張會(huì)瓊, 王京彬, 王玉往, 鄒　滔, 龍靈利

(北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院, 北京 100012)

山西支家地銀多金屬礦區(qū)火山–次火山巖鋯石U-Pb年代學(xué)研究及其地質(zhì)意義

張會(huì)瓊, 王京彬*, 王玉往, 鄒滔, 龍靈利

(北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院, 北京 100012)

本文在對(duì)山西支家地銀多金屬礦床地質(zhì)特征研究的基礎(chǔ)上, 對(duì)礦區(qū)出露的火山-次火山巖(流紋斑巖、石英斑巖、花崗巖)中的鋯石做了系統(tǒng)的 LA-ICP-MS U-Pb年齡測(cè)定: 石英斑巖成巖年齡為 135.4±0.8 Ma, 流紋斑巖成巖年齡為136.2±0.6 Ma, 花崗巖成巖年齡為 136.2±0.7 Ma, 其時(shí)代均為早白堊世, 表明該區(qū)出露的火山–次火山巖屬于同一期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。石英斑巖與成礦關(guān)系密切, 其成巖年齡135 Ma可以近似作為支家地礦床的成礦年齡。流紋巖和石英斑巖在化學(xué)成分上表現(xiàn)為富硅(SiO2=72.43％～78.48％)、高鉀(K2O/Na2O值平均為 25.17)、強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)(A/CNK=1.24～1.95), 二者稀土元素和微量元素特征非常類似, 微量元素明顯富Rb、Th、K、La、Nd、Zr等、相對(duì)虧損大離子親石元素Ba、Sr、Eu等元素, Ti含量較低, 屬輕稀土元素富集型的鉀玄巖系列過(guò)鋁質(zhì)花崗巖類, 花崗巖僅在P和K元素化學(xué)成分上與前2者相差比較大(石英斑巖和流紋巖富K, 虧損P, 而花崗巖反之)。礦區(qū)三類巖石地球化學(xué)特征顯示其具后碰撞花崗巖的特征, 推測(cè)其可能形成于后碰撞伸展環(huán)境。本次所獲鋯石 U-Pb年齡, 不僅豐富了研究區(qū)火山-次火山巖類的同位素年齡資料, 也為建立中生代構(gòu)造–巖漿–成礦事件提供了重要信息。

支家地銀多金屬礦床; 成礦年代學(xué); LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡

0 引 言

支家地銀多金屬礦床是晉北地區(qū)淺成低溫?zé)嵋盒豌y多金屬礦集區(qū)中最具代表性的一個(gè)礦床, 位于山西省靈丘縣城以南直距約7 km處, 行政隸屬靈丘縣高家莊鄉(xiāng)。支家地礦床研究程度較高, 前人對(duì)其成礦條件、礦床地質(zhì)特征、地球化學(xué)特征、成礦機(jī)理及找礦標(biāo)志等都進(jìn)行過(guò)研究(肖秀梅, 1992; 李兆龍等, 1992; 陳津等, 1992; 張北延等, 1994, 1995; 楊建功, 1999; 李樹臣和周利霞, 2008; 潘益清和康艷輝, 2009; 張會(huì)瓊等, 2012), 取得了一系列成果。對(duì)支家地礦床的類型和成因, 前人看法較為一致, 均認(rèn)為其為與次火山巖隱爆作用有關(guān)的淺成低溫?zé)嵋恒y(多金屬)礦床(李兆龍等, 1992; 張北廷等, 1994, 1995; 楊建功, 1999; 李樹臣和周麗霞, 2008; 陃穎和孟瑞發(fā), 2009; 張會(huì)瓊, 2015)。將該礦床成礦期次劃分為: 熱液期和表生期, 熱液成礦期又劃分為三個(gè)成礦階段: (1)石英–黃鐵礦階段(250～340 ℃), (2)銀多金屬硫化物階段(180～250 ℃), (3)銀多金屬硫化物–碳酸鹽階段(130～240 ℃)(李兆龍等, 1992)。流體包裹體測(cè)溫研究表明其主要成礦溫度

在130～240 ℃之間(李兆龍等, 1992)。穩(wěn)定同位素研究表明其成礦熱液主要和巖漿有關(guān), 也有地層熱液的混入, 成礦在弱堿性、還原條件下進(jìn)行(張北廷等, 1995)。張會(huì)瓊(2014)建立了礦區(qū)的垂向礦化–蝕變分帶模式,將礦床從上到下分為四個(gè)帶: Ⅰ錳帽帶; Ⅱ脈狀礦化帶; Ⅲ脈狀+筒狀礦化帶; Ⅳ類斑巖型礦化帶, 并建立了支家地礦床脈狀礦化–隱爆角礫巖型礦化–類斑巖型礦化“三位一體”成礦模式。同時(shí), 前人也對(duì)礦區(qū)內(nèi)與成礦關(guān)系密切的石英斑巖進(jìn)行了地球化學(xué)及同位素年代學(xué)研究, 獲得Rb-Sr同位素等時(shí)線年齡為156.03 Ma, (87Sr/86Sr)0為0.7058,87Sr/86Sr與87Rb/86Sr比值的相關(guān)系數(shù)為 0.997(李兆龍等, 1995), 但該方法的誤差較大,到目前為止還沒(méi)有獲得可靠的成礦年代學(xué)數(shù)據(jù), 一定程度上制約了對(duì)該礦床成礦作用及區(qū)域成礦規(guī)律的認(rèn)識(shí)。本文在前人研究的基礎(chǔ)上, 通過(guò)對(duì)與該礦床成因關(guān)系密切的流紋斑巖、石英斑巖、花崗巖等火山–次火山巖進(jìn)行地球化學(xué)特征分析及LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)研究, 從而對(duì)支家地礦床的成礦時(shí)代加以探討,對(duì)成巖成礦環(huán)境進(jìn)行剖析。

Kz. 新生界; J3h. 侏羅系后城組; C. 石炭系; O. 奧陶系; ?. 寒武紀(jì); Ch-Qn. 長(zhǎng)城系-青白口系; Ws. 五臺(tái)群變質(zhì)巖。 1. 侏羅系白旗組; 2. 侏羅系張家口組; 3. 變石英閃長(zhǎng)巖; 4. 流紋斑巖; 5. 花崗巖; 6. 正斷層; 7. 逆斷層; 8. 向斜及背斜。圖1　山西靈丘太白維山破火山口地質(zhì)略圖(據(jù)邴穎和孟瑞發(fā), 2009修改)Fig.1 Geological sketch map of the Taibaiwei caldera in the Lingqiu Mt, Shanxi province

1 區(qū)域地質(zhì)背景

支家地銀多金屬礦床大地構(gòu)造位置處于華北地臺(tái)北緣, 燕山斷塊的淶源塊隆與五臺(tái)塊隆的過(guò)渡地帶, 中生代火山巖斷陷盆地–太白維山破火山口內(nèi)(李兆龍等, 1992), 處在中生代瀕太平洋活動(dòng)大陸邊緣區(qū)。區(qū)內(nèi)前長(zhǎng)城紀(jì)變質(zhì)熱液成礦和中生代巖漿熱液成礦作用十分強(qiáng)烈, 是我國(guó)一個(gè)重要的銀、錳、金及多金屬成礦區(qū)(李兵院和孟慶春, 2010)。區(qū)域基底構(gòu)造主要是北東向的褶皺和斷裂。蓋層構(gòu)造以燕山期太白維山環(huán)形構(gòu)造最顯著, 具有沉陷型破火山口構(gòu)造的特征(圖1)。礦田內(nèi)巖漿作用十分強(qiáng)烈, 主要為燕山晚期火山巖及次火山巖, 與礦化有關(guān)的燕山期巖漿巖巖體出露有60余處, 巖體個(gè)數(shù)和出露面積約占山西省巖漿巖的80％(陳昌勇等, 1999), 主要由中–酸性巖(伴生的隱爆角礫巖)組成, 沿弧形和放射狀斷裂侵入的巖漿巖多為為中–酸性巖脈, 稍晚階段在白旗期火山噴發(fā)之后沿弧形斷裂、放射狀斷裂和受NW向斷裂控制的火山口侵入, 主要為花崗斑巖和石英斑巖巖脈, 有的伴有隱爆角礫巖, 銀、錳、金等多金屬成礦十分強(qiáng)烈。區(qū)內(nèi)巖漿巖已有的年代學(xué)數(shù)據(jù)多為K-Ar年齡和Rb-Sr年齡, 如小彥、義興寨、鐵瓦殿、刁泉、耿莊、岔口等, 巖體年齡在130.6～186.3 Ma之間。并且區(qū)內(nèi)幾乎所有的多金屬礦床都分布于燕山期淺成相侵入巖、火山巖、及巖體與圍巖的接觸帶中, 巖體和接觸帶也是區(qū)內(nèi)礦床最重要的控礦因素。

圖2　支家地礦區(qū)地質(zhì)圖(據(jù)大同晉銀礦業(yè)有限責(zé)任公司, 2005修改)Fig.2 Geological map of the Zhijiadi deposit region

圖3　支家地1320中段平面圖(a)和5號(hào)勘探線剖面圖(b)(據(jù)中國(guó)冶金地質(zhì)總局第三地質(zhì)勘查院, 2011修改)Fig.3 Map of the 1320 level (a) and cross section profile of the No.5 expection line (b) of the Zhijiadi deposit

2 礦床地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)地層以元古界長(zhǎng)城系碳酸鹽巖建造和中生界侏羅系陸相火山巖為主。碳酸鹽巖建造屬長(zhǎng)城系高于莊組四段, 僅在礦區(qū)北部有少量出露。礦區(qū)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育, 走向以NW向?yàn)橹? 次為NE向和SN向。主要的斷裂有 F1、F2和 F3(圖 2)。其中 F2斷裂出露于礦區(qū)中部, 傾向 SW, 傾角 50°～70°, 屬壓扭性斷層。該斷層活動(dòng)時(shí)間長(zhǎng), 成礦前、后均有活動(dòng), 控制著隱爆角礫巖帶的分布, 是本區(qū)主要的控礦構(gòu)造。區(qū)內(nèi)巖漿巖主要出露有前寒武紀(jì)變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖、燕山期次火山巖以及隱爆角礫巖, 次火山巖主要為石英斑巖(圖2)。礦體主要賦存于北西向F2斷裂破碎帶及其兩側(cè)的隱爆角礫巖中, 以及火山口構(gòu)造外接觸帶的白云巖中。在兩組構(gòu)造的交匯部位, 礦體變厚變富。礦化類型有兩類: 隱爆角礫巖型筒狀礦和裂隙充填脈狀礦。礦區(qū)已探明的主要礦體中②、③、④、⑨號(hào)礦體以及①號(hào)礦體的北端為筒狀的隱爆角礫巖型礦體(圖3a)?？臻g上, 隱爆角礫巖筒與石英斑巖關(guān)系密切, 一般位于斑巖體邊側(cè)或上方, 井下可見(jiàn)二者之間的過(guò)渡關(guān)系, 石英斑巖角礫巖是石英斑巖的爆破碎裂相。金屬硫化物主要賦存于角礫裂隙間或呈浸染狀賦存在蝕變的雜基膠結(jié)物中,偶見(jiàn)其呈細(xì)脈浸染狀分布在石英斑巖中。最新的研究首次發(fā)現(xiàn)了④號(hào)隱爆角礫巖筒的通道相, 通過(guò)對(duì)比自然界同類礦床相似的特征, 建立了支家地含礦角礫巖筒垂直分帶模式, 垂向上由上而下分為4個(gè)相帶:①裂隙相、②震碎相、③爆破相、④通道相。震碎相和爆破相是最主要的賦礦部位, 沿含礦角礫巖筒的通道相有可能追索到深部的斑巖型礦化(張會(huì)瓊等, 2012; 張會(huì)瓊, 2014)。金屬硫化物以方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦為主, 偶見(jiàn)到黃銅礦、自然銀、輝銀礦等。圍巖蝕變?yōu)楣杌⑻妓猁}巖化、綠泥石化和黃鐵礦化。

3 巖石巖相學(xué)特征

本文進(jìn)行測(cè)年分析的3大巖石類型特征如下:

石英斑巖(樣品 Z1), 采自 4號(hào)含礦角礫巖筒1280中段以及1320中段, 巖石為灰白色, 具塊狀構(gòu)造、斑狀結(jié)構(gòu)。斑晶主要為石英和鉀長(zhǎng)石, 含量為5％～10％, 粒徑2～3 mm。石英斑晶大部分被溶蝕, 有時(shí)可見(jiàn)裂紋或呈棱角狀, 有的石英保存有完好的六方雙錐晶形。鉀長(zhǎng)石斑晶多具卡氏雙晶, 可見(jiàn)碎裂和被溶蝕現(xiàn)象, 具絹云母化和硅化蝕變。基質(zhì)成分與斑晶成分相同, 為隱晶質(zhì)(圖4a、d)。

流紋斑巖(樣品 Z2), 采自礦區(qū)山頂?shù)乇淼幕鹕饺蹘r區(qū), 地理坐標(biāo): E114°13′35.7″, N39°21′32.4″, 海拔1500 m。流紋巖巖石呈紫紅色, 具塊狀構(gòu)造、斑狀結(jié)構(gòu)。斑晶主要是石英和鉀長(zhǎng)石, 含量10％～15％。石英約占 5％, 次圓狀, 少量被溶蝕成港灣狀, 粒徑2～3 mm; 長(zhǎng)石約占10％, 肉紅色, 粒徑2～5 mm?；|(zhì)成分與斑晶成分相同, 為隱晶質(zhì)(圖4b、e)。

花崗巖(樣品Z3), 采自礦區(qū)上部錳礦開采區(qū), 其在地表沒(méi)有出露。地理坐標(biāo): E114°12′39.3″, N39°21′47″,海拔1668 m?；◢彴邘r為花崗結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造, 斑晶主要為石英和長(zhǎng)石, 石英呈透明圓形, 約占 25％, 晶粒大小多在 2～4 mm, 長(zhǎng)石呈柱狀, 紅棕色和土黃色,晶粒大小多為3～5 mm, 約占25％～ 30％?；|(zhì)為細(xì)粒結(jié)構(gòu), 呈灰白色, 主要成分為石英和長(zhǎng)石(圖4c、f)。

圖4　石英斑巖(a, d)、流紋巖(b, e)、花崗巖(c, f)手標(biāo)本以及顯微鏡下照片(礦物名稱縮寫: Q. 石英; Ser. 絹云母; Pl. 斜長(zhǎng)石)Fig.4 Photos of the hand specimens and the micrographs of the rhyolite porphyry (a, d), quartz porphyry (b, e) and granite (c, f)

4 分析方法

4.1 鋯石U-Pb同位素分析

對(duì)巖石樣品進(jìn)行清洗, 破碎至 40～60目, 經(jīng)過(guò)重選、磁選以及手工挑純等程序完成鋯石的挑選。將挑選出的單顆粒鋯石以及鋯石標(biāo)樣 Temora粘貼在環(huán)氧樹脂靶上, 然后對(duì)其拋光直至鋯石露出一半晶面, 進(jìn)行透射光、反射光和陰極發(fā)光(CL)照相, 以檢查鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu); 選定最佳的測(cè)試部位。鋯石的陰極發(fā)光(CL)圖像分析在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所掃描電鏡實(shí)驗(yàn)室采用德國(guó)LEO1450VP掃描電子顯微鏡(SEM)及MiniCL陰極放光裝置完成。

激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)原位定年, 在北京大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。實(shí)驗(yàn)采用的ICP-MS為美國(guó)安捷倫科技有限公司電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 Agilent ICPMS7500ce,激光剝蝕系統(tǒng)為德國(guó)相干(Coherent)公司準(zhǔn)分子激光器COMPexPro102(波長(zhǎng)193 nm)。激光剝蝕斑束直徑為44 μm, 激光能量密度為15 J/cm2, 激光頻率為5 Hz, 實(shí)驗(yàn)中采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣。用硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NISTSRM610進(jìn)行儀器最佳化,采樣方式為單點(diǎn)剝蝕。鋯石年齡采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石 91500作為外部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。元素含量采用NISTSRN1610作為外標(biāo), 選擇Si作為內(nèi)標(biāo)。元素分析的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差和分析值之間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)一般≤10％。數(shù)據(jù)處理采用 Glitter(ver4.0, Macquarie University) (Griffin et al., 2008)對(duì)鋯石的同位素比值及元素含量進(jìn)行計(jì)算。

4.2 主量、微量元素分析

主量元素、微量和稀土元素分析均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心完成。主量元素分析使用 X-射線熒光光譜儀(飛利浦 PW2404)完成,其中 Al2O3、SiO2、MgO、Na2O檢測(cè)限為 0.015％, CaO、K2O、TiO2檢測(cè)限為 0.01％, Fe2O3T、MnO、P2O5檢測(cè)限為0.005％; FeO用容量法完成(檢測(cè)限為0.1％)。微量元素及稀土元素含量利用酸溶法將樣品制備好后, 采用德國(guó) Finnigan-MAT公司造的ELEMENT I電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)測(cè)定完成, 具體方法可參考李榮輝等(1993)。

5 分析結(jié)果

5.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

本文對(duì)石英斑巖Z1、流紋斑巖Z2和花崗巖Z3進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)測(cè)試, 結(jié)果見(jiàn)表1。選擇分析的鋯石為透明的自形晶體, 具明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)、無(wú)包體, 具巖漿鋯石特征(圖 5)。鋯石 Th 和 U的含量變化范圍較大, 分別為 49×10–6～9811× 10–6和 64×10–6～10208×10–6, Th/U 比值介于 0.33～ 1.42之間, 平均值為0.79, 絕大多數(shù)鋯石的Th/U比值都與典型巖漿鋯石的比值范圍相符(Claesson et al., 2000)。因此, 所測(cè)鋯石的結(jié)晶年齡可代表成巖年齡。

圖5　支家地礦區(qū)石英斑巖、流紋斑巖、花崗巖中鋯石的陰極發(fā)光照片F(xiàn)ig.5 CL images and dating spots of zircon grains from the quartz porphyry, rhyolite porphyry, and granite

樣品Z1分析了15個(gè)點(diǎn), 除了Z1-8.1、Z1-11.1、Z1-15.1三個(gè)點(diǎn)因離群而未參與年齡的計(jì)算, 其余的12個(gè)分析點(diǎn)大部分位于諧和線的右側(cè)(圖6a)。由于在年輕樣品中, 普通鉛204Pb的含量對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較大,而石英斑巖中含207Pb較低, 分析誤差偏大, 導(dǎo)致207Pb/235U值精度較差, 但是這些點(diǎn)的縱坐標(biāo)都比較一致, 符合精度要求, 故采用206Pb/238U加權(quán)平均年齡來(lái)代表石英斑巖的形成年齡, 仍具有一定的參考性(袁洪林等, 2003; 劉建輝, 2012)。12個(gè)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為135.4±0.8 Ma(95％置信度) (圖6a)。Z1-8.1的206Pb/238U年齡為236 Ma, 應(yīng)為繼承鋯石或捕獲鋯石年齡, 暗示本區(qū)存在三疊紀(jì)和早白堊世的構(gòu)造巖漿事件。與區(qū)域上中時(shí)代多期巖漿活動(dòng)對(duì)應(yīng)。

樣品Z2分析了20個(gè)點(diǎn), 除了Z2-7.1、Z2-10.1、Z2-13.1、Z2-15.1、Z2-18.1五個(gè)點(diǎn)因離群而未參與年齡的計(jì)算, 其余的 15個(gè)點(diǎn)都位于諧和線附近,206Pb/238U加權(quán)平均年齡為 136.2±0.6 Ma(95％置信度)(圖 6b)。樣品Z3分析了18個(gè)點(diǎn), 除了Z3-6.1、Z3-10.1、Z3-16.1、Z3-17.1、Z3-18.1五個(gè)點(diǎn)因離群而未參與年齡的計(jì)算,其余13個(gè)點(diǎn)都位于諧和線附近,206Pb/238U加權(quán)平均年齡為136.2±0.7 Ma(95％置信度)(圖6c)。

5.2 巖石地球化學(xué)特征

5.2.1 主量元素特征

圖6　支家地礦區(qū)石英斑巖(a)、流紋巖(b)和花崗巖(c)鋯石U-Pb年齡諧和圖解Fig.6 Concordia diagrams of zircon grains from the quartz porphyry (a), rhyolite porphyry (b), granite (c) of Zhijiadi mine area

表1　支家地礦區(qū)石英斑巖、流紋斑巖和花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results of the quartz porphyry, rhyolite porphyry and granite from the Zhijiadi mine area

續(xù)表1:

本次研究對(duì) 2個(gè)流紋巖樣品, 10個(gè)石英斑巖樣品和1個(gè)花崗巖樣品進(jìn)行了成分分析, 其中流部分石英斑巖樣品(Z0618-7、Z0618-8)、流紋巖樣品和花崗巖樣品的采樣位置與上述Z1、Z2、Z3采樣位置分別一致, 其他8個(gè)石英斑巖樣品采自與④礦體關(guān)系密切的巖體。主量和微量元素分析結(jié)果見(jiàn)表2。

三類巖石在分類命名圖中, 它們都落在流紋巖區(qū)域(圖7a), 多屬亞堿性系列。

石英斑巖SiO2含量為72.43％～76.36％, Al2O3含量為 12.86％～14.22％, K2O含量為 6.55％～9.41％, Na2O含量為0.15％～0.35％。K2O/Na2O比值為19.45～54.47, 全堿(K2O+Na2O)含量為 6.85％～9.81％, 鋁飽和指數(shù)A/CNK為1.42～1.95, σ為12.5～58.20, 巖石為弱過(guò)鋁質(zhì)鉀玄巖系列。

圖7　支家地礦區(qū)巖漿巖的TAS圖解(a, 據(jù)Le Bas et al., 1986)和SiO2-K2O圖解(b, 據(jù)Peccerillo et al., 1976)Fig.7 TAS (a), and SiO2vs. K2O (b) diagrams of rocks from the Zhijiadi mine area

流紋巖SiO2含量為76.51％～78.48％, Al2O3含量為11.11％～12.11％, K2O含量為5.54％～6.45％, Na2O含量為3.08％～3.16％。K2O/Na2O比值為1.75～2.09,全堿(K2O+Na2O)含量為 8.7％～9.53％, 鋁飽和指數(shù)A/CNK為1.24, σ為0.09～0.13, 均小于3.3, 為過(guò)鋁質(zhì)鉀玄巖與高鉀鈣堿性系列的過(guò)渡區(qū)(圖7b)。

花崗巖只測(cè)試了一塊樣品, SiO2含量為73.64％, Al2O3含量為13.62％, K2O含量為0.1％, Na2O含量為5.78％。K2O/Na2O比值為0.02, 全堿(K2O+Na2O)含量為5.88％, 鋁飽和指數(shù)A/CNK為1.46, σ為0, 均小于3.3, 為強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)花崗巖。

5.2.2 微量和稀土元素特征

石英斑巖、流紋巖和花崗巖稀土元素和微量元素特征非常類似(圖8)。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖(圖8a)中前二者配分曲線模式近乎一致, 后者Eu含量相對(duì)富集, 稀土總量ΣREE分別為119.7×106-～ 169.3×106-、92.4×106-～140.8×106-、203.2×106-, (La/Yb)N為 10.24～ 18.26、10.60～17.54、28.26, δEu為0.39～ 0.52、0.37～0.41、0.66, 均呈輕稀土富集的右傾型配分模式; 在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖8b)中, 三者的微量元素特征比較一致, 均相對(duì)富集Rb、Th、La、Nd、Zr元素, Ba、Sr相對(duì)虧損, Ti含量較低, 僅K和P有所不同(石英斑巖和流紋巖富K, 虧損P, 而花崗巖反之)。

圖8　支家地礦區(qū)巖漿巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖(a)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b) (球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun et al., 1989; 原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Wood et al., 1979)Fig.8 Chondrite normalized REE patterns (a) and the primitive-mantle normalized trace element spider diagram (b) of rocks from the Zhijiadi mine area

6 討 論

6.1 形成環(huán)境

研究表明, 強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)花崗巖為陸–陸碰撞過(guò)程中同碰撞早期擠壓環(huán)境下, 地殼加厚及碰撞高峰期后的巖石圈伸展構(gòu)造作用引起下地殼溫度升高, 導(dǎo)致下地殼發(fā)生部分熔融形成(Pearce et al., 1984; Harris et al., 1986; Harris and Inger, 1992; Pearce, 1996; Sylvester, 1998; 張宏飛等, 2007), 與陸–陸碰撞和板塊深俯沖作用密切相關(guān)(Sylvester, 1998; Barbarin, 1999)。這類花崗巖以富Rb, 貧Sr、Ba為特征, 在微量元素蛛網(wǎng)圖上出現(xiàn)極為明顯的Rb正異常和Ba、Sr負(fù)異常。華北克拉通北緣地區(qū)中生代花崗巖類中出現(xiàn)過(guò)此類巖石(劉紅濤等, 2002)。

表2　流紋巖、石英斑巖、花崗巖的主量元素(％)和微量元素(μg/g)的地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)Table 2 Major (％) and trace elements (μg/g) composition of the rhyolite porphyry, quartz porphyry and granite

支家地石英斑巖、流紋巖、花崗巖在SiO2-Al2O3圖解(圖 9a)中的投影點(diǎn)主要落入后碰撞花崗巖類區(qū)域。巖體的微量元素和稀土元素表現(xiàn)為富集大離子親石元素和輕稀土元素, 相對(duì)虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素和重稀土元素, 也具后碰撞花崗巖的特征。在(Y+Nb)-Rb圖解(圖 9b)上, 數(shù)據(jù)點(diǎn)落入同碰撞花崗巖和后碰撞花崗巖重疊區(qū)域內(nèi)。據(jù)最新研究成果, 鎢錫鉛鋅銀銻汞金鈾礦主要出現(xiàn)于巖石圈伸展環(huán)境, 大規(guī)模成礦作用通常發(fā)育于造山后的伸展環(huán)境而不是碰撞造山期間(毛景文和王志良, 2000)。結(jié)合區(qū)域資料分析,中生代(230～110 Ma)是華北地塊有色金屬的主要成礦期, 華北在中生代已完全進(jìn)入陸內(nèi)造山作用階段, 在EW向構(gòu)造活動(dòng)的基礎(chǔ)上疊加了古太平洋板塊的構(gòu)造活動(dòng), 形成一系列推覆構(gòu)造和伸展構(gòu)造, 同時(shí)伴隨多期次的火山噴發(fā)和巖漿侵入活動(dòng)。結(jié)合區(qū)域資料綜合分析, 研究區(qū)與成礦有關(guān)的巖石(如: 石英斑巖、花崗巖、流紋巖)可能形成于后碰撞伸展環(huán)境。

syn-COLG. 同碰撞花崗巖; Post-COLG. 后碰撞花崗巖; VAG. 火山弧花崗巖; WPG. 板內(nèi)花崗巖; ORG. 洋脊花崗巖; IAG. 島弧胡崗巖類; CAG. 大陸弧花崗巖類; CCG. 大陸碰撞花崗巖; POG. 后碰撞花崗巖類; RRG. 與裂谷有關(guān)的花崗巖; CEUG. 與大陸抬升有關(guān)的花崗巖類。圖9　構(gòu)造環(huán)境判別圖SiO2-Al2O3 (a)和(Y+Nb)-Rb (b, 據(jù)Pearce, 1996)Fig.9 SiO2vs. Al2O3(a) and (Y+Nb) vs. Rb (b) diagrams

6.2 成巖與成礦關(guān)系

礦區(qū)附近的火山巖被厘定為侏羅系白旗組二段(J3b2)(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989), 分布在礦區(qū)北東部,按其巖性可分為下部英安質(zhì)角礫巖和上部火山凝灰角礫巖, 為一套長(zhǎng)英質(zhì)火山巖。本次研究表明, 火山巖中流紋斑巖的鋯石U-Pb年齡為136.2±0.6 Ma、礦區(qū)侵入花崗巖為136.2±0.7 Ma、次火山石英斑巖為135.4±0.8 Ma、都屬早白堊世?？梢?jiàn), 礦區(qū)分布的這套火山巖(J3b2), 其時(shí)代應(yīng)屬早白堊世。鄰區(qū)左云縣有較大面積的白堊紀(jì)火山巖出露, 在恒山和五臺(tái)山隆起的北東端也零星分布有白堊紀(jì)火山巖。作為晉北區(qū)域構(gòu)造–巖漿活動(dòng)帶的一部分, 礦區(qū)所在的太白維山礦田中發(fā)育白堊紀(jì)火山巖也是合理的。前人研究表明, 支家地銀多金屬礦床成礦與石英斑巖密切相關(guān)(張北延等, 1995; 周紹芝, 1999; 楊建功, 1999; 李樹臣和周利霞, 2008)。支家地含礦角礫巖筒主要分布在石英斑巖體的上方或旁側(cè), 含礦角礫巖筒中有葉臘石化的石英斑巖角礫, 旁側(cè)的石英斑巖體中也發(fā)育了明顯的硅化絹云母化及相伴的細(xì)脈浸染狀鉛鋅礦化(張會(huì)瓊等, 2012), 局部達(dá)到工業(yè)品位。石英斑巖、火山碎屑巖及礦體的稀土分布特征,反映出三者具有同源性(肖秀梅, 1992)。因此, 筆者認(rèn)為成礦作用與石英斑巖的侵位近同時(shí)發(fā)生, 時(shí)序上緊隨石英斑巖侵位之后。因此, 支家地礦區(qū)石英斑巖的成巖時(shí)代可近似作為成礦時(shí)代。初步統(tǒng)計(jì)華北地臺(tái)北緣中段燕山期Au、Ag、Pb、Zn成礦帶內(nèi)發(fā)育大、中、小型鉛鋅銀礦床80余處, 其中大型礦床5處、中型26處, 不同規(guī)模的Pb、Zn、Ag地球化學(xué)異常 180余處, 帶內(nèi)成礦時(shí)代有新太古代(3.0～ 2.5 Ga)、古元古代末–中元古代(1.9～1.4 Ga)和中生代的中侏羅世–早白堊世(180～140 Ma), 礦帶由北向南呈現(xiàn)了由NE向轉(zhuǎn)為EW向, 再轉(zhuǎn)為NE向的分布特點(diǎn), 資源量或礦山數(shù)量均顯示中生代中侏羅世–早白堊世是區(qū)內(nèi)多金屬礦床成礦的主要時(shí)期。中國(guó)東部中生代大規(guī)模成礦作用主要發(fā)生于 110～160 Ma, 以130 Ma為鼎盛時(shí)期, 如鄰區(qū)的刁泉銅銀礦成礦時(shí)代為132.3±6.1 Ma(易洪波, 2012), 義興寨鉬金鉛鋅礦成礦時(shí)代為 133±0.87 Ma(羅軍燕, 2009), 山西堡子灣金礦早期成礦年齡為142.9 Ma(韓金良等, 2002;朱翠伊等, 2002), 華北地臺(tái)北緣內(nèi)蒙林西大井錫銅鉛鋅銀礦床為146～133 Ma(江思宏等, 2012)等。這表明與支家地時(shí)代相近的銀多金屬礦床在區(qū)域上具有較大的分布范圍, 代表了早白堊世的一次重要的構(gòu)造–巖漿–成礦事件。

7 結(jié) 論

(1) 礦區(qū)流紋斑巖的LA-ICP-MS 鋯石U-Pb同位素測(cè)年結(jié)果為 136.2±0.6 Ma, 花崗巖和石英斑巖鋯石 U-Pb年齡測(cè)定結(jié)果分別為: 135.4±0.8 Ma、136.2±0.7 Ma, 三者成巖年齡基本一致, 屬早白堊世。支家地石英斑巖與成礦關(guān)系密切, 其成巖時(shí)代可近似作為成礦時(shí)代, 因此支家地銀多金屬礦床為早白堊世成礦。

(2) 支家地石英斑巖、流紋巖在化學(xué)成分上表現(xiàn)為富硅(SiO2=72.43％～78.48％)、高鉀(K2O/Na2O平均值為 25.17)、過(guò)鋁質(zhì)(A/CNK=1.24～1.95), 花崗巖在化學(xué)成分上表現(xiàn)為富硅(SiO2=73.64％)、低鉀(K2O/ Na2O=0.02)、強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)(A/CNK=0.02), 三者稀土元素和微量元素特征非常類似, 僅在P和K元素化學(xué)成分上花崗巖與前2者相差比較大(石英斑巖和流紋巖富 K, 虧損 P; 而花崗巖反之)。微量元素明顯富Rb、Th、La、Nd、Zr, 虧損Ba、Sr、Eu等元素, Ti含量較低, 屬輕稀土元素富集型的過(guò)鋁質(zhì)花崗巖。支家地石英斑巖、流紋巖和花崗巖地球化學(xué)特征研究表明其與后碰撞花崗巖類似, 結(jié)合區(qū)域資料的研究, 推測(cè)其形成于后碰撞伸展環(huán)境。

致謝： 野外工作得到了山西支家地銀礦史礦長(zhǎng)的大力支持, 數(shù)據(jù)測(cè)試以及數(shù)據(jù)處理得到了有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心石煜博士生的幫助, 在此深表謝意。感謝兩位審稿人提出的寶貴修改意見(jiàn)。

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Zircon U-Pb Geochronology of the Volcanic-subvolcanic Rocks and its Geological Implications on the Zhijiadi Silver Polymetallic Mineralization

ZHANG Huiqiong, WANG Jingbin*, WANG Yuwang, ZOU Tao and LONG Lingli
(Beijing Institute of Geology for Mineral Resource, Beijing 100012, China)

LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the volcanic-subvolcanic rocks (rhyolite porphyry, quartz porphyry and granite) from the Zhijiadi deposit yields ages of 135.4±0.8 Ma, 136.2±0.6 Ma, and 136.2±0.7 Ma for the quartz porphyry, rhyolite porphyry, and granite, respectively. Obviously, they formed simultaneously in Early Cretaceous. Since the quartz porphyry is closely related with the mineralization, its age (about 135 Ma) can be considered to be the age of the mineralization. The rhyolite and quartz porphyry are silicon-rich (SiO2=72.43％-78.48％), highly potassic (K2O/Na2O average value is 25.17) and strong peraluminous (A/CNK=1.24-1.95). Moreover, they have similar rare earth element patterns and trace element characteristics, such as enrichments of Rb, Th, La, K, Nd, Zr, other large ion lithophile elements, depletions of Ba, Sr, Eu, and Ti. So, they should belong to the shoshonite series peraluminous granite. However, the granite has different phosphorus and potassium from the quartz porphyry and the rhyolite (granites have high phosphorus and lower potassium, but the quartz porphyry and the rhyolite have high potassium and lower phosphorus). Their geochemistry and formation environment reveal that they have characteristics of postcollisional granites, and thus mostly like to have been formed post collisional extensional environment.

Zhijiadi silver polymetallic deposit; geochronology; LA-ICP-MS zircon U-Pb age

P595; P597

A

1001-1552(2016)03-0478-013

2013-10-18; 改回日期: 2014-10-8
項(xiàng)目資助: 全國(guó)危機(jī)礦山接替資源找礦項(xiàng)目——危機(jī)礦山勘查理論方法與技術(shù)總結(jié)(200699105)和行業(yè)科研基金課題——卡拉塔格整裝勘查區(qū)找礦預(yù)測(cè)與靶區(qū)評(píng)價(jià)研究(201411026-3)聯(lián)合資助。

張會(huì)瓊(1982–), 女, 博士, 高級(jí)工程師, 主要從事典型礦床研究與成礦預(yù)測(cè)研究。Email: 123863164@qq.com

王京彬(1961–), 男, 教授, 博士生導(dǎo)師, 主要從事礦產(chǎn)勘查、礦床地球化學(xué)與找礦預(yù)測(cè)研究。Email: wjb@cnncm.com