鄂东南铜山口外围饶家山小岩体锆石U-Pb定年及地质意义

2020-05-30郭宁宁徐江嬿张小波刘俊安

资源环境与工程 2020年1期

郭宁宁, 徐江嬿, 张小波, 刘俊安

(1.湖北省地质调查院,湖北武汉 430034； 2.湖北省地质勘查基金管理中心，湖北武汉 430071)

鄂东南矿集区位于长江中下游铁铜成矿带西部，是该成矿带最为重要的矿集区之一，已探明数十个矽卡岩和斑岩型铁—铜多金属矿床。与成矿有关的岩石类型主要为闪长岩、石英正长闪长玢岩、花岗闪长斑岩、石英正长闪长岩和花岗(斑) 岩[1]。

铜山口铜(钼)矿床位于鄂东南矿集区，是一个大型的矽卡岩—斑岩型复合型矿床。成矿作用与铜山口花岗闪长斑岩,以及三叠系大冶组、嘉陵江组碳酸盐岩有关,斑岩体内部以典型的斑岩型矿化为特征,在斑岩体与碳酸盐岩的接触带则出现典型的矽卡岩型矿化[2]。原宜昌地质矿产研究所的研究人员于1976年和1981年对铜山口花岗闪长斑岩开展过K-Ar测年,4个样品给出的年龄分别为127 Ma(全岩),131 Ma(全岩),132 Ma(全岩)和146 Ma(黑云母)。2006年中国地质大学(武汉)的赵欣福采用40Ar/39Ar测得铜山口矿床成矿作用发生于约(143±0.3) Ma。2015年Xia J L最新的研究表明铜山口岩体形成于(143.5±0.45) Ma，其形成与地壳的缩短、加厚关系密切，富集地幔是其重要源区[3]。

铜山口岩体周围存在较多的中酸性小岩体，这些小岩体是否与铜山口岩体存在一定的时代及成因关联，目前研究并不充分。而这些小岩体可能与铜、钼、金、钨矿床相关。因此研究中酸性小岩体的形成与演化具有重要的理论与找矿勘探意义。

本文选取铜山口西南饶家山五处小岩体、岩脉进行锆石U-Pb定年，获得了高精度的成岩年龄和岩石成因信息。

1 区域地质概况

鄂东南地区在大地构造上隶属下扬子台坪(Ⅱ级)、大冶台褶带(Ⅲ级)的西端。北以襄—广大断裂为界与秦岭—大别造山带相邻，南与江南隆起连接,西以团风—咸宁断裂与梁子湖坳陷接壤，形成一个三角形构造岩浆岩区。工作区位于鄂东南三角区中部。

1.1 地层

除缺失中、下泥盆统和下石炭统外，从寒武系至第四系均有出露。其中下三叠统分布广泛，厚度大，常组成向斜核部，是区内铁、铜成矿最密切的围岩(图1)。区内主要地层由老到新依次如下。

志留系新滩组(S1x)：灰黄、灰绿色页岩、粉砂岩、细砂岩；岩体附近经接触热变质为变质砂岩、变质粉砂岩、角岩、板岩。厚度>600 m。

图1 工作区地质矿产图
Fig.1 Geological and mineral map of the working area

1.白垩系灵乡组；2.三叠系嘉陵江组；3.三叠系大冶组；4.二叠系上统并层；5.二叠系茅口组；6.二叠系栖霞组；7.石炭系黄龙组和大埔组并层；8.泥盆系云台观组；9.志留系坟头组；10.志留系新滩组；11.花岗闪长斑岩；12.流纹斑岩；13.石英闪长玢岩；14.闪长玢岩；15.透辉石闪长岩；16.闪长玢岩；17.石英闪长岩；18.花岗闪长斑岩；19.逆断层；20.实测性质不明断层；21.推测断层；22.矽卡岩；23.铁帽；24.铁矿；25.铜矿。

志留系坟头组第一段(S2f1)：上部灰黄、灰白色薄—中厚层状石英砂岩，夹灰绿、灰黄色泥质粉砂岩、粉砂质页岩；下部灰黄、灰绿色粉砂岩、粉砂质页岩，夹细砂岩薄层和砂质条带。第二段(S2f2)：黄绿、灰绿色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩，夹细砂岩条带。第三段(S2f3)：灰绿、黄绿色薄—中厚层状粉砂质细砂岩、粉砂岩及泥质粉砂岩夹细砂岩。岩体附近经接触热变质为变质砂岩、变质粉砂岩、角岩、板岩。厚度约310～433 m，与下伏新滩组为整合接触。

泥盆系云台观组(D2-3y)：上部紫红色、黄褐色泥质粉砂岩，含粉砂质粘土岩、页岩；下部灰色、杂色薄—中—厚层含砾石英砂岩。厚数米—十余米，与下伏坟头组为平行不整合接触。

石炭系大埔组(C2d)：浅灰色厚层块状白云岩，在岩体附近经热接触变质为大理岩。厚约10～30 m，与下伏云台观组为平行不整合接触。

石炭系黄龙组(C2h)：灰色厚层状生物屑灰岩和鲕状生物屑灰岩，在岩体附近经热接触变质为大理岩。厚约41～60 m，与下伏大埔组为整合接触。

二叠系栖霞组(P2q)：上部深灰、黑色薄—中厚层状含燧石结核生物屑灰岩、层间夹炭质钙质页岩，深灰色含燧石条带薄层状灰岩；下部为深灰色—灰黑色中厚层状含碳质瘤状生物屑灰岩，不含燧石结核。在岩体附近经热接触变质为大理岩。厚度53～320 m，与下伏黄龙组为平行不整合接触。

二叠系茅口组(P2m)：上部为厚—巨厚层状含燧石结核或团块灰岩、生物碎屑灰岩；下部为深灰色燧石结核或燧石条带薄层灰岩，夹薄层含碳质灰岩、灰色厚层状含燧石结核生物屑灰岩。在岩体附近经热接触变质为大理岩。厚度可达130～170 m，与下伏栖霞组为整合接触。

二叠系龙潭组(P3l)：主要由石英砂岩、粉砂岩及炭质泥岩夹薄煤层组成。厚度3～8 m，与下伏茅口组为平行不整合接触。

二叠系下窑组(P3x)：灰—深灰色中—厚层状含燧石结核生物屑灰岩。厚度可达13～31 m，与下伏龙潭组为整合接触。

二叠系大隆组(P3d)：灰—灰黑色薄层状硅质页岩、硅质岩夹炭质页岩、黄绿色页岩，中上部硅质岩中夹灰岩透镜体。厚度2～3 m不等，与下伏下窑组为整合接触。

三叠系大冶组(T1d)：一般以薄层状灰岩为主，在岩体附近经热接触变质为大理岩，与下伏大隆组为整合接触，据其岩性组合特征，可划分为四个岩性段。一段(T1d1)，岩性为页岩夹薄层状灰岩、泥灰岩，或薄层灰岩、泥灰岩夹页岩，本段地层厚7～74 m；二段(T1d2)，以中厚层状灰岩的出现和终止为标志，主要为中厚层状灰岩夹薄层状灰岩，或薄层状灰岩夹中厚层状灰岩，本段地层厚约39～250 m；三段(T1d3)，灰—深灰色薄—中厚层状缝合线灰岩夹薄层灰岩，以薄层状灰岩为主，具缝合线构造特征，下部夹有1～3层紫红色灰岩。本段地层厚91～422 m；四段(T1d4)，上部为灰白色微带红色厚层状鲕状白云岩，下部为厚层状灰质白云岩、白云岩。本段地层厚约77～150 m。

三叠系嘉陵江组(T1-2j)：主要为灰色中—厚层状白云岩、白云质灰岩夹微晶灰岩、“盐溶角砾岩”，在岩体附近经热接触变质为大理岩，据其岩性组合特征，可划分为三个岩性段，与下伏大冶组为整合接触，地层厚度可达720 m。一段(T1-2j1)，为灰—灰黄色、肉红色薄层状白云岩，具泥质条纹特征。二段(T1-2j2)，为灰—深灰色中厚层状灰岩，具缝合线构造，局部见泥质条纹。三段(T1-2j3)，为灰—深灰色薄层状鲕状白云岩、角砾状白云岩。

1.2 岩浆岩

以燕山期为主，次为喜山期，有三个侵入或喷出阶段(燕山早期、燕山晚期、喜山早期)六次侵入活动。形成了阳新岩体和多处小岩体，是区域内金属矿床的重要岩浆源。小岩体及岩脉共有十多处，岩性有花岗闪长斑岩、石英闪长玢岩、石英闪长斑岩及闪长玢岩等。

铜山口岩体位于鄂东南矿集区中南部，灵乡岩体的南缘中部。其出露形态似上大下小的蘑菇状，略呈北西向椭圆形，中心直径500～600 m，出露面积0.33 km2，分别由东部的铜山口岩株和西部的狮子山岩株组成，是燕山期岩浆多期次侵入的复式岩体。按侵入的先后顺序，依次为花岗闪长斑岩株、花岗闪长斑岩脉、石英二长斑岩筒和花岗细晶斑岩[4]。其中，花岗闪长斑岩株是杂岩体的主体，与成矿作用关系密切。岩体内部向围岩蚀变分带依次为:钾硅化带—绢英岩化带—矽卡岩化带—蛇纹石化带—碳酸盐化带。

1.3 构造

自古生代以来，经历了多旋回构造运动的演变，形成了多层次、多级别、多样式叠加、改造的构造格局，构造线方向以近东西和北北东向为主，次为北东向和北西向。这些构造分别控制了区内矿田和矿床，各自起着导矿、配矿及容矿作用。

工作区处于殷祖复式背斜北翼之次级褶皱竹林柯向斜东段，该褶皱在区内表现为一向东扬起的宽缓向斜，走向近东西，核部地层为茅口组—栖霞组地层，两翼为志留系地层，北翼地层向南倾，倾角25°～40°，南翼北倾，倾角15°～25°。

区内断裂构造北东向最为发育，其次为北西向与层间断裂。其特征如下:

北东向断裂区内单条长度1.2～5 km不等，走向32°～48°，倾向南东，倾角35°～80°不等，破碎带宽2～10 m，构造岩在碎屑岩地层和石英闪长玢岩内表现为碎裂岩—碎斑岩，在灰岩地层则表现为构造角砾岩。破碎带内见多量次生方解石(脉)。

北西向断裂位于工作区北部，区内长度1.2 km，走向340°，倾向不明。构造岩为断层角砾岩，可见宽度5～8 m。

北东、北西向断裂应为与褶皱同期形成的共轭断裂，断裂形成后具有多次活动。最明显的表现为切断了后期侵入的小岩体。

1.4 变质作用

主要为热接触变质作用和接触交代变质作用。

热接触变质作用主要形成大理岩或角岩，是成矿作用前的变质作用。工作区东与殷祖岩体相邻，区内北东部热接触变质作用普遍，碎屑岩变质为堇青石角岩类及角岩化粘土质粉砂岩；碳酸盐岩形变为大理岩及白云石大理岩，变质程度总体上自东向西变弱。小岩体边部可见有宽10～100 m不等的大理岩带及角岩带。

接触交代变质作用在岩浆岩与碳酸盐岩的接触带，形成斜长石岩—矽卡岩为主的高温接触交代变质岩系，与铜(铁)、钼矿成矿关系密切。

动力变质见于断裂破碎带中，形成的动力变质岩有构造角砾岩、碎裂岩—碎斑岩等。

2 采样区地质特征及采样位置

采样区位于大冶市区南西22 km处，铜山口南西3.5 km处，为陈贵、灵乡、刘仁八三镇交界地段。出露地层为古生代志留系—二叠系，其中志留系与泥盆系为碎屑岩，石炭系与二叠系以灰岩为主(图2)。处于殷祖复式背斜北翼之次级褶皱竹林柯向斜东段，该褶皱在区内表现为一向东扬起的宽缓向斜，走向近东西，核部地层为茅口组—栖霞组地层，两翼为志留系地层，北翼地层向南倾，倾角25°～40°，南翼北倾，倾角15°～25°。区内断裂构造北东向最为发育，主要为F1-F4，其次为北西向与层间断裂。

区内岩浆岩主要为小岩体及岩脉，共有十多处，岩性有花岗闪长斑岩、石英闪长玢岩、石英闪长斑岩及闪长玢岩等，其中规模较大及有意义的共有5处。

Ⅰ号花岗闪长斑岩：分布在工作区北部南山茶场一带，斑岩体沿大埔组内层间侵入，地段地表局部宽度达40 m(厚度约20 m)，上(北)接触带可见透镜状矽卡岩及铜矿化；以西另有3处沿大埔组分布的花岗闪长斑岩露头应为同一岩脉。

Ⅱ号石英闪长玢岩：位于工作区西部大王山附近，走向68°，区内长约900 m，宽50～150 m。围岩为大埔组—栖霞组地层，沿岩体可见宽10～30 m有大理岩化带，东端膨大部位接触部位可见有透镜状铁帽分布，铁帽中除弱金矿化外，未见其它矿化现象。

Ⅲ号石英闪长玢岩：区内出露的规模最大的岩浆岩。位于工作区南缘冯家垅一带，区内长度约3.5 km，地表宽度60～120 m，总体走向近东西，倾向北，倾角28°～35°(与地层产状相近)，围岩为坟头组。未见明显异常。

Ⅳ号石英闪长斑岩：见人工露头长62 m，露头近东西向展布，地表未见其它露头，岩体形态不明。地表见含铜黄铁矿体。

Ⅴ号石英闪长斑岩：位于Ⅳ号岩体南西800 m处，近东西向展布，地表长约150 m，宽60 m，岩体被北东向断裂错断。见铜元素异常。

本次工作主要对这5个小岩体、岩脉进行采样，在地表共采集110个锆石样品(图2)。

图2 采样区地质图
Fig.2 Geological map of sampling area

1.第四系残坡积；2.二叠系茅口组；3.二叠系栖霞组；4.石炭系黄龙组；5.石炭系大埔组；6.泥盆系云台观组；7.志留系坟头组；8.志留系新滩组；9.花岗闪长斑岩；10.石英闪长斑岩；11.石英闪长玢岩；12.闪长玢岩；13.实测断层及编号；14.推测断层；15.采样小岩体编号及位置。

3 分析方法

本次检测由南京聚谱检测科技有限公司完成，共110点锆石。检测方法为激光剥蚀电感耦合等离子质谱(LA-ICP-MS)，使用的仪器型号为Agilent7700X。检测依据为《岩石中铅、锶、钕同位素测定方法》(GB/T 17672—1999)。

4 分析结果

5处小岩体、岩脉的锆石U-Pb定年结果见图3。

岩体Ⅰ谐和年龄=(141.46±0.41) Ma，206Pb/238U加权平均=(141.5±1.1) Ma，为早白垩世；

岩体Ⅱ谐和年龄=(148.4±1.1) Ma，206Pb/238U加权平均=(148.5±2.8) Ma，为晚侏罗世；

岩脉Ⅲ谐和年龄=(142.5±1.0) Ma，206Pb/238U加权平均=(142.5±1.1) Ma，为早白垩世；

岩体Ⅳ谐和年龄=(140.9±0.53) Ma，206Pb/238U加权平均=(140.9±1.5) Ma，为早白垩世；

图3 岩体I-V谐和年龄及206Pb/238U加权平均年龄
Fig.3 Concordant age and206Pb/238U weighted average age of rock mass I-V

岩体Ⅴ谐和年龄=(141.4±0.56) Ma，206Pb/238U加权平均=(141.4±1.4) Ma，为早白垩世。

5 讨论

5.1 成岩时代

最近的锆石U-Pb年代学研究表明，铜山口岩体形成于(143.5±0.45) Ma，本文的5处小岩体、岩脉的成岩时间分别为(141.5±1.1) Ma、(148.5±2.8) Ma、(142.5±1.1) Ma、(140.9±1.5) Ma、(141.4±1.4) Ma，与铜山口的花岗闪长斑岩体几乎是同时形成的,相当于晚侏罗世—早白垩世。

5.2 成矿动力学背景

综合已有的资料来看，长江中下游地区内多数中酸性侵入岩具有类埃达克(adakite)地球化学特征，暗示该地区晚侏罗世末—白垩纪存在较厚的地壳。岩石学和地球物理资料均表明，晚侏罗世以来，该地区存在明显的玄武质岩浆底侵作用，可能导致地壳增厚。后来，软流圈上涌诱发了下地壳重熔作用；同时，玄武质岩浆底侵作用加强，使得玄武质岩浆与中—新元古代下地壳重熔的岩浆混合，形成了晚侏罗世末—早白垩世的大规模岩浆活动，并伴有大规模的成矿事件[5]。

Li et al.的研究也表明，鄂东南地区铜山口等埃达克质岩的形成与伸展构造背景下富集地幔岩石圈的部分熔融以及这种部分熔体的分离结晶作用有关[6]。铜山口侵入体源于富集地幔的部分熔融，成岩过程中有少量的地壳物质混入并发生铁镁质物质分离结晶作用。强烈的岩石圈伸展及玄武岩浆底侵为大规模岩浆活动提供了必要的动力学环境，也为成矿作用带来了丰富的热能、流体及金属成矿元素。

5.3 成矿及找矿意义

在铜山口及狮子山存在大型的矽卡岩—斑岩型铜钼矿床，同时其外围形成于同一时期的小岩体同样具有形成斑岩型铜钼金矿床的成矿地质条件。

前期在地表检查中，Ⅰ号花岗闪长斑岩沿大埔组内层间侵入，接触带可见透镜状矽卡岩及铜矿化。Ⅱ号石英闪长玢岩，围岩为大埔组—栖霞组地层，沿岩体可见宽10～30 m有大理岩化带，东端接触部位可见有透镜状铁帽分布，铁帽中具弱金矿化。Ⅲ号石英闪长玢岩，围岩为坟头组，见少量黄铁矿化。Ⅳ号石英闪长斑岩，围岩为坟头组角岩，地表见含铜黄铁矿体。Ⅴ号石英闪长斑岩，围岩为坟头组角岩，见铜元素异常，矿体单工程平均品位为0.584%，厚度5.5 m。这些矿化信息都为该区提供了详细的找矿资料。