西藏冈底斯斑岩铜矿辉钼矿re-os同位素定年及其地质意义

西藏冈底斯斑岩铜矿辉钼矿re-os同位素定年及其地质意义

斑岩铜带至少有两个生产环境。第一个是太平洋斑岩铜带的环境。例如，位于安第斯岛边缘的斑岩铜带主要发育于晚中新世安第斯构造运动的最后阶段，它受到平行弧结构的滑动误差和北西岸基构造的控制。后者代表着喜马拉雅山脉-西藏造山带的玉龙斑岩铜带，它形成于印度-欧亚大陆大陆之间的大断裂（50.55ma）之后，它受到高原东岸北西向的大规模滑动扰动系统控制。最近的研究表明,沿西藏高原腹地冈底斯火山-岩浆弧,发育一条长约350km的斑岩铜矿成矿带.在该带现已发现2个大型铜(金)矿(甲马,洞嘎)、5个中小型矿床(驱龙、拉抗俄、厅宫、冲江、南木)及一系列矿点和矿化点.一条与玉龙斑岩铜矿带呈斜交之势的冈底斯斑岩铜矿带或铜矿化带已初见端倪,并显示出巨大的成矿潜力.为了深入理解冈底斯斑岩铜矿的地球动力学背景与成矿环境、精确厘定成矿事件的发生时间与作用时限,我们测定了采自该带三个典型斑岩铜矿的辉钼矿Re-Os同位素,获得了冈底斯斑岩铜矿的高精度年龄,并对其成矿背景与成矿时限给予了重要约束.1构造成矿地质背景冈底斯斑岩铜矿带大地构造上位于喜马拉雅-西藏造山带内的冈底斯弧上(图1).冈底斯弧位于拉萨地体南缘,南被印度河-雅鲁藏布江缝合带和冈底斯逆冲断裂带所限,北为拉萨地块主体.白垩纪以来的汇聚碰撞导致拉萨地体南北缩短180km,冈底斯弧也因碰撞隆升而使花岗岩基大面积出露(图2).冈底斯弧的形成起始于印度河-雅鲁藏布江洋壳板块中晚白垩世的向北俯冲,大规模抬升起因于北倾的冈底斯逆冲断裂带强烈活动.冈底斯弧主要由晚古新世～早始新世弧火山岩系和白垩纪～第三纪花岗岩基构成,具安第斯陆缘弧特征.弧火山岩系属钙碱性系列,主要由安山岩和安山质火山碎屑岩构成,同位素年龄变化于65～40Ma;花岗岩基以同碰撞花岗岩为主,年龄变化于120～24Ma,侵位峰期集中于55～45和30～24Ma,分别与印度-亚洲大陆大规模碰撞时间(50～55Ma)和冈底斯逆冲断裂活动时期(24～30Ma)相对应.花岗岩基大约在21Ma左右普遍出现快速冷却事件,标志冈底斯此间快速隆升(>2mm·a-).伴随东西向伸展和南北向正断层系统,沿冈底斯弧的岩浆侵位,形成东西向展布的含矿斑岩带和小体积花岗岩带(图2),年龄集中于10～18Ma(西藏地质矿产局资料);在冈底斯弧的火山喷发形成钾质钙碱性熔岩,年龄为10～15Ma.2含矿斑岩特征长达350km的冈底斯斑岩铜矿带由几十个小斑岩体和大量小体积花岗岩体构成(图2).斑岩带东段以Cu,Mo,Zn和Pb金属矿化为主,中段以Cu和Mo矿化为主,西段以Cu和Au矿化为主.其中,中段斑岩铜矿最为典型,代表性矿床包括甲马、驱龙、南木、冲江和拉抗俄等斑岩铜矿.冈底斯斑岩带的含矿斑岩体零星孤立分布,东西断续成带,南北串珠成群(图2).东西断续带状分布的含矿斑岩多数侵位于古新世～渐新世末同碰撞花岗岩基之内,南北串珠成群分布的花岗斑岩多受南北向裂谷和正断层控制,集中产出于伸展地堑或裂陷盆地内,形成众多南北延伸的小岩群(图2).含矿斑岩因其侵位较晚,故通常剥蚀极浅,多数仅出露其顶,直径多不足200m.含矿斑岩主要为灰白色二长花岗斑岩和花岗闪长斑岩,少数为石英二长斑岩,岩石类型与玉龙含矿斑岩类似.含矿斑岩主要元素化学表明,岩石属钾玄岩系列和高钾钙碱性系列,显著区别于同碰撞的冈底斯花岗岩基;斑岩富Al2O3和Sr,贫Y和HREE,显示埃达克(adakite)地球化学特征;相对富集K,Rb和Ba,显著亏损Nb,Ta,P和Ti,反映其岩浆源区是一种含水的无斜长石的榴辉岩源岩,可能为加厚的镁铁质下地壳,或者为俯冲的新特提斯洋壳板片的变质产物.3分析Re-Os化学分离和质谱测定方法参照文献,在国家地质实验中心分析完成.3.1carus管的制备准确称取分析样品,通过长细颈漏斗加入到Carius管底部.缓慢加液氮到有半杯乙醇的保温杯中,调节温度到摄氏-50～-80℃.放Carius管到该保温杯中,通过长细颈漏斗把准确称取的185Re和190Os混合稀释剂加入到Carius管底部,再加入2mL10mol/LHC1和6mL16mol/LHNO3.当管底溶液冰冻后,用丙烷氧气火焰加热封好Carius管的细颈部分.待回温后,放入不锈钢套管内.在鼓风烘箱内逐渐升温到230℃,保温10h.在底部冷冻的情况下,打开Carius管,并用40mL水将管中溶液转入蒸馏瓶中.3.2oso4-ro3的蒸馏制备在105～110℃蒸馏50min,用10mL水吸收蒸出的OsO4.将第一次蒸馏残液倒入50mL小烧杯中待分离Re.为除去OsO4水吸收液中的少量Re,将其转入已洗净的原蒸馏瓶中,再加入40mL水进行第二次蒸馏,蒸馏约1h左右.蒸出的OsO4用10mL水吸收.用于ICPMS和NTIMS测定Os同位素比值.3.3资源性氧化合物re的制备将第一次蒸馏残液置于电热板上加热.加入10ml5mol/LNaOH,稍微加热,转为碱性介质.取上清液转入120mLTeflon分液漏斗中.加入10mL丙酮,萃取Re.静止分相,弃去水相.加2mL5mol/LNaOH溶液到分液漏斗中,振荡2min,洗去丙酮相中的杂质.排丙酮到100mL已加有2mL水的玻璃烧杯中.在电热板上50℃加热以蒸发丙酮.加热溶液至干.加数滴浓硝酸,加热蒸干以除去残存的Os.用数毫升稀HNO3溶解残渣,稀释到硝酸浓度为2%.备ICPMS和NTIMS测定Re同位素比值.3.4re和os测量精度采用TJAPQExCellICPMS和MAT262-NTIMS测定同位素比值.对于Re,选择质量数为185和187,用190监测Os.对于Os,选择质量数为186,187,188,189,190和192,用185监测Re.185Os含量约为1pg,大大小于所测样品中Re和Os含量,不会影响正确测定Re和Os含量.总体上,ICPMS测量精度虽低于NTIMS测量精度,但达到目前国外同类仪器测量精度.4辉鳌矿成矿年龄鉴于冈底斯斑岩铜矿带中冲江、南木和拉抗俄铜矿最具代表性,因此精心分选了这三个矿床中的13件辉钼矿进行了Re-Os同位素分析,187Re-1870s和Re-Os结果见表1.冲江和拉抗俄铜矿的辉钼矿,选自黄铜矿与辉钼矿密切共生的细脉浸染状矿石,产自矿化斑岩内部;南木矿床的辉钼矿选自黄铜矿-辉钼矿-石英脉和黄铜矿-辉钼矿矿脉,产于斑岩体内部的隐爆角砾岩筒中.这些中新世斑岩中的辉钼矿,以其相对较高的Re含量和较大的187Re/187Os比值变化范围(表1),使得Re-Os法精确测定其成矿事件年龄成为可能.总体上,这些辉钼矿Re含量与典型的斑岩Cu-Mo系统Re丰度相当,而不同矿床间的Re含量差异可能与斑岩岩浆系统的氧逸度有关.这些辉钼矿样品给出了近似的Re-Os模式年龄(表1).其中,拉抗俄矿床2件辉钼矿产生两个近乎一致的模式年龄,其他两个矿床的辉钼矿产生的模式年龄变化也不超过±1Ma(表1).南木矿床的5件辉钼矿构成了一条相关系数达0.99963的等时线(图3(a)),据最佳拟合计算,等时线斜率和187Os初始值分别为0.000244±0.0000034和0.00±0.69(1σ误差).取187Re衰变常数为1.666×10-11,计算的Re-Os等时线年龄为14.67±0.20Ma.类似地,冲江矿床的6件辉钼矿也构成了一条相关系数达0.99996的187Re-187Os等时线(图3(b)),Re-Os等时线年龄为14.04±0.16Ma(1σ).可资利用的同位素测年资料表明,冈底斯含矿斑岩浅成侵位年龄变化于10～18Ma间,其中,甲马矿床斑岩K-Ar年龄为12～16Ma,冲江矿床斑岩K-Ar年龄为12～14Ma,南木矿床斑岩K-Ar年龄为13～18Ma(侯增谦等,未刊资料).与含矿斑岩岩浆活动期相比,辉钼矿Re-Os测年资料则表明,冈底斯区域性的铜矿化事件是大致同时的.所有的辉钼矿样品构成一条相关系数为0.99719的187Re-187Os等时线(图3(c)),反映这些斑岩铜矿拥有一个共同的成矿年龄和Os同位素一致的源区.5讨论5.1成矿事件时代在斑岩Cu-Mo成矿系统,其复杂的岩浆-热液活动可能维系5～10Ma,而成矿事件往往“瞬时”发生.如在玉龙斑岩铜矿带,含矿斑岩浅成侵位活动延续长达10～18Ma,此间出现三个侵位高峰,对应年龄分别为52±2.8,40±2.3和33±3.3Ma,但Re-Os精确测年确定的成矿事件则局限于35.8±0.4Ma.类似地,冈底斯斑岩带岩浆浅成侵位年龄为12～18Ma,部分含矿斑岩年龄局限于13～16Ma,可见含矿斑岩系统也有3～8Ma的寿命.本文所研究的三个斑岩铜矿在空间上相距少则几十公里.然而,三个矿床的所有辉钼矿样品构成了一条Re-Os等时线,给出近乎一致但略有差异的Re-Os年龄.这表明,尽管冈底斯斑岩带发育若干个相对独立的岩浆-热液系统,但成矿事件时代却具有高度的区域一致性,暗示着成矿流体的大量排放和成矿作用的同时发生受控于统一的地球动力学背景.成矿事件的精确时间(14.18±0.29Ma)表明,尽管斑岩岩浆-热液系统可以维系3～8Ma,但成矿作用仅发生于岩浆-热液系统活动的中晚阶段.5.2re-os年龄最佳拟合结果成矿作用的时限对理解矿床成矿机理和成矿过程至关重要.斑岩铜矿的主要金属矿物辉钼矿的Re-Os精细定年使我们讨论成矿作用时限成为可能.本区三个矿床13件辉钼矿不仅构成一条Re-Os等时线,而且具有类似模式年龄,虽然表明成矿作用时限与岩浆寿命相比是一个“瞬时”事件,但时限究竟多长,须通过慎重分析各种误差来进行估计.在单个矿床的Re-Os年龄最佳拟合计算中(图3(a),(b)),187Re和187Os的相对误差均为1%,等时线年龄误差变化于±0.16～±0.22.该相对误差实际上包括了仪器测量误差和化学处理误差.对于南木铜矿,MAT-262NITMS分析给出的测量误差187Re和187Os均小于0.3%,而模式年龄误差通常小于0.3Ma;对于冲江矿床和拉抗俄铜矿,POEMS-TJA分析给出的187Re和187Os测量误差分别为0.6%和0.7%,模式年龄误差通常不超过0.2Ma.这些估计结果说明,三个矿床模式年龄上的差别(±0.61)除少量分析误差贡献外,主要反映了不同矿床187Os初始值差异和成矿作用时限差异.在图3(c)中,187Os初始值误差高达±0.9以及等时线年龄介于三个矿床模式年龄变化范围也证实,三个矿床成矿年龄差别主要是成矿作用时限的真实反映.考虑到分析误差,推断冈底斯斑岩成矿带的成矿作用时限不超过1Ma.因此,斑岩铜矿成矿作用是在短暂的时间内快速发生的.5.3a、c、e之间的构造背景及地球化学基础冈底斯含矿斑岩的时空分布及成矿事件的精确定年结果表明,斑岩岩浆侵位出现于冈底斯碰撞隆升(21±1Ma)之后,成矿的岩浆-热液系统受控于高原隆升后的东西向伸展环境及其所产生了一系列横跨冈底斯的南北向正断层系统.东西向伸展的时间虽然尚存争议,但最近的研究表明,东西向伸展至少在13.5～14Ma前便开始出现.冈底斯斑岩铜矿带区域成矿事件年龄的高度一致性和成矿作用时限的相对短暂性表明,大约在14Ma前后,藏南发生强烈的东西向伸展,并形成了一系列正断层系统和地堑盆地.这种作用可能因导致岩浆房破裂而引起岩浆流体的大量分凝与快速上升,从而发育较大规模的斑岩铜矿的岩浆-热液系统,形成规模较大的斑岩型铜矿带.东西向伸展的初始时间尚无定论,但有三个重要事实表明,其初始伸展发生于18～20Ma前后.其一是南北向展布的钾质-超钾质基性脉岩,其同位素年龄为13～18Ma,不仅与冈底斯含矿斑岩密切伴生,而且受南北向正断层系统控制.其地球化学特征揭示其来自岩石圈地幔,部分熔融与岩石圈减薄有关.其二是冈底斯含矿斑岩,其侵位年龄也集中于18～13Ma.其地球化学特征揭示,岩浆或者起源于被俯冲并残留于地幔某一部位的洋壳板片,部分熔融与拆沉作用有关;或者起源于加厚并变质成榴辉岩的下地壳,部分熔融与软流圈物质上涌有关.不论是岩石圈减薄还是软流圈上涌,均将导致西藏高原,特别是冈底斯在21Ma快速隆升.其三是冈底斯花岗岩基在～21Ma快速隆升和红河断裂在23Ma发生大规模走滑.这些事实表明,冈底斯斑岩岩浆因冈底斯山大规模隆升而向上运移,因东西向初始伸展提供岩浆运移通道而浅成侵位和时空定位.因此,在西藏高原碰撞造山带,20～18Ma前后的高原(冈底斯)大幅隆升和东西向初始伸展,控制了冈底斯含铜斑岩的岩浆起源与时空定位,14Ma左右的强烈伸展断裂作用导致了冈底斯成矿热液-岩浆系统的大规模发育.6成矿作用及成矿时代(1)冈底斯斑岩铜矿带是一条新发现的产于西藏高原碰撞造山带内的中新世斑岩铜矿带.三个典型斑岩铜矿床的13件辉钼矿构成了一条相关系数为0.99719的187Re-187Os等时线,确定其区域性成矿事件年龄为14.18±0.29Ma.其中,南木铜矿187Re-187Os等时线年龄为14.67±0.2Ma,冲江铜矿辉钼矿Re-Os等时线年龄为14.04±0.16Ma,拉抗俄铜矿辉钼矿Re-Os模式年龄变化于13.5～13.6Ma间.(2)相距几十公里的三个斑岩铜矿具有近于一致但略有差异的187Re-1870s等时线年龄,表明斑岩铜矿带的成矿事件具有时间一致性,矿床