山东玲珑花岗岩内脉岩年代学特征及地质意义

李洪奎，张玉波，陈莉，王敏，梁太涛，陈国栋

(山东省地质科学研究院，自然资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室，山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，山东 济南 250013)

0 引言

山东胶东地区发育有二大侵入岩浆岩带，一是平度-招远-蓬莱岩浆岩带，二是崂山-海阳-文登-威海岩浆岩带。在二大岩浆岩带中，分布有三大脉岩带(群)，它们是玲珑-招风顶脉岩带(M1)、巨山-龙门口脉岩带(M2)和崂山-大珠山脉岩带(M3)(图1)。对于脉岩带(群)的形成时代，历来争议颇大。宋明春等认为三大脉岩带(群)都是燕山晚期的产物，按其形成时序分为燕山晚期早、中、晚期脉岩带[1]。李洪奎在研究胶东金矿成矿环境时认为脉岩带(群)与构造-岩浆事件密切相关，玲珑-招风顶脉岩带是玲珑花岗岩侵位后伸展的物质反映[2-6]。张增奇等根据脉岩与侵入岩产出的依附关系将玲珑-招风顶脉岩带置于玲珑岩体之后为晚侏罗世脉岩，巨山-龙门口脉岩带放入伟德山侵入岩之后属早白垩世中期，而崂山-大珠山脉岩带则列入崂山花岗岩之后属早白垩世晚期[7]。王建国等认为招远地区中基性脉岩形成年代包含了金的成矿年龄阶段，是与金成矿同时的产物，其形成年龄为130～110Ma[8]；梁亚运等对胶东地区脉岩成因与金成矿关系进行了研究[9]，认为胶东脉岩与金矿联系最紧密的是早白垩世镁铁质脉岩，它们在空间上紧密共生，在时间上属于同一时代，为相同构造背景的产物；许多学者对胶东地区脉岩尤其是煌斑岩与金矿的关系进行了较为广泛的研究[10-13]。该文是在前人研究基础上，以招远石门郭家-谢家庄一带的石英闪长玢岩脉岩为研究对象，对脉岩中的锆石采用LA-ICP-MS法进行单颗粒锆石微区U-Pb年龄测定，试图对玲珑-招风顶脉岩带的形成时代作进一步探讨研究,厘定其时代并探讨脉岩与金矿形成的关系。

1 地质背景

胶东地区位于华北板块东南端，因盛产金矿而吸引国内外众多地质学者和专家来此进行地质研究。在大地构造位置上，该区地跨华北板块和苏鲁造山带二个Ⅰ级大地构造单元[2-3,14-15]，进一步分为胶北隆起、威海隆起和胶莱盆地。在隆起区内前寒武纪基底主要包括中-新太古代表壳岩(唐家庄岩群和胶东岩群)、TTG质片麻岩和古元古代荆山群、粉子山群、芝罘群及新元古代蓬莱群，中生代花岗岩广泛发育；而在盆地区则发育白垩纪莱阳群、青山群和王氏群及新生界。

胶东地区最醒目的特征是平度-招远-蓬莱和崂山-海阳-文登-威海二大岩浆岩带，以中--酸性花岗岩和碱性岩为主，包括晚三叠世碱性正长岩-正长花岗岩系列、中侏罗世花岗闪长岩-二长花岗岩系列、晚侏罗世玲珑二长花岗岩系列、早白垩世郭家岭花岗闪长岩、伟德山花岗闪长岩-二长花岗岩和崂山晶洞碱性正长岩系列等(图1)。在上述不同时代的花岗岩体内，中基性、中酸性脉岩十分发育，形成胶东地区著名的三大脉岩带(群)，脉岩多呈NE,NEE向展布，少量呈近EW向或NWW向，其产出密度多在5～15条/1000m,出露宽0.5～10m不等，在招远城南等地密度最大，达到46条/1000m。

研究区位于招远市南西约6km、大户陈家乡东3km处石门郭家-谢家庄一带(图1)，区内出露的主体岩性为玲珑花岗岩之九曲弱片麻状细中粒含石榴二长花岗岩、崔召中粒黑云二长花岗岩和郭家店中粗粒二长花岗岩，三者为侵入接触关系。在花岗岩体内广泛发育各种脉岩，脉岩均穿切玲珑花岗岩所属的单元，脉岩岩性主要为石英闪长玢岩、闪长玢岩、花岗闪长斑岩、石英二长斑岩、花岗斑岩、石英脉及少量的中基性脉岩(图2)。对于脉岩的产状研究者无分歧，但对于脉岩的产出时代则存有较大分岐和不同认识。

1—郭家店中粗粒二长花岗岩；2—崔召中粒二长花岗岩；3—九曲弱片麻状细中粒二长花岗岩；4—石英闪长玢岩/闪长玢岩；5—花岗闪长斑岩/石英二长斑岩；6—花岗斑岩/含金石英脉；7—地质界线；8—取样点位置及编号图2 研究区地质及采样位置图

2 样品采集与分析

2.1 样品采集

该文所研究的脉岩为产于玲珑花岗岩中的石英闪长玢岩，样品采自招远南西部石门郭家-谢家庄一带的玲珑花岗岩中，来自路边采石场中挖开的新鲜岩石，样品重量为60kg，共采集3个样品，编号为D181199 XT1-XT3。D181199XT1直角坐标为X=4136650.50,Y=21264200.35；D181199 XT2直角坐标为X=4136096.75,Y=21264510.70;D181199 XT3直角坐标为X=4135654.40,Y=21265557.80。

2.2 分析方法与精度

2.2.1 单颗粒锆石挑选

单颗粒锆石挑选由廊坊市诚信地质服务有限公司完成，对所取岩石破碎到40目后进行粗淘，再经过精淘后对样品进行强磁选、电磁选和重液分离，在双目镜下挑选单颗粒锆石2g或每个样品挑选出不少于100粒锆石,挑选出的单颗粒锆石以备用于做LA-ICP-MS法锆石微区U-Pb年龄测定。

2.2.2 锆石微区U-Pb年龄测定

锆石微区U-Pb年龄样品分析由中国冶金地质总局山东局测试中心完成。仪器型号为ThermoX2电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS，美国Thermo公司)，可在碰撞池条件和正常条件下运行，LA-ICP-MS激光剥蚀系统为美国Coherent公司生产的193nmArF准分子系统。分析条件:激光器波长为193nm，束斑直径为4/10/20/30/40/50/60/70/80/100/120μm可调。激光剥蚀采样过程以氦气作为载气，在束斑直径为30μm、频率为10Hz、能量密度约为8J/cm2激光剥蚀条件下，线扫描方式剥蚀NIST SRM 610可获得：238U灵敏度可达6×105cps/ppm；208Pb灵敏度可达3.5×105cps/ppm；氧化物产率Th0/Th<0.1%，204Pb气体空白<100cps，绝大部分元素(REE，U，Th，Pb)RSD<3%。未知样品测试时采样方式为单点剥蚀、跳峰采集；单点采集时间模式为：30s气体空白+50s样品剥蚀+30s冲洗；每5～10个未知样品点插入一组标样(锆石标样和成分标样)。采用91500(年龄为1064±2Ma)作为外标进行基体校正；成分标样采用NIST SRM 610，其中29Si作为内标元素。样品的同位素比值及元素含量计算采用ICPMSDATACAL程序，普通铅校正采用Anderson(2002)提出的ComPbCorr#3.17校正程序，U-Pb谐和图、年龄分布频率图绘制和年龄权重平均计算采用Isoplot/Ex_ver 3程序完成。

LA-ICP-MS进行锆石定年的灵敏度和信号稳定性将直接影响最终同位素比值的误差，因此仪器参数优化将直接影响最终的结果，利用深紫外激光易于为样品吸收并且能量较高的优点，在优化仪器各个参数后，该研究中40μm的激光剥蚀斑径条件下，238U的灵敏度一般大于800cps/μg·g-1，而一般的锆石样品中238U的含量>50μg·g-1，从而得到238U的信号>40000 cps，四极杆质谱测定此强度能够得到准确度和精度都较好的结果。

3 测试结果及地质解释

3.1 锆石特征

单矿物锆石挑选由廊坊市诚信地质服务有限公司完成，在双目镜下挑选单颗粒锆石并对锆石晶形特征进行了鉴定(表1)。从表1中可知：锆石类型具有由柱面{100}不发育的柱面{110}、锥面{111}{311}{131}组成聚形，呈棱角至次棱角状，由柱面{110}不发育的柱面{100}、锥面{311}{131}不发育的锥面{111}组成聚形，由柱面{100}、锥面{311}{131}不发育的锥面{111}组成聚形和由柱面{100}、锥面{111}组成聚形，呈棱角至次棱角状。由柱面{110}不发育的柱面{100}、锥面{311}{131}不发育的锥面{111}组成聚形及由柱面{100}、锥面{311}{131}组成聚形，锆石呈次棱角状，具有典型的岩浆锆石之特点，符合颗粒锆石进行年代学分析的要求。

3.2 锆石U-Pb同位素年代测试结果

从石门郭家-谢家庄所取的石英闪长玢岩中分选出的锆石多为自形中长柱状，相应透射光图像显示，锆石发育环带结构，属岩浆结晶成因锆石，但常见锆石发育深灰色边缘，构成核-幔结构。该次研究采用LA-ICP-MS法单颗粒锆石技术完成了每个样品30个锆石测点的U-Pb同位素年龄测定工作，实际用于测试年龄的数据为25测点，测定数据结果见表2。单颗粒锆石CL图像及测试点靶位见图3。

由表2可见，测年数据中207Pb/206Pb的误差在0.001～0.007之间，其可信度高。锆石U含量变化较大，含量为(37.11～828.15)×10-6，平均329.54×10-6，Th含量为(14.17～926.18)×10-6，平均208.69×10-6，Th/U比值为0.17～1.95，平均值为0.46，均为岩浆锆石。对锆石进行了25个点次的分析，25个点的207Pb/235U和206Pb/238U年龄都在谐和线上及其附近(图4，图5)。

图4显示，D181199 XT1的25个点的206Pb/238U加权平均年龄为119.5±0.9Ma，可以代表石英闪长玢岩的形成年龄。图5中D181199 XT2的25个点的206Pb/238U加权平均年龄出现了3组，为176±7.0Ma,156±5.9Ma和118±2.2Ma三组年龄，其中118±2.2Ma可以代表石英闪长玢岩的形成年龄，而176±7.0Ma,156±5.9Ma说明了在上侵过程中的继承性及捕获性，156±5.9Ma年龄与玲珑花岗岩形成时代相近，可能有同期脉岩的存在。图6中D181199 XT3的25个点的206Pb/238U加权平均年龄为116±1.4Ma，可以代表石英闪长玢岩的形成年龄。

表2 石英闪长玢岩脉锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄数据分析

续表2 石英闪长玢岩脉锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄数据分析

图3 单颗粒锆石CL图像及测试点靶位

图4 XT1样品LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测试图

图5 XT2样品LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测试图

图6 XT3样品LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测试图

4 讨论

4.1 关于脉岩的形成时代及构造环境

脉岩是岩浆作用过程中一定阶段的产物，一般形成于大规模岩石圈伸展构造背景下[16-17]。脉岩既可以代表源区物质，又可以反映源区构造应力场，同时也是有效的找矿标志[18]。玲珑花岗岩中的脉岩成分十分复杂，几乎包括了所有的岩浆岩类型，从超基性--基性到中酸性以及碱性脉岩皆有出露，主要有煌斑岩、闪斜云斑岩、辉绿玢岩、辉长岩脉、石英闪长玢岩、闪长玢岩、花岗闪长斑岩、石英二长斑岩、花岗斑岩、二长斑岩、正长斑岩、石英脉和碳酸岩岩脉等，它们应是不同构造期和不同时代的综合产物。李洪奎等认为晚侏罗世玲珑花岗岩组合，是区域构造挤压导致地壳增厚引起地壳重熔的产物，其后的伸展引张形成了玲珑花岗岩中各种密集分布的脉岩群[2-3,6,19]。该次研究三个样品得出了119.5±0.9Ma,118±2.2Ma和116±1.4Ma相对较为集中的年龄，说明116～120Ma是一次区域性的伸展事件，暗示了与该期金矿形成的等时性。郭瑞朋等在进行山东省莱州-招远金矿整装勘查区综合研究时(1)山东省地质调查院，山东省莱州-招远金矿整装勘查区综合研究报告，2017年。，在招远谢家庄村北蚀变闪长玢岩中获得117.6±2.2Ma(SHRIMP锆石U-Pb)的数据，在招远谢家庄村北石英二长斑岩中获得116.1±1.7Ma(SHRIMP锆石U-Pb)的年龄，在招远市东观-梁郭镇石门孙家村石英闪长玢岩中获得118±3Ma(LA-ICP-MS锆石U-Pb)的年龄，在莱州市柞村镇东朱宋村采石场辉石闪长玢岩中获得120±4Ma(LA-ICP-MS锆石U-Pb)的年龄，这些脉岩的年龄在116～120Ma之间，应属早白垩世早期的产物。李俊建在玲珑金矿田欧家夼西北山坡水渠边花岗斑岩中获得120±4Ma(SHRIMP锆石U-Pb)的年龄[20]，认为此与金矿形成年龄相近。梁亚运等[9]研究得出胶东脉岩主要形成时间在135～115Ma之间，结合年代学与Sr-Nd-Pb同位素约束，胶东金矿区大量镁铁质脉岩源于太平洋板块俯冲作用形成的富集岩石圈地幔，在构造复杂区域脉岩源区受到相应的影响，如玲珑地区少量镁铁质脉岩源自亏损地幔，是早白垩世的产物。孙雨沁采自与玲珑金矿55号脉具同期金矿化的云斜煌岩脉的年龄为127.6±2.5Ma(SHRIMP锆石U-Pb)为金矿成矿年龄，同时采自后地金矿的矿化闪长玢岩脉成岩年龄为142.77±0.96Ma[21](SHRIMP锆石U-Pb)，说明玲珑花岗岩中的脉岩形成区间在142～115Ma之间，应属多期岩浆活动的结果。

综合前人对脉岩研究得出的年龄数据表明：玲珑花岗岩中的脉岩尤其是石英闪长玢岩(闪长玢岩)的年龄最大值为142.77±0.96Ma，最小值为115Ma，多集中在116～120Ma，说明玲珑花岗岩中的脉岩至少有二期，一期在140Ma左右，另一期在118Ma左右(取平均值)，代表了岩石圈伸展构造背景在玲珑花岗岩体内伸展作用具体体现，也说明在玲珑花岗岩侵位后发生了二次伸展作用。同时，在D181199XT2样品中所获得的176±7.0Ma,156±5.9Ma和118±2.2Ma三组年龄，118±2.2Ma代表了石英闪长玢岩的成岩年龄，而176±7.0Ma,156±5.9Ma年龄可能是脉岩岩浆在上侵过程中，捕获了先前存在的岩体或玲珑花岗岩的地质信息，是一组继承性或捕获性年龄，这组年龄与玲珑花岗岩成岩年龄(160～150Ma)相近，在单颗粒锆石中同时保存三个年龄的岩浆作用信息，其可视为胶东地区玲珑花岗岩交代重融岩浆演化的缩影，对了解本区的深部岩浆作用过程提供了有力的证据，可追踪原岩产出的构造信息[14,18]。

4.2 脉岩与金矿关系

脉岩对金矿形成的作用已引起众多地质学者的重视，也有学者认为胶东金矿的形成与基性脉岩有关，尤其是煌斑岩与金矿的关系，代表了金质是幔源成因的观点[22-29]。毛景文等[30]认为金矿成矿作用与中基性岩墙在时间上和空间上具有一致性，煌斑岩墙和中基性岩墙广泛出现于几乎各个金矿区,成岩时代103～123Ma与金矿成矿时代几乎完全吻合，多阶段煌斑岩墙和长英质岩墙既反映了在成矿期间发生了强烈壳幔作用,又暗示出岩墙所占据的断裂可能是成矿时流体活动的通道。王建国等[8]认为金成矿作用的发生与脉岩有着时间上的相近性、空间上的相依性,以及近同源性特点；马芳[31]研究切割焦家金矿矿体的云斜煌岩的K-Ar年龄为93.5±1.4Ma，限定了焦家金矿的成矿下限。山东省地质科学研究院在开展山东胶东金矿与深源脉岩关系研究时总结了三期基性脉岩的形成时限与金矿成矿的关系(2)山东省地质科学研究院，山东胶东金矿与深源脉岩关系研究报告，2015年。，成矿前深源脉岩(拉辉煌斑岩、煌斑岩、云斜煌岩等)具有较明显的被矿脉穿插特征，其形成年龄142.4±1.0Ma～188.6±1.0Ma,代表了具幔源特征的深源脉岩。成矿期深源脉岩本身含金，与含金石英脉及蚀变岩等共生构成矿体，其成岩年龄112.23±0.65Ma～126.50±0.54Ma，这些深源脉岩均含有自然金，锆石晶形与幔源岩浆锆石晶形相同。而成矿后深源脉岩穿切金矿体，成岩年龄83.03±0.76Ma～87.8±1.3Ma，具有明确的限时性特征。

如果我们把胶北地区中基性--酸性脉岩岩石组合与其形成的构造环境相对应并相互结合起来可知：脉岩的形成是在岩浆侵入热事件之后的一次强烈的伸展作用的结果，而金矿形成大都是在伸展构造环境中形成的[32-33]，这也解释了脉岩与金矿形成之间的内在动力学原因。金矿的形成毕竟是在长期地质作用过程中的最终产物，它是地质作用的一个特殊组成部分，脉岩对金矿的形成也起了一定的贡献度。

5 结论

(1)玲珑花岗岩中的脉岩是在岩体形成之后地壳在拉张环境下侵位中浅成脉岩，其岩性复杂，包含了基性、中性、酸性和碱性成份的各种脉岩，但以闪长玢岩、花岗斑岩为主体。

(2)采自招远南西部石门郭家-谢家庄一带的三组石英闪长玢岩，获得LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为119.5±0.9Ma,118±2.2Ma和116±1.4Ma，代表了石英闪长玢岩的成岩年龄，而在D181199 XT2样品中所获得的176±7.0Ma，156±5.9Ma和118±2.2Ma年龄，后者代表了石英闪长玢岩的成岩年龄，前二个年龄可能是脉岩岩浆在上侵过程中，捕获了先前存在的岩体或玲珑花岗岩的地质信息，是一组继承性或捕获性年龄。

(3)根据前人在玲珑花岗岩中所采集闪长玢岩脉SHRIMP U-Pb年龄为142.77±0.96Ma和该次所采的闪长玢岩脉年龄数据综合分析，认为玲珑花岗岩成岩后至少有二期脉岩侵位，一期发生在142Ma左右，另一期发生在118Ma期间，可能代表了二期地壳浅层次的伸展作用。

(4)胶东地区中基性--酸性脉岩形成的构造环境、成岩时限与金矿有着内在的成因联系，中基性脉岩中有一期与金矿形成关系密切。

致谢：感谢审稿专家对稿件质量的提升提出的修改意见。