四川九龙新火山花岗岩体单颗粒锆石LA-ICP-MS U-Pb定年及其地质意义

马国桃，姚 鹏，马东方，高大发，汪名杰，李建忠，张慧华，陈敏华，梁 鲸

(1.成都地质矿产研究所，四川 成都 610081;2.四川里伍铜业股份有限公司，四川 九龙626200)

松潘-甘孜造山带位于青藏高原东部，经历了古特提斯和新特提斯两个造山阶段，发育巨厚的西康群复理石沉积，其构造形迹复杂，但主要构造变形发生在晚三叠世［1-3］。中生代时期，松潘-甘孜地体内的花岗岩浆活动(219±8Ma～185±3Ma)持续了大约30Ma［4］，这些花岗岩导致了印支晚期-燕山早期(190～160Ma)松潘-甘孜地区变质核杂岩成穹事件的发生［5-7］，形成了如江浪、长枪、恰斯、瓦厂等沿锦屏逆冲推覆带呈链状分布的变质核杂岩，沿这些变质核杂岩边部分布一系列的铜、铅、锌矿床［8-10］，引起了许多学者的高度关注，取得了许多重要的研究成果。

新火山岩体是松潘-甘孜地区白垩纪花岗岩体群的重要组成部分，但一直以来对其研究比较薄弱。尤其在对该岩体的年代学研究上，缺少令人信服的数据。四川省地质局第一区域地质测量大队曾在新火山以单矿物黑云母作钾氩法测定绝对年龄值为131±5Ma，从而认为新火山花岗岩体形成于燕山期。笔者在前人研究工作基础上，首次利用锆石激光剥蚀等离子体分析技术(LA-ICP-MS)进行锆石的U-Pb同位素精确定年，以期丰富对松潘-甘孜地质和矿产的研究成果，特别是对评价燕山运动对松潘-甘孜构造带的影响和燕山期花岗岩与稀土、铜、锌的成矿关系提供更多证据。

1 新火山花岗岩体概况

新火山岩体为似斑状黑云母花岗岩，出露于九龙河与雅砻江汇合处，坐标大致为 E101°40′～E101°50′，N28°30′～ 28°36′。岩体似椭圆形，长轴与围岩构造线一致，沿江浪背斜的北东翼侵入，接触面均向北东倾斜，倾角一般为70°，面积约34km2。

图1 新火山花岗岩体地质简图(据四川第一区域地质测量大队修编)Fig.1 Simplified geological map of the Xinhuoshan granite masses

新火山花岗岩体(图1)侵位于下奥陶统、二叠系地层中，两者呈明显的侵入接触，与围岩接触面波状起伏。前人依据岩石中矿物组分和结构及矿物结晶程度、颗粒大小等特征，将岩体划分为两个相带:即边缘相和内部相，两个相带为逐渐过渡关系。其中边缘相似斑状黑云母花岗岩的基质均由微粒-细粒的石英、微斜长石及更长石集合体组成，似斑晶由微斜长石及个别石英聚晶组成，中心相似斑状黑云母花岗岩基质为细粒-中粒，似斑晶为粗粒的微斜长石，岩体出露完整。

2 样品及分析方法

本次研究测年样品的采集地点如图1所示，采于新火山花岗岩体中心部位，坐标为 E101°45′02″，N28°32′30″，岩石新鲜，为灰白色中粗粒似斑状花岗结构，主要由微斜长石、偏中性更长石、石英、黑云母及少量的角闪石、白云母组成。

测试样品经人工破碎后，按常规重力和磁选方法分选出锆石，最后在双目镜下挑选。锆石样品靶的制备与SHRIMP定年的锆石样品制备方法基本相同［11］。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的扫描电镜加载阴极发光仪上完成锆石的反射光和透射光及阴极发光(CL)显微照相。测试点的选取首先根据锆石反射光和透射光显微照片进行初选，再通过CL照片反复对比，力求避开内部裂隙和包裹体以及不同成因的区域，以获得较准确的年龄信息。

本文锆石U-Pb同位素定年在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)利用LA-ICP-MS分析完成。激光剥蚀系统为GeoLas 2005，ICP-MS为Agilent 7500a。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，二者在进入ICP之前通过一个T型接头混合。在等离子体中心气流(Ar+He)中加入了少量氮气，以提高仪器灵敏度、降低检出限和改善分析精密度［12］。每个时间分辨分析数据包括大约20～30s的空白信号和50s的样品信号。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算)采用软件 ICPMSDataCal［13-14］完成。详细的仪器操作条件和数据处理方法同Liu et al.(2008，2010)。

锆石微量元素含量利用多个USGS参考玻璃(BCR-2G，BIR-1G和GSE-1G)作为多外标、Si作内标的方法进行定量计算(Liu et al.，2010).这些USGS玻璃中元素含量的推荐值据GeoReM数据库(http://georem.mpch-mainz.gwdg.de/)。 U-Pb 同位素定年中采用锆石标准91500作外标进行同位素分馏校正，每分析5个样品点，分析两次91500。对于与分析时间有关的U-Th-Pb同位素比值漂移，利用91500的变化采用线性内插的方式进行了校正(Liu et al.，2010).锆石标准 91500 的 U-Th-Pb 同位素比值推荐值据 Wiedenbeck et al.(1995)［15］。锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄权重平均计算均采用Isoplot/Ex_ver3(Ludwig，2003)完成。

3 分析结果

新火山花岗岩体中锆石晶粒为无色透明至浅黄色，呈长柱状、正方双锥状、半截锥状、少数浑圆状晶体，绝大多数结晶较好，呈典型的长柱状晶形，晶体长介于90～290μm之间，宽介于40～140μm，晶体长宽比介于2∶1～3:1，阴极发光(CL)图像(图2)显示大多数锆石具有典型的岩浆韵律环带和明暗相间的条带结构，表明为岩浆结晶产物(简平等，2001;吴元保等，2004)，其中部分锆石(H-ZR-05、H-ZR-06、H-ZR-09、H-ZR-15、H-ZR-19、H-ZR-20)具有明显的残留核，可能为继承核或捕获核，为了避免继承锆石对测年的干扰，所选择的测点均位于明显的岩浆环带上，这就保证了定年研究的准确性。

图2 九龙新火山花岗岩锆石的阴极发光(CL)图像和年龄Fig.2 The cathodoluminescence images and ages of analyzed zircons from the Xinhuoshan granites in Jiulong

采自新火山花岗岩体的H-ZR号样品测试得到的同位素比值和年龄数据(表1)显示，锆石具有较高的 Th/U 值，为 0.13 ～1.45(大部分介于 0.18 ～0.81之间)，表明了岩浆成因锆石的特征［16-17］。花岗岩样品的20个测点的Th含量变化为188.92×10-6～8610.4 ×10-6，U 含量变化为 1418.71 ×10-6～7878.91×10-6，且 Th、U 均呈现出较好的正相关关系，与典型的岩浆锆石特征一致。206Pb/238U年龄具有较小的变化范围，为172.5Ma ～185.6Ma，207Pb/235U年龄变化于169.19～287.86 Ma之间。在 U-Pb谐和图上(图3)，这些锆石具有谐和的U-Pb年龄，大部分数据点都位于谐和线上或附近，个别数据点偏离谐和线，表现为207Pb/235U值较大，这主要与207Pb难以测准有关［18］，而207Pb的测定结果并不影响206Pb/238U值。这表明锆石在形成后其U-Pb体系一直保持封闭状态，基本上没有Pb的丢失，得到的下交点年龄为188±11Ma，对采集的20个数据进行加权平均值计算，获得206Pb/238U年龄为181.2±1.4Ma(MSWD=3.3)，两者在误差范围内一致，代表了花岗岩的结晶年龄，笔者将新火山花岗岩的形成年龄确定为181.2±1.4Ma，其形成时代为早侏罗世(据2005年国际地层学委员会)。

4 讨论

4.1 新火山花岗岩体形成年龄的重新厘定

四川省地质局第一区域地质测量大队在《金矿幅区域地质调查报告》中将新火山及其附近的4个岩体(里庄、张家坪子、乌拉溪、嘎拉子)划为白垩纪，其依据主要基于两点:其一是地质接触关系，即“除张家坪子岩体是与中上石炭统接触外，余者均侵入中、晚三叠世地层，其中里庄岩体、四合村、马六村、羊坪子已侵入至晚二叠世的白果湾组。因此，从侵入体与地层的接触关系来看，岩体产出时代应为二叠纪以后”。其二是依据样品的年龄测试结果，新火山黑云母花岗岩以单矿物黑云母经西南地质研究所经K-Ar法测定绝对年龄为131±5Ma，同时测定了马头山、里庄等岩体，年龄值分布为78～114Ma，从而认为这些花岗岩体形成于白垩纪。

表1 九龙新火山花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb分析数据Table 1 LA-LCP-MS zircon U-Pb age determinations for the Xinhuoshan granites in Jiulong

本次研究工作中经笔者仔细观察，新火山岩体侵入到下奥陶统、二叠系地层中，未直接与三叠纪地层接触，但二叠纪与三叠纪地层同时发生褶皱后才被新火山岩体侵入，所以岩体的侵入应发生在三叠纪以后。所取样品新鲜，位于岩体中心相，通过典型的岩浆锆石精确厘定了新火山花岗岩的形成年龄为 181.2 ±1.4Ma，其形成时代为早侏罗世，而非前人所述的白垩纪，但同属于燕山期岩浆活动的产物。

4.2 新火山花岗岩与区域上相当时代花岗岩的关系

川西可尔因伟晶岩型稀有金属矿床二云母花岗岩的 Rb-Sr年龄为 206Ma，锆石 U-Pb年龄为204Ma［19］，因此其二云母花岗岩的成岩年龄为204～206Ma，而其成矿年龄为 152Ma［7］;甲基卡二云母花岗岩的成岩作用发生于198.9Ma，成矿年龄为195.7Ma，属于早侏罗世成岩成矿，表明伟晶岩脉形成于燕山早期［20］;猛古黑云母岩的 K-Ar年龄为206Ma;丹巴地区的伟晶岩脉成岩成矿的时代为早侏罗世-白垩纪(84～183Ma)，其中包括李建康等(2006)所测二道桥和李家工地伟晶岩脉内白云母的40Ar-39Ar法坪年龄125.01 ±0.58Ma和114.68 ±0.32Ma;杨柳坪铜镍铂族矿床的成矿元素的活化迁移及部分成矿发生于143～61Ma之间［21］;而新火山岩体精确厘定的成岩年龄为181.2±1.4Ma，而其所侵入的变质核杂岩中的李伍铜锌矿床的成矿年龄为 142.2 ～ 184Ma［22］，黑牛洞铜锌矿床的成矿年龄为 136.43 ±0.77Ma［23］。

因此，新火山花岗岩与松潘-甘孜地体的一部分花岗岩形成的时间具有一致性，而与岩体形成相关的各类矿产与岩体存在成岩成矿时差［6，20］，可能表明李伍铜锌矿床和黑牛洞铜锌矿床以及穹窿中的矿(化)点(柏香林、挖金沟、笋叶林、上海底)与新火山岩体有一定的成因联系。

4.3 新火山花岗岩与松潘-甘孜造山运动的关系

从三叠纪末古特提斯洋和阿尼玛卿洋封闭，到新特提斯洋闭合、喜马拉雅运动开始的这段时期内，松潘-甘孜造山带经历了复杂的地质过程［1］。在三叠纪末，昌都-羌塘陆块和昆仑陆块分别与扬子陆块发生陆陆碰撞，造山带主体发生自西向东和自北向南的双向收缩，形成多层次逆冲-滑脱剪切带，其产生的剪切热致使地壳发生局部熔融，同时双向会聚作用又使造山带主体的岩石圈处于高度收缩的应力状态，从而造成大量的印支晚期至燕山早期地壳重熔型花岗岩侵位如甲基卡二云母花岗岩(198.9Ma)、猛古黑云母岩(206Ma)等同构造花岗岩体以及一系列的热隆伸展(如锦屏山逆冲推覆带边缘的踏卡、江浪、长枪、恰斯、三垭变质弯隆体，丹巴地区的公差、青杠林、大桑、格宗、春牛场等混合岩弯隆体)。此外，造山带主体还发育广泛的区域变质作用(如丹巴地区的巴洛型变质作用)。总体看来，在印支晚期-燕山期，造山带主体的构造和岩浆活动剧烈［6，20］。

松潘-甘孜造山带在经历了印支末期-燕山早期的剧烈构造运动后，在152Ma左右地壳运动进入相对稳定发展的阶段，为各种成矿作用的发生提供了必要条件［6］。

新火山岩体成岩时间的准确厘定为181.2±1.4Ma，而非此前的131±5Ma。这明确了该岩体与江浪穹窿中的李伍铜锌矿(142.2～184Ma)和黑牛洞铜锌矿(136.43±0.77Ma)等形成时代上的先后顺序，为将岩体与矿床的成因联系在一起提供了一个基本的条件。如何确定两者之间的关系，还需做进一步的研究工作。

5 结论

(1)锆石U-Pb年龄时代测试结果表明，新火山花岗岩的形成年龄为181.2±1.4Ma，其形成时代为早侏罗世。本次研究虽精确厘定了新火山花岗岩的年龄，但是否意味着其附近的几个岩体均属于早侏罗世，仍需做进一步的地质年代学研究。

(2)松潘-甘孜构造带燕山期花岗质岩浆活动为印支晚期-燕山早期松潘-甘孜地区变质核杂岩成穹事件的发生提供了基本条件，形成了大量的稀有金属矿床及铜铅锌矿床。加强各矿床点的成矿时代研究可以更明晰松潘-甘孜燕山期岩浆活动的时限及其与各类成矿作用的关系。

致谢:LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定得到刘勇胜教授、胡兆初副研究员的帮助，锆石CL照相得到中国地质大学(武汉)郑署老师的帮助，审稿专家对论文给出了建设性的修改意见。在野外工作中得到里伍铜业股份有限公司程道前董事长、王发清高级工程师、唐高林工程师、邓全琳主任等相关地质人员的大力支持和协助，在此一并致谢。

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