青海赛什塘铜矿区侵入岩体地球化学及锆石LA-ICPMS U-Pb年代学

刘建平，赖健清，谷湘平，王雄军，毛 寅，宋文彬

东昆仑造山带是青藏高原内可与冈底斯相媲美的一条巨型构造岩浆岩带[1]。该造构造岩浆岩是研究特提斯洋北部演化及地壳演化的天然实验室。前人对该区花岗岩开展了大量的研究工作[2−5]。同时强烈的构造岩浆岩活动孕育了丰富的矿产资源，是国内重要矿产勘查区[6−8]。然而，位于东段的鄂拉山构造岩浆岩带为东昆仑与西秦岭结合部位，构造极其复杂，研究相对薄弱，认识存在分歧[9]。更为重要是该区广泛发育的铜多金属矿化，产有赛什塘中型铜矿[10]、铜峪沟大型铜多金属矿和日龙沟中型锡多金属矿等著名的大中型矿床，成为青海乃至全国重要的铜矿集区[7,11]。区内成矿作用丰富，已识别出热水沉积成矿作用、接触交代型成矿作用和斑岩型矿床成矿作用。随着研究的深入，中酸性成矿作用及斑岩型矿床找矿成为新的热点[11−15]。20世纪70年代以来，人们采用各类方法对赛什塘矿区不同岩性开展了年代学工作[10−11,13−14]获得侵入岩年龄在205～248 Ma。但该结果时间跨度大，缺乏矿区侵入岩精确时代，制约了对该区岩浆岩的成矿作用的认识。本文作者选择赛什塘矿区侵入岩的石英闪长玢岩及花岗斑岩开展了地球化学及锆石 U-Pb LA-ICPMS年代学研究，并探讨了成岩动力学背景。

1 区域地质背景

鄂拉山构造−岩浆带呈北北西—南南东向展布，以哇洪山—温泉断裂界以西为柴达木地块相邻，区域上在早二叠世拉张成为裂谷盆地[11]，早、中三叠世盆地达到最大，接受5～10 km的砂岩、板岩组成的复理石沉积。在鄂拉山地区，下三叠统(隆务河群)和中三叠统超过20 km，在中三叠统上部出现火山−沉积岩。中三叠世晚期裂谷盆地进入造山阶段，发育陆相中心式喷发为主的石英安山岩+流纹岩组成的火山岩[11]，上部以流纹质粗碎屑岩沉积岩为主。晚三叠世发育大量的花岗岩类侵入，主要包括石英闪长岩、花岗闪长岩−花岗岩两类组合。区域构造上最显著的断裂是哇洪山断裂，盆地裂陷期为同生张断裂，造山期转为俯冲、走滑断层。区内矿产资源丰富，从北到南发育有众多以铜为主的多金属矿床、矿点，北段有什多龙铅锌矿床，中南段有索拉沟铜多金属矿床、日龙沟锡多金属矿床、铜峪沟铜多金属矿、赛什塘中型铜矿和尕科合含铜银砷矿床等。区内成矿作用多样，矿种类型丰富。

2 矿区地质及岩体特征

赛什塘矿区出露地层有中、下三叠统浅变质千枚岩、砂岩和大理岩，第三系紫红色砂砾岩和第四系松散堆积物。关于该地层时代尚有争议，早期工作认为属早二叠世，后来矿区地层化石鉴定认为属早−中三叠世[13]。矿区构造发育，见雪青沟复式背斜及其次级赛什塘背斜，发育多组断裂，主要有北西向和近东西向，断裂规模不等。岩浆岩主体为石英闪长岩体和花岗斑岩体。矿体主要产自岩体边部及地层中，地表见矽卡岩化。矿区矿化复杂，矿种以铜为主，伴生铅、锌、金、银、锡、铁和硫等。矿体似层状和透镜状，走向及倾向上分枝复合现象明显，矿床规模达到中型。

矿区侵入岩为一套中酸性为主的中深成相−浅成相−超浅成相多次侵入的杂岩体[10]。根据岩性特征及穿插关系，划分出5个侵入阶段：第1阶段以脉形式产出的闪长玢岩；第2阶段为中粒闪长岩(Ⅰ号岩体)；第3阶段为细粒石英闪长玢岩、斜长花岗斑岩和花岗闪长岩斑岩(Ⅱ号岩体)；第 4阶段为以岩脉形式产出的石英闪长玢岩；第5阶段为以岩脉形式产出的花岗闪长岩、花斑岩、英安岩及次流纹质岩石等。主岩体(石英闪长岩)呈岩株状分布在雪青背斜南西翼，呈北西向展布(见图1)。岩体南高北低，向北西倾伏，形态复杂，分支明显，多为顺层贯入。岩体东西两侧分别向围岩倾斜，北西陡，南西缓。岩体大致可以分为3个岩相：内部相中粒石英闪长岩，过度相细粒石英闪长岩，边缘相带中见围岩捕虏体和和同化混染现象，岩相随围岩性质不同而不同，以闪长玢岩和石英闪长玢岩为主，其次为辉石闪长玢岩和花岗闪长斑岩[16]。

3 测试方法及结果

3.1 测试方法

本研究采集赛什塘矿区采集石英闪长玢岩(Sd-2-1, Sd-2-2, Sd-2-3, Sd-2-4, Sd-2-5)和花岗斑岩(Sg-1-1, Sg-1-2)7件样品开展岩石地球化学分析。对两类岩石各取1件样品(样品号分别为Sd-2, Sg-1)开展锆石U-Pb年代学研究。

采用 XRF方法在中南大学地球科学与信息物理学院X荧光实验室对岩石主量元素进行测定，分析仪器型号ZSX PrimusⅡ，精度高于5%。微量元素采用ICP−MS(ELEMENT型)型等离子体质谱仪在中国科学院地球化学研究所完成，精度高于10%。

图1 青海赛什塘铜多金属矿区地质图[17]：1—中三叠统b组；2—中三叠统c组；3—第三系紫红色砂岩；4—第四系堆积物；5—石英闪长岩岩体；6—断裂；7—矽卡岩；8—铜矿体；9—铁矿体Fig. 1 Geological map of Saishitang copper multi-metal deposit, Qinghai Province, China[17]: 1—Middle Triassic b group; 2—Middle Triassic c group; 3—Tertiary red sandstones; 4—Quaternary deposits; 5—Quartz diorite porphyrite; 6—Faults; 7—Skarn;8—Copper orebody; 9—Iron orebody

对石英闪长玢岩(Sd-2)和花岗斑岩(Sg-1)两件大样开展锆石分选及年代学测试。采用常规方法将样品破碎，经浮选和磁选后，再在双目镜下选择透明、无裂隙、无明显包裹体且具代表性的锆石。将待测的锆石颗粒制成环氧树脂样品靶，并抛光至锆石出露 1/2左右。锆石 U-Pb年龄测定前，详细研究待测定锆石的透、反射光图像及阴极发光(CL)图像，并选择合适的同位素分析点。锆石的阴极发光(CL)显微结构照相在中国地质科学院矿产资源所JEOL JXA−8900RL 型电子探针上完成。

锆石LA-ICP-MS原位U-Pb同位素年龄分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。测试仪器为电感耦合等离子体质谱仪(Agilent7500a)和准分子激光剥蚀系统(GeoLas2005)联机，激光器为193 nm ArF准分子激光器。激光剥蚀斑束直径为32 µm，激光剥蚀样品的深度为20～40 µm。实验中，采用 He作为剥蚀物质的载气。锆石年龄计算采用国际标准锆石91500作为外标、NIST610作为内标，分析方法及仪器参数见文献[18]，采用ICPMS DataCa[19]进行数据处理。采用Andersen[20]方法对普通Pb进行校正，并采用ISOPLOT程序[21]计算锆石加权平均年龄及绘制谐和图。

3.2 地球化学特征

岩石主量、微量和稀土元素分析结果见表 1。由表1可知，矿区石英闪长岩SiO2的含量(质量分数)为

57.86%～62.84%，TiO20.50%～0.53%，Al2O315.12%～16.00%，MnO 0.06%～0.13%，MgO 3.41%～5.43%，CaO 4.5%～5.82%，Na2O 1.66%～2.15%，K2O 3.24%～4.20%，P2O50.09%～0.11%，平均 0.10%，全碱 Na2O+K2O 4.90%～6.35%；而花岗斑岩的 SiO2含量(质量分数)为67.56%～68.69%，TiO20.37%～0.39%，Al2O315.59%～15.73%，MnO 0.03%，MgO 1.30%～1.42%，CaO 2.84%～3.05%，Na2O 2.75%～2.88%，K2O 3.89%，P2O5为0.09%，全碱Na2O+K2O为6.64%～6.77%。赛什塘矿区石英闪长玢岩和花岗斑岩具有中等SiO2和Al2O3、富K2O和Na2O及低CaO和TiO2的特点，在TAS图解(见图2(a))中，石英闪长岩落入闪长岩区域，花岗斑岩落入花岗闪长岩区域，二者均显示偏铝质特点，A/CNK＜1.1(见表1和图2(b))，具Ⅰ型花岗岩的特点，岩石系列落入属于高钾钙碱性系列(见图3)。

表1 青海赛什塘铜矿区岩体岩石主量元素(w, %)、微量元素(w, 10−6)和稀土元素(w, 10−6)测试结果Table 1 Compositions of major elements and trace elements of intrusive rock in Saishitang copper deposit, Qinghai Province

图2 赛什塘矿区岩体TAS图解[22](a)和A/NK—A/CNK图解[23]Fig. 2 TAS diagram[22] (a) and A/NK—A/CNK diagram[23] (b)of intrusion in Saishitang deposit

图 3 w(K2O)—w(SiO2)图解[24]Fig. 3 w(K2O)—w(SiO2) diagram of intrusion in Saishitang deposit[24]

石英闪长玢岩稀土总量∑REE 在 84.13×10−6～117.42×10−6之间，与花岗斑岩稀土总量∑REE 106.32×10−6～112.51×10−6相当(见表 1)。石英闪长玢岩的LaN/YbN值(8.90～14.62)与花岗斑岩的(14.97～15.19)相一致，表明岩石轻/重稀土分馏明显，石英闪长岩和花岗斑岩的弱Eu异常甚至无Eu异常(见表1和图4(a))，表明在岩浆形成的矿物−熔浆平衡系统中很少有斜长石矿物的参与，从稀土配分模式图(见图 4(b))可以看出，花岗斑岩和石英闪长玢岩均为右倾轻稀土富集型，HREE总体呈平坦配分模式。这些特征表明两岩性属于同一岩浆演化的产物。

由图4(b)可以看出，石英闪长玢岩和花岗斑岩微量元素配分模式趋势一致，富集大离子亲石元素(LILE)，如Rb、K和Pb具有明显的正异常，亏损高场强元素(HFSE)和重稀土元素，显示Nb和Ta的负异常，尤其亏损P和Ti，以上特点显示俯冲带岩浆地球化学类似特征[26]。

3.3 锆石LA-ICPMS年代学

赛什塘矿区石英闪长玢岩锆石较大，选出的锆石完整，锆石颗粒多为长柱状，长为100～300 µm，个别达400 µm，绝大部分锆石具有环带结构(见图5(a))，少数具核边结构。为获得岩体成岩年龄，对29颗锆石的边部进行了LA-ICPMS测试，测试数据见表2。锆石的Th/U比值为0.23～0.50，具岩浆锆石的特点。测点中除点4、8和 23锆石数据谐和度低外，其余 27点206Pb/238U年龄在211～236 Ma之间，多数集中在220 Ma左右，这些点几乎全部落在协和线上(见图5(b))，计算出206Pb/238U加权平均年龄为(223.2±2.2) Ma(MSWD=0.82，n=27)。

图4 稀土元素球粒陨石标准化图解(a)和微量元素原始地幔标准化图解(b)(标准化值据文献[25])Fig. 4 REE distribution patterns normalized by chondrite (a) and trace elements distribution patterns normalized by primitive mantle (b) (Data of chondrite and primitive mantle from Ref. [25])

图5 赛什塘矿区岩体锆石阴极发光图像和锆石U-Pb谐和图：(a) 石英闪长玢岩锆石阴极发光图像；(b) 石英闪长玢岩锆石U-Pb谐和图；(c) 花岗斑岩锆石阴极发光图像；(d) 花岗斑岩锆石U-Pb谐和图Fig. 5 CL images and zircon U-Pb concordia plots of intrusive rocks in Saishitang copper deposit: (a) Zircon CL images of quartz diorite porphyrite; (b) Zircon U-Pb concordia plot of quartz diorite porphyrite; (c) Zircon CL images of granite porphyry; (d) Zircon U-Pb concordia plot of granite porphyry

表2 青海赛什塘岩体石英闪长玢岩锆石LA-ICPMS测年结果Table 2 Zircons LA-ICPMS U-Pb isotopic data of quartz diorite porphyrite in Saishitang copper deposit

花岗斑岩锆石特征与石英闪长玢岩锆石具有相似特征，多数锆石完整，颗粒大小悬殊，多为长柱状，长宽比为3∶1，绝大部分锆石具有环带结构(见图5(c))。对选出的锆石29点进行U-Pb LA-ICPMS测试，结果见表 3。锆石 Th/U比值除个别大于 0.5外，其余为0.28～0.50，显示岩浆锆石特征。测点中点 4、6、7、13、14、17、20、29共8点的谐和度低或部分含锆石含包体，获得年龄可信度低外，其余21点的206Pb/238U年龄在214～233 Ma之间，多数集中在220 Ma左右，全部落在协和线上(见图5(d))，计算出206Pb/238U加权平均年龄为(219.9±2.6) Ma (MSWD=0.89，n=21)。

4 讨论

4.1 岩浆岩形成时代

表3 青海赛什塘花岗斑岩锆石LA-ICPMS测年结果Table 3 Zircons LA-ICPMS U-Pb isotopic data of granite porphyry in Saishitang copper deposit

前人采用多种同位素方法测年方法对赛什塘矿区侵入岩时代进行了研究，邱凤岐和董景深[10]用黑云母K-Ar法获得侵入岩年龄为218～248 Ma，李福东等[27]获得中粒石英闪长岩锆石 U-Pb等时线年龄为 222 Ma。1∶250 000区调区域地质调查报告兴海幅[13]获得赛什塘两件石英闪长岩两件锆石U-Pb年龄为205.7和223 Ma，李东生等[13]采用K-Ar获得Ⅰ和Ⅱ号岩体年龄为218～247 Ma，本文作者获得第2期石英闪长玢岩和第4期花岗斑岩锆石U-Pb LA-ICPMS年龄分别为(223.2±2.2) Ma和(219.9±2.6) Ma，表明岩体各岩性形成时代相近，时间跨度很小。成岩时代在220 Ma左右。与鄂拉山南部的温泉和虎达一带岩体时代，青海地质调查院詹发余等[14]获得石英闪长岩锆石 U-Pb年龄为(230.1±2) Ma和(222±19) Ma，石英二长闪长岩的(215.2±5) Ma，花岗闪长岩的(228.5±0.98) Ma 和(219.8±4.6) Ma。张宏飞等[28]获得温泉花岗闪长岩锆石U-Pb LA-ICPMS年龄为(218±2) Ma相一致。表明鄂拉山构造−岩浆岩带为大规模的印支晚期岩浆活动的产物，而非前人认为印支早期的产物。

4.2 成岩动力学背景

对鄂拉山构造−岩浆岩构造带形成环境尚存在争议：一种观点是岩浆活动带与发育于东昆仑造山带北部的东昆北岩浆弧带属统一岩浆弧，为古特提斯洋向北俯冲，洋壳部分熔融的产物形成的岛弧型岩浆[29−30]；第二种观点认为鄂拉山花岗岩浆带应是西秦岭地块于中三叠世末期在共和坳拉谷西缘发生向柴达木地块之下俯冲碰撞的产物[9]；第三种观点认为是形成陆内环境，其成岩成矿背景与底侵的岩浆作用有关[13−14]。

东昆仑晚古生代−早生代火成岩研究显示，该区火成岩划分为 2 个阶段[31]：P2−T2(260～230 Ma)大洋板块大规模的俯冲阶段，形成活动大陆边缘型火成岩和T3−J1(230～190 Ma)陆内造山阶段，出现陆内造山火成岩，其中，南缘出现白云母花岗岩，北缘出现钾玄岩系列火山岩。东昆仑、东昆仑与西秦岭结合地段及秦岭地区印支期花岗岩类的对比分析表明[28]，印支晚期是中央造山带包括鄂拉山地区在内的一次大规模区域性构造岩浆事件，在印支早期受到强烈碰撞挤压，地壳发生增厚作用，并引发岩石圈发生拆沉作用。此后，地幔软流圈物质将充填已拆沉的岩石圈部分空间或地幔岩浆底侵于下地壳底部，导致下地壳升温诱发下地壳熔融。岩石圈拆层作用不但为下地壳的熔融作用提供热源，而且还可能有地幔物质参与下地壳的熔融作用，或地幔岩浆注入到下地壳熔融的岩浆中，形成壳−幔岩浆的混合。赛什塘矿区岩体锆石 U-Pb年龄在220 Ma左右，为印支晚期产物，野外岩石学岩石地球化学化学特征显示无 Eu异常值，暗示它们形成于加厚的陆壳底部(约 60 km)[31]。野外岩石观察可见岩体含有丰富的包体，暗示发生了岩浆混合作用。赛什塘矿区岩体这些特征有利证实其形成于区域岩石圈拆沉作用的地球动力学背景。

5 结论

1) 赛什塘侵入岩体的石英闪长玢岩和花岗斑岩岩石地球特征显示，主量元素的 A/CNK＜1.1，为偏铝质岩石，具Ⅰ型花岗岩的特点，岩石系列属于高钾钙碱性系列。微量元素具有较弱或无 Eu异常，轻稀土富集，重稀土亏损，富集大离子亲石元素，亏损高场强元素。

2) 阴极发光显示，赛什塘矿区岩体锆石绝大多数具环带结构，Th/U比值显示属岩浆锆石。岩体两件样品锆石U-Pb LA-ICPMS测试显示石英闪长岩年龄为(223.2±2.2) Ma (MSWD=0.82)，花岗斑岩年龄为(219.9±2.6) Ma (MSWD=0.89)。岩体各岩相形成时代接近，为印支晚期的产物。

3) 赛什塘矿区岩体形成于陆内造山，地壳增厚，岩石圈拆沉作用，产生壳−幔混合岩浆的区域岩石圈拆沉作用的地球动力学背景。

致谢：

野外地质调查得到了青海赛什塘铜业有限责任公司的大力帮助，岩石主量化学分析得到了中南大学地球科学科学与信息物理学院侯林慧老师，微量元素分析得到中国科学院地球化学研究所胡静高工、锆石制靶和CL照相得到中国地质科学院矿产资源所电子探针室周剑雄研究员，锆石LA-ICPMS测试得到了中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室胡兆初教授的帮助，在此表示衷心的感谢！

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