北祁连浪力克铜矿镁安山质岩石年代学及地球化学特征

郭周平, 白 赟, 赵辛敏, 孔会磊, 谭文娟, 姜寒冰, 李长安, 张海松

(1. 中国地质调查局西安地质调查中心，陕西西安 710054； 2. 长安大学地球科学与资源学院，陕西西安 710054)



北祁连浪力克铜矿镁安山质岩石年代学及地球化学特征

郭周平1, 白 赟2, 赵辛敏1, 孔会磊1, 谭文娟1, 姜寒冰1, 李长安1, 张海松1

(1. 中国地质调查局西安地质调查中心，陕西西安 710054； 2. 长安大学地球科学与资源学院，陕西西安 710054)

浪力克铜矿床位于北祁连造山带中段的冷龙岭复式背斜内，铜矿体主要赋存于火山通道内的闪长玢岩及其邻近的安山岩中，本文对矿区内赋矿的安山岩和石英闪长玢岩进行岩石学、地球化学研究，对安山岩进行锆石U-Pb年代学研究，以探讨矿区火山岩的岩石成因与形成环境，并对成矿时代进行约束。岩石地球化学数据显示，安山岩和石英闪长玢岩的化学特征十分相似，均具有高镁的特点，以大离子亲石元素(Rb、Ba、Th、U、K)强烈富集和高场强元素相对亏损及出现明显的Nb、Ta、P、Ti谷为特征，Cr和Ni含量较高，稀土元素配分曲线呈平坦型，∑REE较低，轻重稀土元素分馏不明显，略微富集轻稀土，基本无Eu异常，为一套高镁安山质岩石组合，其特点可以和世界某些高镁安山岩相对比，属于岛弧构造环境岩浆作用的产物，很可能为俯冲洋壳脱水熔融产生的熔体与地幔楔反应形成的。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明，浪力克铜矿区安山岩的成岩年龄为479.2±3.4Ma，时代为早奥陶世，代表了浪力克铜矿的成矿下限年龄。

镁安山质岩石 锆石U-Pb年龄 地球化学 浪力克 北祁连

Guo Zhou-ping, Bai Yun, Zhao Xin-min, Kong Hui-lei, Tan Wen-juan, Jiang Han-bing, Li Chang-an, Zhang Hai-song. Geochronology and geochemistry of magnesian andesites in the Langlike copper deposit, North Qilian Shan, China[J]. Geology and Exploration, 2015, 51(2):0253-0265.

浪力克铜矿位于青海省门源县仙米乡北东35 km处，地理坐标：东经102°02′40″，北纬37°27′20″，该矿由青海省东部地质队1957年发现，后经青海省祁连山队于1958～1961年进行地表和初步检查工作及1988年青海省第二地质队的详查工作，探明矿床已达中型规模。浪力克铜矿与矿区的火山岩关系密切，但至今对矿区火山岩的成因和形成环境仍存在争议：许志琴等(1997)将该区火山岩归属为弧后盆地环境的火山岩组合；1∶25万门源幅区域地质调查报告(2006)①依据细碧岩826±39Ma的Sm-Nd等时线数据，将该地区火山岩划归为新元古代蛇绿岩套的组成部分，形成于洋脊环境；王星等(2008)认为其形成于大陆裂谷环境；余吉远等(2010)却认为是岛弧环境。笔者在区域和矿区野外实地工作的基础上，通过对矿区赋矿的安山岩和石英闪长玢岩进行岩石学、地球化学研究，对安山岩进行锆石U-Pb年代学研究，查明了浪力克铜矿的赋矿围岩安山岩和石英闪长玢岩是一套富镁的安山岩组合，这为其成因和形成环境提供了新的证据。

1 地质概况

浪力克铜矿床位于华北板块南缘、阿拉善地块、中祁连陆块结合部位的青藏高原北东缘的北祁连造山带中段，位于北祁连造山带冷龙岭复式背斜的中部。区内出露地层主要为早奥陶世阴沟群的一套中基性-酸性火山沉积建造。构造线多呈北西-南东向展布，以紧闭型线状褶曲及北西向断裂为主，局部发育北东或北北东向短轴褶皱平移断层，主要断层以红直大断裂、下红沟-银灿剪切断裂和向拉瓦尔玛沟脑断裂为主。

图1 浪力克铜矿矿区地质图②Fig. 1 Geological map of the Langlike copper mine②1-第四系坡积物；2-含碳板岩夹灰岩；3-安山岩；4-玄武岩；5-安山玄武岩；6-玄武安山岩；7-安山凝灰熔岩；8-安山质角砾熔岩；9-流纹岩；10-第一期闪长玢岩；11-第二期闪长玢岩；12-含石英闪长岩；13-辉绿玢岩；14-风化碎裂岩；15-玄武角砾熔岩；16-铜矿体；17-岩相、岩性界线；18-第四系与基岩界线；19-基底断裂；20-采样位置；21-火山通道及编号；22-勘探线编号及位置1-Quaternary slope wash; 2-carbonaceous slate limestone; 3-andesite; 4-basalt；5- andesitic basalt; 6-basaltic andesite; 7-andesitic tuff lava; 8-andesitic breccia lava；9-rhyolite；10-phase diorite；11-second period diorite；12-containing quartz diorite；13-diabase；14-weathered cracked rock；15-basaltic breccia lava；16-copper orebody；17-facies，lithology boundary；18-Quaternary and bedrock boundary；19- basement fault；20-sampling site；21-volcanic conduit and number；22-exploration line number and location

出露于门源北的冷龙岭火山岩带，主要分布于直河-俄博沟-银灿-哇尔玛沟脑-浪力克-红腰线一带，岩石类型从基性-酸性均有产出，按岩石矿物成分、结构、构造和产出特征，可分为喷出和浅成的火山岩相两类。喷出相包括火山熔岩、火山碎屑岩，其中火山熔岩主要有玄武岩、安山玄武岩、安山岩、石英角斑岩、细碧岩等；火山碎屑岩类主要有集块熔岩、火山角砾、凝灰岩、细碧凝灰岩、英安凝灰岩等。次火山岩相主要为闪长玢岩、石英闪长玢岩和辉绿玢岩。区内火山机构发育，有银灿、俄博沟、阿潘、浪力克、红腰线等火山机构，且在其内均存在不同程度的矿化。

出露于浪力克铜矿区的火山岩组为一套浅变质的中-中基性火山岩-碎屑岩建造，以海相安山质或玄武安山质熔岩为主，次为火山角砾岩、安山质及玄武安山质角砾熔岩和凝灰熔岩等，还发育次火山岩相的闪长玢岩，其主要沿火山喷发中心形成的环状断裂分布。矿床由三个矿体群组成，包括大小矿体 23 个，Ι矿群为矿区的主要矿体，每个矿群中的矿体均具有平行分布、成群产出的特点，在平面上平行排列，在剖面上呈迭瓦状产出。矿体主要赋存于次火山岩相的闪长玢岩及其邻近的安山岩中，矿体走向NW-SE，向南东倾伏，与区域构造线一致(图2)。矿石矿物由黄铁矿、黄铜矿及少量磁黄铁矿、斑铜矿、闪锌矿、方铅矿、辉钼矿等组成。矿石组构为碎裂结构、浸染状、条带状构造。围岩蚀变主要为硅化、绿帘石化、绢云母化、阳起石化、绿泥石化、黄铁矿化及高岭土化等。

图2 浪力克铜矿床Ι号矿体剖面图②Fig. 2 No I orebody profiles in the Langlike copper deposit1-第四系；2-辉绿岩；3-安山质玄武质凝灰熔岩；4-安山岩；5-安山质凝灰熔岩；6-流纹岩；7-闪长玢岩；8-闪长岩；9- 铜矿体；10-构造角砾岩1-Quaternary；2-diabase；3-basaltic andesitic tuff lava；4-andesite；5-andesitic tuff lava；6-rhyolite；7-diorite；8-diorite；9- copperore body；10-tectonic breccias

2 岩石及岩石地球化学特征

2.1 岩石特征

赋矿的安山岩和石英闪长玢岩岩石学特征为：

安山岩：岩石为灰绿色(图3a)，块状构造，斑状结构，基质为球粒状结构。斑晶主要为斜长石(含量约为20%～30%)，及少量辉石(<2%)。斜长石斑晶形态多呈板状和粒状，粒径0.2～1.2 mm，有时呈聚斑出现，局部被绿泥石交代，并含少量辉石，辉石斑晶多呈粒状，粒度<0.3 mm；基质由细小的斜长石和少量辉石组成，斜长石部分绿帘石化，总体含量约60%，多呈球粒状，并有放射状，束状；不透明矿物具有较好的四边晶形，应为黄铁矿，含量5%左右(图3b)。

石英闪长玢岩：岩石为灰绿色(图3c)，块状构造，多斑结构，基质为细粒结构，岩石中斑晶由斜长石和角闪石组成，含量超过65%，斜长石多为自形板状，晶体大小不等，0.3 mm～4 mm，斑晶多蚀变，多已黝帘石、绿帘石化，角闪石多已绿泥石化。基质主要由细小斜长石与少量石英组成，斜长石晶体粒径可达0.2 mm，为细粒结构。石英多呈不规则粒状，粒径较小，含量小于6%，基质也多绿泥石、绿帘石化(图3d)。

2.2 岩石地球化学特征

岩石地球化学分析样品采集于实测地质剖面(图4)，剖面岩石主量、稀土和微量元素分析结果列于表1。

2.2.1 主量元素特征

浪力克铜矿区安山岩的SiO2含量为51.4%～59.11%，Al2O3含量为14.34%～16.15%，K2O+Na2O含量为5.08%～6.12%，Na2O/K2O为2.39～8.41，MgO含量为3.83%～6.23%，Mg﹟值介于56.68 ～59.84，具明显的富镁特征，CaO含量为3.26%～7.15%，TiO2为0.24%～0.26%，P2O5为0.03%～0.05%。石英闪长玢岩的SiO2含量为55.58%～61.12%，Al2O3为15.46% ～16.16%，K2O+Na2O含量为4.63%～5.75%，Na2O/K2O为2.98～5.01，MgO含量为4.23%～5.24%，Mg﹟值为51.22～57.17，具明显的富镁特征， CaO为3.23%～5.54%，TiO2为0.26%～0.58%；P2O5为0.05%～0.09%。在SiO2-Nb/Y图解(图5a)中，安山岩和石英闪长玢岩样品主要投在安山岩范围内，在SiO2-K2O图解(图5b)上，二者均落在钙碱性系列范围内。在SiO2- FeOT/(FeOT+MgO)图解(图5c)中，二者也均在镁质系列区域内。

图3 浪力克铜矿安山岩和石英闪长玢岩手标本照片及镜下特征Fig. 3 Photographs (left) and microscopic characteristics (right) of andesite and quartz dioriteporphyrite samples in the Langlike copper deposit a-安山岩；b-安山岩中长石斑晶；c-石英闪长玢岩；d-石英闪长玢岩镜下照片；Pl-斜长石；Py-黄铁矿a-andesite；b-feldsparphenocrysts in andesitec；c-quartz dioriteporphyrite；d-the quartz diorite porphyrite microscope photos；Pl -plagioclase；Py-pyrite

图4 浪力克铜矿区采样剖面图Fig. 4 Sampling profile in the Langlike copper deposit1-坡积物；2-石英闪长玢岩；3-流纹岩；4-安山岩；5-褐铁矿化蚀变破碎带；6-石英闪长玢岩(矿化)；7-安山玢岩(矿 化)；8-岩层产状1-slope wash；2-quartz diorite；3-rhyolite；4-andesite；5-limonite altered fracture；6-quartz diorite (mineralization)；7-an desite porphyrite (mineralization)；8-attitude of rocks

图5 安山岩和石英闪长玢岩的SiO2-Nb/Y图解(a)、SiO2-K2O图解(b)和SiO2-FeOT/(FeOT+ MgO)图解(c)Fig. 5 Diagrans of SiO2-Nb/Y(a)，SiO2-K2O(b) and SiO2-FeOT/(FeOT+MgO)(c) of andesite and quartz diorite

2.2.2 微量元素

浪力克铜矿区的安山岩和石英闪长玢岩的微量元素，无论在含量和图式上都十分近似(图6a、c)，以大离子亲石元素(LILE)强烈富集(如Rb、Ba、Th、U、K)和高场强元素(HFSE)相对亏损及出现明显的Nb、Ta、P、Ti谷为特征。两种岩石均明显富集Cr(111×10-6～226×10-6，9.1×10-6～140.1×10-6)、Ni(39.9×10-6～ 85.4×10-6，35.4×10-6～47.1×10-6)。

2.2.3稀土元素

浪力克矿区安山岩和石英闪长玢岩的稀土元素含量均较低，二者的稀土元素球粒陨石标准化的配分模式十分相似(图6b、d)，其中安山岩的∑REE为19.86～41.46，LREE/HREE介于2.6～4.94，(La/Yb)N介于1.61～4.16，显示轻重稀土元素分馏不明显，略微富集轻稀土的特点，δEu均在1附近，显示无Eu异常。石英闪长玢岩的∑REE为23.77～52.9，LREE/HREE介于3.07～4.25，(La/Yb)N介于2.02～3.43，显示轻重稀土元素分馏不明显，略微富集轻稀土的特点，δEu均在1附近，显示无Eu异常。

3 同位素测年

3.1 样品采集及分析方法

笔者在浪力克铜矿区采集了一件安山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年样品(12LLK-H12)，其位置见图(图4)。

锆石分选在河北区域地质调查研究所采用浮选和电磁选方法完成。锆石的CL图像在西北大学大陆动力学国家重点实验室电子探针仪加载的阴极发光仪上完成。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年测试分析在西北大学大陆动力学教育部重点实验室完成，采样Agilent7500型ICP-MS和德国Lambda Physik公司的ComPex102ARF准分子激光器(工作物质ArF，波长193 nm)以及MicroLas公司GeoLas200 M光学系统联机进行。激光剥蚀斑束直径为30 μm，激光剥蚀样品的深度为20～40 μm,以He为载气。采取单点剥蚀，每完成5个测点的样品测定，加测标样一次。在所测锆石样品分析40个点之前、后各测1次NISTSRM610锆石年龄计算采用国际标准锆石91500作为外标，元素含量采用NISTSRM610作为外标，29Si作为内标元素进行校正，详细分析步骤和处理方法参考相关文献(柳小明等，2002；丛源等，2012；惠卫东等，2013)。

图6 安山岩微量(a)、稀土(b)元素配分模式图及石英闪长玢岩微量(c)、稀土(d)分配模式图(标准 值据Sun et al.，1989)Fig. 6 Trace (a, c) and rare earth (b, d) element distribution patterns. (a) and (c): andesite. (b) and (d)): quartz diorite porphyrite (normalization values after Sun et al.，1989)

图7安山岩(12LLK-H12)锆石阴极发光图像Fig. 7 CL images of zircons Andesite (12LLK-H12)

3.2 测年结果

样品的测年选用的锆石多为无色和浅玫瑰色，呈自形粒状-长柱状晶型，颗粒较大，粒径多为60～150 μm，阴极发光图像(图7)揭示锆石的岩浆韵律环带结构不太清晰或环带较窄，锆石的Th/U比值介于0.29～0.55之间，平均为0.37，显示出岩浆锆石的特征(Hoskinetal.，2000)。

经校正后有用的21个测量的锆石U、Th、Pb同位素分析数据列于表2。所见206Pb/238U锆石表面年龄范围(470.1±6.24)Ma～(488.2±6.35)Ma之间，加权平均年龄为(479.2±3.4)Ma(MSWD=0.40)(图8a)，加权平均值的误差与单个分析误差相一致，在谐和图中成群集中分布(图8b)，应为浪力克矿区安山岩的成岩年龄。这一年龄数据同余吉远等(2010)在俄博沟获得的火山岩的年龄(460.17±0.92Ma)十分相近，也同1∶25万门源幅区域地质调查在该火山岩带的碎屑岩中获得的Didymograpcf.abnormis,D.cf.similes,Tetragraptusmis,Tetragraptussp. 笔石化石；InkouiaInkouensis，I.cf.caveronsus,Leiostegiumsp.三叶虫化石；Obolustaianensisi，Sinorthistypical腕足类化石等厘定的地层时代大体相近，为奥陶纪火山作用的产物。

图8 安山岩(12LLK-H12)锆石U-Pb谐和图和年龄图谱Fig. 8 Zircon U-Pb concordia diagram and age spectrum of andesite(12LLK-H12)

4 讨论

据岩石地球化学特征，浪力克铜矿区的安山岩和石英闪长玢岩均具有高SiO2(>52%)、高镁(>4%)和Mg﹟值、低钛(<0.5%)和低钾(≈1%)为特点，其主量和微量元素的一些特征可以和世界某些高镁安山质岩石相对比，如在SiO2-(Na2O+K2O)图解、SiO2-MgO图解及SiO2-Mg﹟图解(图9)中均落在墨西哥Bajia高镁安山岩的成分区内，而在SiO2-MgO和SiO2-FeO/MgO图解中(图10)，两类岩石也完全在镁安山岩或高镁安山岩的成分范围内。由此说明浪力克铜矿区的安山岩/石英闪长玢岩类为一套富镁安山质岩石组合。

图9 安山岩和石英闪长玢岩的主量元素图解 (据唐功建，2010)Fig. 9 Major element diagrams of andesite and quartz diorite (after Tang, 2010)

已知富镁安山岩主要多为近代洋岛和弧盆系列的火山岩带，是识别岛弧环境的一种特征性岩类，经典的产地有日本的Sclouchi火山和Bonin岛、阿留申的Adak岛、巴布新几内亚的Cape Vogue和墨西哥的Bajia等地的富镁安山岩(Tatsumi，2006；Kay，1978；Rogeretal.，1985；唐建功等，2010；邓晋福等，2010)。一般认为，富镁安山岩是俯冲玄武岩洋壳脱水熔融产生的富SiO2的岩浆，在上升过程与楔形地幔橄榄岩反应和混染形成的一种富镁、低FeO/MgO或高Mg﹟值岩浆喷出地表或侵位于地壳浅部的高镁安山岩/闪长岩类(邓晋福等，2010)。在安山岩与石英闪长玢岩的微量元素蛛网图中，大离子亲石元素(Rb、Ba、Th、U、K)强烈富集，高场强元素元素(Nb、Ta、Ti、P)明显亏损，也表明岩浆源区存在广泛的流体交代作用，可能为俯冲沉积岩物质对地幔楔的添加所致(Shimodaetal.，1998)。

实验岩石学资料证明，地幔橄榄岩在干条件和CO2加入条件下，不可能形成SiO2>52%的安山质岩石，这就是说安山岩不是地幔橄榄岩局部熔融产物。而只有在H2O加入的条件下，地幔橄榄岩部分熔融才能形成安山质岩浆，这正好符合俯冲洋壳相的转变不断放出水，并同玄武质洋壳部分熔融形成的富SiO2熔体，一起上升进入上覆的地幔楔形区，可将干橄榄岩转变为含水系统，从而诱发富镁安山质岩浆的发生。Kushiro(1990)曾利用夹心技术，用拉斑玄武岩(MgO>6.68%)和高镁安山岩(MgO为11.57%)做夹心，对尖晶石二辉橄榄岩加入水进行试验而获得的熔体化学组，它们是拉斑玄武岩和高镁安山岩，而不是正常的钙碱质安山岩。这就证明富镁安山岩的形成完全是一种水化富SiO2熔体与地幔橄榄岩反应产物，这种条件只有俯冲洋壳上面的岛弧带环境出现。

图10 SiO2-FeO/MgO和SiO2-/MgO图解(据邓晋福等，2010)Fig. 10 SiO2-FeO/MgO and SiO2-/MgO diagram (afer Deng et al., 2010)1-安山岩；2-石英闪长玢岩1-andesite; 2-quartz diorite phorphyrite

对北祁连造山带的板块构造体制和构造格局，已有不少研究者做过较详细研究和讨论，并有较一致的共识(王荃等，1976；肖序常等，1978；夏林圻等，1996，1998，2001；左国朝等，1987；许志琴等，1994)。基本都认为北祁连加里东造山带是自新元古代开始，在前寒武系基底上发生裂谷作用基础上(679 Ma～514 Ma)，于寒武纪末到早奥陶世(522 Ma～495 Ma)再次发生裂解扩展为洋盆的，可代表洋壳结构的幔源岩套岩石组合，主要发育在托莱山北坡的川刺沟-玉石沟-三岔沟一带，由超镁铁岩、堆积杂岩、辉长辉绿岩墙、火山岩和远洋沉积物构成。获得的川刺沟和玉石沟基性火山熔岩同位素年龄分别为495.11±13.79 Ma和521.48±23.79 Ma，时代为中寒武-早奥陶世，而洋盆闭合大致发生在晚奥陶世(445 Ma～428 Ma)(夏林圻等，2001)。本次安山岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明，浪力克铜矿区安山岩的成岩年龄为479.2±3.4Ma，时代为早奥陶世，此时北祁连洋正处于俯冲阶段，由此造就了浪力克铜矿区富镁安山质岩形成的构造环境。

5 结论

(1) 岩石地球化学研究表明，北祁连造山带浪力克铜矿的赋矿安山岩和石英闪长玢岩的化学特征十分相似，均具有高镁、高Cr、Ni的特点，可以和世界某些高镁安山质岩石相对比，为高镁安山质岩石组合，属于岛弧构造环境岩浆作用的产物，很可能为俯冲洋壳脱水熔融产生的熔体与地幔楔反应形成的。

(2) LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明，浪力克铜矿区安山岩的成岩年龄为479.2±3.4 Ma，时代为早奥陶世，代表了浪力克铜矿的成矿下限年龄。

[注释]

① 拜永山,王永文,王进寿.2006.门源县幅1∶25万区域地质调查报告[R].西宁:青海省地质调查院:1-46

② 顾群，蔡智民，肖天保. 1988.青海省门源县浪力克铜矿详查报告[R].青海省第二地质队:1-82

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Geochronology and Geochemistry of Magnesian Andesites in the Langlike Copper Deposit, North Qilian Shan, China

GUO Zhou-ping1, BAI Yun2, ZHAO Xin-min1, KONG Hui-lei1, TAN Wen-juan1, JIANG Han-bing1, LI Chang-an1, ZHANG Hai-song1

(1.Xi’anCenterofGeologicalSurvey,CGS,Xi’an,Shaanxi710054; 2.EarthScience&ResourcesCollegeofChang’anUniversity,Xi’an,Shaanxi710054)

The Langlike copper deposit is located in the middle of the North Qilian Shan with mineralization occurring in quartz diorite porphyrite and andesite. This paper presents the study on the geochemistry and petrology of these rocks. Using zircon U-Pb dating of the andesite, we explored the genesis and context of the volcanic rocks and constrained the age of mineralization in this deposit. Geochemical data show that both the rocks have very similar geochemical characteristics, all bearing rich magnesium and high content of Cr and Ni. They belong to the calc-alkaline series，intensely enriched in LILE (Rb, Ba, Th, U, and K) and depleted in HFSE with strong negative anomalies of Nb, Ta, and P. The Ti. The REE element distribution pattern displays a flat type with LREE slightly enriched. They can be ascribed to high-Mg andesites, comparable with other high-Mg andesites in the world. Combined with previous research results, we speculate the andesite and quartz diorite porphyrite in the Langlike copper deposit are products of magma events in an island-arc tectonic environment triggered by slab subduction, and generated by the reaction between the fused mass from dehydration melting of subducted oceanic crust and a mantle wedge.Zircon LA-ICP-MS dating yields concordant age of 479.2±3.4 Ma， indicating that the andesite in Langlike deposit was formed at Ordovician and might represent the lower limit forming age of the deposit.

Mg andesite，zircon U-Pb geochronology, geochemistry, Langlike, North Qilian

2013-11-18；

2014-09-06；[责任编辑]郝情情。

中国地质调查局地质调查项目“青海省门源县银灿-浪力克1∶5万成矿预测”(1212011221043)资助。

郭周平(1980年-)，男，助理研究员，主要从事区域成矿及成矿规律研究。E-mail: zhouping.guo@163.com。

P581+P597.3

A

0495-5331(2015)02-0253-13