青海红沟地区哈曼大阪花岗岩体锆石LA-ICP-MS测年—对红沟铜矿床形成时代和成因的认识

余吉远, 李向民, 王国强, 武 鹏

(中国地质调查局西安地质调查中心,西安 710054)

青海红沟地区哈曼大阪花岗岩体锆石LA-ICP-MS测年—对红沟铜矿床形成时代和成因的认识

余吉远, 李向民, 王国强, 武 鹏

(中国地质调查局西安地质调查中心,西安 710054)

哈曼大阪花岗岩体位于北祁连造山带-中祁连造山带接壤地带。结合阴极发光,对哈曼大阪花岗岩体花岗闪长岩中的锆石进行了LA-I CP-MS U-Pb同位素测年。获得单颗粒锆石的微区U-Pb年龄为478.8±1.2Ma。认为哈曼大阪花岗岩体形成时代为早奥陶世。获得的红沟铜矿直接赋矿围岩双峰式火山岩中基性火山岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄为443.2±1.2Ma,认为红沟铜多金属矿床形成时代为晚奥陶世。因此,认为哈曼大阪花岗岩体与红沟铜矿没有成因上的联系。这一认识,对进一步深入研究祁连造山带陆缘裂谷环境的Cu多金属矿床的成矿时代及成因具有重要意义。

花岗闪长岩 锆石U-Pb年代学 LA-ICP-MS 红沟 青海

Yu Ji-yuan,L iX iang-m in,Wang Guo-q iang,Wu Peng.ALA-I CP-MS U-Pb dat ing of zircons from Hamandaban granite body in the Honggou area,Q inghaiProv ince:new evidence formetallogenic age and causes of the Honggou copper polymetallic deposit[J].Geology and Exploration,2010,46(4):0592-0598.

哈曼大阪花岗岩体位于北祁连造山带-中祁连造山带接壤地带的红沟北侧,前人对该区的火山岩进行了大量的研究工作,尤其是红沟铜矿的发现,对该区火山岩的研究起到了一定的推动作用。但是,对其北侧花岗岩体做实质性的工作较少,研究程度较低。因此对该岩体的形成时代没有统一的认识, 1∶20万区调(青海省地质局,1968)①认为该岩体形成于加里东晚期(γ δ33),时代相当于志留纪,并且认为该岩体与红沟铜矿床的生成有直接的关系;而1∶25万区调(拜永山等,2006)②认为该岩体形成于晚奥陶世,红沟铜矿与火山岩有关,但始终缺乏令人信服的年代学证据。多位学者认为晚奥陶世火山岩为红沟铜矿的赋矿围岩(夏林圻等,1996,1998;孙海田等,1993;汤中立等,1999;冯益民等,1996),但是红沟铜矿与其北侧大规模花岗闪长岩的关系尚不明确。本次工作通过对哈曼大阪花岗岩体的年代学研究,结合前人的研究成果,研究祁连构造带陆缘裂谷环境下Cu多金属矿床的成因,以进一步认识中祁连加里东期构造-岩浆作用的地球动力学意义。本文研究的重点花岗闪长岩是哈曼达坂花岗岩体(复式岩体)中出露规模最大且野外露头最好的岩体之一。

红沟铜矿床赋存于晚奥陶世扣门子组细碧角斑岩中,有两种不同层位,沿NWW向分布,出露宽50～500m,共查明7个矿体群,80多个矿体,其中II号矿体群规模最大,以脉状、扁豆状产出,矿体有尖灭再现的现象,矿石以他形粒状结构、浸染状构造为主,最高矿石综合品位达33.8%。伴生组分有Au、Ag、Se等组分,矿体中矿物具有明显的垂直分带现象,自上而下,磁铁矿-黄铜黄铁矿+磁铁矿-黄铜黄铁矿-块状黄铜矿+黄铜黄铁矿;围岩蚀变以绿泥石化、绿帘石化为主,辅以钠长石化、碳酸盐化及黄铁矿化。

1 区域地质及岩相学特征

哈曼大阪花岗闪长岩位于中祁连陆块中,空间分布零乱,形态各异,其出露明显受到断裂的控制。岩体出露面积约40km2,岩体北侧侵入于古元古代托赖岩群中(图1),该岩群为黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩夹云母石英片岩及大理岩;西南侧与二叠纪大黄沟组(粉砂岩、钙质砂岩及长石砂岩)为断层接触;南侧与奥陶纪扣门子组火山碎屑岩为断层接触。

图1 红沟地区区域地质略图(据1∶25万门源幅修改)Fig.1 Geologicalmap of the Honggou area(modified from 1∶250000 map ofM enyuan)

本次研究选择出露规模最大,基岩出露最好的哈曼大阪花岗闪长岩岩体为研究对象,岩性为浅灰色片麻状花岗闪长岩,中细粒半自形粒状结构,块状构造、片麻状构造,岩石由石英28%,斜长石47%,钾长石18%,黑云母5%等组成,个别岩石中含有少量的白云母,副矿物组合为石榴石、钛铁矿、独居石、锆石,金红石等。

2 分析方法

对所采样品进行清洗后,全部粉碎至80目,锆石挑选采用常规的重液浮选和电磁分离方法,在咸阳区域地质调查院实验室对花岗闪长岩进行锆石分选,之后在双目镜下挑选晶形完好、具有代表性的锆石颗粒,镶嵌于环氧树脂中抛光使锆石内部暴露,对待测锆石进行透射光和反射光显微照相,然后镀碳膜,并通过扫描电镜进行阴极发光照相,以检查锆石的内部结构,从而帮助选定最佳的待测锆石部位和数据解释,进而进行光学及LA-ICP-MS锆石UPb测年分析。

锆石U-Pb年龄测定分析在西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室进行。本实验室的LA-I CP-MS为Perkin Elmer/SCIEX公司带有动态反应池(Dynamicreaction cell,缩写为DRC)的四级杆LA-ICP-MS Elan6100RC,该仪器可在标准模式和DRC模式下运行。本研究在标准模式下进行。实验中采用He作为剥蚀物质的载气。用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质N IST610进行仪器最佳化,使仪器达到最高灵敏度最小的氧化物产率最低的背景值和稳定的信号。采用国际标准锆石91500作为外标标准物质,普通铅采用Andersen Tom的3D坐标法进行校正,元素含量采用N ISTSRM610作为标准,29Si作为内标元素。样品的同位素比值及元素含量计算采用GL ITTER(ver4.0,Macquarie University)程序,年龄计算及谐和图的绘制采用Isoplot(ver2.49)完成。详细分析步骤和数据处理方法参见文献(柳小明等,2002;Gaoet al.,2002;袁洪林等,2003;)。

图2 样品锆石阴极发光图像Fig.2 Cathodelum inescence images of analyzed zircon gra ins

图3 花岗闪长岩锆石LA-I CP-M S U-Pb年龄谐和图Fig.3 LA-ICP-M S U-Pb age Concordia diagram of the granodiorite

3 测试结果

本文对采集的样品进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学测试,锆石阴极发光图像见图2,年代学分析结果见图3和表1。

可能是受构造破坏作用的影响,锆石整体较为破碎,主要为短柱状,大小不一,阴极发光较弱,环带特征不明显或无环带特征,测定了30个锆石的30个点,其中08my-01-03、08my-01-08、08my-01-12、08my-01-18四个点的年龄值明显偏离其他数据点,不参与年龄值计算;而08my-01-17、08my-01-21、08my-01-26、08my-01-29四个点尽管年龄值与其它数据点近似,但有明显的Pb丢失而远离谐和线,为了加权平均值的更加准确,这四个点也没有参与年龄值的计算;其余22个点都位于谐和线上或谐和线附近(见图3),206Pb/238U加权平均年龄为478.8±1.2Ma,MS WD=0.4;测试数据的Th/U比值的计算显示(表1),所有锆石Th/U值均大于0.50,因此该年龄代表了岩浆结晶年龄。样品的年龄分析表明,花岗闪长岩形成于478Ma,说明哈曼达坂岩体形成于早奥陶世,为加里东中期花岗岩。

4 讨论

通过对花岗闪长岩和火山岩形成环境和形成时代的讨论,可以有效的限定矿床的形成环境及时代。花岗闪长岩与火山岩直接接触,1∶20万区调①认为是侵入接触,1∶25万区调②认为是断层接触。作者经过野外路线地质调查,认为花岗闪长岩与火山岩为断层接触关系,红沟铜矿的直接围岩为火山岩,但是火山岩中发育有次火山岩相的闪长岩,矿体与北侧的花岗闪长岩还是与侵入其中的闪长岩均没有直接接触。

早古生代祁连造山带的构造演化方面的研究资料很多(夏林圻等,1996,1998,2001;冯益民等, 1995,左国朝等,1987;任有祥等,2000),认为北祁连造山带新元古代火山作用与Rodinia超大陆裂解有关,大陆裂谷火山作用一直持续到早-中寒武世,晚寒武世发生了大陆裂谷向大洋裂谷的转变,到奥陶纪形成北祁连沟-弧-盆系,晚奥陶世-志留纪为海盆闭合期火山作用。

4.1 形成环境讨论

1∶25万区域②地质调查对哈曼达坂花岗闪长岩做大量岩石地球化学的分析测试,获得岩石SiO2含量在68.24～70.57%,具有低钛(T iO2= 0.29～0.38)、高铝(Al2O3=14.63～16.22%)的特征,里特曼指数σ=1.22～1.97,山德指数(A/ CNK)=1.064～1.248,平均1.154,为强过铝质岩石,硅碱图解和AFM图解可确定该岩体为中钾强过铝质的钙碱性岩。稀土元素球粒陨石标准化模式图显示为向右陡倾的富集型模式。R1-R2图解中(图4),样品集中分布于同碰撞区和板块碰撞前的过渡区域,结合其它花岗岩构造环境判别图,可以判断该岩体可能形成于板块碰撞环境。

图4 花岗闪长岩R1-R2图解(据拜永山等, 2006) (底图据Batchelor等,1985)(R1=4Si-11Na-11K-2Fe-2Ti;R2=6Ca+2M g+Al)Fig.4 R1vs R2 discr im ination diagram showing the tecton icsett ingsforgranodiorite(afterBatchelor et al.,1985)(R1=4Si-11Na-11K-2Fe-2Ti;R2 =6Ca+2M g+Al)

而对于红沟铜矿含矿围岩火山岩的形成环境,目前较为统一的认识是形成于陆缘裂谷环境(孙海田等,1993;夏林圻等,1996,1998,2001;徐学义等, 2009;贾群子等,2002,2006)。这说明哈曼达坂花岗闪长岩体和红沟铜矿为祁连构造带不同研究阶段的产物。

4.2 时代讨论

LA-ICP-MS锆石微区U-Pb同位素测年结果表明,哈曼达坂花岗闪长岩(08my-01)锆石206Pb/238U表面年龄加权平均值为478.8±1.2Ma,属于早奥陶世;而项目组同时获得的红沟铜矿直接赋矿围岩双峰式火山岩中基性火山岩的LA-I CPMS锆石U-Pb同位素年龄为443.2±1.2Ma,和夏林圻等(1996)获得的445Ma的年龄数据相当,说明红沟铜矿形成时代的上限为晚奥陶世。花岗闪长岩的形成时代明显早于火山岩的形成时代,因此,认为红沟铜矿与北侧的哈曼达坂花岗闪长岩没有成因关系。而前人认为与红沟铜矿有成因上联系的哈曼达坂花岗岩岩体,可能是指侵入火山岩中的晚奥陶世闪长岩,而不是北侧早奥陶世的花岗闪长岩。因为研究区出露的岩体时代主要是晚元古代、早奥陶世、晚奥陶世和志留纪等几个时期,认为分布空间上与红沟铜矿最近,时代最接近的岩体最有可能为红沟铜矿的形成提供热源,作者认为侵入火山岩中的次火山岩相的晚奥陶世闪长岩可能对铜矿的形成有一定的贡献,但还有待进一步研究。

5 结论

哈曼达坂花岗闪长岩的LA-ICP-MS锆石U -Pb同位素加权平均值为478.8±1.2Ma,属于早奥陶世;其形成于板块碰撞环境,与红沟铜矿的形成时代及形成环境存在明显的不同,因此认为该岩体与红沟铜矿没有成因上的联系,而后期侵入其中的次火山岩相闪长岩可能对红沟铜矿的形成有一定贡献。

[注 释]

①青海省地质局区域地质测量队.1968.1∶20万门源幅地质矿产图说明书:47-110

②拜永山,王秉璋,王永文,王进寿,丁西岐,王培俭,曹生秀. 2006.1∶25万门源县幅区域地质调查报告:96-202

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A LA-ICP-M S U-Pb Dating of Zircons from the Hamandaban Gran ite Body in the Honggou Area,Qingha i Prov ince:New Evidence forM etallogen ic Age and Causes of the Honggou Copper Polymetallic Deposit

YU Ji-yuan, L IXiang-min, WANG Guo-qiang, WU Peng
(Xi’an Institute of Geology and M ineral Resource,CGS,Xi’an 710054)

The Hamandaban granite body lies in contiguous area of the northern-middle Qilian orogenic belt.Based on the cathodoluminescence micrography,the petrogenic age is obtained by the LA-ICP-MSU-Pb isotope dating on the zircons from the granodiorite in this rock body.The yielded U-Pb age is 478.8±1.2Ma,indicating the earlyOrdovician.The formation age of basic volcanic rocks from the bimodal volcanic rockwhich isore-hosting rock measured byU-Pb method is443.2±1.2Ma in the Honggou copperpolymetallic depost,indicating the late Ordovician.We consider that there is no genetic connection between the Hamandaban granite body and the Honggou copper polymetallic depost.This cognition is of great significance in further research on themetallogenic epoch and genesisof copperpolymetallic depositsoccurring in a continentalmargin rift environment in theQilian orogenic belt.

granodiorite,ziron U-Pb dating,LA-ICP-MS,Honggou,Qinghai province

book=7,ebook=396

P597+.3

A

0495-5331(2010)04-0592-07

2010-03-31;

2010-06-12;[责任编辑]郑 杰。

青藏专项“北祁连成矿带成矿条件研究与找矿靶区优选”(编号:1212010818090);中国地质调查局大调查项目“中亚古生代火山岩形成机制及其与成矿关系研究”(编号:1212010611804)资助。

余吉远(1978年-),男,助理研究员,从事区域地质、矿产调查研究,E-mail:yujiyuan111@163.com。