粤北大宝山矿区加里东期火山岩的厘定及其地质意义*
2014-03-14伍静王广强梁华英黄文婷林书平邹银桥孙卫东王要武
伍静 王广强,2 梁华英 黄文婷,2 林书平,2 邹银桥,2 孙卫东 王要武
1. 中国科学院广州地球化学研究所,中国科学院矿物学与成矿学重点实验室,广州 5106402. 中国科学院大学,北京 1000493. 广东大宝山矿业有限公司,韶关 512218
华南地区是我国重要花岗岩成矿省。国内外学者(中国科学院地球化学研究所, 1979;莫柱荪等,1980;南京大学地质系,1981; 陈毓川等,1989;毛景文等,2004;华仁民等,2005;孙涛,2006;周新民,2007;Li and Li,2007;Lietal., 2009a, b; 李献华等,2007;Zhuetal., 2009,2010;Heetal., 2010,Wangetal., 2013)对华南地区中酸性岩及相关矿床的时空分布规律作了大量的工作。过去工作主要集中在燕山期花岗岩及相关矿床上(王登红等,2003;华仁民等,2003;李献华等,2007;Huetal., 2008;Sunetal., 2010, 2013),近年来加里东期及印支期花岗岩和有关矿床也引起了人们的广泛关注(徐夕生等,2003;王岳军等,2005;蔡明海等,2006;杨锋等,2009;伍静等,2010;张文兰等,2011;Wuetal., 2012)。
本文系统观察大宝山层状火成岩的显微结构特征,在厘清其成因属性的基础上,分析层状火成岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄及分析其形成动力学背景。
1 粤北大宝山矿区层状火成岩特征
粤北大宝山矿区层状火成岩主要出露于矿区中部九典岭-大宝山-徐屋及矿区东北侧丘坝一带,前人称之为“次英安斑岩或英安岩”(图1)。九典岭-大宝山-徐屋一带与层状Fe-Cu-Pn-Zn矿化关系密切火成岩长约3000m,宽100~500m,为层状,走向北西,倾向北东,倾角60°~65°,向深部倾角变缓,和下伏的灰黑色碳质页岩及上部的变凝灰岩、页岩及大理岩产状基本一致(葛朝华和韩发,1987)(图2)。大宝山矿区7个钻孔观察及前人资料表明,大宝山矿区层状火成岩厚度较大,达数十至数百米;多个钻孔观察发现,层状火成岩中夹有1~3层厚数米的被认为属热水沉积成因的微晶钾长石岩(葛朝华和韩发,1987)。大宝山-九曲岭一带层状火成岩因受后期斑岩成矿作用的影响,发生强烈蚀变,矿区外围丘坝一带火成岩则后期蚀变较弱。
图1 大宝山矿区地质简图(据葛朝华和韩发,1987修改)1-下侏罗统金鸡组;2-泥盆系;3-寒武系八村群;4-中基性火山岩;5-层状火成岩;6-花岗斑岩;7-铁帽;8-断层线;9-观察岩芯及采样位置;10-27号勘探线Fig.1 Simplified geological map of the Dabaoshan mining area in northern Guangdong Province(modified after Ge and Han, 1987)
图2 大宝山层状矿化27勘探线剖面图(据葛朝华和韩发,1987修改)1-坡积褐铁矿;2-风化中基性火山岩、页岩;3-变凝灰岩、页岩、大理岩;4-硅化凝灰熔岩夹热水沉积岩;5-凝灰熔岩;6-页岩、次硬砂岩;7-铜-磁黄铁矿矿体;8-铜-黄铁矿矿体;9-铅锌矿体;10-黄铁矿;11-菱铁矿层及热液沉积岩;12-断层Fig.2 Profile along the No.27 exploration line in the Dabaoshan mining area(after Ge and Han, 1987)
多个钻孔观察发现大宝山燕山期钼钨矿化花岗斑岩与层状火成岩呈侵入接触关系,在钻孔中普遍见赋浸染状钼矿化斑岩体插入层状火成岩中。野外及显微观察发现,大宝山及丘坝一带层状火成岩都为似斑状岩石组成,具斑状结构,块状构造,局部发育条带状及流动构造(图3a)。葛朝华和韩发(1987)也曾提到火成岩具流动构造。
图3 大宝山、丘坝火成岩特征(a)-大宝山ZK6601孔608m处具流动构造的流纹熔岩,晶屑主要为石英及黄铁矿;(b)-大宝山ZK6001孔942m处流纹质角砾熔岩,晶屑为钾长石和石英,基质亦为钾长石和石英;(c)-丘坝岩体(样品位置:N 24°33′51.22″,E113°44′51.16″)英安质凝灰熔岩中的晶屑主要为斜长石及角闪石,斜长石已绢云母化,角闪石边缘绿泥石化;(d)-具流动构造特征英安质凝灰熔岩,见后期石英脉穿插.Plag-斜长石;Q-石英;Kfs-钾长石;Py-黄铁矿; Amph-角闪石Fig.3 Photos showing characteristics of the Dabaoshan and Qiuba igneous rock
大宝山和丘坝层状火成岩中的斑晶主要为棱角明显的晶屑。大宝山不同钻孔中火成岩晶屑主要为石英、斜长石、钾长石(图3a, b)。个别样品中见黄铁矿晶屑(图3a)。丘坝一带火成岩晶屑组成和大宝山的存在一定差异,见角闪石、黑云母及石英晶屑而无钾长石出现(图3c),与大宝山火成岩相比,岩性相对更基性。大宝山和丘坝火成岩中的斜长石晶一般粒度较细,多小于2mm;石英晶屑分布最广,呈聚晶或单晶,大多同时出现,石英晶屑粒度变化较大,绝大部分小于2mm,部分样品晶屑粒度大于2mm。葛朝华和韩发(1987)在火成岩中发现岩屑。火成岩基质矿物为粒度极细的石英、钾长石、绢云母及白云母,少黑云母。大宝山火成岩和丘坝火成岩基质粒度有一定的差异,大宝山火成岩基质粒度极细,多为霏细结构,而丘坝火成岩的基质粒径小于0.1mm,为等粒全晶质结构。
大宝山矿区7个钻孔(ZK5002、ZK5802、ZK5804、ZK5805、ZK5809、ZK6001、ZK6601)岩芯观察发现,层状火成岩在成分上具一定的分带性,上部相含较多斜长石晶屑,而下部则相对较多石英及钾长石晶屑。
2 大宝山矿区层状火成岩成因类型及形成环境
过去多认为层状火成岩为英安岩或英安斑岩(古菊云等,1984;刘姤群等,1985;葛朝华和韩发,1987;汤吉方等,1992;邱世强,1981;杨振强,1997)。该火成岩含大量火山碎屑(主要是晶屑,见到岩屑),层状火成岩产状和下伏碳质页岩及上部变凝灰岩、页岩及大理岩产状一致,具流动构造及层纹状构造。这表明其为火山岩而不是浅成侵入岩,因此,该岩石不应属于浅成的英安斑岩。火成岩中含大量火山碎屑(晶屑),基质为霏细结构(大宝山)或等粒全晶质结构(丘坝),未见玻璃质,因此我们认为其应属于火山碎屑熔岩类。据火山碎屑粒度多小于2mm,我们提出火成岩主体为凝灰熔岩,中夹少量角砾熔岩。
根据矿物组成及结构特征,我们认为大宝山火成岩主要为英安质凝灰熔岩、流纹质凝灰熔岩及角砾熔岩(仅见于ZK6001孔926m及946m处);大宝山矿区上部熔岩以流纹英安质及英安质为主,下部更多流纹质。丘坝一带火成岩主要为英安质凝灰熔岩。
2.1 基础内分泌水平与一般资料对比 两组的体质量指数、不孕时间等比较差异无统计学意义(P>0.05),两组血清FSH与E2水平比较差异也无统计学意义(P>0.05),见表1。
凝灰熔岩主要形成于较富气体和有较强爆发性的中酸性熔岩喷发或水下喷发过程。考虑到大宝山矿区熔岩和下伏为碳质页岩整合接触,和上伏页岩及灰岩也整合接触,加上火山岩中夹有具热水沉积特征微晶钾长石岩(葛朝华和韩发,1987),显示水下环境,因此,有理由认为大宝山的凝灰熔岩为水下喷发的产物,形成于海相环境。
3 样品采集及分析方法
为了确定熔岩的形成时代,我们首先通过系统薄片观察,确定层状火成岩主要岩石类型。在确定岩类型的基础上,选取具代表性的主要岩石为型:大宝山新鲜流纹质凝灰熔岩(ZK5802孔489m处岩芯)及丘坝英安质凝灰熔岩(QB-1,位置N 24°33′51.22″,E113°44′51.16″)作锆石定年分析。大宝山凝灰熔岩具流动构造特征(图3d),见其被后期石英小脉穿插。丘坝英安质凝灰熔岩(QB-1)具斑状结构、块状构造,晶屑主要为棱角明显的斜长石及石英(图3c),基质主要为石英、斜长石、钾长石等。
分析样品重约1kg,将样品破碎过筛,经磁选及重液的分离,再经手选。将精选的锆石装入环氧树脂中,然后抛光,用光学显微镜及扫描电子显微镜阴极发光(CL)观察,选出晶形较好、没有裂纹及包裹体不发育的锆石晶体进行测定。锆石的U-Pb年龄分析在中国科学院广州地球化学研究所ICP-MS实验室完成,分析过程及参数见文献(涂湘林等,2011)。为了减少继承铅、铅丢失等对年龄的影响,在206Pb/238U-207Pb/235U图中谐和度低于90%的年龄数据点在计算年龄时将被排除。LA-ICP-MS法速度快,测得的数据点较多,可用累积概率统计图对数据进行处理。在累积概率图上,主群组年龄多沿直线分布,其年龄代表岩体锆石年龄,位于直线上方的被认为继承铅,位于直线下方的多被认为是铅丢失(Allenetal., 2004;Liangetal., 2007)。为了获得更精确的年龄,在计算岩体年龄时,只计算主群组锆石年龄,年龄计算及谐和图的绘制用Isoplot软件完成。
4 大宝山及丘坝熔岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄分析结果及讨论
4.1 分析结果
大宝山凝灰熔岩及丘坝英安质凝灰熔岩锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素组成分别见表1、表2及图4。
4.2 讨论
4.2.1 熔岩形成时代
大宝山及丘坝凝灰熔岩锆石韵律环带发育(图5),测定锆石Th/U比值较大,在0.30~0.96之间(表1、表2),均显示岩浆锆石特征,因此,分析的锆石是岩浆结晶作用过程中形成的,其主群锆石U-Pb年龄代表岩浆侵位年龄。
图4 粤北丘坝英安质熔岩(a)及大宝山(b)凝灰熔岩锆石U-Pb年龄谐和图内插为累积概率统计图Fig.4 Concordia plots showing the zircon U-Pb analyses of the Qiuba dacitic lava (a) and the Dabaoshan tuff lava (b) in north Guangdong ProvinceThe insets are probability plots
图5 大宝山流纹熔岩锆石阴极发光图锆石颗粒中圆圈为分析点Fig.5 Cathodoluminescence (CL) images of zircons from the Dabaoshan rhyolitic lavaThe circle on the zircon grains represents the analyzed point
用Isoplot处理23个分析点获得年龄为434.2±14.9Ma,MSWD=15.7。其MSWD值很大,表明其中含有不易区分的继承锆石或铅丢失锆石,为了获得更加精确的锆石U-Pb年龄,我们用累积概率统计图处理这23个锆石年龄。在累积概率统计图上(图4内插图),有18个数据点呈一条直线分布,而有2个较大的及3个较小的数据点分别分布在直线的上方及下方,把年龄较大的2个点视作继承铅,年龄较小的3个点视作铅丢失,其余18个点代表的主群锆石,用Isoplot处理获得的年龄为436.4±4.1Ma,MSWD=0.94。岩浆岩主群锆石U-Pb年龄代表岩浆结晶的年龄(Harrisetal., 2004; Liangetal., 2007),因此,大宝山凝灰熔岩形成时代为436.4±4.1Ma。
丘坝英安质凝灰熔岩共作了25颗锆石的U-Pb同位素组成分析,一个分析点的谐和度<90%,在计算年龄时排除,另一个分析点的U-Pb年龄很大,其207Pb/206Pb年龄为1710.2±75.0Ma,该分析点锆石被视为继承锆石,在计算年龄时排除。其余23个分析点锆石U-Pb年龄集中于407.2~499.9Ma之间。丘坝英安质凝灰熔岩锆石U-Pb年龄也比较集中,其主群锆石年龄也具充分代表性。
Isoplot处理23个分析点获得年龄为430.1±7.1Ma,MSWD=7.5。其MSWD值较大,表明其中含有不易区分的继承锆石或铅丢失锆石(Liangetal., 2006),为了获得更加精确的锆石U-Pb年龄,我们用累积概率统计图处理这23个点锆石年龄。在累积概率统计图上(图4a内插图),丘坝凝灰熔岩年龄较大的1个点及年龄较小的6个点和其它16个点不在一条直线上分布,把年龄最大的1个点视作继承铅,年龄较小的6个点视作铅丢失,其余16个点代表的主群锆石,用Isoplot处理获得的U-Pb年龄为434.1±4.4Ma,MSWD=1.9。因此,丘坝凝灰熔岩形成时代434.1±4.4Ma。
大宝山凝灰熔岩形成时代(436.4±4.1Ma)和丘坝英安质凝灰熔形成时代(434.1±4.4Ma)在误差围内基本一致,是加里东期形成的海相火山熔岩。
4.2.2 华南加里东期火山作用及动力学背景
据钻孔观察大宝山矿区火山熔岩厚达数百米,钻孔中见火山岩夹有最多三层具热水沉积特征厚达数米的微晶钾长石岩(葛朝华和韩发,1987),据此推断粤北大宝山一带加里东期海相火山熔岩是多幕火山作用形成的,粤北大宝山矿区在加里东期发生了多幕海相火山活动。近年来巫建华等(2012)在粤北-江西交界地区司前-南迳一带识别出一套加里东期火山岩,其锆石SHRIMP U-Pb年龄(443.6±5.Ma),略大于大宝山一带海相火山熔岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄(434~436Ma)。因此,华南地区粤北-江西一带在加里东期发生至少发生了两期火山作用。
华南加里东期花岗岩较发育,出露岩体多达100多个,总面积约22000km2(Zhuetal., 2009; Faureetal., 2009; Charvetetal., 2010; Wangetal., 2013; 赵芝等, 2012),占华南花岗岩总面积的13%(赵芝等, 2012),活动时代主要集中在420~460Ma之间(Wangetal., 2013)。大宝山凝灰熔岩形成时代在434~437Ma之间,和花岗岩活动时代基本一致。
过去一般认为华南加里东期花岗岩形成于较封闭的非伸展环境,没发育同期火山岩和超浅成侵入体(舒良树,2006;周新民,2003)及相关的火山块状硫化物矿床(舒良树,2006)。华南在加里东期岩浆形成于较封闭的非伸展环境,那么为什么在粤北大宝山及司前一带发生火山活动?大宝山一带火山熔岩下伏碳质页岩,上部见灰岩,显示海相环境,这表明粤北一带在晚奥陶至早志留纪存在古残留洋。大宝山矿区一带火山岩位于吴川-四会深大断带,该深大断裂形成于加里东期,深达上地幔,沿断裂带发育众多地幔物质混染的岩体、挤压破碎带、以糜棱岩为中心的热变质带并伴随着强烈的岩浆侵入活动(广东省地质矿产局,1988)。形成于挤压背景的深大断裂活动,可在局部区域产生伸展环境,诱发火山作用及浅成超浅成侵入岩浆活动,如藏东地区新生代钾质碱性岩及玉龙斑岩铜矿带(Leloupetal., 1995; Zhang and Scharer, 1999; Wangetal., 2001; Liangetal., 2007, 2008)。因此,我们认为粤北地区加里东期火山活动可能和穿过粤北晚奥陶至早志留纪存在古残留洋的吴川-四会深大断裂活动,诱发的岩浆活动有关。
4.2.3 地质意义
过去多认为大宝山矿床的赋矿地层为泥盆系地层,矿层底部碳质页岩为侏罗系地层,赋矿泥盆系地层被推覆至侏罗系碳质泥岩之上。但区内未见较大规模的推覆构造(葛朝华和韩发,1987),很难想象仅在大宝山矿区发生了数百数厚熔岩被推覆至侏罗系碳质泥岩之上,而在区内则未见有关的构造痕迹。
我们获得的最新同位素年龄表明,赋矿围岩为志留纪海底火山碎屑熔岩,熔岩和下伏碳质泥岩整合接触,熔岩上部矿化层中也含有薄层碳质页岩(葛朝华和朝发,1987)。火山碎屑熔岩可视为地层的一部分,因此,我们认为大宝山矿区的赋矿地层应为志留系而不是泥盆系。下伏碳质泥岩中缺失孢粉,显示碳质泥岩不是中生代地层(葛朝华和韩发,1987),也为碳质泥岩属古生代地层提供了佐证。火山碎屑熔岩下伏的灰黑色碳质页岩和粤西肇庆一带发现下志留统连滩组深灰黑色页岩(广东省地质矿产局,1988)相似,而和粤北韶关地区泥盆系地层的碎屑岩及碳酸盐岩明显(广东省地质矿产局,1988)不同,这也表明赋矿地层更可能是志留系地层。
广东过去仅在粤西肇庆一带发现了志留系碳质页岩(广东省地质矿产局,1988),我们的初步工作表明在粤北地区大宝山矿区一带也可能发育志留系碳质页岩,广东地区志留系地层分布范围远比原来认识到的更为广阔。大宝山一带加里东期海相火山岩的发现,显示粤北一带在志留纪早期存在古残留洋。过去已有不少学者提出大宝山层状Fe-Cu-Pb-Zn矿床为海西期海底喷流沉积成因(葛朝华和韩发,1987;邱世强,1981;杨振强,1997;Guetal., 2007)。我们的研究结果表明,大宝山层状火成岩是加里东期海相火山熔岩。考虑到大宝山层状Fe-Cu-Pb-Zn矿体位于加里东期火山熔岩的上部,矿层与下伏火山熔岩产状完全一致,与围岩同步褶曲(葛朝华和韩发,1987),显示矿化与下伏熔岩有一定的联系,因此,初步推测位于加里东期海相火山熔岩上部层状Fe-Cu-Pb-Zn矿床与加里东期海底火山火动有关,为海底火山块状硫化物矿床。
5 结论
通过上述分析,我们得出下列认识:
(1)粤北大宝山矿区一带层状火成岩含大量火山碎屑,为火山碎屑熔岩类,主要为流纹质及英安质凝灰熔岩及少量角砾熔岩,大宝山矿区熔岩与下伏为碳质页岩及上部页岩夹灰岩整合接触,形成于海相环境。
(2)粤北大宝山一带凝灰熔岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为434~436Ma,是加里东期形成的海相火山熔岩,华南粤北一带加里东期至少发生了两期次多幕火山活动,火山活动可能和吴川-四会深大断裂活动有关;粤北大宝山层状Fe-Cu-Pb-Zn矿化可能和加里东期海底火山作用有关。
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