東溝鉬礦a型斑巖體鋯石shrimpu-pb年代學研究

東溝鉬礦a型斑巖體鋯石shrimpu-pb年代學研究

東秦嶺鉬礦帶位于中國最重要的大型鉬礦分布區(qū)之一。該帶分布著金堆城、南泥湖、三道莊、上房溝等世界級的超大型鉬礦和雷門溝等大型鉬礦床(圖1,左下角小圖),鉬金屬儲量達300萬噸以上。鉬礦床主要為斑巖型和夕卡巖型。礦帶內(nèi)含礦斑巖體出露面積一般小于1km2,具斑狀結(jié)構(gòu),屬同熔型(I型)花崗斑巖(胡受奚等,1988;王曉霞等,1986)。前人對其中的一些巖體和鉬礦床分別進行了SHRIMP鋯石U-Pb測年和鉬礦的Re-Os同位素測年。南泥湖、上房溝含礦斑巖的SHRIMP年齡分別為157.1±2.9Ma和157.6±2.7Ma(毛景文等,2005),雷門溝含礦斑巖SHRIMP年齡為136.2±1.5Ma(Lietal.,2004);金堆城、南泥湖—三道莊、上房溝、雷門溝等斑巖(—夕卡巖)型鉬礦床的輝鉬礦Re-Os年齡為140Ma左右(黃典豪等,1994;杜安道等,1994;Lietal.,2004;李永峰等,2005)。在此基礎(chǔ)上,毛景文等(1999,2003,2005)、Li等(2004)詳細討論了東秦嶺鉬礦大規(guī)模成礦作用的特點,認為發(fā)生于140Ma左右的中國東部構(gòu)造體制大轉(zhuǎn)換晚期的伸展環(huán)境是鉬礦形成的地球動力學背景。東溝鉬礦床位于華北克拉通南緣的東秦嶺鉬礦帶東部外方山地區(qū)(圖1左下角小圖),是近些年來發(fā)現(xiàn)的超大型斑巖鉬礦床。含礦的東溝花崗斑巖露頭面積很小,僅0.01km2,而鉬礦的范圍則要大得多,容礦圍巖除斑巖外,還有中元古界熊耳群火山巖。已有資料初步表明:東溝斑巖體可能是其南部太山廟鋁質(zhì)A型花崗巖基(盧欣祥,1999;河南省地質(zhì)調(diào)查院1)的分枝或巖漿分異晚期的產(chǎn)物(張乃昌,1996)。那么,東溝鉬礦的成礦母巖則是鋁質(zhì)A型花崗(斑)巖,與南泥湖等鉬礦的成礦母巖—I型花崗巖明顯不同,其形成的地球動力學背景是什么呢?這是一個非常有意義和重要的科學問題。為此,本研究首先采用SHRIMP鋯石U-Pb測年技術(shù),對東溝花崗斑巖進行了年代學精測;采用ICP-MS法直接測定東溝鉬礦中輝鉬礦的Re-Os同位素年齡;在準確厘定成巖成礦年代的基礎(chǔ)上,結(jié)合前人資料,探討了本區(qū)鉬礦成礦與成巖的關(guān)系及其形成的地球動力學過程。1晚侏羅世-早白堊世構(gòu)造格局轉(zhuǎn)換和運用東溝鉬礦床位于河南省汝陽縣,地理坐標為東經(jīng)112°22′～112°23′,北緯33°56′30″～33°57′30″,是河南省第二地質(zhì)調(diào)查隊在1984年開展1∶5萬付店幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查時發(fā)現(xiàn)的。經(jīng)近幾年的詳細勘查,已控制鉬資源量62.5×104t,平均品位0.113%2,為一超大型斑巖鉬礦床。華北克拉通南緣地處華北克拉通與秦嶺造山帶銜接部位北側(cè),經(jīng)受了多期構(gòu)造演化:①新太古代統(tǒng)一克拉通形成階段,由于地殼拉伸變薄,在古華北克拉通邊緣形成由花崗巖(片麻狀花崗巖、TTG巖系)—綠巖(太華巖群中深變質(zhì)巖系)組成的結(jié)晶基底;②中元古代早期陸緣裂谷階段,區(qū)內(nèi)發(fā)生裂陷解體和橫向伸展,形成以陸相噴發(fā)為主的熊耳群火山巖系;③古生代末期—中生代早期俯沖—碰撞造山階段,揚子板塊向華北板塊俯沖碰撞,導致區(qū)內(nèi)出現(xiàn)推覆構(gòu)造,并成為秦嶺造山帶的重要組成部分(張國偉等,1997,2001);④晚侏羅世-早白堊世構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換和伸展階段,本區(qū)構(gòu)造體制發(fā)生轉(zhuǎn)換和伸展作用,即主應力場由SN向轉(zhuǎn)為近EW向,形成NNE向構(gòu)造體系,沿著秦嶺造山帶北緣發(fā)生了大規(guī)模的逆沖推覆、拆離滑脫、塊斷、平移構(gòu)造運動,以及強烈的巖漿活動,形成中酸性小斑巖體、花崗巖基,以及沿大營、九店等斷陷盆地形成早白堊統(tǒng)大營組、九店組中酸性火山巖。太山廟巖體呈復式巖基出露于東溝鉬礦南部太山廟一帶(圖1),由中粗粒正長花崗巖、細中粒正長花崗巖、鉀長花崗斑巖三個單元組成,面積約290km2。巖體中分布鉬礦化和鉬的地球化學異常。巖石呈淺肉紅色、灰白色,以中粗粒、中細?；◢徑Y(jié)構(gòu)為主,斑狀結(jié)構(gòu)次之,塊狀構(gòu)造,晶洞、晶腺構(gòu)造發(fā)育。晶洞為不規(guī)則橢圓形、長條形、不規(guī)則狀,大小2～10cm,其中充填偉晶狀石英和鉀長石。巖石由鉀長石(45%～65%)、斜長石(10%～15%)、石英(25%～30%),少量黑云母組成。巖石的SHRIMP鋯石U-Pb年齡為115±2Ma(另文發(fā)表),代表巖漿的結(jié)晶年齡,形成于早白堊世晚期。據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料1,該巖體巖石地球化學(表1)特征為高SiO2、富K2O,貧<FeO>(注,表示全鐵,下同)、MgO、CaO,巖石K/Na為1.17～1.70,A/CNK為1.09～1.11,屬富鉀的鋁質(zhì)—過鋁質(zhì)花崗巖系。稀土元素含量(ΣREE)為193.68×10-6～261.61×10-6,LREE/HREE為9.31～17.33,δEu為0.28～0.61,具較強輕重稀土分餾程度及明顯的Eu負異常,配分模式為右型海鷗型(圖2)。微量元素富集Nb、Ta、Ce、Y,虧損Sr、Ba,Rb/Sr和Rb/Ba分別為1.58～10.67和0.3～1.9,微量元素蛛網(wǎng)圖(圖3)上出現(xiàn)Ba、Zr等負異常和Rb、Th、Hf的正異常,Ga/Al為2.93～3.57。與福建沿海及新疆祁漫塔格鋁質(zhì)A型花崗巖(邱檢生等,2000;陳丹玲等,2001)、世界A型花崗巖(Whalenetal.,1987)特征相似。因此,太山廟巖體屬鋁質(zhì)A型花崗巖。King等(1997)認為鋁質(zhì)A型花崗巖起源于具正常水含量的長英質(zhì)下地殼的部分熔融。本巖體6個全巖δ18O值變化在9‰～12‰,平均值為11.7‰,具高δ18O花崗巖特征(卿敏,2001),(87Sr/86Sr)i初始比值為0.718±0.00231,表明源巖物質(zhì)來自于地殼,為陸內(nèi)伸展環(huán)境下地殼熔融花崗質(zhì)巖漿結(jié)晶的產(chǎn)物。2巖石地球化學特征東溝含礦花崗斑巖體出露于下鋪村東(圖1),地表呈NE向延伸,長250m,寬50m,出露面積0.01km2。鉬礦勘探證實,深部巖體長1550m,寬850m,面積1.32km2。巖體向四周外傾,傾角35°～52°。巖石呈肉紅色,塊狀構(gòu)造,斑狀結(jié)構(gòu),基質(zhì)為顯微花崗結(jié)構(gòu)。斑晶占10%左右,主要為石英和條紋長石(5×3～3×1.5mm),基質(zhì)主要由條紋長石、石英、斜長石以及少量黑云母組成,副礦物有磁鐵礦、銳鈦礦、榍石、金紅石和鋯石等。該巖體的巖石地球化學(表1)特征為高SiO2、富K2O,貧<FeO>、MgO、CaO,A/CNK為1.04～1.11,屬富鉀的鋁質(zhì)—過鋁質(zhì)花崗巖。稀土元素含量(ΣREE)為83.76×10-6～89.47×10-6,LREE/HREE為8.19～10.505,δEu為0.315～0.327,具較強輕重稀土分餾程度及強烈的Eu負異常,配分模式為右型海鷗型(圖2)。微量元素富集Nb、Ta、Ce、Y,虧損Sr、Ba;Rb/Sr和Rb/Ba分別為6.34～15.66和1.65～2.7。微量元素蛛網(wǎng)圖(圖3)上出現(xiàn)Ba、Zr等負異常和Rb、Th、Hf的正異常。其特征與太山廟鋁質(zhì)A型花崗巖相似。結(jié)合區(qū)域重、磁物探解譯成果,太山廟巖體呈舌狀向N傾伏,呈NNE向沿付店、下鋪等地分布,在下鋪侵位相對較高(張乃昌,1996),推測東溝花崗斑巖應為太山廟巖體的分枝巖脈或巖漿分異晚期的產(chǎn)物。3剖面地質(zhì)特征東溝鉬礦區(qū)出露的地層主要為中元古界熊耳群火山巖,巖性主要為灰綠色流紋巖、安山巖、杏仁狀安山巖,夾杏仁狀玄武巖和凝灰質(zhì)粉砂巖。礦區(qū)位于撥菜坪背斜南翼,為單斜構(gòu)造,地層產(chǎn)狀165°～220°∠20～30°。斷裂構(gòu)造主要有近EW向、NW向、NE向和近NS向四組。侵入巖主要為中元古代閃長巖脈和晚中生代東溝花崗斑巖巖脈。花崗斑巖巖脈本身具鉬礦化,為東溝鉬礦床的成礦母巖。鉬礦賦存于花崗斑巖體與熊耳群火山巖的接觸帶附近。鉬礦化范圍西起韓莊東到秋盤,北自八畝地南至炭窯溝,NW—SE長2.0km,NE—SW寬1.8km,面積約3.6km2。礦體平面上呈長方形,形態(tài)嚴格受花崗斑巖體頂面的形態(tài)制約。剖面上,主要礦體賦存于巖體外接觸帶0～360m范圍內(nèi)。礦體厚度46.60～253.92m,平均189.76m,呈近水平的似層狀。以細脈浸染狀和浸染狀輝鉬礦礦石為主。容礦圍巖為熊耳群火山巖和花崗斑巖。礦石中金屬礦物主要為輝鉬礦,少量的黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、白鎢礦等;脈石礦物主要為石英、鉀長石、斜長石、單斜輝石、普通角閃石、黑云母,次有綠泥石、綠簾石、絹云母、螢石等。輝鉬礦呈亮灰色,金屬光澤,半自形片狀,彎曲鱗片狀,片徑一般1～3mm。礦石具鱗片狀結(jié)構(gòu),浸染狀、細脈浸染狀、脈狀、薄膜狀構(gòu)造。脈狀者一般為輝鉬礦鉀長石石英細脈、輝鉬礦石英細脈,一般脈寬1～5mm,最寬可達20mm。圍巖蝕變主要為硅化、鉀長石化、黑云母化,次為絹云母化、綠泥石化、螢石化、碳酸鹽化等,呈面型分布。蝕變自巖體往外,由強變?nèi)?。硅化、鉀長石化有兩種形式,即細脈浸染狀和粒間交代狀,與鉬礦化關(guān)系密切,輝鉬礦一般賦存于石英細脈或鉀長石石英細脈內(nèi)及其兩側(cè)。螢石化常見于花崗斑巖體內(nèi),碳酸鹽化形成晚于輝鉬礦化。礦化大致分為四個階段:①石英—鉀長石階段,脈體主要由石英,正長石或全由正長石組成,基本無輝鉬礦化;②輝鉬礦—石英—鉀長石階段:形成輝鉬礦鉀長石石英細脈。③硫化物—輝鉬礦—石英階段,形成輝鉬礦(硫化物)石英細脈,石英均一溫度199～392℃,平均296℃,成礦流體的鹽度12.62%～22.71%,平均15.60%(作者未發(fā)表資料)。④碳酸鹽化階段,形成方解石脈,并切穿輝鉬礦脈。4shrimpu-pb年度勘探中的含礦巖石鋯含量4.1巖石學和礦物學特征DG-B5花崗斑巖樣品采于東溝花崗斑巖體的NE部(圖1),地理坐標東經(jīng)112°22′48″,北緯33°57′00″(GPS定位)。樣品新鮮,呈肉紅色,具塊狀構(gòu)造,斑狀結(jié)構(gòu),基質(zhì)顯微花崗結(jié)構(gòu)。斑晶占10%左右,主要為石英和條紋長石,基質(zhì)主要由條紋長石、石英、斜長石以及少量的黑云母組成,副礦物有磁鐵礦、銳鈦礦、榍石、金紅石和鋯石等。樣品重約10kg。在河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊實驗室,采用人工破碎重砂淘洗法從花崗斑巖樣品中分離鋯石,最后在雙目鏡下挑純,鋯石純度達99%以上,無氧化、無污染。4.2鋯石u-th、pb年齡從樣品中挑選出鋯石顆粒143粒。這些鋯石多呈淺黃色、無色、透明度良好,金剛光澤,以短柱狀、長柱狀為主,半自形—自形晶。柱面{110}、{100}、錐面{111}、部分顆粒{211}發(fā)育。對其中32顆晶體完好的鋯石統(tǒng)計,長一般在0.05～0.25mm,最大達0.32mm,寬0.057～0.15mm,長寬比1.25:1～3.05:1,顆粒晶面完整、平直光滑,有些顆粒在透射光下可見到裂紋和細小的包裹體。陰極發(fā)光(CL)圖像(圖4)顯示鋯石中振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)發(fā)育,應為典型的巖漿結(jié)晶鋯石。將挑選好的待測樣品鋯石顆粒與RSES參考樣SL13及數(shù)粒TEM置于環(huán)氧樹脂制靶,用于陰極發(fā)光研究及SHRIMPU-Pb測年。鋯石陰極發(fā)光研究在中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所電子探針研究室完成。鋯石離子探針同位素分析在中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所北京離子探針中心SHRIMPⅡ上進行,詳細分析流程和原理參考有關(guān)的著作(Compstonetal.,1984,1992;WilliamsandClaesson1987;Williams,1988;宋彪等,2002)。待分析未知點與標樣TEM的點交叉進行分析。采用RSE參考鋯石TEM進行元素間的分餾校正,應用SL13(572Ma,U含量238×10-6)標定樣品的U、Th、Pb含量,用Temrra(417Ma)進行年齡校正。普通鉛根據(jù)實測的204Pb進行校正。由于巖體形成于中生代,所測鋯石的207Pb和235U含量低,207Pb/235U以及207Pb/206Pb的比值精度較差,因此采用206Pb/238U比值來獲得206Pb/238U年齡。數(shù)據(jù)處理采用Ludwig的SQUID1.02及ISOPLOT程序。同位素比值誤差為1σ,加權(quán)平均年齡具95%的置信度。4.3基礎(chǔ)結(jié)果表1對樣品鋯石進行了14次分析,分析結(jié)果列于表2,表示在諧和圖上(圖5)。其中因分析點89.1的207Pb*/206Pb*及207Pb*/235U的比值不正常;分析點101.1具有較高的放射成因鉛含量(12.1×10-6);分析點127.1有較高的普通鉛校正值(23.92%),這3個樣都在統(tǒng)計誤差之外,不參加年齡的計算。余下的11個分析結(jié)果產(chǎn)生了112±1Ma的206Pb/238U加權(quán)平均年齡。這個年齡被解釋為東溝花崗斑巖的侵入年齡。5輝鉬礦r-os同位素研究年5.1輝鰲礦細粒晶片浸染DG-1輝鉬礦樣品采自東溝鉬礦廟下頭村斜井XJ4內(nèi)35m處(圖1),地理坐標東經(jīng)112°23′02″,北緯33°56′34″。輝鉬礦呈細粒鱗片浸染狀分布于輝鉬礦鉀長石石英脈中,脈寬約10mm,賦礦圍巖為流紋巖。DG-2輝鉬礦樣品采自豎井SJ1沿脈平巷內(nèi)(圖1),地理坐標東經(jīng)112°22′47″,北緯33°56′48″,輝鉬礦呈細粒鱗片浸染狀分布于淺肉紅色輝鉬礦石英鉀長石微細網(wǎng)脈中,脈寬約10mm,賦礦圍巖為安山巖。5.2re-os同位素分析的化學分離過程和分析方法樣品輝鉬礦的Re-Os同位素測試在國家地質(zhì)測試中心進行,采用Carius管封閉溶樣分解樣品,Re-Os同位素分析的化學分離過程和分析方法見有關(guān)文獻(Shireyetal.,1995;杜安道等,2001;Maoetal.,2003)。實驗全流程空白Re約10pg,普通Os約1pg,遠遠小于所測樣品中的錸、鋨含量,因此,不會影響實驗中錸、鋨含量的準確測定。5.3礦石的re、os同位素Re-Os模式年齡t按下式計算:t=1λln(1+187Os187Re)t=1λln(1+187Οs187Re)其中λ(187Re衰變常數(shù))=1.666×10-11a-12件鉬礦石樣品的Re、Os同位素測試結(jié)果如表3,獲得的模式年齡分別為116.5±1.7Ma、115.5±1.7Ma,平均為116±1.7Ma。6討論6.1re-os成礦模式本次研究所獲的東溝輝鉬礦的模式年齡為115.5±1.7～116.5±1.7Ma,平均116±1.7Ma。與所獲東溝花崗斑巖體SHRIMP年齡112±1Ma及太山廟鋁質(zhì)A型花崗巖SHRIMP年齡115±2Ma相近,表明它們形成于同一成巖成礦系統(tǒng)。而處于東秦嶺鉬礦帶東部的南泥湖鉬礦田內(nèi)南泥湖—三道莊、上房溝礦床輝鉬礦的Re-Os等時線年齡為141.5±7.8Ma(李永峰等,2003);蒿縣雷門溝鉬礦的Re-Os模式年齡為131.6±2.0～133.1±1.9Ma,平均為132.4±2.0Ma(李永峰等,2005);處于該帶西部的金堆城鉬礦的Re-Os模式年齡為139±3～129±7Ma(黃典豪,1985;Steinetal.,1997),石家灣鉬礦的Re-Os模式年齡為136.0±6Ma(Steinetal.,1997)。黃龍鋪碳酸巖脈型鉬(鉛)礦輝鉬礦的Re-Os模式年齡為230±7～220.0±5Ma(黃典豪等,1985)。這表明東秦嶺鉬礦帶鉬的成礦至少有三期,一期形成于220Ma左右,為碳酸巖脈型鉬(鉛)礦床(黃典豪等,1985);二期形成于140Ma左右,為斑巖型、夕卡巖型鉬(鎢)礦床(毛景文等,2003,2005);東溝鉬礦形成于115Ma左右,屬斑巖型鉬礦床,與熊耳山地區(qū)祁雨溝爆破角礫巖型金礦床(125～114Ma)(王義天等,2001),以及膠東地區(qū)金礦(126～115Ma)(張德全等,1995;張連昌等,2002;李厚民等,2003)和寧蕪地區(qū)玢巖鐵礦(124.9～122.9Ma)(余金杰等,2002)形成時代相似,均形成于120Ma左右,可歸為第三成礦期。6.2礦產(chǎn)資源性特征Mao等(1999)在綜合分析、對比了中國各種類型鉬礦床中輝鉬礦的錸含量后總結(jié)認為,從地幔到殼?；煸丛俚降貧?礦石中的錸含量呈十倍地下降,從幔源→I型→S型花崗巖有關(guān)的礦床,Re含量從n×10?4→n×10?5→n×10?6n×10-4→n×10-5→n×10-6。因此,輝鉬礦的Re含量可以指示成礦物質(zhì)的來源(Maoetal.,1999;Steinetal.,1997)。本研究獲得的東溝鉬礦中輝鉬礦的錸含量為4.04×10-6～4.19×10-6(表4),平均4.12×10-6,表明東溝鉬礦的成礦物質(zhì)和其成礦母巖的成巖物質(zhì)一樣主要來源于地殼。6.3晚侏羅世末—成礦動力學背景秦嶺造山帶是華北和揚子兩大板塊于三疊紀相互碰撞形成的(李曙光等,1989;Amesetal.,1993;張國偉等,1996),秦嶺廣泛發(fā)育的碰撞型花崗巖和造山后環(huán)斑花崗巖(張宗清等,1994;盧欣祥等,1999)則表明兩大陸最終碰撞閉合于晚三疊世,此后進入陸內(nèi)演化或陸內(nèi)造山階段。晚三疊世末—早侏羅世陸內(nèi)俯沖,包括華北陸塊南緣在內(nèi)的秦嶺造山帶發(fā)生了強烈的逆掩—疊覆作用,形成逆掩斷層、飛來峰、疊瓦狀構(gòu)造(石銓曾等,2004),巖石圈進一步縮短增厚(任紀舜等,1992)。中—晚侏羅世,在由古特提斯構(gòu)造系向環(huán)太平洋主動陸緣的構(gòu)造體制大轉(zhuǎn)換,即由SN向主應力場向NWW向主應力場轉(zhuǎn)變過程中,東秦嶺受板片斷離作用和殼幔邊界附近發(fā)生的基性巖漿的底侵作用影響,加厚的下地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融形成花崗質(zhì)巖漿,并沿構(gòu)造薄弱帶上升到淺層次侵位形成南泥湖、金堆城等同熔型花崗斑巖,以及在140Ma左右,形成斑巖型、夕卡巖型鉬(鎢)礦床和熱液脈型鉛鋅銀礦床(Ye,etal.,2005)。晚侏羅世末—早白堊世,受中國東部大規(guī)模巖石圈拆沉作用(鄧晉福等,1996,2004)的影響,巖石圈減薄,軟流圈物質(zhì)上涌,導致強烈的殼—幔相互作用和伸展活動,結(jié)果形成各類型和不同產(chǎn)狀的花崗巖,如華山、文峪、娘娘山、花山等S型花崗巖巖基(范宏瑞等,1994),合峪等殼?；煸葱突◢弾r巖基(劉振宏等,2004),祁雨溝、蒿坪溝等花崗斑巖,太山廟和東溝鋁質(zhì)A型花崗巖基和花崗斑巖;小秦嶺、崤山、熊耳山等變質(zhì)核雜巖(張進江等,1998)以及大規(guī)模流體的形成運移富集沉淀而形成的不同類型礦產(chǎn)組合。與重熔型花崗斑巖(如蒿坪溝133Ma,另文發(fā)表)有關(guān)的斑巖型鉬(銅)礦、熱液脈型銀鉛鋅礦,形成了鐵爐坪銀鉛鋅鉬銅礦集區(qū)(王志光等,1997),代表性礦床有寨凹斑巖型鉬(銅)礦,鐵爐坪、蒿坪溝、沙溝等銀鉛鋅礦床。與深部流體成礦系統(tǒng)有關(guān)的石英脈型、蝕變巖型和淺成低溫熱液型(爆破角礫巖型)金礦床(毛景文等,2005),形成了小秦嶺、崤山、熊耳山等金礦田,代表性礦床有文峪、楊寨峪、東闖等石英脈型金礦,上宮、公峪等蝕變巖型金礦、祁雨溝爆破角礫巖型金礦床。與鋁質(zhì)A型花崗巖有關(guān)的斑巖型鉬礦、熱液脈型鉛鋅礦、熱液脈型螢石礦床,形成了汝陽鉬鉛鋅螢石礦田,代表性礦床有東溝鉬礦、西灶溝、老代仗溝、三元溝、西王坪溝等鉛鋅礦、車村螢石礦。稍