孫維安, 蔣小娟, 袁 峰*周濤發(fā), 洪東良,高道明, 劉心兵, 劉曉明

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院, 安徽 合肥 230009; 2.華東冶金地質(zhì)勘查局 綜合地質(zhì)大隊, 安徽馬鞍山 243000)

鐘姑礦田太平山鐵礦床二長巖年代學(xué)及地球化學(xué)特征

孫維安1, 蔣小娟1, 袁 峰1*周濤發(fā)1, 洪東良2,高道明2, 劉心兵2, 劉曉明2

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院, 安徽 合肥 230009; 2.華東冶金地質(zhì)勘查局 綜合地質(zhì)大隊, 安徽馬鞍山 243000)

太平山鐵礦床位于長江中下游成礦帶寧蕪火山巖盆地南段的鐘姑礦田北東部。與區(qū)域玢巖型鐵礦賦礦巖石不同的是, 太平山鐵礦床賦存在二長巖中。對賦礦二長巖開展LA-ICP-MS鋯石 U-Pb定年和巖石地球化學(xué)特征分析, 探討其成巖成礦地質(zhì)意義。研究顯示, 太平山鐵礦床中二長巖的鋯石206Pb/238U加權(quán)平均年齡在129.0±2.0 Ma～132.8±1.8 Ma之間, 屬于早白堊世, 與鐘姑礦田內(nèi)其他鐵礦床的賦礦巖石年齡一致, 與整個寧蕪火山巖盆地內(nèi)賦礦的閃長質(zhì)巖漿活動時限也相吻合; 二長巖總體具有大離子親石元素Rb、Ba、Th、K相對富集, 高場強(qiáng)元素Nb、Hf輕微虧損, P、Ti明顯虧損的特征; 微量元素對Nb/La比值＜1, Nb/U值介于3.05～5.46之間, 低于全球MORB和OIB的平均值, 也低于地殼的平均值, 表明其起源于富集的交代巖石圈地幔并受到地殼物質(zhì)混染, 巖漿起源及演化與鐘姑礦田、寧蕪火山巖盆地內(nèi)的賦礦閃長玢巖具有相似的特征。太平山鐵礦床的成巖成礦作用應(yīng)形成于中國東部整體巖石圈減薄的地球動力學(xué)背景, 具有新的鐵成礦指示意義。

鐘姑礦田; 太平山; 鐵礦床; 二長巖; 年代學(xué); 地球化學(xué)

0 引 言

長江中下游多金屬成礦帶是中國東部中生代大規(guī)模成礦的地區(qū)之一, 主要由鄂東南、九瑞、安慶–貴池、廬樅、銅陵、寧蕪和寧鎮(zhèn)七個大型礦集區(qū)組成, 與中生代巖漿作用演化密切相關(guān); 其中, 寧蕪礦集區(qū)鐵礦床非常發(fā)育, 是玢巖鐵礦的發(fā)源地(寧蕪項目研究編寫小組, 1978; 常印佛等, 1991; 翟裕生等, 1992)。對寧蕪礦集區(qū)內(nèi)的成巖成礦作用已開展了大量研究, 在同位素地球化學(xué)(薛懷民, 1987; 馬芳, 2006; 周濤發(fā)等, 2008; 范裕等, 2010)、成巖成礦作用過程(丁毅, 1992; 姚超美和熊先孝, 2000; 王元龍等, 2001; 張世生, 2006; 林剛和許德如, 2010; 段超等, 2011, 2012)、區(qū)域成礦規(guī)律(陳毓川, 1976; Zhang et al., 2003; 候通, 2010; Mao et al., 2011; Zhou et al., 2011; 杜建國和常丹燕, 2011; 唐科遠(yuǎn), 2014)等方面取得了諸多重要的研究成果。

然而, 對寧蕪礦集區(qū)南部的鐘姑礦田, 已有研究主要集中于與成礦作用密切相關(guān)的閃長玢巖(顧連興和阮惠礎(chǔ), 1996; 洪東良和孫莉, 2006; Hou et al., 2009, 2010, 2011; 侯通等, 2010), 但鐘姑礦田北東部近年來發(fā)現(xiàn)的的太平山鐵礦床卻賦存在二長巖中,對其研究十分薄弱, 有關(guān)二長巖的形成時代、地球化學(xué)特征、成礦意義均不清楚。

因此, 本次研究選擇鐘姑礦田太平山鐵礦, 對含礦二長巖開展LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年和巖石地球化學(xué)分析, 并結(jié)合前人對長江中下游地區(qū)區(qū)域巖漿巖的研究成果, 進(jìn)一步探討長江中下游地區(qū)晚中生代巖漿巖形成的地球動力學(xué)背景及其成巖成礦地質(zhì)意義。

1 地質(zhì)背景

寧蕪盆地位于長江中下游成礦帶東部, 江蘇省南京市和安徽省蕪湖市之間, 盆地邊界受NNE向長江斷裂、方山–南陵斷裂和NW向南京–湖熟斷裂控制, 屬于繼承式的中生代陸相盆地(寧蕪研究項目編寫小組, 1978)。盆地內(nèi)的斷裂主要為NNE向和NW向兩組, 構(gòu)成寧蕪盆地的構(gòu)造骨架。其中, NNE向斷裂控制了盆地內(nèi)火山巖和次火山巖的分布, NW 向斷裂稍晚, 切割火山巖系地層和北北東向斷裂(周濤發(fā)等, 2011)。寧蕪盆地火山巖由龍王山組、大王山組、姑山組和娘娘山組組成, 以龍王山組(約 20%)和大王山組(約 75%)為主, 姑山組和娘娘山組火山巖約占5%。鋯石U-Pb同位素定年顯示, 寧蕪火山巖是早白堊世火山噴發(fā)的產(chǎn)物(Zhang et al., 2003; Zhou et al., 2011)。而與區(qū)內(nèi)鐵成礦有關(guān)的次火山巖主要形成于大王山組火山噴發(fā)旋回末期(侯通, 2010)。

鐘姑礦田位于寧蕪火山巖盆地南段, 是寧蕪盆地重要的鐵礦田之一(圖 1), 面積近 200 km2, NNE向與 NWW 向基底斷裂帶控制了區(qū)內(nèi)火山–侵入作用和礦化作用, 斷裂為火山噴發(fā)和巖漿侵入提供了上升的通道。區(qū)內(nèi)基底地層為中三疊統(tǒng)周沖村組白云質(zhì)灰?guī)r夾膏鹽層、上三疊統(tǒng)黃馬青組砂頁巖、中下侏羅統(tǒng)象山群砂頁巖。區(qū)域上與鐵成礦密切相關(guān)的地層為周沖村組及黃馬青組, 有關(guān)的侵入體均為淺成–超淺成的閃長玢巖體。

圖1 寧蕪盆地地質(zhì)簡圖(據(jù)寧蕪研究項目編寫小組, 1978)Fig.1 Geological sketch map of the Ningwu Basin

太平山鐵礦床位于鐘姑礦田北東部(圖2)。礦區(qū)內(nèi)地層由老到新有中三疊統(tǒng)周沖村組白云質(zhì)灰?guī)r夾膏鹽層, 上三疊統(tǒng)黃馬青組砂頁巖, 中下侏羅統(tǒng)象山群砂頁巖, 下白堊統(tǒng)姑山組安山質(zhì)火山角礫巖、凝灰質(zhì)粉砂巖、雜礫巖, 上白堊統(tǒng)浦口組含礫砂石,第四系全新統(tǒng)殘坡積層。

礦區(qū)位于鐘姑復(fù)式背斜軸部(圖 2), 軸向 NNE,向北傾伏, 向南開闊, 軸部局部見周沖村組灰?guī)r,兩翼依次為黃馬青組砂頁巖、象山群石英砂巖。背斜被縱向斷裂構(gòu)造和剝蝕作用破壞及巖體侵位, 構(gòu)造形跡不明顯。

太平山鐵礦床內(nèi)巖漿活動強(qiáng)烈, 所見侵入巖為二長巖(圖3)。其分布明顯受NE向、NNE向和NW向構(gòu)造控制。區(qū)內(nèi)磁鐵礦、黃鐵礦等礦產(chǎn)與二長巖密切相關(guān)。

圖2 鐘姑地區(qū)地質(zhì)略圖Fig.2 Geological sketch map of the Zhonggu area

圖3 太平山礦床典型剖面圖Fig.3 Section of the Taiping iron deposit in the Ningwu basin

新鮮二長巖呈淺肉紅色, 粒狀結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造,巖石成分主要為鉀長石、斜長石、少量綠泥石、方解石等。斜長石呈自形, 板狀, 粒徑0.3～0.8 cm, 含量約 45%, 常見聚片雙晶, 部分具有環(huán)帶結(jié)構(gòu); 鉀長石晶形較差, 多為它形, 粒徑約為0.5～1.2 cm, 含量約 40%, 常見卡斯巴雙晶, 與斜長石相間分布,具有二長結(jié)構(gòu); 長石局部高嶺土化; 暗色礦物主要為角閃石, 含量約 5%(圖 4)。副礦物有榍石、磷灰石、磁鐵礦等。磁鐵礦顆粒以稀疏浸染狀為主, 巖石中可見金云母及綠泥石化、綠簾石化, 可見硬石膏脈穿插, 大部分硬石膏為白色, 玫瑰紫色硬石膏少見, 巖石中含少量星點(diǎn)狀黃鐵礦。

賦礦二長巖侵位于大王山組火山巖中, 超覆于黃馬青組–周沖村組之上, 接觸帶產(chǎn)狀平緩, 傾向南東, 接觸二長巖與二長斑巖為巖相的漸變關(guān)系、結(jié)構(gòu)(隨鉆孔深度的加深)由斑狀至粒狀, 可能屬同一巖體的不同巖相, 兩者只是結(jié)構(gòu)上的不同, 相互之間呈過渡關(guān)系。地質(zhì)剖面圖未顯示, 而在觀察實物鉆孔巖芯時, 自淺到深有此類現(xiàn)象。根據(jù)礦物成分、化學(xué)成分以及微量元素特征等, 該巖體為本區(qū)的成礦母巖。礦體賦存在下接觸帶附近, 內(nèi)、外帶均有分布, 礦體賦存標(biāo)高–252 m至–881 m, 礦體夾石巖性與圍巖相同, 內(nèi)帶以礦化、蝕變二長巖為主, 偶見蝕變沉積巖捕虜體; 外帶以礦化、蝕變沉積巖為主,偶見插入的礦化蝕變巖體。在鉆孔003和401中, 在約800～1000 m處常見二長巖與磁鐵礦層呈互層狀。

鉆孔中見有少量石英二長巖及輝綠巖, 它們皆呈脈狀產(chǎn)出, 穿插于二長巖中, 厚度小, 對礦體沒有影響。ZK003中1192 m以下石英二長巖漸變?yōu)殚W長巖, 閃長巖上下厚度為6 m, 為脈穿插于二長巖中。

蝕變現(xiàn)象主要表現(xiàn)為金云母化, 綠簾石化、綠泥石化等; 礦石礦物主要為磁鐵礦, 其次是假象–半假象赤鐵礦, 少量黃鐵礦和褐鐵礦、黃銅礦; 脈石礦物主要有金云母、硬石膏、方解石等(圖5)。

在深部普遍見有二長巖類侵入體, 部分地區(qū)其中見有脈狀、浸染狀磁鐵礦, 磁鐵礦脈邊蝕變礦與火山巖里的鐵礦化圍巖很類似。在二長巖巖體淺部有鉀長石交代作用, 有時伴有磁鐵礦化。太平山鐵礦大部分就直接產(chǎn)于二長巖內(nèi), 主要礦物組合有:綠泥石–透輝石–金云母; 綠簾石–金云母–透輝石–磷灰石; 綠泥石–高嶺土–絹云母–碳酸巖礦物等, 這與閃長玢巖的礦物組合相似, 顯示該類礦化與“玢巖鐵礦”成礦規(guī)律可能存在某種內(nèi)在聯(lián)系。所以寧蕪盆地的火山巖–潛火山巖與富鉀質(zhì)侵入巖構(gòu)成了“雙層結(jié)構(gòu)”(杜建國和常丹燕, 2011)。

2 樣品采集與測試

為了確定本礦區(qū)與成礦有關(guān)的二長巖的形成時代、地球化學(xué)特征及探討其成礦意義, 共采集了太平山鐵礦與成礦直接相關(guān)的侵入巖–二長巖樣品7件(樣品分別來自ZK003, 深度為786 m、762 m、682 m、774 m、819 m; ZK401, 深度為790 m、923 m; 樣號為 ZK003-786、ZK003-762、ZK003-682、ZK003-774.3、ZK003-819.6、ZK401-790.45、ZK401-923), 用于主量、微量、稀土元素的分析, 其中4件樣品進(jìn)行了鋯石U-Pb定年。

2.1 年代學(xué)測試方法

年代學(xué)測試采用LA-ICP-MS鋯石測年。測年樣品首先經(jīng)過粉碎, 經(jīng)常規(guī)重選和電磁選后在雙目鏡下挑選鋯石。鋯石單礦物分離在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室進(jìn)行。手工挑出晶形完好、透明度和色澤度好的鋯石, 粘于環(huán)氧樹脂表面, 經(jīng)拋光后選擇晶體特征良好的鋯石進(jìn)行陰極發(fā)光(CL)分析,最后根據(jù)陰極發(fā)光照射結(jié)果選擇典型的巖漿鋯石進(jìn)行分析。鋯石制靶在合肥工業(yè)大學(xué)LA-ICP-MS實驗室進(jìn)行, 鋯石的陰極發(fā)光照相在北京離子探針中心完成。

圖4 太平山鐵礦二長巖手標(biāo)本(a)和顯微照片圖(b)(礦物名稱縮寫: Kf. 鉀長石; Pl. 斜長石; Hbl. 角閃石)Fig.4 Hand specimen (a) and microphotograph (b) of the monzonite from the Taiping deposit

圖5 主要礦石礦物和脈石礦物及蝕變類型(礦物名稱縮寫: Mt. 磁鐵礦; Py. 黃鐵礦; Anh. 硬石膏; Cp.黃銅礦; Hem. 赤鐵礦; Ep. 綠簾石; Pl. 斜長石)Fig.5 Microphotographs showing the ore mineral and gangue mineral assemblages and types of alteration

LA-ICP-MS鋯石 U-Pb定年分析在合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院開展, 使用與 ICP-MS聯(lián)接起來的激光剝蝕系統(tǒng)完成。ICP-MS為美國 Agilent公司生產(chǎn)的Agilent 7500a。

在分析過程中, 激光剝蝕的斑束直徑選為 32 μm,頻率為6 Hz, 采樣方式為單點(diǎn)剝蝕, 以He作為剝蝕物質(zhì)的載氣, 每測定5個樣品點(diǎn)測定兩次標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500, 每測 10個樣品點(diǎn)測一次 NIST610和年齡監(jiān)控樣 Mud Tank。每個分析點(diǎn)的氣體背景采集時間為20～30 s(一般為25s), 信號采集時間為40～50 s(一般為50 s)。

對分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及 U-Th-Pb同位素比值和年齡計算)。采用劉勇勝等編寫的ICPMSDataCal軟件(Liu et al., 2008; 2010)。鋯石U-Pb年齡諧和圖的繪制和加權(quán)平均年齡計算均采用Isoplot/Ex_ver3 (Ludwig, 2003)完成。因為204Pb的信號極低, 以及載氣中204Pb的信號的干擾, 所以LA-ICP-MS不能精確測點(diǎn)樣品中204Pb的含量, 因此使用嵌入的EXCEL的ComPbCorr #3.18程序(Andersen, 2002)進(jìn)行普通Pb校正。

2.2 全巖地球化學(xué)成分分析

首先對所選巖石樣品所對應(yīng)的薄片進(jìn)行顯微鏡觀察, 確定巖石樣品的新鮮程度。將挑選出得樣品用無污染瑪瑙球磨碎至 200目以下, 以備用于全巖元素分析。樣品全巖分析測試在廣州澳實礦物實驗室完成, 主要用美國的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測試, 型號為Perkin Elmer Elan 9000。

3 測試結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

4件采自太平山鐵礦床勘探鉆孔中的新鮮二長巖樣品進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石 U-Pb定年分析, 結(jié)果見表1。各樣品中鋯石顆粒大都具有較好的晶型,CL圖像顯示鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰, 環(huán)帶發(fā)育, 為典型的巖漿鋯石特征(圖6)。

每個樣品中各有幾顆鋯石給出了較老的離群年齡, 應(yīng)為巖漿捕獲鋯石。捕獲鋯石的離群年齡以及少數(shù)因Th-U含量過高或206Pb/238U比值變化過大導(dǎo)致難以獲得有效年齡的測點(diǎn), 在計算中被剔除。各樣品的206Pb/238U 加權(quán)平均年齡分別為: 129.0±2.0 Ma (ZK003-762); 130.6±1.4 Ma(ZK003-774.3); 132.8±1.8 Ma (ZK003-819.6); 130.0±1.0 Ma(ZK401-923)(圖7), 集中分布在129.0～132.8 Ma之間。

表1 太平山二長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)分析結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS U-Pb dating results of zircon grains from the monzonite in the Taiping deposit

續(xù)表1:

圖6 太平山二長巖部分鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像及測點(diǎn)Fig.6 CL images of zircons in the monzonite from the Taiping deposit, the circles are analytical points

圖7 太平山二長巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.7 Zircon U-Pb ages of the monzonite from the Taiping deposit

3.2 主量、微量和稀土元素分析結(jié)果

太平山鐵礦床控礦二長巖全巖分析測試結(jié)果見表2。

太平山二長巖SiO2含量在53.60%～59.85%之間, Al2O3含量12.41%～16.41%, 屬于中性高鋁系列巖漿巖; 堿含量稍高, K2O+Na2O含量在7.24%～9.64%之間, K2O/Na2O比值為0.02～0.97; 里特曼組合指數(shù)(σ)為 3.11～6.82, 屬于鈣堿性-堿性巖。在 TAS圖解上(圖 9a), 樣品投點(diǎn)于二長閃長巖及二長巖區(qū)域內(nèi);在 K2O-SiO2(圖 9b)中, 大部分樣品都落入鉀玄巖系列和高鉀鈣堿性系列, 太平山二長巖樣品表現(xiàn)出較高的 Al2O3(12.41%～16.43%)、高的 Fe2O3(42.08%～5.87%)和低的TiO2(0.40%～0.66%)含量。而與成巖有密切關(guān)系的 MgO和 CaO含量變化較大: MgO為0.65%～5.09%, CaO為4.00%～10.64%; 趨勢上MgO和CaO與Na2O間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)(圖8), 與寧蕪地區(qū)玢巖鐵礦床成礦巖體普遍表現(xiàn)出的元素特征相符, 說明寧蕪地區(qū)成礦巖體與鈉化關(guān)系密切(陳津華等, 2012)。

二長巖的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖9c)顯示, 相對富集大離子親石元素 Rb、Ba、Th、K,明顯虧損高場強(qiáng)元素P、Ti, 輕微虧損Nb、Hf。Ti的負(fù)異?？赡芘c鈦鐵礦的分離結(jié)晶作用有關(guān), 各樣品不同程度的P負(fù)異常, 表明了巖漿演化過程中磷灰石礦物的分離結(jié)晶作用。二長巖稀土總量∑REE=54.97×10–6～139.58×10–6,富集輕稀土元素(LREE/HREE=5.28～11.12, 平均 8.53), (La/Yb)N= 5.31～11.75 (平均8.87)。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖為右傾型(圖 9d), 具輕微 Eu負(fù)異常(δEu=0.69～0.96), 表明斜長石的分離結(jié)晶作用相對較弱, 巖漿演化過程中只有少量斜長石的分離結(jié)晶。

4 討 論

4.1 二長巖體形成時代

LA-ICP-MS鋯石 U-Pb同位素定年顯示太平山鐵礦床二長巖的侵位年齡在 129.0±2.0 Ma～132.8± 1.8 Ma之間, 屬于早白堊世。

表2 二長巖主量元素(%)、微量元素和稀土元素(×10–6)組成Table 2 Major (%) and trace element (×10–6) contents of the monzonites

圖8 侵入巖哈克圖解Fig.8 Harker diagrams of the intrusive rocks

圖9 巖漿巖TAS圖解(a, 底圖據(jù)Middlmost, 1994)和K2O-SiO2圖解(b, 底圖據(jù)Ewart, 1982), 原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(c, 標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù) Sun and McDonough, 1989)和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖(d, 標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Boynton, 1984)Fig.9 TAS (a), K2O vs. SiO2(b) diagram of igneous rocks, primitive mantle normalized trace element spider diagram (c) and chondrite normalized REE patterns of the monzonite (d)

已有研究表明, 鐘姑礦田內(nèi)的姑山鐵礦床, 其成礦輝長閃長玢巖年齡為129.2±1.7 Ma; 白象山鐵礦床,控礦閃長巖年齡為 130.0±1.4 Ma; 和睦山鐵礦床,控礦閃長巖年齡為131.1±1.9 Ma(范裕等, 2010)。整個寧蕪火山巖盆地內(nèi), 賦礦的閃長質(zhì)巖漿活動時限集中在128～131 Ma (胡勁平和蔣少勇, 2010)。而對于長江中下游成礦帶, 已有研究顯示存在145～136 Ma、135～127 Ma、126～123 Ma等三期成巖(成礦)作用(范裕等, 2010)。由此可見, 太平山鐵礦床賦礦二長巖的形成年齡, 與鐘姑礦田內(nèi)其他鐵礦床的賦礦巖石年齡是一致的, 與整個寧蕪火山巖盆地內(nèi)賦礦的閃長質(zhì)巖漿活動時限也相吻合, 135～127 Ma的巖漿活動主要發(fā)生在斷陷區(qū)(如廬樅盆地、寧蕪盆地等), 也是鐵礦化的主要時期(袁峰等, 2008; 周濤發(fā)等, 2011),可對應(yīng)于長江中下游成礦帶的第二期成巖(成礦)作用。

4.2 巖漿起源與演化

太平山鐵礦床二長巖的大離子親石元素 Rb、Ba、Th、K相對富集、高場強(qiáng)元素P、Ti明顯虧損、Nb和 Hf輕微虧損的特征, 可能與巖石圈地幔的交代作用有關(guān)(Briqueu et al., 1984; Arndt and Christensen, 1992), 體現(xiàn)了俯沖板片流體在巖漿形成過程中的作用。太平山二長巖的Nb/La值為0.31～0.67＜1, 表明巖漿底侵過程受到了地殼混染(Saunders et al., 1992; Kieffer et al., 2004), 同樣Nb/U值(3.05～5.46)不僅遠(yuǎn)低于全球MORB和OIB的平均值(～47), 也低于地殼中Nb/U的平均值10(Taylor and Haves, 1983), 而U主要存在于陸殼中, 低的Nb/U比值, 也說明巖漿形成或演化過程有陸殼物質(zhì)的混入。前人獲得寧蕪盆地凹山鐵礦賦礦輝長閃長玢巖的鋯石 εHf(t)為-6.3～-8.6, 指出該巖石的形成可能與富集巖石圈地幔熔融并與地殼物質(zhì)混合有關(guān)(胡勁平和蔣少勇, 2010),而Sr同位素特征為輝石閃長玢巖受地殼物質(zhì)直接混染提供了重要證據(jù)。同樣, 對寧蕪盆地花崗巖類Sr-Nd及鋯石Hf同位素研究工作顯示, 其巖漿源自于巖石圈富集地幔部分熔融并在上升過程中受地殼物質(zhì)的混染(侯可軍和袁順達(dá), 2010; 袁峰等, 2011)。在長江中下游成礦帶, 大量巖漿巖的 Sr-Nd同位素組成特征顯示為殼幔不同程度混合所致(胡勁平和蔣少勇, 2010)。

綜上可見, 太平山鐵礦床中二長巖的巖漿起源及演化與鐘姑礦田、寧蕪火山巖盆地內(nèi)的賦礦閃長玢巖具有相似的特征, 起源于富集的交代巖石圈地幔并受到地殼物質(zhì)混染, 結(jié)合其形成年齡的一致性,這可能顯示它們之間具有同源演化關(guān)系, 可能為同一巖漿源同一構(gòu)造變動時期所形成的不同階段的一套巖漿雜巖。因此, 鐘姑礦田中的二長巖同樣應(yīng)具有鐵成礦意義。

4.3 成巖成礦構(gòu)造背景

區(qū)域上看, 包括寧蕪火山巖盆地在內(nèi)的長江中下游成礦帶中生代巖漿巖是中國東部火成巖省的重要組成部分, 其形成受中國東部中生代燕山期總體地球動力學(xué)背景的制約。雖然長江中下游成礦帶位于揚(yáng)子克拉通北緣, 但其成礦地球動力學(xué)與華北克拉通基本一致, 該帶中生代以來經(jīng)歷了由板緣到板內(nèi), 由擠壓到伸展的特殊的構(gòu)造轉(zhuǎn)化背景, 大規(guī)模的巖漿火山活動和成礦作用發(fā)生在由擠壓向伸展的轉(zhuǎn)化階段(董樹文等, 2011)。在華北克拉通及其周緣中生代出現(xiàn)三個成礦大爆發(fā)期(190～160 Ma、140 Ma左右和 125～110 Ma), 它們所對應(yīng)的地球動力學(xué)背景分別為碰撞造山過程、構(gòu)造體制大轉(zhuǎn)折和巖石圈大規(guī)模拆沉作用(毛景文, 2004)。任紀(jì)舜等(1999)和陳培榮等(2002)研究認(rèn)為中國東部的構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換的時間位于侏羅紀(jì)與早白堊世之間。135 Ma后, 巖石圈拆沉、軟流圈上升和地幔隆起作用加劇, 區(qū)域完全形成太平洋構(gòu)造體制, 進(jìn)入典型的伸展拉張背景(范裕等, 2008; 周濤發(fā)等, 2011)。結(jié)合微量元素數(shù)據(jù), 應(yīng)用安山巖類構(gòu)造判別圖解(圖 10), 結(jié)果顯示太平山二長巖同樣產(chǎn)生于大陸殼內(nèi)伸展環(huán)境的背景下。

圖10 微量元素Hf-Zr圖解(底圖據(jù)Condie, 1986) Fig.10 Hf vs. Zr diagram of the volcanic rocks

不少研究認(rèn)為, 早白堊世巖漿事件是華北克拉通東部(馬昌前等, 2003; 許文良等, 2004; 楊德彬等, 2005; Zhao et al., 2005; 裴福萍等, 2005; 楊承海等, 2008)乃至中國東部(戴圣潛等, 2003; 林強(qiáng)等, 2003)最強(qiáng)烈的一期巖漿事件, 對應(yīng)于巖石圈伸展背景。包括寧蕪盆地在內(nèi)的長江中下游地區(qū)在 135～127 Ma期間進(jìn)入快速伸展時期, 對應(yīng)于長江中下游成礦帶第二期成巖成礦事件, 與區(qū)域巖石圈減薄、軟流圈地幔上涌密切相關(guān)(胡勁平和蔣少勇, 2010); 寧蕪盆地巖漿巖以及鐵成礦作用正是這一地球動力背景下深源巖漿活動的產(chǎn)物(毛景文, 2004; 周濤發(fā)等, 2008)。因此, 鐘姑礦田以及太平山鐵礦床同樣應(yīng)形成于由于巖石圈的拆沉造成中國東部整體巖石圈減薄的地球動力學(xué)背景。

5 結(jié) 論

(1) 太平山鐵礦床中二長巖的鋯石206Pb/238U加權(quán)平均年齡在129.0±2.0 Ma～132.8±1.8 Ma之間, 與鐵礦化關(guān)系最為密切, 屬于早白堊世。與鐘姑礦田內(nèi)其他鐵礦床的成礦巖石年齡是一致的, 與整個寧蕪火山巖盆地內(nèi)成礦的閃長質(zhì)巖漿活動時限也相吻合,寧蕪盆地二長巖屬于長江中下游成礦帶第二期巖漿作用產(chǎn)物。

(2) 太平山鐵礦床中二長巖的巖漿起源及演化與鐘姑礦田、寧蕪火山巖盆地內(nèi)的賦礦閃長玢巖具有相似的特征, 起源于富集的交代巖石圈地幔并受到地殼物質(zhì)混染, 結(jié)合其形成年齡的一致性, 這可能顯示它們之間具有同源演化關(guān)系, 鐘姑礦田中的二長巖同樣應(yīng)具有鐵成礦意義。

(3) 太平山鐵礦床的成巖成礦作用應(yīng)形成于中國東部整體巖石圈減薄的地球動力學(xué)背景, 是早白堊世巖石圈伸展背景下深源巖漿活動的產(chǎn)物, 但受區(qū)域構(gòu)造體制大轉(zhuǎn)折期間的局部擠壓以及古太平洋板塊深俯沖的影響。

致謝: 研究工作得到華東冶金地質(zhì)勘查局綜合地質(zhì)大隊的熱情幫助, 兩位審稿人提出了寶貴的修改意見, 在此一并致以衷心的感謝。

常印佛, 劉湘培, 吳昌言. 1991. 長江中下游地區(qū)銅鐵成礦帶. 北京: 地質(zhì)出版社: 1–379.

陳培榮, 華仁民, 章邦桐, 陸建軍, 范春方. 2002. 南嶺燕山早期后造山花崗巖類: 巖石學(xué)制約和地球動力學(xué)背景. 中國科學(xué)(D輯), 32(4): 279–289.

陳津華, 曾鍵年, 王思源, 李錦偉, 邱金亮, 張燕. 2012.寧蕪和廬樅火山巖盆地玢巖鐵礦礦床地球化學(xué)特征.地質(zhì)科技情報, 31(1): 86–94.

陳毓川. 1976. 寧蕪火山巖地區(qū)鐵礦成礦規(guī)律、找礦標(biāo)志、找礦方向及找礦方法//中國地質(zhì)科學(xué)院礦床地質(zhì)研究所文集, 35–37.

戴圣潛, 鄧晉福, 吳宗絮, 趙海玲, 陳江峰, 杜建國. 2003.大別造山帶燕山期造山作用的巖漿巖石學(xué)證據(jù). 中國地質(zhì), 30(2): 160–167.

丁毅. 1992. 寧蕪玢巖鐵礦成因新論: 同化作用、高侵位和鐵質(zhì)聚合. 礦床地質(zhì), (3): 196–202.

段超, 李延河, 毛景文. 2011. 寧蕪礦集區(qū)成巖成礦作用:來自花崗閃長斑巖鋯石U-Pb年齡的證據(jù). 礦物學(xué)報, (增刊): 574–575.

段超, 李延河, 袁順達(dá), 胡明月, 趙令浩, 陳小丹, 張成,劉佳林. 2012. 寧蕪礦集區(qū)凹山鐵礦床磁鐵礦元素地球化學(xué)特征及其對成礦作用的制約. 巖石學(xué)報, 28(1): 243–257.

董樹文, 馬立成, 劉剛, 薛懷民, 施煒, 李建華. 2011. 論長江中下游成礦動力學(xué). 地質(zhì)學(xué)報, 85(5): 612–625.

杜建國, 常丹燕. 2011. 長江中下游成礦帶深部鐵礦找礦的思考. 地質(zhì)學(xué)報, 85(5): 687–698.

范裕, 周濤發(fā), 袁峰, 錢存超, 陸三明, Cooke D R. 2008.安徽廬江-樅陽地區(qū)A型花崗巖的LA-ICP-MS定年及其地質(zhì)意義. 巖石學(xué)報, 24(8): 1715–1724.

范裕, 周濤發(fā), 袁峰, 張樂駿, 錢兵, 馬良, David R C. 2010. 寧蕪盆地閃長玢巖的形成時代及對成礦的指示意義. 巖石學(xué)報, 26(9): 2715–2728.

顧連興, 阮惠礎(chǔ). 1996. 安徽省姑山鐵礦床中赤鐵礦微晶的聚合. 地質(zhì)論評, 42(3): 275–277.

郭原生, 王金榮, 邱紅英, 胡沛青, 傅善明, 陳建林. 2003.白銀廠礦田酸性火山巖巖石學(xué)及微量元素地球化學(xué)特征. 甘肅地質(zhì)學(xué)報, 12(1): 21–29.

洪東良, 孫莉. 2006. 和睦山鐵礦床地質(zhì)特征淺論. 現(xiàn)代礦業(yè), 25(8): 72–73.

侯通, 張招崇, 杜楊松. 2010. 寧蕪南段鐘姑礦田的深部礦漿-熱液系統(tǒng). 地學(xué)前緣, 17(1): 186–194.

侯可軍, 袁順達(dá). 2010. 寧蕪盆地火山–次火山巖的鋯石U-Pb年齡、Hf同位素組成及其地質(zhì)意義. 巖石學(xué)報, 26(3): 888–902.

胡勁平, 蔣少涌. 2010. 寧蕪盆地淺成侵入巖的鋯石U-Pb年代學(xué)和Hf同位素研究及其地質(zhì)意義. 高校地質(zhì)學(xué)報, 16(3): 294–308.

林剛, 許德如. 2010. 在寧蕪玢巖鐵礦深部尋找大冶式鐵礦的探討——以寧蕪鐵礦南段為例. 礦床地質(zhì), 29(3): 427–436.

林強(qiáng), 葛文春, 曹林, 孫德有, 林經(jīng)國. 2003. 大興安嶺中生代雙峰式火山巖的地球化學(xué)特征. 地球化學(xué), 32(3): 208–223.

劉佳林, 毛景文, 段超, 張成, 姚磊, 鄭佳浩. 2011. 寧蕪盆地姑山鐵礦床地質(zhì)特征及其成因研究. 礦物學(xué)報,增刊. 61–62.

馬昌前, 楊坤光, 明厚利, 林廣春. 2003. 大別山中生代地殼從擠壓轉(zhuǎn)向伸展的時間: 花崗巖的證據(jù). 中國科學(xué)(D輯), 33(9): 817–827.

馬芳, 蔣少涌, 姜耀輝, 王汝成, 凌洪飛, 倪培. 2006. 寧蕪地區(qū)玢巖鐵礦Pb同位素研究. 地質(zhì)學(xué)報, 80(2): 279–288.

毛景文, Holly Stein, 杜安道, 周濤發(fā), 梅燕雄, 李永峰,藏文栓, 李進(jìn)文. 2004. 長江中下游地區(qū)銅金(鉬)礦Re-Os年齡測定及其對成礦作用的指示. 地質(zhì)學(xué)報, 78(1): 121–131.

寧蕪研究項目編寫小組. 1978. 寧蕪玢巖鐵礦. 北京: 地質(zhì)出版社: 1–200.

裴福萍, 許文良, 楊德彬, 趙全國. 2005. 吉林通化赤柏松輝長巖鋯石SHRIMP U-Pb定年及其地質(zhì)意義. 中國科學(xué)(D輯), 35(5): 393–398.

任紀(jì)舜, 牛寶貴, 劉志剛. 1999. 軟碰撞, 疊覆造山和多旋回縫合作用. 地學(xué)前緣, 3: 85–93.

唐科遠(yuǎn). 2014. 寧蕪地區(qū)“玢巖鐵礦”鐵礦分布規(guī)律及地球物理找礦標(biāo)志. 低碳世界, 18: 174–175.

王元龍, 張旗, 王焰. 2001. 寧蕪火山巖的地球化學(xué)特征及其意義. 巖石學(xué)報, 17(4): 565–575.

姚超美, 熊先孝. 2000. 寧蕪地區(qū)陸相火山-沉積黃鐵礦礦床形成的有利條件. 化工礦產(chǎn)地質(zhì), 22(1): 27–37.

許文良, 王冬艷, 王清海, 裴福萍, 林景仟. 2004. 華北地塊中東部中生代侵入雜巖中角閃石和黑云母的40Ar/39Ar 定年: 對巖石圈減薄時間的制約. 地球化學(xué), 34(5): 221–232.

薛懷民. 1987. 寧蕪中生代火山巖地球化學(xué)特征及巖漿的成因與演化.南京: 南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所碩士學(xué)位論文.

楊承海, 許文良, 楊德彬, 王偉, 王偉德, 劉金民. 2008.魯西上峪輝長-閃長巖的成因: 年代學(xué)與巖石地球化學(xué)證據(jù). 中國科學(xué)(D輯), 38(1): 44–55.

楊德彬, 許文良, 裴福萍, 王清海, 柳小明. 2005. 蚌埠隆起區(qū)花崗巖形成時代及巖漿源區(qū)性質(zhì): 鋯石LA-ICP MS定年與示蹤. 地球化學(xué), 35(5): 443–455.

袁峰, 周濤發(fā), 范裕, 張樂駿, 馬良, 錢兵. 2011. 寧蕪盆地花崗巖類的鋯石U-Pb年齡、同位素特征及其意義.地質(zhì)學(xué)報, 85(5): 821–833.

袁峰, 周濤發(fā), 范裕, 陸三明, 錢存超, 張樂駿, 段超, 唐敏慧. 2008. 廬樅盆地中生代火山巖的起源、演化及形成背景. 巖石學(xué)報, 24(8): 1691–1702.

翟裕生, 姚書振, 林新多, 周珣若, 萬天豐, 金福全, 周宗桂. 1992. 長江中下游地區(qū)鐵銅(金)成礦規(guī)律. 北京: 地質(zhì)出版社: 1–235.

張世生. 2006. 和睦山鐵礦床成因初探. 礦業(yè)快報, 447(8): 68–71.

周濤發(fā), 范裕, 袁峰. 2008. 長江中下游成礦帶成巖成礦作用研究進(jìn)展. 巖石學(xué)報, 24(8): 1665–1678.

周濤發(fā), 范裕, 袁峰, 張樂駿, 馬良, 錢兵, 謝杰. 2011.長江中下游成礦帶火山巖盆地的成巖成礦作用. 地質(zhì)學(xué)報, 85(5): 712–730.

Andersen, T. 2002. Correction of common lead in U-Pb analyses that do not report204Pb. Chemical Geology, 192: 59–79.

Arndt N T and Christensen U. 1992. The role of lithospheric mantle in continental flood volcanism: Thermal and geochemical constraints. Journal of Geophysical Research, 97(7): 10967–10981.

Briqueu L, Bougault H and Joron J L. 1984. Quantification of Nb, Ta, Ti and V anomalies in magmas associated with subduction zones: Petrogenetic implications. Earth and Planetary Science Letters, 68: 297–308.

Boynton W V. 1984. Cosmochemistry of the rare earth elements: meteoric studies. Rare Earth Element Geochemistry, 63–114.

Ewart A. 1982. Petrogenesis of the Tertiary anorogenic volcanic series of southern Queensland, Australia, in the light of trace element geochemistry and O, Sr and Pb isotopes. Journal of Petrology, 23(3): 344–382.

Kieffer B, Arndt N, Lapierre H, Bastien F, Bosch D, Pecher A, Yirgu G, Ayalew D, Weis D, Jerram D A, Keller F and Meugniot C. 2004. Flood and shield basalts from Ethiopia: Magmas from the African Superswell. Journal of Petrology, 45(4): 793–834.

Hou T, Zhang Z C, Du Y S and Li S T. 2009. Geology of the Gushan iron oxide deposit associated with dioritic porphyries, eastern Yangtze craton SE China. International Geology Review, 51(6): 520–541.

Hou T, Zhang Z C, John E, Du Y S, Zhao Z D and Liu J L. 2010. Geochemistry of Late Mesozoic dioritic porphyries associated with Kiruna-style and stratabound carbonate-hosted Zhonggu iron ores, Middle-Lower Yangtze Valley, Eastern China: Constraints on petrogenesis and iron sources. Lithos, 119(3): 330–344.

Hou T, Zhang Z C and Kusky T. 2011. Gushan magnetiteapatite deposit in the Ningwu basin, Lower Yangtze River Valley, SE China: Hydrothermal or Kiruna-type? Ore Geology Reviews, 43(1): 333–346.

Liu Y S, Hu, Z C, Gao S, Günther D, Xu J, Gao C G and Chen H H. 2008. In situ analysis of major and trace elements of anhydrous minerals by LA-ICP MS without applying an internal standard. Chemical Geology, 257: 34–43.

Liu Y S, Gao S, Hu Z C, Gao C G, Zong K Q and Wang D B. 2010. Continental and oceanic crust recycling-induced melt-peridotite interactions in the Trans-North China Orogen: U-Pb dating, Hf isotopes and trace elements in zircons of mantle xenoliths. Journal of Petrology, 51: 537–571.

Ludwig K R. 2003. Isoplot 3.00: A geochronological toolkit for microsoft excel. Berkeley: Berkeley Geochronology Center, California.

Mao J W, Xie G Q, Duan C, Pirajno F, Ishiyama D and Chen Y C. 2011. A tectono-genetic model for porphyryskarn-stratabound Cu-Au-Mo-Fe and magnetite-apatite deposits along the Middle-Lower Yangtze River Valley, Eastern China. Ore Geology Reviews, 43(1): 294–314.

Saunders A D, Storey M, Kent R W and Norry M J. 1992. Consequences of plume-lithosphere interaction. Geological Society, London, Special Publications, 68: 41–60.

Sun S S and Mcdonough W F. 1989. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: Implications for mantle composition and processes. Geological Society, London, Special Publications, 42(1): 313–345.

Taylor B and Hayes D E. 1983. Origin and history of the South China Sea basin. The Tectonic and GeologicEvolution of Southeast Asian Seas and Islands: Part 2: 23–56.

Zhang Q, Jian P, Liu D Y, Wang Y L, Qian Q, Wang Y and Xue H M. 2003. SHRIMP dating of volcanic rocks from Ningwu area and its geological implications. Science in China (Series D), 46(8): 830–837.

Zhao Z F, Zheng Y F, Wei C S, Wu Y B, Chen F K and Borming J. 2005. Zircon U-Pb age element and C-O isotope geochemistry of post-collisional mafic-ultramafic rocks from the Dabie orogen in East-central China. Lithos, 83: 1–28.

Zhou T F, Fan Y, Yuan F, Zhang L J, Qian B, Ma L, Yang X F and David R C. 2011. Geochronology and significance of volcanic rocks in the Ning-Wu Basin of China. Science in China (Series D), 54(2): 185–196.

Zhou T F, Wu M A, Fan Y, Duan C, Yuan F, Zhang L J, Liu J, Qian B, Franco P and David R C. 2011. Geological, geochemical characteristics and isotope systematics of the Longqiao iron deposit in the Lu-Zong volcanosedimentary basin, Middle-Lower Yangtze (Chang Jiang) River Valley, Eastern China. Ore Geology Reviews, 43(1): 154–169.

Geochronological and Geochemical Characteristics of Monzonite in Taipingshan Iron Deposit, Zhonggu Ore Field

SUN Weian1, JIANG Xiaojuan1, YUAN Feng1＊, ZHOU Taofa1, HONG Dongliang2, GAO Daoming2, LIU Xinbing2and LIU Xiaoming2
(1. School of Resource and Environment Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, Anhui, China; 2. East China Metallurgical Geological Exploration Bureau Consolidated Geological, Ma’anshan 243000, Anhui, China)

The Taiping iron deposit is located in the Northeast part of the Zhonggu ore field in the Ning-Wu volcanic basin, as part of the Middle-Lower Yangtze River Valley metallogenic belt. The ore is hosted in the monzonite, which is different from regional porphyry iron deposits. LA-ICP-MS U-Pb dating of zircons from the monzonite yields206Pb/238U weighted average age ranging from 129.0±2.0 Ma to 132.8±1.8 Ma, which is consistent with the dioritic magmatic activities related to the porphyry iron deposits in the Ning-Wu volcanic basin. The Taiping monzonite is relatively enriched in Rb, Ba, Th, K and appreciably poor in P and Ti. It is also slightly low in Nb and Hf. Nb/La (＜1) and Nb/U (3.05- 5.46) ratios are lower than those of the MORB and OIB, and that of the earth crust. The magma origin and evolution of the monzonite are similar to those of the diorite porphyries in the Ning-Wu volcanic basins, derived from enriched lithospheric mantle with crustal contamination. Formation of the monzonite and the associated Taipingshan iron deposit was possibly under the lithospheric thinning tectonic regime in East China, and the discovery of the deposit may hint a new ore prospecting possibility in the region.

Zhonggu ore field; Taipingshan; iron deposit; monzonite; geochronology; geochemical

P595; P597

A

1001-1552(2016)06-1200-015

2014-04-17; 改回日期: 2015-04-10

項目資助: 安徽省公益性地質(zhì)工作項目(2011-g-2)和新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃項目(NCET-10-0324)聯(lián)合資助。

孫維安(1989–), 男, 博士研究生, 礦物學(xué)巖石學(xué)礦床學(xué)專業(yè)。Email: viansunhfut@163.com

袁峰(1971–), 男, 教授, 博士生導(dǎo)師, 從事礦物學(xué)巖石學(xué)礦床學(xué)方向研究。Email: yf_hfut@163.com