西藏甘草山斑巖銅金礦床含礦花崗巖閃長斑巖的鋯石u-pb年代學(xué)研究

西藏甘草山斑巖銅金礦床含礦花崗巖閃長斑巖的鋯石u-pb年代學(xué)研究

班公湖-怒江斑巖銅帶是西藏繼玉龍和岡底斯斑巖銅帶之后，最近又發(fā)現(xiàn)了具有巨大潛力的斑巖銅帶。主要分布在班公湖-江陰條帶北側(cè)，羌塘地塊南緣，包括大型斑巖銅和波龍斑巖銅金礦床。對其成因目前有著兩種截然不同的認(rèn)識,一是認(rèn)為礦床的形成與班公湖-怒江洋殼向北俯沖增生作用相關(guān)(李光明等,2007;李金祥等,2008;佘宏全等,2009);另一種觀點則是礦床形成于班公湖-怒江縫合帶閉合后的碰撞后地殼隆升階段(曲曉明和辛洪波,2006;辛洪波等,2009)。新近發(fā)現(xiàn)的青草山斑巖銅金礦床是班公湖-怒江斑銅礦帶找礦的又一重要突破。前期勘查工作的初步成果,展示其具有大型、超大型礦床潛力,進一步明確了班公湖-怒江斑巖銅礦帶的存在(據(jù)西藏中通隆盛礦業(yè)公司,2008①)。本文對青草山斑巖銅金礦的鋯石U-Pb年代學(xué)和微量元素地球化學(xué)進行了詳細研究,并結(jié)合該帶上的其他礦床,就班公湖-怒江斑巖銅礦帶的形成時限、成礦構(gòu)造背景和成礦動力學(xué)機制作一探討。1班公湖-東南角洋島的閉合時限青草山斑巖銅金礦位于班公湖-怒江縫合帶北側(cè),羌塘地塊的南緣(圖1a)。南羌塘主體為侏羅紀(jì)海相沉積地層,并分布有侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)巖漿巖帶,南緣的扎普-多不雜構(gòu)造巖漿帶內(nèi)已發(fā)現(xiàn)有多個大型-中型礦床(耿全如等,2011)。近年來在縫合帶北側(cè)也發(fā)現(xiàn)有約111.1±1.4Ma的島弧火山巖(李光明等,2011)。班公湖-怒江縫合帶位于拉薩地塊和羌塘地塊的結(jié)合處,橫亙于青藏高原中南部,東西向延伸近2000km,由一系列蛇綠巖碎塊組成,縫合帶中蛇綠巖橫向分布范圍變化較大,寬度從幾千米到一、兩百千米不等。對于班公湖-怒江洋的閉合時限,目前爭議較大。通過對獅泉河地區(qū)地層及其變形和相關(guān)年代學(xué)研究,表明班公湖-怒江洋在晚侏羅紀(jì)-早白堊紀(jì)閉合(Kappetal.,2003),近年來曲曉明等(2012)對縫合帶中段申扎-班戈一帶的A型花崗巖進行了詳細的巖石地球化學(xué)研究,判斷其歸屬于A2型花崗巖,并結(jié)合其鋯石U-Pb年代學(xué),推測班公湖-怒江洋盆的閉合時間至少應(yīng)該在白堊紀(jì)初。然而,在扎加藏布下游塔仁本發(fā)現(xiàn)有早白堊世(大約110Ma)近百余平方千米的洋島(王忠恒等,2005;潘桂棠等,2006),班公-怒江縫合帶西段洞錯蛇綠巖堆晶橄長巖中鋯石SHRIMPU-Pb年齡為132±3Ma(鮑佩聲等,2007),雙湖南部仁本地區(qū)大面積發(fā)育約110Ma的洋島玄武巖(朱弟成等,2006a,b;Zhuetal.,2011),具有弧火山巖特征的美日切錯組火山巖中英安巖鋯石SHRIMPU-Pb年齡為111.1±1.4Ma(李光明等,2011),綜上,班公湖-怒江洋的閉合時限應(yīng)該在早白堊世晚期,甚至更晚。青草山斑巖銅金礦所在區(qū)域出露地層從二疊系至第四系均有分布(圖1b),二疊系-侏羅系主要為海相-陸相沉積,白堊系-第四系為陸相沉積。該區(qū)大面積出露有晚侏羅世-早白堊世花崗閃長巖和安山巖,并呈北西-南東向展布。2花崗閃長斑巖青草山斑巖銅金礦區(qū)出露的地層為中侏羅統(tǒng)雀莫錯組(J2q),巖性為淺灰、灰黃色中厚層變質(zhì)砂巖、灰綠色薄層變質(zhì)粉砂巖為主,夾少量灰綠色薄層粉砂質(zhì)板巖。另外,礦區(qū)外圍則出露下白堊統(tǒng)美日切錯組(K1m)火山巖,巖性主要為安山巖、英安巖及火山碎屑巖。礦區(qū)內(nèi)巖漿巖有花崗閃長斑和花崗斑巖。花崗閃長斑巖體呈不規(guī)則橢圓狀侵位于雀莫錯組中,為含礦巖體,巖體內(nèi)發(fā)育大面積孔雀石化,花崗閃長斑巖呈斑狀結(jié)構(gòu),斑晶主要為石英和斜長石,基質(zhì)為隱晶質(zhì),斑巖中可見較多脈體,如石英+磁鐵礦+黃銅礦脈、石英+黃銅礦脈等等,斑巖體頂部發(fā)育近垂直的構(gòu)造裂隙,呈網(wǎng)脈狀,充填物以石英為主,其次為硫化物、絹云母、白云母、綠泥石等。花崗斑巖呈北東向脈狀產(chǎn)出,較新鮮。礦區(qū)主要有北東向、北西向斷層,以逆斷層為主。礦區(qū)熱液蝕變強烈,面積大(約6km2),為典型的斑巖銅礦蝕變組合(圖2),平面上具有較明顯蝕變分帶,從礦化蝕變中心到外圍可分出內(nèi)帶-中帶-外帶3個蝕變帶。內(nèi)帶為鉀化-硅化-黑云母化蝕變帶;中帶硅化-絹云母-綠泥石-泥化帶蝕變帶;外帶角巖化-青磐巖化蝕變帶,銅礦化主要集中在內(nèi)帶和中帶。礦(化)體由礦化花崗閃長斑巖及礦化的圍巖兩部分組成,地表出露面積約為1.1km2。呈橢圓狀,長軸近南北向,長度約為1.5km,短軸近東西向,長度約為0.8km。礦化體內(nèi)由于地表含Cu等礦物淋濾氧化,礦化貧富不均。礦石礦物以孔雀石、黃銅礦最為常見,偶見銅藍,礦石結(jié)構(gòu)以他形粒狀為主,礦石構(gòu)造以浸染狀、和細脈浸染狀為主。3la-icpmsu-pb同位素和微量元素分析方法由于青草山斑巖銅金礦發(fā)現(xiàn)較晚,目前也只在近地表開展了部分工作,未能采集到新鮮的斑巖巖石樣品。本文所分析的樣品均采自含礦花崗閃長斑巖體的露頭部位,巖石樣品遭受了一定的風(fēng)化作用。首先對樣品進行粉碎,然后挑選出鋯石單礦物,將挑選出的鋯石清洗后制成環(huán)氧樹膠樣品靶,用于鋯石透射光、反射光、CL照相和U-Pb同位素、微量元素分析。鋯石LA-ICPMSU-Pb同位素和微量元素分析在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室進行,激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas2005,ICP-MS為Agilent7500a,鋯石LA-ICPMSU-Pb同位素和微量元素分析方法和流程見Yuanetal.(2004)文獻。實驗中采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣,實驗采用的激光束斑直徑為32μm,U-Th-Pb同位素組成分析用美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NISTSRM610作為內(nèi)標(biāo),采用哈佛大學(xué)國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)。實驗獲得的數(shù)據(jù)采用Andersen(2002)的方法進行同位素比值的校正,以扣除普通Pb的影響。樣品的同位素比值計算采用GLITTER程序,年齡計算采用國際標(biāo)準(zhǔn)程序IsoPlot(ver3.32版)。4分析的結(jié)果4.1巖漿鋯石振蕩環(huán)帶青草山斑巖銅金礦含礦花崗閃長斑巖中鋯石形態(tài)和陰極發(fā)光圖像如圖3。根據(jù)鋯石CL圖像的特點,可以將其分為兩大類。第一類,典型特征為具有較小的長寬比值(如20-1、20-2、20-3、20-6、20-13、20-11),無色透明,短柱狀,具有典型的巖漿鋯石振蕩環(huán)帶,大多不含繼承的晶核;第二類,典型特征為具有較大的長寬比值(如20-5、20-16、20-17、20-19),無色透明,長柱狀,也均具有振蕩環(huán)帶,部分含有繼承的晶核(如20-5、20-8、20-18、20-19)。4.2th值對青草山斑巖銅金礦含礦花崗閃長斑巖中鋯石的13個點進行U-Pb測年,測試結(jié)果見表1。由表1可知,含礦花崗閃長斑巖體鋯石的U為345×10-6~1041×10-6,平均值為786×10-6;Th為93×10-6~494×10-6,平均值為223×10-6。Th/U值在0.19~0.57,平均值為0.52。在206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖上,13個數(shù)據(jù)分析點均落在U-Pb諧和線上或其附近的一個較小的區(qū)域內(nèi)(圖4a)。依據(jù)鋯石的形態(tài)學(xué)特征和年齡值,可以將這些點的年齡分為兩個峰值,其一峰值為114.60±1.20Ma(包括20-5、20-16、20-17、20-18、20-19);另一峰值為116.89±0.79Ma(包括20-1、20-2、20-3、20-6、20-8、20-11、20-12、20-13)(圖4b)。4.3含礦花崗閃長斑巖中鋯石稀土元素地球化學(xué)特征花崗閃長斑巖樣品的鋯石微量元素分析結(jié)果見表2。鋯石稀土元素總量變化范圍大,從最低的323.5×10-6到最高的970.0×10-6,∑LREE變化范圍從5.07×10-6到16.59×10-6,∑HREE變化范圍從318.1×10-6到956.3×10-6。鋯石稀土配分模式見圖5,由圖可知,含礦花崗閃長斑巖中鋯石的稀土配分具有典型的巖漿鋯石稀土配分模式,即虧損LREE并逐步富集HREE的左傾配分模式,明顯的Ce的正異常和Eu的負(fù)異常。δEu變化范圍較小,最低為0.23,最高為0.44;而δCe變化范圍較大,從最小的9.36到最大的90.34。5討論5.1熱液鋯石地球化學(xué)意義本文巖石樣品遭受了一定的風(fēng)化作用,但鋯石的高度穩(wěn)定性和高達900℃的Pb擴散封閉溫度(Leeetal.,1997;CherniakandWatson,2000),決定了一般的后期改造作用對鋯石自身結(jié)構(gòu)和成分的破壞性可以忽略不計(Siebeletal.,2009)。一般認(rèn)為振蕩環(huán)帶為巖漿鋯石的判別標(biāo)志之一,然而,完全從流體或流體飽和的熔體中結(jié)晶的熱液鋯石也具有類似巖漿鋯石的振蕩環(huán)帶(Dubińska,2004;Schaltegger,2007),因而應(yīng)首先確定是巖漿鋯石還是熱液鋯石。鋯石中的Th/U比值常作為區(qū)分巖漿、變質(zhì)和熱液鋯石的標(biāo)志(Belousovaetal.,2002),一般變質(zhì)和熱液成因的鋯石的Th/U<0.1,巖漿成因鋯石的Th/U>0.1(趙振華,2010),本文鋯石樣品中Th/U從0.19到0.57(表1),平均值為0.28,均落在巖漿鋯石范圍之內(nèi)。Hoskin(2005)對不同地區(qū)的熱液鋯石進行了對比研究,相比于巖漿鋯石,發(fā)現(xiàn)其具有更高的LREE含量和低的Ce異常,左傾的HREE配分曲線與巖漿鋯石類似(圖6),將青草山花崗閃長斑巖中鋯石的配分曲線與此進行對比,其與巖漿鋯石的配分曲線基本一致(圖6)。Hoskin(2005)同時還指出La-(Sm/La)N圖解也可以區(qū)別巖漿鋯石和熱液鋯石,應(yīng)用于本文所研究的鋯石,投點范圍與巖漿鋯石區(qū)域十分接近(圖6)。綜上所述,鋯石CL圖像、Th/U比值、稀土配分模式和La-(Sm/La)N圖解均表明本文所研究的鋯石為與斑巖同期結(jié)晶的巖漿鋯石。以上討論表明,本文所研究的鋯石為與含礦花崗閃長斑巖同期結(jié)晶的巖漿鋯石,并結(jié)合鋯石U-Pb諧和圖和206Pb/208U年齡加權(quán)平均圖(圖4),判斷該年齡可信,即青草山斑巖銅金礦含礦斑巖成巖年齡為114.60±1.20Ma。這也與毗鄰的多不雜斑巖銅礦121.6±1.9Ma的成巖年齡(李金祥等,2008)和波龍斑巖銅金礦119.4±1.3Ma的成礦年齡(祝向平等,2011)基本一致。另外,依據(jù)鋯石的形態(tài)學(xué)特征和年齡值,可以將這些點的年齡分為兩個峰值,其一峰值為116.89Ma,這些鋯石形成于巖漿結(jié)晶過程的早期,表明這些鋯石可能形成于巖漿房中;另一峰值為114.60Ma,這些鋯石形成于巖漿結(jié)晶過程的晚期,可能代表巖漿淺成侵位的時代。5.2青草原山含礦花崗閃長斑巖中鋯石的ti由于鋯石自身的高度穩(wěn)定性和鋯石年代學(xué)的廣泛應(yīng)用,近些年提出的鋯石Ti溫度計(WatsonandHarrison,2005;Watsonetal.,2006;FerryandWatson,2007)引起了普遍的關(guān)注。鋯石中的獨立變化相是ZrSiO4、ZrTiO4、TiSiO4,Ti進入鋯石中主要替換的是Si(Harrisonetal.,2005;Tailby,2011),置換反應(yīng)為ZrSiO4+TiO2=ZrTiO4+SiO2,因而鋯石中Ti的含量主要取決于SiO2的活度(αSiO2)、TiO2的活度(αTiO2)和溫度(T)。在一定的壓力下,FerryandWatson(2007)通過實驗的方法得出了常數(shù)A和B的值,最后鋯石Ti溫度計的計算公式為:上述Ti和Si置換反應(yīng)體積的變化反映了壓力對該溫度計的影響,但在中下地殼以上范圍形成的鋯石,壓力<1000MPa,其影響很小,可以忽略不計(FerryandWatson,2007;趙振華,2010)。應(yīng)用上述鋯石Ti溫度計,計算出青草山含礦花崗閃長斑巖中鋯石的結(jié)晶溫度。鋯石中Ti的含量已經(jīng)得出(表2),由于體系中石英的存在,取αSiO2≈1,對于αTiO2,在典型巖漿溫度范圍內(nèi),硅酸鹽熔體中αTiO2≈0.6(HaydenandWatson,2007),鋯石結(jié)晶溫度的計算結(jié)果見表3。大量的計算研究表明,絕大部分高溫條件下(>750℃)形成的巖漿巖,其鋯石Ti溫度均落在濕花崗巖固相線以上,低的鋯石結(jié)晶溫度(如680℃)表明其巖漿經(jīng)歷了在水近飽和條件下發(fā)生的熔融過程(Harrisonetal.,2007)。由表3可知,花崗閃長斑巖中70%的鋯石結(jié)晶溫度低于700℃,因而推測,青草山含礦花崗閃長斑巖巖漿可能來源于在水近飽和條件下發(fā)生的部分熔融。5.3巖石學(xué)和地質(zhì)背景通過巖石類型組合并依據(jù)其全巖地球化學(xué)特征,是判別巖漿巖形成構(gòu)造背景的傳統(tǒng)方法。近些年來,隨著鋯石年代學(xué)的廣泛應(yīng)用,以及鋯石同位素和微量元素原位測定技術(shù)的發(fā)展,使得利用鋯石判別巖石形成構(gòu)造背景方面得到了長足進展。Schulzetal.(2006)總結(jié)出不同構(gòu)造背景(板內(nèi)、火山弧和洋中脊)下結(jié)晶出的鋯石微量元素地球化學(xué)特征;Grimesetal.(2007)利用鋯石中部分微量元素圖解區(qū)分鋯石的不同結(jié)晶環(huán)境(大陸或洋殼)。在不同構(gòu)造背景下鋯石的Yb/Dy-Y、Lu/Hf-Y、Th-Gd、Ce-Y判別圖解中(圖7),青草山含礦斑巖中鋯石均落入弧火山巖(VAB)中;在不同結(jié)晶環(huán)境鋯石的U/Yb-Hf中(圖8a),青草山含礦斑巖中鋯石落在大陸和金伯利巖(指示地幔成因)的重合區(qū)域,U/Yb-Y圖解中(圖8b),其完全落入大陸環(huán)境。據(jù)此推斷,青草山斑巖銅金礦形成于大陸環(huán)境,并與弧巖漿作用密切相關(guān),即形成于活動大陸邊緣(陸緣弧)環(huán)境。在火成巖組合上,含礦的花崗閃長斑巖與同期下白堊統(tǒng)美日切錯組的火山巖(主要為安山巖、英安巖),與活動大陸邊緣(陸緣弧)環(huán)境下的火成巖組合完全一致(Winter,2001),這也進一步佐證了青草山斑巖銅金礦形成于陸緣弧的構(gòu)造背景。然而,曲曉明等(2012)在縫合帶中段申扎-班戈一帶發(fā)現(xiàn)的113.7±0.5Ma的A2型花崗巖,A2型花崗巖指示碰撞后環(huán)境。根據(jù)化學(xué)成分將A型花崗巖類分為A1型和A2型2個亞類(Eby,1992),每個亞類指示不同的構(gòu)造背景,然而按Eby的二分法劃分亞類的前提條件是:所研究的A型花崗巖在Y-Nb圖解中完全落入WPG區(qū)域(Eby,1990,1992;Bonin,2007),曲曉明等(2012)一文花崗巖Y-Nb圖解中一部分樣品落在WPG中,而另一部分樣品則落在VAG中,因而申扎-班戈一帶分布的花崗巖是否為A2型花崗巖,有待商榷;再者,深入的研究表明該判別圖解存在局限性(Bonin,2007),因而僅僅通過A型花崗巖來推測班-怒帶在早白堊世已發(fā)生碰撞缺乏說服性。5.4班公湖-東南角島弧環(huán)境說青草山銅金礦含礦花崗閃長斑巖鋯石U-Pb年齡為114.60±1.20Ma,同樣位于班公湖-怒江縫合帶北側(cè)-羌塘地塊南緣(圖1),毗鄰的多不雜斑巖銅礦花崗閃長斑巖中鋯石的SHRIMPU-Pb年齡為121.6±1.9Ma(李金祥等,2008),二者含礦斑巖成巖年齡基本一致,同時,多不雜斑巖銅礦的含礦斑巖在相關(guān)地球化學(xué)圖解中均落入活動大陸邊緣的弧火成巖區(qū)域(曲曉明和辛洪波,2006;辛洪波等,2009;佘宏全等,2009),這也與本文通過含礦斑巖中鋯石得出的青草山斑巖銅金礦形成于活動大陸邊緣(陸緣弧)環(huán)境相一致,因此,青草山斑巖銅金礦和多不雜斑巖銅礦成因類似,與成礦年齡(119.4±1.3Ma)也十分相近的波龍斑巖銅金礦(祝向平等,2011)一道,構(gòu)成班公湖-怒江斑巖銅礦帶。班公湖-怒江斑巖銅礦帶的成因,目前存在不同的認(rèn)識,一是認(rèn)為礦床形成于俯沖帶之上島弧環(huán)境(李光明等,2007;李金祥等,2008;佘宏全等,2009);另一種觀點則是礦床就位于班公湖-怒江縫合帶閉合后的碰撞后地殼隆升階段(曲曉明和辛洪波,2006;辛洪波等,2009)。通過本文的研究和討論,得出班公湖-怒江斑巖銅礦帶的形成既非俯沖帶上的島弧環(huán)境,也不是碰撞后的隆升背景,而是形成于活動大陸邊緣的陸緣弧環(huán)境。首先,在火成巖組合上,含礦的花崗閃長斑巖與同期下白堊統(tǒng)美日切錯組的火山巖(主要為安山巖、英安巖),與活動大陸邊緣(陸緣弧)環(huán)境下的火成巖組合完全一致(Winter,2001),區(qū)別于島弧環(huán)境下典型的石英閃長巖+島弧玄武巖-安山巖組合(Winter,2001);其次,青草山含礦花崗閃長斑巖中鋯石形成構(gòu)造背景的地球化學(xué)圖解(圖7、圖8)和多不雜斑巖銅礦含礦斑巖地球化學(xué)圖解(曲曉明和辛洪波,2006;辛洪波等,2009;佘宏全等,2009)均指示礦床形成于活動大陸邊緣(陸緣弧)環(huán)境。這與分布于太平洋東岸的美國西南部亞利桑那成礦省、墨西哥北部成礦省、智利北部成礦省和智利中部成礦省等這些陸緣弧環(huán)境的斑巖銅礦經(jīng)典成礦省類似(楊志明和侯增謙,2009)?；诖罅康牡刭|(zhì)觀察和綜合研究建立的弧環(huán)境斑巖銅礦成礦模型(Sillitoe,1972,2010;Richards,2003;Seedorfetal.,2005),經(jīng)過了實踐的檢驗,并成功指導(dǎo)環(huán)太平洋斑巖型礦床勘查工作實現(xiàn)重大突破(侯增謙和楊志明,2009)。產(chǎn)于陸緣弧環(huán)境的班公湖-怒江斑巖銅礦帶中,青草山斑巖銅礦含礦斑巖低的鋯石結(jié)晶溫度表明其巖漿來源