楊潁鶴，王麗娟，張少琴

(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京 210018)

0 引言

長(zhǎng)江中下游成礦帶位于中國(guó)東部揚(yáng)子板塊東北緣，是一條重要的多金屬成礦帶。自晉寧期以來(lái)，該區(qū)受多次構(gòu)造巖漿事件的影響，形成了斷隆區(qū)和斷陷區(qū)的次級(jí)構(gòu)造及豐富的鐵、銅、金等多金屬礦床組合。自西向東依次分布有鄂東南、九瑞、安慶、廬樅、銅陵、寧蕪和寧鎮(zhèn)7個(gè)大型礦集區(qū)(常印佛等，1991;周濤發(fā)等，2008a;Mao et al，2006)。同時(shí)，沿長(zhǎng)江深斷裂分布著一系列斷陷火山盆地，自北東向西南依次有溧水、溧陽(yáng)、寧蕪、繁昌、廬樅和金牛盆地等，并明顯受區(qū)域構(gòu)造控制。

近年來(lái)，長(zhǎng)江中下游成礦帶內(nèi)主要巖漿巖的形成研究取得了重要進(jìn)展，獲得了一系列高精度同位素年代學(xué)數(shù)據(jù)(張旗等，2003;陳江峰等，2005;范裕等，2008，2010;侯可軍等，2010;周濤發(fā)等，2010，2011;王麗娟等，2014a，2014b)，使得區(qū)內(nèi)巖漿巖的時(shí)空格架逐漸清晰。但對(duì)寧蕪盆地礦集區(qū)內(nèi)部，尤其是寧蕪北段(江蘇境內(nèi))火山作用峰期形成分布較廣的大王山組和姑山組火山巖鮮有報(bào)道。因此，選取寧蕪盆地北段最新獲得的鉆孔巖芯樣品中2個(gè)火山噴發(fā)旋回的典型火山巖進(jìn)行了精確的鋯石定年和Hf同位素分析，以進(jìn)一步明確江蘇境內(nèi)中生代火山作用峰期的時(shí)代格架，并與鄰區(qū)作用對(duì)比研究，從而為建立整個(gè)長(zhǎng)江中下游成礦帶的成巖成礦時(shí)代格架提供精確的年代學(xué)證據(jù)。

1 地質(zhì)概況及樣品描述

寧蕪盆地南起蕪湖北至南京，呈NNE方向展布，屬繼承式斷陷型火山巖盆地。盆地內(nèi)構(gòu)造總體以NNE、NW和近EW向3組斷裂發(fā)育為特征，出露地層主要為晚三疊世黃馬青組、早侏羅世象山群和晚侏羅世西橫山組。黃馬青組巖性主要為紫紅色粉砂巖和細(xì)砂巖等;象山群巖性主要為灰白色石英砂巖和長(zhǎng)石砂巖等;西橫山組主要為砂礫巖、中粗粒長(zhǎng)石石英砂巖、紫紅色粉砂巖等。盆內(nèi)火山巖分布廣泛，由老至新可分為龍王山、大王山、姑山及娘娘山4組火山噴發(fā)旋回。各火山作用旋回均以爆發(fā)相開(kāi)始，此后溢流相增多，最后以火山沉積相結(jié)束。

龍王山組主要分布在盆地的東部和北部，巖性主要為沉凝灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥巖、火山集塊巖、粗面巖、橄欖玄粗巖和角閃石玄粗巖等;大王山組主要分布于盆地的中部和北部，面積最廣，巖性主要為輝石玄粗巖、紫紅色安山巖、粗面巖及粗面質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r;姑山組火山巖主要分布于盆地的南部和北部，主要為安山巖、英安巖、火山碎屑巖等;娘娘山組火山巖分布較少，僅見(jiàn)于盆地西南部娘娘山一帶，主要為黝方石響巖、假白榴石響巖、集塊巖、熔結(jié)凝灰?guī)r等。

寧蕪盆地內(nèi)次火山巖－侵入巖分布廣泛，大致形成于每期火山作用的晚期，成分與火山巖基本一致，侵入龍王山組和大王山組的次火山巖巖性主要為閃長(zhǎng)(玢)巖和安山玢巖，其中閃長(zhǎng)玢巖與該區(qū)玢巖型鐵礦床的成礦關(guān)系密切。閃長(zhǎng)(玢)巖地表出露面積大小不一，成群出現(xiàn)，呈帶狀分布，受NNE向和NW向2組深部隱伏斷裂的控制。侵入姑山組和娘娘山組的次火山巖巖性主要為英安斑巖、粗安斑巖和粗面斑巖。盆地內(nèi)另一類(lèi)侵入巖為花崗質(zhì)巖體，主要呈隱伏巖體產(chǎn)于盆地深部，并穿切早期形成的閃長(zhǎng)玢巖。

本次研究主要對(duì)寧蕪盆地鉆孔內(nèi)大王山組和姑山組3件火山巖樣品進(jìn)行精確鋯石U－Pb定年和Hf同位素分析。鉆孔位置如圖1，ZK0904孔總進(jìn)尺901.18 m，其中10.64～513.31 m為姑山組火山巖，主要為安山巖、粗安巖及凝灰質(zhì)粉砂巖;513.31～901.18 m主要為大王山組灰色、紫灰色安山巖、沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)粉砂巖組成。樣品特征如下。

WZ0904－1為姑山組上段安山巖，采自ZK0904中168.39～171.51 m，灰色，局部略帶棕色、黃綠色，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶呈灰綠色，由斜長(zhǎng)石和少量鉀長(zhǎng)石、輝石、角閃石組成。斜長(zhǎng)石呈半自形板柱狀，質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為25%;鉀長(zhǎng)石呈灰白色長(zhǎng)柱狀，約5%;角閃石呈長(zhǎng)柱狀，約5%;輝石少量。斜長(zhǎng)石斑晶大多綠簾石化，基質(zhì)由長(zhǎng)石微晶組成，巖石中不均勻分布少量細(xì)粒黃鐵礦，質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜3%。

WZ0904－12為大王山組中段輝石安山巖，采自ZK0904中622.90～626.62 m，巖石呈淺灰色，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶由斜長(zhǎng)石、輝石和少量角閃石組成。斜長(zhǎng)石呈半自形柱狀，質(zhì)量分?jǐn)?shù)約30%;輝石短柱狀，有時(shí)見(jiàn)暗化邊，質(zhì)量分?jǐn)?shù)5% ～10%?；|(zhì)由長(zhǎng)石微晶組成。

圖1 寧蕪盆地地質(zhì)簡(jiǎn)圖(a)及長(zhǎng)江中下游火山巖盆地分布圖(b)(圖b據(jù)范裕等，2010)Fig.1 Simplified geological map of the Nanjing-Wuhu Basin(a)and distribution of volcanic basins in the middle and lower reaches of the Yangtze River(b)(Fig.b after Fan et al，2010)

ZK0901孔總進(jìn)尺651.61 m，主要為大王山組安山巖、安山質(zhì)角礫巖、沉凝灰?guī)r、凝灰?guī)r及侵入大王山組的閃長(zhǎng)玢巖等，并在241.73～242.15 m見(jiàn)黃鐵礦集合體呈團(tuán)塊狀分布于火山角礫巖膠結(jié)物中和脈狀分布于裂隙中。樣品特征如下。

DJS0901－10為大王山組安山巖，采自 ZK0901孔458.18～463.78 m段，巖石呈灰－灰白色，細(xì)斑結(jié)構(gòu)。斑晶占25% ～35%，主要為斜長(zhǎng)石，其表面星散狀分布有絹云母、碳酸鹽細(xì)小顆粒和黏土物質(zhì)，少量暗色礦物變?yōu)榫G泥石和鐵質(zhì)物?；|(zhì)主要為斜長(zhǎng)石微晶。巖石不規(guī)則裂隙發(fā)育，由黃鐵礦、碳酸鹽細(xì)脈充填。巖石輕微高嶺土化、綠泥石化、絹云母化。

2 分析測(cè)試方法

鋯石分選用重砂方法，首先將約2 kg巖石樣品破碎到0.150～0.180 mm，再經(jīng)浮選和電磁選，分選出無(wú)磁性重礦物樣品，在雙目鏡(Nikon)下仔細(xì)挑選表面平整光潔且具不同柱錐面特征和不同顏色的鋯石顆粒。然后將分選出的鋯石顆粒排列在雙面膠上，用混合有固化劑的環(huán)氧樹(shù)脂膠結(jié)。待環(huán)氧樹(shù)脂固化后，磨蝕拋光至鋯石顆粒中心露出，制成樣品靶。對(duì)樣品靶的鋯石進(jìn)行顯微鏡下透射光和反射光的觀察和照相以及陰極發(fā)光(CL)圖像分析(JEOLJXA－8100 電子探針儀)。

鋯石U－Pb定年(南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，Agilent HP 7500 ICPMS)采用氦氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣，通過(guò)φ3 mm的PVC管將剝蝕物質(zhì)傳送到ICP－MS，并在進(jìn)入 ICP－MS之前與氬氣混合，形成混合氣。激光儀器工作參數(shù)為：波長(zhǎng)213 nm，激光脈沖重復(fù)頻率5 Hz，脈沖能量為 10～20 J/cm2，熔蝕直徑為32 μm，剝蝕時(shí)間60 s，背景測(cè)量時(shí)間40 s。

樣品同位素比值及元素含量計(jì)算采用Glitter V4.0程序，普通Pb校正采用Andersen(2002)的方法進(jìn)行，校正后年齡計(jì)算及諧和圖的繪制用Isoplot V2.49程序完成。

鋯石Lu－Hf同位素原位分析(Nu Plasma MCICP－MS)以氦作為載氣，激光束斑φ60 μm，溶蝕時(shí)間為60 s，溶蝕深度約為40 μm，剝蝕頻率為5 Hz。實(shí)驗(yàn)采用MT作為外部標(biāo)樣，MT的176Hf/177Hf比值為0.282 530±30。εHf(t)計(jì)算采用的176Lu的衰變常數(shù)為1.865 ×10－11(Scherer et al，2001)，球粒隕石176Hf/177Hf比值0.282 772，176Lu/177Hf比值0.033 2(Blichert－Toft et al，1997)。虧損地幔 Hf模式年齡(tDM1)采用176Hf/177Hf比值0.283 251，176Lu/177Hf比值0.038 4計(jì)算，二階段Hf模式年齡(tDM2)采用平均大陸殼176Lu/177Hf比值0.015計(jì)算(Griffin et al，2002)。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U－Pb年齡

樣品中大多鋯石呈淺黃色－無(wú)色，晶型較完整，顆粒多呈長(zhǎng)柱狀或板柱狀，見(jiàn)少量不規(guī)則狀或磨圓狀，可能為繼承鋯石或捕獲鋯石。鋯石CL圖片顯示，大多數(shù)鋯石均具有清晰的韻律環(huán)帶(圖2)，指示巖漿穩(wěn)定結(jié)晶的環(huán)境，極個(gè)別鋯石未顯示明顯的韻律環(huán)帶。

圖2 寧蕪盆地火山巖鋯石CL圖像Fig.2 Zircon CL images of volcanic rocks from the Nanjing-Wuhu Basin

鋯石U－Pb定年分析結(jié)果列于表1，年齡諧和圖見(jiàn)圖3。部分巖漿巖中的鋯石給出較老的結(jié)晶年齡，可能是繼承鋯石或在火山噴發(fā)、巖漿侵入過(guò)程中的捕獲鋯石。部分鋯石由于U含量太高或普通Pb丟失，其不諧和年齡將在計(jì)算中被剔除。

3件樣品中年輕鋯石大多位于諧和線(xiàn)上(圖3)，協(xié)和度都在90%以上，選取年齡相對(duì)集中的鋯石計(jì)算加權(quán)平均年齡。大王山組DJS0901－10輝石安山巖鋯石含有部分繼承或捕獲鋯石的老年齡(＜500、895、1 600 ～1 900、2 238 Ma)，較年輕的諧和年齡206Pb/238U變化于126～137 Ma之間，加權(quán)平均年齡為(130.6±1.6)Ma;WZ0904－12安山巖樣品鋯石較年輕的諧和年齡206Pb/238U變化于128～138 Ma之間，加權(quán)平均年齡為(132.6±1.8)Ma。姑山組WZ0904－1安山巖樣品鋯石較年輕的諧和年齡206Pb/238U變化于126～134 Ma之間，加權(quán)平均年齡為(131.7±1.1)Ma。所有年齡表明這些火山巖均形成于早白堊世，而非傳統(tǒng)的晚侏羅世。

表1 寧蕪盆地火山巖鋯石U-Pb定年結(jié)果Table 1 Zircon U-Pb dating of volcanic rocks from the Nanjing-Wuhu Basin

續(xù)表1

圖3 寧蕪盆地火山巖鋯石U－Pb年齡諧和圖Fig.3 Zircon U-Pb concordia of volcanic rocks in the Nanjing-Wuhu Basin

3.2 鋯石Lu－Hf同位素

鋯石Hf同位素分析結(jié)果顯示，除了樣品中捕獲的老鋯石，3件樣品中白堊紀(jì)鋯石的Hf同位素組成相對(duì)較均一(表2)。大王山組火山巖DJS0901－10樣品中135 Ma前鋯石的176Hf/177Hf初始比值為0.282 572～0.282 603，εHf(t)值范圍 －3.22～ －4.07，平均值為－3.73;WZ0904－12安山巖樣品～130 Ma鋯石的176Hf/177Hf初始比值范圍0.282 540～0.282 602，εHf(t)值范圍 －3.29～ －5.43，平均 －4.54。姑山組 WZ0904－1輝石粗安巖鋯石的176Hf/177Hf初始比值主要分布于0.282 468～～0.282 607之間，εHf(t)值范圍 －3.04～ －7.94，平均 －4.53。3件樣品Hf同位素組成基本一致(圖4)，εHf(t)=－3～－6)表明可能來(lái)源于相似的源區(qū)，且?guī)r漿演化過(guò)程中沒(méi)有受到明顯的地殼物質(zhì)的混染。

表2 寧蕪盆地火山巖鋯石Hf同位素Table 2 Zircon Hf isotopic results of volcanic rocks from the Nanjing-Wuhu Basin

圖4 寧蕪盆地火山巖鋯石U－Pb年齡－εHf(t)圖Fig.4 Zircon U-Pb ages-εHf(t)diagram of volcanic rocks from the Nanjing-Wuhu Basin

4 討論與結(jié)論

4.1 成巖時(shí)代對(duì)比

前人對(duì)寧蕪盆地內(nèi)的火山巖進(jìn)行過(guò)較多的同位素測(cè)年工作，早期傳統(tǒng)的K－Ar法定年結(jié)果所得的年齡分散且誤差值稍大，可能與K－Ar較低的封閉溫度有關(guān)。近年來(lái)，高精度鋯石U－Pb定年結(jié)果顯示龍王山組火山巖年齡為135～131 Ma，大王山組火山巖年齡為132～127 Ma，姑山組火山巖年齡為132～128 Ma，娘娘山組火山巖年齡為131～119 Ma(表3)。4個(gè)組的火山巖在誤差范圍內(nèi)幾乎一致。周濤發(fā)等(2011)通過(guò)研究火山巖地質(zhì)特征和年代學(xué)，認(rèn)為寧蕪地區(qū)的4個(gè)火山巖旋回可以分為2個(gè)階段：早期龍王山旋回和大王山旋回(時(shí)限約為135～130 Ma)，晚期姑山旋回和娘娘山旋回(時(shí)限約為130～127 Ma)。毛建仁等(1990)認(rèn)為大王山與姑山旋回之間存在火山作用由強(qiáng)到弱、巖性從中基性到中酸性的轉(zhuǎn)換。本次測(cè)得寧蕪盆地4個(gè)旋回中2個(gè)大王山組火山巖的年齡為(130.6±1.6)Ma和(132.6±1.8)Ma，1個(gè)姑山組火山巖的年齡為(131.7±1.1)Ma，與前人定年結(jié)果在誤差范圍內(nèi)一致。龍王山、大王山和姑山3個(gè)旋回形成時(shí)限約在135～127 Ma之間，娘娘山旋回一期堿性火山巖噴發(fā)較晚，最晚可能為119 Ma，說(shuō)明前3個(gè)火山旋回較連續(xù)，無(wú)明顯的巖漿寧?kù)o期時(shí)限(侯可軍等，2010;周濤發(fā)等，2011;王麗娟等，2014b)。

寧蕪盆地中大量發(fā)育玢巖型鐵礦，前人對(duì)與鐵礦成礦關(guān)系密切的閃長(zhǎng)玢巖也進(jìn)行過(guò)一些定年工作(表3)，其年齡集中于131～128 Ma;而偏酸性的侵入巖年齡集中在128～122 Ma之間。中基性侵入巖與火山巖形成時(shí)代相似，巖石地球化學(xué)成分也相似，指示可能屬于同質(zhì)異相體，而酸性侵入體應(yīng)是巖漿演化最晚期的產(chǎn)物(王麗娟等，2014b)。

此外，在大王山組和姑山組火山巖中還發(fā)現(xiàn)少量捕獲鋯石，年齡變化很大，主要分布于700～2 500 Ma和460～228 Ma之間。而前人的研究在龍王山組也發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的捕獲鋯石(張旗等，2003;王麗娟等，2014b)，說(shuō)明揚(yáng)子地塊東部可能存在元古代、古生代的基底。

除寧蕪盆地外，長(zhǎng)江中下游還分布有溧水、廬縱、繁昌和金牛等火山巖盆地，長(zhǎng)江中下游盆地巖性自西向東表現(xiàn)出一定的分帶性，前人曾認(rèn)為這些盆地自西向東有逐漸年輕化的趨勢(shì)(陳江峰等，2005;禹堯等，2009)。結(jié)合溧水盆地精確鋯石定年數(shù)據(jù)(王麗娟等，2014a)和本次研究獲得的新數(shù)據(jù)(表3)，各火山盆地的火山噴發(fā)時(shí)代基本一致，集中發(fā)生在135～125 Ma期間(除少量娘娘山組火山巖發(fā)生于119 Ma)，中基性侵入巖的年齡集中于132～127 Ma，偏酸性侵入巖的年齡集中于128～122 Ma，均為早白堊世產(chǎn)物?；鹕交顒?dòng)時(shí)限相對(duì)較短，峰期作用主要發(fā)生在130 Ma前，說(shuō)明各個(gè)火山盆地的形成受到同一地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制控制。

4.2 巖漿源區(qū)

本次研究對(duì)3個(gè)樣品進(jìn)行了鋯石的Hf同位素組成測(cè)試，結(jié)果顯示寧蕪火山巖鋯石的εHf(t)值均為負(fù)值(－3～－7.9)，且Hf模式年齡遠(yuǎn)大于其形成年齡，說(shuō)明寧蕪盆地火山巖巖漿主要來(lái)自于富集地幔，或者巖漿源區(qū)受到過(guò)地殼物質(zhì)的混染(吳福元等，2007)。在εHf(t)－年齡圖解(圖4)中，寧蕪盆地2期火山巖分布于球粒隕石演化線(xiàn)之下，而且相對(duì)集中，呈弱富集的特點(diǎn)，這表明寧蕪盆地火山巖的巖漿并未受到明顯的地殼物質(zhì)混染。侯可軍等(2010)報(bào)道的寧蕪地區(qū)巖漿巖鋯石εHf(t)值的分布范圍為－0.7～－6.9，平均值在－2.3～－5.0之間;胡勁平等(2010)報(bào)道的寧蕪盆地與玢巖型鐵礦成礦關(guān)系密切的輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖鋯石εHf(t)值為－6.3～－8.6;王麗娟等(2014b)報(bào)道的寧蕪盆地龍王山、大王山、姑山旋回火山巖及同期次火山巖－侵入巖的鋯石εHf(t)值為－2～－5，表明寧蕪盆地火山巖和次火山巖具有相似源區(qū)。

表3 各盆地已發(fā)表火山巖-侵入巖年齡數(shù)據(jù)Table 3 Published ages of volcanic intrusive rocks from the basins

續(xù)表3

寧蕪盆地火山巖普遍富鉀，以橄欖玄粗巖系為主，晚期逐漸向高鉀鈣堿系列演化，通常認(rèn)為堿性富鉀質(zhì)巖石的巖漿源區(qū)是含有角閃石或金云母等富鉀礦物相的交代富集地幔。寧蕪火山巖富集Rb、Ba、K等大離子親石元素，虧損Nb－Ta和Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素，而無(wú)Zr－Hf異常，可證實(shí)富集地幔是由殼源熔體/流體交代形成(王麗娟等，2014b)。結(jié)合 Hf同位素組成，認(rèn)為寧蕪盆地火山巖及次火山巖源區(qū)可能為一個(gè)富集地幔，受過(guò)少量殼源物質(zhì)的混染。

4.3 地球動(dòng)力學(xué)背景

包括寧蕪盆地在內(nèi)的長(zhǎng)江中下游火山巖盆地是中國(guó)東部火山巖的重要組成部分，其形成受中國(guó)東部中生代燕山期地球動(dòng)力學(xué)背景制約，期間區(qū)域構(gòu)造格局發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變，由近EW向轉(zhuǎn)換為NE—NNE向(陶奎元等，1998;戚建中等，2000;毛景文等，2007)。目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，中國(guó)東南部燕山晚期巖漿活動(dòng)形成于古太平洋板塊對(duì)華南板塊俯沖消減作用的構(gòu)造背景。俯沖作用大致開(kāi)始于早—中侏羅世(Jahn，1974;Zhou et al，2000)，侏羅紀(jì)中晚期(170～135 Ma)，古太平洋板塊大致向SW方向俯沖，使整個(gè)研究區(qū)處于擠壓狀態(tài)，地層加厚，這與長(zhǎng)江中下游地區(qū)巖漿巖由膠東地區(qū)向鄂東、九瑞和銅陵逐漸年輕(王麗娟等，2014a)，以及高鉀鈣堿性中酸性侵入巖形成于145～135 Ma(王彥斌等，2004;徐夕生等，2004)吻合。135 Ma之后，大洋板塊的俯沖作用減弱，俯沖板片發(fā)生后撤，研究區(qū)整體轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘埍尘?，開(kāi)始了包括寧蕪盆地在內(nèi)的一系列斷陷盆地和強(qiáng)烈的火山作用(王麗娟等，2014a)。結(jié)合本次研究成果，寧蕪盆地火山作用峰期發(fā)生于131～133 Ma之間，在時(shí)空關(guān)系上，與王麗娟等(2014a)提出的135 Ma之后太平洋板塊后撤、拉張環(huán)境下形成一系列火山巖盆地的觀點(diǎn)吻合。因此，筆者更傾向于寧蕪盆地廣泛的巖漿活動(dòng)是太平洋板塊俯沖作用減弱，發(fā)生后撤拉張背景下的產(chǎn)物。

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