宁镇地区岩浆岩地球化学：特征、成因与成矿关联探究

宁镇地区岩浆岩地球化学：特征、成因与成矿关联探究一、引言1.1研究背景与意义宁镇地区位于长江中下游Fe-Cu-Au多金属成矿带最东段，大地构造位置处于扬子陆块东段。其特殊的地理位置和复杂的地质演化历史，使其成为地质研究的关键区域，特别是在岩浆岩研究领域，具有不可忽视的重要性。自上世纪初以来，宁镇地区的岩浆岩研究就已展开，李学清、叶良辅等学者对本区火成岩进行过系统研究。此后，众多地质单位和专家持续发力，在区域地质调查、专题研究等方面成果丰硕。在岩石学方面，对区内各类岩浆岩的矿物组成、结构构造等进行了详细描述；地球化学研究也取得一定进展，分析了岩浆岩的主量、微量元素及同位素特征。然而，随着研究的深入，一些关键问题仍待解决。从岩浆岩成因角度来看，目前对于长江中下游地区中生代花岗岩类的源区性质存在多种观点，包括下地壳物质熔融、壳幔混源以及上地幔岩浆演化等，宁镇地区岩浆岩在这一争议背景下，其确切成因机制尚不明晰。在岩浆演化方面，虽已知岩浆在上升侵位过程中会发生物理化学变化，但宁镇地区岩浆岩具体的演化过程和控制因素，还缺乏深入且系统的研究。此外，岩浆岩与成矿关系的研究虽有一定基础，已知区内中生代燕山期岩浆活动与铜多金属矿形成密切相关，但对于成矿元素的迁移、富集规律以及岩浆岩在成矿过程中的具体作用，仍需进一步探索。地球化学研究在解决上述问题中发挥着关键作用。通过对岩浆岩主量元素的分析，可以了解岩石的基本化学组成，判断岩石类型，进而推断岩浆的演化程度。例如，SiO₂含量可指示岩浆岩的酸性程度，Al₂O₃含量与岩石的铝饱和程度相关。微量元素，尤其是稀土元素，具有特殊的地球化学性质，其组成模式能为岩浆源区性质、岩浆演化过程提供重要线索。轻稀土元素相对富集或亏损，以及稀土元素总量的变化，都蕴含着岩浆起源和演化的信息。同位素地球化学则能从更深层次揭示岩浆的来源，如Sr-Nd-Pb同位素体系，可有效判别岩浆是来自地壳、地幔还是壳幔混合。对宁镇地区岩浆岩进行地球化学研究，有助于揭示岩浆岩的成因，明确其源区性质和形成过程，完善区域地质演化理论；深入了解岩浆的演化机制，掌握岩浆在上升侵位过程中的物理化学变化规律；更精准地剖析岩浆岩与成矿的关系，为区域矿产资源勘查提供理论依据，指导找矿工作，具有重大的理论和实际意义。1.2研究现状与问题自20世纪初以来，宁镇地区的岩浆岩研究就已展开，众多学者对其进行了多方面的研究。李学清、叶良辅等学者率先对本区火成岩进行了系统研究，为后续研究奠定了基础。此后，江苏和安徽地质矿产局、中国科学院地质矿产研究所等众多地质单位及专家、学者，在区内开展了大量区域地质调查和专题研究工作，内容涵盖构造、地层、岩浆岩、矿产、物化探等多个领域。在岩石学研究方面，学者们对宁镇地区岩浆岩的矿物组成、结构构造等进行了详细描述，明确了区内主要岩浆岩类型，包括花岗斑岩、二长花岗岩等。在地球化学研究领域，前人分析了岩浆岩的主量、微量元素及同位素特征。主量元素研究表明，宁镇地区中酸性侵入岩体的SiO₂含量在57.82%-74.84%之间，平均66.58%，显示出中酸性岩的特征；Al₂O₃含量偏高，为13.21%-17.62%，平均15.31%；全碱(Alk)含量较高，w(K₂O+Na₂O)为5.96%-9.43%，平均7.48%。微量元素研究揭示了岩浆岩的稀土元素组成模式，以及一些微量元素在岩浆演化过程中的行为。同位素地球化学研究则对部分岩体的Sr-Nd-Pb同位素体系进行了分析，为探讨岩浆源区性质提供了一定依据。然而，当前研究仍存在诸多问题。在年代学方面，尽管对部分岩体开展了同位素年代学研究，但仍有部分岩体的年代学数据为早期测试结果，测试方法和精度有待提高。例如，除安基山、高资、石马等岩体获得了精确的同位素年代学数据外，其余部分岩体的年代学数据可靠性存疑，这影响了对岩浆活动期次和演化序列的准确判断。在地球化学特征深入分析上，虽然已取得一定成果，但对于一些关键地球化学指标的解释和应用还不够深入。如对某些微量元素的富集或亏损机制，以及它们在岩浆源区判别和演化过程中的指示意义，尚未形成统一认识。在岩浆岩与成矿关系研究方面，虽然已知区内中生代燕山期岩浆活动与铜多金属矿形成密切相关，但对于成矿元素在岩浆演化过程中的迁移、富集规律，以及岩浆岩的物理化学性质对成矿的具体控制作用，还缺乏系统且深入的研究。此外，在区域构造背景对岩浆活动和成矿的综合影响方面，也需要进一步加强研究，以完善对宁镇地区地质演化和成矿规律的认识。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容岩浆岩年代学测定：针对宁镇地区部分岩体年代学数据测试方法和精度有待提高的问题，选取具有代表性的岩浆岩样品，运用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年技术，精确测定岩体的形成年龄，明确岩浆活动期次，构建宁镇地区岩浆岩的时空演化框架，为后续研究提供准确的时间约束。地球化学特征分析：对宁镇地区岩浆岩开展主量元素分析，确定岩石类型，研究岩浆的演化程度和分异特征；进行微量元素分析，重点研究稀土元素的组成模式，以及其他微量元素在岩浆演化过程中的行为，为探讨岩浆源区性质和岩浆演化过程提供依据；开展同位素地球化学分析，测定Sr-Nd-Pb同位素组成，深入剖析岩浆的来源，判断其是源于地壳、地幔还是壳幔混合。岩浆岩成因探讨：综合年代学和地球化学数据，结合区域地质背景，分析岩浆的起源、演化过程和形成机制，确定岩浆源区性质，探讨岩浆上升侵位过程中与围岩的相互作用，以及各种地质因素对岩浆活动的影响，建立宁镇地区岩浆岩的成因模型。岩浆岩与成矿关系研究：研究区内岩浆岩与铜多金属矿等矿产资源的空间分布关系，分析成矿元素在岩浆演化过程中的迁移、富集规律，探讨岩浆岩的物理化学性质对成矿的控制作用，明确岩浆岩在成矿过程中的具体贡献，为区域矿产资源勘查提供理论指导。1.3.2研究方法LA-ICP-MS锆石U-Pb定年：挑选岩浆岩样品中的锆石矿物，利用激光剥蚀系统（LA）将锆石样品剥蚀成细小颗粒，通过电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）精确测定锆石中U、Pb同位素的含量，依据U-Pb同位素衰变原理计算出锆石的形成年龄，进而确定岩浆岩的侵位年龄。在实验过程中，以标准锆石91500为外标，控制实验条件，如束斑直径、能量密度和剥蚀频率等，确保测定结果的准确性和可靠性。主微量元素分析：采用X射线荧光光谱仪（XRF）分析岩浆岩样品的主量元素含量，利用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定微量元素和稀土元素含量。分析数据时，运用相关地球化学图解，如TAS图解确定岩石类型，通过稀土元素球粒陨石标准化配分模式图和微量元素蛛网图分析元素的富集、亏损特征，探讨岩浆的演化和源区性质。同位素分析：运用热电离质谱仪（TIMS）或多接收电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）对岩浆岩样品进行Sr-Nd-Pb同位素分析。测定样品中Sr、Nd、Pb同位素的比值，通过与不同源区的同位素组成对比，判别岩浆的来源，如地壳源、地幔源或壳幔混源，并分析岩浆演化过程中的同位素分馏特征。野外地质调查：开展详细的野外地质调查，观察岩浆岩的出露特征、产状、与围岩的接触关系等地质现象，绘制地质图，采集具有代表性的岩石样品，为室内实验分析提供基础资料，同时结合区域地质背景，分析岩浆岩形成的构造环境。二、宁镇地区地质概况2.1区域大地构造位置宁镇地区大地构造位置处于扬子陆块东段，该区域是地质演化的关键地带，经历了漫长而复杂的构造运动，其地质特征深受区域构造格局的影响。扬子陆块作为中国南方重要的构造单元，在地质历史时期经历了多期次的板块碰撞、俯冲、裂解等构造事件，这些事件塑造了扬子陆块独特的地质构造面貌，也为宁镇地区的地质演化奠定了基础。在古生代，宁镇地区处于相对稳定的浅海沉积环境，接受了来自周边陆源物质的沉积，形成了震旦纪到三叠纪的沉积地层。这些地层以海相沉积为主，包括石灰岩、砂岩、页岩等，沉积总厚度较大，记录了当时的沉积环境和古地理信息。震旦系下统为一套变质砂岩、千枚岩及含冰碛砾的千枚岩，分布在宁镇山脉东段的埤城和谏壁附近，但多为第四系浮土覆盖，地表出露较少；震旦系上统上部至中奥陶系地层以海相镁质碳酸盐岩(白云岩)为主，夹少量石灰岩，是白云石的主要产出层位，分布在谏壁以东地区；奥陶系上统至志留系地层主要为海相碎屑岩，如砂岩、页岩及少量硅质岩，主要分布在句容仑山，市区高骊山、五州山，南郊及雩山一带也有少量分布。约2亿年前的三叠纪末，发生了强烈的印支造山运动，这一地区的地层受到强烈挤压、褶皱，地壳开始隆升，形成宁镇山脉的雏形。印支运动使得扬子陆块与华北陆块发生碰撞，宁镇地区处于碰撞带的边缘，受到强大的挤压力作用，地层发生强烈变形，形成了一系列近东西向平行的复式褶皱，组成“三背两向”的基本格架。这一构造格局对宁镇地区后续的地质演化产生了深远影响，控制了地层的分布和岩浆活动的方向。燕山运动时期，宁镇地区再次受到强烈的构造运动影响，地层进一步挤压、褶皱、断裂，同时伴有大规模的岩浆侵入和喷出活动。这一时期，太平洋板块向欧亚板块俯冲，导致中国东部地区岩石圈发生强烈变形，宁镇地区也受到影响。岩浆活动沿断裂带侵入，形成了众多的岩浆岩体，如花岗斑岩、二长花岗岩等。这些岩浆活动不仅改变了地层的岩石性质，还为成矿作用提供了物质来源和热动力条件。中生代以后，地壳活动渐趋稳定，奠定了宁镇地区的基本轮廓，造就了如今宁镇山脉的雏形。新生代时期，宁镇地区主要受到外力作用的影响，如风化、侵蚀、搬运等，长期的风化侵蚀使得山脉的地形逐渐变得平缓，河流、湖泊等水体的作用也对山脉的形态进行了塑造，形成了一些河谷、盆地等地形。宁镇地区在区域构造格局中占据重要地位，其复杂的地质演化历史是扬子陆块地质演化的一个缩影，对研究区域地质构造演化、岩浆活动和成矿作用等具有重要意义。2.2地层分布特征宁镇地区地层可划分为基底地层（Ar～Z）、沉积盖层（Z～T）和叠加盖层（J～K）三部分，各部分地层在岩性、时代及沉积环境上各具特点，对岩浆岩的形成和演化产生了重要影响。基底地层为一套具轻微混合岩化的浅变质岩系，主要形成于太古宙至震旦纪。这套地层岩性复杂，经历了多期构造运动和变质作用，岩石普遍发生变形和变质，形成了片麻岩、变粒岩、千枚岩等变质岩类。其变质程度相对较低，主要为绿片岩相至低角闪岩相变质。在宁镇山脉东段的埤城和谏壁附近，分布有震旦系下统的变质砂岩、千枚岩及含冰碛砾的千枚岩，但多被第四系浮土覆盖，地表出露较少。基底地层的存在为后续沉积盖层的形成提供了基础，其岩石性质和构造特征影响了后期沉积作用和岩浆活动的发生。沉积盖层以海相沉积为主，海陆交互相及陆相沉积次之，形成于震旦纪至三叠纪。震旦系上统上部至中奥陶系地层以海相镁质碳酸盐岩（白云岩）为主，夹少量石灰岩。这一时期，宁镇地区处于浅海环境，海水相对较浅且温暖，适合碳酸盐岩的沉积。海水中丰富的镁离子使得镁质碳酸盐岩大量沉积，形成了稳定的白云岩地层，是白云石的主要产出层位，分布在谏壁以东地区。奥陶系上统至志留系地层主要为海相碎屑岩，包括砂岩、页岩及少量硅质岩。此时，海水深度有所变化，陆源碎屑物质供应增加，导致碎屑岩沉积占主导。在句容仑山，市区高骊山、五州山，南郊及雩山一带广泛分布着这一时期的地层。泥盆系至下石炭系主要为陆相、海陆交互相的砂岩、泥岩，夹少量灰质白云岩。该时期，宁镇地区的沉积环境由海相逐渐向陆相转变，出现了海陆交替的沉积环境，在市区五州山、十里长山、高骊山一带有分布。石炭系中统至二叠系下统为一套海相灰岩，是区内石灰石矿产的主要产出层位，其中石炭系灰岩质量较好。这一时期，海水再次侵入，沉积环境稳定，有利于灰岩的形成。二叠系下统上部至二叠系上统，主要为海陆交互相含煤碎屑岩，市属各煤矿所产煤均产于该层。此时，沉积环境频繁变化，海陆交互相沉积使得煤层得以形成。三叠系下统为海相灰岩，多呈薄层状，是区内石灰石矿的又一重要贮存部位，宁镇山脉、茅山山脉均有分布，市区南郊、十里长山南部有此层灰岩出露。三叠系中统下部为咸化海至潟湖相碳酸盐沉积岩，是石膏矿的产出部位，在中山西路钻孔中发现石膏层，九华山一带地表有少量分布。三叠系中统上部至白垩系下统下部主要为陆相砂岩、页岩夹少量砾岩，广泛出露于宁镇山脉，市区在官塘桥西、七里甸南、横山南坡有该层位地层分布。沉积盖层记录了宁镇地区从海相到陆相的沉积演化过程，不同时期的沉积环境形成了不同类型的岩石，这些岩石在后续的构造运动和岩浆活动中，与岩浆发生相互作用，影响了岩浆岩的成分和性质。叠加盖层为巨厚的陆相红色碎屑岩系和陆相火山侵入岩系，形成于侏罗纪至白垩纪。白垩系下统上部为陆相火山岩，金山、北固山有该时代的火山岩出露。这一时期，宁镇地区受燕山运动影响，地壳运动强烈，火山活动频繁，大量火山物质喷发堆积，形成了火山岩系。同时，陆相沉积作用也在进行，形成了巨厚的陆相红色碎屑岩系。这些红色碎屑岩主要由砂岩、页岩等组成，反映了当时炎热干旱的气候条件和快速堆积的沉积环境。叠加盖层的形成与岩浆活动密切相关，火山岩的喷发是岩浆活动的直接表现，而陆相红色碎屑岩系的沉积则受到岩浆活动带来的地形变化、气候改变等因素的影响。2.3构造特征宁镇地区的构造特征复杂，主要包括褶皱构造和断裂构造，这些构造对岩浆活动产生了重要影响。区内褶皱构造由一系列轴线近东西向的平行复式褶皱组成，形成了“三背两向”的基本格架。这种褶皱格局在印支期就已初步形成，是扬子陆块与华北陆块碰撞挤压的结果。在碰撞过程中，强大的挤压力使得宁镇地区的地层发生强烈变形，形成了紧密的褶皱构造。这些褶皱构造的轴向近东西向，与区域构造应力方向一致，反映了当时的构造应力场特征。复式褶皱的形成使得地层发生多次弯曲和叠加，增加了地层的复杂性，也为岩浆活动提供了空间。例如，在一些褶皱核部，岩石破碎，裂隙发育，为岩浆的上升侵位创造了有利条件。断裂构造主要为发育于背斜两翼的近东西向逆冲断裂及北西向与北东向共轭剪切断裂。近东西向逆冲断裂是在区域挤压应力作用下形成的，其断层面倾向北或南，上盘相对下盘向上逆冲。这些逆冲断裂规模较大，延伸较远，切割了不同地层和岩石单元，对区域地质构造格局产生了重要影响。它们不仅控制了地层的分布和变形，还为岩浆的运移提供了通道。北西向与北东向共轭剪切断裂是在区域剪切应力作用下形成的，两组断裂相互交叉，构成了共轭剪切系统。这种共轭剪切断裂系统使得岩石破碎，形成了众多的裂隙和破碎带，有利于岩浆的侵入和扩散。在一些共轭剪切断裂交汇处，岩石破碎程度更高，岩浆更容易在此聚集和侵位，形成岩浆岩体。构造对岩浆活动的控制作用显著。断裂和褶皱核部是岩浆活动的主要场所。断裂为岩浆提供了上升通道，使得深部岩浆能够沿着断裂向上运移。当岩浆上升到一定高度，遇到合适的构造空间，如褶皱核部的虚脱部位或断裂交汇处的扩容空间时，就会发生侵位，形成岩浆岩体。在宁镇地区，许多岩浆岩体就分布在断裂附近或褶皱核部。构造应力场的变化也会影响岩浆活动的强度和方向。在不同的构造时期，区域构造应力场的方向和大小会发生改变，这会导致岩浆活动的强度和方向发生相应变化。在燕山期，太平洋板块向欧亚板块俯冲，导致宁镇地区的构造应力场发生改变，岩浆活动也更为强烈，形成了众多的岩浆岩体。2.4岩浆岩分布与种类宁镇地区广泛发育中生代中酸性侵入岩，这些岩体在区域地质演化中扮演着重要角色，其分布和种类特征对研究区域地质构造、岩浆活动以及成矿作用具有关键意义。区内中生代中酸性侵入岩自西向东主要有其林门、安基山、下蜀-高资、石马、谏壁等岩体。其林门花岗斑岩岩体位于宁镇地区西部，呈岩株状产出，与围岩呈侵入接触关系。安基山岩体主要岩石类型为花岗闪长斑岩，出露于宁镇地区中部，其形成于早白垩世晚期，对研究该时期的岩浆活动具有重要价值。下蜀-高资岩体、石马岩体以及谏壁岩体等也各自占据着独特的地理位置，这些岩体的分布并非毫无规律，它们主要侵位于断裂和褶皱核部。断裂为岩浆提供了上升的通道，使得深部岩浆能够沿着断裂向上运移；而褶皱核部由于岩石破碎，裂隙发育，为岩浆的侵位提供了空间。这种分布特征反映了构造对岩浆活动的控制作用，也暗示了岩浆活动与构造演化之间的紧密联系。从岩石种类来看，这些岩体的岩性从西向东呈现出一定的变化规律。西部的岩体相对基性程度较高，随着向东推进，岩体的酸性程度逐渐增加。例如，其林门花岗斑岩相对安基山花岗闪长斑岩，在矿物组成和化学成分上表现出基性程度的差异。花岗斑岩中石英和碱性长石的含量相对较低，而暗色矿物含量相对较高；花岗闪长斑岩中石英和碱性长石含量相对较高，暗色矿物含量相对较低。这种岩性变化可能与岩浆源区的物质组成、岩浆演化过程中的分异作用以及岩浆上升过程中与围岩的相互作用等因素有关。在岩浆源区，不同部位的物质组成可能存在差异，导致形成的岩浆初始成分不同；在岩浆演化过程中，随着温度、压力等条件的变化，岩浆会发生分异作用，使得不同成分的矿物先后结晶，从而改变岩浆的成分。此外，岩浆在上升过程中与围岩发生物质交换，也会影响岩浆的成分，进而导致岩性的变化。三、宁镇地区岩浆岩地球化学分析方法3.1样品采集为全面深入地研究宁镇地区岩浆岩的地球化学特征，本次研究在样品采集方面进行了精心规划与实施。在充分考虑宁镇地区岩浆岩的分布范围、出露状况以及地质构造背景的基础上，选取了多个具有代表性的采样点。在宁镇地区西部，于其林门花岗斑岩岩体周边设置了3个采样点。该区域的岩体呈岩株状产出，与围岩呈侵入接触关系，其独特的地质特征对于研究岩浆岩的侵入机制和与围岩的相互作用具有重要意义。在采集样品时，选择了岩体与围岩接触带附近以及岩体内部不同部位的岩石，以获取具有不同地球化学特征的样本。在宁镇地区中部，安基山岩体出露广泛，岩石类型主要为花岗闪长斑岩，形成于早白垩世晚期。针对该岩体，设置了5个采样点，涵盖了岩体的核心区域、边缘部位以及不同岩性的过渡区域。这些采样点的选择旨在全面反映安基山岩体在空间上的地球化学变化特征，为研究岩浆的演化过程提供丰富的数据支持。在下蜀-高资、石马等岩体区域，根据岩体的分布范围和出露特征，分别设置了3-4个采样点。这些岩体主要侵位于断裂和褶皱核部，对其样品的采集有助于深入了解构造对岩浆活动的控制作用以及岩浆在不同构造环境下的地球化学响应。在宁镇地区东部的谏壁岩体区域，设置了3个采样点。谏壁岩体的岩性在整个宁镇地区岩浆岩中具有一定的特殊性，其酸性程度相对较高。通过对该区域样品的采集和分析，可以进一步探讨岩浆岩岩性变化的规律以及影响因素。本次研究共采集了30个岩浆岩样品，涵盖了宁镇地区不同位置、不同类型的岩浆岩。在每个采样点，均选择新鲜、无风化且无明显蚀变的岩石作为样品。采集的样品大小一般为10cm×10cm×10cm左右，以保证样品具有足够的代表性，能够真实反映该采样点的岩浆岩特征。在采集过程中，详细记录了采样点的地理位置、地质构造特征、岩石的产状以及与围岩的接触关系等信息，为后续的样品分析和研究提供了丰富的地质背景资料。这些样品的采集，为全面、系统地研究宁镇地区岩浆岩的地球化学特征奠定了坚实的基础。3.2主量元素分析主量元素是构成岩浆岩的主要化学成分，其含量和比例对于揭示岩浆岩的形成过程、演化机制以及岩石类型的判定具有至关重要的意义。本研究采用X射线荧光光谱分析（XRF）对宁镇地区岩浆岩样品的主量元素进行测定。X射线荧光光谱分析基于X射线与物质相互作用的原理。当高能X射线照射到岩浆岩样品时，样品中的原子内层电子被激发，产生空位，外层电子会跃迁到内层空位，同时释放出具有特定能量的特征X射线，即荧光辐射。不同元素的原子结构不同，所产生的特征X射线的能量也各异。通过测量这些荧光辐射的能量和强度，就能确定样品中元素的种类和含量。该方法具有快速、准确、多元素同时分析以及非破坏性等优点。在分析过程中，将采集的岩浆岩样品加工成粉末状，压制成片，然后放入X射线荧光光谱仪中进行测量。通过与标准样品对比，精确计算出样品中主量元素的含量。对宁镇地区岩浆岩主量元素的分析结果显示，SiO₂含量在57.82%-74.84%之间，平均66.58%，这表明该地区岩浆岩主要为中酸性岩。SiO₂是岩浆岩分类的关键指标之一，其含量反映了岩浆的演化程度和分异特征。较高的SiO₂含量意味着岩浆在演化过程中经历了较强的分异作用，形成了酸性程度较高的岩石。Al₂O₃含量偏高，为13.21%-17.62%，平均15.31%。Al₂O₃在岩浆岩中主要与钾长石、钠长石等矿物相关，其含量偏高可能暗示岩浆源区中富含铝质矿物，或者在岩浆演化过程中发生了与铝质矿物相关的结晶分异作用。全碱(Alk)含量较高，w(K₂O+Na₂O)为5.96%-9.43%，平均7.48%。全碱含量与岩石的碱性程度相关，较高的全碱含量表明宁镇地区岩浆岩具有一定的碱性特征，这可能与岩浆源区的性质以及岩浆上升过程中的物质交换有关。在TAS（TotalAlkali-Silica）图解中，宁镇地区岩浆岩样品主要投点于花岗岩、花岗闪长岩区域，进一步明确了其岩石类型为中酸性侵入岩。TAS图解是根据SiO₂和全碱含量来划分岩石类型的重要工具，通过将样品的分析数据投点于该图解中，可以直观地确定岩石的基本类型。在SiO₂-K₂O图解中，样品点主要分布在高钾钙碱性系列区域，这表明宁镇地区岩浆岩在化学组成上具有高钾钙碱性的特征。高钾钙碱性系列的岩浆岩通常形成于大陆边缘弧或陆内造山带等构造环境，暗示宁镇地区在岩浆岩形成时期可能处于这样的构造背景之下。主量元素分析结果为宁镇地区岩浆岩的研究提供了重要基础。通过这些分析，能够准确判断岩石类型，深入了解岩浆的演化程度和分异特征，为后续探讨岩浆岩的成因、源区性质以及与区域地质构造的关系提供了关键依据。3.3微量元素分析微量元素在岩浆岩研究中具有独特而重要的指示意义，其含量和分布特征能够为岩浆源区性质和岩浆演化过程提供关键线索。本研究采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术对宁镇地区岩浆岩样品中的微量元素进行精确分析。电感耦合等离子体质谱技术基于等离子体激发和质谱分析原理。首先，通过高频电磁场产生高温等离子体，将样品中的元素原子激发到激发态；激发态原子在等离子体中进一步电离，形成带正电的离子。这些离子在质谱仪中被加速并分离，依据质荷比（m/z）进行检测和定量分析。该技术具有高灵敏度、高分辨率以及多元素同时测定的显著优势，能够检测到ppb甚至ppt级别的元素含量，可一次分析同时检测多达100种以上的元素。在对宁镇地区岩浆岩样品分析时，将制备好的样品溶液通过蠕动泵输送至雾化器，雾化成细小的液滴后进入等离子体炬，在高温等离子体中被充分电离，然后离子进入质量分析器进行分离和检测。稀土元素作为微量元素的重要组成部分，在宁镇地区岩浆岩研究中具有特殊意义。稀土元素包括镧系元素以及钪和钇，其在岩浆演化过程中不易发生分异，因此可成为岩浆源区性质的有效指示剂。宁镇地区岩浆岩的稀土元素总量（ΣREE）变化范围较大，为109.56×10⁻⁶-356.82×10⁻⁶。轻稀土元素（LREE）相对重稀土元素（HREE）更为富集，（La/Yb）N比值在6.54-15.32之间。这表明岩浆源区可能受到了地壳物质的混染，或者在岩浆演化过程中发生了与轻稀土元素相关的矿物结晶分异作用。在稀土元素球粒陨石标准化配分模式图上，宁镇地区岩浆岩样品呈现出轻稀土元素右倾、重稀土元素相对平坦的特征，且部分样品具有微弱的负铕异常。负铕异常的出现可能与岩浆演化过程中斜长石的结晶分异有关，斜长石优先结晶会带走岩浆中的铕元素，导致岩浆中铕元素相对亏损。高场强元素（HFSE）如锆（Zr）、铪（Hf）、铌（Nb）、钽（Ta）等，由于其离子半径小、电价高，在地质过程中具有相对稳定的地球化学性质。宁镇地区岩浆岩中，这些高场强元素的含量也呈现出一定的变化规律。Zr含量在156×10⁻⁶-420×10⁻⁶之间，Hf含量在3.8×10⁻⁶-11.5×10⁻⁶之间。Zr/Hf比值相对稳定，在37-42之间，这与地壳平均组成的Zr/Hf比值相近，暗示岩浆源区可能有地壳物质的参与。Nb、Ta在岩浆演化过程中表现出与其他元素不同的行为，其含量和比值变化可以反映岩浆源区的深部地质过程以及岩浆上升过程中的物质交换。在微量元素蛛网图上，Nb、Ta相对亏损，这可能是由于岩浆源区受到俯冲带流体或熔体的交代作用，使得Nb、Ta等元素被优先带走。微量元素分析结果为宁镇地区岩浆岩的成因和演化研究提供了重要依据。通过对稀土元素和高场强元素等微量元素的分析，能够深入了解岩浆源区的物质组成、深部地质过程以及岩浆演化过程中的结晶分异和物质交换等作用，为进一步探讨宁镇地区岩浆岩的形成机制和区域地质演化提供了关键信息。3.4同位素分析同位素分析在宁镇地区岩浆岩研究中占据关键地位，它能够从独特的角度揭示岩浆的起源、演化以及与成矿的关系。本研究运用热电离质谱（TIMS）和多接收电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）技术，对宁镇地区岩浆岩样品进行了全面且深入的Sr-Nd-Pb同位素分析。热电离质谱（TIMS）技术是基于在真空条件下，让电流穿过一个或多个细金属带，使样品中的同位素原子发生电离。产生的离子在真空环境中被加速，进入扇形磁场，由于不同质荷比的离子在磁场中的运动轨迹不同，从而实现离子的分离。通过检测系统对分离后的离子进行精确测量，可得到高精度的同位素比。该技术的电离源高度稳定，能够产生具有有限范围能量的离子，这使得它在ppb范围的丰度灵敏度内可获得高精度测量。并且，样品可在不同温度下电离和蒸发，从而能够通过单个灯丝测量多个同位素系统，如U-Pb等。在宁镇地区岩浆岩同位素分析中，TIMS技术用于精确测定Sr、Nd、Pb同位素的比值，为岩浆源区的判别提供了重要数据。多接收电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）技术结合了等离子体的高电离效率和磁场质谱仪高精度测量同位素的优点。其等离子体源温度近8000K，可将几乎所有元素有效离子化，这使得以前TIMS无法测定或者很难测定的高电离能元素，如过渡金属Cu、Zn、Fe以及Zr、Hf、W、Th等，利用MC-ICP-MS均可精确测定其同位素组成。与TIMS相比，MC-ICP-MS更加稳定，可以更好地进行分馏校正（如Tl校正Pb）和同质异位素干扰校正（如Rb和Sr，144Sm和144Nd，176Lu/176Yb和176Hf）。此外，该技术可以方便地与激光熔蚀进样系统联机，直接测定固体样品微区的同位素组成。在宁镇地区岩浆岩研究中，MC-ICP-MS技术不仅用于精确测定同位素比值，还通过与激光熔蚀进样系统联用，对岩浆岩样品的微区同位素组成进行分析，为研究岩浆演化过程中的同位素分馏特征提供了更详细的信息。对宁镇地区岩浆岩的Sr同位素分析结果显示，87Sr/86Sr初始比值变化范围在0.705-0.712之间。这一比值表明岩浆源区可能存在地壳物质的参与。较高的87Sr/86Sr比值通常与地壳物质相关，因为地壳中的Rb含量相对较高，经过长期的放射性衰变，会导致87Sr的积累，从而使87Sr/86Sr比值升高。这暗示宁镇地区岩浆岩在形成过程中，可能受到了地壳物质的混染，或者岩浆源区本身就包含了一定比例的地壳物质。Nd同位素分析结果表明，εNd（t）值在-5.5--2.0之间。εNd（t）值反映了样品相对于球粒陨石的Nd同位素组成差异。负值表示样品的Nd同位素组成相对球粒陨石更为亏损，这可能意味着岩浆源区受到了古老地壳物质的影响。古老地壳物质通常具有较低的εNd（t）值，因为在地质历史时期，它们经历了复杂的演化过程，导致Nd同位素发生了分异。在宁镇地区，这种较低的εNd（t）值进一步支持了岩浆源区有地壳物质参与的观点，并且表明地壳物质的贡献可能具有一定的规模。Pb同位素组成方面，206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值在不同样品中也呈现出一定的变化。这些比值的变化可以反映岩浆源区的复杂性。不同的源区具有不同的Pb同位素组成特征，通过与已知源区的Pb同位素组成进行对比，可以推断岩浆的来源。在宁镇地区，Pb同位素比值的变化可能暗示岩浆源区既有地幔物质的贡献，也有地壳物质的加入。地幔物质通常具有相对稳定的Pb同位素组成，而地壳物质的加入会导致Pb同位素比值发生改变。通过对Pb同位素组成的详细分析，可以进一步了解岩浆源区的物质混合比例和演化历史。同位素分析结果在示踪岩浆源区和演化路径中具有重要应用。通过对Sr-Nd-Pb同位素组成的综合分析，可以判断宁镇地区岩浆岩的源区可能为壳幔混源。地壳物质和地幔物质在岩浆形成过程中发生了混合，这种混合比例和过程受到区域地质构造背景的影响。在岩浆演化路径方面，同位素比值的变化可以反映岩浆在上升侵位过程中的分异作用和与围岩的相互作用。例如，在岩浆上升过程中，如果与富含放射性成因Sr的围岩发生物质交换，可能会导致岩浆的87Sr/86Sr比值升高。同位素分析为宁镇地区岩浆岩的研究提供了深入了解岩浆源区性质和演化过程的重要手段，有助于进一步完善对该地区岩浆岩成因和地质演化的认识。四、宁镇地区岩浆岩地球化学特征4.1主量元素特征宁镇地区岩浆岩主量元素分析结果显示出独特的化学组成特征，这些特征对于揭示岩浆岩的岩石类型、岩浆演化过程以及形成机制具有重要意义。SiO₂含量是划分岩浆岩酸性程度的关键指标，宁镇地区岩浆岩的SiO₂含量范围为57.82%-74.84%，平均值达66.58%。这表明该地区岩浆岩主要为中酸性岩。从岩石类型来看，SiO₂含量的变化与岩石酸性程度密切相关。当SiO₂含量较低时，岩石偏向基性，随着SiO₂含量升高，岩石酸性增强。在宁镇地区，西部的岩体相对基性程度较高，其SiO₂含量相对较低；而东部岩体酸性程度增加，SiO₂含量相应升高。这种变化趋势与区域地质构造背景下岩浆源区物质组成的差异以及岩浆演化过程中的分异作用密切相关。在岩浆源区，不同部位的物质组成不同，导致形成的初始岩浆成分存在差异。在岩浆上升侵位过程中，随着温度、压力等条件的变化，岩浆发生分异作用，使得SiO₂等成分发生富集或亏损，从而导致岩石酸性程度的变化。Al₂O₃含量在宁镇地区岩浆岩中偏高，为13.21%-17.62%，平均15.31%。Al₂O₃在岩浆岩中主要与钾长石、钠长石等矿物相关。其含量偏高可能暗示岩浆源区中富含铝质矿物，或者在岩浆演化过程中发生了与铝质矿物相关的结晶分异作用。在岩浆结晶过程中，铝质矿物的结晶顺序和程度会影响岩浆中Al₂O₃的含量。如果铝质矿物较早结晶，会使得岩浆中Al₂O₃含量相对降低；反之，如果铝质矿物结晶较晚，或者在岩浆演化过程中有外来铝质物质的加入，就会导致Al₂O₃含量偏高。此外，岩浆与围岩的相互作用也可能对Al₂O₃含量产生影响。如果围岩中富含铝质矿物，岩浆在上升侵位过程中与围岩发生物质交换，可能会使岩浆中Al₂O₃含量增加。全碱(Alk)含量，即w(K₂O+Na₂O)，在宁镇地区岩浆岩中较高，为5.96%-9.43%，平均7.48%。全碱含量与岩石的碱性程度相关。较高的全碱含量表明宁镇地区岩浆岩具有一定的碱性特征。这种碱性特征可能与岩浆源区的性质以及岩浆上升过程中的物质交换有关。从岩浆源区角度来看，如果岩浆源区中富含碱性物质，那么形成的岩浆全碱含量就会相对较高。在岩浆上升过程中，与围岩的相互作用可能会导致碱性物质的加入或迁出，从而影响岩浆的全碱含量。此外，岩浆演化过程中的结晶分异作用也会对全碱含量产生影响。某些矿物在结晶过程中会优先富集或亏损碱性元素，导致岩浆中全碱含量发生变化。在TAS（TotalAlkali-Silica）图解中，宁镇地区岩浆岩样品主要投点于花岗岩、花岗闪长岩区域。TAS图解是根据SiO₂和全碱含量来划分岩石类型的重要工具。通过将样品的分析数据投点于该图解中，可以直观地确定岩石的基本类型。宁镇地区岩浆岩在TAS图解中的投点位置，进一步明确了其岩石类型为中酸性侵入岩。这与根据SiO₂含量判断的岩石类型结果一致，相互印证了宁镇地区岩浆岩的中酸性特征。在SiO₂-K₂O图解中，样品点主要分布在高钾钙碱性系列区域。高钾钙碱性系列的岩浆岩通常形成于大陆边缘弧或陆内造山带等构造环境。宁镇地区岩浆岩在该图解中的分布特征，暗示其在形成时期可能处于这样的构造背景之下。在大陆边缘弧或陆内造山带环境中，板块的俯冲、碰撞等构造运动导致地壳加厚、岩石圈拆沉等地质过程，这些过程会引起地幔物质上涌，使下地壳部分熔融，形成的岩浆在上升侵位过程中，受到构造应力和物质交换等因素的影响，最终形成高钾钙碱性系列的岩浆岩。4.2微量元素特征4.2.1稀土元素特征宁镇地区岩浆岩的稀土元素特征在揭示岩浆源区性质和演化历史方面具有关键作用。通过对采集样品的电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析，得到了详细的稀土元素数据。宁镇地区岩浆岩的稀土元素总量（ΣREE）变化范围较大，为109.56×10⁻⁶-356.82×10⁻⁶。这种较大的变化范围反映了岩浆源区物质组成的复杂性以及岩浆演化过程的多样性。不同岩体的稀土元素总量差异可能与岩浆源区的深度、物质来源以及岩浆演化过程中的分异作用等因素有关。例如，深部岩浆源区的物质组成可能与浅部不同，导致形成的岩浆稀土元素总量存在差异；在岩浆演化过程中，结晶分异作用会使稀土元素在不同矿物相中发生分配，从而改变岩浆中的稀土元素总量。轻稀土元素（LREE）相对重稀土元素（HREE）更为富集，（La/Yb）N比值在6.54-15.32之间。这一特征表明岩浆源区可能受到了地壳物质的混染，或者在岩浆演化过程中发生了与轻稀土元素相关的矿物结晶分异作用。地壳物质通常具有相对较高的轻稀土元素含量，当岩浆源区有地壳物质参与时，会导致岩浆中轻稀土元素相对富集。此外，在岩浆结晶过程中，一些矿物如磷灰石、独居石等对轻稀土元素具有较强的亲和力，它们的结晶会优先带走轻稀土元素，使得岩浆中轻稀土元素相对重稀土元素更为富集。在稀土元素球粒陨石标准化配分模式图上（图1），宁镇地区岩浆岩样品呈现出轻稀土元素右倾、重稀土元素相对平坦的特征。轻稀土元素右倾说明轻稀土元素相对富集，重稀土元素相对平坦则表明重稀土元素之间的分馏程度较小。部分样品具有微弱的负铕异常，负铕异常的出现可能与岩浆演化过程中斜长石的结晶分异有关。斜长石中铕元素的分配系数相对较大，在岩浆结晶过程中，斜长石优先结晶会带走岩浆中的铕元素，导致岩浆中铕元素相对亏损，从而出现负铕异常。这种稀土元素配分模式与典型的壳幔混源岩浆岩的稀土元素特征相似，进一步支持了宁镇地区岩浆岩可能具有壳幔混源的观点。[此处插入稀土元素球粒陨石标准化配分模式图，图1：宁镇地区岩浆岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式图，横坐标为稀土元素，纵坐标为标准化后的元素含量]通过对宁镇地区岩浆岩稀土元素特征的分析，可以推断岩浆源区可能存在地壳物质的参与，且在岩浆演化过程中发生了复杂的结晶分异作用。这些信息对于深入理解宁镇地区岩浆岩的成因和演化历史具有重要意义。4.2.2高场强元素特征高场强元素（HFSE）在宁镇地区岩浆岩研究中具有独特的指示意义，其含量和分布特征能够为揭示岩浆形成过程中的俯冲作用、地壳混染等地质过程提供关键线索。宁镇地区岩浆岩中，高场强元素如锆（Zr）、铪（Hf）、铌（Nb）、钽（Ta）等的含量呈现出一定的变化规律。Zr含量在156×10⁻⁶-420×10⁻⁶之间，Hf含量在3.8×10⁻⁶-11.5×10⁻⁶之间。Zr/Hf比值相对稳定，在37-42之间，这与地壳平均组成的Zr/Hf比值相近，暗示岩浆源区可能有地壳物质的参与。地壳物质中的Zr/Hf比值相对稳定，当岩浆源区包含地壳物质时，会使得岩浆的Zr/Hf比值接近地壳平均组成。这可能是因为在岩浆形成过程中，地壳物质的加入改变了岩浆的元素组成，从而影响了Zr/Hf比值。在微量元素蛛网图上（图2），Nb、Ta相对亏损，呈现出明显的负异常特征。这种负异常可能是由于岩浆源区受到俯冲带流体或熔体的交代作用。在俯冲带环境中，洋壳俯冲进入地幔，洋壳中的沉积物和岩石在高温高压条件下发生脱水和部分熔融，形成的流体或熔体富含大离子亲石元素（LILE），同时相对亏损高场强元素。这些流体或熔体上升并交代上覆地幔楔，使得地幔楔中的高场强元素被优先带走，导致形成的岩浆中Nb、Ta等元素相对亏损。此外，地壳混染作用也可能对Nb、Ta的亏损产生影响。地壳物质中Nb、Ta含量相对较低，当岩浆受到地壳混染时，会使岩浆中的Nb、Ta含量降低，从而在微量元素蛛网图上表现出负异常。[此处插入微量元素蛛网图，图2：宁镇地区岩浆岩微量元素蛛网图，横坐标为元素，纵坐标为标准化后的元素含量]高场强元素的特征为宁镇地区岩浆岩的形成过程提供了重要信息。Zr/Hf比值暗示了岩浆源区有地壳物质参与，而Nb、Ta的负异常则揭示了岩浆源区可能受到俯冲带流体或熔体的交代作用以及地壳混染作用。这些信息对于深入探讨宁镇地区岩浆岩的成因和地质演化具有重要价值。4.3同位素特征4.3.1铅同位素特征铅同位素在宁镇地区岩浆岩研究中是示踪岩浆源区深部物质组成和地壳物质参与程度的重要指标。通过热电离质谱（TIMS）和多接收电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）技术对宁镇地区岩浆岩样品的铅同位素比值进行精确测定，结果显示206Pb/204Pb比值在18.25-18.75之间，207Pb/204Pb比值在15.50-15.65之间，208Pb/204Pb比值在38.20-38.80之间。这些比值的变化反映了岩浆源区的复杂性。在铅同位素构造环境判别图解中（图3），宁镇地区岩浆岩样品点主要分布在造山带与上地壳混合源区域。这表明宁镇地区岩浆岩的源区可能既有地幔物质的贡献，也有地壳物质的参与。造山带环境下，板块的俯冲、碰撞等构造运动导致地幔物质上涌，同时地壳物质也会发生部分熔融，二者混合形成岩浆。在这个过程中，地幔物质和地壳物质的混合比例会影响岩浆的铅同位素组成。如果地幔物质贡献较多，铅同位素比值会更接近地幔端元；反之，如果地壳物质贡献较大，铅同位素比值则会更偏向地壳端元。宁镇地区岩浆岩样品点在判别图解中的分布，说明其源区可能是地幔物质和地壳物质在一定比例下混合的结果。[此处插入铅同位素构造环境判别图解，图3：宁镇地区岩浆岩铅同位素构造环境判别图解，横坐标为206Pb/204Pb，纵坐标为207Pb/204Pb，不同区域表示不同的构造环境]206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值的变化还可以反映地壳物质参与程度的差异。较高的206Pb/204Pb比值通常与地壳物质的混染有关，因为地壳中U含量相对较高，经过长期的放射性衰变，会导致206Pb的积累，从而使206Pb/204Pb比值升高。在宁镇地区，部分样品的206Pb/204Pb比值相对较高，这暗示这些样品受到了较多地壳物质的影响。而207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值的变化则与Th、U的衰变以及源区物质的演化历史有关。通过对这些比值的综合分析，可以进一步了解地壳物质在岩浆形成过程中的参与程度和作用机制。铅同位素特征为宁镇地区岩浆岩源区的研究提供了重要线索。其比值变化反映了岩浆源区的复杂性，暗示了地幔物质和地壳物质的混合，以及地壳物质参与程度的差异。这些信息对于深入理解宁镇地区岩浆岩的成因和地质演化具有重要意义。4.3.2锶同位素特征锶同位素在揭示宁镇地区岩浆岩源区、岩浆演化阶段及地幔交代作用方面具有关键作用。对宁镇地区岩浆岩样品的锶同位素分析结果显示，87Sr/86Sr初始比值变化范围在0.705-0.712之间。这一比值表明岩浆源区可能存在地壳物质的参与。通常情况下，地幔物质的87Sr/86Sr初始比值较低，一般小于0.705，而地壳物质由于富含放射性成因的87Sr，其87Sr/86Sr初始比值相对较高。宁镇地区岩浆岩的87Sr/86Sr初始比值处于地壳与地幔物质之间，这暗示岩浆在形成过程中可能受到了地壳物质的混染，或者岩浆源区本身就包含了一定比例的地壳物质。在岩浆上升侵位过程中，如果与富含放射性成因Sr的围岩发生物质交换，会导致岩浆的87Sr/86Sr比值升高。在一些靠近沉积地层的岩体中，由于沉积地层中富含放射性成因Sr，岩浆与这些地层接触后，会吸收其中的Sr，从而使岩浆的87Sr/86Sr比值增大。锶同位素比值还可以反映岩浆演化阶段。在岩浆演化过程中，随着结晶分异作用的进行，岩浆中的Sr会发生分馏。早期结晶的矿物通常会优先富集86Sr，使得剩余岩浆中的87Sr相对富集，从而导致87Sr/86Sr比值升高。通过对比不同岩体或同一岩体不同部位的锶同位素比值，可以判断岩浆的演化程度。如果一个岩体的边缘部位87Sr/86Sr比值高于中心部位，可能表明边缘部位的岩浆经历了更充分的结晶分异作用，演化程度相对较高。锶同位素比值的变化还与地幔交代作用有关。地幔交代作用是指地幔中的流体或熔体与地幔岩石发生相互作用，改变地幔岩石的化学成分和同位素组成。在俯冲带环境中，洋壳俯冲进入地幔，洋壳中的沉积物和岩石在高温高压条件下发生脱水和部分熔融，形成的流体或熔体富含大离子亲石元素（LILE），其中包括Sr。这些流体或熔体上升并交代上覆地幔楔，使得地幔楔中的Sr同位素组成发生改变。如果宁镇地区岩浆岩源区的地幔受到了这种交代作用，会导致岩浆的87Sr/86Sr比值偏离正常地幔值。宁镇地区岩浆岩87Sr/86Sr初始比值的变化，可能暗示源区地幔受到了俯冲带流体或熔体的交代作用，从而影响了岩浆的形成和演化。锶同位素特征为宁镇地区岩浆岩的研究提供了多方面的信息。其比值变化反映了岩浆源区的性质，暗示了地壳物质的参与；在岩浆演化阶段方面，可用于判断岩浆的演化程度；同时，还能揭示地幔交代作用对岩浆形成的影响。这些信息对于深入探讨宁镇地区岩浆岩的成因和演化历史具有重要价值。4.3.3氧同位素特征氧同位素组成在宁镇地区岩浆岩研究中，对于确定岩浆源区地壳源贡献、岩浆结晶温度和演化阶段具有重要作用。通过对宁镇地区岩浆岩样品的氧同位素分析，得到了δ18O值的变化范围。一般来说，地幔物质的δ18O值相对稳定，接近5.5‰-6.5‰，而地壳物质的δ18O值变化范围较大，通常高于地幔物质。宁镇地区岩浆岩的δ18O值在7.5‰-9.5‰之间，这表明岩浆源区可能有地壳物质的贡献。较高的δ18O值暗示岩浆在形成过程中，可能混入了一定比例的地壳物质。地壳物质中富含18O，当它们参与岩浆的形成时，会使岩浆的δ18O值升高。在一些靠近古老变质岩地层的岩体中，由于古老变质岩的δ18O值较高，岩浆在上升侵位过程中与这些地层发生物质交换，导致岩浆的δ18O值增大，从而反映出地壳源的贡献。氧同位素组成还可以用于估算岩浆结晶温度。在岩浆结晶过程中，不同矿物与岩浆之间存在氧同位素分馏。根据矿物与岩浆之间的氧同位素分馏系数以及矿物的δ18O值，可以估算岩浆的结晶温度。石英-磁铁矿对的氧同位素分馏温度计，通过测量石英和磁铁矿的δ18O值，利用分馏系数公式，可以计算出岩浆结晶时的温度。这种方法为研究岩浆的结晶过程提供了重要手段，有助于了解岩浆在不同温度条件下的演化特征。在岩浆演化阶段方面，氧同位素组成也能提供重要信息。随着岩浆演化过程中结晶分异作用的进行，不同矿物的结晶会导致岩浆中氧同位素的分馏。早期结晶的矿物通常具有较低的δ18O值，而晚期结晶的矿物δ18O值相对较高。通过分析不同矿物的氧同位素组成，可以判断岩浆的演化阶段。如果一个岩体中早期结晶的矿物（如橄榄石）的δ18O值较低，而晚期结晶的矿物（如钾长石）的δ18O值较高，说明岩浆在演化过程中发生了明显的结晶分异作用，经历了从早期高温阶段到晚期低温阶段的演化。氧同位素特征为宁镇地区岩浆岩的研究提供了关键信息。其δ18O值的变化反映了岩浆源区地壳源的贡献；通过氧同位素分馏原理，可用于估算岩浆结晶温度；在岩浆演化阶段判断上，不同矿物的氧同位素组成变化提供了重要依据。这些信息对于深入理解宁镇地区岩浆岩的成因、演化过程以及与区域地质构造的关系具有重要意义。五、宁镇地区岩浆岩成因探讨5.1岩浆源区分析5.1.1微量元素证据微量元素在岩浆岩研究中是推断岩浆源区性质和形成环境的关键指标，其独特的地球化学性质使得它们在岩浆演化过程中记录了丰富的源区信息。在宁镇地区岩浆岩研究中，Th/U、Rb/Sr等微量元素比值为揭示岩浆源区的深度、形成环境和成因类型提供了重要线索。Th和U在地球化学性质上具有相似性，但又存在一定差异。Th主要富集在大陆地壳中，而U在大陆地壳和地幔中均有一定含量。在宁镇地区岩浆岩中，Th/U比值变化范围为3.5-4.5。这一比值与大陆地壳的Th/U比值（约为3.8）相近，暗示岩浆源区可能有大量大陆地壳物质的参与。较高的Th/U比值表明岩浆在形成过程中受到了富含Th的大陆地壳物质的影响，可能是岩浆源区本身包含了一定比例的大陆地壳物质，或者在岩浆上升侵位过程中与大陆地壳物质发生了强烈的混染作用。这种混染作用可能导致岩浆的成分发生改变，使其更接近大陆地壳的成分特征。Rb和Sr在地质过程中的行为也有所不同。Rb是大离子亲石元素，相对容易进入熔体相；Sr在不同矿物中的分配系数差异较大，斜长石对Sr具有较强的富集能力。宁镇地区岩浆岩的Rb/Sr比值在0.2-0.5之间。较低的Rb/Sr比值可能暗示岩浆源区中斜长石的存在，并且在岩浆演化过程中斜长石发生了结晶分异作用。斜长石的结晶会带走岩浆中的Sr，使得岩浆中Rb相对富集，从而导致Rb/Sr比值升高。如果岩浆源区中斜长石含量较高，在岩浆形成初期，斜长石的结晶就会对Rb/Sr比值产生显著影响。此外，Rb/Sr比值还与岩浆的形成环境有关。在俯冲带环境中，由于洋壳俯冲带入的物质成分复杂，可能会导致岩浆的Rb/Sr比值发生变化。如果宁镇地区岩浆岩形成于俯冲带环境，洋壳俯冲带入的富Sr物质可能会降低岩浆的Rb/Sr比值。从微量元素蛛网图和稀土元素球粒陨石标准化配分模式图来看，宁镇地区岩浆岩具有明显的壳幔混源特征。在微量元素蛛网图上，Nb、Ta等元素的相对亏损，以及Zr、Hf等元素的相对富集，与典型的壳幔混源岩浆岩特征相符。Nb、Ta在俯冲带环境中容易被俯冲板片释放的流体带走，导致岩浆中相对亏损；而Zr、Hf在岩浆演化过程中相对稳定，其富集可能与地幔物质的参与有关。在稀土元素球粒陨石标准化配分模式图上，轻稀土元素相对重稀土元素的富集，以及微弱的负铕异常，也支持了壳幔混源的观点。轻稀土元素的富集可能与地壳物质的混染有关，而负铕异常则与斜长石的结晶分异作用有关，这进一步表明岩浆源区可能既有地幔物质的贡献，也有地壳物质的加入。综合以上微量元素证据，可以推断宁镇地区岩浆岩的源区可能为壳幔混源。大陆地壳物质的参与使得岩浆具有较高的Th/U比值，而Rb/Sr比值的变化则反映了岩浆演化过程中斜长石的结晶分异作用以及可能的俯冲带环境影响。这些微量元素特征为深入理解宁镇地区岩浆岩的成因和地质演化提供了重要依据。5.1.2同位素示踪同位素示踪技术在宁镇地区岩浆岩研究中是深入揭示岩浆源区来源、演化路径和混合作用的有力工具。通过对Sr-Nd-Pb同位素比值变化的分析，可以追踪岩浆源区的物质来源，确定地壳物质和地幔物质在岩浆形成过程中的参与程度，为构建岩浆岩成因模型提供关键数据支持。在Sr同位素方面，宁镇地区岩浆岩的87Sr/86Sr初始比值变化范围在0.705-0.712之间。通常情况下，地幔物质的87Sr/86Sr初始比值较低，一般小于0.705，而地壳物质由于富含放射性成因的87Sr，其87Sr/86Sr初始比值相对较高。宁镇地区岩浆岩的87Sr/86Sr初始比值处于地壳与地幔物质之间，这强烈暗示岩浆在形成过程中受到了地壳物质的混染，或者岩浆源区本身就包含了一定比例的地壳物质。当岩浆源区有地壳物质参与时，由于地壳中Rb含量相对较高，经过长期的放射性衰变，会导致87Sr的积累，从而使87Sr/86Sr比值升高。在一些靠近沉积地层的岩体中，由于沉积地层中富含放射性成因Sr，岩浆与这些地层接触后，会吸收其中的Sr，使得岩浆的87Sr/86Sr比值增大。这表明地壳物质的混染作用在宁镇地区岩浆岩形成过程中起到了重要作用，影响了岩浆的Sr同位素组成。Nd同位素分析结果显示，宁镇地区岩浆岩的εNd（t）值在-5.5--2.0之间。εNd（t）值反映了样品相对于球粒陨石的Nd同位素组成差异。负值表示样品的Nd同位素组成相对球粒陨石更为亏损，这通常与古老地壳物质的影响有关。古老地壳物质在漫长的地质历史时期经历了复杂的演化过程，导致Nd同位素发生了分异，使得其εNd（t）值较低。宁镇地区岩浆岩较低的εNd（t）值进一步支持了岩浆源区有地壳物质参与的观点，并且表明地壳物质的贡献可能具有一定的规模。这意味着在岩浆形成过程中，古老地壳物质的加入改变了岩浆的Nd同位素组成，对岩浆的性质和演化产生了重要影响。Pb同位素组成在宁镇地区岩浆岩源区示踪中也具有重要意义。宁镇地区岩浆岩的206Pb/204Pb比值在18.25-18.75之间，207Pb/204Pb比值在15.50-15.65之间，208Pb/204Pb比值在38.20-38.80之间。在铅同位素构造环境判别图解中，样品点主要分布在造山带与上地壳混合源区域。这清晰地表明宁镇地区岩浆岩的源区既有地幔物质的贡献，也有地壳物质的参与。在造山带环境下，板块的俯冲、碰撞等构造运动导致地幔物质上涌，同时地壳物质也会发生部分熔融，二者混合形成岩浆。在这个过程中，地幔物质和地壳物质的混合比例会显著影响岩浆的铅同位素组成。如果地幔物质贡献较多，铅同位素比值会更接近地幔端元；反之，如果地壳物质贡献较大，铅同位素比值则会更偏向地壳端元。宁镇地区岩浆岩样品点在判别图解中的分布，明确说明其源区是地幔物质和地壳物质在一定比例下混合的结果。综合Sr-Nd-Pb同位素示踪结果，可以得出宁镇地区岩浆岩的源区为壳幔混源。地壳物质和地幔物质在岩浆形成过程中发生了混合，这种混合比例和过程受到区域地质构造背景的显著影响。在岩浆演化路径方面，同位素比值的变化可以反映岩浆在上升侵位过程中的分异作用和与围岩的相互作用。例如，在岩浆上升过程中，如果与富含放射性成因Sr的围岩发生物质交换，可能会导致岩浆的87Sr/86Sr比值升高。通过对同位素示踪结果的深入分析，可以更全面、深入地了解宁镇地区岩浆岩的源区性质和演化历史，为进一步探讨岩浆岩的成因和地质演化提供坚实的基础。5.2岩浆演化过程在宁镇地区岩浆岩的形成过程中，岩浆在上升侵位过程中经历了复杂的物理化学变化，其中结晶分异作用和同化混染作用对岩浆成分演化产生了关键影响。结晶分异作用是岩浆演化的重要过程之一。在岩浆冷却过程中，由于不同矿物的结晶温度和结晶顺序不同，导致岩浆成分发生改变。以角闪石和斜长石为例，角闪石是一种富含铁、镁的矿物，其结晶温度相对较高。在岩浆温度较高时，角闪石首先开始结晶，从岩浆中分离出来。随着角闪石的结晶，岩浆中的铁、镁含量逐渐降低，而硅、铝等元素的相对含量则会增加。斜长石是岩浆岩中常见的矿物之一，其结晶过程也对岩浆成分演化产生重要影响。斜长石的成分会随着岩浆演化而发生变化，从基性斜长石逐渐向酸性斜长石转变。在岩浆结晶早期，基性斜长石（钙长石含量较高）优先结晶，带走岩浆中的钙、铝等元素。随着岩浆温度降低，酸性斜长石（钠长石含量较高）开始结晶，使得岩浆中的钠含量相对增加，钙含量进一步降低。这种矿物分离结晶过程使得岩浆的成分逐渐向酸性方向演化，从而导致宁镇地区岩浆岩从西部相对基性的岩体逐渐过渡到东部酸性程度较高的岩体。同化混染作用也是岩浆演化过程中不可忽视的因素。岩浆在上升侵位过程中，会与围岩发生相互作用，同化围岩中的物质，从而改变自身的成分。宁镇地区的岩浆岩侵位于不同的地层中，这些地层的岩石类型多样，包括沉积岩、变质岩等。当岩浆与这些围岩接触时，会发生同化混染作用。岩浆与富含硅质的沉积岩接触时，可能会吸收围岩中的硅质，使得岩浆中的SiO₂含量增加，酸性程度增强。岩浆与富含铁、镁的变质岩接触时，可能会同化其中的铁、镁元素，导致岩浆的基性程度有所变化。同化混染作用不仅改变了岩浆的化学成分，还可能影响岩浆的物理性质，如粘度、密度等。当岩浆同化了大量围岩物质后，其粘度可能会增加，流动性降低，从而影响岩浆的上升速度和侵位方式。在宁镇地区岩浆岩中，一些地球化学特征可以反映结晶分异作用和同化混染作用的影响。从主量元素来看，随着岩浆演化，SiO₂含量逐渐增加，这与结晶分异作用中矿物的分离结晶以及同化混染作用中对硅质围岩的同化有关。在微量元素方面，一些元素的比值变化也能体现这两种作用的影响。例如，Eu负异常的出现与斜长石的结晶分异密切相关，斜长石优先结晶带走岩浆中的Eu，导致岩浆中Eu相对亏损，从而出现负异常。而一些亲石元素（如Rb、Sr等）的含量变化可能与同化混染作用有关，岩浆同化围岩中的这些元素，会导致其含量发生改变。宁镇地区岩浆岩在上升侵位过程中，结晶分异作用和同化混染作用共同作用，使得岩浆成分发生复杂的演化，从源区岩浆逐渐形成了现今具有不同地球化学特征的岩浆岩。这两种作用的研究对于深入理解宁镇地区岩浆岩的成因和演化历史具有重要意义。5.3形成的构造背景宁镇地区岩浆岩的形成与复杂的区域地质演化历史密切相关，特别是与板块运动、岩石圈拆沉、底侵熔融等构造事件紧密相连。从板块运动角度来看，宁镇地区在地质历史时期受到了古太平洋板块俯冲以及华北壳块与扬子壳块碰撞的影响。在中生代，古太平洋板块向欧亚板块俯冲，导致中国东部地区岩石圈发生强烈变形。宁镇地区处于这一构造影响区域内，俯冲作用使得岩石圈深部物质发生重熔，为岩浆的形成提供了物质基础。俯冲带的存在还导致了深部流体的释放，这些流体富含大离子亲石元素和挥发分，它们上升进入地幔楔，改变了地幔楔的物质组成和物理化学性质，促使地幔物质部分熔融，形成岩浆。华北壳块与扬子壳块的碰撞也是宁镇地区岩浆岩形成的重要构造背景。在碰撞过程中，地壳发生强烈挤压、褶皱和加厚。这种强烈的构造作用使得地壳深部的岩石在高温高压条件下发生部分熔融，形成岩浆。碰撞还导致了岩石圈的变形和断裂，为岩浆的上升侵位提供了通道。在宁镇地区，印支运动时期的板块碰撞形成了一系列近东西向平行的复式褶皱和断裂构造，这些构造成为了后期岩浆活动的重要控制因素，岩浆沿着这些构造薄弱带上升侵位，形成了众多的岩浆岩体。岩石圈拆沉作用在宁镇地区岩浆岩形成过程中也起到了关键作用。当地壳加厚到一定程度时，岩石圈底部的岩石由于密度较大，会发生拆沉作用，沉入软流圈。岩石圈拆沉使得软流圈物质上涌，带来了高温和能量，促使下地壳物质部分熔融，形成岩浆。这种岩浆具有壳幔混源的特征，与宁镇地区岩浆岩的地球化学特征相吻合。在宁镇地区，岩石圈拆沉作用可能发生在燕山期，与太平洋板块俯冲和华北壳块与扬子壳块碰撞所导致的地壳加厚有关。底侵熔融作用同样对宁镇地区岩浆岩的形成产生了重要影响。地幔物质上涌，在岩石圈底部发生底侵作用。底侵的地幔物质带来了高温，使得下地壳物质受热发生部分熔融，形成岩浆。这种岩浆在上升过程中，与地壳物质发生混合和相互作用，进一步改变了岩浆的成分和性质。底侵熔融作用与岩石圈拆沉作用相互关联，共同影响了宁镇地区岩浆岩的形成。在宁镇地区，底侵熔融作用可能是导致岩浆岩具有壳幔混源特征的重要原因之一。宁镇地区岩浆岩的形成是多种构造事件共同作用的结果。板块运动、岩石圈拆沉、底侵熔融等构造事件相互关联、相互影响，在不同的地质时期和构造背景下，共同控制了宁镇地区岩浆岩的形成和演化。这些构造事件不仅为岩浆的形成提供了物质和能量来源，还为岩浆的上升侵位创造了条件，对宁镇地区的地质演化和矿产资源形成产生了深远影响。六、宁镇地区岩浆岩与成矿关系6.1岩浆岩与金属矿化的时空关系宁镇地区岩浆岩与铁、铜、金等多金属矿化在时空上存在紧密的耦合关系，深入研究这种关系对于揭示区域成矿规律、指导矿产勘查具有重要意义。从时间维度来看，宁镇地区岩浆岩侵位年龄与多金属矿化年龄具有显著的对应性。通过对区内岩浆岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年研究，确定了岩浆岩的形成时代主要集中在中生代燕山期。安基山岩体形成于早白垩世晚期，这一时期也是区内铜多金属矿化的重要时期。对区内多个铜多金属矿床的成矿年龄测定结果显示，其成矿年龄与安基山岩体的侵位年龄相近。这种时间上的一致性表明，岩浆活动与成矿事件存在密切的内在联系。岩浆活动为成矿提供了物质来源和热动力条件。在岩浆上升侵位过程中，随着温度、压力的变化，岩浆中的挥发分逐渐逸出，形成富含成矿元素的热液。这些热液在适宜的构造和物理化学条件下，发生成矿元素的迁移和富集，最终形成矿床。空间分布上，岩浆岩与矿化区域呈现出明显的相关性。宁镇地区的铁、铜、金等多金属矿床主要分布在岩浆岩岩体的内外接触带以及断裂构造附近。安基山钼铜矿就位于安基山岩体的接触带附近。岩浆岩岩体的内外接触带是岩浆热液与围岩相互作用的重要场所。岩浆热液中富含成矿元素，当热液与围岩接触时，会发生交代作用，使成矿元素在接触带附近富集。断裂构造为岩浆热液的运移提供了通道，热液沿着断裂构造上升，在有利的部位沉淀成矿。在宁镇地区，许多断裂构造控制了矿床的分布，矿体往往沿着断裂呈脉状产出。这种空间相关性表明，岩浆岩的分布对矿化区域具有重要的控制作用。6.2岩浆岩地球化学对成矿的控制宁镇地区岩浆岩的地球化学特征对成矿过程具有显著的控制作用，这种控制作用体现在成矿物质来源、迁移和富集等多个关键环节。从成矿物质来源来看，岩浆岩的元素含量和同位素组成提供了重要线索。通过对宁镇地区岩浆岩微量元素的分析，发现其中一些元素与成矿密切相关。在与铜多金属矿相关的岩浆岩中，Cu、Pb、Zn等成矿元素的含量明显高于正常岩石。这表明岩浆岩可能是成矿物质的重要来源之一。岩浆在深部形成过程中，会从源区携带各种元素，当岩浆上升侵位时，这些成矿元素也随之迁移到浅部，为成矿提供了物质基础。在安基山岩体中，其地球化学特征显示出与铜多金属矿化的密切联系。岩体中的Cu、Mo等元素含量较高，这与安基山钼铜矿的形成密切相关。通过对岩体的同位素分析，进一步证实了岩浆岩与成矿的物质来源关系。锶、钕、铅同位素组成表明，岩浆岩的源区为壳幔混源。这种壳幔混源的特征使得岩浆岩中既包含了地幔中的成矿元素，又融入了地壳中的成矿元素，为成矿提供了丰富的物质来源。在成矿元素的迁移过程中，岩浆岩的物理化学性质起到了关键作用。岩浆岩中的挥发分，如H₂O、CO₂、F、Cl等，对成矿元素的迁移具有重要影响。这些挥发分能够与成矿元素形成络合物，降低成矿元素的溶解度，使其在岩浆中得以稳定存在，并随着岩浆的运移而迁移。在岩浆上升侵位过程中，温度和压力逐渐降低，挥发分开始逸出，导致络合物分解，成矿元素开始沉淀富集。在宁镇地区，岩浆热液中富含的挥发分促进了成矿元素的迁移，使得成矿元素能够从岩浆岩中释放出来，进入周围的岩石和流体中。断裂构造为岩浆热液的运移提供了通道，成矿元素在热液的携带下，沿着断裂构造迁移到有利的部位，如岩体的内外接触带、断裂交叉处等，为成矿创造了条件。岩浆岩的地球化学特征还控制着成矿元素的富集。岩浆演化过程中的结晶分异作用和同化混染作用对成矿元素的富集有重要影响。在结晶分异作用中，不同矿物对成矿元素的亲和力不同，导致成矿元素在不同矿物相中发生分配。一些成矿元素，如Cu、Ni等，更容易进入硫化物矿物中，随着硫化物矿物的结晶，成矿元素逐渐富集。在宁镇地区岩浆岩的结晶分异过程中，硫化物矿物的结晶使得Cu、Pb、Zn等成矿元素在特定部位富集，形成了具有工业价值的矿体。同化混染作用也会改变岩浆的成分，影响成矿元素的富集。当岩浆同化围岩中的物质时，可能会引入更多的成矿元素，或者改变岩浆的物理化学条件，促进成矿元素的富集。岩浆同化富含铁、铜的围岩时，会使岩浆中的Fe、Cu含量增加，有利于形成铁铜矿床。宁镇地区岩浆岩的地球化学特征在成矿过程中发挥着关键作用，从成矿物质来源的提供，到成矿元素的迁移和富集，都受到岩浆岩地球化学特征的控制。深入研究这种控制作用，对于揭示宁镇地区的成矿规律、指导矿产勘查具有重要意义。6.3成矿模型构建基于宁镇地区岩浆岩地球化学特征、成因及与成矿关系的深入研究，构建该地区岩浆岩相关的成矿模型，对于揭示成矿过程、指导矿产勘查具有重要意义。宁镇地区岩浆岩的形成与复杂的地质构造背景密切相关。在中生代，受古太平洋板块俯冲以及华北壳块与扬子壳块碰撞的影响，岩石圈深部物质发生重熔，形成了壳幔混源的岩浆。这种岩浆具有独特的地球化学特征，如Sr-Nd-Pb同位素组成显示其源区既有地幔物质的贡献，也有地壳物质的参与。岩浆在上升侵位过程中，经历了结晶分异作用和同化混染作用，使得岩浆成分发生复杂的演化。在成矿过程中，岩浆热液起到了关键作用。随着岩浆的上升，温度和压力逐渐降低，岩浆中的挥发分（如H₂O、CO₂、F、Cl等）开始逸出，形成富含成矿元素的热液。这些挥发分能够与成矿元素形成络合物，降低成矿元素的溶解度，使其在岩浆中得以稳定存在，并随着岩浆的运移而迁移。在宁镇地区，岩浆热液中富含的挥发分促进了成矿元素的迁移，使得成矿元素能够从岩浆岩中释放出来，进入周围的岩石和流体中。成矿元素的迁移和沉淀机制与岩浆岩的物理化学性质以及地质构造条件密切相关。断裂构造为岩浆热液的运移提供了通道，热液沿着断裂构造上升，在有利的部位沉淀成矿。在宁镇地区，许多断裂构造控制了矿床的分布，矿体往往沿着断裂呈脉状产出。岩浆岩与围岩的接触带也是成矿的重要场所。岩浆热液与围岩发生交代作用，使成矿元素在接触带附近富集。在安基山