西秦嶺德烏魯—美武地區中生代巖體年代學、地球化學特征及與成礦關系研究

何彤彤 華永成 逯文輝

摘要：西秦嶺是中國內生礦床的重要成礦帶之一，目前已經查明的有銅、鉬、鉛、鋅、金、銀等多金屬礦床數百個。對西秦嶺中部德烏魯巖體與美武巖體進行鋯石U-Pb測年，結果分別為241.6 Ma±5.3 Ma和237.0 Ma ±3.3 Ma，屬于中生代早期。地球化學研究結果顯示，巖石具有過鋁質鈣堿性S型花崗巖特征，輕稀土富集，重稀土虧損，具有明顯的Eu負異常特征。結合區域構造背景，認為中生代早期，德烏魯—美武地區經歷了由擠壓向伸展的轉換，伴隨強烈巖漿活動，為西秦嶺提供了大量的花崗質巖漿與成礦物質。

關鍵詞：鋯石U-Pb測年;地球化學特征;構造環境;成巖成礦關系;德烏魯—美武地區

中圖分類號：TD11?P618.2文獻標志碼：A

文章編號：1001-1277（2020）07-0017-09?doi：10.11792/hj20200704

秦嶺造山帶作為中國中央造山帶的重要組成部分，是一條經歷了多旋回、多構造格局演化而形成的復合型造山帶[1]。西秦嶺造山帶是秦嶺造山帶的西延部分，夾持于揚子、松潘、祁連和昆侖等多個微塊體之間。中生代，西秦嶺造山帶發育了一條近600 km長的巨型花崗巖帶[2]，并伴隨大量與花崗巖有關的多金屬礦床形成。德烏魯—美武地區位于西秦嶺造山帶的西段，屬于西秦嶺銅、金、鎢、鉛、鋅、砷、汞成礦帶，以金最為突出，其次有鐵、銅、銻、鉛、鋅、鎢、砷、汞等十幾種礦產。已發現礦產地33處，其中鐵礦產地3處、銅礦產地8處、金礦產地19處、銻礦產地3處等。本文通過對德烏魯—美武地區中生代巖體進行巖石學、地球化學及年代學工作，確定了其形成時代、構造背景及成因，并對巖漿演化與成礦關系進行了探討。

1?研究區地質特征

研究區位于西秦嶺造山帶西段，屬秦祁昆造山系秦嶺弧盆系之新堡—力士山復背斜南翼，以夏河—合作斷裂帶為界，北跨中秦嶺前陸盆地構造區，南跨澤庫前陸盆地構造區，屬西秦嶺造山帶宗務隆山—中秦嶺板內裂陷構造侵入巖帶。

研究區地層出露廣泛（見圖1）。其中，下石炭統巴都組（C1b）為海相碎屑巖-碳酸鹽沉積，夾有火山質碎屑，以蘊藏銅、鉛、鋅等礦化為特征;中二疊統毛毛隆組（P2m）、中—上三疊統古浪堤組（T2-3g）為海相碎屑巖-碳酸鹽形成的復理石沉積，其內金、砷、汞、銻等元素克拉克值相對較高，是研究區重要的金、銅、砷、銻等的含礦地層;中侏羅統郎木寺組（J2lm）為火山巖及火山碎屑巖建造;新近系甘肅群（NG）為陸相碎屑巖沉積。侵入巖以印支期美武巖體、德烏魯巖體為主，位于研究區中東部和西北部，這2個巖體與礦化的關系極密切。

研究區構造發育，構造線呈北西向—南東向展布，地層總體延伸方向與構造線方向基本一致，發育走向大致平行的褶皺群。構造變形主體為北西向—南東向的逆沖推覆構造，伴生北北東向次級走滑斷裂。

2?巖石學特征

2.1?德烏魯巖體

1）花崗閃長巖：半自形結構，塊狀構造。巖石組成礦物包括斜長石（50 %）、鉀長石（10 %）、石英（20 %）、角閃石（10 %）、黑云母（10 %）等（見圖2-a），可見微量磷灰石。角閃石為自形長柱狀，晶體邊緣發生輕微綠泥石化。

2）石英閃長巖：半自形結構，塊狀構造。巖石組成礦物包括斜長石（60 %）、鉀長石（5 %）、石英（8 %）、角閃石（15 %）、黑云母（12 %）等（見圖2-b）。斜長石發育少量黏土化、絹云母化;鉀長石卡式雙晶發育。石英多為不規則的他形粒狀，粒度相對長石較細小。角閃石為自形長柱狀，橫斷面呈多邊形或六邊形，晶體邊緣發生輕微綠泥石化。

2.2?美武巖體

1）花崗閃長巖：中細粒花崗結構，塊狀構造。巖石組成礦物包括斜長石（60 %）、鉀長石（15 %）、石英（15 %）、角閃石（5 %）和黑云母（5 %）等（見圖2-c）。斜長石為相對自形的板條狀，晶體的棱邊多平直，發育不同程度的絹云母化、黏土化、簾石化。鉀長石為他形粒狀，為正長石、條紋長石，條紋長石見條紋結構，局部微高嶺土化，粒度多小于2.0 mm，充填空隙分布。石英多為不規則他形粒狀，彼此呈鋸齒狀嵌布，一般分布于其他礦物的間隙中，消光不均勻，粒度多小于2.0 mm。暗色礦物為角閃石和黑云母，雜亂分布，粒度多小于1.0 mm。

2）石英閃長巖：半自形柱狀結構，塊狀構造。巖石組成礦物包括斜長石（60 %）、鉀長石（10 %）、石英（15 %）、角閃石（5 %）、黑云母（10 %）等。斜長石粒度多小于5.0 mm，發育中等程度的鈉黝簾石化，晶面渾濁，聚片雙晶發育，環帶發育，應為中長石;鉀長石為正長石和條紋長石，局部微高嶺土化。石英多為不規則他形粒狀，一般分布于其他礦物的間隙中，粒度相對長石較細小，均小于1.0 mm，消光不均勻。角閃石為自形長柱狀，橫斷面呈多邊形或六邊形，粒度多小于3.0 mm，晶體邊緣具有輕微綠泥石化。黑云母呈鱗片狀，粒度多小于1.0 mm。

3?樣品測試方法

用于鋯石U-Pb測年的樣品為德烏魯花崗閃長巖（YP-3）和美武石英閃長巖（YP-6），新鮮樣品在河北省廊坊市區域地質礦產調查研究所實驗室分選出鋯石單礦物。將鋯石單礦物制成環氧樹脂靶，打磨和拋光至鋯石晶體核部出露。鋯石年齡在大陸動力學國家重點實驗室利用激光剝蝕電感耦合等離子體質譜（LA-ICP-MS）法測定。采用氦氣作為剝蝕物質的載氣，數據采集采用跳峰方式，單點停留時間分別設定為20 ms（Pb）和10 ms（U）。同位素外標樣為標準鋯石91500，計算采用標準玻璃NIST600作為外標樣，Si作為內標樣，分析方法及儀器參數見參考文獻[3]。數據處理采用Glitter（ver 4.0）軟件，各樣品的加權平均年齡計算及諧和圖的繪制采用Isoplot[4]軟件。

主量、微量和稀土元素的分析在國土資源部蘭州礦產資源監督檢測中心實驗室完成，主量元素采用ZSX PrimusⅡ型X射線熒光光譜儀進行分析，微量和稀土元素采用電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）進行分析。

4?樣品測試結果與分析

4.1?鋯石U-Pb年齡

德烏魯花崗閃長巖（YP-3）鋯石陰極發光（CL）圖像見圖3。鋯石大部分呈自形—半自形，長寬比大部分為3∶1，發育明顯的巖漿振蕩環帶和明暗相間條紋，表明其為巖漿結晶產物。鋯石U-Pb測年結果見表1、圖4。18個測點的 206Pb/238U年齡介于229～253 Ma，年齡加權平均值為241.6 Ma±5.3 Ma（MSWD=7.6）。

美武石英閃長巖（YP-6）鋯石陰極發光（CL）圖像見圖5。鋯石自形程度高，長寬比大部分為3∶1，發育明顯的巖漿振蕩環帶和明暗相間條紋，表明其為巖漿結晶產物。鋯石U-Pb測年結果見表2、圖6。18個測點的 206Pb/238U年齡介于227～247 Ma，年齡加權平均值為237.0 Ma±3.3 Ma（MSWD=4.3）。

4.2?地球化學特征

4.2.1?主量元素

德烏魯、美武巖體主量元素分析結果及特征值見表3。

德烏魯、美武巖體的w（SiO2）為58.60 %～66.46 %，平均值為64.03 %;w（Al2O3）為14.48 %～18.90 %，平均值為15.56 %;w（TiO2）為0.36 %～1.05 %，平均值為0.60 %;全堿（w（Na2O+K2O））為4.78 %～7.17 %，w（K2O）/w（Na2O）值為0.29～1.17;鋁指數（A/CNK）為1.17～1.69;A/NK值為2.07～3.42;在A/CNK-A/NK圖解（見圖7-a））中，樣品均落在過鋁質區域內，同時樣品均落在S型花崗巖區域內;在AR-w（SiO2）堿度率圖解（見圖7-b））中，樣品落在鈣堿性系列區域內。

4.2.2?稀土元素和微量元素

德烏魯、美武巖體稀土元素和微量元素分析結果及特征值見表4。

稀土元素（REE）質量分數為116.92×10-6～215.78×10-6，平均值為162.16×10-6;輕稀土元素（LREE）質量分數為109.94×10-6～204.18×10-6，平均值為150.87×10-6;重稀土元素（HREE）質量分數為6.98×10-6～13.10×10-6，平均值為11.29×10-6;w（LREE）/w（HREE）值為9.71～17.60，平均值為13.68;w（La）N/w（Yb）N值為12.36～34.28。德烏魯、美武巖體稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖顯示，曲線右傾，斜率較大，輕、重稀土元素分餾程度高，輕稀土元素富集，重稀土元素虧損;δEu為0.56～1.01，平均值為0.73，當δEu>1.00時，為Eu正異常，反之則為Eu負異常。除樣品YP-3為Eu正異常外，其余樣品均為Eu負異常。在微量元素原始地幔標準化蛛網圖（見圖8-b））上，富集大離子親石元素（LILE）Rb、Ba，虧損高場強元素（HFSE）Nb、P、Ti。

5?討?論

5.1?巖石類型

由上述巖石地球化學特征可知，德烏魯、美武巖體屬于過鋁質鈣堿性系列巖石，樣品的A/CNK>1.10，表明這2個巖體具有S型花崗巖特征[4，9]。花崗閃長巖與石英閃長巖的主量元素 SiO2、K2O+Na2O和Al2O3質量分數較高，FeO、Fe2O3和MgO質量分數較低，過渡元素Cr、Co、Ni質量分數較低，微量元素P、Ti、Nb等的虧損可能是巖漿演化過程中磷灰石與磁鐵礦發生了分異作用;U、Th、Rb質量分數較高，表明巖漿作用過程中可能有大陸地殼物質的參與[10-12]。從稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖可以看出，曲線整體右傾，輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，暗示巖漿源區可能有角閃石等礦物殘留。Eu負異常表明斜長石在巖漿分離結晶作用過程中大量析出[13]。

5.2?巖體形成時代

鋯石U-Pb測年結果顯示，德烏魯花崗閃長巖和美武石英閃長巖形成年齡分別241.6 Ma±5.3 Ma和237.0 Ma±3.3 Ma，與德烏魯石英閃長巖鋯石 U-Pb加權平均年齡238.6 Ma±1.5 Ma[14]、美武花崗閃長巖鋯石U-Pb加權平均年齡242 Ma±2 Ma[15]基本一致。冶力關石英閃長巖鋯石U-Pb加權平均年齡245 Ma±6 Ma與夏河東部石英閃長斑巖鋯石U-Pb加權平均年齡238 Ma±4 Ma[16]相近，表明西秦嶺造山帶在印支早期發生了大規模的巖漿活動。

5.3?構造環境

靳曉野等[14，17]研究認為德烏魯巖體具有火山弧型巖漿巖的特征，金維浚等[16]研究認為西秦嶺花崗巖具有活動陸緣環境的特征。本次研究的德烏魯巖體的3個樣品與美武巖體的5個樣品，在w（Y）-w（Nb）圖解（見圖9-a））中，樣品落在了同碰撞與火山弧區域內，在w（Y+Nb）-w（Rb）圖解（見圖9-b））中，樣品落在了火山弧區域內，表明德烏魯、美武巖體可能形成于火山弧構造環境下。

5.4?花崗巖的構造環境及其與成礦的關系

中生代早期，秦嶺造山帶經歷了重要的構造體制轉變，由以擠壓為主轉變為以伸展拉張為主的構造體制[18]。造山型礦床最有利的成礦時間應為造山過程中擠壓向伸展拉張轉換的階段，在構造體制轉換過程中會產生大量的花崗質巖漿與成礦流體[19-21]，德烏魯巖體與美武巖體可能形成于火山弧構造環境下的島弧陸緣弧花崗巖漿活動帶，以鈣堿性S型花崗巖為主，俯沖板塊的部分熔融，成礦類型以斑巖型—淺成低溫熱液型為主，形成了銅、金、鎢、鉛、鋅、砷、汞等礦床系列[22-24]。

西秦嶺印支期頻繁的巖漿活動，S型花崗巖從造山帶基底帶入大量成礦物質[25]，為該區域成礦作用提供了熱源和充足的物源。多期次構造運動對成礦物質起到二次富集的作用，并為含礦熱液的運移提供了通道，最終富集成礦。德烏魯巖體周邊北西向逆沖斷裂與北東向平移斷裂交匯處已發現老豆金礦床、吉利金礦床、崗岔金礦床、下坎木倉金礦床等多處淺成低溫熱液型金礦床和德烏魯、南辦等矽卡巖型銅（金）礦床;美武巖體周邊已發現美仁鐵礦床、峽黑建崗銅礦點等多處礦產。

6?結?論

1）德烏魯與美武巖體屬于S型花崗巖，具有過鋁質及鈣堿性巖石特征，Eu負異常表明在巖漿演化過程中結晶出了大量的斜長石。

2）鋯石U-Pb測年結果顯示，德烏魯巖體年齡為241.6 Ma±5.3 Ma，美武巖體年齡為237.0 Ma±3.3 Ma，二者均形成于中生代早期。

3）中生代早期，秦嶺造山帶經歷了由以擠壓為主轉變為以伸展拉張為主的構造體制的轉變，為礦床形成提供了大量的花崗質巖漿與成礦流體。

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