四川九龍新火山花崗巖體單顆粒鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年及其地質(zhì)意義

馬國(guó)桃，姚 鵬，馬東方，高大發(fā)，汪名杰，李建忠，張慧華，陳敏華，梁 鯨

(1.成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，四川 成都 610081;2.四川里伍銅業(yè)股份有限公司，四川 九龍626200)

松潘-甘孜造山帶位于青藏高原東部，經(jīng)歷了古特提斯和新特提斯兩個(gè)造山階段，發(fā)育巨厚的西康群復(fù)理石沉積，其構(gòu)造形跡復(fù)雜，但主要構(gòu)造變形發(fā)生在晚三疊世［1-3］。中生代時(shí)期，松潘-甘孜地體內(nèi)的花崗巖漿活動(dòng)(219±8Ma～185±3Ma)持續(xù)了大約30Ma［4］，這些花崗巖導(dǎo)致了印支晚期-燕山早期(190～160Ma)松潘-甘孜地區(qū)變質(zhì)核雜巖成穹事件的發(fā)生［5-7］，形成了如江浪、長(zhǎng)槍、恰斯、瓦廠等沿錦屏逆沖推覆帶呈鏈狀分布的變質(zhì)核雜巖，沿這些變質(zhì)核雜巖邊部分布一系列的銅、鉛、鋅礦床［8-10］，引起了許多學(xué)者的高度關(guān)注，取得了許多重要的研究成果。

新火山巖體是松潘-甘孜地區(qū)白堊紀(jì)花崗巖體群的重要組成部分，但一直以來(lái)對(duì)其研究比較薄弱。尤其在對(duì)該巖體的年代學(xué)研究上，缺少令人信服的數(shù)據(jù)。四川省地質(zhì)局第一區(qū)域地質(zhì)測(cè)量大隊(duì)曾在新火山以單礦物黑云母作鉀氬法測(cè)定絕對(duì)年齡值為131±5Ma，從而認(rèn)為新火山花崗巖體形成于燕山期。筆者在前人研究工作基礎(chǔ)上，首次利用鋯石激光剝蝕等離子體分析技術(shù)(LA-ICP-MS)進(jìn)行鋯石的U-Pb同位素精確定年，以期豐富對(duì)松潘-甘孜地質(zhì)和礦產(chǎn)的研究成果，特別是對(duì)評(píng)價(jià)燕山運(yùn)動(dòng)對(duì)松潘-甘孜構(gòu)造帶的影響和燕山期花崗巖與稀土、銅、鋅的成礦關(guān)系提供更多證據(jù)。

1 新火山花崗巖體概況

新火山巖體為似斑狀黑云母花崗巖，出露于九龍河與雅礱江匯合處，坐標(biāo)大致為 E101°40′～E101°50′，N28°30′～ 28°36′。巖體似橢圓形，長(zhǎng)軸與圍巖構(gòu)造線一致，沿江浪背斜的北東翼侵入，接觸面均向北東傾斜，傾角一般為70°，面積約34km2。

圖1 新火山花崗巖體地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)四川第一區(qū)域地質(zhì)測(cè)量大隊(duì)修編)Fig.1 Simplified geological map of the Xinhuoshan granite masses

新火山花崗巖體(圖1)侵位于下奧陶統(tǒng)、二疊系地層中，兩者呈明顯的侵入接觸，與圍巖接觸面波狀起伏。前人依據(jù)巖石中礦物組分和結(jié)構(gòu)及礦物結(jié)晶程度、顆粒大小等特征，將巖體劃分為兩個(gè)相帶:即邊緣相和內(nèi)部相，兩個(gè)相帶為逐漸過(guò)渡關(guān)系。其中邊緣相似斑狀黑云母花崗巖的基質(zhì)均由微粒-細(xì)粒的石英、微斜長(zhǎng)石及更長(zhǎng)石集合體組成，似斑晶由微斜長(zhǎng)石及個(gè)別石英聚晶組成，中心相似斑狀黑云母花崗巖基質(zhì)為細(xì)粒-中粒，似斑晶為粗粒的微斜長(zhǎng)石，巖體出露完整。

2 樣品及分析方法

本次研究測(cè)年樣品的采集地點(diǎn)如圖1所示，采于新火山花崗巖體中心部位，坐標(biāo)為 E101°45′02″，N28°32′30″，巖石新鮮，為灰白色中粗粒似斑狀花崗結(jié)構(gòu)，主要由微斜長(zhǎng)石、偏中性更長(zhǎng)石、石英、黑云母及少量的角閃石、白云母組成。

測(cè)試樣品經(jīng)人工破碎后，按常規(guī)重力和磁選方法分選出鋯石，最后在雙目鏡下挑選。鋯石樣品靶的制備與SHRIMP定年的鋯石樣品制備方法基本相同［11］。在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的掃描電鏡加載陰極發(fā)光儀上完成鋯石的反射光和透射光及陰極發(fā)光(CL)顯微照相。測(cè)試點(diǎn)的選取首先根據(jù)鋯石反射光和透射光顯微照片進(jìn)行初選，再通過(guò)CL照片反復(fù)對(duì)比，力求避開(kāi)內(nèi)部裂隙和包裹體以及不同成因的區(qū)域，以獲得較準(zhǔn)確的年齡信息。

本文鋯石U-Pb同位素定年在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(GPMR)利用LA-ICP-MS分析完成。激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas 2005，ICP-MS為Agilent 7500a。激光剝蝕過(guò)程中采用氦氣作載氣、氬氣為補(bǔ)償氣以調(diào)節(jié)靈敏度，二者在進(jìn)入ICP之前通過(guò)一個(gè)T型接頭混合。在等離子體中心氣流(Ar+He)中加入了少量氮?dú)?，以提高儀器靈敏度、降低檢出限和改善分析精密度［12］。每個(gè)時(shí)間分辨分析數(shù)據(jù)包括大約20～30s的空白信號(hào)和50s的樣品信號(hào)。對(duì)分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對(duì)樣品和空白信號(hào)的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年齡計(jì)算)采用軟件 ICPMSDataCal［13-14］完成。詳細(xì)的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法同Liu et al.(2008，2010)。

鋯石微量元素含量利用多個(gè)USGS參考玻璃(BCR-2G，BIR-1G和GSE-1G)作為多外標(biāo)、Si作內(nèi)標(biāo)的方法進(jìn)行定量計(jì)算(Liu et al.，2010).這些USGS玻璃中元素含量的推薦值據(jù)GeoReM數(shù)據(jù)庫(kù)(http://georem.mpch-mainz.gwdg.de/)。 U-Pb 同位素定年中采用鋯石標(biāo)準(zhǔn)91500作外標(biāo)進(jìn)行同位素分餾校正，每分析5個(gè)樣品點(diǎn)，分析兩次91500。對(duì)于與分析時(shí)間有關(guān)的U-Th-Pb同位素比值漂移，利用91500的變化采用線性內(nèi)插的方式進(jìn)行了校正(Liu et al.，2010).鋯石標(biāo)準(zhǔn) 91500 的 U-Th-Pb 同位素比值推薦值據(jù) Wiedenbeck et al.(1995)［15］。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡權(quán)重平均計(jì)算均采用Isoplot/Ex_ver3(Ludwig，2003)完成。

3 分析結(jié)果

新火山花崗巖體中鋯石晶粒為無(wú)色透明至淺黃色，呈長(zhǎng)柱狀、正方雙錐狀、半截錐狀、少數(shù)渾圓狀晶體，絕大多數(shù)結(jié)晶較好，呈典型的長(zhǎng)柱狀晶形，晶體長(zhǎng)介于90～290μm之間，寬介于40～140μm，晶體長(zhǎng)寬比介于2∶1～3:1，陰極發(fā)光(CL)圖像(圖2)顯示大多數(shù)鋯石具有典型的巖漿韻律環(huán)帶和明暗相間的條帶結(jié)構(gòu)，表明為巖漿結(jié)晶產(chǎn)物(簡(jiǎn)平等，2001;吳元保等，2004)，其中部分鋯石(H-ZR-05、H-ZR-06、H-ZR-09、H-ZR-15、H-ZR-19、H-ZR-20)具有明顯的殘留核，可能為繼承核或捕獲核，為了避免繼承鋯石對(duì)測(cè)年的干擾，所選擇的測(cè)點(diǎn)均位于明顯的巖漿環(huán)帶上，這就保證了定年研究的準(zhǔn)確性。

圖2 九龍新火山花崗巖鋯石的陰極發(fā)光(CL)圖像和年齡Fig.2 The cathodoluminescence images and ages of analyzed zircons from the Xinhuoshan granites in Jiulong

采自新火山花崗巖體的H-ZR號(hào)樣品測(cè)試得到的同位素比值和年齡數(shù)據(jù)(表1)顯示，鋯石具有較高的 Th/U 值，為 0.13 ～1.45(大部分介于 0.18 ～0.81之間)，表明了巖漿成因鋯石的特征［16-17］?；◢弾r樣品的20個(gè)測(cè)點(diǎn)的Th含量變化為188.92×10-6～8610.4 ×10-6，U 含量變化為 1418.71 ×10-6～7878.91×10-6，且 Th、U 均呈現(xiàn)出較好的正相關(guān)關(guān)系，與典型的巖漿鋯石特征一致。206Pb/238U年齡具有較小的變化范圍，為172.5Ma ～185.6Ma，207Pb/235U年齡變化于169.19～287.86 Ma之間。在 U-Pb諧和圖上(圖3)，這些鋯石具有諧和的U-Pb年齡，大部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)都位于諧和線上或附近，個(gè)別數(shù)據(jù)點(diǎn)偏離諧和線，表現(xiàn)為207Pb/235U值較大，這主要與207Pb難以測(cè)準(zhǔn)有關(guān)［18］，而207Pb的測(cè)定結(jié)果并不影響206Pb/238U值。這表明鋯石在形成后其U-Pb體系一直保持封閉狀態(tài)，基本上沒(méi)有Pb的丟失，得到的下交點(diǎn)年齡為188±11Ma，對(duì)采集的20個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均值計(jì)算，獲得206Pb/238U年齡為181.2±1.4Ma(MSWD=3.3)，兩者在誤差范圍內(nèi)一致，代表了花崗巖的結(jié)晶年齡，筆者將新火山花崗巖的形成年齡確定為181.2±1.4Ma，其形成時(shí)代為早侏羅世(據(jù)2005年國(guó)際地層學(xué)委員會(huì))。

4 討論

4.1 新火山花崗巖體形成年齡的重新厘定

四川省地質(zhì)局第一區(qū)域地質(zhì)測(cè)量大隊(duì)在《金礦幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告》中將新火山及其附近的4個(gè)巖體(里莊、張家坪子、烏拉溪、嘎拉子)劃為白堊紀(jì)，其依據(jù)主要基于兩點(diǎn):其一是地質(zhì)接觸關(guān)系，即“除張家坪子巖體是與中上石炭統(tǒng)接觸外，余者均侵入中、晚三疊世地層，其中里莊巖體、四合村、馬六村、羊坪子已侵入至晚二疊世的白果灣組。因此，從侵入體與地層的接觸關(guān)系來(lái)看，巖體產(chǎn)出時(shí)代應(yīng)為二疊紀(jì)以后”。其二是依據(jù)樣品的年齡測(cè)試結(jié)果，新火山黑云母花崗巖以單礦物黑云母經(jīng)西南地質(zhì)研究所經(jīng)K-Ar法測(cè)定絕對(duì)年齡為131±5Ma，同時(shí)測(cè)定了馬頭山、里莊等巖體，年齡值分布為78～114Ma，從而認(rèn)為這些花崗巖體形成于白堊紀(jì)。

表1 九龍新火山花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb分析數(shù)據(jù)Table 1 LA-LCP-MS zircon U-Pb age determinations for the Xinhuoshan granites in Jiulong

本次研究工作中經(jīng)筆者仔細(xì)觀察，新火山巖體侵入到下奧陶統(tǒng)、二疊系地層中，未直接與三疊紀(jì)地層接觸，但二疊紀(jì)與三疊紀(jì)地層同時(shí)發(fā)生褶皺后才被新火山巖體侵入，所以巖體的侵入應(yīng)發(fā)生在三疊紀(jì)以后。所取樣品新鮮，位于巖體中心相，通過(guò)典型的巖漿鋯石精確厘定了新火山花崗巖的形成年齡為 181.2 ±1.4Ma，其形成時(shí)代為早侏羅世，而非前人所述的白堊紀(jì)，但同屬于燕山期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

4.2 新火山花崗巖與區(qū)域上相當(dāng)時(shí)代花崗巖的關(guān)系

川西可爾因偉晶巖型稀有金屬礦床二云母花崗巖的 Rb-Sr年齡為 206Ma，鋯石 U-Pb年齡為204Ma［19］，因此其二云母花崗巖的成巖年齡為204～206Ma，而其成礦年齡為 152Ma［7］;甲基卡二云母花崗巖的成巖作用發(fā)生于198.9Ma，成礦年齡為195.7Ma，屬于早侏羅世成巖成礦，表明偉晶巖脈形成于燕山早期［20］;猛古黑云母巖的 K-Ar年齡為206Ma;丹巴地區(qū)的偉晶巖脈成巖成礦的時(shí)代為早侏羅世-白堊紀(jì)(84～183Ma)，其中包括李建康等(2006)所測(cè)二道橋和李家工地偉晶巖脈內(nèi)白云母的40Ar-39Ar法坪年齡125.01 ±0.58Ma和114.68 ±0.32Ma;楊柳坪銅鎳鉑族礦床的成礦元素的活化遷移及部分成礦發(fā)生于143～61Ma之間［21］;而新火山巖體精確厘定的成巖年齡為181.2±1.4Ma，而其所侵入的變質(zhì)核雜巖中的李伍銅鋅礦床的成礦年齡為 142.2 ～ 184Ma［22］，黑牛洞銅鋅礦床的成礦年齡為 136.43 ±0.77Ma［23］。

因此，新火山花崗巖與松潘-甘孜地體的一部分花崗巖形成的時(shí)間具有一致性，而與巖體形成相關(guān)的各類礦產(chǎn)與巖體存在成巖成礦時(shí)差［6，20］，可能表明李伍銅鋅礦床和黑牛洞銅鋅礦床以及穹窿中的礦(化)點(diǎn)(柏香林、挖金溝、筍葉林、上海底)與新火山巖體有一定的成因聯(lián)系。

4.3 新火山花崗巖與松潘-甘孜造山運(yùn)動(dòng)的關(guān)系

從三疊紀(jì)末古特提斯洋和阿尼瑪卿洋封閉，到新特提斯洋閉合、喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)開(kāi)始的這段時(shí)期內(nèi)，松潘-甘孜造山帶經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)過(guò)程［1］。在三疊紀(jì)末，昌都-羌塘陸塊和昆侖陸塊分別與揚(yáng)子陸塊發(fā)生陸陸碰撞，造山帶主體發(fā)生自西向東和自北向南的雙向收縮，形成多層次逆沖-滑脫剪切帶，其產(chǎn)生的剪切熱致使地殼發(fā)生局部熔融，同時(shí)雙向會(huì)聚作用又使造山帶主體的巖石圈處于高度收縮的應(yīng)力狀態(tài)，從而造成大量的印支晚期至燕山早期地殼重熔型花崗巖侵位如甲基卡二云母花崗巖(198.9Ma)、猛古黑云母巖(206Ma)等同構(gòu)造花崗巖體以及一系列的熱隆伸展(如錦屏山逆沖推覆帶邊緣的踏卡、江浪、長(zhǎng)槍、恰斯、三埡變質(zhì)彎隆體，丹巴地區(qū)的公差、青杠林、大桑、格宗、春牛場(chǎng)等混合巖彎隆體)。此外，造山帶主體還發(fā)育廣泛的區(qū)域變質(zhì)作用(如丹巴地區(qū)的巴洛型變質(zhì)作用)。總體看來(lái)，在印支晚期-燕山期，造山帶主體的構(gòu)造和巖漿活動(dòng)劇烈［6，20］。

松潘-甘孜造山帶在經(jīng)歷了印支末期-燕山早期的劇烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)后，在152Ma左右地殼運(yùn)動(dòng)進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定發(fā)展的階段，為各種成礦作用的發(fā)生提供了必要條件［6］。

新火山巖體成巖時(shí)間的準(zhǔn)確厘定為181.2±1.4Ma，而非此前的131±5Ma。這明確了該巖體與江浪穹窿中的李伍銅鋅礦(142.2～184Ma)和黑牛洞銅鋅礦(136.43±0.77Ma)等形成時(shí)代上的先后順序，為將巖體與礦床的成因聯(lián)系在一起提供了一個(gè)基本的條件。如何確定兩者之間的關(guān)系，還需做進(jìn)一步的研究工作。

5 結(jié)論

(1)鋯石U-Pb年齡時(shí)代測(cè)試結(jié)果表明，新火山花崗巖的形成年齡為181.2±1.4Ma，其形成時(shí)代為早侏羅世。本次研究雖精確厘定了新火山花崗巖的年齡，但是否意味著其附近的幾個(gè)巖體均屬于早侏羅世，仍需做進(jìn)一步的地質(zhì)年代學(xué)研究。

(2)松潘-甘孜構(gòu)造帶燕山期花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)為印支晚期-燕山早期松潘-甘孜地區(qū)變質(zhì)核雜巖成穹事件的發(fā)生提供了基本條件，形成了大量的稀有金屬礦床及銅鉛鋅礦床。加強(qiáng)各礦床點(diǎn)的成礦時(shí)代研究可以更明晰松潘-甘孜燕山期巖漿活動(dòng)的時(shí)限及其與各類成礦作用的關(guān)系。

致謝:LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測(cè)定得到劉勇勝教授、胡兆初副研究員的幫助，鋯石CL照相得到中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)鄭署老師的幫助，審稿專家對(duì)論文給出了建設(shè)性的修改意見(jiàn)。在野外工作中得到里伍銅業(yè)股份有限公司程道前董事長(zhǎng)、王發(fā)清高級(jí)工程師、唐高林工程師、鄧全琳主任等相關(guān)地質(zhì)人員的大力支持和協(xié)助，在此一并致謝。

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