安徽省宿州栏杆辉绿岩型金刚石矿床斜锆石Pb-Pb年龄及其地质意义

2018-10-26马玉广朱仁智

安徽地质 2018年3期

马玉广，朱仁智

（1安徽省地质矿产勘查局第二水文工程地质勘查院，安徽芜湖 241000；2 南京大学，江苏南京 210000）

0 引言

安徽省宿州栏杆金刚石矿区，位于我国“华北地台郯庐金刚石重要成矿带”的南部，该成矿带包含了辽宁瓦房店、山东蒙阴、江苏徐州和安徽宿州等区块。自20世纪60、70年代开始，原地矿部、各省地矿局陆续以专项勘查经费投入了大量的地质、科研工作，先后在山东蒙阴和辽宁瓦房店发现了金伯利岩型金刚石矿床和苏皖砂床点，已确定原生矿的时代辽宁瓦房店（455～460 Ma）、山东蒙阴（450～490 Ma）。2009年11月，安徽省国土资源厅启动地勘基金项目“安徽省宿州市栏杆-褚栏地区金刚石普查（项目编号2009-20）”，于2010年5月首次在安徽境内发现原生金刚石矿，2017年6月提交小型辉绿岩型金刚石矿床1处。五十多年来，前人对宿州栏杆矿区也进行了大量的研究工作，但对于含矿“老寨山辉绿岩体”成岩年龄的研究相对较少，已有的结果主要有：“安徽省灵、宿、砀幅1∶20万区调报告” K-Ar法年龄447.6 Ma；1987年的“安徽省区域地质志”，则根据角闪石K-Ar法定龄706 Ma；王清海等（2011）认为栏杆地区的辉绿岩形成于890 Ma。三者年龄相差很大，有待进一步研究确认。基于此，本文挑选7件辉绿岩样品斜锆石SIMS Pb-Pb定年测试，以期精确厘定宿州栏杆地区辉绿岩型金刚石矿的形成时代，进而对区内及外围找矿指明方向。

1 区域及矿床地质概况

安徽省宿州栏杆金刚石矿区构造位置，处于华北克拉通东部徐淮地块东南缘，郯庐断裂带西侧、宿州断裂北侧，是我国重要的金刚石成矿带。区内基底为古元古界—新太古界五河岩群和中元古界凤阳群，同位素年龄为1878～2963Ma，总厚度大于6000 m。盖层只发育新元古界青白口系、南华系、震旦系（史家组、望山组、金山寨组、沟后组）及古生界寒武系（猴家山组、昌平组、馒头组、毛庄组、徐庄组、张夏组），下（早）奥陶统的石英岩、灰岩、页岩等，总厚达7000 m。

与宿州栏杆金刚石矿有关的“老寨山辉绿岩体”[1]位于宝光寺、猫头山至老寨山、大堂山一带（图1），呈北北东向条带状展布，在区内长度大于19 km（向北延入江苏境内），最宽1.6 km（猫头山—老寨山一带），面积约30km2。老寨山岩体呈岩床状产出，顺层侵入望山组、史家组围岩中，接触面产状与地层产状一致，猫头山处305°∠20°，老寨山西270°∠10°，老寨山东275°∠15°。

按岩体结构可分为两个相带：边缘相为细粒结构，中部相为中粗粒结构。辉绿岩呈灰绿、灰黑色，风化后呈深棕色，具辉绿结构及含长结构，矿物成分有拉长石60%～ 65%，普通辉石30%～40%，磁铁矿5%，钛磁铁矿5%，局部含少量橄榄石、石榴子石、钛铁矿、榍石、磷灰石、石英等。岩石化学成分：SiO245.59 %～ 47.96%，TiO21.50%～3.95%，Fe2O33.52%～9.16%，FeO 6.67%～9.13%，MgO 3.97%～7.90%，Na2O 2.38%～2.88%，K2O 0.35%～1.76%，CaO 6.96 %～11.88%，MnO 0.12 %～ 0.23%。微量元素中，以亲铁元素为主， Ti、V最高达＞0.1%，Ni 0.015%，Cr 0.045%；亲硫元素的Cu 0.01%～0.015%。目前已获得金刚石（333+334）类矿物量25.92×104Ct（5184×104mg）（矿石量1637.08×104m3），矿床平均品位3.167mg/m3。

2 样品采集与测试分析

图1 安徽宿州栏杆金刚石矿区地质图Fig.1 Geological map of the Langan diamond field in Suzhou, Anhui Province

基性岩是研究深源岩浆活动的主要载体，但对其精确定年较难[2]，常见定年方法中：K-Ar定年容易受到Ar丢失和继承Ar影响[3]，全岩Rb-Sr或者Sm-Nd定年易受到地壳物质混染和变质再平衡影响[4]，锆石U-Pb定年中常出现继承性锆石和Pb丢失现象[5]，这些方法均很难获得准确的年龄。相比较于这些方法，斜锆石U-Pb和Pb-Pb定年被认为是目前基性岩定年中最可靠的方法[6]，这主要因为斜锆石具有以下特征：①斜锆石是岩浆晚期结晶的矿物；②斜锆石具有高U值和可忽略的原始Pb含量；③斜锆石几乎无捕掳晶成因；④斜锆石几乎无Pb丢失。

本次取7件辉绿岩样品，通过单矿物分选获得斜锆石，在镜下挑选26颗代表性斜锆石晶体，呈半透明，部分透明，黄棕色，半自形，短柱状到长柱状，粒径30～ 100 μm，长/宽比为1∶1～4∶1。

本次斜锆石SIMS Pb-Pb定年测试在中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室完成。实验仪器为Cameca IMS-1280 HR离子探针（SIMS）。该离子探针配备5个接收器和高精度核磁共振控制器，可精确控制磁场漂移。斜锆石Pb-Pb法采用O-2一次离子，使用4000分辨率，传输效率可达75%以上；用NMR控制器将磁场漂移控制在± 2.5×10-6/16 h以内；采用Cameca SIMS独有的吹氧技术，可以使斜锆石的二次Pb+产生率提高7倍；使用了4个EM接收器，同时测量204Pb、206Pb、207Pb、208Pb，有效地降低了一次束波动对测量结果的影响。

3 测定结果

本次选择11DK04-5作为平行样测试二遍，一致性较好。7件辉绿岩样26个斜锆石Pb-Pb同位素测试结果于表1，207Pb/206Pb年龄为898～920 Ma，207Pb/206Pb加权平均年龄为913 ± 4 Ma (MSWD =0.72)（图2、表1）。

4 地质意义

本次斜锆石Pb-Pb定年的结果表明，宿州栏杆赋金刚石矿的辉绿岩成岩年龄为（913±4Ma），形成于新元古代青白口纪（Qb）早中期，即凤阳运动晚期。因此，宿州栏杆金刚石矿载体辉绿岩，为华北地台基底形成、基性超基性岩浆侵位同一事件的产物，为本区及外围金刚石找矿指明了方向。

图2 11DK04中辉绿岩斜锆石背散射（BSE）图像和SIMS 207Pb/206Pb加权平均年龄Fig.2 Back scattering (BSE) images of baddeleyite from diabase in 11DK04 and the weighted average age of SIMS 207Pb/206Pb

同时，本次同位素测定宿州栏杆地区辉绿岩成岩年龄为新元古代青白口纪（Qb）早中期，其侵入最新围岩望山组至少为新元古代早期青白口系（Qb）。这为近年来一些学者提出的“望山组地层相当于我国华北青白口系上部”观点提供了佐证。据 ①杨杰东等[7]和郑文武等[8]分别对望山组中石灰岩进行了Sr,C同位素测试,并与其他新元古代地层进行对比,结果推测望山组的年龄可能为830Ma;②张丕浮[9]对苏皖北部、辽东半岛、本溪等地进行地层划分时,将栏杆地区的望山组地层划分到震旦系以前。这些研究成果，为后续“安徽省地质志”修编，有关“望山组”地层年代界定提供了同位素测龄依据。