南嶺科學(xué)鉆中與兩種巖漿巖有關(guān)的礦床成礦系列
——年代學(xué)、地球化學(xué)、Hf同位素證據(jù)

郭娜欣,陳毓川,趙 正,呂曉強(qiáng),劉 珍,陳鄭輝,曾載淋,李江東,張鳳榮

1)中國地質(zhì)科學(xué)院,北京 100037; 2)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所,國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室,北京 100037; 3)北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院,北京 100012; 4)江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局贛南地質(zhì)調(diào)查大隊,江西贛州 341000

南嶺科學(xué)鉆中與兩種巖漿巖有關(guān)的礦床成礦系列
——年代學(xué)、地球化學(xué)、Hf同位素證據(jù)

郭娜欣1,2),陳毓川1)*,趙 正2),呂曉強(qiáng)3),劉 珍4),陳鄭輝2),曾載淋4),李江東4),張鳳榮4)

1)中國地質(zhì)科學(xué)院,北京 100037; 2)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所,國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室,北京 100037; 3)北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院,北京 100012; 4)江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局贛南地質(zhì)調(diào)查大隊,江西贛州 341000

南嶺科學(xué)鉆(SP-NLSD-1)位于南嶺成礦帶與武夷山成礦帶的交匯部位——贛南銀坑礦田。該鉆孔總進(jìn)尺2967.83 m,鉆遇了流紋巖、花崗斑巖、花崗閃長斑巖、輝長閃長玢巖等四種巖漿巖。流紋巖為銀坑礦田新揭露的巖石類型,LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年表明其形成于(381.0±3.1) Ma,補(bǔ)充完善了本區(qū)海西期巖漿活動的記錄; 花崗斑巖、花崗閃長斑巖、輝長閃長玢巖的成巖時代為101.3～161.0 Ma,為燕山期巖漿活動的產(chǎn)物。流紋巖與花崗斑巖具有相似的地球化學(xué)特征,球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線為兩翼近平坦的海鷗型,有明顯的Eu負(fù)異常,顯著富集大離子親石元素,輕微富集高場強(qiáng)元素,鋯石εHf(t)值分別為–10.8 ～–7.1、–23.4 ～ –8.7; 花崗閃長斑巖與輝長閃長玢巖的地球化學(xué)特征相似,球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線為右傾型,Eu負(fù)異常不明顯,顯著富集大離子親石元素,輕微富集高場強(qiáng)元素,花崗閃長斑巖的鋯石εHf(t)值為–17.9 ～ –1.9。巖相學(xué)、年代學(xué)和地球化學(xué)研究結(jié)果表明,流紋巖、花崗斑巖、花崗閃長斑巖、輝長閃長玢巖應(yīng)該均為古元古代地殼物質(zhì)重熔形成的殼源巖漿巖,花崗閃長斑巖和輝長閃長玢巖在形成過程中可能繼承了幔源物質(zhì)。流紋巖與銀坑礦田內(nèi)已知的成礦作用無直接關(guān)系,花崗斑巖與鎢鉍鈾礦化有關(guān),花崗閃長斑巖與銅鉛鋅金銀礦化有關(guān)。銀坑礦田處于特殊的構(gòu)造部位,即南嶺成礦帶與武夷山成礦帶交匯部位,深達(dá)地幔的線型斷裂和切入地殼的網(wǎng)格狀斷裂同時在此處發(fā)育,不同的構(gòu)造環(huán)境導(dǎo)致在燕山期形成花崗閃長斑巖和花崗斑巖,分別對應(yīng)銅鉛鋅金銀礦化和鎢多金屬礦化,形成兩個相對獨立的成礦系列。

南嶺科學(xué)鉆; 巖漿巖; 成礦系列; 銀坑礦田

Abstract: The Nanling Scientific Drilling-1 (NLSD-1),a subproject of the Sinoprobe Program called “Deep Exploration Technology and Experimentation”,is situated at the Yinkeng orefield in the junction of Nanling and Wuyi Mountains metallogenic belts. The drilling project,with footage of 2967.83 meters,revealed rhyolite,granite porphyry,granodiorite porphyry and pyroxene diorite porphyry. The rhyolite,a new type of granite occurring in the Yinkeng orefield,has a weighted mean age of (381.0±3.1) Ma,obtained by LA-ICP-MS zircon U-Pb dating,which fills the gap in Hercynian magmatism. The ages of granite,granodiorite porphyry and pyroxene diorite porphyry are (151.7±1.1) Ma,(160.3±0.8) Ma,(101.3±0.8) Ma and (161.0±4.1) Ma,respectively. Rhyolite and granite porphyry displayed similar geochemical characteristics. The chondrite-normalized REE patterns of rhyolite and granite porphyry exhibit the seagull form with obvious negative Eu anomaly,while primitive mantle-normalized patterns show enrichment of incompatible elements. Granodiorite and pyroxene diorite porphyry have similar geochemical characteristics and assume right-oblique chondrite-normalized and primitive mantle-normalized patterns. Zircon εHf(t) values of rhyolite,granite and granodiorite porphyry are in the range of –10.8 to –7.1,–23.4 to –8.7,–17.9 to –1.9,respectively. Petrographical,geochronological and geochemical studies indicate that all of the four types of magmatic rocks were derived from Paleoproterozoic crust. Evolving mantle-derived material took part in the formation of granodiorite and pyroxene diorite porphyry. Rhyolite is not directly related to mineralization known in the Yinkeng orefield; granite porphyry is related to W-Bi-U mineralization,and granodiorite porphyry has relationship with Cu-Pb-Zn-Au-Ag metallogeny. The Yinkeng orefield lies at a special tectonic position,i.e.,at the junction of the Nanling metallogenic belt and the Wuyishan ore-forming belt,where linear fractures that cut deeply into the mantle and network faults that cut into the the crust are developed together. Different tectonic mechanisms resulted in the formation of two independent metallogenic series of granite-W-polymetallic mineralization and granodiorite-Au-Ag-Cu-Pb-Zn mineralization in Yanshanian period.

花崗質(zhì)巖漿活動與成礦作用的問題一直是華南多金屬成礦省的研究熱點。近年來,在南嶺成礦帶和武夷山成礦帶對巖漿活動與成礦作用的研究取得了一系列成果。南嶺成礦帶以與燕山期巖漿活動有關(guān)的大規(guī)模鎢錫成礦著稱,成礦巖漿巖以殼源花崗巖為主,在南嶺地區(qū)大面積分布,成巖與成礦受東西向、南北向、北西向、北東向網(wǎng)格狀斷裂控制(華仁民等,2008; Mao et al.,2011; 陳毓川和王登紅,2012; 李曉峰等,2013; 陳駿等,2014)。武夷山成礦帶以火山-斑巖銅、金、錫、銀、鉛、鋅等礦產(chǎn)為特色,成巖與成礦作用受北北東向與近東西向復(fù)合構(gòu)造控制(梅勇文,1996; 羅平,2010; 毛建仁等,2010),尤其是廣泛發(fā)育的推覆構(gòu)造,深刻影響著巖漿巖與礦床的成生與保存,如冷水坑銀鉛鋅礦、永平銅礦、金竹坑鉛鋅礦等均受推覆構(gòu)造控制(余心起等,2008)。目前,對成礦帶,特別是不同成礦帶的構(gòu)造結(jié)合部位深部巖漿活動信息的研究還很匱乏,這在一定程度上影響了對本區(qū)成礦過程及地球動力學(xué)機(jī)制的研究。國家深部探測專項(SinoProbe,董樹文和李廷棟,2009)-南嶺科學(xué)鉆(SP-NLSD-1)位于贛南于都縣銀坑礦田,大地構(gòu)造上位于東西向南嶺成礦帶與北東向武夷山成礦帶的交匯部位(圖1),是研究重要成礦帶深部構(gòu)造-巖漿-成礦過程的最佳地區(qū)之一。該鉆探工程旨在通過對鉆孔獲取的全部巖心和原位測井?dāng)?shù)據(jù)開展綜合研究,揭露南嶺—武夷山成礦帶結(jié)合部位地殼結(jié)構(gòu)、深部控巖控礦構(gòu)造,探索成礦帶結(jié)合部位深部巖漿活動與成礦作用的動力學(xué)機(jī)制等問題,查明南嶺—武夷山地區(qū)時空四維成礦規(guī)律(陳毓川等,2013)。

南嶺科學(xué)鉆總進(jìn)尺2967.83 m,揭露了大量的地層、構(gòu)造、巖漿巖和礦化信息(趙正等,2014),該鉆探工程選址的構(gòu)造位置特殊、成礦條件有利、巖漿活動頻繁,對其所揭露巖漿巖的研究對區(qū)域構(gòu)造動力學(xué)和成礦機(jī)制具有重要的指示意義。本文對南嶺科學(xué)鉆所揭露巖漿巖的年代學(xué)、地球化學(xué)、鋯石Hf同位素數(shù)據(jù)進(jìn)行報導(dǎo),討論了巖漿源區(qū),并對巖漿活動與礦田內(nèi)成礦作用之間的關(guān)系進(jìn)行初步探討。

南嶺科學(xué)鉆所處的銀坑礦田是南嶺成礦帶東段鎢、金銀鉛鋅錳銅多金屬成礦潛力較好的礦田之一。地層上,除奧陶系、志留系和三疊系外,從青白口系到第四系均有出露。青白口系—寒武系基底褶皺在礦田大面積分布,泥盆系—二疊系蓋層褶皺出露于逆沖推覆斷裂F1以西,侏羅系—白堊系斷陷盆地沉積主要局限于F1斷裂以東。F1斷裂屬于區(qū)域上武夷山成礦帶西緣鷹潭—定南深大斷裂的一部分。礦田內(nèi)的斷裂以北北東向為主,其次為北東—北東東向、北西—北西西向,其中,包含F(xiàn)1在內(nèi)的北東—北北東向逆沖推覆構(gòu)造控制了本區(qū)基本構(gòu)造格架(王殿良,2013)。區(qū)內(nèi)巖漿活動頻繁,除新元古代火山噴發(fā)形成海底火山-沉積建造外,多為酸性-中酸性淺成-超淺成侵入體。在F1斷裂以西,巖漿巖主要呈面型產(chǎn)出,多為大的巖基,如加里東期長潭巖體、印支期清溪巖體、燕山期江背巖體,巖性主要為花崗巖; 在斷裂以東,巖漿巖主要呈線型產(chǎn)出,多為小的巖瘤、巖脈,如燕山期高山角巖體和牛形壩礦區(qū)內(nèi)大量發(fā)育的巖脈,巖性以花崗閃長巖為主。礦田內(nèi)礦床類型眾多,從空間分布和礦化機(jī)制角度可以分為兩類: 一類是與黑云母花崗巖有關(guān)的中高溫鎢多金屬礦,以畫眉坳鎢-鈹?shù)V、巖前鎢-滑石-透閃石礦、獅吼山硫鐵-鎢礦為代表,分布在江背巖體邊緣(趙正等,2013; Feng et al.,2014,2015); 一類是與花崗閃長巖有關(guān)的中低溫銅鉛鋅金銀多金屬礦,以牛形壩—柳木坑銀金鉛鋅銅礦、老虎頭—橋子坑鉛鋅(銀金)礦為代表,礦體與花崗閃長斑巖脈平行或相互穿插共生(全淦,1995; 高貴榮和張勉斌,1998; 高貴榮等,2000; 范世祥等,2011; 陳毓川等,2013)(圖1B)。

圖1 銀坑礦田大地構(gòu)造位置圖(A; 底圖據(jù)楊明桂等,1998)與地質(zhì)礦產(chǎn)圖(B; 根據(jù)贛南地質(zhì)調(diào)查大隊資料修編)Fig. 1 Tectonic location of the Yinkeng orefield (A; base map after Yang et al.,1998) and map of geology and mineral resources of Yinkeng region (B; modified after Geological Survey Party of Gannan)

1 鉆孔中巖漿巖特征

南嶺科學(xué)鉆于2011年6月開孔,2013年7月終孔,總進(jìn)尺2967.83 m,在1373.71 m深度鉆遇到對礦田內(nèi)控巖控礦具有重要意義的推覆構(gòu)造(F1),其上為新元古代青白口系火山碎屑巖,其下為上古生界二疊系碎屑巖-碳酸鹽巖。巖漿巖有四類,分別為流紋巖、花崗斑巖、花崗閃長斑巖和輝長閃長玢巖,均呈脈狀產(chǎn)出,視厚度0.21～17.78 m。流紋巖為銀坑地區(qū)新揭露的巖漿巖類型,僅見于推覆構(gòu)造上部20～110 m; 花崗斑巖見于推覆構(gòu)造下部1380～ 1730 m; 花崗閃長斑巖在推覆構(gòu)造上、下都有; 輝長閃長玢巖僅見兩條,一條產(chǎn)于推覆構(gòu)造上部1334.26～1337.77 m處,一條充填于1373.71 ～1375.37 m推覆構(gòu)造界面上(圖2)。

圖2 南嶺科學(xué)鉆中鉆遇的巖漿巖位置Fig. 2 Dykes in the Nanling Scientific Drill Hole

流紋巖呈粉紅色-磚紅色,斑晶為石英和鉀長石。石英(1％～2％)呈半自形粒狀,邊部被熔蝕而呈球狀、港灣狀; 鉀長石(1％±)呈半自形板狀,多發(fā)生高嶺土化?；|(zhì)為微晶-隱晶結(jié)構(gòu)的長英質(zhì)礦物。巖石中的流紋構(gòu)造在鏡下表現(xiàn)為寬0.5～8 mm的富長石紋層與富石英紋層相間排布,長石強(qiáng)烈蝕變?yōu)楦邘X土,使得不同長石含量的紋層呈深淺不同的條紋(圖3A,B,C,D)。

花崗斑巖呈淺灰色、灰綠色,斑晶為石英、鉀長石、斜長石,間或有黑云母。石英(2％～13％)呈自形-半自形粒狀; 鉀長石(4％～9％)呈自形-半自形板狀,發(fā)生高嶺土化,部分被蠕蟲狀石英交代; 斜長石(3％～6％)呈自形板狀,發(fā)生絹云母化; 黑云母(0～1％)呈自形片狀,多蝕變?yōu)榫G泥石、白云母、方解石(圖3E,F)。

花崗閃長斑巖呈淺灰色或深灰色,斑晶為石英、斜長石、鉀長石、黑云母; 副礦物為磷灰石、鋯石、磁鐵礦、黃鐵礦。石英(1％～10％)呈半自形-他形粒狀,邊部有不同程度熔蝕; 斜長石(3％～10％)呈自形-半自形板狀,邊部有輕微熔蝕,發(fā)育卡式雙晶、聚片雙晶、環(huán)帶結(jié)構(gòu),發(fā)生高嶺土化、硅化、絹云母化、綠泥石化; 鉀長石(0％～4％)呈自形-半自形板狀,內(nèi)部有時包含黑云母,發(fā)生高嶺土化、硅化、綠泥石化、絹云母化;黑云母(2％～7％)呈自形短片狀,淺棕色-棕褐色、紅棕色-深褐色多色性顯著,發(fā)生綠泥石化、綠簾石化、白云母化、碳酸鹽化,并析出針狀金紅石和粒狀磁鐵礦。磁鐵礦和黃鐵礦呈星點狀或稀疏浸染狀分布于基質(zhì)中,部分磁鐵礦呈自形粒狀包裹于暗色礦物中(圖3G,H,I)。

兩條輝長閃長玢巖脈巖石特征相似,均呈灰綠色,輝長輝綠結(jié)構(gòu)。輝石斑晶(7％～15％)呈短柱狀,發(fā)生綠泥石化、碳酸鹽化; 基質(zhì)為微晶-細(xì)晶結(jié)構(gòu)的長石和石英(圖3J,K,L)。

圖3 巖漿巖巖石學(xué)特征Fig. 3 Petrographic characteristics of the granitoids from the NLSD-1

2 樣品分析測試方法

2.1 鋯石LA-ICP-MS定年

用于鋯石定年的樣品分別取自孔深80.19～84.83 m的流紋巖、1657.63～1667.32 m的花崗斑巖、1043.22～1043.97 m的花崗閃長斑巖、1334.26～1337.77 m和1373.71～1375.37 m的輝長閃長玢巖。樣品經(jīng)人工破碎后,用常規(guī)重力和磁選方法分選出鋯石,在雙目鏡下挑選,之后將其置于環(huán)氧樹脂制靶。將靶上鋯石研磨至一半,使其內(nèi)部暴露,進(jìn)而進(jìn)行透射光、反射光、陰極發(fā)光和U-Pb定年、Hf同位素分析。鋯石U-Pb同位素定年在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室采用Neptune型多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀和Newwave UP213紫外激光剝蝕系統(tǒng)完成。激光剝蝕采用單點剝蝕方式,束斑直徑30 μm,頻率10 Hz,能量密度2.5 J/cm2,以氦氣為載氣。采用ICPMSDataCal v4.6軟件對分析數(shù)據(jù)進(jìn)行離線處理(對樣品和空白信號的選擇、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算)。詳細(xì)的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法見侯可軍等(2009)。

2.2 全巖主量元素和微量元素測試

全巖的主、微量元素測試在中國地質(zhì)科學(xué)院國家地質(zhì)實驗測試中心完成。樣品碎成200目以下的粉末,主量元素在3080E型X熒光光譜儀上進(jìn)行測試,微量元素的測試采用PE300D型等離子質(zhì)譜儀完成。具體分析步驟見郭春麗等(2007)。

2.3 鋯石Hf同位素分析

對鋯石進(jìn)行LA-ICP-MS U-Pb定年之后,在原位進(jìn)行Lu-Hf同位素分析(輝長閃長玢巖中鋯石數(shù)量少且粒度小,本次研究暫未對其進(jìn)行分析)。實驗在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室,采用Neptune型多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀和Newwave UP213紫外激光剝蝕系統(tǒng)完成。實驗過程中以氦氣為載氣,根據(jù)鋯石粒度大小,剝蝕直徑采用55 μm或40 μm。詳細(xì)的儀器操作及分析流程見侯可軍等(2007)。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb分析結(jié)果

由陰極發(fā)光圖像(圖4)可以看出,四種巖漿巖中的鋯石晶形均以自形柱狀為主,少數(shù)呈半自形狀。鋯石粒徑100～250 μm,長寬比1:1～4:1,多數(shù)均發(fā)育清晰完整的震蕩環(huán)帶,為巖漿成因鋯石(吳元保和鄭永飛,2004)。其中,花崗閃長斑巖和1373.71～1375.37 m的輝長閃長玢巖中一組鋯石含晶棱圓化的繼承核。

流紋巖共測定了20粒鋯石,其中14個分析點的206Pb/238U年齡集中在373.6～393.0 Ma,加權(quán)平均值為(381.0±3.1) Ma(MSWD=2.8),代表了成巖時代。1、3號分析點的206Pb/238U年齡為547.9～ 548.8 Ma; 2、7、11、13號分析點的206Pb/238U年齡為700.2～726.8 Ma,這些鋯石發(fā)育裂紋和變質(zhì)邊,屬于繼承鋯石。

花崗斑巖共測定了15粒鋯石,其中10個分析點的206Pb/238U年齡集中在148.7～154.1 Ma,加權(quán)平均值為(151.7±1.1) Ma(MSWD=1.8),代表了成巖時代。6、8、9、13、15號分析點的206Pb/238U年齡為383.9～409.0 Ma,為繼承鋯石。

花崗閃長斑巖共測定了20粒鋯石,其中9個分析點的鋯石環(huán)帶整齊,無明顯繼承核和熱液蝕變特征,206Pb/238U年齡集中在159.0～161.6 Ma,加權(quán)平均值為(160.3±0.8) Ma(MSWD=0.81),代表了成巖時代; 8個分析點的鋯石具有明顯的繼承核,且分析點位于繼承核上, 其206Pb/238U年齡為423.2～ 430.5 Ma,加權(quán)平均值為(426.6±2.5) Ma (MSWD=0.58),代表了早期一次巖漿活動的記錄。10、11、19號分析點鋯石的206Pb/238U年齡為242.8～364.6 Ma,為繼承鋯石。

孔深1334.26～1337.77 m的輝長閃長玢巖共測定了24粒鋯石,其中6個分析點的206Pb/238U年齡為99.4～102.0 Ma,加權(quán)平均值為(101.3±0.8) Ma (MSWD=0.87),代表了成巖時代。1、6號分析點的206Pb/238U年齡較小,為90.1～90.8 Ma,可能是鋯石受到后期變質(zhì)作用的影響有放射成因鉛丟失。此外,該樣品中含有206Pb/238U年齡為116.2～424.4 Ma的古—中生代繼承鋯石和1754.8～2175.8 Ma的古元古代繼承鋯石。

孔深1373.71～1375.37 m的輝長閃長玢巖共測定了31粒鋯石,其中4個分析點的206Pb/238U年齡集中在156.2～162.4 Ma,加權(quán)平均值為(161.0± 4.1) Ma(MSWD=4.7),代表了成巖時代; 14個分析點的206Pb/238U年齡為408.9～419.7 Ma,加權(quán)平均值為(415.5±2.1) Ma(MSWD=1.6),為志留紀(jì)末期—泥盆紀(jì)初期巖漿活動的記錄。此外,樣品中還含有206Pb/238U年齡為194.7～382.5 Ma、438.5～477.1 Ma、740.3～906.3 Ma和1122.2～1875.0 Ma的繼承鋯石。

鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年結(jié)果顯示,流紋巖形成于晚泥盆世,為晚古生代海西期巖漿活動的產(chǎn)物;花崗斑巖、花崗閃長斑巖、輝長閃長玢巖形成于晚侏羅世—早白堊世,為中生代燕山期巖漿活動的產(chǎn)物。銀坑地區(qū)的巖漿活動具有多期次多階段的特點。

3.2 全巖主量元素和微量元素地球化學(xué)特征

流紋巖和花崗斑巖的S i O2含量高(71.90％～78.70％)、TFeO、MgO、P2O5含量低(TFeO=0.69％～2.00％、MgO=0.09％～0.42％、P2O5=0 ～0.0 3％)?；◢忛W長斑巖具有中等含量的SiO2(57.84％～70.70％),較高的TFeO(1.71％～ 8.71％)、MgO(1.27％～7.58％)、P2O5(0.08％～0.55％)含量。兩條輝長閃長玢巖脈雖然形成時代不同,但地球化學(xué)特征十分相似,S i O2含量低(47.30％～47.80％)、TFeO、MgO、P2O5含量高(TFeO=6.18％～6.86％、MgO=5.60％～5.70％、 P2O5=0.37％～0.40％)。

圖4 南嶺科學(xué)鉆中巖漿巖的206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖Fig. 4 Concordia diagrams of zircons from magmatites in the Nanling Scientific Drill Hole

流紋巖稀土元素總含量低(∑REE=14.27～63.66),輕重稀土元素之間分餾弱((La/Yb)N=1.33～2.85),具有顯著的Eu負(fù)異常(δEu=0.07～0.10)。花崗斑巖稀土元素總含量低(∑REE=47.12～77.82),輕重稀土元素之間分餾弱((La/Yb)N=1.82～2.65),具有明顯的Eu負(fù)異常和弱的Ce負(fù)異常(δEu=0.16～0.25; δCe=0.60～0.94),巖漿分異一般難以產(chǎn)生Ce異常,花崗斑巖的Ce負(fù)異常應(yīng)該是繼承源區(qū)的特征,指示源區(qū)可能受到過強(qiáng)烈虧損Ce的海水(劉英俊等,1986)的滲入淋濾作用。花崗閃長斑巖與輝長閃長玢巖的稀土元素特征相似: 稀土元素總量高(∑REE=167.84～285.42),輕重稀土元素分餾強(qiáng)((La/Yb)N=11.94～32.01),輕微的Eu負(fù)異常(δEu=0.58～0.98)。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的稀土元素配分曲線圖上,流紋巖與花崗斑巖配分曲線呈兩翼近平坦的“海鷗型”,花崗閃長斑巖與輝長閃長玢巖配分曲線呈右傾型(圖5)。

圖5 南嶺科學(xué)鉆中巖漿巖的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值取自McDonough et al.,1995)Fig. 5 Chondrite-normalized REE patterns of magmatic rocks in the Nanling Scientific Drill Hole (chondrite normalized values after McDonough et al.,1995)

圖6 南嶺科學(xué)鉆中巖漿巖的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值取自McDonough et al.,1995)Fig. 6 Spider diagrams for magmatic rocks in the Nanling Scientific Drill Hole (primitive mantle normalized values after McDonough et al.,1995; trace elements ordered by increasing compatibility)

原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蛛網(wǎng)圖(圖6)顯示,除流紋巖中Eu虧損外,花崗斑巖、花崗閃長斑巖、輝長閃長玢巖中各不相容元素相對于原始地幔均表現(xiàn)為富集特征,其中,大離子親石元素(如Cs、Rb)顯著富集,高場強(qiáng)元素(REE、Zr、Hf)輕微富集。流紋巖與花崗斑巖具有明顯的Pb正異常和Ba、Sr、Eu負(fù)異常?；◢忛W長斑巖與輝長閃長玢巖顯示Pb正異常和Ba、Sr、Nb、Ta負(fù)異常,部分樣品出現(xiàn)大離子親石元素(Rb、Ba、Sr、Pb)解耦現(xiàn)象,可能是受熱液蝕變作用的影響。

3.3 鋯石Hf同位素特征

流紋巖成巖期鋯石(381.0 Ma)的εHf(t)值為–10.8 ～ –7.1,平均值為–9.2; 二階段模式年齡為1.8～2.1 Ga。繼承鋯石(547.9～726.8 Ma)的εHf(t)值為–17.1 ～ –3.2,二階段模式年齡為1.8～2.6 Ga。

花崗斑巖成巖期鋯石(151.7 Ma)的εHf(t)值為–23.4 ～ –8.7,平均值為–13.8; 二階段模式年齡為1.7～2.7 Ga。繼承鋯石(403.8～409.0 Ma)的εHf(t)值為–7.7 ～ –7.0,二階段模式年齡為1.8～1.9 Ga。

花崗閃長斑巖成巖期(160.3 Ma)鋯石的εHf(t)值為–17.9 ～ –7.6,平均值為–11.5,二階段模式年齡為1.7～2.3 Ga; 423.2～430.5 Ma繼承鋯石中除一粒鋯石的εHf(t)值很低(–18.0)外,其余鋯石的εHf(t)值為–7.8 ～ –1.9,平均值為–4.7,二階段模式年齡為1.5～ 1.9 Ga。242.8～364.6 Ma繼承鋯石的εHf(t)值為–14.1 ～ –9.5,二階段模式年齡為1.9～2.2 Ga。

在鋯石的t-εHf(t)圖解(圖7)中,流紋巖中成巖期鋯石均落于下地殼演化線附近; 繼承鋯石中一個落在下地殼與球粒隕石演化線之間,其余落在下地殼與上地殼演化線之間。花崗斑巖中的鋯石幾乎全部落在下地殼與上地殼演化線之間。花崗閃長斑巖中成巖期鋯石落在下地殼演化線附近; 423.2～ 430.5 Ma繼承鋯石主要落在下地殼與球粒隕石演化線之間; 242.8～364.6 Ma繼承鋯石落在下地殼與上地殼演化線之間。

圖7 南嶺科學(xué)鉆中巖漿巖鋯石的εHf(t)同位素特征(底圖據(jù)Guo et al.,2012)Fig. 7 εHf(t) values of magmatic rocks in the Nanling Scientific Drill Hole (base map after Guo et al.,2012)

圖8 南嶺科學(xué)鉆中巖漿巖鋯石的Hf同位素組成特征Fig. 8 Hf isotopic characteristics of zircons from magmatic rocks in the NLSD-1

4 討論

4.1 巖漿源區(qū)

鋯石極強(qiáng)的穩(wěn)定性保證其Lu-Hf同位素體系在成巖后地質(zhì)事件中保持封閉,這一特征使得鋯石的Hf同位素成為示蹤巖漿源區(qū)的重要手段(Scherer et al.,2000; Zhang et al.,2012)。南嶺科學(xué)鉆中巖漿巖的鋯石Hf同位素分析結(jié)果顯示,流紋巖中鋯石的εHf(t)值主要集中于–10.8 ～ –7.1,相應(yīng)的二階段模式年齡為1.8～2.1 Ga; 花崗斑巖中鋯石的εHf(t)值主要集中于–12.6 ～ –10.8,相應(yīng)的二階段模式年齡為1.9～2.0 Ga; 花崗閃長斑巖中鋯石的εHf(t)值主要集中于–13.7 ～ –10.1,相應(yīng)的二階段模式年齡為1.8～2.1 Ga(圖8)。鉆孔中巖漿巖的εHf(t)值與南嶺地區(qū)典型的桂東南殼源花崗巖的εHf(t)值(–11 ～ –9,祁昌實等,2007)接近,說明其均來源于地殼,為古元古代地殼部分熔融形成。花崗閃長斑巖中423.2～430.5 Ma繼承鋯石的εHf(t)值相對偏高,相應(yīng)的二階段模式年齡(1.5～1.9 Ga)也較年輕,指示在古—中元古代地殼生長過程中可能有幔源物質(zhì)的加入,這些幔源物質(zhì)經(jīng)過長期演化,于晚侏羅世參與到花崗閃長斑巖的形成過程中來。晚侏羅世輝長閃長玢巖具有與花崗閃長斑巖相似的鋯石年齡分組特征,即含有加里東晚期繼承鋯石,且所占比例更大,說明二者可能有相似的源區(qū)物質(zhì),繼承的幔源物質(zhì)比例也更大。早白堊世輝長閃長玢巖在礦物組合、巖石地球化學(xué)特征上與晚侏羅世輝長閃長玢巖十分相似,推測這兩個成巖時代相差近60 Ma的巖漿巖可能來自相同的源區(qū)。

綜合以上分析,南嶺科學(xué)鉆中的四類巖漿巖應(yīng)該都為殼源巖漿巖,花崗閃長斑巖和輝長閃長玢巖在形成過程中可能繼承了演化的幔源物質(zhì)。

4.2 巖漿活動與成礦作用

華南地區(qū)銅鉛鋅金銀成礦作用集中在179～ 160 Ma,成礦巖漿巖主要為花崗閃長巖,如德興、七寶山、寶山、水口山等(李曉峰等,2013); 大規(guī)模鎢錫成礦作用集中于165～150 Ma,成礦巖漿巖主要為黑云母花崗巖,如西華山、淘錫坑、盤古山等(陳毓川等,1989; 毛景文等,2004,2008; 方貴聰?shù)?2014),上述二者分屬兩種礦床成礦系列(陳毓川等,1989)。南嶺科學(xué)鉆位于銀坑礦田牛形壩—柳木坑礦區(qū)內(nèi),既驗證了礦田內(nèi)牛形壩—柳木坑銀金鉛鋅銅礦化和與其有關(guān)的花崗閃長斑巖在深部的存在,同時揭露了鎢鉍鈾礦化和花崗斑巖,且花崗閃長斑巖與花崗斑巖的成巖時代((160.3±0.8) Ma、(151.7± 1.1) Ma)分別與上述華南地區(qū)兩次成礦巖漿事件相對應(yīng)。鎢鉍鈾礦化見于鉆孔1660～1680 m深度的石英脈中(趙正等,2014),而1620～1730 m巖心段共揭露5條花崗斑巖脈(圖2),二者在空間上緊密伴生。礦田內(nèi)的巖前鎢礦產(chǎn)于江背巖基向銀坑盆地舌狀體的接觸帶上,成礦巖漿巖為黑云母花崗巖,可與之對比。從元素地球化學(xué)角度上,鎢鉍鈾為親地殼元素,趨向于在地殼上部富集,與殼源花崗巖關(guān)系密切; 銅鉛鋅金銀為親銅元素,趨向于在下地殼、地幔中富集,與殼?；煸椿◢弾r密切相關(guān)(劉英俊等,1986),分別受不同的巖漿源所控制。據(jù)此,筆者初步推斷南嶺科學(xué)鉆中的鎢鉍鈾礦化與銅鉛鋅金銀礦化可能是兩個獨立的礦化組合,分別與花崗斑巖和花崗閃長斑巖有關(guān),屬于兩種礦床成礦系列。

4.3 構(gòu)造-巖漿-成礦條件分析

近年來的研究表明,加里東運動使得華夏塊體與揚子塊體、南?！獤|海塊體在早古生代晚期聚合在一起,同構(gòu)造期花崗質(zhì)巖漿活動強(qiáng)烈,鋯石測年數(shù)據(jù)集中在440～390 Ma(舒良樹,2012)。南嶺科學(xué)鉆花崗閃長斑巖中423.2～430.5 Ma年齡組的鋯石和輝長閃長玢巖中408.9～419.7 Ma年齡組的鋯石應(yīng)該就是這一時期巖漿活動的記錄。隨后,華南地區(qū)進(jìn)入晚古生代—中三疊世板內(nèi)坳陷時期,形成穩(wěn)定的濱海-淺海沉積相(楊明桂等,1998; 毛景文等,2007)。流紋巖形成于(381.0±3.1) Ma,應(yīng)為在碰撞造山后板內(nèi)伸展環(huán)境下由古元古代殼源巖石經(jīng)減壓熔融形成的。在華南的大部分地區(qū),該時期內(nèi)沒有出現(xiàn)大規(guī)模的火山活動和成礦事件。

三疊紀(jì)期間,印支運動使得華南板塊與華北板塊、緬泰馬板塊拼貼在一起。從早侏羅世開始,東亞地區(qū)從特提斯構(gòu)造域向古太平洋構(gòu)造域轉(zhuǎn)換(張岳橋等,2012),古太平洋板塊朝東亞板塊東緣低角度俯沖,南嶺處于構(gòu)造轉(zhuǎn)換區(qū)內(nèi),190～160 Ma為構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換期(楊明桂等,1998; 舒良樹,2012)。受遠(yuǎn)程俯沖作用的影響,華南地區(qū)板內(nèi)古構(gòu)造活化,引起殼幔相互作用和強(qiáng)烈的花崗質(zhì)巖漿活動,武夷山以西的花崗巖年齡集中在170～150 Ma; 東南沿海地區(qū)的花崗巖年齡集中在140～110 Ma。地震層析資料顯示,自臺灣有一緩傾的上地幔低速帶,向陸內(nèi)下插,前緣抵達(dá)武夷山東側(cè),推測該低速帶即為俯沖帶(程裕淇,1994)。據(jù)此推斷,武夷山西側(cè)贛南地區(qū)處于弧后伸展環(huán)境,發(fā)育一系列北東向侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)紅盆沉積,如南嶺科學(xué)鉆所處的銀坑—青塘斷陷盆地。一個重要的地質(zhì)事實是,在此期間,本區(qū)發(fā)育大規(guī)模的斷裂構(gòu)造與巖漿活動。根據(jù)斷裂構(gòu)造的規(guī)模及下切至殼幔的深度,大致可分為兩類:一類是線型帶狀深大斷裂,較多地段切入巖石圈地幔,如區(qū)域上170～150 Ma期間穿過本礦田的武夷山構(gòu)造-成礦帶西緣的北北東向鷹潭—定南深大斷裂即屬于此類(楊明桂等,1998)。在此背景下,地幔橄欖巖發(fā)生減壓熔融,生成玄武質(zhì)巖漿,底侵于地殼下部。在底墊玄武質(zhì)巖漿所提供的熱的作用下,古元古代殼源巖石重熔,形成輝長閃長質(zhì)和花崗閃長質(zhì)巖漿,并伴隨發(fā)生銅鉛鋅金銀成礦作用。同樣,在贛東北深大斷裂帶有德興等與花崗閃長巖有關(guān)的銅金多金屬礦床產(chǎn)出(葉德隆等,1997; Liu et al.,2014; Wang et al.,2015)。這種線型帶狀深大斷裂對本區(qū)的影響可能一直延續(xù)到早白堊世晚期,如(101.3±0.8) Ma的輝長閃長玢巖。

另一類是區(qū)域性網(wǎng)格狀斷裂,一般切至硅鋁質(zhì)地殼,有時也切至硅鎂質(zhì)地殼甚至巖石圈地幔(陳毓川等,1989),區(qū)域性減壓及地幔熱及氣液滲透使古元古代殼源巖石重熔形成花崗質(zhì)巖漿,并沿網(wǎng)格狀斷裂通道在南嶺地區(qū)于燕山期發(fā)生大面積的區(qū)域性花崗巖侵入與鎢多金屬成礦作用,如西華山巖體和礦體均受到北東向、北北東向、近東西向網(wǎng)格狀斷裂的控制(肖劍等,2009; Guo et al.,2012)。

可以認(rèn)為,在南嶺地區(qū),古太平洋板塊俯沖遠(yuǎn)程影響及華夏塊體內(nèi)部不同類型的斷裂構(gòu)造環(huán)境引發(fā)不同的殼幔作用,從而形成不同的成礦巖漿巖。由于銀坑礦田所處的特殊構(gòu)造位置,上述兩類斷裂構(gòu)造同時在礦田內(nèi)產(chǎn)出,相應(yīng)的有兩類巖漿巖及兩類礦床成礦系列的同存。

5 結(jié)論

(1)南嶺科學(xué)鉆中揭露的流紋巖、花崗斑巖、花崗閃長斑巖、輝長閃長玢巖的成巖時代分別為(381.0±3.1) Ma、(151.7±1.1) Ma、(160.3±0.8) Ma、(101.3±0.8) Ma和(161.0±4.1) Ma。四類巖漿巖均為古元古代地殼物質(zhì)重熔形成,花崗閃長斑巖和輝長閃長玢巖在形成過程中可能繼承了演化的幔源物質(zhì)。

(2)南嶺科學(xué)鉆揭露的銅鉛鋅金銀與花崗閃長斑巖有關(guān),鎢鉍鈾礦化與花崗斑巖有關(guān)。

(3)花崗閃長斑巖與花崗斑巖分屬兩個獨立的巖漿系統(tǒng),銅鉛鋅金銀與鎢鉍鈾分屬兩個獨立的礦床成礦系列。

Acknowledgements:

This study was supported by the Science and Technology Project (Nos. SinoProbe-03-03 and 201011064-3/4/5),the National Key Technology Research and Development Program (No. 2011BAB04B07),National Natural Science Foundation of China (No. 41372092) and Central Public-interest Scientific Institution Basal Research Fund (No. K1303).

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Metallogenic Series Related to Two Types of Granitoid Exposed in the Nanling Scientific Drill Hole: Evidence from Geochronology,Geochemistry and Hf Isotope

GUO Na-xin1,2),CHEN Yu-chuan1)*,ZHAO Zheng2),Lü Xiao-qiang3),LIU Zhen4),CHEN Zheng-hui2),ZENG Zai-lin4),LI Jiang-dong4),ZHANG Feng-rong4)
1) Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037; 2) MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment,Institute of Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037; 3) Beijing Institute of Geology for Mineral Resources,Beijing 100012; 4) Geological Survey Party of Gannan,Jiangxi Bureau of Geology and Mineral Resources Development,Ganzhou,Jiangxi 341000

Nanling Scientific Drilling; magmatic rocks; metallogenic series; Yinkeng ore field

P588; P611.1

A

10.3975/cagsb.2015.06.06

本文由深部探測實驗研究“南嶺于都-贛縣礦集區(qū)立體探測技術(shù)與深部成礦預(yù)測示范”(編號: SinoProbe-03-03)、“南嶺于都-贛縣礦集區(qū)科學(xué)鉆探選址預(yù)研究”(編號: 201011064-3/4/5)、國家科技支撐計劃課題(編號: 2011BAB04B07)、國家自然科學(xué)基金項目(編號: 41372092)和中央公益性科研院所基金項目(編號: K1303)聯(lián)合資助。

2015-04-21; 改回日期: 2015-07-09。責(zé)任編輯: 魏樂軍。

郭娜欣,女,1987年生。博士研究生。主要從事巖漿活動與成礦規(guī)律研究。E-mail: guo.naxin@163.com。

*通訊作者: 陳毓川,男,1934年生。中國工程院院士,博士生導(dǎo)師。主要從事礦產(chǎn)資源研究。E-mail: cyuchuan@mail.cags.ac.cn。