南秦嶺南溝寨鈮鉭礦床粗面巖鋯石U-Pb年代學特征及地質(zhì)意義

魯顯松，孫 騰，熊意林，黃景孟，魏四華，李志剛，鐘石玉

(1.湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北 武漢 430034; 2.湖北省地質(zhì)勘查工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430034)

秦嶺造山帶是一條分隔中國南北大陸的復(fù)合型碰撞造山帶，經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)演化過程，南秦嶺湖北兩竹—陜西紫陽—嵐皋地區(qū)廣泛出露一套堿性巖漿巖，該套堿性巖漿巖與鈮鉭稀土礦成礦關(guān)系密切。該套堿性巖漿巖主要沿區(qū)域深大斷裂呈北西向展布，主體可分為南北兩條帶，南帶主要沿紅椿壩—曾家壩斷裂展布，北帶主要沿安康—竹山斷裂展布(圖1)，形成了一系列的鈮鉭稀土礦床。該類礦床成礦元素組合多樣，賦礦巖石復(fù)雜，并且普遍遭受了淺變質(zhì)作用，成礦元素組合與巖漿的產(chǎn)出環(huán)境呈現(xiàn)一定規(guī)律，淺層侵入相中主要產(chǎn)出與正長(斑)巖—碳酸巖有關(guān)的鈮稀土礦床，例如廟埡、殺熊洞鈮稀土礦床[1-3]等；超淺層—溢流相中主要產(chǎn)出與粗面巖類有關(guān)的鈮礦床，例如天寶鈮礦床[4-5]等；在噴發(fā)沉積相中主要產(chǎn)出與火山沉積巖有關(guān)的鈮鉭礦床，例如土地嶺鈮鉭礦床[6]。前人對該系列礦床的研究工作獲得了豐富的年代學資料，對成巖成礦時代等問題取得了一定的認識，認為該類礦床成巖時代為早志留世[4，6-7]，并在廟埡正長巖中發(fā)現(xiàn)了三疊紀熱液疊加成礦的證據(jù)[8]，但三疊紀熱液活動對產(chǎn)于堿性火山巖中的鈮鉭礦是否存在影響還不明確。本文以南溝寨鈮鉭礦床粗面巖為研究對象，對其開展鋯石U-Pb年代學研究，結(jié)合前人資料，探討成巖成礦時代，以期為南秦嶺地區(qū)與堿性巖漿巖有關(guān)的鈮鉭稀土礦床研究提供新的年代學資料。

1 地質(zhì)背景和礦床地質(zhì)

研究區(qū)位于南秦嶺造山帶中段北大巴山弧形構(gòu)造帶內(nèi)，武當隆起西緣，安康—竹山斷裂帶北側(cè)堿性巖帶中(圖1)。區(qū)域上主要出露南華系武當巖群—志留系梅子埡組中—淺變質(zhì)地層。巖漿活動較為強烈，主要發(fā)育有晚元古代輝綠(長)巖、早古生代基性巖和堿性雜巖群。主體構(gòu)造呈北西向，發(fā)育區(qū)域大斷裂有安康—竹山斷裂和紅椿壩—曾家壩斷裂以及一系列疊瓦狀逆沖推覆構(gòu)造體，與近東西向、北東向脆性斷裂相互交切形成條塊網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，主體構(gòu)造格局形成于印支陸—陸碰撞造山期。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置示意圖(a圖據(jù)參考文獻[9]修改)和堿性巖漿巖分布示意圖(b圖據(jù)參考文獻[6]修改)

區(qū)內(nèi)主要出露南華系—志留系淺變質(zhì)地層；巖漿巖主要為粗面巖及順層侵入的輝綠巖脈，粗面巖是本區(qū)主要的賦礦巖石；區(qū)內(nèi)構(gòu)造以近東西向斷層及順層滑脫斷層為主，區(qū)內(nèi)粗面巖呈近東西向展布，與構(gòu)造線一致。南溝寨鈮鉭礦主要賦存于粗面巖中，粗面巖全巖含礦，近東西向展布，呈似層狀、脈狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀較穩(wěn)定，礦體的產(chǎn)出嚴格局限于堿性火山巖內(nèi)，與礦化體接觸的含炭粉砂質(zhì)絹云板巖、炭(硅)質(zhì)板巖等圍巖中無礦化顯示。

目前在區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了兩處鈮(鉭)礦體，礦體規(guī)模較大，礦化穩(wěn)定。Ⅰ號礦體長1 900 m，厚26.61～44.74 m，礦體產(chǎn)狀350°∠70°，頂?shù)装寰鶠樘抠|(zhì)板巖，Nb2O5含量0.08%，Ta2O5含量0.004%；Ⅱ號礦體長2 200 m，厚37.69～45.46 m，礦體總體北傾，傾角65°，頂?shù)装寰鶠樘抗栀|(zhì)板巖，Nb2O5含量0.08%，Ta2O5含量0.005%，該礦體底部發(fā)育有高品位鈮鉭礦層，Nb2O5含量0.376%，Ta2O5含量0.021%，該礦層是目前南秦嶺地區(qū)發(fā)現(xiàn)的與堿性巖漿巖有關(guān)的鈮鉭礦床中品位最高者，但厚度較小，僅數(shù)米而已。

2 巖相學特征

區(qū)內(nèi)巖石普遍遭受淺變質(zhì)作用，本次研究的樣品采自區(qū)內(nèi)相對新鮮的粗面巖露頭，主要巖性為粗面巖、粗面斑巖。

(1)粗面巖。新鮮面為暗灰色，風化面為灰黃色，少斑結(jié)構(gòu)(圖2-a)，塊狀構(gòu)造。斑晶為變余透長石(約2%)，半自形—自形板狀，粒度為0.25～1.6 mm，部分斑晶現(xiàn)已轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏亻L石和微斜長石，斑晶聚集在一起形成聚斑結(jié)構(gòu)?；|(zhì)為變余微晶結(jié)構(gòu)(圖2-b)，由變余透長石、斜長石和蝕變礦物絹云母、風化礦物褐鐵礦等組成。變余透長石、斜長石(約60%)，呈不規(guī)則板狀、粒狀，粒度多<0.05 mm，既有鉀長石也有斜長石，因粒度太細，二者各自的含量難以估計準確，總體上顯示以鉀長石為主；絹云母(約33%)，呈顯微鱗片狀，粒度多<0.05 mm，部分絹云母分布略具定向性，但總體上定向性不強烈，絹云母主要是斜長石的蝕變產(chǎn)物；褐鐵礦(約5%)，呈粉塵狀、微細團塊狀、斑塊狀，褐紅色、褐黑色，粉塵狀者為粉塵狀綠簾石的風化產(chǎn)物，微細團塊、斑塊狀者粒度達0.1 mm，部分為磁鐵礦的風化產(chǎn)物。

(2)粗面斑巖。新鮮面呈灰色，風化面呈灰黃色，斑狀結(jié)構(gòu)(圖2-c)，流紋狀構(gòu)造。斑晶為變余透長石(約5%)，呈自形板狀—板條狀，粒度2～4 mm，現(xiàn)已轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏匚⑿遍L石，輕度泥狀高嶺石化?；|(zhì)為變余多玻微晶結(jié)構(gòu)(圖2-d)，由變余透長石、斜長石和蝕變礦物絹云母、黝簾石、綠簾石、風化礦物褐鐵礦等組成。變余透長石、斜長石(約30%)，多為不規(guī)則粒狀，少為不規(guī)則板狀，粒度多<0.05 mm，因粒度細，兩種長石的各自含量難以準確估計，總體上透長石居多，長石集合體呈不規(guī)則長透鏡體狀、短條帶狀分布于絹云母集合體中；絹云母(約55%)，呈顯微鱗片狀，粒度多<0.03 mm，可能為原巖火山玻璃和斜長石微晶的蝕變產(chǎn)物；黝簾石、綠簾石(約5%)，呈泥狀、微粒狀，集合體成不規(guī)則微細團塊狀，不均勻分布，微細團塊集合體相對集中成不明顯的條帶狀分布于絹云母集合體中；褐鐵礦(5%)，呈泥狀、微粒狀，少數(shù)者為磁鐵礦的風化產(chǎn)物，多數(shù)者為泥狀綠簾石團塊的風化產(chǎn)物，部分呈不規(guī)則條帶狀。變余透長石斑晶、微晶長石集合體呈長透鏡體狀、短條帶狀，黝簾石、綠簾石及褐鐵礦條帶分布具定向性，顯示變余流紋構(gòu)造。

巖石主要呈塊狀構(gòu)造，邊部片理化(圖2-e、2-f)，未見明顯相帶，蝕變礦物主要為次生風化及退變質(zhì)作用產(chǎn)物，未見明顯熱液蝕變現(xiàn)象。

圖2 南溝寨鈮鉭礦粗面巖顯微特征及野外特征

3 樣品采集與測試

本次研究采取南溝寨鈮鉭礦新鮮粗面巖礦石樣品一件(TTC1)，采樣位置坐標E：109°58′24″，N：32°30′21″，采用鋯石U-Pb測年法測試，樣品重約5 kg，樣品粉碎后經(jīng)常規(guī)重力和電磁分選，在雙目鏡下挑選鋯石晶體，選擇晶形較好的鋯石制靶測年。在進行鋯石U-Pb同位素分析前，首先對鋯石進行透射光和反射光顯微照相以及陰極發(fā)光圖像分析，觀察鋯石結(jié)構(gòu)，選取合適的測試點位。鋯石U-Pb同位素分析在湖北省地質(zhì)實驗測試中心激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)上完成，激光剝蝕斑束直徑為32 μm，剝蝕深度為20～40 μm，采用標準鋯石91500校正，儀器參數(shù)和分析流程見參考文獻[10]，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用Isoplot軟件處理完成[11]。

4 鋯石U-Pb年齡

本次測試共獲得21個數(shù)據(jù)，大部分鋯石具有較清晰的震蕩環(huán)帶(圖3)。21個分析點中有20個分析點鋯石Th、U質(zhì)量分數(shù)分別為(73.38～1 818.28)×10-6和(83.08～1 130.97)×10-6，Th/U值>0.1(0.29～21.89)，屬典型巖漿鋯石[12]。鋯石U-Pb測年結(jié)果見表1和圖4。20個分析點鋯石諧和度都≥95%，206Th/238U年齡范圍在426～463 Ma，在年齡諧和圖上比較集中，這20個分析點的加權(quán)平均年齡為(446.4±4.4)Ma(MSWD=0.62)(圖4)，該年齡代表了研究區(qū)粗面巖的主體結(jié)晶年齡。

圖4 南溝寨鈮鉭礦區(qū)粗面巖鋯石U-Pb諧和圖

表1 南溝寨鈮鉭礦區(qū)粗面巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果

5 討論

前人對南秦嶺兩竹地區(qū)及陜西紫陽—嵐皋地區(qū)堿性巖漿巖做了大量的年代學研究，對該套堿性巖漿巖的侵位時代取得了較為一致的認識，廟埡鈮稀土礦雜巖體中正長巖和碳酸巖的鋯石U-Pb年齡分別為(445.2±2.6)Ma和(434.3±3.2)Ma[7]，Th-Pb年齡分別為(442.6±4.0)Ma和(426.5±8.0)Ma，磷灰石U-Pb年齡為(443.0±11.0)Ma[8]；殺熊洞鈮稀土礦雜巖體鋯石U-Pb年齡為(441.8±2.2)Ma[1]；天寶鈮礦粗面巖鋯石U-Pb年齡為(430.6±2.6)Ma[4]；土地嶺鈮鉭礦粗面巖鋯石U-Pb年齡為(441.6±4.0)Ma，粗面質(zhì)凝灰熔巖鋯石U-Pb年齡為(441.7±3.7)Ma，粗面質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r鋯石U-Pb年齡為(443.2±4.5)Ma[6]；嵐皋地區(qū)粗面巖鋯石U-Pb年齡為432 Ma[13]；紫陽地區(qū)正長斑巖巖墻群鋯石U-Pb年齡為(432±5.8)Ma[14]。前人研究結(jié)果表明南秦嶺竹山地區(qū)堿性巖漿活動侵位峰期在430～450 Ma；本次研究結(jié)果顯示南溝寨鈮鉭礦床粗面巖鋯石U-Pb年齡為(446.4±4.4)Ma，其成巖時代為早志留世，與前人獲得的南秦嶺兩竹地區(qū)的堿性巖漿巖年齡基本一致，與廟埡、殺熊洞正長巖—碳酸巖雜巖體，天寶、土地嶺粗面質(zhì)火山巖為同一次構(gòu)造巖漿事件產(chǎn)物。研究表明廟埡、殺熊洞正長巖—碳酸巖雜巖體，天寶、土地嶺粗面質(zhì)火山巖地球化學特征相似，具有巖石全堿含量高，富集高場強及大離子親石元素，相對虧損Sr、Ti、P等特點，在巖石成因上具有同源性[6]；南溝寨鈮鉭礦粗面巖與上述堿性巖地質(zhì)特征相似，在時空關(guān)系上亦存在緊密聯(lián)系，南溝寨鈮鉭礦粗面巖與上述系列巖石可能為同一巖漿源演化的不同產(chǎn)物。

廟埡正長巖普遍遭受后期方解石脈穿插交代，后期熱液蝕變現(xiàn)象明顯。應(yīng)元燦[8]在廟埡正長巖中發(fā)現(xiàn)典型的后期熱液成因獨居石，其Th-Pb年齡為(240±4.8)Ma，分散在碳酸巖中的鈮鐵礦年齡為230 Ma，認為廟埡鈮稀土礦床在三疊紀經(jīng)歷了一期熱液疊加成礦作用。南溝寨鈮鉭礦與天寶、土地嶺等鈮鉭礦床具類似的地質(zhì)特征，全巖礦化，含礦性穩(wěn)定。前人對天寶、土地嶺等礦床的研究未發(fā)現(xiàn)明顯后期熱液蝕變現(xiàn)象，亦未獲得三疊紀成礦的年代學證據(jù)[4-6]。南溝寨鈮鉭礦床粗面巖主體呈塊狀構(gòu)造，邊部見有擠壓片理化現(xiàn)象，未見后期熱液活動跡象，巖相學研究也未發(fā)現(xiàn)熱液蝕變礦物，表明三疊紀的構(gòu)造熱液活動對產(chǎn)于溢流—噴發(fā)相中鈮鉭礦影響甚微，此類礦床成巖過程可能即為成礦過程。

6 結(jié)論

南溝寨鈮鉭礦粗面巖鋯石U-Pb年齡為(446.4±4.4)Ma，代表了該區(qū)粗面巖的主體結(jié)晶年齡，亦代表了該礦床的主體成礦時代，為早志留世，與廟埡、殺熊洞正長巖—碳酸巖，天寶鈮礦、土地嶺鈮鉭礦粗面質(zhì)火山巖等可能為同源演化產(chǎn)物。