗安岩 正长岩 黑云母二长岩的锆石 Lu Hf 同位素组成 Fig.10 ZirconLu Hfisotopiccompositionsoftrachyandesite,syeniteandbiotitemonzoniteinscientificdeepdrilingZK01-8 0) 三者的二阶段 Hf 模式年龄 (t c DM ) 分别为 1 67~ 2 01Ga( 平均 1 79Ga) 1 60~1 83Ga( 平均 1 71Ga) 1 40 ~1 89Ga( 平均 1 69Ga), 三个样品的锆石 Hf 模式年龄远大于其结晶年龄, 表明岩浆源区可能受到过地壳物质混染或者源于富集地幔 ( 吴福元等,2007) 5 讨论 5 1 ZK01 火山岩与侵入岩的岩石系列划分前人对庐枞盆地中生代火山岩的岩石系列有不同认识 于学元和白正华 (1981) 将庐枞盆地中生代富钾质的火山岩称之为安粗岩系 ; 吴利仁等 (1982) 则将其归为碱性岩系列 ; 杨荣勇等 (1993) 孙冶东等 (1994) 认为盆地内的火山岩应属于橄榄安粗岩 ( 或钾玄岩 ) 系 ; 王德滋等 (1996) 则提出以 橄榄玄粗岩为主 高钾钙碱性岩系为次的中国东部 橄榄安粗岩省 的概念 ; 薛怀民等 (2010a) 则将庐枞盆地内的火山岩 浅火山岩划分为橄榄玄粗岩系列 李献华等 (1999, 2000) 赵振华和涂光炽 (2003) 研究发现侵入岩中也可以存在橄榄玄粗岩 ( 或钾玄岩 ) 系列的岩石, 刘臖等 (2007) 通过对庐枞地区巴家滩岩体的研究, 认为该岩体为橄榄玄粗岩 ( 或钾玄岩 ) Morison(1980) 总结了橄榄玄粗岩系的化学特征 : 高铝 高氧化 硅近饱和 富集大离子亲石元素 (LILE) 低钛 贫铁 钻孔 ZK01 的火山岩是玄武质粗安岩 粗安岩 粗面岩 粗面英安岩 英安岩的中性岩组合, 侵入岩是二长岩 正长岩的中性岩组合, 各类岩石均具有硅近饱和 碱含量高 (K 2 O+Na 2 O> 5%) K 2 O/Na 2 O 比值多数 >0 6 TiO 2 含量 <1 3% Al 2 O 3 > 14% Fe 2 O 3 /FeO 比值较高 (Fe 2 O 3 /FeO 平均为 1 6), 富集

15 贾丽琼等 : 庐枞盆地砖桥地区科学深钻岩浆岩 LA MC ICPMS 锆石 U Pb 年代学和岩石地球化学特征 1009 表 3 科学深钻 ZK01 岩浆岩锆石 Hf 同位素分析结果 Table3 ZirconHfisotopiccompositionsofmagmaticrocksinscientificdeepdrilingZK01 SpotNo 176 Yb/ 177 Hf 176 Lu/ 177 Hf 176 Hf/ 177 Hf 2σ t Ma ε Hf (t) t DM (Ma) t c DM (Ma) f Lu/Hf 93 05m( 粗安岩 ) m( 正长岩 )

16 1010 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2014,30(4) 续表 3 ContinuedTable3 SpotNo 176 Yb/ 177 Hf 176 Lu/ 177 Hf 176 Hf/ 177 Hf 2σ t Ma ε Hf (t) t DM (Ma) t c DM (Ma) f Lu/Hf m( 黑云母二长岩 ) 注 :ε Hf (t)=10000 {( 176 Hf/ 177 Hf) s -( 176 Lu/ 177 Hf) s (e λt -1)/( 176 Hf/ 177 Hf) CHUR,0 -( 176 Lu/ 177 Hf) CHUR (e λt -1)-1} t DM =1/λ ln{1 +( 176 Hf/ 177 Hf) s -( 176 Hf/ 177 Hf) DM /( 176 Lu/ 177 Hf) s -( 176 Lu/ 177 Hf) DM } t c DM =t DM -(t DM -t) (f cc -f s )/(f cc -f DM ) f Lu/Hf =( 176 Lu/ 177 Hf) s /( 176 Lu/ 177 Hf) CHUR -1 λ= a -1 ;( 176 Lu/ 177 Hf) s 和 ( 176 Hf/ 177 Hf) s 为样品测定值 ;( 176 Lu/ 177 Hf) CHUR =0 0332,( 176 Hf/ 177 Hf) CHUR,0 = ;( 176 Lu/ 177 Hf) DM =0 0384,( 176 Hf/ 177 Hf) DM = ;( 176 Lu/ 177 Hf) 平均地壳 =0 015;f cc =( 176 Lu/ 177 Hf) 平均地壳 / ( 176 Lu/ 177 Hf) CHUR -1;f s =f Lu/Hf ;f DM =( 176 Lu/ 177 Hf) DM /( 176 Lu/ 177 Hf) CHUR -1;t 为锆石结晶年龄 Rb Sr Th U Zr Pb 和 LREE 元素等特点, 符合 Morison (1980) 总结的橄榄玄粗岩系的特征 在 SiO 2 K 2 O 图解中 ( 图 5c), 多数样品点都落在橄榄玄粗岩 ( 钾玄岩 ) 系列中 这些均说明钻孔 ZK01 的火山岩和侵入岩均属于橄榄玄粗岩系列 5 2 ZK01 火山岩和侵入岩形成时代本文通过 LA MC ICPMS 定年技术对科学深钻中的三种主要岩性进行了锆石 U Pb 定年, 分别获得粗安岩的 206 Pb/ 238 U 年龄为 ±0 85Ma(1σ,MSWD=1 6); 正长岩的 206 Pb/ 238 U 年龄为 ±0 56Ma(1σ,MSWD=1 4); 黑云母二长岩的 206 Pb/ 238 U 年龄为 ±0 41Ma(1σ,MSWD= 1 15) 长江中下游地区的岩浆活动时空格架一直是众人所关 注的热点问题 近年来, 随着 Ar Ar K Ar 和锆石 U Pb 等同位素定年方法的日益成熟和广泛应用, 众多学者对庐枞盆地的岩浆岩进行了精度较高的定年测试工作 (Wangand McDougal,1980; 刘洪等,2002; 周涛发等,2007,2008b, 2010; 薛怀民等,2010b,2012; 范裕等,2008; 张乐骏等, 2010; 曾键年等,2010; 陈志洪等,2013)( 表 4) 分析表明 ( 图 11), 庐枞盆地中生代岩浆活动起始于早白垩纪, 持续时间短, 同位素年龄峰值主要集中在约 134~ 126Ma, 盆地内的火山岩和侵入岩是在相当短暂的地质时间内形成的 庐枞盆地的火山岩浆活动可以划分为早晚两期, 龙门院旋回和砖桥旋回为早期火山活动, 双庙旋回和浮山旋回为晚期火山活动,131Ma 左右约为两期火山活动的时间分界线 本文粗安岩的锆石 U Pb 年龄为 ±0 85Ma, 对应砖桥组旋回末期的火山岩浆活动 袁峰等 (2008) 对庐枞盆地的侵入岩和火山岩的地球化学特征进行研究证实, 庐枞

17 贾丽琼等 : 庐枞盆地砖桥地区科学深钻岩浆岩 LA MC ICPMS 锆石 U Pb 年代学和岩石地球化学特征 1011 表 4 庐枞盆地岩浆岩年龄统计表 Table4 Statisticaltableofagesforthemagmaticrocksfrom Lujiang Zongyangvolcanicbasin 采样点 岩性 年龄 (Ma) 测试矿物 测试方法 砖桥组火山岩 131 全岩 K Ar 砖桥组火山岩 黑云母 Ar Ar 浮山组粗面岩 123 全岩 K Ar 浮山组 粗面岩 全岩 K Ar 砖桥组 火山岩 141 全岩 Ar Ar 双庙组火山岩 全岩 Ar Ar 浮山组 粗面岩 126 全岩 Ar Ar 龙门院组 角闪粗安岩 锆石 LA ICP MS 砖桥组辉石粗安岩 锆石 LA ICP MS 双庙组粗面玄武岩 锆石 LA ICP MS 浮山组粗面岩 锆石 LA ICP MS 龙门院组角闪粗安岩 锆石 SHRIMP 砖桥组粗面安山岩 锆石 SHRIMP 砖桥组粗面玄武岩 锆石 SHRIMP 双庙组粗面玄武岩 锆石 SHRIMP 浮山组粗面岩 锆石 SHRIMP 砖桥组粗面安山岩 锆石 LA MC ICP MS 巴家滩岩体辉石二长岩 锆石 LA ICP MS 焦冲岩体正长斑岩 锆石 SHRIMP 巴家滩岩体 正长斑岩 131 锆石 SHRIMP 巴家滩岩体 石英正长岩 锆石 LA ICP MS 巴家滩岩体 辉石二长岩 锆石 LA ICP MS 城山岩体 碱性花岗岩 锆石 LA ICP MS 花山岩体碱性花岗岩 锆石 LA ICP MS 枞阳岩体碱性花岗岩 锆石 LA ICP MS 黄梅尖岩体石英正长岩 锆石 LA ICP MS 井边铜矿床安山玢岩 锆石 LA ICP MS 枞阳卧龙矿区霓辉石正长岩 锆石 LA ICP MS 枞阳拔茅山正长斑岩 锆石 LA ICP MS 泥河铁矿辉石粗安玢岩 锆石 LA ICP MS 罗河铁矿辉石粗安玢岩 锆石 LA ICP MS 罗河铁矿辉石粗安玢岩 锆石 LA ICP MS 庐江沙溪矿区石英闪长斑岩 134 锆石 LA ICP MS 毛王庙岩体石英正长岩 锆石 LA ICP MS 巴坛岩体石英正长岩 锆石 LA ICP MS 大缸窑岩体正长岩 锆石 LA ICP MS 小岭岩体正长岩 锆石 LA ICP MS 罗岭岩体石英正长岩 锆石 LA ICP MS 龙王尖岩体石英正长岩 锆石 LA ICP MS 土地山岩体石英正长斑岩 锆石 LA ICP MS 凤凰山岩体石英正长斑岩 锆石 LA ICP MS 焦冲岩体石英正长岩 锆石 LA ICP MS 龙桥岩体正长岩 锆石 LA ICP MS 谢瓦泥岩体辉石二长岩 锆石 LA ICP MS 尖山岩体黑云母二长岩 132 锆石 LA ICP MS 岳山岩体二长岩 锆石 LA ICP MS 拔茅山岩体二长岩 锆石 LA ICP MS 黄屯岩体闪长玢岩 锆石 LA ICP MS 砖桥正长岩 锆石 砖桥黑云母二长岩 锆石 LA MC ICP MS LA MC ICP MS 资料来源 Wangand McDougal (1980) 刘洪等 (2002) 周涛发等 (2008b) 薛怀民等 (2012) 本文 周涛发等 (2007) 薛怀民等 (2010b) 陈志洪等 (2013) 范裕等 (2008) 张乐骏等 (2010) 曾键年等 (2010) 周涛发等 (2010) 本文 盆地的火山岩浆活动对应相应的侵入岩浆活动 从图 11 可 图 11 庐枞盆地岩浆岩年龄统计图 Fig.11 Statisticaldiagram ofagesforthemagmaticrocks fromlujiang Zongyangvolcanicbasin 以看出, 庐枞盆地的侵入岩浆活动同样存在早晚两期, 早期岩浆活动约 134~130Ma, 晚期约为 128~122Ma 本文正长岩和黑云母二长岩的锆石 U Pb 年龄分别为 ± 0 56Ma ±0 41Ma, 为早期侵入岩浆活动的末期产物 由此可见,131~130Ma 为庐枞盆地早晚两期火山岩浆活动和侵入岩浆活动的分界线, 两期岩浆活动之间存在极短暂的平静期 两期岩浆侵入活动与火山岩浆活动基本对应 从年代学来说, 本文中的砖桥组火山岩与侵入岩应为同一岩浆活动不同形式的产物 5 3 ZK01 火山岩和侵入岩的源区特征 在 TAS 分类图解中 ( 图 5a),ZK01 火山岩与侵入岩的样品投影点投在同一个趋势范围内 ; 非常相似的稀土元素球粒陨石标准化分布型式图和微量元素原始地幔标准化蛛网图 ( 图 7 图 8), 均说明火山岩和侵入岩有着内在的成因联系 在 Harker 图解 ( 图 6) 中, 从玄武质粗安岩 粗安岩 ( 二长岩 ) 粗面岩 ( 正长岩 ) 粗面英安岩 英安岩,Al 2 O 3 Na 2 O K 2 O 的含量随着 SiO 2 含量增加而逐渐增加,MgO CaO MnO FeO T 和 P 2 O 5 的含量减少, 而 TiO 2 的含量总体变化不明显 这些线性排列的变化表明, 钻孔 ZK01 中的火山岩和侵入岩有可能来自于同一个或者相似的岩浆源区 玄武岩类的 Mg # 值一般可以作为识别原生玄武岩浆的重要标志之一, 原生玄武岩浆的 Mg # 值应为 0 68~0 75 (Frey,1978), 若原生玄武岩浆经结晶分异演化之后,Mg # 值一般会逐渐降低 钻孔 ZK01 中火山岩的 Mg # 值平均为 0 38, 侵入岩类的 Mg # 值平均为 0 43 其中, 各类岩石的 Mg # 值平均为 : 玄武质粗安岩 (0 38) 粗安岩 (0 39) 粗面岩 (0 41) 粗面英安岩 (0 41) 英安岩 (0 27) 二长岩 (0 40) 正长岩 (0 46) 从玄武质粗安岩 粗安岩 粗面岩 粗面英安岩,Mg # 值在逐渐升高, 从粗面英安岩 英安岩,Mg # 值

18 1012 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2014,30(4) 图 12 科学深钻 ZK01 岩浆岩 Nb/U Nb 图解 (a, 据姜耀辉等,2006) 和 La/Yb Nb/Ta 图解 (b) Fig.12 Nb/U Nbdiagrams(a,afterJiangetal,2006)andLa/Yb Na/Tadiagrams(b)ofmagmaticrocksinscientificdeep drilingzk01 在降低 二长岩和正长岩与其相对应的火山岩粗安岩 粗面岩的 Mg # 值基本一致, 略有升高 钻孔 ZK01 中岩浆岩的 Mg # 值均明显低于原生岩浆的 Mg # 值范围 (0 68~0 75), 说明它们可能是由原生碱性岩浆经过较强的结晶分异演化而来 ( 贾宝华等,2006) 火山岩和侵入岩的 Mg # 值非常接近, 同样表明火山岩与侵入岩可能属于一套同源岩浆的岩浆岩系列 (Wilson,1989) 从表 2 可以看出, 钻孔 ZK01 的火山岩和侵入岩的微量元素含量接近, 其中火山岩的 Sc V Cr Co Ni Cu Zn 等元素的丰度稍高于侵入岩类,Be Rb Nb Cs Ta Pb Th U 等元素丰度稍低于侵入岩类 火山岩和侵入岩的微量元素均富集大离子亲石元素 (K Rb Sr Th LREE), 具有相似的不相容元素分布模式 钻孔 ZK01 中火山岩和侵入岩的稀土元素特征也极为相似 ( 表 2 图 7) 以上这些均表明火山岩和侵入岩的岩浆源区相同 因此, 钻孔 ZK01 中的不同火山岩和侵入岩均为橄榄玄粗岩系, 是同源岩浆不同阶段的演化产物, 庐枞盆地的正长岩和二长岩是火山岩系粗面岩 粗安岩组合对应的深成岩 ZK01 岩浆岩的地球化学特征表明其可能为与岛弧相关的钾玄岩 ( 橄榄玄粗岩 )(MülerandGroves,1995;Rockand Bowes,1991), 其形成或者与俯冲交代作用所改造的岩石圈富集地幔有关, 或者与岩浆上侵过程中的陆壳物质混染有关 本文对 ZK01 中的岩浆岩的锆石 Hf 同位素进行分析, 三件样品的 ε Hf (t) 值在 -12 9~-3 4 的区间范围内, 所获的模式年龄近似相同且均远大于锆石 U Pb 年龄, 在 ε Hf (t) t 图解上 ( 图 10), 所有数据点均落在球粒陨石演化线之下, 相对集中, 呈富集特点, 同样表明 ZK01 中的岩浆岩源区来自于富集地幔或者受到过地壳物质的混染 Nb/U 比值通常可判别岩石是否受到地壳物质的混染 ( 柴凤梅等,2007) 钻孔 ZK01 中岩浆岩的 Nb/U 比值 (0 90~3 73) 比 MORB 和 OIB(Nb/U 47,Hofmannetal, 1986) 低很多, 也低于陆壳上地壳 (Nb/U 9,Taylorand McLennan,1985) 以及全球平均俯冲沉积物 (Nb/U 5,Plank andlangmuir,1998), 接近俯冲带释放流体的 Nb/U 比值 (Nb/U 0 22,Ayers,1998)( 图 12a), 表明俯冲作用过程中释放的流体对地幔的交代作用是地幔源区具有壳源特征的重要原因 此外, 有地壳混染的岩石其 Nb/Ta 与 La/Yb 具有负相关关系 (Münker,1998),ZK01 中的岩浆岩的 Nb/Ta 与 La/Yb 具有正相关关系 ( 图 12b), 也表明钻孔中的岩浆岩不具有地壳混染的特征 再者,ZK01 中的岩浆岩具有较高的 Sr 丰度 ( 表 2), 这是上地壳 下地壳和钙碱性岩浆岩所没有的, 也不是地壳重熔岩石的特点, 只有在金伯利岩 大陆碱性玄武岩等高钾幔源岩石才具有较高的 Sr 丰度, 因此高 Sr 也可以指示 ZK01 岩浆岩的原始岩浆为幔源高钾碱性玄武岩 ( 唐永成等,1998) 排除了陆壳物质的强烈混染, 笔者认为钻孔 ZK01 中岩浆岩的地球化学特征是其源区性质的反映, 岩浆岩起源于与俯冲交代作用有关的富集地幔 5 4 构造背景作为中国东部火成岩省的重要组成部分, 包括庐枞盆地在内的长江中下游地区中生代岩浆岩的形成受中国东部中生代燕山期的地球动力学背景的制约 三叠纪以来, 扬子板块和华北板块的碰撞造山和大陆深俯冲作用, 形成了以超高压变质为特征的秦岭 大别造山带 ( 李曙光和杨蔚,2002; Zhengetal,2003), 至晚侏罗世 白垩纪, 中国东部完成了近东西向的古特提斯构造域向北北东向的环太平洋构造域的转换, 即从大陆碰撞构造体制转为以西太平洋陆缘俯冲构造体制为主导的陆内变形和陆内造山 ( 邓晋福等,1992; 任纪舜等,1998; 董树文等,2007) 太平洋板块的俯冲变化改变了中国东部的构造属性, 也改变了岩浆活动的历史 : 燕山期发生了大规模岩浆活动 (Wuetal,2005;Lietal, 2003), 形成了北东向分布的火山 侵入岩带, 同时也使得该

19 贾丽琼等 : 庐枞盆地砖桥地区科学深钻岩浆岩 LA MC ICPMS 锆石 U Pb 年代学和岩石地球化学特征 1013 圈上涌并加热岩石圈地幔, 从而使源自富集岩石圈地幔熔融产生的碱性玄武岩浆沿着断裂通道上升, 形成岩浆房 一方面, 部分岩浆沿着深大断裂及其派生的张性断裂上升冲出地壳, 形成橄榄玄粗质火山岩系 另一方面, 部分岩浆喷发后岩浆房压力变小, 岩浆向上运移的能力减弱, 随着构造运动岩浆沿深大断裂向上侵入至地壳浅部缓慢结晶, 就形成了与橄榄玄粗质火山岩系同源的侵入岩 图 13 科学深钻 ZK01 岩浆岩 Zr Ti 构造判别图 ( 底图据 Dupuyetal,1992) Fig.13 Zr Tidiscriminationdiagramsoftectonicsetingof magmaticrocksin scientific deep driling ZK01 (after Dupuyetal,1992) 时期成为我国最重要的成矿期 ( 陈毓川等,2007) 通常认为橄榄玄粗岩系源于与俯冲作用有关的富大离子亲石元素富集地幔 (Bacon,1990;Beccaluvaetal,1991), 或产生于板内伸展环境 (Morison, 1980; Foley and Peccerilb,1992) 由于俯冲带距离本区近千千米( 邢凤鸣和徐祥,1998), 远非岩浆弧的宽度所能到达, 加之整个沿江火山岩带呈北东向延伸, 与大陆边缘呈大角度相交, 因而多数学者认为长江中下游火山岩盆地受控于板内断裂活动带 ( 常印佛等,1991; 翟裕生等,1992;Xieetal,2008) 在岩浆岩的 Zr Ti 构造判别图解中 ( 图 13),ZK01 的火山岩和侵入岩主体均位于板内火山岩区域, 指示其可能形成于伸展环境 长江中下游地区自中生代以来经历了由板缘到板内, 由挤压到伸展的特殊的构造转化背景 大规模的岩浆火山活动和成矿作用发生在由挤压向伸展的转化阶段 (140~ 130Ma)( 董树文等,2011) 任启江等(1993) 研究认为, 庐枞盆地在白垩世时期处于以剪切 挤压与剪切 拉伸为主交替作用的构造背景之下 袁峰等 (2008) 对庐枞盆地内 4 个旋回火山岩的研究表明, 龙门院旋回和砖桥旋回火山岩形成于挤压 拉张过渡的构造背景, 而双庙旋回和浮山旋回火山岩则形成于典型的拉张构造背景, 与其对应的侵入岩也有同样的特征, 而构造背景转换时间在 130 5Ma 左右 本文 ZK01 的粗安岩 正长岩和黑云母二长岩形成于 130Ma 左右的早白垩世时期, 正是形成于挤压向伸展过渡的构造环境, 这也与前述钻孔中火山 侵入岩的地球化学投图所得结论一致 而这一构造背景很可能与长江中下游地区在 135~127Ma 期间进入岩石圈快速伸展时期 ( 周涛发等,2008a), 并于 130~ 120Ma 岩石圈减薄达到高潮 ( 吴福元等,2003) 密切相关 钻孔 ZK01 所在的庐枞盆地位于郯庐断裂与长江断裂破碎带的交汇部位 发生于中生代的岩石圈伸展减薄运动, 使得深断裂发生张性活动, 降低了盆地的地壳压力, 发生软流 6 结论 (1) 科学深钻 ZK01 中的岩浆岩岩性变化复杂, 火山岩以粗安岩 ( 辉石粗安岩 ) 玄武质粗安岩 粗面岩 晶屑凝灰岩为代表, 侵入岩以正长岩和黑云母二长岩为代表 岩石地球化学分析表明,ZK01 的岩浆岩富钾富碱, 富集大离子亲石元素和轻稀土元素 (LREE), 亏损高场强元素和重稀土元素 (HREE) 火山岩和侵入岩均属于橄榄玄粗岩系, 岩浆演化过程中存在橄榄石 辉石 磷灰石等矿物的结晶分异作用 (2) 对代表性岩石进行锆石 U Pb 定年, 分别获得 ±0 85Ma( 粗安岩 ),130 95±0 56Ma( 正长岩 ), ±0 41Ma( 黑云母二长岩 ) 的岩浆结晶年龄 三种岩性的岩浆结晶年龄在误差范围内相似, 表明它们形成于相同的时代和构造背景之下, 分别为庐枞盆地早期火山岩浆和侵入岩浆活动的产物 (3) 三种代表性岩石 ( 粗安岩 正长岩 黑云母二长岩 ) 的 ε Hf (t) 值均小于 0, 且 Hf 模式年龄远大于结晶年龄 相似的岩石地球化学和锆石铪同位素特征表明,ZK01 中的岩浆岩来源于相同的岩浆源区, 即俯冲板片流体交代形成的富集地幔, 不存在强烈的陆壳物质的混染 (4) 钻孔 ZK01 中的岩浆岩形成于中生代中国东部岩石圈地幔拉张伸展的构造动力学背景之下 致谢论文在成文过程中得到中国地质大学 ( 北京 ) 朱弟成教授给予的鼓励与指导 ; 中国地质科学院矿产资源研究所郭春丽副研究员对论文提出了十分宝贵的修改意见 ; 两位审稿人对论文仔细审阅并提出修改意见 ; 在此一并谨表谢忱 References ArndtNTandChristensenU.1992.Theroleoflithosphericmantlein continentalfloodvolcanism:thermalandgeochemicalconstraints. J.Geophys.Res.,97(B7): AyersJ Trace elementmodeling ofaqueousfluid peridotite interaction in themantlewedgeofsubduction zones. Contrib. Mineral.Petrol.,132(4): BaconCR.1990.Calc alkaline,shoshonitic,andprimitivetholeitic lavasfrommonogeneticvolcanoesnearcraterlake,oregon.journal ofpetrology,31(1): BeccaluvaL,GirolamoPandSeriG.1991.Petrogenesisandtectonic setingoftheromanvolcanicprovince,italy.lithos,26(3-4):

20 1014 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2014,30(4) BelousovaEA,GrifinWL,O'ReilySY etal.2002.igneouszircon: Traceelementcompositionasan indicatorofsourcerock type. Contrib.Mineral.Petrol.,143(5): BoyntonWV.1984.Geochemistryoftherareearthelements:Meteorite studies. In: Henderson P (ed.). Rare Earth Element Geochemistry.Amsterdam:Elsevier, BriqueuL,BougaultHandJoronJL.1984.QuantificationofNb,Ta,Ti andv anomaliesin magmasasociated with subduction zones: Petrogeneticimplications.EarthPlanet.Sci.Let.,68(2): ChaiFM, ParatA, Zhang ZC etal Geochemistry ofthe lamprophyresdykesinthesw marginofthetarinblockandtheir sourceregion.geologicalreview,53(1):11-21(inchinesewith Englishabstract) ChangYF,LiuXP,WuYCetal.1991.TheCopper IronBeltofthe Lowerand Middle Reachesofthe Changjiang River. Beijing: GeologicalPublishingHouse,1-56(inChinese) ChenYC,ChangYF,PeiRFetal.2007.ChineseMineralizationSystem and Regional Metalogenic Evaluation. 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