广西栗木泡水岭花岗岩锆石u-pb年代学研究

广西栗木泡水岭花岗岩锆石u-pb年代学研究

岭南成矿带是世界上最重要的呈论文性质的高校之一。岩浆活动频繁，并在加里东、印支和尖山形成的构造活动中形成了许多不同时代的花岗岩和大型锡矿。栗木岩体位于该带钨锡多金属成矿带的中段,是国内外著名的钨锡稀有金属矿集区。前人对该矿集区及相关的栗木花岗岩岩体进行了大量的研究,对矿床特征、控矿因素、找矿评价和花岗岩成因、演化等都做了深入研究。对栗木岩体的年代学研究始于20世纪80年代,通过不同的测试手段得出该矿床主要形成于燕山期的结论。众所周知,华南地区在强烈的燕山期构造岩浆活动中,形成了大量丰富的矿产,该区域的矿床与燕山期花岗岩有着紧密的成因联系,成矿作用以燕山期为主。但是,近年来南岭地区大批加里东或燕山期的花岗岩根据新的年代学研究被重新厘定为印支期,且多个地区印支期花岗岩的发现及印支期变质事件的记录表明,该地区在印支期经历了广泛而强烈的构造岩浆事件,目前该区域印支期成岩或成矿时代的厘定工作正逐渐受到人们的重视。栗木岩体作为南岭成矿带的重要矿集区,近年来的精确定年研究也在逐渐展开,多位学者报道了栗木第二和第三阶段花岗岩的成岩成矿年龄,并认为该岩体的形成年代应为印支期,而非燕山期。本文用LA-ICP-MS技术测得花岗岩中锆石的U-Pb同位素数据,厘定栗木泡水岭花岗岩的成岩年龄。1岩石学和矿物学特征栗木花岗岩是南岭成矿带上重要的花岗岩体之一,位于广西恭城县,主要以钨、锡、铌、钽矿而著称,岩体沿近SN向的断裂分布,以岩株状形态出露于老虎头—牛栏岭一带,是多阶段岩浆活动形成的复式岩体,地表出露面积约1.5km2。此外,栗木矿区发育沿断裂破碎带侵入的花岗斑岩脉和花岗伟晶岩脉。区内主要出露古生代地层,主要为寒武系浅变质砂岩、粉砂岩、页岩和泥质灰岩,泥盆系灰岩、砂页岩及砾岩,下石炭统灰岩、泥质灰岩及硅质页岩(图1)。基底构造层为SN向低变质寒武系形成的紧密褶皱,盖层主要为泥盆系和下石炭统,不整合覆盖在寒武系之上,形成SN向平行排列的平缓开阔褶皱。区内断裂构造主要为SN和EW向,次为NE向、NNE向和NW向。其中SN向的断裂主要以逆冲断层为主,它们控制了区内岩体和矿体的产出位置和形态特征。据前人研究可大致将栗木花岗岩的形成分为3个阶段:第一阶段以泡水岭岩体为代表,基本不含矿,发生强烈的高岭土化,局部地段已成为高岭土矿体;第二阶段以牛栏岭、香坛岭岩体为代表,少量出露,岩石呈灰白色,似斑状结构,块状构造;第三阶段以老虎头岩体、水溪庙、三个黄牛和金竹源隐伏岩体为代表,为钠长石化花岗岩,矿化以锡、钽、铌为主,伴生钨,主要以浸染状分布于岩体顶部。2锆石u-pb同位素本次工作采集栗木矿区泡水岭岩体样品,挑选其中的锆石进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年研究,采样坐标为N25°10′13.0″、E110°52′28.0″。该岩体花岗岩高岭土化强烈,经过多次仔细分选,获得岩石样品(图1)。首先将重约1kg岩石样品进行破碎,过筛80~100目,然后将岩石粉末经人工淘洗、重液分离和电磁分选,再经手选,挑选出锆石,然后用环氧树脂将选出的锆石颗粒固定于样品靶上打磨抛光。采用光学显微镜和扫描电子显微镜阴极发光(CL)对锆石样品靶进行观察,选择晶形较好、没有裂纹、包裹体不发育的锆石晶体进行测定(图2)。锆石U-Pb同位素分析在中国科学院广州地球化学研究所ICP-MS实验室完成。采用美国Resonetics公司生产的RESOlutionM-50激光剥蚀系统和Agilent7500a型的ICP-MS联机,并带有一个独特的可以减少样品分馏的双室(two-volumecell)样品室和一个平滑激光剥蚀脉冲的Squid系统。测试时使用氩和氦作为载气,激光能量为80mJ,剥蚀斑束直径使用31μm,频率使用8Hz。共测试了25粒锆石。测定一组样品时间为60s,其中前20s关闭激光,后40s打开激光。由于磷灰石含有较多普通铅,如果在分析点上La或P的含量较高,表明激光熔样点含有磷灰石包裹体,这些分析数据点要被排除。LA-ICP-MS法测试速度快,得到的数据点较多,主群组年龄多沿直线分布,其年龄代表了岩体的年龄。为了获得更精确的年龄,在计算岩体年龄时,只计算主群组的锆石年龄,一般来说来主群组锆石年龄的MSWD多小于2.0。年龄计算及谐和图的绘制用Isoplot软件完成。3结果与讨论3.1年龄及岩浆活动测得栗木泡水岭岩体25颗锆石的U-Pb同位素分析结果见表1,25个分析点的Th/U值在0.10~0.83之间,平均值为0.46,显示出岩浆锆石的特征。其中分析点10、23的年龄分别为356Ma±9Ma和564Ma±20Ma,可能为岩体形成过程中捕获的早期岩浆锆石,在计算泡水岭岩体年龄时不参加计算。其余23个点年龄在206Ma±4Ma~249Ma±4Ma之间。采用Isoplot程序对其余23个分析点进行计算,得到的年龄加权平均值为225Ma±6Ma,MSWD=3.9。经Isoplot程序得到23个年龄的206Pb/238U年龄谐和图(图3)显示,该样品有3组年龄,第1组共9个点分别为1、7、11、15、16、18、20、21、25,年龄在232Ma±6Ma~249Ma±4Ma之间,年龄加权平均值为239Ma±4Ma,MSWD=1.2;第2组9个点分别为点2~4、8、12、14、17、19、22,年龄在218Ma±5Ma~227Ma±5Ma之间,年龄加权平均值为222Ma±5Ma,MSWD=1.8;第3组5个点分别为点5、6、9、13、24,年龄在206Ma±4Ma~213Ma±5Ma之间,年龄加权平均值为210Ma±4Ma,MSWD=1.6。因此,栗木泡水岭岩体可能存在着3期岩浆活动,结合该地区现有的研究成果,第3组210Ma±4Ma的锆石年龄可能代表了栗木泡水岭岩体的结晶时间,推断第1组U-Pb年龄的锆石可能是晚期岩浆上升过程中捕获的早期岩体锆石,但目前在地表还未发现第1组U-Pb年龄的岩浆石,该期岩浆活动有待进一步证实。总之,栗木泡水岭花岗岩体形成时代为印支期,而不是过去认为的燕山期。3.2成岩年龄及岩浆活动在20世纪80~90年代初期,很多学者对栗木花岗岩体成岩年代学做了大量的研究,并依据岩体的地质关系、同位素地质年龄数据、岩石地球化学特征将岩体分为3个阶段。但由于当时测试方法的局限性,3个不同阶段岩体的测试结果极不统一,因此对栗木矿床的矿化年龄和栗木花岗岩体的形成时代一直存在很大的争议。前人研究显示,第一阶段岩体的年龄范围在184~201Ma之间,第二阶段岩体的年龄范围在173~204Ma之间,第三阶段在159~195Ma之间,显然这些年龄变化范围太大,有的甚至重叠,形成时代从印支末期—燕山期,主要集中在燕山期(表2)。近年来,随着分析测试技术的提高,尤其是年代学测试技术的不断成熟,栗木花岗岩的年代学研究重新被人们重视。杨锋等首先对栗木岩体第三阶段老虎头锡矿床云英岩化花岗岩的白云母进行40Ar-39Ar同位素定年,其测试结果为214Ma±4Ma,显示栗木锡铌钽矿床的成矿年代为晚三叠世;随后康志强等对栗木岩体第三阶段金竹源和三个黄牛的花岗岩进行了SHRIMP锆石U-Pb定年,其年龄结果为214Ma±5Ma和218Ma±2Ma,表明栗木第三阶段花岗岩体的成岩成矿年龄下限应为印支末期,而不是过去认为的燕山期;张怀峰等对栗木岩体第二阶段牛栏岭细粒铁锂云母花岗岩和似斑状铁锂云母花岗岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,结果表明栗木第二阶段花岗岩的成岩年龄为223Ma±1Ma,进一步说明栗木花岗岩体形成于印支期。本文对栗木岩体第一阶段泡水岭花岗岩进行的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明,栗木泡水岭花岗岩结晶年龄为210Ma±4Ma,与该地区出露的其他岩体在误差范围内一致。从目前栗木岩体最新的年代学研究成果来看,岩体形成的年龄主要集中在206Ma±4Ma~223Ma±1Ma之间,前人将栗木岩体的形成划分为3个阶段,可能主要是从各个岩体在岩相上表现出的差异性考虑的。不难看出栗木主岩体的形成时代应该在晚印支期。栗木泡水岭岩体第1组锆石年龄为239Ma±4Ma,暗示了该地区可能存在着早期的岩浆活动。事实上,在华南很多岩体均发现了印支早期岩浆活动的证据,如赣南—粤北贵东杂岩体鲁溪岩体(239Ma±5Ma)、下庄岩体(236Ma±8Ma)、赣南大吉山五里亭岩体(238Ma±1Ma)、赣南白面石花岗岩体(249Ma±1Ma)、桂东南台马岩体(236Ma±4Ma)、湖南沩山二长花岗岩(244Ma±4Ma)、湖南关帝庙岩体(239Ma±3Ma)、白马山岩体(243Ma±3Ma)等[26,27,28,29,30,31,32]。伍静等报道了桂东北苗儿山—越城岭南西部岩体的年龄在213.3Ma±0.8Ma~228.Ma±4Ma之间,其中的云头界赋矿岩体锆石同样显示了多期岩浆活动的特征:第1组锆石年龄为216Ma±4Ma,第2组锆石U-Pb年龄为243Ma±5Ma。因此,栗木岩体在印支期很可能存在3期岩浆活动。由于本文研究的泡水岭花岗岩体高岭土化强烈,没有发现矿化现象,无法测得相应的地球化学数据,因而无法证实岩体与成矿之间的关系,但该岩体成岩年龄的确定,进一步佐证了栗木岩体形成于印支期的事实。栗木岩体在印支期可能发生了3期岩浆事件,除了约210Ma和222Ma的岩浆活动外,还可能发育239Ma左右的岩浆活动。本次栗木泡水岭岩体年代的厘定进一步加深了对栗木岩体成岩年代学的认识,为深入研究本地区印支期成岩成矿提供了一定的理论依据。4泡水岭主火山岩体的形成时代本文对栗木泡水岭花岗岩体进行了LA-ICP-MS锆石U