郭兆清，張德賢

(1.合肥工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)院(集團(tuán))有限公司，安徽合肥，230009；2.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙，410083；3.有色金屬成礦預(yù)測(cè)與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙，410083)

揚(yáng)子板塊和華北板塊的碰撞始自三疊紀(jì)，形成了秦嶺—大別造山帶。北淮陽構(gòu)造帶位于該造山帶之北緣，呈東西向長(zhǎng)條狀展布，以磨子潭—曉天斷裂與北大別雜巖帶相鄰，北緣以金寨斷裂與合肥盆地為界，對(duì)應(yīng)于華北板塊南緣和南北陸塊會(huì)聚的地帶[1?4]。北淮陽構(gòu)造帶構(gòu)造于加里東期形成，中生代以后，被陸相火山—沉積盆地覆蓋，自東向西發(fā)育了5個(gè)北西向的火山巖盆地。燕山期是北淮陽地區(qū)主要的成巖成礦期，受太平洋板塊運(yùn)動(dòng)之影響，該區(qū)構(gòu)造發(fā)育，巖漿作用強(qiáng)烈。近年來，在該帶的找礦成果豐富，如河南南泥湖大型鉬礦、安徽沙坪溝斑巖型鉬礦、汞洞沖鉛鋅礦、南關(guān)嶺金礦等[5?7]，但其成因和構(gòu)造屬性仍值得商榷[8?9]。本文擬對(duì)北淮陽地區(qū)的火山巖巖石學(xué)及年代學(xué)進(jìn)行研究[10?15]，探討其成因和構(gòu)造屬性，并與區(qū)域火山巖進(jìn)行對(duì)比，探討其噴發(fā)時(shí)序及構(gòu)造動(dòng)力學(xué)背景。

1 地質(zhì)背景及火山巖特征

1.1 地質(zhì)背景

北淮陽構(gòu)造帶的褶皺構(gòu)造主要形成于加里東期，其次為海西—印支期[16]。北淮陽構(gòu)造帶主要由北西西向斷裂(帶)和北東向斷裂帶圍合而成，邊界斷裂由北西西向的信陽商城斷裂、曉天—磨子潭、金寨—舒城斷裂、六安斷裂和北東向的羅大斷裂、商麻斷裂、郯廬斷裂組成，火山巖主要沿深大斷裂(圖1)分布。此外，構(gòu)造帶內(nèi)尚存在有控巖控礦的北西西向斷裂，如金寨斷裂，北東向斷裂如銀沙—泗河、青山—熬藥尖、沈橋—龍河口、黑石渡—團(tuán)墩斷裂等。

根據(jù)北淮陽地區(qū)構(gòu)造環(huán)境演化特征，該區(qū)地層自下而上可分為4層：

1)新太古界—古元古界大別山巖群，為一套古老的中深變質(zhì)火山—沉積巖系，構(gòu)成北淮陽東段的下構(gòu)造層。

2)新元古界盧鎮(zhèn)關(guān)巖群和新元古界—下古生界佛子嶺巖群，其中，盧鎮(zhèn)關(guān)巖群主要巖石類型有黑云變粒巖、淺粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖、大理巖、云母片巖、石墨片巖等，佛子嶺巖群為一套中淺變質(zhì)巖系，原巖為類復(fù)理石建造。

3)上古生界石炭紀(jì)楊山群，包含有4個(gè)組，即花園墻組、楊山組、胡油坊組和楊小莊組，屬一套殘?；蚝聪喑练e，以砂巖為主。

4)中生界及其上的地層，是一套未經(jīng)歷塑性變形和變質(zhì)的陸相盆地堆積以及火山—沉積地層、一套陸相盆地堆積和火山—沉積地層。

研究區(qū)地處大別構(gòu)造—巖漿巖帶，由于受早期特提斯構(gòu)造域的控制和晚期環(huán)太平洋構(gòu)造域的疊加改造，從形成時(shí)代看，主要有新元古代(晉寧期)和侏羅—白堊紀(jì)(燕山期)，產(chǎn)出狀態(tài)包括中深—淺成侵入巖、次火山巖和噴出巖；巖石類型主要是中酸性巖，其次是堿性巖。這些巖漿巖石是華北陸塊和揚(yáng)子陸塊從元古代—中生代碰撞造山作用不同階段的巖石圈構(gòu)造—熱事件產(chǎn)物。

1.2 區(qū)域中生代火山巖特征

北淮陽巖漿巖帶的火山巖主要受區(qū)域斷裂控制，自西至東主要集中于5個(gè)火山巖盆地中，分別為信陽火山巖盆地、商城火山巖盆地、金剛臺(tái)火山巖盆地、霍山—舒城火山巖盆地及曉天火山巖盆地，北西向展布長(zhǎng)330 km[17]。區(qū)內(nèi)中生代火山巖和火山—沉積巖歸納為毛坦廠組、金剛臺(tái)組、響洪甸組、曉天組。根據(jù)巖石組合及演化特征，分為毛坦廠旋回(屬高鉀鈣堿性—鉀玄巖系列)、曉天旋回(橄欖安粗巖系)和響洪甸旋回(屬堿性玄武巖系列)。毛坦廠旋回為安山巖(石英安山巖)—粗安巖—英安巖—流紋巖—石英粗面巖組合。響洪甸旋回在響洪甸為堿性玄武巖—堿性粗面巖—響巖組合；在霍舒盆地為堿性玄武巖—堿性粗面巖組合，未見響巖類巖石。曉天旋回為堿性玄武巖—安山巖—粗安巖—粗面巖組合。

毛坦廠組分布在金寨、霍山—舒城及曉天火山巖盆地，依據(jù)巖性分為上、下兩段。下段為灰色、灰綠色、灰紫色安山巖(圖2(a)和圖2(b))，角礫集塊巖，集塊巖夾少量薄層紫紅色凝灰質(zhì)砂巖，沉凝灰?guī)r；上部為灰色、灰紫色、淺紫紅色粗安質(zhì)熔巖角礫巖，角閃粗安巖(圖2(c))。金剛臺(tái)組主要分布于商城及金寨西部，主要由一套火山碎屑巖、酸性熔巖組成。在噴發(fā)中心的錐形火山口處，出現(xiàn)潛火山巖和熔巖，沿著噴發(fā)中心往外推移，熔巖減少，而出現(xiàn)大量火山碎屑巖。響洪甸組分布在響洪甸水庫一帶的響洪甸火山巖盆地，下部為灰紫色、紫紅色堿性玄武巖、堿玄質(zhì)響巖夾堿性粗面巖(圖2(c)和圖2(d))及凝灰質(zhì)砂礫巖，底部以凝灰質(zhì)砂礫巖與下伏不整合接觸；上部為灰紫色、肉紅色假白榴石響巖質(zhì)集塊巖、響巖質(zhì)熔結(jié)角礫巖、假白榴石堿性粗面巖夾凝灰質(zhì)砂巖。曉天組僅分布在曉天盆地內(nèi)，下部為黃綠色凝灰質(zhì)礫巖、集塊巖(圖2(e)和圖2(f))、含礫凝灰質(zhì)砂巖與粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖互層，夾中粗粒砂巖；上部為灰黃、棕黃色中—厚層凝砂質(zhì)礫巖、砂巖與青灰色、黃綠色泥質(zhì)粉砂巖、鈣質(zhì)頁巖互層，間夾泥灰?guī)r透鏡體。

圖1 北淮陽地區(qū)火山巖地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)李鑫浩等[27]修改)Fig.1 Volcanic geological sketch map of North Huaiyang(modified by LI et al[27])

2 樣品分析測(cè)試與結(jié)果

2.1 樣品采集與分析方法

在充分收集前人資料的基礎(chǔ)上，采集來自舒城舒茶、舒城曉天、商城金剛臺(tái)等標(biāo)準(zhǔn)剖面或剖面附近采場(chǎng)6件樣品。在河北省廊坊市科大巖石礦物分選技術(shù)有限公司用常規(guī)礦物分選流程進(jìn)行分選。分選后，選擇顆粒粒徑較大、自形程度較好的鋯石用于制靶。鋯石靶制作完成后，在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜(LA-ICPMS)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析測(cè)試，進(jìn)行鋯石的透反射和陰極發(fā)光照相。利用LA-ICP-MS 分析鋯石U 和Pb 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(U)和w(Pb)。激光剝蝕系統(tǒng)為Resolution S-155 193 nm，ICP-MS 為Bruker M 90。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為補(bǔ)償氣以調(diào)節(jié)靈敏度，二者在進(jìn)入等離子體質(zhì)譜(ICP)之前通過1個(gè)Y 型接頭混合。每次分辨分析數(shù)據(jù)包括15～20 s的背景和45 s鋯石樣品w(U)和w(Pb)。對(duì)分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對(duì)樣品和空白信號(hào)的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及w(U)和w(Pb)同位素比值和年齡計(jì)算)采用軟件ICPMSDataCal 完成。鋯石微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)利用美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)局玻璃標(biāo)樣NIST SRM610 作為外標(biāo)、Si 作內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行定量計(jì)算。U?Pb定年中，采用鋯石標(biāo)樣GJ-1作外標(biāo)進(jìn)行同位素分餾校正，每分析5～10 個(gè)樣品點(diǎn)便分析2 次鋯石標(biāo)樣GJ-1 中的同位素質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(U)和w(Pb)。對(duì)于與分析時(shí)間有關(guān)的同位素漂移，利用標(biāo)樣GJ-1中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化采用線性內(nèi)插的方式進(jìn)行校正。鋯石樣品的U?Pb年齡諧和圖繪制及年齡權(quán)重平均計(jì)算均采用Isoplot 完成，處理方法見文獻(xiàn)[18]。

鋯石Hf 同位素分析同樣在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所完成，使用儀器為Neptune多接收等離子質(zhì)譜和New wave UP213 紫外激光剝蝕系統(tǒng)(LA-MC-ICP-MS)。根據(jù)鋯石粒徑，剝蝕束斑直徑為40 μm或50 μm。在測(cè)定過程中，使用國(guó)際鋯石標(biāo)樣GJ-1 作為標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)。分析測(cè)試的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算方法見文獻(xiàn)[19]。

圖2 研究區(qū)主要巖性的野外產(chǎn)出特征Fig.2 Major rock-types in the study area

2.2 分析結(jié)果

實(shí)驗(yàn)樣品中鋯石多為無色透明或淺黃色，呈長(zhǎng)柱狀、正方雙錐狀自形晶體，長(zhǎng)70～150 μm，寬約50 μm，長(zhǎng)寬比為3:1～1.5:1.0。鋯石陰極發(fā)光圖像表現(xiàn)為清晰的明暗相間的條帶結(jié)構(gòu)和典型的巖漿震蕩環(huán)帶，表明為巖漿鋯石。分析結(jié)果見表1。

樣品BHY-1 采自曉天鎮(zhèn)黃石灘，采自曉天組粗安巖。w(Th)/w(U)=1.29～2.95，為典型的巖漿鋯石。9個(gè)鋯石206Pb/238U年齡加權(quán)值分布于125～128 Ma，加權(quán)平均年齡為(126.29±0.8)Ma，加權(quán)平均方值0.78，所有點(diǎn)均位于協(xié)和線上或者附近，表明該年齡可靠，代表了其結(jié)晶年齡(圖3(a))。

樣品BHY-2 采集自舒城舒茶鎮(zhèn)，采自毛坦廠組粗面巖。w(Th)/w(U)為1.07～4.02，為典型的巖漿鋯石。24 個(gè)鋯石206Pb/238U 的年齡加權(quán)值分布于123～127 Ma，加權(quán)平均年齡為(124.90±0.50)Ma，加權(quán)平均方值為0.49，所有點(diǎn)均位于協(xié)和線上或者附近，表明該年齡可靠，代表了其結(jié)晶年齡(圖3(b))。

樣品BHY-3 采集自金寨響洪甸水庫旁的響洪甸組堿性粗面質(zhì)熔結(jié)角礫凝灰?guī)r。w(Th)/w(U)為0.74～1.34，為典型的巖漿鋯石。17 個(gè)鋯石點(diǎn)的206Pb/238U 的年齡分布于125.6～135.5 Ma，加權(quán)平均年齡為(131.17±0.83)Ma(加權(quán)平均方值為0.79)，所有點(diǎn)均位于協(xié)和線上或者附近，表明該年齡可靠，代表了其結(jié)晶年齡(圖3(c))。

樣品BHY-4 同樣采自金寨麻埠鎮(zhèn)響洪甸盆地西部，因挑選不出所需的巖漿鋯石礦物，無法得出年齡結(jié)果。

樣品BHY-5 采自金寨金剛臺(tái)地區(qū)金剛臺(tái)組安山巖。w(Th)/w(U)為0.77～3.33，為典型的巖漿鋯石。18 個(gè)鋯石點(diǎn)的206Pb/238U 的年齡分布于120～147 Ma，加權(quán)平均年齡為(129.10±3.20)Ma(加權(quán)平均方值為1.4)，所有點(diǎn)均位于協(xié)和線上或者附近，表明該年齡可靠，代表了其結(jié)晶年齡(圖3(d))。

樣品BHY-6 采自信陽劉家沖陳棚組安山巖。w(Th)/w(U)為1.25～3.12，為典型的巖漿鋯石。27個(gè)鋯石點(diǎn)的206Pb/238U的年齡分布于122～142 Ma，加權(quán)平均年齡為(130.20±2.10)Ma(加權(quán)平均方值為0.85)，所有點(diǎn)均位于協(xié)和線上或者附近，表明該年齡可靠，代表了其結(jié)晶年齡(圖3(e))。

金寨金剛臺(tái)安山巖BHY-5的Lu-Hf同位素結(jié)果見表2。從表2可見：176Hf/177Hf分布在0.281 7～0.282 1，平均值為0.281 972。按照鋯石U?Pb加權(quán)平均年齡129.1 Ma 計(jì)算，初始Hf 同位素標(biāo)準(zhǔn)化值εHf(t)為?20.62～31.72，平均為?25.59，由此計(jì)算得到的兩階段模式年齡=2.49～3.18 Ga，平均值為2.80 Ga。

表1 北淮陽地區(qū)典型火山巖鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果Table.1 U-Pb isotopic compositions of typical North Huaiyang volcanic rocks

圖3 北淮陽地區(qū)火山巖鋯石年齡協(xié)和圖Fig.3 Zircon age of volcanic rocks in North Huaiyang area

3 討論

3.1 區(qū)域火山巖年齡

前人對(duì)于本地區(qū)的火山巖和侵入巖同位素年齡的研究較多(見表3[9,20?27])，基本構(gòu)建了本區(qū)巖漿巖的時(shí)空格架。根據(jù)表3，本區(qū)巖漿巖均屬于早白堊世(124～135 Ma之間)，火山噴發(fā)的時(shí)限相當(dāng)于長(zhǎng)江中下游巖漿巖的第二期，后期的次火山巖及脈巖年齡在124 Ma左右。

3.2 火山巖噴發(fā)時(shí)序與機(jī)制

前人認(rèn)為北淮陽地區(qū)火山巖噴發(fā)分為3 個(gè)旋回，分別為毛坦廠旋回、曉天旋回和響洪甸旋回。這3個(gè)火山噴發(fā)階段(旋回)的火山巖屬同源巖漿演化產(chǎn)物，它們的先后噴發(fā)順序?yàn)槊箯S旋回→曉天旋回→響洪甸旋回。從早到晚較連續(xù)地由高鉀鈣堿性巖系→橄欖安粗巖系→堿性巖系演化，未見有較大的火山噴發(fā)—沉積間斷，表現(xiàn)為前者被后兩者火山巖覆蓋，表明基本上是連續(xù)噴發(fā)產(chǎn)物。根據(jù)本次及前人的火山巖年齡成果(見表3)特別是近些年鋯石U?Pb年齡可知，毛坦廠旋回、響洪甸旋回、曉天旋回先后關(guān)系不明顯，其原因可能是毛坦廠旋回先噴發(fā)，但是響洪甸、曉天和望母山旋回應(yīng)在毛坦廠旋回未結(jié)束前即開始，且?guī)缀跬瑫r(shí)開始。根據(jù)王岳軍等[28?30]的研究，本地區(qū)與響巖對(duì)應(yīng)的侵入巖體霞石正長(zhǎng)巖年齡為135 Ma 左右，與粗面巖對(duì)應(yīng)的堿性正長(zhǎng)巖年齡為124 Ma 左右，顯示響洪甸地區(qū)火山巖噴發(fā)有2 期，且?guī)r性不同。而火山巖的噴發(fā)幾乎是同期的，且均應(yīng)為北淮陽地區(qū)早期的火山活動(dòng)。因此，北淮陽地區(qū)火山巖受北西向曉天斷裂、金寨斷裂及北東向郯廬斷裂控制，噴發(fā)時(shí)限應(yīng)為126～135 Ma，各噴發(fā)旋回幾乎與同期的高鉀鈣堿性—鉀玄巖組合的特征一致。

表2 北淮陽地區(qū)火山巖鋯石Hf同位素分析結(jié)果Table 2 Lu-Hf zircon isotopic data of BHY-5 from the North Huaiyang

在地球化學(xué)特征上，北淮陽中生代火山巖普遍具有富鉀、富集輕稀土元素，輕重稀土分餾強(qiáng)烈，富集大離子親石元素，貧高場(chǎng)強(qiáng)元素，發(fā)育典型的Nb和Ta槽。本次采取的金寨金剛臺(tái)安山巖的εHf(t)為?18.74～?35.26，兩階段模式年齡變化范圍為2.4～3.2 Ga。由于εHf(t)反映了早期未受地幔影響的古老再循環(huán)基底地殼物質(zhì)熔融形成的巖漿成分，表明該地區(qū)火山巖主要由太古宙再循環(huán)基底地殼熔融而成[31]。Hf 模式年齡為古元古代—新太古代，根據(jù)大別山的巖石組分研究[30]，其應(yīng)來源于當(dāng)時(shí)的下地殼。整體來說，北淮陽帶火山巖自東向西表現(xiàn)出同時(shí)噴發(fā)且間歇的特點(diǎn)，巖漿成巖酸性程度增高、成礦作用增強(qiáng)。同位素研究結(jié)果表明，北淮陽火山巖的源區(qū)是同碰撞期時(shí)已經(jīng)富集的華北巖石圈地幔，經(jīng)俯沖的揚(yáng)子板塊下地的殼物質(zhì)加入改造而成。

3.3 構(gòu)造動(dòng)力學(xué)背景

自中生代以來，受太平洋伊澤納畸板塊高速斜向俯沖的影響，在構(gòu)造轉(zhuǎn)換時(shí)期，大別造山帶及其鄰區(qū)由特提斯構(gòu)造域向?yàn)I太平洋構(gòu)造域轉(zhuǎn)換[32]。由于太平洋板塊向NW持續(xù)俯沖造成中國(guó)東部地區(qū)強(qiáng)烈的巖石圈伸展和受軟流圈上涌的影響，玄武質(zhì)巖漿底侵于下地殼底部的殼幔過渡部位，持續(xù)的幔源巖漿底侵及對(duì)下地殼底部加熱，使增厚的下地殼底部部分熔融作用加劇[33?34]。始于晚侏羅世的玄武質(zhì)巖漿底侵作用和水平擠壓作用促使造山帶及其兩側(cè)的陸殼更進(jìn)一步增厚，同時(shí)，下地殼的部分熔融形成中酸性巖漿的大量移出致使下地殼進(jìn)一步榴輝巖化，使其密度超過下伏的巖石圈地幔，造成下地殼與地幔之間的的重力不穩(wěn)[35?37]，導(dǎo)致在早白堊世發(fā)生廣泛的下地殼的拆沉作用(圖4)。根據(jù)地球物理反射剖面和巖石物理性質(zhì)的測(cè)量結(jié)果，現(xiàn)今大別造山帶的莫霍面下凹，地殼厚度為32～33 km，比其他地區(qū)的地殼厚度(3～4 km)大；蘇魯超高壓變質(zhì)帶的地殼厚度為32～33 km，較周圍地區(qū)(2～3 km)大[38?40]，這與高壓/超高壓變質(zhì)巖的形成深度相比已明顯減小。大規(guī)模的拆沉作用導(dǎo)致熱的軟流圈上涌，軟流圈上涌至上地幔和殼幔過渡帶會(huì)造成大規(guī)模的巖漿作用，同時(shí)引發(fā)造山帶的又一次強(qiáng)烈隆升，造成造山帶和北淮陽構(gòu)造帶之間的差異性隆升，從而在北淮陽構(gòu)造帶形成滑覆伸展構(gòu)造，并在滑覆伸展構(gòu)造的后緣形成大規(guī)模的早白堊世火山巖盆地。

表3 北淮陽地區(qū)火山巖同位素年齡Table 3 isotopic age of volcanic rocks from the North Huaiyang

圖4 北淮陽地區(qū)火山巖動(dòng)力學(xué)模式Fig.4 Geodynamic activities of volcanic rocks from the North Huaiyang area

4 結(jié)論

1)北淮陽地區(qū)舒城、曉天、響洪甸、金剛臺(tái)及信陽劉家沖火山巖中鋯石U?Pb年齡分別為(126.29±0.80)，(124.90±0.50)，(131.17±0.83)，(129.10±3.20)和(130.20±2.10)Ma，認(rèn)為該地區(qū)火山活動(dòng)不存在絕對(duì)的先后關(guān)系，均幾乎同時(shí)沿著深大斷裂間斷性噴發(fā)，噴發(fā)時(shí)限為126～135 Ma。

2)北淮陽地區(qū)5 個(gè)火山巖樣品中鋯石初始Hf同位素標(biāo)準(zhǔn)化值εHf(t)為?18.74～?35.26，兩階段模式年齡變化范圍為2.4～3.2 Ga，表明該地區(qū)火山巖主要由太古宙再循環(huán)基底地殼熔融而成，其應(yīng)來源于當(dāng)時(shí)的下地殼。

3)北淮陽構(gòu)造帶處于造山帶的北緣，發(fā)育一系列由南向北逆沖推覆構(gòu)造。在中生代火山巖形成之前，這種構(gòu)造體制始終占據(jù)主導(dǎo)地位。自晚侏羅世—早白堊世開始，受太平洋板塊向中國(guó)東部大陸俯沖作用影響，發(fā)生了廣泛的下地殼的拆沉作用，導(dǎo)致早期由于碰撞造山、逆沖推覆和地殼加厚所引起的上地幔和下部地殼部分熔融形成的巖漿快速上升，從而發(fā)生了強(qiáng)烈的火山噴發(fā)作用，形成了火山巖盆地。