长江中下游成矿带是中国东部最主要的铜铁金多金属成矿带之一, 位于扬子板块北缘的长江断裂带内。自晋宁期以来, 该区经历了古生代盖层沉积阶段和中生代板内变形阶段, 受特提斯构造域、古太平洋构造域和深部壳幔作用过程复合形成的中生代转换构造背景控制(常印佛等, 1991；翟裕生等, 1992；陶奎元等, 1998；周涛发等, 2008)。该成矿带自西向东可分为鄂东南、九瑞(九江-瑞昌)、安庆-贵池、铜陵、庐枞、宁芜和宁镇等7个大型矿集区(图 1)。其中, 宁镇矿集区主要位于最东端, 区内中生代岩浆活动强烈, 成矿作用广泛发育, 是长江中下游地区重要的斑岩-矽卡岩型铜金矿产地之一。然而, 以往的研究主要侧重于部分与区域铜铁金成矿作用相关岩体的研究(如, 安基山、新桥、下蜀-高资、新桥和石马岩体)(刘建敏等, 2014；孙洋等, 2014；王小龙等, 2014；关俊朋等, 2015), 相对而言, 对非含矿岩体的工作程度相对较弱, 这制约了区域岩浆活动的精细年代学格架的建立和对相关成岩成矿地球动力学背景的探讨。因此, 本文以宁镇地区3个典型非含矿的中酸性岩体——板仓、麒麟门、谏壁为研究对象, 首次报道了其锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄, 并结合前人研究的成果, 进一步探讨了宁镇地区晚中生代岩浆活动的时限及其所形成的大地构造背景。

图 1

图 1 长江中下游成矿带主要矿集区和矿床分布略图(据翟裕生等, 1992) Figure 1 Sketch map showing the distribution of main metallogenic districts and deposits in the Middle-Cambrian Yangtze River metallogenic belt(after Zhai Yusheng et al., 1992)

长江中下游地区位于扬子地块北东缘, 紧邻华北地块和大别造山带。其北以襄樊-广济断裂和郯庐断裂与大别造山带分开, 其东南以常州-阳新断裂为界与江南造山带接壤, 总体上呈北西狭窄、北东宽阔的“V”字型地带。宁镇地区位于长江中下游东端, 区内结晶基底为古元古代埤城群变质岩系(闵庆魁, 1987)。盖层地层从南华系到第四系均有分布, 仅在中-下泥盆世有沉积间断。宁镇地区广泛分布燕山期侵入岩, 自西向东主要由7个杂岩体组成, 分别是板仓、麒麟门、安基山、下蜀-高资、新桥、石马和谏壁等杂岩体(图 2)。侵入岩类型齐全, 从基性岩至酸性岩均有分布, 其中中酸性侵入岩分布范围最广, 约占侵入岩总面积的80%(孙洋等, 2014)。区域上与成矿作用有关的岩体以安基山、下蜀-高资、新桥、石马为主。安基山岩体出露约50 km², 主体岩性以石英闪长玢岩和少量花岗斑岩为主, 与其相关的矿化类型主要以斑岩-矽卡岩-脉型铜多金属矿化为主, 以安基山铜钼矿、伏牛山铜金矿为代表；下蜀-高资岩体出露面积约120 km², 岩石类型多样, 有二长花岗岩、花岗闪长岩、石英二长岩、石英闪长岩和石英闪长玢岩等, 与之相关的矿化类型有矽卡岩型铁矿和岩浆热液充填交代型铜、钼、铅锌矿；新桥岩体出露面积约6 km², 主体岩性以闪长玢岩为主；石马岩体出露面积5 km², 岩石类型以花岗闪长(斑)岩、石英二长岩和石英闪长(玢)岩为主。该岩体是宁镇地区重要的铁多金属矿化的成矿母岩。围绕该岩体已发现的矿床(点)近十处, 主要有韦岗铁矿、徐湾铁矿、巢凤山铁矿等(孙洋等, 2014；王小龙等, 2014；关俊朋等, 2015)。本次研究选取宁镇地区出露的板仓、麒麟门和谏壁3个代表性非含矿岩体开展年代学研究, 并探讨其地质构造意义。

图 2

图 2 宁镇地区中生代侵入岩分布略图及样品位置图(据毛建仁等, 1990) Figure 2 Sketch geological map of the Mesozoic intrusions and sampling locations in the Ningzhen region(after Mao Jianren et al., 1992)

板仓岩体出露面积约3 km², 位于南京市玄武区, 主要岩性为辉长岩-闪长岩-石英闪长(玢)岩。由于后期城市化进程中的剧烈改造, 目前在地表几乎难以见到露头。本次研究样品主要来自南京地铁2线开挖出来的石英闪长玢岩。样品呈灰白色, 细粒斑状结构, 块状构造, 斑晶主要为斜长石(10％～20%)、石英(5％～10%)和少量黑云母及角闪石, 基质具细晶结构, 组成矿物为斜长石、石英和黑云母。

麒麟门岩体出露面积约6 km², 位于南京市江宁区麒麟门, 主要岩性为闪长玢岩-石英闪玢岩-花岗斑岩。该岩体基本也被第四系和现代建筑物覆盖, 仅在麒麟门华汇康城小区(牛头山公园)内见少量新鲜露头(花岗斑岩)并采集了相关样品。样品呈浅肉红色, 蚀变色为灰白色, 斑状结构, 块状构造, 斑晶主要为钾长石(20％～30%)和石英(10％～20%), 其次可见少量斜长石和黑云母, 基质具细晶结构, 矿物组成以钾长石和石英为主。

谏壁岩体出露面积约30 km², 位于镇江主城区东侧, 主要岩性为石英闪长玢岩-石英二长斑岩、二长花岗岩。本次研究主要选取在谏壁钟家村出露的代表性岩性(二长花岗岩), 开展了相关定年工作。岩石呈灰白色, 具中细粒花岗结构, 块状构造。岩石的主要矿物为钾长石(30％～40%)、斜长石(25％～35%)、石英(15％～25%)及少量黑云母(3％～5%)。

锆石用人工重砂方法选出, 在双目镜下挑纯, 然后再将锆石粘贴在环氧树脂表面, 抛光后将待测锆石进行阴极发光图像(CL)分析。CL照相在北京锆石领航科技有限公司完成。锆石LA-ICP-MS测年在南京大学内生金属成矿作用国家重点实验室完成, 采用的仪器型号为Agilent 7500a, 激光剥蚀系统为New Wave公司生产的UP213固体激光剥蚀系统。分析时激光束斑直径为32 μm, 激光脉冲重复频率为5 Hz。实验原理和详细的测试方法见Jackson等(2004)。ICP-MS的分析数据通过GLITTER 4.0程序计算获得同位素比值、年龄和误差。普通铅校正采用Andersen(2002)的方法进行, 校正后的结果用ISOPLOT程序完成年龄计算和谐和图的绘制。

板仓岩体(NZ-3) 共完成30个锆石年龄的测定, 测定结果见表 1。标定测年锆石大部分为短柱状到长柱状, 长/宽比为1:1～2:1, 颗粒大小约100～200 μm, 阴极发光(CL)图像显示大多数锆石自形且具有清晰的结晶成分环带(图 3b)。所测锆石的U、Th含量分别为283×10^-6～901×10^-6和141×10^-6～792×10^-6, Th/U值为0.38～1.51, 属于典型的岩浆锆石(吴元保和郑永飞, 2004)。锆石样品仅有一组谐和年龄且基本位于U-Pb谐和线上(图 2a), 30个锆石分析点的 ²⁰⁶ Pb/²³⁸U加权平均年龄为101.4±1.3 Ma, 代表了板仓岩体的成岩年龄。

表 1

表 1 宁镇地区侵入岩的锆石U-Pb同位素分析数据 Table 1 LA-ICP-MS U-Pb dating results of zircons from intrusions in the Ningzhen region Th/(×10-6) U/(×10-6) Th/U 同位素比值 年龄/Ma 207Pb/206Pb (1σ) 207Pb/235U(1σ) 206Pb/238U(1σ) 207Pb/235U 206Pb/238U NZ-3(板仓岩体) 01 514 901 0.57 0.0491±0.0040 0.1035±0.0085 0.0157±0.0005 100±8 100±3 02 270 477 0.57 0.0472±0.0048 0.1000±0.0105 0.0155±0.0006 97±10 99±4 03 278 738 0.38 0.0479±0.0028 0.1070±0.0065 0.0160±0.0005 103±6 102±3 04 441 880 0.50 0.0482±0.0032 0.1075±0.0074 0.0161±0.0005 104±7 103±3 05 615 787 0.78 0.0501±0.0039 0.1049±0.0075 0.0155±0.0005 101±7 99±3 06 212 444 0.48 0.0512±0.0038 0.1068±0.0074 0.0158±0.0006 103±7 101±4 07 333 480 0.69 0.0478±0.0033 0.1028±0.0071 0.0156±0.0005 99±7 100±3 08 637 905 0.70 0.0478±0.0028 0.1053±0.0062 0.0159±0.0005 102±6 102±3 09 214 283 0.76 0.0497±0.0047 0.1069±0.0093 0.0160±0.0006 103±9 102±4 10 169 312 0.54 0.0488±0.0035 0.1076±0.0079 0.0159±0.0005 104±7 102±3 11 792 523 1.51 0.0488±0.0032 0.1086±0.0072 0.0163±0.0005 105±7 104±3 12 287 401 0.72 0.0496±0.0040 0.1033±0.0082 0.0153±0.0005 100±8 98±3 13 215 375 0.57 0.0483±0.0048 0.1060±0.0110 0.0159±0.0006 102±10 102±4 14 501 861 0.58 0.0478±0.0048 0.1048±0.0095 0.0160±0.0006 101±9 102±4 15 473 810 0.58 0.0487±0.0099 0.1066±0.0204 0.0160±0.0006 103±19 102±4 16 393 575 0.68 0.0481±0.0077 0.1019±0.0128 0.0157±0.0008 99±12 100±5 17 249 698 0.36 0.0469±0.0033 0.1056±0.0075 0.0160±0.0005 102±7 102±3 18 279 358 0.78 0.0498±0.0048 0.1057±0.0094 0.0158±0.0006 102±9 101±4 19 352 596 0.59 0.0485±0.0033 0.1057±0.0069 0.0159±0.0005 102±6 102±3 20 432 637 0.68 0.0488±0.0031 0.1054±0.0065 0.0158±0.0005 102±6 101±3 21 322 603 0.53 0.0475±0.0028 0.1044±0.0065 0.0156±0.0005 101±6 100±3 22 243 326 0.75 0.0476±0.0067 0.1085±0.0148 0.0161±0.0008 105±14 103±5 23 240 493 0.49 0.0492±0.0036 0.1058±0.0070 0.0158±0.0005 102±6 101±3 24 259 572 0.45 0.0479±0.0028 0.1052±0.0062 0.0159±0.0005 102±6 102±3 25 239 380 0.63 0.0475±0.0034 0.1052±0.0077 0.0160±0.0005 102±7 102±4 26 388 466 0.83 0.0487±0.0036 0.1087±0.0081 0.0159±0.0005 105±7 102±3 27 327 682 0.48 0.0489±0.0030 0.1060±0.0063 0.0158±0.0005 102±6 101±3 28 141 301 0.47 0.0481±0.0049 0.1067±0.0106 0.0160±0.0006 103±10 102±4 29 392 686 0.57 0.0485±0.0030 0.1079±0.0067 0.0159±0.0005 104±6 102±3 30 264 470 0.56 0.0467±0.0045 0.1022±0.0097 0.0159±0.0006 99±9 102±4 NZ-10(麒麟门岩体) 01 394 414 0.95 0.0467±0.0037 0.1037±0.0084 0.0158±0.0005 100±8 101±3 02 418 620 0.67 0.0487±0.0078 0.1120±0.0154 0.0169±0.0007 108±14 108±4 03 598 733 0.82 0.0467±0.0036 0.1086±0.0084 0.0162±0.0005 105±8 104±3 04 309 461 0.67 0.0466±0.0066 0.1012±0.0142 0.0155±0.0006 98±13 99±4 05 340 733 0.46 0.0474±0.0029 0.1028±0.0063 0.0158±0.0005 99±6 101±3 06 211 543 0.39 0.0481±0.0047 0.1102±0.0114 0.0167±0.0006 106±10 107±4 07 338 500 0.68 0.0485±0.0026 0.1056±0.0057 0.0158±0.0005 102±5 101±3 08 230 551 0.42 0.0498±0.0029 0.1068±0.0059 0.0160±0.0005 103±5 102±3 09 269 439 0.61 0.0489±0.0037 0.1061±0.0081 0.0159±0.0005 102±7 102±3 10 596 600 0.99 0.0468±0.0024 0.1022±0.0052 0.0158±0.0005 99±5 101±3 11 268 470 0.57 0.0464±0.0029 0.1038±0.0068 0.0161±0.0005 100±6 103±3 12 415 616 0.67 0.0485±0.0029 0.1078±0.0065 0.0160±0.0005 104±6 102±3 13 317 549 0.58 0.0489±0.0036 0.1054±0.0078 0.0156±0.0005 102±7 100±3 14 321 418 0.77 0.0494±0.0027 0.1030±0.0052 0.0151±0.0005 100±5 97±3 15 301 593 0.51 0.0472±0.0034 0.1039±0.0076 0.0159±0.0005 100±7 102±3 16 485 690 0.70 0.0475±0.0035 0.1106±0.0082 0.0167±0.0006 107±7 107±4 17 333 596 0.56 0.0480±0.0031 0.1041±0.0066 0.0156±0.0005 101±6 100±3 18 348 711 0.49 0.0482±0.0046 0.1080±0.0101 0.0162±0.0006 104±9 103±4 19 235 273 0.86 0.0475±0.0090 0.1160±0.0216 0.0176±0.0009 111±20 112±6 20 793 1032 0.77 0.0474±0.0067 0.1117±0.0148 0.0169±0.0006 108±13 108±4 21 409 604 0.68 0.0496±0.0058 0.1168±0.0124 0.0174±0.0007 112±11 111±5 22 336 709 0.47 0.0472±0.0037 0.1053±0.0083 0.0162±0.0005 102±8 104±3 23 233 353 0.66 0.0483±0.0049 0.1059±0.0113 0.0158±0.0005 102±10 101±3 24 317 656 0.48 0.0497±0.0044 0.1058±0.0085 0.0159±0.0005 102±8 102±3 25 557 704 0.79 0.0482±0.0034 0.1021±0.0074 0.0154±0.0005 99±7 99±3 26 367 582 0.63 0.0493±0.0039 0.1066±0.0078 0.0162±0.0005 103±7 104±3 27 367 640 0.57 0.0505±0.0029 0.1147±0.0061 0.0165±0.0005 110±6 105±3 28 193 272 0.71 0.0489±0.0032 0.1066±0.0072 0.0158±0.0005 103±7 101±3 NZ-18(谏壁岩体) 01 523 629 0.83 0.0480±0.0037 0.1116±0.0085 0.0169±0.0003 109±9 108±2 02 203 392 0.52 0.0486±0.0122 0.1138±0.0284 0.0170±0.0005 111±10 109±3 03 651 776 0.84 0.0478±0.0042 0.1133±0.0099 0.0172±0.0004 112±13 110±3 04 654 550 1.19 0.0480±0.0028 0.1125±0.0065 0.0170±0.0003 112±11 109±2 05 504 636 0.79 0.0481±0.0077 0.1116±0.0176 0.0168±0.0005 109±8 108±3 06 336 746 0.45 0.0482±0.0055 0.1116±0.0126 0.0168±0.0004 109±10 107±3 07 451 811 0.56 0.0475±0.0025 0.1158±0.0061 0.0177±0.0003 122±8 113±2 08 780 882 0.88 0.0482±0.0038 0.1141±0.0090 0.0172±0.0004 112±7 110±2 09 676 1056 0.64 0.0473±0.0033 0.1112±0.0077 0.0170±0.0004 109±7 109±2 10 619 947 0.65 0.0481±0.0032 0.1130±0.0075 0.0170±0.0004 109±6 109±2 11 663 745 0.89 0.0482±0.0057 0.1102±0.0127 0.0166±0.0005 105±7 106±3 12 735 888 0.83 0.0485±0.0034 0.1153±0.0081 0.0173±0.0004 109±8 110±2 13 442 633 0.70 0.0477±0.0028 0.1116±0.0065 0.0170±0.0004 109±10 109±2 14 356 689 0.52 0.0483±0.0039 0.1100±0.0087 0.0165±0.0004 104±8 105±3 15 291 488 0.60 0.0484±0.0034 0.1154±0.0079 0.0173±0.0004 109±7 110±2 16 306 522 0.59 0.0477±0.0032 0.1118±0.0074 0.0170±0.0004 109±7 109±2 17 364 530 0.69 0.0486±0.0038 0.1165±0.0091 0.0174±0.0004 112±6 111±2

表 1 宁镇地区侵入岩的锆石U-Pb同位素分析数据 Table 1 LA-ICP-MS U-Pb dating results of zircons from intrusions in the Ningzhen region

麒麟门岩体(NZ-10) 共测定了28颗锆石U-Pb同位素, 结果列于表 1。用于测年的锆石大多数为短柱状到长柱状, 长/宽比为1:1～2:1, 粒度变化于100～200 μm, 锆石的CL图像均显示较清晰的环带结构(图 3d), 为典型岩浆锆石的内部结构。所测锆石的U、Th含量分别为273×10^-6～1032×10^-6和193×10^-6～793×10^-6, Th/U值为0.39～0.99, 属于典型的岩浆锆石(吴元保和郑永飞, 2004)。28个测点(²⁰⁶ Pb/²³⁸U)在U-Pb谐和图上给出了102.4±1.2 Ma的年龄(图 3c), 代表了麒麟门的形成年龄。

对谏壁岩体(NZ-18) 中的锆石进行了共计17个测点的LA-ICP-MS分析, 结果列于表 1。定年锆石大部分为短柱状, 长/宽比为1:1～1.5:1, 颗粒大小约100～150 μm。锆石的U、Th含量分别为392×10^-6～1056×10^-6和203×10^-6～780×10^-6, Th/U值为0.52～1.19, 表现为典型岩浆锆石的特点(吴元保和郑永飞, 2004)(图 3f)。17个测点(²⁰⁶ Pb/²³⁸U)在U-Pb谐和图上给出了109.3±1.1 Ma的年龄(图 3e), 代表了谏壁岩体的形成年龄, 也与板仓岩体和麒麟门岩体一样, 都为早白垩世岩浆活动的产物。

图 3

图 3 宁镇地区侵入岩的锆石U-Pb年龄谐和曲线图解和部分锆石CL图像 Figure 3 Diagrams of U-Pb Concordia ages and CL images of zircons from intrusions in the Ningzhen region

近年来, 随着仪器设备和测年技术的提高, 已经有越来越多的有关长江中下游地区中生代岩浆岩高精度年龄数据的发表, 基本构建起了长江中下游地区岩浆活动的年代学格架, 并将其划分为3个时期(周涛发等, 2008, 2011): 早期以高钾钙碱性中酸性侵入岩系列为主, 侵位时间为135～145 Ma, 分布于鄂东南、九瑞、铜陵和安庆等地区；中期以橄榄安粗岩系和双峰式的火山岩为主, 形成年龄为127～135 Ma, 发育在金牛、庐枞、繁昌、宁芜、溧水和溧阳等火山盆地内；晚期以A型花岗岩为主, 形成年龄为125～127 Ma。本次研究新获得宁镇地区3个侵入岩(板仓、麒麟门和谏壁)为101～109 Ma, 与前人报道的区内成矿岩体[安基山(106～108 Ma)、下蜀-高资(102～109 Ma)、新桥(108 Ma)和石马(101～109 Ma)]大致同期(刘建敏等, 2014；孙洋等, 2014；王小龙等, 2014；关俊朋等, 2015), 但是明显晚于长江中下游其他地区的中生代岩浆作用活动的时限。因此, 宁镇地区中酸性侵入岩可能代表了长江中下游地区晚中生代岩浆活动的另一期成岩事件。已有大量资料表明, 华南中生代主要发育150～170 Ma, 120～140 Ma和80～110 Ma 3次大规模岩浆爆发和成矿作用(毛景文等, 2004；周涛发等, 2008)。而长江中下游地区的成岩成矿作用主要发生在125～145 Ma之间, 与华南中生代第2期大规模成岩成矿作用的时间基本一致, 而宁镇地区101～109 Ma中酸性岩浆活动则可能暗示华南第3期大规模岩浆事件在本区的响应(刘建敏等, 2014；孙洋等, 2014；王小龙等, 2014；关俊朋等, 2015)。

华南(包括长江中下游地区)中生代岩浆岩的形成受中国东部燕山期地球动力学背景的制约已成为共识, 但学术界提出了走滑平移断裂模式(Xu et al., 1987)、阿尔卑斯型大陆碰撞模式(Hsü et al., 1990) 、大陆拉张-裂解-拆沉模式(Gilder et al., 1996)和活动大陆边缘构造-岩浆作用等多种构造模型来解释(Zhou and Li, 2000；Li and Li, 2007)。关于长江中下游成矿带中生代大规模岩浆-成矿作用的构造机制的研究, 邓晋福等(1992)和汪洋等(2004)认为其属于古太平洋板块俯冲作用有关的大陆边缘岩浆弧；周涛发(1993)强调活动大陆边缘向陆内断块的过渡环境；也有学者提出与板内裂谷带(邢凤鸣和徐祥, 1999)及类盆岭式的岩石圈伸展(Li, 2000)或拆沉作用等深部动力学过程(吕庆田等, 2004；杜静国等, 2015)有关；朱光等(2003)认为晚侏罗世—早白垩世古太平洋板块不断斜向俯冲导致郯庐断裂带的左行平移, 引发同期的构造-岩浆活动；由此可见, 对于长江中下游成矿带晚中生代岩浆-成矿的地球动力学机制认识, 基本也沿用活动大陆边缘构造-岩浆作用模式, 仅从不同角度予以改进(陈志洪等, 2011, 2013)。最近, 孙卫东等(2008)则进一步细化了中国东部白垩纪岩浆活动可以用太平洋板块俯冲方向变化来解释：在125～140 Ma太平洋板块向南西方向俯冲, 形成了中国东部岩石圈伸展的环境, 并诱发了同期的大规模岩浆活动和成矿作用；约125 Ma, 太平洋板块俯冲方向发生了重大转折, 由南西转为北西向, 造成中国东部短暂的挤压环境, 伴随岩浆活动的沉寂期；到110 Ma左右, 由于俯冲板块后撤, 形成了弧后拉张环境, 岩浆活动又重新启动。结合已有的资料, 笔者认为孙卫东等(2008)提出俯冲角度变换的模式能较好的解释长江中下游地区晚中生代岩浆活动期次的变化, 即它们在时间上存在一定的耦合匹配关系。因此, 太平洋板块俯冲作用依然是长江中下游乃至整个中国东部晚中生代的构造演化、大规模岩浆活动的主导机制。基于上述事实, 宁镇地区101～109 Ma中酸性岩浆活动主要形成于太平洋板块俯冲后撤的弧后拉张环境, 伴随着区域岩石圈的大规模减薄和拆沉、软流圈上升和壳幔相互作用(王小龙等, 2014；关俊朋等, 2015)。

另外, 考虑到本次研究尚未获得所研究岩体(非含矿)的地球化学数据, 仅通过简单的岩石学、年代学和地球化学等资料来区分宁镇地区同期岩体与否含矿, 可能非常困难。众所周知, 成矿系统是个复杂的地质过程, 与岩浆演化、成矿流体富集以及成矿条件密切相关, 缺一不可。典型的例子就是长江中下游地区广泛发育的埃达克岩, 其岩石学、年代学、地球化学和同位素组成几乎都一致, 但是形成斑岩型铜矿的含矿岩体却相对非常少, 究其原因是未满足其苛刻的成矿条件(包括围岩地层和控矿构造对其成矿作用的制约)(周涛发等, 2008)。此外, 矿化的岩体往往不利于测试其岩石地球化学和全岩同位素组成, 导致与非含矿岩体对比困难, 而通过非含矿岩体的研究也无法准确反映其成矿信息。因此, 宁镇地区晚中生代含矿与非含矿岩体的对比研究, 根据目前的工作, 可能还较难深入探讨, 还需要进一步加强相关矿床学方面的研究, 进行综合甄别。

致谢: 研究工作得到了郭坤一研究员、陈国光研究员、曾勇研究员的指导和帮助, 在此一并致谢!