楊 彪,王正其,肖金根,曹達(dá)旺

(1.安徽省核工業(yè)勘查技術(shù)總院,蕪湖 241000;2.東華理工大學(xué),南昌 330013)

代表大陸拉張裂解的基性巖脈包含豐富的幔源信息,可作為衡量重要構(gòu)造轉(zhuǎn)換時(shí)間的標(biāo)尺[1],對(duì)于研究深部地幔性質(zhì)和大陸動(dòng)力學(xué)演化具有重要意義,是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)[2],眾多學(xué)者對(duì)基性巖脈的年代學(xué)、地球化學(xué)特征及其與鈾成礦的關(guān)系進(jìn)行了研究[3-8]。安徽黃梅尖地區(qū)中生代巖漿活動(dòng)頻繁,基性巖脈出露較少,前人主要對(duì)黃梅尖巖體及鄰區(qū)火山巖的地質(zhì)背景、巖石成因、時(shí)代和鈾成礦規(guī)律進(jìn)行了研究[9-19]。輝長巖和玄武巖地球化學(xué)特征及同位素年代學(xué)研究表明,其原始巖漿來源于富集的巖石圈地幔,成巖年齡為115～125 Ma[20-22]。目前,對(duì)該區(qū)輝綠玢巖的研究相對(duì)較少。

本文以黃梅尖巖體內(nèi)的輝綠玢巖為研究對(duì)象,在野外地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)綜合研究的基礎(chǔ)上,對(duì)輝綠玢巖進(jìn)行K-Ar年代學(xué)、地球化學(xué)及Sr-Nd同位素特征研究,探討黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖的形成時(shí)代、巖石成因和構(gòu)造演化特征,為進(jìn)一步探討該區(qū)鈾礦成礦作用提供參考。

1 地質(zhì)背景

黃梅尖地區(qū)位于廬樅盆地東南緣,揚(yáng)子板塊北緣,西臨郯廬深大斷裂,東臨長江斷裂。區(qū)內(nèi)出露的地層主要有早侏羅世磨山組(J1m)、中侏羅世羅嶺組(J2l)陸相碎屑沉積巖和早白堊世龍門院組(K1l)、磚橋組(K1z)火山巖(圖1)。黃梅尖堿性巖體是廬樅盆地出露面積最大的巖體,形成于火山巖之后,巖體與火山巖系及沉積地層呈侵入接觸關(guān)系,是由2個(gè)階段4次侵入活動(dòng)形成的復(fù)式巖體。第一階段為主侵入階段,形成了黑云母正長巖和石英正長巖,石英正長巖是第二次侵入活動(dòng)的產(chǎn)物,為黃梅尖巖體的主體巖性;第二階段為補(bǔ)充侵入階段,形成細(xì)粒似斑狀石英正長巖和花崗巖。區(qū)內(nèi)脈巖發(fā)育,主要有花崗巖脈、正長巖脈、正長斑巖脈、閃長斑巖脈和輝綠玢巖脈。區(qū)內(nèi)以NW向斷裂為主,其次有EW向、SN向和NE向斷裂(圖1),這些斷裂為晚期巖漿和成礦熱液活動(dòng)提供了有利通道,與黃梅尖地區(qū)鈾成礦密切相關(guān)。

1.第四系;2.磚橋組;3.龍門院組;4.羅嶺組;5.磨山組;6.燕山晚期第二階段第二次侵入花崗巖;7. 燕山晚期第二階段第二次侵入正長斑巖;8. 燕山晚期第二階段第一次侵入細(xì)粒似斑狀石英正長巖;9. 燕山晚期第一階段第二次侵入石英正長巖;10. 燕山晚期第一階段第一次侵入黑云母正長巖;11.輝石粗安玢巖;12.隱爆角礫巖;13.花崗巖脈;14.正長巖脈;15.石英正長巖脈;16.正長斑巖脈;17.閃長玢巖脈;18.輝綠玢巖脈;19.斷裂;20.鈾礦床;21.鈾礦點(diǎn);22.采樣位置圖1 安徽黃梅尖地區(qū)地質(zhì)略圖[13]Fig. 1 Geological sketch map of the Huangmeijian area, Anhui Province[13]

2 巖石學(xué)特征

本次研究的輝綠玢巖主要分布在黃梅尖巖體西嶺庵一帶(圖1),脈巖走向呈NE向、NW向或NWW向。脈巖最長達(dá)1 200 m,寬50 m,走向呈北東25°方向,與NW向或NWW向脈巖在西南端不相交,單獨(dú)分布。巖石新鮮面呈灰黑色,斑狀結(jié)構(gòu)、輝綠結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。斑晶含量占30%～40%,主要由輝石和少量斜長石組成,偶見黑云母,晶形較完好,輝石包括單斜輝石和斜方輝石;基質(zhì)為全晶質(zhì)結(jié)構(gòu),含量占60%～70%,以斜長石、輝石為主,偶見黑云母,此外含有黃鐵礦等不透明礦物。巖脈蝕變較弱,偶見弱碳酸鹽巖化、綠泥石化。

3 測試方法

對(duì)黃梅尖巖體西嶺庵地表最長的輝綠玢巖露頭進(jìn)行采樣,具體位置如圖1所示。共采集同位素年代學(xué)樣品2個(gè)、巖石地球化學(xué)樣品5個(gè)、Sr-Nd同位素樣品3個(gè)。K-Ar法年齡測試工作在中國石油勘探開發(fā)研究院石油地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究中心完成,采用MM 5 400靜態(tài)真空質(zhì)譜計(jì)測定。樣品在1 500 ℃左右熔化的同時(shí),加入準(zhǔn)確定量的38Ar稀釋劑,測定混合稀釋劑后的同位素比值(40Ar/38Ar)m和(38Ar/36Ar)m,求出樣品的放射性成因40Ar,再根據(jù)樣品的K含量計(jì)算年齡,分析結(jié)果見表1。主量元素、微量元素和Sr-Nd同位素分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心完成,其中主量元素采用X射線熒光光譜法測定,儀器型號(hào)為飛利浦PW2404 X射線熒光光譜儀;微量元素分析采用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)法測定,電感耦合等離子體質(zhì)譜儀為Finnigan-MAT公司產(chǎn)Element XR型;Sr-Nd同位素測試儀器型號(hào)為PHOENIX,儀器編號(hào)為9444,Sr、Nd比值誤差以2σ計(jì)。

4 測試結(jié)果

4.1 K-Ar年代學(xué)特征

黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖K-Ar法年齡測試結(jié)果見表1。2個(gè)樣品獲得的成巖年齡值分別為107.2±1.6 Ma和106.1±1.6 Ma,二者在誤差范圍內(nèi)完全一致。黃梅尖巖體主體巖石(石英正長巖)的形成年齡為125.4±1.7 Ma[16],補(bǔ)體巖石的形成年齡為～115 Ma[9],火山巖形成年齡為135～127 Ma,均形成于早白堊世[19]。據(jù)此推斷,輝綠玢巖可能是黃梅尖地區(qū)最晚一次巖漿作用的產(chǎn)物。

表1 黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖K-Ar法年齡測試結(jié)果

測試單位:中國石油勘探開發(fā)研究院石油地質(zhì)研究中心

4.2 地球化學(xué)特征

4.2.1 主量元素

黃梅尖巖體輝綠玢巖主量元素含量及特征參數(shù)見表2。輝綠玢巖SiO2含量為55.20%～67.57%;Na2O+K2O為6.41%～11.24%,K2O/Na2O為1.01～2.75;Al2O3含量為10.78%～18.26%,平均值為15.13%;TiO2含量為0.43%～1.36%,MgO含量為0.16%～2.59%,具有富K、低Ti的特征。固結(jié)指數(shù)(SI)為1.11～11.03,鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.647～1.031,屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)巖石。

在K2O-SiO2圖解(圖2(a))上,所有樣品投影點(diǎn)均落在鉀玄巖系列范圍內(nèi);在Harker圖解(圖2(b))上,輝綠玢巖SiO2含量與MgO、TiO2、P2O5含量呈負(fù)相關(guān),與K2O含量呈正相關(guān),反映了在巖漿演化過程中可能發(fā)生一定程度的單斜輝石、鈦鐵氧化物和磷灰石分離結(jié)晶作用。

表2 黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖主量元素含量及特征參數(shù)

測試單位:核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心

圖2 輝綠玢巖K2O-SiO2(a)和Harker(b)圖解[23]Fig. 2 K2O-SiO2 (a) and Harker (b) diagrams of the diabase porphyrites[23]

4.2.2 微量元素

黃梅尖巖體輝綠玢巖微量元素含量及特征參數(shù)見表3。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖3)上,各樣品具有相似的曲線特征。曲線“峰谷”明顯,總體呈左側(cè)“M型”,經(jīng)明顯Pb峰值后,右側(cè)具有右傾趨勢,尾端漸趨平緩,總體表現(xiàn)為大離子親石元素K、Rb、U、Pb富集,Ba、Th弱虧損。Pb、U強(qiáng)烈富集,可能與黃梅尖地區(qū)普遍存在鈾礦化和鉛鋅礦化有關(guān)[13]。高強(qiáng)場元素Nb、P、Ta、Ti虧損,其中P、Ti虧損明顯,Zr、Hf弱虧損。P虧損反映源區(qū)可能缺少磷灰石或熔融程度較低,Ti虧損可能與金紅石、鈦鐵礦分離結(jié)晶有關(guān),Ta、Nb呈明顯“U”型槽,暗示巖漿演化過程中可能存在地殼物質(zhì)的參與或地幔源區(qū)可能是受俯沖流體交代的富集型地幔。

表3 黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖微量元素、稀土元素含量及特征參數(shù)

測試單位:核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心

圖3 輝綠玢巖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖[24]Fig. 3 Primitive mantle-normalized trace elements spidergram of the diabase porphyrites[24]

4.2.3 稀土元素

圖4 輝綠玢巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線圖[24]Fig. 4 Chondrite-normalized REE distribution patterns of the diabase porphyrites[24]

黃梅尖巖體輝綠玢巖稀土元素含量及特征參數(shù)見表3。輝綠玢巖稀土元素總量ΣREE為(309.81～337.72)×10-6,平均值為325.78×10-6。輕稀土元素含量為(283.19～308.55)×10-6,平均值為297.77×10-6;重稀土元素含量為(26.62～29.17)×10-6,平均值為28.02×10-6。LREE/HREE為10.54～10.71,平均值為10.63,LaN/YbN平均值為14.01,說明輕、重稀土元素分離較明顯,屬輕稀土富集型。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線圖(圖4)上,各樣品曲線一致并重疊,為輕稀土富集型,反映巖漿形成過程中部分熔融程度較低或巖漿分離結(jié)晶程度較高。δEu為0.91～0.98,平均值為0.94,未見明顯Eu異常,反映巖漿演化作用過程中斜長石的分離結(jié)晶作用不明顯。

4.3 Sr-Nd同位素地球化學(xué)

黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖Rb-Sr、Sm-Nd同位素測試結(jié)果及基于輝綠玢巖成巖年齡(～107 Ma)的Isr、ΔSr、(143Nd/144Nd)i和εNd(t)計(jì)算結(jié)果見表4。3個(gè)輝綠玢巖的Isr值為0.705 75～0.705 88,平均值為0.705 79,大于虧損地幔(DM)值(Isr值一般為0.702 0～0.702 4)和高μ值地幔端元(HIMU)(Isr值一般為0.702 6～0.703 0),小于富集地幔(EMII)的Isr值(通常>0.710),與富集地幔(EMI)的Isr值(一般為0.704 5～0.706 0)接近[25],暗示與輝綠玢巖對(duì)應(yīng)的巖石圈地幔源區(qū)具有富集地幔(EMI)特征。Dupal同位素異常是判斷地幔端元及富集地幔的主要特征之一,ΔSr>50是判別Dupal同位素異常的重要邊界條件之一[25-26]。輝綠玢巖ΔSr為57.46～58.80(表4),均>50, 進(jìn)一步證明輝綠玢巖來自富集地幔源區(qū)。

輝綠玢巖(143Nd/144Nd)i為0.512 124～0.512 188,平均值為0.512 157,小于虧損地幔(DM)值((143Nd/144Nd)i為0.513 1～0.513 3)和高μ地幔(HIMU)值((143Nd/144Nd)i為0.512 8),具有與富集地幔(EMI或EMII)((143Nd/144Nd)i為0.512 4～0.511 0)相似的Nd同位素特征[25],說明輝綠玢巖源區(qū)及其成因可能與富集地幔相關(guān)。輝綠玢巖εNd(t)值為-6.1～-7.3,平均值為-6.7,與洋中脊玄武巖的εNd(t)值(10±1.5)存在顯著差別,說明輝綠玢巖源自富集地幔源區(qū)。

表4 黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖Rb-Sr、Sm-Nd同位素測試結(jié)果

測試單位:核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心。分析誤差以2σ計(jì)，ΔSr=[(87Sr/86Sr)樣品-0.7]×104。

4 討 論

4.1 巖石成因

黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖富集大離子親石元素K、Rb、U、Pb和LREE,虧損高場強(qiáng)元素Nb、Ta、P、Ti,與俯沖帶相關(guān)的高K/Ti、低Ti鉀質(zhì)巖石類似,明顯不同于板內(nèi)低K/Ti、高Ti鉀質(zhì)巖石[27]。輝綠玢巖Nb/La值為0.30～0.32,低于大陸地殼平均值(0.5～0.8)[28],且Nb/Ta與La/Yb線性相關(guān)性不顯著(圖5)或不具有負(fù)相關(guān)性,結(jié)晶分異作用不會(huì)導(dǎo)致Nb/La值的降低(Nb的不相容性大于La的不相容性)。由La-La/Sm圖解(圖6)可知,輝綠玢巖主要由部分熔融形成。據(jù)此推測,黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖可能為與“島弧型”有關(guān)的鉀玄巖,來源于富集地幔的部分熔融。

圖5 輝綠玢巖Nb/Ta-La/Yb圖解Fig. 5 Nb/Ta-La/Yb diagram of the diabase porphyrites

圖6 輝綠玢巖La-La/Sm圖解Fig. 6 La-La/Sm diagram of the diabase porphyrites

A1+A2.板內(nèi)堿性玄武巖；A2+C.板內(nèi)拉斑玄武巖；B.E型MORB；D.N型MORB；C+D.火山巖弧玄武巖；Ⅰ.板塊發(fā)散邊緣；Ⅱ.板塊匯聚邊緣；Ⅲ.大洋板塊內(nèi)洋島；Ⅵ1.陸內(nèi)裂谷、陸緣裂谷拉斑玄武巖；Ⅵ2.陸內(nèi)裂谷堿性玄武巖；Ⅵ3.大陸拉張帶玄武巖；Ⅴ.地幔熱柱玄武巖圖7 輝綠玢巖2Nb-Zr/4-Y構(gòu)造環(huán)境判別圖(a)及 Ta/Hf-Th/Hf構(gòu)造環(huán)境判別圖(b)[34-35]Fig. 7 Tectonic discrimination diagrams of 2Nb-Zr/4-Y(a) and Ta/Hf-Th/Hf(b) for the diabase porphyrites[34-35]

黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖Rb/Sr值和Rb/Ba值分別為0.106～0.111和0.133～0.144, 均高于原始地幔相應(yīng)比值(原始地幔的Rb/Sr值和Rb/Ba值分別為0.029和0.088)[24],Sr平均值為1 215×10-6,Ba平均值為934×10-6,兩者較相近,表明在巖漿分異過程中它們的總分配系數(shù)KD接近于1,且Sr-Nd同位素組成變化范圍較小,說明巖漿分異演化程度較高,源區(qū)可能是一種均勻交代的地幔。在輝綠玢巖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖3)上,所有樣品Nb、Ta、P、Ti呈負(fù)異常,Pb呈正異常,這一特征通常是俯沖帶火山巖的特征[29],可能與巖石圈地幔的交代作用有關(guān)[30]。此外,輝綠玢巖Nb/U平均值為5.44,Nb/La平均值為0.31,Ce/Pb平均值為7.23,遠(yuǎn)低于典型未被地殼混染的洋中脊玄武巖(MORB)和洋島玄武巖(OIB)的相應(yīng)值(Nb/U=47±10,Nb/La=1.0,Ce/Pb=25±5)[24],且Zr/La平均值(0.31)明顯低于大陸地殼平均值(0.7);Ba/La為13.20～13.95,平均值為13.59,遠(yuǎn)高于原始地幔平均值(9.26),遠(yuǎn)低于大陸地殼平均值(25),接近于富集地幔(EMI)(11.3～19.1)和(EMII)(7.3～13.5)的平均值,與Sr-Nd同位素分析結(jié)果相吻合。綜上,黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖起源于與俯沖交代作用有關(guān)的富集地幔。

4.2 地質(zhì)意義

黃梅尖復(fù)式巖體是廬樅盆地A型花崗巖帶的重要組成部分,受中國東部中生代燕山期地球動(dòng)力學(xué)背景制約[16]。三疊紀(jì)以來,揚(yáng)子板塊與華北板塊碰撞,形成了以超高壓變質(zhì)為特征的秦嶺—大別造山帶[31];晚侏羅世—白堊紀(jì),中國東部完成了由特提斯構(gòu)造體制向古太平洋構(gòu)造體制的轉(zhuǎn)換,古太平洋板塊俯沖，在廬樅盆地形成了擠壓-伸展背景下的火山-侵入巖帶,包括廬樅盆地在內(nèi)的長江中下游地區(qū)在135～127 Ma期間進(jìn)入快速伸展時(shí)期[32],并于130～120 Ma巖石圈減薄階段達(dá)到高潮[33]。黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖成巖年齡為～107 Ma,明顯晚于廬樅盆地火山巖和侵入巖的年齡,說明該區(qū)輝綠玢巖可能形成于伸展構(gòu)造環(huán)境。在輝綠玢巖2Nb-Zr/4-Y圖(圖7(a))和 Ta/Hf-Th/Hf(圖7(b))上,輝綠玢巖落入板內(nèi)堿性玄武巖和大陸拉張帶玄武巖區(qū),進(jìn)一步證明輝綠玢巖形成于伸展構(gòu)造背景。因此,輝綠玢巖是在古太平洋板塊俯沖引起的地殼伸展和巖石圈減薄的構(gòu)造背景下,由俯沖交代作用形成的富集地幔部分熔融形成的。

黃梅尖地區(qū)8411鈾礦床的主成礦期年齡為108.67 Ma[36],晚于黃梅尖石英正長巖(115～125 Ma)[9,16]和火山巖成巖年齡(127～135 Ma)[19],說明侵入作用發(fā)生在火山巖形成后,鈾成礦作用是石英正長巖侵位后的地質(zhì)事件。大量研究表明[13，18，37-38],廬樅盆地包括黃梅尖及鄰區(qū)在內(nèi)的火山巖和正長巖類侵入巖主要來源于富集地幔,且二者的Isr、(143Nd/144Nd)i、εNd(t)與輝綠玢巖接近[39],說明輝綠玢巖與黃梅尖石英正長巖和火山巖具有相似的物質(zhì)來源,可能是一個(gè)巖漿體系下不同階段巖漿演化的產(chǎn)物。本次研究表明,輝綠玢巖成巖年齡晚于上述巖石年齡,與鈾成礦年齡基本一致,鈾成礦流體具有深源特征[17]。目前,黃梅尖地區(qū)已探明的鈾礦床均分布在巖體與砂巖接觸帶附近,巖體內(nèi)部有大量鈾礦點(diǎn)和異常點(diǎn),部分鈾礦化受巖脈控制。在西嶺庵輝綠玢巖脈群內(nèi)及接觸帶有較多的鈾異常點(diǎn)和異常場暈,異常場暈呈“孤島狀”分布,異常點(diǎn)放射性強(qiáng)度為(240～650)×10-6,發(fā)育1條NWW向異常帶穿切NE向輝綠玢巖脈。此外,有1條輝綠玢巖脈穿插到羅嶺組砂巖中,其接觸帶有鈾異常點(diǎn),且離輝綠玢巖脈群西側(cè)約200 m處分布4340鈾礦點(diǎn)。巖脈受早期構(gòu)造控制,礦化規(guī)模受巖脈控制,一般規(guī)模較小,強(qiáng)度偏低,有“紅化”時(shí)礦化較好。

綜上所述,推測黃梅尖地區(qū)鈾成礦作用可能與輝綠玢巖具有成因聯(lián)系。

5 結(jié) 論

(1)安徽黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖富集大離子親石元素和輕稀土元素,虧損高場強(qiáng)元素Nb、Ta、P、Ti,具有較高的Isr值和負(fù)的εNd(t)值,來自富集地幔源區(qū)。

(2)安徽黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖的成巖年齡為～107 Ma,晚于該區(qū)火山巖和侵入巖年齡,與鈾成礦年齡基本一致,鈾成礦作用可能與輝綠玢巖具有成因聯(lián)系。

(3)安徽黃梅尖地區(qū)輝綠玢巖是在地殼伸展和巖石圈減薄的構(gòu)造背景下,由俯沖交代作用形成的富集地幔楔部分熔融生成的巖漿上侵就位的。