莱西塔埠头稀土矿氟碳铈矿Th-Pb定年及矿床成因

2018-10-18汪子杰徐晓慧

山东国土资源 2018年10期

汪子杰，徐晓慧

(山东省第四地质矿产勘查院，山东潍坊 261021)

塔埠头稀土矿位于山东省莱西市西南约2.0km，居于胶莱盆地东部的莱阳凹陷与荆山凸起相接地带[1]，稀土矿体主要赋存于花岗伟晶岩脉及其附近围岩中，远离杂岩体则无矿化现象。目前共探明4个工业矿体，提交稀土氧化物总量398t，平均品位1.603%，为一小型伟晶岩型稀土矿床。

1 矿床地质特征

1.1 地层

区内出露的地层主要为古元古代荆山群，主要岩性为黑云变粒岩、大理岩、斜长角闪岩等，另发育少量的白垩纪青山群火山岩。

1.2 构造

矿区及其外围发育的地区褶皱构造有凤凰山背斜和大野头向斜；区域地层总体走向近EW[2]。区域断裂构造可分为NE向、NNE向和EW向3组。NNE走向的招远-平度断裂和NE走向牟平-即墨断裂为区域主要的断裂构造[3]。

1.3 岩浆岩

矿区内岩浆活动频繁，分布广泛，主要为玲珑岩体、花岗伟晶岩以及各类脉岩。稀土矿化发育在花岗伟晶岩中。矿床主要赋存在中生代白垩纪花岗伟晶岩中。

1.4 矿体特征

塔埠头稀土矿共探明4个工业矿体。

Ⅰ号矿体长43m，平均厚1.57m，延深20m。走向112°，倾向22°，平均倾角68°。稀土氧化物总量平均品位2.47%，最高达4.35%；所含伴生元素平均品位：铀0.018%、钍0.5674%、铌0.1391%、钽0.0118%、锆4.351%(图1、图2)。

1—古元古代荆山群野头组；2—花岗质伟晶岩；3—云母-蛭石化带；4—稀土矿体及编号图1 塔埠头稀土矿矿体分布示意图

Ⅱ号矿体长57.5m，平均厚7.47m，延深30m。走向90°～110°，倾向0°～20°，平均倾角32°。稀土氧化物总量平均品位1.483%，最高达4.08%；所含伴生元素平均品位：铀0.0129%、钍0.360%、铌0.0893%、钽0.0069%、锆2.395%。野外露头特征如图3所示。

1—砂质粘土砾石层；2—蛇纹透辉大理岩；3—大理岩；4—块体状钾长石岩；5—斜长伟晶岩；6—钾长伟晶岩；7—矿体及编号；8—含稀土伟晶岩；9—云母-蛭石蚀变带；10—实测及推测地质界线图2 塔埠头稀土矿勘探线剖面图

Ⅲ号矿体：长60m，平均厚3.66m，延深43m。走向72°，倾向342°，平均倾角35°。稀土氧化物总量平均品位1.558%，最高达3.62%；所含伴生元素平均品位：铀0.0126%、钍0.3517%、铌0.0788%、钽0.0064%、锆2.004%。

图3 塔埠头矿区Ⅱ号矿体野外照片

1.5 矿石特征

矿石结构以晶粒结构为主，其次有碎裂结构、脉状结构等。矿石构造以浸染状、脉状、细脉浸染状以及斑点状构造为主，其次为角砾状及交错脉状构造。

矿石矿物成分由金属矿物、非金属矿物组成，金属矿物主要有自然金和金属硫化物，金属硫化物以黄铁矿为主，黄铜矿、方铅矿、闪锌矿次之；非金属矿物主要有石英、萤石、绢云母、长石、氟碳铈矿等。

氟碳铈矿是花岗伟晶岩中的微量矿物[4]，矿物晶型完好，镜下可以看出氟碳铈主要包裹在长石中(图4)，说明氟碳铈矿的形成与长石十分密切。详细的镜下观察表明，氟碳铈矿比母岩形成晚，矿物切割斜长石的条纹(图5)，显示氟碳铈矿出溶于钾长石中(图6)。

图4 氟碳铈矿显微特征

图5 氟碳铈矿与斜长石关系显微照片

图6 氟碳铈矿与钾长石关系显微照片

2 成矿时代

20世纪70年代以来，众多学者做过大量花岗岩定年测试。前人研究表明玲珑花岗岩K-Ar等时线年龄为(150.12±3.6)Ma，Rb-Sr等时线年龄为(156.40±11.99)Ma，玲珑型似片麻状黑云母花岗岩定为早燕山期；侵入玲珑型似片麻状黑云母花岗岩的郭家岭型的斑状花岗闪长岩K-Ar等时线年龄147.81Ma，Rb-Sr等时线年龄153.6Ma，也是燕山期成岩，稍晚于玲珑花岗岩。胡世玲等[5]用40Ar-39Ar方法得到玲珑花岗岩年龄为(164.2±1.0)Ma，而郭家岭花岗闪长岩年龄为(134.08±1.7)Ma，另获郭家岭花岗闪长岩角闪石的K-Ar年龄为(129.6±2.7)～(133.8±2.2)Ma，均属燕山期晚期。随着测试技术的发展，精确度不断提高，关康等[6]、苗来成等[7]采用SHRIMP法更精确地分析了锆石U-Pb年龄，玲珑花岗岩形成年龄为150～160Ma，而郭家岭花岗闪长岩在126～130Ma之间。而且2类岩体都含有年龄分别为前寒武纪(>650Ma)和三叠纪(250～200Ma)的继承性锆石，表明岩体是前寒武纪(太古代)变质基底重熔成因(属壳源岩浆)。

该次工作于后塔埠头村水坑南侧20m采集了TB01-1，TB02-3样品，其中TB01-1采于I号矿体，TB02-3采于II号矿体。

样品筛选由河北廊坊区域地质调查所研承担，TB01-1挑选出102个氟碳铈矿单颗粒；TB02-3挑选出220个氟碳铈矿单颗粒。样品制靶由西安瑞石地质科技有限公司完成，TB01-1标出17个单颗粒，TB02-3标出31个单颗粒(图7、图8)。样品测试由南京聚谱检测科技有限公司完成，实验期间：样品TB01-1的2,7,14单颗粒因为太小被击穿；8,9,13单颗粒不是氟碳铈矿；样品TB02-3的2,19,24,31单颗粒因为太小被击穿；8,10,27单颗粒不是氟碳铈矿。

图7 TB01-1氟碳铈矿阴极发光图像(图中的圆圈为测点位置)

采用单颗粒氟碳铈矿Th-Pb定年方法，确定成矿年龄。样品TB02-3氟碳铈U，Th和Pb的测定结果表明，208Pb/232Th的比值很稳定，所以用Th-Pb比值计算其年龄，年龄范围122.1～143.0Ma。用ISOPLOT(Ludwig，2007)计算后得到加权平均年龄为(128.5±2.0)Ma(MSWD=14，图9)。样品TB01-1氟碳铈208Pb/232Th年龄范围125.4～138.9Ma。加权平均年龄为(134.4±1.2)Ma(MSWD=4.1，图10)。

图9 TB02-3氟碳铈矿Th-Pb年龄

2个样品的年龄测试结果表明塔埠头稀土矿形成于(128.5±2.0)Ma～(134.4±1.2)Ma。前人研究认为，玲珑花岗岩形成年龄为150～160Ma，说明稀土矿及赋矿的伟晶岩的形成时间晚于区域性围岩—玲珑花岗岩的成岩时间，即成矿年龄晚于区域花岗岩的成岩年龄。

3 成矿要素和成矿模式

3.1 矿床成矿要素

塔埠头稀土矿的成矿要素包括地质环境和成矿特征两大类(表1)。地质环境有岩石类型、岩石结构、成矿时代、构造背景和成矿环境及5个方面[8]；矿床特征涉及矿物组合、结构构造2个方面。根据成矿要素的重要程度，将成矿要素分为必要、重要2个等级，塔埠头稀土矿成矿要素划分为4个必要要素、3个重要要素(表1)[9-10]。

表1 矿床成矿要素

图10 TB01-1氟碳铈矿Th-Pb年龄

3.2 矿床成矿模式

胶东地区在侏罗纪时岩浆活动强烈，形成玲珑、昆嵛山等大规模花岗岩体。岩浆活动期后分异出碱性正长质岩浆，岩浆沿断裂构造或层间滑动构造侵入到古元古代荆山群中，形成伟晶岩体[11]，伟晶岩中含稀土矿物的热液在适宜部位富集形成稀土矿体(图11)。稀土矿物主要形成于热液阶段[12]。

1—古元古代荆山群野头组蛇纹透辉大理岩；2—中生代燕山早期花岗岩；3—中生代燕山早期花岗伟晶岩；4—云母-蛭石蚀变岩；5—稀土矿体图11 塔埠头稀土矿矿床成矿模式图

4 矿床成因讨论

塔埠头稀土矿中的氟碳铈均产生于长石中[5]，说明氟碳铈矿的形成与长石密切相关，其形成的时间略晚于寄主矿物长石[13]。再者，本次测得塔埠头花岗伟晶岩稀土矿的氟碳铈单颗粒年龄(128Ma，134Ma)均晚于玲珑花岗岩(成矿母岩)的年龄(160～150Ma)。因此，推测岩浆活动后期的热液导致了稀土矿物富集成矿，形成氟碳铈矿[14]。

胶东地区晚中生代时受库拉-太平洋板块的消减带影响，处于壳幔相互作用强烈的构造环境，为岩浆活动及热液上涌提供有利条件[15]。该文测得的稀土氟碳铈矿的年龄为(134.4±1.2)Ma、(128.5±2.0)Ma，恰与早白垩世早期构造—岩浆热事件(135～125Ma)吻合[16]。研究表明，胶东的白垩纪岩浆活动是由早期地壳或花岗岩类经部分熔融或重熔而形成[17]，或者岩浆侵位时与先成地壳或花岗岩类发生了强烈的同化混染[8]。因此，笔者认为莱西塔埠头地区伟晶岩是由一部分玲珑花岗岩熔融而形成，在岩浆侵入到围岩中的降温冷却过程中，形成了塔埠头这一中生代的稀土热液成矿事件。