劉曉強(qiáng), 閆 峻*, 王愛(ài)國(guó), 李全忠, 姚洪忠

(1. 合肥工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院, 安徽 合肥 230009; 2. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所, 江蘇 南京 210016)

0 引 言

大別-蘇魯造山帶不僅是世界上最大的高壓-超高壓變質(zhì)巖區(qū), 而且也是陸-陸碰撞之后, 超高壓和高壓巖石剝露過(guò)程中巖漿活動(dòng)最為強(qiáng)烈的地區(qū)之一[1]。晚中生代的強(qiáng)烈?guī)r漿活動(dòng), 造就了現(xiàn)今出露面積超過(guò)造山帶面積三分之一以上的花崗巖類侵入體的格局。這些花崗巖的研究, 對(duì)探討大別造山帶碰撞后深部地殼的地球化學(xué)性質(zhì)和中國(guó)東部燕山期大規(guī)模的構(gòu)造熱事件的成因機(jī)制具有重要意義。研究這些科學(xué)問(wèn)題, 開(kāi)展相應(yīng)的年代學(xué)研究顯得十分重要。大別地區(qū) 20多年的研究, 積累了大量的年齡數(shù)據(jù)(表1)。這些年齡數(shù)據(jù)顯示, 大別造山帶中生代巖漿活動(dòng)的時(shí)限為 110～143 Ma, 峰值為126～134 Ma?，F(xiàn)有的研究多集中在幾個(gè)大的巖體, 總體火成巖年代學(xué)的研究程度依然較為薄弱。在 1∶20萬(wàn)地質(zhì)填圖中, 岳西巖體由于其具有弱定向的“似片麻狀構(gòu)造”,被劃分為前震旦紀(jì)大別巖群, 而飛旗寨巖體被認(rèn)定為古元古代五臺(tái)-呂梁期的混合花崗巖(1∶20萬(wàn)岳西幅, 安徽省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊(duì), 1975)。在1∶5萬(wàn)地質(zhì)填圖中, 岳西巖體又被定性為新元古代湯池片麻巖, 飛旗寨巖體則被認(rèn)為是中生代二長(zhǎng)花崗巖(1∶5萬(wàn)岳西縣幅, 安徽省地質(zhì)調(diào)查院, 2000)。Xueet al.[6]報(bào)道了岳西巖體中兩個(gè)“正片麻巖”樣品的年代學(xué)數(shù)據(jù), 但是由于分析方法為單顆粒鋯石溶液法且沒(méi)有配套的鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征, 加之測(cè)試數(shù)據(jù)偏少(每個(gè)樣品測(cè)試4組數(shù)據(jù)), 因而數(shù)據(jù)質(zhì)量不高。雖然如此, 還是給出了早白堊世的熱事件信息((133.7±2.3) Ma和(134.0±2.8) Ma)。本文在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上, 選取認(rèn)識(shí)存有爭(zhēng)議的岳西和飛旗寨巖體, 利用 LA-ICPMS法對(duì)其進(jìn)行鋯石U-Pb定年, 并與大別造山帶同期火成巖對(duì)比, 以期建立大別造山帶晚中生代巖漿活動(dòng)年代學(xué)格架。

表1 大別地區(qū)中生代火成巖同位素年齡Table 1 Isotope ages of the Mesozoic magmatic rocks from Dabie orogen

1 地質(zhì)背景和樣品

秦嶺-大別-蘇魯造山帶是三疊紀(jì)華南板塊和華北板塊經(jīng)過(guò)陸-陸碰撞形成的碰撞造山帶。大別造山帶西起河南桐柏山, 東為郯(郯城)-廬(廬江)斷裂帶所切割, 北以六安-明港斷裂為界同華北板塊相鄰,南以襄樊-廣濟(jì)斷裂為界同華南板塊接壤, 形成“西窄東寬”的喇叭口狀。造山帶以近南北向的商城-麻城斷裂為界, 分為西大別(即傳統(tǒng)上的桐柏造山帶)和東部的大別造山帶。

大別造山帶被三條近東西向的斷裂(自北向南依次為磨子潭-曉天斷裂、五河-水吼斷裂、馬廟-太湖斷裂)劃分成四個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元, 依次是: 北淮陽(yáng)淺變質(zhì)帶、北大別高溫超高壓變質(zhì)帶、中大別超高壓變質(zhì)帶和南大別高壓低溫變質(zhì)帶[22]。北大別構(gòu)造帶北以曉天-磨子潭斷裂與北淮陽(yáng)帶相隔, 南以五河-水吼斷裂同中大別帶為界(圖1)。區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖廣布, 主要是新元古代強(qiáng)變形片麻巖[23–24], 內(nèi)部發(fā)育大量早白堊世侵入體及少量高壓-超高壓變質(zhì)巖。早白堊世侵入體包括中酸性巖[2–21,25–27]、基性-超基性巖[4,28–33]。另外在岳西西北扁擔(dān)撬地區(qū)出露北大別唯一的火山巖[11,34–35]。

本次研究的岳西巖體樣品(12YX008)采自北大別岳西縣西北約4 km公路邊。該處露頭顯示岳西巖體巖體內(nèi)部含有大量大小不等的細(xì)粒閃長(zhǎng)質(zhì)包體,具有弱的流動(dòng)構(gòu)造, 表層強(qiáng)烈球狀風(fēng)化而顯片麻狀假像。巖石呈灰白色到淺肉紅色, 具巨斑狀結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造, 斑晶主要是堿性長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石, 顆粒大小可超過(guò)1 cm。鏡下特征顯示(圖2a), 礦物組成如下:堿性長(zhǎng)石(35%); 斜長(zhǎng)石(40%); 石英(8%); 暗色礦物(15%), 主要是黑云母, 少量為角閃石。堿性長(zhǎng)石呈半自形到自形, 主要為條紋長(zhǎng)石, 粒徑2～7 mm為主; 斜長(zhǎng)石自形為主, 聚片雙晶及環(huán)帶常見(jiàn), An =38～40, 為中長(zhǎng)石, 粒徑 2～5 mm; 黑云母為自形為主; 石英他形。副礦物主要為榍石和鋯石。礦物分布有弱定向性, 定名為似斑狀石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖。

飛旗寨巖體樣品(12YX007)采自岳西縣連云鄉(xiāng)硃屋村。巖體呈灰白色到淺肉紅色, 具塊狀構(gòu)造、粗粒結(jié)構(gòu)。主要組成礦物(圖2b)有: 堿性長(zhǎng)石(45%);斜長(zhǎng)石(25%); 石英(25%); 少量黑云母(3%)。其中,堿性長(zhǎng)石為自形到半自形為主, 主要是條紋長(zhǎng)石和微斜長(zhǎng)石, 板狀, 大小 1.5～5 mm; 斜長(zhǎng)石呈自形,短柱狀, 低正突起, 雙晶發(fā)育, 表面輕微絹云母化,大小1～4 mm; 石英含量約25%, 他形, 一級(jí)灰白干涉色; 黑云母解理清晰, 沿解理有不透明礦物, 部分有綠泥石化現(xiàn)象。副礦物中鋯石、榍石較多。定名為含黑云母二長(zhǎng)花崗巖。

2 分析方法

巖石樣品粉碎在河北省誠(chéng)信地質(zhì)服務(wù)有限公司進(jìn)行。主元素的測(cè)定采用X熒光光譜法(XRF), 樣品分析測(cè)試在澳實(shí)分析檢測(cè)(廣州)有限公司進(jìn)行。將按要求制備的樣品(0.2 g)加入到0.90 g LiBO2溶劑中混合均勻, 在 1000 ℃的熔爐中熔化。溶液冷卻后,溶解于100 mL 4%的HNO3中, 然后用質(zhì)譜儀分析。分析精度分別為: SiO2(1.0%); Al2O3% (0.5%); Fe2O3(0.4%); MgO (0.4%); CaO (0.6%); Na2O (0.3%); K2O(0.4%); MnO (0.7%); TiO2(0.9%); P2O5(0.8%)。

鋯石單礦物分離在河北省誠(chéng)信地質(zhì)服務(wù)有限公司進(jìn)行, 樣品4～5 kg經(jīng)人工破碎后, 按常規(guī)的重力和磁選方法分選出鋯石。鋯石制靶在合肥工業(yè)大學(xué)LA-ICPMS實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行, 在雙目鏡下將待測(cè)樣品鋯石用雙面膠粘于載玻片上, 放置 PVC環(huán), 注入經(jīng)充分混合的環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑, 待充分固化后, 對(duì)樣

品進(jìn)行剖光處理, 用于陰極發(fā)光照相和 LA-ICPMS U-Pb同位素分析。

圖1 北大別岳西地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)1∶5 萬(wàn)區(qū)調(diào)資料改繪)Fig.1 Geological sketch map of the Yuexi area in North Dabie orogen (modified from the 1∶50000 regional survey data)

圖2 岳西巖體(a)和飛旗寨巖體(b)樣品鏡下照片(正交偏光)Fig.2 Microscopic photographs of the Yuexi (a) and Feiqizhai (b) pluton rocks Kfs–鉀長(zhǎng)石; Bt–黑云母; Pl–斜長(zhǎng)石; Q–石英。

陰極發(fā)光照相(CL)在桂林理工大學(xué)進(jìn)行, 鋯石LA-ICPMS U-Pb同位素分析在合肥工業(yè)大學(xué)LA-ICPMS實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。ICPMS為美國(guó)Agilent公司生產(chǎn)的Agilent 7500a ICPMS, 激光剝蝕系統(tǒng)為美國(guó)Coherent Inc.公司生產(chǎn)的GeoLasPro。在分析過(guò)程中,激光剝蝕的斑束直徑選為 32 μm, 頻率為 6 Hz, 采樣方式為單點(diǎn)剝蝕。ICP-MS數(shù)據(jù)采集選用一個(gè)質(zhì)量峰采集一個(gè)點(diǎn)的跳峰方式, 單點(diǎn)停留時(shí)間分別設(shè)定為 6 ms (Si、Ti、Nb、Ta和 REE), 15 ms (204Pb、206Pb、207Pb和208Pb)和10 ms (232Th和238U)。采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石 91500作外標(biāo)進(jìn)行同位素分餾校正, 每測(cè)定 5個(gè)樣品點(diǎn)測(cè)定2次標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500, 每測(cè)10個(gè)樣品點(diǎn)測(cè)1次NIST610和兩次年齡監(jiān)控樣Mud Tank。每個(gè)分析點(diǎn)的氣體背景采集時(shí)間為 25 s, 信號(hào)采集時(shí)間為50 s。激光剝蝕過(guò)程中采用氦氣作載氣、氬氣為補(bǔ)償氣以調(diào)節(jié)靈敏度, 兩者在進(jìn)入 ICP之前通過(guò)一個(gè)T型接頭混合。

數(shù)據(jù)處理采用由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)劉勇勝教授編寫的 ICPMSDataCal軟件[36–37], 選取諧和度 ＞90%的樣品點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析, 采用 Isoplot軟件繪制諧和圖并計(jì)算加權(quán)平均年齡。

3 分析結(jié)果

3.1 主元素特征

岳西巖體的主元素分析結(jié)果見(jiàn)表 2。由表 2可見(jiàn), 岳西巖體SiO2含量中等(64.12%), K2O含量較高(4.17%), TFe2O3和MgO含量較高(4.25%和1.83%);在TAS圖解中位于石英二長(zhǎng)巖區(qū)域, 在SiO2-K2O圖解中位于高鉀鈣堿性向堿性巖過(guò)渡的區(qū)域。其A/NK =1.37, A/CNK = 0.97, 屬亞鋁質(zhì)。

3.2 鋯石U-Pb年代學(xué)

典型鋯石的CL圖像和分析點(diǎn)位置見(jiàn)圖3, 分析結(jié)果列于表3。鋯石樣品的CL圖像顯示, 岳西似斑狀石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖(12YX008-9)的鋯石顆粒多呈自形的短柱狀, 具有典型的巖漿鋯石的韻律環(huán)帶, 長(zhǎng)寬比 2∶1～3∶1。飛旗寨含黑云母二長(zhǎng)花崗巖(12YX007)鋯石多呈短柱狀, 同樣具有巖漿鋯石的典型環(huán)帶, 長(zhǎng)寬比 1.5∶1～3∶1。

岳西巖體32個(gè)測(cè)點(diǎn)和飛旗寨巖體21個(gè)測(cè)點(diǎn)的LA-ICPMS U-Pb同位素定年數(shù)據(jù)見(jiàn)表3, 表中所列單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)誤差均為1σ。本次測(cè)試中岳西巖體的32個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的Th/U比值介于0.64～1.97之間,飛旗寨巖體的21個(gè)測(cè)點(diǎn)的Th/U比值介于0.77～3.61之間; 所有樣品的 Th和 U之間具有明顯的正相關(guān)性。這些特點(diǎn)符合巖漿成因鋯石Th/U比值大于0.4、Th和U正相關(guān)的特點(diǎn)[38], 說(shuō)明本次測(cè)試樣品為巖漿鋯石。

利用Isoplot軟件對(duì)同位素比值和年齡數(shù)據(jù)進(jìn)行了諧和曲線和加權(quán)平均年齡的投影和計(jì)算。結(jié)果如圖 4所示, 幾乎所有的鋯石樣品都投影在諧和線附近, 表明鋯石形成后U-Pb同位素體系是封閉的, 沒(méi)有受到巖漿期后熱液活動(dòng)的影響。岳西巖體1顆鋯石給出(788.0±20.1) Ma的新元古代年齡, 5顆鋯石數(shù)據(jù)偏離其他數(shù)據(jù)較遠(yuǎn), 其余 26個(gè)測(cè)點(diǎn)給出了(123.8±3.5) Ma到(133.2±3.7) Ma的年齡范圍, 加權(quán)平均年齡為(128.5±1.4) Ma, 代表了巖體形成的年齡。飛旗寨巖體同樣有1顆鋯石給出了新元古年代年齡((701.9±17.7) Ma), 4顆鋯石數(shù)據(jù)偏離其他數(shù)據(jù)較遠(yuǎn), 其余 15顆鋯石給出了(121.6±3.3) Ma到(132.2±3.6) Ma的年齡范圍, 加權(quán)平均年齡為(127.4±1.7) Ma, 同樣代表了巖體的形成年齡。本文中岳西巖體的年齡結(jié)果與Xueet al.[6]報(bào)道的年齡同屬早白堊世, 相比而言本文的數(shù)據(jù)質(zhì)量更高。因此,岳西巖體和飛旗寨巖體均形成于早白堊世, 并非在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中認(rèn)定的前震旦紀(jì)的產(chǎn)物。

4 討 論

4.1 中生代火成巖格架

大別造山帶中生代火成巖的年代學(xué)研究起步較鄰區(qū)長(zhǎng)江中下游地區(qū)晚, 且早期由于技術(shù)手段的限制, 數(shù)據(jù)質(zhì)量不高。近年來(lái), 由于鋯石廣泛存在于各類巖石中, 富含U和Th, 低普通Pb以及非常高的礦物穩(wěn)定性, 使得鋯石U-Pb定年成為同位素年代學(xué)研究中最常用和最有效的方法之一[38]。本文在優(yōu)先選取鋯石U-Pb年齡并兼顧部分Rb-Sr法和Ar-Ar法結(jié)果的前提下, 選擇地質(zhì)描述確切、樣品選擇得當(dāng)?shù)哪甏鷮W(xué)結(jié)果對(duì)大別地區(qū)的中生代火成巖進(jìn)行討論。

表2 岳西巖體主元素測(cè)試結(jié)果(%)Table 2 The analytical results (%) of the major elements in Yuexi pluton

圖3 北大別岳西巖體和飛旗寨巖體代表性鋯石樣品的陰極發(fā)光(CL)圖像和分析點(diǎn)位置及測(cè)年結(jié)果Fig.3 Zircons cathodoluminescence (CL) images for the Yuexi (12YX008-9) and Feiqizhai (12YX007) plutons

高精度年代學(xué)數(shù)據(jù)顯示大別造山帶中生代巖漿活動(dòng)發(fā)生于110～143 Ma。由于在巖漿活動(dòng)時(shí)代上北淮陽(yáng)淺變質(zhì)帶和大別造山帶其他構(gòu)造單元有所不同,本文僅對(duì)北淮陽(yáng)淺變質(zhì)帶之外的大別造山帶其他構(gòu)造單元(下稱大別腹地)進(jìn)行討論。張超等[21]對(duì)大別腹地張榜巖體中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖進(jìn)行LA-ICPMS鋯石U-Pb定年, 得到(150.3±2.0) Ma的年齡, 是目前整個(gè)大別造山帶中生代火成巖中已知最老的年齡, 但是由于獲得該年齡的鋯石樣品 CL圖像發(fā)黑、不具典型巖漿鋯石的環(huán)帶, 因此該年齡不可靠。大別造山帶最老的中生代火成巖為天堂寨地區(qū)的鵝公包巖體(142±3 Ma)和云峰頂巖體(143±3 Ma)[15], 之后的134～126 Ma是大別腹地巖漿活動(dòng)的高峰期(圖5)。這些巖石大致以130 Ma為界, 表現(xiàn)出不同的地球化學(xué)特征。其中, 早期火成巖多具有類似埃達(dá)克巖的高 Sr低 Y、高 Sr/Y特征, 虧損HREE, 無(wú)明顯的 Eu異常, 被解釋為加厚下地殼的部分熔融。晚期火成巖富硅、富鉀, 巖性主要為花崗巖類、正長(zhǎng)巖和基性巖(脈), Sr/Y較早期明顯低,被認(rèn)為是伸展構(gòu)造背景下的產(chǎn)物[14-15,39–41]。此外120 Ma左右出現(xiàn)少量A型花崗巖[10,20], 標(biāo)志著巖漿活動(dòng)的結(jié)束。

表3 北大別岳西巖體和飛旗寨巖體的鋯石LA-ICPMS分析數(shù)據(jù)Table 3 LA-ICPMS zircon U-Pb dating results of the Yuexi (12YX008-9) and Feiqizhai (12YX007) plutons

圖4 岳西巖體(12YX008-9)和飛旗寨巖體(12YX007)鋯石U-Pb諧和圖解Fig.4 Zircon U-Pb concordia diagram for the Yuexi (12YX008-9) and Feiqizhai (12YX007) plutons

圖5 大別腹地中生代中酸性火成巖年齡頻譜圖(資料來(lái)源見(jiàn)表1)Fig.5 Age spectrogram for the Mesozoic intermediate-acidic igneous rocks in the heartland of Dabie orogen

4.2 地質(zhì)意義

大別造山帶晚中生代火成巖巖石系列上主要屬鈣堿性、高鉀鈣堿性巖石組合, 少量為具有 A型花崗巖特征的堿性巖。

Huanget al.[19]依據(jù)大別造山帶高鎂埃達(dá)克巖沿郯廬斷裂帶分布及年齡集中在130 Ma的特點(diǎn), 提出中國(guó)東部切穿巖石圈地幔的郯-廬斷裂帶的大規(guī)模走滑移動(dòng)引發(fā)了早期巖石圈的拆沉, 繼而引發(fā)大別造山帶加厚巖石圈地幔的部分熔融。進(jìn)一步使得巖石圈的重力穩(wěn)定性減弱, 繼而引起大別造山帶山根的大規(guī)模移除的下地殼拆沉機(jī)制。按照此機(jī)制, 130 Ma左右的構(gòu)造突變, 必然會(huì)在其后有相關(guān)的地質(zhì)記錄。本次測(cè)定的岳西巖體的結(jié)晶年齡為(128.5±1.4) Ma,正好處于130 Ma的構(gòu)造事件之后, 其內(nèi)大量的暗色包體可能反映巖石圈減薄之后, 軟流圈物質(zhì)上涌所造成的殼幔相互作用的信息。雖然目前關(guān)于大別造山帶中生代火成巖的成因, 趙子福等[42–43]認(rèn)為屬俯沖大陸巖石圈物質(zhì)的重熔的產(chǎn)物, 但是部分巖體中發(fā)現(xiàn)基性暗色包體, 不排除局部地區(qū)存在基性和酸性巖漿混合作用的可能性[42]。鄰區(qū)主簿源巖體主體由中性的彭河單元和酸性的姚河單元組成, Chenet al.[44]依據(jù)鄰區(qū)主簿源巖體彭河單元中性巖中斜長(zhǎng)石捕擄晶結(jié)構(gòu)和組成的不均衡及主量元素和部分微量元素的線性關(guān)系, 認(rèn)為彭河單元為巖漿混合成因。岳西巖體和主簿源巖體的年齡在誤差范圍內(nèi)完全一致[2–3], 相似的野外地質(zhì)特征暗示其可能具有相同的成因。

鄰區(qū)長(zhǎng)江中下游地區(qū)也發(fā)育同期火成巖, 根據(jù)近年來(lái)發(fā)表的高精度年代學(xué)數(shù)據(jù), 可以將下?lián)P子沿江地區(qū)(不包括寧鎮(zhèn)地區(qū))晚中生代巖漿活動(dòng)劃分為3個(gè)階段: 第1階段為147～133 Ma, 主要包括發(fā)育在斷隆區(qū)的高鉀鈣堿性侵入巖; 第2階段為132～128 Ma,以發(fā)育在斷陷區(qū)火山巖和次火山巖為主, 屬于雙峰式火山巖或橄欖安粗巖系; 第3階段為127～123 Ma,主要為A型花崗巖[45]。與長(zhǎng)江中下游相比, 大別地區(qū)中生代火成巖表現(xiàn)出相似的特點(diǎn): 具有埃達(dá)克性質(zhì)的火成巖只出現(xiàn)在早期, 指示130 Ma之前區(qū)域上相對(duì)較厚的地殼組成; 晚期同樣為堿性巖。這些特征表明, 雖然大別地區(qū)為造山帶, 長(zhǎng)江中下游地區(qū)為印支期碰撞的前陸帶, 這兩大構(gòu)造單元在燕山晚期火成巖產(chǎn)生時(shí)處于相似的構(gòu)造背景和動(dòng)力學(xué)機(jī)制下, 應(yīng)與古太平洋向歐亞大陸之下的俯沖有關(guān)。

5 結(jié) 論

(1) 北大別岳西地區(qū)的岳西巖體和飛旗寨巖體的巖石系列分別為石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖和含黑云母二長(zhǎng)花崗巖;

(2) 岳西巖體和飛旗寨巖體的 LA-ICPMS鋯石U-Pb年齡分別為(128.5±1.4) Ma和(127.4±1.7) Ma,兩者均形成于早白堊世, 并非前人地質(zhì)調(diào)查填圖中認(rèn)為的前震旦紀(jì)。

(3) 結(jié)合大別造山帶高精度火成巖年代學(xué)數(shù)據(jù),以130 Ma為界將大別造山帶腹地火成巖分為兩期,130 Ma為本地區(qū)深部過(guò)程轉(zhuǎn)換的重要時(shí)期。

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