安徽滁州和管店早白堊世高鎂埃達克質侵入巖的成因：鋯石U-Pb年代學和Sr-Nd-Hf同位素的制約*

王安琪 楊德彬,2 許文良 王清海 梁景輝

1.吉林大學地球科學學院，長春 130061 2.自然資源部東北亞礦產資源評價重點實驗室，長春 130061

埃達克巖(adakite)這一概念是由Defant and Drummond (1990)提出，自此之后，埃達克巖在國際地學界一直是研究熱點之一。埃達克巖最初是指由年輕的俯沖洋殼發生熔融而形成的一套具有特殊地球化學特征的中酸性巖漿巖。而隨著對埃達克巖研究的逐步深入，人們發現埃達克巖的形成不僅只有板片熔融模式，其它形成機制也可以形成具埃達克巖地球化學特征的巖石，稱之為埃達克質巖石，如增厚大陸下地殼的直接熔融(Kay and Kay,2002;Xuetal.,2006;Huangetal.,2008;Yangetal.,2016)，拆沉加厚大陸下地殼的熔融(Xuetal.,2002;Gaoetal.,2004;Wangetal.,2006;Huangetal.,2008;楊德彬等,2008;霍騰飛等,2018)，以及玄武質巖漿的地殼混染和分離結晶作用等(Castilloetal.,1999;Lietal.,2008,2009)。這些成因模式的提出使埃達克巖的成因模型變得多樣化，同時，將埃達克巖的形成環境也拓寬到非島弧環境，如陸-陸俯沖碰撞等，因此，埃達克質巖石的研究對于探討大陸巖石圈的形成與演化提供了新的途徑。

安徽滁州和管店巖體出露于華北陸塊與揚子陸塊結合部位。前人對滁州盆地中性火山巖的研究表明，安山質巖石噴發于早白堊世，源區為俯沖加厚的揚子大陸下地殼(謝成龍等,2009;王婷等,2016)，但滁州地區同時還出露有閃長玢巖，它們的形成時代和源區性質知之甚少。此外，前人對相鄰地區管店巖體中的二長巖和石英二長巖進行了鋯石U-Pb年代學、全巖地球化學和Sr-Nd同位素分析，認為其形成于早白堊世，起源于加厚大陸下地殼拆沉后與地幔橄欖巖的反應物質(資鋒等,2007,2008)，然而，管店巖體為復式巖體，除產出有二長巖和石英二長巖外，該地區還發育有石英閃長巖，它們的形成時代和巖石成因目前還不清楚。另外，滁州早白堊世火山巖及管店二長巖和石英二長巖均具有高的MgO、Sr含量和低的Y含量以及高的Sr/Y比值，均顯示了高鎂埃達克質巖石的地球化學特征，但關于研究區和相鄰地區早白堊世高鎂埃達克質巖石的成因機制主要存在兩種觀點，多數學者認為，它們起源于拆沉的加厚下部大陸地殼熔融的熔體與巖石圈地幔橄欖巖的反應(Xuetal.,2006;Huangetal.,2008;楊德彬等,2008;霍騰飛等,2018)，少數學者則認為，它們起源于受俯沖大洋板片熔/流體交代的加厚下部大陸地殼的部分熔融(謝建成等,2012)。鑒于此，本文選擇前人開展工作較少的滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖為研究對象，進行全巖地球化學和Sr-Nd同位素以及鋯石U-Pb年代學和Hf同位素的綜合研究，確定滁州和管店高鎂埃達克質閃長巖的形成時代、源區性質和巖石成因，進而為探討華北陸塊東部早白堊世巖石圈減薄提供制約。

1 地質背景與樣品描述

研究區位于安徽省東部的張八嶺隆起出露區(圖1)，為華北陸塊和揚子陸塊的交匯部位。張八嶺隆起帶北段主要出露新元古代張八嶺群，巖性可與大別-蘇魯造山帶南側的紅安群上部云臺組對比。南段主要出露新太古代-古元古代的肥東群和新元古代張八嶺群，肥東群與上覆的張八嶺群成斷層接觸。

圖1 郯廬斷裂帶南段大地構造位置(a)及滁州、管店侵入巖地質簡圖(b,據資鋒等,2008修改)Fig.1 Tectonic sketch map in southern Tan-Lu Fault area (a)and geological map showing the locations of Chuzhou and Guandian intrusive rocks (b,after Zi et al.,2008)

滁州巖體出露于滁州市西南郊，產于大豐山背斜東南翼東北端。在向斜軸線附近，有一系列北東、北北東、近東西向和北西向的斷裂，圍巖由下奧陶統至上寒武統灰巖構成。巖體平面形狀不規則，呈近南北向展布，出露面積1.2km2左右。滁州巖體主要由閃長玢巖組成，樣品呈灰白色(圖2a)，斑狀結構，塊狀構造(圖2b)，主要礦物有斜長石(Pl)、普通角閃石(Hb)、黑云母(Bi)。斑晶主要為斜長石和普通角閃石，基質由細粒斜長石和普通角閃石組成。斜長石含量為60%，多為長板狀，可見聚片雙晶和環帶結構。普通角閃石含量35%，呈長柱狀，新鮮無蝕變。黑云母含量5%，片狀，發育極完全解理。副礦物為鋯石、榍石、磷灰石。

管店巖體沿張八嶺復背斜核部出露，整體呈北北東-南南西向展布，與瓦屋劉、瓦屋薛巖體呈條帶狀平行于郯廬斷裂帶分布，面積約43km2。巖體邊界與震旦系張八嶺組變質火山巖為侵入接觸關系。巖體主要由二長巖、石英二長巖和石英閃長巖組成。本文研究對象為石英閃長巖，呈灰白色(圖2c)，中細粒半自形結構，塊狀構造，主要礦物有斜長石、石英(Q)、黑云母和普通角閃石。斜長石含量60%，板狀，具有兩組完全解理，發育聚片雙晶。石英含量5%，粒狀，無解理。黑云母含量10%，多為片狀，一組極完全解理。普通角閃石含量25%，長柱狀，有兩組斜交解理(圖2d)。副礦物為磁鐵礦、磷灰石、榍石和鋯石。

圖2 滁州閃長玢巖(a、b)和管店石英閃長巖(c、d)野外產狀及顯微照片Fig.2 Field and microscopic photos showing petrographic features of Chuzhou dioritic porphyry (a,b)and Guandian quartz diorite (c,d)

2 分析方法

鋯石分選在河北省廊坊宇能地質服務公司完成。利用淘選和電磁方法挑選鋯石，在顯微鏡下進一步提純，挑選鋯石晶形較好，內部包裹體較少的顆粒。將挑選的鋯石粘貼在有雙面膠的載玻片上并套上靶環，灌膠后干燥40分鐘，待固結后將樣品靶進行打磨，使鋯石顆粒表面出露。在自然資源部東北亞礦產資源評價重點實驗室(吉林大學)完成LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年測試。

全巖主量元素和微量元素分析均在武漢上譜分析測試科技有限公司完成。將樣品用瑪瑙研缽制成200目以下的粉末，主量元素采用X射線熒光光譜儀測定，燒失量采用重量法測定，分析精度優于1%；微量元素采用電感耦合等離子質譜(ICP-MS)分析。

全巖Sr-Nd同位素分析在中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室完成。Sr-Nd同位素分析首先使用HNO3+HF混合酸進行液解，使用陽離子交換技術進行分離，將樣液的Rb、Sr和稀土元素分離出來后，利用LN特效樹脂進行Nd的分離和純化。儀器的準確度采用La Jolla的國際標樣和標樣NBS-987進行檢測。Sr同位素質量分餾用88Sr/86Sr=8.375209來校正，國際標樣NBS-987的88Sr/86Sr值為0.710245±15(2δ，N=9)，NBS-607的88Sr/86Sr值為1.198898；Nd同位素質量分餾用146Nd/144Nd=0.721900校正。

鋯石Hf同位素分析在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室完成。實驗過程中采用配有193nm激光取樣系統的Neptune多接收電感耦合等離子體質譜儀(MC-ICP-MS)對鋯石進行測定，測定激光的剝蝕直徑為64μm，激光剝蝕時間為26s，Ar作為剝蝕物質載氣，測定時使用鋯石國際標樣91500作為參考物質。分析過程采用TIMS測定值176Yb/172Yb=0.5886對176Yb的干擾進行校正，鋯石標樣91500的測定值為176Hf/177Hf=0.2822934±24(N=43)。

3 分析結果

3.1 鋯石陰極發光與微量元素

鋯石陰極發光圖像顯示，滁州閃長玢巖(FY3-1)中鋯石無色透明，呈長柱狀，大小100～150μm，長寬比介于1.5～2.5之間(圖3a)，Th/U比值為0.31～0.91，其內部結構清晰，發育震蕩環帶，暗示它們為巖漿成因鋯石(圖3a)。管店石英閃長巖(FY4-1)中鋯石無色透明，呈長柱狀到不規則狀(圖3b)，大小100～125μm，長寬比介于1.5～2.0之間，Th/U比值介于0.79～1.55之間，發育條痕狀吸收和扇狀，表明均為巖漿成因鋯石(圖3b)。兩組鋯石的稀土元素(表1)均顯示出富集重稀土元素(HREE)，虧損輕稀土元素(LREE)的上翹型特征，具明顯的Ce正異常以及Eu負異常(圖4)，以上特征均表明鋯石為巖漿鋯石。

表1 滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖鋯石稀土元素組成(×10-6)Table 1 Zircon rare earth element concentrations of Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite (×10-6)

圖3 滁州閃長玢巖(a)和管店石英閃長巖(b)代表性鋯石陰極發光圖像Fig.3 Cathodoluminescence images showing characteristics of representative zircons of Chuzhou dioritic porphyry (a)and Guandian quartz diorite (b)

圖4 滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖鋯石球粒隕石標準化稀土元素配分型式圖(標準化值據Boynton,1984)Fig.4 Chondrite-normalized rare earth element patterns for the zircons from Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite (a,normalization values after Boynton,1984)

3.2 鋯石U-Pb年代學

滁州閃長玢巖中27顆鋯石測定了27個點(表2)，其年齡介于133～124Ma之間，206Pb/238U加權平均年齡為128±1Ma(MSWD=2.6,N=27;圖5a)。管店石英閃長巖中鋯石U-Pb定年結果介于133～125Ma之間，206Pb/238U加權平均年齡為130±2Ma(MSWD=0.6,N=13;圖5b)。定年結果表明，滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖侵位時代均為早白堊世。

表2 滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖鋯石U-Pb定年數據Table 2 U-Pb isotopic data of Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite

圖5 滁州閃長玢巖(a)和管店石英閃長巖(b)鋯石U-Pb諧和圖和加權平均年齡圖Fig.5 U-Pb concordia and weighted mean age diagrams for the zircons in Chuzhou dioritic porphyry (a)and Guandian quartz diorite (b)

3.3 主量元素和微量元素

滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖具有相似的巖石地球化學屬性，整體具相對富SiO2、Al2O3和Na2O以及高的Mg#值 [Mg#=Mg/(Mg+Fe2+)×100] 和Na2O/K2O比值的特征(表3)。其中，滁州閃長玢巖的SiO2含量為58.55%～59.33%、MgO為4.43%～5.10%、Na2O為3.12%～3.52%、Na2O/K2O為1.33～1.47、Mg#為57～58。管店石英閃長巖SiO2=59.94%～60.12%、MgO=4.59%～4.71%、Na2O=3.80%～3.91%、Na2O/K2O均為1.2、Mg#均為61。在SiO2-Na2O+K2O圖上(圖6a)，滁州閃長玢巖投影在閃長巖區域，管店石英閃長巖則落入二長巖區域，二者均為亞堿性系列巖石，與郯廬斷裂帶南段以及徐淮地區的早白堊世埃達克質巖石相一致(Xuetal.,2006;資鋒等,2007,2008;謝成龍等,2009;王婷等,2016)，相比較于長江中下游埃達克質巖石堿含量則較低(Liuetal.,2010)；在SiO2-K2O圖上(圖6b)，滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖樣品投影在高鉀鈣堿性系列范圍內，與郯廬斷裂帶南段及徐淮地區埃達克質巖石相似。

表3 滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)組成Table 3 Major (wt%)and trace (×10-6)element compositions of Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite

圖6 滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖TAS圖解(a,據Irvine and Baragar,1971)和SiO2-K2O圖解(b,據Peccerillo and Taylor,1976)數據來源：郯廬斷裂帶南段埃達克質巖(資鋒等,2007,2008)；徐淮地區埃達克質巖(Xu et al.,2006;霍騰飛等,2018)；長江中下游埃達克質巖(Liu et al.,2010).圖7-圖13圖例及數據來源同此圖Fig.6 Diagrams of TAS (a,after Irvine and Baragar,1971)and K2O vs.SiO2 (b,after Peccerillo and Taylor,1976)for Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz dioriteData source:adakites from South Tan-Lu Fault (Zi et al.,2007,2008);adakites from Xuzhou-Huaibei area (Xu et al.,2006;Huo et al.,2018);adakites from Lower Yangtze River Belt (Liu et al.,2010).The data source and legends in Fig.7-Fig.13 are same as this figure

滁州和管店閃長質巖石具有類似的稀土元素球粒隕石標準化配分型式，它們整體具LREE富集、HREE虧損的特征(圖7a)，輕、重稀土元素分異明顯，Eu負異常不明顯(δEu=0.85～0.93)，∑REE=104×10-6～170×10-6，∑LREE=96×10-6～159×10-6，∑HREE=8×10-6～11×10-6，LREE/HREE=12～14。

圖7 滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖球粒隕石標準化稀土元素配分型式(a，標準化值據Boynton,1984)和原始地幔標準化微量元素蛛網圖(b，標準化值據Sun and McDonough,1989)Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns (a,normalization values after Boynton,1984)and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b,normalization values after Sun and McDonough,1989)for Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite

原始地幔標準化微量元素蛛網圖顯示，滁州和管店閃長質巖石富集大離子親石元素(LILE,如Rb、Ba)，明顯虧損高場強元素(HFSE,如Nb、Ta、Zr、Hf)，顯示出明顯的Ti負異常以及Pb正異常(圖7b)。在微量元素組成上，它們具有低的Y含量，介于10.15×10-6～15.33×10-6之間，以及高的Sr/Y比值，為57～69，此外，YbN為4.55～6.80，(La/Yb)N為17.24～18.52，滁州和管店閃長質巖石的上述特征具明顯的埃達克質巖石地球化學屬性，在Y-Sr/Y和YbN-(La/Yb)N

3.4 全巖Sr-Nd同位素

滁州和管店埃達克質巖石具有類似的全巖Sr-Nd同位素組成(表4)，滁州閃長玢巖的初始87Sr/86Sr比值為0.7066311和0.706106，εNd(t)值為-17.7和-16.9，它們的二階段Nd模式年齡(tDM2)分別為2344Ma、2286Ma；管店石英閃長巖兩個樣品的初始87Sr/86Sr比值為0.705924和0.704576，εNd(t)值為-15.8和-18.7，tDM2為2211Ma和2444Ma(表4)。

表4 滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖Sr-Nd同位素組成Table 4 Sr-Nd isotopic compositions of Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite

在Sr-Nd同位素圖中(圖9)，滁州和管店埃達克質巖石均落在球粒隕石演化線之下，并投在北大別鎂鐵質巖石組成范圍附近，與郯廬造山帶南段和徐淮地區部分埃達克質巖石的Sr-Nd同位素組成相類似(Xuetal.,2006;資鋒等,2007,2008;楊德彬等,2008;謝成龍等,2009;王婷等,2016)，而低于長江中下游埃達克質巖石Sr-Nd同位素組成(Liuetal.,2010)。

圖8 滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖Sr/Y-Y圖(a)和(La/Yb)N-YbN圖(b)(據Defant and Drummond,1990;Martin et al.,2005;球粒隕石標準化值據Boynton,1984)Fig.8 Diagrams of Sr/Y vs.Y (a)and (La/Yb)N vs.YbN (b)for Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite (after Defant and Drummond,1990;Martin et al.,2005;Chondrite-normalized after Boynton,1984)

圖9 滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖Sr-Nd同位素組成數據來源：大洋中脊玄武巖和遠洋沉積物(Hofmann,2003)；新生代板片埃達克巖(Defant and Kepezhinskas,2001)；揚子克拉通下地殼(Chen and Jahn,1998)；華北克拉通下地殼(Jahn et al.,1999)；北大別埃達克質巖石(Wang et al.,2007;Huang et al.,2008)Fig.9 Sr-Nd isotopic compositions of Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz dioriteData source:mid-ocean ridge basalts and marine sediments (Hofmann,2003);Cenozoic slab-derived adakites (Defant and Kepezhinskas,2001);the lower crust of the Yangtze Craton (Chen and Jahn,1998);the lower crust of the North China Craton (Jahn et al.,1999);North Dabie adakitic rocks (Wang et al.,2007;Huang et al.,2008)圖上(圖8)，樣品均投影在埃達克巖區域，表明滁州和管店閃長質巖石屬于埃達克質巖石，結合相對高的MgO含量及Mg#值(滁州閃長玢巖MgO=4.43%～5.10%，Mg#=57～58；管店石英閃長巖MgO=4.59%～4.71%，Mg#均為61)，暗示它們屬于高鎂埃達克質巖石。

3.5 鋯石Hf同位素

在鋯石U-Pb年代學的基礎上，對滁州和管店埃達克質巖石2件樣品進行了鋯石原位Hf同位素分析，結果見表5。滁州閃長玢巖鋯石176Hf/177Hf值為0.282040～0.282152，其εHf(t)值為-23.1～-19.1，tDM2為2648～2398Ma。管店石英閃長巖176Hf/177Hf值介于0.281965～0.282130之間，其εHf(t)值介于-25.6～-20.0之間，tDM2介于2802～2450Ma之間。在εHf(t)與U-Pb年齡圖中(圖10)，滁州和管店埃達克質巖石均投影于球粒隕石演化線之下，與郯廬斷裂帶南緣埃達克質巖石的Hf同位素組成相類似，低于徐淮地區埃達克質巖石εHf(t)值(楊德彬等,2008;霍騰飛等,2018)。

表5 滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖鋯石Hf同位素組成Table 5 Zircon Hf isotopic compositions of Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite

圖10 滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖鋯石Hf同位素組成Fig.10 Zircons Hf isotopic compositions of Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite

4 討論

4.1 滁州和管店埃達克質巖石的形成時代

滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖兩個樣品中鋯石的CL圖像顯示(圖3)，鋯石晶形完好，內部結構清晰，發育震蕩環帶或條痕狀吸收，表明它們為典型的巖漿鋯石。這也得到了鋯石微量元素的支持，樣品的Th/U比值介于0.31～1.55之間，明顯大于變質鋯石的Th/U比值(通常<0.1)，而類似于巖漿鋯石的Th/U比值(通常>0.4)，并且樣品具有上翹型的稀土元素配分型式(圖4)。滁州閃長玢巖(FY3-1)巖漿鋯石U-Pb年齡介于133～124Ma之間，206Pb/238U加權平均年齡為128±1Ma(MSWD=2.6,N=27)，管店石英閃長巖(FY4-1)巖漿鋯石U-Pb定年結果介于133～125Ma之間，206Pb/238U加權平均年齡為130±2Ma(MSWD=0.6,N=13)(圖5)。上述定年結果表明，滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖形成于早白堊世，為早白堊世巖漿活動的產物。這與研究區滁州、上腰鋪埃達克質侵入巖的40Ar-39Ar定年結果(127Ma,資鋒等,2007)相一致，同時與管店石英二長巖的SHRIMP鋯石U-Pb年代學結果(131Ma,資鋒等,2008)以及滁州盆地火山巖U-Pb年代學結果(128Ma,王婷等,2016)相吻合，也與徐淮地區、長江中下游地區早白堊世時期廣泛發育的巖漿事件相類似(楊德彬等,2008;Liuetal.,2010;霍騰飛等,2018)，它們是研究區乃至中國東部早白堊世時期最強烈的一次巖漿活動的響應(Wuetal.,2005;Yangetal.,2010,2012,2013,2016)。

4.2 滁州和管店埃達克質巖石的巖石成因及源區性質

滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖整體具有高SiO2、富Al2O3和Na2O含量以及高的Na2O/K2O比值的特征，而原始地幔標準化微量元素蛛網圖(圖7b)顯示，滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖富集大離子親石元素(LILE,如Rb、Ba)，明顯虧損高場強元素(HFSE,如Nb、Ta、Zr、Hf)，具有低的全巖εNd(t)和鋯石εHf(t)值，暗示它們起源于大陸地殼的部分熔融。此外，來源于地幔源區的巖石通常具有相對高的Ni、Cr含量，如Ni>400×10-6，Cr>1000×10-6(Wilson,1989)，滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖的Ni、Cr含量較低(Ni=50×10-6～79×10-6,Cr=119×10-6～186×10-6)，這與地幔源區直接形成的巖石不符。另外，樣品具有低的Nb/U值(4.63～7.70)和Ta/U值(0.32～0.56)，也低于地幔熔融形成的巖石(Nb/U=47,Ta/U=2.7;Hofmann,1988;Taylor and McLennan,1995;Wangetal.,2020b)。上述特征也進一步證明了，滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖為殼源屬性。然而，滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖具有相對較高的MgO含量(4.43%～5.10%)和Mg#值(57～61)，也顯示了幔源的信息。此外，樣品還顯示出高的Sr含量(575×10-6～1035×10-6)和低的Y含量(10.15×10-6～15.33×10-6)以及高的Sr/Y比值(57～69)，表明滁州和管店閃長質巖石屬于高鎂埃達克質巖石，在埃達克巖判別圖解上，樣品均投影于埃達克巖區域也證明了這一點(圖8)。

狹義的埃達克巖最初是由Defant and Drummond (1990)研究阿留申島弧火山鏈西部的埃達克島所發現的一類具有特殊地球化學屬性的巖石，提出埃達克巖是俯沖的年輕洋殼板片部分熔融的產物。而埃達克巖的概念提出后，隨著研究的深入發現，除了俯沖的洋殼板片部分熔融形成機制以外，埃達克巖的形成環境由島弧環境也擴展到非島弧環境，并將這一類巖石稱為埃達克質巖石，它們通常是具有一套特定地球化學屬性的中酸性火成巖，其SiO2≥56%，Al2O3≥15%，富Na、貧K，具有高的Sr含量(>400×10-6)和較高的Sr/Y(>20)及(La/Yb)N(>10)比值，以及低的HREE和Y(≤18×10-6)含量，無Eu異常或輕微的負異常(Defant and Drummond,1990;Martinetal.,2005;Xuetal.,2006;Yangetal.,2016)。埃達克質巖石的成因模式主要包括：(1)年輕的俯沖玄武質洋殼熔融；(2)玄武質母巖漿的結晶分異；(3)增厚的下地殼直接部分熔融；(4)拆沉的古老下地殼部分熔融。那么，滁州和管店高鎂埃達克質巖石的巖石成因如何？

首先，年輕的玄武質俯沖洋殼發生俯沖時，俯沖板片在75～80km發生部分熔融可以形成埃達克巖。但滁州和管店埃達克質巖石初始87Sr/86Sr比值(0.7046～0.7066)及εNd(t)值(-20.3～-17.4)與年輕俯沖洋殼部分熔融形成的埃達克質巖石的虧損同位素組成(εNd(t)>6，(87Sr/86Sr)i<0.7045,Defant and Drummond,1990)差異較大(圖9)。此外，滁州和管店埃達克質巖石Ni、Cr含量較低(Ni=50×10-6～79×10-6，Cr=119×10-6～186×10-6，通常地幔巖石Ni>400×10-6，Cr>1000×10-6，Wilson,1989)，這與洋殼部分熔融形成的巖石明顯不同。另外，滁州和管店埃達克質巖石具有相對高的K2O含量，而不同于俯沖洋殼熔融形成的埃達克巖具有相對低的K2O含量。K2O在角閃石中的富集程度高于石榴石及斜方輝石(Liuetal.,2010)，因此，俯沖洋殼部分熔融的殘余相礦物多為石榴石+斜方輝石+角閃石，其形成的埃達克巖通常具有較低的K2O含量(Defant and Drummond,1990;Rappetal.,1991;Sen and Dunn,1994;Martinetal.,2005)，而大陸基性下地殼部分熔融的殘余相一般為榴輝巖，而角閃石很少，其形成的埃達克巖通常具有較高的K2O含量(Huang and He,2010)。上述證據顯示，滁州和管店埃達克質巖石并非由年輕的玄武質俯沖洋殼部分熔融產生。

其次，玄武質母巖漿結晶分異形成埃達克巖。一種可能是上地幔頂部條件下初始島弧巖漿高壓結晶分異形成的產物(Macphersonetal.,2006)，另外一種可能是俯沖板片脫水交代地幔楔，之后經歷角閃石±斜長石低壓分離結晶形成埃達克巖(Castilloetal.,1999;Lietal.,2008,2009)。前者為島弧巖漿經歷石榴子石的高壓分離結晶作用，石榴子石±輝石的高壓分離結晶作用導致巖漿中Al2O3隨SiO2的增加而降低，但Sr/Y和La/Y比值則隨SiO2的增加而升高。后者則由于角閃石±斜長石的低壓分離作用形成顯著的“V”型稀土元素分布型式。如Macphersonetal.(2006)認為菲律賓棉蘭老島埃達克巖是由島弧巖漿經歷石榴子石的高壓分離結晶作用過程形成的，該成因的主要特征為巖漿中Al2O3與SiO2的變化呈負相關關系，而Sr/Y和La/Y的比值與SiO2的變化呈正相關關系，然而，滁州和管店埃達克質巖石并不具備這一特征。在La/Sm與La及Zr/Sm與Zr圖中(圖11)，滁州和管店埃達克質巖石顯示部分熔融趨勢，而與玄武質巖漿的分離結晶趨勢不一致。此外，研究區并沒有發現同時代大規模的基性巖漿與滁州或管店巖體及其周邊的中酸性侵入巖體密切共生，也沒有發現與此相關的堆晶巖。因此，玄武質巖漿的結晶分異也不可能形成滁州和管店埃達克質巖石。

圖11 滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖La/Sm-La (a)與Zr/Sm-Zr (b)圖解Fig.11 La/Sm vs.La (a)and Zr/Sm vs.Zr (b)diagrams for Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite

再次，滁州和管店埃達克質巖石雖然顯示出源區巖石部分熔融的趨勢(圖11)，可以由增厚的下地殼物質直接部分熔融形成埃達克巖。但是，這類埃達克巖由于沒有地幔物質的涉入，通常具有低的MgO含量、Mg#值等特征(Kay and Kay,2002;Xuetal.,2006;Huangetal.,2008;Yangetal.,2016)。然而，滁州和管店埃達克質巖石具有較高的MgO含量(4.43%～5.10%)和Mg#值(57～61)，增厚下地殼物質的直接部分熔融模式無法解釋滁州和管店埃達克質巖相對高的MgO含量、Mg#值。

最后，拆沉下地殼部分熔融形成埃達克巖。單純的地殼物質直接熔融產生的熔體中MgO含量并不高，而滁州和管店埃達克質巖石具有相對高的MgO含量和Mg#值。實驗巖石學已經證明，具有這種主微量元素特征(SiO2=58%～60%；MgO=4.4%～5.1%)的安山質巖石，無法直接由玄武質下地殼部分熔融形成，而更可能來源于拆沉下地殼與地幔橄欖巖的反應。在MgO-SiO2及TiO2-SiO2圖中(圖12)，樣品均投影于拆沉下地殼部分熔融形成的埃達克巖區域，暗示它們是源于拆沉下地殼熔融的熔體與地幔橄欖巖反應的產物。這種模式下形成的高鎂埃達克質巖石與富集地幔部分熔融形成的高鎂巖石常常因為相似的主微量元素及同位素組成(如偏低的主量元素、相容元素Cr、Ni、全巖εNd(t)和鋯石εHf(t)值)而難以區分。然而，同一熔體由于處于封閉體系狀態下，其同位素組成基本保持恒定，而熔體與其它組分反應后，由于兩種組分的差異，常常在同位素上體現出明顯的變化性。因此，通過主量元素與同位素之間的相關性判定，可以有效的識別熔體是否經歷過兩種巖漿的反應作用。本文的研究顯示主量元素(SiO2、MgO)與全巖(87Sr/86Sr)i和εNd(t)值表現出明顯的線性關系，隨SiO2含量的升高(或MgO含量的降低)，全巖Sr-Nd同位素明顯由虧損轉變為富集(圖13)，這表明滁州和管店閃長質巖石并非直接來源于富集地幔的部分熔融，而應起源于地幔熔體與下地殼組分反應的產物。這種成因模型通常是已經加厚的鎂鐵質下地殼物質發生榴輝巖相變質，其密度明顯升高，由于重力的不穩定而發生拆沉作用，拆沉的榴輝巖質下地殼密度通常大于巖石圈地幔而下沉到地幔深部，進而榴輝巖質下地殼熔融形成的埃達克質巖漿與地幔橄欖巖發生反應，該過程形成的埃達克質巖石具有相對高的MgO含量(MgO=4.43%～5.10%;Xuetal.,2002;Gaoetal.,2004;Wangetal.,2006;Huangetal.,2008)。此外，滁州和管店埃達克質巖石具有富集LREE，虧損HREE，Eu負異常不明顯(δEu=0.85～0.92)的特點。石榴石及金紅石是重稀土元素的富集礦物，可以很好的解釋樣品中輕重稀土分異明顯和HREE虧損的特征，而斜長石則是Eu元素的載體，Eu負異常應與源區中斜長石的殘留有關。上述特征表明，滁州和管店埃達克質巖石起源于拆沉的加厚基性下地殼物質的部分熔融及其與地幔橄欖巖反應的產物，源區巖石主要為變質基性下地殼(榴輝巖或角閃榴輝巖)，同時存在石榴石±金紅石以及少量的斜長石殘留。

圖12 滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖MgO-SiO2 (a)和TiO2-SiO2 (b)圖解俯沖洋殼熔融形成的埃達克巖，拆沉下地殼熔融形成的埃達克巖和加厚下地殼熔融形成的埃達克巖區域引自Wang et al.(2020b)Fig.12 MgO vs.SiO2 (a)and TiO2 vs.SiO2 (b)diagrams for Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz dioriteThe fields of adakites from partial melting of subducted oceanic crust,delaminated lower crust and thickened lower crust after Wang et al.(2020b)

圖13 滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖SiO2對(87Sr/86Sr)i (a)和εNd(t)(b)及MgO對(87Sr/86Sr)i (c)和εNd(t)(d)圖解Fig.13 Diagrams of SiO2 against (87Sr/86Sr)i (a)and εNd(t)(b),MgO against (87Sr/86Sr)i (c)and εNd(t)(d)for Chuzhou dioritic porphyry and Guandian quartz diorite

前文已經闡明，滁州和管店埃達克質巖石起源于拆沉的加厚下地殼源區，那么，大陸地殼物質是來源于加厚的華北陸塊還是俯沖斷離的揚子陸塊呢？首先，研究區位于揚子陸塊和華北陸塊交匯部位；其次，滁州和管店埃達克質巖石Sr-Nd同位素組成與北大別鎂鐵質巖石的Sr-Nd同位素組成相類似(圖9;Xuetal.,2006)，暗示它們可能具有華北基底物質的屬性，但其Nd同位素模式年齡(tDM2=2211～2444Ma)，較華北陸塊基底古老的Nd模式年齡(2700～3600Ma;Wuetal.,2005)年輕，而與揚子陸塊基底的Nd模式年齡(tDM2=1600～2400Ma;Chen and Jahn,1998)相類似，表明可能有揚子俯沖斷離板片物質的參與；再次，滁州盆地內早白堊世火山巖的初始206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值分別變化于15.902～16.687、15.273～15.417和36.177～37.001之間，總體上與華北陸塊基底相對低的Pb同位素組成類似(謝成龍等,2009)，而與徐淮地區和長江中下游地區具有揚子陸塊基底特征的相對高的Pb同位素組成不同(楊德彬等,2008;謝建成等,2012)；最后，徐淮地區埃達克質巖石中榴輝巖捕擄體的鋯石U-Pb定年發現，其既含有代表華北基底物質的新太古代-古元古代繼承鋯石，也存在顯示揚子基底屬性的新元古代巖漿鋯石(Xuetal.,2006;楊德彬等,2008)。綜上所述，滁州和管店埃達克質巖石應起源于拆沉的華北加厚陸殼和俯沖斷離的揚子陸殼及其與地幔橄欖巖的反應物質。

4.3 埃達克質巖石形成的構造背景及其對華北陸塊東部早白堊世巖石圈減薄的制約

滁州和管店閃長質巖石具有高鎂埃達克質巖的地球化學特征，表明它們起源于拆沉的加厚基性下地殼物質的部分熔融及其與地幔橄欖巖反應的產物，巖漿源區富含石榴子石±金紅石，結合實驗巖石學的研究結果暗示，滁州和管店埃達克質巖漿應起源于～50km深度的地殼(Yangetal.,2016;霍騰飛等,2018)，也就是說滁州和管店地區至少在早白堊世以前應存在明顯加厚的地殼。然而，華北陸塊東部早白堊世發育大量的雙峰式火成巖，如魯西地區早白堊世輝長巖-二長巖組合(Yangetal.,2012,2019)、大別山地區輝長巖-花崗巖組合(戴圣潛等,2003)和遼東地區輝長巖-花崗巖組合(許文良等,2004)，表明早白堊世華北陸塊東部巖石圈地幔和地殼厚度已經變薄并處于伸展的構造背景。滁州和管店高鎂埃達克質巖石形成于130Ma，這與華北陸塊東部巖石圈強烈減薄的時間一致，因此，它們形成于華北陸塊東部巖石圈強烈伸展的構造背景。那么，巖石圈減薄的機制和動力學背景如何？

在中-晚三疊世時期，揚子陸塊北西向俯沖至華北陸塊之下，隨后揚子陸塊順時針旋轉與華北陸塊剪刀式拼貼，在陸內俯沖作用下形成秦嶺-大別-蘇魯造山帶(Lietal.,1993;Yangetal.,2010,2012;Wangetal.,2020a)，同時，揚子陸塊的深俯沖也導致華北陸塊東緣和華北陸塊南緣大陸地殼發生加厚(Xuetal.,2006;楊德彬等,2008;Yangetal.,2016;霍騰飛等,2018)，進而形成厚度大于50km的榴輝巖質下地殼。由于榴輝巖的密度較大和重力的不穩定，將引起深俯沖的揚子陸殼發生斷離以及加厚的華北陸殼發生拆沉，而進入到深部地幔。那么，榴輝巖質下地殼發生拆沉的時間如何？首先，蚌埠隆起區晚侏羅世荊山花崗巖的源區中存在拆沉的揚子陸殼物質(Yangetal.,2010)；其次，遼西地區晚侏羅世高鎂安山巖中也發現了代表拆沉陸殼物質的單斜輝石反環帶，它們暗示華北陸塊東部加厚陸殼至少在晚侏羅世已經拆沉(Gaoetal.,2004)；最后，徐淮地區早白堊世高鎂埃達克質巖石中產出榴輝巖類捕擄體，該捕擄體中存在代表源巖的新元古代和古元古代及新太古代巖漿鋯石，同時也存在中-晚三疊世變質鋯石，后者與大別-蘇魯造山帶超高壓變質的時間相一致，進而認為加厚下地殼發生榴輝巖相變質作用及其拆沉的時間為中-晚三疊世(Xuetal.,2006)。鑒于以上研究，本文傾向于華北陸塊東部滁州和管店地區加厚下地殼的拆沉時間可能在中-晚三疊世。該時期俯沖斷離的揚子陸殼和加厚拆沉的華北陸殼可能滯留在冷的、硬的、剛性巖石圈地幔內，并沒有發生熔融形成埃達克質原始巖漿(許文良等,2004)，這也表現為大別-蘇魯造山帶和華北陸塊東部相對缺乏廣泛的中-晚三疊世至侏羅紀巖漿活動(許文良等,2004)。早白堊世時期，由于古太平洋板塊的西向俯沖引起中國東部軟流圈地幔的異常熱流動以及熔/流體的加入，強烈的熱異常使先前拆沉的加厚下地殼物質和巖石圈地幔發生部分熔融，改造后的巖石圈地幔與拆沉的榴輝巖質下地殼熔融的熔體發生反應，進而形成高鎂埃達克質巖漿，上升侵位則形成滁州和管店埃達克質閃長巖。此外，早白堊世時期，中國東部發育大量同時期的鎂鐵質巖漿巖，如魯西地區輝長巖-玄武巖組合、膠東地區煌斑巖-輝綠巖組合以及遼東地區鎂鐵質巖石的廣泛發育(Peietal.,2011;Yangetal.,2012,2019)，結合早白堊世中國東部變質核雜巖以及A型花崗巖的出現(Wuetal.,2005)，表明華北陸塊東部早白堊世時期處于強烈的伸展構造背景，巖石圈減薄已達到峰期。

5 結論

通過對華北陸塊東部早白堊世滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖的巖石地球化學和全巖Sr-Nd同位素以及鋯石U-Pb年代學和Hf同位素的綜合研究，得出如下結論：

(1)滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖分別形成于早白堊世的128Ma和130Ma。

(2)滁州閃長玢巖和管店石英閃長巖具高SiO2、富Al2O3和高的Na2O/K2O比值、Mg#值以及高的Sr含量和Sr/Y、(La/Yb)N比值，虧損HREE，具低的Y和Yb含量，暗示它們屬于高鎂埃達克質巖石。

(3)滁州和管店高鎂埃達克質巖石起源于加厚的華北陸塊基底物質及俯沖斷離的揚子板片熔融的熔體與地幔橄欖巖反應的產物，形成于華北陸塊東部巖石圈大規模減薄的伸展構造環境。

致謝感謝兩位匿名審稿專家和主編提出的寶貴意見。