鄂北七尖峰巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年及其巖石成因、成礦意義

陳 超, 毛新武, 彭少南, 廖明芳, 楊金香, 朱 金

(湖北省地質調查院,湖北 武漢 430034)

大別造山帶及鄰區存在大量中生代中—酸性侵入巖[1-3],如七尖峰巖體[4]、新玉皇頂巖體、雞公山巖體[5]、夏店巖體、梅川巖體[6-7]、陽新巖體[8-9]等。這些巖體大多與巖漿、熱液型礦床的形成有關,最具代表性的就是鄂東南大冶地區金、銀、銅、鐵等矽卡巖型礦床,其形成與早白堊世中—酸性巖體的侵位直接相關[10-15]。鄂北七尖峰巖體主要由(斑狀)黑云二長花崗巖組成,巖體與金銀銅等礦產資源的形成關系密切[16-17],最典型的礦床為黑龍潭—卸甲溝金礦[18],此外巖體中鉀長石礦床也同樣具有廣闊的開發應用前景[19],這些礦產資源的形成都可能與七尖峰巖體有著直接或者間接的關系[20-23]。

前人區域調查和專題研究認為,巖體形成時代定為白堊紀[24],其形成可能與陸內造山作用有關。然而,巖體的形成時代方面,前人雖進行過同位素年代學研究[3,24],但一直未見較好的年齡結果報道。另外,由于長期缺少七尖峰巖體成巖和周圍礦體成礦的精確年代學證據,以至于對巖體與成礦的關系的認識不明確。本文通過對七尖峰巖體南端的中粒斑狀黑云二長花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年,獲得了較好的年代學資料。并通過分析七尖峰巖體地球化學特點,結合區域近同時代巖漿巖與成礦作用的研究成果,簡要探討巖體成因及其成礦意義。

1 地質特征

七尖峰巖體出露于新城—黃陂斷裂以南三合店—唐王店一帶(圖1),呈北西—南東向橢圓形展布,主要侵位于武當巖群(原大狼山群、隨縣群)、耀嶺河組、陡山沱組中。局部被上白堊統寺溝組角度不整合覆蓋,說明其形成時代早于晚白堊世。1∶5萬新集南半幅、三合店、唐王店幅區調建立為三合店超單元,因此也有人稱其為三合店巖體。巖體由外至內分別由外帶中粒斑狀黑云二長花崗巖(Q1πηγ)、中帶中粒(含斑)黑云二長花崗巖(Q1πηγ、Q2ηγ)、內帶細粒黑云二長花崗巖(Q3ηγ)組成,且由外而內具有幕式侵位的特點,之間多以脈動接觸,僅局部為涌動接觸。巖體主要礦物組合以堿性長石(以微斜長石為主,35%～45%)、斜長石(25%～30%)、石英(20%～25%)為主,其次為黑云母和角閃石(<5%),副礦物有磷鐵礦、磷灰石、金紅石、鋯石、榍石等。外帶和中帶內側(似)斑狀結構發育,斑晶主要為微斜長石和石英,含量5%～15%、粒徑1～10 cm不等。

圖1 七尖峰巖體及周圍地質圖[4]Fig.1 Regional geologic map of Qijianfeng pluton and its adjacent region1.第四系;2.晚白堊世寺溝組;3.早震旦世陡山沱組;4.南華紀耀嶺河組;5.南華紀武當群;6.新元古代花崗質片麻巖;7.古元古代大別巖群;8.超基性巖;9.輝綠巖;10.周樓巖體斑狀二長花崗巖;11.周樓巖體二長花崗巖;12.七尖峰巖體外帶斑狀二長花崗巖;13.七尖峰巖體中帶二長花崗巖;14.七尖峰巖體中帶斑狀二長花崗巖;15.七尖峰巖體內帶二長花崗巖;16.鉀長花崗巖;17.斷層;18.角度不整合;19.巖相變化界線;20.采樣位置。

2 鋯石U-Pb測年

鋯石U-Pb測年樣品采自隨州市唐王店水庫北側公路邊(坐標位置:113°09′30″E,32°06′15″N),位于七尖峰巖體南端,巖性為中粒斑狀黑云二長花崗巖。LA-ICP-MS 鋯石U-Pb同位素測年和微量元素分析在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室完成。所使用的ICP-MS儀器型號為Elan6100DRC,激光剝蝕系統是德國Lamda Physik公司的Geolas200M深紫外(DUV)193 nm ArF準分子(excimer)激光剝蝕系統。激光束斑直徑為32μm。實驗中采用He作為剝蝕物質的載氣,哈佛大學標準鋯石91500作為外標,29Si作為內標。采用ICPMSDataCal(V3.7) 軟件對同位素比值數據進行處理[25],對實驗所測得的數據用ISOPLOT程序[26]進行諧和圖的繪制和加權平均年齡計算。

斑狀黑云二長花崗巖中的鋯石呈自形—半自形柱狀,粒度在80～120μm之間,發育較好的振蕩環帶結構(圖2-a),24個測試點有一個點(D1039-1-08)實驗失敗,其余23個點Th含量176×10-6～782×10-6,U含量443×10-6～1 053×10-6,Th/U值在0.38～0.74之間。鋯石稀土元素方面(表2),輕稀土元素(LREE)虧損,顯示一定的負Eu異常,Ce表現為強烈的正異常(圖2-b),這些都與巖漿鋯石的特點相符[27]。鋯石U-Pb測年結果見表1,23個分析點諧和度都>95%,且比較集中(圖2-c、d),206Pb/238U年齡范圍在137～145 Ma之間,加權平均年齡為(141±0.98)Ma(MSWD=2.6),代表斑狀黑云二長花崗巖的結晶年齡。

圖2 七尖峰巖體斑狀黑云二長花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年分析圖解Fig.2 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating diagrams of porphyritic biotite monzogranite from Qijianfeng plutona.CL圖;b.球粒隕石鋯石稀土元素配分圖;c.諧和年齡圖;d.加權年齡圖。

表1 七尖峰巖體斑狀黑云二長花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年數據Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating data of porphyritic biotite monzogranite from Qijianfeng pluton

表2 七尖峰巖體斑狀黑云二長花崗巖LA-ICP-MS鋯石稀土元素數據Table 2 LA-ICP-MS zircon REE data of porphyritic biotite monzogranite from Qijianfeng pluton

3 討論

3.1 巖體形成時代

七尖峰巖體與圍巖都呈侵入接觸關系，圍巖包括南華紀武當群、耀嶺河組和震旦紀陡山沱組，巖體南側部分位置被晚白堊世上寺組角度不整合覆蓋，說明巖體形成時代晚于震旦紀，早于晚白堊世。另外，七尖峰巖體主要由二長花崗巖、斑狀二長花崗巖組成，巖石幾乎未發生變形、變質作用，巖體整體呈“紡錘狀”出露，與圍巖界線平滑，說明其侵位后受后期構造改造較弱。桐柏—大別造山帶地區為典型的高壓—超高壓變質區，區內除部分中生代及以后的地質體以外，其余基本都遭受了不同程度的變形、變質。因此根據野外產出狀態，可以初步推測七尖峰巖體應形成于中生代晚白堊世之前。

前人對于七尖峰巖體同位素年代學也進行過一定的研究,不同人采用不同的方法對巖體進行同位素測年,獲得了不一致的年齡結果(表3)。早期地質調查、礦產勘查采用全巖Rb-Sr法、黑云母K-Ar法、磷灰石U-Pb法、單鋯石U-Pb法對巖體成巖年齡進行過研究,但獲得的年齡結果從232～115 Ma不等,且與巖體由外至內依次變新的野外特點不符,由于當時測年技術的不成熟,這些年齡結果的可靠程度有限。1∶5萬新集南半幅、三合店、唐王店幅區調報告結合區域構造認為巖體形成于燕山早期,但報告中未給出準確的成巖年齡。陳玲等曾報道七尖峰巖體外帶斑狀黑云二長花崗巖133 Ma的鋯石U-Pb年齡[3],但并未公開發表詳細的年齡數據或者圖表資料。本文通過對七尖峰巖體南端中粒斑狀黑云二長花崗巖進行LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年,獲得(141±0.98) Ma(MSWD=2.6)的結晶年齡,為七尖峰巖體提供了精確的同位素年代學資料。

表3 七尖峰巖體同位素測年統計表Table 3 The isotopic dating statistics of Qijianfeng pluton

3.2 巖體成因

地球化學方面(表4),七尖峰巖體SiO2含量69.43%～72.26%,Al2O3含量14.43%～14.85%,Na2O/K2O比值1.09～1.17(>1),Sr含量719×10-6～1 147×10-6(>400×10-6),Yb含量0.71×10-6～1.17×10-6(<1.9×10-6),Y含量7.19×10-6～12.47×10-6(<18×10-6),Sr/Y比值61.83～121.25(>40),與張旗等定義的典型埃達克巖的地球化學特征相似[28-32]。研究證實,大別造山帶及鄰區存在許多中生代C-型埃達克質侵入巖[33-36](埃達克巖分兩種:C-型,與加厚地殼有關;O-型,與板塊俯沖有關[28,30,37]),其形成過程可能與中國東部中生代地殼加厚有關。且據馬昌前等的研究,區內135 Ma之前的花崗質侵入巖具有高Sr/Y比值(一般>60),而135 Ma之后的中生代侵入巖具有相對低Sr/Y比值,前者可能為加厚地殼產生的C-型埃達克巖,而后者為地殼伸展減薄的產物[3,36]。對比大別及鄰區典型C-型埃達克巖,七尖峰巖體表現出相對一致的微量元素分布特點和高Sr/Y比值特征(圖3)。因此,結合本文獲得的七尖峰巖體年齡、地球化學特點以及前人對大別及鄰區中生代花崗質侵入巖的研究,認為七尖峰巖體為～141 Ma加厚地殼熔融形成的埃達克質巖漿侵位而成,而巖體分帶的特點為同一巖漿房不同期次幕式侵位的結果。

3.3 成礦意義

一般情況下,埃達克巖與成礦作用關系密切[31,33]。七尖峰巖體周圍分布眾多金銀礦床、礦點,如合河、黑龍潭、卸甲溝等,礦體一般呈透鏡狀、豆莢狀、脈狀賦存于巖體周圍武當群、耀嶺河組片巖和陡山沱組板巖中[16]。前人通過對黑龍潭—封江一帶金礦石英流體包裹體H、O和黃鐵礦S、Pb同位素示蹤分析,發現成礦流體以變質熱液為主,疊加少量巖漿水和大氣降水,主要成礦元素來源于賦礦地層,少量來源于巖體[17,22-23]。這說明在成礦過程中,巖體提供了一定的成礦熱液和成礦元素,但主要成礦物質來源于賦礦圍巖地層。大量調查研究證實,環七尖峰巖體周圍的金銀礦床、礦點的形成與伸展走滑、韌性剪切構造緊密相關[17,18,20-23],而這些構造作用的產生可能也與巖體侵位存在一定關聯性。筆者認為，巖體侵位可能是導致礦床形成的關鍵因素。巖體侵位過程中產生的巨大熱驅動力,導致了圍巖發生走滑、韌性剪切變形,同時使得圍巖中成礦物質進一步活化運移,從而在有利部位富集成礦。在此過程中,巖體的主要貢獻是提供熱源、動力,并一定程度上提供成礦物質。

注:數據摘自1∶5萬新集南半幅、三合店、唐王店幅區調報告[24]。

圖3 大別山及鄰區中生代埃達克巖蛛網圖[38](a)、Sr/Y-Y圖[39](b)Fig.3 Spide and Sr/Y-Y diagrams of Mesozoic adakites in the Dabie Mountain and its adjacent region說明:大別山高Sr/Y比值花崗巖和大冶銅山口數據摘自公開發表論文[35-36]。

4 結論

(1) 對七尖峰巖體外帶斑狀黑云二長花崗巖進行LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年,獲得中粒斑狀黑云二長花崗巖成巖年齡為(141±0.98) Ma(MSWD=2.6),屬于早白堊世早期,為七尖峰巖體提供精確的同位素年代學依據。

(2) 通過對比鄰區同時代侵入巖地球化學特征,推測七尖峰巖體為加厚地殼熔融形成的埃達克質巖漿侵位而成,而巖體分帶的特點為同一巖漿房不同期次幕式侵位的結果。

(3) 巖體侵位可能是導致環七尖峰巖體眾多礦床形成的關鍵因素,在成礦過程中,巖體的主要貢獻是提供熱源、動力,并一定程度上提供成礦物質。

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