东昆仑哈日扎多金属矿区Ⅳ矿带成矿时代的锆石裂变径迹定年分析

田承盛 袁万明 曾小平 张爱奎, 朱传宝 孙非非马忠元 张丽婷 郝娜娜

东昆仑哈日扎多金属矿区Ⅳ矿带成矿时代的锆石裂变径迹定年分析

田承盛1袁万明2曾小平1张爱奎2,3朱传宝3孙非非3马忠元3张丽婷2郝娜娜2

1（青海省地质调查局 西宁 810012）
2（中国地质大学 北京 100083）
3（青海省第三地质矿产勘查院 西宁 810029）

裂变径迹核分析技术是成矿作用研究的新手段。哈日扎多金属矿区位于青海省东昆仑东段，属于东昆中多旋回岩浆弧带。矿区已识别出较大规模成矿带7条，成矿类型主要是构造蚀变岩型，成矿作用与岩浆活动关系密切。本文重点探讨其中Ⅳ矿带的成矿年龄。第Ⅳ成矿带由走向NW东支矿带和走向NE西支矿带构成。所获得的6个锆石裂变径迹年龄值变化于120−204 Ma，并具有204 Ma、153−168 Ma和120 Ma 年龄组，这是本区新获得的年龄结果。结合矿区地质与区域热事件特征，认为这3组年龄是区内3期成矿作用的体现，其中东支矿带早期成矿时间比西支矿带早。同时，3期成矿事件也较好地反映了区内的构造活动。

裂变径迹分析，成矿时代，哈日扎多金属矿，东昆仑，青藏高原

矿物内的裂变径迹是指238U自发裂变碎片形成的辐射损伤。裂变径迹对热事件特别灵敏，只有在热的作用下发生退火，即加热为受到辐射损伤的晶格提供了能量，促使被移位了的原子返回到原来的位置，导致辐射损伤不同程度地愈合，表现为径迹缩短直至完全消失；而包括外部化学环境等其他因素，不会对裂变径迹的稳定性造成影响。因此，裂变径迹年龄反映的是热事件时代，自然包括成矿热事件时代。不同来源、不同成因的同种矿物，只要经过同一热液作用全退火后，均具有相同的裂变径迹年龄。锆石矿物虽然可能不属于热液成矿作用的典型矿物，甚至其成因可能与成矿作用无关，但是只要遭受热液成矿作用的热改造，即裂变径迹发生退火作用，便可反映成矿作用的特征。关于裂变径迹和分析技术应用于构造与热历史的报道颇多[1−3]，但用于研究成矿作用的案例尚甚少。

哈日扎铜铅锌矿区位于青海省都兰县境内的东昆仑东端，区内山势陡峻，地形切割剧烈，除山脊岩石裸露外，海拔约在4400 m。虽然近年来陆续发现一些矿床矿点，也有几篇论文报道了斑岩型矿床特征，并获得花岗闪长斑岩锆石U-Pb年龄为(234.5±4.8) Ma，认为花岗闪长斑岩为其成矿母岩[4−6]。不过，总体地质研究程度较低，特别是区内主要是构造蚀变岩型矿床，成矿作用时代尚无年代学数据，制约着诸多实际问题的深入探讨。本文应用锆石裂变径迹定年技术试图探讨区内哈日扎矿区和哈陇休玛矿区澄江时代及其相关的构造活动时限，并取得一些新认识。

1 地质背景

大地构造位置属东昆中多旋回岩浆弧带，北接祁漫塔格-都兰新元古代-中古生代缝合带，南邻东昆中新元古代-早古生代缝合带。在成矿区带的划分上处于秦-祁-昆成矿域东昆仑成矿省伯喀里克-香日德印支期金、铅、锌、铜、稀有、稀土成矿带的东段。区内古老变质岩系发育，华里西期、印支期构造岩浆活动频繁、强度大，构造作用较复杂，成矿作用类型多样，化探、物探异常广布，为青海省重要的成矿区带和战略矿产资源勘查基地。区内发现多处矿体，矿产种类主要为多金属矿产铜钼铅锌等。

哈日扎矿区系由斑岩矿区、南矿区和北矿区组成，矿体实际上均被不同的构造蚀变破碎带控制，具体包括7个破碎带，分别编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ，其中前4个矿带位于北矿区，后3个矿带位于南矿区。矿区出露地层有古元古代白沙河组片岩、片麻岩、砂岩和大理岩与晚三叠统鄂拉山组晶屑凝灰岩和英安岩。侵入岩主要有早二叠世花岗闪长岩和二长花岗岩、晚三叠世花岗闪长岩以及早侏罗世花岗斑岩等。燕山期主要出露岩性为侏罗世花岗斑岩，属高钾钙碱性—碱性系列岩石，形成于造山期后环境，与矿化存在密切的关系。矿带Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ走向NE，Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ矿带走向NW。Ⅳ矿带产状特殊，这也是本文的工作重点(图1)。斑岩型矿床产出于Ⅰ矿带，其他矿带主要是构造蚀变岩型矿床。各个矿带最为显著的特征是地表为褐红色破碎带，较为醒目。

图1 哈日扎矿区Ⅳ矿带地质图Q-新生界，T3e-晚三叠世鄂拉山组晶屑凝灰岩和英安岩，Pt1b-古元古代白沙河片麻岩、片岩、砂岩和大理岩，P1(η γ)-早二叠世二长花岗岩，P1(γ δ)-早二叠世花岗闪长岩，(γ δ)-花岗闪长岩脉，样品分布区域为第Ⅳ蚀变矿化带，●-样点，样品分布区为成矿破碎带Fig.1 Geological map and sample locations of the IV ore zone in Hariza polymetallic ore district, Eastern Kunlun Mountains Q-Cenozoic, T3e-Late Triassic volcanic rocks in Elashan Group, Pt1b-Peleoproteroic metamorphic rocks in Baisahe Group, P1(η γ)-Permian adamellite, P1(γ δ)-Early Permian granodiorite, (γ δ)-Granodiorite vein, ●-Sample locations in IV-Numbers of the alterated mineralizing zones

Ⅳ矿带位于北矿区的西部。Ⅳ矿带特殊之处在于其同时具有走向NE和NW两种产状，即西支带160°∠47°和东支带240°∠45°，分别代表两期蚀变矿化作用，两期矿带在Ⅳ矿带北段合二为一(图1)。由于二者走向不同，倾向相反，故向南逐渐分离而呈两支矿带产出。各支矿带宽度约150 m，连续产出，延长较大。根据交插关系，可知240°∠45°矿带形成早于160°∠47°矿带。矿带几乎全部褐铁矿化，硅化、绢英岩化、黄铁矿矿化强烈，局部可见孔雀石化。同时，露头上可见早期深灰色致密隐晶质硅质矿化体，被灰白色具蜂窝状矿化脉贯入，继之又被后期硅质矿化细脉切过，表明具有3期硅化。同时，碳酸盐化亦有多期次活动，如浸染状和脉状，并且相互穿切。特别是在矿化硅质岩内见到脉状碳酸盐碎块、矿化硅质脉交切碳酸盐脉体等现象。所有这些表明本区可能存在3期次的蚀变矿化作用。

2 样品与实验

样品主要采集于哈日扎哈陇休玛矿区内矿石、蚀变岩和与成矿有关的石英闪长岩岩体。

样品经过粉碎后，首先利用传统方法粗选和自然晾干，然后通过电磁选、重液选、介电选等手段，对矿物颗粒进行单矿物提纯，最终分离出所需的锆石单矿物颗粒。将锆石矿粒置于聚四氟乙丙烯塑料片上，制作成光薄片，研磨抛光揭示矿物颗粒内表面。样片在210 °C下，使用KOH+NaOH高温熔融物蚀刻20−35 h揭示自发径迹[7]。将低铀白云母片作为外探测器盖在光薄片上，紧密接触矿粒内表面，与CN2标准铀玻璃[8]一并接受热中子辐照。然后在25 °C条件下的40% HF中，蚀刻白云母外探测器20 min揭示诱发径迹。这样便可在高精度光学显微镜100倍干物镜下观测统计裂变径迹。应用IUGS推荐的Zeta常数标定法计算出裂变径迹年龄。实验中根据标准矿物的测定，加权平均得出Zeta常数值[9]。本次试验获得的锆石样Zeta常数为(90.9±3.5) a·cm−2。

3 测试结果

锆石裂变径迹定年测试总计获得5个年龄结果(表1)，其中4个样的χ2检验值大于5%，另1个样χ2检验值小于5%。参数χ2值是用来评价所测单颗粒年龄是否属于同一组年龄的概率[10]。5%是χ2检验的临界值，若大于5%则样品的各个单颗粒年龄属于同组年龄；否则，若小于5%，则表明单颗粒年龄呈不均匀分布，或者说是属于混合年龄，这时基于泊松变异的常规分析[11]无效。裂变径迹年龄实质上是权重平均年龄，应根据具体情况讨论其地质意义。对于χ2检验值小于5%的两个样品，应用Binomfit软件[12]对裂变径迹年龄进行分解(图2)，样品XN37分解为(120±6) Ma和(166±13) Ma两组年龄。

这样，所有年龄值变化于120−204 Ma，变化范围较大，但明显具有3个年龄组，即120 Ma、153−168 Ma和204 Ma。

表1 哈日扎IV矿带锆石裂变径迹年龄(Ma)Table 1 Zircon fission track ages for the IV ore zone in Hariza polymetallic district (Ma).

图2 样品XN37锆石裂变径迹年龄分解图[12] (a) 单颗粒年龄直方图，(b) 单颗粒年龄雷达图Fig.2 Decomposition of zircon fission track age distribution[12]. (a) Single grain age histogram, (b) Single grain age radial plot

4 成矿时代

如上所述，裂变径迹年龄反映的是热事件时代，区域构造活动和热液成矿作用必然伴随着热异常过程，所以，裂变径迹技术理当用于成矿作用和构造年代学研究领域。由于锆石裂变径迹年龄与其封闭温度有关，我们需要确定研究区成矿温度是否与锆石裂变径迹封闭温度相一致。哈日扎9个样品获得石英脉流体包裹体均一温度110−400 °C，主体为300−320 °C，均值为243.8 °C，属中低温型。锆石裂变径迹的封闭温度为250 °C[13−14]；据Guedes等[15]研究成果，100 Ma量级地质时代的锆石退火带温度为140−300 °C，所以，锆石裂变径迹年龄可以代表成矿时代。

鉴于花岗闪长斑岩锆石U-Pb年龄234.5 Ma为其成矿母岩年龄[6]，本文所获得锆石裂变径迹年龄204 Ma显然是成矿年龄。另一组锆石裂变径迹年龄153−168 Ma属于燕山早期，可能是早侏罗纪岩浆作用的延续，所以也应属于成矿年龄。第3组年龄120Ma属于早白垩世，虽然现在尚未发现早白垩世岩浆活动，但很有可能依然是热液作用的结果，Ⅳ矿带所见的3期次硅化作用和多期次碳酸盐化亦说明这是本区的第3次热液活动。另外，目前没有早白垩世岩浆作用的年龄信息，也可能与工作程度不够、岩浆岩（脉）定年数据不足有关，这也表明有待今后作进一步的工作。

实际上，东昆仑五龙沟金矿区具有197−181Ma、162 Ma和124 Ma锆石裂变径迹年龄[16]，东昆仑祁漫塔格各种蚀变岩与花岗岩的锆石裂变径迹年龄为185−201 Ma、163−164 Ma和109−139 Ma[17]，与本文所获得3个锆石年龄组204 Ma、153−168 Ma和120 Ma基本对应，反映东昆仑地区普遍存在这3组年龄热事件。

哈日扎矿区Ⅳ矿带两个分支矿带的年龄有所不同，其中东支矿带为120 Ma、166 Ma和204 Ma，西支矿带为153 M、154 Ma和168 Ma，说明东支矿带早期成矿时间早于西支矿带，这也与野外露头所见穿插关系一致。

区内锆石裂变径迹年龄同时也是构造活动的体现。年龄204 Ma应是羌塘地块与昆仑地块碰撞有关[18−20]；153−168 Ma主要是晚侏罗世-早白垩世冈底斯地体向北与羌塘地体碰撞汇聚的响应，代表研究区及其柴达木盆地周缘山地在燕山期经历过抬升/冷却事件[21]，亦记录了早白垩世青藏高原北部的快速抬升和阿尔金断裂的走滑隆升[22]；年龄120 Ma亦属于早白垩世，虽同样应与晚侏罗世-早白垩世冈底斯地体向北与羌塘地体碰撞汇聚有关，但本区主要体现于区域上的（韧性）剪滑作用[23−24]。

5 结语

哈日扎矿区第Ⅳ成矿带系由产状240°∠45°和160°∠47°两个分支矿带构成。矿带内蚀变岩、矿石和石英闪长岩样品的锆石裂变径迹年龄变化于120−204 Ma，并明显呈现3个年龄组204 Ma、153−168 Ma和120 Ma。本文认为这3组年龄代表区内的3期成矿作用，亦符合多期次成矿特征。东分支矿带240°∠45°成矿时间早于160°∠47°西分支带。3期成矿事件同时是区域构造活动的较好体现。

1 保增宽, 袁万明, 董金泉, 等. 磷灰石裂变径迹法研究阿尔泰青河地区地质热历史[J]. 核技术, 2005, 28(9): 722−725

BAO Zengkuan, YUAN Wanming, DONG Jinquan, et al. Apatite fission track dating and thermal history of Qing-He Region in Altay Mountains[J]. Nuclear Techniques, 2005, 28(9): 722−725

2 刘顺生, Wagner G A, 谭凯旋, 等. 阿尔泰哈巴河岩体的裂变径迹年龄及热历史[J]. 核技术, 2002, 25(7): 525−530

LIU Shunsheng, Wagner G A, TAN Kaixuan, et al. Fission track dating and thermal history of Habahe rock body in Altai[J]. Nuclear Techniques, 2002, 25(7): 525−530

3 袁万明, 王世成, 杨志强, 等. 北喜马拉雅带构造活动的裂变径迹定年证据[J]. 核技术, 2002, 25(6): 451−454

YUAN Wanming, WANG Shicheng, YANG Zhiqiang, et al. Fission track dating evidence on tectonic activities of northern Himalaya block[J]. Nuclear Techniques, 2002, 25(6): 451−454

4 韩英善, 郭桂兰, 张大明, 等. 东昆仑东段哈日扎地区含矿斑岩特征及找矿潜力分析[J]. 西北地质, 2012, 45(1): 33−39

HAN Yingshan, GUO Guilan, ZHANG Daming, et al. Characteristics of ore-bearing porphyry and prospecting potential analysis of Harizha in East KunLun area[J]. Northwestern Geology, 2012, 45(1): 33−39

5 罗照华, 柯珊, 曹永清, 等. 东昆仑印支晚期幔源岩浆活动[J]. 地质通报, 2002, 21(6): 292−296

LUO Zhaohua, KE Shan, CAO Yongqing, et al. Late indosinian mantle-derived magmatism in the East Kunluan[J]. Geological Bulletin of China, 2002, 21(6): 292−296

6 马忠元, 李良俊, 周青禄, 等. 东昆仑哈日扎斑岩型铜矿床特征及成因探讨[J]. 青海大学学报(自然科学版), 2013, 31(3): 69−75

MA Zhongyuan, LI Liangjun, ZHOU Qinglu, et al. The characteristics of the porphyry copper deposit and its formation in the East Kunlun Harizha area[J]. Journal of Qinghai University (Natural Science Edition), 2013, 31(3): 69−75

7 宋忠宝, 张雨莲, 陈向阳, 等. 东昆仑哈151扎含矿花岗闪长斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年及地质意义[J].矿床地质, 2013, 32(1): 157−168

SONG Zhongbao, ZHANG Yulian, CHEN Xiangyang, et al. Geochemical characteristics of Harizha granite diorite-porphyry in East Kunlun and their geological implications[J]. Mineral Deposits, 2013, 32(1): 157−168

8 Yuan W M, Bao Z K, Dong J Q, et al. Zircon and apatite fission track analyses on mineralization ages and tectonic activities of Tuwu-Yandong porphyry copper deposit in northern Xinjiang, China[J]. Science in China Series D, 2007, 20(12): 1787−1795

9 Bellemans F. Composition of SRM and CN U-doped glasses: significance for their use as thermal neutron fluence monitors in fission track dating[J]. Radiation Measurements, 1995, 24(2): 153−160

10 Hurford A J. Standardization of fission track dating calibration: recommendation by the fission track working group of the IUGS subcommission on geochronology[J]. Chemical Geology: Isotope Geoscience Section, 1990, 80(2): 171−178

11 Green P F, Duddy I R, Gleadow A J W, et al. Thermal annealing of fission tracks in apatite: (1) a qualitative description[J]. Chemical Geology: Isotope Geoscience Section, 1986, 59: 237−253

12 Brandon M T. Decomposition of fission-track grain-age distribution[J]. American Journal of Science, 1992, 292(8): 535−564

13 Wagner G A, Haute P V D. Fission track dating[M]. Stuttgart: Ferdinand Enke Verlag, 1992

14 Yamada R, Tagami T, Nishimura S, et al. Anealing kinetics of fis-sion tracks in zircon: an experimental study[J]. Chemical Geology: Isotope Geoscience Section, 1995, 122: 249−258

15 Guedes S, Hadler J C, Iunes N P J, et al. Kinetic model for the annealingof fission tracks in zircon[J]. Radiation Measuement, 2005, 40: 517−521

16 Yuan W M, Mo X X, Zhang A K, et al. Fission track thermochronology evidence for multiple periods of mineralization in the wulonggou gold deposits, Eastern Kunlun Mountains, Qinghai Province[J]. Journal of Earth Science, 2013, 24(4): 471−478

17 陈小宁, 袁万明, 张爱奎, 等. 东昆仑巴音郭勒地区锆石裂变径迹年代学：构造活动新证据[J]. 原子能科学技术, 2014, 48(2): 378−385

CHEN Xiaoning, YUAN Wanming, ZHANG Aikui, et al. Fission track thermochronology: new evidence on tectonic activities in Bayinguole Area, Eastern Kunlun Mountains[J]. Atomic Energy Science and Technology, 2014, 48(2): 378−385

18 崔军文, 张晓卫, 唐哲民. 青藏高原的构造分区及其边界的变形构造特征[J]. 中国地质, 2006, 33(2): 256−267

CUI Junwen, ZHANG Xiaowei, TANG Zhemin. Tectonic divisions of the Qinghai-Tibet Plateau and structural characteristics of deformation on their boundaries[J]. Geology in China, 2006, 33(2): 256−267

19 莫宣学, 潘桂堂. 从特提斯到青藏高原形成：构造-岩浆事件的约束[J]. 地学前缘, 2006, 13(6): 43−51

MO Xuanxue, PAN Guitang. From the Tethys to the formation of the Qinghai-Tibet Plateau: constrained by tectono-magmatic events[J]. Earth Science Frontiers, 2006, 13(6): 43−51

20 Mo X, Guo T, Zhang S. Magmatism and thermal history of Tibetan Plateau[J]. Special Issue for the 13thHimalaya-Karakoram-Tibet Workshop, Geological Bulletin of University of Peshawar, 1998, 31: 133−135

21 王国灿, 向树元, 王岸, 等. 东昆仑及相邻地区中生代-新生代早期构造过程的热年代学记录[J]. 地球科学-中国地质大学学报, 2007, 32(5): 605−615

WANG Guocan, XIANG Shuyuan, WANG An, et al. Thermochronological constraint to the processes of the East Kunlun and adjacent areas in mesozoic-early cenozoic[J]. Earth Science-Journal of China University of Geosciences, 2007, 32(5): 605−615

22 高军平, 方小敏, 宋春晖, 等. 青藏高原北部中-新生代构造-热事件：来自柴西碎屑磷灰石裂变径迹的制约[J].吉林大学学报(地球科学版), 2011, 41(5): 1466−1475

GAO Junping, FANG Xiaomin, SONG Chunhui, et al. Tectonic-thermo events of northern Tibetan Plateau: evidence from detrital Apatite fission track data in Western Qaidam Basin[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2011, 41(5): 1466−1475

23 Jolivet M, Brunel M, Seward L J, et al. Mesozoic and cenozoic tectonics of the northern edge of the Tibetan Plateau: fission-track constraints[J]. Tectonophysics, 2001, 343: 111−134

24 Liu Y J, Neubauer F, Genser J, et al. Geochronology of the initiation and displacement of the Altyn strike-slip fault, Western China[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2007, 29(2−3): 243−252

CLC TL99

Zircon fission track dating for mineralizing ages in IV ore-belt of Hariza polymetallic mining district, Eastern Kunlun Mountains, Qinghai-Tibet Plateau

TIAN Chengsheng1YUAN Wanming2ZENG Xiaoping1ZHANG Aikui2,3ZHU Chuanbao3SUN Feifei3MA Zhongyuan3ZHANG Liting2HAO Nana2
1(Geological Survey of Qinghai Province, Xining 810012, China)
2(The China University of Geosciences, Beijing 100083, China)
3(No.3 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources of Qinghai Province, Xining 810029, China)

Background: Hariza polymetallic ore district is located in eastern section of East Kunlun Mountains, Qinghai Province and belongs to multicycle magmatic arc belt in Middle of East Kunlun. A total of seven large scale mineralizing zones have been discriminated and mainly fall into tectonic alterated rock type. The IV metallogenic zone is composed of two branches, NE- and NW-trending, of zones. The mineralization was close related to magmatic activities and was controlled by both NE- and NW- trending fault zones. Purpose: This paper applies the zircon fission track nuclear technique to probe the mineralizing ages and epochs for IV metallogenic zone in Hariza polymetallic ore district. Methods: The conservation temperature of zircon fission track is about 250 ºC that coincides with the metallogenic temperature in this district and so the zircon fission track dating technique could reveal the mineralization age and epoch. Results: The six zircon fission track results are achieved, ranging from 120 Ma to 204Ma, which could be divided into three groups of 204 Ma, 153−168 Ma and 120 Ma. Conclusion: The three groups of ages reveal three periods of mineralization that correspond with three tectonic activities. The mineralizing time in the SE-trending branch belt was earlier than that in the SW-trending branch.

Fission track dating, Metallogenic age, Hariza multimetal ore deposit, Eastern Kunlun Mountains, Qinghai-Tibet Plateau

TL99

10.11889/j.0253-3219.2015.hjs.38.010502

中国地质调查局地质调查工作项目(基2011-03-04-06)、青海省地质调查局项目(青地调勘2013-103)和国家自然科学基金项目(No.41172088、No.40872141)资助

田承盛，男，1965年出生，高级工程师，长期从事矿床学和地质矿产综合研究

2014-08-11，

2014-11-06