云南個舊錫銅多金屬礦區(qū)新山和高峰山巖體中高溫熱演化史及其與成礦的關系

李寶龍, 季建清, 龔俊峰, 周 晶, 毛景文

(1.中國地質科學院 礦產資源研究所, 國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室, 北京 100037; 2.北京大學 地球與空間科學學院, 造山帶與地殼演化教育部重點實驗室, 北京 100871; 3.浙江大學地球科學系, 浙江 杭州 310027)

云南個舊錫銅多金屬礦區(qū)新山和高峰山巖體中高溫熱演化史及其與成礦的關系

李寶龍1, 季建清2, 龔俊峰3, 周 晶2, 毛景文1

(1.中國地質科學院 礦產資源研究所, 國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室, 北京 100037; 2.北京大學 地球與空間科學學院, 造山帶與地殼演化教育部重點實驗室, 北京 100871; 3.浙江大學地球科學系, 浙江 杭州 310027)

云南個舊是全球最大的錫銅多金屬礦床, 主要成礦作用是與燕山期花崗巖密切有關的巖漿–熱液體系。本文依據鋯石 U-Pb測年和40Ar/39Ar年代學對礦區(qū)內新山和高峰山花崗巖體進行測試分析, 數據揭示礦區(qū)內南部和北部的花崗巖體的高–中溫階段熱演化史曲線具有相似的演化趨勢, 只是冷卻時間存在3～6 Ma的間隔。南部新山巖體于 89～85 Ma形成, 此后巖體經歷了快速冷卻過程, 冷卻速率為58.70～62.08 ℃/Ma。之后進入中溫400～250 ℃的緩慢冷卻過程, 冷卻速率為 17.39～19.32 ℃/Ma, 并持續(xù)到 68～69 Ma。北部巖體的熱演化史曲線明顯滯后于南部巖體, 北部高峰山巖體于83～82 Ma形成, 之后經歷快速冷卻過程, 冷卻速率為295.59 ℃/Ma和103.29 ℃/Ma, 于80 Ma進入400～250 ℃, 此后以冷卻速率為7.14～5.69 ℃/Ma, 進入極其緩慢冷卻過程并持續(xù)至67 Ma。礦區(qū)內花崗巖體先遭受快速冷卻后進入中溫階段的緩慢長時間冷卻作用過程, 為錫銅主期成礦作用提供了持續(xù)的熱源和流體運移動力學過程, 也與礦區(qū)南、北部的成礦作用差異相吻合。

鋯石LA-MS-ICP U-Pb定年;40Ar/39Ar年代學; 熱演化史; 冷卻速率; 錫銅礦床; 個舊

0 引 言

個舊是全球最大的錫銅多金屬礦床, 因而備受關注, 其開采歷史可以追溯到漢代, 但大規(guī)模的地質勘查和開采始于1949年之后。礦區(qū)內已探明錫資源儲量超過200 噸, Sn、Cu、Pb、Zn、W、Bi、Mo、Ga、Cd、Nb、Ta、Be、Fe、Au、Ag等有色、稀有及貴金屬礦產達20余種, 資源總儲量超過了1000萬噸(莊永秋等, 1996)。研究表明個舊錫銅多金屬礦床不僅與燕山期花崗巖活動有關, 還與印支期玄武巖有密切聯(lián)系(彭張翔, 1992; 賈潤幸, 2005; 黎應書, 2005; 黎應書等, 2006; 秦德先等, 2006; 燡張 敏, 2007; 毛景文等, 2008a; 秦德先等, 2008; 徐啟東等, 2009; 張娟等, 2012a, 2012b; 方維萱和賈潤幸, 2011;方維萱等, 2011; 王丹丹等, 2012; Cheng et al., 2013;張海等, 2014), 但其主要成礦作用是與燕山期花崗巖密切有關的巖漿-熱液體系(毛景文等, 2008a; 程彥博等, 2010a; Cheng and Mao, 2010; 張娟等, 2012c; Cheng et al., 2013, 2015)。近年來的研究多側重于礦床地球化學、礦床預測、成巖成礦時代、區(qū)域大地構造背景及花崗巖成因等方面(王新光和朱金初, 1992; 方維萱等, 2002, 2011; 秦德先等, 2006; 莫國培, 2006; 高陽和張壽庭, 2007; 張建東等, 2007; 毛景文等, 2008; 楊宗喜等, 2008, 2009, 2010; 程彥博等, 2010a; Cheng and Mao, 2010; 方維萱和賈潤幸, 2011; 李肖龍等, 2011, 2012; 李寶龍等, 2012; 張娟等, 2012a, 2012b, 2012c; Cheng et al., 2013, 2015; 廖時理等, 2014; 張海等, 2014), 而對礦區(qū)內新山和高峰山花崗巖體的熱演化史和冷卻速率等研究尚未有報道, 其與成礦作用的關系亦未深入研究。這在一定程度上制約著礦區(qū)的礦床學研究和進一步找礦勘查。

本文選取礦區(qū)南部卡房礦田新山花崗巖體和北部隱伏的高峰山花崗巖體作為研究對象, 對其進行鋯石LA-ICP-MS U-Pb年代學和40Ar/39Ar熱年代學測試分析, 繪制花崗巖體的熱演化史曲線, 揭示花崗巖體的熱演化過程并估算巖體冷卻速率,最終探討巖體熱演化史和冷卻速率與成礦作用之間的關系。

1 地質概況

云南個舊錫銅多金屬礦床地處云南省東南部,是一個以錫為主, 同時蘊藏有Cu、Pb、Zn、W、Ag、Bi、In等20多種有色及稀有金屬礦產的聚集地。區(qū)域地質構造位置為揚子準地臺、華南褶皺系及唐古拉–昌都–蘭坪–思茅褶皺系三大地質構造單元匯聚地帶之華南褶皺系右江地槽褶皺帶西南角(圖1)。其北部以彌勒師宗斷裂與揚子陸塊分界, 西南以紅河斷裂與哀牢山斷塊毗鄰, 南部為越北古陸(程彥博等, 2009)。

個舊錫銅多金屬礦區(qū)總面積1700 km2, 以個舊大斷裂為界劃分為東礦區(qū)和西礦區(qū), 其中西礦區(qū)1100 km2, 東礦區(qū)600 km2。西礦區(qū)是巖漿巖的主要分布區(qū), 沿賈沙復向斜軸部出露面積超過 320 km2的巖漿雜巖體, 平面外形輪廓略似肺形, 由基性、酸性和堿性巖組成; 東礦區(qū)主要為隱伏巖體, 地表零星出露。目前已發(fā)現(xiàn)和開采的礦床主要集中在東礦區(qū)。東礦區(qū)受五子山復式背斜控制, 自北而南分布馬拉格、松樹腳、高松、老廠和卡房五大礦田(圖2), 匯聚個舊金屬總儲量的90%。其中, 馬拉格礦田主要以云英巖、矽卡巖型錫礦體為主, 也存在大量層間氧化礦體。松樹腳礦田主要是以碳酸鹽巖為圍巖的層間氧化礦體和矽卡巖型Sn/Sn-Cu礦體, 也有少量以玄武巖為圍巖的層狀銅礦體, 礦種以錫為主,銅及其他多金屬礦體也有不同程度的發(fā)育。高松礦田與松樹腳礦田類似, 層間氧化礦體和接觸帶礦體均較發(fā)育。老廠礦田則錫、銅兼?zhèn)? 儲量較大, 是礦區(qū)的主要組成部分, 成礦類型比較復雜, 不僅發(fā)育大量產在接觸帶的 Sn-Cu礦體, 在竹葉山礦段還發(fā)育有脈狀錫多金屬礦體。卡房礦田相對比較復雜, 礦種以銅為主, 錫礦次之, 近年來又查明大量W-Mo-Ag-Au等金屬, 礦體形態(tài)有三種: 矽卡巖型Sn-Cu礦體、玄武巖為圍巖的層狀 Cu礦體和以碳酸鹽巖為圍巖的層狀Sn-Cu礦體(程彥博, 2012)。

圖1 右江褶皺帶內構造、礦床分布及周邊構造單元位置示意圖(據程彥博等, 2009)Fig.1 Map showing the distribution of structures and deposits in the Youjiang fold belt and locations of surrounding tectonic units

圖2 個舊東礦區(qū)地質構造略圖(據冶金工業(yè)部西南冶金地質勘探公司308隊, 1984修改)Fig.2 Sketch map of the eastern Gejiu area

個舊礦區(qū)在中生代時有頻繁而強烈的巖漿活動,形成規(guī)模宏大的巖漿巖。西礦區(qū)巖漿巖沿賈沙復式向斜軸部大面積出露, 主要有賈沙輝長巖、龍岔河花崗巖、神仙水花崗巖以及白云山堿性巖等, 按其侵入順序依次為: 龍岔河巖體→白云山巖體→克勒巖體→神仙水巖體; 東礦區(qū)花崗巖體主要沿五子山復式背斜核部侵入, 主要有白沙沖、馬松、高峰山、老卡、新山等花崗巖體, 多隱伏于地下200～1500 m,地表僅在白沙沖、北炮臺及新山等處出露, 成分較單一, 以黑云母花崗巖為主。物探研究表明, 東礦區(qū)花崗巖在深部是連在一起的, 其上有多峰式突起。在卡房、麒麟山和老廠等地, 分布有規(guī)模較大的印支期基性火山巖系, 呈層狀產于個舊組下部, 并伴生錫銅多金屬礦化。除花崗巖外, 在個舊東礦區(qū)羊壩底等地還有煌斑巖脈出現(xiàn)。個舊礦區(qū)巖漿活動主要有印支期和燕山期兩大旋回: 印支旋回以基性火山活動為主, 形成了玄武巖、輝綠輝長巖等火山次火山巖; 燕山旋回以酸性–堿性侵入活動為主。整個巖漿活動經歷了噴發(fā)(噴溢)–侵入的發(fā)展過程。

近年來, 隨著同位素測試手段的進步和發(fā)展, 地質工作者們重新對個舊礦區(qū)出露和隱伏的各類巖漿巖進行了詳細的同位素測年工作, 準確厘定了巖漿巖的形成時代(表1)。鋯石LA-ICP-MS和SHRIMP U-Pb定年表明, 個舊礦區(qū)內花崗巖、堿性巖和煌斑巖的年齡集中在 76～86 Ma, 為白堊紀晚期的巖漿活動的產物(程彥博等, 2008a, 2008b, 2009; Cheng and Mao, 2010;李肖龍等, 2012)。此外, 礦區(qū)內還有三疊紀玄武巖出露。

表1 個舊礦區(qū)巖漿巖類同位素測年統(tǒng)計Table 1 Summary of the ages of magmatic intrusions in the Gejiu area

2 樣品采集與研究方法

2.1 采樣位置和樣品特征

卡房礦田新山花崗巖體的巖性為似斑狀花崗巖和等粒花崗巖, 侵入到中三疊統(tǒng)個舊組碳酸鹽巖中。似斑狀花崗巖呈暗灰色至深灰色, 似斑狀結構,斑晶由微斜長石和石英組成, 含量約5%。長石斑晶外形輪廓不完整, 邊緣常見石英和斜長石小顆粒,斑晶大小一般(0.7～1.0 cm)×(1.2～3.0 cm); 石英斑晶呈煙灰色, 粒狀, 一般 0.5 cm左右。基質由微斜長石、石英、斜長石及黑云母組成。微斜長石晶形完好,顆粒較大, 一般0.7 cm ×0.5 cm, 占基質的20%～30%;黑云母含量較高, 大小為 0.3 cm×0.5 cm, 約占全巖的5%～7%。副礦物有磷灰石、磁鐵礦、鈦鐵礦、榍石和鋯石等。等粒花崗巖多隱伏地下, 主要礦物為微斜長石(38%)、斜長石(27%)、石英(30%)和黑云母(3%)。次要礦物為鋯石、磷灰石、榍石、磁鐵礦、鈦鐵礦、褐簾石、獨居石、電氣石和螢石。相比似斑狀花崗巖, 熱液成因的螢石、電氣石、黃玉和白云母含量高很多(程彥博, 2012)。在空間上, 卡房礦田所有礦體都在新山巖體附近, 僅容礦圍巖不同。總體來說, 卡房礦田中的礦體都產在花崗巖與碳酸鹽巖的接觸帶附近, 以玄武巖、白云質灰?guī)r和灰?guī)r為容礦圍巖, 且礦體都產于距花崗巖2 km以內的范圍。

礦區(qū)北部花崗巖選擇松樹腳礦田隱伏高峰山巖體, 巖性為中粒黑云母二長花崗巖, 侵入個舊組灰?guī)r中。巖體邊部有細晶巖脈, 接觸帶有較強烈的矽卡巖化, 并常有錫、銅等礦體產出。詳細的野外及鏡下觀察表明該巖體具花崗結構, 塊狀構造, 主要礦物為石英(30%左右)、鉀長石(35%左右)、斜長石(28%左右)和黑云母(7%左右), 副礦物為鋯石、磷灰石、黃鐵礦等。其中斜長石呈自形–半自形板狀、柱狀, 聚片雙晶發(fā)育, 可見絹云母化; 鉀長石呈半自形–它形板狀、不規(guī)則狀, 以微斜長石為主, 格子雙晶發(fā)育, 亦有條紋長石; 石英呈半自形–它形粒狀; 黑云母呈片狀或條狀, 多色性明顯, 解理發(fā)育, 可見綠泥石化, 有時轉變?yōu)榘自颇讣拌F質礦物。巖體可見云英巖化、白云母化、絹云母化等(李肖龍等, 2012)。

為揭示礦區(qū)內花崗巖體的熱演化史和冷卻速率,40Ar/39Ar熱年代學測試選取個舊礦區(qū)南部卡房礦田新山和北部高峰山花崗巖為研究對象。新山花崗巖體共采集4個花崗巖樣品(KF-1, KF-3, KF-4和KF-7),高峰山花崗巖體中采集 2個花崗巖樣品(SK-2和SK-3), 具體采樣地點和挑選礦物見表 2, 手標本和野外照片見圖 3。從所采巖石樣品中挑選出鉀長石(Kfs)、黑云母(Bi)、斜長石(Pl)和白云母(Mus)等礦物作為定年測試對象。

2.2 測試分析方法

本文選擇鋯石LA-ICP-MS U-Pb法和40Ar/39Ar熱年代學方法進行巖體熱演化史研究。鋯石陰極發(fā)光CL圖像由北京鋯年領航公司的JSM6510掃描電鏡和 GATAN陰極熒光探頭完成。結合透射光、反射光和陰極發(fā)光照片, 選擇典型鋯石開展U-Pb年齡測試。鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年測試在中國地質科學院礦產資源研究所LA-ICP-MS實驗室完成, 所用儀器為Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及與之配套的 Newwave UP 213激光剝蝕系統(tǒng), 詳細實驗流程和數據處理參見侯可軍等(2009)。

常規(guī)40Ar/39Ar和激光40Ar/39Ar年代學測試在北京大學造山帶與地殼演化教育部重點實驗室進行。常規(guī)40Ar/39Ar數據處理采用實驗室編寫的40Ar/39Ar Dating軟件及Isoplot 3.0軟件完成, 詳細的操作流程圖參見龔俊峰(2009)。激光40Ar/39Ar年齡測試采用全自動全時標高精度激光40Ar/39Ar定年系統(tǒng), 全自動測樣采用Berkley地質年代中心Alan博士編寫的Mass spec 5.26程序控制, 并進行數據處理(周晶等, 2008)。

3 年代學測試結果

3.1 鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡

花崗巖樣品 KF-3采自卡房礦田前進坑之新山花崗巖體。鋯石CL圖像(圖4)顯示晶型好, 自形程度高, 呈長柱狀, 顆粒長約 100～180 μm, 寬約 40～70 μm, 具有明顯的韻律環(huán)帶, 少數具有核–邊結構。樣品共測定20顆鋯石, 測點 2、5、19的諧和度較差，將其剔除，不參與計算。其余17個測點的Th、U含量分別為171×10-6～1587×10-6、343×10-6～4301× 10-6， Th/U比值為0.19～1.22, 均大于0.1(表3), 為巖漿結晶鋯石。206Pb/238U年齡集中在87.93～91.30 Ma之間, 加權平均年齡為89.76±0.37 Ma (MSWD=0.47, n=17)(圖5), 代表花崗巖體的侵位時代為早白堊世。

表2 采樣位置和巖性及測試方法統(tǒng)計表Table 2 The sample locations and dating methods of the granites

圖3 個舊礦區(qū)花崗巖樣品手標本照片F(xiàn)ig.3 Photos of the hand specimens of granites in the Gejiu area

圖4 卡房礦田新山花崗巖體樣品KF-3鋯石CL圖像Fig.4 Cathodoluminescence (CL) images of zircons from the Xinshan granite in the Kafang orefield

3.240Ar/39Ar定年結果

個舊礦區(qū)南部卡房礦田內新山花崗巖樣品KF-1和KF-3, 挑選出其中的鉀長石、黑云母、斜長石進行常規(guī)40Ar/39Ar定年分析，而花崗巖體KF-4和黑云母花崗巖KF-7中挑選黑云母和斜長石為常規(guī)40Ar/39Ar定年分析對象，測試結果見表4。

圖5 卡房礦田新山巖體樣品KF-3鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.5 U-Pb concordia diagram for zircons from the Xinshan granite in the Kafang orefield

KF-1-Kfs (鉀長石): 分11個溫階逐級加溫熔樣，2～9溫階的坪年齡為76.83±0.40 Ma(MSWD=0.049),坪年齡溫階中39Ar釋放量占39Ar釋放總量的95.9% (圖 6a)。2～9溫階的36Ar/40Ar-39Ar/40Ar反等時線年齡為76.73±0.54 Ma(MSWD=0.20), 初始40Ar/36Ar比值為305±29, 略高于尼爾值(圖6b)，兩者在誤差范圍內相一致，代表巖體的冷卻年齡。

KF-1-Bi (黑云母): 分11個溫階逐級加溫熔樣，3～9溫階的坪年齡為 80.75±0.44 Ma(MSWD=0.45),坪年齡溫階中39Ar釋放量占39Ar釋放總量的87.1% (圖6c)。3～9溫階的反等時線年齡為80.90±0.49 Ma (MSWD=0.52), 初始40Ar/36Ar比值為291.9±8.2, 接近尼爾值(圖 6d)，兩者在誤差范圍內相一致，記錄巖體經歷的冷卻年齡信息。

KF-3-Bi(黑云母): 共進行10個溫階的階步加溫測試分析, 4～10溫階的坪年齡為 80.23±0.43 Ma (MSWD=0.114),39Ar釋放量占39Ar釋放總量的74.6%(圖 6e)。4～10溫階的反等時線年齡為 80.39± 0.56 Ma (MSWD=0.12), 初始40Ar/36Ar比值為292.5±7.3,接近尼爾值(圖6f)，代表巖體經歷的冷卻年齡信息。

KF-4-Bi (黑云母): 測試共分13個溫階進行, 4～6溫階的坪年齡為84.04±0.57 Ma(MSWD=0.20), 坪年齡溫階中39Ar釋放量占39Ar釋放總量的31.8%(圖7)，代表巖體經歷的冷卻年齡信息。

KF-3-Pl (斜長石): 采用激光熔樣系統(tǒng)測試，22個測試點的正等時線年齡為 70.8±1.7 Ma(MSWD= 0.7), 初始40Ar/36Ar為294±10, 反等時線年齡為71±3 Ma (MSWD=0.78), 初始40Ar/36Ar為293±19(圖8a, c，表5)，代表巖體經歷的冷卻年齡信息。

表3 卡房礦田新山花崗巖體樣品KF-3鋯石U-Pb LA-ICP-MS定年結果Table 3 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating result of sample KF-3 from Xinshan granite body in Kafang orefield

表4 常規(guī)40Ar/39Ar定年測試結果Table 440Ar/39Ar data of the test samples

續(xù)表4:

續(xù)表4:

KF-4-Pl (斜長石): 采用激光熔樣系統(tǒng)測試，40Ar/36Ar-39Ar/36Ar正等時線年齡為85±3 Ma(MSWD= 0.96), 初始40Ar/36Ar比值為273±19, 略低于尼爾值。而36Ar/40Ar-39Ar/40Ar反等時線年齡為74±3 Ma(MSWD= 0.47), 初始40Ar/36Ar比值為360±30, 明顯高于尼爾值(表5, 圖8b, d)，其冷卻年齡信息仍然是可信的，記錄巖體經歷的熱演化信息。同時，該樣品也用常規(guī)階步加熱熔樣系統(tǒng)進行測試，常規(guī)測試共分 10個溫階進行, 3～8溫階的坪年齡為 74.67±0.42 Ma (MSWD= 0.33), 坪年齡溫階中39Ar釋放量占39Ar釋放總量的87.3%(圖6g)。反等時線年齡為74.58±0.52 Ma (MSWD=0.72), 初始40Ar/36Ar比值為294.9±7.3, 接近尼爾值(圖 6h)。兩種熔樣測試的年齡結果基本是一致的，代表巖體經歷的熱演化狀態(tài)信息。

圖6 卡房礦田新山花崗巖樣品常規(guī)40Ar/39Ar測試坪年齡和等時線年齡圖Fig.6 Conventional40Ar/39Ar plateau ages and isochron ages of granite from the Kafang orefield

圖 7 卡房礦田新山花崗巖樣品 KF-4-Bi常規(guī)40Ar/39Ar測試坪年齡圖Fig.7 Conventional40Ar/39Ar plateau age of KF-4-Bi from the Kafang orefield

KF-7-Bi (黑云母): 共分 10個溫階加溫熔樣, 2～9溫階的坪年齡為 80.37±0.42 Ma (MSWD=1.4),坪年齡溫階中39Ar釋放量占39Ar釋放總量的91.7% (圖 9a, 表 4)。而反等時線年齡為 80.46±0.64 Ma (MSWD=1.9), 初始40Ar/36Ar比值為 294±17, 與尼爾值相當(圖9b, 表4)，代表巖體經歷的冷卻年齡信息。

上述40Ar/39Ar測試年齡記錄了新山花崗巖體經歷的隆升構造事件, 代表巖體的冷卻年齡信息, 也間接記錄了礦區(qū)的熱演化史變化狀態(tài), 反映礦區(qū)內錫銅多金屬礦體形成時的熱狀態(tài)變化。

圖8 卡房礦田新山花崗巖樣品KF-3-Pl和KF-4-Pl激光40Ar/39Ar等時線年齡圖Fig.840Ar/39Ar isochron ages of samples KF-3-Pl and KF-4-Pl from the Kafang orefield

表5 激光40Ar/39Ar定年測試結果Table 540Ar/39Ar data of the test samples

續(xù)表5:

松樹腳礦田高峰山花崗巖樣品 SK-2和 SK-3,挑選出其中斜長石、黑云母和白云母進行40Ar/39Ar測試。

SK-2-Bi (黑云母): 常規(guī)測試共分7個溫階進行(表4), 4～7溫階的坪年齡為67.34±0.37 Ma (MSWD= 0.021), 坪年齡溫階中39Ar釋放量占39Ar釋放總量的33.1%。4～7溫階的反等時線年齡為67.16±0.57 Ma (MSWD= 0.12), 初始40Ar/36Ar比值為295.4±7.0, 與尼爾值一致(表4, 圖9c, d)，代表巖體的冷卻年齡信息。

SK-2-Pl (斜長石): 激光測試分析的正等時線年齡為72±3 Ma (MSWD=0.83, n=22), 初始40Ar/36Ar比值為331±15, 明顯高于尼爾值; 反等時線年齡為 74±5 Ma (MSWD=0.99, n=22), 初始40Ar/36Ar比值為330±30,明顯高于尼爾值(表5, 圖10)，兩者在誤差范圍內相一致，記錄巖體經歷的冷卻年齡信息。

SK-3-Bi (黑云母): 分6個溫階進行常規(guī)加溫熔樣測試(表4)。3～6溫階的坪年齡為 69.59±0.47 Ma (MSWD=1.7), 坪年齡溫階中39Ar釋放量占39Ar釋放總量的 40.6%。3～6溫階的反等時線年齡為 69.9±4.0 Ma (MSWD=6.6), 初始40Ar/36Ar比值為 287±54, 高于尼爾值(圖9)，記錄巖體抬升過程中經歷的熱狀態(tài)信息。

SK-3-Mus (白云母): 進行11個溫階的常規(guī)加溫熔樣測試(表 4)。5～11溫階的坪年齡為 81.30±0.42 Ma (MSWD=0.80), 坪年齡溫階中39Ar釋放量占39Ar釋放總量的97%。5～11溫階的反等時線年齡為81.21±0.54 Ma (MSWD=0.25), 初始40Ar/36Ar比值為298.3±6.6, 與尼爾值一致(圖9)。上述年齡結果代表了高峰山花崗巖體的冷卻史年齡信息, 揭示了巖體的冷卻作用過程。

4 花崗巖體熱演化史和冷卻速率估算

4.1 花崗巖體熱演化史

圖9 卡房新山巖體和高峰山巖體含鉀礦物常規(guī)40Ar/39Ar測試坪年齡和等時線年齡圖Fig.9 Conventional40Ar/39Ar plateau ages and isochron ages of the Xinshan and Gaofengshan granites

圖10 松樹腳礦田花崗巖樣品SK-2-Pl激光40Ar/39Ar等時線年齡圖Fig.1040Ar/39Ar isochron ages of samples SK-2-Pl in Songshujiao orefield

Dodson (1973)提出了封閉溫度(Tc)的概念, 定義封閉溫度為同位素體系不發(fā)生有效擴散的臨界溫度。他認為礦物在其封閉溫度以上, 放射性同位素子體將全部丟失; 在封閉溫度以下, 同位素子體的丟失量極小, 并且有擴散作用所導致的子體丟失幾乎不會對年齡的測定產生影響。不同礦物的封閉體系具有不同的封閉溫度。熱史研究最有效的方法是地質熱年代學, 利用地質體中放射性同位素體系不發(fā)生有效擴散的臨界溫度(封閉溫度), 獲得不同礦物封閉溫度的計時時刻。不同礦物具有不同的封閉溫度, 如鋯石U-Pb法Pb的封閉溫度達900 ℃(Lee et al., 1997; Cherniak and Watson, 2000); 角閃石、白云母、黑云母和鉀長石40Ar/39Ar封閉溫度分別為500 ℃左右(McDougall and Harrison, 1999)、380 ℃(Hames and Bowring, 1994)、320 ℃(Harrison et al., 1985)和150～250 ℃(Lovera et al., 1989)。對同一樣品進行上述不同同位素測年可以得到較為完善的高中低溫年齡縱向序列, 對同一地質體不同高程的地質樣品進行完整的同位素測年既可以疊加得到一個年齡“柱子”, 又能獲得較精細的熱演化史曲線。40Ar/39Ar熱年代學就是利用40Ar/39Ar法提供了時間和溫度的雙重信息, 得出礦物在不同溫度時的年齡, 探討地質體的構造熱演化歷史(Colemn and Hodges, 1998; Reid et al., 2005)。

個舊礦區(qū)南部新山花崗巖體高溫–中溫階段熱演化史曲線如圖 11a所示。新山巖體遭受的隆升作用過程比較簡單, 花崗巖體經歷了高溫階段快速冷卻和中溫階段的緩慢冷卻過程。新山花崗巖體在89～85 Ma形成, 此后巖體經歷了快速冷卻作用過程, 84 Ma之后進入中溫階段(400～250 ℃)的緩慢冷卻作用過程, 并一直持續(xù)到68～69 Ma。礦區(qū)北部高峰山花崗巖體的熱演化曲線明顯滯后于南部巖體, 高峰山巖體形成于83～82 Ma, 之后經歷快速冷卻過程,于 80 Ma進入中溫階段(400～250 ℃), 此后進入緩慢冷卻作用過程, 且中溫階段一直持續(xù)到67 Ma。這種南、北部巖體熱演化史的明顯差異, 說明南部巖體先于北部巖體6～3 Ma經歷了構造抬升事件。但是,南、北部巖體熱演化史曲線整體趨勢基本一致。

4.2 花崗巖體冷卻速率估算

本研究利用不同同位素體系封閉溫度進行巖體冷卻速率計算, 計算過程中采用的封閉溫度值如下:鋯石U-Pb體系封閉溫度為850 ℃, 白云母40Ar/39Ar體系封閉溫度為380 ℃, 黑云母40Ar/39Ar體系封閉溫度為 300 ℃, 斜長石40Ar/39Ar體系封閉溫度為230 ℃, 鉀長石40Ar/39Ar體系封閉溫度為220 ℃。依據封閉溫度和年齡值的對應關系對礦區(qū)南部和北部花崗巖體進行冷卻速率計算, 為避免重復測試，同一巖體內已有年齡數據的，則采用其他研究者的年齡值進行計算。詳細的巖體冷卻速率計算依據的樣品年齡和冷卻速率參見表6和圖11b。

個舊礦區(qū)南部新山花崗巖體的形成年齡為89.7±0.4 Ma(樣品KF-3)。新山花崗巖體從鋯石U-Pb封閉溫度850 ℃到黑云母40Ar/39Ar封閉溫度300 ℃的冷卻速率為58.70 ℃/Ma(KF-3)、96.15 ℃/Ma(KF-4)、62.08 ℃/Ma(KF-2)和 59.98 ℃/Ma(KF-7), 此過程為一快速冷卻作用過程, 揭示礦區(qū)南部經歷了快速的構造抬升作用, KF-4因有產狀為125°∠72°的北東向斷裂的存在, 故由此揭示的冷卻速率與其他樣品相比較要大一些, 其他樣品揭示的冷卻速率基本相當。新山巖體從黑云母的封閉溫度300 ℃到斜長石封閉溫度230 ℃的冷卻速率計算分別為7.40 ℃/Ma (KF-4)和 7.3 ℃/Ma(KF-3), 為一緩慢的冷卻作用過程; 新山巖體從黑云母的封閉溫度 300 ℃到鉀長石的封閉溫度 220 ℃的冷卻速率為 17.39 ℃/Ma (KF-1)同樣為一緩慢的冷卻作用過程。

圖11 個舊礦區(qū)南、北部巖體熱演化史曲線和冷卻速率圖Fig.11 Thermal evolutional history and cooling rate of the South and North granite bodies in the Gejiu area

表6 個舊礦區(qū)巖體冷卻速率表Table 6 Cooling rate of granites in the Gejiu area

礦區(qū)北部高峰山花崗巖體從鋯石 U-Pb封閉溫度850 ℃到白云母40Ar/39Ar封閉溫度380 ℃的冷卻速率為295.59 ℃/Ma(鋯石年齡來源于程彥博等, 2009)和 103.29 ℃/Ma(鋯石年齡來源于李肖龍等, 2012),因鋯石年齡采用其他研究者獲得的高峰山巖體的年齡數值(兩者采樣位置差距較大)數據參見高峰山巖體的已獲得年齡數據, 故差異較大, 但均反映該巖體在這一過程中所經歷的快速冷卻作用過程, 揭示該地區(qū)遭受一期快速的構造抬升事件; 該巖體從白云母的封閉溫度380 ℃到黑云母的封閉溫度300 ℃的冷卻速率為 7.14 ℃/Ma(SK-3)和 5.69 ℃/Ma(樣品SK-2, 因SK-2未獲得白云母的40Ar/39Ar年齡, 冷卻速率計算采用 SK-3-Mus的年齡數值), 二者基本一致,反映該巖體經歷的較緩慢的冷卻作用過程, 揭示高峰山地區(qū)遭受的緩慢的構造抬升作用。

5 討 論

與巖漿巖有關的熱液礦床的成礦持續(xù)時間變化很大, “長壽命”的熱液系統(tǒng)能夠持續(xù)幾個到十幾個百萬年(如智利的La Escondida、 Chuquicamata、 El Teniente; 墨西哥的Río Blanco、Fresnillo、Laramide;阿根廷的Bajo de la Alumbrera等)。個舊花崗巖基面積 800 km2, 包含多個成礦階段(冶金工業(yè)部西南冶金地質勘探公司 308地質隊, 1984), 因此對應長壽命巖漿房和相關的多階段礦化與蝕變是可能的。

近年來對礦區(qū)內的中生代巖漿巖進行了較為詳細的巖性、巖相、地球化學和同位素年代學的研究。個舊礦區(qū)除了二疊紀和三疊紀兩次基性火山活動外,在白堊紀也發(fā)生了大規(guī)模的巖漿事件。個舊東礦區(qū)花崗巖和單礦物的年代學測定結果為: 馬拉格斑狀花崗巖和老廠等粒花崗巖分別為 90.4±6.3 Ma 和81.0±4.9 Ma(程彥博等, 2008a); 老廠–卡房等粒花崗巖和馬拉格–松樹腳斑狀花崗巖的40Ar/39Ar年齡分別為81.6±0.3 Ma和82.3±0.3 Ma(程彥博等, 2008a)。運用鋯石 LA-ICP-MS對老廠礦區(qū)的老卡等粒花崗巖和新山花崗巖體進行測年分析, 獲得年齡結果分別為85±0.85 Ma和83.1±0.42 Ma(楊宗喜等, 2008; 程彥博等, 2008b, 2009; Cheng and Mao, 2010); 卡房矽卡巖型礦體中輝鉬礦 Re-Os同位素年齡為 82.95± 1.16～83.54±1.31 Ma(楊宗喜等, 2008); 老廠細脈帶型錫礦白云母40Ar/39Ar坪年齡為82.7± 0.7 Ma (楊宗喜等, 2009)。此外, 礦區(qū)內不同成礦環(huán)境的13個代表性金云母/白云母的40Ar/39Ar測試分析, 得到坪年齡為77.4±0.6～95.3±0.7 Ma, 認為是云母樣品的結晶年齡(程彥博, 2012)。花崗巖鋯石LA-ICP-MS或SHRIMP U-Pb定年測試揭示花崗巖的結晶年齡為 78～85 Ma,即晚白堊世(Cheng and Mao, 2010)。

本文對新山花崗巖體進行了鋯石 LA-ICP-MS U-Pb測試, 獲得年齡加權平均值為89.76± 0.37 Ma (MSWD=1.5, n=17), 代表了新山花崗巖體的形成年齡。綜合研究認為個舊礦區(qū)所有的侵入巖近于同時形成(78～85 Ma), 主要集中在 80～84 Ma, 云母40Ar/39Ar年齡77.4～95.3 Ma和錫石LA-ICP-MS U-Pb年齡78～84 Ma, 認為成礦成巖時代基本一致, 個舊礦區(qū)的主成礦期為80～85 Ma(程彥博, 2012)。

Cheng and Mao (2010)根據個舊礦區(qū)巖漿巖鋯石年齡和Sr-Nd-Hf同位素測試分析, 認為個舊地區(qū)在晚白堊世為板內伸展構造環(huán)境。最近巖漿巖和礦床地球化學、同位素年代學研究, 共同揭示個舊地區(qū)晚白堊世成巖成礦動力學背景具有以下特征: (1)成巖時代基本一致, 為同一巖漿作用的產物; (2)成礦能量、物質來源均與花崗巖存在成因聯(lián)系; (3)成巖成礦作用發(fā)生于巖石圈伸展的環(huán)境, 殼幔間相互作用十分明顯(程彥博, 2012)。總體而言, 個舊礦區(qū)中生代巖漿活動頻繁, 基性、酸性、堿性巖均發(fā)育,其成巖時代為 77～85 Ma(程彥博等, 2008a, 2008b, 2009), 研究揭示燕山晚期包括個舊地區(qū)在內的整個華南西部地區(qū)均表現(xiàn)為巖石圈伸展的構造環(huán)境(蔡明海等, 2004a, 2004b; 黎應書, 2005; 毛景文等, 2008a, 2008b; 楊宗喜等, 2008, 2009; 程彥博等, 2008b, 2009, 2010a, 2010b; 陳懋弘等, 2009; Wong et al., 2009; Cheng and Mao, 2010; )。此外, 區(qū)域上華南西部中生代大范圍巖漿作用和成礦事件的時代為80～100 Ma(毛景文等, 2008b; 程彥博等, 2010a)。

此外, 同位素體系測年所利用的封閉溫度擴散理論(40Ar/39Ar同位素封閉溫度為中低溫150～380 ℃)與礦區(qū)內流體包裹體均一溫度具有很好的可對比性。流體包裹體研究表明錫銅礦是中偏低溫礦床(楊宗喜等, 2010), 老廠礦田原生包裹體均一溫度為190～288 ℃(薛傳東, 2002; 黎應書, 2005; 黎應書等, 2006; 談樹成等, 2006; 薛傳東等, 2006), 卡房銅礦床石英流體包裹體均一溫度為 104～416 ℃, 方解石流體包裹體均一溫度為 112～304 ℃, 包裹體和氫、氧同位素測試顯示從主成礦期到后成礦期, 流體溫度顯著降低(從 260～360 ℃到 160～280 ℃)(楊宗喜, 2009; 楊宗喜等, 2010); 卡房錫銅礦床石英-磁黃鐵礦-黃銅礦階段的原生包裹體(I型)均一溫度為245.7～452.0 ℃, 峰值為350～450 ℃, 平均為363.9 ℃(張娟等, 2012c)。此外, 筆者所在項目組研究獲得卡房花崗巖體內、邊部、接觸帶銅礦體及矽卡巖、層狀礦體中四類流體包裹體均一溫度為 175.2～346.6 ℃(程彥博, 2012)。

礦區(qū)南部和北部花崗巖體的高-中溫階段熱演化史曲線具有相同的演化趨勢, 只是冷卻時間有3～6 Ma的間隔(圖11, 表6)。

需要指出的是北部高峰山巖體為隱伏巖體, 南部新山巖體出露地表。南部巖體在規(guī)模、抬升幅度和冷卻速率等方面分別比北部巖體大、高和緩慢,這也在一定程度上與礦床規(guī)模、成礦作用強度相一致。此外, 個舊礦區(qū)金屬元素分帶特點在遠離花崗巖體的垂直方向和水平方向上都有表現(xiàn)(高陽和張壽庭, 2007; 程彥博, 2012)。這種分帶性反映了巖漿起源的熱液流體向外運移過程是一個逐漸冷卻、可能伴隨有流體-巖石相互作用或者流體-流體的混合(程彥博, 2012)。同時巖漿巖侵位形成(78～85 Ma或89 Ma)之后所遭受的緩慢冷卻作用過程(直到約70～67 Ma才降至300 ℃, 冷卻速率為5.69～7.40 ℃/Ma)持續(xù)為成礦物質或流體運移與碳酸鹽巖發(fā)生礦化反應提供能量和動力來源。形成于不同區(qū)域應力場中的構造相互疊加改造, 致使遠離花崗巖體的淺部三疊紀碳酸鹽巖中裂隙或層間滑脫及破裂極其發(fā)育,沿中小型斷裂上升的成礦流體得以運移至淺部縱橫交錯的成礦空間, 在地表大氣降水下滲作用下最終沉淀形成脈狀錫多金屬礦體。此外, 卡房和老廠礦田內晚期玄武巖型銅礦和接觸帶矽卡巖型銅錫礦的玄武巖的 K-Ar年齡為 68.8～66.8 Ma(王丹丹等, 2012), 與安尼期玄武巖噴發(fā)先后期次和頂板西高南低的地質事實吻合(賈潤幸, 2005)。玄武巖和巖漿巖體的共同持續(xù)緩慢冷卻作用亦為這種長時間成礦提供了熱源和動力學過程, 使這個類型礦化得以發(fā)生。

6 結 論

(1) 礦區(qū)南部和北部的花崗巖體的高-中溫階段熱演化史曲線具有相同的演化趨勢, 只是冷卻時間有3～6 Ma的間隔。南部巖體于89～85 Ma形成, 此后巖體經歷了快速冷卻, 84 Ma之后進入中溫400～250 ℃的緩慢冷卻過程, 并持續(xù)到68～69 Ma。北部巖體的熱演化曲線明顯滯后于南部巖體, 高峰山巖體于 83～82 Ma形成, 之后經歷快速冷卻過程,于80 Ma進入400～250 ℃的緩慢冷卻過程, 此后極其緩慢冷卻至67 Ma。

(2) 南部新山花崗巖體 850～300 ℃的冷卻速率為 58.70～62.08 ℃/Ma, 此為一快速冷卻作用過程; 300～230 ℃的冷卻速率為 7.40～7.30 ℃/Ma, 為一緩慢的冷卻作用過程。北部高峰山花崗巖體從850 ℃到380 ℃的冷卻速率為295.59 ℃/Ma和103.29 ℃/Ma, 揭示該地區(qū)遭受了一期快速的構造抬升事件; 該巖體從380 ℃到300 ℃的冷卻速率為7.14～5.69 ℃/Ma, 揭示高峰山地區(qū)遭受的緩慢的構造抬升作用過程。

(3) 礦區(qū)內花崗巖體先遭受快速冷卻后進入中溫階段的緩慢長時間冷卻作用過程, 為錫銅主期成礦作用提供了持續(xù)的熱源和流體運移動力學過程。

致謝: 野外工作得到云錫集團莫國培和陳興壽處長以及各礦山地質工程師的大力支持和配合, 在此一并表示感謝！

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The High-Middle Thermal Evolution of Xinshan and Gaofengshan Granites and its Relationship with Mineralization in Gejiu Tin-Copper Polymetallic District

LI Baolong1, JI Jianqing2, GONG Junfeng3, ZHOU Jing2and MAO Jingwen1
(1. MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China; 2. MOE Key Laboratory of Orogenic and Crustal Evolution, School of Earth and Space Science, Peking University, Beijing 100871, China; 3. Department of Earth Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310027, Zhejiang, China)

Gejiu is one of the largest polymetallic tin ore-concentrating districts over the world, which is a granite-related magmatic-hydrothermal system. In this paper, the high-middle thermal evolutional history of granites was drew based on zircon U-Pb dating and40Ar/39Ar geochronology. The analytical results revealed that the high-middle temperature phase thermal evolution history curves of south granite body and north granite body have the same trend, except a temporal lapse of 3-6 Ma. The Xinshan granite body in the south region of the Gejiu deposit has undergone rapid cooling with cooling rate of 58.70-62.08 ℃/Ma immediately subsequent to its formation at 85 Ma to 89 Ma, and then slowed down to temperature range of 400-250 ℃ with cooling rate of 17.39-19.32 ℃/Ma, this slow cooling process continued until 68-69 Ma; And the thermal evolution history of the Gaofengshan granite body in the north region of the Gejiu lags behind that of the south granite body. The Gaofengshan granite body formed at 83-82 Ma experienced rapid cooling with cooling rate of 295.59 ℃/Ma and 103.29 ℃/Ma, and the temperature dropped into 400-250 ℃ at 80 Ma, thereafter it fell into the extremely slow cooling process with rate of 7.14-5.69 ℃/Ma which continued into 67 Ma. The cooling mode of granite body that is rapid cooling at the beginning and then slow down and persists for a long period at middle temperature range plays a very important role in the formation of the Gejiu tin-copper polymetallic district. It provided a continuous source of heat and geodynamic drives for the regional mineralization, and this is also consistent with the temporal difference of the mineralization between the north and south parts of the Gejiu area.

zircon LA-ICP-MS U-Pb dating;40Ar/39Ar geochronology; thermal evolutional history; cooling rate; copper-tin deposit; Gejiu

P611; P597

A

1001-1552(2016)06-1154-020

2014-12-29; 改回日期: 2015-03-19

項目資助: 中國地質調查局地質調查項目(12120114034301)和中央級科研院所基本科研業(yè)務專項(K1309)聯(lián)合資助。

李寶龍(1982–), 男, 副研究員, 主要從事礦田構造、熱年代學研究。Email: xinzhongguolong@163.com