雷門溝花崗斑巖鋯石shrimpu-pb年代學(xué)研究

雷門溝花崗斑巖鋯石shrimpu-pb年代學(xué)研究

雷門溝大型斑巖鉬礦床位于秦嶺東秦嶺鉬礦帶東部（圖1）。根據(jù)前人的研究，雷門溝細(xì)粉巖k-ar年齡為88。4.99.3104ma（胡受益等人，1988）。它被用作雷門溝巖體的成巖年齡和鉬礦床的成礦年齡。因此,其成巖成礦年齡與東秦嶺地區(qū)金堆城、南泥湖等其他斑巖鉬礦床存在很大的時(shí)差。本研究首次采用SHRIMP鋯石微區(qū)U-Pb測年技術(shù),對雷門溝花崗斑巖體進(jìn)行年代學(xué)研究;并采用ICP-MS法直接測定雷門溝斑巖型鉬礦中輝鉬礦的Re-Os同位素年齡;在準(zhǔn)確厘定成巖成礦年齡的基礎(chǔ)上,嘗試探討成巖與成礦關(guān)系及其形成的地球動(dòng)力學(xué)過程。1成巖巖石及地球化學(xué)特征雷門溝鉬礦床位于豫西嵩縣祁雨溝金、鉬礦田西南側(cè)(圖2),為與燕山期淺成一超淺成相酸性小斑巖體有關(guān)的大型鉬礦床,鉬礦體主要產(chǎn)于花崗斑巖體內(nèi)。區(qū)內(nèi)出露地層主要為太古宇太華群片麻巖系;斷裂較為發(fā)育,可分為北西向、近東西向、北東向和北北東向四組,其中北北東向斷裂控制了燕山晚期角閃二長花崗斑巖的分布。巖漿巖主要為元古宙中基性輝長巖、輝綠巖脈和燕山晚期的中酸性—酸性巖脈、小巖株,其中細(xì)微粒斑狀花崗巖—角閃二長花崗斑巖小巖株為雷門溝鉬礦床的成礦母巖;在成礦巖體頂部、邊部和附近圍巖中發(fā)育有祁雨溝式爆破角礫巖(圖3)。雷門溝花崗斑巖體在平面上呈近東西向紡錘狀(圖3),剖面上呈漏斗狀,出露面積0.77km2。巖體自中心向外依次為斑狀花崗巖相、二長斑狀花崗巖相、花崗斑巖相,各相帶間呈過渡關(guān)系。巖石礦物成分主要為鉀長石(含量50%～60%)、石英(20%～40%)、斜長石(10%～25%);暗色礦物少見;副礦物富含磁鐵礦、鈦鐵礦、金紅石和鋯石。斑晶主要為鉀長石(25%～30%)、斜長石(15%～20%)、石英(25%～30%),基質(zhì)由鉀長石(10%～15%)、石英(10%～15%)及少量白云母、絹云母、黃鐵礦組成。巖石地球化學(xué)成分特征屬高硅、富鉀、低鐵鈉、貧鈣鎂、鋁過飽和系列(楊正光等,1985;嚴(yán)正富等,1986),里特曼指數(shù)2.64,K/(Na+K)為0.67(王志光等,1997)。雷門溝鉬礦產(chǎn)于花崗巖體與太華群片麻巖的內(nèi)外接觸帶附近,集中于巖體內(nèi)接觸帶0～600m和外接觸帶0～300m范圍內(nèi),向內(nèi)外兩側(cè)礦化減弱。礦石中金屬礦物主要為輝鉬礦、黃鐵礦,含少量黃銅礦、自然金、方鉛礦等;脈石礦物主要為石英、鉀長石、斜長石、絹云母等。礦石結(jié)構(gòu)主要為自形—半自形、他形晶粒結(jié)構(gòu),礦石構(gòu)造為浸染狀、細(xì)脈浸染狀、脈狀。鉬主要以獨(dú)立礦物輝鉬礦存在,少量分散于黃鐵礦、石英、長石等其他礦物中。黃鐵礦的δ34S值變化范圍為1.72‰～3.36‰,平均2.59‰;輝鉬礦的δ34S值變化范圍為2.71‰～3.72‰,平均為3.22‰;反映以深源硫?yàn)橹?。石英?8O值9.56‰,成礦流體的δ18O值為2.30‰(王天聰,1985)。2巖石特征和礦物學(xué)特征本研究于花崗斑巖體中采集SHRIMP測試樣品,巖石新鮮,無風(fēng)化或礦化現(xiàn)象,樣品質(zhì)量10～15kg。Re-Os測試樣品采自斑巖型鉬礦體中,輝鉬礦呈細(xì)脈狀、網(wǎng)脈狀產(chǎn)出。采樣位置見圖3。鋯石和輝鉬礦均采用人工破碎重砂淘洗法從樣品中分離出來,最后在雙目鏡下挑純。lmg-1樣品采于已礦化的花崗斑巖內(nèi),巖石呈肉紅色,灰白色,具斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,礦物成分主要為鉀長石(50%±)、石英(30%±)、斜長石(10%±)。斑晶成分主要為鉀長石和斜長石,均已蝕變,絹云母化強(qiáng)烈。輝鉬礦粒度細(xì)小,呈細(xì)脈狀、網(wǎng)脈狀出現(xiàn),伴有粗?！?xì)粒團(tuán)塊狀黃鐵礦化,硅化亦強(qiáng)烈。lmg-2樣品也為已礦化的花崗斑巖,巖石呈灰白色、淺肉紅色,特征與lmg-1大致相同,但含有較多的石英(40%±)和斜長石(15%±),鉀長石含量減少(40%±),并可見黑云母(2%±)。鉬礦化也為細(xì)脈狀、網(wǎng)脈狀,黃鐵礦化常見,偶見黃銅礦化。LM-2樣品為未礦化、風(fēng)化的花崗斑巖,巖石呈肉紅色或斑雜色,斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,斑晶主要為成分為鉀長石、石英,少量斜長石、角閃石,基質(zhì)由石英、長石微晶組成;鉀長石斑晶粒度粗大,一般大于1cm;石英斑晶大者亦可達(dá)1cm,自形程度較好,多為六邊形,小者粒度0.1cm±,且多為他形;角閃石斑晶為深褐色,呈菱形狀。3樣品處理和測試結(jié)果3.1學(xué)分離過程和分析方法將野外采集的礦石樣品在雙目鏡下手工挑選出輝鉬礦單礦物,輝鉬礦質(zhì)純、無氧化、無污染,純度達(dá)98%以上。Re-Os同位素測試在國家地質(zhì)測試中心進(jìn)行,采用Carius管封閉溶樣分解樣品,Re-Os同位素分析的化學(xué)分離過程和分析方法見有關(guān)文獻(xiàn)(Shireyetal.,1995;Maoetal.,2003)。實(shí)驗(yàn)全流程空白R(shí)e約為10pg,普Os約為1pg,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于所測樣品中的錸、鋨含量,因此,不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)中錸、鋨含量的準(zhǔn)確測定。Re-Os模式年齡t按下式計(jì)算:t=1λ(187Re)[ln(1+187Os187Re)]t=1λ(187Re)[ln(1+187Οs187Re)]其中λ(187Re)=1.666×10?11a?1λ(187Re)=1.666×10-11a-12件鉬礦石樣品的Re、Os同位素測試結(jié)果如表1,獲得的模式年齡分別為131.6±2.0Ma、133.1±1.9Ma,平均為132.4±2.0Ma。3.2元素年齡測定測試樣品經(jīng)人工破碎、清水淘洗富集,按常規(guī)重力和磁選方法分選出鋯石,再在雙目鏡下挑純,最后挑選出晶形和透明度較好的鋯石顆粒。將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,然后進(jìn)行反射光和透射光照相,并用陰極發(fā)光掃描電鏡進(jìn)行圖像分析,檢查鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。鋯石陰極發(fā)光研究在中國地質(zhì)科學(xué)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(xué)院地質(zhì)研究所北京離子探針中心SHRIMPⅡ上進(jìn)行,采用標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行測試(Compstonetal.,1992;宋彪等,2002)。應(yīng)用RSES參考鋯石TEM(417Ma)進(jìn)行元素間的分餾校正,應(yīng)用SL13(年齡:572Ma;U含量:238μg/g)標(biāo)定樣品的U、Th和Pb含量。數(shù)據(jù)處理采用LudwigSQUID1.0及ISOPLT程序自動(dòng)完成。應(yīng)用實(shí)測204Pb校正鋯石中的普通鉛。采用年齡為206Pb/238U年齡。SHRIMP鋯石U-Pb年齡測定的最大優(yōu)點(diǎn)在于它能在25μm的范圍內(nèi)進(jìn)行分析,因此,它可以對單顆鋯石的不同部位進(jìn)行年齡測定,區(qū)分繼承鋯石與巖漿鋯石。雷門溝巖體中鋯石數(shù)量多,顆粒較大;所有的鋯石均為無色或淺黃色的透明自形晶,鋯石形態(tài)一般呈長柱狀或短柱狀,少數(shù)為渾圓狀。干凈透明,無裂縫,自形,晶體完好,粒度大小一般為60×150μm,長寬比為4∶1～1.5∶1,具有巖漿鋯石的基本特點(diǎn)。其Th/U在0.09～1.88之間,但集中于0.40～1.0之間,屬于巖漿鋯石的范疇。鋯石樣品的陰極發(fā)光圖像顯示(圖4),鋯石多呈港灣狀,且裂紋發(fā)育;一些鋯石顆粒發(fā)育典型的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu),反映了巖漿成因鋯石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。長柱狀鋯石多數(shù)具有巖漿振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu),SHRIMPU-Pb年齡測定顯示了年輕的結(jié)果。一些短柱狀的鋯石或部分長柱狀鋯石雖然晶形較好,但陰極發(fā)光照片具有白色的圖像或一白色的亮邊,可能為變質(zhì)重結(jié)晶的結(jié)果(Vavraetal.,1999)。部分鋯石顆粒中見有不規(guī)則的內(nèi)核,表明為繼承鋯石。從樣品測試結(jié)果(表2)可以看出,LM-2樣品中有11個(gè)分析點(diǎn)的206Pb/238U年齡范圍在129.1±3.0～138.4±2.3Ma之間,變化范圍小,在一致曲線圖中,數(shù)據(jù)點(diǎn)成群分布(圖5),其206Pb/238U年齡的加權(quán)平均值為136.2±1.5Ma,代表了雷門溝花崗斑巖的結(jié)晶年齡。4討論4.1與熊耳山地區(qū)、合峪等對比前人獲得的雷門溝細(xì)—微粒斑狀花崗巖K-Ar年齡為88.4～99.3～104Ma(胡受奚等,1988),將其作為燕山運(yùn)動(dòng)第四幕(K1～K2)的構(gòu)造—巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物,因而與熊耳山地區(qū)花山、合峪等花崗巖體存在40Ma左右的時(shí)差。本研究獲得的SHRIMP測年數(shù)據(jù)為136.2±1.5Ma,表明雷門溝斑巖體與本區(qū)花崗巖體基本同時(shí)形成。4.2成巖物質(zhì)及成礦時(shí)代本次樣品測試中出現(xiàn)有大量繼承鋯石,其年齡范圍從稍大于巖漿鋯石(143Ma)到2496Ma,但其中9個(gè)點(diǎn)集中于1884～2496Ma(表3),大多數(shù)繼承鋯石與巖漿鋯石在光性和形態(tài)上無明顯區(qū)別,少數(shù)以繼承核出現(xiàn),外側(cè)被后期生長環(huán)帶包圍(圖4)。大量前寒武紀(jì)繼承鋯石的出現(xiàn),且具有一致或近一致的U-Pb年齡的事實(shí),說明它們也基本上代表了鋯石的形成年齡。本區(qū)基底地層僅有太華群的年齡大于1900Ma,因此,繼承鋯石很可能來自區(qū)內(nèi)結(jié)晶基底太華群或同時(shí)代的花崗巖類。這種情況與區(qū)域內(nèi)斑巖特征也較吻合,東秦嶺地區(qū)廣泛發(fā)育雷門溝這種類型的小斑巖體,地球物理資料及對其深源基性包體的溫度壓力條件計(jì)算,證明該類中酸性小斑巖體及其附近的(隱蔽)爆破角礫巖巖漿的形成深度大于30km(王曉霞等,1986)的下地殼中。Nd、Sr同位素示蹤、稀土元素和微量元素地球化學(xué)證明該類花崗巖是下地殼物質(zhì)部分熔融作用形成的巖漿(盧欣祥等,1985,1994),成巖物質(zhì)主要來自下地殼(盧欣祥等,2002;肖慶輝等,2002),但混入少量地幔巖漿組分。由于本區(qū)太華群形成后遭受了多次構(gòu)造—熱事件的疊加改造,巖石變形強(qiáng)烈、變質(zhì)程度較高、混合巖化強(qiáng)烈、地層對比較為困難,對其時(shí)代歸屬爭議較大,多數(shù)學(xué)者將其作為新太古代的深變質(zhì)巖系(河南地質(zhì)礦產(chǎn)局,1989;沈?qū)氊S等,1994;黎世美等,1996),胡受奚等(1988)則認(rèn)為太華群主要是古元古代早期的產(chǎn)物,應(yīng)解體為新太古界和古元古界兩部分。本次測試?yán)^承鋯石的年齡集中于1884～2496Ma的事實(shí),表明太華群內(nèi)有大量古元古代的產(chǎn)物;結(jié)合丁蓮芳(1996)在太華群表殼巖系發(fā)現(xiàn)念珠藻等藻類化石,將太華群上部劃歸古元古界,下部為新太古界,亦即將太華群兩分似乎更為合理。樣品中亦測出兩個(gè)小于巖漿鋯石的年齡,分別為128.1Ma和126.8Ma,由于數(shù)量極少,它們不可能代表巖漿結(jié)晶年齡,而是反映了后期構(gòu)造—熱事件擾動(dòng)年齡,與區(qū)內(nèi)金礦化時(shí)代相吻合(王義天等,2001,2002),是中國東部巖石圈大減薄的遺痕(毛景文等,2003)。熊耳山地區(qū)廣泛發(fā)育燕山期巖漿巖,在雷門溝巖體的北西側(cè)6km出露花山花崗巖基,東側(cè)2km為祁雨溝金礦區(qū),一系列小型花崗巖類巖株、巖墻以及與其有成因聯(lián)系的隱爆角礫巖體,在礦區(qū)內(nèi)主要沿北西向的構(gòu)造巖漿帶產(chǎn)出。因此這些角礫巖體及斑巖體被認(rèn)為是花山花崗巖基的分異產(chǎn)物(邵克忠等,1992),本次測年數(shù)據(jù)表明:雷門溝斑巖體的成巖年齡為136.2±1.5Ma,而花山花崗巖基的鋯石SHRIMPU-Pb年齡為132.0±1.6Ma(毛景文等,2005),略晚于雷門溝斑巖體形成,因此,雷門溝斑巖體不可能是花山花崗巖基分異的產(chǎn)物,二者更可能是同一地球動(dòng)力背景下的產(chǎn)物。4.3國內(nèi)成礦帶與區(qū)域地球化學(xué)的關(guān)系本次研究所獲的輝鉬礦的模式年齡為131.6±2.0～133.1±1.9Ma,平均為132.4±1.9Ma;與所獲雷門溝巖體SHRIMP年齡136.2±1.5Ma吻合很好,可以認(rèn)為所獲年齡準(zhǔn)確地厘定了區(qū)內(nèi)該期巖漿活動(dòng)及其礦化時(shí)限。雷門溝鉬礦處于東秦嶺鉬礦成礦帶的東端,本研究獲得的Re-Os同位素年齡表明:雷門溝鉬礦與該帶金堆城、南泥湖等其他大型鉬礦床大致同時(shí)形成。處于東秦嶺鉬礦成礦帶中部的南泥湖鉬礦的Re-Os同位素年齡為141.8±2.1Ma,三道莊礦床的輝鉬礦Re-Os模式年齡為145.0±2.2Ma,上房溝鉬礦床的輝鉬礦Re-Os同位素模式年齡為144.8±2.1Ma(李永峰等,2003)。位于東秦嶺鉬礦成礦帶西部的金堆城斑巖鉬礦床的輝鉬礦Re-Os同位素模式年齡為138.4±0.5Ma(Steinetal.,1997),石家灣斑巖鉬礦床的輝鉬礦Re-Os同位素模式年齡為136.0±6Ma(Steinetal.,1997),表明東秦嶺鉬礦成礦帶大致同時(shí)形成。黃典豪等(1996)研究,華北克拉通北緣的斑巖—矽卡巖鉬礦的輝鉬礦Re-Os成礦年齡為134±3Ma～148±4Ma,說明其成礦時(shí)代與本區(qū)也大致相同。著名的長江中下游銅金成礦帶內(nèi)亦發(fā)育一系列矽卡巖—斑巖銅礦、矽卡巖—斑巖—層狀交代(Manto)型礦床(毛景文等,2002,2003;Sunetal.,2003),該帶六個(gè)代表性銅金鉬礦床的輝鉬礦Re-Os精測成礦年齡為137.9±1.5Ma～143.7±1.6Ma,平均為141.0±1.6Ma(毛景文等,2004),這些數(shù)據(jù)清楚的顯示長江中下游斑巖—矽卡巖型銅金鉬礦與東秦嶺地區(qū)斑巖—矽卡巖型鉬礦大體同時(shí)形成,表明盡管長江中下游銅金成礦帶位于揚(yáng)子克拉通北緣,但其成礦時(shí)代、地球動(dòng)力學(xué)與華北克拉通基本一致(毛景文等,2003)。上述年齡數(shù)據(jù)及本研究獲得的年齡再次印證了:華北克拉通140Ma左右形成的礦床絕大多數(shù)為與小巖體有關(guān)的鉬礦、鉬鎢礦和銅(鉬)礦(毛景文等,2003)4.4礦產(chǎn)資源性特征毛景文(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(rèn)為從地幔到殼幔混源再到地殼,礦石中的含錸量呈10倍地下降,從幔源、I型到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.,2001)。本研究獲得的雷門溝鉬礦中輝鉬礦的含錸量為11.5×10-6～16.2×10-6,平均為13.85×10-6,表明雷門溝鉬礦的成礦物質(zhì)主要來源下地殼,但混有少量地幔組分。4.5區(qū)域構(gòu)造背景自加里東運(yùn)動(dòng)開始,直到三疊紀(jì)早期,華北克拉通一直處于穩(wěn)定發(fā)展階段,同位素測年及其他資料表明:揚(yáng)子克拉通與華北克拉通在238～218Ma之間實(shí)現(xiàn)碰撞對接(李曙光等,1989;Chenetal.,1995;李錦軼,2001),之后開始碰撞造山作用,導(dǎo)致一系列東西向大斷裂向北的陸內(nèi)俯沖活動(dòng),俯沖深度達(dá)地幔的欒川—固始深斷裂及臺(tái)緣區(qū)的馬超營殼層大斷裂也加入了這組A型俯沖帶的活動(dòng)(劉紅櫻等,1998)。在A型俯沖過程中,深切上地幔的深大斷裂帶,將巖石圈中的地幔薄弱帶連接成樹枝狀網(wǎng)絡(luò),為新生軟流體上升提供了良好的通道,打破了巖石圈原有的“平衡”,出現(xiàn)強(qiáng)烈的熱、化學(xué)、流體及應(yīng)力不平衡,其內(nèi)有大規(guī)模流體滲入,并通過殼—幔相互作用,發(fā)生物質(zhì)和能量的交換,由于剪切生熱,以及流體的參與大大降低了地殼巖石熔點(diǎn)而發(fā)生強(qiáng)烈深熔作用,形成以重熔太華群為主體的大規(guī)模剪切深熔花崗巖體。由于緊靠本區(qū)的馬超營斷裂下插深度較淺,未造成大規(guī)模幔源巖漿組分的進(jìn)入,但因受到欒川—固始等深達(dá)地幔之?dāng)嗔训倪h(yuǎn)距離影響,導(dǎo)致本區(qū)在重熔太華群形成花崗巖漿的過程中,混入了一定數(shù)量的幔源成分。綜合研究還揭示秦嶺巖石圈不同程度減薄,發(fā)生區(qū)域性的巖石圈拆沉作用(高山等,1998,1999),同時(shí)引發(fā)不同地段底侵或軟流圈的上隆抬升。軟流圈地幔物質(zhì)的上侵直接引發(fā)了基性巖漿侵入地殼,最終導(dǎo)致高度分異的花崗質(zhì)小斑巖體形成。碰撞造山作用結(jié)束于侏羅紀(jì),約160Ma,受特提斯構(gòu)造域和太平洋構(gòu)造域構(gòu)造動(dòng)力的此弱彼強(qiáng)的影響,整個(gè)中國大陸中東部的區(qū)域構(gòu)造體制發(fā)生轉(zhuǎn)換(任紀(jì)舜,1991;牛寶貴等,2003),從印支期以近東西向構(gòu)造為主,北北東—近南北向構(gòu)造為次進(jìn)入以北北東—近南北向構(gòu)造為主,近東西向構(gòu)造為次的構(gòu)造—?jiǎng)恿w制大轉(zhuǎn)換的時(shí)期(任紀(jì)舜等,2000;張國偉等,2001)。包括東秦嶺在內(nèi)的華北地臺(tái)南緣轉(zhuǎn)入東西向伸展構(gòu)造環(huán)境。熊耳山地區(qū)印支—燕山期的巖漿活動(dòng)規(guī)律上也可以反映出這一時(shí)期構(gòu)造活動(dòng)的特點(diǎn):印支期時(shí),在嵩縣南部出現(xiàn)了磨溝小巖體(4km2的正長巖株)及一系列東西走向?yàn)橹鞯恼L巖脈侵入,以及與此有關(guān)的區(qū)域性鉀交代活動(dòng),它們屬于擠壓間歇期地殼局部伸展時(shí)的深源產(chǎn)物;侏羅紀(jì)時(shí),嵩縣中西部五丈山正長花崗巖體開始侵位;白堊紀(jì)早期熊耳山核部蒿坪花崗巖基侵入,稍