青海東昆侖莫河下拉銀多金屬礦區(qū)晚泥盆世花崗斑巖鋯石U-Pb年代學(xué)及地球化學(xué)特征

張志穎,孫豐月,王啟,孟慶鵬

吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，長春 130061

0 引言

青海省東昆侖成礦帶是中國非常重要的一個(gè)金屬成礦帶，近些年，在該成礦帶上相繼發(fā)現(xiàn)了許多具有巨大找礦潛力的斑巖型金屬礦床[1-8]。莫河下拉銀多金屬礦區(qū)位于祁漫塔格山北坡，是東昆侖成礦帶上近些年來發(fā)現(xiàn)的一個(gè)較大的斑巖型礦床。青海省地球化學(xué)勘查技術(shù)研究院于1997年對該礦床展開區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查，并在該區(qū)域圈出了一個(gè)異常點(diǎn)。2000年以來，青海省柴達(dá)木綜合地質(zhì)勘查院在該區(qū)域展開了多項(xiàng)地質(zhì)工作(物化探、槽探及鉆探等)，發(fā)現(xiàn)深部有多個(gè)銀多金屬礦體及銅礦體，且于2011年的鉆孔11MZK08中363～465 m處見到厚達(dá)十余米的黃銅礦化斑巖體，進(jìn)一步證明了該礦床深部找礦的潛力。前人對礦區(qū)的研究主要分為兩個(gè)階段，第一階段主要是在礦區(qū)及礦床地質(zhì)特征描述的基礎(chǔ)上對其成因進(jìn)行簡要總結(jié)[9]，研究程度相對較低；第二階段是許慶林等[10]相對系統(tǒng)地研究礦區(qū)隱伏成礦花崗斑巖體，并推斷出該礦床的主成礦期為印支晚期。前人對礦區(qū)的研究主要集中在成礦期巖體上，對礦區(qū)成礦期以前的巖體研究較少，因此對于礦區(qū)成礦期以前的巖體及地球動力學(xué)背景認(rèn)識相對缺乏。本文對礦區(qū)平硐口花崗斑巖體的成巖時(shí)代、巖漿源區(qū)、形成的構(gòu)造背景展開探討，以期更清楚地揭露礦床主成礦期以前該礦床的地球動力學(xué)背景，進(jìn)一步推動該礦床的勘查和研究。

1 地質(zhì)概況及樣品特征

研究區(qū)位于格爾木市烏圖美仁鄉(xiāng)西南80 km處(圖1)，其地理坐標(biāo)位置為36°47′20″N～36°50′05″N；92°16′42″E～92°24′16″E。礦區(qū)所屬的昆侖山造山帶是中國中央造山帶的一個(gè)重要組成部分，該造山帶被阿爾金左行走滑斷裂錯(cuò)斷，形成了東、西兩個(gè)部分，分別稱之為東、西昆侖造山帶。東昆侖造山帶大地構(gòu)造位置位于柴達(dá)木盆地以南，巴顏喀拉以北，阿爾金走滑斷裂以東。東昆侖造山帶的大地構(gòu)造背景較為復(fù)雜，不同的學(xué)者從不同角度出發(fā)，對東昆侖造山帶的構(gòu)造劃分提出了各自的方案[11-13]。筆者采用孫豐月等[14]的劃分方案，認(rèn)為東昆侖造山帶被東昆北、東昆中、東昆南3條近東西向且平行展布的大型斷裂所割裂，將東昆侖造山帶分割為最北端的東昆北弧后裂陷帶、中部的東昆中基底隆起和東昆南復(fù)合拼貼帶以及最南端的巴顏喀拉構(gòu)造帶四個(gè)部分。

1.第四系；2.上泥盆統(tǒng)牦牛山組；3.古元古界白沙河巖組；4.鉀長花崗巖；5.二長花崗巖；6.閃長巖；7.閃長巖脈；8.花崗巖脈；9.閃長玢巖脈；10.輝長巖脈；11.角閃巖脈；12.銅礦體及編號；14.銀礦體及編號；15.鋅礦化體；16.斷層及編號；17.性質(zhì)不明斷層；18.鉆孔機(jī)編號；19.勘探線及編號；20.平硐口花崗斑巖取樣位置.圖1 莫河下拉銀多金屬礦床地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch map of Mohexiala silver polymetallic deposit

研究區(qū)內(nèi)主要出露的地層有：①古元古界白沙河巖組，在礦區(qū)內(nèi)大面積出露，主要巖性為混合巖、薄層大理巖、黑云斜長片麻巖等；②上泥盆統(tǒng)牦牛山組，主要巖性為中偏酸性熔結(jié)凝灰?guī)r；③第四系。研究區(qū)發(fā)育F1～F5共5 條規(guī)模較大的斷裂(圖1)，斷裂寬度為1～10 m不等，且斷裂整體多為NW-NNW走向。斷裂帶內(nèi)巖石大多呈破碎狀，且發(fā)育大量的中酸性巖漿巖和很多細(xì)小的巖脈。帶內(nèi)發(fā)育有黃鐵礦化、褐鐵礦化及硅化等礦化蝕變現(xiàn)象。

本文研究的花崗斑巖野外巖石樣品風(fēng)化面呈灰褐色，新鮮面呈肉紅色，具有斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶主要為石英和鉀長石(圖2a)。鏡下觀察可知，巖石主要由斑晶(30%±)和隱晶質(zhì)基質(zhì)(70%±)組成，斑晶的主要成分為石英(20%±)和鉀長石(10%±)組成。石英呈他形粒狀結(jié)構(gòu)，粒徑約為1.0～1.5 mm；鉀長石呈半自形板狀，發(fā)育卡式雙晶，粒度較小，約為0.6～1.0 mm(圖2b)。

圖2 平硐口花崗斑巖野外及鏡下照片F(xiàn)ig.2 Field photos and microphotographs of Pingdongkou granite-porphyry

2 樣品分析方法

2.1 鋯石U-Pb定年

本次LA-ICP-MS 鋯石U-Pb測年實(shí)驗(yàn)的分選工作是在河北省廊坊市區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室采用常規(guī)方法完成。將樣品粉碎，采用電磁法對其進(jìn)行分選，在雙目鏡下對樣品進(jìn)行挑選，盡可能挑選出表面光滑、晶型和透明度較好且無裂縫、無包裹體的鋯石顆粒，在北京領(lǐng)航公司將挑選出來的鋯石進(jìn)行制靶，打磨、拋光后，對其進(jìn)行透射光、反射光和陰極發(fā)光圖像的采集。

LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測試分析是在中國地質(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(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的Finnigan Neptune儀器下完成，試驗(yàn)采用的激光剝蝕系統(tǒng)為Newwave UP213，激光束剝蝕直徑為30 μm，最終數(shù)據(jù)的計(jì)算采用ICP-MS-Data程序處理，普通Pb的校正采用Anderson[15]方法，U-Pb諧和圖的繪制采用Isoplot(ver.3.0)。

2.2 主量元素、稀土元素和微量元素

全巖主、微量元素和稀土元素的測試分析在澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)室完成，主量元素分析方法為X射線熒光熔片法，實(shí)驗(yàn)儀器為Ax-ios熒光光譜儀(XRF)(荷蘭PAN alytical生產(chǎn))，該儀器分析的各項(xiàng)主量元素分析精度和準(zhǔn)確度均>5%；微量元素和稀土元素分析采用電感耦合等離子質(zhì)譜儀法(ICP-MS)，將試驗(yàn)樣品倒入HF+HNO3密封溶解，加入Rh內(nèi)標(biāo)溶液后轉(zhuǎn)化為1% HNO3介質(zhì)，本次試驗(yàn)使用的儀器是PEElan 6000型電感耦合等離子質(zhì)譜計(jì)。其分析稀土元素含量的誤差<7%，微量元素含量的誤差<10%。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

為限定莫河下拉銀多金屬礦區(qū)平硐口花崗斑巖的形成時(shí)代，本文對花崗斑巖樣品進(jìn)行LA-ICP-MS 鋯石U-Pb測年實(shí)驗(yàn)。所選鋯石在陰極發(fā)光(CL)圖像(圖3)上呈現(xiàn)為寬板狀和柱狀，粒徑約為100 μm，自形程度較好，且具有較為清晰的震蕩生長環(huán)帶，結(jié)合樣品Th/U的比值為0.52～0.93(全部>0.4)，符合巖漿成因鋯石特征[16-18]。根據(jù)鋯石年齡諧和圖(圖4)，16個(gè)樣品測點(diǎn)數(shù)據(jù)年齡一致性較好(圖4)，206Pb/238U年齡為365～376 Ma之間(表1)，加權(quán)平均年齡為371.6±2.9 Ma(MSWD=0.21)。由此可知，該礦區(qū)平硐口花崗斑巖體的巖漿結(jié)晶年齡為晚泥盆世。

圖3 平硐口花崗斑巖中部分鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像Fig.3 CL images of zircons from Pingdongkou granite-porphyry

圖4 平硐口花崗斑巖LA-ICP-MS U-Pb年齡諧和圖Fig.4 U-Pb concordia diagram of zircons from Pingdongkou granite-porphyry

3.2 主量元素

樣品主量元素特征(表2)為：①高硅：SiO2的含量為73.29%～74.15%；②富鐵，且貧鎂、鈣：Fe2O3的含量為2.31%～2.56%，MgO的含量為0.11%～0.13%(Mg#的值為8.6～9.5)，CaO的含量為0.66%～0.99%；③富堿及相對富鉀： K2O+Na2O的含量為8.31%～8.48%，K2O/Na2O的值為1.78～1.83；④富鋁：Al2O3的含量為12.53%～12.66%，A/CNK的值介于1.0～1.04之間(均>1)。在TAS圖解(圖5)中，樣品均落入花崗巖區(qū)域中。 在K2O-SiO2圖解(圖6a)中，樣品主要落入鉀玄巖系列。在A/NK-A/CNK圖解(圖6b)中，樣品均為過鋁質(zhì)巖石。

圖5 平硐口花崗斑巖TAS圖[19]Fig.5 TAS diagram of Pingdongkou granite-porphyry

圖6 平硐口花崗斑巖K2O-SiO2(a)和A/NK-A/CNK圖解(b)[20,21]Fig.6 Diagrams of K2O-SiO2(a)and A/NK-A/CNK (b) for Pingdongkou granite-porphyry

3.3 稀土元素

莫河下拉銀多金屬礦區(qū)平硐口花崗斑巖的稀土元素總量變化范圍較小，(∑REE)為367.53×10-6～397.01×10-6(表2)，平均為381.52×10-6，明顯高于地殼平均值。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(圖7a)中可以看出配分曲線明顯右傾，高度富集輕稀土元素(LREE/HREE=19.2～22.06，平均值為21.11)，且輕重稀土元素分餾明顯((La/Yb)N=11.13～12.18，平均值為11.72)。δEu為0.32～0.35，平均值為0.34，呈現(xiàn)較強(qiáng)的Eu負(fù)異常，表明可能與巖漿源區(qū)中的斜長石殘留有關(guān)。

3.4 微量元素

在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖7b)中，樣品顯示出非常好的一致性，蛛網(wǎng)圖呈鋸齒狀，明顯富集Rb、Th、La、Ce、Nd、Zr、Sm和Gd等元素，強(qiáng)烈虧損Ba、Sr、P、Ti等元素，相對虧損Nb和Ta。

表2 平硐口花崗斑巖主量元素(%)、稀土元素及微量元素(10-6)分析結(jié)果

SAMPLEMHXL-DB-Y1-1MHXL-DB-Y1-2MHXL-DB-Y1-3MHXL-DB-Y1-4MHXL-DB-Y1-5MHXL-DB-Y1-6SiO273.2973.3173.9273.9173.2974.15Al2O312.5312.6412.6612.6512.6412.64Fe2O32.442.562.312.442.542.49CaO0.970.990.910.860.970.66MgO0.130.130.110.130.130.13Na2O2.992.983.032.972.983.03K2O5.325.435.385.435.445.45TiO20.180.180.190.170.180.18MnO0.040.050.040.040.040.04P2O50.0250.0250.0260.0250.0240.025BaO0.020.020.020.020.030.02LOI1.041.020.790.931.040.63Total98.9999.3399.3999.5799.3099.45Mg#9.509.108.609.509.209.40K2O/Na2O1.781.821.781.831.831.80A/CNK1.011.001.011.021.011.04A/NK1.171.171.171.171.171.16K2O+Na2O8.318.418.418.408.428.48Ba291.00290.00297.00269.00294.00268.00Ce168.50180.50179.00167.50172.50172.50Cr20.0010.0020.0020.0020.0020.00Cs2.112.182.402.072.152.12Dy9.749.969.729.289.429.63Er5.465.485.385.245.285.28Eu1.361.431.441.291.311.31Ga20.7021.4021.8021.5022.8021.50Gd11.2011.7011.5010.6010.7010.90Hf10.6010.7011.0010.3010.2010.70Ho1.982.021.961.921.921.92La85.1090.7089.6083.0087.8081.90Lu0.790.780.760.750.760.74Nb16.1016.8017.7016.7017.5017.60Nd68.8073.4074.2068.3069.1073.00Pr18.3519.6019.6518.1018.6519.50Rb180.50191.00202.00195.00203.00194.50Sm12.5513.4513.4012.4012.5013.75Sn6.007.007.007.007.005.00Sr46.5044.8046.3039.2047.2038.00Ta1.201.201.201.201.101.30Tb1.761.791.761.651.671.69Th23.0022.3022.4023.2022.4026.00Tl1.101.101.101.001.001.20Tm0.790.780.770.760.770.79U4.424.473.834.764.084.31V6.005.005.006.006.007.00W2.001.002.002.001.002.00Y47.3050.1051.4050.0053.5049.70Yb5.025.024.994.844.974.96Zr354.00386.00419.00380.00397.00365.00δEu0.340.340.350.340.340.32ΣREE373.05397.01394.48367.53378.70378.37LREE354.66379.08377.29350.59361.86361.96HREE18.3917.9317.1916.9416.8416.41LREE/HREE19.2921.1421.9520.7021.4922.06(La/Yb)N11.4312.1812.1111.5611.9111.13Rb/Sr3.884.264.364.974.305.12Rb/Nb2.622.602.722.862.942.66Nb/Ta13.4214.0014.7513.9215.9113.54Sr/Y0.980.890.900.780.880.76

圖7 平硐口花崗斑巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)Fig.7 Chondirite-normalized REE distribution patterns (a) and primitive mantle-normalized trace elements spider diagrams(b) of Pingdongkou granite-porphyry

4 討論

4.1 巖石成因及巖漿源區(qū)

莫河下拉銀多金屬礦區(qū)平硐口花崗斑巖顯示出高硅富鉀的特征，SiO2含量為73.29%～74.15%(平均含量為73.65%)，與Whalen et al.[22]所總結(jié)的全球典型A型花崗巖SiO2含量平均值(73.81%)基本一致，K2O含量為5.32%～5.45%(平均含量為5.41%)，Na2O含量為2.97%～3.03%(平均含量為3.00%)， K2O/Na2O值為1.78～1.83，A/CNK值為1.00～1.04，均表現(xiàn)為A型花崗巖的特征。結(jié)合巖石類型判別圖解(圖8)，樣品均投在A型花崗巖區(qū)域中。

A型花崗巖作為非造山型花崗巖被提出，研究至今其成因尚存爭議，并未形成統(tǒng)一的認(rèn)識，關(guān)于其成因，國內(nèi)外學(xué)者目前已經(jīng)提出了至少9種模式[23]。Frost et al.[24]通過對前人成果的整理和研究，系統(tǒng)地總結(jié)出A型花崗主要有3種不同的成因：①長英質(zhì)地殼部分熔融；②玄武質(zhì)巖漿的分異；③玄武質(zhì)巖漿同化地殼物質(zhì)并發(fā)生分異。

圖8 平硐口花崗斑巖巖石類型判別圖解Fig.8 Discrimination diagrams of rock types for Pingdongkou granite-porphyry

在地球演化之初，隨著地殼和地幔的分離，陸殼逐步發(fā)生演化，K和Rb會富集到成熟度高的地殼中，而Sr和Ca會富集到不充分演化的地殼中[25], 故可以用Rb/Sr比值來記錄巖漿源區(qū)的物質(zhì)性質(zhì)[26]。Taylor et al.[27]經(jīng)過研究證明，K和Rb會在地球不斷的演化過程中向上遷移進(jìn)入硅鋁層，上地幔會表現(xiàn)出K和Rb虧損的特性，斜長石中的Ca也會被Sr所代替。因此，若某花崗巖Rb/Sr比值大，則說明該巖漿演化程度很高，其源巖可能主要來自地殼。Taylor認(rèn)為整個(gè)陸殼的Rb/Sr平均值為0.24，而本文樣品中Rb/Sr比值為3.88～5.12，平均值4.48，遠(yuǎn)高于陸殼的平均值，暗示礦區(qū)平硐口花崗斑巖的物質(zhì)來源應(yīng)為殼源。

在A/MF-C/MF圖解(圖9a)和nK2O/nNa2O-nCaO/(MgO+nFeOt)圖解(圖9b)中，樣品主要投在變雜砂巖部分熔融的區(qū)域中，少數(shù)樣品落入變泥質(zhì)巖部分熔融的區(qū)域內(nèi)，故可以初步排除巖體為變玄武質(zhì)巖漿熔融的產(chǎn)物。此外在La/Sm-La協(xié)變圖解中，樣品投圖結(jié)果也十分符合部分熔融的趨勢(圖10)。因此，可以基本排除玄武質(zhì)巖漿分異的成因，從而推斷該套花崗斑巖巖體是長英質(zhì)地殼部分熔融所形成。

圖9 平硐口A/MF-C/FM圖解(a)和nK2O/nNa2O-nCaO/(MgO+nFeOt)圖解(b)[28,29]Fig.9 A/MF-C/FM(a) and nK2O/nNa2O-nCaO/(MgO+nFeOt) (b)diagram for Pingdongkou granite-porphyry

4.2 構(gòu)造背景

國內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為A型花崗巖是伸展環(huán)境的一種重要巖石學(xué)標(biāo)志[31]，但不同的伸展背景、伸展規(guī)模和深度差異下形成的A型花崗巖通常具有不同的特征。因此，前人根據(jù)A型花崗巖的構(gòu)造環(huán)境不同，將其進(jìn)行了多種分類。其中以Eby的分類方法最為廣大學(xué)者接受，Eby[32]認(rèn)為不同的伸展環(huán)境背景下形成的A型花崗巖可以分為板內(nèi)裂谷(A1型)和后碰撞伸展(A2型)兩個(gè)亞類。本文所研究的巖體在Eby提出的A型花崗巖亞類判別圖(圖11)中，均落入A2區(qū)域內(nèi)，暗示該巖體形成于造山后的伸展環(huán)境。在花崗巖類形成環(huán)境的微量元素Y-Nb判別圖(圖12a)、(Y+Yb)-Rb判別圖(圖12b)中，樣品均落在了板內(nèi)花崗巖區(qū)域。

圖10 平硐口花崗斑巖的La/Sm-La圖解[30]Fig.10 La/Sm versus La plot of Pingdongkou granite-porphyry

綜上，可以判斷莫河下拉銀多金屬礦區(qū)晚泥盆花崗斑巖體是造山后伸展環(huán)境所形成的板內(nèi)A2型花崗巖。

圖11 平硐口花崗斑巖Ce/Nb-Y/Nb圖解(a)和Nb-Y-3Ga三角圖解(b)[31]Fig.11 Ce/Nb versus Y/Nb(a) and Nb-Y-3Ga(b) diagrams for Pingdongkou granite-porphyry

圖12 平硐口花崗斑巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解[33]Fig.12 Tectonic setting discrimination diagrams of Pingdongkou granite-porphyry

莫河下拉銀多金屬礦區(qū)平硐口花崗斑巖體經(jīng)LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡測定為371.6±2.9 Ma(MSWD=0.21)，屬于海西早期。該礦區(qū)位于祁漫塔格陸塊與柴達(dá)木陸塊的結(jié)合部位，祁漫塔格山北坡，前人認(rèn)為祁漫塔格巖漿系列經(jīng)歷從早古生代S型花崗巖到晚古生代A型花崗巖的連續(xù)演化，并在早泥盆世進(jìn)入后碰撞環(huán)境[34]；中-晚泥盆世祁漫塔格巖漿系列由志留紀(jì)-早泥盆世的碰撞擠壓環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)楹笤焐缴煺弓h(huán)境[35]，而筆者研究的礦區(qū)晚泥盆世花崗斑巖體的形成環(huán)境經(jīng)過微量元素投圖論證為后造山伸展環(huán)境，與前人結(jié)論一致。丁清峰[36]認(rèn)為在加里東末期，萬寶溝大洋玄武巖高原和苦海古陸已經(jīng)拼貼到柴達(dá)木地塊南緣，所以到海西早期，東昆侖正處于拼貼后的伸展環(huán)境。綜上所述，筆者認(rèn)為莫河下拉銀多金屬礦區(qū)平硐口花崗斑巖體是在萬寶溝大洋玄武巖高原和苦海古陸拼貼到柴達(dá)木地塊南緣后的伸展環(huán)境下形成的。

5 結(jié)論

(1)莫河下拉銀多金屬礦區(qū)平硐口花崗斑巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb測年為371.6±2.9 Ma(MSWD=0.21)，屬于晚泥盆世，早于礦區(qū)主要成礦時(shí)代。

(2)莫河下拉銀多金屬礦區(qū)平硐口花崗斑巖具有高硅、富鐵鋁、相對富鉀、貧鎂鈣的特征，屬于過鋁質(zhì)的鉀玄巖系列巖石，明顯富集Rb、Th、La、Ce、Nd、Zr、Sm和Gd等元素、強(qiáng)烈虧損Ba、Sr、P、Ti等元素，相對虧損Nb和Ta；巖石元素地球化學(xué)特征顯示巖石為A2型花崗巖，是長英質(zhì)地殼部分熔融所形成的產(chǎn)物。

(3)莫河下拉銀多金屬礦區(qū)平硐口花崗斑巖成巖成礦的構(gòu)造背景為東昆侖海西早期萬寶溝大洋玄武巖高原與苦海古陸拼貼后的后碰撞伸展環(huán)境。