南岭科学钻中与两种岩浆岩有关的矿床成矿系列——年代学、地球化学、Hf同位素证据

郭娜欣,陈毓川,赵 正,吕晓强,刘 珍,陈郑辉,曾载淋,李江东,张凤荣

1)中国地质科学院,北京 100037; 2)中国地质科学院矿产资源研究所,国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室,北京 100037; 3)北京矿产地质研究院,北京 100012; 4)江西省地质矿产勘查开发局赣南地质调查大队,江西赣州 341000

南岭科学钻中与两种岩浆岩有关的矿床成矿系列
——年代学、地球化学、Hf同位素证据

郭娜欣1,2),陈毓川1)*,赵 正2),吕晓强3),刘 珍4),陈郑辉2),曾载淋4),李江东4),张凤荣4)

1)中国地质科学院,北京 100037; 2)中国地质科学院矿产资源研究所,国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室,北京 100037; 3)北京矿产地质研究院,北京 100012; 4)江西省地质矿产勘查开发局赣南地质调查大队,江西赣州 341000

南岭科学钻(SP-NLSD-1)位于南岭成矿带与武夷山成矿带的交汇部位——赣南银坑矿田。该钻孔总进尺2967.83 m,钻遇了流纹岩、花岗斑岩、花岗闪长斑岩、辉长闪长玢岩等四种岩浆岩。流纹岩为银坑矿田新揭露的岩石类型,LA-ICP-MS锆石U-Pb定年表明其形成于(381.0±3.1) Ma,补充完善了本区海西期岩浆活动的记录; 花岗斑岩、花岗闪长斑岩、辉长闪长玢岩的成岩时代为101.3～161.0 Ma,为燕山期岩浆活动的产物。流纹岩与花岗斑岩具有相似的地球化学特征,球粒陨石标准化稀土元素配分曲线为两翼近平坦的海鸥型,有明显的Eu负异常,显著富集大离子亲石元素,轻微富集高场强元素,锆石εHf(t)值分别为–10.8 ～–7.1、–23.4 ～ –8.7; 花岗闪长斑岩与辉长闪长玢岩的地球化学特征相似,球粒陨石标准化稀土元素配分曲线为右倾型,Eu负异常不明显,显著富集大离子亲石元素,轻微富集高场强元素,花岗闪长斑岩的锆石εHf(t)值为–17.9 ～ –1.9。岩相学、年代学和地球化学研究结果表明,流纹岩、花岗斑岩、花岗闪长斑岩、辉长闪长玢岩应该均为古元古代地壳物质重熔形成的壳源岩浆岩,花岗闪长斑岩和辉长闪长玢岩在形成过程中可能继承了幔源物质。流纹岩与银坑矿田内已知的成矿作用无直接关系,花岗斑岩与钨铋铀矿化有关,花岗闪长斑岩与铜铅锌金银矿化有关。银坑矿田处于特殊的构造部位,即南岭成矿带与武夷山成矿带交汇部位,深达地幔的线型断裂和切入地壳的网格状断裂同时在此处发育,不同的构造环境导致在燕山期形成花岗闪长斑岩和花岗斑岩,分别对应铜铅锌金银矿化和钨多金属矿化,形成两个相对独立的成矿系列。

南岭科学钻; 岩浆岩; 成矿系列; 银坑矿田

Abstract: The Nanling Scientific Drilling-1 (NLSD-1),a subproject of the Sinoprobe Program called “Deep Exploration Technology and Experimentation”,is situated at the Yinkeng orefield in the junction of Nanling and Wuyi Mountains metallogenic belts. The drilling project,with footage of 2967.83 meters,revealed rhyolite,granite porphyry,granodiorite porphyry and pyroxene diorite porphyry. The rhyolite,a new type of granite occurring in the Yinkeng orefield,has a weighted mean age of (381.0±3.1) Ma,obtained by LA-ICP-MS zircon U-Pb dating,which fills the gap in Hercynian magmatism. The ages of granite,granodiorite porphyry and pyroxene diorite porphyry are (151.7±1.1) Ma,(160.3±0.8) Ma,(101.3±0.8) Ma and (161.0±4.1) Ma,respectively. Rhyolite and granite porphyry displayed similar geochemical characteristics. The chondrite-normalized REE patterns of rhyolite and granite porphyry exhibit the seagull form with obvious negative Eu anomaly,while primitive mantle-normalized patterns show enrichment of incompatible elements. Granodiorite and pyroxene diorite porphyry have similar geochemical characteristics and assume right-oblique chondrite-normalized and primitive mantle-normalized patterns. Zircon εHf(t) values of rhyolite,granite and granodiorite porphyry are in the range of –10.8 to –7.1,–23.4 to –8.7,–17.9 to –1.9,respectively. Petrographical,geochronological and geochemical studies indicate that all of the four types of magmatic rocks were derived from Paleoproterozoic crust. Evolving mantle-derived material took part in the formation of granodiorite and pyroxene diorite porphyry. Rhyolite is not directly related to mineralization known in the Yinkeng orefield; granite porphyry is related to W-Bi-U mineralization,and granodiorite porphyry has relationship with Cu-Pb-Zn-Au-Ag metallogeny. The Yinkeng orefield lies at a special tectonic position,i.e.,at the junction of the Nanling metallogenic belt and the Wuyishan ore-forming belt,where linear fractures that cut deeply into the mantle and network faults that cut into the the crust are developed together. Different tectonic mechanisms resulted in the formation of two independent metallogenic series of granite-W-polymetallic mineralization and granodiorite-Au-Ag-Cu-Pb-Zn mineralization in Yanshanian period.

花岗质岩浆活动与成矿作用的问题一直是华南多金属成矿省的研究热点。近年来,在南岭成矿带和武夷山成矿带对岩浆活动与成矿作用的研究取得了一系列成果。南岭成矿带以与燕山期岩浆活动有关的大规模钨锡成矿著称,成矿岩浆岩以壳源花岗岩为主,在南岭地区大面积分布,成岩与成矿受东西向、南北向、北西向、北东向网格状断裂控制(华仁民等,2008; Mao et al.,2011; 陈毓川和王登红,2012; 李晓峰等,2013; 陈骏等,2014)。武夷山成矿带以火山-斑岩铜、金、锡、银、铅、锌等矿产为特色,成岩与成矿作用受北北东向与近东西向复合构造控制(梅勇文,1996; 罗平,2010; 毛建仁等,2010),尤其是广泛发育的推覆构造,深刻影响着岩浆岩与矿床的成生与保存,如冷水坑银铅锌矿、永平铜矿、金竹坑铅锌矿等均受推覆构造控制(余心起等,2008)。目前,对成矿带,特别是不同成矿带的构造结合部位深部岩浆活动信息的研究还很匮乏,这在一定程度上影响了对本区成矿过程及地球动力学机制的研究。国家深部探测专项(SinoProbe,董树文和李廷栋,2009)-南岭科学钻(SP-NLSD-1)位于赣南于都县银坑矿田,大地构造上位于东西向南岭成矿带与北东向武夷山成矿带的交汇部位(图1),是研究重要成矿带深部构造-岩浆-成矿过程的最佳地区之一。该钻探工程旨在通过对钻孔获取的全部岩心和原位测井数据开展综合研究,揭露南岭—武夷山成矿带结合部位地壳结构、深部控岩控矿构造,探索成矿带结合部位深部岩浆活动与成矿作用的动力学机制等问题,查明南岭—武夷山地区时空四维成矿规律(陈毓川等,2013)。

南岭科学钻总进尺2967.83 m,揭露了大量的地层、构造、岩浆岩和矿化信息(赵正等,2014),该钻探工程选址的构造位置特殊、成矿条件有利、岩浆活动频繁,对其所揭露岩浆岩的研究对区域构造动力学和成矿机制具有重要的指示意义。本文对南岭科学钻所揭露岩浆岩的年代学、地球化学、锆石Hf同位素数据进行报导,讨论了岩浆源区,并对岩浆活动与矿田内成矿作用之间的关系进行初步探讨。

南岭科学钻所处的银坑矿田是南岭成矿带东段钨、金银铅锌锰铜多金属成矿潜力较好的矿田之一。地层上,除奥陶系、志留系和三叠系外,从青白口系到第四系均有出露。青白口系—寒武系基底褶皱在矿田大面积分布,泥盆系—二叠系盖层褶皱出露于逆冲推覆断裂F1以西,侏罗系—白垩系断陷盆地沉积主要局限于F1断裂以东。F1断裂属于区域上武夷山成矿带西缘鹰潭—定南深大断裂的一部分。矿田内的断裂以北北东向为主,其次为北东—北东东向、北西—北西西向,其中,包含F1在内的北东—北北东向逆冲推覆构造控制了本区基本构造格架(王殿良,2013)。区内岩浆活动频繁,除新元古代火山喷发形成海底火山-沉积建造外,多为酸性-中酸性浅成-超浅成侵入体。在F1断裂以西,岩浆岩主要呈面型产出,多为大的岩基,如加里东期长潭岩体、印支期清溪岩体、燕山期江背岩体,岩性主要为花岗岩; 在断裂以东,岩浆岩主要呈线型产出,多为小的岩瘤、岩脉,如燕山期高山角岩体和牛形坝矿区内大量发育的岩脉,岩性以花岗闪长岩为主。矿田内矿床类型众多,从空间分布和矿化机制角度可以分为两类: 一类是与黑云母花岗岩有关的中高温钨多金属矿,以画眉坳钨-铍矿、岩前钨-滑石-透闪石矿、狮吼山硫铁-钨矿为代表,分布在江背岩体边缘(赵正等,2013; Feng et al.,2014,2015); 一类是与花岗闪长岩有关的中低温铜铅锌金银多金属矿,以牛形坝—柳木坑银金铅锌铜矿、老虎头—桥子坑铅锌(银金)矿为代表,矿体与花岗闪长斑岩脉平行或相互穿插共生(全淦,1995; 高贵荣和张勉斌,1998; 高贵荣等,2000; 范世祥等,2011; 陈毓川等,2013)(图1B)。

图1 银坑矿田大地构造位置图(A; 底图据杨明桂等,1998)与地质矿产图(B; 根据赣南地质调查大队资料修编)Fig. 1 Tectonic location of the Yinkeng orefield (A; base map after Yang et al.,1998) and map of geology and mineral resources of Yinkeng region (B; modified after Geological Survey Party of Gannan)

1 钻孔中岩浆岩特征

南岭科学钻于2011年6月开孔,2013年7月终孔,总进尺2967.83 m,在1373.71 m深度钻遇到对矿田内控岩控矿具有重要意义的推覆构造(F1),其上为新元古代青白口系火山碎屑岩,其下为上古生界二叠系碎屑岩-碳酸盐岩。岩浆岩有四类,分别为流纹岩、花岗斑岩、花岗闪长斑岩和辉长闪长玢岩,均呈脉状产出,视厚度0.21～17.78 m。流纹岩为银坑地区新揭露的岩浆岩类型,仅见于推覆构造上部20～110 m; 花岗斑岩见于推覆构造下部1380～ 1730 m; 花岗闪长斑岩在推覆构造上、下都有; 辉长闪长玢岩仅见两条,一条产于推覆构造上部1334.26～1337.77 m处,一条充填于1373.71 ～1375.37 m推覆构造界面上(图2)。

图2 南岭科学钻中钻遇的岩浆岩位置Fig. 2 Dykes in the Nanling Scientific Drill Hole

流纹岩呈粉红色-砖红色,斑晶为石英和钾长石。石英(1％～2％)呈半自形粒状,边部被熔蚀而呈球状、港湾状; 钾长石(1％±)呈半自形板状,多发生高岭土化。基质为微晶-隐晶结构的长英质矿物。岩石中的流纹构造在镜下表现为宽0.5～8 mm的富长石纹层与富石英纹层相间排布,长石强烈蚀变为高岭土,使得不同长石含量的纹层呈深浅不同的条纹(图3A,B,C,D)。

花岗斑岩呈浅灰色、灰绿色,斑晶为石英、钾长石、斜长石,间或有黑云母。石英(2％～13％)呈自形-半自形粒状; 钾长石(4％～9％)呈自形-半自形板状,发生高岭土化,部分被蠕虫状石英交代; 斜长石(3％～6％)呈自形板状,发生绢云母化; 黑云母(0～1％)呈自形片状,多蚀变为绿泥石、白云母、方解石(图3E,F)。

花岗闪长斑岩呈浅灰色或深灰色,斑晶为石英、斜长石、钾长石、黑云母; 副矿物为磷灰石、锆石、磁铁矿、黄铁矿。石英(1％～10％)呈半自形-他形粒状,边部有不同程度熔蚀; 斜长石(3％～10％)呈自形-半自形板状,边部有轻微熔蚀,发育卡式双晶、聚片双晶、环带结构,发生高岭土化、硅化、绢云母化、绿泥石化; 钾长石(0％～4％)呈自形-半自形板状,内部有时包含黑云母,发生高岭土化、硅化、绿泥石化、绢云母化;黑云母(2％～7％)呈自形短片状,浅棕色-棕褐色、红棕色-深褐色多色性显著,发生绿泥石化、绿帘石化、白云母化、碳酸盐化,并析出针状金红石和粒状磁铁矿。磁铁矿和黄铁矿呈星点状或稀疏浸染状分布于基质中,部分磁铁矿呈自形粒状包裹于暗色矿物中(图3G,H,I)。

两条辉长闪长玢岩脉岩石特征相似,均呈灰绿色,辉长辉绿结构。辉石斑晶(7％～15％)呈短柱状,发生绿泥石化、碳酸盐化; 基质为微晶-细晶结构的长石和石英(图3J,K,L)。

图3 岩浆岩岩石学特征Fig. 3 Petrographic characteristics of the granitoids from the NLSD-1

2 样品分析测试方法

2.1 锆石LA-ICP-MS定年

用于锆石定年的样品分别取自孔深80.19～84.83 m的流纹岩、1657.63～1667.32 m的花岗斑岩、1043.22～1043.97 m的花岗闪长斑岩、1334.26～1337.77 m和1373.71～1375.37 m的辉长闪长玢岩。样品经人工破碎后,用常规重力和磁选方法分选出锆石,在双目镜下挑选,之后将其置于环氧树脂制靶。将靶上锆石研磨至一半,使其内部暴露,进而进行透射光、反射光、阴极发光和U-Pb定年、Hf同位素分析。锆石U-Pb同位素定年在中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室采用Neptune型多接收电感耦合等离子体质谱仪和Newwave UP213紫外激光剥蚀系统完成。激光剥蚀采用单点剥蚀方式,束斑直径30 μm,频率10 Hz,能量密度2.5 J/cm2,以氦气为载气。采用ICPMSDataCal v4.6软件对分析数据进行离线处理(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)。详细的仪器操作条件和数据处理方法见侯可军等(2009)。

2.2 全岩主量元素和微量元素测试

全岩的主、微量元素测试在中国地质科学院国家地质实验测试中心完成。样品碎成200目以下的粉末,主量元素在3080E型X荧光光谱仪上进行测试,微量元素的测试采用PE300D型等离子质谱仪完成。具体分析步骤见郭春丽等(2007)。

2.3 锆石Hf同位素分析

对锆石进行LA-ICP-MS U-Pb定年之后,在原位进行Lu-Hf同位素分析(辉长闪长玢岩中锆石数量少且粒度小,本次研究暂未对其进行分析)。实验在中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室,采用Neptune型多接收电感耦合等离子体质谱仪和Newwave UP213紫外激光剥蚀系统完成。实验过程中以氦气为载气,根据锆石粒度大小,剥蚀直径采用55 μm或40 μm。详细的仪器操作及分析流程见侯可军等(2007)。

3 分析结果

3.1 锆石U-Pb分析结果

由阴极发光图像(图4)可以看出,四种岩浆岩中的锆石晶形均以自形柱状为主,少数呈半自形状。锆石粒径100～250 μm,长宽比1:1～4:1,多数均发育清晰完整的震荡环带,为岩浆成因锆石(吴元保和郑永飞,2004)。其中,花岗闪长斑岩和1373.71～1375.37 m的辉长闪长玢岩中一组锆石含晶棱圆化的继承核。

流纹岩共测定了20粒锆石,其中14个分析点的206Pb/238U年龄集中在373.6～393.0 Ma,加权平均值为(381.0±3.1) Ma(MSWD=2.8),代表了成岩时代。1、3号分析点的206Pb/238U年龄为547.9～ 548.8 Ma; 2、7、11、13号分析点的206Pb/238U年龄为700.2～726.8 Ma,这些锆石发育裂纹和变质边,属于继承锆石。

花岗斑岩共测定了15粒锆石,其中10个分析点的206Pb/238U年龄集中在148.7～154.1 Ma,加权平均值为(151.7±1.1) Ma(MSWD=1.8),代表了成岩时代。6、8、9、13、15号分析点的206Pb/238U年龄为383.9～409.0 Ma,为继承锆石。

花岗闪长斑岩共测定了20粒锆石,其中9个分析点的锆石环带整齐,无明显继承核和热液蚀变特征,206Pb/238U年龄集中在159.0～161.6 Ma,加权平均值为(160.3±0.8) Ma(MSWD=0.81),代表了成岩时代; 8个分析点的锆石具有明显的继承核,且分析点位于继承核上, 其206Pb/238U年龄为423.2～ 430.5 Ma,加权平均值为(426.6±2.5) Ma (MSWD=0.58),代表了早期一次岩浆活动的记录。10、11、19号分析点锆石的206Pb/238U年龄为242.8～364.6 Ma,为继承锆石。

孔深1334.26～1337.77 m的辉长闪长玢岩共测定了24粒锆石,其中6个分析点的206Pb/238U年龄为99.4～102.0 Ma,加权平均值为(101.3±0.8) Ma (MSWD=0.87),代表了成岩时代。1、6号分析点的206Pb/238U年龄较小,为90.1～90.8 Ma,可能是锆石受到后期变质作用的影响有放射成因铅丢失。此外,该样品中含有206Pb/238U年龄为116.2～424.4 Ma的古—中生代继承锆石和1754.8～2175.8 Ma的古元古代继承锆石。

孔深1373.71～1375.37 m的辉长闪长玢岩共测定了31粒锆石,其中4个分析点的206Pb/238U年龄集中在156.2～162.4 Ma,加权平均值为(161.0± 4.1) Ma(MSWD=4.7),代表了成岩时代; 14个分析点的206Pb/238U年龄为408.9～419.7 Ma,加权平均值为(415.5±2.1) Ma(MSWD=1.6),为志留纪末期—泥盆纪初期岩浆活动的记录。此外,样品中还含有206Pb/238U年龄为194.7～382.5 Ma、438.5～477.1 Ma、740.3～906.3 Ma和1122.2～1875.0 Ma的继承锆石。

锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果显示,流纹岩形成于晚泥盆世,为晚古生代海西期岩浆活动的产物;花岗斑岩、花岗闪长斑岩、辉长闪长玢岩形成于晚侏罗世—早白垩世,为中生代燕山期岩浆活动的产物。银坑地区的岩浆活动具有多期次多阶段的特点。

3.2 全岩主量元素和微量元素地球化学特征

流纹岩和花岗斑岩的S i O2含量高(71.90％～78.70％)、TFeO、MgO、P2O5含量低(TFeO=0.69％～2.00％、MgO=0.09％～0.42％、P2O5=0 ～0.0 3％)。花岗闪长斑岩具有中等含量的SiO2(57.84％～70.70％),较高的TFeO(1.71％～ 8.71％)、MgO(1.27％～7.58％)、P2O5(0.08％～0.55％)含量。两条辉长闪长玢岩脉虽然形成时代不同,但地球化学特征十分相似,S i O2含量低(47.30％～47.80％)、TFeO、MgO、P2O5含量高(TFeO=6.18％～6.86％、MgO=5.60％～5.70％、 P2O5=0.37％～0.40％)。

图4 南岭科学钻中岩浆岩的206Pb/238U-207Pb/235U谐和图Fig. 4 Concordia diagrams of zircons from magmatites in the Nanling Scientific Drill Hole

流纹岩稀土元素总含量低(∑REE=14.27～63.66),轻重稀土元素之间分馏弱((La/Yb)N=1.33～2.85),具有显著的Eu负异常(δEu=0.07～0.10)。花岗斑岩稀土元素总含量低(∑REE=47.12～77.82),轻重稀土元素之间分馏弱((La/Yb)N=1.82～2.65),具有明显的Eu负异常和弱的Ce负异常(δEu=0.16～0.25; δCe=0.60～0.94),岩浆分异一般难以产生Ce异常,花岗斑岩的Ce负异常应该是继承源区的特征,指示源区可能受到过强烈亏损Ce的海水(刘英俊等,1986)的渗入淋滤作用。花岗闪长斑岩与辉长闪长玢岩的稀土元素特征相似: 稀土元素总量高(∑REE=167.84～285.42),轻重稀土元素分馏强((La/Yb)N=11.94～32.01),轻微的Eu负异常(δEu=0.58～0.98)。在球粒陨石标准化的稀土元素配分曲线图上,流纹岩与花岗斑岩配分曲线呈两翼近平坦的“海鸥型”,花岗闪长斑岩与辉长闪长玢岩配分曲线呈右倾型(图5)。

图5 南岭科学钻中岩浆岩的球粒陨石标准化稀土元素配分曲线(球粒陨石标准化值取自McDonough et al.,1995)Fig. 5 Chondrite-normalized REE patterns of magmatic rocks in the Nanling Scientific Drill Hole (chondrite normalized values after McDonough et al.,1995)

图6 南岭科学钻中岩浆岩的原始地幔标准化微量元素蛛网图(原始地幔标准化值取自McDonough et al.,1995)Fig. 6 Spider diagrams for magmatic rocks in the Nanling Scientific Drill Hole (primitive mantle normalized values after McDonough et al.,1995; trace elements ordered by increasing compatibility)

原始地幔标准化的微量元素蛛网图(图6)显示,除流纹岩中Eu亏损外,花岗斑岩、花岗闪长斑岩、辉长闪长玢岩中各不相容元素相对于原始地幔均表现为富集特征,其中,大离子亲石元素(如Cs、Rb)显著富集,高场强元素(REE、Zr、Hf)轻微富集。流纹岩与花岗斑岩具有明显的Pb正异常和Ba、Sr、Eu负异常。花岗闪长斑岩与辉长闪长玢岩显示Pb正异常和Ba、Sr、Nb、Ta负异常,部分样品出现大离子亲石元素(Rb、Ba、Sr、Pb)解耦现象,可能是受热液蚀变作用的影响。

3.3 锆石Hf同位素特征

流纹岩成岩期锆石(381.0 Ma)的εHf(t)值为–10.8 ～ –7.1,平均值为–9.2; 二阶段模式年龄为1.8～2.1 Ga。继承锆石(547.9～726.8 Ma)的εHf(t)值为–17.1 ～ –3.2,二阶段模式年龄为1.8～2.6 Ga。

花岗斑岩成岩期锆石(151.7 Ma)的εHf(t)值为–23.4 ～ –8.7,平均值为–13.8; 二阶段模式年龄为1.7～2.7 Ga。继承锆石(403.8～409.0 Ma)的εHf(t)值为–7.7 ～ –7.0,二阶段模式年龄为1.8～1.9 Ga。

花岗闪长斑岩成岩期(160.3 Ma)锆石的εHf(t)值为–17.9 ～ –7.6,平均值为–11.5,二阶段模式年龄为1.7～2.3 Ga; 423.2～430.5 Ma继承锆石中除一粒锆石的εHf(t)值很低(–18.0)外,其余锆石的εHf(t)值为–7.8 ～ –1.9,平均值为–4.7,二阶段模式年龄为1.5～ 1.9 Ga。242.8～364.6 Ma继承锆石的εHf(t)值为–14.1 ～ –9.5,二阶段模式年龄为1.9～2.2 Ga。

在锆石的t-εHf(t)图解(图7)中,流纹岩中成岩期锆石均落于下地壳演化线附近; 继承锆石中一个落在下地壳与球粒陨石演化线之间,其余落在下地壳与上地壳演化线之间。花岗斑岩中的锆石几乎全部落在下地壳与上地壳演化线之间。花岗闪长斑岩中成岩期锆石落在下地壳演化线附近; 423.2～ 430.5 Ma继承锆石主要落在下地壳与球粒陨石演化线之间; 242.8～364.6 Ma继承锆石落在下地壳与上地壳演化线之间。

图7 南岭科学钻中岩浆岩锆石的εHf(t)同位素特征(底图据Guo et al.,2012)Fig. 7 εHf(t) values of magmatic rocks in the Nanling Scientific Drill Hole (base map after Guo et al.,2012)

图8 南岭科学钻中岩浆岩锆石的Hf同位素组成特征Fig. 8 Hf isotopic characteristics of zircons from magmatic rocks in the NLSD-1

4 讨论

4.1 岩浆源区

锆石极强的稳定性保证其Lu-Hf同位素体系在成岩后地质事件中保持封闭,这一特征使得锆石的Hf同位素成为示踪岩浆源区的重要手段(Scherer et al.,2000; Zhang et al.,2012)。南岭科学钻中岩浆岩的锆石Hf同位素分析结果显示,流纹岩中锆石的εHf(t)值主要集中于–10.8 ～ –7.1,相应的二阶段模式年龄为1.8～2.1 Ga; 花岗斑岩中锆石的εHf(t)值主要集中于–12.6 ～ –10.8,相应的二阶段模式年龄为1.9～2.0 Ga; 花岗闪长斑岩中锆石的εHf(t)值主要集中于–13.7 ～ –10.1,相应的二阶段模式年龄为1.8～2.1 Ga(图8)。钻孔中岩浆岩的εHf(t)值与南岭地区典型的桂东南壳源花岗岩的εHf(t)值(–11 ～ –9,祁昌实等,2007)接近,说明其均来源于地壳,为古元古代地壳部分熔融形成。花岗闪长斑岩中423.2～430.5 Ma继承锆石的εHf(t)值相对偏高,相应的二阶段模式年龄(1.5～1.9 Ga)也较年轻,指示在古—中元古代地壳生长过程中可能有幔源物质的加入,这些幔源物质经过长期演化,于晚侏罗世参与到花岗闪长斑岩的形成过程中来。晚侏罗世辉长闪长玢岩具有与花岗闪长斑岩相似的锆石年龄分组特征,即含有加里东晚期继承锆石,且所占比例更大,说明二者可能有相似的源区物质,继承的幔源物质比例也更大。早白垩世辉长闪长玢岩在矿物组合、岩石地球化学特征上与晚侏罗世辉长闪长玢岩十分相似,推测这两个成岩时代相差近60 Ma的岩浆岩可能来自相同的源区。

综合以上分析,南岭科学钻中的四类岩浆岩应该都为壳源岩浆岩,花岗闪长斑岩和辉长闪长玢岩在形成过程中可能继承了演化的幔源物质。

4.2 岩浆活动与成矿作用

华南地区铜铅锌金银成矿作用集中在179～ 160 Ma,成矿岩浆岩主要为花岗闪长岩,如德兴、七宝山、宝山、水口山等(李晓峰等,2013); 大规模钨锡成矿作用集中于165～150 Ma,成矿岩浆岩主要为黑云母花岗岩,如西华山、淘锡坑、盘古山等(陈毓川等,1989; 毛景文等,2004,2008; 方贵聪等,2014),上述二者分属两种矿床成矿系列(陈毓川等,1989)。南岭科学钻位于银坑矿田牛形坝—柳木坑矿区内,既验证了矿田内牛形坝—柳木坑银金铅锌铜矿化和与其有关的花岗闪长斑岩在深部的存在,同时揭露了钨铋铀矿化和花岗斑岩,且花岗闪长斑岩与花岗斑岩的成岩时代((160.3±0.8) Ma、(151.7± 1.1) Ma)分别与上述华南地区两次成矿岩浆事件相对应。钨铋铀矿化见于钻孔1660～1680 m深度的石英脉中(赵正等,2014),而1620～1730 m岩心段共揭露5条花岗斑岩脉(图2),二者在空间上紧密伴生。矿田内的岩前钨矿产于江背岩基向银坑盆地舌状体的接触带上,成矿岩浆岩为黑云母花岗岩,可与之对比。从元素地球化学角度上,钨铋铀为亲地壳元素,趋向于在地壳上部富集,与壳源花岗岩关系密切; 铜铅锌金银为亲铜元素,趋向于在下地壳、地幔中富集,与壳幔混源花岗岩密切相关(刘英俊等,1986),分别受不同的岩浆源所控制。据此,笔者初步推断南岭科学钻中的钨铋铀矿化与铜铅锌金银矿化可能是两个独立的矿化组合,分别与花岗斑岩和花岗闪长斑岩有关,属于两种矿床成矿系列。

4.3 构造-岩浆-成矿条件分析

近年来的研究表明,加里东运动使得华夏块体与扬子块体、南海—东海块体在早古生代晚期聚合在一起,同构造期花岗质岩浆活动强烈,锆石测年数据集中在440～390 Ma(舒良树,2012)。南岭科学钻花岗闪长斑岩中423.2～430.5 Ma年龄组的锆石和辉长闪长玢岩中408.9～419.7 Ma年龄组的锆石应该就是这一时期岩浆活动的记录。随后,华南地区进入晚古生代—中三叠世板内坳陷时期,形成稳定的滨海-浅海沉积相(杨明桂等,1998; 毛景文等,2007)。流纹岩形成于(381.0±3.1) Ma,应为在碰撞造山后板内伸展环境下由古元古代壳源岩石经减压熔融形成的。在华南的大部分地区,该时期内没有出现大规模的火山活动和成矿事件。

三叠纪期间,印支运动使得华南板块与华北板块、缅泰马板块拼贴在一起。从早侏罗世开始,东亚地区从特提斯构造域向古太平洋构造域转换(张岳桥等,2012),古太平洋板块朝东亚板块东缘低角度俯冲,南岭处于构造转换区内,190～160 Ma为构造体制转换期(杨明桂等,1998; 舒良树,2012)。受远程俯冲作用的影响,华南地区板内古构造活化,引起壳幔相互作用和强烈的花岗质岩浆活动,武夷山以西的花岗岩年龄集中在170～150 Ma; 东南沿海地区的花岗岩年龄集中在140～110 Ma。地震层析资料显示,自台湾有一缓倾的上地幔低速带,向陆内下插,前缘抵达武夷山东侧,推测该低速带即为俯冲带(程裕淇,1994)。据此推断,武夷山西侧赣南地区处于弧后伸展环境,发育一系列北东向侏罗纪—白垩纪红盆沉积,如南岭科学钻所处的银坑—青塘断陷盆地。一个重要的地质事实是,在此期间,本区发育大规模的断裂构造与岩浆活动。根据断裂构造的规模及下切至壳幔的深度,大致可分为两类:一类是线型带状深大断裂,较多地段切入岩石圈地幔,如区域上170～150 Ma期间穿过本矿田的武夷山构造-成矿带西缘的北北东向鹰潭—定南深大断裂即属于此类(杨明桂等,1998)。在此背景下,地幔橄榄岩发生减压熔融,生成玄武质岩浆,底侵于地壳下部。在底垫玄武质岩浆所提供的热的作用下,古元古代壳源岩石重熔,形成辉长闪长质和花岗闪长质岩浆,并伴随发生铜铅锌金银成矿作用。同样,在赣东北深大断裂带有德兴等与花岗闪长岩有关的铜金多金属矿床产出(叶德隆等,1997; Liu et al.,2014; Wang et al.,2015)。这种线型带状深大断裂对本区的影响可能一直延续到早白垩世晚期,如(101.3±0.8) Ma的辉长闪长玢岩。

另一类是区域性网格状断裂,一般切至硅铝质地壳,有时也切至硅镁质地壳甚至岩石圈地幔(陈毓川等,1989),区域性减压及地幔热及气液渗透使古元古代壳源岩石重熔形成花岗质岩浆,并沿网格状断裂通道在南岭地区于燕山期发生大面积的区域性花岗岩侵入与钨多金属成矿作用,如西华山岩体和矿体均受到北东向、北北东向、近东西向网格状断裂的控制(肖剑等,2009; Guo et al.,2012)。

可以认为,在南岭地区,古太平洋板块俯冲远程影响及华夏块体内部不同类型的断裂构造环境引发不同的壳幔作用,从而形成不同的成矿岩浆岩。由于银坑矿田所处的特殊构造位置,上述两类断裂构造同时在矿田内产出,相应的有两类岩浆岩及两类矿床成矿系列的同存。

5 结论

(1)南岭科学钻中揭露的流纹岩、花岗斑岩、花岗闪长斑岩、辉长闪长玢岩的成岩时代分别为(381.0±3.1) Ma、(151.7±1.1) Ma、(160.3±0.8) Ma、(101.3±0.8) Ma和(161.0±4.1) Ma。四类岩浆岩均为古元古代地壳物质重熔形成,花岗闪长斑岩和辉长闪长玢岩在形成过程中可能继承了演化的幔源物质。

(2)南岭科学钻揭露的铜铅锌金银与花岗闪长斑岩有关,钨铋铀矿化与花岗斑岩有关。

(3)花岗闪长斑岩与花岗斑岩分属两个独立的岩浆系统,铜铅锌金银与钨铋铀分属两个独立的矿床成矿系列。

Acknowledgements:

This study was supported by the Science and Technology Project (Nos. SinoProbe-03-03 and 201011064-3/4/5),the National Key Technology Research and Development Program (No. 2011BAB04B07),National Natural Science Foundation of China (No. 41372092) and Central Public-interest Scientific Institution Basal Research Fund (No. K1303).

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Metallogenic Series Related to Two Types of Granitoid Exposed in the Nanling Scientific Drill Hole: Evidence from Geochronology,Geochemistry and Hf Isotope

GUO Na-xin1,2),CHEN Yu-chuan1)*,ZHAO Zheng2),LÜ Xiao-qiang3),LIU Zhen4),CHEN Zheng-hui2),ZENG Zai-lin4),LI Jiang-dong4),ZHANG Feng-rong4)
1) Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037; 2) MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment,Institute of Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037; 3) Beijing Institute of Geology for Mineral Resources,Beijing 100012; 4) Geological Survey Party of Gannan,Jiangxi Bureau of Geology and Mineral Resources Development,Ganzhou,Jiangxi 341000

Nanling Scientific Drilling; magmatic rocks; metallogenic series; Yinkeng ore field

P588; P611.1

A

10.3975/cagsb.2015.06.06

本文由深部探测实验研究“南岭于都-赣县矿集区立体探测技术与深部成矿预测示范”(编号: SinoProbe-03-03)、“南岭于都-赣县矿集区科学钻探选址预研究”(编号: 201011064-3/4/5)、国家科技支撑计划课题(编号: 2011BAB04B07)、国家自然科学基金项目(编号: 41372092)和中央公益性科研院所基金项目(编号: K1303)联合资助。

2015-04-21; 改回日期: 2015-07-09。责任编辑: 魏乐军。

郭娜欣,女,1987年生。博士研究生。主要从事岩浆活动与成矿规律研究。E-mail: guo.naxin@163.com。

*通讯作者: 陈毓川,男,1934年生。中国工程院院士,博士生导师。主要从事矿产资源研究。E-mail: cyuchuan@mail.cags.ac.cn。