東秦嶺楊斜金礦區(qū)石英閃長(zhǎng)玢巖鋯石U-Pb 年代學(xué)、地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

葛戰(zhàn)林, 高永寶, 鄭艷榮, 郝 迪, 董陽(yáng)陽(yáng)

(1. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安礦產(chǎn)資源調(diào)查中心, 陜西 西安 710100; 2. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué) (北京) 地球科學(xué)與資源學(xué)院, 北京 100083;3. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心 自然資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710054)

0 引言

秦嶺造山帶長(zhǎng)期復(fù)雜的大陸動(dòng)力學(xué)機(jī)制主導(dǎo)成礦作用與構(gòu)造演化-巖漿活動(dòng)相耦合,使其成為我國(guó) Au、Ag、Mo、Pb、Zn 等重要礦產(chǎn)資源基地(陳毓川等,1994;姚書(shū)振等,2002;張國(guó)偉等,2019)。 中新生代,秦嶺與中國(guó)大陸的構(gòu)造體制由近EW 轉(zhuǎn)換為古太平洋板塊向歐亞板塊之下俯沖的NE—NEE 向(張國(guó)偉等,2001;毛景文等,2005);在這一動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換背景下,東秦嶺發(fā)生大規(guī)模與巖漿活動(dòng)有關(guān)的晚侏羅世—早白堊世(J3—K1)陸內(nèi)金多金屬成礦事件。 前人研究多聚焦于該時(shí)期華北板塊南緣和北秦嶺的斑巖-矽卡巖型鉬(鎢)礦床、熱液脈型金礦床,以及南秦嶺與中生代構(gòu)造-巖漿巖有關(guān)的銅鉬金礦床的成巖成礦時(shí)代、礦床成因及巖漿演化等(黃典豪等,1994;Mao et al., 2002;李諾等,2007;王曉霞等,2011;吳發(fā)富等,2014;劉凱等,2019),關(guān)于商丹斷裂帶J3—K1金鎢成礦與巖漿作用的關(guān)系研究略微薄弱。

東秦嶺商丹斷裂帶楊斜-豐北河地區(qū)處于南、北秦嶺的交匯部位,近年來(lái),相繼在印支期花崗巖帶附近發(fā)現(xiàn)多處中小型熱液脈型金、鎢礦床。 楊斜金礦床即為其中典型代表之一,成礦與巖漿作用密切相關(guān),具鉀化、硅化等中高溫蝕變特征及Au-Ag-Te-W 礦化(余曉紅,2017;馬承等,2021)。 但與金成礦有關(guān)的巖漿作用研究較為薄弱,因此,本文選擇與成礦關(guān)系密切的石英閃長(zhǎng)玢巖為研究對(duì)象,通過(guò)巖相學(xué)、LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 定年及巖石地球化學(xué)的研究,探討成巖成礦時(shí)代、巖石成因與巖漿源區(qū),進(jìn)一步探索成礦構(gòu)造環(huán)境,以期為區(qū)域金礦成礦規(guī)律研究及下一步勘查工作提供借鑒。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

秦嶺造山帶位于中央造山帶的核心地段(圖1a),以區(qū)域洛南-欒川、商丹和勉略斷裂為界,由北至南可劃分為華北板塊南緣、北秦嶺、南秦嶺及揚(yáng)子板塊北緣4 個(gè)構(gòu)造帶(Zhang et al.,1995; Meng and Zhang,2000),地理上大致以寶(雞) -成(都)鐵路區(qū)劃為東秦嶺與西秦嶺造山帶(圖1b)。 東秦嶺楊斜-豐北河地區(qū)以商丹主干斷裂為界,北部為北秦嶺逆沖構(gòu)造帶,南部為綠片巖相-低角閃巖相變質(zhì)的商丹帶主要地質(zhì)實(shí)體(圖1c)。

圖1 秦嶺造山帶位置(a)、秦嶺造山帶大地構(gòu)造圖(b,據(jù)Yan et al.,2006)及楊斜-豐北河區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖(c,據(jù)陜西省地質(zhì)調(diào)查院,2017 修改)Fig.1 Tectonic map of China, showing the location of the Qinling Orogen (a), tectonic framework of the Qinling Orogen (b,modified from Yan et al., 2006) and geological sketch map of the Yangxie-Fengbeihe area (c, modified from Shaanxi Institute of Geology Survey,2017)

區(qū)域地層由北至南出露元古宇、下古生界和上古生界。 古元古界秦嶺巖群郭莊巖組(Pt1g)和中新元古界松樹(shù)溝組(Pt2-3s)零星分布于區(qū)域北部,前者巖性為混合巖化石榴黑云斜長(zhǎng)片麻巖、斜長(zhǎng)角閃片麻巖夾淺粒巖、變粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖;后者主要為變質(zhì)基性火山巖夾少量碎屑巖。 下古生界呈近EW 向帶狀展布,丹鳳巖群(Pz1D. )為一套綠片巖相-低角閃巖相變質(zhì)火山-沉積巖,是商丹蛇綠混雜巖帶的主要組成部分,屬于古火山島弧環(huán)境產(chǎn)物(趙東宏等,2019);羅漢寺組(Pz1l)為弧前盆地沉積的變質(zhì)火山巖夾碎屑巖。 泥盆—石炭系(D—C)僅在區(qū)域南部出露,巖性為濱淺海沉積相的碎屑巖夾碳酸鹽巖組合。

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈,以南部印支期花崗巖帶分布最為廣泛,由西至東分別為東江口、柞水、曹坪和沙河灣花崗巖,主體屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)-過(guò)鋁質(zhì)鈣堿性或高鉀鈣堿性I 型花崗巖,成巖年齡集中于230 ~210 Ma(弓虎軍等,2009;Hu et al., 2017)。 此外,秦王山鎂鐵質(zhì)雜巖體呈EW 向延長(zhǎng)的豆莢狀出露于區(qū)域東部,主要由輝長(zhǎng)巖、蘇長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)巖組成,閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb 年齡為422 ±7 Ma,形成于晚志留世島弧環(huán)境(劉軍鋒等,2009)。

豐北河-楊斜斷裂(商丹斷裂)為區(qū)內(nèi)主干構(gòu)造。 斷裂破碎帶寬數(shù)十米至百余米,呈EW 向延伸約70 km,斷面多北傾,傾角50° ~78°,具有多期活動(dòng)和控巖控礦特征。 研究區(qū)大小石英脈型金、鎢礦床(點(diǎn))多達(dá)10 余處,典型礦床包括公家坪金礦床、楊斜金礦床、楊屋場(chǎng)鎢(金)礦床和大蛇溝鎢礦床等,均分布于商丹斷裂帶南側(cè)(圖1c),受主干斷裂及其次級(jí)斷裂控制(葛戰(zhàn)林等,2020)。

1.2 礦床地質(zhì)

楊斜金礦床隸屬陜西省商洛市楊斜鎮(zhèn)管轄,石英脈型礦體集中分布于東、西礦區(qū)的賈溝、寺溝、大水岔、郭安溝、小西溝、廟溝及神凹等礦點(diǎn)(圖2)。礦脈受NE—NNE 與NW—NNW 向兩組張扭性斷裂破碎帶控制,賦礦圍巖為新元古代楊斜片麻巖套。區(qū)內(nèi)巖漿巖以秦王山鎂鐵質(zhì)雜巖體及脈巖為主,脈巖包括偉晶巖脈、花崗斑巖脈、石英閃長(zhǎng)玢巖脈和煌斑巖脈等。

圖2 楊斜金礦床地質(zhì)圖(據(jù)馬承等,2021 修改)Fig.2 Geological map of the Yangxie gold deposit (modified from Ma et al.,2021)

楊斜金礦區(qū)共圈定金礦體18 個(gè),礦化體2 個(gè)(圖3a、b)。 東礦區(qū)礦體形態(tài)呈脈狀,賦存于NW—NNW 向斷裂破碎帶中,顯示右行側(cè)列特征,總體傾向NE—NEE,傾角 72° ~82°;單礦體一般長(zhǎng) 115 ~300 m,厚 0.84 ~1.25 m,Au 品位為 4.54 ~8.65g/t。西礦區(qū)礦體為充填于NW—NNW 或NE 向的含金石英單脈,傾向 S 或 N,傾角 65° ~89°;礦脈長(zhǎng) 160 ~500 m,厚 0.64 ~1.10 m,Au 品位為 3.12 ~6.07g/t。礦石中金屬礦物主要為黃鐵礦、黃銅礦和閃鋅礦,次為方鉛礦和黝銅礦,含少量自然金;非金屬礦物以石英、鉀長(zhǎng)石和絹云母為主。 礦石構(gòu)造包括脈狀、細(xì)脈-網(wǎng)脈狀、浸染狀、斑雜狀和角礫狀構(gòu)造等(圖3c、d);礦石結(jié)構(gòu)以自形-半自形、他形、固溶體分離、交代和包含結(jié)構(gòu)為主(圖3e、f)。 圍巖蝕變類(lèi)型主要有鉀化、硅化、黃鐵礦化、絹云母化、綠泥石化及碳酸鹽化,以前三者與金成礦關(guān)系最為密切。

圖3 典型礦體、礦石組構(gòu)特征及礦脈與巖脈穿插關(guān)系Fig.3 Characteristics of typical orebodies, ore fabric and relationships between gold-bearing quartz veins and dykes

礦區(qū)含金石英脈與中基性巖脈的空間賦存關(guān)系緊密,多處可見(jiàn)其與石英閃長(zhǎng)玢巖脈、煌斑巖脈近平行產(chǎn)出于同一構(gòu)造帶,但局部穿插或截切巖脈(圖3g-i),指示金成礦時(shí)限同期或略晚于上述巖脈的侵位。

2 實(shí)驗(yàn)樣品與測(cè)試方法

2.1 實(shí)驗(yàn)樣品

本次研究樣品采自于寺溝K16 礦體平硐內(nèi)的石英閃長(zhǎng)玢巖脈(圖2),包括1 件鋯石U-Pb 定年樣品(DG-Zr)和5 件巖石地球化學(xué)樣品(DG-1, 2, 3,4,5),地理坐標(biāo)為 33°49′29″N,109°40′03″E。 石英閃長(zhǎng)玢巖呈灰色,斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造(圖4a、b)。斑晶主要為角閃石(4%)和斜長(zhǎng)石(2%),角閃石斑晶多呈半自形柱狀,粒徑大小約0.48 ~1.62 mm,綠泥石化、綠簾石化強(qiáng)烈(圖4c),已由蝕變礦物交代呈假象;斜長(zhǎng)石斑晶呈半自形板柱狀,粒徑大小約0.50 ~1.40 mm,具聚片雙晶,見(jiàn)絹云母化(圖4d)?；|(zhì)包括斜長(zhǎng)石(75%)、角閃石(10%)、石英(5%~8%)和金屬礦物(2%)等,其中斜長(zhǎng)石呈半自形板條狀,粒徑大小約0.02 ~0.18 mm,具聚片雙晶,絹云母化較強(qiáng);角閃石呈他形粒狀-半自形柱狀,粒徑大小約0.06 ~0.30 mm,綠泥石化、綠簾石化及碳酸鹽化強(qiáng)烈,見(jiàn)鐵質(zhì)析出;石英呈他形粒狀分布于斜長(zhǎng)石晶粒間,粒徑大小約0.03 ~0.14 mm;金屬礦物呈他形- 半自形粒狀,粒徑大小約0. 01 ~0. 20 mm,主要為暗色礦物蝕變的產(chǎn)物,副礦物為磷灰石。

圖4 石英閃長(zhǎng)玢巖巖相學(xué)特征Fig.4 Petrographic characteristics of quartz diorite porphyrite

2.2 測(cè)試方法

鋯石挑選、制靶、透反射及陰極發(fā)光(CL)照相在西安瑞石地質(zhì)科技服務(wù)有限公司完成。 LA-ICPMS 鋯石U-Pb 同位素定年在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成,激光剝蝕系統(tǒng)為RESOlution S155-LR 型193 nm 紫外準(zhǔn)分子系統(tǒng),ICP-MS 設(shè)備為Agilent 7900 質(zhì)譜儀。 選用激光斑束直徑為30 μm,頻率為5 Hz,激光能量密度為6 J/cm2,高純氦氣作為載氣。 實(shí)驗(yàn)采用 NIST610、GJ-1 和 Ple?ovice 作為標(biāo)樣,NIST610 對(duì)儀器進(jìn)行最佳化控制且為元素含量測(cè)定的外標(biāo),GJ-1 為定年外標(biāo),Ple?ovice 為監(jiān)控標(biāo)樣。 采樣方式為單點(diǎn)剝蝕,每測(cè)定5 個(gè)樣品點(diǎn)測(cè)定兩次標(biāo)準(zhǔn)鋯石GJ-1。 鋯石同位素比值及元素含量采用 ICPMSDataCal 軟件進(jìn)行計(jì)算(Liu et al.,2008),年齡計(jì)算及諧和圖采用Isoplot 4.15 完成。

主量和微量元素分析在有色金屬西北礦產(chǎn)地質(zhì)測(cè)試中心完成。 主量元素采用 X 熒光光譜法(XRF)測(cè)定,儀器為荷蘭帕納科公司的PW4400/40 X 射線熒光光譜儀,分析精度優(yōu)于5%。 微量元素采用等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)分析酸溶法配置的樣品溶液,儀器為美國(guó)Agilent 7700X 電感耦合等離子質(zhì)譜儀,分析精度優(yōu)于10%。

3 測(cè)試結(jié)果

3.1 LA-ICP-MS 鋯石 U-Pb 定年

3.1.1 鋯石特征

根據(jù)鋯石結(jié)晶習(xí)性、透反射光和陰極發(fā)光圖像特征(圖5),結(jié)合鋯石U-Pb 年齡,將石英閃長(zhǎng)玢巖中的鋯石分為巖漿鋯石和捕獲鋯石兩類(lèi)。

巖漿鋯石晶棱清晰且透明度較好,多呈米黃色自形-半自形短柱狀或長(zhǎng)柱狀,長(zhǎng)60 ~130 μm,寬40 ~80 μm,長(zhǎng)寬比約為 1∶1 ~3∶1。 鋯石陰極發(fā)光(CL)強(qiáng)度中等至強(qiáng),具有典型的巖漿成因鋯石震蕩環(huán)帶, 無(wú)核邊結(jié)構(gòu)且未發(fā)現(xiàn)明顯的后期熱液改造現(xiàn)象(圖5a)。

圖5 石英閃長(zhǎng)玢巖鋯石CL 圖像(a)、U-Pb 年齡諧和圖(b)和稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線(c)Fig.5 CL images (a), U-Pb concordia diagrams (b) and chondrite-normalized REE patterns (c) of zircons from quartz diorite porphyrite

捕獲鋯石晶棱清楚或邊部略具磨圓,透射光顏色為深黃色,呈短柱狀自形-半自形晶,長(zhǎng)90 ~110 μm,寬 50 ~60 μm,長(zhǎng)寬比約為 2∶1。 CL 圖像中,陰極發(fā)光強(qiáng)度較弱,具有明顯的核邊結(jié)構(gòu)(圖5a),或是邊部發(fā)生變質(zhì)重結(jié)晶且切割核部原鋯石的震蕩環(huán)帶,或是邊部晚期的震蕩環(huán)帶切割核部原巖漿鋯石環(huán)帶。

3.1.2 鋯石U-Pb 年齡及稀土元素特征

本次對(duì)樣品35 顆鋯石的35 個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行LAICP-MS U-Pb 分析,共獲取諧和度大于90%的有效測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)16 個(gè),其中,巖漿鋯石測(cè)點(diǎn)13 個(gè),捕獲鋯石測(cè)點(diǎn)3 個(gè)(附表1*數(shù)據(jù)資料請(qǐng)聯(lián)系編輯部獲取或登錄網(wǎng)址https:/ /cjyttsdz.ijournals.cn/ch/reader/issue_browser.aspx)。

測(cè)年結(jié)果表明,巖漿鋯石的13 個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)在U-Pb 年齡諧和圖上均分布于諧和線及其附近(圖5b),206Pb/238U 表面年齡介于144 ~158 Ma 之間,計(jì)算獲得的諧和年齡為149.5 ±2.1 Ma (MSWD =5.5,n= 13),加權(quán)平均年齡為 149.5 ± 2.7 Ma(MSWD=2.4,n=13),兩者年齡一致,表明楊斜金礦區(qū)石英閃長(zhǎng)玢巖的結(jié)晶年齡為149.5 Ma,屬于晚侏羅世巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。 13 顆鋯石的232Th、238U 含量分別為 68 ×10-6~280 ×10-6、144 × 10-6~919 ×10-6,Th/U 值為0.15 ~0.52,顯示巖漿成因鋯石特征,與CL 圖像結(jié)論一致。 鋯石稀土總量較高(Σ REE=459.20 ×10-6~1259.77 ×10-6)且變化較大(附表2*數(shù)據(jù)資料請(qǐng)聯(lián)系編輯部獲取或登錄網(wǎng)址https:/ /cjyttsdz.ijournals.cn/ch/reader/issue_browser.aspx),稀土元素配分曲線相似,表現(xiàn)為輕稀土(LREE)相對(duì)虧損,重稀土(HREE)強(qiáng)烈富集,具有顯著的 Ce 正異常、弱 Eu 負(fù)異常(δEu = 0.46 ~0.92)(圖5c),暗示鋯石晶出的母源巖漿未發(fā)生顯著的斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶(Hoskin and Schaltegger,2003)。

捕獲鋯石14、23 和27 號(hào)測(cè)點(diǎn)均位于核部,獲取的206Pb/238U 年齡分別為 947 ±15 Ma、432 ±6 Ma 和696 ±10 Ma,代表了閃長(zhǎng)質(zhì)巖漿侵位過(guò)程中捕獲的圍巖鋯石年齡。 3 顆鋯石232Th、238U 含量分別為96×10-6~541 × 10-6、221 × 10-6~896 × 10-6,Th/U 值為0.43 ~0.60( >0.40),與典型巖漿成因鋯石特征一致(Hoskin and Ireland, 2000)。 鋯石總稀土Σ REE=435.71 ×10-6~1597.33 ×10-6(附表 2),稀土元素配分曲線具有LREE 相對(duì)虧損,HREE 陡立富集特征,且Ce 正異常與Eu 負(fù)異常顯著(δEu =0.04~0.54)(圖 5c)。

3.2 巖石地球化學(xué)特征

3.2.1 主量元素

石英閃長(zhǎng)玢巖5 件巖石地球化學(xué)樣品的分析數(shù)據(jù)見(jiàn)附表3*數(shù)據(jù)資料請(qǐng)聯(lián)系編輯部獲取或登錄網(wǎng)址https:/ /cjyttsdz.ijournals.cn/ch/reader/issue_browser.aspx。 較低的燒失量值(LOI =0.97% ~1.10%),說(shuō)明本次采集的巖石樣品未發(fā)生強(qiáng)烈蝕變作用。 SiO2含量較高且變化范圍較小,為65.53%~ 65.76%, 平均值為 65.65%; Al2O3含量為15.65% ~15.87%,平均值為15.74%;富鈉(w(Na2O) =5.09% ~5.23%)、富鉀(w(K2O) =2.98% ~3.19%),w(Na2O/K2O) =1.60 ~1.71;全堿含量較高(w(Na2O + K2O) =8.07% ~8.30%);低鎂(w(MgO) =1.37% ~1.40%),對(duì)應(yīng)的Mg#值為28.84~29.39;CaO 含量為2.44% ~ 2.74%,平均值為2.55%;TiO2含量均為0.50%;P2O5含量為0.27%~0.28%,平均值為0.28%。

巖石堿度率AR =2.55 ~2.69,具偏堿性特征。(Na2O+K2O)-SiO2圖解中(圖6a),樣品均屬于亞堿性系列,成分投點(diǎn)落于石英二長(zhǎng)巖范圍。 里特曼指數(shù)σ=2.89 ~3.04( <3.3),顯示鈣堿性系列巖石特征;在K2O-SiO2圖解中(圖6b),樣品點(diǎn)落在高鉀鈣堿性系列區(qū)域。 鋁飽和指數(shù) A/CNK = 0.95 ~0.97( <1),A/NK=1.32 ~1.35( >1),落于A/NKA/CNK 圖解的準(zhǔn)鋁質(zhì)區(qū)域(圖6c)。

圖6 石英閃長(zhǎng)玢巖(Na2 O + K2 O)-SiO2 圖解(a,據(jù) Middlemost, 1994)、K2 O-SiO2 圖解(b,據(jù) Peccerillo and Taylor, 1976;Middlemost,1985)和 A/NK-A/CNK 圖解(c,據(jù) Maniar and Piccoli,1989)Fig.6 (Na2O+K2O)-SiO2(a, after Middlemost,1994), K2O-SiO2(b, after Peccerillo and Taylor,1976; Middlemost,1985) and A/NK-A/CNK (c, after Maniar and Piccoli,1989) diagrams for quartz diorite porphyrite

3.2.2 稀土和微量元素

石英閃長(zhǎng)玢巖稀土總含量ΣREE=95.25 ×10-6~110.46 × 10-6,平均值為 100.22 × 10-6。 其中,LREE 含量為 87.60 ×10-6~101.83 × 10-6,HREE 含量為 7.65 × 10-6~ 9.10 × 10-6。 LREE/HREE =10.29 ~11.80,平均值為11.04;(La/Yb)N=11.38~14.90,平均值為13.21;(La/Sm)N=3.35 ~4.39,平均值為3.88;(Gd/Yb)N=2.06 ~2.22,平均值為2.12,表明巖石相對(duì)富集LREE,輕、重稀土分餾明顯,且LREE 內(nèi)部分餾程度大于HREE。 5 件樣品的稀土元素配分曲線基本一致,均表現(xiàn)為L(zhǎng)REE 相對(duì)富集、HREE 相對(duì)虧損,無(wú)Ce 異常且Eu 正異常的右傾型曲線模式(圖7a);δEu=1.27 ~1.37,平均值為1.31,暗示巖漿源區(qū)無(wú)斜長(zhǎng)石殘留。

在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蜘蛛圖中(圖7b),石英閃長(zhǎng)玢巖各個(gè)樣品的地球化學(xué)特征極為相似,總體顯示富集 Rb、Ba、K、Pb、Sr 等大離子親石元素(LILE)和 LREE,強(qiáng)烈虧損 Nb、Ta、Ti 等高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)和HREE,與弧巖漿巖特征相一致。 此外,巖石具有高 Sr(796 ×10-6~951 ×10-6)、低 Y(10.4×10-6~12.3 ×10-6)和低 Yb(1.03 ×10-6~1.21 ×10-6)含量,相容元素 Cr(10.9 ×10-6~19.6 ×10-6)、Ni(4.28 ×10-6~5.30 ×10-6)含量也較低。

圖7 石英閃長(zhǎng)玢巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線(a)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蜘蛛圖(b)Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b) of quartz diorite porphyrite

4 討論

4.1 成巖成礦時(shí)代

楊斜金礦區(qū)石英閃長(zhǎng)玢巖LA-ICP-MS 鋯石UPb 定年結(jié)果顯示,3 顆捕獲的巖漿鋯石核部測(cè)點(diǎn)年齡分別為 947 ± 15 Ma、696 ± 10 Ma 和 432 ± 6 Ma。其中,前兩者與北秦嶺地體中秦嶺巖群片麻巖巖漿鋯石記錄的新元古代(950 ~850 Ma,個(gè)別為700 Ma左右)年齡相吻合(楊力等,2010);后者則與筆者獲取的楊斜片麻巖套434 Ma 的鋯石U-Pb 年齡一致(另文發(fā)表)。 其余13 顆鋯石的206Pb/238U 加權(quán)平均年齡為149.5 ±2.7 Ma,代表了石英閃長(zhǎng)玢巖的結(jié)晶年齡,反映其侵位于晚侏羅世。

野外調(diào)查結(jié)果顯示,石英閃長(zhǎng)玢巖與含金石英脈基本平行產(chǎn)出于同一構(gòu)造帶,但局部可見(jiàn)其被礦脈穿插或截切(圖3g、i)。 因此,石英閃長(zhǎng)玢巖的侵位年齡可限定本區(qū)金成礦時(shí)代的下限;前人獲取的含金黃鐵礦Re-Os 同位素等時(shí)線年齡為141 ±18 Ma(余曉紅,2017),兩者在誤差范圍內(nèi)基本一致,表明楊斜金礦床的成巖成礦時(shí)代應(yīng)為晚侏羅世—早白堊世。

年代學(xué)證據(jù)表明,東秦嶺存在晚侏羅世—早白堊世的構(gòu)造-巖漿活動(dòng)及金成礦峰值期。 華北板塊南緣小秦嶺-熊耳山地區(qū)燕山期巖體主要形成于160 ~130 Ma(王義天等,2010;郭波等,2009;Mao et al.,2010;Li et al., 2012),與之相應(yīng)的金成礦年齡峰值期為135 ~120 Ma(表1)。 南秦嶺柞水-山陽(yáng)礦集區(qū)燕山期中酸性巖體的成巖年齡集中于150~141 Ma(牛寶貴等,2006;謝桂青等,2012;吳發(fā)富等,2014;朱賴(lài)民等,2019;Zhang et al., 2021),金成礦時(shí)限多為 142 ~ 139 Ma(劉凱等,2019;丁坤,2020);南秦嶺丁- 馬成礦帶金成礦時(shí)代為142 ~141 Ma(劉云華等,2016)。 商丹斷裂帶楊斜金礦區(qū)的成巖成礦時(shí)代與南秦嶺晚侏羅世—早白堊世的巖漿-成礦時(shí)限相同,但早于華北板塊南緣小秦嶺-熊耳山地區(qū),暗示其與前者可能處于同一成礦動(dòng)力學(xué)背景。

表1 東秦嶺晚侏羅世—早白堊世金礦床成礦年齡Table 1 Metallogenic ages of gold deposits in J3-K1 in East Qinling

4.2 巖石成因與巖漿源區(qū)

楊斜金礦區(qū)石英閃長(zhǎng)玢巖屬于高鉀鈣堿性準(zhǔn)鋁質(zhì)系列巖石,具有如下特征:高 SiO2≥56%、高Al2O3≥15%、低MgO<3%,相對(duì)富 Na 貧 K(Na2O/K2O=1.60 ~1.71);高 Sr >400 ×10-6、低 Y≤18 ×10-6和 Yb≤1.9 ×10-6、貧 Sc <10 ×10-6(4.69 ×10-6~5.62 ×10-6)及高 Sr/Y>40(70.57 ~88.88);REE強(qiáng)烈分異,富集 LREE 且虧損 Nb、Ta、Ti 等 HFSE 和HREE,正Sr 和Eu 異常等,與典型埃達(dá)克巖地球化學(xué)特征相似(Defant and Drummond, 1990)。 在Sr/Y-Y 圖解(圖8a)和(La/Yb)N-YbN(圖8b)圖解中,樣品點(diǎn)基本落在埃達(dá)克巖區(qū)域。

圖8 石英閃長(zhǎng)玢巖Sr/Y-Y 圖解(a,據(jù)Defant and Drummond,1990)和(La/Yb)N-YbN圖解(b,據(jù)Drummond and Defant,1990)Fig.8 Sr/Y-Y (a, after Defant and Drummond, 1990) and (La/Yb)N-YbN(b, after Drummond and Defant, 1990) diagrams of quartz diorite porphyrite

典型埃達(dá)克巖多起源于俯沖洋殼板片的部分熔融(Defant and Drummond, 1990;Martin, 1999)。而秦嶺造山帶在晚侏羅世已處于陸內(nèi)構(gòu)造演化階段(Dong and Santosh,2016),因此,本區(qū)石英閃長(zhǎng)玢巖的形成不可能與俯沖洋殼板片的部分熔融有關(guān),應(yīng)屬于埃達(dá)克質(zhì)巖。 目前,關(guān)于埃達(dá)克質(zhì)巖的成因模式主要包括以下幾種:①拆沉下地殼的部分熔融(Xu et al., 2002;Gao et al., 2004;Wang et al.,2006);②俯沖陸殼的部分熔融(Wang et al., 2008;姜子琦等,2011);③玄武質(zhì)巖漿的同化混染與結(jié)晶分異作用(AFC)(Castillo et al., 1999);④高壓分離結(jié)晶作用(HPFC)(Macpherson et al.,2006);⑤長(zhǎng)英質(zhì)和玄武質(zhì)巖漿的混合(Guo et al., 2007;Streck et al.,2007;Qin et al.,2007);⑥增厚下地殼的部分熔融(張旗等,2001;Chung et al., 2003;Hou et al.,2004;Wang et al.,2005;Ou et al.,2017)。

拆沉下地殼部分熔融是埃達(dá)克質(zhì)巖的成因模式之一,主要發(fā)生于板內(nèi)伸展環(huán)境(王強(qiáng)等,2007),巖石一般表現(xiàn)出高M(jìn)gO( >1.5%)含量或高M(jìn)g#值( >50),富 Cr、Ni 特征。 晚侏羅世—早白堊世(J3—K1),整個(gè)秦嶺造山帶處于陸內(nèi)造山的擠壓環(huán)境(張國(guó)偉,2019),非板內(nèi)伸展背景;且本文石英閃長(zhǎng)玢巖的低 MgO(1.37% ~ 1.40%) 含量、低 Mg#值(28.84 ~29.39),貧 Cr(10.9 × 10-6~19.6 × 10-6)和 Ni(4.28 × 10-6~5.30 × 10-6),與上述成因機(jī)制存在顯著差異,也不同于與俯沖陸殼部分熔融有關(guān)的高M(jìn)gO 埃達(dá)克質(zhì)巖特征(w(MgO) =1.41% ~6.34%, Mg# =46 ~69,w(Cr) =25.7 ×10-6~383× 10-6,w(Ni) =14.13 × 10-6~183 × 10-6)(Wang et al,2008)。 此外,石英閃長(zhǎng)玢巖的低鎂,貧鉻、鎳及礦物相中不含輝石的特征,也與長(zhǎng)英質(zhì)和玄武質(zhì)巖漿混合成因的埃達(dá)克質(zhì)巖存在明顯差異(Guo et al.,2007;Streck et al.,2007)。

Castillo et al.(1999)對(duì)菲律賓Camiguin 島埃達(dá)克巖的研究表明,其在時(shí)空上與源于地幔楔的玄武質(zhì)巖漿緊密關(guān)聯(lián),形成于玄武質(zhì)巖漿的同化混染和低壓條件下角閃石+斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶,且Al2O3隨SiO2的增加而降低、Ba 隨SiO2的增加而增加。 楊斜金礦區(qū)石英閃長(zhǎng)玢巖不具有類(lèi)似的元素演化趨勢(shì)(圖 9a、b);高 Sr 含量(796 × 10-6~951 × 10-6)及Eu 正異常(δEu=1.27 ~1.37),指示巖石未發(fā)生斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶,且(La/Yb)-La 圖解中樣品點(diǎn)與部分熔融趨勢(shì)近于一致(圖9F);研究區(qū)也暫未發(fā)現(xiàn)同期的玄武質(zhì)巖漿活動(dòng),因此不可能形成于上述過(guò)程。 石榴子石±輝石高壓分離結(jié)晶成因的埃達(dá)克質(zhì)巖,SiO2變化范圍較大,且與微量元素含量或比值存在特征關(guān)系,如Dy/Yb、(La/Yb)N和Sr/Y 隨SiO2的增大而增大(Macpherson et al.,2006)。 楊斜金礦區(qū)石英閃長(zhǎng)玢巖SiO2變化范圍極小,也無(wú)相似的元素變化趨勢(shì)(圖9c-e),可排除高壓分離結(jié)晶作用(HPFC)成因模式。

圖9 石英閃長(zhǎng)玢巖Harker 圖解(a~e, 演化趨勢(shì)轉(zhuǎn)引自姜子琪等,2011)和(La/Yb)-La 圖解(f)Fig.9 Harker (a~e, evolution curves after Jiang et al.,2011) and (La/Yb)-La (f) diagrams of quartz diorite porphyrite

楊斜金礦區(qū)石英閃長(zhǎng)玢巖為高鉀鈣堿性系列巖石,富鉀(w(K2O) =2.98% ~3.19%),但仍為鈉質(zhì)(Na2O/K2O=1.60 ~1.71),與中國(guó)東部燕山期C型埃達(dá)克巖地球化學(xué)特征相近(張旗等,2001),指示其可能形成于增厚鎂鐵質(zhì)下地殼的部分熔融。在哈克變異圖解中(圖10),樣品點(diǎn)也基本落于下地殼增厚范圍內(nèi),進(jìn)一步說(shuō)明其源于加厚下地殼物質(zhì)的部分熔融。 巖石的高Sr 低Yb、高Sr/Y 比值及Eu正異常,表明巖漿源區(qū)殘留物主要為石榴石±角閃石,無(wú)斜長(zhǎng)石;Y/Yb =10.00 ~10.43(接近于10),(Ho/Yb)N=0.98 ~1.01(接近于1),且 HREE 存在輕微的抬頭拖尾,說(shuō)明角閃石為主要的殘留相。 綜上所述,巖石源區(qū)殘留相應(yīng)為10%石榴石角閃巖(圖8b)。

圖10 石英閃長(zhǎng)玢巖Harker 變異圖解(據(jù)Wang et al.,2006,2011)Fig.10 Harker variation diagrams of quartz diorite porphyrite (after Wang et al.,2006,2011)

4.3 構(gòu)造環(huán)境及地質(zhì)意義

楊斜金礦床含金礦脈與石英閃長(zhǎng)玢巖脈空間上緊密伴生,成巖成礦時(shí)代一致,近礦圍巖蝕變以鉀化、硅化、黃鐵礦化等中高溫蝕變?yōu)橹?馬承等,2021),礦石金屬礦物中含碲銀礦、碲鉛礦和碲金銀礦等碲化物,屬于富Au-Ag-Te 的熱液系統(tǒng)(余曉紅,2017);部分含金石英脈中存在鎢礦化,揀塊基本分析WO3品位達(dá)0.066% ~0.265%;流體包裹體研究顯示,成礦流體屬于中溫、低鹽度的CO2-H2O-NaCl體系,成礦流體主要為巖漿來(lái)源(待發(fā)表),綜合認(rèn)為其為典型的巖漿期后熱液型金礦床。

中晚三疊世(T2-3),揚(yáng)子、華北及其間的秦嶺微板塊沿勉略與商丹兩縫合帶雙雙向北發(fā)生陸-陸俯沖碰撞造山(張國(guó)偉等,2019),主要在華北板塊南緣形成與俯沖碰撞造山作用有關(guān)的金鉬成礦系統(tǒng),包括造山型金鉬礦床(大湖金鉬礦)和碳酸巖脈型鉬礦床(黃龍鋪鉬礦)等(盧欣祥等,2008;陳衍景,2010)。 晚三疊世—早侏羅世(T3—J1),秦嶺造山帶轉(zhuǎn)入陸內(nèi)造山早期的伸展塌陷階段(張國(guó)偉等,2001),在寧陜—鎮(zhèn)安一帶形成與后碰撞造山作用有關(guān)的鎢鉬金成礦系統(tǒng),例如巖漿熱液型鉬金礦床(新鋪鉬礦)和矽卡巖型鎢鉬礦床(月河坪鉬礦、核桃坪鎢礦)等(李雙慶等,2010;代軍治等,2015;代鴻章等,2019)。 晚侏羅世—早白堊世(J3—K1),區(qū)域處于陸內(nèi)擠壓向伸展轉(zhuǎn)換或伸展的構(gòu)造環(huán)境(Chen et al., 2000;Li et al., 2012),東秦嶺爆發(fā)巨量金多金屬成礦與強(qiáng)烈?guī)r漿活動(dòng),不同構(gòu)造單元存在不同的礦化類(lèi)型:華北板塊南緣及北秦嶺以造山型、巖漿熱液型金鉬和斑巖-矽卡巖型鉬成礦(金堆城鉬礦)系統(tǒng)為主(Mao et al., 2002;李永峰等,2005),包括小秦嶺-熊耳山地區(qū)在內(nèi)的華北板塊南緣金成礦作用,與早白堊世華北克拉通巖石圈大規(guī)模減薄密切相關(guān)(Wu et al., 2005);商丹斷裂帶為巖漿熱液脈型鎢金成礦系統(tǒng)(楊斜金礦); 而南秦嶺則主要是斑巖-矽卡巖型鉬(鎢) -銅-金(冷水溝銅鉬金礦、池溝銅礦)和卡林型金成礦系統(tǒng)(金龍山金礦)(陳雷等,2014;劉云華等,2016;Zhang et al.,2020),后者成礦年齡為142 ~139 Ma(表1),對(duì)應(yīng)于中國(guó)北方中生代構(gòu)造體制大轉(zhuǎn)折晚期(毛景文等,2005),不同的構(gòu)造環(huán)境及動(dòng)力學(xué)背景,或是南秦嶺金成礦時(shí)代早于華北板塊南緣的重要原因。

楊斜金礦區(qū)石英閃長(zhǎng)玢巖相對(duì)富集LREE 和LILE,虧損 HREE 和 HFSE,尤其是 Nb、Ta、Ti 強(qiáng)烈虧損,顯示弧巖漿巖地球化學(xué)特征。 但其源于加厚下地殼部分熔融的埃達(dá)克質(zhì)巖石屬性和149.5 ±2.7 Ma 的成巖年齡,指示研究區(qū)在晚侏羅世處于非弧環(huán)境;在Rb/30-Hf-3Ta 圖解(圖11a)和 Rb-(Y +Nb)圖解(圖11b)中,樣品點(diǎn)也分別落于板內(nèi)與后碰撞花崗巖附近。 結(jié)合成巖成礦時(shí)代與區(qū)域構(gòu)造演化特征,認(rèn)為楊斜金礦區(qū)石英閃長(zhǎng)玢巖和金成礦作用均形成于秦嶺造山帶J3—K1陸內(nèi)俯沖向伸展轉(zhuǎn)換的構(gòu)造環(huán)境。

圖11 石英閃長(zhǎng)玢巖Rb/30-Hf-3Ta 圖解(a,據(jù)Harris et al.,1986)和Rb-(Y+Nb)圖解(b,據(jù)Pearce,1996)Fig.11 Rb/30-Hf-3Ta (a, after Harris et al., 1986) and Rb-(Y + Nb) (b, after Pearce, 1996) diagrams of quartz diorite porphyrite

5 結(jié)論

(1)東秦嶺楊斜金礦區(qū)石英閃長(zhǎng)玢巖的LAICP-MS 鋯石U-Pb 加權(quán)平均年齡為149.5 ±2.7 Ma(MSWD=2.4,n=13),屬于晚侏羅世巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物,與金礦成礦時(shí)代基本一致。

(2)石英閃長(zhǎng)玢巖屬于高鉀鈣堿性準(zhǔn)鋁質(zhì)系列巖石,相對(duì)富集 Rb、Ba、K、Pb、Sr 等 LILE 和 LREE,虧損 Nb、Ta、Ti 等 HFSE 和 HREE。 高 SiO2、Al2O3、Sr 及Sr/Y,低Y、Yb 的特點(diǎn),與典型埃達(dá)克質(zhì)巖特征一致,成因機(jī)制為加厚下地殼的部分熔融。

(3)楊斜金礦屬巖漿期后熱液型金礦床,形成于秦嶺造山帶晚侏羅世—早白堊世陸內(nèi)俯沖向伸展轉(zhuǎn)換的構(gòu)造環(huán)境。

致謝:誠(chéng)摯感謝西安礦產(chǎn)資源調(diào)查中心姚薇工程師在薄片鑒定過(guò)程中的指導(dǎo)。 由衷感謝審稿專(zhuān)家對(duì)本文提出的寶貴意見(jiàn),以及編輯部老師對(duì)文章的精心校稿! 在此,特別祝賀中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心成立60 周年!