遼寧岫巖縣桑皮峪透閃石玉成礦年齡研究

鄒 妤，李 鵬，吳之瑛，康夢玲，王時麒

(1. 昆明理工大學 城市學院， 云南 昆明 650051； 2. 北京城市學院， 北京 100083； 3. 北京大學 地球與空間科學學院，北京 100871)

遼寧省岫巖縣因盛產(chǎn)質量好的蛇紋石玉而聞名于世，該地區(qū)也盛產(chǎn)透閃石玉(也稱軟玉或和田玉)(王時麒等， 2002)。2012年，在遼寧省岫巖縣哈達碑鎮(zhèn)桑皮峪橫山里的大理石礦中發(fā)現(xiàn)了新的透閃石玉礦床，具有一定地質科研意義和商業(yè)價值。該透閃石玉礦位于岫巖縣哈達啤鎮(zhèn)西北方約30 km、細玉溝村西南方4 km的大理石礦井中，礦體呈似層狀及扁豆狀產(chǎn)出，連續(xù)性較差，具有一定規(guī)模(吳之瑛， 2014)。最新發(fā)現(xiàn)的桑皮峪透閃石玉礦點產(chǎn)量豐富，將是岫巖透閃石玉的重要礦點。以前發(fā)現(xiàn)的透閃石玉礦點主要分布在細玉溝，對桑皮峪透閃石玉礦的研究相對缺乏。國內學者對桑皮峪透閃石玉的成礦地質背景、礦床成因、礦物組成、化學成分、結構構造、石墨特征包裹體進行了研究，認為其礦床成因類型為變質熱液礦床(張存等， 2018)，其礦物成分主要為透閃石，微量元素含量較低，顏色以青色為主，結構致密，質量較好，儲量充裕(蔣天龍， 2014)。鄭奮等(2019)通過測定遼寧岫巖的河磨玉的鋯石U-Pb年齡表明其成礦年齡的上限為220.8±7.6 Ma，而老玉的形成年齡在1.7 Ga左右，因此岫巖地區(qū)可能存在未被發(fā)現(xiàn)的原生透閃石玉礦。

透閃石玉礦床一般都是在低溫下形成的，但它缺少如云母等可定年的礦物，因此該類型礦床的定年工作一直是個難題。目前已有很多透閃石玉的年齡研究工作是基于其中的副礦物鋯石來開展的，但是透閃石玉中的鋯石可能有多種來源，其中最有可能的是繼承鋯石，并不一定代表透閃石玉的形成年齡。鋯石的年齡研究需要綜合考慮鋯石的光學和電子圖像，并結合其微量元素才能對所測年齡數(shù)據(jù)進行正確解譯(楊亞楠等， 2014)。而透閃石玉中的另一種副礦物榍石一般是和透閃石同生的(Lingetal.， 2015)，這種含有微量U-Pb的副礦物在很多透閃石玉中都有出現(xiàn)(劉喜鋒等， 2019)。

為了深入了解桑皮峪透閃石玉礦床成礦時代及其地質演化歷史，本文對采自桑皮峪的透閃石玉進行了詳細的巖石學觀察，采用離子探針(SIMS， secondary ion mass spectrometry)重點對比分析桑皮峪透閃石玉中的副礦物鋯石的U-Pb年齡和榍石的Pb-Pb年齡，測定桑皮峪透閃石玉礦床的形成時間，采用和田玉中的榍石和鋯石同時定年具有獨特性和創(chuàng)新性，為揭示透閃石玉的形成過程提供了有價值的理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質概況

遼寧岫巖縣桑皮峪透閃石玉礦位于細玉溝透閃石玉礦與北瓦溝蛇紋石玉礦之間的桑皮峪溝溝頭，出露于北溝-王家堡子-周家堡子復向斜西端-橫山里倒轉向斜的北翼。復式背斜隆起構造中的復向斜和向斜構造，保存蘊礦地層；玉石礦主要產(chǎn)于區(qū)內的復向斜褶曲之中，其產(chǎn)狀及展布受復向斜構造的控制(圖1)。

遼寧岫巖縣桑皮峪透閃石玉礦出露地層主要為遼河群變質巖系，自下而上為里爾峪組、高家峪組、大石橋組二段、大石橋組三段。玉礦西北部及南部出露元古代片麻狀黑云二長花崗巖，此外還有細粒蝕變輝長巖以及煌斑巖、偉晶巖、鈉長石英斑巖等脈巖(王時麒等， 2007； 吳之瑛， 2014)。

玉礦產(chǎn)于大石橋組二段，平行于近礦圍巖的透閃石大理巖變余層理產(chǎn)出。大理巖圍巖規(guī)模較小，長130 m，平均厚度4.57 m，似層狀產(chǎn)出，走向長130 m，傾向20°，傾角70°。透閃石大理巖圍巖呈白色，部分呈灰、淺綠相間斑雜色；主要礦物成分為白云石、透閃石，含少量蛇紋石；中細粒變晶結構，塊狀構造；結構致密，硬度較大，比較穩(wěn)固。透閃石玉礦體產(chǎn)狀與大理巖巖層產(chǎn)狀基本相同，呈似層狀及扁豆狀產(chǎn)出，地層控制特點非常突出和明顯(王時麒等， 2007； 吳之瑛， 2014)。

2 樣品及測試

2.1 測試樣品

透閃石玉料采自岫巖滿族自治縣哈達碑鎮(zhèn)第2大理石礦點，透閃石玉料大小不一，多為棱角狀，表面為新鮮崩裂面，選取具有玉石價值的桑皮峪透閃石玉樣品類型，顏色均為青色，包括青黃色、青綠色、深青色等(圖2)。手標本特征為微透明至不透明，蠟狀光澤至玻璃光澤，折射率平均值為1.60(點測)，密度為2.94 ～2.96 g/cm3，摩氏硬度為6.05～6.62。

圖 1 岫巖玉礦床區(qū)域構造綱要圖(據(jù)吳之瑛， 2014)Fig. 1 Regional structural outline of the Xiuyan jade deposit (after Wu Zhiying， 2014)

圖 2 遼寧岫巖縣桑皮峪透閃石玉樣品照片 Fig. 2 The sample of Sangpiyu tremolite jade

2.2 測試方法和條件

將樣品磨制成0.03 mm薄片后，利用偏光顯微鏡和電子探針對桑皮峪透閃石玉礦物成分進行分析。偏光顯微鏡分析在昆明理工大學國土資源學院偏光實驗室完成；電子探針分析在中國科學院地質與地球物理研究所的電子探針與掃描電鏡實驗室完成，使用的電子探針儀為日本電子JXA-8100型，加速電壓15 kV，加速電流15 nA，束斑直徑5 μm。

通過人工重砂法，從桑皮峪透閃石玉樣品中分選出鋯石和榍石，然后在雙目顯微鏡下挑選出無裂隙、無包體、透明干凈的鋯石和榍石顆粒。將鋯石樣品顆粒和鋯石標樣，榍石樣品顆粒和榍石標樣分別粘貼在環(huán)氧樹脂靶上，然后拋光使其露出一半晶面。對鋯石進行透射光和反射光顯微照相以及陰極發(fā)光圖象分析；對榍石進行透射光和反射光顯微照相以及背散射圖象分析，以檢查其內部結構、幫助選擇適宜的測試點位。樣品靶可以在真空條件下鍍金以備分析。

鋯石的U-Pb年齡測試和榍石的Pb-Pb年齡測試都在中國科學院地質與地球物理研究所里通過CAMECA IMS-1280 離子探針(二次離子質譜儀SIMS)完成。詳細分析方法見Li等(2009)和Ling等(2015)。標樣與樣品以1∶3比例交替測定。鋯石的U-Th-Pb同位素比值用標準鋯石Plésovice(337 Ma， Slámaetal.， 2008)校正獲得。以長期監(jiān)測標準樣品獲得的標準偏差1SD=1.5%(Lietal.， 2010)和單點測試內部精度共同傳遞得到樣品單點誤差，以標準樣品GBW04705作為未知樣監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確度，在本次研究中共分析了10個點。榍石的Pb同位素比值采用榍石標準BLR-1(Aleinikoffetal.， 2002， 2007)來監(jiān)控儀器穩(wěn)定性，普通Pb校正采用實測204Pb值。由于測得的普通Pb含量非常低，假定普通Pb主要來源于制樣過程中帶入的表面Pb污染，以現(xiàn)代地殼的平均Pb同位素組成(Stacey and Kramers， 1975)作為普通Pb組成進行校正。同位素比值及年齡誤差均為1σ。數(shù)據(jù)結果處理采用ISOPLOT軟件(Ludwig， 2001)。

3 結果與分析

3.1 礦物組成

3.1.1 偏光顯微鏡特征

桑皮峪透閃石玉的主要礦物組成為透閃石，無色，正中突起，最高干涉色為 Ⅱ 級藍，礦物顆?？沙世w維狀、粒狀等，纖維狀透閃石一般小于0.1 mm，柱狀透閃石大小0.5～2 mm不等(圖3a～3c)。次要礦物含量比較少，主要有磷灰石、方解石、綠泥石、石墨、褐鐵礦、鋯石、榍石等。磷灰石干涉色為 Ⅰ 級灰，礦物顆粒主要呈他形粒狀，方解石無色，閃突起，干涉色為高級白。綠泥石為淺綠色，低正突起，最高干涉色為 Ⅰ 級灰，主要呈片狀。石墨多出現(xiàn)在顏色為青黑色的樣品中，主要呈星點狀和云霧狀分布。褐鐵礦往往填充在透閃石玉的裂隙中，呈樹枝狀分布(圖3d)。榍石礦物顆粒常呈特殊的菱形、楔形，正極高突起，高級白干涉色，二軸正晶(圖3e，3f)。

圖 3 桑皮峪透閃石玉樣品的正交偏光顯微鏡特征Fig. 3 Photomicrographs of Sangpiyu tremolite jade (crossed nicols)Tr—透閃石； Lm—褐鐵礦； Ttn—榍石Tr—tremolite； Lm—limonite； Ttn—titanite

3.1.2 電子探針分析

對3件桑皮峪透閃石玉樣品(X2、X7、X19)進行了電子探針測定，每個樣品選取5個主要的礦物點的數(shù)據(jù)進行分析，分析結果和基于23個氧離子計算的陽離子結果見表1。

根據(jù)表1可知，桑皮峪透閃石玉主要成分是SiO2、MgO、CaO，含量范圍分別為57.79%～58.58%、22.41% ～22.87%、12.55%～13.35%，平均值分別為58.21%、22.63%、12.86%， 比透閃石成分理論值(59.17%、24.81%、13.80%)稍低，但差距不大。除此之外，還含有少量的Al2O3、FeO、MnO，微量的TiO2、Cr2O3、NiO、Na2O和K2O。

表 1 桑皮峪透閃石玉樣品電子探針分析結果wB/%Table 1 Electron microprobe analytical results of Sangpiyu tremolite jade samples

根據(jù)國際礦物協(xié)會新礦物及礦物命名委員會批準角閃石族分會推薦的角閃石族命名方案，當Mg2+/(Mg2++Fe2+)=0.90～1.00時為透閃石，當Mg2+/(Mg2++Fe2+) =0.50～0.90時為陽起石，當Mg2+/(Mg2++Fe2+) =0.00～0.50時為鐵陽起石(張蓓莉， 2006)。桑皮峪透閃石玉的Mg2+/(Mg2++Fe2+)值為0.964～0.971，平均0.967，符合國際礦物協(xié)會的角閃石族命名方案。

3.2 成礦年齡

3.2.1 鋯石U-Pb年齡

對從樣品X19中挑選出來的13顆鋯石(代號分別為Z1～Z13)進行了SIMS U-Pb分析。本次測試同時分析了10個鋯石標樣點，得到的諧和年齡為160.0±1.6 Ma，與推薦值159.5±0.2 Ma (Lietal.， 2013)在誤差范圍內一致，表明儀器穩(wěn)定可靠。本樣品的年齡結果如表2和圖4，可見鋯石的實驗數(shù)據(jù)可分為4組，第1組為Z-1～Z-7， U = 549×10-6～1 322×10-6， Th=16×10-6～94×10-6， Th/U=0.03～0.07，鋯石的內部結構在CL圖像中顯得明亮(圖4a)。206Pb/238U年齡的加權平均值為1 840±18 Ma(2σ，n=7)，207Pb/206Pb 年齡范圍在1 853±8 Ma (2σ，n=7)之間，U-Pb同位素組成在誤差范圍內一致，U-Pb諧和年齡為1 851±7 Ma (2σ，n=7)。其他3組為Z-8～Z-13， U=142×10-6～614×10-6，Th=74×10-6～322×10-6，Th/U=0.32～0.83，206Pb/238U年齡范圍在2 487～2 032 Ma。 這3組的鋯石年齡比第1組的鋯石年齡都老。這些鋯石可能為繼承鋯石，來自原巖。鋯石的內部結構在CL圖像中較暗(圖4a)。桑皮峪透閃石玉中鋯石的206Pb/238U年齡最小的1組為1 851±7 Ma(圖4c)，認為這一組鋯石的年齡最接近桑皮峪透閃石玉的形成年齡。

3.2.2 榍石Pb-Pb年齡

對從樣品X19中挑選出來的17顆榍石(代號分別為Y1～Y17 )進行了SIMS Pb-Pb年齡分析，結果見表3。榍石的206Pb/204Pb=321～1 881，都大于100，但只有分析點Y-16和Y-17的206Pb/204Pb值大于1 000，表明這2個分析點的普通鉛含量少，放射成因鉛占優(yōu)勢。f206的大致范圍為0.99%～5.84%，只有分析點Y-16的f206小于1%，從而可知分析點Y-16的普通206Pb占總206Pb值最低，同時其207Pb/206Pb年齡誤差也最小。最終得出榍石的207Pb /206Pb加權平均年齡為 1 848±17 Ma(2σ，n=17， MSWD=1.9， 圖5)。

圖 5 桑皮峪透閃石玉榍石Pb-Pb加權平均年齡圖Fig. 5 Weighted average Pb-Pb ages diagram for titanite from Sangpiyu tremolite jade

表 2 桑皮峪透閃石玉鋯石U-Pb年齡分析結果Table 2 Zircon U-Pb age analytical results of Sangpiyu tremolite jade

圖 4 桑皮峪透閃石玉鋯石U-Pb諧和年齡圖Fig. 4 U-Pb concordia diagram for zircons from Sangpiyu tremolite jade

表 3 桑皮峪透閃石玉榍石Pb-Pb年齡分析結果Table 3 Titanite Pb-Pb age analytical results of Sangpiyu tremolite jade

4 討論

4.1 SIMS鋯石U-Pb定年對比榍石Pb-Pb定年

鋯石廣泛分布于酸性侵入巖、火山巖、變質巖等各種類型的巖石中，礦物非常穩(wěn)定。在桑皮峪透閃石玉中， 鋯石基本呈他形，晶粒小，約為60～80 μm。同時，鋯石的U含量和放射成因Pb含量高，普通Pb含量較低。因此鋯石的單點誤差較小。但透閃石玉中的鋯石礦物中含有繼承鋯石，因此需要仔細甄別才能判斷哪一組年齡更接近透閃石玉的形成年齡。本研究共得到4組鋯石年齡，其中只有最年輕的1組鋯石具有較低的Th/U值，更符合變質鋯石的特征。

榍石是一種普遍存在于各種中酸性和堿性侵入巖、變質巖及各類熱液礦床中的含U副礦物。作為一種可定年的工具，它在地質研究中具有非常廣泛的應用價值(Lietal.， 2010)。在桑皮峪透閃石玉中，榍石晶粒小，含量較少。本文采用榍石207Pb/206Pb定年法，只需準確測定Pb同位素組成，即可得到榍石207Pb/206Pb年齡。本次測量獲得的所有榍石顆粒均得到1組一致的年齡，但是榍石的普通鉛含量較高，比鋯石需要精準的校正(李志昌， 2004； 吳之瑛， 2014)。

鋯石的物理化學性質極其穩(wěn)定，形成后不易受外界及后期地質事件影響，通常難以用于確定中低溫變質巖及熱液成因巖石的地質年代(Liuetal.， 2011a, 2011b)。榍石是酸性、中性和堿性巖漿巖、低-中高級變質巖及少數(shù)沉積巖中常見的副礦物。同時，榍石為鈣鈦硅酸鹽，易與其他礦物、流體、熔體發(fā)生反應，從而可記錄多期變質事件的年齡信息，更有利于查明地質體的P-T-t軌跡(王世龍， 2016)。桑皮峪透閃石玉的礦床成因類型為變質熱液礦床，與鋯石相比，榍石更適合用于測定桑皮峪透閃石玉的地質年齡。

4.2 成礦年齡分析

前人利用榍石測定了各種類型巖石的年齡， Ling等(2015)通過證明欒川軟玉與其中的榍石同源，并利用榍石測定了軟玉年齡為1 848±17 Ma，與其鋯石U-Pb年齡1 851±7 Ma在誤差范圍內一致。從表2和表3中的數(shù)據(jù)可知，由于SIMS鋯石定年的方法比榍石定年的方法更加成熟，鋯石U-Pb年齡誤差小于榍石Pb-Pb年齡誤差?？傮w來說，通過與透閃石同源的榍石測定出的年齡更為接近透閃石玉的實際形成年齡，部分鋯石年齡也可以反映透閃石玉年齡，代表透閃石玉的年齡上限。本文通過榍石測定出桑皮峪透閃石玉的年齡為1 848±17 Ma，與其鋯石U-Pb年齡1 851±7 Ma在誤差范圍內一致。

很多軟玉的形成與交代或變質作用有關，如西部新疆昆侖、阿爾金、青海東昆侖的軟玉礦床都處于白云質大理巖與花崗巖侵入體接觸帶(Liuetal.， 2010， 2015， 2016)。遼寧岫巖軟玉礦床是華北克拉通西部板塊(EB)遼寧省遼河群的一部分，而EB在古元古代(2.2～1.9 Ga)時期膠-遼-吉帶發(fā)生了斷裂-俯沖-碰撞(Zhao and Zhai， 2013)。該礦區(qū)大約在1.8 Ga經(jīng)歷了區(qū)域變質作用，形成白云石大理巖。隨后，白云石大理巖被硅質熱液流體取代形成蛇紋石，如果鈣含量較高，白云石大理巖會被硅質熱液置換形成透閃石玉(Zhangetal.， 2019)。這一變質事件可能指示了桑皮峪透閃石玉的形成年齡。岫巖軟玉礦床大致經(jīng)歷4個地質作用階段，分別為白云巖沉積階段、白云巖的區(qū)域變質階段、熱液交代階段、風化作用階段。桑皮峪透閃石玉中最年輕1組的鋯石U-Pb年齡為1 851 ±7 Ma，其中的榍石Pb-Pb年齡為1 848±17 Ma，推測桑皮峪透閃石玉的形成在白云巖的區(qū)域變質時期。

5 結論

(1) 遼寧岫巖縣桑皮峪透閃石玉的主要礦物成分為透閃石，次要礦物成分包括磷灰石、方解石、綠泥石、石墨、褐鐵礦、鋯石和榍石等。

(2) 電子探針分析顯示遼寧岫巖縣桑皮峪透閃石玉樣品主要成分為SiO2、MgO和CaO，并含有少量的Al2O3、FeO和MnO，Mg2+/(Mg2++Fe2+) 值范圍為0.964～0.971。

(3) 離子探針分析，桑皮峪透閃石玉的鋯石206Pb/238U年齡為1 851±7 Ma，榍石207Pb/206Pb年齡為1 848±17 Ma，桑皮峪透閃石玉形成于古元古代的白云巖的區(qū)域變質時期。

致謝礦區(qū)的彭濤先生、潘軍俊先生在野外考察期間提供了熱忱幫助。實驗過程中得到中國科學院地質與地球物理研究所馬紅霞、毛騫等老師的幫助，本研究得到國家?guī)r礦化石標本資源庫支持，審稿人對本文提出了許多建設性意見和建議，在此一并致謝。