安徽铜官山石英闪长岩及其包体锆石U_Pb定年与成因探讨

论文第49卷第18期 2004年9月

安徽铜官山石英闪长岩及其包体锆石

U-Pb定年与成因探讨

徐夕生①②范钦成① S. Y. O’Reilly②蒋少涌①W. L. Griffin②

王汝成①邱检生①

(①南京大学地球科学系国家成矿作用重点实验室, 南京 210093; GEMOC, Department of Earth and Plan

②etary Sciences, Macquarie

University, NSW 2109, Australia. E-mail: xsxu@)

摘要铜陵地区中酸性侵入岩及其岩石包体的成因与Fe, Cu成矿作用和长江中下游岩石圈动力学演化关系密切. 本文以铜陵地区代表性的中生代中酸性侵入岩铜官山岩体及其岩石包体为研究对象, 进行了仔细的岩相学研究、矿物化学电子探针成分分析和LA-ICPMS锆石U-Pb同位素定年. 铜官山角闪石-辉石堆积岩包体中辉石、角闪石矿物的化学成分与寄主岩中相应矿物的化学成分呈明显的线性变化, 但Al含量高, 是岩浆侵位前结晶的产物. 铜官山寄主岩及微粒闪长岩包体中辉石、角闪石矿物化学成分相似, 说明它们有密切的成因联系, 形成压力相仿. 铜官山石英闪长岩中锆石颗粒的定年结果表明该岩体的结晶年龄为137.5±1.1 Ma, 与以往不同方法的定年结果十分一致, 但本次锆石U-Pb同位素LA-ICPMS定年同时揭示了晚太古代残留锆石的存在, 证实该地区中生代岩浆作用有古老下地壳物质的参与. 定年结果还表明微粒闪长岩包体的结晶年龄为137.5±2.4 Ma, 与寄主岩浆的结晶年龄完全一致.

此外, 本文还结合以往的Sr-Nd-Pb同位素资料, 讨论了铜官山石英闪长岩及其包体的成因.

关键词岩石包体锆石U-Pb LA-ICPMS 安徽铜陵

安徽省铜陵地区位于中国长江中下游铜、铁、金成矿带的中部, 是这条成矿带中矿床最多而且也是最集中的地段. 其大地构造位置为扬子地块下扬子褶皱带的中部, 主要出露志留纪-三叠纪浅海相碳酸盐岩及少量的半深海相硅质岩和海陆交互相的碎屑岩. 地层中发育一系列NE向的褶皱构造及相伴的断裂构造, 它们直接控制了各花岗岩侵入体的形态, 而基底构造特别是近东西向的铜陵-戴家汇深大断裂则直接控制了本区的岩浆活动及矿床的形成, 使得区内各侵入岩体及矿床均分布在近东西向宽约20 km 的构造-岩浆-成矿带上[1,2]. 区内中生代岩浆活动表现为一系列具壳幔混源特征的高钾富碱中-酸性侵入岩, 其产状主要为小岩株、岩墙, 其次为岩床、岩枝及岩脉, 面积一般为2~5 km2, 最小者(青山脚石英二长闪长岩体)不足0.5 km2, 最大者(凤凰山花岗闪长岩体)约10 km2. 岩性主要为辉石二长闪长岩、二长闪长岩和石英二长岩、石英二长闪长岩、花岗闪长岩和花岗斑岩. 与铁铜金属矿产密切相关的岩体包括铜官山岩体、狮子山岩体、冬瓜山岩体、新桥岩体、凤凰山岩体等.

对该地区侵入岩的研究已有长期的历史, 早在1920年翁文灏就开始研究这些侵入岩与铁铜矿产的关系. 20世纪90年代前后, 中国许多地质工作者对该地区侵入岩进行了详细的岩浆起源、成分演化及其与成矿作用关系的研究[2~7]. 与此同时, 周珣若等人[8,9]、吴才来等人[10~12]和杜杨松等人[13]对铜陵地区中酸性侵入岩中的岩石包体的特征和成因进行了研究. 近年来, 该地区侵入岩与成矿作用及其与岩石圈动力学演化的关系得到更为密切的关注[14~17], 但对这些岩浆岩的起源及形成方式, 以及岩浆结晶演化的详细过程仍需深入的研究. 为此, 本文在以往的研究成果基础上, 选择铜陵地区中生代中酸性侵入岩中代表性的铜官山岩体及其包体为研究对象, 进行了仔细的岩相学研究和矿物化学电子探针成分分析, 特别是LA-ICPMS锆石U-Pb同位素定年. 同时, 结合以往的Sr-Nd-Pb同位素资料, 讨论了铜官山石英闪长岩及其包体的成因.

1石英闪长岩寄主岩和微粒闪长岩包体铜官山岩体出露面积约2 km2, 是一个NE向延长的中-浅成岩株, 地表形态近椭圆形(图1), 侵入于石炭纪和二叠纪地层中, 侵入的构造位置为近背斜轴部, 主要岩石类型为石英闪长岩和二长闪长岩, 中

第49卷第18期 2004年9月论文

图1 安徽铜官山岩体地质简图

细粒结构, 块状构造. 主要矿物组成为: 斜长石(An = 30~35, 65%~75%), 角闪石(5%~10%)、黑云母(1%~ 2%)、辉石(2%~5%)、钾长石(4%~6%)、石英(10%~ 15%), 副矿物包括磁铁矿、磷灰石、榍石等. 岩体形成的同位素年龄为137 Ma(黑云母40Ar/39Ar法)[18]. 在铜官山岩体中有大量的岩石包体和角闪石矿物巨晶, 但它们在岩体中的分布不均匀.

微粒闪长岩包体成群分布在岩体的东部(GPS位置为N30°54'46.7?, E117°49'02.5?, 图2), 大多为浑圆形、水滴形, 直径10~30 cm者居多. 它们颜色较深, 粒度较细, 与寄主岩界线截然, 角闪石矿物呈针状(长宽比约10︰1), 有些包体具典型的冷凝边(chilled margin)和反向脉(back-vein); 有时这些浑圆形、水滴形的小包体呈卫星状散布在巨大的(2~5 m)相同成分的岩石周边, 显示典型的岩浆混合作用野外地质现象画面.

除上述微粒闪长岩包体与寄主岩的野外地质关系外, 岩石化学分析表明, 微粒闪长岩包体的化学成分与寄主岩相比相对贫硅, 而富铁、镁、钛、钙等组分[8]. 显微镜下详细的岩相学研究表明, 包体中暗色矿物和斜长石矿物含量较高, 但几乎不含石英; 所有包体中磷灰石皆呈细小的针状, 其长度为0.2~0.1 mm, 宽度约0.01 mm, 长宽之比达10︰1至20︰1; 而在相应寄主岩中, 磷灰石往往呈短柱状, 长宽之比小于5︰1. Wyllie等人[19]在进行CaO-CaF2-P2O5-H2O- CO2系统的实验时, 发现与液体或气体平衡缓慢结晶的磷灰石发育成粗短的、具圆化边的晶体, 长宽比从5︰1到3︰1, 而在快速冷却时, 结晶的磷灰石沿c 轴延长, 其长宽比可达20︰1, 且晶面平整, 同时具有清楚的底面解理. 因此, 微粒闪长岩包体中针状磷灰石的发育是其岩浆混合成因的矿物学标志[20,21].

岩体中的角闪石-辉石堆积岩包体, 分布也不均匀, 一般3~5 cm大小. 但与微粒闪长岩包体不同, 堆积岩包体中的角闪石和辉石颗粒(可达5 mm×15 mm), 与岩体中单个角闪石、辉石巨晶的粒度相仿, 明显比寄主岩中相应的矿物颗粒大.

2矿物化学

2.1单斜辉石

铜官山寄主岩及岩石包体中的单斜辉石均属次