内蒙古水口山矿区花岗闪长岩锆石shrimpu-pb定年及其地质意义

内蒙古水口山矿区花岗闪长岩锆石shrimpu-pb定年及其地质意义

水口山矿区是中国著名的老矿区之一，位于湖南省常宁市。经过100多年的开采历史，铅、锌、金年产量占湖南省总面积的1.4%。它是中国重要的锡商和贵族机械生产基地。多年来，它为国家的有色金属工业做出了巨大贡献。矿山内的地质工作程度较高,前人对水口山矿田的成矿条件、矿床地质、成矿机理、构造成矿动力学等有许多研究(李仕能等,1988;刘伟,1994;刘顺生等,1996;张庆华.1999),并对矿区内的花岗闪长岩、花岗闪长斑岩和花岗斑岩岩体进行了地球化学及同位素年代学研究(120～172Ma,喻亨祥等,1997a;1997b;张庆华,1999;王岳军等、2001a;2001b),获得了一些重要的成岩成矿时代信息,其屮老盟山及新盟山英安玢岩的黑云母K-Ar法年龄为127～129Ma,老鸦巢、鸭公塘、中区及麂牯岭的花岗闪长岩和花岗斑岩等的黑云母K-Ar法年龄为143～161Ma,老盟山岩体全岩K-Ar法同位素年龄为128Ma,水口山矿区花岗闪长岩的单颗粒锆石Pb(稀释法)年龄为172.3±1.6Ma。从这些数据可以看出:不同的研究者所获得的年龄并不一致,同一岩性的岩体不同的测年方法所给出的年龄不同,导致无法对成岩-成矿年龄的准确限定。本文在前人研究的基础上,对矿区内与成矿作用有关的花岗闪长岩中的锆石做了SHRIMPU-Pb年龄的精确测定,为准确厘定水口山矿田的成岩成矿时代提供了同位素年代学依据。1矿床地质和岩体的地质地球化学特征1.1陆相控矿矿物特征湖南水口山是一个大型铅锌金银(铜)多金属矿田,包括老鸦巢、鸭公塘、中区、康家湾、龙王山等矿床(图1)。矿区位于耒阳-临武南北向褶皱带北端,定位在南北向倒转复式背斜与东西向断裂相交地段。区内出露地层主要为晚泥盆世至早三叠世浅海相碳酸盐岩建造夹海陆交互相含煤砂页岩建造、早侏罗世至晚白垩世陆相碎屑岩类磨拉石建造。构造系主要有东西向、南北向和北西向三组。其中南北向构造最为发育,为一系列紧闭褶皱或倒转褶皱和倾角较缓的逆冲断裂,是矿田内的主要控岩控矿构造。矿体产于推覆断裂带上盘的老鸦巢倒转背斜与4号花岗闪长岩北缘超覆接触破碎带中。矿化带长1000米,延深大于500米。矿带东西两侧及延深严格受断裂“V”形产状控制。由东往西分布矿体16个,其中铅锌矿体11个,黄铁铅锌矿体3个,黄铁矿体2个。矿体形态复杂,有筒柱状、扁豆状、囊状、不规则状等。矿体产状受火成岩产状所制约。该矿床铅锌总储量达50万吨以上。矿石分带清楚,自岩体向外,依次是黄铁矿矿石、铅锌黄铁矿矿石、铅锌矿石。其成矿作用与岩浆期后热液的渗流作用有关。在成矿作用早期阶段,表现为矽卡岩化;晚期则是矽卡岩的退化蚀变及铅锌矿石堆积。矿石及蚀变岩石的矿物种类繁多,彼此间的关系亦比较复杂,并具有很明显的交代作用特征。矿石矿物除方铅矿、闪锌矿外,还存在若干金和银的矿物(庄锦良等,1993)。1.2金属矿物等水口山矿区岩浆活动强烈,已发现大小岩体约72个,总面积约5km2,主要分布在老鸦巢、鸭公塘、中区、老盟山及新盟山等地。岩浆活动明显受构造控制。岩石类型主要有花岗闪长岩、花岗闪长斑岩、花岗斑岩、英安玢岩、流纹岩、隐爆角砾岩、凝灰岩、角砾凝灰岩、火山泥石流等。本文主要研究的是水口山矿区的花岗闪长岩体(4号岩体—γδ4),该岩体侵位于鸭公塘倒转背斜中,岩石具细粒结构、块状构造,主要由钾长石、斜长石、石英和黑云母等组成,含少量磷灰石、锆石、方解石、绿泥石、绿帘石和金属矿物等,岩石蚀变较强,有绢云母化、绿泥石化、绿帘石化和碳酸盐化。汪洋(2003)、王岳军等(2001a)、Wangetal,(2003)对水口山花岗闪长岩的主量元素及微量元素做了研究,结合我们对水口山花岗闪长岩进行的稀土与微量元素分析(表1),总结该岩体的地球化学特征如下:(1)SiO2=60.00×10-2～63.15×10-2,K2O=3.36×10-2～4.13×10-2,K2O+Na2O=6.03×10-2～6.37×10-2,K2O/Na2O=1.22～1.84,表明岩体具富钾特征,在Peccerilloetal(1976)的K2O-SiO2图解中落在钾玄岩-高钾玄武岩区间。(2)∑REE=158.82×10-6～186.64×10-6,LREE/HREE=11.75～14.34,(La/Yb)N=13.25～22.77,表明轻重稀土元素间存在较明显的分馏,Eu亏损弱,δEu=0.79～0.89。在稀土元素分布型式图(图2A)上也反映出轻重稀土明显的分馏特征。图2A还显示了轻稀土分馏程度高于重稀土,即轻稀土部分曲线呈右倾斜,而重稀土部分(特别是HoLu)曲线形态基本水平。(3)在微量元素原始地幔标准化蛛网图上(图2B),元素的分布曲线形态与李献华等(1999)所研究的桂东南钾玄质侵入岩的特征极为相似。所有不相容元素均有不同程度的富集,在总体不相容元素富集的情况下,Sr、Ba出现明显的相对亏损,说明岩体定位前可能经历了斜长石的结晶分异作用,反映较稳定的非造山环境。但Ti,P的亏损则不明显,亦即不存在明显的磷灰石及钛铁氧化物结晶分异作用。2样本采集和年度方法2.1锆石岩相特征锆石定年样品采自矿区4号岩体一花岗闪长岩中。岩石大样经室内加工处理,从中分选出晶形完好、符合SHRIMP锆石微区原位定年要求的锆石单矿物样品。在SHRIMP同位素分析之前,对待测锆石进行了阴极发光(图3)、透射光和反射光显微照相分析。由图3可见,所分析的花岗闪长岩中的锆石为透明的自形晶体,具明显的环带结构、无包体,是典型的岩浆结晶锆石特征。因此,所测得的锆石结晶年龄可代表成岩年龄。2.2锆石u-pb同位素年龄花岗闪长岩中的锆石SHRIMPU-Pb年龄分析在北京离子探针中心的SHRIMPⅡ上完成,详细分析流程和原理参考Williams等(1987)、Coinpston等(1992)及宋彪等(2002)、简平等(2003)的文章。应用标准锆石TEM(年龄为417Ma)进行元素间的分馏校正。应用另一标准锆石SL13(年龄为572Ma、U含量为238ppm)标定所测锆石的U、Th、Pb含量。普通铅根据实测204Pb校正。水口山花岗闪长岩样品中的锆石U-Pb同位素年龄分析结果见表2.表中列出了本次分析的20个点的全部数据,其中1.1、7.1、8.1、19.1和20.1五个点因离群而未参与年龄的计算,其余15个分析点的206Pb/238U和207Pb/235U比值在测定误差范围内一致。图4A显示了这15个点的谐和年龄为163±2Ma。相关的参数,如MSWD(=1.2)值、拟合概率(Probability=0.18)表明,由这些点拟合的和谐年龄是精确而可靠的。由于年轻锆石一般无铅丢失,同位素比值的和谐度高,因而用206Pb/238U比值年龄进行加权平均(图4B),所得的平均年龄与和谐年龄是一致的,为163±4Ma(95%置信度)。这更进一步说明了本次测定结果的可靠性。3讨论和结论3.1水口山花岗闪长岩岩体的侵入年龄据目前已有的同位素资料显示,水口山矿区花岗闪长岩体的同位素年龄变化范围较大,老鸦巢、鸭公塘、中区及麂牯岭的花岗闪长岩等的黑云母K-Ar法年龄为143～161Ma(引自喻亨祥等,1997a、1997b);王岳军等(2001b)测定的水口山矿区花岗闪长岩的单颗粒锆石U-Pb(稀释法)年龄为172.3±1.6Ma。从这些年龄数据来看,不同研究者使用的测年方法有所不同,其中K-Ar法测年,由于众所周知的原因,在对地质体进行精确定年时,其年龄已不为地质学家们所采信。单颗粒锆石U-Pb(稀释法)年龄也逐渐被更高精度的SHRIMPU-Pb年龄所取代。笔者本次所测的水口山矿区的花岗闪长岩中锆石20个测点中15个测点的分析结果十分集中,且具有很高的谐和度,由此拟合的谐和年龄精度也很高(163±2Ma),这与各点的206Pb/238U值加权平均年龄163±4Ma在误差范围内完全一致。因此可以认为,该年龄可以代表水口山矿田花岗闪长岩岩体的侵入年龄。大量的数据表明,160Ma左右是湘南燕山早期大规模岩浆活动一个高峰期,其形成了大量中酸性一酸性岩体,如骑田岭复式岩体中菜岭单元锆石U-Pb年龄为161±2Ma,Rb-Sr等时线年龄为159±1Ma(朱金初等,2003),锆石SHRIMPU-Pb年龄为160±2Ma(付建明等,2004),156.7±1.7(李金冬等,2005);芙蓉超单元SHRIMP年龄为156Ma(李华芹等,2006);千里山岩体主侵入期Ar-Ar年龄为162.5Ma(刘义茂等,1997)等。水口山岩体也是这一岩浆活动高峰期的产物。前人大量研究成果业已表明,华南地区的金属成矿作用、包括与各种花岗岩类有关的成矿作用,主要发生在中生代,尤其是燕山期,是中国东部大规模成矿作用或“成矿大爆发”的重要时期(毛景文等,1999;华仁民和毛景文,1999),促成了该地区丰富多彩的大规模金属成矿作用(华仁民等,2003)。水口山花岗闪长岩体与处于同一湘东南构造岩浆带的宝山、铜山岭等矿区的花岗闪长岩一起同属高钾花岗闪长质小岩体,它们具有相同或相似的岩石学和地球化学特征,这些小岩体密集分布区段也常常是大型矿床产出地带,时空上也与矿床密切共生(王岳军等,2001a)。笔者等所做的宝山矿区的年代学研究表明(路远发等,2006),宝山矿床成岩与成矿是同时的。由于湘东南地区这些中酸性小岩体特征及成矿的相似性,笔者也认为水口山矿区成岩与成矿作用是同时发生的,即水口山矿床的成矿作用发生在160Ma左右。3.2“双轨制”的主张者自上个世纪90年代以来,众多学者对华南的中生代大规模成岩成矿作用构造背景进行了研究和讨论,归纳起来有两种主要的观点:一是认为华南中生代大规模成岩成矿作用是在挤压-岩石圈增厚的构造背景下发生的(邓晋福等,1999;马铁球等,2005);二是认为华南中生代大规模成岩成矿作用是在岩石圈拆沉或伸展-减薄的构造背景下发生的(GilderSA,1996;毛景文等,2000;郭新生等,2001;陈培荣等,2002;陈志刚等,2003;华仁民等,2003;付建明等,2004;朱金初等,2005),这种观点占主导地位。另外还有学者将华南中生代构造环境认定为地幔柱(毛景文等,1998;贾大成等,2004)或是与板块俯冲作用相关的岩浆弧环境(汪洋,2003)水口山花岗闪长岩具有钾玄岩特征,其微量元素特征反映了岩石形成于板内环境,地幔物质参与了成岩-成矿作用。因此,笔者支持湘南在中晚侏罗世时地壳处于拉张-减薄构造环境的认识。华南地区燕山早期属于大陆边缘裂谷环境,且为被动陆缘,在这种构造背景下,由于地壳拉张减薄、软流圈上涌,玄