內(nèi)蒙古水口山礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖鋯石shrimpu-pb定年及其地質(zhì)意義

內(nèi)蒙古水口山礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖鋯石shrimpu-pb定年及其地質(zhì)意義

水口山礦區(qū)是中國(guó)著名的老礦區(qū)之一，位于湖南省常寧市。經(jīng)過(guò)100多年的開采歷史，鉛、鋅、金年產(chǎn)量占湖南省總面積的1.4%。它是中國(guó)重要的錫商和貴族機(jī)械生產(chǎn)基地。多年來(lái)，它為國(guó)家的有色金屬工業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)。礦山內(nèi)的地質(zhì)工作程度較高,前人對(duì)水口山礦田的成礦條件、礦床地質(zhì)、成礦機(jī)理、構(gòu)造成礦動(dòng)力學(xué)等有許多研究(李仕能等,1988;劉偉,1994;劉順生等,1996;張慶華.1999),并對(duì)礦區(qū)內(nèi)的花崗閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)斑巖和花崗斑巖巖體進(jìn)行了地球化學(xué)及同位素年代學(xué)研究(120～172Ma,喻亨祥等,1997a;1997b;張慶華,1999;王岳軍等、2001a;2001b),獲得了一些重要的成巖成礦時(shí)代信息,其屮老盟山及新盟山英安玢巖的黑云母K-Ar法年齡為127～129Ma,老鴉巢、鴨公塘、中區(qū)及麂牯嶺的花崗閃長(zhǎng)巖和花崗斑巖等的黑云母K-Ar法年齡為143～161Ma,老盟山巖體全巖K-Ar法同位素年齡為128Ma,水口山礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖的單顆粒鋯石Pb(稀釋法)年齡為172.3±1.6Ma。從這些數(shù)據(jù)可以看出:不同的研究者所獲得的年齡并不一致,同一巖性的巖體不同的測(cè)年方法所給出的年齡不同,導(dǎo)致無(wú)法對(duì)成巖-成礦年齡的準(zhǔn)確限定。本文在前人研究的基礎(chǔ)上,對(duì)礦區(qū)內(nèi)與成礦作用有關(guān)的花崗閃長(zhǎng)巖中的鋯石做了SHRIMPU-Pb年齡的精確測(cè)定,為準(zhǔn)確厘定水口山礦田的成巖成礦時(shí)代提供了同位素年代學(xué)依據(jù)。1礦床地質(zhì)和巖體的地質(zhì)地球化學(xué)特征1.1陸相控礦礦物特征湖南水口山是一個(gè)大型鉛鋅金銀(銅)多金屬礦田,包括老鴉巢、鴨公塘、中區(qū)、康家灣、龍王山等礦床(圖1)。礦區(qū)位于耒陽(yáng)-臨武南北向褶皺帶北端,定位在南北向倒轉(zhuǎn)復(fù)式背斜與東西向斷裂相交地段。區(qū)內(nèi)出露地層主要為晚泥盆世至早三疊世淺海相碳酸鹽巖建造夾海陸交互相含煤砂頁(yè)巖建造、早侏羅世至晚白堊世陸相碎屑巖類磨拉石建造。構(gòu)造系主要有東西向、南北向和北西向三組。其中南北向構(gòu)造最為發(fā)育,為一系列緊閉褶皺或倒轉(zhuǎn)褶皺和傾角較緩的逆沖斷裂,是礦田內(nèi)的主要控巖控礦構(gòu)造。礦體產(chǎn)于推覆斷裂帶上盤的老鴉巢倒轉(zhuǎn)背斜與4號(hào)花崗閃長(zhǎng)巖北緣超覆接觸破碎帶中。礦化帶長(zhǎng)1000米,延深大于500米。礦帶東西兩側(cè)及延深嚴(yán)格受斷裂“V”形產(chǎn)狀控制。由東往西分布礦體16個(gè),其中鉛鋅礦體11個(gè),黃鐵鉛鋅礦體3個(gè),黃鐵礦體2個(gè)。礦體形態(tài)復(fù)雜,有筒柱狀、扁豆?fàn)?、囊狀、不?guī)則狀等。礦體產(chǎn)狀受火成巖產(chǎn)狀所制約。該礦床鉛鋅總儲(chǔ)量達(dá)50萬(wàn)噸以上。礦石分帶清楚,自巖體向外,依次是黃鐵礦礦石、鉛鋅黃鐵礦礦石、鉛鋅礦石。其成礦作用與巖漿期后熱液的滲流作用有關(guān)。在成礦作用早期階段,表現(xiàn)為矽卡巖化;晚期則是矽卡巖的退化蝕變及鉛鋅礦石堆積。礦石及蝕變巖石的礦物種類繁多,彼此間的關(guān)系亦比較復(fù)雜,并具有很明顯的交代作用特征。礦石礦物除方鉛礦、閃鋅礦外,還存在若干金和銀的礦物(莊錦良等,1993)。1.2金屬礦物等水口山礦區(qū)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈,已發(fā)現(xiàn)大小巖體約72個(gè),總面積約5km2,主要分布在老鴉巢、鴨公塘、中區(qū)、老盟山及新盟山等地。巖漿活動(dòng)明顯受構(gòu)造控制。巖石類型主要有花崗閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)斑巖、花崗斑巖、英安玢巖、流紋巖、隱爆角礫巖、凝灰?guī)r、角礫凝灰?guī)r、火山泥石流等。本文主要研究的是水口山礦區(qū)的花崗閃長(zhǎng)巖體(4號(hào)巖體—γδ4),該巖體侵位于鴨公塘倒轉(zhuǎn)背斜中,巖石具細(xì)粒結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造,主要由鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英和黑云母等組成,含少量磷灰石、鋯石、方解石、綠泥石、綠簾石和金屬礦物等,巖石蝕變較強(qiáng),有絹云母化、綠泥石化、綠簾石化和碳酸鹽化。汪洋(2003)、王岳軍等(2001a)、Wangetal,(2003)對(duì)水口山花崗閃長(zhǎng)巖的主量元素及微量元素做了研究,結(jié)合我們對(duì)水口山花崗閃長(zhǎng)巖進(jìn)行的稀土與微量元素分析(表1),總結(jié)該巖體的地球化學(xué)特征如下:(1)SiO2=60.00×10-2～63.15×10-2,K2O=3.36×10-2～4.13×10-2,K2O+Na2O=6.03×10-2～6.37×10-2,K2O/Na2O=1.22～1.84,表明巖體具富鉀特征,在Peccerilloetal(1976)的K2O-SiO2圖解中落在鉀玄巖-高鉀玄武巖區(qū)間。(2)∑REE=158.82×10-6～186.64×10-6,LREE/HREE=11.75～14.34,(La/Yb)N=13.25～22.77,表明輕重稀土元素間存在較明顯的分餾,Eu虧損弱,δEu=0.79～0.89。在稀土元素分布型式圖(圖2A)上也反映出輕重稀土明顯的分餾特征。圖2A還顯示了輕稀土分餾程度高于重稀土,即輕稀土部分曲線呈右傾斜,而重稀土部分(特別是HoLu)曲線形態(tài)基本水平。(3)在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上(圖2B),元素的分布曲線形態(tài)與李獻(xiàn)華等(1999)所研究的桂東南鉀玄質(zhì)侵入巖的特征極為相似。所有不相容元素均有不同程度的富集,在總體不相容元素富集的情況下,Sr、Ba出現(xiàn)明顯的相對(duì)虧損,說(shuō)明巖體定位前可能經(jīng)歷了斜長(zhǎng)石的結(jié)晶分異作用,反映較穩(wěn)定的非造山環(huán)境。但Ti,P的虧損則不明顯,亦即不存在明顯的磷灰石及鈦鐵氧化物結(jié)晶分異作用。2樣本采集和年度方法2.1鋯石巖相特征鋯石定年樣品采自礦區(qū)4號(hào)巖體一花崗閃長(zhǎng)巖中。巖石大樣經(jīng)室內(nèi)加工處理,從中分選出晶形完好、符合SHRIMP鋯石微區(qū)原位定年要求的鋯石單礦物樣品。在SHRIMP同位素分析之前,對(duì)待測(cè)鋯石進(jìn)行了陰極發(fā)光(圖3)、透射光和反射光顯微照相分析。由圖3可見(jiàn),所分析的花崗閃長(zhǎng)巖中的鋯石為透明的自形晶體,具明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)、無(wú)包體,是典型的巖漿結(jié)晶鋯石特征。因此,所測(cè)得的鋯石結(jié)晶年齡可代表成巖年齡。2.2鋯石u-pb同位素年齡花崗閃長(zhǎng)巖中的鋯石SHRIMPU-Pb年齡分析在北京離子探針中心的SHRIMPⅡ上完成,詳細(xì)分析流程和原理參考Williams等(1987)、Coinpston等(1992)及宋彪等(2002)、簡(jiǎn)平等(2003)的文章。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEM(年齡為417Ma)進(jìn)行元素間的分餾校正。應(yīng)用另一標(biāo)準(zhǔn)鋯石SL13(年齡為572Ma、U含量為238ppm)標(biāo)定所測(cè)鋯石的U、Th、Pb含量。普通鉛根據(jù)實(shí)測(cè)204Pb校正。水口山花崗閃長(zhǎng)巖樣品中的鋯石U-Pb同位素年齡分析結(jié)果見(jiàn)表2.表中列出了本次分析的20個(gè)點(diǎn)的全部數(shù)據(jù),其中1.1、7.1、8.1、19.1和20.1五個(gè)點(diǎn)因離群而未參與年齡的計(jì)算,其余15個(gè)分析點(diǎn)的206Pb/238U和207Pb/235U比值在測(cè)定誤差范圍內(nèi)一致。圖4A顯示了這15個(gè)點(diǎn)的諧和年齡為163±2Ma。相關(guān)的參數(shù),如MSWD(=1.2)值、擬合概率(Probability=0.18)表明,由這些點(diǎn)擬合的和諧年齡是精確而可靠的。由于年輕鋯石一般無(wú)鉛丟失,同位素比值的和諧度高,因而用206Pb/238U比值年齡進(jìn)行加權(quán)平均(圖4B),所得的平均年齡與和諧年齡是一致的,為163±4Ma(95%置信度)。這更進(jìn)一步說(shuō)明了本次測(cè)定結(jié)果的可靠性。3討論和結(jié)論3.1水口山花崗閃長(zhǎng)巖巖體的侵入年齡據(jù)目前已有的同位素資料顯示,水口山礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖體的同位素年齡變化范圍較大,老鴉巢、鴨公塘、中區(qū)及麂牯嶺的花崗閃長(zhǎng)巖等的黑云母K-Ar法年齡為143～161Ma(引自喻亨祥等,1997a、1997b);王岳軍等(2001b)測(cè)定的水口山礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖的單顆粒鋯石U-Pb(稀釋法)年齡為172.3±1.6Ma。從這些年齡數(shù)據(jù)來(lái)看,不同研究者使用的測(cè)年方法有所不同,其中K-Ar法測(cè)年,由于眾所周知的原因,在對(duì)地質(zhì)體進(jìn)行精確定年時(shí),其年齡已不為地質(zhì)學(xué)家們所采信。單顆粒鋯石U-Pb(稀釋法)年齡也逐漸被更高精度的SHRIMPU-Pb年齡所取代。筆者本次所測(cè)的水口山礦區(qū)的花崗閃長(zhǎng)巖中鋯石20個(gè)測(cè)點(diǎn)中15個(gè)測(cè)點(diǎn)的分析結(jié)果十分集中,且具有很高的諧和度,由此擬合的諧和年齡精度也很高(163±2Ma),這與各點(diǎn)的206Pb/238U值加權(quán)平均年齡163±4Ma在誤差范圍內(nèi)完全一致。因此可以認(rèn)為,該年齡可以代表水口山礦田花崗閃長(zhǎng)巖巖體的侵入年齡。大量的數(shù)據(jù)表明,160Ma左右是湘南燕山早期大規(guī)模巖漿活動(dòng)一個(gè)高峰期,其形成了大量中酸性一酸性巖體,如騎田嶺復(fù)式巖體中菜嶺單元鋯石U-Pb年齡為161±2Ma,Rb-Sr等時(shí)線年齡為159±1Ma(朱金初等,2003),鋯石SHRIMPU-Pb年齡為160±2Ma(付建明等,2004),156.7±1.7(李金冬等,2005);芙蓉超單元SHRIMP年齡為156Ma(李華芹等,2006);千里山巖體主侵入期Ar-Ar年齡為162.5Ma(劉義茂等,1997)等。水口山巖體也是這一巖漿活動(dòng)高峰期的產(chǎn)物。前人大量研究成果業(yè)已表明,華南地區(qū)的金屬成礦作用、包括與各種花崗巖類有關(guān)的成礦作用,主要發(fā)生在中生代,尤其是燕山期,是中國(guó)東部大規(guī)模成礦作用或“成礦大爆發(fā)”的重要時(shí)期(毛景文等,1999;華仁民和毛景文,1999),促成了該地區(qū)豐富多彩的大規(guī)模金屬成礦作用(華仁民等,2003)。水口山花崗閃長(zhǎng)巖體與處于同一湘東南構(gòu)造巖漿帶的寶山、銅山嶺等礦區(qū)的花崗閃長(zhǎng)巖一起同屬高鉀花崗閃長(zhǎng)質(zhì)小巖體,它們具有相同或相似的巖石學(xué)和地球化學(xué)特征,這些小巖體密集分布區(qū)段也常常是大型礦床產(chǎn)出地帶,時(shí)空上也與礦床密切共生(王岳軍等,2001a)。筆者等所做的寶山礦區(qū)的年代學(xué)研究表明(路遠(yuǎn)發(fā)等,2006),寶山礦床成巖與成礦是同時(shí)的。由于湘東南地區(qū)這些中酸性小巖體特征及成礦的相似性,筆者也認(rèn)為水口山礦區(qū)成巖與成礦作用是同時(shí)發(fā)生的,即水口山礦床的成礦作用發(fā)生在160Ma左右。3.2“雙軌制”的主張者自上個(gè)世紀(jì)90年代以來(lái),眾多學(xué)者對(duì)華南的中生代大規(guī)模成巖成礦作用構(gòu)造背景進(jìn)行了研究和討論,歸納起來(lái)有兩種主要的觀點(diǎn):一是認(rèn)為華南中生代大規(guī)模成巖成礦作用是在擠壓-巖石圈增厚的構(gòu)造背景下發(fā)生的(鄧晉福等,1999;馬鐵球等,2005);二是認(rèn)為華南中生代大規(guī)模成巖成礦作用是在巖石圈拆沉或伸展-減薄的構(gòu)造背景下發(fā)生的(GilderSA,1996;毛景文等,2000;郭新生等,2001;陳培榮等,2002;陳志剛等,2003;華仁民等,2003;付建明等,2004;朱金初等,2005),這種觀點(diǎn)占主導(dǎo)地位。另外還有學(xué)者將華南中生代構(gòu)造環(huán)境認(rèn)定為地幔柱(毛景文等,1998;賈大成等,2004)或是與板塊俯沖作用相關(guān)的巖漿弧環(huán)境(汪洋,2003)水口山花崗閃長(zhǎng)巖具有鉀玄巖特征,其微量元素特征反映了巖石形成于板內(nèi)環(huán)境,地幔物質(zhì)參與了成巖-成礦作用。因此,筆者支持湘南在中晚侏羅世時(shí)地殼處于拉張-減薄構(gòu)造環(huán)境的認(rèn)識(shí)。華南地區(qū)燕山早期屬于大陸邊緣裂谷環(huán)境,且為被動(dòng)陸緣,在這種構(gòu)造背景下,由于地殼拉張減薄、軟流圈上涌,玄