吉林延邊鬧枝金礦區(qū)粗面安山巖鋯石U-Pb年代學、地球化學特征及其構造意義

劉金龍，孫豐月，林博磊，王 冠，許慶林，奧 琮

吉林大學地球科學學院，長春 130061

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吉林延邊鬧枝金礦區(qū)粗面安山巖鋯石U-Pb年代學、地球化學特征及其構造意義

劉金龍，孫豐月，林博磊，王 冠，許慶林，奧 琮

吉林大學地球科學學院，長春 130061

對延邊鬧枝金礦區(qū)金溝嶺組粗面安山巖進行了鋯石LA-ICP-MS U-Pb年代學和地球化學特征的研究，結果表明：金溝嶺組粗面安山巖中的鋯石自形程度較好，主要為長柱狀，具有較為清晰的韻律環(huán)帶結構，Th/U值為0.43～0.71(>0.40)，表明鋯石巖漿成因；鋯石定年結果顯示，金溝嶺組粗面安山巖形成時代為早白堊世((130±2)Ma，MSWD=1.8)；巖石屬于鈣堿性系列，明顯富集大離子親石元素(如K、Ba、Rb)、LREE和強不相容元素(如Th、U)，相對虧損高場強元素(如Ta、Nb、Ti、P)，高Mg#值(43～52，平均為47)，Na2O/K2O值為1.73～2.25，平均值為1.93(>1.17)，其地球化學特征與活動大陸邊緣背景下形成的火成巖相似。結合巖石Nb/Ta值(14.40～14.72)、Rb/Sr值(0.10～0.18)、Th/Nb值(0.29～1.04)、Ba/La值(17.61～23.92)等特征值，認為巖漿由殼?；旌隙?。綜合前人研究成果，認為金溝嶺組粗面安山巖形成于古太平洋(伊澤奈崎)板塊斜向俯沖亞洲大陸的活動陸緣環(huán)境。

鋯石U-Pb年齡；地球化學；金溝嶺組；粗面安山巖；活動大陸邊緣；鬧枝金礦

0 引言

延邊地區(qū)位于興蒙造山帶東段，隸屬于中亞造山帶，處于古亞洲構造域和環(huán)太平洋構造域的交匯處[1]。研究區(qū)前中生代時期主要受西伯利亞板塊與華北板塊相互作用的影響，經歷了古亞洲洋消減、兩大板塊陸緣相向增生而后最終拼接的演化歷史；中生代受到古太平洋板塊活動的強烈改造與疊加增生，構成環(huán)太平洋構造帶的重要組成部分，是一個大陸邊緣復合構造區(qū)[2-3]。中國東北部地區(qū)發(fā)育了規(guī)模宏大的由中生代火山巖構成的火山帶，是東亞大陸邊緣巨型火山巖帶的重要組成部分[4]。延邊地區(qū)火山活動強烈，與火山-巖漿活動有成因關系的金、銀、銅等多金屬礦床、礦化點有40余處，即著名的五鳳--小西南岔火山-巖漿期后低溫熱液型金多金屬成礦帶[5]。由此可見，該區(qū)中生代不同期次火山巖帶構造環(huán)境及動力學背景的研究顯得尤為重要。目前對于延邊鬧枝金礦區(qū)金溝嶺組火山巖年代仍存在爭議:在《吉林省區(qū)域地質志》中將其劃入晚侏羅世[6]；而吉林區(qū)測所通過K-Ar法測得安山巖年齡為134 Ma[7]。因此，筆者對延邊鬧枝金礦區(qū)金溝嶺組粗面安山巖進行了年代學及巖石地球化學的研究，旨在揭示其形成時代及構造背景。

1 地質背景及樣品描述

1.1 地質背景

研究區(qū)(圖1)出露地層主要為中侏羅--早白堊世火山巖。其中中侏羅世屯田營組火山巖僅零星分布于研究區(qū)東部，早白堊世金溝嶺組火山巖呈南北向狹長條帶狀分布于研究區(qū)東北部[10]。區(qū)內巖漿巖分布廣泛，依時代主要可以劃分為3期:海西期花崗閃長巖、印支早期二長花崗和燕山期花崗巖類[11]。海西期花崗閃長巖主要以大巖基形式產出，出露面積約占全區(qū)面積的1/2，其成巖時代為310 Ma。印支早期二長花崗巖主要分布于研究區(qū)東南部，呈小巖株形式產出，其形成時代為216 Ma 。燕山期花崗巖類主要巖石類型包括石英閃長巖、斜長花崗斑巖等，它們主要呈小巖株、巖枝等形式零散分布于研究區(qū)范圍[11]。除上述主要巖漿巖類型外，研究區(qū)還發(fā)育較多的燕山晚期閃長玢巖，其主要呈脈巖形式分布于花崗閃長巖大巖基內。

區(qū)內構造以斷裂為主，依走向主要分為北西--北北西、南北、東西及北東--北東東向等4組，它們控制了區(qū)內巖體、脈巖的空間產出與分布[11]。

1.第四系；2.金溝嶺組火山巖；3.屯田營組火山巖；4.燕山期花崗閃長斑巖；5.燕山期石英閃長巖；6.燕山期斜長花崗斑巖；7.燕山晚期閃長玢巖；8.印支早期二長花崗巖；9.海西早期花崗閃長巖；10.礦體；11.斷裂。圖1 延邊鬧枝金礦構造位置圖(a)[8]及礦區(qū)地質圖(b)[9]Fig.1 Geological sketch map of Naozhi gold deposit in Yanbian Region

1.2 樣品描述

本次分析測試樣品粗面安山巖均采自汪清縣鬧枝金礦區(qū)井下坑道以及鉆井巖心內。巖石為斑狀結構，塊狀構造。斑晶主要為斜長石(20%)，粒度為0.3～0.5 mm；另外含有少量的黑云母(5%)及角閃石(<5%)，黑云母和角閃石偶爾可見綠泥石化、綠簾石化，角閃石可見菱形晶?；|具有玻基交織結構，主要由斜長石、堿性長石和火山玻璃組成(圖2a、b)。

a.粗面安山巖(+)； b.粗面安山巖(-)。Hb.角閃石； Pl.斜長石。圖2 研究區(qū)粗面安山巖鏡下照片F(xiàn)ig.2 Microphotographs of trachyandensite rocks

2 分析方法

2.1 巖石地球化學測試

本次實驗主量及微量元素的分析測試在澳實分析檢測(廣州)有限公司完成。主量元素由荷蘭PANalytical生產的Axios儀器利用熔片X-射線熒光光譜法(XRF)測定，并采用等離子光譜和化學法測定進行相互檢測。微量元素和稀土元素采用美國Perkin Elmer公司生產的Elan9000型電感耦合等離子質譜儀(ICP-MS)測定。主量元素分析精度和準確度優(yōu)于5%，微量稀土元素分析精度和準確度優(yōu)于10%。

2.2 鋯石LA-ICP-MS年代學測試

鋯石挑選在河北省廊坊區(qū)域地質調查研究所實驗室利用標準重礦物分離技術分選完成。經過雙目鏡下仔細挑選，將不同特征的鋯石粘在雙面膠上，并用無色透明的環(huán)氧樹脂固定；待其固化之后，將表面拋光至鋯石中心。在測試前，通過反射光和CL圖像仔細研究鋯石的晶體形態(tài)與內部結構特征，以選擇最佳測試點。鋯石制靶、反射光、陰極發(fā)光以及鋯石U-Pb年齡測定和痕量元素分析均在西北大學大陸動力學國家重點實驗室進行。本次測試采用的激光剝蝕束斑直徑為32 μm，激光剝蝕樣品的深度為20～40 μm；實驗中采用He作為剝蝕物質的載氣。鋯石年齡采用國際標準鋯石91500作為外標，元素質量分數(shù)采用NIST SRM610作為外標，29Si作為內標元素(鋯石中SiO2的質量分數(shù)為32.8%[12])，分析方法見文獻[13]；普通鉛校正采用Anderson推薦的方法[14]；樣品的同位素比值及元素質量分數(shù)計算采用ICP-MS-DATECAL程序[15-16]，年齡計算及諧和圖的繪制采用Isoplot程序[17]。

3 分析結果

3.1 地球化學特征

3.1.1 主量元素

巖石分析結果及特征值見表1。粗面安山巖w(SiO2)為54.72%～59.87%，平均值為57.14%。w(Na2O)和w(K2O)分別為4.14%～4.78%、2.12%～2.63%，平均值分別為4.53%、2.36%；全堿質量分數(shù)ALK=6.53%～7.26%，平均值為6.89%；鋁飽和指數(shù)A/CNK為0.89～1.04，平均值為0.94。

底圖據(jù)文獻[18]。圖3 巖石硅-堿圖解Fig.3 Sehematic alkali-silica diagram of the rocks

底圖據(jù)文獻[19]。圖4 巖石的AFM圖解Fig.4 AFM diagram of the rocks

所有巖石樣品在硅-堿圖解(圖3)中大部分落入亞堿性范圍，在AFM圖解(圖4)中全部為鈣堿性系列。巖石具有較高的MgO、CaO質量分數(shù)，w(MgO)為2.18%～3.80%，平均為2.87%；w(CaO)為3.36%～5.35%，平均為4.67%。巖石高Mg#值(43～52，平均為47)，Na2O/K2O的值為1.73～2.25，平均值為1.93(>1.17)，認為巖石與產自島弧環(huán)境的高鎂安山巖類似[20]。

3.1.2 微量元素

球粒隕石數(shù)據(jù)據(jù)文獻[21]，原始地幔數(shù)據(jù)據(jù)文獻[22]。圖5 巖石稀土元素球粒隕石標準化配分圖解(a)和微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(b) Fig.5 Chondrte-normalized REE patterns of the rocks(a)and Primitive mantle-normalized trace element spider diagams of the rocks(b)

巖石稀土總量w(ΣREE)為(109.50～185.54)×10-6，平均為146.60×10-6，(La/Yb)N為9.09～15.54，LREE/HREE=8.75～13.16，δEu為0.87～0.99。巖石配分曲線為明顯右傾，稀土配分模式高度分異，LREE強烈富集和HREE極度虧損，輕重稀土元素分餾明顯(圖5a)?？傮w而言，巖石具有弱負銪異常，暗示了巖漿演化早期有少量斜長石分離結晶或巖漿源區(qū)有少量斜長石殘留。高SiO2與低SiO2樣品Eu異常相似，表明地殼混染過程不是控制巖漿REE演化的主要途徑。

巖石原始地幔標準化痕量元素蛛網(wǎng)圖(圖5b)顯示，其痕量元素的配分模式近似一致，相對于原始地幔，微量元素也表現(xiàn)出了富集大離子親石元素(如K、Ba、Rb)和活潑不相容元素(如Th、U)，相對虧損高場強元素(如Nb、Ta、P、Ti)，Ta、Nb和Ti具有“TNT”負異常。Ti和P的虧損可能受到磷灰石和鈦鐵礦分離結晶的影響，或者巖漿有來源于古老的弧源地殼的成分[23]。

3.2 鋯石LA-ICP-MS年代學

粗面安山巖鋯石主要為長柱狀，自形程度較好，少數(shù)為粒狀及不規(guī)則狀，部分呈斷頭晶。多數(shù)鋯石具有較為清晰的韻律環(huán)帶結構，具有巖漿鋯石的特征(圖6)。10個分析點測試結果較為集中(表2)：w(U)為(50～1 590)×10-6，w(Th)為(30～1 007)×10-6。Th/ U值為0.43～0.71，平均值為0.55，符合巖漿鋯石Th/ U值>0.40的特征[24]。計算得出206Pb/238U數(shù)據(jù)的加權平均年齡為(130±2)Ma，MSWD=1.8(圖7)，說明粗面安山巖形成時代為早白堊世。除此之外，還有8個數(shù)據(jù)點比較分散沒參與計算，年齡為156～1 341 Ma，推測為捕獲或者繼承鋯石，證明在其成巖過程中，可能還存在地殼物質的混染。

4 討論

4.1 巖漿源區(qū)和巖石成因

本次測試所有粗面安山巖樣品的主量元素CaO、MgO、Fe2O3、TiO2、K2O和SiO2質量分數(shù)呈負相關，而Na2O與SiO2質量分數(shù)呈正相關，具有同源巖漿演化趨勢一致的特征。巖石Mg#值為43～52，平均為47，表明它們由基性下地殼鐵鎂質巖石部分熔融的可能性很小,因為與下地殼部分熔融有關的巖漿產物的Mg#一般小于40[25]。巖石w(Cr)為(10～30)×10-6，平均為15×10-6，小于原始地幔w(Cr)(2 121×10-6)[26]和高鎂安山巖w(Cr)(一般大于100×10-6，高者可達770×10-6)[27]。因此，排除交代富集地幔部分熔融和來自消減帶板片部分熔融的熔體與地幔發(fā)生混合的可能[28]。

巖石顯示Ta、Nb和Ti具有“TNT”負異常，認為含有俯沖帶幔源巖石的成分[22]。結合巖石Nb/Ta值(14.40～14.72)介于地殼平均值8.3[29]和地幔平均值17.5[21]之間、Rb/Sr值(0.10～0.18)介于地幔值0.034和地殼值0.350[30]之間、Ba/La值(17.61～23.92)介于地殼平均值9.6和原始地幔平均值25之間[24]，認為巖漿由殼?；旌隙?。

圖6 研究區(qū)粗面安山巖部分典型鋯石陰極發(fā)光圖像Fig．6 CL images of zircons from the trachyandensite rocks

測點序號wB/10-6ThUTh/U同位素比值207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ年齡/Ma207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σNZ?N1?0188615900．560．050710．006980．135180．018180．019320．00059228243129161234NZ?N1?02781580．500．051960．003570．142880．009570．019940．0002828412813691272NZ?N1?032453900．630．050390．003630．137910．009650．019860．0003321312913191272NZ?N1?0488613880．640．050940．004420．140790．011890．020040．00040238155134111283NZ?N1?052896720．430．051540．002470．144180．006640．020290．000232658513761291NZ?N1?062766090．450．050550．004490．141790．012270．020330．00040220159135111303NZ?N1?0730500．590．052410．006580．147150．018020．020370．00059303222139161304NZ?N1?082143540．610．047900．001560．135890．004180．020580．00016945712941311NZ?N1?093017010．430．050840．009640．145070．027160．020680．00066234322138241324NZ?N1?10100714240．710．048130．003150．140140．008910．021110．0003110611413381352

圖7 研究區(qū)粗面安山巖U-Pb年齡諧和圖(a)和加權平均年齡圖(b)Fig.7 Zircon U-Pb concordia diagram (a) and weighted average ages diagram (b) from the trachyandensite rocks

巖石明顯富集大離子親石元素(K、Ba、Rb)、LREE和活潑的不相容元素(Th、U)，相對虧損高場強元素(如Nb、Ta、P、Ti),結合巖石鈣堿性和高Mg#值(39～52，平均為47)等特征，認為本套巖石與島弧或活動大陸邊緣弧巖漿類似[31-32]。

4.2 構造背景

底圖據(jù)文獻[33]。圖8 巖石MgO-TFeO-Al2O3判別圖解Fig.8 MgO-TFeO-Al2O3 diagram

底圖據(jù)文獻[34]。圖9 巖石Th-Hf/3-Ta判別圖解Fig.9 Th-Hf/3-Ta diagram

在MgO-TFeO-Al2O3圖解(圖8)中，研究區(qū)巖石主體落入島弧及活動大陸邊緣附近。由于高場強元素的活動性較低，受各種地質作用的影響比較弱，因此能夠真實反映源區(qū)的性質。在Th-Hf/3-Ta判別圖解(圖9)上，巖石大部分落在火山弧區(qū)域。粗面安山巖Hf/Th值為0.46～0.77(<3)，認為是鈣堿性[35]。微量元素中，Zr/Y值為8.67～11.00，所有數(shù)據(jù)的值都符合大陸邊緣安山巖Zr/Y值為4～12的化學特征[36]。巖石La/Nb值為1.56～3.57(平均2.78)，總體符合活動大陸邊緣La/Nb值高于2的特征[37]。

在晚三疊世末，中國東北部由古亞洲洋板塊俯沖體制轉換為環(huán)太平洋俯沖體制[38]。有關古太平洋構造體系俯沖于歐亞大陸之下開始時間一直存在爭論，目前主要有兩種觀點，一種認為是晚三疊世[39]，而另一種認為是早、中侏羅世[40-41];但就古太平洋最終在早、中侏羅世俯沖的認識是一致的。海底磁異常條帶研究顯示，在150～90 Ma期間，古太平洋(伊澤奈崎)板塊開始以20.7～30.0 cm/a的高速率向歐亞大陸作斜向俯沖[42]，造成東北地區(qū)發(fā)育與美國西部盆嶺省新生代鈣堿性火山巖具有相似性的晚中生代火山巖，這些火山巖被認為是在巖石圈伸展和減薄過程中富集的巖石圈地幔減壓部分熔融形成的[43]。早白堊世，東北地區(qū)南緣的延邊地區(qū)也應處于類似活動大陸邊緣的伸展環(huán)境[44-45]，古太平洋板塊的斜向俯沖對延邊及其周緣地區(qū)最主要的影響可能是導致北東向的拖曳和深大斷裂帶的走滑和拉分作用，并導致造山帶的走滑式垮塌和伸展，從而導致軟流圈上涌和地幔減壓熔融作用發(fā)生玄武質巖漿底侵作用[46-51]；底侵的玄武質巖漿帶來的大量熱能導致先存基性地殼熔融并發(fā)生混合，從而形成該區(qū)早白堊世晚期的中性巖。

5 結論

1)延邊鬧枝地區(qū)粗面安山巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年結果顯示，延邊鬧枝地區(qū)粗面安山巖的形成時代為(130±2)Ma(MSWD=1.8)，即早白堊世。

2)地球化學特征顯示，延邊鬧枝地區(qū)粗面安山巖明顯富集大離子親石元素(如K、Ba、Rb)、LREE和活潑的不相容元素(如Th、U)，相對虧損高場強元素(如Ta、Nb、Ti、P)，高Mg#值(39～52，平均為47)，具有活動大陸邊緣特征。Rb/Sr、Nb/Ta、Th/Nb、Ba/La等特征顯示巖漿具有殼幔混合特點。

3)延邊鬧枝地區(qū)粗面安山巖形成于古太平洋(伊澤奈崎)板塊斜向俯沖的活動陸緣環(huán)境。

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Geochronology and Geochemistry of Trachyandesite of Naozhi Gold Deposit in Yanbian Region，Southern Jinlin Province and Its Geological Significance

Liu Jinlong，Sun Fengyue，Lin Bolei，Wang Guan,Xu Qinglin,Ao Cong

CollegeofEarthSciences，JilinUniversity，Changchun130061，China

LA-ICP-MS zircon U-Pb dating and geochemical data of the trachyandesite rocks from Jingouling Group in Yanbian region are obtained to figure out their formation time and the regional tectonic background. The zircons from the trachyandesite rocks are euhedral in shape with oscillatory ring displaying in CL images with high Th/U valwes 0.43-0.71(>0.40). This implies their magmatic origin．The dating results indicate that these rocks formed in Early Cretaceous(130±2 Ma，MSWD=1.8). The composition of these rocks fall into the calc-alkaline category with enrichment in LILE(such as K，Ba，Rb)，LREE and more mobile incompatible elements, such as Th, U , relative depletion of HFSE(such as Ta，Nb，Ti，P). Combined with their high Mg#values (43-52) and Na2O/K2O=1.73-2.25(>1.17), it shows the characteristics of the rocks from an active continental margin magma. Based on its Nb/Ta (14.40-14.72), Rb/Sr (0.10-0.18), Th/Nb (0.29-1.04), and Ba/La (17.61-23.92)，we conclude that the magma was a mixture of crust and mantle material. Together with the research of regional tectonics, the corresponding geodynamic mechanisms responsible for the formation of the rocks may be closely related to the subduction of Paleo-Pacific plate and Izanagi plate towards Eurasia continent.

zircon U-Pb chronology；geochemistry； Jingouling Group；trachyandesite rocks；active continental margin；Naozhi gold deposit

10.13278/j.cnki.jjuese.201505112.

2014-12-23

中國地質調查局地質調查項目(1212011085485)

劉金龍(1988--)，男，博士研究生，主要從事礦床學研究，E-mail:liujinlong@yeah.com

孫豐月(1963--)，男，教授，博士生導師，主要從事熱液礦床成礦理論與預測、區(qū)域成礦作用研究，E-mail:sfy@jlu.edu.cn。

10.13278/j.cnki.jjuese.201505112

P588.144

A

劉金龍，孫豐月，林博磊，等.吉林延邊鬧枝金礦區(qū)粗面安山巖鋯石U-Pb年代學、地球化學特征及其構造意義.吉林大學學報:地球科學版,2015,45(5):1394-1404.

Liu Jinlong，Sun Fengyue，Lin Bolei，et al. Geochronology and Geochemistry of Trachyandesite of Naozhi Gold Deposit in Yanbian Region，Southern Jinlin Province and Its Geological Significance.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(5):1394-1404.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201505112.