福建省紫金山复式花岗岩锆石LA-ICP-MS U-Pb测年

肖爱芳， 黎敦朋

(福州大学紫金矿业学院，福建 福州 350108)

紫金山铜金矿田是世界上罕见的浅成低温热液-斑岩型以钼铜金为主的矿床，其包括紫金山特大型铜金矿床、悦洋大型银多金属矿床、罗卜岭铜钼矿床等。其中本部的紫金山铜金矿床是紫金山矿田的核心矿床，大致以海拔650 m为界具有“上金下铜”的空间分带特征，金金属量达305 t、铜金属量已超过2×106t(陈景河，1999;高天钧，1998;张德全等，2003;黄仁生，2008;王少怀等，2009;邱小平等，2010)。已有的勘探与研究资料表明，紫金山铜金矿田的成矿作用与早白垩世火山-侵入作用有关，容矿岩石主要为紫金山复式岩体的五龙寺岩体、早白垩世火山通道玢岩、隐爆角砾岩及浅成侵位的斑岩，金矿主要赋存于紫金山复式岩体的五龙寺岩体、早白垩世火山通道玢岩、隐爆角砾岩中，铜矿(钼矿)主要赋存于浅成侵位的斑岩中。陈好寿(1996)、毛建仁等(1998，2002，2004)、张德全等(2001)、赵希林等(2007，2008)、黄文婷等(2011)、胡春杰等(2011)对紫金山铜金矿田的容矿围岩及与成矿有关的中生代岩浆岩开展过大量的研究，获得了一批同位素测年成果(表1)。

陈好寿(1996)、毛建仁等(1998)、张德全等(2001)、赵希林等(2007)对紫金山复式花岗岩的迳美岩体和五龙寺岩体进行了全岩Rb-Sr等时线、锆石TIMS U-Pb、锆石SHRIMP U-Pb等测年，不同的研究者应用不同的测试方法获得迳美岩体的时代介于(145±12)～(157±7.3)Ma，获得五龙寺岩体的时代介于(118±2)～(168±4)Ma，其结果差别较大(表1)，还出现中期侵位的五龙寺岩体的时代老于早期侵位的迳美岩体时代的现象。此外，对金龙桥岩体尚未有测年的报道。为了准确厘定紫金山复式岩体的侵位时代，笔者对紫金山复式花岗岩3个不同岩体进行了原位的锆石LA-ICP-MS U-Pb测年，系统获得了紫金山复式花岗岩侵位时代，为紫金山铜金矿田容矿岩系的时代研究提供了重要的新资料。

1 区域地质背景

紫金山铜金矿床位于闽西南拗陷西南部上杭－云霄深大断裂与宣和复式背斜交汇处，处在中生代陆缘岩浆弧成矿带环境。区域出露地层有新元古界南华系楼子坝群浅变质岩，上古生界上泥盆统天瓦岽组、石炭系林地组滨海-浅海粗碎屑岩和白垩系石帽山群火山岩等地层。紫金山复式花岗岩和才溪二长花岗岩(张德全等，2001)沿紫金山-宣和复背斜轴部侵入。紫金山复式花岗岩由早到晚包括迳美岩体、五龙寺岩体和金龙桥岩体三个岩体组成，紫金山复式花岗岩中的五龙寺岩体是紫金山铜金矿床上部金矿的主要容矿岩石。石帽山群火山岩又不整合覆盖于紫金山复式岩体及部分前中生代地层之上。在紫金山铜金矿区西南矿段保留了一个直径200～400 m完好的火山岩筒，在火山岩筒周围发育有较多的隐爆角砾岩，火山岩筒中心充填上大下小的漏斗状英安玢岩等，该火山机构的围岩为紫金山复式岩体。四坊岩体侵位于才溪岩体西侧，与才溪岩体呈侵入接触。在罗卜岭地区罗卜岭斑岩体刺穿四坊岩体出露于地表，在紫金山西北矿段24号勘探线钻孔深800～1 000 m可见紫金山斑岩体(罗卜岭斑岩体的同期浅成侵入体)呈岩枝穿插到紫金山复式岩体中。

表1 紫金山铜金矿田以往同位素测年成果表Table1 Past isotope dataing of Zijinshan Cu-Au mining field

根据紫金山铜金矿田岩浆岩的接触关系可以确定矿田区的岩浆侵位序列:石帽山群火山岩晚于紫金山花岗岩，罗卜岭花岗闪长斑岩晚于四坊岩体，而四坊岩体既晚于才溪二长花岗岩，也晚于紫金山花岗岩，紫金山斑岩与罗卜岭斑岩属同期异位的浅成侵入体。在紫金山岩体中迳美岩体侵位最早，五龙寺岩体侵位其次，金龙桥岩体侵位最晚。

紫金山铜金矿床产于紫金山复式岩体中的五龙寺岩体、石帽山群火山机构及其周围的隐爆角砾岩区、罗卜岭斑岩与紫金山斑岩中，显示成矿作用与石帽山群火山机构及罗卜岭斑岩与紫金山斑岩侵位有关，显然紫金山复式岩体中的五龙寺岩体是成矿的重要容矿岩石之一。

2 紫金山复式花岗岩特征

紫金山复式花岗岩出露于紫金山铜金矿田的中部，由迳美、五龙寺和金龙桥3个岩体组成(图1)，分布面积约25 km2。

图1 紫金山铜金矿田地质图及样品位置① 福建紫金矿业股份有限公司.2000.福建省上杭县紫金山铜金矿区西北矿段金矿地质勘探报告[R].Fig.1 Geological map and location of samples from Zijinshan Cu-Au mining field

迳美岩体主要分布于紫金山铜金矿区东南部的大及岗-迳美-铜石下，大致呈NE向延伸的不规则岩基。在紫金山铜金矿区东北部的五子骑龙西侧有少量出露，迳美岩体出露面积约10 km2，侵入于新元古界楼子坝群及上古生界中。迳美岩体主要由碎裂似斑状中-粗粒(黑云母)二长花岗岩组成。迳美岩体岩石呈灰白色、灰色，局部呈肉红色，碎裂状中粗粒花岗结构，块状构造。主要矿物成份由钾长石(30～45)×10－2，斜长石(15～25)×10－2，石英(15 ～20)×10－2，黑云母(3 ～8)×10－2等组成，矿物粒径一般为3～7 mm。迳美岩体蚀变总体较弱，主要为绢云母化、硅化、绿泥绿帘石为主。

五龙寺岩体主要分布于紫金山铜金矿区西北部的二庙沟—一天门—五龙子—紫金山—五子骑龙一带，大致呈NE向延伸的不规则岩株。在紫金山铜金矿区东南的石圳潭有少量出露，地表分布面积约为12 km2，是紫金山花岗岩的主体，与迳美岩体呈脉动接触。五龙寺岩体主要由碎裂中—细粒二云母二长花岗岩组成。五龙寺岩体岩石多数呈褐红色、灰色，岩石呈碎裂中—细粒花岗结构，块状构造，矿物成份主要为微斜长石(30～40)×10－2，斜长石(20～30)×10－2，石英(15～20)×10－2，白云母(3～8)×10－2，黑云母(3～5)×10－2等矿物组成，也是矿区金矿最主要的容矿岩石之一。矿区西北部的五龙寺岩体几乎全部已蚀变，蚀变类型主要为地开石化、明矾石化、高岭土化、绢云母化、绿泥石化、钾化、褐铁矿化等。

金龙桥岩体主要分布于矿区西北的金龙桥－古中峰一带，其它地方有零星分布，地表分布面积约3 km2，均呈小岩株或岩枝形态，与五龙寺岩体呈脉动接触。金龙桥岩体由细粒黑云正长花岗岩组成，岩石呈灰色-褐红色，岩石细粒花岗结构，块状构造，矿物成份为钾长石(30～45)×10－2，斜长石(15～25)×10－2，石英(20～25)×10－2，黑云母(5～10)×10－2。金龙桥岩体亦发生了较为强烈的蚀变，主要蚀变类型为地开石化、高岭土化、绢云母化、绿泥石化、褐铁矿化等。

3 锆石LA-ICP-MS U-Pb测年

3.1 样品及测试方法

用于测年的锆石样品分别采自迳美村东北矿区公路边粗粒二长花岗岩(TW01)，紫金山金矿露采场760平台褐铁矿化金矿化中细粒二长花岗岩(TW02)和金龙桥的细粒正长花岗岩(TW03)，采样位置见图1。锆石的精选在河北省区域地质调查队实验室完成，锆石的光学研究、阴极发光(CL)照像和LA-ICP-MS U-Pb同位素分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。

野外采集约2 kg样品，粉碎至80～120目，洗去粉尘，经淘洗使得重矿物富集，经过电磁选，去除电磁性部分，保留非电磁性部分，再经淘洗获得锆石精矿，在双目镜下挑出无裂隙、透明的颗粒制成胶饼，抛光后进行锆石的光学研究和阴极发光(CL)照像，最后利用LA-ICP-MS进行U-Pb同位素分析。其中，CL发光仪为加载于扫描电镜上的英国Gatan公司的Mono CL3+型阴极荧光探头，LAICP-MS分析在 Hewlett Packard公司的 Agilient 7500a ICP-MS和德国Lambda Physik公司的Com-Pex102 Excimer(激光器工作物ArF，波长193 nm)、MicroLas公司的GeoLas 200 M光学系统的联机上进行。激光束斑直径约为30 μm，激光剥蚀样品的深度为20～40 μm。实验中采用氦气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NIST SRM610进行仪器最佳化。锆石年龄采用国际标准锆石91500作为外标标准物质，元素含量采用NIST SRM610作为外标，29Si作为内标。详细分析步骤和数据处理方法见参考文献(Yuan et a1.，2004)。同位素比值数据处理采用GLITTER(4.0版)软件，年龄计算及成图采用ISOPLOT(3.0版)软件进行。

3.2 测试结果

用于测年的锆石多呈自形等轴状-短柱-长柱状，粒度一般在50～150 μm左右。锆石CL图像(图2)显示大部分锆石内部呈现振荡环带结构，显示为岩浆成因，少数锆石CL图像还显示具有核幔结构，如1.4，3.11测年点位于锆石核部。3个样品48个测点的测年分析结果见表2及图2、图3。

TW01样品进行了16颗锆石的测年，1.4测点206Pb/238U年龄为240.7 Ma与主要年龄偏差较大不参与加权平均计算，1.7和1.9测点年龄不谐和数据也予以剔除，其余13个测点的206Pb/238U年龄变化于154.3～161.0 Ma之间，获得206Pb/238U 加权平均值为(157.9 ±1.2)Ma(n=13，MSWD=0.92)，属于晚侏罗世牛津期。1.4 测点(240.7 ±3.1)Ma的206Pb/238U年龄可能代表三叠纪构造热事件的年龄信息。

图2 锆石阴极发光图像、测点位置及206Pb/238U年龄(Ma)Fig.2 CL images，analyzed spots of zircons and206Pb/238U dating(Ma)

TW02样品进行了16颗锆石的测年，2.4测点206Pb/238U年龄为155.9 Ma与主要年龄偏差较大不参与加权平均计算，2.7和2.15测点年龄不谐和数据也予以剔除，其余13个测点的206Pb/238U年龄变化于146.0～154.0 Ma之间，获得206Pb/238U加权平均值为(149.3 ±1.6)Ma(n=13，MSWD=1.2)，属晚侏罗世提塘期。

TW03样品亦进行了16颗锆石的测年，出现了较多不谐和的年龄，将谐和度大于85的8个测点(3.4，3.6，3.7，3.9，3.10，3.12，3.13，3.14)获得206Pb/238U 加权平均值为(146.3±1.6)Ma(n=8，MSWD=0.39)，属晚侏罗世提塘期。此外，3.11 测点的年龄也是谐和的，其206Pb/238U年龄为(407.0±4.3)Ma可能代表早古生代构造热事件的年龄信息。

4 讨论与结论

4.1 讨论

陈好寿(1996)、毛建仁等(1998)、张德全等(2001)、赵希林等(2007)对紫金山复式花岗岩开展的全岩 Rb-Sr等时线、锆石 TIMS U-Pb、锆石SHRIMP U-Pb等测年结果(表1)有较大的差异，还出现了中期侵位的五龙寺岩体的时代老于早期侵位的迳美岩体的时代与宏观接触关系不一致的现象。由于紫金山金铜矿区广泛发育热液蚀变，而岩石热液蚀变后Rb-Sr同位素体系已不再是封闭体系，因而获得的Rb-Sr年龄有些可能代表热液蚀变

的年龄，其年龄代表的地质意义需要进行认真研究。而张德全等(2001)获得迳美岩体全岩Rb-Sr等时线年龄为(157±7.3)Ma，与本文研究获得的LA-ICP-MS锆石 U-Pb年龄(157.9±1.2)Ma的数值在误差范围内一致，其代表岩浆侵位的时代。锆石的TIMS U-Pb测年是将整颗锆石溶解进行测定，对于不同期次或含有捕获锆石的复杂成因的锆石来说，所获得的年龄有可能是混合年龄而不具有地质意义。因此，对以往测定的发生了强烈蚀变的岩石的Rb-Sr年龄和没有进行锆石阴极发光研究的锆石成因不明的TIMS U-Pb年龄数据要慎重使用。

表2 紫金山复式花岗岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄测年结果表Table2 Zircon LA-ICP-MS U-Pb from Zijinshan Complexmassif

图3 紫金山复式花岗岩锆石U-Pb年龄谐和图Fig.3 The U-Pb Concordia diagram of Zircons from Zijinshan Complex massif

赵希林等(2007)对紫金山复式花岗岩的五龙寺岩体开展了锆石SHRIMP U-Pb测年获得(168±4)Ma的年龄值，而本文获得的五龙寺岩体LAICP-MS锆石 U-Pb 年龄为(149.3 ±1.6)Ma，两者相差近20 Ma。也有学者正在进行的“紫金山铜金矿田中生代岩浆演化序列研究”对采自紫金山金矿露采场的含金五龙寺岩体在国家SHRIMPⅡ中心开展的锆石SHRIMP U-Pb测试获得(148.9±3.4)(n=10，MSWD=1.7)的年龄值，该样品与笔者测试样品的采样位置接近、所获得的年龄值在误差范围内也非常一致，暗示笔者测试的样品和获得的年龄值具有一定的代表性。而赵希林等(2007)对紫金山复式花岗岩的五龙寺岩体锆石SHRIMP U-Pb测年获得的(168±4)Ma的年龄值与笔者采用锆石LA-ICP-MS测年获得的迳美岩体的206Pb/238U年龄(157.9±1.2)Ma在考虑误差后数据较为接近，笔者推测该样品有可能系五龙寺岩体内的迳美岩体的包体或迳美岩体的同期侵入岩，但粒度较细而被当作五龙寺岩体，上述年龄值差异产生的具体的原因还有待进一步研究。

本次研究在紫金山复式花岗岩不同岩体中获得了早期迳美岩体的206Pb/238U加权平均年龄为(157.9 ±1.2)Ma(n=13，MSWD=0.92)、中期五龙寺岩体的206Pb/238U加权平均年龄为(149.3±1.6)Ma(n=13，MSWD=1.2)、晚期金龙桥岩体的206Pb/238U加权平均年龄为(146.3±1.6)Ma(n=8，MSWD=0.39)，与江西南部单观嶂复式岩体的时代接近(张庆林等，2006)。上述三个有时间先后顺序的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄值与岩体侵入接触关系显示的岩浆侵入顺序一致，表明LAICP-MS锆石U-Pb测年结果与地质事实相吻合。赵希林等(2008)依据地球化学分析认为紫金山复式花岗岩成因属于S型花岗岩，张德全等(2001)认为紫金山复式花岗岩形成于挤压构造环境。紫金山复式花岗岩位于西太平洋板块中生代向西俯冲作用的仰冲板块的活动大陆边缘的岩浆活动带，紫金山复式花岗岩三个先后侵位的岩体的形成笔者推测可能与西太平洋板块在晚侏罗世脉冲式俯冲-碰撞作用有关。

4.2 结论

通过系统的锆石LA-ICP-MS U-Pb测年，获得了紫金山复式花岗岩早期迳美岩体的206Pb/238U加权平均年龄为(157.9 ± 1.2)Ma(n=13，MSWD=0.92)、中期五龙寺岩体的206Pb/238U加权平均年龄为(149.3 ±1.6)Ma(n=13，MSWD=1.2)、晚期金龙桥岩体的206Pb/238U加权平均年龄为(146.3±1.6)Ma(n=8，MSWD=0.39)，表明紫金山复式花岗岩侵位于晚侏罗世。高精度的原位锆石LA-ICP-MS U-Pb测年，系统厘定了紫金山复式花岗岩3个岩体的侵位时代，为紫金山铜金矿田容矿岩系的时代研究提供了重要的新资料。

致谢:感谢审稿人和编辑对本文提出宝贵的修改建议，感谢西北大学大陆动力学国家重点实验室在锆石的电镜、CL照像及测年中给予的大力帮助与支持!

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