冀東太平村鉬礦輝綠巖鋯石U-Pb年代學(xué)研究及其地質(zhì)意義

孫金龍

(河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第八地質(zhì)大隊(duì) 秦皇島 066001)

太平村鉬礦區(qū)出露地層主要為新太古界遷西群馬蘭峪組二段變質(zhì)巖系,為一套高角閃巖相的變質(zhì)巖。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育,主要為北北東、北東東及北西向三組,北東向較老,北西向相對(duì)較新。礦區(qū)地處冀東中部侵入巖帶的西部,巖漿活動(dòng)十分強(qiáng)烈,巖性從超基性巖—中酸性巖均有見及,以燕山早期中酸性—酸性巖漿侵入活動(dòng)為主。礦區(qū)鉬礦化受花崗巖類侵入體—隱爆角礫巖及斷裂構(gòu)造共同控制。鉬礦體主要賦存于巖漿巖外接觸帶的變質(zhì)巖中,其次產(chǎn)于隱爆角礫巖、隱伏花崗巖及蝕變輝綠巖中。但在不同侵入體中輝鉬礦分布具有不同特征,在隱伏花崗巖中輝鉬礦以星散狀、稀疏浸染狀分布。而在蝕變輝綠巖中則沿其后期裂隙以輝鉬礦石英脈或輝鉬礦細(xì)脈分布。本次工作針對(duì)蝕變輝綠巖進(jìn)行巖相學(xué)、鋯石U-Pb定年研究,探討其形成時(shí)代、成因和與鉬礦化關(guān)系,為礦床的系統(tǒng)理論研究及進(jìn)一步找礦提供依據(jù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

1.1 地層

礦床位于馬蘭峪復(fù)背斜西段中北部即密云—喜峰口東西向大斷裂南部,前分水嶺巖體西側(cè)。區(qū)內(nèi)出露地層較為簡(jiǎn)單(圖1),主要為新太古界遷西群馬蘭峪組二段變質(zhì)巖系和新生界第四系。巖性主要有角閃斜長(zhǎng)片麻巖、石榴輝石角閃斜長(zhǎng)片麻巖、斜長(zhǎng)片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖及含磁鐵片麻巖、混合巖化片麻巖。總體構(gòu)成一套高角閃巖相的變質(zhì)巖,其原巖為一套基性—中酸性火山巖—凝灰質(zhì)半粘土巖夾含鐵硅質(zhì)巖的沉積建造。總體產(chǎn)狀走向0°～30°,傾向北西,傾角一般40°～60°。在太平村以北角閃斜長(zhǎng)片麻巖由于受混合巖化作用改造,局部地段已變?yōu)榛旌蠋r化斜長(zhǎng)片麻巖,呈透鏡狀產(chǎn)出,兩者呈過(guò)渡關(guān)系。斜長(zhǎng)片麻巖與角閃斜長(zhǎng)片麻巖兩者界線不清,呈過(guò)渡關(guān)系。

圖1 太平村鉬礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

1.2 構(gòu)造

(1)斷裂構(gòu)造

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育,為北北東、北東東及北西向三組。北東向構(gòu)造較老,北西向構(gòu)造較新。北東向構(gòu)造主要控制了巖漿巖分布,為本區(qū)主要控巖控礦構(gòu)造;北西向構(gòu)造則主要控制了后期巖脈的分布。成礦后斷裂與巖脈以及早期斷裂(F1)的后期活動(dòng)均對(duì)礦體產(chǎn)生了一定的破壞作用,但影響不大。

(2)節(jié)理裂隙

由于受區(qū)內(nèi)多期次構(gòu)造活動(dòng)及巖漿侵入的影響,巖石多次發(fā)生應(yīng)力破裂,形成了多期次的節(jié)理裂隙相互疊加的復(fù)雜裂隙系統(tǒng),為熱液流體的運(yùn)移和成礦元素的沉淀提供了極有利的通道和儲(chǔ)礦空間,控制了本區(qū)的蝕變和金屬礦化。

1.3 巖漿巖

礦區(qū)巖漿活動(dòng)十分強(qiáng)烈,主要以巖株、巖脈形式產(chǎn)出,巖性從超基性巖-中酸性巖均有見及,巖漿侵入活動(dòng)呈多期發(fā)生,以燕山早期中酸性-酸性巖漿侵入活動(dòng)為主,時(shí)代集中于侏羅世晚期(157.4～163.2 Ma),主要巖性為二長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、花崗斑巖等。以前分水嶺巖體出露面積最大(10 km2),在前分水嶺巖體周圍分布規(guī)模不等、形態(tài)各異的11個(gè)小巖株。除地表出露之外,還在鉆孔ZK0-1、ZK0-3(-510 m以下標(biāo)高)發(fā)現(xiàn)隱伏輝鉬礦化中細(xì)粒似斑狀二長(zhǎng)花崗巖體,在鉆孔ZK5(-50 m以下標(biāo)高)見隱伏輝鉬礦化石英正長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖體。以上中酸性侵入體主要集中分布于礦區(qū)中北部,圍繞其周圍分布眾多隱爆角礫巖。根據(jù)各巖體的空間分布、巖石學(xué)特征、賦礦關(guān)系、巖石化學(xué)特征、含礦性分析并結(jié)合與成礦時(shí)代的時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)關(guān)系綜合分析推斷ZK0-1隱伏輝鉬礦化中細(xì)粒似斑狀二長(zhǎng)花崗巖體及ZK5隱伏石英正長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖與本區(qū)鉬礦化關(guān)系最為密切,為本區(qū)鉬礦化的成礦母巖,但二者之間關(guān)系還有待進(jìn)一步加強(qiáng)研究。多期強(qiáng)烈的巖漿侵入活動(dòng),不僅為鉬等多金屬礦的形成提供了豐富的礦質(zhì)來(lái)源,而且為成礦熱液的運(yùn)移提供了強(qiáng)大持久動(dòng)力來(lái)源,創(chuàng)造了良好的成礦地質(zhì)條件。

礦區(qū)巖脈較為發(fā)育,主要有蝕變輝綠巖、微粒花崗巖、閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)玢巖、煌斑巖、偉晶巖以及石英脈等。脈巖受北東向及北西向構(gòu)造共同控制,一般長(zhǎng)由幾米至幾百米,寬由幾十厘米到數(shù)十米,通過(guò)脈巖的穿切關(guān)系和蝕變礦化情況判斷,北北東向一組相對(duì)較老為成礦前形成,以蝕變輝綠巖為代表,地表出露于小茨山、雙官鋪一帶,脈寬15～45 m。鉆孔ZK48-1(標(biāo)高245～200 m、-44～-67 m)、ZK6(標(biāo)高218～68 m)、ZK24-1(標(biāo)高-365 m以下)、ZK28-1(標(biāo)高90～-224 m)、ZK20-1(標(biāo)高-172～-278 m)、ZK12-1(標(biāo)高-184～-276 m)、ZK32-2(標(biāo)高-460 m以下)深部控制蝕變輝綠巖脈,厚23～315 m。巖脈總體方向?yàn)?0°～30°,傾向北西,傾角60°～70°。

2 輝綠巖巖石學(xué)特征

巖石致密堅(jiān)硬,中部顆粒粗,邊部顆粒細(xì),呈墨綠色,變余輝綠結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。以斜長(zhǎng)石(55%)、輝石(35%～40%)為主、角閃石次之,少量石英、黑云母等組成,副礦物磷灰石。斜長(zhǎng)石高嶺土化、絹云母化、黝簾石化明顯;暗色礦物均已變?yōu)榇伍W石、綠泥石等,整體蝕變較強(qiáng)。石英呈它形粒狀、填隙狀分布于斜長(zhǎng)石粒間。局部見大量鱗片狀聚集產(chǎn)出的黑云母,為后期熱液作用形成;金屬礦物為磁鐵礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、輝鉬礦、黃銅礦、方鉛礦等。黃鐵礦、磁黃鐵礦較為發(fā)育,呈浸染狀、團(tuán)塊狀分布。巖石局部后期裂隙發(fā)育,充填黃鐵礦(輝鉬礦)石英脈、輝鉬礦細(xì)脈、黃鐵礦(磁黃鐵礦)細(xì)脈等,裂隙發(fā)育處硅化、綠簾石化、綠泥石化、碳酸鹽化等蝕變明顯(圖2、圖3)。

圖2 輝綠巖中自形黃鐵礦

圖3 輝綠巖鏡下特征(+)

3 LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年

蝕變輝綠巖屬基性巖,鋯石含量少,顆粒較小,且原生鋯石含量低。本次工作從10 kg樣品中僅選出63顆鋯石,其中約20%呈長(zhǎng)棱柱狀并發(fā)育明顯振蕩環(huán)帶;80%呈磨圓狀,缺少振蕩環(huán)帶。透射光下,鋯石分兩種:一種呈棕黃色,表面凹凸不平;另一種呈透明狀,表面干凈。陰極光下,可以看出部分鋯石呈棱柱狀,有斜交振蕩環(huán)帶;而另外一部分鋯石呈渾圓狀,看不清振蕩環(huán)帶且有后期增生邊(圖4)。

圖4 太平村鉬礦區(qū)蝕變輝綠巖鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像

野外在鉆孔中采集新鮮輝綠巖樣品,對(duì)挑選出的30顆鋯石進(jìn)行30次測(cè)試,最終獲取18個(gè)有效數(shù)據(jù),年齡范圍為186～1711 Ma,數(shù)據(jù)分散,無(wú)法獲得諧和年齡。但從鋯石的 CL圖像和 U-Pb同位素測(cè)試結(jié)果(表1)可劃分五個(gè)年齡區(qū)段:①180～250 Ma;②320～400 Ma;③405～800 Ma;④905～1400 Ma;⑤1650～1800 Ma。大體上與燕山早期、華力西早期、加里東期和晉寧期四大造山運(yùn)動(dòng)時(shí)代相對(duì)應(yīng)。其中,第①-③區(qū)段鋯石成份點(diǎn)偏離諧和曲線,應(yīng)為捕獲的早期巖漿鋯石,經(jīng)歷后期構(gòu)造—巖漿熱事件改造作用,發(fā)生鉛丟失造成;第⑤區(qū)段鋯石,成份點(diǎn)基本在諧和曲線上,具有早期巖漿作用的鋯石屬性或結(jié)晶基底的變質(zhì)鋯石屬性。這幾個(gè)區(qū)段鋯石的存在反映輝綠巖巖漿上升過(guò)程受到了陸殼的混染或后期構(gòu)造—巖漿熱事件改造;而第④區(qū)段鋯石多呈自形—半自形短柱狀,發(fā)育巖漿震蕩生長(zhǎng)環(huán)帶,具原生巖漿成因鋯石屬性,因而207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡(1363±81 Ma)可以代表輝綠巖的結(jié)晶年齡(圖5),屬中元古晚期。

表1 太平村鉬礦輝綠巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測(cè)定結(jié)果表

圖5 蝕變輝綠巖加權(quán)平均年齡及諧和圖

4 討論

對(duì)比可知,礦區(qū)蝕變輝綠巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡與以往華北陸塊北部燕山地區(qū)中元古代輝綠巖研究成果一致。李懷坤等(2009)對(duì)承德縣、寬城縣侵入下馬嶺組的一套輝綠巖進(jìn)行鋯石SHRIMP U-Pb測(cè)年獲得年齡為1320±6 Ma;陸松年等(2010)將其侵位年齡置于1320～1350 Ma,與本次測(cè)試結(jié)果基本一致,同屬于燕山地區(qū)中元古基性巖墻侵入事件的產(chǎn)物,形成于華北陸塊北部中元古代晚期的板內(nèi)伸展構(gòu)造背景。根據(jù)前人研究成果總結(jié)燕山地區(qū)中元古代輝綠巖屬大陸拉斑玄武巖系列,巖漿起源相對(duì)比較深,源自大陸板內(nèi)過(guò)渡性地幔區(qū),為中元古代晚期華北陸塊北部板內(nèi)裂解事件的產(chǎn)物,可能是中元古代Columbia超大陸裂解過(guò)程在華北陸塊上的響應(yīng)。

2016年曾針對(duì)太平村鉬礦床進(jìn)行過(guò)輝鉬礦Re-Os同位素測(cè)年工作,獲得鉬礦成礦時(shí)代為(164.11±0.92) Ma,屬中侏羅世晚期 (孫金龍等,2016)。而本次工作獲得的蝕變輝綠巖鋯石U-Pb年齡為1363±81 Ma,屬中元古晚期。二者時(shí)代相差較遠(yuǎn),輝綠巖的侵位早于輝鉬礦的形成。結(jié)合地質(zhì)特征可知輝鉬礦多以輝鉬礦石英脈或輝鉬礦細(xì)脈沿蝕變輝綠巖后期裂隙充填分布,進(jìn)一步證明蝕變輝綠巖形成于成礦前。

該蝕變輝綠巖雖與鉬礦無(wú)直接成因聯(lián)系,但對(duì)鉬礦體的分布起到明顯控制作用。通過(guò)勘查發(fā)現(xiàn)在蝕變輝綠巖的兩側(cè)輝鉬礦化強(qiáng)度存在較大差別,在其上盤附近輝鉬礦體較為富集呈厚大板狀、透鏡狀、復(fù)雜枝杈狀分布,而在其下盤輝鉬礦化驟然減弱,僅在局部見有細(xì)脈狀礦體稀疏分布。該輝綠巖早期沿先存斷裂構(gòu)造上侵,在上升侵位過(guò)程中導(dǎo)致圍巖破碎,其上盤作為主動(dòng)盤造成的圍巖裂隙較下盤發(fā)育。此后,在其上盤燕山期花崗巖體大量侵入,并形成眾多隱爆角礫巖,造成圍巖發(fā)生多次破裂并相互疊加形成復(fù)雜裂隙系統(tǒng)。隨著大氣水或變質(zhì)水的加入,形成了一個(gè)地球化學(xué)障,導(dǎo)致礦化作用在此區(qū)域加強(qiáng)。同時(shí),輝綠巖受后期構(gòu)造破壞形成裂隙,后期成礦流體充填形成輝鉬礦石英脈或輝鉬礦細(xì)脈,以及裂隙兩側(cè)的硅化、綠簾石化等蝕變。當(dāng)中侏羅世晚期大量成礦流體沿中心通道向外運(yùn)移致厚大蝕變輝綠巖處,由于受其自身物理性質(zhì)影響雖受后期構(gòu)造作用但裂隙并不發(fā)育。導(dǎo)致其作為天然物理屏障,阻礙了成礦流體的進(jìn)一步運(yùn)移,大量成礦物質(zhì)在輝綠巖上盤裂隙發(fā)育的地球化學(xué)障地段沉淀形成厚大礦體,而少量成礦流體沿厚大輝綠巖裂隙繼續(xù)運(yùn)移形成輝綠巖中及其下盤的少量礦體。

綜上,輝綠巖侵位早于成礦作用,與輝鉬礦無(wú)明顯成因關(guān)系。僅是作為地球化學(xué)障和物理屏障,導(dǎo)致流體運(yùn)移受阻,造成輝綠巖兩側(cè)礦化的強(qiáng)度不同。