黑龍江翠宏山鉛鋅多金屬礦區花崗巖鋯石SHRIMP U-Pb測年及其地質意義

邵 軍, 李秀榮, 楊宏智

沈陽地質礦產研究所, 遼寧沈陽 110034

黑龍江翠宏山鉛鋅多金屬礦區花崗巖鋯石SHRIMP U-Pb測年及其地質意義

邵 軍, 李秀榮, 楊宏智

沈陽地質礦產研究所, 遼寧沈陽 110034

翠宏山鉛鋅多金屬礦床產在花崗巖體與下寒武統西林群鉛山組變質巖系的接觸帶內, 是一矽卡巖型鉛鋅多金屬礦床。巖漿活動強烈, 具有脈動活動特點, 形成的巖石類型主要有二長花崗巖、堿長花崗巖, 總結巖石地球化學特征, 認為二者分別具有“I”型花崗巖和“A”型花崗巖特征, 花崗巖的形成與造山后伸展作用有關。采用鋯石U-Pb方法確定了巖漿巖的形成年齡, 獲得二長花崗巖年齡為192.8±2.5 Ma、199.0±3.1 Ma。研究認為, 鉛鋅多金屬成礦與巖漿活動關系密切, 成礦作用發生在印支晚期-燕山早期。

花崗巖; 造山后伸展作用; 成礦年齡; 印支晚期-燕山早期; 翠宏山鉛鋅多金屬礦床

翠宏山鉛鋅多金屬礦床是小興安嶺鉛鋅多金屬成礦帶的最重要礦床之一, 礦床中鎢、鉬、鋅為大型, 鉛、鐵為中型, 銅為小型, 同時伴隨具有工業利用價值的銀、錫、硒等元素。翠宏山礦床在1984年由黑龍江省地質礦產局第三地質隊完成勘探工作,提交了勘探報告; 在后續投入了部分勘探工作后,于2004年進行了礦山建設, 目前已進行礦山生產。對該礦床前人在礦床地質特征、礦化蝕變作用、成礦時代等方面有相關報道(黑龍江省地質礦產局地質三隊, 1984; 黑龍江省地質礦產局, 1994; 韓振新等, 2003; 譚成印等, 2010)。本次研究在前人研究基礎上, 對翠宏山礦床進行了野外調查, 選擇與成礦作用密切相關的二長花崗巖、堿長花崗巖進行了精確同位素定年和系統地球化學研究, 從成礦環境、成礦機理及其成礦時代等方面進行了探討, 對深化小興安嶺成礦帶矽卡巖型鉛鋅多金屬礦成礦的認識具有重要意義。

1 礦區地質特征

翠宏山鉛鋅多金屬礦床位于伊春—張廣才嶺陸緣構造帶北段, 區域構造為一系列被區域性的北西向斷裂截切的北東向復式褶皺(韓振新等, 2003; 譚成印等, 2010)。褶皺核部出露下寒武統西林群鉛山組的鎂質碳酸鹽巖和碎屑巖, 多呈殘留體狀分布;褶皺兩翼則零星分布有上三疊統鳳山屯組中酸性火山-沉積巖。

區域內侵入巖大面積出露, 與變質巖系呈侵入接觸關系, 主要巖性為正長花崗巖、二長花崗巖、堿長花崗巖, 其中二長花崗巖、堿長花崗巖侵入活動與多金屬成礦作用有內在的成因聯系(邵軍等, 2006)。

鉛鋅多金屬礦體產在北北西向的二長花崗巖、堿長花崗巖與鉛山組地層侵入接觸帶內(圖1), 翠宏山礦段南北延伸近2200 m, 北部寬400余米, 向南變窄至 50 m; 翠崗礦段北西向長 1000 m, 兩端寬400 m, 中間為200 m; 翠南礦段南西向, 長1000 m,寬50～300 m; 全區共圈定106個鎢鉬、鉛鋅多金屬礦體。礦體呈透鏡狀、囊狀、脈狀, 礦石中礦物成分復雜, 主要金屬礦物有磁鐵礦、輝鉬礦、白鎢礦、閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦、錫石、毒砂、黃鐵礦、磁黃鐵礦等; 主要非金屬礦物有: 透輝石、石榴石、金云母、硅鎂石、黑柱石、符山石、陽起石、綠簾石、透閃石、蛇紋石、螢石、石英、綠泥石、長石、方解石及白云石等。

圖1 翠宏山礦區地質簡圖Fig.1 Geological sketch map of the Cuihongshan ore district

圍巖蝕變作用主要有矽卡巖化作用和熱液蝕變作用, 矽卡巖化作用表現為透輝石化、透閃石化、石榴石化、金云母化和角巖化; 熱液蝕變表現為透閃石化、陽起石化、綠簾石化、硅化、絹云母化及碳酸鹽化等; 其中脈狀熱液蝕變作用疊加在矽卡巖化作用之上。

翠宏山鉛鋅多金屬礦的成礦作用與二長花崗巖、堿長花崗巖巖體侵入期后熱液活動有內在的成因聯系, 礦床的成因類型為矽卡巖型(黑龍江省地質礦產局地質三隊, 1984; 韓振新等, 2003; 邵軍等, 2006)。

2 花崗巖特征及其成礦作用

2.1 花崗巖地質特征

翠宏山礦區內出露的侵入巖為二長花崗巖、堿長花崗巖, 在鉆孔中見二長花崗巖的黑云母含量隨深度增加而逐漸降低, 另在礦區南部地表及鉆孔中見有閃長玢巖、輝綠玢巖脈。二長花崗巖體呈巖株狀產出, 分布在礦區東部和西部, 堿長花崗巖體呈巖株狀分布在礦區的南部和北部, 其中的堿長花崗巖與二長花崗巖呈斷裂或侵入接觸關系(圖1), 二者均受近南北向、東西向兩組斷裂控制。在巖體與變質巖系接觸部位, 花崗巖發生矽卡巖化和熱液蝕變,矽卡巖化形成矽卡巖化碎裂花崗巖、透輝石石榴石矽卡巖, 熱液蝕變為黃鐵絹英巖化、絹云母化、綠泥石化等。從區域上看, 堿長花崗巖與二長花崗巖-正長花崗巖在空間上密切伴生, 構成復合巖體, 在侵位時間上前者略晚于后者(肖慶輝等, 2002)。

2.2 花崗巖地球化學特征

2.2.1 主量元素

翠宏山鉛鋅多金屬礦床礦區二長花崗巖、堿長花崗巖巖石化學特征見表1。巖石SiO2含量在71.4 %～77.1%之間, 平均為74.04%, Na2O+K2O在7.15 %～10.36%之間, 而且K2O＞Na2O; Al2O3變化范圍多在11.6%～14.52%之間, 隨著SiO2的增高, Al2O3呈降低趨勢。A/NKC多數小于 1.11, 變化范圍多在1.10～0.73之間; 在R1-R2的圖解中(圖 2), 二長花崗巖樣品投點在同碰撞花崗巖與造山期后花崗巖范圍之間, 而堿長花崗巖樣品投點位于地幔分異產物的花崗巖范圍內, 反映區內花崗巖形成于同碰撞期向后造山構造體制轉換過渡的伸展大地構造環境背景之下; 堿長花崗巖與二長花崗巖相比巖漿分異演化更為強烈。

2.2.2 稀土元素

翠宏山礦區堿長花崗巖、二長花崗巖稀土元素分析結果見表2, 球粒隕石標準化配分曲線見圖3。可以看出, 兩類型花崗巖巖石具有明顯的銪虧損,稀土配分曲線表現為向右傾斜的“V” 字型, 表明巖漿分異程度均較為強烈; 同時曲線的顯著“V” 字型特征, 顯示出“A”型花崗巖的普遍特征(landenberger et al., 1996); 二長花崗巖與堿長花崗巖相比, 輕重稀土比值明顯下降, 重稀土虧損顯著, δEu值降低,這與斜長石分離結晶有關(肖慶輝等, 2002)。

2.2.3 形成環境探討

從區域上看, 翠宏山礦區花崗巖是伊春地區花崗巖的組成部分, 具有相同的巖石學特征和相同的形成時的大地構造背景。伊春地區各類花崗巖在空間上緊密伴生, 二長花崗巖-正長花崗巖均為富鉀的鈣堿性花崗巖, Al2O3/(Na20+K2O+CaO)＜1.1, 顯示出“I”型花崗巖特征, 巖石(Rb/Sr)及δEu值反映其源區為殼幔過渡區, 氧同位素 δ(18O)測定值在 5.5‰～10‰之間, 具殼幔混源的特點, 表明二長花崗巖形成與下地殼的部分熔融或殼幔過渡區部分熔融作用有關(劉寶山等, 2005); 盡管部分花崗巖表現出“S”型特點, 可能與巖漿侵吞并熔融古老地殼巖石有關(王濤, 2000); 堿長花崗巖的巖相學、巖石地球化學與“A2”型花崗巖的普遍特征完全一致, 形成于造山后構造垮塌環境; 伊春地區花崗巖形成的動力學機制是與古亞洲構造域的造山后伸展作用有直接關系(肖慶輝等, 2002; 劉寶山等, 2005)。

表1 翠宏山礦床花崗巖主元素分析結果表Table 1 Major element analyses of granite from the Cuihongshan ore deposit

表2 翠宏山礦區花崗巖稀土元素分析結果Table 2 REE analyses of granites from the Cuihongshan ore deposit

圖2 翠宏山礦區花崗巖R1-R2圖解(引自Batchelor et al., 1985)Fig.2 R1-R2discrimination diagrams showing tectonic setting of granites in the Cuihongshan ore deposit(after Batchlor et al., 1985)

2.3 花崗巖成礦作用

圖3 翠宏山礦區花崗巖稀土配分曲線Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns of granites in the Cuihongshan ore deposit

翠宏山鉛鋅多金屬礦床的礦體均產在二長花崗巖、堿長花崗巖侵入體的內外接觸帶內, 鉛鋅多金屬成礦體受二長花崗巖、堿長花崗巖與下寒武統鉛山組變質巖系的接觸帶控制。礦體呈透鏡體狀、囊狀產在接觸帶內, 其中鎢鉬礦體集中在內接觸帶,而鐵、鉛鋅多金屬礦體產在外接觸帶。成礦作用早期為氧化物成礦期, 形成于矽卡巖化晚期的透閃石綠簾石矽卡巖階段, 以白鎢礦化、磁鐵礦化為主伴生錫石及黃鐵礦化, 晚期為多金屬硫化物成礦期,伴隨有強烈的螢石化、硅化、絹云母及綠泥石化等蝕變作用。

鉛鋅多金屬礦具有脈狀、網脈狀礦化特征, 且明顯疊加在矽卡巖型鐵礦之上, 說明在巖體侵入過程中, 先與圍巖發生矽卡巖化形成鐵礦化; 在巖體侵入活動后期, 伴隨巖漿期后的熱液活動, 含礦熱液沿矽卡巖化巖石中的構造裂隙侵入, 發生了鉛鋅多金屬礦化而形成礦床。

翠宏山礦床成礦特征表明, 鉛鋅多金屬成礦與區內二長花崗巖、堿長花崗巖的侵入活動有關, 巖體的內外接觸帶為控礦空間構造, 鉛鋅多金屬礦體的形成與巖漿期后熱液活動具有內在成因聯系, 礦床成因類型為矽卡巖型(黑龍江省地質礦產局地質三隊, 1984; 韓振新等, 2003; 邵軍等, 2006)。

3 含礦花崗巖體SHRIMP年齡及多金屬成礦年齡推定

3.1 鋯石分選、分析及測年

本次研究采集了新鮮、未蝕變的地表二長花崗巖和深部二長花崗巖(鉆孔中取樣, 地表以下280 m)樣品。將15 kg左右的樣品破碎至2 cm3大小的碎屑,并放入直徑為 20 cm的不銹鋼體中; 將不銹鋼體放入XZW-100型震動磨樣機(1.1/10.75 kw)中研磨3～5分鐘; 之后將樣品取出, 過0.4 mm孔徑鋼篩; 此過程重復進行, 直至樣品全部通過0.4 mm鋼篩。用清水清洗、淘洗富集重礦物, 再采用磁選和電選技術獲得所需礦物集合體, 經淘洗后獲取鋯石精礦。用雙目鏡挑選完整、透明和干凈(無包體)的鋯石顆粒,將所選鋯石顆粒與標準樣品固定在直徑為25 mm的環氧樹脂靶上, 研磨靶, 使鋯石顆粒中心部位裸露。再將鋯石靶鍍金, 同時進行陰極發光圖像拍攝。鋯石鈾、釷、鉛同位素分析在北京離子探針測試中心實驗室的 SHRIMP-Ⅱ上按照標準測定程序完成, 測試原理和分析流程見石玉若等(2007)、宋彪等(2002)文獻。測試獲得的數據采用Squid和Isoplot(Ludwig, 2003)計算機軟件處理, 衰變常數采用 Steiger等(1977)推薦值。

地表二長花崗巖中的鋯石為柱狀, 未見熔蝕和增生現象(圖 4), 具有震蕩環帶特征, 屬于巖漿結晶形成。深部二長花崗巖中的鋯石有渾圓狀鋯石和柱狀鋯石, 部分顆粒具有明顯的內核, 在CL圖像中可以看出內核顏色呈灰黑色, 可能與這些鋯石核部鈾含量較高有關(圖4); 盡管各鋯石顆粒之間老核的幾何形態和體積大小存在一定的差異, 但老核與新殼結構明顯, 新殼的邊界十分清晰, 并且老核與新殼均具有明顯的韻律環帶結構, 暗示此類鋯石是巖漿成因的鋯石。顯微鏡下觀察發現, 地表二長花崗巖和深部二長花崗巖中的鋯石均系原生鋯石, 無后期蝕變再生現象, 鋯石顆粒形態的差異可能與樣品采集的部位不同有關, 故對所測試的數據采用同一方法進行了處理。

SHRIMP鈾-釷-鉛同位素測試數據顯示, 所測鋯石Th/U比值在0.13～1.28之間, 說明無論是地表的還是深部的二長花崗巖中的鋯石具有巖漿鋯石特點, 均為原生的巖漿鋯石。SHRIMP鈾-鉛年齡測定獲得地表二長花崗巖鋯石年齡為192.8±2.5 Ma, 深部二長花崗巖年齡為 199.0±3.1 Ma(圖 5), 基本代表了二長花崗巖巖體的形成年齡。具體測試數據見表3。

3.2 成礦年齡推定

前人同位素測年結果表明, 碎裂二長花崗巖黑云母K-Ar法測得年齡為198 Ma(黑龍江省地質礦產局地質三隊, 1984); 堿長花崗巖體的黑云母K-Ar等時線年齡分別為203.0 Ma和196.3 Ma, 銣-鍶等時線年齡為 190±40 Ma,87Sr/86Sr=0.7089, 相關系數0.98(黑龍江地質礦產局, 1993)。本次研究獲得的地表二長花崗巖鋯石年齡為 192.8±2.5 Ma, 深部二長花崗巖年齡為199.0±3.1 Ma。礦床研究表明, 堿長花崗巖、二長崗巖巖體的侵入作用及其伴隨的熱液活動與鉛鋅多金屬礦成礦密切相關, 通過堿長花崗巖、二長崗巖之中鋯石U-Pb測年獲得的年齡更能準確代表鉛鋅多金屬的成礦年齡, 因此, 推定翠宏山礦床的成礦年齡在192.8～199.0 Ma之間, 成礦時代為印支晚期-燕山早期。

圖4 翠宏山礦床地表二長花崗巖(W13)、深部二長花崗巖(W14-12)鋯石陰極發光照片Fig.4 CL images of zircon crystals from diorite-monzonitic granite collected at surface (w13) and in the depth (W14-12) of the Cuihongshan polymetallic deposit

圖5 翠宏山礦床賦礦地表二長花崗巖(W13)、深部二長花崗巖(W14-12)鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.5 Zircon U-Pb concordia diagram of ore-bearing monzonitic granite collected at surface (w13) and in the depth (W14-12) of the Cuihongshan polymetallic deposit

表3 翠宏山礦區花崗巖類SHRIMP鋯石U-Pb分析結果Table 3 SHRIMP U-Pb isotopic analyses of zircons from granites in the Cuihongshan ore deposit

4 討論與結論

關于翠宏山鉛鋅多金屬礦床的成礦時代, 黑龍江省地礦局地質三隊(1984)在進行礦床勘探時作了測定, 翠宏山巖體(堿長花崗巖)全巖銣-鍶等時線年齡為324±15百萬年,87Sr/86Sr值為0.7201。根據此年齡, 韓振新等認為翠宏山礦床的成礦時代為加里東中期, 認為成礦與加里東中期第三侵入次二長花崗巖有關。

本文認為此成礦時代的結論依據不充分。其一,小興安嶺地區印支-燕山期巖漿侵入-火山噴發活動強烈, 構成了小興安嶺巖漿巖帶; 盡管翠宏山地區可能存在有加里東期巖漿活動, 但經歷了印支-燕山期強烈的巖漿活動后, 加里東期形成的巖漿巖體絕大部分已被后期的巖漿巖吞噬、改造, 即使存在也多呈殘留體狀賦存在印支-燕山期巖漿內。其二, 如果加里東期侵入巖形成時伴隨有鉛鋅多金屬礦化,那么經歷印支-燕山期巖強烈的巖漿活動改造后, 所形成的礦(化)體亦應受到強烈的改造。從翠宏山礦床的勘探成果分析, 鎢鉬礦體、鐵鉛鋅多金屬礦體均沒有明顯的被強烈改造的現象, 且礦體賦存在印支-燕山期巖漿巖體與下寒武統鉛山組變質巖系接觸帶內, 說明成礦作用形成于印支-燕山期。

翠宏山鉛鋅多金屬礦床與成礦有關的二長花崗巖和堿長花崗巖在空間上緊密共生, 是同源巖漿的不同演化階段的產物。二長花崗巖具有“I”型花崗巖特征, 堿長花崗巖具有“A2”型花崗巖特征。花崗巖的形成與古亞洲構造域的造山后伸展作用有關。

翠宏山鉛鋅多金屬礦床的成礦作用與二長花崗巖、堿長花崗巖體侵入有關, 礦床成因類型為矽卡巖型。根據以往同位素測年結果及本次研究獲得的花崗巖形成年齡, 推定礦床的成礦時間在 192.8～199.0 Ma之間, 成礦時代為印支晚期-燕山早期。

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973項目“華北地塊北緣造山帶重大地質事件與成礦背景”課題成果豐富

中國地質科學院地質力學研究所承擔的 973項目“華北地塊北緣造山帶重大地質事件與成礦背景”課題通過科技部組織的結題驗收, 獲得專家組高度評價, 成果報告被評為優秀。該課題以理清華北陸塊北緣造山帶重要地質事件序列與成礦事件序列、查明金屬巨量堆積與大陸邊緣演化階段的耦合關系為目標, 取得了一系列新的成果。

在近5年的研究過程中, 趙越研究員團隊共發表論文47篇(其中SCI 36篇, 中文核心11篇), 培養博士研究生7人, 碩士研究生6人, 建立了一支水平較高的研究隊伍, 鍛煉和培養了年輕人才, 為未來開展相關研究工作打下了堅實基礎。

課題組取得主要進展有: 1．確定了華北克拉通北緣中元古代中期巖漿活動的形成與哥倫比亞超大陸裂解有關, 為認識白云鄂博超大型稀土礦床的成因及構造背景提供了重要依據; 2．識別出華北地臺北緣晚古生代—三疊紀期間鉬(銅)的成礦事件, 該期成礦作用在時空分布及成因上與同時期巖漿活動密切相關。這一認識將對區域礦產資源的潛力評估和勘查方向起到重要的指導作用; 3．確認了白乃廟島弧巖帶內存在早古生代島弧背景的斑巖型銅鉬成礦作用(445 Ma), 早古生代島弧背景的斑巖型銅鉬成礦作用的發現對于拓展華北北緣銅鉬成礦作用的類型及規模具有重要意義; 4．確認華北地塊北緣晚石炭世－早二疊世期間為安第斯型活動大陸邊緣, 內蒙古隆起并非長期發育的古隆起。

本刊編輯部 采編

Zircon SHRIMP U-Pb Dating of Granite in the Cuihongshan Polymetallic Deposit and Its Geological Implications

SHAO Jun, LI Xiu-rong, YANG Hong-zhi
Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources, Shenyang, Liaoning 110034

The Cuihongshan Pb-Zn polymetallic deposit has been regarded as a skarn type ore deposit that occurs in the contact zone between the granite and the metamorphic rocks of the Qianshan Formation of the Lower Cambrian Xilin Group.This study has revealed that the granitic rocks are composed mainly of monzogranites, alkali-feldspar granites with the characteristics of both “I” type granite and “A” type granite.The granite was generated in the post-orogeny extensional system.Besides, the magmatism of these rocks had a very close relationship with the Pb-Zn polymetallic mineralization.Zircon SHRIMP U-Pb dating shows that the formation ages of two monzonitic granite samples in the Cuihongshan ore deposit are 192.8±2.5Ma and 199.0±3.1Ma, respectively.It is thus suggested that the mineralization age of the Cuihongshan Pb-Zn polymetallic deposit is Late Indosinian-Early Yanshanian.

granite; post-orogeny extensional system; mineralization age; Late Indosinian-Early Yanshanian; Pb-Zn polymetallic deposit

P578.941; P597.1

A

10.3975/cagsb.2011.02.04

本文由國土資源大調查項目(編號: 200310200052)資助。

2011-01-31; 改回日期: 2011-03-15。責任編輯: 閆立娟。

邵軍, 男, 1963年生。博士, 研究員。從事礦產勘查及礦產地質研究工作, 通訊地址: 110034, 遼寧省沈陽市黃河北大街1號。聯系電話: 024-62606157。E-mail: sysjun1963@126.com。