廣東連平大頂鐵礦區(qū)石背巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及地質意義*

林小明，李宏衛(wèi)，黃建樺，婁 峰

(1. 廣東省地質調查院，廣東 廣州 510080；2. 中山大學地球科學與地質工程學院，廣東 廣州 510275)

廣東連平大頂鐵礦區(qū)石背巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及地質意義*

林小明1，李宏衛(wèi)1，黃建樺1，婁 峰2

(1. 廣東省地質調查院，廣東 廣州 510080；2. 中山大學地球科學與地質工程學院，廣東 廣州 510275)

廣東連平大頂鐵礦被譽為華南第一大鐵礦床，為華南地區(qū)最為典型的矽卡巖型礦床。對大頂鐵礦區(qū)與成礦作用有關的石背巖體粗粒斑狀黑云母花崗巖和中粒斑狀黑云母花崗巖進行LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年，獲得的同位素年齡分別為(174.3±3.6) Ma(MSWD=1.6)和(176.9±4.3) Ma(MSWD=2.6)，表明石背巖體侵位時代為早侏羅世晚期-中侏羅世早期，是燕山第一幕巖漿活動之產(chǎn)物。石背巖體形成于早中生代古太平洋板塊向歐亞板塊俯沖過程中的擠壓構造背景，其物源主要來自于地殼，為殼內物質熔融-巖漿固結而成，與佛岡巖體相似，均為陸殼改造型(S-型)花崗巖。

LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡；地質意義；大頂鐵礦；石背巖體

野外調查表明，石背花崗巖與圍巖晚三疊世大頂群(T3d)呈明顯的侵入接觸，且在礦區(qū)內蕉園段(T3dj)第5、6層內發(fā)現(xiàn)中晚三疊世的標準化石[3]，故巖體的形成時代必然晚于印支期。因此，為獲得精確的成巖同位素年齡，作者對石背巖體主體巖性粗粒斑狀黑云母花崗巖和中粒斑狀黑云母花崗巖分別取樣進行定年。并在LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學基礎上，探討石背巖體的成巖地質意義。

1 區(qū)域地質概況

大頂鐵礦處于南嶺EW向構造—巖漿巖帶之佛岡復式巖體東端，東以NE向河源深大斷裂為界與中國東南沿海中生代火山巖帶毗鄰，屬于華南褶皺系東南部的閩南、粵東鐵礦帶內[1]。礦區(qū)中心為石背穹窿構造，穹窿構造以石背花崗巖體為中心，形成軸線為N66°-75°E的背斜，背斜長約20～22 km，寬約12～16 km[2,4]。穹窿中心部位的周邊形成一系列張性斷裂，鐵多金屬礦床主要產(chǎn)于巖體外接觸帶張性斷裂構造中。

石背巖體呈近圓狀，出露面積約26 km2。南半部產(chǎn)狀較緩，東南緣為厚度不大的似層狀“巖舌”，沿地層貫入，北部邊緣較陡，局部有超覆現(xiàn)象。巖體具有明顯的巖相分帶：中心相為粗粒斑狀黑云母花崗巖，中間相為中粒斑狀黑云母花崗巖，邊緣相為細粒少斑狀黑云母花崗巖。巖體主體巖性為粗粒斑狀黑云母花崗巖和中粒斑狀黑云母花崗巖。與巖體相接觸的圍巖地層為晚三疊世大頂群(T3d)，受巖漿作用影響，在接觸帶附近產(chǎn)生不同程度的角巖化和矽卡巖化。

礦區(qū)鐵多金屬礦床(點)圍繞石背巖體呈環(huán)狀產(chǎn)出，其中大頂鐵礦與深坑鐵礦為大型礦床。礦床以鐵礦(磁鐵礦)為主，錫礦化也較普遍，常見有閃鋅礦、輝鉬礦、黃銅礦細脈穿插于鐵礦體中。礦床類型大致可分為錫石磁鐵礦型、多金屬磁鐵礦型以及W/Sn石英脈型3種類型：① 錫石磁鐵礦型：為區(qū)內主要礦床類型，見于大頂、茅嶺、桂林等地段，礦化產(chǎn)于外接觸帶，沿接觸帶順層產(chǎn)出，似層狀、透鏡狀，礦物組合以磁鐵礦為主，少量錫石、赤鐵礦、褐鐵礦；② 多金屬磁鐵礦型：見于大席礦點，礦體產(chǎn)于接觸帶外帶，沿接觸帶呈層狀、透鏡狀產(chǎn)出，金屬礦物有磁鐵礦、褐鐵礦、輝鉬礦、閃鋅礦等；③ W/Sn石英脈型：見于巖體外圍白沙樓礦點，含W/Sn石英脈在地表呈密集細脈帶分布。金屬礦物有黑鎢礦、白鎢礦、錫石、輝鉬礦等[2,4]。

圖1 廣東連平大頂鐵礦區(qū)地質簡圖Fig.1 Geological map of Dading iron area in Lianping, Guangdong province

2 樣品及分析方法

對石背巖體主體巖性粗粒斑狀黑云母花崗巖和中粒斑狀黑云母花崗巖分別采樣，所采集的樣品相對較新鮮，樣品編號為DD001(GPS：N24°08′3.7″；E114°33′18.3″)和DD002(GPS：N24°07′37″；E114°36′33.6″)。

鋯石單礦物分選在河北省區(qū)域地質礦產(chǎn)調查研究所進行。鋯石制靶、透反射和陰極發(fā)光(CL)照相在北京鋯年領航科技有限公司完成。LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年在合肥工業(yè)大學資源與環(huán)境工程學院開展，由ICP-MS和激光剝蝕系統(tǒng)聯(lián)機完成。ICP-MS 為美國Agilent 公司生產(chǎn)的Agilent 7500a，激光剝蝕系統(tǒng)為美國生產(chǎn)的GeoLasPro。樣品激光熔樣光斑大小選擇32 μm。數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal 軟件[5-7]。U-Pb同位素定年采用標準鋯石91500作外標進行同位素分餾校正。鋯石標準91500的U-Th-Pb同位素比值推薦值據(jù)Wiedenbeck等[8]。采用標準鋯石Plesovice作為監(jiān)控樣，該鋯石的TIMS測定206Pb/238U 年齡為(337.13 ±0.37)Ma (2σ)[9]。樣品U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡權重平均計算均采用Isoplot/Ex_ver3[10]完成。使用ComPbCorr#3.18程序[11]進行普通Pb校正。

粗粒斑狀黑云母花崗巖(DD001)和中粒斑狀黑云母花崗巖(DD002)中的鋯石除個別為渾圓狀外，多為自形長柱狀，晶形較好，呈淺黃、淺玫瑰色或無色，聚形由柱面(110)(100)與錐面(111)(131)組成，鋯石顆粒長軸方向大小為100～300 μm，長寬比在1～4 之間。

3 鋯石U-Pb測年結果

大頂鐵多金屬礦區(qū)石背巖體花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年結果分別見表1、表2。

所分選的鋯石韻律環(huán)帶發(fā)育(圖2)，測定的鋯石Th /U比值較大(集中在0.2和0.52之間)，具有巖漿鋯石的特征。因此，用于同位素測年的鋯石為巖漿結晶過程中所形成的鋯石，故主群鋯石U-Pb年齡即代表巖漿的侵位年齡。

對樣品DD001選取了20顆鋯石進行U-Pb同位素組成分析，共20個分析點。其中6個分析點(點3, 7, 8, 10, 15, 19)諧和度<90%，在計算年齡時被剔除，其余14個點的206Pb/238U年齡在166～185Ma之間，用Isoplot軟件求得加權平均年齡為(174.3±3.6) Ma(MSWD=1.6),該年齡代表大頂鐵礦區(qū)粗粒斑狀黑云母花崗巖的結晶年齡。

表1 石背巖體粗粒斑狀黑云母花崗巖鋯石LA-ICP-MS分析結果1)

1)括號里的數(shù)字為1σ值

表2 石背巖體中粒斑狀黑云母花崗巖鋯石LA-ICP-MS分析結果1)

1)括號里的數(shù)字為1σ值

圖2 石背巖體鋯石CL圖像(a) 來自粗粒斑狀黑云母花崗巖；(b)來自中粒斑狀黑云母花崗巖Fig.2 CL images for zircons from Shibei coarse-grain porphyritic biotite granite(a) and medium-grain porphyritic biotite granite(b)

對樣品DD002選取了19顆鋯石進行U-Pb同位素組成分析，共20個分析點。其中3個分析點(點11, 15, 18)諧和度<90%，在計算年齡時被剔除。分析點19打在鋯石核部，為巖漿結晶時捕獲的早世代鋯石，鋯石巖漿震蕩環(huán)帶清晰，分析點206Pb/238U年齡為965 Ma，表明研究區(qū)很可能存在晉寧期巖漿事件。分析點19不代表主群鋯石年齡而應被剔除。其余16個點的206Pb/238U年齡在162～193 Ma之間，用Isoplot軟件求得加權平均年齡為(176.9±4.3) Ma(MSWD=2.6),該年齡代表石背巖體中粒斑狀黑云母花崗巖的結晶年齡。

上述分析數(shù)據(jù)表明石背巖體粗粒斑狀黑云母花崗巖與中粒斑狀黑云母花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡在誤差范圍內基本一致，說明本次測試數(shù)據(jù)真實可靠。同位素年齡顯示二者為同期巖漿活動產(chǎn)物，前者為中心相，后者為中間相或過渡相，這與野外地質調查成果相一致。我們獲得的石背巖體花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為174.3～176.9 Ma，表明成巖時代為早侏羅世晚期-中侏羅世早期。因巖漿活動與固結成巖存在一定的年齡差，故大頂鐵礦區(qū)石背花崗巖體應為早侏羅世巖漿活動的產(chǎn)物。

圖3 石背巖體鋯石年齡諧和圖(a)來自粗粒斑狀黑云母花崗巖；(b)來自中粒斑狀黑云母花崗巖Fig.3 Concordia plot showing the zircon U-Pb analyses of the Shibei coarse-grain porphyritic biotite granite(a) and medium-grain porphyritic biotite granite(b)

4 討 論

石背巖體位于佛岡復式巖體北東側，重力資料揭示二者在深部連為一體[12]。前人資料[13-14]表明兩巖體主體巖性中粗粒黑云母花崗巖均為弱過鋁質花崗巖，且屬高鉀鈣堿類巖石類型。在微量元素蛛絲網(wǎng)圖上，花崗巖Nb、Ta較相鄰的Th、Ce顯示明顯的虧損。這與華南改造型(S-型)花崗巖的地球化學特征十分相似，表明其成巖物源來自地殼。本次獲得的粗粒斑狀黑云母花崗巖與中粒斑狀黑云母花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分別為(174.3±3.6)和(176.9±4.3) Ma，取其平均值175.6 Ma為大頂鐵多金屬礦區(qū)石背巖體成巖同位素年齡。該年齡與佛岡復式巖體邊部零星出露的燕山早期花崗巖同位素年齡相當。南嶺地區(qū)最早的燕山早期花崗巖是贛南的柯樹背巖體(SHRIMP鋯石U-Pb年齡為(189±3) Ma[15])和湖南溈山巷子口巖體(LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(187±4) Ma[16])。

據(jù)凌洪飛等[14]研究，佛岡巖體(包括石背巖體)花崗巖(87Sr/86Sr)i為0.709～0.712，均大于0.706，表明成巖物質來自地殼，即陸殼改造型(S型)花崗巖。然而，其所采用的巖體同位素年齡較陳舊，本文用最新的同位素年齡數(shù)據(jù)代替之，樣品編號FG-1(佛岡)、FG-10(佛岡)和SB-1(石背)的成巖同位素年齡分別為156.4, 167.3和175.6 Ma，獲得的εNd(t)值分別為-10.98、-8.81和-4.50，兩階段模式年齡1.84, 1.67和1.33Ga。在εNd(t)-t圖上，佛岡巖體樣品投點位于南嶺地區(qū)前寒武紀地殼演化域內，而SB-1投點位于南嶺地區(qū)前寒武紀陸殼演化域之上。此外，石背巖體過鋁質花崗巖Nd模式年齡為1.33 Ga，明顯區(qū)別于佛岡巖體弱過鋁質花崗巖(T2DM=1.76 Ga)。相反，與其東部大埔?guī)r體較相似(T2DM=1.34 Ga；εNd(t)=-4.9)，二者均位于東南沿海Nd模式年齡低值帶[13,17-18]。

中國東南沿海燕山期巖漿活動為西太平洋構造-巖漿旋回的一部分。早中生代(～200 Ma)太平洋板塊向亞洲板塊發(fā)生俯沖，導致地殼增溫，殼內物質熔融形成巖漿，地殼受壓縮而形成一系列NE向凹陷盆地[19-20]。于晚侏羅世(～140 Ma)，巖漿活動強度和規(guī)?？涨爸?。而后，俯沖的太平洋板塊(片)發(fā)生后撤，巖石圈伸展，地殼系統(tǒng)內能降低，巖漿活動減弱，地殼受拉張形成眾多NE向斷陷盆地[19-20]。因此，石背巖體(175.6 Ma)的形成應處于巖石圈擠壓構造應力背景，其成因很可能與板塊俯沖、地殼增溫、殼內物質熔融有關。亦有學者認為燕山早期花崗巖多是巖漿侵位于伸展構造環(huán)境下的產(chǎn)物[14,21-22]，目前該區(qū)域未見同時期的典型的伸展構造環(huán)境中形成的堿性巖-正長巖-花崗巖組合，石背巖體明顯有別于鄰區(qū)的南昆山堿性花崗巖((147±0.8) Ma)[23]、江西全南正長巖(164 Ma)[24]以及從化亞髻山霞石正長巖((125.3±3.5) Ma)[25]。

5 結 論

對大頂鐵礦區(qū)粗粒斑狀黑云母花崗巖和中粒斑狀黑云母花崗巖進行的LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年，獲得的同位素年齡分別為(174.3±3.6)和(176.9±4.3) Ma，其年齡平均值為165.5 Ma。表明石背巖體侵位時代為早侏羅世晚期-中侏羅世早期，是燕山第一幕巖漿活動之產(chǎn)物。

石背巖體形成于早中生代古太平洋板塊向歐亞板塊俯沖過程中的擠壓構造背景。其物源主要來自地殼，為地殼物質熔融-固結而成，與佛岡巖體相似均為陸殼改造型(S-型)花崗巖。且?guī)r漿源區(qū)因板塊俯沖、地殼增溫、殼內物質熔融有關。因此，石背巖體不具有典型的伸展構造環(huán)境中形成的堿性巖-正長巖-花崗巖組合特征。

致謝：感謝李全忠老師在LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測試及數(shù)據(jù)處理等方面提供的支持和幫助。

[1] 程裕淇, 趙一鳴, 林文蔚. 中國礦床(中)[M]. 北京: 地質出版社, 1993: 392-400.

[2] 鄧景. 廣東連平大頂富鐵礦床成因探討[J]. 大地構造與成礦學, 1979(02): 35-50.

[3] 鄭昌能, 歐陽玉飛, 王涌泉. 廣東連平大頂鐵礦床地質特征及成因探討[J]. 甘肅冶金, 2009, 31(1): 53-55.

[4] 藍恒春. 石背巖體成礦特征及其周邊找礦遠景[J]. 中國礦山工程, 2008, 37(2):53-55.

[5] LIU Y S, HU Z C, GAO S, et al. In situ analysis of major and trace elements of anhydrous minerals by LA-ICP-MS without applying an internal standard[J]. Chemical Geology, 2008, 257: 34-43.

[6] LIU Y, GAO S, HU Z, et al. Continental and oceanic crust recycling-induced melt-peridotite interactions in the Trans-North China Orogen: U-Pb dating, Hf isotopes and trace elements in zircons of mantle xenoliths[J]. Journal of Petrology, 2010,51: 537-571.

[7] LIU Y, HU Z, ZONG K, et al. Reappraisement and refinement of zircon U-Pb isotope and trace element analyses by LA-ICP-MS[J]. Chinese Science Bulletin, 2010b: 1535-1546.

[8] WIEDENBECK M, ALLE P, CORFU F, et al. Three natural zircon standards for U-Th-Pb, Lu-Hf, trace element and REE analyses[J]. Geostandards and Geoanalytical Research, 1995, 19: 1-23.

[9] SLAMA J, KOSLER J, CONDON D J, et al. Plesovice zircon_A new natural reference material for U-Pb and Hf isotopic microanalysis[J]. Chemical Geology, 2008, 249: 1235.

[10] LUDWIG K R. ISOPLOT 3.00: A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel [R]. California, Berkeley: Berkeley Geochronology Center, 2003.

[11] ANDERSEN T. Correction of common lead in U-Pb analyses that do not report204Pb[J]. Chem Geol, 2002, 192: 59-79.

[12] 肖光銘, 邸文. 粵北地區(qū)鎢成礦規(guī)律研究[J]. 華南地質與礦床, 2011, 27(2): 132-140.

[13] 莊文明, 陳紹前, 黃有義, 等. 廣州—佛岡地區(qū)顯生宙花崗巖類Nd-Sr同位素失蹤研究[J]. 廣東地質, 2000, 15(3):50-55.

[14] 凌洪飛, 沈渭洲, 孫濤, 等. 廣東省22個燕山期花崗巖的源區(qū)特征及成因：元素及Nd-Sr同位素研究[J]. 巖石學報, 2006, 22(11): 2687-2703.

[15] LI Z X, LI X H. Formation of the 130 km-wide intra-continental orogen and post-orogenic magmatic province in Mesozoic South China: A flat-slab subduction model[J]. Geology, 2007, 35:179-182.

[16] 丁興, 陳培榮, 陳衛(wèi)鋒, 等. 湖南溈山花崗巖中鋯石LAICPMS U-Pb定年: 成巖啟示及意義[J]. 中國科學D輯: 地球科學, 2005, 35(7): 606-616.

[17] CHEN J F, JAHN B M. Crustal evolution of southeastern China: Nd and Sr isotopic evidence[J]. Tectonophysics, 1998, 284(1-2): 101-133.

[18] SHEN W Z, LIANG H F, LI W X, et al. 2000. Crustevolution in Southeast China: evidence from Nd model ages of granitoids [J]. Science in China, 43(1): 36-49.

[19] CHEN G N, GRAPES R, ZHANG K. A model for Mesozoic Crustal Melting and Deformation of SE China [J]. International Geology Review, 2003, 45: 948-957.

[20] CHEN G N, GRAPES R. Granite Genesis: In-situ Melting and Crustal Evolution [M]. Netherlands: Springer,2007.

[21] 李獻華, 李武顯, 李正祥. 再論南嶺燕山早期花崗巖的成因類型與構造意義[J]. 科學通報, 2007, 52(9): 981-991.

[22] 陳培榮, 周新民, 張文蘭, 等. 南嶺東段燕山早期正長巖—花崗巖雜巖的成因和意義[J]. 中國科學D輯:地球科學, 2004, 34(6): 493-503.

[23] 劉昌實, 陳小明, 王汝成, 等. 廣東龍口南昆山鋁質A-型花崗巖的成因[J]. 巖石礦物學雜志, 2003, 22(1): 1-10.

[24] 陳志剛, 李獻華, 李武顯. 全南正長巖的地球化學特征及成因[J]. 地質論評, 2002, 48(增刊): 77-83.

[25] 李宏衛(wèi), 林小明, 黃建樺. 廣東從化石嶺堿性雜巖體角閃石正長巖LA-MS鋯石U-Pb定年[J]. 地球科學前沿,2015(5):27-32.

LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of Shibei pluton at Dading iron mine area in Lianping, Guangdong and its geological significance

LINXiaoming1,LIHongwei1,HUANGJianhua1,LOUFeng2

(1. Guangdong Geological Survey, Guangzhou 510080, China;2. School of Earth Science and Geological Engineering, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China)

Dading iron mine in Lianping, Guangdong province is well known as the largest iron ore deposit, and is also the most typical skarn type deposit in South China. The LA-ICP-MS zircon U-Pb age of coarse-grain porphyritic biotite granite and medium-grain porphyritic biotite granite from Dading pluton, closely related to mineralization in Dading mining area, are (174.3±3.6) Ma (MSWD=1.6) and (176.9±4.3) Ma(MSWD=2.6)，respectively, and it shows the emplacement age of Shibei pluton belonged to the early Jurassic-middle Jurassic, and it was the product of the first magma activity of yanshanian period. The Shibei pluton was formed in extrusion tectonic setting, in the process of subduction of the Pacific plate under Eurasian plate in the early Mesozoic. Its source mainly from crust, formed by crustal material melting and magma consolidation, similar to the Fogang pluton, is crustal transformation type(S-type) granite.

LA-ICP-MS zircon U-Pb dating; geological significance;Dading iron mine; Shibei pluton

10.13471/j.cnki.acta.snus.2016.01.022

2015-02-09

國土資源部中國地質調查局公益性行業(yè)基礎地質調查專項資金資助項目(1212011220047,12120113063100,1212010511106)

林小明(1975年生)，男;研究方向：花崗巖與成礦;E-mail:wjnlxm@126.com

P581

A

0529-6579(2016)01-0131-06