江西省船坑銅礦成礦巖體地球化學(xué)特征、鋯石U-Pb定年及地質(zhì)意義

孫建東，駱學(xué)全，呂勁松，張雪輝，李鳳春，葉海敏

(1.南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，南京 210016；2.中國冶金地質(zhì)總局山東局測試中心，山東濟(jì)南 250014)

江西省船坑銅礦成礦巖體地球化學(xué)特征、鋯石U-Pb定年及地質(zhì)意義

孫建東1，駱學(xué)全1，呂勁松1，張雪輝1，李鳳春2，葉海敏1

(1.南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，南京 210016；2.中國冶金地質(zhì)總局山東局測試中心，山東濟(jì)南 250014)

分析了船坑銅礦成礦巖體石英閃長玢巖主微量、稀土元素特征及鋯石U-Pb測年數(shù)據(jù)，表明巖石具高鉀偏鋁質(zhì)I型花崗巖特征，及島弧成因巖漿特點(diǎn)；鋯石稀土元素表明有地殼物質(zhì)的加入，屬殼幔混源。鋯石U-Pb年齡162.9±3.6Ma，大致代表含礦巖體成巖年齡。該礦床形成于欽杭成礦帶銅礦主成礦期，處于巖石圈拆沉或伸展-減薄的構(gòu)造環(huán)境，受太平洋板塊往歐亞大陸的俯沖的影響。

船坑銅礦 地球化學(xué) U-Pb定年 稀土元素

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0 引言

欽杭成礦帶是國家資源保障工程規(guī)劃的重點(diǎn)研究區(qū)域，地跨揚(yáng)子與華夏兩大古陸塊。構(gòu)造上包括欽杭結(jié)合帶、江南隆起帶南側(cè)及武功山-北武夷隆起帶北側(cè)，具有“兩隆夾一凹”的格局。帶內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，匯聚了數(shù)十個特大型礦床和百余處大中型礦床，是一條典型銅-鉛鋅-金-鎢錫-鉬多金屬成礦帶，帶內(nèi)成礦作用經(jīng)歷了前加里東、華力西-印支和燕山期等三個成礦時期，且以燕山期與中酸性-酸性巖漿有關(guān)成礦作用最為重要(顧光明等，2011；毛景文等，2011)。

船坑矽卡巖型銅礦床位于欽杭成礦帶南部，地處萍鄉(xiāng)-紹興深斷裂南側(cè)(圖1)，礦床規(guī)模中型，成礦巖體為石英閃長玢巖。由于礦區(qū)研究工作程度低，缺乏精確的成巖成礦年齡及地球化學(xué)數(shù)據(jù)，一定程度上制約了礦床的勘查及成礦帶成礦規(guī)律總結(jié)工作。本文通過對成礦巖體主微量、鋯石U-Pb定年及稀土元素分析，從而約束船坑銅礦床的成礦年齡，探討巖體源區(qū)特征，并對比成礦帶內(nèi)主要斑巖型-矽卡巖型銅多金屬礦床，揭示了成礦帶內(nèi)銅礦主要成礦時段及成礦巖體特征。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

出露下三疊統(tǒng)鐵石口組(T1t)及中三疊統(tǒng)楊家組(T2y)，二者呈整合接觸。鐵石口組(T1t)：粉砂巖、泥巖、頁巖夾泥灰?guī)r、灰?guī)r等鈣質(zhì)夾層，是礦區(qū)礦體賦礦圍巖，鈣質(zhì)夾層是礦區(qū)成礦的鈣質(zhì)來源的物質(zhì)基礎(chǔ)；楊家組(T2y)：紫紅色粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖、頁巖夾含鐵質(zhì)長石石英細(xì)砂巖巖石組合。

構(gòu)造斷裂較發(fā)育，依次為F1-F5，分為北東和北西向兩組。F3、F4斷裂屬北東向張性斷裂，走向北東至北東東，傾向南東，傾角50°左右；F1、F2、F5屬北西向扭性斷裂，三者均規(guī)模較小，走向延伸200-300m，傾向傾角不明。

沿北東向斷裂及巖層脆弱面順層侵入不同期次侵入巖，呈巖株、巖脈狀。一為石英閃長玢巖，礦區(qū)范圍內(nèi)大面積出露，是礦床成礦巖體(圖2)，二為花崗閃長斑巖，隱伏于礦區(qū)深部，與成礦關(guān)系不明。此外，尚見云斜煌斑巖脈及局部爆破角礫巖。

礦區(qū)地表大面積出露角巖化、矽卡巖化(礦化)蝕變帶，礦體隱伏產(chǎn)于石英閃長玢巖與鐵石口組鈣質(zhì)夾層(T1t(ls))矽卡巖接觸帶內(nèi)，呈似層狀、透鏡狀，一般厚1.03～15.9m，最厚19.14m，走向延伸不穩(wěn)定，傾向南東，傾角45°。

圖1 江西省船坑銅礦床地質(zhì)略圖Fig.1 Geological sketch map of the Chuankeng Copper deposit in Jiangxi Province 1-第四系；2-中三疊統(tǒng)楊家組；3-下三疊統(tǒng)鐵石口組；4-下三疊鐵石口組鈣質(zhì)夾層；5-石英閃長玢巖；6-云斜煌斑巖；7-角巖；8-矽卡巖；9-角巖相變界線；10-倒轉(zhuǎn)背斜；11-倒轉(zhuǎn)向斜；12-實(shí)測/推測扭性斷裂；13-推測張性斷裂；14-取樣平面投影位置1-Quaternary；2-Middle Triassic Yangjia Formation；3-Lower Triassic Tieshikou Formation；4-Calcareous intercalation of Lower Triassic Tieshikou Formation；5-quartz diorite porphyrite；6-mica-plagioclase lamprophyre；7-hornstone；8-skarn；9-hornstone phase transition boundary；10-overturned anticline；11-overturned syncline；12-measured/inferred shear faults；13-inferred tensional faults；14-sampling planar projection location

2 樣品采集及分析方法

2.1 樣品采集

測試樣品石英閃長玢巖主微量樣品10件、鋯石樣品1件，均采自3線0m中段坑道壁(圖1、圖2)，近巖體兩側(cè)原巖鐵石口組(T1t)粉砂巖、泥巖受熱變質(zhì)形成角巖，而夾于其中的泥灰?guī)r、灰?guī)r發(fā)生矽卡巖化和銅礦化，形成銅礦體。待測樣品呈淺灰色，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)具微晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶主要為斜長石(30-40%)、角閃石(5-10%)、黑云母(8%)、鉀長石(5%)、石英(<5%)。斜長石：板柱狀，粒徑0.5×1～2×5.5mm，聚片雙晶、環(huán)帶結(jié)構(gòu)發(fā)育，普遍具絹云母化、碳酸鹽化現(xiàn)象；角閃石：呈短柱狀，橫截面呈六邊形，粒徑0.6～4mm，半自形-自形，普遍具有綠泥石化、碳酸鹽化現(xiàn)象；黑云母：片狀，粒徑0.5×1.5～2×6mm，局部云母化褪色蝕變，見內(nèi)部析出少量鐵(鈦)氧化物；鉀長石：板柱狀，粒徑0.5×1.5～3×6mm，簡單雙晶發(fā)育，局部具泥化、碳酸鹽化現(xiàn)象；石英：它形，粒狀，粒徑0.5～2mm，具熔蝕特征，呈港灣狀、穿孔狀等。基質(zhì)部位由微晶長石、石英等組成。副礦物為磷灰石、鋯石、榍石等。金屬礦物含量約2%，主要為黃鐵礦、黃銅礦，呈星點(diǎn)狀、稀疏浸染狀產(chǎn)出。

圖2 石英閃長玢巖樣品采集位置(a)、手標(biāo)本(b)、鏡下特征(c)Fig.2 Sampling positions of quartz diorite porphyrite(aphoto of the hand specimens(b)photo of micrscopic characteristics(c) 1-角巖；2-矽卡巖；3-石英閃長玢巖；4-礦體；5-黃銅礦化；6-黃鐵礦化；7-采樣位置及編號；Pl-斜長石；Q-石英；Bi-黑云母；Hb-角閃石。1-Hornstone；2-Skarn；3-Quart diorite porphyrite；4-Ore bodys；5-Chalcopyrite；6-Pyritization；7-Sampling position and numberPl-plagioclase；Q-quartz；Bi-biotite；Hb-hornblende

2.2 分析方法

主微量、稀土元素測試單位為國土資源部華東礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心。將全巖樣品破碎到

鋯石U-Pb定年及稀土元素測試單位為中國冶金地質(zhì)總局山東局測試中心。經(jīng)過淘選、磁選、雙目鏡挑選、制靶、CL照相等處理后，選出無裂紋且包裹體不發(fā)育的鋯石晶體進(jìn)行測試。測試儀器為激光剝蝕器(GeoProLas 193nmArF準(zhǔn)分子)+電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Thermo X2)，儀器測試條件：束斑30μm，頻率10HZ，載氣(He)流速760mL/min，能量密度10mJ/cm2，Nebuliser：0.56L/min，Sampling Depth：180，測定時激光束斑直徑控制在25μm。同位素質(zhì)量分餾校正采用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500，樣品的同位素比值及元素含量計算采用ICPMSDATACAL軟件，年齡數(shù)據(jù)使用ComPbCorr#3_15G程序進(jìn)行普通鉛校正，年齡及諧和圖繪制采用Isoplot(Ludwig，2001)程序。稀土數(shù)據(jù)使用標(biāo)準(zhǔn)鋯石NIST 610進(jìn)行元素濃度校正及Geokit 2012軟件(路遠(yuǎn)發(fā)，2004)處理成圖。

3 分析結(jié)果

3.1 主微量元素

主量元素(表1、圖3)顯示SiO2含量在55.70～61.22%之間，平均含量58.93%；Na2O含量在2.1～4.46%，平均含量3.03%；K2O含量在1.91～3.28%，平均含量2.58%，CaO含量在2.91～5.43%，平均含量4.66%，Al2O3含量在15.07～16.5%，平均含量15.54%。A/NK=1.53～2.53，A/CNK=0.86～1.04(平均值0.96)，A/CNK值多小于1，巖石顯示屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)特征；K2O-SiO2圖解顯示巖石屬于高鉀鈣堿性系列，K2O-Na2O圖解顯示巖石屬于I型花崗巖區(qū)域。以上特征表明巖石具有高鉀偏鋁質(zhì)I型花崗巖特征。

微量元素特征(表1、圖4)顯示其富集大離子親石元素(Rb、Ba、Th、K)，相對虧損Nb、Ta、Ti高場強(qiáng)元素，部分樣品有P的虧損，表明巖漿結(jié)晶過程中有磷灰石、含鈦礦物的結(jié)晶分異。(Yb+Ta)-Rb構(gòu)造環(huán)境判別圖解數(shù)據(jù)點(diǎn)均投于火山弧花崗巖范圍內(nèi)，顯示島弧巖漿環(huán)境特征。

圖3 石英閃長玢巖巖石系列K2O-SiO2及K2O-Na2O圖解(底圖據(jù)Peccerillo et al，1976；Middlemost，1985；Collins et al，1982)Fig.3 K2O-SiO2 and K2O-Na2O diagram from the quart diorite porphyrite(base diagram after Peccerillo et al，1976；Middlemost，1985；Collins et al，1982)

表1 石英閃長玢巖主微量元素含量表

續(xù)表

測試單位：國土資源部華東礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心，測試儀器：主量元素采用X射線熒光光譜法(XRF)，微量、稀土元素采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀；主量元素單位：%，微量元素單位：10-6；微量元素標(biāo)準(zhǔn)化球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)值采用Sunetal.，1989。

圖4 石英閃長玢巖微量元素原始標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖及(Yb+Ta)-Rb構(gòu)造環(huán)境判別圖解(底圖據(jù)Pearce et al.，1984)Fig.4 Original standardization spider diagram of trace element and Yb+Ta-Rb tectonic environment discrimination diagram from the quart diorite porphyrite(base diagram after Pearce et al.，1984)

3.2 鋯石U-Pb年齡

鋯石U-Pb數(shù)據(jù)分析結(jié)果(表2)及CL照片(圖5)顯示，鋯石無色透明，晶體自形-半自形，呈長柱狀，粒徑50～200μm，晶面簡單，晶棱較鋒銳、清晰，具典型的巖漿鋯石韻律環(huán)帶，Th/U比值介于0.6～1.2(>0.4)，平均值1.0，屬巖漿鋯石(吳元保等，2004；李長民，2009)。

圖5 石英閃長玢巖內(nèi)鋯石陰極發(fā)光電子圖像及U-Pb年齡諧和圖Fig.5 Zircon U-Pb concordia diagram with cathodouminscence electron images from quartz diorite porphyrite

據(jù)測定的CK-1019樣品的15顆鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)，進(jìn)行普通鉛校正。為了減少繼承鉛、鉛丟失等對年齡的影響，在207Pb/235U-206Pb/238U圖中和諧度低于95%的年齡數(shù)據(jù)及觀測誤差值/預(yù)期誤差值大于2的分析數(shù)據(jù)點(diǎn)將被排除掉，獲得206Pb/238U加權(quán)平均年齡為162.9±3.6Ma，代表石英閃長玢巖的巖漿結(jié)晶年齡。

3.3 稀土元素特征

表3、圖6顯示，石英閃長玢巖稀土元素總量介于72.52×10-6～162.48×10-6之間，平均值133.84×10-6，LREE總量介于67.15×10-6～151.88×10-6，平均值125.77×10-6，HREE總量介于5.37×10-6～10.60×10-6，平均值8.08×10-6，LREE/HREE值介于12.5～17.43，(La/Yb)N介于16.54～35.32，輕重稀土分餾程度高。

表4、圖7顯示，鋯石作為巖石中REE主要的寄主礦物，稀土總量遠(yuǎn)高于巖石本身，鋯石稀土元素總量介于123.66×10-6～834.06×10-6之間，平均值412.74×10-6，LREE總量介于9.28×10-6～135.14×10-6，平均值30.87×10-6，HREE總量介于114.05×10-6～807.35×10-6，平均值381.87×10-6，LREE/HREE值介于0.03～0.45，輕重稀土分餾程度高，(La/Yb)N在0.00～0.15范圍內(nèi)變化。

對比石英閃長玢巖及鋯石稀土元素配分型式圖可以看出，兩者配分型式圖具有明顯差別，巖石的稀土配分屬于輕稀土富集的右傾型，幾乎無Eu負(fù)異常，δEu介于0.67～1.30，平均值1.01，Ce異常不明顯，δCe介于0.74～1.03，平均值0.95，說明巖石內(nèi)斜長石未發(fā)生明顯分異。鋯石稀土屬于重稀土富集的左傾型，Eu弱負(fù)異常，δEu介于0.40～0.70，Ce明顯正異常，δCe介于1.19～141.09，顯示巖漿鋯石與斜長石共生特征。

表2 石英閃長玢巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果

測試單位：中國冶金地質(zhì)總局山東局測試中心，測試儀器：激光剝蝕器(GeoProLas 193nmArF準(zhǔn)分子)+電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Thermo X2)。

表3 石英閃長玢巖稀土元素含量及其特征值

測試單位：國土資源部華東礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心，測試儀器：電感耦合等離子體質(zhì)譜儀；單位：10-6；δEu=(Eu)N/0.5(Sm+Nd)N，δCe=(Ce)N/0.5(La+Pr)N，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)值采用Sunetal.，1989。

表4 石英閃長玢巖鋯石稀土元素含量及其特征值

測試單位：中國冶金地質(zhì)總局山東局測試中心，測試儀器：激光剝蝕器(GeoProLas 193nmArF準(zhǔn)分子)+電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Thermo X2)；單位：10-6；分析精度優(yōu)于10%；δEu=(Eu)N/0.5(Sm+Nd)N，δCe=(Ce)N/0.5(La+Pr)N，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)值采用Sunetal.，1989。

圖6 石英閃長玢巖稀土元素配分型式圖(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)據(jù)Sun and Mc Donough,1989)Fig.6 REE distribution patterns of quartz diorite porphyrite(chondrite from Sun and Mc Donough,1989)

圖7 石英閃長玢巖鋯石稀土元素配分型式圖(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)據(jù)Sun and Mc Donough,1989)Fig.7 REE distribution patterns from quartz diorite porphyrite zircon(chondrite from Sun and Mc Donough,1989)

4 討論

4.1 成礦區(qū)域背景

筆者本次所測得船坑礦區(qū)的石英閃長玢巖中鋯石15個測點(diǎn)的結(jié)果集中，且具有較高的諧和度，由此擬合的年齡精度也很高，這與各點(diǎn)的206Pb/238U比值加權(quán)平均年齡162.9±3.6Ma在誤差范圍內(nèi)一致，可以代表石英閃長玢巖成巖年齡，且與欽杭成礦帶銅多金屬礦主成礦期成巖年齡一致(胡國成等，2010;毛景文等，2011；王宗起等，2013)，其成礦年齡稍晚于成巖年齡。它們的構(gòu)造背景均形成于巖石圈拆沉或伸展-減薄的構(gòu)造環(huán)境下，太平洋板塊往歐亞大陸的俯沖作用，大陸地殼不斷加厚，在弧后地區(qū)出現(xiàn)一系列北東向巖石圈伸展帶和深大斷裂，同時在俯沖板片局部多處撕裂形成埃達(dá)克質(zhì)巖漿或Ⅰ型有關(guān)的銅多金屬礦床(毛景文等，2004；陳培榮等，2002；陳志剛等，2003；華仁民等，2003)，礦床的展布方向和排列形式常常與巖體相同，巖漿熱液的活動及成礦作用與構(gòu)造的發(fā)展和演化一致。船坑銅礦亦如此。

4.2 巖漿源區(qū)

石英閃長玢巖地球化學(xué)及構(gòu)造判別圖中可以看出，石英閃長玢巖具高鉀偏鋁質(zhì)I型花崗巖特征，(Yb+Ta)-Rb構(gòu)造環(huán)境判別圖解顯示了島弧成因巖漿特征，其可能來自于俯沖大洋板片重熔，釋放岀來的Cu、Au等成礦物質(zhì)，經(jīng)深大斷裂運(yùn)移至地殼淺部，遇鈣質(zhì)圍巖形成了矽卡巖型銅礦。且鋯石的稀土配分模式顯示虧損輕稀土而富集重稀土，Ce明顯正異常，Eu弱負(fù)異常特征(雷瑋琰等，2013)，顯示出石英閃長玢巖可能存在一定殼源物質(zhì)的混染。

5 結(jié)論

(1)成礦巖體石英閃長玢巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為162.9±3.6Ma，代表巖漿巖結(jié)晶年齡；地化及鋯石稀土特征顯示，巖石具高鉀偏鋁質(zhì)I型花崗巖特征，(Yb+Ta)-Rb構(gòu)造環(huán)境判別圖解顯示了島弧成因巖漿特征，其可能來自于俯沖大洋板片重熔，顯示殼?；煸刺攸c(diǎn)。

(2)船坑銅礦形成于欽杭成礦帶銅礦主成礦期，處于巖石圈拆沉或伸展-減薄的構(gòu)造環(huán)境下，受太平洋板塊往歐亞大陸的俯沖作用影響。

致謝本文研究過程中得到了江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局贛東北地質(zhì)隊(duì)在野外工作、資料收集中的鼎力幫助，鏡下鑒定工作得到了黃光昭先生的悉心指導(dǎo)，初稿得到了張傳林研究員的悉心審閱，在此一并致以誠摯的謝意！

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Geochemical Characteristics of Metallogenetic Rock and Zircon U-Pb Dating in the Chuankeng Cu Deposit of Jiangxi Province and Geological Implications

SUN Jian-dong1,LUO Xue-quan1,Lü Jin-song1,ZHANG Xue-hui1,LI Feng-chun2,Ye Hai-min1

(1.NanjingInstituteofGeologyandMineralResources,Nanjing,Jiangsu210016; 2.ShandongBureauTestCenterofChinaMetallurgicalGeologyBureau,Jinan,Shandong250014)

This work analyzed features of main and trace,and rare earth elements and zircon U-Pb dating of the metallogenic rock,quartz diorite porphyrite in the Chuanhang Cu deposit of Jiangxi Province.The results show that the rock is characterized by high potassium aluminum type I granite and magma of island-arc genesis.The existence of Nb negative anomalies and rare earth elements shows the addition of crustal material into zircon,forming a crust-mantle mixed source. Zircon U-Pb age of 162.9±3.6 Ma can largely represents the diagenetic time of ore-bearing rock.This deposit formed in the primary mineralization period of the Qinhang metallogenic zone,in alithospheric delamination or extension- thinning tectonic environment,probably affected by the subduction of the Pacific plate beneath the Eurasia continent.

Chuankeng Cu deposit,geochemical,U-Pb dating,rare earth elements

2015-04-14；

2016-03-08；[責(zé)任編輯]陳英富。

中國地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目(編碼：12120113065500)資助。

孫建東(1987年-)，男，助理工程師，從事礦床地質(zhì)研究工作，Email：njsunjiandong@163.com。

P616 [文獻(xiàn)標(biāo)示碼]A

0495-5331(2016)03-0506-12