福建紫金山矿田深部似斑状花岗闪长岩锆石SHRIMP U-Pb和单矿物40Ar/39Ar年龄及其地质意义

2016-10-13黎敦朋邱小平张文慧刘文元

大地构造与成矿学 2016年4期

黎敦朋, 邱小平,, 张文慧, 刘文元, 于　波

黎敦朋1, 邱小平1,2*, 张文慧1, 刘文元1, 于波3

(1.福州大学紫金矿业学院, 福建福州 350108; 2.中国地质科学院地质研究所, 北京 100037; 3.广东省地质建设工程集团公司, 广东广州 510080)

通过对福建紫金山矿田深部与成矿作用有关的主期似斑状花岗闪长岩3组锆石SHRIMP U-Pb和2组角闪石、钾长石40Ar/39Ar测年, 获得锆石206Pb/238U加权平均年龄为101.8±1.5 Ma(n=34, MSWD=1.0), 代表紫金山矿田深部与成矿作用有关的主期似斑状花岗闪长岩的成岩年龄; 同时获得角闪石40Ar/39Ar冷却年龄为 100±11 Ma、102.2 Ma, 钾长石的40Ar/39Ar冷却年龄为96.3±1.7 Ma、98.5 Ma。依据矿物封闭温度理论, 估算紫金山矿田深部与成矿作用有关的主期似斑状花岗闪长岩由锆石结晶至角闪石40Ar/39Ar体系封闭、再到钾长石40Ar/39Ar体系封闭的岩石冷却速率分别是40.7～67.1 ℃/Ma、116.9～216.3 ℃/Ma, 显示岩石的冷却速率较大; 由古地温梯度推算主期似斑状花岗闪长岩结晶(101.8±1.5 Ma)至钾长石40Ar/39Ar体系封闭(96.3±1.7 Ma)期间岩体隆升剥露了约3 km, 暗示地壳在这一时期发生了快速隆升剥蚀作用。紫金山矿田深部似斑状花岗闪长岩锆石206Pb/238U 年龄佐证了紫金山矿田深部存在一个大岩基, 并约束了紫金山矿田斑岩型矿床的成矿时代, 单矿物的40Ar/39Ar年龄为矿区的隆升剥露研究提供新资料。

锆石SHRIMP U-Pb测年;40Ar/39Ar测年; 岩石冷却; 似斑状花岗闪长岩; 紫金山矿田

0 引言

福建紫金山矿田是 20世纪末发现的 Au-Cu-Ag-Mo多金属矿集区(张德全等, 1991)。随着勘探的深入, 先后探明了紫金山特大型Cu-Au矿床、罗卜岭大型Cu-Mo矿床、五子骑龙中型Cu-Au矿床、悦洋大型Ag-Au多金属矿床、二庙沟Cu-Au矿床、大岌岗Cu-Au矿床等, 其中紫金山Cu-Au矿床是该矿田的核心矿床, Au资源量达305吨、Cu资源量已超过2×106吨(高天钧, 1998; 陈景河, 1999; 张德全等, 2003a; 黄仁生, 2008; 王少怀等, 2009; 邱小平等, 2010)。已有的矿床研究表明, 紫金山矿田包含了完整的低温热液–斑岩型矿床系列: 悦洋 Ag-Au多金属矿床、紫金山Cu-Au矿床和五子骑龙Cu-Au矿床、罗卜岭 Cu-Mo矿床分别代表了绢云母–冰长石型浅成低温热液矿床、酸性硫酸盐型浅成热液矿床、热液–斑岩型矿床、斑岩型矿床(张德全等, 1991, 2003a;黄铁心等, 1996; 高天钧, 1998; 华仁民等, 2002; 薛凯和阮诗昆, 2008)。

众多学者对紫金山矿田的矿床特征、成因类型、蚀变种类和成岩成矿同位素年代学等方面开展了大量卓有成效的研究, 取得了丰硕的成果: 张德全等(1992)、蒋炳铨(1994)、So et al. (1998)、王翠芝等(2013)、薛凯(2013)对紫金山复式花岗岩或矿田区开展了系统的蚀变研究, 显示为火山–次火山热液和斑岩型2种蚀变类型。华仁民等(1998)、张德全等(2003 a)、钟军等(2011)、陈静等(2011)、Zhong et al. (2014)对紫金山矿田流体包裹体开展了广泛研究,发现成矿流体以岩浆流体和大气降水热液流体两种类型为主。已有的成岩年代学研究(陈好寿, 1996; 周肃和陈好寿, 1996; 毛建仁等, 1998, 2002, 2004; 张德全等, 2001; 赵希林等, 2007, 2008; 胡春杰等, 2012; 肖爱芳与黎敦朋, 2012a, 2012b; 黄文婷等, 2013; 于波等, 2013; Jiang et al., 2013; Zhong et al., 2014)表明: 紫金山Cu-Au矿床含矿围岩及与成矿有关的中生代岩浆活动时代为晚侏罗世、早白垩世中晚期及晚白垩世早期。前人的成矿年代学研究(张德全等, 1991, 2001, 2003b, 2005; 周肃和陈好寿, 1996;毛建仁等, 1998; 刘晓东和华仁民, 2005; 梁清玲等, 2012; Zhong et al., 2014)显示, 罗卜岭(中寮)斑岩型Cu-Mo矿床的成矿时代与似斑状花岗闪长岩的成岩时代基本一致(约为105～102 Ma); 而紫金山Cu-Au矿床的成矿时代较为分散(张德全等, 1991; 周肃和陈好寿, 1996), 但总体显示属于早白垩世至晚白垩世早期, 与紫金山复式花岗岩的成岩时代——晚侏罗世有显著的时差, 暗示成矿作用发生于紫金山复式花岗岩形成之后, 而与紫金山安山玢岩、隐爆角砾岩、似斑状花岗闪长岩的时代接近; 悦洋Ag-Au矿床的成矿时代较安山玢岩、隐爆角砾岩、似斑状花岗闪长岩的侵位时代略晚。此外, 梁清玲等(2013)通过Hf同位素研究, 得出中晚侏罗世花岗岩主要来源于古元古代基底, 早白垩世侵入岩–火山岩主要来源于中元古代基底和地幔物质混合作用环境; Jiang et al. (2013)通过地球化学和同位素年代学分析得出,岩浆来源于壳幔混合源区的活动大陆边缘的地球动力学背景。陈景河(1999)建立了“上金下铜”的“紫金山式”铜金矿床成矿模式; 王少怀等(2009)建立了“多层楼”的紫金山矿田成矿模式。王少怀(2007, 2011)、邱小平等(2010)开展的成矿预测研究指出,在紫金山Cu-Au矿床深部和矿区外围仍具有良好的Cu-Mo找矿前景。

1994年福建省地科所对罗卜岭似斑状花岗闪长岩、紫金山似斑状花岗闪长岩的全岩与矿物 Rb-Sr等时线研究, 分别获得105.0±1.0 Ma、110.8±0.3 Ma的年龄(转引自毛建仁等, 1998); 黄文婷等(2013)对Cu-Mo矿化斑岩开展的锆石LA-ICP-MS U-Pb测年,确定早期斑岩时代为103.7±1.2 Ma、103.0±0.9 Ma,晚期斑岩时代为97.6±2.1 Ma。由辉钼矿Re-Os测年获得的成矿时代为104.9±1.6 Ma(梁清玲等, 2012)、104.6±1.0 Ma(Zhong et al., 2014), 显示与早期似斑状花岗闪长岩的成岩时代在误差范围内一致。显然,紫金山矿田对与成矿作用有关的花岗岩的同位素年代学研究还有待进一步深化, 同时也尚未开展过与成矿作用有关的似斑状花岗闪长岩的锆石 SHRIMP U-Pb年龄和40Ar/39Ar测年。本文对紫金山 Cu-Au矿床深部和罗卜岭Cu-Mo矿床深部的似斑状花岗闪长岩进行了3组高精度原位的锆石SHRIMP U-Pb测年和2组角闪石、钾长石的40Ar/39Ar测年, 为紫金山典型矿床的成岩成矿时代研究和岩体热演化提供了重要的年代学约束。

1　矿田地质概述

福建紫金山矿田位于华夏陆块西南侧的闽西南坳陷西南部, 矿床产于NW走向的上杭–云霄深大断裂与NNE走向的宣和复式背斜交汇处, 处于欧亚板块东缘晚中生代活动大陆边缘的陆缘岩浆弧成矿带环境(邱小平等, 2010)。

紫金山矿田区出露地层主要为下白垩统石帽山群碎屑岩、火山岩和上白垩统赤石群泥岩、砂砾岩,以及前白垩系沉积岩与浅变质岩。前白垩系主要为上元古界南华系楼子坝群浅变质岩、上泥盆统天瓦岽组和桃子坑组砂砾岩、石炭系林地组砂砾岩、黄龙组与船山组碳酸盐岩和上三叠统文宾山组泥岩砂岩夹薄煤层(图 1, 福建紫金矿业股份有限公司, 2000)。矿田区燕山期岩浆活动强烈, 包括晚侏罗世和白垩纪两期岩浆活动。晚侏罗世壳源型酸性岩浆沿紫金山–宣和复背斜轴部侵入, 先后形成了紫金山复式花岗岩(由早到晚包括迳美岩体、五龙寺岩体和金龙桥岩体)和才溪二长花岗岩(张德全等, 2001),前者是紫金山Cu-Au矿床的主要容矿岩石及围岩。早白垩世中晚期岩浆活动强度剧增, 为伸展环境下与深源熔融机制有关的壳幔混合型岩浆岩(赵希林等, 2008; 梁清玲等, 2013), 包括分布于矿田及邻区的石帽山群火山岩、紫金山火山机构中的英安玢岩和隐爆角砾岩、浅成侵位的四坊花岗闪长岩、罗卜岭似斑状花岗闪长岩、紫金山似斑状花岗闪长岩。罗卜岭似斑状花岗闪长岩、紫金山似斑状花岗闪长岩一般认为是罗卜岭–紫金山斑岩型矿床的成矿母岩。

紫金山矿田区断裂发育。区域性断裂有NW走向的上杭¯云霄断裂, 其在中生代的左行走滑运动形成了上杭火山岩盆地, 并控制了盆地的边界。矿田区广泛发育NW、NE走向的2组断裂, 其中NW走向断裂是矿田区重要的导矿和赋矿构造(薛凯和阮诗昆, 2008; 王少怀等, 2009)。区域分布有宣和复式背斜, 矿田区褶皱受岩体侵位和断裂肢解而模糊不清。宣和复式背斜核部的NE走向断裂和其他NW、NE走向断裂交汇部位, 可能控制了矿田区内岩浆的侵位和火山的分布。

2　岩石学特征

罗卜岭似斑状花岗闪长岩仅在罗卜岭一带零星出露, 紫金山似斑状花岗闪长岩隐伏于紫金山复式花岗岩体之下, 由钻探揭露证实其与罗卜岭似斑状花岗闪长岩同属一个大岩基。

罗卜岭似斑状花岗闪长岩是紫金山矿田唯一出露地表的Cu-Mo矿化似斑状花岗闪长岩体(图1), 其不但形成了罗卜岭斑岩型Cu-Mo矿床, 而且也为紫金山地区的浅成热液多金属矿床的形成提供了热源和成矿物质(张德全等, 1996 ; 高天钧, 1998)。

图1　紫金山矿田地质图(据福建紫金矿业股份有限公司, 2000改编) Fig.1 Geological map of the Zijinshan orefield

罗卜岭岩体岩性为似斑状花岗闪长岩。地表呈长600 m、宽100 m左右的 NW向岩瘤状小岩株, 侵入于四坊花岗闪长岩中。虽然罗卜岭斑岩在地表仅出露0.06 km2, 但是根据钻孔资料, 自地表约500 m标高向下至 100 m标高, 岩体向深部迅速膨大, 在100 m 标高上, 岩体面积达 4.8 km2, 且向 NW方向岩体被 NE向区域断裂错断(张德全等, 2001)。钻孔资料还证实, NE向区域性断裂成岩成矿后有过强烈活动。根据钻孔所揭露罗卜岭斑岩顶面产状较平缓, 倾角在 25°～30°之间, 并且岩体 NE侧的顶面倾角略陡于岩体 SW侧的顶面倾角。在罗卜岭地表出露的罗卜岭斑岩, 是矿田区隐伏斑岩顶面的小凸起(张德全等, 2001)。

近年的勘探还证实, 在紫金山 Cu-Au矿床和五子骑龙矿床深部也发育似斑状花岗闪长岩体, 从岩石特征、矿化特征、钻探揭露等证实它们为同一岩基。

测年样品采自紫金山矿田的紫金山Cu-Au矿床24勘探线 ZK2406、ZK2404钻孔和罗卜岭 Cu-Mo矿床IV勘探线ZKIV05钻孔的底部弱蚀变似斑状花岗闪长岩, 采样位置见图1。

样品ZK2406(图2a、b)采于ZK2406孔底的888～ 889 m, 孔口坐标: 116°24′08″E, 25°10′27″N。岩石呈灰黑色, 似斑状结构, 块状构造。主要矿物成分为钾长石(35%～45%)、斜长石(10%～15%)、石英(15%～ 20%)、角闪石(8%～10%)、黑云母(3%～5%)、绿泥石(8%～12%), 矿物粒径 1～5 mm连续过渡, 个别矿物粒径达6～8 mm。角闪石、黑云母发生绿帘石化、绿泥石化、碳酸盐化, 并可见方解石细脉充填裂隙, 岩石具弱钾长石化、云英岩化蚀变, 沿裂隙形成了少量微粒–细粒钾长石、绢云母和石英蚀变矿物, 镜下可见少量磁铁矿。角闪石、钾长石无交代及次生加大现象。样品剔除脉状蚀变矿物, 挑选弱蚀变的岩石, 从人工重砂中挑选锆石、角闪石、钾长石进行同位素测年。

样品ZK2404(图2c、d)采于ZK2404孔底的1131～ 1132 m, 孔口坐标: 116°24′22″E, 25°10′37″N。岩石呈灰色, 似斑状结构, 块状构造。主要矿物成份为钾长石(40%～45%)、斜长石(20%～30%)、石英(15%～20%)、角闪石(5%～8%)、黑云母(3%～5%), 矿物粒径2～6 mm连续过渡, 个别矿物粒径达8 mm。钾长石发生了高岭石化, 角闪石、黑云母发生了绿帘石化、绿泥石化, 可见裂隙被方解石细脉充填, 岩石具弱钾长石化、云英岩化蚀变, 沿裂隙形成了少量微粒–细粒钾长石、绢云母和石英蚀变矿物。由于本样品蚀变相对较强, 从人工重砂中仅挑选封闭温度较高的锆石进行同位素测年。

样品ZKIV05(图2e、f)采于ZKIV05孔底的825.8～ 826.0 m, 孔口坐标: 116°25′50″E, 25°11′34″N。岩石呈灰色, 似斑状结构, 块状构造。主要矿物成份为钾长石(40%～50%)、斜长石(10%～25%)、石英(15%～ 25%)、角闪石(8%～12%)、黑云母(5%～10%), 矿物粒径1～5 mm连续过渡, 个别矿物粒径达6～8 mm。岩石具弱钾长石化、云英岩化蚀变, 沿裂隙形成了少量微粒–细粒钾长石、绢云母和石英蚀变矿物, 镜下可见少量磁铁矿。样品蚀变弱, 角闪石、钾长石无交代及次生加大现象。从人工重砂中挑选锆石、角闪石、钾长石进行同位素测年。

锆石、角闪石、钾长石单矿物样品的精选在河北省区域地质调查队实验室完成。

3　测试方法

锆石离子探针分析的样品制备和实验流程按宋彪等(2002)提出的方法进行, 将精选适于定年的锆石和标准锆石(TEM, 417 Ma)用双面胶粘于环氧树脂的样品靶上, 用细砂纸进行打磨, 至大部分锆石颗粒打磨出中心, 再进行抛光。对抛光后的样品先进行透、反射光和阴极发光(CL)照相。然后, 对样品靶进行清洗, 用纯度为 99.999%的金镀膜后待测。样品分析在北京SHRIMPⅡ中心的离子探针上用标准程序进行, 每分析3个未知样品点进行1次标样TEM测定, 数据处理按Williams (1998)程序进行。

角闪石、钾长石40Ar/39Ar测年在中国地质科学院地质研究所同位素年代学实验室进行, 采用阶段加热法进行同位素测定。挑选的样品和标准样品先送中国原子能科学研究院的核反应炉进行快中子照射, 样品的阶段升温加热采用电子轰击炉, 每个阶段加热30 min, 净化30 min。质谱分析在MM-1200B质谱计上进行, 每个峰值共采集 8组数据, 所有数据在回归到时间零点值后再进行相关校正, 详细的实验流程见相关文献(陈文等, 2002; Chen et al., 2002)。

4　测试结果

4.1锆石SHRIMP U-Pb测年结果

锆石的SHRIMP U-Pb分析结果见表1。

图2　紫金山矿田3个测年样品岩石学特征及ZKIV05钻孔柱状图Fig.2 Profile of drill core ZKIV05 of the Zijinshan orefield and photos and microphotographs of the samples used for zircon U-Pb dating

ZK2406样品: 测定了 13颗锆石, 锆石总体呈浅棕色, 多呈自形等轴状–短柱状, 少数为长柱状,粒径一般在 120～200 μm, 具清晰的振荡环带(图3a)。所有样品锆石U含量为(502～737)×10–6, Th含量为(178～365)×10–6, Th/U=0.32～0.51, 均大于 0.30, 表明锆石为岩浆结晶形成(Williams and Claesson, 1987; Williams and Buick, 1996)。13个测点数据均位于谐和线上(图4a),206Pb/238U年龄介于 99.7～ 107.7 Ma, 加权平均年龄为102.8±1.5 Ma(n=13, MSWD=0.67)。

ZK2404样品: 测定了9颗锆石, 锆石总体呈浅棕色，多呈短柱状, 少数长柱状, 粒径130～250 μm,振荡环带清晰(图 3b)。所有样品锆石 U含量为(545～1148)×10–6, Th含量为(201～419)×10–6, Th/U= 0.24～0.59, 除 3.1测点外, 其余点均大于 0.3, 表明锆石为岩浆结晶形成(Williams and Claesson, 1987;Williams and Buick, 1996)。9个测点数据均位于谐和线上(图4b),206Pb/238U年龄介于98.8～105.9 Ma, 加权平均年龄为102.4±1.7 Ma(n=9, MSWD=0.73)。

表1　锆石SHRIMP U-Pb测年结果表Table 1 Zircon SHRIMP U-Pb dating results

图3　锆石CL图像、测点位置与206Pb/238U年龄(Ma)Fig.3 Cathodoluminescence images of the zircons, test spot location and dating results (Ma)

图4　锆石U-Pb年龄谐和图Fig.4 U-Pb concordant diagrams for zircons

样品ZK2406和ZK2404测年结果在误差范围内一致, 表明它们是同时侵位的岩浆产物, 因此, 紫金山Cu-Au矿床深部似斑状花岗闪长岩的结晶年龄为～102 Ma。

ZKIV05样品: 测定了 12颗锆石。锆石多呈自形等轴状–短柱状, 粒径一般在 120～250 μm, 锆石总体呈浅棕色, 具明显的振荡环带(图3c)。所有锆石的U含量为(386～912)×10–6, Th含量为(146～510)×10–6, Th/U=0.37～0.66, 均大于 0.30, 表明锆石为岩浆结晶形成(Williams and Claesson, 1987; Williams and Buick, 1996)。12个测点数据均位于谐和线上(图 4c),206Pb/238U年龄介于 97.3～106.1 Ma, 加权平均年龄为100.4±1.8 Ma(n=12, MSWD=1.2), 该年龄代表罗卜岭矿床似斑状花岗闪长岩的结晶年龄。

由于上述3件样品在岩石学、地质产状和锆石206Pb/238U年龄的高度一致性, 以及钻孔揭露证实为同一岩基, 笔者认为它们是同时侵位的岩浆产物,因此, 将 3件锆石206Pb/238U测年的数据合并处理,获得206Pb/238U加权平均年龄为101.8±1.5 Ma(n=34, MSWD=1.0)(图 4d)的高精度年龄, 这一年龄可以代表紫金山矿田深部似斑状花岗闪长岩大岩基的侵位时代。

上述结果与黄文婷等(2013)由锆石 LA-ICP-MS U-Pb测年获得的早期角闪黑云母花岗闪长斑岩年龄103.7±1.2 Ma、103.0±0.9 Ma在误差范围内一致,早于晚期黑云母花岗闪长斑岩年龄97.6±2.1 Ma; 与梁清玲等(2013)由锆石 LA-ICP-MS U-Pb测年获得的早期花岗闪长斑岩年龄105.4±0.5 Ma在误差范围内一致, 早于晚期花岗闪长斑岩年龄 99.8±0.6 Ma;与胡春杰等(2012)由锆石 LA-ICP-MS U-Pb测年获得的花岗闪长斑岩年龄103.0±0.2 Ma在误差范围内一致; 晚于四坊花岗闪长岩锆石结晶年龄 107.8±1.2 Ma (Tims U-Pb法, 毛建仁等, 2004)、104.8±1.7 Ma(LAICP-MS U-Pb法, 胡春杰等, 2012)、109±2 Ma (SHRIMP U-Pb法, 于波等, 2013)、112±0.5 Ma(梁清玲等, 2013; Jiang et al., 2013)。因此, 3件锆石206Pb/238U测年的数据合并处理获得的206Pb/238U 加权平均年龄101.8±1.5 Ma(n=34, MSWD=1.0)是可靠的, 代表了紫金山矿田深部似斑状花岗闪长岩的结晶年龄。

4.2单矿物40Ar/39Ar测年结果

角闪石和钾长石40Ar/39Ar 测年结果见表2。

ZK2406样品(角闪石): 样品进行了12阶段的加热, 6～9加热阶段(1100～1250 ℃)释放的39Ar约占71.6%, 表面年龄为101.9～104.6 Ma, 形成了一个比较稳定的坪年龄102.9±1.0 Ma(图5a); 利用6～9加热阶段(1100～1250 ℃)数据获得等时线年龄为 100±12 Ma(图 5b), 由该等时线求得的40Ar/36Ar初始值为316±87, 比尼阻值(295.5±5)(McDougall and Harrison, 1999)略大, 表明受少量过剩Ar的影响, 获得的坪年龄可能略偏大。利用6～9加热阶段(1100～1250 ℃)数据获得的反等时线年龄为100±11 Ma(图5c)。因此, 以反等时线年龄 100±11 Ma作为角闪石的冷却年龄。

ZK2406样品(钾长石): 样品进行了11阶段的加热, 6～11加热阶段(1100～1400 ℃)释放的39Ar约占82.4%, 表面年龄为91.84～94.78 Ma, 形成了一个稳定的坪年龄93.31±0.80 Ma(图5d); 利用6～11加热阶段(1100～1400 ℃)数据获得的等时线年龄为 95.3±2.6 Ma(图 5e), 由该等时线求得的40Ar/36Ar初始值为250±47, 小于尼阻值 (295.5±5)(McDougall and Harrison, 1999), 表明样品存在少量 Ar丢失, 获得的坪年龄可能比实际值偏小。利用 6～11加热阶段(1100～1400 ℃)数据获得的反等时线年龄为96.3±1.7 Ma(图5f)。因此, 以反等时线年龄96.3±1.7 Ma作为该样品钾长石的冷却年龄。

ZKIV05样品(角闪石): 样品进行了 12阶段的加热, 6～8加热阶段(1080～1180 ℃)释放的39Ar约占45.1%, 表面年龄为104.3～106.7 Ma, 形成了一个比较稳定的坪年龄105.1±1.2 Ma(图5g); 利用3～11加热阶段(900～1400 ℃)数据获得的等时线年龄为104.4±3.9 Ma(图5h), 由该等时线求得的40Ar/36Ar初始值为 307±12, 与尼阻值(295.5±5)(McDougall and Harrison, 1999)较接近, 表明受过剩 Ar的影响小,年龄基本可信, 但由于坪年龄39Ar释放较小, 因此以等时线年龄104.4±3.9 Ma作为该样品角闪石的冷却年龄。

ZKIV05样品(钾长石): 样品进行了11阶段的加热, 4～11加热阶段(960～1400 ℃)释放的39Ar约占89.7%, 表面年龄为97.85～98.26 Ma, 形成了一个稳定的坪年龄97.08±0.70 Ma(图5j); 利用4～11加热阶段(960～1400 ℃)数据获得等时线年龄为 100±2 Ma (图 5k), 由该等时线求得的40Ar/36Ar初始值为238±39 Ma, 小于尼阻值(295.5±5 Ma)(McDougall and Harrison, 1999), 表明样品存在少量Ar丢失, 获得的坪年龄可能比实际值偏小。利用 4～11加热阶段(960～1400 ℃)数据获得的反等时线年龄为100.1±1.6 Ma(图5l), 作为该样品钾长石的冷却年龄。

表2　40Ar/39Ar 测年结果Table 240Ar/39Ar dating results

图5　40Ar/39Ar坪年龄、等时线年龄与反等时线年龄Fig.540Ar/39Ar plateau ages, isochron ages and reverse isochron ages

5　讨论

5.1成岩年龄与成矿时代

根据矿物的封闭温度理论, 锆石U-Pb年龄的封闭温度～700 ℃(Harrison et al., 1979; Dodson and McClelland, 1985; Farrar et al., 1997), 角闪石40Ar/39Ar年龄的封闭温度～450 ℃, 钾长石40Ar/39Ar年龄的封闭温度～200 ℃(Copeland et al., 1995; McDougall and Harrison, 1999)。因此, 理论上锆石的U-Pb年龄>角闪石40Ar/39Ar年龄>钾长石40Ar/39Ar年龄。

对紫金山Cu-Au矿床深部的似斑状花岗闪长岩(ZK2406)的锆石SHRIMP U-Pb测年和角闪石、钾长石40Ar/39Ar测年, 获得锆石U-Pb年龄为102.8±1.5 Ma、角闪石40Ar/39Ar年龄为100±11 Ma、钾长石40Ar/39Ar年龄为 96.3±1.7 Ma, 锆石的 U-Pb年龄>角闪石40Ar/39Ar年龄>钾长石40Ar/39Ar年龄, 表明样品ZK2406的测年结果是可信的。

对罗卜岭Cu-Mo矿床深部的似斑状花岗闪长岩(ZKIV05)的锆石SHRIMP U-Pb测年和角闪石、钾长石40Ar/39Ar测年, 获得锆石U-Pb测年为100.4±1.8 Ma、角闪石40Ar/39Ar年龄为 104.4±3.9 Ma、钾长石40Ar/39Ar年龄为100.1±1.6 Ma, 锆石的U-Pb年龄<角闪石40Ar/39Ar年龄>钾长石40Ar/39Ar年龄, 显然不符合矿物封闭温度理论, 分析其原因可能是年龄数值太接近, 由分析误差引起的, 因此, 基于矿物封闭温度理论, 考虑分析误差, 锆石 U-Pb测年(100.4±1.8 Ma)取其下限年龄 102.2 Ma、角闪石40Ar/39Ar年龄(104.4±3.9 Ma)取其上限年龄100.5 Ma、钾长石40Ar/39Ar年龄(100.1±1.6 Ma)取其上限年龄98.5 Ma, 分别作为其对应矿物封闭温度年龄, 即罗卜岭Cu-Mo矿床深部的似斑状花岗闪长岩锆石结晶年龄为102.2 Ma, 角闪石40Ar/39Ar冷却年龄为100.5 Ma,钾长石40Ar/39Ar冷却年龄为98.5 Ma。

周肃和陈好寿(1996)通过对紫金山 Cu-Au矿床研究, 获得蚀变花岗岩的全岩 Rb-Sr等时线年龄为124±5 Ma和120±4 Ma、流体包裹体Rb-Sr等时线年龄为122±4 Ma和100±3 Ma; 张德全等(1991)获得紫金山Cu-Au矿床蚀变明矾石全岩K-Ar年龄为111.7 Ma和 94.1 Ma; 张德全等(2001, 2005)获得中寮(罗卜岭)Cu-Mo矿床蚀变全岩 Rb-Sr等时线年龄为105±7.2 Ma、蚀变黑云母40Ar/39Ar坪年龄为104.5± 1.72 Ma 和蚀变白云母40Ar/39Ar坪年龄为 102.53± 1.49 Ma; 梁清玲等(2013)、Zhong et al. (2014)对罗卜岭Cu-Mo矿床的辉钼矿进行Re-Os测年, 分别获得等时线年龄为104.9±1.6 Ma、104.6±1.0 Ma。张德全等(2003b)获得悦洋 Ag-Au多金属矿床的冰长石40Ar/39Ar等时线年龄为94.69±2.25 Ma, 刘晓东和华仁民(2005)获得悦洋 Ag-Au多金属矿床的冰长石40Ar/39Ar坪年龄为91.47±0.39 Ma。

由上述蚀变岩石和矿物获得的矿床热液蚀变年龄为124～91.47 Ma, 分布范围较广, 但与中寮(罗卜岭)斑岩型 Cu-Mo矿床有关的蚀变主要年龄为105～102.53 Ma(张德全等, 2001, 2005), 显示与斑岩成矿有关的蚀变作用主要发生于102～105 Ma, 这与罗卜岭斑岩型Cu-Mo矿床的辉钼矿Re-Os等时线年龄为104.9±1.6 Ma(梁清玲等, 2013)、104.6±1.0 Ma (Zhong et al., 2014)在误差范围内基本一致, 与紫金山Cu-Au矿床、罗卜岭Cu-Mo矿床深部的似斑状花岗闪长岩的成岩年龄101.8±1.5 Ma在误差范围内基本一致, 表明斑岩型矿床的成矿作用与成岩作用基本同时发生, 而热液成矿作用可能一直延续到约91～94 Ma(张德全等, 2003b; 刘晓东和华仁民, 2005)。

综上所述, 紫金山浅成热液–斑岩成矿时代可能由101.8±1.5 Ma持续到91～94 Ma。它与华南白垩纪(134～80 Ma)大规模的成矿作用时代相对应(Mao et al., 2008, 2010)。

5.2热演化及其地质意义

根据矿物的封闭温度理论, 可以根据同一采样地点不同矿物对的封闭温度的差异估算岩石的冷却速率, 如果样品区的地温梯度已知, 也可估算岩石的隆升剥蚀速率。

由前面讨论可知, 紫金山Cu-Au矿床深部的似斑状花岗闪长岩(ZK2406)的锆石SHRIMP U-Pb年龄和角闪石、钾长石40Ar/39Ar年龄分别为102.8±1.5 Ma、100±11 Ma、96.3±1.7 Ma; 罗卜岭Cu-Mo矿床之下的早期似斑状花岗闪长岩(ZKIV05)的锆石 SHRIMP U-Pb年龄和角闪石、钾长石40Ar/39Ar年龄分别为102.2 Ma、100.5 Ma、98.5 Ma。毛建仁等(2002)依据过去对福建沿海燕山晚期花岗岩的研究, 得到角闪石的封闭温度为572～600 ℃(中值586 ℃), 黑云母的封闭温度为 376～441 ℃(中值 408.5 ℃), 钾长石的封闭温度为 132～175 ℃(中值 153.5 ℃)。此外, Harrison et al. (1979)获得锆石U-Pb体系的封闭温度约为 700±50 ℃。因此, 本研究取锆石封闭温度700 ℃、角闪石的封闭温度 586 ℃、钾长石的封闭温度153.5 ℃, 得出锆石结晶至角闪石40Ar/39Ar体系封闭过程的岩石冷却速率是40.7～67.1 ℃/Ma, 角闪石40Ar/39Ar体系封闭到钾长石40Ar/39Ar体系封闭过程的岩石冷却速率是116.9～216.3 ℃/Ma, 显示岩石的冷却速率较快, 并且岩浆结晶后降温速率有逐渐增加的特点。上述似斑状花岗闪长岩从锆石结晶至角闪石40Ar/39Ar体系封闭的岩石冷却速率与毛建仁等(2002)从四坊花岗闪长岩体得出的数值接近。

紫金山矿田从角闪石40Ar/39Ar体系封闭到钾长石40Ar/39Ar体系封闭的岩石冷却速率是 116.9～ 216.3 ℃/Ma, 它是从锆石结晶至角闪石40Ar/39Ar体系封闭阶段岩石冷却速率的2.8～3.2倍, 这与一般的岩体冷却速率先快后慢有显著差别。究其原因,可能与紫金山矿田深部似斑状花岗闪长岩是继前期火山爆发–溢流之后侵位, 围岩具有较高的地温梯度有关; 其次, 随后的地壳快速隆升剥露可能是导致角闪石40Ar/39Ar体系封闭到钾长石40Ar/39Ar体系封闭的岩石冷却速率较大的原因之二。

笔者通过对罗卜岭矿区ZKIV05孔深826.0 m斑岩型Cu-Mo矿床深部不含矿的似斑状花岗闪长岩的角闪石–斜长石压力计(Anderson and Smith, 1995; Anderson, 1996; 张拴宏等, 2007; 曾令森等, 2007)研究, 估算得出该样品的平均结晶压力为109 MPa,如果岩石密度按2.7 g/cm3计算, 则估算得出其结晶深度约为4.1 km(笔者未刊数据)。陈静等(2011)对五子骑龙矿床流体包裹体压力研究得出早期成矿阶段的成矿深度3 km左右、晚期成矿阶段的成矿深度小于1 km; 钟军等(2011)、Zhong et al. (2014) 对罗卜岭矿床的流体包裹体压力研究得出成矿深度为 1～ 2.5 km。因此, 紫金山矿田与成矿作用有关的似斑状花岗闪长岩的侵位深度约为 4.1 km, 是一个浅侵位的岩体, 成矿的深部可能更小(1～3 km)。

周羽江等(1997)研究表明, 福建沿海是一个中高地热异常区, 分布大量温泉, 水温高达40～80 ℃, 最高达97 ℃, 地热梯度可达40～80 ℃/km(王均, 1985)。据周羽江等(1997)研究, 燕山晚期福建沿海的地热梯度大于150 ℃/km, 沈渭洲等(2000)以150 ℃/km地热梯度估算的漳州新村晶洞花岗岩的成岩深度为4 km,比周珣若和吴克隆(1994)应用矿物压力计计算得出的岩体定位深度3 km还深, 表明燕山晚期福建沿海的地热梯度大于 150 ℃/km。依据钾长石40Ar/39Ar封闭温度 132～175 ℃(中值 153.5 ℃)(毛建仁等, 2002), 可以得出钾长石40Ar/39Ar体系封闭时刻距离地表的深度约为1 km。因此, 紫金山矿田与成矿有关的似斑状花岗闪长岩从结晶(101.8±1.5 Ma)到钾长石40Ar/39Ar体系封闭(96.3±1.7 Ma), 由地表以下约4 km上升到地表以下约1 km, 暗示地壳在这一时期发生了快速隆升剥蚀作用, 这与中国东部岩石圈在白垩纪快速减薄引起的伸展作用可能有关(李献华, 1999; 胡瑞忠等, 2004)。

6　结论

(1) 对紫金山矿田深部与成矿作用有关的主期似斑状花岗闪长岩的锆石 SHRIMP U-Pb测年, 获得206Pb/238U 加权平均年龄为 101.8±1.5 Ma(n=34, MSWD=1.0), 代表了该主期似斑状花岗闪长岩的成岩年龄, 为紫金山矿田深部存在一个大岩基提供了新的年龄佐证;

(2) 对紫金山矿田深部与成矿有关的主期似斑状花岗闪长岩的角闪石和钾长石40Ar/39Ar测年, 获得角闪石的冷却年龄分别为100±11 Ma、102.2 Ma,钾长石的冷却年龄分别为96.3±1.7 Ma、98.5 Ma;

(3) 根据矿物封闭温度理论, 估算紫金山矿田与成矿作用有关的主期似斑状花岗闪长岩由锆石结晶至角闪石40Ar/39Ar体系封闭过程的岩石冷却速率为40.7～67.1 ℃/Ma, 角闪石40Ar/39Ar体系封闭到钾长石40Ar/39Ar体系封闭过程的岩石冷却速率为116.9～ 216.3 ℃/Ma, 显示岩石的冷却速率较快, 并且岩浆结晶后降温速率有逐渐增加的特点;

(4) 由区域古地温梯度和矿物封闭温度理论的讨论, 估算紫金山矿田与成矿有关的主期似斑状花岗闪长岩结晶(101.8±1.5 Ma )至钾长石40Ar/39Ar 体系封闭(96.3±1.7 Ma)期间岩体上升剥露了约 3 km,暗示地壳在这一时期发生了快速隆升剥蚀作用。

致谢：感谢中国科学院广州地球化学研究所梁华英研究员、中国地质调查局南京地质矿产研究所赵希林副研究员对本文提出的宝贵修改意见及建议, 感谢中国地质科学院地质研究所国家 SHRIMPⅡ中心杨淳、刘建辉研究员在锆石CL照像及测年, 以及同位素实验室陈文研究员在40Ar/39Ar测年中给予的大力帮助!

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LI Dunpeng1, QIU Xiaoping1,2*, ZHANG Wenhui1, LIU Wenyuan1and YU Bo3
(1. College of Zijin Mining, Fuzhou University, Fuzhou 350108, Fujian, China; 2. Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China; 3. Geological Construction Engineering Group of Guangdong Province, Guangzhou 510080, Guangdong, China)

The isotopic ages of the main porphyraceous granodiorite at the deep part of the Zijinshan orefield of Fujian province, China, were dated by using in-site zircon SHRIMP U-Pb method and hornblende and potassium feldspar40Ar/39Ar method. The206Pb/238U weighted average ages of the zircons from three samples are 102.8±1.5 Ma (n=13, MSWD=0.67), 102.4±1.7 Ma (n=9, MSWD=0.73), 100.4±1.8 Ma (n=12, MSWD=1.2), respectively. The three samples as whole yielded a weighted average age of 101.8±1.5 Ma (n=34, MSWD=1.0), which most likely represents the age of crystallization of the porphyraceous granodiorite. The40Ar/39Ar dating of two hornblende and two potassium feldspar samples yielded isochron ages of 100±11 Ma, 102.2 Ma, 96.3±1.7 Ma, and 98.5 Ma, respectively. Based on the theory of mineral sealing temperature, the cooling rate of the rocks of the main porphyraceous granodiorite at the deep part of the Zijinshan orefield is estimated to be about 40.7～67.1 ℃/Ma from crystallization of zircon to closure of hornblende40Ar/39Ar system, 116.9～216.3 ℃/Ma from closure of hornblende40Ar/39Ar system to closure of potassium feldspar40Ar/39Ar system. Both of the estimated cooling rates of the rock are rather high. In comparison with the paleogeothermal gradient, the pluton uplift and exhumed 3 km from crystallization (101.8±1.5 Ma) to the closure of potassium feldspar40Ar/39Ar system (96.3±1.7 Ma), suggestive of rapid uplift and exhumation during this period. The dating results show that there is a large batholith at the deep part of the Zijinshan ore field which contributed to the porphyry mineralization. Single mineral40Ar/39Ar dating results provided meaningful constraints on the uplift and exhumation of the deposit.

zircon SHRIMP U-Pb dating;40Ar/39Ar dating; rock cooling; porphyraceous granodiorite; Zijinshan orefield

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1001-1552(2016)04-0783-015

2013-12-06; 改回日期: 2014-3-20

项目资助: 国家自然科学基金“巨厚层高硫化型低温热液矿床深部铜硫化物成分特征研究”(41172075)及国家科技支撑项目“中国东部铁铜铅锌重要矿集区深部资源勘查技术与示范”课题(2009BAB43B04)共同资助。

黎敦朋(1967–), 男, 博士, 副教授, 从事构造地质学教学科研工作。Email: dunpengli@fzu.edu.cn

邱小平(1959–), 男, 博士, 研究员, 博士生导师, 从事矿田构造与成矿预测研究。Email: qiuxping@cags.ac.cn