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  中国地质 2018, Vol. 45 Issue (2): 351-366  
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蔡逸涛, 张洁, 董钟斗, 曹正琦, 肖书阅, 李帅, 李成凯, 陈乐柱, 范飞鹏. 2018. 皖北栏杆地区新元古代岩浆活动:含金刚石母岩U-Pb年代学及地球化学制约[J]. 中国地质, 45(2): 351-366.  
CAI Yitao, ZHANG Jie, DONG Zhongdou, CAO Zhengqi, XIAO Shuyue, LI Shuai, LI Chenkai, CHEN Lezhu, FAN Feipeng. 2018. Neoproterozoic basic magmatism in the north of Anhui Province: Evidence from whole-rock geochemistry and U-Pb geochronology of Diabase in Langan area[J]. Geology in China, 45(2): 351-366. (in Chinese with English abstract).  

皖北栏杆地区新元古代岩浆活动:含金刚石母岩U-Pb年代学及地球化学制约
蔡逸涛1,2, 张洁1,3, 董钟斗4, 曹正琦3, 肖书阅5, 李帅5, 李成凯6, 陈乐柱1, 范飞鹏1    
1. 南京地质调查中心, 江苏 南京 210016;
2. 内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室, 南京大学地球科学与工程学院, 江苏 南京 210093;
3. 中国地质大学(武汉)地球科学学院, 湖北 武汉 430074;
4. 安徽省地勘局第二水文地质工程勘察院, 安徽 芜湖 241000;
5. 湖南省地质矿产勘查开发局四一三队, 湖南 常德 415000;
6. 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院, 北京 100083
摘要: 中国东部皖北地区分布着大量镁铁质岩,岩石类型为辉绿岩、辉绿辉长岩、辉绿玢岩等。本文对皖北栏杆地区侵位于元古宙地层中的辉绿岩进行系统的U-Pb年代学、岩石地球化学研究。结果显示,该区绝大多数辉绿岩的侵位结晶年龄为870~890 Ma,形成于新元古代早期。辉绿岩化学成分以高SiO2、CaO和(K2O < Na2O)为特征,属于板内碱性玄武岩系列岩石。总体上略富集轻稀土元素(LREE)、富集大离子亲石元素(LILE)Rb、Ba、La,略亏损高场强元素(HFSE)Th、Nb、Ta、Zr、Hf等,相对富集Cr和Ni。本次研究暗示皖北栏杆地区存在新元古代早期的构造-岩浆活动事件,并为金刚石带出地表创造了条件。结合新元古代全球Rodinia超大陆裂解事件及其岩浆活动与地幔柱的密切关系,皖北地区新元古代辉绿岩墙群应该是一次地幔柱作用在华北陆块边缘的记录。
关键词: 金刚石    U-Pb    年代学    岩石地球化学    皖北栏杆    
中图分类号:P597+.3;P595;P588.12+4            文献标志码:A             文章编号:1000-3657(2018)02-0351-17
Neoproterozoic basic magmatism in the north of Anhui Province: Evidence from whole-rock geochemistry and U-Pb geochronology of Diabase in Langan area
CAI Yitao1,2, ZHANG Jie1,3, DONG Zhongdou4, CAO Zhengqi3, XIAO Shuyue5, LI Shuai5, LI Chenkai6, CHEN Lezhu1, FAN Feipeng1    
1. The Nanjing Institute of Geology and Mineral Resources, Nanjing 210016, Jiangsu, China;
2. State Key Laboratory for Mineral Deposits Research, School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210093, Jiangsu, China;
3. School of Earth Sciences, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China;
4. The Second Institute of Hydrology and Engineering Geological Prospecting of Anhui Geological Prospecting Bureau, Wuhu 241000, Anhui, China;
5. Team 413 of Geology & Mineral Resources Development Bureau, Changde 415000, Hunan, China;
6. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
Abstract: The mafic rock is exposed in North Anhui province of the East China. It consists of diabase, gabro-diabase and dabaseporphyrite. This paper presents a synthetic U-Pb isotopic study of zircons and a whole-rock geochemical study on diabase that were emplaced into the Proterozoic formations in the Langan area of the North Anhui province. The SHRIMP U-Pb zircon dating results indicate that the diabase were emplaced at ca.870-890 Ma. Geochemically, the diabase swarms are characterized by enriched in SiO2、CaO and (K2O < Na2O).It is therefore deduced that the diabases might belong to intraplate tholeiite occurring within the North China Plate. There are also show relative enrichment in LREE and LILE(Rb, Ba and La), a comparative enrichment in Cr and Ni, but a slight depletement in HFSE(Th, Nb, Ta, Zr and Hf).They are plotted in the within-plate tholeiite series on the tectonic discrimination diagrams. Taken together, these geochemical and isotopic data suggest that the primary magmas to form the diabase dykes in the Langan area could have been derived from a transitional mantle in the Mesoproterozoic, and were most probably emplaced under a continental margin extensional setting at ca.870-890 Ma. The results of this study demonstrate that the Neoproterozoic magmatism occurred at the Langan area of the North Anhui province, and created conditions for diamond mineralization. Taken along with the Neoproterozoic breakup of the Rodinia Supercontinent and the close relationship between the coeval magmatism and the hypothesis of a superplmue, it is reasonable to contribute the emplacement of the Neoproterozoic diabases in the Langan area to the geochemical fingerprints the contemporaneous mantle plume activity preserved in the continental margin of the North China Block.
Key words: diamond minerliaztion    U-Pb    zircon dating    geochemistry    Langan    

1 引言

国内外专家学者(张培元,1998a张培元,1998bFedortchouk et al., 2013Kogarko et al., 2013)认为目前含金刚石的寄主岩石,可以包括金伯利岩、钾镁煌斑岩、榴辉岩(蛇绿岩杂岩中的榴辉岩和片麻岩、结晶片岩中的榴辉岩)、蛇绿岩套、碱性超基性(火山)杂岩、碱性超基性煌斑岩和橄榄岩类(蛇绿岩杂岩中的方辉橄榄岩、片麻岩中的石榴石橄榄岩、纯橄岩等)等多种偏碱性超镁铁质岩石。国内也相继在金伯利岩和钾镁煌斑岩外的基性—超基性岩中发现金刚石。杨经绥等(2007, 2012, 2014)、徐向珍等(2015)和黄竺等(2015)报道在雅鲁藏布江缝合带的6个蛇绿岩型地幔橄榄岩体、缅甸密支那的蛇绿岩和内蒙古蛇绿岩中均发现了金刚石等超高压矿物,并提出了蛇绿岩型金刚石。戎合等(2013)则报道了在西藏罗布莎橄榄岩和中国大陆科学主钻(CCSD-MH)的榴辉岩中也发现了金刚石。

2011—2012年,安徽省地勘局第二水文工程地质勘查院及南京地质调查中心先后在栏杆地区的辉绿岩、橄榄玄武岩等不同基性岩中分别选出金刚石。随后开展了一系列工作,截止目前累计选出金刚石数量已过千粒,这是中国首次在辉绿岩中发现金刚石。本文试从栏杆地区的含金刚石母岩——辉绿岩的地球化学、年代学特征等方面来提供新元古代基性岩浆活动的证据,从而为该区金刚石成矿条件寻找理论基础。

2 区域地质背景

皖北栏杆地区位于安徽宿州市埇桥区(庄继翔,2013),区域上位于华北克拉通的东南缘,郯庐断裂带(黄先觉,2012)的东侧(图 1a)。众所周知,郯庐断裂带是中国东部一条著名的深大断裂带,与金刚石成矿关系十分密切,辽宁、山东金刚石成矿区就位于郯庐断裂两侧(朱连兴,1992付长江,1993齐玉兴等,1998尹作为等,2005殷莉等,2008李月新,2010赵建军等,2011陈华等,2013庄继翔,2013)。栏杆地区内次级断裂带主要由3条断裂组成(嘉庐深断裂、石门山断裂、五河—合肥深断裂),呈北北东走向,断层面一般倾向东,局部倾向西,倾角60~80°。其他断裂构造以EW向为主,如金山寨断层、小望疃断层等(姚仲伯,1986)。从大地构造背景来看栏杆地区则属于华北地块的灵壁台穹Ⅳ级构造单元,位于NNE向时窑背斜的西翼,在其南部解集一带存在黑峰岭推覆构造(向斜)。

图 1 郯庐断裂带构造简图(a)及栏杆地区地质简图(b) (蔡逸涛等,2014张洁等,2015) Figure 1 Structure map of Tanlu fault belt(a) and geological sketch map of Langan area(b) (after Cai Yitao et al., 2014; Zhang Jie et al., 2015)

栏杆地区主要出露元古界和下古生界,岩性多为白云岩、灰岩、页岩、砂岩和燧石砾岩等(姚仲伯,1986)。研究区基底为新太古界五河群和古元古界凤阳群,Sr-Nd同位素年龄为1.8~2.9 Ga,总厚度大于6000 m。根据区域航磁资料推测,宿州以北地区可能是泰山群的发育地区,但该区未见其露头;五河群主要为一套低角闪岩相的变质岩,原岩为次深海—浅海槽盆相的火山沉积岩系,具有绿岩带特征,包括黑云(斜长)角闪片麻岩夹浅粒岩,绢云石英片岩、绿泥石片岩及蛇纹石化大理岩,斜长角闪岩、石英岩、角闪钾长片麻岩等。盖层只发育新元古界青白口系、南华系、震旦系(史家组、望山组、沟后组)及古生界寒武系(猴家山组、馒头组、毛庄组、徐庄组、张夏组),下奥陶统的石英岩、灰岩、页岩等,总厚度达7000 m。在中奥陶世至早石炭世,克拉通处于隆起剥蚀状态,沉积间断造成上奥陶统、志留系、泥盆系、下石炭统缺失。侏罗纪以来形成陆相沉积,包括河湖相及中性火山岩复陆屑建造组合。该区基底构造格局是从两个古陆核(砀山和隐贤集)形成开始,经历了多个构造旋回阶段,凤阳运动以后陆壳基本固结,进入克拉通发展阶段(黄先觉,2012庄继翔,2013)。

栏杆地区岩浆岩较为发育,主要有辉绿岩和石英正长斑岩、斜闪煌斑岩等。其中辉绿岩主要出露于宝光寺、猫头山至老寨山、大堂山一带,侵入震旦系望山组、史家组地层中(图 1b),呈NNE向条带状弧形展布于研究区中部,长度大于19 km(向北延入江苏境内),最宽1.6 km(猫头山—老寨山一带)。辉绿岩岩体两侧有脉状体平行分布,受横断层破坏岩体分支较多。岩体剥蚀深度较浅,保留了较多捕虏体及顶盖(姚仲伯,1986)。

3 样品及分析方法 3.1 样品描述

栏杆地区辉绿岩样品主要来自老海寺林场的钻孔13zk10、老寨山岩体(图 2a图 2b)以及吴庄浅井和吴庄东南的闵磊采石场。辉绿岩是该区最主要的含金刚石母岩,其中已选出金刚石上千颗。

图 2 栏杆地区辉绿岩显微照片 a—老寨山辉长辉绿岩照片;b—中粗粒辉长辉绿岩;c—细粒辉绿岩含长、次含长结构;d—细粒辉绿岩中次含长结构;e—钾化细粒辉绿岩中后成变晶作用;f—钾化细粒辉绿岩中斜长石被钾化;g—中粗粒辉绿岩中含长结构;h—斜长石构成三角格架 Figure 2 Photomicrograph of diabase in Langan area a-the gabbro-diabase of Laozhangshan; b-medium-coarse grained gabbro-diabase; c-ophitic texture and subophitic texture of fine-grained diabase; d-subophitic texture of fine-grained diabase; e-tecoblastesis in the Potsash feldspathization fine-grained diabase; f-plagioclase with potassic alteration in the Potsash feldspathization fine-grained diabase; g-ophitic texture of medium-coarse diabase; h-Plagioclase constitute a triangular lattice in the diabase

野外观察辉绿岩略有细粒—中粗粒结构上的相变。辉绿岩一般呈灰绿色、灰黑色、墨绿色,风化后多呈深棕色、褐棕色、黄褐色,辉绿结构,局部见辉长结构,块状构造、局部雪花状构造(主要为长石、黑云母及辉石晶体呈团簇状分布,黑云母呈中—弱蚀变),主要矿物成分为:斜长石约60%,辉石30%~40%,其他矿物有云母、磁铁矿、黄铁矿、少量橄榄石等矿物,总量小于10%。岩石较均匀绿帘石化,局部绿泥石化、钾长石化发育,少量碳酸盐化(图 2e图 2f)。部分中粗粒辉绿岩中可见钛铁矿骸晶。

老海寺林场位于老寨山岩体东部,辉绿岩体主要位于史家组之下。颗粒较粗,斜长石较多。以次含长结构为主,局部显示辉绿结构的特征。单斜辉石,无色,可见某些切片方向具有比解理更加细小密集的裂缝,可能是{100}裂理,属异剥辉石。蚀变矿物多为绿泥石、纤闪石等。基性斜长石柱状、长柱状,表面褐灰色,高倍镜下观察,表面除黏土质外,尚可见纤维状集合体和一些绢云母。副矿物多为钛铁矿,往往可见骸晶。

闵磊采石场内基性岩体在史家组下,中—粗粒辉绿岩,具有嵌晶含长—次含长结构(图 2c图 2d),粗大的等轴状单斜辉石内含有斜长石自形条柱状晶体,由于斜长石很多,大的辉石晶体常被分割成很多小块,光性方位仍然一致,其他特征与老寨山辉绿岩一致。

3.2 分析方法

对采取的样品(20 kg)经人工破碎后,按常规的重力和磁选方法分选出锆石,最后在双目显微镜下挑选(廊坊诚信地质服务公司)。将待测样品锆石颗粒置于环氧树脂中制靶,然后磨至一半,用于反射光和SHRIMP U-Pb同位素分析。其中反射光照片在南京地质调查中心基础地质室拍摄,CL阴极发光照片在北京锆年领航公司实验室的扫描电镜分室拍摄。在显微镜观察的基础上,选择合适的样品进行反射光和阴极发光研究,特别避开锆石包裹体以及锆石内部裂隙,以进行下一步的SHRIMP测试。

锆石的U、Th和Pb同位素测试在北京离子探针中心SHRIMP Ⅱ仪器上完成。应用标准锆石TEMORA(417 Ma)对206Pb /238U比值进行校正,SL13(U含量为238×10-6,平均Th/U=0.09)用于标定样品的U、Th含量(Black et al., 1978),数据处理采用Ludwig SQUID 1.0和Isoplot程序完成,详细的实验原理和分析、数据处理流程参见宋彪等(2015)。应用实测204Pb对锆石进行普通铅校正,分析误差为2σ,置信度为95%。

主量元素和微量元素分析在南京地质调查中心实验室完成。主量元素采用玻璃熔片大型X射线荧光光谱法(XRF)分析;微量元素采用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)进行分析。

4 分析结果 4.1 SHRIMP锆石定年

本次年龄测试样品主要是从吴庄闵磊采石场(LG008)、老海寺辉绿岩(LG020、LG017)中分离出的锆石和斜锆石样品。从CL图像可以看出,锆石晶形大多不完整,半透明或者不透明,板状。无明显或弱的岩浆振荡环带或内部构造,为典型的基性岩锆石。其中部分锆石颜色较深,这可能与U和Th的含量较高有关。表 1中可见锆石的Th/U比值均大于1,表明所用的锆石均为岩浆成因。为获取锆石的年龄,对其中3个样品挑选出来的锆石(LG020为斜锆石)进行了SHRIMP分析。

表 1 辉绿岩锆石SHRIMP U-Pb定年数据 Table 1 SHRIMP zircon U-Pb analytical results for the diabase in Langan area

锆石SHRIMP U-Pb定年结果列于表 1,部分结果显示于图 3。测年结果显示,研究区辉绿岩中锆石SHRIMP U-Pb年龄谱系相对较复杂。辉绿岩(LG008)中锆石年龄比较分散,其中21个分析点中有11个点比较集中在谐和线上,206Pb /238U年龄为856~901 Ma,其年龄加权平均值分为两组,分别为(876.4±4.9) Ma和(892.8±7.5) Ma。其他分析点206Pb / 238U年龄明显偏小,显示研究区可能经历了中生代时期构造热事件的影响,而这些分析点不同程度偏离谐和线,可以解释为放射性成因铅丢失。其中206Pb /238U年龄最小值为259.5 Ma,可以认为是后期构造热事件的改造年龄。因此876 Ma和892 Ma两组年龄可以代表该区辉绿岩的结晶年龄。

图 3 辉绿岩锆石(斜锆石)CL照片(LG008/LG017/LG020) Figure 3 CL images of zircon (baddeleyite) for the diabase in Langan area (LG008/LG017/LG020)

LG017号锆石样品和LG020号斜锆石样品测定点数较少并且比较分散。但是将3个样品所有分析点置于频度图上可见850~900 Ma是最主要的峰值年龄,并且斜锆石(LG020)的2个分析点年龄分别为854.4 Ma和840.4 Ma。因此,可以判断栏杆地区辉绿岩的结晶年龄应该在870~900 Ma的范围内。

4.2 主微量元素特征

该区辉绿岩的主微量及稀土元素含量见表 2表 3。以主量元素做TAS图解可以看出本区辉绿岩的投影点都落于辉长岩范围。但考虑到热液蚀变中K、Na等元素比较活泼,因此,利用TAS图解判别岩石类型可能会产生误差。笔者利用Ti、Zr、Y和Nb等元素在蚀变过程中不活泼的性质来做进一步的判别,发现在Nb/Y-Zr/TiO2判别图中(图 6),所有样品都落入亚碱性玄武岩范围内,与TAS图结果基本一致。

表 2 栏杆辉绿岩的主量元素含量(%) Table 2 Compositions of major elements for the diabase in Langan area(%)
表 3 栏杆辉绿岩的微量元素含量(10-6) Table 3 Compositions of trace elements for the diabase in Langan area(10-6)
图 6 辉绿岩SiO2-(Na2O+K2O)(a)和Nb/Y-Zr/TiO2图解(b)(据Le Bas et al., 1986) Figure 6 SiO2-(Na2O+K2O)(a) and Nb/Y-Zr/TiO2 (b) diagrams for the diabase (after Le Bas et al., 1986)

全岩主量元素分析结果表明,辉绿岩中SiO2含量为45.12%~50.09%,K2O+Na2O为3.46%~5.78%,Na2O>K2O,Al2O3为10.98%~14.64%,CaO为4.63%~ 13.92%,Fe2O3T为11.24%~19.13%,MgO为4.34%~8.32%,Mg#在33.6~59.4,绝大多数在50.4~59.4。与中国东部中元古代基性岩墙群相比,明显显示出较高的SiO2和CaO含量,钾、钠含量多数偏低,铝的含量偏低,镁、铁含量相近。

主量元素Haker图解如图 7所示,主量元素的含量与MgO的变化并不十分明显,随着MgO的含量升高,SiO2降低,Al2O3含量变化却不大,反映出岩浆在上升侵位过程中的分离结晶作用并不强。K2O+ Na2O与MgO相关性也不明显,CaO随MgO的增加而呈负相关性,显示了辉绿岩早期结晶相可能为辉石、斜长石和少量橄榄石。

图 7 栏杆地区辉绿岩主量元素Haker图解 Figure 7 Harker diagrames for the diabase of Langan area

TiO2含量范围分别为1.55%~4.1%,高的TiO2含量可能暗示源自软流圈流体参与了岩浆的活动。地壳中K含量较地幔中要高出数十倍甚至上百倍,而P、Ti则在地壳和地幔中含量相近,因此通过K2O/ TiO2、K2O/P2O5比值可以用来判断岩浆在上升过程中是否受地壳物质混染或岩浆熔融源区是否有大陆地壳物质加入。该区辉绿岩K2O/TiO2、K2O/P2O5比值与MgO呈负相关(图 7),这表明辉绿岩岩浆的演化伴随了地壳物质的加入。随着MgO增加,全铁和P2O5的含量与MgO呈较弱的负相关。

本区辉绿岩的微量元素丰度如表 3。曲线呈右倾,强不相容元素Rb、K最为富集。在中等不相容元素中,以La的富集和Nb、Sr的亏损为特征。但是吴庄浅井中辉绿岩的Sr却显示为正异常,说明受地壳的混染程度不同。岩石的大离子亲石元素K、Rb、Sr、Ba和高场强元素Nb、Zr、Th等含量及比值均大于幔源岩浆的相应比值(Jagoutz et al., 1979),反映岩石为原始岩浆经过了分异作用的产物。

辉绿岩的稀土元素丰度见表 3,本区辉绿岩∑REE在(57~197)×10-6,∑LREE范围为(42~159)× 10-6,∑HREE范围为(15~37)×10-6。LREE/HREE为2.72~4.58,LaN/YbN为2.07~4.10,δEu=0.95~1.24,表明稀土元素分馏程度不高。稀土元素球粒陨石标准化配分曲线具有右倾特征(图 8),总体呈现出稀土总量较高、轻稀土富集和重稀土亏损;Eu的正异常较明显,可能与斜长石斑晶含量较高有关。

图 8 辉绿岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线(a)及微量元素MORB标准化蛛网图(b) Figure 8 Chondrite-normalized REE distribution patterns(a) and MORB-normalized trace elements spider gram (b)for the diabase

前人研究过部分熔融和分离结晶作用过程中REE的地球化学行为,根据部分熔融和分离结晶REE元素定量模型的各自特点,选择不相容元素La (H元素)和中等分配系数元素Sm (M元素)作La/ Sm-La图解, 并利用其判别岩浆成因、部分熔融作用以及叠加的分离结晶作用的影响(Treuil et al., 1975)。结果表明,在一次部分熔融的过程中,La、Sm比值将随着La的含量增加而增大,同源岩浆分离结晶作用过程中La、Sm的比值是不随La的丰度增加而变化的,它的比值保持在一个相对稳定的范围内。

本区辉绿岩稀土元素La-La/Sm关系图(图 9)显示出较为明显的正相关性,说明本区的辉绿岩浆在形成过程中主要受部分熔融作用的影响。而在Rb/Zr-Rb/Nb相关图解中,表现为部分熔融演化的趋势(Onuma et al., 1981),说明栏杆的辉绿岩原始岩浆经历了部分熔融。

图 9 辉绿岩La-La/Sm及Rb/Zr-Rb/Nb图解 Figure 9 La-La/Sm and Rb/Zr-Rb/Nb diagrams for the diabases in Langan area
5 讨论 5.1 成岩年代

栏杆地区含金刚石辉绿岩锆石U-Pb年代学研究结果表明,栏杆地区碱性基性岩的锆石U-Pb年龄非常分散,主要有200~300 Ma,400~500 Ma、876 Ma、892 Ma、800~900 Ma等年龄(图 4)。辉绿岩中锆石和斜锆石主要年龄分布在876~890 Ma,显示了其结晶年龄,即形成于新元古代早期(图 5)。其中最年轻的年龄在200~300 Ma,反映了后期构造热事件的改造年龄。而中间不同的年龄显示了其经历的不同构造热事件。

图 4 辉绿岩年龄谐和图 Figure 4 SHRIMP zircon U-Pb Concordia diagrams for the diabase
图 5 辉绿岩中锆石(斜锆石)年龄频度图 Figure 5 Zircon (baddeleyite) U-Pb dating frequency diagram for the diabase

在中国南方中元古代晚期—新元古代早期Rodinia超大陆聚合过程与Grenvill造山作用有关的洋壳消减过程中,岩浆活动的时间为880~1100 Ma,其中有埃达克质花岗岩在970 Ma前后发育。而超大陆的裂解以及同时期的非造山岩浆活动则发生在830~820 Ma或750 Ma。非造山岩浆作用已假设是元古宙伸展体制下超大陆裂解时形成,非造山岩浆作用是由于成熟的大陆岩石圈的再活化、相对小规模的重熔和侵位到克拉通核部的古老地壳中等原因造成。显然,大陆岩石圈的再活化和重熔为金刚石的再度形成提供了条件。本文获得的结果与王清海等(2011)的研究结果相吻合,而未获得中元古代末期的测年数据。研究区是否存在中元古代末期或新元古代初期两期岩浆活动,尚有待于进一步研究,但这些证据表明华北陆块的胶辽—徐淮地区在中元古代末期—新元古代初期发育有一定规模的基性岩浆活动。而与金刚石有关的岩浆活动也应该为新元古代早期,与Rodinia超大陆聚合过程中与Grenvill造山作用有关的洋壳消减过程相关。

Rodinia超大陆的汇聚和裂解是中、新元古代一次重要的地球动力学事件。近年来,Rodinia超大陆的构型和演化以及中国不同陆块在其中位置的研究,受到地学界广泛的关注。中国大陆由多陆块组成的特点决定了其形成与演化过程的复杂性。华北陆块经历1.95 Ga西部陆块聚合和1.85 Ga东、西陆块碰撞、1.78~1.45 Ga南缘增生和1.6~1.2 Ga的北缘裂解,而相对缺乏新元古代构造-岩浆活动的记录,不过本区来自于上地幔的含金刚石母岩——辉绿岩的研究有力佐证了这一地质过程。

5.2 构造背景及意义

前人认为基性岩墙是深源岩浆快速侵位到浅部构造裂隙内的岩浆活动,与围岩的交代作用相对较弱,因此地壳混染不是影响其岩石化学特征的主要机制,所以基性岩墙的地球化学特征基本反映了岩浆源区的性质,特别是受后期蚀变影响较小的高场强元素以及稀土元素等不活泼元素(王清海等,2011)。

栏杆地区辉绿岩总体上富集大离子亲石元素(LILE)Rb、Ba、La,略亏损高场强元素(HFSE)Th、Nb、Ta、Zr、Hf等,且相对富集Cr和Ni,其微量元素分配特征和稀土元素配分曲线特征反映岩浆源区相对比较深。辉绿岩中Zr/Nb、Y/Nb等这些元素比值或指数对应于过渡型地幔的元素指数,暗示岩浆来源于过渡型地幔。Zr-Y、Zr-Nb和Th/Ta-La/Yb图解显示了岩浆来源于过渡型地幔(图 10)。王清海等(2011)对徐淮地区锆石的Hf同位素研究表明,其Hf模式年龄均大于其形成年龄,但并不远大于其形成年龄,表明辉绿岩原始岩浆不是来源于亏损地幔,亦非富集型地幔,而是中元古代时期的过渡型地幔或略富集型地幔。同时也暗示了该地区存在地幔柱作用。

图 10 栏杆地区辉绿岩Zr-Nb(a)和Zr-Y(b)判别图解(Le Roex et al., 1983) P—富集型地幔;N—亏损型地幔;T—过渡型地幔 Figure 10 Zr-Nb(a) and Zr-Y(b)diagrams for the diabases in Langan area P-Enrichment mantle; N-Depleted mantle; T-Transitional mantle

微量元素的Zr/Y-Zr图解显示该辉绿岩形成于板内向岛弧过渡的环境(图 11a),栏杆地区辉绿岩的主量元素在K2O-TiO2-P2O5图上的投影(图 11b)属于板内大陆边缘向大洋过渡环境下形成的玄武岩系列岩石。这与其围岩为大陆边缘浅海沉积环境的分析结果一致,表明其形成于华北陆块东南缘的板内陆缘环境,结合辉绿岩的锆石U-Pb定年结果(870~890 Ma),证明华北陆块东南缘新元古代早期处于大陆伸展环境,并存在新元古代早期的构造热岩浆事件,这就为该区辉绿岩将上地幔的金刚石带出地表创造了条件。

图 11 栏杆辉绿岩构造判别(a)及K2O-TiO2-P2O5图解(b)(Pearce et al., 1979Wood,1980Meschede,1986) a—WPB:板内玄武岩;MORB:洋中脊玄武岩;IAB:岛弧玄武岩
b—Ⅰ:大洋环境玄武岩类;Ⅱ:大陆碱性玄武岩;Ⅱ′:大陆拉斑玄武岩
Figure 11 Tectonic discriminant diagram(a) and K2O-TiO2-P2O5 diagram(b)for the diabase in Langan area(Pearce et al., 1979; Wood, 1980; Meschede, 1986) a-WPB: within-plate basalt, MORB: mid-ocean ridge basalt, IAB: island-arc basalt, b-Ⅰ: ocean basalt, Ⅱ: continental alkali basalt, Ⅱ': continental tholeiite

除金伯利岩和钾镁煌斑岩之外,目前最新认识认为辉绿岩也可以作为金刚石的含矿母岩。比如:在澳大利亚东部的金刚石砂矿区附近的碱性玄武岩里找到了金刚石;俄罗斯乌拉尔地区的金刚石砂矿,被认为可能来自于乌拉尔碱性玄武岩类(张培元,1998a张培元,1998b);在雅库特地区产金刚石的Udachnaya等岩筒中均发现了多种含金刚石的地幔捕掳体,其中就包括有基性岩过渡特征的辉石岩(Spetsius,1995Sobolev et al., 1998孙主等,2012)。1986年在叙利亚西北大马士革北约150 km处叙利亚地堑西侧的两个含金刚石的岩管已被证实不是金伯利岩或者钾镁煌斑岩,而是类似碱性辉长岩或碧玄岩类岩石,并有开采价值;在捷克的Ceske、Stredhori的含镁铝榴石基性火山岩,被看作是该地区冲积金刚石的来源(Kopecky,1960)。以上发现都证实了金伯利岩和钾镁煌斑岩并不是金刚石的唯一成矿母岩,并为今后在中国其他类型的岩石中,尤其是东部辉绿岩中寻找金刚石矿产提供了依据。

6 结论

(1)安徽栏杆地区辉绿岩中锆石晶形大多不完整,镜下多显示半透明或者不透明,板状。SHRIMP U-Pb年龄测试结果比较分散,但斜锆石的年龄和锆石峰值年龄集中在870~890 Ma,表明该地区辉绿岩形成于新元古代早期,并且辉绿岩作为该地区广泛发育的新元古代岩浆岩将金刚石带出地表。

(2)该区辉绿岩属于板内碱性玄武岩系列岩石,且形成于华北陆块东南缘的板内陆缘环境。其稀土元素总量相对较低, 略富轻稀土元素(LREE),Eu显示较弱正异常。总体上富集大离子亲石元素(LILE))Rb、Ba、La,略亏损高场强元素(HFSE)Th、Nb、Ta、Zr、Hf等,相对富集Cr和Ni。Zr-Y、Zr-Nb和Th/Ta-La/Yb暗示其原始岩浆起源于中元古代时期的过渡型地幔。皖北地区新元古代辉绿岩墙群应该为地幔柱作用。

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