福建省紫金山復(fù)式花崗巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年

肖愛芳， 黎敦朋

(福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院，福建 福州 350108)

紫金山銅金礦田是世界上罕見的淺成低溫?zé)嵋?斑巖型以鉬銅金為主的礦床，其包括紫金山特大型銅金礦床、悅洋大型銀多金屬礦床、羅卜嶺銅鉬礦床等。其中本部的紫金山銅金礦床是紫金山礦田的核心礦床，大致以海拔650 m為界具有“上金下銅”的空間分帶特征，金金屬量達305 t、銅金屬量已超過2×106t(陳景河，1999;高天鈞，1998;張德全等，2003;黃仁生，2008;王少懷等，2009;邱小平等，2010)。已有的勘探與研究資料表明，紫金山銅金礦田的成礦作用與早白堊世火山-侵入作用有關(guān)，容礦巖石主要為紫金山復(fù)式巖體的五龍寺巖體、早白堊世火山通道玢巖、隱爆角礫巖及淺成侵位的斑巖，金礦主要賦存于紫金山復(fù)式巖體的五龍寺巖體、早白堊世火山通道玢巖、隱爆角礫巖中，銅礦(鉬礦)主要賦存于淺成侵位的斑巖中。陳好壽(1996)、毛建仁等(1998，2002，2004)、張德全等(2001)、趙希林等(2007，2008)、黃文婷等(2011)、胡春杰等(2011)對紫金山銅金礦田的容礦圍巖及與成礦有關(guān)的中生代巖漿巖開展過大量的研究，獲得了一批同位素測年成果(表1)。

陳好壽(1996)、毛建仁等(1998)、張德全等(2001)、趙希林等(2007)對紫金山復(fù)式花崗巖的逕美巖體和五龍寺巖體進行了全巖Rb-Sr等時線、鋯石TIMS U-Pb、鋯石SHRIMP U-Pb等測年，不同的研究者應(yīng)用不同的測試方法獲得逕美巖體的時代介于(145±12)～(157±7.3)Ma，獲得五龍寺巖體的時代介于(118±2)～(168±4)Ma，其結(jié)果差別較大(表1)，還出現(xiàn)中期侵位的五龍寺巖體的時代老于早期侵位的逕美巖體時代的現(xiàn)象。此外，對金龍橋巖體尚未有測年的報道。為了準確厘定紫金山復(fù)式巖體的侵位時代，筆者對紫金山復(fù)式花崗巖3個不同巖體進行了原位的鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年，系統(tǒng)獲得了紫金山復(fù)式花崗巖侵位時代，為紫金山銅金礦田容礦巖系的時代研究提供了重要的新資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

紫金山銅金礦床位于閩西南拗陷西南部上杭－云霄深大斷裂與宣和復(fù)式背斜交匯處，處在中生代陸緣巖漿弧成礦帶環(huán)境。區(qū)域出露地層有新元古界南華系樓子壩群淺變質(zhì)巖，上古生界上泥盆統(tǒng)天瓦崠組、石炭系林地組濱海-淺海粗碎屑巖和白堊系石帽山群火山巖等地層。紫金山復(fù)式花崗巖和才溪二長花崗巖(張德全等，2001)沿紫金山-宣和復(fù)背斜軸部侵入。紫金山復(fù)式花崗巖由早到晚包括逕美巖體、五龍寺巖體和金龍橋巖體三個巖體組成，紫金山復(fù)式花崗巖中的五龍寺巖體是紫金山銅金礦床上部金礦的主要容礦巖石。石帽山群火山巖又不整合覆蓋于紫金山復(fù)式巖體及部分前中生代地層之上。在紫金山銅金礦區(qū)西南礦段保留了一個直徑200～400 m完好的火山巖筒，在火山巖筒周圍發(fā)育有較多的隱爆角礫巖，火山巖筒中心充填上大下小的漏斗狀英安玢巖等，該火山機構(gòu)的圍巖為紫金山復(fù)式巖體。四坊巖體侵位于才溪巖體西側(cè)，與才溪巖體呈侵入接觸。在羅卜嶺地區(qū)羅卜嶺斑巖體刺穿四坊巖體出露于地表，在紫金山西北礦段24號勘探線鉆孔深800～1 000 m可見紫金山斑巖體(羅卜嶺斑巖體的同期淺成侵入體)呈巖枝穿插到紫金山復(fù)式巖體中。

表1 紫金山銅金礦田以往同位素測年成果表Table1 Past isotope dataing of Zijinshan Cu-Au mining field

根據(jù)紫金山銅金礦田巖漿巖的接觸關(guān)系可以確定礦田區(qū)的巖漿侵位序列:石帽山群火山巖晚于紫金山花崗巖，羅卜嶺花崗閃長斑巖晚于四坊巖體，而四坊巖體既晚于才溪二長花崗巖，也晚于紫金山花崗巖，紫金山斑巖與羅卜嶺斑巖屬同期異位的淺成侵入體。在紫金山巖體中逕美巖體侵位最早，五龍寺巖體侵位其次，金龍橋巖體侵位最晚。

紫金山銅金礦床產(chǎn)于紫金山復(fù)式巖體中的五龍寺巖體、石帽山群火山機構(gòu)及其周圍的隱爆角礫巖區(qū)、羅卜嶺斑巖與紫金山斑巖中，顯示成礦作用與石帽山群火山機構(gòu)及羅卜嶺斑巖與紫金山斑巖侵位有關(guān)，顯然紫金山復(fù)式巖體中的五龍寺巖體是成礦的重要容礦巖石之一。

2 紫金山復(fù)式花崗巖特征

紫金山復(fù)式花崗巖出露于紫金山銅金礦田的中部，由逕美、五龍寺和金龍橋3個巖體組成(圖1)，分布面積約25 km2。

圖1 紫金山銅金礦田地質(zhì)圖及樣品位置① 福建紫金礦業(yè)股份有限公司.2000.福建省上杭縣紫金山銅金礦區(qū)西北礦段金礦地質(zhì)勘探報告[R].Fig.1 Geological map and location of samples from Zijinshan Cu-Au mining field

逕美巖體主要分布于紫金山銅金礦區(qū)東南部的大及崗-逕美-銅石下，大致呈NE向延伸的不規(guī)則巖基。在紫金山銅金礦區(qū)東北部的五子騎龍西側(cè)有少量出露，逕美巖體出露面積約10 km2，侵入于新元古界樓子壩群及上古生界中。逕美巖體主要由碎裂似斑狀中-粗粒(黑云母)二長花崗巖組成。逕美巖體巖石呈灰白色、灰色，局部呈肉紅色，碎裂狀中粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物成份由鉀長石(30～45)×10－2，斜長石(15～25)×10－2，石英(15 ～20)×10－2，黑云母(3 ～8)×10－2等組成，礦物粒徑一般為3～7 mm。逕美巖體蝕變總體較弱，主要為絹云母化、硅化、綠泥綠簾石為主。

五龍寺巖體主要分布于紫金山銅金礦區(qū)西北部的二廟溝—一天門—五龍子—紫金山—五子騎龍一帶，大致呈NE向延伸的不規(guī)則巖株。在紫金山銅金礦區(qū)東南的石圳潭有少量出露，地表分布面積約為12 km2，是紫金山花崗巖的主體，與逕美巖體呈脈動接觸。五龍寺巖體主要由碎裂中—細粒二云母二長花崗巖組成。五龍寺巖體巖石多數(shù)呈褐紅色、灰色，巖石呈碎裂中—細?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成份主要為微斜長石(30～40)×10－2，斜長石(20～30)×10－2，石英(15～20)×10－2，白云母(3～8)×10－2，黑云母(3～5)×10－2等礦物組成，也是礦區(qū)金礦最主要的容礦巖石之一。礦區(qū)西北部的五龍寺巖體幾乎全部已蝕變，蝕變類型主要為地開石化、明礬石化、高嶺土化、絹云母化、綠泥石化、鉀化、褐鐵礦化等。

金龍橋巖體主要分布于礦區(qū)西北的金龍橋－古中峰一帶，其它地方有零星分布，地表分布面積約3 km2，均呈小巖株或巖枝形態(tài)，與五龍寺巖體呈脈動接觸。金龍橋巖體由細粒黑云正長花崗巖組成，巖石呈灰色-褐紅色，巖石細?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成份為鉀長石(30～45)×10－2，斜長石(15～25)×10－2，石英(20～25)×10－2，黑云母(5～10)×10－2。金龍橋巖體亦發(fā)生了較為強烈的蝕變，主要蝕變類型為地開石化、高嶺土化、絹云母化、綠泥石化、褐鐵礦化等。

3 鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年

3.1 樣品及測試方法

用于測年的鋯石樣品分別采自逕美村東北礦區(qū)公路邊粗粒二長花崗巖(TW01)，紫金山金礦露采場760平臺褐鐵礦化金礦化中細粒二長花崗巖(TW02)和金龍橋的細粒正長花崗巖(TW03)，采樣位置見圖1。鋯石的精選在河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊實驗室完成，鋯石的光學(xué)研究、陰極發(fā)光(CL)照像和LA-ICP-MS U-Pb同位素分析在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室完成。

野外采集約2 kg樣品，粉碎至80～120目，洗去粉塵，經(jīng)淘洗使得重礦物富集，經(jīng)過電磁選，去除電磁性部分，保留非電磁性部分，再經(jīng)淘洗獲得鋯石精礦，在雙目鏡下挑出無裂隙、透明的顆粒制成膠餅，拋光后進行鋯石的光學(xué)研究和陰極發(fā)光(CL)照像，最后利用LA-ICP-MS進行U-Pb同位素分析。其中，CL發(fā)光儀為加載于掃描電鏡上的英國Gatan公司的Mono CL3+型陰極熒光探頭，LAICP-MS分析在 Hewlett Packard公司的 Agilient 7500a ICP-MS和德國Lambda Physik公司的Com-Pex102 Excimer(激光器工作物ArF，波長193 nm)、MicroLas公司的GeoLas 200 M光學(xué)系統(tǒng)的聯(lián)機上進行。激光束斑直徑約為30 μm，激光剝蝕樣品的深度為20～40 μm。實驗中采用氦氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣，用美國國家標準技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標準參考物質(zhì)NIST SRM610進行儀器最佳化。鋯石年齡采用國際標準鋯石91500作為外標標準物質(zhì)，元素含量采用NIST SRM610作為外標，29Si作為內(nèi)標。詳細分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法見參考文獻(Yuan et a1.，2004)。同位素比值數(shù)據(jù)處理采用GLITTER(4.0版)軟件，年齡計算及成圖采用ISOPLOT(3.0版)軟件進行。

3.2 測試結(jié)果

用于測年的鋯石多呈自形等軸狀-短柱-長柱狀，粒度一般在50～150 μm左右。鋯石CL圖像(圖2)顯示大部分鋯石內(nèi)部呈現(xiàn)振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，顯示為巖漿成因，少數(shù)鋯石CL圖像還顯示具有核幔結(jié)構(gòu)，如1.4，3.11測年點位于鋯石核部。3個樣品48個測點的測年分析結(jié)果見表2及圖2、圖3。

TW01樣品進行了16顆鋯石的測年，1.4測點206Pb/238U年齡為240.7 Ma與主要年齡偏差較大不參與加權(quán)平均計算，1.7和1.9測點年齡不諧和數(shù)據(jù)也予以剔除，其余13個測點的206Pb/238U年齡變化于154.3～161.0 Ma之間，獲得206Pb/238U 加權(quán)平均值為(157.9 ±1.2)Ma(n=13，MSWD=0.92)，屬于晚侏羅世牛津期。1.4 測點(240.7 ±3.1)Ma的206Pb/238U年齡可能代表三疊紀構(gòu)造熱事件的年齡信息。

圖2 鋯石陰極發(fā)光圖像、測點位置及206Pb/238U年齡(Ma)Fig.2 CL images，analyzed spots of zircons and206Pb/238U dating(Ma)

TW02樣品進行了16顆鋯石的測年，2.4測點206Pb/238U年齡為155.9 Ma與主要年齡偏差較大不參與加權(quán)平均計算，2.7和2.15測點年齡不諧和數(shù)據(jù)也予以剔除，其余13個測點的206Pb/238U年齡變化于146.0～154.0 Ma之間，獲得206Pb/238U加權(quán)平均值為(149.3 ±1.6)Ma(n=13，MSWD=1.2)，屬晚侏羅世提塘期。

TW03樣品亦進行了16顆鋯石的測年，出現(xiàn)了較多不諧和的年齡，將諧和度大于85的8個測點(3.4，3.6，3.7，3.9，3.10，3.12，3.13，3.14)獲得206Pb/238U 加權(quán)平均值為(146.3±1.6)Ma(n=8，MSWD=0.39)，屬晚侏羅世提塘期。此外，3.11 測點的年齡也是諧和的，其206Pb/238U年齡為(407.0±4.3)Ma可能代表早古生代構(gòu)造熱事件的年齡信息。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

陳好壽(1996)、毛建仁等(1998)、張德全等(2001)、趙希林等(2007)對紫金山復(fù)式花崗巖開展的全巖 Rb-Sr等時線、鋯石 TIMS U-Pb、鋯石SHRIMP U-Pb等測年結(jié)果(表1)有較大的差異，還出現(xiàn)了中期侵位的五龍寺巖體的時代老于早期侵位的逕美巖體的時代與宏觀接觸關(guān)系不一致的現(xiàn)象。由于紫金山金銅礦區(qū)廣泛發(fā)育熱液蝕變，而巖石熱液蝕變后Rb-Sr同位素體系已不再是封閉體系，因而獲得的Rb-Sr年齡有些可能代表熱液蝕變

的年齡，其年齡代表的地質(zhì)意義需要進行認真研究。而張德全等(2001)獲得逕美巖體全巖Rb-Sr等時線年齡為(157±7.3)Ma，與本文研究獲得的LA-ICP-MS鋯石 U-Pb年齡(157.9±1.2)Ma的數(shù)值在誤差范圍內(nèi)一致，其代表巖漿侵位的時代。鋯石的TIMS U-Pb測年是將整顆鋯石溶解進行測定，對于不同期次或含有捕獲鋯石的復(fù)雜成因的鋯石來說，所獲得的年齡有可能是混合年齡而不具有地質(zhì)意義。因此，對以往測定的發(fā)生了強烈蝕變的巖石的Rb-Sr年齡和沒有進行鋯石陰極發(fā)光研究的鋯石成因不明的TIMS U-Pb年齡數(shù)據(jù)要慎重使用。

表2 紫金山復(fù)式花崗巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡測年結(jié)果表Table2 Zircon LA-ICP-MS U-Pb from Zijinshan Complexmassif

圖3 紫金山復(fù)式花崗巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.3 The U-Pb Concordia diagram of Zircons from Zijinshan Complex massif

趙希林等(2007)對紫金山復(fù)式花崗巖的五龍寺巖體開展了鋯石SHRIMP U-Pb測年獲得(168±4)Ma的年齡值，而本文獲得的五龍寺巖體LAICP-MS鋯石 U-Pb 年齡為(149.3 ±1.6)Ma，兩者相差近20 Ma。也有學(xué)者正在進行的“紫金山銅金礦田中生代巖漿演化序列研究”對采自紫金山金礦露采場的含金五龍寺巖體在國家SHRIMPⅡ中心開展的鋯石SHRIMP U-Pb測試獲得(148.9±3.4)(n=10，MSWD=1.7)的年齡值，該樣品與筆者測試樣品的采樣位置接近、所獲得的年齡值在誤差范圍內(nèi)也非常一致，暗示筆者測試的樣品和獲得的年齡值具有一定的代表性。而趙希林等(2007)對紫金山復(fù)式花崗巖的五龍寺巖體鋯石SHRIMP U-Pb測年獲得的(168±4)Ma的年齡值與筆者采用鋯石LA-ICP-MS測年獲得的逕美巖體的206Pb/238U年齡(157.9±1.2)Ma在考慮誤差后數(shù)據(jù)較為接近，筆者推測該樣品有可能系五龍寺巖體內(nèi)的逕美巖體的包體或逕美巖體的同期侵入巖，但粒度較細而被當(dāng)作五龍寺巖體，上述年齡值差異產(chǎn)生的具體的原因還有待進一步研究。

本次研究在紫金山復(fù)式花崗巖不同巖體中獲得了早期逕美巖體的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(157.9 ±1.2)Ma(n=13，MSWD=0.92)、中期五龍寺巖體的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(149.3±1.6)Ma(n=13，MSWD=1.2)、晚期金龍橋巖體的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(146.3±1.6)Ma(n=8，MSWD=0.39)，與江西南部單觀嶂復(fù)式巖體的時代接近(張慶林等，2006)。上述三個有時間先后順序的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡值與巖體侵入接觸關(guān)系顯示的巖漿侵入順序一致，表明LAICP-MS鋯石U-Pb測年結(jié)果與地質(zhì)事實相吻合。趙希林等(2008)依據(jù)地球化學(xué)分析認為紫金山復(fù)式花崗巖成因?qū)儆赟型花崗巖，張德全等(2001)認為紫金山復(fù)式花崗巖形成于擠壓構(gòu)造環(huán)境。紫金山復(fù)式花崗巖位于西太平洋板塊中生代向西俯沖作用的仰沖板塊的活動大陸邊緣的巖漿活動帶，紫金山復(fù)式花崗巖三個先后侵位的巖體的形成筆者推測可能與西太平洋板塊在晚侏羅世脈沖式俯沖-碰撞作用有關(guān)。

4.2 結(jié)論

通過系統(tǒng)的鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年，獲得了紫金山復(fù)式花崗巖早期逕美巖體的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(157.9 ± 1.2)Ma(n=13，MSWD=0.92)、中期五龍寺巖體的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(149.3 ±1.6)Ma(n=13，MSWD=1.2)、晚期金龍橋巖體的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(146.3±1.6)Ma(n=8，MSWD=0.39)，表明紫金山復(fù)式花崗巖侵位于晚侏羅世。高精度的原位鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年，系統(tǒng)厘定了紫金山復(fù)式花崗巖3個巖體的侵位時代，為紫金山銅金礦田容礦巖系的時代研究提供了重要的新資料。

致謝:感謝審稿人和編輯對本文提出寶貴的修改建議，感謝西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室在鋯石的電鏡、CL照像及測年中給予的大力幫助與支持!

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