西秦岭德乌鲁—美武地区中生代岩体年代学、地球化学特征及与成矿关系研究

何彤彤 华永成 逯文辉

摘要：西秦岭是中国内生矿床的重要成矿带之一，目前已经查明的有铜、钼、铅、锌、金、银等多金属矿床数百个。对西秦岭中部德乌鲁岩体与美武岩体进行锆石U-Pb测年，结果分别为241.6 Ma±5.3 Ma和237.0 Ma ±3.3 Ma，属于中生代早期。地球化学研究结果显示，岩石具有过铝质钙碱性S型花岗岩特征，轻稀土富集，重稀土亏损，具有明显的Eu负异常特征。结合区域构造背景，认为中生代早期，德乌鲁—美武地区经历了由挤压向伸展的转换，伴随强烈岩浆活动，为西秦岭提供了大量的花岗质岩浆与成矿物质。

关键词：锆石U-Pb测年;地球化学特征;构造环境;成岩成矿关系;德乌鲁—美武地区

中图分类号：TD11 P618.2文献标志码：A

文章编号：1001-1277（2020）07-0017-09 doi：10.11792/hj20200704

秦岭造山带作为中国中央造山带的重要组成部分，是一条经历了多旋回、多构造格局演化而形成的复合型造山带[1]。西秦岭造山带是秦岭造山带的西延部分，夹持于扬子、松潘、祁连和昆仑等多个微块体之间。中生代，西秦岭造山带发育了一条近600 km长的巨型花岗岩带[2]，并伴随大量与花岗岩有关的多金属矿床形成。德乌鲁—美武地区位于西秦岭造山带的西段，属于西秦岭铜、金、钨、铅、锌、砷、汞成矿带，以金最为突出，其次有铁、铜、锑、铅、锌、钨、砷、汞等十几种矿产。已发现矿产地33处，其中铁矿产地3处、铜矿产地8处、金矿产地19处、锑矿产地3处等。本文通过对德乌鲁—美武地区中生代岩体进行岩石学、地球化学及年代学工作，确定了其形成时代、构造背景及成因，并对岩浆演化与成矿关系进行了探讨。

1 研究区地质特征

研究区位于西秦岭造山带西段，属秦祁昆造山系秦岭弧盆系之新堡—力士山复背斜南翼，以夏河—合作断裂带为界，北跨中秦岭前陆盆地构造区，南跨泽库前陆盆地构造区，属西秦岭造山带宗务隆山—中秦岭板内裂陷构造侵入岩带。

研究区地层出露广泛（见图1）。其中，下石炭统巴都组（C1b）为海相碎屑岩-碳酸盐沉积，夹有火山质碎屑，以蕴藏铜、铅、锌等矿化为特征;中二叠统毛毛隆组（P2m）、中—上三叠统古浪堤组（T2-3g）为海相碎屑岩-碳酸盐形成的复理石沉积，其内金、砷、汞、锑等元素克拉克值相对较高，是研究区重要的金、铜、砷、锑等的含矿地层;中侏罗统郎木寺组（J2lm）为火山岩及火山碎屑岩建造;新近系甘肃群（NG）为陆相碎屑岩沉积。侵入岩以印支期美武岩体、德乌鲁岩体为主，位于研究区中东部和西北部，这2个岩体与矿化的关系极密切。

研究区构造发育，构造线呈北西向—南东向展布，地层总体延伸方向与构造线方向基本一致，发育走向大致平行的褶皱群。构造变形主体为北西向—南东向的逆冲推覆构造，伴生北北东向次级走滑断裂。

2 岩石学特征

2.1 德乌鲁岩体

1）花岗闪长岩：半自形结构，块状构造。岩石组成矿物包括斜长石（50 %）、钾长石（10 %）、石英（20 %）、角闪石（10 %）、黑云母（10 %）等（见图2-a），可见微量磷灰石。角闪石为自形长柱状，晶体边缘发生轻微绿泥石化。

2）石英閃长岩：半自形结构，块状构造。岩石组成矿物包括斜长石（60 %）、钾长石（5 %）、石英（8 %）、角闪石（15 %）、黑云母（12 %）等（见图2-b）。斜长石发育少量黏土化、绢云母化;钾长石卡式双晶发育。石英多为不规则的他形粒状，粒度相对长石较细小。角闪石为自形长柱状，横断面呈多边形或六边形，晶体边缘发生轻微绿泥石化。

2.2 美武岩体

1）花岗闪长岩：中细粒花岗结构，块状构造。岩石组成矿物包括斜长石（60 %）、钾长石（15 %）、石英（15 %）、角闪石（5 %）和黑云母（5 %）等（见图2-c）。斜长石为相对自形的板条状，晶体的棱边多平直，发育不同程度的绢云母化、黏土化、帘石化。钾长石为他形粒状，为正长石、条纹长石，条纹长石见条纹结构，局部微高岭土化，粒度多小于2.0 mm，充填空隙分布。石英多为不规则他形粒状，彼此呈锯齿状嵌布，一般分布于其他矿物的间隙中，消光不均匀，粒度多小于2.0 mm。暗色矿物为角闪石和黑云母，杂乱分布，粒度多小于1.0 mm。

2）石英闪长岩：半自形柱状结构，块状构造。岩石组成矿物包括斜长石（60 %）、钾长石（10 %）、石英（15 %）、角闪石（5 %）、黑云母（10 %）等。斜长石粒度多小于5.0 mm，发育中等程度的钠黝帘石化，晶面浑浊，聚片双晶发育，环带发育，应为中长石;钾长石为正长石和条纹长石，局部微高岭土化。石英多为不规则他形粒状，一般分布于其他矿物的间隙中，粒度相对长石较细小，均小于1.0 mm，消光不均匀。角闪石为自形长柱状，横断面呈多边形或六边形，粒度多小于3.0 mm，晶体边缘具有轻微绿泥石化。黑云母呈鳞片状，粒度多小于1.0 mm。

3 样品测试方法

用于锆石U-Pb测年的样品为德乌鲁花岗闪长岩（YP-3）和美武石英闪长岩（YP-6），新鲜样品在河北省廊坊市区域地质矿产调查研究所实验室分选出锆石单矿物。将锆石单矿物制成环氧树脂靶，打磨和抛光至锆石晶体核部出露。锆石年龄在大陆动力学国家重点实验室利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）法测定。采用氦气作为剥蚀物质的载气，数据采集采用跳峰方式，单点停留时间分别设定为20 ms（Pb）和10 ms（U）。同位素外标样为标准锆石91500，计算采用标准玻璃NIST600作为外标样，Si作为内标样，分析方法及仪器参数见参考文献[3]。数据处理采用Glitter（ver 4.0）软件，各样品的加权平均年龄计算及谐和图的绘制采用Isoplot[4]软件。

主量、微量和稀土元素的分析在国土资源部兰州矿产资源监督检测中心实验室完成，主量元素采用ZSX PrimusⅡ型X射线荧光光谱仪进行分析，微量和稀土元素采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）进行分析。

4 样品测试结果与分析

4.1 锆石U-Pb年龄

德乌鲁花岗闪长岩（YP-3）锆石阴极发光（CL）图像见图3。锆石大部分呈自形—半自形，长宽比大部分为3∶1，发育明显的岩浆振荡环带和明暗相间条纹，表明其为岩浆结晶产物。锆石U-Pb测年结果见表1、图4。18个测点的 206Pb/238U年龄介于229～253 Ma，年龄加权平均值为241.6 Ma±5.3 Ma（MSWD=7.6）。

美武石英闪长岩（YP-6）锆石阴极发光（CL）图像见图5。锆石自形程度高，长宽比大部分为3∶1，发育明显的岩浆振荡环带和明暗相间条纹，表明其为岩浆结晶产物。锆石U-Pb测年结果见表2、图6。18个测点的 206Pb/238U年龄介于227～247 Ma，年龄加权平均值为237.0 Ma±3.3 Ma（MSWD=4.3）。

4.2 地球化学特征

4.2.1 主量元素

德乌鲁、美武岩体主量元素分析结果及特征值见表3。

德乌鲁、美武岩体的w（SiO2）为58.60 %～66.46 %，平均值为64.03 %;w（Al2O3）为14.48 %～18.90 %，平均值为15.56 %;w（TiO2）为0.36 %～1.05 %，平均值为0.60 %;全碱（w（Na2O+K2O））为4.78 %～7.17 %，w（K2O）/w（Na2O）值为0.29～1.17;铝指数（A/CNK）为1.17～1.69;A/NK值为2.07～3.42;在A/CNK-A/NK图解（见图7-a））中，样品均落在过铝质区域内，同时样品均落在S型花岗岩区域内;在AR-w（SiO2）碱度率图解（见图7-b））中，样品落在钙碱性系列区域内。

4.2.2 稀土元素和微量元素

德乌鲁、美武岩体稀土元素和微量元素分析结果及特征值见表4。

稀土元素（REE）质量分数为116.92×10-6～215.78×10-6，平均值为162.16×10-6;轻稀土元素（LREE）质量分数为109.94×10-6～204.18×10-6，平均值为150.87×10-6;重稀土元素（HREE）质量分数为6.98×10-6～13.10×10-6，平均值为11.29×10-6;w（LREE）/w（HREE）值为9.71～17.60，平均值为13.68;w（La）N/w（Yb）N值为12.36～34.28。德乌鲁、美武岩体稀土元素球粒陨石标准化配分模式图显示，曲线右倾，斜率较大，轻、重稀土元素分馏程度高，轻稀土元素富集，重稀土元素亏损;δEu为0.56～1.01，平均值为0.73，当δEu>1.00时，为Eu正异常，反之则为Eu负异常。除样品YP-3为Eu正异常外，其余样品均为Eu负异常。在微量元素原始地幔标准化蛛网图（见图8-b））上，富集大离子亲石元素（LILE）Rb、Ba，亏损高场强元素（HFSE）Nb、P、Ti。

5 讨 論

5.1 岩石类型

由上述岩石地球化学特征可知，德乌鲁、美武岩体属于过铝质钙碱性系列岩石，样品的A/CNK>1.10，表明这2个岩体具有S型花岗岩特征[4，9]。花岗闪长岩与石英闪长岩的主量元素 SiO2、K2O+Na2O和Al2O3质量分数较高，FeO、Fe2O3和MgO质量分数较低，过渡元素Cr、Co、Ni质量分数较低，微量元素P、Ti、Nb等的亏损可能是岩浆演化过程中磷灰石与磁铁矿发生了分异作用;U、Th、Rb质量分数较高，表明岩浆作用过程中可能有大陆地壳物质的参与[10-12]。从稀土元素球粒陨石标准化配分模式图可以看出，曲线整体右倾，轻稀土元素富集，重稀土元素亏损，暗示岩浆源区可能有角闪石等矿物残留。Eu负异常表明斜长石在岩浆分离结晶作用过程中大量析出[13]。

5.2 岩体形成时代

锆石U-Pb测年结果显示，德乌鲁花岗闪长岩和美武石英闪长岩形成年龄分别241.6 Ma±5.3 Ma和237.0 Ma±3.3 Ma，与德乌鲁石英闪长岩锆石 U-Pb加权平均年龄238.6 Ma±1.5 Ma[14]、美武花岗闪长岩锆石U-Pb加权平均年龄242 Ma±2 Ma[15]基本一致。冶力关石英闪长岩锆石U-Pb加权平均年龄245 Ma±6 Ma与夏河东部石英闪长斑岩锆石U-Pb加权平均年龄238 Ma±4 Ma[16]相近，表明西秦岭造山带在印支早期发生了大规模的岩浆活动。

5.3 构造环境

靳晓野等[14，17]研究认为德乌鲁岩体具有火山弧型岩浆岩的特征，金维浚等[16]研究认为西秦岭花岗岩具有活动陆缘环境的特征。本次研究的德乌鲁岩体的3个样品与美武岩体的5个样品，在w（Y）-w（Nb）图解（见图9-a））中，样品落在了同碰撞与火山弧区域内，在w（Y+Nb）-w（Rb）图解（见图9-b））中，样品落在了火山弧区域内，表明德乌鲁、美武岩体可能形成于火山弧构造环境下。

5.4 花岗岩的构造环境及其与成矿的关系

中生代早期，秦岭造山带经历了重要的构造体制转变，由以挤压为主转变为以伸展拉张为主的构造体制[18]。造山型矿床最有利的成矿时间应为造山过程中挤压向伸展拉张转换的阶段，在构造体制转换过程中会产生大量的花岗质岩浆与成矿流体[19-21]，德乌鲁岩体与美武岩体可能形成于火山弧构造环境下的岛弧陆缘弧花岗岩浆活动带，以钙碱性S型花岗岩为主，俯冲板块的部分熔融，成矿类型以斑岩型—浅成低温热液型为主，形成了铜、金、钨、铅、锌、砷、汞等矿床系列[22-24]。

西秦岭印支期频繁的岩浆活动，S型花岗岩从造山带基底带入大量成矿物质[25]，为该区域成矿作用提供了热源和充足的物源。多期次构造运动对成矿物质起到二次富集的作用，并为含矿热液的运移提供了通道，最终富集成矿。德乌鲁岩体周边北西向逆冲断裂与北东向平移断裂交汇处已发现老豆金矿床、吉利金矿床、岗岔金矿床、下坎木仓金矿床等多处浅成低温热液型金矿床和德乌鲁、南办等矽卡岩型铜（金）矿床;美武岩体周边已发现美仁铁矿床、峡黑建岗铜矿点等多处矿产。

6 结 论

1）德乌鲁与美武岩体属于S型花岗岩，具有过铝质及钙碱性岩石特征，Eu负异常表明在岩浆演化过程中结晶出了大量的斜长石。

2）锆石U-Pb测年结果显示，德乌鲁岩体年龄为241.6 Ma±5.3 Ma，美武岩体年龄为237.0 Ma±3.3 Ma，二者均形成于中生代早期。

3）中生代早期，秦岭造山带经历了由以挤压为主转变为以伸展拉张为主的构造体制的转变，为矿床形成提供了大量的花岗质岩浆与成矿流体。

[参 考 文 献]

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