淮南煤田朱集井田基于U-Pb的巖漿侵入年代確定研究

摘 要：淮南煤田發育有一系列早二疊世中期巖漿巖侵入體，在朱集井田下石盒子組4煤層中廣泛發育，三維地震勘探顯示，侵入體平均厚度約為2.4m。通過采集侵入體暴露在地下工作面的樣品，研究表明，巖漿巖侵入活動大約發生在晚白堊世，侵位年齡大約在117Ma。

關鍵詞：朱集井田;巖漿侵入;U-Pb定年

中圖分類號：P618.11 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）12-0175-02

0 引言

巖漿侵入體是影響煤礦生產的重要因素之一。在淮南礦區多個井田中出現有巖漿巖侵入的現象。巖漿巖或接近煤層，使得煤層的灰分增高，粘結性降低，不同程度的變質為天然焦，降低煤的工業價值[1-4]。因此，對淮南煤田巖漿巖的基本侵入特征、對煤質的影響、地球化學及礦物學進行深入研究極其重要。

淮南煤田只有潘北井田和潘三井田進行過同位素定年測試，侵位年齡分別為110Ma[5]和118Ma[6]。為此，通過對朱集井田巖漿巖樣品年齡進行高精度確定，研究成果為煤礦地質工作提供了理論依據。

1 背景

朱集井田位于淮南煤田東北部，含煤地層為石炭-二疊系。井田總體構造形態為NWW向褶皺，井田北部為朱集唐集背斜，其南翼與潘集背斜北翼構成較寬緩向斜，沿軸向有所起伏[7-8]。區共有斷層30條，落差大于100m的斷層6條，落差50m～100m的斷層1條，落差30m～50m的斷層12條，落差10m～30m的斷層11條[5]。

朱集井田內巖漿巖侵入主要集中在中、東部區域，在井田的18勘查線及以西地段有少量侵入現象。該區侵入煤系地層中的大部分巖漿侵入體多呈基性、中性，巖性主要為閃長斑巖、細晶巖、基性輝綠巖。該區下部含煤地層段距巖漿源相對較近，形成的侵入體厚度大且分布較廣導致了巖漿侵入活動對下部煤層（5煤層以下）的破壞更為嚴重。一般情況下研究區煤層厚度越大，侵入愈劇烈，進而形成的巖漿侵入體厚度也愈大、分布也愈廣、對煤巖層的破壞也愈為嚴重。

本文擬通過對朱集井田井下巖漿巖（4煤工作面附近的巖漿巖）的采樣與測試分析，采用（LA-ICP-MS）U-Pb法確定巖漿巖的侵入年齡，結合淮南煤田構造和礦井構造的分布規律，確定巖漿侵入期次。

2 樣品采集與測試

2.1 樣品采集

在朱集煤礦地質找礦階段，在28個地面鉆孔中發現了沿4煤層頂部侵入的巖漿巖。在4煤層開采工作面，巖漿巖侵入煤巷。經三維地震勘探，侵入體的高度和寬度分別約為3.8m和2.4m。該侵入體以80度左右的高角度直接插入4煤層。因此，在朱集煤礦回采工作面不同區域選取了4個巖漿巖樣品。

2.2 U-Pb鋯石定年

對采集的樣品進行粉碎處理后，分別從巖漿巖樣品中人工選取4個鋯石樣品（ZJ-1、ZJ-2、ZJ-3和ZJ-4），并對其進行定向、拋光和環氧樹脂拋光處理。將樣品粘附在玻片上，在玻片上放置聚氯乙烯環，將環氧樹脂和固化劑充分混合注入聚氯乙烯環中，樹脂完全固化后，將樣品從玻片上剝離并拋光至樣品平整[6]。

鋯石定年測試在西北大學的大陸動力學國家重點實驗室進行。采用國際標準鋯石91500（1062Ma）作為鋯石U-Pb年齡測定的外標校正方法，每4～5個樣品分析點測量一次標準，每20次鋯石分析前后，對NISTSRM610進行了兩次測定[6]。以硅為內標，測定了鋯石中U， Th和Pb的含量。

3 結果與討論

3.1 侵入年齡確定

朱集井田鋯石樣品測得的U含量為732×10-6～1550×10-6，Th含量為185×10-6～1163×10-6，Th/U矯正后比值見表1，Th/U比值大于變質成因的鋯石Th/U比值（0.1）[6，9，10]，屬巖漿成因。根據測試結果發現所測定的樣品較年輕，因此U含量較高，206Pb/204Pb比值較低。

本次共測試了140個點，由于不同的鋯石之間結晶的時間不同，所以測定的鋯石核部或邊部年齡存在一定差異。由于這種差異的存在，在確定朱集井田巖漿巖的侵入年代時，利用所測得的年齡值通過加權平均結果得到巖體的侵入年代。

在U-Pb年齡曲線諧和圖（圖1）上，大部分測試點落在諧和線120Ma及其附近，但在朱集礦1號樣品中測試出406、407Ma兩個年齡，在朱集礦4號樣品中測試出468Ma年齡，年齡數據跨度較大，可能代表了繼承性巖漿巖的年齡。除去上述3個異常點測試結果，朱集礦207Pb/235U比值所得出的年齡在106Ma～188Ma之間、206Pb/238U比值所得出的年齡在107Ma～127Ma之間，根據測試結果所有鋯石樣品206Pb/204Pb比值均較小，而在206Pb/204Pb比值較小的情況下，206Pb/238U數據對應的表面年齡較為可靠[6]。因此本次研究所得的鋯石年齡介于110Ma～128Ma之間，朱集礦巖漿巖鋯石206Pb/238U加權平均年齡分別為118±1.3Ma（n=36）、115±1.7Ma（17）、118±1.4Ma（24）、117±1.2Ma（51）和116±2.5Ma（12），它們U-Pb定年結果應代表巖漿的結晶年齡。同時可以發現140顆鋯石樣品給出了較為一致的諧和年齡，考慮到U-Pb體系的高封閉溫度，117Ma應代表該巖體的年齡。根據地質年代表[6]，同時對比U-Pb定年測試結果，表明此次巖漿巖侵位于燕山晚期早白堊世。

3.2 巖漿侵入的構造控制作用

燕山期是中國重要的巖漿活動期，花崗巖發育范圍廣，不僅在朱集地區發育，同時在中國的東部、華南以及西南廣大地區都有發育。同時樣品中存在的206Pb/238U年齡-406Ma、407Ma和468Ma均不在諧和線上。這些400Ma的捕獲鋯石和470Ma年齡的繼承鋯石則暗示巖漿源區還存在有揚子地塊的基底物質，這與揚子地塊俯沖于華北地塊之下的構造特征相吻合。

綜合上面的各種分析結果，推測本區巖漿侵入時代為燕山期。先后有中性、酸性以及基性三個期次巖漿侵入，對井田內煤層破壞較為嚴重。

4 結論

研究區侵入體空間分布特征為：巖漿巖以巖床形式侵入，單層為主。巖漿由上沖區經擴展區、波及區到正常區逐漸過渡，侵入層位逐漸升高;從西向東巖漿侵入范圍增大，具有由北向南擴展并逐漸擴大的趨勢。朱集煤礦巖漿巖侵入年代為晚燕山期白堊世，距今約117Ma。

參考文獻

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