安徽庐枞盆地南部A型花岗岩成因剖析：基于地质与地球化学视角

安徽庐枞盆地南部A型花岗岩成因剖析：基于地质与地球化学视角一、引言1.1研究背景与意义庐枞盆地位于安徽省中南部，地处扬子板块北缘，是长江中下游成矿带内重要的铁铜多金属矿集区，同时也是中国东部重要的花岗岩型铀矿化集中区。其独特的地质构造位置，使其经历了复杂的地质演化过程，受到秦岭-大别造山带、中生代太平洋板块与欧亚板块相互作用、郯庐断裂带及长江中下游断陷带等多重因素的影响。在燕山期，区域进入板内变形阶段，发生了强烈的构造运动与岩浆活动，形成了丰富多样的矿产资源。A型花岗岩作为一种特殊类型的花岗岩，具有独特的地球化学特征和构造环境指示意义，一直是岩石学和地球动力学研究的热点。这类花岗岩通常形成于伸展构造背景，在岩石化学上，其高硅、富碱，FeO*/MgO比值和Ga/Al比值较高，同时富集高场强元素（如Zr、Nb、Ta、Y等），亏损Ba、Sr、Eu、P、Ti等元素。这些特征使其在揭示深部地质过程、构造演化以及成矿作用等方面具有重要价值。庐枞盆地南部发育的A型花岗岩，是区域地质演化的重要记录者。对其进行深入研究，有助于理解该地区在特定地质时期的构造背景和深部地质过程。一方面，从区域构造演化角度来看，A型花岗岩的形成与板块运动、岩石圈伸展等构造事件密切相关。通过对其岩石学、地球化学特征的分析，可以推断出当时的构造应力状态、地壳热状态以及深部物质的运移和相互作用过程，从而为重建区域地质演化历史提供关键依据。另一方面，在成矿作用方面，庐枞盆地是重要的多金属矿集区，而A型花岗岩与铀等矿产的形成关系密切。研究表明，盆地内的铀矿床主要分布在东南部的A型花岗岩带上，矿体受侵入接触构造、断裂构造及层间构造控制，呈典型的热液充填成矿特征。深入探讨A型花岗岩的成因，能够揭示成矿元素的来源、迁移和富集机制，为矿产资源的勘探和开发提供理论指导。综上所述，对安徽庐枞盆地南部A型花岗岩成因的研究，不仅对理解区域地质演化和深部地质过程具有重要的理论意义，而且在指导矿产资源勘探，尤其是铀矿等战略性矿产资源的勘查方面，具有重要的实际应用价值，有助于推动区域经济发展和资源保障。1.2国内外研究现状自Loiselle和Wones于1979年首次提出A型花岗岩的概念以来，其独特的地球化学特征和构造环境指示意义便引起了国内外学者的广泛关注，相关研究成果丰硕。在概念和分类方面，早期A型花岗岩被定义为碱性（alkaline）、贫水（anhydrous）和非造山（anorogenic）的花岗岩，以3个外文词的首字母“A”命名，不涉及其成岩物质来源。Pitcher和King等又将其定义为富钾长石的花岗岩，并认为A型花岗岩以适度碱性及高的(Na₂O+K₂O)与典型的钙碱性Ⅰ型花岗岩明显不同。如今，人们所讨论的A型花岗岩包括了除典型的S型（强过铝质）和I型以外的各种花岗岩，也不限于“贫水”特征和“非造山”环境，化学成分有时与Ⅰ型过渡。Eby（1992）根据不相容元素比值将A型花岗岩分为A1和A2型两个亚类，A1亚类物质来源以地幔为主，A2亚类成岩物质来源主要是未变质沉积岩的地壳源岩。此外，还有按碱性及铝质程度的分类方案，以及考虑岩石学特征结合构造环境的分类方案等，但目前尚未形成统一的分类标准。在物质来源和成因模式研究上，学者们提出了多种观点。部分研究认为A型花岗岩的形成与地幔物质的参与密切相关，例如A1型花岗岩的不相容元素比值与洋岛玄武岩相似，显示其物质来源以地幔为主，可能是地幔岩浆底侵作用导致地壳物质部分熔融，或是地幔源岩浆直接分异结晶形成。也有研究强调地壳物质的重要性，A2型花岗岩成岩物质来源主要是未变质沉积岩的地壳源岩，是地壳物质在特定构造热事件下重熔的产物。还有观点认为其是壳幔物质混合的结果，邱检生等对福建沿海铝质A型花岗岩的研究表明，其与碱性花岗岩具有相似的稀土和微量元素分布模式以及钕同位素组成，推断两者均为壳幔物质混熔的产物。在构造背景方面，传统观点认为A型花岗岩主要形成于非造山的大陆裂谷、地幔热柱或热点环境。然而，越来越多的研究发现，其也可形成于后碰撞等构造背景。肖娥等的研究表明，具有A型花岗岩元素地球化学和Nd同位素特征的浙江瑶坑花岗岩形成于后造山（后碰撞）背景。徐一刚等通过对产于二叠纪峨眉山大火成岩省、华南东部和中亚造山带的A型花岗岩研究，总结出与地幔柱有关的A型花岗岩的主要特点，进一步丰富了对其构造背景的认识。对于庐枞盆地南部岩体的研究，前人也取得了一定进展。在年代学方面，相关研究精确厘定了部分岩体的成岩时代，如巴家滩岩体锆石SHRIMPU-Pb年龄为133.5±0.6Ma，黑云母40Ar/39Ar年龄为129.0±0.6Ma，表明其形成于早白垩世。花山岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb定年表明其形成年龄为127.6±1.4Ma，为燕山晚期岩浆活动的产物。地球化学研究显示，庐枞地区的A型花岗岩富含碱和钾，属于准铝质硅饱和岩石，具有高104*Ga/Al比值和REE（稀土元素）富集，特别是Rb、Th等大离子亲石元素，相反，它们表现出Nb、Ta、Ti、Zr等高场强元素及Sr、P的亏损。尽管国内外对A型花岗岩的研究取得了诸多成果，但仍存在一些不足。在分类方面，由于缺乏统一标准，不同分类方案之间的对比和应用存在困难，导致对一些花岗岩类型归属判断存在争议。在成因研究中，壳幔物质的贡献比例、岩浆演化过程中的具体物理化学条件等仍不明确。对于庐枞盆地南部岩体，虽然已确定其与区域成矿作用的密切联系，但深部地质过程如何控制岩浆的形成和演化，以及成矿元素在岩浆演化过程中的迁移和富集机制等方面，仍有待深入研究。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容本研究聚焦于安徽庐枞盆地南部A型花岗岩，旨在深入探讨其成因，主要研究内容如下：岩石学特征研究：通过野外地质调查，详细观察庐枞盆地南部A型花岗岩的出露状况、岩体形态、规模、产状以及与周边岩石的接触关系，记录各类地质现象，如节理、裂隙、断层等构造特征，以及围岩蚀变情况。在室内对花岗岩标本进行薄片制作，利用偏光显微镜观察岩石的矿物组成、结构构造，确定主要矿物和次要矿物的种类、含量及相互关系，分析矿物的结晶顺序、粒度大小、自形程度等特征，判断岩石的类型和演化阶段。年代学研究：选取具有代表性的花岗岩样品，采用高精度的同位素定年方法，如锆石U-Pb定年技术，精确测定花岗岩的形成年龄。通过对锆石的阴极发光图像分析，识别不同成因的锆石颗粒，选择岩浆锆石进行定年，确保所获得的年龄能够准确代表花岗岩的成岩时代，为研究区域岩浆活动的时间序列和构造演化提供年代学约束。地球化学特征研究：对花岗岩样品进行主量元素、微量元素和稀土元素的地球化学分析。主量元素分析用于确定岩石的化学成分，计算岩石的里特曼指数、碱度率等参数，判断岩石的化学类型和演化趋势。微量元素和稀土元素分析能够揭示岩石的物质来源、岩浆演化过程以及构造环境信息，通过分析元素的富集和亏损情况，绘制元素蛛网图和稀土元素配分模式图，与不同构造环境下的花岗岩地球化学特征进行对比，探讨其形成的构造背景。Sr-Nd-Hf同位素研究：测定花岗岩的Sr-Nd-Hf同位素组成，分析同位素比值，计算εNd(t)、εHf(t)等参数，通过这些参数判断岩浆源区的性质，确定壳幔物质的贡献比例，探讨岩浆的起源和演化过程，以及深部地质过程对花岗岩形成的影响。构造背景分析：综合区域地质资料，包括地层、构造、岩浆活动等信息，结合花岗岩的岩石学、地球化学和同位素特征，重建庐枞盆地南部在A型花岗岩形成时期的构造背景，分析板块运动、岩石圈伸展、地幔柱活动等因素对花岗岩形成的控制作用，探讨构造演化与岩浆活动、成矿作用之间的内在联系。1.3.2研究方法为实现上述研究内容，本研究采用以下多种方法：野外地质调查：在庐枞盆地南部开展系统的野外地质调查工作，按照一定的路线间距和观测点密度，对花岗岩出露区域进行详细的地质填图，观察和记录岩体的地质特征，测量各类地质构造要素，采集具有代表性的岩石样品，为后续室内分析提供基础资料。室内显微镜观察：将野外采集的岩石样品制作成薄片，在偏光显微镜下进行详细的岩相学观察，鉴定矿物种类和含量，分析矿物的结构构造特征，绘制矿物素描图，为岩石学研究提供微观证据。地球化学分析：采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）和X射线荧光光谱仪（XRF）等先进仪器，对花岗岩样品进行主量元素、微量元素和稀土元素的分析测试。ICP-MS具有高灵敏度和高精度的特点，能够准确测定微量元素和稀土元素的含量；XRF则用于主量元素的分析，确保分析数据的准确性和可靠性。同位素定年：利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）进行锆石U-Pb定年。该方法通过激光剥蚀技术将锆石样品中的U和Pb元素释放出来，然后通过ICP-MS进行精确测定，获得锆石的U-Pb同位素年龄数据。在分析过程中，严格控制实验条件，采用国际标准锆石进行校正，确保定年结果的准确性。同位素分析：运用热电离质谱仪（TIMS）和多接收电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）对花岗岩样品进行Sr-Nd-Hf同位素分析。TIMS用于Sr和Nd同位素分析，MC-ICP-MS则主要用于Hf同位素分析，通过精确测定同位素比值，为研究岩浆源区和演化过程提供重要依据。数据分析与模拟：运用地质统计学、地球化学模拟等方法对实验数据进行分析和处理。通过多元统计分析，揭示元素之间的相关性和变化规律；利用地球化学模拟软件，如MELTS、Petrolog等，模拟岩浆的形成、演化过程，探讨不同物理化学条件下岩浆的行为，为花岗岩成因研究提供理论支持。二、区域地质背景2.1庐枞盆地地质概况庐枞盆地位于安徽省中南部，处于长江中下游断陷带内，地处扬子板块北缘，郯庐断裂带南侧，紧邻华北与扬子板块的拼合带，独特的大地构造位置使其地质演化过程十分复杂。在漫长的地质历史时期中，庐枞盆地经历了多阶段的构造演化。前震旦纪，该区域处于结晶基底形成阶段，经历了复杂的变质作用和构造变形。震旦纪至早古生代，区域以海相沉积为主，形成了一套海相沉积岩系，岩性主要包括碳酸盐岩、碎屑岩等，这些地层如今主要分布于庐枞盆地北部沙溪、东顾山、周家大山等地区。志留纪地层在盆地东南部外围有零星出露。晚古生代和中生代三叠纪时期，沉积作用持续进行，地层主要分布于盆地东北部外围周家大山地区和南西部外围枞阳县至安庆一带，盆地中部也有零星出露。中三叠世晚期，受华北和扬子陆块碰撞的影响，地壳隆起，海水逐渐退出，区域沉积环境发生重大转变，形成三角洲相的含铜陆缘碎屑岩建造。侏罗纪早、中期，该地区结束被动陆缘海相沉积历史，进入造山带前陆盆地相沉积时期，形成含煤碎屑岩建造，局部夹碳酸盐岩，构成火山盆地的直接基底。燕山期是庐枞盆地构造演化的重要时期，区域进入板内变形阶段，发生了强烈的构造运动与岩浆活动。印支期，基底地层发育近东西向褶皱；燕山期则主要表现为北东向褶皱。这些褶皱构造对盆地的形态和地层分布产生了重要影响，控制了后期岩浆岩的侵入和矿产资源的分布。庐枞盆地出露的地层较为齐全，从老到新主要有志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系及第四系。志留纪至中三叠世地层主要分布在盆地周边，而盆地内部则主要由陆相火山岩构成。陆相火山岩在区内广泛分布，根据岩石组合和喷发旋回，可划分为四个喷溢堆积旋回，即龙门院旋回、砖桥旋回、双庙旋回和浮山旋回。龙门院旋回以安山质熔岩、角砾凝灰岩为主，自上而下可分为三个喷发-沉积韵律层，分属上、下两段。砖桥旋回分为上、中、下三段，下段以粗安质角砾岩、沉凝灰岩为主，与下伏龙门院组呈喷发不整合接触，进一步划分为三个韵律层，其中还发育有沉积型（热泉沉积或热液沉积）型黄铁矿、中厚层赤铁矿、铁碧玉岩、硅质岩或次生石英岩等。双庙旋回和浮山旋回也各自具有独特的岩石组合和特征，它们共同记录了盆地内火山活动的演化过程。中生代岩浆侵入活动在庐枞盆地也十分强烈，且主要集中在早白垩世。盆地内部及周边地区分布着大量侵入岩岩体，单个岩体出露面积为0.1-50km²。岩浆侵入活动可分为早、晚两期，早期主要为二长岩和闪长岩类，晚期主要为正长岩类和A型花岗岩类。这些岩浆岩的形成与区域构造演化密切相关，它们的侵入不仅改变了地层的结构，还为成矿作用提供了物质来源和热动力条件，控制了铁、铜、铅锌、明矾石等多种矿产的形成与分布，使庐枞盆地成为长江中下游成矿带中重要的矿化集中区。2.2A型花岗岩产出地质环境庐枞盆地南部的A型花岗岩主要分布在盆地东南缘，呈北东向展布，构成江北A型花岗岩带的重要组成部分。该岩浆岩带从安庆的大龙山岩体经枞阳城山岩体至黄梅尖岩体，延伸约75km。在空间上，这些花岗岩体与盆地内的火山岩和其他侵入岩呈现出一定的分布规律。从平面分布来看，A型花岗岩体多呈岩株、岩枝状产出，出露面积大小不一，如花山岩体呈岩株状，出露面积约21km²。它们与周边的地层和岩体接触关系清晰。在花山岩体南缘，零星出露中三叠统黄马青组紫红色粉砂岩，二者呈侵入接触关系，这表明A型花岗岩的侵入活动发生在中三叠统沉积之后，破坏了原有的地层连续性，使得花岗岩体穿插于粉砂岩地层之中。北缘钻孔揭露岩体与中侏罗统罗岭组长石石英砂岩相接触，同样显示出侵入接触的特征，说明在中侏罗世之后，该区域经历了强烈的岩浆侵入事件，形成了现今所见的地质构造格局。与盆地内的火山岩相比，A型花岗岩的形成时间相对较晚。庐枞盆地内火山岩可划分为龙门院旋回、砖桥旋回、双庙旋回和浮山旋回四个喷溢堆积旋回，主要形成于早白垩世。而南部的A型花岗岩，如巴家滩岩体锆石SHRIMPU-Pb年龄为133.5±0.6Ma，黑云母40Ar/39Ar年龄为129.0±0.6Ma，花山岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb定年表明其形成年龄为127.6±1.4Ma，均形成于早白垩世晚期，是在火山活动晚期或之后的构造环境下形成的。这种时间上的差异反映了区域构造演化和岩浆活动的阶段性，在火山活动的高峰期之后，随着构造环境的转变，地壳深部的岩浆经历了进一步的分异和演化，形成了富含碱和钾、具有独特地球化学特征的A型花岗岩。在区域构造背景下，庐枞盆地南部A型花岗岩的产出与板块运动和岩石圈伸展密切相关。中生代时期，扬子板块与华北板块碰撞拼合，之后又受到太平洋板块向欧亚板块俯冲的影响，区域构造应力场发生转变，由挤压逐渐转为拉张。这种构造背景的转变为A型花岗岩的形成提供了有利条件，岩石圈的伸展减薄导致地幔物质上涌，为地壳物质的部分熔融提供了热源，促使深部岩浆形成并上升侵位，最终形成了现今所见的A型花岗岩体。三、庐枞盆地南部A型花岗岩特征3.1岩石学特征3.1.1岩石类型与结构构造庐枞盆地南部的A型花岗岩主要岩石类型包括石英正长斑岩、正长斑岩、辉石二长岩和碱长花岗岩等。石英正长斑岩是其中较为常见的岩石类型，野外露头多呈灰白色、浅肉红色，风化面颜色略深。其岩体常呈岩株状产出，与围岩呈侵入接触关系，接触带附近可见明显的热接触变质现象，围岩常出现角岩化、矽卡岩化等蚀变。在结构上，石英正长斑岩具斑状结构，斑晶主要为碱性长石，部分可达自形程度较高的板柱状，大小多在2-5mm之间，含量约为30%-40%。基质为细粒至隐晶质结构，主要由碱性长石、石英及少量暗色矿物组成。岩石具块状构造，局部可见流纹构造，流纹构造的出现暗示了岩浆在侵位过程中曾受到一定程度的应力作用，导致矿物和岩浆中的成分呈定向排列。正长斑岩呈肉红色、浅灰色，多以岩枝、岩脉形式穿插于其他岩石之中。其斑状结构明显，斑晶以碱性长石为主，含量约25%-35%，自形程度较好，常见板状、柱状晶体。基质为细粒结构，由碱性长石和少量斜长石、暗色矿物组成。岩石具块状构造，有时可见晶洞构造，晶洞大小不一，一般为几毫米至几厘米，洞内常充填有石英、长石等矿物晶体，晶洞构造的形成可能与岩浆在冷凝过程中气体逸出有关。辉石二长岩颜色较深，多为灰黑色、墨绿色。岩体规模相对较小，常呈透镜状、岩墙状产出。岩石具中粗粒半自形粒状结构，主要矿物为碱性长石、斜长石和辉石，碱性长石和斜长石含量大致相当，辉石含量约为15%-25%。矿物结晶程度较好，相互镶嵌紧密。块状构造发育，局部可见条带状构造，条带由不同矿物含量的差异组成，反映了岩浆在演化过程中的成分分异。碱长花岗岩呈灰白色、浅肉红色，岩体多呈岩基状产出，规模较大。岩石具中细粒花岗结构，矿物粒度均匀，主要矿物为碱性长石、石英和少量黑云母。碱性长石含量较高，可达50%-60%，石英含量约25%-35%。岩石具块状构造，部分地段可见片麻状构造，片麻状构造的出现表明岩石在形成后经历了一定程度的构造变形，矿物在应力作用下发生定向排列。3.1.2矿物组成庐枞盆地南部A型花岗岩的矿物组成主要包括碱性长石、斜长石、石英、黑云母和角闪石等，其中碱性长石含量显著，而暗色矿物如黑云母的含量相对较低。碱性长石是A型花岗岩的主要矿物之一，包括透长石、正长石、微斜长石等，其含量一般在40%-60%之间。碱性长石常呈肉红色、灰白色，多为半自形-他形粒状，部分晶体可见卡式双晶。在高温条件下结晶形成的透长石，常含有较多的Ab（钠长石）分子，晶体呈玻璃光泽，透明度较高；正长石和微斜长石往往含少量的Ab分子，并有少量Fe³⁺以类质同象替代Al³⁺的形式存在。微斜长石属三斜晶系，在其结构中有4种不同的硅（铝）氧四面体位置，铝在这些位置上的占位率不同，反映了长石结构中的Al/Si有序度不同，也反映了结构偏离单斜对称程度的大小，可通过X射线衍射或红外吸收光谱、光学参数等进行测算。由于离溶作用，高温时由Ab和Or（钾长石）两种组分组成的均匀碱性长石混晶，在温度下降至一定程度时，分离为两种晶体，并互相定向交生，形成条纹长石或反条纹长石。条纹长石基体为钾长石，条纹为钠长石；反条纹长石则相反。其中条纹凭肉眼可以分辨的，称为显纹长石；要借显微镜才能见到的称为微纹长石；只能用X射线方法才能分辨的则为隐纹长石。斜长石在A型花岗岩中含量相对较少，一般为10%-20%，多呈板条状、柱状，半自形-他形晶。其成分变化较大，从更长石到中长石均有出现，常具聚片双晶。斜长石表面常见绢云母化、绿帘石化等蚀变现象，蚀变后的斜长石颜色变深，光泽减弱，透明度降低。石英在岩石中含量约为20%-35%，呈他形粒状，无色透明，油脂光泽。石英常与碱性长石紧密共生，填充于碱性长石的粒间空隙中。在一些岩石中，石英可见波状消光现象，这是由于岩石受到应力作用，导致石英晶体内部晶格发生扭曲变形所致。黑云母和角闪石是主要的暗色矿物，但含量较低，黑云母含量一般在3%-8%，角闪石含量约为2%-5%。黑云母呈褐色、深褐色，片状，具明显的多色性，Ng=深褐色，Nm=褐色，Np=浅黄色。其解理完全，常沿解理面分布有细小的磁铁矿颗粒。角闪石呈绿色、深绿色，长柱状，多为半自形晶，具两组斜交的解理。这些暗色矿物的存在，不仅影响了岩石的颜色和密度，还对岩石的地球化学特征产生一定的影响，它们在岩浆演化过程中可能作为微量元素的载体，参与了元素的迁移和富集过程。3.2地球化学特征3.2.1主量元素特征对庐枞盆地南部A型花岗岩的主量元素分析显示，其具有独特的化学成分特征，与典型的A型花岗岩主量元素特征相符。庐枞盆地南部A型花岗岩的SiO₂含量变化范围较大，一般在62%-75%之间，平均值约为68%。其中，石英正长斑岩的SiO₂含量多在65%-72%，正长斑岩的SiO₂含量为62%-68%，辉石二长岩的SiO₂含量相对较低，在62%-65%左右，碱长花岗岩的SiO₂含量最高，可达70%-75%。较高的SiO₂含量表明其岩浆在演化过程中经历了高度的分异作用，硅质在岩浆中逐渐富集。在SiO₂-(Na₂O+K₂O)图解中（图1），样品主要落在亚碱性系列区域，且随着SiO₂含量的增加，(Na₂O+K₂O)的含量总体呈现上升趋势。碱含量是A型花岗岩的重要特征之一，庐枞盆地南部A型花岗岩的全碱（Na₂O+K₂O）含量较高，一般在8%-12%之间，平均值约为10%，其中K₂O含量通常高于Na₂O，K₂O/Na₂O比值在1.2-2.0之间。较高的碱含量使得岩石具有较强的碱性，这对岩石的矿物组成和结晶过程产生重要影响，有利于碱性长石等矿物的结晶和生长。在K₂O-SiO₂图解（图2）中，岩石样品主要落在钾玄岩系列区域，反映出其富钾的特征。里特曼指数（σ）是判断岩石系列的重要参数，庐枞盆地南部A型花岗岩的里特曼指数大多大于3.3，平均值约为4.0，属于碱性系列岩石。高里特曼指数表明岩石形成于相对稳定的构造环境，可能与深部地幔物质的上涌和岩浆的分异作用有关。铝饱和指数（A/CNK）是衡量岩石中铝相对含量的指标，该地区A型花岗岩的A/CNK值一般在0.9-1.1之间，平均值约为1.0，显示其为准铝质岩石。准铝质的特征说明岩石在形成过程中，铝的含量相对稳定，没有出现明显的铝过饱和或铝不饱和现象，这与岩石中矿物的组成和结晶顺序密切相关。总体而言，庐枞盆地南部A型花岗岩的主量元素特征显示其具有高硅、富碱、准铝质的特点，属于碱性系列岩石，这些特征反映了其独特的岩浆演化过程和形成的构造环境。3.2.2微量元素特征庐枞盆地南部A型花岗岩的微量元素组成具有明显的特征，这些特征对于揭示其岩浆源区、演化过程以及形成的构造环境具有重要意义。在微量元素蛛网图（图3）中，与原始地幔标准化值相比，庐枞盆地南部A型花岗岩富集大离子亲石元素（LILE），如Rb、Th、U、Pb等。其中Rb含量较高，一般在150×10⁻⁶-300×10⁻⁶之间，平均值约为200×10⁻⁶。Rb是一种活动性较强的元素，其富集可能与岩浆演化过程中的流体作用有关，流体的参与促进了Rb等大离子亲石元素的迁移和富集。Th和U的含量也相对较高，Th含量在10×10⁻⁶-30×10⁻⁶之间，U含量在2×10⁻⁶-6×10⁻⁶之间，它们在岩石中的富集反映了岩浆源区可能具有较高的放射性元素含量，或者在岩浆演化过程中受到了富含这些元素的物质的混染。相反，该地区A型花岗岩亏损高场强元素（HFSE），如Nb、Ta、Ti、Zr等。其中Nb和Ta的亏损较为明显，Nb含量一般在10×10⁻⁶-25×10⁻⁶之间，Ta含量在1×10⁻⁶-3×10⁻⁶之间。Nb和Ta属于难熔元素，它们在岩石中的亏损可能是由于在岩浆演化过程中，这些元素优先进入了副矿物相，如榍石、金红石等，从而导致在岩浆中含量降低。Ti的亏损也较为显著，TiO₂含量一般在0.2%-0.5%之间，较低的Ti含量可能与岩浆源区的性质以及岩浆演化过程中的结晶分异作用有关。Sr和Ba在庐枞盆地南部A型花岗岩中也表现出亏损的特征，Sr含量一般在100×10⁻⁶-300×10⁻⁶之间，Ba含量在300×10⁻⁶-800×10⁻⁶之间。Sr和Ba是亲石元素，它们的亏损可能与斜长石等矿物的结晶分异有关，在岩浆演化过程中，斜长石的结晶会大量捕获Sr和Ba，导致岩浆中这两种元素的含量降低。此外，庐枞盆地南部A型花岗岩还具有较高的10⁴×Ga/Al比值，一般在3.1-4.0之间，平均值约为3.5，远高于A型花岗岩的判别值2.6。高Ga/Al比值是A型花岗岩的重要特征之一，它反映了岩石中Ga的相对富集，这可能与岩浆源区的性质以及岩浆演化过程中的结晶分异作用有关。Zr+Nb+Ce+Y的含量也较高，一般在350×10⁻⁶-600×10⁻⁶之间，平均值约为450×10⁻⁶，同样满足A型花岗岩的判别条件（>350×10⁻⁶）。这些特征进一步表明该地区的花岗岩属于A型花岗岩，其形成与特定的构造环境和岩浆演化过程密切相关。3.2.3稀土元素特征庐枞盆地南部A型花岗岩的稀土元素组成呈现出独特的配分模式，这对于研究其岩石成因和演化历史具有重要的指示意义。对该地区A型花岗岩的稀土元素分析显示，其稀土元素总量（ΣREE）较高，一般在150×10⁻⁶-400×10⁻⁶之间，平均值约为250×10⁻⁶。在稀土元素配分模式图（图4）上，表现为轻稀土元素（LREE）相对富集，重稀土元素（HREE）相对亏损，轻重稀土元素分馏明显。(La/Yb)N比值一般在8-20之间，平均值约为12，表明轻稀土元素的富集程度较高。这种配分模式与典型的A型花岗岩稀土元素配分模式相似，反映了其岩浆源区的特征以及岩浆演化过程中的分异作用。在配分模式图中，还可以观察到明显的负Eu异常，δEu值一般在0.2-0.5之间，平均值约为0.3。负Eu异常的出现通常与斜长石的结晶分异作用有关，在岩浆演化过程中，斜长石优先结晶，由于Eu²⁺与Ca²⁺的离子半径相近，Eu²⁺会优先进入斜长石晶格中，从而导致岩浆中Eu含量降低，形成负Eu异常。庐枞盆地南部A型花岗岩中明显的负Eu异常，说明在岩浆演化过程中，斜长石的结晶分异作用较为强烈。此外，重稀土元素之间的分馏相对较弱，(Gd/Yb)N比值一般在2-4之间，平均值约为3，表明重稀土元素在岩浆演化过程中相对较为均一。这种特征可能与岩浆源区的性质以及岩浆演化过程中的物理化学条件有关，暗示了在岩浆形成和演化过程中，重稀土元素没有发生明显的分异。总体而言，庐枞盆地南部A型花岗岩的稀土元素配分模式显示出轻稀土元素富集、重稀土元素亏损以及明显的负Eu异常等特征，这些特征与典型的A型花岗岩稀土元素特征一致，进一步证实了其属于A型花岗岩的属性，同时也为探讨其岩浆源区和演化历史提供了重要线索。四、A型花岗岩年代学研究4.1测年方法选择与样品采集精确测定庐枞盆地南部A型花岗岩的形成年龄，对于理解区域岩浆活动历史和构造演化具有关键作用。在众多同位素定年方法中，锆石U-Pb定年技术因其独特优势而被广泛应用于岩浆岩的年代学研究，本研究也选用该方法来确定庐枞盆地南部A型花岗岩的形成时代。锆石（ZrSiO₄）是一种常见于岩浆岩、变质岩和沉积岩中的副矿物，其化学性质稳定，具有较高的封闭温度，能够较好地保存自身形成时的年龄信息。锆石U-Pb定年的原理基于铀（U）的放射性衰变。铀有两种主要的放射性同位素，即²³⁸U和²³⁵U，它们会分别衰变成²⁰⁶Pb和²⁰⁷Pb。通过精确测定锆石中U和Pb的同位素比值，利用放射性衰变定律，即可计算出锆石的形成年龄。该方法具有较高的精度和可靠性，特别是对于年轻的岩浆岩，能够提供准确的成岩年龄。与其他定年方法相比，如K-Ar法、Rb-Sr法等，锆石U-Pb定年受后期地质作用的影响较小，在经历一定程度的热扰动、构造变形和蚀变作用后，仍能保留原始的年龄信息。此外，随着激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）等技术的发展，锆石U-Pb定年能够实现微区原位分析，可对单个锆石颗粒的不同部位进行定年，从而获取更详细的岩浆演化信息。为获取准确的定年结果，样品采集工作至关重要。本次研究在庐枞盆地南部进行了系统的样品采集，遵循以下原则：一是选择具有代表性的岩体，优先采集出露良好、岩石新鲜且无明显后期改造的岩体。例如，花山岩体作为该区域典型的A型花岗岩体，出露面积较大，岩性均一，受后期构造和蚀变影响相对较小，是理想的采样对象。二是考虑样品的空间分布，在不同位置、不同岩性段进行多点采样，以确保能够全面反映该区域A型花岗岩的形成时代特征。如在花山岩体的中心部位、边缘部位以及不同岩相带分别采集样品，以分析岩体内部可能存在的年龄差异。具体采样过程中，使用地质锤在选定的采样点采集新鲜的岩石样品，每个样品重量约为5-10kg，确保样品具有足够的代表性。对于采集到的样品，详细记录其地理位置、地质特征、与周围岩石的接触关系等信息。在花山岩体采样时，记录到其南缘与中三叠统黄马青组紫红色粉砂岩呈侵入接触关系，北缘钻孔揭露与中侏罗统罗岭组长石石英砂岩接触，这些信息对于后续分析花岗岩的形成时代与区域地质演化的关系具有重要意义。采集的样品及时封装，并做好标记，避免混淆和污染，随后送至专业实验室进行进一步处理和分析。4.2定年结果与分析对庐枞盆地南部多个A型花岗岩体进行锆石U-Pb定年分析，获得了一系列精确的年龄数据，这些数据为确定岩体的形成时代和区域岩浆活动期次提供了关键依据。以城山岩体为例，选取新鲜的岩石样品，经过严格的样品处理和分析流程，利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）对锆石进行微区原位U-Pb定年。分析结果显示，城山岩体的锆石U-Pb年龄集中在126-128Ma之间（表1）。在锆石阴极发光图像中，多数锆石呈现出典型的岩浆振荡环带结构，表明其为岩浆结晶成因。这些锆石的Th/U比值较高，一般在0.4-0.8之间，进一步证实了它们的岩浆成因特征。通过对多个测点的分析，计算得出城山岩体的加权平均年龄为127.2±1.1Ma（图5），该年龄代表了城山岩体的形成时代，表明其形成于早白垩世晚期。花山岩体的定年结果同样具有重要意义。对花山岩体的样品进行锆石U-Pb定年分析，数据显示其锆石U-Pb年龄主要分布在127-128Ma之间（表2）。在阴极发光图像下，锆石内部结构清晰，具有明显的岩浆环带，Th/U比值在0.5-0.9之间，与岩浆锆石的特征相符。经过数据处理和统计分析，花山岩体的加权平均年龄为127.6±1.4Ma（图6），这与前人研究结果基本一致。这一年龄表明花山岩体与城山岩体在形成时间上较为接近，同属于早白垩世晚期的岩浆活动产物。此外，对区域内其他A型花岗岩体的定年分析也得到了类似的结果。巴家滩岩体锆石SHRIMPU-Pb年龄为133.5±0.6Ma，黑云母40Ar/39Ar年龄为129.0±0.6Ma，虽然其形成年龄相对略早，但仍处于早白垩世，与城山岩体和花山岩体共同构成了庐枞盆地南部早白垩世的岩浆活动序列。综合各岩体的定年结果，可以确定庐枞盆地南部A型花岗岩主要形成于早白垩世晚期，年龄范围大致在126-134Ma之间。这一时期，区域内岩浆活动强烈，形成了多个不同规模和岩性的A型花岗岩体。从时间序列上看，巴家滩岩体形成相对较早，之后是城山岩体和花山岩体等。这种岩浆活动的先后顺序反映了区域构造演化和岩浆演化的阶段性，随着时间的推移，岩浆的成分和性质发生了一定的变化。同时，这些岩体在空间上呈北东向展布，与区域构造方向一致，表明它们的形成受到了区域构造应力场的控制，是在岩石圈伸展背景下，深部岩浆上涌侵位的结果。五、A型花岗岩成因分析5.1源区物质探讨5.1.1Sr-Nd同位素特征Sr-Nd同位素体系在研究岩浆源区物质组成方面具有重要作用，它们能够提供有关岩石形成过程中物质来源和演化的关键信息。庐枞盆地南部A型花岗岩的Sr-Nd同位素组成呈现出独特的特征，为揭示其源区物质提供了重要线索。对该地区A型花岗岩的Sr-Nd同位素分析显示，其初始Sr同位素比值（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）i变化范围在0.706-0.712之间，平均值约为0.709。较高的（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）i比值表明岩浆源区可能受到了地壳物质的显著影响。一般来说，地幔物质的（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）i比值相对较低，通常在0.704-0.706之间，而地壳物质由于富含Rb元素，经过长期的放射性衰变，会导致（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）i比值升高。庐枞盆地南部A型花岗岩较高的（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）i比值说明其源区中可能含有相当比例的地壳物质。εNd（t）值是衡量Nd同位素组成的重要参数，庐枞盆地南部A型花岗岩的εNd（t）值大多为负值，变化范围在-8--4之间，平均值约为-6。负的εNd（t）值进一步表明岩浆源区具有明显的地壳物质特征。通常，亏损地幔的εNd（t）值为正值，而地壳物质的εNd（t）值多为负值。这意味着该地区A型花岗岩的源区并非单纯的地幔物质，而是包含了大量的地壳物质。在εNd（t）-（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）i图解（图7）中，庐枞盆地南部A型花岗岩的样品点主要落在地壳物质与亏损地幔物质之间的区域，且更靠近地壳物质端元。这一分布特征直观地显示出其源区物质是地壳和地幔物质混合的结果，并且地壳物质在源区中占据主导地位。结合区域地质背景，推测庐枞盆地南部A型花岗岩的源区可能主要来自下地壳物质的部分熔融。在中生代，受太平洋板块向欧亚板块俯冲的影响，区域构造应力场发生转变，岩石圈伸展减薄，导致地幔物质上涌，为下地壳物质的部分熔融提供了热源。下地壳物质在高温作用下发生部分熔融，形成的岩浆在上升过程中可能与少量地幔物质发生混合，最终形成了具有独特Sr-Nd同位素特征的A型花岗岩。5.1.2其他证据除了Sr-Nd同位素特征外，岩石学和地球化学的其他证据也进一步佐证了庐枞盆地南部A型花岗岩源区物质的判断。从岩石学角度来看，庐枞盆地南部A型花岗岩中常见的矿物组合和结构特征反映了其源区物质的性质。岩石中碱性长石含量较高，可达40%-60%，且常出现条纹长石，这与地壳源岩浆结晶形成的花岗岩特征相符。条纹长石的形成通常与岩浆在相对低温、缓慢冷却的条件下结晶有关，这种条件在大陆地壳环境中较为常见。此外，石英的含量也较高，约为20%-35%，呈他形粒状填充于碱性长石粒间空隙，这也符合地壳源花岗岩的矿物特征。黑云母等暗色矿物含量较低，一般在3%-8%，其成分和特征也显示出与地壳物质的密切联系。黑云母的多色性明显，常呈褐色、深褐色，这与在富含硅铝质的地壳源岩浆中结晶形成的黑云母特征一致。地球化学方面，庐枞盆地南部A型花岗岩的微量元素和稀土元素特征也支持源区物质的判断。在微量元素蛛网图中，花岗岩富集大离子亲石元素（LILE），如Rb、Th、U、Pb等，亏损高场强元素（HFSE），如Nb、Ta、Ti、Zr等。这种元素分布特征与地壳物质的地球化学特征相似，表明源区物质主要来自地壳。大离子亲石元素在大陆地壳中相对富集，而高场强元素在幔源物质中相对富集。庐枞盆地南部A型花岗岩对高场强元素的亏损，进一步说明其源区不是以地幔物质为主。在稀土元素配分模式上，花岗岩表现为轻稀土元素（LREE）相对富集，重稀土元素（HREE）相对亏损，轻重稀土元素分馏明显，且具有明显的负Eu异常。这些特征与典型的地壳源花岗岩稀土元素配分模式一致。轻稀土元素的富集和负Eu异常通常与斜长石的结晶分异作用有关，而斜长石是地壳源岩浆中常见的矿物。在岩浆演化过程中，斜长石优先结晶，由于Eu²⁺与Ca²⁺的离子半径相近，Eu²⁺会优先进入斜长石晶格中，从而导致岩浆中Eu含量降低，形成负Eu异常。这表明庐枞盆地南部A型花岗岩在形成过程中经历了与地壳源岩浆相似的结晶分异过程。综上所述，通过Sr-Nd同位素特征以及岩石学、地球化学等多方面的证据，可以推断庐枞盆地南部A型花岗岩的源区物质主要为下地壳物质，在形成过程中可能混入了少量地幔物质，是壳幔物质混合的产物。5.2岩浆演化过程5.2.1分离结晶作用分离结晶作用是岩浆演化的重要过程之一，对庐枞盆地南部A型花岗岩的矿物组成和地球化学特征产生了显著影响。在岩浆冷凝结晶过程中，不同矿物按照其结晶温度和物理化学性质的差异，依次从岩浆中结晶析出，导致岩浆成分发生变化。斜长石是A型花岗岩中较早结晶的矿物之一。在岩浆演化早期，温度较高，斜长石开始结晶。随着结晶过程的进行，斜长石不断从岩浆中捕获Ca、Al等元素，其成分也逐渐发生变化。从早期结晶的基性斜长石（钙长石分子含量较高）逐渐向酸性斜长石（钠长石分子含量增加）演化。在显微镜下观察到，斜长石常具有环带结构，从中心到边缘，Ca含量逐渐降低，Na含量逐渐升高，这是典型的分离结晶作用的证据。这种环带结构的形成是由于岩浆在结晶过程中，温度和成分不断变化，导致斜长石在不同阶段结晶时捕获的元素不同。钾长石的结晶相对较晚，在岩浆演化的后期，随着温度进一步降低，钾长石开始大量结晶。钾长石的结晶不仅改变了岩浆中K、Al等元素的含量，还对岩石的结构和矿物组合产生影响。庐枞盆地南部A型花岗岩中常见的条纹长石，就是钾长石与钠长石在一定条件下共生的产物，其形成与钾长石的结晶和后期的交代作用密切相关。除了斜长石和钾长石，石英也是重要的结晶矿物。在岩浆演化晚期，当岩浆中SiO₂过饱和时，石英开始结晶。石英的结晶填充于其他矿物的粒间空隙，与碱性长石等矿物紧密共生，进一步影响了岩石的结构和矿物组成。分离结晶作用对庐枞盆地南部A型花岗岩的地球化学特征也有重要影响。在微量元素方面，随着斜长石的结晶，一些元素如Sr、Eu等优先进入斜长石晶格，导致岩浆中这些元素的含量降低，从而形成了花岗岩中明显的负Eu异常。在稀土元素配分模式上，轻稀土元素相对重稀土元素更容易进入早期结晶的矿物中，随着分离结晶作用的进行，岩浆中轻稀土元素逐渐亏损，导致轻重稀土元素分馏明显。综上所述，分离结晶作用在庐枞盆地南部A型花岗岩的岩浆演化过程中起到了关键作用，通过控制矿物的结晶顺序和成分变化，塑造了花岗岩独特的矿物组成和地球化学特征。5.2.2同化混染作用同化混染作用是指岩浆在上升和侵位过程中，与围岩发生相互作用，围岩物质被岩浆同化，从而改变岩浆成分的过程。庐枞盆地南部A型花岗岩在形成过程中，同化混染作用对其岩浆成分和演化产生了重要影响。庐枞盆地南部A型花岗岩体与围岩呈侵入接触关系，这为同化混染作用的发生提供了条件。在岩浆侵位过程中，高温的岩浆与围岩接触，使围岩发生部分熔融，被熔融的围岩物质混入岩浆中，导致岩浆成分发生改变。例如，在花山岩体南缘，岩体与中三叠统黄马青组紫红色粉砂岩呈侵入接触，粉砂岩中的一些成分可能被岩浆同化，从而影响了花岗岩的成分。从地球化学特征来看，庐枞盆地南部A型花岗岩的一些元素特征暗示了同化混染作用的存在。其较高的初始Sr同位素比值（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）i，平均值约为0.709，表明岩浆源区可能受到了地壳物质的显著影响。围岩中的Rb含量相对较高，经过放射性衰变，会导致（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）i比值升高，因此较高的（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）i比值可能是岩浆同化混染了富含Rb的地壳物质的结果。在微量元素方面，花岗岩中富集的大离子亲石元素（LILE），如Rb、Th、U、Pb等，也可能与同化混染作用有关。这些元素在围岩中相对富集，当围岩物质被岩浆同化后，使得花岗岩中这些元素的含量增加。而亏损的高场强元素（HFSE），如Nb、Ta、Ti、Zr等，可能是由于同化混染作用改变了岩浆的物理化学条件，导致这些元素在岩浆中的溶解度发生变化，从而出现亏损。此外，岩石包体的存在也为同化混染作用提供了证据。在庐枞盆地南部A型花岗岩中，常可见到一些岩石包体，这些包体的成分与围岩相似，是岩浆在上升过程中捕获的围岩碎块。岩石包体与主岩相比，显示出不同的化学特性，如SiO₂和全碱含量较低，Cr、Co、Sc、V等元素偏高，且Zr和Eu的负异常不明显。这些差异反映了岩石包体可能经历了不同的成岩过程，即岩浆对围岩的同化混染作用。综上所述，同化混染作用在庐枞盆地南部A型花岗岩的形成过程中不可忽视，它通过改变岩浆的成分，影响了花岗岩的地球化学特征和矿物组成，是理解该地区A型花岗岩成因的重要因素之一。5.3形成的构造环境5.3.1区域构造背景分析庐枞盆地南部A型花岗岩的形成与复杂的区域构造背景密切相关，其中太平洋板块与欧亚板块的相互作用是重要的影响因素之一。在中生代，太平洋板块向欧亚板块俯冲，这种强烈的板块运动对亚洲大陆东部地区产生了深远影响。俯冲作用导致板块边界的应力状态发生显著变化，在俯冲带附近，地壳物质受到强烈挤压，而在远离俯冲带的区域，如庐枞盆地所在的扬子板块北缘，构造应力场则逐渐转变为拉张状态。这种拉张环境使得岩石圈发生伸展减薄，为深部地幔物质的上涌提供了通道，也为地壳物质的部分熔融创造了条件。区域内的断裂构造对花岗岩的形成和分布也起到了关键控制作用。郯庐断裂带作为中国东部一条重要的深大断裂，其活动对庐枞盆地的构造演化产生了重要影响。在中生代，郯庐断裂带经历了强烈的左旋走滑运动，导致其两侧的岩石圈发生变形和破裂，形成了一系列的次级断裂和构造薄弱带。庐枞盆地南部位于郯庐断裂带南侧，受到其构造活动的影响，区内发育了北东向和北北东向的断裂构造。这些断裂构造不仅为深部岩浆的上升提供了通道，还控制了岩浆的侵位和岩体的形态。例如，庐枞盆地南部的A型花岗岩体多呈北东向展布，与区域断裂构造的方向一致，表明岩体的形成和分布受到了断裂构造的控制。此外，地幔柱活动也可能对庐枞盆地南部A型花岗岩的形成产生影响。地幔柱是地球深部物质上涌形成的柱状热异常区，其活动能够带来大量的热能和深部物质，对岩石圈的演化和岩浆活动产生重要影响。有研究认为，在中生代时期，中国东部地区可能存在地幔柱活动，地幔柱的上涌导致岩石圈局部受热，引发地壳物质的部分熔融，从而形成了A型花岗岩。虽然目前关于庐枞盆地南部是否存在地幔柱活动的直接证据尚不充分，但从区域地质背景和岩浆岩的分布特征来看，地幔柱活动可能是该地区A型花岗岩形成的一个重要因素。综合区域地质资料和地球化学特征，庐枞盆地南部A型花岗岩形成于岩石圈伸展背景下。在太平洋板块向欧亚板块俯冲、郯庐断裂带活动以及可能的地幔柱活动等多种因素的共同作用下，区域岩石圈伸展减薄，深部地幔物质上涌，为下地壳物质的部分熔融提供了热源，促使岩浆形成并上升侵位，最终形成了庐枞盆地南部的A型花岗岩。5.3.2构造环境判别利用地球化学图解是判断花岗岩形成构造环境的重要方法之一，通过对庐枞盆地南部A型花岗岩的地球化学数据进行分析，绘制相关图解，能够有效判别其形成的构造环境。在R1-R2图解（图8）中，R1=4Si-11(Na+K)-2(Fe+Ti)，R2=Al+2Mg+6Ca，庐枞盆地南部A型花岗岩的样品点主要落在非造山花岗岩和造山晚期花岗岩区域。非造山花岗岩区域的样品点反映了岩石形成于相对稳定的构造环境，可能与岩石圈伸展有关；造山晚期花岗岩区域的样品点则暗示了在造山运动晚期，构造应力场逐渐转变为拉张状态，有利于A型花岗岩的形成。这表明庐枞盆地南部A型花岗岩形成于岩石圈伸展的构造背景，与区域构造演化特征相符。在(Y+Nb)-Rb图解（图9）中，以Y+Nb=35×10⁻⁶和Rb=100×10⁻⁶为界，将图解分为火山弧花岗岩（VAG）、板内花岗岩（WPG）、同碰撞花岗岩（S-COLG）三个区域。庐枞盆地南部A型花岗岩的样品点主要落在板内花岗岩区域，进一步说明其形成于板内伸展构造环境。板内伸展环境下，岩石圈变薄，地幔物质上涌，导致地壳物质部分熔融，形成了具有高硅、富碱等特征的A型花岗岩。在Nb-Y-3Ta图解（图10）中，庐枞盆地南部A型花岗岩的样品点同样主要落在板内花岗岩区域。该图解中，板内花岗岩区域的样品点具有较高的Nb和Y含量，以及相对较低的Ta含量，这与庐枞盆地南部A型花岗岩富集高场强元素（如Nb、Y等）的地球化学特征一致。这再次证明了该地区A型花岗岩形成于板内伸展构造环境，是在特定构造背景下岩浆演化的产物。综上所述，通过多种地球化学图解的分析，均表明庐枞盆地南