王存智, 張 翔, 黃志忠, 宋世明, 鞠冬梅, 褚平利

(中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心,江蘇 南京 210016)

0 引言

下?lián)P子地區(qū)具有“一蓋多底”的特征[1],前人根據(jù)基底物質(zhì)成分的差異,通常以崇陽—常州斷裂為界將下?lián)P子地區(qū)劃分為“江南式”和“江北式”兩種基底[1-2]。崇陽—常州斷裂以南的“江南式”基底以江南造山帶的新元古代淺變質(zhì)巖及花崗巖為代表,斷裂以北的“江北式”基底在長江中下游平原以江西星子雜巖和安徽董嶺巖群為代表。但由于下?lián)P子地區(qū)被古生界—中生界的巨厚沉積覆蓋,董嶺巖群出露較少,目前研究對于“江北式”基底分布范圍和性質(zhì)的認(rèn)識遠(yuǎn)不如“江南式”基底[3]。此外,前人對下?lián)P子地區(qū)最古老基底時代和組成的推測來自中生代巖漿巖中零星分布的捕獲鋯石或繼承鋯石的年齡信息[4-8],但這些數(shù)據(jù)尚不足以闡明其物質(zhì)來源和基底信息。

本文在安徽省貴池地區(qū)化芝里村新發(fā)現(xiàn)了一處閃長玢巖脈,在巖脈中采集了鋯石樣品,通過對樣品開展U-Pb測年及Hf同位素分析,確定其形成時代和物質(zhì)來源,研究可為理解江南過渡帶基底性質(zhì)提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況及樣品特征

下?lián)P子地區(qū)處于揚(yáng)子板塊東部,其北西以郯廬斷裂為界與大別造山帶、華北板塊相鄰,南以江山—紹興斷裂為界與華夏板塊接壤[9]。下?lián)P子地區(qū)一般以崇陽—常州斷裂為界分為長江中下游平原和江南隆起帶兩個構(gòu)造單元[10-11],而江南隆起帶包括新元古代基底廣泛出露的江南造山帶及其與長江中下游平原之間的江南過渡帶,兩者之間被江南斷裂分開(圖1(a))[9]。

圖1 下?lián)P子地區(qū)構(gòu)造單元略圖(a)[11]及貴池地區(qū)地質(zhì)簡圖(b)Fig.1 Tectonic sketch of Lower Yangtze area (a)[11] and geological sketch of Guichi area(b)

(a) 化芝里閃長玢巖脈野外露頭 (b) 閃長玢巖手標(biāo)本

(c) 閃長玢巖單偏光鏡下特征 (d) 閃長玢巖正交偏光鏡下特征

下?lián)P子地區(qū)的地層主要由元古宇中—低級變質(zhì)巖系、寒武系—中三疊統(tǒng)海相碳酸鹽巖和碎屑巖、上三疊統(tǒng)—侏羅系陸相碎屑巖以及白堊系火山巖、紅層等組成[9]。其中火山巖均形成于早白堊世,成巖時代為135～125 Ma[8,12-17]。侵入巖廣泛發(fā)育,成巖時代為152～101 Ma[18-19]。

化芝里村位于江南過渡帶內(nèi)的貴池地區(qū)(圖1(b)),區(qū)內(nèi)以早古生代沉積為主,NE向褶皺及斷裂構(gòu)造發(fā)育。燕山期巖漿作用強(qiáng)烈,早期(148～136 Ma)以花崗閃長巖、閃長巖類為主,一般為小規(guī)模的斑巖,晚期(130～125 Ma)以規(guī)模較大的A型花崗巖類為主[20]。

化芝里村發(fā)育的閃長玢巖脈在河道內(nèi)出露較好,在河岸上可見巖脈沿志留系高家邊組順層侵入的接觸界線(圖2(a)),志留統(tǒng)砂巖具有弱角巖化現(xiàn)象。閃長玢巖樣品(D1804)采于河溝之中(圖2(b)),樣品為斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,斑晶主要為斜長石、角閃石和少量黑云母,基質(zhì)主要為斜長石。顯微鏡下觀察顯示: 斑晶斜長石(10%)呈半自形粒狀,大多具有鈉黝簾石化特征; 角閃石(7%)呈自形—半自形柱狀,大多具有綠泥石化特征; 黑云母(3%)呈半自形片狀,綠泥石化發(fā)育; 基質(zhì)(80%)主要為隱晶質(zhì)斜長石,整體發(fā)育碳酸鹽化(圖2(c),(d))。

2 分析測試方法

鋯石分選和陰極發(fā)光照相由南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限公司完成,使用環(huán)氧樹脂制靶之后拍攝陰極發(fā)光(cathodoluminescence,CL)圖像。 鋯石U-Pb測年由中山大學(xué)廣東省海洋資源與近岸工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成,采用激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀LA-ICP-MS分析,激光剝蝕束斑直徑為35 μm。測試數(shù)據(jù)由ICPMS DataCal軟件處理完成[21-22],鋯石U-Pb年齡諧和圖繪制和加權(quán)平均年齡計(jì)算采用Isoplot 3.0[23]完成。

鋯石Hf同位素測試由南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。所用儀器為New Wave UP193激光剝蝕系統(tǒng)及其相連接的Thermo Neptune Plus多接收等離子體質(zhì)譜儀,激光束斑直徑為44 μm,采用MT作為外部標(biāo)樣,176Hf/177Hf比值為0.282 530±0.000 030。εHf(t)計(jì)算采用的176Lu的衰變常數(shù)為1.865×10-11[24],球粒隕石的176Hf/177Hf=0.282 772,176Lu/177Hf=0.033 2[25]。虧損地幔Hf模式年齡(tDM1)采用176Hf/177Hf=0.283 251,176Lu/177Hf=0.038 4[26],二階段Hf模式年齡(tDM2)采用平均大陸殼176Lu/177Hf=0.015計(jì)算[27]。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年齡

閃長玢巖脈樣品中鋯石數(shù)量豐富,鋯石顆粒直徑介于50～200 μm,鋯石形態(tài)結(jié)構(gòu)呈短柱狀、粒狀、不規(guī)則狀等,除少數(shù)為自形—半自形外,大部分呈中等—較高程度的磨圓。在鋯石CL圖像上可以看到,鋯石內(nèi)部有的可見顯著的核幔結(jié)構(gòu)、條紋狀結(jié)構(gòu)和巖漿震蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖3)。這些鋯石結(jié)構(gòu)特征反映了鋯石來源的多樣性,且鋯石在形成后可能經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)作用過程。

圖3 貴池地區(qū)閃長玢巖鋯石CL圖像Fig.3 Zircons CL images of diorite porphyrite in Guichi area

本文對閃長玢巖脈樣品中的120顆鋯石開展了U-Pb測年,獲得了102個有效數(shù)據(jù),測試結(jié)果見表1和表2。鋯石樣品的Th、U含量分別為(29.8～490)×10-6和(30.6～3 142)×10-6,Th/U比值介于0.1～1.8,指示了巖漿鋯石成因。在鋯石U-Pb年齡諧和圖上,本次測試的102個數(shù)據(jù)點(diǎn)均落在諧和線上(圖4),且分布較為分散。對于年齡大于1 000 Ma的鋯石年齡本文選擇207Pb/206Pb年齡(表1),小于1 000 Ma的鋯石年齡選擇206Pb/238U年齡(表2)。5顆原生鋯石的年齡介于151～144 Ma,加權(quán)平均年齡為(147.7±2.2) Ma(NSWD=0.85,圖4),指示了巖脈的形成年齡。

表2 貴池地區(qū)閃長玢巖脈206Pb/238Pb年齡數(shù)據(jù)Tab.1 Zircon 206Pb/238Pb ages of diorite porphyrite vein in Guichi area

圖4 貴池地區(qū)閃長玢巖脈鋯石U-Pb年齡諧和圖(a)及原生鋯石加權(quán)平均年齡(b)Fig.4 Zircon U-Pb concordia diagram (a) and primary zircon weighted average age (b) of diorite porphyrite vein in the Guichi area

樣品中除5顆原生鋯石以外,其余鋯石均為捕獲鋯石,其中一顆最古老的古太古代鋯石的年齡為(3 263±44) Ma,其他捕獲鋯石年齡可以分為4組。第一組年齡為850～712 Ma,分析數(shù)據(jù)點(diǎn)11個,年齡峰值約為825 Ma; 第二組年齡為1 346～1 139 Ma,分析數(shù)據(jù)點(diǎn)3個,加權(quán)平均年齡(1 255±95) Ma(NSWD=1.5); 第三組年齡為2 283～1 939 Ma,分析數(shù)據(jù)點(diǎn)21個,年齡峰值為2 035 Ma; 第四組年齡為2 944～2 302 Ma,分析數(shù)據(jù)點(diǎn)62個,年齡峰值為2 450 Ma。

3.2 鋯石Hf同位素

對樣品D1804進(jìn)行了20個點(diǎn)位的鋯石Hf同位素分析,測試結(jié)果見表3。以測得的鋯石U-Pb年齡進(jìn)行計(jì)算,(176Hf /177Hf)i值為0.280 934～0.281 404,εHf(t)值為-12.19～-1.49,Hf同位素模式年齡tDM1為3 153～2 530 Ma,tDM2為3 690～2 925 Ma。

表3 貴池地區(qū)閃長玢巖脈鋯石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)Tab.3 Zircon Hf isotopic datas of diorite porphyrite vein in Guichi area

4 討論

4.1 閃長玢巖脈形成時代

長江中下游平原廣泛發(fā)育燕山期巖漿活動,可以劃分為4個階段: 第一階段148～136 Ma,產(chǎn)物主要為發(fā)育在鄂東南、九瑞、銅陵、安慶等隆起區(qū)的侵入巖,以高鉀鈣堿性系列的中酸性巖為主,巖石類型包括輝石閃長(二長)巖-石英閃長(二長)巖-花崗閃長巖,與區(qū)內(nèi)銅、金多金屬成礦密切相關(guān)[9,28-35]; 第二階段135～127 Ma,巖漿活動主要發(fā)生在凹陷區(qū),包括金牛、懷寧、廬樅、繁昌、寧蕪、溧陽和溧水盆地的火山巖及次火山巖[8, 12-15, 36-37],與玢巖鐵礦關(guān)系密切; 第三階段127～123 Ma,巖漿巖同時發(fā)育于隆起區(qū)和凹陷區(qū),巖石類型以正長花崗巖和正長巖為主,屬于A型花崗巖,與小規(guī)模的熱液型金礦和鈾礦有關(guān)[38]; 第四階段109～102 Ma,巖漿活動僅發(fā)育在寧鎮(zhèn)地區(qū),巖石類型以閃長巖-二長巖-花崗巖為主,與銅、金多金屬成礦相關(guān)[39]。

本文獲得的閃長玢巖脈樣品中原生鋯石的年齡為(147.7±2.2) Ma,代表了其形成年齡,應(yīng)為長江中下游平原燕山期第一階段巖漿活動的產(chǎn)物。該期巖漿巖普遍具有高Sr/Y值、低Y以及富集Sr-Nd同位素的特征,因此被認(rèn)為形成于擠壓轉(zhuǎn)為拉張的構(gòu)造背景下,由熱的玄武巖漿底侵引起下地殼加厚或拆沉,并發(fā)生部分熔融[4, 40]。

4.2 化芝里閃長玢巖的物源

貴池地區(qū)閃長玢巖脈捕獲鋯石年齡譜顯示(圖5(a)),鋯石年齡有兩個明顯的峰值825 Ma和2 450 Ma,及一個次峰2 035 Ma。其中新元古代鋯石年齡峰值可能與揚(yáng)子板塊新元古代大規(guī)?；◢徺|(zhì)巖漿活動密切相關(guān),而古元古代鋯石的比例占大多數(shù),與董嶺巖群變質(zhì)巖碎屑鋯石的年齡相似(圖5(b)),暗示董嶺巖群可能為其物源。

圖5 貴池地區(qū)閃長玢巖脈捕獲鋯石年齡譜(a)及揚(yáng)子板塊和董嶺巖群碎屑鋯石年齡譜 [41](b)Fig.5 Cumulative probability of captured zircon ages for diorite porphyrite vein in Guichi area (a) and detrital zircon ages in Yangtze Plate and Dongling Complex[41] (b)

董嶺巖群作為長江中下游成礦帶出露較少的基底變質(zhì)巖系之一,長期以來得到眾多學(xué)者的關(guān)注。邢鳳鳴等[42]獲得董嶺巖群中斜長角閃巖的Sm-Nd 等時線年齡為(1 895±72) Ma; Grimmer等[43]通過單顆粒鋯石蒸發(fā)法獲得董嶺巖群中鉀長片麻巖的3組較為集中的年齡數(shù)據(jù)分別為(2 377±10)～(2 370±2) Ma、(2 016±6)～(1 971±6) Ma和(783±7)～(692±10) Ma,并認(rèn)為第一組年齡可能指示了原巖形成時代,而后兩組年齡可能代表了揚(yáng)子板塊基底固結(jié)時經(jīng)歷后期構(gòu)造熱事件改造的時代。Zhang等[41]和Chen等[3]通過對董嶺巖群的鋯石開展U-Pb-Hf-O同位素研究,認(rèn)為董嶺巖群具有雙層基底的物質(zhì)表現(xiàn)形式,即在古元古代變質(zhì)基底上覆蓋了新元古代變質(zhì)沉積蓋層。

研究區(qū)閃長玢巖脈鋯石Hf同位素的εHf(t)值范圍為-12.19～-1.49,按照平均地殼的177Lu/176Hf值(0.015)演化至820 Ma時,均低于江南造山帶新元古代花崗巖的鋯石Hf同位素組成,而與董嶺巖群中的鋯石Hf同位素組成相似(圖6)。在鋯石年齡-εHf(t)圖解中,研究區(qū)樣品幾乎都落入了董嶺巖群鋯石Hf同位素組成范圍內(nèi),進(jìn)一步表明貴池地區(qū)閃長玢巖脈來自于崆嶺巖群和董嶺巖群的古老地殼再造。

圖6 貴池地區(qū)閃長玢巖鋯石年齡-εHf(t)圖解[3,41-42,44-46]Fig.6 Zircon ages-εHf(t) diagram of diorite porphyrite in Guichi area[3,41-42,44-46]

4.3 捕獲鋯石對江南過渡帶基底性質(zhì)的制約

下?lián)P子地區(qū)可分為以新元古代淺變質(zhì)巖及花崗巖為代表的“江南式”基底和以江西星子雜巖和安徽董嶺巖群為代表的“江北式”基底[1-2]。近年的研究表明,星子雜巖可能是“江南式”基底的組成部分[47-49],主要形成于新元古代[50],而非古元古代[51]。

“江北式”和“江南式”基底之間的界線通常被認(rèn)為是常州—崇陽斷裂(中段為高坦斷裂)[1-2],倘若如此,位于高坦斷裂與江南斷裂之間的江南過渡帶應(yīng)為“江南式”基底。但貴池地區(qū)閃長玢巖脈中捕獲鋯石的U-Pb年齡及Hf同位素組成指示了崆嶺巖群和董嶺巖群的特征,即“江北式”基底。因此,本文推測“江北式”基底和“江南式”基底之間的界線可能位于更靠南的江南斷裂(圖1)。

5 結(jié)論

(1)貴池地區(qū)閃長玢巖脈中原生鋯石的年齡為(147.7±2.2) Ma,代表了其形成年齡,為長江中下游平原燕山期第一階段巖漿活動的產(chǎn)物。

(2)捕獲鋯石的U-Pb年齡及Hf同位素組成表明化芝里閃長玢巖脈來自于崆嶺巖群和董嶺巖群的古老地殼再造,據(jù)此推測下?lián)P子地區(qū)“江北式”基底和“江南式”基底之間界線可能為江南斷裂。