沙湖山侵入岩锆石U-Pb年龄和地球化学特征

池月余, 刘光贤, 孙方元, 郑志锋, 黄树军, 袁 峰

(1.安徽省地质矿产勘查局 327地质队,安徽 合肥 230011; 2.合肥工业大学 资源与环境工程学院,安徽 合肥 230009)

沙湖山侵入岩锆石U-Pb年龄和地球化学特征

池月余1, 刘光贤2, 孙方元2, 郑志锋2, 黄树军2, 袁 峰2

(1.安徽省地质矿产勘查局 327地质队,安徽 合肥 230011; 2.合肥工业大学 资源与环境工程学院,安徽 合肥 230009)

沙溪矿床是长江中下游地区重要的斑岩型铜金矿床,沙湖山地区位于沙溪矿床的北东部,属于沙溪矿床的东带。沙湖山地区岩浆岩与沙溪铜矿地区岩浆岩处于同一构造岩浆岩带上,具有多阶段、多期次活动的特点,为燕山晚期侵入的浅成中酸性岩体。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明:沙湖山地区石英闪长玢岩的年龄为(130.8±1.3)Ma,与沙溪地区侵入岩年龄相近,同属长江中下游第2成岩阶段; 沙湖山地区的侵入岩富集轻稀土元素,较为富Na,高Sr,低Y、Yb,Eu负异常不明显,具有埃达克岩的特征,并且在Y-Sr/Y图解中投入埃达克岩的区域,因此沙湖山地区的侵入岩可能为埃达克岩。

沙湖山;金矿化;锆石U-Pb年龄;埃达克岩;地球化学

长江中下游成矿带是我国东部重要的金属成矿带之一,长期的构造作用、岩浆作用和成矿作用形成了断隆区和断凹区的构造格局,由北向南依次有鄂东南、九瑞、安庆-贵池、铜陵、庐枞、宁芜、宁镇等七大矿集区分布。成矿带内主要发育矽卡岩型、矽卡岩-斑岩复合型、玢岩型和热液脉型铜铁金多金属矿床[1-3],是我国最重要的成矿带之一。

沙湖山地区位于庐江县沙溪斑岩型铜金矿床的东北部,与沙溪矿床的凤台山矿段和棋盘山矿段相邻, 在该地区发现的金矿床是长江中下游成矿阶段唯一一个独立的斑岩型金矿床,初步估算333类工业品级金矿石量82.69×104t,金金属量2.511 t,含金平均品位3.05 g/t,对与矿床矿化有关的岩体进行研究对于长江中下游找矿具有重要指示意义。

本文在详细的野外观察、钻孔样品编录以及系统采集与金矿床矿化有关的石英闪长玢岩和矿石样品基础上,进行了LA-ICP-MS 锆石U-Pb定年和岩石地球化学分析,对于该地区的矿化和年代学有了一定的了解,并且通过本次的研究还发现,本区成岩成矿年代学特征与沙溪矿床的年龄极为相近,这对于该地区下一步的找矿工作具有一定的指导意义。

1 地质背景与主要岩浆岩特征

庐枞中生代火山盆地位于长江中下游断陷带内,地处扬子板块的北缘、郯庐断裂带的南段,是长江中下游成矿带中最重要的中生代火山岩盆地和矿集区之一[1]。研究区位于安徽省庐江县境内,构造上位于长江中下游成矿带庐枞火山岩盆地外围、郯庐断裂带内,地处扬子板块的北缘,大别造山带东侧,是郯庐断裂带、黄破断裂带、滁河断裂带的复合部位。研究区内出露地层如图1所示,主要有志留系中统坟头组、下统高家边组,矿区东侧见到零星的侏罗系下统磨山组,矿区西南部见到少量的白垩系下统杨湾组红层,赋矿围岩主要是坟头组砂岩。沙湖山主体位于盛桥-菖蒲山复式背斜的南东翼,受到西侧的顺岗-沙子岗断裂、庐江-马头咀断裂深部断裂的影响,加上岩体的侵入,致使区内断裂构造复杂,裂隙及微细裂隙发育。出露地层岩性主要为泥质粉砂岩,岩性变化小,且由于受岩体侵入,裂隙发育,断层较难以识别。沙湖山地区岩浆岩与沙溪地区岩浆岩处于同一构造岩浆岩带上,具有多阶段、多期次活动的特点,为燕山晚期侵入的浅成中酸性岩体,主要的侵入岩有石英闪长玢岩、黑云母石英闪长斑岩及石英闪长斑岩,还有少量的煌斑岩脉。本区岩石蚀变的强弱与岩性、构造及岩体侵入有密切关系。志留系砂岩蚀变总体较弱,岩石发生较强的石英碳酸盐化、绿泥石化,局部高岭石化。矿化主要为黄铁矿化，并有较弱的铅锌矿化和黄铜矿化,金矿化主要以晶格金的形式存在于黄铁矿中。

Q—第四系 J1m—侏罗系下统磨山组 S1g—志留系下统高家边组 S2f—志留系中统坟头组 παδ—闪长斑岩 F—断层 Qδπx—黑云母石英闪长斑岩 Qδπ—石英闪长斑岩

沙湖山地区石英闪长玢岩手标本与正交偏光镜下照片,如图2所示。

Hbl—角闪石 Pl—斜长石 Bt—黑云母 Q—石英

石英闪长玢岩主要出露于勘查区沙湖山环形山体的中间低洼地带,呈岩株状产出。通过对沙湖山地区钻孔岩石样品的仔细观察,发现沙湖山地区出露的岩体岩性均为石英闪长玢岩,手标本样品颜色为灰黑色,斑状结构,块状构造,主要组成矿物为斜长石(中长石),含少量黑云母和角闪石,基质由斜长石、角闪石及少量石英等晶屑组成。

2 样品采集分析及测试结果

2.1 样品采集与测试方法

本次工作采集了沙湖山地区较为新鲜的石英闪长玢岩样品,其中锆石样品1个,地球化学样品11个。

锆石挑样、制靶、阴极发光图像均由廊坊市宏信地质勘查技术服务公司完成。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年分析在合肥工业大学资源与环境工程学院开展,由ICP-MS和激光剥蚀系统联机完成。ICP-MS为美国Agilent公司生产的Agilent 7500a,该仪器独有的屏蔽炬(Shield Torch)可明显提高分析灵敏度。激光剥蚀系统为美国Coherent Inc.公司生产的GeoLasPro,该系统为工作波长193 nm的ComPex102ArF准分子激光器,样品上的光斑大小为4～160 μm,能量密度范围为1～45 J/cm2,单脉冲能量可达200 mJ,最高重复频率20 Hz。

主量元素和微量元素测试分析在广州澳实矿物实验室中心完成,其中主量元素用X-射线荧光光谱仪(X-ray fluorescence spectometer,XRF)测定,氧化物总量分析误差为1%～3%，其大致过程为:首先称取0.7 g样品,然后加入适量硼酸高温熔融成玻璃片,最后在XRF上用外标法测定氧化物含量。微量元素测定采用ICP-MS法:首先称取50 mg样品,用酸溶样制成溶液,然后在ICP-MS上用内标法进行测定,分析精度优于10%。

2.2 锆石U-Pb定年

沙湖山地区石英闪长玢岩部分阴极发光图像如图3所示，该地区的锆石LA-ICP-MS测年数据见表1所列。沙湖山地区石英闪长玢岩锆石样品中锆石呈无色透明,结晶程度高,长柱状,具有清晰的环带结构,w(Th)/w(U)比值均大于0.1,是典型的岩浆成因锆石。

图3 沙湖山地区石英闪长玢岩部分锆石阴极发光图像

沙湖山地区石英闪长玢岩锆石U-Pb谐和一致曲线如图4所示，石英闪长玢岩的U-Pb谐和年龄为(131.4±1.3)Ma,该年龄可代表沙湖山地区侵入岩年龄。

表1 研究区侵入岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年数据

2.3 岩石地球化学

沙湖山地区出露的主要侵入岩为石英闪长玢岩,本文对沙湖山地区石英闪长玢岩的11件样品进行了主、微量元素测试,分析及计算结果见表2、表3所列,结合文献[4-6]数据对研究区侵入岩的岩石地球化学特征进行分析。

表2 沙湖山地区石英闪长玢岩样品主量元素质量分数 %

表3 沙湖山地区石英闪长玢岩样品微量元素质量分数与参数特征分析结果

续表

注:∑REE为总稀土元素(rare earth elements,REE)质量分数,∑LREE为轻稀土元素(light rare earth elements,LREE)质量分数,∑HREE为重稀土元素(heavy rare earth elements,HREE)质量分数;表中各微量元素、∑REE、∑LREE及∑HREE的数值均再乘以10-6后为对应项目的质量分数。

2.3.1 主量元素

沙湖山地区的岩浆岩w(SiO2)在54.88%～61.67%之间,平均值为58.11%,变化范围较小。岩石总碱质量比为5.80%～7.49%,w(Na2O)/w(K2O)为1.39～6.52之间,大部分集中于1.92～2.46,平均值为2.85,岩石在总体较富钠的基础上富钾。岩石的氧化率较高,w(Fe2O3)/w(Fe2O3+FeO)在0.57～0.68之间。

沙湖山地区侵入岩SiO2-(K2O+Na2O)图解和K2O-SiO2图解[7-8]如图5所示。

● 沙湖山地区侵入岩 ▲ 沙溪地区侵入岩 1.橄榄辉长岩 2.碱性辉长岩 3.辉长闪长岩 4.闪长岩 5.花岗闪长岩 6.花岗岩 7.硅英岩 8.二长辉长岩 9.二长闪长岩 10.闪长岩 11.石英正长岩 12.正长岩 13.副长石辉长岩 14.副长石二长闪长岩 15.副长石二长正长岩 16.副长正长岩 17.副长深成岩 18.霓方钠岩/磷霞岩/粗白榴岩

图5a中的虚线是碱性系列和亚碱性系列分界线,由图5a可知,沙湖山地区的侵入岩样品在TAS图解为亚碱性系列岩石,主要投于二长岩和闪长岩的区域中,其里特曼指数为2.12～3.14,属于钙碱性系列岩石。

由图5b可知,在SiO2-K2O图中样品数据也主要为钙碱性系列,w(Na2O)/w(K2O)比值为1.39～6.52,为富钠质的闪长岩类,其铝指数A/CNK为1.38～1.83,表明其为过铝质岩石。在图5b中,将沙溪地区的前人数据[6,9]投入图中与本文所测试的数据进行对比,可见文献[6,9]的大部分数据也投于钙碱性系列中。

2.3.2 微量元素

侵入岩微量元素原始地幔标准化蛛网图和稀土元素球粒陨石标准化配分图[10-11]如图6所示。由图6a可见,沙湖山地区的不相容元素Zr、Hf、Yb、Lu与Rb、Th、K等大离子亲石元素相对富集,高场强元素Nb、Ta、Zr、Hf、P、Th和重稀土元素Yb、La相对富集。

沙湖山地区侵入岩∑REE为77.25×10-6～124.51×10-6,∑LREE为64.65×10-6～113.23×10-6,∑HREE为7.07×10-6～11.28×10-6,表现出右倾的稀土元素配分模式,轻、重稀土元素分异较强(∑LREE/∑HREE为7.61～10.29,(La/Yb)N为8.11～14.41),δEu为0.85～1.10,异常不明显。

● 沙湖山地区侵入岩 ▲ 沙溪地区侵入岩

沙湖山地区侵入岩哈克图解如图7所示。由图7可见,在哈克图解中沙湖山地区与沙溪地区侵入岩有以下3个特征:① 沙湖山和沙溪地区侵入岩均具有较高的w(Al2O3)(>14%);② 沙湖山地区侵入岩w(SiO2)与Al2O3、P2O5、K2O、TiO2、CaO、MgO的质量分数呈明显的负相关关系,与w(Na2O)和w(Zr)呈明显的正相关关系,显示岩浆演化过程中可能不存在强烈的锆石分离结晶;③w(SiO2)与不相容元素Sr没有明显的线性关系。

● 沙湖山地区侵入岩 ▲ 沙溪地区侵入岩

沙湖山地区侵入岩w(SiO2)与Al2O3、P2O5、K2O、TiO2、CaO、MgO、TFeO的质量分数呈明显的负相关关系,即随着w(SiO2)增大(54%～64%)而呈线性降低,反映了斜长石和角闪石等富钙矿物、镁铁矿物及其Fe-Ti氧化物是侵入岩在氧化过程中较早的主要分异结晶相,这说明从基性到酸性岩浆存在着分离结晶。w(P2O5)随着w(SiO2)增大而降低,表明岩浆演化过程中有磷灰石的分离结晶,由于磷灰石一般具有Eu负异常,磷灰石的分离可以抵消因斜长石等矿物相分离而产生的Eu亏损,因此沙湖山地区侵入岩未表现出明显的Eu异常。

3 讨 论

3.1 岩体形成时代

本次研究得出沙湖山地区石英闪长玢岩的成岩年龄为(131.4±1.3)Ma。沙溪斑岩型铜(金)矿床中石英闪长斑岩全岩Rb-Sr同位素等时线年龄值为(127.9 ±1.6)Ma[5];沙溪岩体中粗斑闪长玢岩锆石U-Pb谐和年龄为(131±1.00)Ma;细斑石英闪长玢岩的锆石U-Pb谐和年龄为(129.43±0.99)Ma;黑云母石英闪长玢岩的锆石U-Pb谐和年龄为(129.25±0.90)Ma;中斑石英闪长玢岩的锆石U-Pb谐和年龄为(129.00±7.30)Ma;闪长玢岩的锆石U-Pb谐和年龄为(125.90±2.50)Ma[9],这些年龄均与沙湖山闪长玢岩成岩年龄接近。文献[12]将长江中下游成岩成矿时代大致分为145～137 Ma、135～127 Ma及126～123 Ma,沙溪斑岩成岩成矿时代则主要集中在130～127 Ma[12-15],而沙溪外围沙湖山地区的成岩年龄也是集中在130～127 Ma,说明沙湖山地区闪长玢岩是长江中下游第2成岩阶段的产物。

3.2 岩浆演化

沙湖山地区的石英闪长玢岩w(SiO2)>56.00%(除1个样品w(SiO2)为54.88%,其他样品w(SiO2)均在56.38%～61.58%),w(Al2O3)≥16%(16.17%～17.89%),w(MgO)<3.00%(1.54%～2.82%),w(Na2O)>3.00%(3.82%～6.00%),w(K2O)/w(Na2O)小于0.80%(0.15%～0.71%),属于较为富钠的闪长岩类;在微量元素方面,高Sr,低Y、Yb及HREE,w(Sr)>400×10-6(675×10-6～971×10-6),w(Yb)<1.9×10-6(0.93×10-6～1.51×10-6),w(Y)<18×10-6(9.00×10-6～13.40×10-6),无明显Eu异常,说明岩浆演化过程中没有发生斜长石的分离结晶。这些主量元素和微量元素特征完全符合文献[16-17]关于埃达克岩(adakite)的描述。沙湖山地区侵入岩Y-Sr/Y图解如图8所示。

图8 沙湖山地区侵入岩的Y-Sr/Y图解

由图8可见,沙湖山地区和沙溪地区的岩石样品均投入埃达克岩的区域中,表明其均具有埃达克岩的特征。埃达克岩的发现表明,俯冲到深处的具有洋脊玄武岩性质的板片在合适的物理化学条件下可以部分熔融形成中酸性的岩浆。

在TAS图解(图5a)中,沙湖山石英闪长玢岩与沙溪地区侵入岩的分布较为一致,均为亚碱性系列岩石,且均投于二长岩和闪长岩的区域中,在哈克图解(图7)中,沙湖山石英闪长玢岩和沙溪地区侵入岩Al2O3、P2O5、Na2O、TiO2质量分数随w(SiO2)的变化表现出相同的变化规律,这表明沙湖山和沙溪地区侵入岩为同源演化关系,同时两者在地理位置上分布也相近,更加有力地证明了两者可能来自同一岩浆源区。

3.3 构造背景

沙湖山地区侵入岩Yb+Ta-Rb图解和Th-La/Yb图解如图9所示。

由图9a可见,沙湖山石英闪长玢岩的样品均投点于火山弧花岗岩区域;由图9b可见,样品部分投点于演化的大洋弧区域中。沙湖山地区处于中国东部,其石英闪长玢岩侵入体在地理位置上与沙溪地区侵入岩相近,地球化学特征和演化相似,且两者年龄同属于长江中下游第2成岩阶段,因此沙湖山地区石英闪长玢岩侵入体形成构造背景与沙溪地区背景相同,即与太平洋的板块俯冲有关。

图9 沙湖山地区侵入岩Yb+Ta-Rb图解和Th-La/Yb图解

3.4 埃达克质岩与成矿关系

埃达克岩的原始定义指的是形成于岛弧环境的高铝高锶而贫重稀土的一类中酸性岩浆岩(是小于等于25 Ma、热的俯冲洋壳熔融形成的)，埃达克岩以w(SiO2)≥56%、w(Al2O3)≥15%(很少低于此值)及w(MgO)通常小于3%(极少大于6%)为特点, Y元素和重稀土元素的质量比低(w(Y)<18 μg/g、w(Yb)≤1.9 μg/g),w(Sr)高(很少小于400 μg/g),w(87Sr)/w(86Sr)<0.704 0;其主要矿物组合是斜长石和角闪石,可能出现黑云母、辉石和不透明矿物。埃达克岩的研究一直是国际上的热门话题,关于它的成因目前还存在许多争论,通常的观点认为其来源于消减板片熔融和下地壳熔融，也有一些研究认为同源基性岩浆的分离结晶作用可以产生埃达克质岩石,此外还有玄武质岩浆与陆壳混染成因的见解。长江中下游埃达克质岩石有多种成因认识,例如,加厚下地壳的部分熔融[18]、拆沉下地壳的部分熔融[19-20]、受埃达克质熔体交代后的富集地幔的部分熔融并发生分离结晶[21-23]、长距离的俯冲洋脊部分熔融[24-26]、古太平洋板块和沉积物的熔融[27]以及富集地幔岩浆和地壳熔体的混合成因[5，28]。

世界级规模的斑岩铜矿不仅产出于岛弧或陆缘弧环境,而且还产出在碰撞造山带环境,不论是岛弧-陆缘弧环境,还是碰撞造山带环境,最具成矿潜力的含矿斑岩通常具有埃达克岩岩浆的亲合性。中国东部的许多斑岩铜矿,例如,沙溪、冬瓜山、安基山、铜厂、富家坞等,这些斑岩的成分主要为英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩组合,其地球化学特征类似埃达克岩。沙湖山地区石英闪长玢岩也具有埃达克岩的性质,但是该矿床主要发生金矿化,黄铜矿化较少,而沙溪铜矿床主要为铜矿化,由于两者岩浆源区相同,造成矿化差异性的原因可能是岩浆在浅部作用过程不同,这还需要进一步的研究来证明。

4 结 论

(1) 沙湖山地区石英闪长玢岩锆石U-Pb年龄为(131.4±1.3)Ma,是长江中下游第2成岩阶段的产物。

(2) 沙湖山地区石英闪长玢岩与沙溪地区侵入岩地球化学特征一致,且成岩年龄相近,两者为同源演化的关系。

(3) 沙湖山地区石英闪长玢岩为埃达克岩,其形成与沙溪地区侵入岩形成背景相同,均与古太平洋板块的俯冲有关。

(4) 埃达克质岩与铜金矿化关系密切,对于铜金矿床的寻找具有指示意义。

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ZirconU-PbagesandgeochemicalcharacteristicsofintrusionrelatedtogoldmineralizationinShahushandistrict

CHI Yueyu1, LIU Guangxian2, SUN Fangyuan2, ZHENG Zhifeng2, HUANG Shujun2, YUAN Feng2

(1.No.327 Geological Team, Bureau of Geology and Mineral Resources of Anhui Province, Hefei 230011, China; 2.School of Resources and Environmental Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

Shaxi deposit is an important porphyry copper deposit in the middle and lower reaches of the Yangtze River Valley. Shahushan district is located in north-east of Shaxi deposit which belongs to the east belt of Shaxi deposit. The intrusions of Shahushan district locate in the same structure-magma belt with those of Shaxi deposit district, which have characteristics of multiperiod and multistage and are the shallow mid-acidic intrusions of Late Yanshanian. Results of LA-ICP-MS zircon U-Pb dating indicate that the age of intrusions of Shahushan district is (130.8± 1.3)Ma which shares the same age with intrusions of Shaxi district, and they both belong to the second diagenetic stage of the middle and lower reaches of the Yangtze River Valley. Shahushan intrusions are enriched in light rare earth elements(LREEs) and Na element, exhibiting high composition of Sr, relatively lower content of Y and Yb, slightly negative Eu anomaly, and the characteristics of adakitic rocks. The trace elements diagrams also indicate that the intrusion of Shahushan district is adakite.

Shahushan; gold mineralization; zircon U-Pb age; adakite; geochemistry

2016-06-06；

2016-07-28

中国地质调查局南京地质调查中心优选资助项目(12120113069700)

池月余(1972-),男,安徽全椒人,安徽省地质矿产勘查局高级工程师;

刘光贤(1990-),男,甘肃庆阳人,合肥工业大学博士生,通讯作者,E-mail:liuguangxian0225@163.com;

袁 峰(1971-),男,广西桂林人,博士,合肥工业大学教授,博士生导师.

10.3969/j.issn.1003-5060.2017.12.022

P597.3;P588.122

A

1003-5060(2017)12-1695-09

(责任编辑张淑艳)