閆峻，史磊，李全忠，劉建敏，劉曉強，姜子朝

合肥工業(yè)大學資源與環(huán)境學院，合肥, 230009

內(nèi)容提要：懷寧盆地為長江中下游地區(qū)眾多中生代火山巖盆地之一，自下而上發(fā)育彭家口組和江鎮(zhèn)組火山巖，巖性分別以粗面質(zhì)凝灰熔巖和粗面安山巖、流紋巖為主。彭家口組樣品的SiO2含量分別為61.56%和70.61%，江鎮(zhèn)組樣品的SiO2含量為61.91%～63.77%，均屬于橄欖安粗巖系列，彭家口組樣品更加富鉀。運用LA-ICPMS對彭家口組和江鎮(zhèn)組火山巖進行了鋯石U-Pb定年，獲得了206Pb/204Pb加權(quán)平均諧和年齡分別為130.0±1.7 Ma(MSWD=0.73)和130.5±1.7 Ma(MSWD=0.78)，指示懷寧盆地火山巖為早白堊世的產(chǎn)物，噴發(fā)持續(xù)時間較短。該年齡與長江中下游地區(qū)其他盆地火山巖的年齡一致，表明長江中下游地區(qū)中生代火山巖的噴發(fā)時代集中在135～127 Ma之間，是在強烈拉張的背景下，巖石圈地幔部分熔融的產(chǎn)物。

長江中下游地區(qū)中生代發(fā)育強烈的巖漿活動，其中包括多個陸相火山巖盆地，自西向東分別是金牛、懷寧、廬樅、繁昌、寧蕪、溧水和溧陽火山巖盆地。由于與大型鐵礦成因密切相關，寧蕪和廬樅盆地火山巖的研究程度較高，關于年代學和巖石成因取得了大量的研究成果(Zhang Qi et al., 2003；Wang Qiang et al., 2006；謝智等, 2007；Zhou Taofa et al., 2011；Yan Jun et al., 2009；袁峰等, 2010)。寧蕪和廬樅盆地火山巖巖石類型以玄粗巖(shoshoninte)為主，形成時代集中在135～128 Ma之間(Zhou Taofa et al., 2008，2011)，認為巖漿起源于富集的巖石圈地幔(Wang Qiang et al., 2006)。金牛、繁昌、溧陽和溧水盆地火山巖的形成時代也相對集中，介于134～127 Ma之間(Xie Guiqing et al., 2006；禹堯和徐夕生, 2009；袁峰等，2010；劉春等，2012)，但金牛和繁昌盆地火山巖具有雙峰式特征，為殼幔分別起源的巖漿同時期噴發(fā)或巖漿混合的產(chǎn)物(Xie Guiqing et al., 2006；劉春等，2012)。同時期不同盆地火山巖具有不同的巖石系列、巖石成因以及成礦特征，其成因機制尚無明確的答案。由于懷寧盆地中火山巖分布面積較小，且保留不完整，目前尚無有關研究成果的報道。為此，本次工作在詳細的野外地質(zhì)的基礎上，采集了懷寧盆地彭家口組和江鎮(zhèn)組火山巖的代表性樣品，對其進行了LA-ICPMS鋯石U-Pb定年，為深入理解長江中下游地區(qū)中生代火山巖的形成時代格架和成因提供支持。

1 地質(zhì)背景

長江中下游地區(qū)位于揚子地塊北緣，揚子地塊北以襄樊—廣濟斷裂和郯城—廬江斷裂與大別造山帶分開，其東南以江山—紹興斷裂與華夏地塊接壤。揚子克拉通建立在穩(wěn)定的中、新元古界基底之上，區(qū)內(nèi)最老的變質(zhì)基底是崆嶺群，出露在長江三峽段，其片麻巖鋯石U-Pb SHRIMP 年齡為3.3 Ga (Qiu Yuming et al., 2000)。該區(qū)構(gòu)造演化大致經(jīng)歷了三個主要階段，分別為前南華紀基底形成階段、南華紀—早三疊世沉積蓋層階段和中三疊世以來的碰撞造山和造山后板內(nèi)變形階段(常印佛等，1991；邢鳳鳴和徐祥，1999)，其中最后階段以形成大量晚中生代巖漿巖和大規(guī)模成礦作用為特征。

圖1 長江中下游地區(qū)中生代火山巖盆地分布圖Fig. 1 Distribution of the volcanic basins in the Middle—Lower Yangtze River

圖2 懷寧盆地地質(zhì)簡圖(據(jù)1∶25萬地質(zhì)圖改繪)Fig. 2 Geological map of the Huaining volcanic basin (modified after 1∶ 250000 geological map)Q—第四系；K—白堊系；J—侏羅系；P—二疊系；C—石炭系；D—泥盆系；S—志留系；O—奧陶系；∈—寒武系；K1z—江鎮(zhèn)組火山巖； K1p—彭家口組火山巖Q—Quaternary；K—Cretaceous strata；J—Jurassic strata；P—Permian strata；C— Carboniferous strata；D— Devonian strata；S—Silurian strata；O—Ordovician strata； ∈—Cambrian strata；K1z— volcanic rocks of Jiangzhen Formation; K1p—volcanic rocks of Pengjiakou Formation

長江中下游地區(qū)火山巖盆地主要沿長江兩岸分布。自西向東，分布有金牛、懷寧、廬樅、繁昌、寧蕪和溧水火山巖盆地(圖1)。懷寧盆地位于長江北岸，安慶以西約30 km處，總體呈北東向條帶狀分布，面積約25 km2。盆地內(nèi)火山巖系厚度187～1445 m，劃分為彭家口和江鎮(zhèn)兩個噴發(fā)旋回，其中彭家口組出露面積較大，而江鎮(zhèn)組主要在其東北端，靠近洪鎮(zhèn)巖體附近出露，另外在盆地西段也有少量出露(圖2)。彭家口旋回早期以爆發(fā)作用為主，形成角礫凝灰?guī)r；中期以爆發(fā)、噴溢混合作用為主，形成粗面質(zhì)凝灰熔巖；晚期為正常沉積作用，形成厚度較大的鈣質(zhì)砂泥質(zhì)巖石(圖3)。江鎮(zhèn)旋回發(fā)育爆發(fā)相和噴溢相，以噴溢相熔巖為主，巖石組合為粗面玄武巖—玄武粗安巖—粗面巖(圖3)，旋回末期出現(xiàn)鉀長流紋巖，整個江鎮(zhèn)組火山巖表現(xiàn)為雙峰式特征。

2 樣品描述和分析方法

2.1 樣品描述

樣品分別采自懷寧盆地彭家口組(10JZ001-1，坐標：30°28′9.7″，116°45′19.2″)和江鎮(zhèn)組(10JZ011，坐標：30°28′6.5″，116°44′58.4″)。樣品10JZ001-1紫紅色，晶屑凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。晶屑含量約30%，主要為條紋長石、斜長石和黑云母，粒度0.1～2.0 mm，三角形、不規(guī)則多邊形。另外可見少量火焰狀，雞骨狀玻屑。凝灰物質(zhì)主要為長石和少量石英(10%)，有微弱的碳酸鹽化，鏡下定名為粗面質(zhì)晶屑凝灰熔巖。樣品10JZ011為灰黑色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶含量約為30%，主要為斜長石和角閃石和少量的輝石?；|(zhì)為隱晶質(zhì)，主要為長石和角閃石組成，有微弱的碳酸鹽化，鏡下定名為粗面巖。

2.2 分析方法

用于鋯石年代學測試的樣品首先經(jīng)過破碎、浮選和電磁選等方法挑選出單顆粒鋯石，然后在雙目顯微鏡下挑純。手工挑出晶形完好、透明度和色澤度好的鋯石，粘于環(huán)氧樹脂表面制靶，拋磨至一半以后進行透射光和反射光照相，據(jù)此選擇晶體特征良好的樣品(避開鋯石包裹體以及鋯石內(nèi)部裂隙)，進行陰極發(fā)光(CL)拍照(圖4)。最后根據(jù)陰極發(fā)光圖像，選擇典型的巖漿鋯石進行LA-ICP MS U-Pb測年分析。

圖3 懷寧盆地彭家口組和江鎮(zhèn)組火山巖野外相片F(xiàn)ig. 3 Field photos of the volcanic rocks from Pengjiakou and Jiangzhen Formations in the Huaining basin

陰極發(fā)光照相在中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所掃描電鏡實驗室進行。鋯石激光原位U-Pb同位素分析在合肥工業(yè)大學資源與環(huán)境工程學院質(zhì)譜實驗室開展，使用激光—電感耦合等離子質(zhì)譜儀(LA-ICPMS)完成，采用激光器為GEOLAS, 激光剝蝕系統(tǒng)波長193 nm，工作參數(shù)為：剝蝕物質(zhì)載He為0.6 L/min，激光脈沖頻率5 Hz，剝蝕孔徑32 μm，剝蝕時間90 s，背景測量時間25 s，脈沖能量密度為 10 mJ/cm2；測試質(zhì)譜儀為Agilent 7500a，工作參數(shù)為：Rf功率1300 W，進樣深度5.5 mm，等離子氣體Ar 15 L/min,輔助氣體Ar 1 L/min，補償氣體Ar 0.8～0.9L/min。應用nist610玻璃作為元素外標，鋯石標樣91500進行同位素分餾校正，鋯石標樣Mud Tank作為同位素監(jiān)控樣，本實驗測定的鋯石標樣的結(jié)果和誤差與推薦值一致。數(shù)據(jù)處理采用中國地質(zhì)大學(武漢)開發(fā)的ICPMSDataCal 8.0軟件完成，選取諧和度>90%的樣品點進行數(shù)據(jù)分析，采用Isoplot軟件繪制諧和圖并計算加權(quán)平均年齡。

主量元素的測定采用X熒光光譜方法(XRF)，在廣州地球化學研究所中國科學院同位素年代學和地球化學重點實驗室完成，詳細分析方法見Li et al.(2005)

3 結(jié)果和討論

3.1 主量元素和巖石類型

主量元素分析結(jié)果列于表1。彭家口組火山巖兩個樣品的SiO2含量分別為61.56%和70.61%，江鎮(zhèn)組火山巖兩個樣品的SiO2含量分別為61.91%和63.77%。兩組樣品顯著的差別在于，彭家口組樣品高度富鉀，其K2O/Na2O比值為12.3～19.5，而江鎮(zhèn)組樣品雖然富鉀，但K2O/Na2O比值介于1.3～3.3之間。鏡下觀察顯示，彭家口組樣品高鉀含量并非鉀化蝕變造成的，而兩組樣品的中性巖SiO2含量接近，因此，兩組火山巖的巖漿起源具有一定的差別。在TAS圖上(圖5a)，彭家口組的兩個樣品分別為粗面巖(10JZ001-1)和流紋巖(10JZ009-1)，江鎮(zhèn)組兩個樣品分別投在粗面巖(10JZ011)和粗面英安巖(10JZ010)區(qū)域。所以樣品均在堿性巖的范圍，這與其高鉀的特征是一致的。在Si—K相關圖上(圖5b)，所有樣品均投在玄粗巖(shoshonite)系列范圍，其中，彭家口組樣品更為富鉀。懷寧盆地火山巖屬于橄欖安粗巖系列的特征和廬樅盆地火山巖一致，而和繁昌盆地火山巖具有一定的差別(劉春等，2012)，后者為高鉀鈣堿性系列。

表1 懷寧盆地火山巖主量元素(%)分析結(jié)果Table 1 Analytical results of major elements ( % ) for the volcanic rocks in Huaining basin

圖5 懷寧盆地火山巖TAS圖解(a)和SiO2—K2O相關圖(b)Fig. 5 Total alkali vs. silica (TAS) plot(a) and SiO2—K2O plot (b) for the volcanic rocks in the Huaining basin

彭家口組和江鎮(zhèn)組同樣為粗面巖的兩個樣品被用來進行鋯石定年分析。

3.2 鋯石U-Pb定年

測試分析結(jié)果見表2，U—Pb諧和圖見圖6。彭家口組樣品(10JZ001-1)的鋯石均透明，呈微黃色，短柱狀，半自形到自形晶體，長120～220 μm，寬100～200 μm，在陰極發(fā)光圖像中顯示清晰的震蕩環(huán)帶。Th/U比為0.9～2.0，為典型的巖漿鋯石。206Pb/238U—207Pb/235U諧和度>90%的樣品點有17個，在諧和圖上年齡點較為集中，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為130.0±1.7 Ma(圖6)。江鎮(zhèn)組樣品(10JZ011)的鋯石均透明，呈微黃色，短柱狀，半自形到自形晶體，長100～210 μm，寬80～200 μm，在陰極發(fā)光圖像中大多數(shù)顯示清晰的震蕩環(huán)帶。除了一個測點的Th/U比為0.5外，其他測點的Th/U比值為1.1～2.3，為典型的巖漿鋯石。206Pb/238U—207Pb/235U諧和度>90%的樣品點有17個，在諧和圖上年齡點較為集中，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為130.5±1.7 Ma(圖6)。兩組火山巖的鋯石U-Pb年齡在誤差范圍內(nèi)一致，均為早白堊世噴發(fā)的產(chǎn)物。由于用于測試的兩組火山巖樣品均為粗面巖，江鎮(zhèn)組樣品中的鋯石不太可能為捕獲的彭家口組火山巖的鋯石。雖然兩組火山巖在野外有清晰的上下層位關系，且之間有噴發(fā)間斷，但由于該間斷持續(xù)時間可能小于鋯石U-Pb定年的精度(3%)，以至于測試結(jié)果上無法區(qū)別兩者的新老關系。

3.3 長江中下游地區(qū)中生代火山巖年代學格架

30多年的研究積累了許多長江中下游地區(qū)火山巖的年齡數(shù)據(jù)，其中多為早期K-Ar法測得。這些數(shù)據(jù)指示廬樅盆地火山巖的年齡跨度為113～140 Ma，繁昌盆地火山巖為115～125 Ma，而寧蕪盆地火山巖為91～136 Ma。由于樣品多遭受蝕變易造成Ar的丟失，因此早期K-Ar法測定的年齡往往比實際年齡年輕，而產(chǎn)生了較大的年齡范圍。近年來發(fā)表了許多火山巖的高精度年代學數(shù)據(jù)(表3)，結(jié)果表明，金牛盆地火山巖的噴發(fā)時代為132～128 Ma(Xie Guiqing et al., 2006, 2011; 本課題組未發(fā)表數(shù)據(jù))，廬樅盆地火山巖的噴發(fā)時代為135～127 Ma(Zhou Taofa et al., 2008)，繁昌盆地火山巖的噴發(fā)時代為134～129 Ma(Yan Jun et al., 2009; 袁峰等，2010；劉春等，2012)，寧蕪盆地火山巖的噴發(fā)時代為135～127 Ma(Zhang Qi et al., 2003; Yan Jun et al., 2009; Zhou Taofa et al., 2011)，溧水盆地龍王山組火山巖的噴發(fā)時代 為129 Ma(禹堯和徐夕生，2009)?？傮w上，長江中下游地區(qū)中生代火山巖的噴發(fā)時代集中在135～127 Ma之間，持續(xù)時間小于8 Ma，相比于中國東部其他地區(qū)中生代火山巖，本地區(qū)中生代火山活動時間上相對集中。本次測得的懷寧盆地火山巖噴發(fā)時代為130 Ma，與長江中下游地區(qū)其他盆地火山巖的形成時代一致。

表2 懷寧盆地彭家口組(10JZ001-1)和江鎮(zhèn)組(10JZ011)火山巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年代學分析結(jié)果Table 2 Data of zircon LA-ICP-MS U-Pb dating for samples of Pengjiakou formation (10JZ001-1) and Jiangzhen formation (10JZ011) in Huaining basin

圖6 懷寧盆地彭家口組(10JZ001-1)和江鎮(zhèn)組(10JZ011)火山巖鋯石U—Pb 諧和年齡圖Fig. 6 U—Pb isotopic concordant plots for zircons from the volcanic rocks of the Pengjiakou Formation (10JZ001-1) and the Jiangzhen Formation (10JZ011) in the Huaining basin

表3 長江中下游地區(qū)中生代火山巖鋯石U-Pb年齡Table 3 Zircon U-Pb ages of the Mesozoic volcanic rocks from the Middle and Lower Yangtze valley

3.4 地質(zhì)意義

長江中下游地區(qū)晚中生代巖漿巖有夾心餅干式的分帶(邢鳳鳴和徐祥，1999)。 其中沿長江分布的內(nèi)帶包含4個巖漿巖組合：高鉀鈣堿性中酸性侵入巖組合，以銅陵地區(qū)侵入巖為代表；高鈉堿鈣性中基性侵入巖組合，以寧蕪地區(qū)的蔣廟輝長巖、陽湖塘輝長巖和姑山輝長巖等為代表；橄欖安粗巖系火山巖，以寧蕪和廬樅盆地的火山巖為代表；堿性火山巖組合，以寧蕪地區(qū)的娘娘山組和廬樅盆地的浮山組火山巖為代表。于內(nèi)帶的南北兩側(cè)，為堿鈣性系列侵入巖，北外帶以滁州巖體和沙溪巖體等為代表，南外帶則多數(shù)是一些出露面積很小的斑巖體，在內(nèi)帶和外帶之間是A型花崗巖帶，包括大龍山、城山、黃梅尖和花園鞏等巖體。高鉀鈣堿性中酸性侵入巖形成時代較早，主要集中在148～135 Ma期間(陳江峰等，2005；Wang Qiang et al., 2006; 樓亞兒和杜楊松，2006；杜楊松等，2007)。其中具有高鍶低釔特征(Adakitic)的巖體被認為形成于加厚下地殼的部分熔融(Wang Qiang et al., 2006; Yan Jun et al., 2008)，其他巖體在形成中經(jīng)歷了復雜的殼—幔相互作用過程，其中有富集巖石圈地幔的貢獻(邢鳳鳴和徐祥，1999；Chen Jiangfeng et al., 2001; 杜楊松等，2007；Xie Guiqing et al., 2008)?；鹕綆r的形成時代集中在135～127 Ma之間。金牛盆地大寺組火山巖和繁昌盆地蝌蚪山組火山巖具有雙峰式特征(邢鳳鳴和徐祥，1999；閆峻等，2005；Xie Guiqing et al., 2006)，而板內(nèi)的雙峰式火山巖主要出現(xiàn)在伸展的構(gòu)造環(huán)境中(Coward et al., 1987)。廬樅盆地浮山組火山巖和寧蕪娘娘山組火山巖為堿性巖(邢鳳鳴和徐祥，1999)，也指示了其產(chǎn)生的構(gòu)造背景為伸展拉張(Li Xianhua, 2000)。這些火山活動持續(xù)時間較短，具有較為一致的噴發(fā)時代，暗示了130 Ma前后為拉張的峰期，且可能在深部動力學演化過程中處于承上啟下的特殊時期。

Wang Qiang et al.(2006)通過年齡為136±3 Ma的具有高鍶低釔性質(zhì)的沙溪石英閃長斑巖的地球化學研究，認為其成因與下地殼拆沉密切相關，長江中下游地區(qū)可能經(jīng)歷了地殼加厚、拉張、下地殼拆沉、巖石圈減薄、軟流圈上涌和殼幔相互作用的動力學演化過程。在148 Ma之前，本地區(qū)的構(gòu)造格局由擠壓轉(zhuǎn)為伸展，伴隨著軟流圈上涌而產(chǎn)生的熱擾動，加熱和減壓使下地殼和上地幔發(fā)生部分熔融，產(chǎn)成了148～135 Ma的高鉀鈣堿性中酸性侵入巖，包括高鍶低釔巖漿巖。130 Ma左右時期，下地殼由于高鍶低釔巖漿的抽取而導致密度增加發(fā)生重力拆沉，軟流圈物質(zhì)快速上涌，地殼和巖石圈地幔由于加熱和減壓進一步發(fā)生部分熔融，同時伴隨著來自軟流圈部分熔融的熔體，產(chǎn)生了雙峰式火山巖、堿性火山巖和橄欖安粗巖系火山巖。長江中下游地區(qū)中生代巖漿巖的形成受中國東部中生代燕山期地球動力學背景的制約。在早白堊世時期，太平洋板塊開始向歐亞大陸俯沖，大致向西的俯沖導致大體南北向的拉張，揚子—華北巖石圈邊界這一薄弱地帶的拉張達到了較大的深度，導致了地幔上涌、巖石圈地幔熔融以及地殼部分熔融，形成了種類豐富的巖漿巖(Li and Yang, 2003)。

4 結(jié)論

(1)懷寧火山巖盆地彭家口組和江鎮(zhèn)組火山巖的巖性分別為粗面巖、流紋巖和粗面巖和粗面英安巖，均屬于橄欖安粗巖系列，其中，彭家口組火山巖更加富鉀。

(2)懷寧火山巖盆地中彭家口組和江鎮(zhèn)組火山巖的鋯石LA-ICPMS U-Pb年齡分別為130.0±1.7 Ma和130.5±1.7 Ma，盆地內(nèi)火山巖巖漿活動的時限約在132～128 Ma之間，火山巖均為早白堊世巖漿活動的產(chǎn)物。

(3)懷寧火山巖盆地中生代火山巖與長江中下游地區(qū)其它斷陷盆地火山巖的噴發(fā)時代基本一致。