西藏甲瑪過鋁質(zhì)花崗巖的地球化學(xué)特征及成因意義

秦志鵬 汪雄武 唐菊興,2 唐曉倩 周云 彭慧娟

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,成都610059;2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所,北京100037)

西藏甲瑪銅多金屬礦以夕卡巖-角巖型銅鉬鉛鋅(金銀)礦體為主,礦床與驅(qū)龍斑巖銅礦毗鄰,是岡底斯成礦帶東段最具代表性的特大型與斑巖成礦系統(tǒng)有關(guān)的銅多金屬礦床。礦床內(nèi)巖漿巖發(fā)育,類型復(fù)雜,巖漿活動與Cu、Mo多金屬成礦作用時空關(guān)系密切,集中發(fā)生于 15 Ma B.P.±[1～3]。

目前對礦床巖漿巖的認(rèn)識主要有：(1)年代學(xué)研究資料顯示,夕卡巖形成最早,其次為二長花崗斑巖及花崗閃長斑巖,最晚為花崗斑巖[4];(2)二長花崗斑巖、花崗閃長斑巖具埃達(dá)克巖的地球化學(xué)特征[1,5],侵位時間略晚于輝鉬礦成礦作用,Cu、Mo成礦作用與具埃達(dá)克質(zhì)中酸性巖漿作用相關(guān)。本次研究以野外地質(zhì)資料為基礎(chǔ),詳細(xì)研究花崗斑巖與其他巖體類型、夕卡巖的侵位關(guān)系以及花崗斑巖的侵位機(jī)制,并分析花崗斑巖的地球化學(xué)特征,探究甲瑪花崗斑巖的構(gòu)造背景、源區(qū)特征及其含礦性特征,追溯甲瑪花崗斑巖形成的大陸動力學(xué)機(jī)制。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

西藏甲瑪銅多金屬礦位于岡底斯-念青唐古拉構(gòu)造-巖漿帶巖(也稱拉薩地塊)南帶(隆格爾-措麥斷裂以南、雅魯藏布結(jié)合帶以北)東段墨竹工卡-錯那裂谷盆地中(圖1),是印度-亞洲大陸的“后碰撞”造山期構(gòu)造-巖漿-成礦活動的代表型礦床。

礦床的地層主要為被動陸緣期的碎屑-碳酸鹽巖系,包括上侏羅統(tǒng)多底溝組、下白堊統(tǒng)林布宗組以及少量第四系。北西-南東向的褶皺組成的推覆構(gòu)造體系及銅山滑覆構(gòu)造系形成了礦床的構(gòu)造格局(圖2)。

圖1 岡底斯-念青唐古拉構(gòu)造-巖漿巖帶構(gòu)造綱要圖Fig.1 Tectonic outline map of the Gangdise-Nyenchen Tanglha tectonic-magmatic belt

圖2 西藏甲瑪銅多金屬礦床構(gòu)造綱要圖[13]Fig.2 Tectonic outline map of the Jiama Cu-polymetallic ore deposit,Tibet

礦區(qū)巖漿巖類型復(fù)雜,主要有花崗斑巖、花崗閃長斑巖、二長花崗斑巖、石英閃長玢巖和輝綠玢巖;巖漿巖展布具有一定的規(guī)律性,整體呈近東西、北西-南東向、近南北向放射狀展布,在近南北向及近東西向呈雁列式分布。其中花崗斑巖成近東西向順層產(chǎn)出,而花崗閃長斑巖、二長花崗斑巖、石英閃長玢巖則以北西-南東向、近南北向的放射狀切層產(chǎn)出(圖2)。

2 巖體產(chǎn)狀及巖石學(xué)特征

礦床范圍內(nèi)花崗斑巖出露面積較大,呈巖株?duì)罴蟹植加诘V床南部,并且均產(chǎn)出于區(qū)域推覆構(gòu)造的轉(zhuǎn)折端,以象背山、塔龍尾及獨(dú)立峰巖體最為代表;此外,巖體普遍發(fā)育葉理構(gòu)造,而線理不發(fā)育,屬于同構(gòu)造巖體(圖2)。

巖石呈灰白-乳白色,塊狀構(gòu)造,中-細(xì)粒斑狀結(jié)構(gòu)。斑晶約占20%,主礦物由石英、鉀長石及斜長石、角閃石、白云母及少量細(xì)粒片狀的黑云母組成(圖3-A)。基質(zhì)中副礦物主要有磷灰石+榍石+鋯石+磁鐵礦+鈦鐵礦(圖3-B)。巖石次生蝕變發(fā)育,主要有硅化、綠簾石化、綠泥石化及碳酸鹽化,部分可見黃鐵絹英巖化及夕卡巖化(圖3-C)。巖石中未見明顯Cu礦化,但發(fā)育少量與硅化脈相關(guān)的Mo礦化。

圖3 甲瑪花崗斑巖地質(zhì)特征及與其他巖體、夕卡巖的相互關(guān)系Fig.3 Geo-characteristics of Jiama granite porphyry and its correlation with other rock masses and skarn

花崗斑巖侵位時間相對較早,成巖年齡限定在15.31～16.27 Ma之間,礦區(qū)范圍內(nèi)多見其他巖石類型切穿花崗斑巖(圖3-D,F)。此外,花崗斑巖的侵位早于含礦夕卡巖的形成,表現(xiàn)為夕卡巖切穿花崗斑巖。

3 巖石地球化學(xué)特征

3.1 測試方法及結(jié)果

用于主/微量元素研究的樣品取自象背山巖體、塔龍尾巖體、獨(dú)立峰巖體以及牛馬塘隱伏巖體(鉆孔樣品),分別采集了6件新鮮巖石樣品。所采樣品無污染破碎至小于200目。常量元素測試由西南地質(zhì)測試所采用XRF分析測試,微量元素在中國地質(zhì)科學(xué)院貴陽地球化學(xué)研究所采用ICP-MS手段分析測試,測試結(jié)果見表1。

樣品Pb、Sr、Nd同位素測試由宜昌地質(zhì)礦產(chǎn)研究所中南實(shí)驗(yàn)檢測中心分析測試完成(表2)。Rb-Sr和 Sm-Nd的分離,采用 AG50w×8和Dowex50×8陽離子樹脂交換技術(shù),HCl作淋洗液。采用 HDEHP交換柱進(jìn)一步分離Nd,收集含Nd部分的解析液進(jìn)行質(zhì)譜測定。同位素稀釋質(zhì)譜測定87Rb 、86Sr、147Sm 、144Nd含量 ,87Rb/86Sr和143Nd/144Nd比值用質(zhì)譜儀直接測定。質(zhì)譜分析在裝有可調(diào)多接收器的MAT261質(zhì)譜計(jì)上完成,87Rb/86Sr和Nd同位素比值用86Sr/88Sr=0.119 4和146Nd/144Nd=0.721 9作質(zhì)量分餾校正,分析過程中采用國家標(biāo)準(zhǔn)樣品NBS-987和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)JMC(Na2O3)監(jiān)控儀器工作狀態(tài),用國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW04411和GMW04419監(jiān)控分析流程。87Rb/86Sr和143Nd/144Nd的測定精度優(yōu)于±2%和±0.5%。樣品全流程空白Rb為(50～80)×10-11g,Sr約為50×10-11g,Sm 為(4～6)×10-11g,Nd為(2～5)×10-11g。

3.2 主元素特征

花崗斑巖主元素總體表現(xiàn)為高硅、中等高Al2O3、Na2O 和 K2O,低 MgO 。Na2O/K2O 值小于1,鋁飽和指數(shù)A/CNK＞1.1,剛玉標(biāo)準(zhǔn)分子(w(C-norm))＞1%,顯示其強(qiáng)過鋁的特征。在SiO2-A/CNK圖解(圖4)中花崗斑巖顯示過鋁質(zhì)S型花崗巖類特征。

3.3 微量元素特征

微量元素總體表現(xiàn)為：輕稀土元素富集、重稀土元素虧損,高Sr、低 Y、Yb,但Sr/Y 值相對較低,負(fù)Eu、Ce異常不明顯。此外,元素Cs、Rb、K、Ba、Th、U和 Pb較為富集,是原始地幔含量的100 ～ 600倍不等 ;而Sc、Ti、Cr、Co 、Ni的元素豐度則異常低,低于原始地幔含量的兩個數(shù)量級不等。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的稀土配分模式呈弱負(fù)Eu異常、輕稀土富集的右傾型(圖5),顯示稀土元素發(fā)生了明顯的分餾。原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖6)揭示,甲瑪中酸性斑巖明顯富集大離子親石元素,尤其是Rb、Cs、Th、U 和K 等元素;而高場強(qiáng)元素,尤其是Sc、Ti則強(qiáng)烈虧損,暗示可能與地幔的部分熔融有關(guān);不相容元素Rb以及Hf的富集,說明源區(qū)的部分熔融程度較高,與稀土元素表現(xiàn)出的特征相一致。

表1 西藏甲瑪銅多金屬礦花崗斑巖主元素及微量元素特征一覽表Table 1 Synoptic table of the major and trace elements in the Jiama Cu-polymetallic ore deposit,Tibet

表2 西藏甲瑪銅多金屬礦XBS、TWQ和 DLF巖體 Pb-Sr-Nd同位素特征Table 2 Pb-Sr-Nd isotopic characteristics of XBS,TWQ and DLF rock masses in the Jiama Cu-polymetallic ore deposit

圖4 巖石類型SiO2-A/CNK判別圖解Fig.4 The SiO2-A/CNK discrimination diagram of the rock types

圖5 甲瑪花崗斑巖稀土元素配分曲線Fig.5 Rare earth elements distribution of the Jiama granite porphyry(作圖方法據(jù)S.R.Taylor等[15],1985)

圖6 甲瑪花崗斑巖微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.6 Spider diagram of the trace elements in the Jiama granite porphyry

3.4 同位素特征

甲瑪過鋁質(zhì)S型花崗斑巖的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb比值的變化范圍較小,平均值分別為：18.38、15.59、38.62,其 μ值及 Th/U值的平均值分別為9.45、3.83,顯示其下地殼或上地幔的物質(zhì)來源。此外,甲瑪S型花崗斑巖的87Sr/86Sr、143Nd/144Nd變化范圍同樣較小,平均值為0.706 28、0.512 543,采用 t=15 Ma,校正的鍶同位素初始值值和變化分別為0.705 91～0.707 62和-2.7～ -0.8,整體顯示其來源自地殼的地球化學(xué)特征。

4 成因意義探討

4.1 構(gòu)造環(huán)境及侵位機(jī)制分析

圖7 SiO2-TFeO/(TFeO+M gO)構(gòu)造判別圖解Fig.7 Tectonic discrimination diagram of SiO2-TFeO/(TFeO+MgO)

圖8 甲瑪象背山-塔龍尾巖體地質(zhì)剖面圖Fig.8 Geologic Section of Xiangbeishan-Talongwei rock mass in the Jiama deposit

4.2 源區(qū)特征

主元素判別 甲瑪?shù)V區(qū)出露的花崗斑巖為過鋁質(zhì)S型花崗斑巖,以含白云母、A/CNK＞1.1、剛玉標(biāo)準(zhǔn)分子＞1%為特征。在脫水熔融實(shí)驗(yàn)熔漿的源區(qū)判別圖解中(圖9),花崗斑巖集中投點(diǎn)于泥質(zhì)巖區(qū)。此外,根據(jù)Sylvester(1998)脫水熔融實(shí)驗(yàn)熔漿的w(CaO)/w(Na2O)和的關(guān)系,甲瑪花崗斑巖的為泥質(zhì)巖區(qū)部分熔融的產(chǎn)物。甲瑪花崗斑巖中的白云母為填隙礦物,是晚期巖漿結(jié)晶分異的產(chǎn)物,顯示晚期巖漿中的水不飽和。Huang和Wyllie(1981)對白云母花崗巖進(jìn)行的熔融實(shí)驗(yàn)顯示,該類花崗巖不可能起源于上地?；蚋_洋殼的部分熔融,而是形成于20～40 km深度內(nèi),在足夠水供給條件下,由泥質(zhì)巖部分熔融形成。此外,甲瑪花崗斑巖中值較高,平均為170,顯示其中-低溫特征。綜合以上特征表明：甲瑪強(qiáng)過鋁花崗斑巖為上地殼泥質(zhì)源區(qū)中-低溫碰撞的產(chǎn)物。

圖9 甲瑪花崗斑巖源區(qū)判別圖解Fig.9 The discrimination diagram of the source region of the Jiama porphyry granite

4.3 地球動力學(xué)分析

圖10 206Pb/204Pb-207Pb/204Pb圖解Fig.10 Diagram of206Pb/204Pb-207Pb/204Pb

甲瑪過鋁質(zhì)花崗巖空間展布特征顯示：巖漿侵位整體受區(qū)域NNW向的推覆構(gòu)造系統(tǒng)控制(圖2)。受擠壓應(yīng)力影響,巖體侵位表現(xiàn)氣球膨脹式強(qiáng)力就位機(jī)制,形成了葉理構(gòu)造發(fā)育而線理不不發(fā)育的同構(gòu)造巖體特征,并在圍巖接觸帶形成了同構(gòu)造方解石變斑晶,標(biāo)示了區(qū)域上以逆沖擠壓為主的動力學(xué)過程。在構(gòu)造判別圖解(圖9)中,甲瑪過鋁質(zhì)花崗斑巖落于后碰撞造山花崗巖類區(qū),但顯示向與裂谷有關(guān)的花崗巖類和與大陸的造陸抬升有關(guān)的花崗區(qū)轉(zhuǎn)變的趨勢,暗示在巖漿演化及侵位過程中,區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力由擠壓開始轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘埖倪^程。

圖11 (87Sr/86Sr)i-143Nb/144Nb圖解Fig.11 Diagram of(87Sr/86Sr)i-143Nb/144Nb

岡底斯大規(guī)模成礦帶的形成及演化是亞洲-印度大陸“后碰撞”造山運(yùn)動的直接反應(yīng)。岡底斯造山帶后碰撞期鉀玄質(zhì)/超鉀質(zhì)與過鋁質(zhì)花崗巖共生[12,20],與其他造山帶相類似：如海西造山帶[21,22]、阿爾卑斯造山帶[23]、古元古代Svecofennian[24,25]和新元古代東非造山帶[26]。然而,后碰撞階段包含了同逆沖期和同剪切期,地殼仍有較強(qiáng)變形[27]。該階段過鋁質(zhì)花崗巖的形成和產(chǎn)出,為后碰撞階段的厘定及細(xì)分提供了巖石學(xué)方面的記錄。

5 結(jié)論

a.甲瑪花崗斑巖多呈巖株?duì)町a(chǎn)出于褶皺的轉(zhuǎn)折端,巖體長軸與構(gòu)造線方向一致,整體呈近東西向展布,顯示同構(gòu)造巖體的特征?；◢彴邘r巖體侵位時間早于其他巖體類型及含礦夕卡巖。巖相學(xué)特征顯示過鋁質(zhì)特征,以填隙狀發(fā)育的白云母及黑云母為特征。

b.地球化學(xué)特征表現(xiàn)為過鋁質(zhì)花崗巖特征,以A/CNK＞1.1、Na2O/K2O值小于1,剛玉標(biāo)準(zhǔn)分子(w(C-norm))＞1%為標(biāo)志。輕稀土元素富集,重稀土元素虧損,高Sr,低 Y、Yb,但Sr/Y比值相對較低,負(fù)Eu、Ce異常不明顯;巖石富集大離子親石元素,尤其是 Rb、Cs、Th、U 、K 等元素,而高場強(qiáng)元素,尤其是Sc、Ti則強(qiáng)烈虧損;Pb-Sr-Nd同位素均顯示其下地殼的物質(zhì)來源,并在源區(qū)受到地幔物質(zhì)的混染。

c.甲瑪過鋁質(zhì)花崗斑巖與同時期的鉀玄質(zhì)/超鉀質(zhì)巖共生,形成于亞洲-印度大陸“后碰撞”同逆沖期擠壓過程中,是亞洲-印度大陸“后碰撞”造山運(yùn)動早期階段的構(gòu)造活動的反映。

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