閩中裂谷帶梅仙鉛鋅礦區(qū)花崗斑巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡、成因及成礦效應(yīng)

孫洪濤，王秋玲，雷如雄，陳世忠，陳 剛，吳昌志

1.南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210093 2.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，南京 210007 3.長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，西安 710054 4.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京 210016

閩中裂谷帶梅仙鉛鋅礦區(qū)花崗斑巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡、成因及成礦效應(yīng)

孫洪濤1, 2，王秋玲1,2，雷如雄3，陳世忠4，陳 剛4，吳昌志1

1.南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210093 2.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，南京 210007 3.長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，西安 710054 4.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京 210016

福建梅仙鉛鋅(銀)礦床位于閩中裂谷帶，是一大型多金屬VMS型塊狀硫化物礦床。在詳細(xì)野外地質(zhì)考察基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)梅仙鉛鋅(銀)礦區(qū)花崗斑巖2個(gè)樣品的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)研究，確定其為燕山期花崗斑巖((148.9±1.4)Ma，(152.0±2.1) Ma)。全巖地球化學(xué)分析結(jié)果表明：所研究花崗斑巖具有高硅、富鉀、中等含量的鋁和全堿以及弱過(guò)鋁質(zhì)等特征。其稀土元素配分曲線普遍向右緩傾，且重稀土元素分配曲線比較平坦，富集大離子親石元素和高強(qiáng)場(chǎng)元素，不具明顯的Nb、Ta虧損，是產(chǎn)于碰撞后構(gòu)造背景之下的高鉀鈣堿性I型花崗巖，其母巖漿形成后發(fā)生了角閃石、黑云母和斜長(zhǎng)石等礦物高程度的的結(jié)晶分異作用。梅仙礦區(qū)花崗斑巖在空間上與鉛鋅硫化物礦體和賦礦層位關(guān)系密切，巖漿富含揮發(fā)分和大離子親石元素，分異程度高，表明該燕山中期巖漿活動(dòng)有利于礦區(qū)矽卡巖化成礦作用，并可對(duì)早期層控塊狀硫化物礦體進(jìn)行強(qiáng)烈的疊加改造。

鋯石U-Pb年代學(xué)；地球化學(xué)；燕山期花崗斑巖；梅仙鉛鋅礦；成礦效應(yīng)

0 前言

福建梅仙鉛鋅(銀)礦床位于閩中裂谷帶南段，是一大型多金屬火山巖容礦的塊狀硫化物礦床(volcanogenic massive sulfide deposit，VMS型)。該礦床發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)50年代，并于近年來(lái)取得找礦工作的重大進(jìn)展和突破，陸續(xù)在礦區(qū)附近發(fā)現(xiàn)諸多重要的鉛鋅(銀)產(chǎn)地，使閩中裂谷帶成為具有很大找礦前景的鉛鋅(銀)多金屬成礦帶[1-4]。因此，對(duì)于梅仙鉛鋅(銀)礦床的研究不僅具有理論意義，更能帶來(lái)重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。該礦床自發(fā)現(xiàn)以來(lái)，一直備受地質(zhì)學(xué)界的關(guān)注，許多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了包括礦床地質(zhì)、礦物學(xué)、賦礦變質(zhì)巖巖石學(xué)、成礦物質(zhì)來(lái)源以及礦床成因等方面的研究和探討，并取得了可觀的研究進(jìn)展[1-2, 4-11]。前人的研究發(fā)現(xiàn)，梅仙鉛鋅礦床產(chǎn)于元古宇變質(zhì)雙峰式火山巖系內(nèi)，是與裂谷火山活動(dòng)有關(guān)的塊狀硫化物礦床，并經(jīng)后期熱液疊加改造[2]。但是由于缺乏高精度同位素年齡和地球化學(xué)等數(shù)據(jù)，目前對(duì)于礦區(qū)內(nèi)花崗質(zhì)巖石的形成時(shí)代、成巖作用以及與成礦作用的關(guān)系還缺乏有效約束，更沒有關(guān)于后期熱液疊加改造時(shí)間和過(guò)程的詳細(xì)研究。

筆者在對(duì)梅仙鉛鋅(銀)礦區(qū)詳細(xì)野外地質(zhì)考察基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)梅仙鉛鋅(銀)礦區(qū)與成礦關(guān)系密切的花崗斑巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)、巖相學(xué)、地球化學(xué)等多方面研究，試圖探討該礦區(qū)花崗質(zhì)巖石的成巖作用及其與鉛鋅(銀)多金屬成礦作用的相關(guān)性，同時(shí)為闡明研究區(qū)的大地構(gòu)造背景、構(gòu)造演化提供新的資料。

1 區(qū)域及礦區(qū)和礦床地質(zhì)

閩中裂谷帶地處歐亞大陸東南緣的華南大陸東部福建省中部，大地構(gòu)造分區(qū)屬古華夏構(gòu)造域，經(jīng)歷了華夏古陸的形成與裂解、揚(yáng)子與華夏板塊的碰撞拼合、太平洋板塊與歐亞大陸板塊的相互作用(圖1)。閩中地區(qū)分為3個(gè)不同時(shí)代的構(gòu)造單元，即政和-南平晉寧期裂陷槽、尤溪-大田一帶晚古生代坳陷區(qū)(又稱永梅坳陷帶)、屏南-德化中生代火山斷坳帶。區(qū)內(nèi)地層出露較廣，以元古宇最為廣泛。古元古代麻源群為一套陸源碎屑沉積巖夾少量碳酸鹽巖及中-基性火山巖的深變質(zhì)(角閃巖相)巖系。中-新元古代馬面山群為一套高綠片巖相-低角閃巖相的火山-沉積巖系，呈“天窗”出露于大范圍分布的侏羅系長(zhǎng)林組中，是梅仙式鉛鋅多金屬礦床的重要容礦地層，巖性以變粒巖、片巖為主，夾條帶狀透輝石石英巖、薄層大理巖等。前人研究表明：馬面山群變質(zhì)火山巖主要形成于大陸裂谷環(huán)境拉斑系列為主的雙峰式火山巖；大嶺組原巖夾有基性、酸性“雙峰式”火山巖[4, 12-13]。晚古生代地層零星出露于裂谷帶的南部，中、新生界局限于零星散布并呈帶狀分布。區(qū)內(nèi)燕山期花崗質(zhì)巖漿侵入活動(dòng)強(qiáng)烈。

1.江南古陸; 2.閩中裂谷帶; 3.永梅坳陷帶; 4.斷裂; 5.推測(cè)斷裂。圖1 閩中裂谷區(qū)及鄰區(qū)大地構(gòu)造位置圖(據(jù)文獻(xiàn)[1]修編)Fig. 1 Sketch tectonic map of the central Fujian rift and its adjacent area (modified after reference[1])

梅仙鉛鋅礦區(qū)位于福建省尤溪縣城北約13 km處，行政區(qū)劃屬尤溪縣梅仙鎮(zhèn)管轄。礦區(qū)內(nèi)有丁家山、關(guān)兜、謝坑等鉛鋅礦床，地理坐標(biāo)為東經(jīng)118°12′02″-118°17′40″，北緯26°12′12″-26°17′07″，面積約35 km2。礦區(qū)出露地層主要為中-新元古代馬面山群變質(zhì)巖和中生代火山-碎屑沉積蓋層。梅仙式鉛鋅銀礦床主要賦存于中-新元古代馬面山群火山-沉積巖系中，層位控制顯著(圖2)。礦區(qū)褶皺和斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，斷裂構(gòu)造主要有NE、近EW和近SN向3組，以NE向?yàn)橹鱗2]。礦區(qū)內(nèi)燕山期中酸性巖漿侵入活動(dòng)比較強(qiáng)烈，以呈NE向延伸的巖兜-關(guān)兜鉛鋅硫化物礦化帶為邊界，在其南東側(cè)和北西側(cè)分別出露，總體呈NE向延伸的帶狀或串珠狀產(chǎn)出。

根據(jù)礦體的產(chǎn)狀和分布特征，可將礦體分為兩類：一類為嚴(yán)格受層位控制的層狀礦體，另一類為接觸交代型礦體。

層狀礦體主要賦存于龍北溪組上段石榴子石綠簾石透輝石巖夾大理巖地層中。該類礦體數(shù)量多，規(guī)模大，為主要的礦體類型。礦體主要呈似層狀，但礦化富集程度較高的礦體則主要呈透鏡狀、豆莢狀(如Ⅲ-1號(hào)礦體)、部分小礦體呈囊狀或巢狀(圖3)。該類型礦體均屬中到大型規(guī)模。進(jìn)一步按走向和傾向分別考察，則單個(gè)主礦體走向延伸規(guī)模均明顯大于其傾向延伸規(guī)模，如Ⅲ-1、Ⅲ-2號(hào)礦體，其走向可達(dá)大型規(guī)模(>800 m)，但傾向只達(dá)中型規(guī)模(200～500 m)。不同礦床的礦體產(chǎn)狀不一，即使是同一礦床，礦體的產(chǎn)狀變化也較大。一般礦層多且穩(wěn)定，礦體規(guī)模大、延伸長(zhǎng)、礦石品位較高。丁家山礦床的主礦體長(zhǎng)450～1 800 m，延深210～420 m，厚度1.29～25.77 m(圖3)， Pb、Zn、Ag平均品位分別為0. 96%、4.21%和40.88×10-6，富礦品位Pb+Zn可大于20%，Ag品位變化大，部分可構(gòu)成工業(yè)礦體。

接觸交代型礦體規(guī)模為僅次于層狀礦體的礦化類型，規(guī)模相對(duì)較小，主要呈似層狀集中產(chǎn)出在震旦系龍北溪組上段中， “含礦層”頂、底板明顯可見穿層現(xiàn)象，單個(gè)礦體也具有明顯切層分布的特征(圖4a-d)。

主要的礦石礦物有磁黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦、黃銅礦、磁鐵礦、黝銅礦及銀礦物等；脈石礦物主要為透輝石、綠簾石、陽(yáng)起石、綠泥石、石英、長(zhǎng)石、方解石、磷灰石、石榴子石等。礦石呈塊狀、條帶狀，亦見細(xì)脈狀、斑點(diǎn)-斑雜狀構(gòu)造、浸染狀和團(tuán)塊狀構(gòu)造。主要礦石結(jié)構(gòu)為半自形-他形微細(xì)粒結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、交代包裹結(jié)構(gòu)、固溶體分離乳濁結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)等。礦床圍巖蝕變普遍，主要為綠簾石化、透輝石化、陽(yáng)起石化、綠泥石化、絹云母化、硅化、碳酸鹽化等。其中，透輝石化、綠簾石化、硅化和碳酸鹽化與成礦關(guān)系最密切。

1.第四系; 2.侏羅系火山巖; 3.石英斑巖; 4.花崗斑巖; 5.大嶺組; 6.龍北溪組中段; 7.龍北溪組上段; 8.礦段范圍; 9.礦體; 10.斷層。圖2 梅仙礦區(qū)地質(zhì)平面圖[2]Fig. 2 Simplified geological map of the Meixian ore deposit[2]

1.上侏羅統(tǒng)長(zhǎng)林組；2.龍北溪組上段；3.龍北溪組中段；4.第四紀(jì)堆積物；5.礦體及編號(hào)；6.勘探線；7.不整合面；8鉆孔位置及編號(hào)。圖3 梅仙鉛鋅礦丁家山礦段勘探線縱剖面圖(據(jù)文獻(xiàn)[2]修編)Fig. 3 Cross-section map of the Dingjiashan section in the Meixian ore deposit (modified after reference[2])

2 巖體地質(zhì)和巖相學(xué)

研究區(qū)內(nèi)的花崗巖體在西側(cè)侏羅系中呈北東向串珠狀產(chǎn)出，規(guī)模較大，風(fēng)化程度低。野外調(diào)查可見巖體與圍巖接觸界面上見有硫化物礦化和蝕變現(xiàn)象。本次研究以研究區(qū)西側(cè)丁家山礦段地表出露的侵入于層狀礦體的花崗斑巖巖株(圖4e)和東側(cè)寨頭礦段與矽卡巖有關(guān)的花崗斑巖(圖4f)為主要研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行較系統(tǒng)的年代學(xué)和地質(zhì)地球化學(xué)研究。西側(cè)丁家山礦段地表花崗斑巖巖株受較強(qiáng)的地表風(fēng)化作用而呈黃褐色(圖4e)，而東側(cè)寨頭礦段花崗斑巖為坑道所揭露，樣品相對(duì)新鮮，局部可見閃長(zhǎng)質(zhì)包體(圖4f)。

花崗斑巖呈淺灰色，塊狀構(gòu)造，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為石英(30%)、斜長(zhǎng)石(20%)、鉀長(zhǎng)石(40%)、黑云母(6%)和少量角閃石(3%)，基質(zhì)主要為鉀長(zhǎng)石(45%)、石英(35%)和斜長(zhǎng)石(15%)，副礦物為榍石、磷石、鐵氧化物和少量鋯石。

3 分析測(cè)試方法

鋯石分離在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成。首先將樣品粉碎后經(jīng)常規(guī)的電磁分選和重力分選；然后在雙目鏡下仔細(xì)挑選透明、無(wú)裂隙和無(wú)包裹體之鋯石粘在雙面膠上；再將其用環(huán)氧樹脂膠住，待環(huán)氧樹脂充分固化后拋光至鋯石露出核部。對(duì)拋光后的鋯石進(jìn)行透射光和反射光顯微照相以及陰極發(fā)光圖像分析，以觀察研究鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和選定最佳的鋯石顆粒進(jìn)行LA-ICP-MS測(cè)年。

陰極發(fā)光圖像在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，采用安裝有Mono CL3+型(Gatan，U.S.A.)陰極熒光探頭的掃描電鏡(Quanta 400FEG)進(jìn)行。單顆粒鋯石LA-ICP-MS定年在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。實(shí)驗(yàn)用Agilent 7500a型ICP-MS，激光剝蝕系統(tǒng)為New Wave UP213。工作參數(shù)為：等離子氣體Ar16 L/min，輔助氣體Ar 1 L/min，剝蝕物質(zhì)載氣He 0.9～1.2 L/min。激光脈沖頻率5 Hz，寬度5 ns，剝蝕孔徑35 μm，剝蝕時(shí)間80 s，背景測(cè)量時(shí)間40 s，脈沖能量為10～20 J/cm。實(shí)驗(yàn)原理和詳細(xì)測(cè)試方法參見文獻(xiàn)[14]。樣品的同位素比值及元素含量計(jì)算采用 GLITTER(ver 4.0，Macquarie University)程序，普通鉛校正采用Andersen[15]的方法進(jìn)行，年齡及諧和圖的的繪制采用Isoplot3.0[16]軟件完成。

全巖地球化學(xué)樣品先經(jīng)詳細(xì)的巖相學(xué)觀察，挑選未蝕變的新鮮樣品，將其細(xì)碎至200目以上后進(jìn)行主量和微量元素分析。全巖的氧化物和燒失量(LIO)由南京大學(xué)現(xiàn)代分析中心用螢光光譜儀(XRF)分析，分析精度優(yōu)于5%。微量元素由內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京大學(xué))采用Finnigan Element II型高分辨等離子質(zhì)譜(ICP-MS)完成，測(cè)試精度大部分優(yōu)于5%，總體優(yōu)于10%。詳細(xì)的分析流程參見文獻(xiàn)[17]。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

圖5 梅仙礦區(qū)花崗斑巖鋯石代表性CL圖像Fig. 5 Cathodoluminescence (CL) images of repre-sentative zircon grains from the porphyry granite in the Meixian deposit

2個(gè)鋯石樣品(mx20和mx24)均采自梅仙礦區(qū)花崗斑巖(26°14′20″N，118°13′16″E)，分選出的鋯石主要呈無(wú)色、淺褐色，透明-半透明，自形-半自形，棱柱狀，長(zhǎng)度為50～150 μm，長(zhǎng)寬比為1∶2～1∶4。陰極發(fā)光圖像具有清晰的振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖5)，結(jié)合其具有高的Th/U值(>0.4)，與變質(zhì)成因鋯石Th/U值(通常小于0.1)明顯不同,而與典型巖漿鋯石具高Th/U 值的特征一致[18-21]，表明研究鋯石均為巖漿成因。本文總共對(duì)花崗斑巖2個(gè)樣品中分選出的40顆鋯石進(jìn)行了LA-ICP-MS U-Pb年齡測(cè)定。測(cè)試結(jié)果如表 1所示。所得年齡均具有較高的諧和度，位于諧和線上或附近。樣品mx20共23個(gè)測(cè)點(diǎn),其中測(cè)點(diǎn)mx20-23的諧和度不好,數(shù)據(jù)沒有使用,其余22個(gè)測(cè)點(diǎn)諧和年齡給出的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(148.9±1.4)Ma (95%的可信度，MSWD=2.2，圖6a)；樣品mx24的18個(gè)測(cè)點(diǎn)諧和年齡給出的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(152.0 ±2.1) Ma(95%的可信度，MSWD=3.8，圖6b)。2個(gè)年齡在誤差范圍內(nèi)一致， 可以解釋為巖體形成的年齡， 表明梅仙礦區(qū)花崗斑巖形成于約150 Ma，為燕山中期花崗巖。

圖6 梅仙礦區(qū)花崗斑巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig. 6 U-Pb concordia diagram for zircon grains from the porphyry granite in the Meixian deposit

表1 梅仙礦區(qū)花崗斑巖鋯石U-Pb測(cè)年數(shù)據(jù)

Table 1 U-Pb dating results for zircons from the porphyry granite in the Meixian deposit

測(cè)點(diǎn)Th/U207Pb/206Pb比值1σ207Pb/235U比值1σ206Pb/238U比值1σ207Pb/206Pb年齡/Ma1σ207Pb/235U年齡/Ma1σ206Pb/238U年齡/Ma1σmx20-10．800．059060．001650．184590．004950．022670．000365693217241452mx20-20．740．051110．001270．160630．003870．022790．000342462915131452mx20-30．570．054950．001190．171390．003590．022620．000334102316131442mx20-40．480．052720．000890．165450．002770．022760．000323171715521452mx20-50．660．049490．004510．156910．013790．023020．00069171142148121474mx20-60．730．050070．001180．158860．003630．023010．000341982715031472mx20-70．660．048640．001370．161890．004400．024140．000371313615241542mx20-81．700．052900．001980．174900．006260．023980．000413255016451533mx20-90．720．064380．001550．209600．004850．023610．000367542519341502mx20-100．810．050140．000870．164260．002810．023760．000332011815421512mx20-110．890．058250．002730．187100．008370．023300．000455396417471483mx20-120．790．058460．001270．187620．003960．023280．000355472217531482mx20-131．270．065680．002290．219710．007430．024270．000417964320261553mx20-140．880．052530．000950．168580．003230．023280．000323092115831482mx20-150．940．052170．001060．171610．003680．023860．000352932416131522mx20-160．960．051360．000910．167460．003240．023650．000342572115731512mx20-171．800．067790．002160．213880．006790．022890．000398623819761462mx20-181．130．051490．001170．167230．003880．023560．000332632915731502mx20-190．880．050770．000940．165140．003270．023600．000332302215531502mx20-201．100．050320．002680．160900．008300．023200．000472108215171483mx20-210．770．051390．001780．163980．005570．023150．000372584915451482mx20-220．500．049190．001650．164320．005430．024240．000391574815451542mx20-231．210．071530．001490．246120．005370．024960．000379732222341592mx24-010．630．049240．000820．159580．003070．023510．000361592115031502mx24-020．770．050320．001530．179930．005550．025930．000442104116851653mx24-030．620．049230．001190．164850．004170．024290．000381593115541552mx24-040．820．055210．001100．178990．003920．023510．000374212416731502mx24-050．730．050300．001250．172540．004420．024880．000392093216241582mx24-060．690．049500．001180．166730．004160．024420．000391723015741562mx24-070．870．052800．001660．168350．005300．023130．000393204215851472mx24-080．730．051650．001620．173430．005490．024350．000412704216251553mx24-090．710．052920．001230．166570．004090．022830．000363252915641462mx24-100．650．049810．000860．174060．003350．025340．000371862116331612mx24-110．600．049970．002230．167080．007290．024240．000461946615761543mx24-120．790．052880．000870．173230．003290．023760．000353242016231512mx24-130．970．061140．001540．200700．005120．023810．000366443018641522mx24-140．620．050140．000980．162640．003460．023530．000352012415331502mx24-151．020．051430．001130．164810．003820．023240．000352602715531482mx24-160．880．050830．001140．166710．003980．023790．000372332815731522mx24-170．510．050100．000970．164410．003510．023810．000362002415531522mx24-180．820．051560．001170．167780．003950．023610．000352662815731502

注：mx20為采自丁家山礦段的樣品；mx24為采自寨頭礦段的樣品。

4.2 全巖地球化學(xué)特征

梅仙礦區(qū)花崗斑巖的主量元素和微量元素?cái)?shù)據(jù)分析結(jié)果列于表2。由分析數(shù)據(jù)可見，梅仙礦區(qū)花崗斑巖具有高的硅含量(w(SiO2)為72.28%～74.27%)和鉀含量(w(K2O)為4.63%～5.02%)，中等的鋁含量(w(Al2O3)為12.57%～13.66%)和全堿含量(7.82%～8.11%)，而有較低含量的鈦、鐵、錳、鎂等。巖石的分異指數(shù)DI為87.20～90.90，說(shuō)明巖體經(jīng)歷了較高程度的分異演化。巖石的K2O/Na2O為1.33～1.65，鋁飽和指數(shù)ASI為1.02～1.10。主量元素特征指示巖石為弱過(guò)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性花崗巖，在w(SiO2)-w(K2O)圖解中，所有的樣品也均落入高鉀鈣堿性巖石區(qū)域(圖7)。

圖7 梅仙礦區(qū)花崗斑巖w(SiO2)-w(K2O)圖解Fig. 7 w(SiO2)-w(K2O) gram of the porphyry granite in the Meixian deposit

梅仙礦區(qū)花崗斑巖的稀土總量(w(∑REE))為(126.8～186.3)×10-6，(La/Yb)N值為1.64～6.84，(La/Sm)N值為3.48～4.04，表明輕稀土相對(duì)富集，輕重稀土分異明顯，而重稀土分異不明顯。Eu負(fù)異常明顯(Eu/Eu*=0.38～0.74)，表明巖石可能經(jīng)歷了斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶或源區(qū)存在斜長(zhǎng)石殘留。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖(圖8a)上，樣品總體呈現(xiàn)較明顯的右傾型分配型式(除了樣品mx22)，明顯不同于典型S型花崗巖常表現(xiàn)出的“海鷗型”稀土配分型式[22]。微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖示于圖8b。由表2和圖8b 可知，梅仙礦區(qū)花崗斑巖總體上富集大離子親石元素(Rb、Th等)、輕稀土元素(La、Ce、Nd等)以及高場(chǎng)強(qiáng)元素(Zr、Hf等)，而虧損Ba、Sr、Ti等，明顯不同于典型島弧巖漿巖大離子親石元素富集、高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta等強(qiáng)烈虧損的特征[25]。

表2 梅仙礦區(qū)花崗斑巖主量元素和微量元素分析數(shù)據(jù)

Table 2 Major elements and trace elements analysis results of the porphyry granite in the Meixian deposit

mx17mx18mx19mx21mx22mx23SiO274．1974．2773．7572．9672．2873．15Al2O312．6612．5712．7813．1813．6613．35Fe2O31．391．301．511．741．901．68CaO0．760．580．731．281．381．32MgO0．370．380．380．480．500．51Na2O3．133．073．093．223．053．48K2O4．694．944．804．735．024．63TiO20．180．180．220．200．210．22MnO0．030．030．030．070．080．08P2O50．020．020．030．030．040．04燒失量1．161．091．221．571．921．24合計(jì)98．6298．4798．5899．52100．199．77ASI1．091．101．101．031．051．02Ba333．00350．00332．00466．00455．00499．00Ce54．4055．7056．1052．6055．7059．20Cr10．0010．0010．0010．0020．0020．00Cs2．822．862．994．505．113．15Dy4．793．603．674．0114．954．21Er3．072．322．272．559．942．67Eu0．570．540．580．632．750．67Ga14．7014．1015．0015．2016．6016．00Gd4．223．413．633．8220．103．96Hf4．503．603．903．704．004．00Ho1．040．770．770．873．240．90La26．9028．2027．6026．1028．4030．30Lu0．570．440．420．461．860．49Nb22．7020．0021．6018．6020．1018．90Nd21．9021．7022．0020．9022．2023．10Pr6．496．556．526．186．516．79Rb258．00277．00267．00211．00225．00225．00Sm4．864．394．414．574．564．77Sn3．002．004．003．004．003．00Sr89．0074．8084．9089．7095．70120．50Ta3．502．104．202．003．401．90Tb0．740．590．600．642．690．67Th26．9030．8032．9025．0099．2027．80Tl1．101．101．201．204．701．30Tm0．520．390．370．431．700．44

表2(續(xù))

注：mx17-mx19為采自丁家山礦段的樣品；mx21-mx23為采自寨頭礦段的樣品。主量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)單位為%；微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)單位為10-6。

球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)值據(jù)文獻(xiàn)[23]；原始地幔標(biāo)準(zhǔn)值據(jù)文獻(xiàn)[24]。圖8 梅仙礦區(qū)花崗斑巖稀土球粒隕石配分曲線(a)和微量元素蛛網(wǎng)圖(b)Fig. 8 Chondrite-normalised REE distribution pattern and the primitive mantle normalized spidergram of the porphyry granite in the Meixian deposit

5 討論

5.1 巖體成因和構(gòu)造背景

研究的巖石具有高硅、高鉀、相對(duì)中等含量的鋁和全堿以及弱過(guò)鋁質(zhì)等主量元素特征，結(jié)合其發(fā)育角閃石等礦物學(xué)證據(jù)，表明梅仙礦區(qū)花崗斑巖為高鉀鈣堿性I型花崗巖。巖體的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線普遍向右緩傾，且重稀土元素分配曲線比較平坦，不同于典型S型花崗巖的稀土配分特征。微量元素方面，梅仙礦區(qū)花崗斑巖總體上富集大離子親石元素(Rb、Th等)、輕稀土元素(La、Ce、Nd等)以及高場(chǎng)強(qiáng)元素(Zr、Hf等)，而虧損Ba、Sr、Ti等，明顯不同于典型的島弧巖漿巖大離子親石元素富集、高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Ta等)強(qiáng)烈虧損的特征。同時(shí)其10 000Ga/Al值以及Zr、Nb、Ce、Y 等高場(chǎng)強(qiáng)元素含量均低于典型的A 型花崗巖，在(Zr+Nb+Ce+Y)-10 000Ga/Al關(guān)系圖(圖略)上，樣品點(diǎn)均未落入A型花崗巖區(qū)域，而是主要落在分異的I 型花崗巖區(qū)，表明梅仙礦區(qū)花崗斑巖為分異的I型花崗巖[26]。

圖9 梅仙礦區(qū)花崗斑巖Harker圖解Fig. 9 Harker plots of the porphyry granite in the Meixian deposit

研究的巖石Rb/Sr值(1.87～3.70)均高于中國(guó)東部地殼的平均值(0.2[27])，巖石的Nd/Th值(0.2～0.7)和Nb/Ta值(5.9～9.9)與殼源巖石相當(dāng)(Nd/Th≈3；Nb/Ta≈12[28])，而明顯低于幔源巖石(Nd/Th>15； Nb/Ta≈22[28])；巖石的Ti/Zr值(7.9～11.4)和Ti/Y值(34.6～57.8)也都分別落入陸殼源巖石的Ti/Zr值范圍(Ti/Zr<30[29])和Ti/Y值范圍(Ti/Y<200[29])，指示梅仙礦區(qū)花崗斑巖為殼源巖石。在Harker圖解(圖9)上，隨著硅含量的增高，主量元素Fe、Al、P等以及微量元素Sr、Ga、Eu等明顯呈降低趨勢(shì)，暗示成巖過(guò)程中經(jīng)歷了這些元素主要載體礦物(如斜長(zhǎng)石等)的結(jié)晶分離。斜長(zhǎng)石的分離也一致于稀土元素特征及Eu的負(fù)異常。在微量元素Rb，Hf和Ta的構(gòu)造判別圖(圖 10)上，研究樣品均落入同碰撞/碰撞后構(gòu)造區(qū)域內(nèi)。

綜合上述討論，筆者認(rèn)為梅仙礦區(qū)花崗斑巖的母巖漿為形成于碰撞后背景之下的高鉀鈣堿性I型花崗巖漿，其母巖漿形成后發(fā)生了角閃石、黑云母和斜長(zhǎng)石等礦物高程度的結(jié)晶分異作用，并形成高分異I型花崗巖[31]。

圖10 梅仙礦區(qū)花崗斑巖構(gòu)造判別圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[30])Fig. 10 Rb/30-Hf-3Ta discrimination diagram of the porphyry granite in the Meixian deposit (base map modified after reference[30])

5.2 梅仙礦區(qū)花崗斑巖與成礦的關(guān)系

梅仙礦區(qū)花崗斑巖具有很高的分異程度，揮發(fā)分含量豐富，有利于對(duì)富含Pb-Zn的礦源層或賦礦地層進(jìn)行熱液交代和改造，促進(jìn)成礦元素的活化轉(zhuǎn)移和再富集[32]。礦區(qū)礦體與圍巖接觸帶上廣泛發(fā)育的矽卡巖化(圖4a,b)便是花崗斑巖對(duì)已有層控礦體熱液疊加改造的直接證據(jù)。此外，巖體邊部廣泛發(fā)育綠簾石化、綠泥石化、絹云母化及黏土化等蝕變，局部巖體中具有輝鉬礦化，并可出現(xiàn)結(jié)晶粗大的鉛鋅硫化物富礦體(圖4c, d)，更加確定了花崗巖體的含礦性及巖體與梅仙鉛鋅礦成礦的緊密聯(lián)系。

野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，梅仙礦田中巖漿侵入活動(dòng)強(qiáng)烈，常出現(xiàn)石英斑巖、花崗斑巖等巖脈或巖體，局部地段在花崗斑巖脈附近的層狀鉛鋅礦體中見及疊加矽卡巖化和相關(guān)的銅礦化、沿?cái)嗔押土严冻涮蠲}狀鉛鋅礦化以及鉛鋅礦脈交代大理巖等現(xiàn)象。同時(shí)，本文研究的礦區(qū)燕山中期花崗斑巖空間上與鉛鋅礦體伴生，局部亦見礦化的花崗斑巖脈，且花崗斑巖脈出現(xiàn)地段一般后期斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈，礦石礦物粒度顯著變粗，礦石品位變富。這也表明燕山期巖漿侵入活動(dòng)對(duì)早期海底火山噴發(fā)沉積的礦源層產(chǎn)生強(qiáng)烈的巖漿-熱液疊加和改造作用，造成礦質(zhì)再富集。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)梅仙鉛鋅礦區(qū)與層控鉛鋅礦體和矽卡巖型鉛鋅礦體空間關(guān)系密切的花崗斑巖的鋯石U-Pb定年和全巖主量元素和微量元素的分析，得出以下結(jié)論：

1)梅仙鉛鋅礦區(qū)存在與花崗斑巖侵入有關(guān)的矽卡巖成礦作用及對(duì)早期層控塊狀硫化物礦體的疊加改造作用。

2)礦區(qū)花崗斑巖屬產(chǎn)于碰撞后背景下的高鉀鈣堿性I型花崗巖，并經(jīng)歷了高程度的分異演化過(guò)程。

3)花崗斑巖的矽卡巖化和對(duì)早期礦層的疊加改造作用發(fā)生于燕山中期，約150 Ma。

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本刊編輯部

2014年3月

LA-ICP-MS Zircon U-Pb Age, Petrogenesis and Metallogenic Effect for Porphyry Granites from the Meixian Pb-Zn Deposit in the Central Fujian Rift, Southeast China

Sun Hongtao1,2， Wang Qiuling1,2, Lei Ruxiong3, Chen Shizhong4, Chen Gang4, Wu Changzhi1

1.SchoolofEarthSciencesandEngineering,NanjingUniversity,Nanjing210093,China2.EastChinaMineralExplorationandDevelopmentBureau，Nanjing210007,China3.SchoolofEarthScience&Resources,Chang’anUniversity,Xi’an710054,China4.NanjingInstituteofGeologyandMineralResources,ChinaGeologicalSurvey,Nanjing210016,China

Located in the Central Fujian Rift, the Meixian Pb-Zn deposit is a large volcanogenic massive sulfide Pb-Zn (-Ag) deposit. Based on a detailed field study, the authors identify Yanshanian porphyry granite (148.9±1.4 Ma, 152.0±2.1 Ma) in the Meixian deposit by LA-ICP-MS zircon U-Pb dating. Geochemical analyses show the porphyry granites have high SiO2and potassium abundances, moderate Al2O3, alkaline contents, and weak peraluminous. Chondrite-normalized REE distribution pattern display right skewed shapes showing fractionation between LREE and HREE with flat HREE pattern. These granites are enriched in large ion lithophile elements (LILEs) and high field strength elements(HFSEs) without obvious depletion in Nb-Ta, indicating that they were high-potassium calc-alkaline I-type granite formed in post-collision environment. Their parental magma were experienced strongly fractional crystallization of amphibole, biotite, plagioclase and some other accessory minerals. These porphyry granites are spatially associated with lead-zinc bodies, their magma are enriched in volatile component, large ion lithophile elements and have underwent high degree differentiation by fractional crystallization, indicating the Later Jurassic magmatism in the study area is very favorable for the skarn mineralization and extensively superimposed and reformed the earlier stage massive sulfur lead-zinc ore bodies.

zircon U-Pb dating; geochemistry; Yanshanian porphyry granite; Meixian Pb-Zn deposit; metallogenic effect

10.13278/j.cnki.jjuese.201402111.

2013-08-21

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41272098)

孫洪濤(1974-)，男，工程師，主要從事礦床學(xué)方面研究，E-mail:sun197405@sina.cn。

10.13278/j.cnki.jjuese.201402111

P618.51

A

孫洪濤，王秋玲，雷如雄,等.閩中裂谷帶梅仙鉛鋅礦區(qū)花崗斑巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡、成因及成礦效應(yīng).吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2014,44(2):527-539.

Sun Hongtao， Wang Qiuling, Lei Ruxiong,et al.LA-ICP-MS Zircon U-Pb Age, Petrogenesis and Metallogenic Effect for Porphyry Granites from the Meixian Pb-Zn Deposit in the Central Fujian Rift, Southeast China.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2014,44(2):527-539.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201402111.