西秦嶺西成鉛鋅礦田賦礦安家岔組碎屑鋯石U-Pb年齡及其地質(zhì)意義

浩德成，丁振舉,高兆奎，韓要權(quán)，周 宏

(1.甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局蘭州礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730046；2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北 武漢 430074；3.甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局，甘肅 蘭州 730000; 4.甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局信息中心，甘肅 蘭州 730000)

0 引 言

西秦嶺造山帶被古亞洲洋、特提斯洋和環(huán)太平洋三大構(gòu)造動力系統(tǒng)所包圍，地質(zhì)演化復(fù)雜，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，礦化類型多樣且密集[1-3]。西成鉛鋅礦田位于秦嶺造山帶中段甘肅省隴南市西和—成縣地區(qū)，主要鉛鋅礦床累計探明鉛鋅資源儲量超過2 000萬t，是我國重要的鉛鋅礦化集中區(qū)[4-6]。

中泥盆統(tǒng)安家岔組和西漢水組是西成鉛鋅礦田的兩個主要含礦層位[7-8]。安家岔組主要產(chǎn)有廠壩—李家溝(含小廠壩)特大型鉛鋅礦床和畢家山、洛壩、郭家溝、洛壩外圍(文家山)、向陽山等大中型鉛鋅礦床以及眾多小型鉛鋅礦床(點)。西漢水組主要發(fā)育鄧家山、尖崖溝等大中型鉛鋅礦床。前人通過系統(tǒng)巖石學(xué)、沉積地層學(xué)和碎屑鋯石年代學(xué)等研究，查明安家岔組為碳酸鹽巖-細(xì)碎屑巖建造，西漢水組為中泥盆統(tǒng)為礁灰?guī)r-硅質(zhì)巖-泥質(zhì)巖建造，但是對于安家岔組的沉積時限仍然存在一定的分歧。張傳林等[9]查明該地層受到接觸熱變質(zhì)作用的影響，變質(zhì)程度較高；黑云母石英片巖廣泛分布，認(rèn)為廠壩—李家溝礦床賦存地層是元古宇而不是泥盆系。王集磊等[10]通過詳細(xì)的地層、古生物研究，認(rèn)為該地層具有泥盆系建造特征，安家岔組沉積時限為中泥盆統(tǒng)。主要含礦層位年代的不清在很大程度上制約了該礦床成因的確定，一定程度上也制約著區(qū)域找礦模式的建立。

鋯石是碎屑巖中一種堅硬、難熔、富鈾和釷的礦物，是沉積巖中的重礦物，適合于測年。由于沉積巖中鋯石的來源復(fù)雜，鋯石提供的年齡大多來自碎屑源區(qū)，尤其是碎屑物質(zhì)經(jīng)歷了復(fù)雜的沉積歷史，其中鋯石年齡跨度往往較大。因此，在用碎屑鋯石推斷地層年齡時，一般將最小年齡值作為地層沉積年齡的上限[11-12]。本文通過對廠壩—李家溝特大型鉛鋅礦床含礦地層采集的兩件樣品的碎屑鋯石進(jìn)行U-Pb定年研究，利用碎屑鋯石年齡譜中最小年齡值作為地層的上限來限制地層的形成時代，進(jìn)一步說明安家岔組含礦地層時代的合理性。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

西成鉛鋅礦田大地構(gòu)造位置處于秦嶺造山帶中兩主縫合帶(商丹、勉略)所夾持的秦嶺微板塊的西段，位于西秦嶺造山帶中的中秦嶺海西—印支褶皺帶，其以黃渚關(guān)斷裂為界，南以人土山—江洛斷裂為界。構(gòu)造線為近EW—NWW向，還發(fā)育一系列NE向構(gòu)造(圖1)。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造以EW向吳家山復(fù)式背斜為特征，核部出露地層為下泥盆統(tǒng)吳家山組，兩翼主要為中泥盆統(tǒng)安家岔組。褶皺構(gòu)造對區(qū)內(nèi)地層和礦帶的分布具控制作用，鉛鋅礦主要產(chǎn)于二級背(向)斜內(nèi)，如鄧家山背斜、畢家山背斜、洛壩—郭家溝背斜和薛家溝向斜。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，以近EW向為主，NE向次之。人土山—江洛斷裂為橫貫東西的區(qū)域性深大斷裂，泥盆系地層總體在其以北分布，侏羅系、新近系地層均被該斷裂錯動，顯示該斷裂活動時間較長，性質(zhì)復(fù)雜。黃渚關(guān)斷裂呈NWW—EW向展布，貫穿全區(qū)，東段向北陡傾，西段向南傾斜。黃渚關(guān)巖體沿該斷裂帶侵入，后期被擠壓移位；斷裂向東延伸，與人土山—江洛斷裂接近并合并。區(qū)內(nèi)NE向和NW向斷裂形成較晚，多為走滑斷裂，破壞了地層和褶皺，部分?jǐn)嗔彦e斷了礦體[13]。

圖1 西秦嶺西成鉛鋅礦田地質(zhì)簡圖(據(jù)祁思敬等[7]修改)

區(qū)內(nèi)出露地層以泥盆系為主，中新生界僅零星分布[7-8]。已探明的大中型鉛鋅礦主要產(chǎn)于泥盆系安家岔組和西漢水組，近年來吳家山組也有銅、鉛、鋅礦化的發(fā)現(xiàn)(表1)。泥盆系是一套碎屑巖和碳酸鹽巖建造，由老到新依次為下泥盆統(tǒng)吳家山組(D1w)、中泥盆統(tǒng)安家岔組(D2a)、中泥盆統(tǒng)西漢水組(D2x)和上泥盆統(tǒng)洞山組(D3d)(圖2)。吳家山組巖性以石英片巖、變質(zhì)石英砂巖和大理巖為主，分布于吳家山背斜核部。安家岔組分為廠壩層(D2a1)和焦溝層(D2a2)，下部廠壩層巖性為灰色灰綠色片巖、千枚巖夾少量粉砂巖及大理巖化泥灰?guī)r，局部夾生物灰?guī)r，廠壩地區(qū)深變質(zhì)，有黑云母石英片巖、大理巖、石英巖、白云巖等組成，賦存廠壩—李家溝特大型鉛鋅礦床(表1)；上部焦溝層巖性由微晶灰?guī)r、生物灰?guī)r、點礁灰?guī)r，砂質(zhì)灰?guī)r和千枚巖等組成。其東部為綠泥絹云千枚巖，夾生物灰?guī)r、夾泥灰?guī)r和千枚巖，賦存畢家山、洛壩、郭家溝和洛壩外圍(文家山)等大中型鉛鋅礦床。西漢水組巖性為生物微晶灰?guī)r、千枚巖夾砂巖，賦存鄧家山、頁水河等鉛鋅礦床。洞山組巖性為鈣質(zhì)砂巖、板巖、灰?guī)r、千枚巖和長石石英砂巖等，發(fā)現(xiàn)有鉛鋅礦化[5]。三疊系主要分布在東南部，為一套復(fù)理石建造，巖性主要為鈣質(zhì)板巖、細(xì)粒巖屑砂巖、細(xì)粒雜砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)板巖夾薄層灰?guī)r，與下伏的泥盆系和上覆的侏羅系呈斷層接觸。侏羅系也出露于東南部，巖性主要為含礫粗砂巖、花崗質(zhì)砂礫巖、粉砂巖和細(xì)砂巖。

圖2 西成鉛鋅礦田地層柱狀圖(據(jù)王集磊等[10]修改)

表1 西成鉛鋅礦田主要鉛鋅礦床基本信息

研究區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈，主要分布糜署嶺花崗閃長巖(其LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(214.5±1.6)Ma)[14]、沙坡里二長花崗巖-閃長巖(K-Ar年齡為195 Ma)[5]、黃渚關(guān)花崗閃長巖(LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為229～ 215 Ma)[15]、廠壩二長花崗巖(LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為218～209 Ma)[15-17]和草關(guān)石英閃長巖(LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為205～204 Ma)[18-19]等。此外，還有閃長巖、花崗閃長巖、花崗細(xì)晶巖脈等通常成群分布。黃渚關(guān)巖體西部輝石閃長巖中的透輝石矽卡巖含銅、鋇、鐵礦化；東部閃長巖邊部有銅、鎳礦化；南部花崗閃長巖的衍生巖脈有鉛鋅礦化；廠壩花崗巖外接觸帶有W、Mo、Be等礦化。祁壩—三羊壩一帶的花崗巖脈群與金礦化關(guān)系密切。巖漿侵入活動具有一定的物質(zhì)疊加和熱疊加作用，經(jīng)歷的動力熱變質(zhì)作用和退變質(zhì)脆性變形作用促進(jìn)了各類成礦物質(zhì)的活化，為礦質(zhì)的富集成礦提供了催化劑作用。

2 地層分布與樣品特征

西成鉛鋅礦田鉛鋅礦床主要產(chǎn)于中泥盆統(tǒng)細(xì)碎屑巖和碳酸鹽巖系中，是由熱水沉積或熱液沉積轉(zhuǎn)化而成，前人稱其為秦嶺型鉛鋅礦床[20]。礦床形成受泥盆紀(jì)盆地構(gòu)造控制，主要出現(xiàn)在臺緣洼地，重要的礦層賦存在臺地相向淺海或次深海細(xì)碎屑巖相轉(zhuǎn)換的部位，含礦層位主要有兩個：一是中泥盆統(tǒng)安家岔組，有廠壩—李家溝(含小廠壩)特大型鉛鋅礦床，洛壩、郭家溝、洛壩外圍(文家山)和向陽山等大中型鉛鋅礦床的賦礦巖系和許多小型鉛鋅礦床(點)，為碳酸鹽巖-細(xì)碎屑巖建造，主要礦體分別整合產(chǎn)于大理巖或黑云母石英片巖中；二是中泥盆統(tǒng)西漢水組，有鄧家山、畢家山等大型鉛鋅礦床，賦礦巖系為由礁灰?guī)r-硅質(zhì)巖-泥質(zhì)巖組合而成的“礁硅巖套”[21]，礦體主要賦存于礁灰?guī)r和硅質(zhì)巖中。

安家岔組地層主要發(fā)育在吳家山背斜兩翼。巖性以生物灰?guī)r、千枚巖、大理巖和云母石英片巖為主，前人根據(jù)地層中的化石信息將其時代定為中泥盆世艾菲爾期。在廠壩—李家溝地區(qū)，由于黃渚關(guān)巖體和廠壩巖體的侵入，安家岔組強烈受接觸熱變質(zhì)作用的影響，形成了一套中變質(zhì)黑云母石英片巖-二云母石英片巖-大理巖-白云巖系，是廠壩—李家溝特大型鉛鋅礦床的賦礦層位。安家岔組地層在背斜以南主要發(fā)育生物灰?guī)r和大理巖，在背斜以北由于受到巖體的熱變質(zhì)作用而部分發(fā)育云母石英片巖(圖1)。

本次測試的兩個樣品均采自廠壩—李家溝特大型鉛鋅礦床附近安家岔組地層中，巖性為黑云母石英片巖。

樣品AJC-1采自吳家山背斜北翼小清水溝附近的公路旁，巖石為黑云母石英片巖；采樣點南北兩側(cè)出露地層巖性均為白色大理巖，產(chǎn)狀北傾，它嵌在大理巖中。巖石呈灰色，片狀構(gòu)造，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，云母、石英等礦物沿片理分布(圖3)，主要礦物為石英，含量約60%，粒徑多在50～200 μm之間，單偏光下無色透明，具自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)，正低突起，波狀消光，表面干凈，最高干涉色為I級黃、白色；其次為黑云母，含量約38%，片狀，晶形好，呈集合體形式沿片理定向分布，大部分粒徑直徑約為100 μm，薄片呈褐色，有一組極為完全的解理，具有明顯的多色性和吸收性，中間和正常高度突出，平行消光，最高干涉色可達(dá)Ⅲ級以上。次要礦物為白云母，含量約2%，呈片狀，零星分布于黑云母團(tuán)聚體中，在單偏光下無色透明，出現(xiàn)一組解理，具有明顯的多色性和可吸收性，粒徑多為100～200 μm。副礦物為鋯石、磷灰石和榍石等。

圖3 小清水溝安家岔組黑云母石英片巖樣品(AJC-1)

樣品AJC-2采自廠壩鉛鋅礦床1082中段1094分層Ⅱ號礦體3號穿脈內(nèi)礦體的下盤圍巖，其巖性為黑云母石英片巖，離Ⅱ號礦體約5 m，產(chǎn)狀210°∠68°。巖石呈灰色，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，無礦化，石英、云母和綠簾石等沿片理定向分布(圖4)，主要礦物為石英、黑云母及綠簾石等。石英含量約為60%，在單偏光下無色透明，呈半自形-它形的顆粒狀結(jié)構(gòu)，具正低突起和波狀消光，表面干凈，最高干涉色I(xiàn)級黃、白色，與云母集合體呈條帶狀沿片理相間分布，粒徑多在100～200 μm之間；黑云母含量約為20%，片狀，定向分布，可見碳酸鹽化，薄片中呈褐色，發(fā)育一組極完全解理，多色性和可吸收性都很明顯，正中-正高突起，平行消光，最高干涉色可達(dá)Ⅲ級以上；綠簾石含量約為15%，粒狀、柱狀，一般分布于黑云母集合體中，薄片中具有弱的黃-黃綠色的多色性，顏色分布不均勻，正高突起，最高干涉色可達(dá)Ⅱ—Ⅲ級，干涉色明亮，但分布不均勻，可能為黑云母的蝕變產(chǎn)物。次要礦物為方解石，含量約5%，薄片無色透明，有明顯的閃突起，最高干涉色是高級白色和珍珠光環(huán)色?？梢姺浇馐z結(jié)石英顆粒，部分交代黑云母碳酸鹽化。副礦物有鋯石、磷灰石和榍石等。

圖4 廠壩鉛鋅礦床Ⅱ號礦體下盤安家岔組黑云母石英片巖樣品(AJC-2)

3 分析方法與數(shù)據(jù)處理

在西成鉛鋅礦田采集安家岔組不同部位巖石樣品(AJC-1和AJC-2)5～10 kg。將樣品破碎至礦物天然粒度后，采用電磁分離和重液相結(jié)合的方法對鋯石進(jìn)行分選。鋯石的分選由河北廊坊誠信地質(zhì)服務(wù)有限公司完成，在雙目顯微鏡下選擇純鋯石，將具有代表性的晶型完整的鋯石顆粒粘貼在環(huán)氧樹脂表面制備靶標(biāo)，然后將鋯石顆粒研磨到鋯石顆粒的中心并拋光；這部分工作在中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室樣品制備室完成。在西北大學(xué)大陸動力學(xué)重點開放實驗室用陰極發(fā)光掃描電鏡對鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察并照相。

上述工作完成后，鋯石顆粒在中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室進(jìn)行定年，采用激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)同時分析元素含量和同位素。激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas 2005，ICP-MS為Agilent 7500a。激光剝蝕過程中，采用氧氣作載氣、氬氣為補償氣以調(diào)節(jié)靈敏度。兩種氣體在進(jìn)入ICP之前通過T型接頭混合。為提高分析儀器的靈敏度，降低檢出限和改善分析精密度[22]，在氣流(Ar+He)中加入了少量氮氣。分析數(shù)據(jù)包括20～30 s的背景信號和50 s的樣品信號。激光光斑直徑為32 μm和24 μm，剝蝕深度20～40 μm，能量為32～36 mJ。樣品測試過程以SRM610作為鋯石元素含量測定的外標(biāo)，以哈佛大學(xué)國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為校正標(biāo)準(zhǔn)，并在開始和結(jié)尾用兩次GJ-1進(jìn)行檢測驗證，每測定5組數(shù)據(jù)進(jìn)行2次91500校正，以保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和消除U-Pb同位素質(zhì)量分餾及其比值的時間漂移。鋯石標(biāo)準(zhǔn) 91500的U-Th-Pb同位素比值推薦值據(jù)Wiedenbeck等[23]。

利用ICPMSDATACAL軟件完成了數(shù)據(jù)的離線處理，包括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。在調(diào)試數(shù)據(jù)過程中，選取的光斑直徑為32 μm和24 μm，樣品信號區(qū)間分別采用35 s和30 s。首先調(diào)整外標(biāo)樣，在外標(biāo)樣與被測定樣的信號積分區(qū)間(包括起始位置和時間長度)盡可能一致的前提下，盡可能選擇信號平直區(qū)間，以保證外標(biāo)樣的準(zhǔn)確校正數(shù)據(jù)。鋯石微量元素校正采用MRMC-ISN多外標(biāo)校正方法，用Zr為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行定量計算，以消除單點分析過程中及分析間的激光能量漂移[24-25]。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡權(quán)重平均值計算均利用美國Berkeley地質(zhì)年代學(xué)中心計算程序Isoplot ver 3.0[26]。單個鋯石測試點儀器測試誤差為1σ。

對于年輕鋯石(<1 000 Ma)，鋯石中的低放射性207Pb含量導(dǎo)致207Pb/206Pb值的測量精度較差，206Pb/238U年齡能較好地反映成巖的時代；相反對于老的鋯石(>1 000 Ma)，此時207Pb/206Pb年齡的精度高于206Pb/238U(容易受Pb丟失的影響)，一般用207Pb/206Pb年齡來代表巖石的成巖年齡[27]。本次定年206Pb/238U年齡值小于1 000 Ma的鋯石一般采用206Pb/238U年齡，否則采用207Pb/206Pb年齡。更加詳細(xì)的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法與Liu等人[24-25]相同。

4 碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)

4.1 樣品AJC-1

樣品AJC-1鋯石大多無色透明，呈圓形短柱狀，部分破碎，粒度較小，磨圓程度強，凹坑、裂隙和包體發(fā)育。鋯石長軸長度多在30～50 μm之間，少數(shù)達(dá)60～70 μm，長寬比1:1～2:1。陰極發(fā)光圖像顯示鋯石多具有細(xì)密振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，部分發(fā)育有扇形、面狀分帶，少數(shù)呈均質(zhì)無分帶結(jié)構(gòu)(圖5)。分析點7、8、17、19等為代表的鋯石呈精細(xì)的振蕩分帶，表明巖漿成因；分析點2、9、12等代表的鋯石具有較弱的面狀、冷杉狀分帶；分析點13、14代表的鋯石基本無分帶；其余的呈不同程度的明暗相間分帶，部分鋯石顏色較亮，可能是由于U、Th含量較低造成的。

圖5 樣品AJC-1鋯石CL圖像及U-Pb年齡

鋯石定年中通過反射光和透射光分析，盡量避開凹坑、包體、裂隙較多的鋯石顆粒，選擇陰極發(fā)光下各類不同結(jié)構(gòu)的鋯石，分析時選用激光斑束直徑為32 μm，經(jīng)分析得到有效數(shù)據(jù)17組(表2)。

鋯石Th、U含量除個別樣品較大外，其余均較穩(wěn)定，U含量介于92×10-6～2 473×10-6之間，均值741×10-6；Th含量介于75×10-6～1 312×10-6之間，均值297×10-6(表2)。Th/U值變化范圍為0.10～1.93，平均0.57，均大于0.1，主要介于0.1～0.4之間(圖6)。U-Pb年齡值大致可以分為550～900 Ma、1 050～1 450 Ma和2 350～2 400 Ma 3個區(qū)間。其鋯石U-Pb年齡譜圖7所示。

表2 樣品AJC-1鋯石LA-LCP-MS U-Pb年齡

圖6 樣品AJC-1和AJC-2鋯石Th/U值分布圖

圖7 樣品AJC-1和AJC-2鋯石U-Pb年齡直方圖

(1)550～900 Ma。該年齡區(qū)間內(nèi)的鋯石有13顆，占總有效數(shù)的76.5%,峰值出現(xiàn)在700～850 Ma區(qū)間。Th/U比值介于0.10～1.93之間，平均值為0.65。在陰極發(fā)光作用下，形成了精細(xì)的振蕩分帶或平面分帶，表明巖漿成因。大部分鋯石是圓形的，有些具有良好的晶體形狀。長軸長40～60 μm，長寬比1:1～2:1。最年輕的碎屑鋯石年齡為(560±7)Ma。

(2)1 050～1 450 Ma。該年齡區(qū)間內(nèi)的鋯石有3顆。Th/U值介于0.18～0.38之間，均值為0.31。陰極發(fā)光下，存在明暗交替的振蕩分帶或面狀分帶，可能是巖漿成因鋯石。鋯石多為圓形，長50～60 μm，長寬比1:1～2:1。

(3)2 350～2 400 Ma。該年齡區(qū)間內(nèi)鋯石只有1顆，鋯石年齡為(2 355±28)Ma，Th/U值為0.22，CL圖像顯示明暗相間的分帶，鋯石可能為變質(zhì)成因，長軸長度約70 μm，長寬比2:1。

4.2 樣品AJC-2

樣品AJC-2鋯石大多無色、淺黃色，透明，以圓形為主，其次為短柱狀，部分較破碎。鋯石粒徑要較樣品AJC-1大，磨圓程度較強，凹坑、裂隙、包體發(fā)育。鋯石長軸長度多在50～80 μm之間，少數(shù)達(dá)100 μm，長寬比1:1～3:1。陰極發(fā)光顯示鋯石多具細(xì)密振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，部分發(fā)育有扇形、面狀分帶，少數(shù)呈均質(zhì)無分帶結(jié)構(gòu)(圖8)。分析點8、10、13、18、19、26、30等代表的鋯石呈精細(xì)的振蕩分帶，表明巖漿成因；分析點1、5、7、14、15、23、25、32等代表的鋯石具有較弱的面狀、冷杉狀分帶，點16、31代表的鋯石基本無分帶，其余的呈不同程度的明暗相間分帶，可能為變質(zhì)鋯石。鋯石粒徑打點時選取的激光斑束直徑為24 μm，得到34顆鋯石的測試數(shù)據(jù)(表3)。從表3中可以看出，鋯石的Th、U含量較穩(wěn)定，U含量介于60×10-6～681×10-6之間，均值為276×10-6；Th含量介于35.8×10-6～349×10-6之間，均值為129×10-6。Th/U值變化范圍為0.12～1.24，平均0.57，主要集中于0.2～0.8(圖6)。U-Pb年齡值變化范圍為401～3 081 Ma，最大峰值出現(xiàn)在約400 Ma和800 Ma，集中于400～500 Ma、700～1 100 Ma、1 350～1 900 Ma和2 150～3 100 Ma 4個年齡段。其鋯石U-Pb年齡的直方圖見圖7。

圖8 樣品AJC-2鋯石CL圖像及U-Pb年齡

表3 樣品AJC-2鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡

(1)400～500 Ma。該年齡區(qū)間內(nèi)共有6顆鋯石，占總有效數(shù)的22.2%,年齡變化范圍為401～474 Ma。鋯石多為圓形長柱狀，長軸長約100 μm，大者達(dá)120 μm，長寬比1:1～2:1，磨圓度一般。Th/U比值在0.39～1.01之間，平均0.63。陰極發(fā)光顯示鋯石主要發(fā)育振蕩環(huán)帶，明暗分帶和平面分帶，反映了巖漿的成因。鋯石峰值年齡為399～429 Ma，最年輕的碎屑鋯石年齡為(401±6)Ma(圖6和圖7)，諧和度為97%。Th/U比值為0.39，存在明暗相間的振蕩帶，屬巖漿成因。故推斷地層的形成年齡應(yīng)小于(401±6)Ma，推斷其形成于早泥盆世之后，與前人將其劃歸為中泥盆統(tǒng)的認(rèn)識一致[8,28]。

(2)700～1 100 Ma。這一年齡段有11顆鋯石，占總有效數(shù)的40.7%，年齡值變化范圍為747～1 022 Ma，峰值出現(xiàn)在750～950 Ma之間。鋯石多為圓形短柱狀，長軸長在100～120 μm之間，部分殘缺鋯石為80 μm左右，長寬比1:1～2:1。Th/U值介于0.12～1.23之間，平均值為0.57。陰極發(fā)光顯示鋯石主要發(fā)育細(xì)密振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，其次為明暗相間的分帶和面狀分帶結(jié)構(gòu)，屬于巖漿成因。

(3)1 350～1 900 Ma。這一年齡段有5顆鋯石，占總有效數(shù)的18.5%，年齡變化范圍為1 413～2 694 Ma，鋯石多為渾圓狀，長軸長度在80～100 μm之間，長寬比為1:1～2:1。Th/U比值在0.31～0.77之間，平均0.47。陰極發(fā)光顯示鋯石主要發(fā)育振蕩環(huán)帶和面狀分帶，應(yīng)屬于巖漿成因鋯石。

(4)2 150～3 100Ma。該年齡區(qū)間內(nèi)共有5顆鋯石，占總有效數(shù)的18.5%，年齡變化范圍為2 179～3 081Ma，峰值區(qū)間為2 600～2 750 Ma。鋯石多為渾圓狀，長軸長度多在60～100 μm之間，長寬比為1:1～2:1。Th/U比值0.18～1.24之間，平均0.57。陰極發(fā)光顯示鋯石主要發(fā)育面狀分帶或均質(zhì)無分帶，可能為巖漿或變質(zhì)成因。

5 巖石地球化學(xué)特征

對安家岔組地層主要巖性的主量元素、微量元素和稀土元素進(jìn)行了分析。巖石地球化學(xué)分析在自然資源部武漢礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心(武漢綜合巖礦測試中心)完成。采用X射線熒光熔片法(XRF)測定主量元素，將4.0 g四硼酸鋰和0.4 g樣品混合，放入AAG50型樣品熔融裝置制成玻璃，用X熒光光譜儀測定。稀土元素測試樣品用Na2O2熔融。樣品經(jīng)分離富集后，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測定。采用ICP-AES測定Nb、Th、Zr和Hf。其他微量元素溶于4種酸(HCl, HNO3, HF和HClO4)后用ICP-AES(JY48/JY38P)電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀測定。

5.1 主量元素

安家岔組黑云母石英片巖(樣品AJC-1和AJC-2)富硅、鋁，鎂、鐵含量也較高，SiO2含量為63.94%～68.45%，Al2O3含量為11.56%～15.83%，F(xiàn)e2O3和MgO含量范圍分別為6.66%～7.32%和2.23%～3.44%。各樣品的主量元素成分及相關(guān)參數(shù)值見表4。

表4 安家岔組地層樣品主量元素成分(%)及特征參數(shù)

利用巖石地球化學(xué)成分對本次測定樣品進(jìn)行了原巖恢復(fù)。所采用的方法有KA圖解、西蒙南圖解和DF判別式法等[29-30]。樣品的KA圖解和西蒙南圖解結(jié)果如圖9所示。

KA圖解是周世泰1981年根據(jù)755個火成巖和沉積巖的巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)計算[31]編制而成，是利用火成巖和沉積巖中的K值(K2O/(K2O+Na2O))和A值(Al2O3/(Al2O3+CaO+K2O+Na2O))來區(qū)分正、副變質(zhì)巖的一種常用方法。從圖9中可以看出，安家岔組礦體下盤的黑云母石英片巖(AJC-2)落入沉積巖區(qū)偏泥質(zhì)-粉砂質(zhì)巖亞區(qū)一側(cè)，它們的原巖可能是泥質(zhì)-粉砂質(zhì)巖類。安家岔組小清水溝附近黑云母石英片巖(AJC-1)落入火成巖區(qū)域沉積巖區(qū)的交界處，原巖性質(zhì)需借助其他圖解進(jìn)一步判別，但從圖9(a)中趨勢來看其原巖可能也為泥質(zhì)-粉砂質(zhì)巖類。

西蒙南圖解是西蒙南在研究芬南西南部早太古代瑞芬期上部地殼巖石的地層和沉積作用時提出來的[30]。圖解中重要變量AL、FM、C、ALK和SI都是尼格里值。西蒙南圖解被廣泛使用，可大致劃分出火山巖區(qū)和沉積巖區(qū)，但不適用于超基性巖、酸性火山巖和鈣質(zhì)碳酸鹽巖，其中鈣質(zhì)碳酸鹽巖由于C值較大，縱坐標(biāo)(AL+FM)-(C+ALK)為負(fù)值，投點將落于SI橫坐標(biāo)下面。

從本文研究的2個樣品的主量元素數(shù)據(jù)，在西蒙南圖解(圖9(b))中的投點位置可知，樣品AJC-1位于沉積巖區(qū)較靠近厚層泥巖一側(cè)，其原巖含泥質(zhì)成分較高；而AJC-2投點落于火山巖區(qū)的邊部，靠近沉積巖區(qū)與火山巖區(qū)的交接部位；結(jié)合KA圖解(圖9(a))中樣品AJC-2投點遠(yuǎn)離火山巖區(qū)，推測其原巖可能為泥質(zhì)粉砂質(zhì)巖石；考慮到圖解的誤差性，故認(rèn)為樣品AJC-2的原巖可能為沉積巖。

圖9 安家岔組地層變質(zhì)巖KA圖解((a),底圖據(jù)周世泰[30])和西蒙南圖解((b),底圖據(jù)王仁民等[29])

DF判別式法是Shaw對近2 000個前寒武紀(jì)片麻巖樣品進(jìn)行統(tǒng)計分析后提出來的，判別式具體為：DF=10.44-0.21 SiO2-0.32 Fe2O3-0.98 MgO + 0.55 CaO + 1.46 Na2O + 0.54 K2O，如果DF>0，則為火成巖；否則為沉積巖[44]。已有研究表明，對于SiO2含量大于53.5%的變質(zhì)火成巖和變質(zhì)沉積巖，DF判別式法的誤差率在10%左右[44]。本次采集地層樣品中SiO2含量大于53.5%的變質(zhì)巖用該判別式進(jìn)行判斷，2件樣品DF<0(表4)，指示原巖主要為沉積巖。

從上述3種方法的原巖恢復(fù)結(jié)果可知，2個變質(zhì)巖樣品均為副變質(zhì)巖，原巖應(yīng)為沉積巖。原巖可能均為泥質(zhì)-粉砂質(zhì)巖類。

5.2 微量元素

安家岔組地層變質(zhì)巖樣品的微量元素測試結(jié)果(表5)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蜘蛛網(wǎng)圖(圖10)顯示：(1)地層中變質(zhì)巖具有大離子親石元素相對富集和相容元素相對虧損的趨勢，具有明顯的Nb、Ta和Ti負(fù)異常，顯示典型的殼源巖石特征。(2)大離子親石元素Rb在2件黑云母石英片巖樣品中均高于100×10-6。

圖10 安家岔組樣品微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖

表5 安家岔組地層變質(zhì)巖微量元素組成(10-6)

5.3 稀土元素

從樣品的稀土元素含量(表6)及其球粒隕石和北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖(圖11)可以看出，安家岔組變質(zhì)巖的稀土特征基本一致。

表6 安家岔組地層變質(zhì)巖稀土元素組成(10-6)及其特征值

總體來看，樣品AJC-1和AJC-2的稀土元素總量(∑REE)分別是162.73×10-6和149.73×10-6，均值156.23×10-6。分析樣品的∑REE均低于北美頁巖(177×10-6)。

球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖(圖11(a))顯示，樣品均為輕稀土富集的右傾斜型，重稀土元素分餾程度中等。在北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化配分圖(圖11(b))中，輕重稀土曲線相對平坦。2個樣品的Ce含量分別為69.9×10-6和61.0×10-6，具有較弱的Ce負(fù)異常。Ce負(fù)異常的出現(xiàn)一般與沉積環(huán)境有關(guān)。Murray等[33-34]根據(jù)稀土元素分布曲線特征和稀土元素虧損程度，將海相沉積巖的沉積環(huán)境分為大陸邊緣、洋盆和洋中脊三種類型。大陸邊緣沉積物中稀土元素含量較高，輕稀土相對富集，Ce負(fù)異常不明顯，在0.8～1.3之間(北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化)；從陸緣到遠(yuǎn)洋盆地，稀土元素含量逐漸降低，輕稀土相對缺乏，Ce負(fù)異常較為明顯，一般小于0.5；而洋中脊附近的Ce負(fù)異常更為明顯。

圖11 稀土元素球粒隕石(a)和北美頁巖(b)標(biāo)準(zhǔn)化配分圖(球粒隕石和北美頁巖數(shù)據(jù)據(jù)文獻(xiàn)[32])

6 討 論

6.1 沉積構(gòu)造環(huán)境

因為碎屑沉積巖包含著豐富的物源區(qū)物質(zhì)組成、構(gòu)造環(huán)境和早期地殼生長演化的信息[35-36]，其地球化學(xué)信息已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于制約物源區(qū)、恢復(fù)沉積盆地構(gòu)造環(huán)境和揭示沉積巖成因[37]。本文初步研究了安家岔組淺變質(zhì)碎屑沉積巖的地球化學(xué)信息特征，以揭示西成地區(qū)主要含礦地層安家岔組的沉積構(gòu)造環(huán)境。

產(chǎn)于不同大地構(gòu)造環(huán)境中的巖石具有特定的地球化學(xué)特征，通過巖石的化學(xué)成分及相關(guān)參數(shù)可以確定原始巖石的構(gòu)造環(huán)境。Roser和Korsch[37]提出了K2O/Na2O-SiO2圖解，用于區(qū)分泥巖和砂巖的構(gòu)造環(huán)境，并得到了廣泛的應(yīng)用。從對原巖為泥質(zhì)-粉砂質(zhì)樣品的構(gòu)造環(huán)境判別結(jié)果(圖12)可以看出，安家岔組的兩個黑云母石英片巖樣品(AJC-1和AJC-2)分別位于活動大陸邊緣區(qū)和被動大陸邊緣區(qū)。根據(jù)Bhatia[39]提出的微量元素圖解進(jìn)行投點，在Th-Sc-Zr/10圖解(圖13(a))中樣品投點落于大陸島弧區(qū)，且分布集中；在La-Th-Sc圖解(圖13(b))中，樣品多落于大陸島弧區(qū)內(nèi)，少量落于大陸島弧區(qū)的邊緣處。

圖12 K2O/Na2O-SiO2構(gòu)造背景區(qū)分圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[38])

圖13 Th-Sc-Zr/10(a)、La-Th-Sc(b)構(gòu)造背景區(qū)分解圖(底圖據(jù)Bhatia和Crook[39])

綜合上述多種方法對地層原巖構(gòu)造環(huán)境的恢復(fù)結(jié)果可以得出，安家岔組地層中樣品原巖的構(gòu)造環(huán)境為活動大陸邊緣。

6.2 地層碎屑來源分析

安家岔組碎屑鋯石年齡譜顯示其年齡主要分布于400～500 Ma、700～1 100 Ma、1 350～1 900 Ma和2 150～3 100 Ma 4個年齡段(圖14(a))；華北克拉通自1.85 Ga至三疊紀(jì)一直處于穩(wěn)定的克拉通演化階段，在年齡譜系上一般表現(xiàn)為缺失這一年齡段的年齡值[23]。華北克拉通石炭紀(jì)碎屑鋯石年齡分布(圖14(h))顯示，華北克拉通構(gòu)造-巖漿熱事件主要發(fā)生在早中元古代，而缺少1.1～0.4 Ga之間的年齡記錄。而揚子克拉通的地層碎屑鋯石普遍記錄了古生代到新元古代的構(gòu)造巖漿事件(圖14(c)(d)(f)(g))。

通過安家岔組地層中碎屑鋯石的年齡直方圖與華北板塊、揚子板塊及北秦嶺部分碎屑鋯石的年齡譜系(圖14)進(jìn)行對比可以看出，安家岔組地層與揚子板塊和北秦嶺的親緣性較強，年齡譜系較為相似，因此推測其碎屑物質(zhì)源于揚子克拉通與北秦嶺地區(qū)。

圖14 安家岔組及其鄰區(qū)碎屑鋯石年齡譜

6.3 地層形成時代及成礦動力學(xué)環(huán)境

樣品AJC-1鋯石年齡集中于700～850 Ma，最年輕的碎屑鋯石年齡為(560±7)Ma(圖7)。樣品AJC-2的鋯石年齡中最為集中的峰值為400～500 Ma(圖7)，該區(qū)間內(nèi)鋯石年齡分布的峰值為399～419 Ma；其中最年輕的碎屑鋯石年齡為(401±6)Ma，其顆粒較大，Th/U比值為0.39，發(fā)育明暗相間的振蕩環(huán)帶，顯示為巖漿成因。根據(jù)碎屑鋯石下限年齡值，推測地層的時代應(yīng)晚于(401±6)Ma，可能為早—中泥盆世。

西成地區(qū)安家岔組廠壩層巖性為灰色、灰綠色片巖、千枚巖夾少量粉砂巖、大理巖、泥灰?guī)r，局部夾生物灰?guī)r；廠壩地區(qū)變質(zhì)作用較深，為黑云母石英片巖、大理巖、石英巖和白云巖等，賦存有廠壩—李家溝特大型鉛鋅礦床。焦溝層巖性為微晶灰?guī)r、生物灰?guī)r、點礁灰?guī)r，砂質(zhì)灰?guī)r和千枚巖；洛壩及外圍為綠泥絹云千枚巖、粉砂質(zhì)千枚巖夾砂巖、條帶狀泥灰?guī)r夾生物灰?guī)r，賦存有洛壩、郭家溝和洛壩外圍(文家山)等大中型鉛鋅礦床。

安家岔組地層沉積構(gòu)造環(huán)境主要為活動大陸邊緣。晚古生代到早中生代隨著勉略洋盆的發(fā)育到消亡，西秦嶺也經(jīng)歷了早期與揚子板塊主體裂離和晚期揚子板塊與秦嶺微板塊之間由洋殼俯沖到陸-陸碰撞的造山過程。因此，早期秦嶺微板塊接收了泥盆系斷陷盆地沉積，晚期隨著揚子板塊與秦嶺微板塊的匯聚和俯沖-陸陸碰撞作用，勉略洋盆消亡并伴隨強烈的印支期巖漿活動，早期的泥盆系等地層受到印支期構(gòu)造作用改造而發(fā)生構(gòu)造變形。秦嶺泥盆系鉛鋅礦床和印支期花崗巖有關(guān)的熱液礦床就形成于上述動力學(xué)環(huán)境。

7 結(jié) 論

西秦嶺西成鉛鋅礦田吳家山背斜兩翼的安家岔組地層，產(chǎn)有廠壩—李家溝(含小廠壩)特大型鉛鋅礦床和畢家山、洛壩、郭家溝、洛壩外圍(文家山)、向陽山等大中型鉛鋅礦床以及眾多小型鉛鋅礦床(點)，賦礦巖系由碳酸鹽巖-細(xì)碎屑巖組成，巖性主要為生物灰?guī)r、千枚巖、大理巖和云母石英片巖。碎屑鋯石U-Pb年齡值下限約束指示安家岔組地層時代晚于(401±6)Ma；結(jié)合巖石地球化學(xué)研究，認(rèn)為安家岔組地層沉積構(gòu)造環(huán)境以活動大陸邊緣為主，沉積碎屑物源來自揚子克拉通與北秦嶺地區(qū)，可能為早—中泥盆世揚子板塊北緣斷陷盆地沉積的產(chǎn)物。