李大鵬, 杜楊松, 于學峰, 秦新龍, Steve SCOTT,王樹星, Filipa MARQUES

安徽銅陵地區(qū)幔源鎂鐵質(zhì)團塊研究及其地質(zhì)意義

李大鵬1, 2), 杜楊松3), 于學峰1, 2), 秦新龍4), Steve SCOTT5),王樹星6), Filipa MARQUES5, 7)

幔源巖漿底侵和殼幔相互作用與巖漿同化混染-結(jié)晶分異作用一樣, 作為一種重要的巖漿(演化)作用機制, 與區(qū)域巖漿熱液流體成礦系統(tǒng)密切相關,一直受到地質(zhì)科學家們關注(Rapp et al., 1995; Sylvester et al., 1997; Hirose et al., 1999; Coltice et al., 2000; Helffrich et al., 2001; Shapiro et al., 2004; 任云生等, 2006; 李進文等, 2007; Tape et al., 2009; 楊秋榮等, 2010)。相比于地球物理、巖石學、地球化學和地熱學方法, 包體巖石學和地球化學方法是研究深部巖漿作用過程中的巖漿演化機制的最直接、最有效的手段。巖石包體的研究, 尤其是幔源包體的研究, 不僅為上地幔巖石圈物質(zhì)組成、熱結(jié)構(gòu)、流變學狀態(tài)和巖石物理性質(zhì)等提供直接的重要信息,而且也為認識幔源巖漿演化過程中的地球化學行為以及大陸巖石圈伸展減薄和殼幔動力學過程提供了有力的證據(jù)。為此, 近年來前人研究了玄武巖中的麻粒巖包體(Krabbendam et al., 2000; Saha et al., 2008; Zhao et al., 2010), 玄武巖中的橄欖巖包體(Ayalew et al., 2009), 中酸性侵入巖中的微粒閃長質(zhì)包體(Diego et al., 1999; Nardi et al., 2000; Dahlquist, 2002; Perugini et al., 2003)以及花崗巖中的礦物巨晶和堆積晶(Andersen et al., 1984, 1987;杜楊松等, 2004a, b; 李大鵬等, 2012)。前人對各類巖石包體的研究主要集中在礦物學、巖相學以及基于同位素地球化學、巖石地球化學的模擬方面, 而對于包體詳細的元素地球化學的研究, 尤其是對處于大型礦集區(qū)背景下幔源巖石包體的精確元素地球化學研究和巖漿作用深部過程聯(lián)系起來進行的綜合研究工作較為欠缺。

安徽銅陵地區(qū)位于長江中下游巖漿巖帶中部,構(gòu)造上隸屬于揚子板塊東北緣下?lián)P子坳陷中部的相對隆起區(qū)。區(qū)域地質(zhì)、地球物理資料以及前人的研究表明(陳滬生等, 1988; 唐永成等, 1998; Lü et al., 2003; 秦新龍, 2007; 杜楊松等, 2010), 本區(qū)莫霍面深度約為30～32 km, 自中生代以來未發(fā)生明顯變化,其巖石圈結(jié)構(gòu)可分為6大構(gòu)造層, 自上而下依次為: (1)中—新生界陸相碎屑巖及火山巖, 深度約為0～4 km; (2)中—古生界海相碳酸鹽巖和碎屑巖, 深度約為4～8 km; (3)中—新元古界綠片巖相淺變質(zhì)巖系, 深度約為 8～12 km; (4)太古宇—古元古界角閃巖相-麻粒巖相深變質(zhì)巖系, 深度約為 12～18 km; (5)硅鎂層, 深度約為18～32 km; (6)地幔蓋層, 深度大于32 km。作為我國最著名的銅鐵成礦帶之一, 區(qū)內(nèi)中生代中酸性侵入巖廣泛分布, 并發(fā)育著大量的巖石包體和礦物巨晶, 在這些巖石包體中以來源于中下地殼的(暗色)微粒閃長質(zhì)包體居多, 得到了廣泛研究, 但對寄主于部分微粒閃長質(zhì)包體中的幔源鎂鐵質(zhì)團塊的研究相對薄弱, 只在少數(shù)論文中略有涉及(鄂莫嵐等, 1987; 秦新龍, 2007; 杜楊松等, 2010), 尚未開展全面的研究。筆者借助加拿大多倫多大學的二次飛行時間離子探針(Tof-SIMS)以及掃描電鏡、電鏡能譜和電子探針對區(qū)內(nèi)小銅官山石英二長閃長巖體微粒閃長質(zhì)包體中的幔源鎂鐵質(zhì)團塊進行了詳細的研究, 提供了首套精確的礦物化學數(shù)據(jù)和元素分布圖, 并在此基礎上討論了銅陵地區(qū)中生代幔源巖漿殼幔相互作用等巖漿深部過程。

1 巖相學特征

小銅官山巖體出露面積約1.5 km2(圖1), 巖體為一北東向延伸的巖株, 侵位于銅官山背斜北西翼泥盆—二疊系地層中。主要巖石類型為石英二長閃長巖。巖石呈淺灰白色, 細-中粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)。主要成分為: 斜長石(65%～70%)、鉀長石(4%～6%)、角閃石(7%～10%)、透輝石(1%～3%)、石英(10%～15%)和黑云母(～1%), 副礦物主要為磁鐵礦、磷灰石和榍石。巖體鋯石U-Pb年齡為(139.5±2.9) Ma (Li et al., 2011)。

微粒閃長質(zhì)包體是小銅官山巖體中常見的巖石包體, 多以單個或局部成群的狀態(tài)產(chǎn)出, 但有意義的是在部分微粒閃長質(zhì)包體中發(fā)現(xiàn)有不規(guī)則的鎂鐵質(zhì)團塊, 即鎂鐵質(zhì)團塊包裹于微粒閃長質(zhì)包體中,而微粒閃長質(zhì)包體包裹于寄主的小銅官山石英二長巖中(圖2A, B)。

微粒閃長質(zhì)包體呈灰黑色, 較新鮮, 形態(tài)多樣,以橢圓形輕微棱角狀產(chǎn)于小銅官山巖體中。包體粒徑多集中在2～50 cm(個別可達100 cm以上)。巖石具典型的微粒半自形自形粒狀結(jié)構(gòu), 礦物分布均勻,由斜長石(約60%～65%)、角閃石(30%～35%)、鉀長石(～5%)、黑云母(～2%)及少量石英和單斜輝石組成,副礦物主要為磁鐵礦、磷灰石及少量榍石。其中斜長石多呈粒狀或柱狀, 晶形尚好, 雙晶發(fā)育; 角閃石呈黃綠色, 多以板狀、柱狀及不規(guī)則狀產(chǎn)出, 局部可見雙晶; 鉀長石呈他形粒狀; 黑云母多為半自形粒狀、板片狀產(chǎn)出, 部分交代角閃石。

圖1 安徽銅陵地區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)秦新龍, 2007)Fig. 1 Simplified geological map of Tongling area, Anhui Province(after QIN, 2007)

鎂鐵質(zhì)團塊粒徑一般在0.30～3.00 mm, 多呈橢球狀、球狀或鞋狀, 不均勻地包裹于微粒閃長質(zhì)包體中, 局部較集中。鎂鐵質(zhì)團塊主要由三種礦物組合形式: (1)陽起石-透閃石型: 陽起石(核部)+透閃石(邊部)+黑云母(殼部)(圖2C, D), 除了殼部的黑云母, 這類團塊內(nèi)部主要由透閃石(45%～50%)、陽起石(35%～40%)、角閃石(5%～10%)、透輝石(2%～5%)、黑云母(5%～10%)和少量的Cr磁鐵礦(～5%)組成; (2)角閃石型: 角閃石+透閃石(核部)+黑云母(殼部)(圖2E), 除了殼部的黑云母, 這類團塊內(nèi)部主要由角閃石(30%～50%)、透閃石(35%～45%), 黑云母(6%～8%)、陽起石(2%～5%)和少量的Cr磁鐵礦(～5%)組成。(3)透輝石型: 透輝石+透閃石(核部)+Cr磁鐵礦+黑云母(殼部)(圖 2F, 2G), 除了殼部的黑云母,這類團塊內(nèi)部主要由透輝石(25%～40%)、透閃石(30%～35%)、Cr磁鐵礦(20%～40%)和少量的黑云母(～3%)組成。另外在個別鎂鐵質(zhì)團塊內(nèi)部見有少量的鋁直閃石(圖2H)。多數(shù)鎂鐵質(zhì)團塊都由淺顏色的核和相對顏色較深的殼組成。核部主要由細粒的透閃石、陽起石以及富Cr磁鐵礦組成; 而暗色的殼部主要是由鎂鐵閃石蝕變而成的黑云母。少數(shù)的團塊呈“蛋”結(jié)構(gòu), 有暗色的核(蛋黃), 淺色的邊部(蛋清)和暗色的殼(蛋殼)(圖2C, D), “蛋黃”主要由細粒的陽起石和殘余的透輝石組成, “蛋清”主要為淺色的透閃石, “蛋殼”主要由細粒的角閃石和黑云母組成。此外, 鎂鐵質(zhì)團塊內(nèi), 尤其是以透輝石為主的鎂鐵質(zhì)團塊通常發(fā)育一定數(shù)量的Cr磁鐵礦,呈片狀、港灣狀以及散點狀, 粒徑較大, 可達20～150 μm(圖2F, G)。由殘余的角閃石(圖2E)和透輝石(圖 2F)可以看出, 鎂鐵質(zhì)團塊的原始礦物主要為角閃石和透輝石, 受后期蝕變作用影響, 使二者多發(fā)生了陽起石化和透閃石化。

2 礦物學與Tof-SIMS元素地球化學

2.1 角閃石和輝石礦物學

對鎂鐵質(zhì)團塊進行的礦物學分析是筆者在中國地質(zhì)大學(北京)科學研究院利用JEOL Superprobe 733型電子探針儀器完成的, 實驗條件均為: 加速電壓15 kV, 束流1×10-8, 束斑1 μm。角閃石和輝石的礦物學數(shù)據(jù)列于表1和表2, 采用電價差值法(鄭巧榮, 1983)對Fe2+和Fe3+進行調(diào)整。

鎂鐵質(zhì)團塊中的角閃石主要為透閃石, 鎂角閃石, 鎂鈣閃石以及少量的鋁直閃石(圖2H)。其中鎂鈣閃石SiO2(43.33%)、TiO2(1.59%)、Al2O3(9.18%)、MgO(12.90%)、CaO(10.56%)、Na2O(2.06%)、K2O(1.03%); 鎂角閃石 SiO2(47.78%～54.65%)、TiO2(0.21%～1.43%)、Al2O3(1.69%～6.85%)、MgO(15.93%～22.38%)、CaO(10.10%～10.78%)、Na2O (0.28%～1.94%)、K2O(0.07%～0.72%); 透閃石SiO2(54.00%～56.08%)、TiO2(0.00%～0.19%)、Al2O3(0.40%～1.31%)、MgO(18.63%～22.67%)、CaO(10.31%～11.19%)、Na2O(0.00%～0.51%)、K2O(0.00%～0.09%)。可見, 在蝕變過程中, 從鎂鈣閃石到鎂角閃石, 再到透閃石, 隨著 Si的增加, 呈現(xiàn)出Mg富集和Ti、Al貧化的特點。鋁直閃石則表現(xiàn)出低Si(SiO2: 37.35%～39.30%)、高Al、Mg(Al2O3: 15.64%～16.25%; MgO: 23.69%～24.01%)的特點。鎂鐵質(zhì)團塊中的輝石主要為透輝石, 主要由SiO2(52.42%～54.73%)、TiO2(0.00%～0.27%), Al2O3(0.02%～1.74%)、 MgO(13.6%～18.34%)和 CaO (20.53%～23.20%)組成。

圖2 鎂鐵質(zhì)團塊及微粒閃長質(zhì)包體的手標本及顯微鏡照片F(xiàn)ig. 2 Photographs and photomicrographs of mafic clots (MFC) and microgranular dioritic enclaves (MME)

表2 銅陵地區(qū)鎂鐵質(zhì)團塊中的透輝石主要氧化物組成Table 2 Major oxide composition of diopside from MFCs, Tongling

2.2 Ti磁鐵礦和富Cr磁鐵礦礦物學

對鎂鐵質(zhì)團塊中磁鐵礦的礦物學研究, 是筆者在加拿大多倫多大學利用掃描電子顯微鏡(SEM)與電鏡能譜分析完成的。首先將探針片進行噴碳處理,然后用LEO435VP型掃描電子顯微鏡對樣品進行觀察并對有代表性的圖像拍照; 對典型的圖像用LINKISIS型X射線能譜儀進行成分分析。測試條件: 15 kV、100 pA。執(zhí)行標準為: SY/T 5162—1997巖石樣品掃描電子顯微鏡分析方法。圖3為掃描電鏡獲得的磁鐵礦的掃描電鏡圖像(圖 3A, B)和能譜圖(圖3C, D, E, F)。

鎂鐵質(zhì)團塊中的磁鐵礦主要包括 Ti磁鐵礦(圖3E)和富Cr磁鐵礦(圖3F)兩種。本文所得磁鐵礦礦物學數(shù)據(jù)表明, 其中 Ti磁鐵礦以富Ti(26.40%～28.44%)、富 Mn(3.15%～6.62%)為特點, Ni、Cu和 Zn的含量分別為 0.16%～0.44%、0.36%～0.54%和0.67%～0.87%。富Cr磁鐵礦Cr含量為3.06%～6.75%, Ti含量為0.20%～0.76%, Ni、Cu 和Zn的含量分別為0.25%～0.32%、0.46%～0.53%和0.57%～0.69%。相比之下, Ti磁鐵礦要比富Cr磁鐵礦表現(xiàn)出相對富集Ni、Zn和貧Cu的特征。

圖3 鎂鐵質(zhì)團塊掃描電鏡照片和主要礦物能譜Fig. 3 Microphotographs and energy spectra of major minerals in MFC

2.3 Tof-SIMS元素地球化學

飛行時間二次離子質(zhì)譜儀(Time of Flight-Secondary Ion Mass Spect rometer 簡稱TOF-SIMS)是一種微束微區(qū)(最小達0.1 μm× 0.1 μm)原位分析新技術, 主要應用于材料科學領域, 近年來也逐漸被應用于地質(zhì)科學研究中。它采用全質(zhì)量掃描、單離子檢測, 因此可以同時對元素和同位素進行分析, 分辨率極高(Stephan, 2001), 在分析粒徑微小的材料方面有著極大的優(yōu)勢。筆者首次成功利用TOF-SIMS對鎂鐵質(zhì)團塊進行了分析研究, 實驗是在加拿多倫多大學的 TOF-SIMS(型號: ION-TOF GmbH, Münster, Germany)測試實驗室完成的。首先用Ar對礦物表面進行充分的清洗, 然后利用3 keV能量并經(jīng)聚焦的一次Bi3++離子束, 在礦物表面微區(qū)進行轟擊, 礦物表面因濺射產(chǎn)生二次離子, 通過質(zhì)量飛行器(飛行管)后, 離子按質(zhì)量大小, 依時間順序先后到達檢測器被檢測, 然后經(jīng)過配套軟件(Software of ION-TOF GmbH, Münster, Germany)的處理, 即可得到各個檢測元素的原子強度(Int)和分布圖(李大鵬等, 2012)。

通過TOF-SIMS對樣品200 μm× 200 μm微區(qū)進行測試, 然后利用Software of ION-TOF GmbH軟件可以得到200 μm×200 μm微區(qū)內(nèi)任何一個不限面積,不限形狀微區(qū)內(nèi)的各離子濃度。我們獲得的數(shù)據(jù)主要有Tof-1至Tof-6共6個區(qū)域的數(shù)據(jù), 其中Tof-1 至Tof-3為磁鐵礦, Tof-4至Tof-5為透閃石, Tof-6為透閃石。47種陽離子的原子強度列于表 3, 為了便于比較, 我們分別把各個區(qū)域內(nèi)的陽離子總原子強度都換算成 1×106。磁鐵礦表現(xiàn)出高 Cr(Int(原子強度)1392～1555), 高 Mn(Int 13555～14824)的特點;透閃石相對高 Mg(Int 13614～177710)、Ca(Int 7274～16376), Cu(Int 2065～2883), V(Int 6594～9280) 和Mn(Int 16455～19779), 另外, 稀土元素Sr、Y、Ho和 Ta等也相對富集, 原子強度分別為 Int 3041～5837、Int 1379～2456、Int 311～418和 Int 319～351; 透輝石相對富集 Mg(Int 319850)、Fe(Int 4274)和Ca(Int 32435)。

圖4為利用Software of ION-TOF GmbH軟件獲取的鎂鐵質(zhì)團塊的陽離子分布圖, 清楚了展示了200 μm×200 μm微區(qū)內(nèi)的各種元素的相對原子強度以及各種離子分布情況。如圖, 鎂鐵質(zhì)團塊具有高Si、Mg、V、Cr、Ta、Pb, 低 Co、As、Rb、Te、Cs、Ba、Sm、Eu、Yb、Os等元素的性質(zhì), 顯示出幔源玄武巖漿的特征。鎂鐵質(zhì)團塊中的磁鐵礦主要由Fe、O以及鹵族元素(Cl和Br)組成。透閃石和透輝石陰離子主要元素為 O, 陽離子方面, 透閃石主要由Al、Si、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Cu和Sr元素組成, 透輝石的主要元素組成較為簡單, 主要由Si、Mg、Ca、Cu和Rb組成。

表3 銅陵地區(qū)鎂鐵質(zhì)團塊中主要礦物的陽離子原子強度(總原子強度1×106)Table 3 Element ion intensities of selected positive elements in MFCs, Tongling (total Int 1×106)

圖4 基于ToF-SIMS得到的鎂鐵質(zhì)團塊中的主要離子分布圖Fig. 4 Major ions diagram of MFC based on ToF-SIMS

3 討論

3.1 鎂鐵質(zhì)團塊的幔源性質(zhì)

關于微粒閃長質(zhì)包體, 前人做過大量的研究,普遍認為它是由殼?；煸磶r漿(幔源分異的巖漿與地殼發(fā)生混染作用形成的混合巖漿)在中地殼(或更深)巖漿房形成的(Diego et al., 1999; Nardi et al., 2000; Dahlquist, 2002; Perugini et al., 2003; 秦新龍, 2007; 杜楊松等, 2010), 形成深度約為12～16 km。而鎂鐵質(zhì)團塊包裹于微粒閃長質(zhì)包體之中, 從二者拓撲關系上來講, 寄主于微粒閃長質(zhì)包體中的鎂鐵質(zhì)團塊應該來源于更深的下地殼, 或者上地幔, 可能是在殼?；煸磶r漿到達中地殼巖漿房之前在深部捕獲的。秦新龍(2007)初步判斷鎂鐵質(zhì)團塊的原始巖漿可能來源于上地幔。由于鎂鐵質(zhì)團塊中的原生角閃石和輝石已經(jīng)發(fā)生了不同程度的透閃石化、陽起石化和透輝石化等蝕變, 故用其礦物學資料進行的結(jié)晶溫壓條件估算已經(jīng)不可靠, 但團塊中的Ti磁鐵礦、富Cr磁鐵礦以及偶見的鋁直閃石仍可以提供其為深源形成的重要信息。

眾所周知, 富 Ti-Cr磁鐵礦常形成于深部巖漿系統(tǒng), 多與地幔巖漿有關(Dobrzhineskaya et al., 1996; 金振民等, 1998; 秦新龍, 2007)。這些在深部巖漿系統(tǒng)中的 Ti-Cr磁鐵礦, 是一種高壓礦物的代表, 若幔源巖漿的受底侵作用影響上侵, 壓力降低時, 外部環(huán)境由超高壓相轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏合? 隨著溶解度的逐漸降低, 這些富 Ti-Cr磁鐵礦便會析出, 而筆者認為鎂鐵質(zhì)團塊中的Ti磁鐵礦和富Cr的磁鐵礦有可能為此過程的產(chǎn)物。另外, 鎂鐵質(zhì)團塊中的鋁直閃石也指示了一種高溫高壓的深部變質(zhì)結(jié)晶環(huán)境(Sharma et al., 1981; Robinson et al., 1982; 陸松年等, 2003; Peck et al., 2005; 王希斌等, 2005)。Robinson等(1982)指出鋁直閃石的形成與深部交代作用、熔離作用形成的一套富Mg、Al, 貧Ca的巖漿組分有關。一般含有鋁直閃石的礦物組合形成于特殊的溫壓條件, 并普遍經(jīng)歷了一個相對比較穩(wěn)定的變質(zhì)過程, 溫度和壓力集中于 600～800℃和6～10 kb, 形成深度多為 20～33 km(Akella et al., 1966; Sharma et al., 1981; Thompson, 2001; 陸松年等, 2003; Peck et al., 2005; 王希斌等, 2005), 這和直閃石～鋁直閃石的穩(wěn)定條件相一致(Greenwood, 1963; Chernosky et al., 1979)。Tof-SIMS資料也指示了鎂鐵質(zhì)團塊的幔源地質(zhì)特征, 從元素組成方面來看, 鎂鐵質(zhì)團塊有Si、Mg、V、Cr、Ta、Pb相對富集, Co、As、Rb、Te、Cs、Ba、Sm、Eu、Yb、Os等相對貧化的特征。這與中國東部幔源巖漿高Cr(路鳳香等, 2001), 低 Rb、Ba、Sr、Yb等地幔不相容元素的特點一致, 也與地幔巖石圈組成成分特征相一致(池際尚, 1987; 鄂莫嵐等, 1987)。由此筆者認為鎂鐵質(zhì)團塊可能為上地幔玄武巖漿演化的產(chǎn)物。

3.2 深部巖漿作用過程與鎂鐵質(zhì)團塊的形成

眾所周知, 上地幔部分熔融可以產(chǎn)生一套堿性玄武巖漿。Green(1967, 1968, 1970, 1976)通過實驗發(fā)現(xiàn), 在高壓(12×108～20×108Pa)且無水的條件下,地幔巖5%～10%的局部熔融產(chǎn)生的堿性玄武巖成分的液體與參與的二輝橄欖巖相平衡; 而在含水(0.1%)的條件下, 地幔巖 10%以下的局部熔融便可產(chǎn)生堿性玄武質(zhì)巖漿。Gast(1968)則認為地幔巖只需3%～7%的熔融即可形成“堿性玄武巖套”的巖漿。杜楊松等(2004a, b)和秦新龍(2007)通過對各種巖石包體和礦物巨晶的研究, 提供了銅陵地區(qū)中生代(140 Ma)曾發(fā)生大規(guī)模的巖漿底侵作用和殼幔相互作用的證據(jù), 并認為銅陵地區(qū)上地幔玄武巖漿是由部分熔融的上地幔形成的(深度42～48 km), 受底侵作用影響, 進入下地殼深位巖漿房(22～27 km)并發(fā)生同化混染和結(jié)晶分異作用。杜楊松等(2004c)曾研究了安徽銅陵白芒山、老廟基和小銅官山巖體中的兩種輝長質(zhì)巖石包體, 并通過詳細的地球化學和礦物學數(shù)據(jù)證明了不具“斑狀”結(jié)構(gòu)的輝長質(zhì)巖石包體(主要由輝石、斜長石、角閃石和黑云母組成)是由底侵的玄武巖漿在約26 km深處的深位巖漿房結(jié)晶形成的。筆者認為鎂鐵質(zhì)團塊可能為這套底侵玄武巖漿直接冷凝結(jié)晶的產(chǎn)物。

總結(jié)來看, 銅陵地區(qū)中生代巖漿底侵和巖漿演化等深部作用過程, 大致經(jīng)歷了以下幾個事件: (1)上地幔橄欖巖部分熔融(42～48 km)形成堿性玄武質(zhì)巖漿(杜楊松等, 2004a, b; 秦新龍, 2007); (2)受大陸裂谷作用影響, 140 Ma之前中生代幔源玄武巖漿底侵(Li et al., 2011); (3)在下地殼深位巖漿房(22～27 km)與下地殼硅鎂層發(fā)生同化混染作用形成一套初步演化的中基性玄武質(zhì)巖漿, 可能為輝長質(zhì)巖漿(杜楊松等, 2004c); (4)上侵的巖漿在中地殼巖漿房(12～16 km)與變質(zhì)巖系形成一套中性的閃長質(zhì)巖漿(陳滬生等, 1988; 杜楊松等, 2004a, b; 秦新龍, 2007); (5)中性閃長質(zhì)巖漿經(jīng)結(jié)晶分離作用和同化混染作用形成中酸性巖漿, 上侵、冷凝而形成區(qū)內(nèi)廣泛分布的中酸性巖漿巖。與此過程相呼應, 鎂鐵質(zhì)團塊、微粒閃長質(zhì)包體和石英二長閃長巖可能分別是(3)、(4)、(5)事件的巖石學代表。三疊紀時期揚子和華北陸塊間的陸-陸碰撞以及后期的大陸伸展, 使得銅陵地區(qū)的區(qū)域構(gòu)造體系由早期的擠壓(中三疊—晚三疊)到中期的松弛(早侏羅—中侏羅),后轉(zhuǎn)換為后期的拉張和斷陷(晚侏羅—早白堊), 引發(fā)了區(qū)域玄武巖漿活動(杜楊松等, 2004c)。玄武巖漿來源于上地幔橄欖巖的部分熔融, 后受巖漿底侵和殼幔相互作用影響, 玄武巖漿上侵, 進入下地殼深位巖漿房, 與下地殼硅鎂層發(fā)生同化混染作用,形成一套輕度演化的中基性玄武巖漿, 鎂鐵質(zhì)團塊可能就是這類巖漿直接結(jié)晶形成的。后受構(gòu)造作用影響, 這類中基性玄武巖漿脈沖到中地殼巖漿房(12～16 km)與中地殼的變質(zhì)巖系(陳滬生等, 1988)發(fā)生同化混染后經(jīng)結(jié)晶分異作用形成一套中性閃長質(zhì)巖漿, 微粒閃長質(zhì)包體就是這套閃長質(zhì)巖漿發(fā)生結(jié)晶分異作用而形成的。

由此可見, 鎂鐵質(zhì)團塊和微粒閃長質(zhì)包體為詮釋銅陵地區(qū)深部巖漿作用過程提供了新的資料, 并對后續(xù)的相關科學研究有重要的意義。

4 結(jié)論

1)鎂鐵質(zhì)團塊中的原礦物角閃石和輝石均已發(fā)生透閃石、陽起石化蝕變, 蝕變過程中, 從鎂鈣閃石到鎂角閃石, 再到透閃石, 隨著 Si的增加, 角閃石呈現(xiàn)出Mg的富集和Ti、Al貧化的特點。富Cr磁鐵礦、Ti磁鐵礦、鋁直閃石和Tof-SIMS資料指示了鎂鐵質(zhì)團塊具有幔源玄武巖漿的特征。

2)上地幔玄武巖漿受巖漿底侵作用影響上侵,進入下地殼發(fā)生同化混染作用, 形成輕度演化的輝長質(zhì)玄武巖漿, 后受構(gòu)造作用影響, 上侵到地殼巖漿房與中地殼變質(zhì)巖系發(fā)生同化混染后經(jīng)結(jié)晶分異作用形成一套閃長質(zhì)巖漿。鎂鐵質(zhì)團塊和微粒閃長質(zhì)包體的可能分別是由輝長質(zhì)玄武巖漿和閃長質(zhì)巖漿結(jié)晶而成。

3)銅陵地區(qū)中地殼的閃長質(zhì)巖漿的母巖漿應為殼?；煸吹闹谢孕滟|(zhì)巖漿。

致謝:中國地質(zhì)大學(北京)張招崇教授閱讀了本文并提出若干修改意見。電子探針和掃描電鏡測試分別得到了中國地質(zhì)大學(北京)尹京武教授和加拿大多倫多大學George博士的幫助; Tof-SIMS實驗和論文成文過程中得到了安大略省表面化學工程與應用化學重點實驗室主任Sodhi R N S博士的悉心指導,筆者在此一并表示最誠摯的感謝！

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1)山東省地質(zhì)科學研究院, 山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點實驗室, 山東濟南 250013; 2)國土資源部金礦成礦過程與資源利用重點實驗室, 山東濟南 250013; 3)中國地質(zhì)大學(北京), 北京 100083; 4)江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局, 江蘇南京 210007; 5)多倫多大學地質(zhì)系, 海洋地質(zhì)研究重點實驗室, 加拿大多倫多 M5S 3B1; 6)山東省第八地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院, 山東日照 276826; 7)葡萄牙里斯本結(jié)晶學、礦物學、礦產(chǎn)資源研究中心, 葡萄牙里斯本 1749-016

幔源巖石包體研究, 是認識上地幔巖石圈物質(zhì)組成、幔源巖漿演化及殼幔動力學過程的重要手段。銅陵地區(qū)小銅官山石英二長閃長巖中發(fā)育有微粒閃長質(zhì)包體, 并且這些微粒閃長質(zhì)包體中不均勻地分布著鎂鐵質(zhì)團塊, 三者的形成過程可視為銅陵地區(qū)巖漿演化的縮影, 為了解本區(qū)深部巖漿作用過程提供了有力的證據(jù)。在前人研究的基礎上, 筆者借助電子探針、掃描電鏡、電鏡能譜和二次飛行時間離子探針(Tof-SIMS)對產(chǎn)于銅陵地區(qū)微粒閃長質(zhì)包體中的鎂鐵質(zhì)團塊進行了詳細的研究, 首次獲得了一套精確的礦物化學資料和元素分布圖, 總結(jié)了鎂鐵質(zhì)團塊的特征, 并討論了本區(qū)的深部巖漿作用過程。礦物學研究表明, 鎂鐵質(zhì)團塊中的角閃石和輝石均已發(fā)生了不同程度的透閃石化和陽起石化蝕變, 蝕變過程中, 從鎂鈣閃石到鎂角閃石, 再到透閃石, 隨著Si的增加, 角閃石呈現(xiàn)出Mg的富集和Ti、Al貧化的特點。團塊中的富Cr磁鐵礦、Ti磁鐵礦和少量的鋁直閃石指示了其具有深源性。Tof-SIMS元素分布圖顯示, 透閃石主要由Al、Si、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Cu和Sr元素組成, 透輝石主要由Si、Mg、Ca、Cu和Rb組成。在銅陵地區(qū), 上地幔部分熔融形成一套玄武巖漿, 受巖漿底侵作用影響, 玄武巖漿上侵, 進入下地殼深位巖漿房, 與下地殼硅鎂層發(fā)生同化混染作用, 形成一套輕度演化的中基性(輝長質(zhì))玄武巖漿, 鎂鐵質(zhì)團塊就是這類中基性玄武巖漿直接結(jié)晶形成的。后受構(gòu)造作用影響, 這類中基性玄武巖漿上侵到中地殼巖漿房(12～16 km), 與中地殼的變質(zhì)巖系發(fā)生同化混染和結(jié)晶分異作用形成一套中性閃長質(zhì)巖漿, 微粒閃長質(zhì)包體就是這套閃長質(zhì)巖漿發(fā)生結(jié)晶分異作用而形成的。鎂鐵質(zhì)團塊和微粒閃長質(zhì)包體清楚地解釋了銅陵地區(qū)深部巖漿作用過程, 并有力地證明了銅陵地區(qū)中地殼的閃長質(zhì)巖漿來源于下地殼的殼幔混源巖漿。

鎂鐵質(zhì)團塊; 閃長質(zhì)包體; 殼幔相互作用; Tof-SIMS

Mantle Mafic Clots in Tongling Area, Anhui Province, and Their Geological Significance

LI Da-peng1, 2), DU Yang-song3), YU Xue-feng1, 2), QIN Xin-long4), Steve SCOTT5), WANG Shu-xing6), Filipa MARQUES5, 7)

1) Shandong Key Laboratory of Geological Processes and Resource Utilization in Metallic Minerals, Shandong Geological Sciences Institute, Jinan, Shandong 250013; 2) Key Laboratory of Gold Mineralization Processes and Resources Utilization of Ministry of Land and Resources, Jinan, Shandong 250013; 3) China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083;

4) East China Nonferrous Metals Geological Exploration Bureau of Jiangsu Province, Nanjing, Jiangsu 210007; 5) Scotiabank Marine Geology Research Laboratory, Department of Geology, University of Toronto,
Toronto, Canada M5S 3B1; 6) The 8thInstitute of Geology & Mineral Exploration of Shandong Province, Rizhao, Shandong 276826; 7) Center of Resource Minerals, Mineralogical and Crystallography, Lisbon, Portugal 1749-016

It is generally accepted that mantle input under crust-mantle interaction plays an important role in sustainable magma fractionation and eventually leads to release of magmatic fluids and formation of world class W, Sn and other types of ore deposits. Many models dealing with the evolution of mantle-derived magmas are derived from numerical simulations based on isotopic geochemistry, temperature and pressure or physical geography data. Few models use detailed chemical analysis of mantle-derived rock enclaves. The authors found direct evidence for crust-mantle interaction in Tongling area, East China, in the form of mafic clots (MFC), which are interpreted to represent fragments of altered alkaline basaltic magma in magma chambers at the base of the continental crust (BCC). These MFC are unevenly distributed within the microgranular dioritic enclaves (MME) which, in turn, are included in the host quartz monzodiorite. The authors have combined all available data with new element distribution maps of the MFC in order to present a general framework model for the evolution of mafic to siliceous magmas. Observations and researches indicate that the MFC were formed from the fractional crystallization and evolution alkaline basaltic magma in magma chambers at the BCC. The basaltic magma resulting from previous partial melting of the upper mantle was eventually brought to the magma chambers at the BCC by magmatic underplating and crust-mantle interaction at 140 Ma. And the MME were formed from the fractional crystallization and evolution dioritic magma by the assimilation of the derived magma from the base of the continental crust with the metamorphic rocks in a crust magma chamber at the depth of 12～16 km. The discovery of the MFC and MME effectively prove that the dioritic magma in the middle crust originated from the mixing basaltic magma of mantle-crust at the BCC.

mafic clots; microgranular dioritic enclaves; crust-mantle interaction; Tof-SIMS

P588.13; P542.5

A

10.3975/cagsb.2014.05.11

本文由國家自然科學基金項目(編號: 41140025; 40672045; 41372086)、中國地質(zhì)調(diào)查局危機礦山接替資源找礦項目(編號: 20089938)和山東省“泰山學者”建設工程(編號: 魯政辦字〔2013〕122號)聯(lián)合資助。

2013-12-18; 改回日期: 2014-06-23。責任編輯: 張改俠。

李大鵬, 男, 1986年生。博士, 工程師。主要從事巖漿成礦作用研究。E-mail: lidapeng.bj@gmail.com。