劉建平,賴健清,谷湘平,王雄軍,毛 寅,宋文彬
東昆侖造山帶是青藏高原內(nèi)可與岡底斯相媲美的一條巨型構(gòu)造巖漿巖帶[1]。該造構(gòu)造巖漿巖是研究特提斯洋北部演化及地殼演化的天然實(shí)驗(yàn)室。前人對(duì)該區(qū)花崗巖開展了大量的研究工作[2?5]。同時(shí)強(qiáng)烈的構(gòu)造巖漿巖活動(dòng)孕育了豐富的礦產(chǎn)資源,是國內(nèi)重要礦產(chǎn)勘查區(qū)[6?8]。然而,位于東段的鄂拉山構(gòu)造巖漿巖帶為東昆侖與西秦嶺結(jié)合部位,構(gòu)造極其復(fù)雜,研究相對(duì)薄弱,認(rèn)識(shí)存在分歧[9]。更為重要是該區(qū)廣泛發(fā)育的銅多金屬礦化,產(chǎn)有賽什塘中型銅礦[10]、銅峪溝大型銅多金屬礦和日龍溝中型錫多金屬礦等著名的大中型礦床,成為青海乃至全國重要的銅礦集區(qū)[7,11]。區(qū)內(nèi)成礦作用豐富,已識(shí)別出熱水沉積成礦作用、接觸交代型成礦作用和斑巖型礦床成礦作用。隨著研究的深入,中酸性成礦作用及斑巖型礦床找礦成為新的熱點(diǎn)[11?15]。20世紀(jì)70年代以來,人們采用各類方法對(duì)賽什塘礦區(qū)不同巖性開展了年代學(xué)工作[10?11,13?14]獲得侵入巖年齡在205~248 Ma。但該結(jié)果時(shí)間跨度大,缺乏礦區(qū)侵入巖精確時(shí)代,制約了對(duì)該區(qū)巖漿巖的成礦作用的認(rèn)識(shí)。本文作者選擇賽什塘礦區(qū)侵入巖的石英閃長(zhǎng)玢巖及花崗斑巖開展了地球化學(xué)及鋯石 U-Pb LA-ICPMS年代學(xué)研究,并探討了成巖動(dòng)力學(xué)背景。
鄂拉山構(gòu)造?巖漿帶呈北北西—南南東向展布,以哇洪山—溫泉斷裂界以西為柴達(dá)木地塊相鄰,區(qū)域上在早二疊世拉張成為裂谷盆地[11],早、中三疊世盆地達(dá)到最大,接受5~10 km的砂巖、板巖組成的復(fù)理石沉積。在鄂拉山地區(qū),下三疊統(tǒng)(隆務(wù)河群)和中三疊統(tǒng)超過20 km,在中三疊統(tǒng)上部出現(xiàn)火山?沉積巖。中三疊世晚期裂谷盆地進(jìn)入造山階段,發(fā)育陸相中心式噴發(fā)為主的石英安山巖+流紋巖組成的火山巖[11],上部以流紋質(zhì)粗碎屑巖沉積巖為主。晚三疊世發(fā)育大量的花崗巖類侵入,主要包括石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖?花崗巖兩類組合。區(qū)域構(gòu)造上最顯著的斷裂是哇洪山斷裂,盆地裂陷期為同生張斷裂,造山期轉(zhuǎn)為俯沖、走滑斷層。區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富,從北到南發(fā)育有眾多以銅為主的多金屬礦床、礦點(diǎn),北段有什多龍鉛鋅礦床,中南段有索拉溝銅多金屬礦床、日龍溝錫多金屬礦床、銅峪溝銅多金屬礦、賽什塘中型銅礦和尕科合含銅銀砷礦床等。區(qū)內(nèi)成礦作用多樣,礦種類型豐富。
賽什塘礦區(qū)出露地層有中、下三疊統(tǒng)淺變質(zhì)千枚巖、砂巖和大理巖,第三系紫紅色砂礫巖和第四系松散堆積物。關(guān)于該地層時(shí)代尚有爭(zhēng)議,早期工作認(rèn)為屬早二疊世,后來礦區(qū)地層化石鑒定認(rèn)為屬早?中三疊世[13]。礦區(qū)構(gòu)造發(fā)育,見雪青溝復(fù)式背斜及其次級(jí)賽什塘背斜,發(fā)育多組斷裂,主要有北西向和近東西向,斷裂規(guī)模不等。巖漿巖主體為石英閃長(zhǎng)巖體和花崗斑巖體。礦體主要產(chǎn)自巖體邊部及地層中,地表見矽卡巖化。礦區(qū)礦化復(fù)雜,礦種以銅為主,伴生鉛、鋅、金、銀、錫、鐵和硫等。礦體似層狀和透鏡狀,走向及傾向上分枝復(fù)合現(xiàn)象明顯,礦床規(guī)模達(dá)到中型。
礦區(qū)侵入巖為一套中酸性為主的中深成相?淺成相?超淺成相多次侵入的雜巖體[10]。根據(jù)巖性特征及穿插關(guān)系,劃分出5個(gè)侵入階段:第1階段以脈形式產(chǎn)出的閃長(zhǎng)玢巖;第2階段為中粒閃長(zhǎng)巖(Ⅰ號(hào)巖體);第3階段為細(xì)粒石英閃長(zhǎng)玢巖、斜長(zhǎng)花崗斑巖和花崗閃長(zhǎng)巖斑巖(Ⅱ號(hào)巖體);第 4階段為以巖脈形式產(chǎn)出的石英閃長(zhǎng)玢巖;第5階段為以巖脈形式產(chǎn)出的花崗閃長(zhǎng)巖、花斑巖、英安巖及次流紋質(zhì)巖石等。主巖體(石英閃長(zhǎng)巖)呈巖株?duì)罘植荚谘┣啾承蹦衔饕恚时蔽飨蛘共?見圖1)。巖體南高北低,向北西傾伏,形態(tài)復(fù)雜,分支明顯,多為順層貫入。巖體東西兩側(cè)分別向圍巖傾斜,北西陡,南西緩。巖體大致可以分為3個(gè)巖相:內(nèi)部相中粒石英閃長(zhǎng)巖,過度相細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖,邊緣相帶中見圍巖捕虜體和和同化混染現(xiàn)象,巖相隨圍巖性質(zhì)不同而不同,以閃長(zhǎng)玢巖和石英閃長(zhǎng)玢巖為主,其次為輝石閃長(zhǎng)玢巖和花崗閃長(zhǎng)斑巖[16]。
本研究采集賽什塘礦區(qū)采集石英閃長(zhǎng)玢巖(Sd-2-1, Sd-2-2, Sd-2-3, Sd-2-4, Sd-2-5)和花崗斑巖(Sg-1-1, Sg-1-2)7件樣品開展巖石地球化學(xué)分析。對(duì)兩類巖石各取1件樣品(樣品號(hào)分別為Sd-2, Sg-1)開展鋯石U-Pb年代學(xué)研究。
采用 XRF方法在中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院X熒光實(shí)驗(yàn)室對(duì)巖石主量元素進(jìn)行測(cè)定,分析儀器型號(hào)ZSX PrimusⅡ,精度高于5%。微量元素采用ICP?MS(ELEMENT型)型等離子體質(zhì)譜儀在中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所完成,精度高于10%。
圖1 青海賽什塘銅多金屬礦區(qū)地質(zhì)圖[17]:1—中三疊統(tǒng)b組;2—中三疊統(tǒng)c組;3—第三系紫紅色砂巖;4—第四系堆積物;5—石英閃長(zhǎng)巖巖體;6—斷裂;7—矽卡巖;8—銅礦體;9—鐵礦體Fig. 1 Geological map of Saishitang copper multi-metal deposit, Qinghai Province, China[17]: 1—Middle Triassic b group; 2—Middle Triassic c group; 3—Tertiary red sandstones; 4—Quaternary deposits; 5—Quartz diorite porphyrite; 6—Faults; 7—Skarn;8—Copper orebody; 9—Iron orebody
對(duì)石英閃長(zhǎng)玢巖(Sd-2)和花崗斑巖(Sg-1)兩件大樣開展鋯石分選及年代學(xué)測(cè)試。采用常規(guī)方法將樣品破碎,經(jīng)浮選和磁選后,再在雙目鏡下選擇透明、無裂隙、無明顯包裹體且具代表性的鋯石。將待測(cè)的鋯石顆粒制成環(huán)氧樹脂樣品靶,并拋光至鋯石出露 1/2左右。鋯石 U-Pb年齡測(cè)定前,詳細(xì)研究待測(cè)定鋯石的透、反射光圖像及陰極發(fā)光(CL)圖像,并選擇合適的同位素分析點(diǎn)。鋯石的陰極發(fā)光(CL)顯微結(jié)構(gòu)照相在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源所JEOL JXA?8900RL 型電子探針上完成。
鋯石LA-ICP-MS原位U-Pb同位素年齡分析在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。測(cè)試儀器為電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Agilent7500a)和準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)(GeoLas2005)聯(lián)機(jī),激光器為193 nm ArF準(zhǔn)分子激光器。激光剝蝕斑束直徑為32 μm,激光剝蝕樣品的深度為20~40 μm。實(shí)驗(yàn)中,采用 He作為剝蝕物質(zhì)的載氣。鋯石年齡計(jì)算采用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)、NIST610作為內(nèi)標(biāo),分析方法及儀器參數(shù)見文獻(xiàn)[18],采用ICPMS DataCa[19]進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。采用Andersen[20]方法對(duì)普通Pb進(jìn)行校正,并采用ISOPLOT程序[21]計(jì)算鋯石加權(quán)平均年齡及繪制諧和圖。
巖石主量、微量和稀土元素分析結(jié)果見表 1。由表1可知,礦區(qū)石英閃長(zhǎng)巖SiO2的含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為
57.86%~62.84%,TiO20.50%~0.53%,Al2O315.12%~16.00%,MnO 0.06%~0.13%,MgO 3.41%~5.43%,CaO 4.5%~5.82%,Na2O 1.66%~2.15%,K2O 3.24%~4.20%,P2O50.09%~0.11%,平均 0.10%,全堿 Na2O+K2O 4.90%~6.35%;而花崗斑巖的 SiO2含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為67.56%~68.69%,TiO20.37%~0.39%,Al2O315.59%~15.73%,MnO 0.03%,MgO 1.30%~1.42%,CaO 2.84%~3.05%,Na2O 2.75%~2.88%,K2O 3.89%,P2O5為0.09%,全堿Na2O+K2O為6.64%~6.77%。賽什塘礦區(qū)石英閃長(zhǎng)玢巖和花崗斑巖具有中等SiO2和Al2O3、富K2O和Na2O及低CaO和TiO2的特點(diǎn),在TAS圖解(見圖2(a))中,石英閃長(zhǎng)巖落入閃長(zhǎng)巖區(qū)域,花崗斑巖落入花崗閃長(zhǎng)巖區(qū)域,二者均顯示偏鋁質(zhì)特點(diǎn),A/CNK<1.1(見表1和圖2(b)),具Ⅰ型花崗巖的特點(diǎn),巖石系列落入屬于高鉀鈣堿性系列(見圖3)。
表1 青海賽什塘銅礦區(qū)巖體巖石主量元素(w, %)、微量元素(w, 10?6)和稀土元素(w, 10?6)測(cè)試結(jié)果Table 1 Compositions of major elements and trace elements of intrusive rock in Saishitang copper deposit, Qinghai Province
圖2 賽什塘礦區(qū)巖體TAS圖解[22](a)和A/NK—A/CNK圖解[23]Fig. 2 TAS diagram[22] (a) and A/NK—A/CNK diagram[23] (b)of intrusion in Saishitang deposit
圖 3 w(K2O)—w(SiO2)圖解[24]Fig. 3 w(K2O)—w(SiO2) diagram of intrusion in Saishitang deposit[24]
石英閃長(zhǎng)玢巖稀土總量∑REE 在 84.13×10?6~117.42×10?6之間,與花崗斑巖稀土總量∑REE 106.32×10?6~112.51×10?6相當(dāng)(見表 1)。石英閃長(zhǎng)玢巖的LaN/YbN值(8.90~14.62)與花崗斑巖的(14.97~15.19)相一致,表明巖石輕/重稀土分餾明顯,石英閃長(zhǎng)巖和花崗斑巖的弱Eu異常甚至無Eu異常(見表1和圖4(a)),表明在巖漿形成的礦物?熔漿平衡系統(tǒng)中很少有斜長(zhǎng)石礦物的參與,從稀土配分模式圖(見圖 4(b))可以看出,花崗斑巖和石英閃長(zhǎng)玢巖均為右傾輕稀土富集型,HREE總體呈平坦配分模式。這些特征表明兩巖性屬于同一巖漿演化的產(chǎn)物。
由圖4(b)可以看出,石英閃長(zhǎng)玢巖和花崗斑巖微量元素配分模式趨勢(shì)一致,富集大離子親石元素(LILE),如Rb、K和Pb具有明顯的正異常,虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)和重稀土元素,顯示Nb和Ta的負(fù)異常,尤其虧損P和Ti,以上特點(diǎn)顯示俯沖帶巖漿地球化學(xué)類似特征[26]。
賽什塘礦區(qū)石英閃長(zhǎng)玢巖鋯石較大,選出的鋯石完整,鋯石顆粒多為長(zhǎng)柱狀,長(zhǎng)為100~300 μm,個(gè)別達(dá)400 μm,絕大部分鋯石具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)(見圖5(a)),少數(shù)具核邊結(jié)構(gòu)。為獲得巖體成巖年齡,對(duì)29顆鋯石的邊部進(jìn)行了LA-ICPMS測(cè)試,測(cè)試數(shù)據(jù)見表2。鋯石的Th/U比值為0.23~0.50,具巖漿鋯石的特點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)中除點(diǎn)4、8和 23鋯石數(shù)據(jù)諧和度低外,其余 27點(diǎn)206Pb/238U年齡在211~236 Ma之間,多數(shù)集中在220 Ma左右,這些點(diǎn)幾乎全部落在協(xié)和線上(見圖5(b)),計(jì)算出206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(223.2±2.2) Ma(MSWD=0.82,n=27)。
圖4 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解(a)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)文獻(xiàn)[25])Fig. 4 REE distribution patterns normalized by chondrite (a) and trace elements distribution patterns normalized by primitive mantle (b) (Data of chondrite and primitive mantle from Ref. [25])
圖5 賽什塘礦區(qū)巖體鋯石陰極發(fā)光圖像和鋯石U-Pb諧和圖:(a) 石英閃長(zhǎng)玢巖鋯石陰極發(fā)光圖像;(b) 石英閃長(zhǎng)玢巖鋯石U-Pb諧和圖;(c) 花崗斑巖鋯石陰極發(fā)光圖像;(d) 花崗斑巖鋯石U-Pb諧和圖Fig. 5 CL images and zircon U-Pb concordia plots of intrusive rocks in Saishitang copper deposit: (a) Zircon CL images of quartz diorite porphyrite; (b) Zircon U-Pb concordia plot of quartz diorite porphyrite; (c) Zircon CL images of granite porphyry; (d) Zircon U-Pb concordia plot of granite porphyry
表2 青海賽什塘巖體石英閃長(zhǎng)玢巖鋯石LA-ICPMS測(cè)年結(jié)果Table 2 Zircons LA-ICPMS U-Pb isotopic data of quartz diorite porphyrite in Saishitang copper deposit
花崗斑巖鋯石特征與石英閃長(zhǎng)玢巖鋯石具有相似特征,多數(shù)鋯石完整,顆粒大小懸殊,多為長(zhǎng)柱狀,長(zhǎng)寬比為3∶1,絕大部分鋯石具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)(見圖5(c))。對(duì)選出的鋯石29點(diǎn)進(jìn)行U-Pb LA-ICPMS測(cè)試,結(jié)果見表 3。鋯石 Th/U比值除個(gè)別大于 0.5外,其余為0.28~0.50,顯示巖漿鋯石特征。測(cè)點(diǎn)中點(diǎn) 4、6、7、13、14、17、20、29共8點(diǎn)的諧和度低或部分含鋯石含包體,獲得年齡可信度低外,其余21點(diǎn)的206Pb/238U年齡在214~233 Ma之間,多數(shù)集中在220 Ma左右,全部落在協(xié)和線上(見圖5(d)),計(jì)算出206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(219.9±2.6) Ma (MSWD=0.89,n=21)。
表3 青海賽什塘花崗斑巖鋯石LA-ICPMS測(cè)年結(jié)果Table 3 Zircons LA-ICPMS U-Pb isotopic data of granite porphyry in Saishitang copper deposit
前人采用多種同位素方法測(cè)年方法對(duì)賽什塘礦區(qū)侵入巖時(shí)代進(jìn)行了研究,邱鳳岐和董景深[10]用黑云母K-Ar法獲得侵入巖年齡為218~248 Ma,李福東等[27]獲得中粒石英閃長(zhǎng)巖鋯石 U-Pb等時(shí)線年齡為 222 Ma。1∶250 000區(qū)調(diào)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告興海幅[13]獲得賽什塘兩件石英閃長(zhǎng)巖兩件鋯石U-Pb年齡為205.7和223 Ma,李東生等[13]采用K-Ar獲得Ⅰ和Ⅱ號(hào)巖體年齡為218~247 Ma,本文作者獲得第2期石英閃長(zhǎng)玢巖和第4期花崗斑巖鋯石U-Pb LA-ICPMS年齡分別為(223.2±2.2) Ma和(219.9±2.6) Ma,表明巖體各巖性形成時(shí)代相近,時(shí)間跨度很小。成巖時(shí)代在220 Ma左右。與鄂拉山南部的溫泉和虎達(dá)一帶巖體時(shí)代,青海地質(zhì)調(diào)查院詹發(fā)余等[14]獲得石英閃長(zhǎng)巖鋯石 U-Pb年齡為(230.1±2) Ma和(222±19) Ma,石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的(215.2±5) Ma,花崗閃長(zhǎng)巖的(228.5±0.98) Ma 和(219.8±4.6) Ma。張宏飛等[28]獲得溫泉花崗閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb LA-ICPMS年齡為(218±2) Ma相一致。表明鄂拉山構(gòu)造?巖漿巖帶為大規(guī)模的印支晚期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物,而非前人認(rèn)為印支早期的產(chǎn)物。
對(duì)鄂拉山構(gòu)造?巖漿巖構(gòu)造帶形成環(huán)境尚存在爭(zhēng)議:一種觀點(diǎn)是巖漿活動(dòng)帶與發(fā)育于東昆侖造山帶北部的東昆北巖漿弧帶屬統(tǒng)一巖漿弧,為古特提斯洋向北俯沖,洋殼部分熔融的產(chǎn)物形成的島弧型巖漿[29?30];第二種觀點(diǎn)認(rèn)為鄂拉山花崗巖漿帶應(yīng)是西秦嶺地塊于中三疊世末期在共和坳拉谷西緣發(fā)生向柴達(dá)木地塊之下俯沖碰撞的產(chǎn)物[9];第三種觀點(diǎn)認(rèn)為是形成陸內(nèi)環(huán)境,其成巖成礦背景與底侵的巖漿作用有關(guān)[13?14]。
東昆侖晚古生代?早生代火成巖研究顯示,該區(qū)火成巖劃分為 2 個(gè)階段[31]:P2?T2(260~230 Ma)大洋板塊大規(guī)模的俯沖階段,形成活動(dòng)大陸邊緣型火成巖和T3?J1(230~190 Ma)陸內(nèi)造山階段,出現(xiàn)陸內(nèi)造山火成巖,其中,南緣出現(xiàn)白云母花崗巖,北緣出現(xiàn)鉀玄巖系列火山巖。東昆侖、東昆侖與西秦嶺結(jié)合地段及秦嶺地區(qū)印支期花崗巖類的對(duì)比分析表明[28],印支晚期是中央造山帶包括鄂拉山地區(qū)在內(nèi)的一次大規(guī)模區(qū)域性構(gòu)造巖漿事件,在印支早期受到強(qiáng)烈碰撞擠壓,地殼發(fā)生增厚作用,并引發(fā)巖石圈發(fā)生拆沉作用。此后,地幔軟流圈物質(zhì)將充填已拆沉的巖石圈部分空間或地幔巖漿底侵于下地殼底部,導(dǎo)致下地殼升溫誘發(fā)下地殼熔融。巖石圈拆層作用不但為下地殼的熔融作用提供熱源,而且還可能有地幔物質(zhì)參與下地殼的熔融作用,或地幔巖漿注入到下地殼熔融的巖漿中,形成殼?幔巖漿的混合。賽什塘礦區(qū)巖體鋯石 U-Pb年齡在220 Ma左右,為印支晚期產(chǎn)物,野外巖石學(xué)巖石地球化學(xué)化學(xué)特征顯示無 Eu異常值,暗示它們形成于加厚的陸殼底部(約 60 km)[31]。野外巖石觀察可見巖體含有豐富的包體,暗示發(fā)生了巖漿混合作用。賽什塘礦區(qū)巖體這些特征有利證實(shí)其形成于區(qū)域巖石圈拆沉作用的地球動(dòng)力學(xué)背景。
1) 賽什塘侵入巖體的石英閃長(zhǎng)玢巖和花崗斑巖巖石地球特征顯示,主量元素的 A/CNK<1.1,為偏鋁質(zhì)巖石,具Ⅰ型花崗巖的特點(diǎn),巖石系列屬于高鉀鈣堿性系列。微量元素具有較弱或無 Eu異常,輕稀土富集,重稀土虧損,富集大離子親石元素,虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素。
2) 陰極發(fā)光顯示,賽什塘礦區(qū)巖體鋯石絕大多數(shù)具環(huán)帶結(jié)構(gòu),Th/U比值顯示屬巖漿鋯石。巖體兩件樣品鋯石U-Pb LA-ICPMS測(cè)試顯示石英閃長(zhǎng)巖年齡為(223.2±2.2) Ma (MSWD=0.82),花崗斑巖年齡為(219.9±2.6) Ma (MSWD=0.89)。巖體各巖相形成時(shí)代接近,為印支晚期的產(chǎn)物。
3) 賽什塘礦區(qū)巖體形成于陸內(nèi)造山,地殼增厚,巖石圈拆沉作用,產(chǎn)生殼??;旌蠋r漿的區(qū)域巖石圈拆沉作用的地球動(dòng)力學(xué)背景。
致謝:
野外地質(zhì)調(diào)查得到了青海賽什塘銅業(yè)有限責(zé)任公司的大力幫助,巖石主量化學(xué)分析得到了中南大學(xué)地球科學(xué)科學(xué)與信息物理學(xué)院侯林慧老師,微量元素分析得到中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所胡靜高工、鋯石制靶和CL照相得到中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源所電子探針室周劍雄研究員,鋯石LA-ICPMS測(cè)試得到了中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室胡兆初教授的幫助,在此表示衷心的感謝!
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