沙湖山侵入巖鋯石U-Pb年齡和地球化學特征

池月余, 劉光賢, 孫方元, 鄭志鋒, 黃樹軍, 袁 峰

(1.安徽省地質礦產勘查局 327地質隊,安徽 合肥 230011; 2.合肥工業(yè)大學 資源與環(huán)境工程學院,安徽 合肥 230009)

沙湖山侵入巖鋯石U-Pb年齡和地球化學特征

池月余1, 劉光賢2, 孫方元2, 鄭志鋒2, 黃樹軍2, 袁 峰2

(1.安徽省地質礦產勘查局 327地質隊,安徽 合肥 230011; 2.合肥工業(yè)大學 資源與環(huán)境工程學院,安徽 合肥 230009)

沙溪礦床是長江中下游地區(qū)重要的斑巖型銅金礦床,沙湖山地區(qū)位于沙溪礦床的北東部,屬于沙溪礦床的東帶。沙湖山地區(qū)巖漿巖與沙溪銅礦地區(qū)巖漿巖處于同一構造巖漿巖帶上,具有多階段、多期次活動的特點,為燕山晚期侵入的淺成中酸性巖體。LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結果表明:沙湖山地區(qū)石英閃長玢巖的年齡為(130.8±1.3)Ma,與沙溪地區(qū)侵入巖年齡相近,同屬長江中下游第2成巖階段; 沙湖山地區(qū)的侵入巖富集輕稀土元素,較為富Na,高Sr,低Y、Yb,Eu負異常不明顯,具有埃達克巖的特征,并且在Y-Sr/Y圖解中投入埃達克巖的區(qū)域,因此沙湖山地區(qū)的侵入巖可能為埃達克巖。

沙湖山;金礦化;鋯石U-Pb年齡;埃達克巖;地球化學

長江中下游成礦帶是我國東部重要的金屬成礦帶之一,長期的構造作用、巖漿作用和成礦作用形成了斷隆區(qū)和斷凹區(qū)的構造格局,由北向南依次有鄂東南、九瑞、安慶-貴池、銅陵、廬樅、寧蕪、寧鎮(zhèn)等七大礦集區(qū)分布。成礦帶內主要發(fā)育矽卡巖型、矽卡巖-斑巖復合型、玢巖型和熱液脈型銅鐵金多金屬礦床[1-3],是我國最重要的成礦帶之一。

沙湖山地區(qū)位于廬江縣沙溪斑巖型銅金礦床的東北部,與沙溪礦床的鳳臺山礦段和棋盤山礦段相鄰, 在該地區(qū)發(fā)現(xiàn)的金礦床是長江中下游成礦階段唯一一個獨立的斑巖型金礦床,初步估算333類工業(yè)品級金礦石量82.69×104t,金金屬量2.511 t,含金平均品位3.05 g/t,對與礦床礦化有關的巖體進行研究對于長江中下游找礦具有重要指示意義。

本文在詳細的野外觀察、鉆孔樣品編錄以及系統(tǒng)采集與金礦床礦化有關的石英閃長玢巖和礦石樣品基礎上,進行了LA-ICP-MS 鋯石U-Pb定年和巖石地球化學分析,對于該地區(qū)的礦化和年代學有了一定的了解,并且通過本次的研究還發(fā)現(xiàn),本區(qū)成巖成礦年代學特征與沙溪礦床的年齡極為相近,這對于該地區(qū)下一步的找礦工作具有一定的指導意義。

1 地質背景與主要巖漿巖特征

廬樅中生代火山盆地位于長江中下游斷陷帶內,地處揚子板塊的北緣、郯廬斷裂帶的南段,是長江中下游成礦帶中最重要的中生代火山巖盆地和礦集區(qū)之一[1]。研究區(qū)位于安徽省廬江縣境內,構造上位于長江中下游成礦帶廬樅火山巖盆地外圍、郯廬斷裂帶內,地處揚子板塊的北緣,大別造山帶東側,是郯廬斷裂帶、黃破斷裂帶、滁河斷裂帶的復合部位。研究區(qū)內出露地層如圖1所示,主要有志留系中統(tǒng)墳頭組、下統(tǒng)高家邊組,礦區(qū)東側見到零星的侏羅系下統(tǒng)磨山組,礦區(qū)西南部見到少量的白堊系下統(tǒng)楊灣組紅層,賦礦圍巖主要是墳頭組砂巖。沙湖山主體位于盛橋-菖蒲山復式背斜的南東翼,受到西側的順崗-沙子崗斷裂、廬江-馬頭咀斷裂深部斷裂的影響,加上巖體的侵入,致使區(qū)內斷裂構造復雜,裂隙及微細裂隙發(fā)育。出露地層巖性主要為泥質粉砂巖,巖性變化小,且由于受巖體侵入,裂隙發(fā)育,斷層較難以識別。沙湖山地區(qū)巖漿巖與沙溪地區(qū)巖漿巖處于同一構造巖漿巖帶上,具有多階段、多期次活動的特點,為燕山晚期侵入的淺成中酸性巖體,主要的侵入巖有石英閃長玢巖、黑云母石英閃長斑巖及石英閃長斑巖,還有少量的煌斑巖脈。本區(qū)巖石蝕變的強弱與巖性、構造及巖體侵入有密切關系。志留系砂巖蝕變總體較弱,巖石發(fā)生較強的石英碳酸鹽化、綠泥石化,局部高嶺石化。礦化主要為黃鐵礦化，并有較弱的鉛鋅礦化和黃銅礦化,金礦化主要以晶格金的形式存在于黃鐵礦中。

Q—第四系 J1m—侏羅系下統(tǒng)磨山組 S1g—志留系下統(tǒng)高家邊組 S2f—志留系中統(tǒng)墳頭組 παδ—閃長斑巖 F—斷層 Qδπx—黑云母石英閃長斑巖 Qδπ—石英閃長斑巖

沙湖山地區(qū)石英閃長玢巖手標本與正交偏光鏡下照片,如圖2所示。

Hbl—角閃石 Pl—斜長石 Bt—黑云母 Q—石英

石英閃長玢巖主要出露于勘查區(qū)沙湖山環(huán)形山體的中間低洼地帶,呈巖株狀產出。通過對沙湖山地區(qū)鉆孔巖石樣品的仔細觀察,發(fā)現(xiàn)沙湖山地區(qū)出露的巖體巖性均為石英閃長玢巖,手標本樣品顏色為灰黑色,斑狀結構,塊狀構造,主要組成礦物為斜長石(中長石),含少量黑云母和角閃石,基質由斜長石、角閃石及少量石英等晶屑組成。

2 樣品采集分析及測試結果

2.1 樣品采集與測試方法

本次工作采集了沙湖山地區(qū)較為新鮮的石英閃長玢巖樣品,其中鋯石樣品1個,地球化學樣品11個。

鋯石挑樣、制靶、陰極發(fā)光圖像均由廊坊市宏信地質勘查技術服務公司完成。LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年分析在合肥工業(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公司生產的Agilent 7500a,該儀器獨有的屏蔽炬(Shield Torch)可明顯提高分析靈敏度。激光剝蝕系統(tǒng)為美國Coherent Inc.公司生產的GeoLasPro,該系統(tǒng)為工作波長193 nm的ComPex102ArF準分子激光器,樣品上的光斑大小為4～160 μm,能量密度范圍為1～45 J/cm2,單脈沖能量可達200 mJ,最高重復頻率20 Hz。

主量元素和微量元素測試分析在廣州澳實礦物實驗室中心完成,其中主量元素用X-射線熒光光譜儀(X-ray fluorescence spectometer,XRF)測定,氧化物總量分析誤差為1%～3%，其大致過程為:首先稱取0.7 g樣品,然后加入適量硼酸高溫熔融成玻璃片,最后在XRF上用外標法測定氧化物含量。微量元素測定采用ICP-MS法:首先稱取50 mg樣品,用酸溶樣制成溶液,然后在ICP-MS上用內標法進行測定,分析精度優(yōu)于10%。

2.2 鋯石U-Pb定年

沙湖山地區(qū)石英閃長玢巖部分陰極發(fā)光圖像如圖3所示，該地區(qū)的鋯石LA-ICP-MS測年數(shù)據(jù)見表1所列。沙湖山地區(qū)石英閃長玢巖鋯石樣品中鋯石呈無色透明,結晶程度高,長柱狀,具有清晰的環(huán)帶結構,w(Th)/w(U)比值均大于0.1,是典型的巖漿成因鋯石。

圖3 沙湖山地區(qū)石英閃長玢巖部分鋯石陰極發(fā)光圖像

沙湖山地區(qū)石英閃長玢巖鋯石U-Pb諧和一致曲線如圖4所示，石英閃長玢巖的U-Pb諧和年齡為(131.4±1.3)Ma,該年齡可代表沙湖山地區(qū)侵入巖年齡。

表1 研究區(qū)侵入巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年數(shù)據(jù)

2.3 巖石地球化學

沙湖山地區(qū)出露的主要侵入巖為石英閃長玢巖,本文對沙湖山地區(qū)石英閃長玢巖的11件樣品進行了主、微量元素測試,分析及計算結果見表2、表3所列,結合文獻[4-6]數(shù)據(jù)對研究區(qū)侵入巖的巖石地球化學特征進行分析。

表2 沙湖山地區(qū)石英閃長玢巖樣品主量元素質量分數(shù) %

表3 沙湖山地區(qū)石英閃長玢巖樣品微量元素質量分數(shù)與參數(shù)特征分析結果

續(xù)表

注:∑REE為總稀土元素(rare earth elements,REE)質量分數(shù),∑LREE為輕稀土元素(light rare earth elements,LREE)質量分數(shù),∑HREE為重稀土元素(heavy rare earth elements,HREE)質量分數(shù);表中各微量元素、∑REE、∑LREE及∑HREE的數(shù)值均再乘以10-6后為對應項目的質量分數(shù)。

2.3.1 主量元素

沙湖山地區(qū)的巖漿巖w(SiO2)在54.88%～61.67%之間,平均值為58.11%,變化范圍較小。巖石總堿質量比為5.80%～7.49%,w(Na2O)/w(K2O)為1.39～6.52之間,大部分集中于1.92～2.46,平均值為2.85,巖石在總體較富鈉的基礎上富鉀。巖石的氧化率較高,w(Fe2O3)/w(Fe2O3+FeO)在0.57～0.68之間。

沙湖山地區(qū)侵入巖SiO2-(K2O+Na2O)圖解和K2O-SiO2圖解[7-8]如圖5所示。

● 沙湖山地區(qū)侵入巖 ▲ 沙溪地區(qū)侵入巖 1.橄欖輝長巖 2.堿性輝長巖 3.輝長閃長巖 4.閃長巖 5.花崗閃長巖 6.花崗巖 7.硅英巖 8.二長輝長巖 9.二長閃長巖 10.閃長巖 11.石英正長巖 12.正長巖 13.副長石輝長巖 14.副長石二長閃長巖 15.副長石二長正長巖 16.副長正長巖 17.副長深成巖 18.霓方鈉巖/磷霞巖/粗白榴巖

圖5a中的虛線是堿性系列和亞堿性系列分界線,由圖5a可知,沙湖山地區(qū)的侵入巖樣品在TAS圖解為亞堿性系列巖石,主要投于二長巖和閃長巖的區(qū)域中,其里特曼指數(shù)為2.12～3.14,屬于鈣堿性系列巖石。

由圖5b可知,在SiO2-K2O圖中樣品數(shù)據(jù)也主要為鈣堿性系列,w(Na2O)/w(K2O)比值為1.39～6.52,為富鈉質的閃長巖類,其鋁指數(shù)A/CNK為1.38～1.83,表明其為過鋁質巖石。在圖5b中,將沙溪地區(qū)的前人數(shù)據(jù)[6,9]投入圖中與本文所測試的數(shù)據(jù)進行對比,可見文獻[6,9]的大部分數(shù)據(jù)也投于鈣堿性系列中。

2.3.2 微量元素

侵入巖微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖和稀土元素球粒隕石標準化配分圖[10-11]如圖6所示。由圖6a可見,沙湖山地區(qū)的不相容元素Zr、Hf、Yb、Lu與Rb、Th、K等大離子親石元素相對富集,高場強元素Nb、Ta、Zr、Hf、P、Th和重稀土元素Yb、La相對富集。

沙湖山地區(qū)侵入巖∑REE為77.25×10-6～124.51×10-6,∑LREE為64.65×10-6～113.23×10-6,∑HREE為7.07×10-6～11.28×10-6,表現(xiàn)出右傾的稀土元素配分模式,輕、重稀土元素分異較強(∑LREE/∑HREE為7.61～10.29,(La/Yb)N為8.11～14.41),δEu為0.85～1.10,異常不明顯。

● 沙湖山地區(qū)侵入巖 ▲ 沙溪地區(qū)侵入巖

沙湖山地區(qū)侵入巖哈克圖解如圖7所示。由圖7可見,在哈克圖解中沙湖山地區(qū)與沙溪地區(qū)侵入巖有以下3個特征:① 沙湖山和沙溪地區(qū)侵入巖均具有較高的w(Al2O3)(>14%);② 沙湖山地區(qū)侵入巖w(SiO2)與Al2O3、P2O5、K2O、TiO2、CaO、MgO的質量分數(shù)呈明顯的負相關關系,與w(Na2O)和w(Zr)呈明顯的正相關關系,顯示巖漿演化過程中可能不存在強烈的鋯石分離結晶;③w(SiO2)與不相容元素Sr沒有明顯的線性關系。

● 沙湖山地區(qū)侵入巖 ▲ 沙溪地區(qū)侵入巖

沙湖山地區(qū)侵入巖w(SiO2)與Al2O3、P2O5、K2O、TiO2、CaO、MgO、TFeO的質量分數(shù)呈明顯的負相關關系,即隨著w(SiO2)增大(54%～64%)而呈線性降低,反映了斜長石和角閃石等富鈣礦物、鎂鐵礦物及其Fe-Ti氧化物是侵入巖在氧化過程中較早的主要分異結晶相,這說明從基性到酸性巖漿存在著分離結晶。w(P2O5)隨著w(SiO2)增大而降低,表明巖漿演化過程中有磷灰石的分離結晶,由于磷灰石一般具有Eu負異常,磷灰石的分離可以抵消因斜長石等礦物相分離而產生的Eu虧損,因此沙湖山地區(qū)侵入巖未表現(xiàn)出明顯的Eu異常。

3 討 論

3.1 巖體形成時代

本次研究得出沙湖山地區(qū)石英閃長玢巖的成巖年齡為(131.4±1.3)Ma。沙溪斑巖型銅(金)礦床中石英閃長斑巖全巖Rb-Sr同位素等時線年齡值為(127.9 ±1.6)Ma[5];沙溪巖體中粗斑閃長玢巖鋯石U-Pb諧和年齡為(131±1.00)Ma;細斑石英閃長玢巖的鋯石U-Pb諧和年齡為(129.43±0.99)Ma;黑云母石英閃長玢巖的鋯石U-Pb諧和年齡為(129.25±0.90)Ma;中斑石英閃長玢巖的鋯石U-Pb諧和年齡為(129.00±7.30)Ma;閃長玢巖的鋯石U-Pb諧和年齡為(125.90±2.50)Ma[9],這些年齡均與沙湖山閃長玢巖成巖年齡接近。文獻[12]將長江中下游成巖成礦時代大致分為145～137 Ma、135～127 Ma及126～123 Ma,沙溪斑巖成巖成礦時代則主要集中在130～127 Ma[12-15],而沙溪外圍沙湖山地區(qū)的成巖年齡也是集中在130～127 Ma,說明沙湖山地區(qū)閃長玢巖是長江中下游第2成巖階段的產物。

3.2 巖漿演化

沙湖山地區(qū)的石英閃長玢巖w(SiO2)>56.00%(除1個樣品w(SiO2)為54.88%,其他樣品w(SiO2)均在56.38%～61.58%),w(Al2O3)≥16%(16.17%～17.89%),w(MgO)<3.00%(1.54%～2.82%),w(Na2O)>3.00%(3.82%～6.00%),w(K2O)/w(Na2O)小于0.80%(0.15%～0.71%),屬于較為富鈉的閃長巖類;在微量元素方面,高Sr,低Y、Yb及HREE,w(Sr)>400×10-6(675×10-6～971×10-6),w(Yb)<1.9×10-6(0.93×10-6～1.51×10-6),w(Y)<18×10-6(9.00×10-6～13.40×10-6),無明顯Eu異常,說明巖漿演化過程中沒有發(fā)生斜長石的分離結晶。這些主量元素和微量元素特征完全符合文獻[16-17]關于埃達克巖(adakite)的描述。沙湖山地區(qū)侵入巖Y-Sr/Y圖解如圖8所示。

圖8 沙湖山地區(qū)侵入巖的Y-Sr/Y圖解

由圖8可見,沙湖山地區(qū)和沙溪地區(qū)的巖石樣品均投入埃達克巖的區(qū)域中,表明其均具有埃達克巖的特征。埃達克巖的發(fā)現(xiàn)表明,俯沖到深處的具有洋脊玄武巖性質的板片在合適的物理化學條件下可以部分熔融形成中酸性的巖漿。

在TAS圖解(圖5a)中,沙湖山石英閃長玢巖與沙溪地區(qū)侵入巖的分布較為一致,均為亞堿性系列巖石,且均投于二長巖和閃長巖的區(qū)域中,在哈克圖解(圖7)中,沙湖山石英閃長玢巖和沙溪地區(qū)侵入巖Al2O3、P2O5、Na2O、TiO2質量分數(shù)隨w(SiO2)的變化表現(xiàn)出相同的變化規(guī)律,這表明沙湖山和沙溪地區(qū)侵入巖為同源演化關系,同時兩者在地理位置上分布也相近,更加有力地證明了兩者可能來自同一巖漿源區(qū)。

3.3 構造背景

沙湖山地區(qū)侵入巖Yb+Ta-Rb圖解和Th-La/Yb圖解如圖9所示。

由圖9a可見,沙湖山石英閃長玢巖的樣品均投點于火山弧花崗巖區(qū)域;由圖9b可見,樣品部分投點于演化的大洋弧區(qū)域中。沙湖山地區(qū)處于中國東部,其石英閃長玢巖侵入體在地理位置上與沙溪地區(qū)侵入巖相近,地球化學特征和演化相似,且兩者年齡同屬于長江中下游第2成巖階段,因此沙湖山地區(qū)石英閃長玢巖侵入體形成構造背景與沙溪地區(qū)背景相同,即與太平洋的板塊俯沖有關。

圖9 沙湖山地區(qū)侵入巖Yb+Ta-Rb圖解和Th-La/Yb圖解

3.4 埃達克質巖與成礦關系

埃達克巖的原始定義指的是形成于島弧環(huán)境的高鋁高鍶而貧重稀土的一類中酸性巖漿巖(是小于等于25 Ma、熱的俯沖洋殼熔融形成的)，埃達克巖以w(SiO2)≥56%、w(Al2O3)≥15%(很少低于此值)及w(MgO)通常小于3%(極少大于6%)為特點, Y元素和重稀土元素的質量比低(w(Y)<18 μg/g、w(Yb)≤1.9 μg/g),w(Sr)高(很少小于400 μg/g),w(87Sr)/w(86Sr)<0.704 0;其主要礦物組合是斜長石和角閃石,可能出現(xiàn)黑云母、輝石和不透明礦物。埃達克巖的研究一直是國際上的熱門話題,關于它的成因目前還存在許多爭論,通常的觀點認為其來源于消減板片熔融和下地殼熔融，也有一些研究認為同源基性巖漿的分離結晶作用可以產生埃達克質巖石,此外還有玄武質巖漿與陸殼混染成因的見解。長江中下游埃達克質巖石有多種成因認識,例如,加厚下地殼的部分熔融[18]、拆沉下地殼的部分熔融[19-20]、受埃達克質熔體交代后的富集地幔的部分熔融并發(fā)生分離結晶[21-23]、長距離的俯沖洋脊部分熔融[24-26]、古太平洋板塊和沉積物的熔融[27]以及富集地幔巖漿和地殼熔體的混合成因[5，28]。

世界級規(guī)模的斑巖銅礦不僅產出于島弧或陸緣弧環(huán)境,而且還產出在碰撞造山帶環(huán)境,不論是島弧-陸緣弧環(huán)境,還是碰撞造山帶環(huán)境,最具成礦潛力的含礦斑巖通常具有埃達克巖巖漿的親合性。中國東部的許多斑巖銅礦,例如,沙溪、冬瓜山、安基山、銅廠、富家塢等,這些斑巖的成分主要為英云閃長巖-奧長花崗巖-花崗閃長巖組合,其地球化學特征類似埃達克巖。沙湖山地區(qū)石英閃長玢巖也具有埃達克巖的性質,但是該礦床主要發(fā)生金礦化,黃銅礦化較少,而沙溪銅礦床主要為銅礦化,由于兩者巖漿源區(qū)相同,造成礦化差異性的原因可能是巖漿在淺部作用過程不同,這還需要進一步的研究來證明。

4 結 論

(1) 沙湖山地區(qū)石英閃長玢巖鋯石U-Pb年齡為(131.4±1.3)Ma,是長江中下游第2成巖階段的產物。

(2) 沙湖山地區(qū)石英閃長玢巖與沙溪地區(qū)侵入巖地球化學特征一致,且成巖年齡相近,兩者為同源演化的關系。

(3) 沙湖山地區(qū)石英閃長玢巖為埃達克巖,其形成與沙溪地區(qū)侵入巖形成背景相同,均與古太平洋板塊的俯沖有關。

(4) 埃達克質巖與銅金礦化關系密切,對于銅金礦床的尋找具有指示意義。

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ZirconU-PbagesandgeochemicalcharacteristicsofintrusionrelatedtogoldmineralizationinShahushandistrict

CHI Yueyu1, LIU Guangxian2, SUN Fangyuan2, ZHENG Zhifeng2, HUANG Shujun2, YUAN Feng2

(1.No.327 Geological Team, Bureau of Geology and Mineral Resources of Anhui Province, Hefei 230011, China; 2.School of Resources and Environmental Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

Shaxi deposit is an important porphyry copper deposit in the middle and lower reaches of the Yangtze River Valley. Shahushan district is located in north-east of Shaxi deposit which belongs to the east belt of Shaxi deposit. The intrusions of Shahushan district locate in the same structure-magma belt with those of Shaxi deposit district, which have characteristics of multiperiod and multistage and are the shallow mid-acidic intrusions of Late Yanshanian. Results of LA-ICP-MS zircon U-Pb dating indicate that the age of intrusions of Shahushan district is (130.8± 1.3)Ma which shares the same age with intrusions of Shaxi district, and they both belong to the second diagenetic stage of the middle and lower reaches of the Yangtze River Valley. Shahushan intrusions are enriched in light rare earth elements(LREEs) and Na element, exhibiting high composition of Sr, relatively lower content of Y and Yb, slightly negative Eu anomaly, and the characteristics of adakitic rocks. The trace elements diagrams also indicate that the intrusion of Shahushan district is adakite.

Shahushan; gold mineralization; zircon U-Pb age; adakite; geochemistry

2016-06-06；

2016-07-28

中國地質調查局南京地質調查中心優(yōu)選資助項目(12120113069700)

池月余(1972-),男,安徽全椒人,安徽省地質礦產勘查局高級工程師;

劉光賢(1990-),男,甘肅慶陽人,合肥工業(yè)大學博士生,通訊作者,E-mail:liuguangxian0225@163.com;

袁 峰(1971-),男,廣西桂林人,博士,合肥工業(yè)大學教授,博士生導師.

10.3969/j.issn.1003-5060.2017.12.022

P597.3;P588.122

A

1003-5060(2017)12-1695-09

(責任編輯張淑艷)