范淑芳, 曲曉明, 宋 揚(yáng), 辛洪波

(中國地質(zhì)科學(xué)院 礦產(chǎn)資源研究所, 北京 100037)

西藏尼雄鐵礦成礦花崗巖成因及其對(duì)成礦構(gòu)造背景的啟示

范淑芳, 曲曉明, 宋 揚(yáng), 辛洪波

(中國地質(zhì)科學(xué)院 礦產(chǎn)資源研究所, 北京 100037)

本文分析了西藏尼雄鐵礦與成礦有關(guān)花崗閃長巖的主量元素、微量元素、稀土元素及Sr-Nd-Pb同位素特征, 并做了鋯石LA-ICPMS U-Pb年齡測(cè)定。巖石地球化學(xué)分析結(jié)果顯示樣品為亞鋁質(zhì)中鉀–高鉀鈣堿性巖系列, 屬I-型花崗巖。地球化學(xué)組成上其富集大離子親石元素(LILE)Rb、Ba、Sr、Th、U、K、Pb, 虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)Nb、Ta、Ti, 具有典型的島弧巖漿作用的特征; 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解表現(xiàn)為富集輕稀土的右傾型式(LREE/HREE=5.67～8.37), 無Eu異常, 顯示活動(dòng)大陸邊緣巖漿巖的稀土配分特征。巖體ISr為0.707625～0.710997, εNd(t)為–6.6～–8.7,206Pb/204Pb,207Pb/204Pb,208Pb/204Pb比值分別為18.786～18.955、15.694～15.726、39.355～39.676, 顯示出富集地幔特征(EMⅡ), 表明地殼組分對(duì)巖漿生成有重要影響。所測(cè)巖體的鋯石206Pb/238U 加權(quán)平均年齡為112.09±0.54 Ma(MSWD=0.45), 表明尼雄花崗巖體形成于早白堊世晚期。綜合分析班公湖–怒江中特提斯洋和雅魯藏布江新特提斯洋的演化歷史, 作者認(rèn)為尼雄鐵礦是早白堊世雅魯藏布江洋殼板塊向北側(cè)拉薩地塊之下俯沖的構(gòu)造背景下的產(chǎn)物。而成礦巖體主要是俯沖組分(流體和熔融)對(duì)地幔楔交代改造的結(jié)果, 是地幔巖漿底侵引起下地殼物質(zhì)部分熔融, 兩種巖漿混合而形成的。

巖石地球化學(xué); Sr-Nd-Pb同位素; 鋯石U-Pb年齡; 尼雄鐵礦; 西藏

地處青藏高原南部的岡底斯帶(也稱為拉薩地塊)夾持于雅魯藏布江縫合帶和班公湖–怒江縫合帶之間, 區(qū)內(nèi)構(gòu)造巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈, 成礦地質(zhì)條件優(yōu)越,孕育了大量的銅、金、銀、鉬、富鐵、鉛鋅等礦產(chǎn)資源, 是青藏高原上最重要的成礦區(qū)帶。目前對(duì)岡底斯成礦帶的研究, 多集中于新生代斑巖型銅金成礦作用(曲曉明等, 2001; 侯增謙等, 2003)和矽卡巖型鉛鋅銀成礦作用(佘宏全等, 2005; 李光明等, 2011), 對(duì)鐵礦的研究明顯偏少。尼雄鐵礦是近年來江西省地質(zhì)調(diào)查研究院在1：25萬填圖過程中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)超大型矽卡巖型富鐵礦床(曹圣華等, 2007;袁健芽等, 2008; 王樂等2012)。該礦床南距雅魯臧布江縫合帶約150 km, 北距班公湖–怒江縫合帶約130 km, 基本處于岡底斯帶的中帶位置。目前該礦床研究中爭(zhēng)議最大的問題是它的產(chǎn)出構(gòu)造背景, 即它是由雅魯藏布江洋殼向北俯沖形成的？還是由班公湖–怒江洋殼向南俯沖形成的？亦或是拉薩地塊板內(nèi)巖漿作用的產(chǎn)物？從目前的研究結(jié)果看, 多數(shù)人傾向于該鐵礦與班公湖–怒江洋殼向南俯沖有關(guān)(袁健芽等, 2008; 張曉倩等, 2010; 曹圣華, 2012;于玉帥等, 2012), 也有人認(rèn)為是雅魯藏布江洋殼向北俯沖的結(jié)果(吳旭玲和陳振華, 2005)。然而, 對(duì)該礦床形成構(gòu)造背景的正確認(rèn)識(shí)不能僅依靠礦床本身,還涉及到對(duì)班公湖–怒江中特提斯洋演化歷史的厘定。本文根據(jù)曲曉明等(2012)獲得的有關(guān)班公湖–怒江洋盆閉合的證據(jù), 通過對(duì)尼雄鐵礦成礦巖體的巖石地球化學(xué)分析和LA-ICPMS鋯石U-Pb定年, 闡述了尼雄鐵礦與班公湖–怒江和雅魯藏布江兩條縫合帶之間的關(guān)系, 為該礦床的形成環(huán)境提供了新的依據(jù)。并利用成礦巖體的Sr、Nd、Pb同位素特征, 進(jìn)一步探討了該礦床的巖漿源區(qū)組成。通過本文的研究, 揭示岡底斯帶鐵礦的成礦地質(zhì)條件和成礦規(guī)律,更好地為區(qū)域地質(zhì)找礦服務(wù)。

1 地質(zhì)背景及巖石學(xué)特征

1.1 成礦地質(zhì)條件

岡底斯帶夾持于南側(cè)的印度河–雅魯藏布江縫合帶與北部的班公湖–怒江縫合帶之間, 是一條東西長約2500 km, 南北寬150～300 km, 面積達(dá)45萬平方公里的巨型構(gòu)造–巖漿巖帶(潘桂棠等, 2006)。中生代以來印度大陸向北側(cè)歐亞大陸的俯沖以及新生代的陸–陸碰撞孕育了豐富的銅金多金屬礦產(chǎn)資源。同時(shí),由于其處于兩個(gè)大陸碰撞造山的關(guān)鍵部位, 岡底斯帶一直被看作是窺探青藏高原隆升機(jī)制的窗口和研究全球大陸動(dòng)力學(xué)的天然實(shí)驗(yàn)室。

尼雄鐵銅礦田處于隆格爾–工布江達(dá)斷裂帶南側(cè)、岡底斯陸緣火山–巖漿弧以北、措勤–納木錯(cuò)初始弧間盆地南部(吳旭玲和陳振華, 2005)。礦田由北西至南東方向劃分為5個(gè)礦區(qū): 滾糾鐵礦區(qū)、尼雄鐵礦區(qū)、沙松南鐵礦區(qū)、毛加崍鐵礦區(qū)及日阿銅礦區(qū)(圖1)。尼雄鐵礦區(qū)內(nèi)出露的主要地層為石炭系永珠組, 二疊系拉嘎組、昂杰組、下拉組、敵布錯(cuò)組及古近系日貢拉組。中二疊統(tǒng)下拉組和上二疊統(tǒng)敵布錯(cuò)組是區(qū)內(nèi)磁鐵礦床形成的重要條件。下拉組為灰–淺灰色厚層狀(含)生物碎屑微晶灰?guī)r、中厚層狀含菱鐵礦灰?guī)r、含鮞狀赤鐵礦灰?guī)r; 敵布錯(cuò)組為深灰–灰白色中厚層狀含礫長石砂巖、含鮞狀赤鐵礦長石石英砂巖、含炭巖屑砂巖與黑色薄層狀含炭泥質(zhì)粉砂巖、含炭粉砂質(zhì)泥巖互層, 下部夾深灰色薄層狀硅質(zhì)巖, 上部夾深灰色微晶灰?guī)r。

圖1 西藏尼雄礦田地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)曹圣華等, 2010修改)Fig.1 Sketch geological map of the Nixiong ore field

鐵礦體主要產(chǎn)于中細(xì)粒黑云母花崗閃長巖、中細(xì)粒黑云母二長花崗巖與二疊紀(jì)下拉組、敵布錯(cuò)組地層的外接觸帶、下拉組和敵布錯(cuò)組的層間破碎帶及二者的接觸面上。斷裂構(gòu)造主要表現(xiàn)為NWW向的推覆構(gòu)造帶。礦區(qū)燕山晚期巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈, 一系列中酸性侵入體沿NWW向呈串珠狀分布, 巖性主要為中細(xì)粒角閃黑云花崗閃長巖、中細(xì)粒二長花崗巖、細(xì)粒斑狀花崗巖和花崗斑巖脈。鐵礦體呈 NWW 向產(chǎn)于矽卡巖帶內(nèi)及敵布錯(cuò)和下拉組地層中(圖1)。

1.2 成礦巖體地質(zhì)及巖相學(xué)

尼雄鐵銅礦田早白堊世晚期侵入的成礦巖漿巖出露面積約180 km2, 呈多個(gè)不規(guī)則橢圓形、圓形巖株產(chǎn)出, 沿NWW向呈串珠狀分布。本文研究的成礦巖體樣品采自尼雄鐵礦區(qū)(采樣位置見圖1), 為中細(xì)?；◢忛W長巖, 具中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造。巖株存在巖相分帶, 內(nèi)部巖性為二長花崗巖。巖石主要礦物組成為斜長石(45%～50%)、鉀長石(15%～20%)、石英(20%～25%)、黑云母(<5%)、角閃石(5%), 副礦物為磷灰石、鋯石、磁鐵礦、榍石等(<1%)。巖體與二疊紀(jì)地層接觸帶附近蝕變強(qiáng)烈, 主要有矽卡巖化、大理巖化、黃鐵絹英巖化、綠泥石化、綠簾石化、磁鐵礦化等。

2 分析測(cè)試方法

筆者在三個(gè)采樣點(diǎn)共采集12件新鮮樣品做了全巖主量元素、微量元素和稀土元素含量分析(分析結(jié)果見表1)。樣品分析在北京核工業(yè)地質(zhì)分析研究中心完成。主量元素采用PHILLIPSPW-2404型X-熒光光譜儀分析完成, 精度好于1%; 微量元素和稀土元素采用ICP-MS測(cè)定, 儀器型號(hào)為ELEMENT-2質(zhì)譜儀, 分析精度優(yōu)于2%, 分析流程見Qu et al. (2004)。

尼雄鐵礦成礦花崗巖12件樣品的Pb、Sr、Nd同位素分析在北京核工業(yè)地質(zhì)分析測(cè)試研究中心完成, 所用儀器是MAT-261固體同位素質(zhì)譜儀。Nd和Sr同位素分析, 樣品(200目粉末)先用HF+HNO3完全溶解, 蒸干后再用HCl溶解。樣品中的Nd、Sr采用常規(guī)的離子交換技術(shù)分離。Nd同位素測(cè)定用146Nd/144Nd=0.7219進(jìn)行質(zhì)量分餾校正。標(biāo)樣J.M.Nd2O3測(cè)定結(jié)果143Nd/144Nd=0.511125±8(2σ), GBW04419測(cè)定結(jié)果143Nd/144Nd=0.512725±10(2σ), Sm、Nd流程空白為5×10–11g。Sr同位素測(cè)定用88Sr/86Sr= 8.37521進(jìn)行質(zhì)量分餾校正。標(biāo)樣NBS987 SrCO3測(cè)定結(jié)果為87Sr/86Sr=0.71025±(2σ); Rb、Sr流程空白為10–9～10–11g。Pb同位素分析, 樣品用三酸(HF+H2SO4+ HCl)分解后用離子交換樹脂分離出鉛, 蒸干后進(jìn)行同位素測(cè)試。分析精度對(duì)1 μg鉛含量204Pb/206Pb低于0.05%,208Pb/206Pb一般不大于0.005%。對(duì)國際標(biāo)樣NBS981的測(cè)試結(jié)果為:208Pb/206Pb=2.162189, 誤差為0.0027%;207Pb/206Pb=0.913626, 誤差為0.0059%;204Pb/206Pb=0.059201, 誤差為0.0015%所用鋯石從樣品NX11-04中分選出, 樣品經(jīng)人工破碎后用重力和磁選的方法分選出鋯石, 之后在雙目鏡下去除雜質(zhì),使鋯石單礦物純度達(dá)到95%以上。將待測(cè)鋯石及標(biāo)準(zhǔn)鋯石用環(huán)氧樹脂固定于載玻片上, 磨至鋯石顆粒的2/3使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)充分暴露, 用透射光、反射光和陰極發(fā)光(CL)照相, 以選取合適部位進(jìn)行U-Pb同位素定年。鋯石CL照相在國土資源部同位素地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成, LA-ICPMS鋯石U-Pb年齡測(cè)定在國土資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成, 采用的儀器分別為Agilent 7500型ICPMS和ComPex 102 ArF準(zhǔn)分子激光器, 工作物質(zhì)ArF波長193 nm,與GeoLas 200M光學(xué)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)進(jìn)行。鋯石年齡采用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作外標(biāo), 元素含量采用NIST SRM 610作外標(biāo),29Si作內(nèi)標(biāo), 數(shù)據(jù)用Ludwig SQUID 1.0程序處理, 應(yīng)用Isoplot程序完成年齡計(jì)算以及諧和圖的繪制。

3 分析結(jié)果

3.1 主量元素

從表1分析結(jié)果可知, 尼雄礦區(qū)成礦巖體的SiO2含量在63.63%～67.37%之間, 平均為65.72%; K2O含量為2.19%～3.07%, Na2O含量為3.09%～4%,全堿含量5.76%～6.81%, Na2O/K2O>1, 樣品在TAS圖(圖2a)上落入花崗閃長巖區(qū), 在K2O-SiO2圖(圖2b)上顯示樣品為中鉀–高鉀鈣堿性巖。巖體的CaO和MgO含量分別為3.73%～4.72%和1.51%～2.11%, FeOT含量2.28%～5.27%, Al2O3含量15.37%～16.24%,平均為15.71%, 在A/NK-A/CNK圖(圖2c)上位于亞鋁質(zhì)巖區(qū)。在R2-R1圖(圖2d)上它們都落在碰撞前階段, 表現(xiàn)為板塊俯沖階段巖漿作用產(chǎn)物。在P2O5-SiO2圖和Na2O-K2O圖(圖2e, 2f)上樣品都顯示出I-型花崗巖特征, 表明其源巖為火成巖。

表1 尼雄花崗閃長巖主量元素(%)、微量元素和稀土元素(μg/g)分析結(jié)果Table 1 Major (%) and trace (μg/g) element results of the granodiorites in the Nixiong iron deposit

圖2 尼雄花崗閃長巖地球化學(xué)圖: TAS圖(a, 據(jù)Middlemost, 1994); K2O-SiO2圖(b, 據(jù)Peccerillo and Taylor, 1976); A/NK-A/CNK圖(c, 據(jù)Maniar and Piccoli, 1989); R2-R1圖(d, 據(jù)Batchelor and Bowden, 1985); P2O5-SiO2圖(e, 據(jù)李獻(xiàn)華等, 2007); Na2O-K2O圖(f, 據(jù)Collins et al., 1982)Fig.2 Geochemical plots for the granodiorites in the Nixiong iron deposit: TAS (a); K2O vs SiO2(b); A/NK vs A/CNK (c); R2vs R1(d); P2O5vs SiO2(e); Na2O vs K2O (f)

3.2 微量元素

在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中(圖3a),尼雄花崗閃長巖表現(xiàn)為富集大離子親石元素Rb、Ba、Th、U、K、Pb、Sr, 虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、 Ti, 顯示出島弧巖漿巖的基本特征(Wilson, 1989)。大離子不相容元素 Sr 呈弱富集, Ba 則相對(duì)虧損, 說明巖漿經(jīng)歷過分異演化。在構(gòu)造環(huán)境判別圖上(圖4),巖體均落在島弧型巖漿巖區(qū)。

圖3 尼雄花崗閃長巖的微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(a)和稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布曲線圖(b) (原始地幔和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值引用 Sun and McDonough, 1989)Fig.3 Primitive mantle normalized trace element spider diagram (a) and chondrite-normalized REE patterns (b) of the granodiorites in the Nixiong iron deposit

圖4 尼雄花崗閃長巖Nb-Y (a)、Ta-Yb (b)、Rb-(Y+Nb) (c)和Rb-(Yb+Ta) (d)圖(據(jù)Pearce et al., 1984)Fig.4 Nb vs Y (a), Ta vs Yb (b), Rb vs (Y+Nb) (c), and Rb vs (Yb+Ta) (d) diagrams for the granodiorites in the Nixiong iron deposit

3.3 稀土元素

樣品稀土元素含量較高, ΣREE為84.79～159.92 μg/g,稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布曲線表現(xiàn)為富集輕稀土元素的右傾型(圖3b), LREE/HREE=5.67～8.37, (La/Yb)N=4.8～9.06。巖體的中、重稀土元素沒有明顯分異, 符合活動(dòng)大陸邊緣巖漿巖的稀土配分型式。巖體δEu接近于1, 無Eu異常, 說明含礦巖漿形成演化過程中沒有發(fā)生明顯的斜長石分離結(jié)晶作用或在巖漿源區(qū)的無明顯殘留。

3.4 鋯石U-Pb年齡

尼雄鐵礦成礦花崗閃長巖的鋯石顆粒自形程度較好, 呈長柱狀或短柱狀, 大小在100～250 μm之間,發(fā)育震蕩環(huán)帶(圖5a), 鋯石U、Th含量分別為55～ 653 μg/g和52～1107 μg/g, Th/U比值變化于0.94～ 1.72之間(表2), 遠(yuǎn)大于0.4, 說明其為巖漿成因鋯石(吳元保和鄭永飛, 2004), 而這些鋯石的結(jié)晶年齡可以代表巖體的侵位時(shí)間。17顆鋯石的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為112.09±0.54 Ma, MSWD= 0.45(圖5b), 說明尼雄花崗閃長巖體形成于早白堊世晚期。

圖5 尼雄花崗閃長巖(NX11-04)中的鋯石CL圖像(a)和U-Pb年齡諧和圖(b)Fig.5 CL images (a) and U-Pb concordant diagram (b) for zircon from the granodiorites (NX11-04) in the Nixiong iron deposit

表2 尼雄花崗閃長巖鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果Fig.2 U-Pb isotope results of zircon from the granodiorites in the Nixiong iron deposit

3.5 Sr、Nd同位素

尼雄花崗閃長巖87Sr/86Sr比值為0.709539～ 0.712390, ISr比值為0.707625～0.710997(表3), 較高的ISr值指示成礦巖漿中有地殼物質(zhì)的參與。DePaolo (1981)研究指出, 地球上不同構(gòu)造位置的近代火山巖的εNd是不同的, 源自地幔的火山巖其εNd>0, 若εNd<0, 則說明這些巖石形成于地殼中或受到了地殼物質(zhì)的強(qiáng)烈混染。尼雄花崗閃長巖143Nd/144Nd比值為0.512135～0.512237, εNd(t)為–6.6～–8.7(表3), 顯示出地殼組分對(duì)巖漿生成的重要影響。在εNd(t)-ISr圖上(圖6a), 尼雄鐵礦成礦花崗閃長巖處于地幔玄武巖與下地殼的混合線附近, 指示成礦巖漿可能是由殼幔巖漿混合而成。

3.6 Pb同位素

尼雄礦區(qū)成礦花崗閃長巖Pb同位素組成變化不大,206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb比值分別為18.786～18.955, 15.694～15.726, 39.355～39.676(表3)。Pb同位素比值206Pb/204Pb>18、207Pb/204Pb>15.5、208Pb/204Pb>38, 反映了高放射成因鉛特征(陳能松等, 2007)。在Zartman and Doe (1981)的鉛構(gòu)造模式圖上(圖7a、b) 尼雄鐵礦區(qū)成礦花崗閃長巖樣品均處于EMⅡ單元內(nèi), 說明尼雄鐵礦的成礦巖漿源區(qū)具EMⅡ型富集地幔特征。而EMⅡ地幔端元的形成與俯沖和再循環(huán)的地殼物質(zhì)密切相關(guān)(Hart, 1988), 這些由同位素得出的巖漿源區(qū)信息與巖石地球化學(xué)所反映的島弧環(huán)境是完全一致的。在Sr-Pb、Nd-Pb同位素圖上(圖8a、b)也同樣反映出俯沖組分對(duì)巖漿源區(qū)的影響。

4 討 論

4.1 成礦構(gòu)造背景

尼雄鐵礦床產(chǎn)于岡底斯帶內(nèi)部, 南距雅魯藏布江縫合帶約150 km, 北距班公湖–怒江縫合帶約130 km。作為矽卡巖型鐵礦, 尼雄鐵礦的成因已沒有太多異義, 而目前爭(zhēng)論最大的是關(guān)于該礦床形成的構(gòu)造環(huán)境, 即尼雄鐵礦的形成是與雅魯藏布江洋殼的向北俯沖有關(guān)？還是與班公湖–怒江洋殼的向南俯沖有關(guān)？抑或是拉薩地塊內(nèi)部板內(nèi)巖漿作用的產(chǎn)物？吳旭玲和陳振華(2005)通過對(duì)尼雄巖體巖石地球化學(xué)的研究并結(jié)合其所處的大地構(gòu)造位置, 將尼雄鐵礦的形成歸因于雅魯藏布江大洋板塊向北俯沖消減;袁建芽等(2008)通過對(duì)岡底斯南帶的斑巖型礦床與本區(qū)的矽卡巖型鐵銅礦床的對(duì)比研究, 認(rèn)為該礦田的形成受班公湖–怒江中特提斯洋殼向南俯沖控制;張曉倩等(2010)通過區(qū)域宏觀構(gòu)造演化研究, 推斷尼雄巖體很可能侵位于一種與班公湖–怒江洋殼巖石圈板片俯沖角度的變陡進(jìn)而斷離有關(guān)的伸展背景。曹圣華(2012)以及于玉帥等(2012)通過對(duì)滾糾鐵礦床地球化學(xué)特征的研究, 認(rèn)為早白堊世晚期羌塘陸殼與岡底斯島弧陸殼對(duì)接碰撞, 使兩者會(huì)聚速率減緩, 班公湖–怒江中特提斯洋殼繼續(xù)受重力或/和俯沖慣性拖拽作用下向南俯沖, 導(dǎo)致俯沖的洋殼板片回轉(zhuǎn), 誘使軟流圈地幔上涌, 引發(fā)巖石圈地幔和上覆地殼發(fā)生部分熔融, 進(jìn)而形成了以殼源為主的殼?；旌铣傻V巖漿。

表3 尼雄花崗閃長巖Pb、Sr、Nd同位素組成Table 3 Pb, Sr and Nd isotopic compositions of the granodiorites in the Nixiong iron deposit

圖6 尼雄花崗閃長巖 εNd(t)-ISr(a, 據(jù)Depaolo and Wassethurg, 1979)和 (La/Yb)N-δEu圖(b, 據(jù)張宇等, 2013)Fig.6 εNd(t) vs ISr(a) and (La/Yb)Nvs δEu (b) diagrams for the granodiorites in the Nixiong iron deposit

圖7 尼雄花崗閃長巖207Pb/204Pb-206Pb/204Pb (a)和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb (b)圖(底圖據(jù)Zartman and Doe, 1981)Fig.7207Pb/204Pb vs206Pb/204Pb (a) and208Pb/204Pb vs206Pb/204Pb (b) diagrams for the granodiorites in the Nixiong iron deposit

圖8 Sr-Pb (a)和 Nd-Pb (b)同位素圖解(據(jù)Zindler and Hart, 1986)Fig.8 Sr vs Pb (a) and Nd vs Pb (b) isotopic diagrams for the granodiorites in the Nixiong iron deposit

本文研究表明, 尼雄鐵礦與成礦有關(guān)的花崗閃長巖富集大離子不相容元素Rb、Ba、Th、U、K、Sr、Pb, 虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti, 具有島弧型花崗巖的鮮明特征。R1-R2圖(圖2d)反映了造山帶演化所經(jīng)歷的一個(gè)完整的Wilson旋回上, 尼雄鐵礦的成礦花崗閃長巖在該圖上處于碰撞前階段, 指示其為板塊俯沖階段巖漿作用的產(chǎn)物。在構(gòu)造環(huán)境判別圖上(圖4), 這些花崗閃長巖也表現(xiàn)出火山弧的形成環(huán)境。在微量元素比值Ce/Pb-Ce和Nb/Th-Nb圖上(圖9a, b), 它們也顯示出島弧火山巖的特性。

圖9 尼雄花閃長崗巖Ce/Pb-Ce (a)和Nb/Th-Nb (b)圖(底圖據(jù) Boztug et al. 2007; 原始地幔數(shù)據(jù)據(jù) Hofmann, 1988; 大陸地殼、MORB+OIB和島弧型火山巖區(qū)域據(jù)Schmidberger and Henger, 1999)Fig.9 Ce/Pb vs Ce (a) and Nb/Th vs Nb (b) diagrams for the granodiorites in the Nixiong iron deposit

在尼雄鐵礦本身的形成構(gòu)造環(huán)境已經(jīng)明確的情況下, 要查明該鐵礦的成礦背景, 即是與南面的雅魯藏布江洋殼俯沖有關(guān)還是與北面的班公湖–怒江洋殼俯沖有關(guān), 還需要先確定兩條縫合帶的演化歷史。作為拉薩地塊北緣的班公湖–怒江縫合帶構(gòu)造演化歷史十分復(fù)雜, 人們對(duì)該縫合帶的地質(zhì)問題都還存在較大的爭(zhēng)論, 包括班公湖–怒江中特提斯洋盆的打開時(shí)間、閉合時(shí)間、俯沖方向、俯沖極性乃至洋盆屬性(即是一個(gè)統(tǒng)一的大洋還是多個(gè)局限性洋盆)。對(duì)尼雄鐵礦的成礦來講, 重要的是要查明班公湖–怒江中特提斯洋殼向南側(cè)拉薩地塊之下俯沖的時(shí)間或者說該洋盆的閉合時(shí)間。曹圣華等(2006)在綜合分析前人成果的基礎(chǔ)上, 根據(jù)班公湖–怒江縫合帶南、北兩側(cè)大陸邊緣古特提斯地層沉積特征的差異, 推斷中侏羅世–晚侏羅世早期為中特提斯洋雙向俯沖階段, 班公湖–怒江洋向南俯沖消減于拉薩地塊之下。Kapp et al. (2003)根據(jù)沉積地層的覆蓋關(guān)系, 推斷班公湖–怒江洋盆的閉合時(shí)間為侏羅紀(jì)末–白堊紀(jì)初, 即145 Ma左右。Zhu et al.(2009, 2011)通過對(duì)拉薩地塊北緣巖漿巖的研究,認(rèn)為 110 Ma 左右班公湖–怒江特提斯洋殼可能發(fā)生過板片斷離, 此時(shí)本地區(qū)已經(jīng)進(jìn)入板內(nèi)環(huán)境。曲曉明等(2012, 2013)通過對(duì)班公湖–怒江縫合帶中段新發(fā)現(xiàn)的A型花崗巖的研究, 也認(rèn)為這些110Ma±形成的A-型花崗巖是俯沖的洋殼板片斷離, 軟流圈地幔沿板片窗上涌的結(jié)果。并進(jìn)一步推斷班公湖–怒江特中提斯洋盆的閉合時(shí)間應(yīng)為早白堊世初(140～130 Ma之間)。Sui et al.(2013)通過拉薩地體北部不同類型火山巖巖石地球化學(xué)的研究, 認(rèn)為140～110 Ma該地區(qū)已處于同碰撞階段。由以上討論可知早白堊世晚期班公湖–怒江縫合帶已處于碰撞后階段, 與尼雄鐵礦形成時(shí)所處的巖漿弧的構(gòu)造環(huán)境并不相符。

關(guān)于南面雅魯藏布江新特提斯樣的演化歷史人們的認(rèn)識(shí)還比較一致。Garzanti et al. (1999) 通過對(duì)吉隆縣南部吉隆溝二疊紀(jì)玄武巖的研究, 提出這些早二疊世火山巖是岡瓦納大陸北緣大陸裂谷作用的產(chǎn)物, 代表了雅魯藏布江新特提斯的初始開啟。關(guān)于雅魯藏布江新特提斯洋的俯沖時(shí)間, 早期的研究者提出晚白堊世到始新世為特提斯洋殼的俯沖階段(髙延林, 1985, 1988), 而近期的研究大多認(rèn)為特提斯洋殼的早期俯沖開始于晚侏羅世到早白堊世(劉志飛等, 2000;朱弟成等, 2009; 徐向珍等, 2011; 張萬平等, 2011; McDermid et al., 2002)。對(duì)于雅魯藏布江洋盆的閉合時(shí)間, 郝杰等(1999)通過對(duì)日喀則弧前盆地海相沉積巖的研究, 提出特提斯–喜瑪拉雅洋消亡和印度板塊與歐亞大陸碰撞應(yīng)發(fā)生在始新世末期或漸新世初期。尹安(2001)認(rèn)為印度板塊與亞洲板塊之間最初碰撞可能開始于白堊紀(jì)晚期(約70 Ma)。李國彪等(2004)認(rèn)為印度–亞洲板塊碰撞啟動(dòng)的時(shí)間可能在白堊紀(jì)與古近紀(jì)之交。由以上研究結(jié)果我們不難得出, 早白堊世晚期尼雄鐵礦形成時(shí)雅魯藏布江新特提斯洋殼正處于向北側(cè)拉薩地塊之下俯沖的早期階段, 符合尼雄鐵礦的形成環(huán)境, 因此,筆者認(rèn)為尼雄鐵礦的形成是雅魯藏布江洋殼板片向北側(cè)拉薩地塊之下俯沖所致。

4.2 成礦巖漿源區(qū)

尼雄鐵礦成礦花崗閃長巖屬中鉀–高鉀鈣堿性巖系列, 富堿、富集大離子親石元素(Rb、Th、U、K、Pb) 和輕稀土元素, 虧損重稀土和高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Ta、Ti), 顯示出島弧花崗巖的典型特征。巖體高的(87Sr/86Sr)i(0.707625～0.710997)、低的εNd(t) (–6.6～–8.7)、富集放射成因 Pb 同位素特征, 說明有較多地殼組分參與了成礦巖漿的生成。成礦花崗閃長巖Nb/U比值平均為6.09, MORB和OIB的Nb/U比值為47±(Hofmann et al., 1986), 兩者相差甚遠(yuǎn),而全球平均俯沖沉積物的Nb/U比值≈5(Plank and Langmuir, 1998), 與該巖體Nb/U比值接近, 因此推測(cè)尼雄鐵礦成礦巖漿生成過程中俯沖沉積物在地幔深部脫水和熔融產(chǎn)生的流體和熔體是造成巖漿源區(qū)EMⅡ型富集特征的首要因素。也就是說中生代早白堊世晚期雅魯藏布江洋殼向拉薩地塊之下低角度俯沖過程中, 來自俯沖板片的流體和熔體對(duì)地幔楔進(jìn)行交代改造, 使之具有了EMⅡ的源區(qū)特征, 并在流體和熔體作用下發(fā)生部分熔融形成了幔源巖漿。從圖10微量元素比值的相關(guān)變化(Ba-Nb/Y 和Th/Yb-Sr/Nd圖)可以看出尼雄鐵礦成礦巖漿生成過程中由俯沖板片釋放的流體和熔體起到了同等重要的作用。毫無疑問, 在島弧巖漿作用階段, 隨洋殼板片一起俯沖到深部的洋底沉積物無疑是地殼物質(zhì)參入造山帶巖漿作用最主要的方式, 然而, 也不能排除殼幔巖漿混合和含礦巖漿在上升過程中地殼物質(zhì)混染的可能性。對(duì)于成礦巖漿在上升過程中是否受到地殼物質(zhì)混染的情況, Briqueu and Lancelot (1979)指出可以利用ISr對(duì)1/Sr變異關(guān)系來進(jìn)行辯別(圖11a)。在巖漿上升過程中如果有地殼物質(zhì)混入, 在ISr-1/Sr圖上樣品呈正相關(guān)分布。圖11a中尼雄鐵礦的成礦花崗閃長巖沒有表現(xiàn)出正消長關(guān)系, 表明含礦巖漿在上升途中沒有受到地殼物質(zhì)混染。在εNd(t)-SiO2圖(圖11b)上, 隨著SiO2的增加尼雄花崗閃長巖的εNd(t)值沒有明顯的變化, 也說明其未遭受明顯的地殼物質(zhì)混染。而對(duì)于殼幔巖漿混合, 在(La/Yb)N-δEu圖中(圖6b)除了一個(gè)樣品落在殼源以外, 其他樣品都顯示殼幔混源的特征, 在εNd(t)-ISr圖(圖6a)中, 樣品落在地幔玄武巖與下地殼的混合線附近, 也顯示出一種殼幔巖漿混合的特征。朱弟成等(2012)認(rèn)為尼雄鐵礦區(qū)所在的拉薩地塊中部結(jié)晶基底發(fā)育古元古代甚至太古宙微陸塊, 而成礦巖體Nd同位素模式年齡(tDM)集中在1207～1453 Ma(中元古代)之間, 也說明本地區(qū)的下地殼經(jīng)歷過早白堊世晚期幔源巖漿的底侵作用發(fā)生了部分熔融, 形成的殼源巖漿與幔源巖漿混合最后形成尼雄鐵礦的成礦巖漿。

圖10 尼雄花崗閃長巖Ba-Nb/Y圖(a, 底圖據(jù)Kepezhinskas et al., 1997)和Th/Yb-Sr/Nd圖(b, 底圖據(jù)Woodhead et al., 1998)Fig.10 Ba vs Nb/Y (a) and Th/Yb vs Sr/Nd (b) diagrams for the granodiorites in the Nixiong iron deposit

圖11 尼雄花崗閃長巖ISr-1/Sr (a, 據(jù)Briqueu and Lancelot, 1979)和εNd(t)-SiO2圖(b, 據(jù)張連昌等, 2007)Fig.11 I vs 1/Sr (a) and ε(t) vs SiO (b) diagrams for the granodiorites in the Nixiong iron deposit

5 結(jié) 論

(1) 尼雄鐵礦成礦花崗閃長巖為中鉀–高鉀鈣堿性巖, 亞鋁質(zhì), 是板塊俯沖作用的產(chǎn)物。巖體富集大離子不相容元素Rb、Ba、Th、U、K、Sr、Pb, 虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti, 具有島弧型巖漿作用的基本特征。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布曲線表現(xiàn)為輕稀土富集的右傾型, 無Eu異常, 顯示出活動(dòng)大陸邊緣島弧巖漿作用特征。

(2) 尼雄鐵礦成礦花崗閃長巖LA-ICPMS法測(cè)得的鋯石U-Pb年齡為112.09±0.54 Ma, 表明其形成于早白堊世晚期。

(3) 綜合分析班公湖–怒江中特提斯洋和雅魯藏布江新特提斯洋的演化歷史, 得出尼雄鐵礦成礦構(gòu)造背景是雅魯藏布江洋殼板塊向北側(cè)拉薩地塊之下俯沖。

(4) 尼雄鐵礦成礦花崗閃長巖的巖漿源區(qū)主要是俯沖組分(流體和熔融)對(duì)地幔楔交待改造的結(jié)果,地幔巖漿底侵引起下地殼物質(zhì)部分熔融, 兩種巖漿混合形成尼雄鐵礦的成礦巖漿。

致謝: 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)趙志丹教授和中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心李光明研究員提出了建設(shè)性修改意見和建議, 筆者在此表示衷心的感謝！

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FAN Shufang, QU Xiaoming, SONG Yang and XIN Hongbo
(Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China)

Whole-rock major, trace and rare earth elements and Sr-Nd-Pb isotopic analyses, combined with zircon LA-ICPMS U-Pb dating, of granodiorite related to the Nixiong iron deposit, are carried out in this paper. The petrogeochemical analysis results indicate that the granodiorite related to Nixiong iron deposit belongs to subaluminous, medium-high K calc-alkaline I-type granite. Geochemically, the granodiorite is enriched in large ion lithophile elements(LILE) Rb, Ba, Sr, Th, U, K, Pb and depleted in high field strength elements(HFSE) Nb, Ta, Ti and shows basic characteristics of arc magmatic rocks. The rare earth element chondrite-normalized distribution patterns appear a notable enrichment of light rare earth elements relative to heavy rare earth elements without marked Eu anomalies and show signatures of magmatic rocks from an active continental margin. Zircon U-Pb LA-ICPMS dating yields a weighted206Pb/238U mean age of 112.09±0.54 Ma with MSWD=0.45, indicating that the granodiorite was formed in late stage of Early Cretaceous. These granites have high radiogenic Sr isotopic ratios (ISr=0.707625–0.710997) and low Nd isotopic ratios εNd(t)(–6.6 to –8.7) and primitive Pb isotopic compositions (206Pb/204Pb=18.786–18.955,207Pb/204Pb=15.694–15.726,208Pb/204Pb=39.355–39.676), reflecting an important influence of crustal components on the magmatic generation. Through a comprehensive analysis on the evolution histories of the Bangonghu-Nujiang Meso-Tethyan ocean and the Yaluzangbo Neo-Tethyan ocean, the authors of the paper reach a conclusion that the Nixiong iron deposit is genetically related to the northward subduction of the Yarlu-Zangbo oceanic crust. The enrichment component of fluid and melt released from sediments adhered to the subducted oceanic crust triggered the mantle wedge partially melt to generate the enriched magma. The mantle magma intruded and caused partical melting of lower crust and mixed with each other to form the metallogenic magma.

petrogeochemistry; Sr-Nd-Pb isotopics; zircon U-Pb LA-ICPMS dating; Nixiong iron deposit; Xizang

P613; P597

A

1001-1552(2015)02-0286-014

2013-05-09; 改回日期: 2013-08-03

項(xiàng)目資助: 中國地質(zhì)調(diào)查局青藏專項(xiàng)工作項(xiàng)目(編號(hào): 12120113037300)和國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)(編號(hào): 2011CB403103)聯(lián)合資助。第一作者簡(jiǎn)介: 范淑芳(1988–), 女, 碩士研究生, 礦床地球化學(xué)專業(yè)。Email: fsf1005@126.com

曲曉明(1960–), 男, 研究員, 地球化學(xué)專業(yè), 主要從事造山帶成礦學(xué)研究。Email: xiaominqu@163.com