川西甲基卡矿床外围中酸性侵入岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及地球化学特征

2020-11-02李名则秦宇龙赵春詹涵钰周雄孙光银

中国地质调查 2020年5期

李名则，秦宇龙，赵春，詹涵钰，周雄，孙光银

(1.稀有稀土战略资源评价与利用四川省重点实验室,成都 610081；2.四川省地质调查院,成都 610081；3.中国地质调查局成都矿产综合利用研究所,成都 610041；4.四川省地质矿产勘查开发局113地质队,泸州 646000)

0 引言

川西地区自古生代以来，发生了广泛的岩浆活动，印支晚期为区内花岗质岩浆活动的高峰期，形成大量的中酸性侵入岩类[1]。在康定—道孚一带主要分布石英闪长岩-英云闪长岩-花岗闪长岩-二云母花岗岩系列侵入岩。其中，甲基卡二云母花岗岩体及其周围地层中由于伴生大量伟晶岩型稀有金属矿脉而备受瞩目。前人研究表明，甲基卡二云母花岗岩的锆石U-Pb年龄为(223±1) Ma，花岗伟晶岩锆石U-Pb年龄为(216±2) Ma，其成岩成矿作用发生于印支晚期[2]。近年来矿区内开展的勘查和研究工作也取得了重要突破，并建立了矿床勘查模型[3-4]。目前，甲基卡矿区已探明锂矿石资源总量达到215万t[3]，BeO资源储量也达到大型矿床规模[5]。甲基卡矿区外围也已开展勘查找矿及研究工作[6]，但对于甲基卡矿区外围的中酸性侵入岩的相关研究工作较少涉及，而甲基卡伟晶岩型稀有金属矿床的形成与花岗岩体又有密切成因联系[7]，因此，开展区域内的中酸性侵入岩体相关研究，探讨其成矿条件，对甲基卡外围找矿工作具有重要的指导意义。通过道孚县色卡乡区域地质调查工作，新发现了建巴村石英闪长岩体。本文对该岩体的分布范围、岩石组合进行了详细的调查，开展了岩石薄片鉴定、LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学和地球化学特征研究，讨论其形成的构造背景和成矿条件，为甲基卡外围地区勘查找矿提供依据。

1 研究区地质概况

研究区位于四川省道孚县色卡乡，地层区划上属于巴颜喀拉地层区玛多—马尔康地层分区雅江地层小区，出露地层主要为三叠系新都桥组和如年各组，构造位置上处于松潘—甘孜造山带的东缘。区内断裂及劈理带发育，主要断裂为木茹沟断裂，该断裂为鲜水河断裂带的西南边界断裂，呈NW—SE向延伸，断裂周边分布着若干次级断裂以及不同程度的劈理化带。断裂北东侧出露如年各组，岩性为灰绿色基性火山岩、粉砂质板岩、硅质岩及薄层结晶灰岩;断裂西南侧及次级断裂间出露新都桥组二段，其中二段岩性为灰黑色深灰色板岩及粉砂质板岩与变细砂岩互层或夹细砂岩条带。康定—道孚地区的甲基卡花岗岩体、松林口二长花岗岩体、年轮寺二长花岗岩-花岗闪长岩体、古鲁石英闪长岩体及建巴村石英闪长岩体均是这一时期岩浆活动的产物。建巴村石英闪长岩体出露于木茹沟断裂的北东侧(图1)，断裂通过其西南缘，并在局部位置可见片麻状构造，表明建巴村岩体的形成时间应早于木茹沟断裂。岩体出露面积大约为1 km2。

1.甘孜—理塘碰撞结合带；2.滑脱带；3.逆冲推覆带；4.平移断层；5.中—新生代花岗岩类(中酸性侵入岩)；6.前震旦纪变质杂岩；7.变质核杂岩；8.岩浆核杂岩；9.片麻岩穹隆；10.构造穹隆；11.三叠系新都桥组二段；12.三叠系如年各组；13.第四系冲积物；14.断裂；15.区域性断裂(木茹沟断裂)；16.石英闪长岩；17.采样位置；18.样品编号图1 松潘—甘孜造山带构造略图(a)及建巴村岩体地质简图(b)[8]Fig.1 Geological sketch of Songpan-Ganzi orogenic belt (a) and Jianbacun rocks (b)[8]

2 样品采集及分析

本次工作采集了锆石U-Pb定年样品1件(JN1)，全岩化学分析样品5件，其中石英闪长岩样品3件(12HQ1、115HQ1和116HQ1)，石英闪长玢岩样品1件(13HQ1)，英云闪长岩样品1件(14HQ1)。采样位置及样品编号见图1。

锆石U-Pb定年的样品制作由河北省区域地质调查大队地质实验室完成，制靶与阴极发光分析由西安瑞石地质科技有限公司完成，LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。锆石U-Pb定年采用Varian820-MS四极杆等离子体质谱仪，激光剥蚀系统为GeoLas2005。LA-ICP-MS激光剥蚀采用单点剥蚀方式，数据分析前用NIST610进行仪器最佳化。分析时使用标准锆石91500做外部校正。采用Ander-sen等[9]的方法进行普通铅校正，详细实验过程见参考文献[10]。分析数据处理使用Glitter软件进行，通过ISOPLOT(V3.0)[11]程序计算获得锆石U-Pb谐和图及加权平均值。在进行年龄计算过程中以91500为外标进行同位素分馏校正。

样品主量、微量元素分析在中国地质调查局成都矿产综合利用研究所完成。主量元素采用传统仪器分析方法进行定量分析，参照硅酸盐岩石化学分析方法，同时采用熔片X-射线荧光光谱法和等离子体光电直读光谱分析法。微量及稀土元素大都采用等离子质谱法测定，Cr、Zr、Ga同时也采用压片法X-射线荧光光谱法，其中Ag、Sn、B采用发射光谱法测定，As、Sb、Bi采用原子荧光光谱法测定。

3 结果

3.1 岩石学特征

根据建巴村岩体岩石的粒度结构变化，可将岩体划分为3个部分：中心部分为中—粗粒结构，主要由英云闪长岩组成；过渡部分为细—中粒结构，岩性主要为石英闪长岩，少量为石英闪长玢岩；边缘部分为细粒结构，岩性主要为石英闪长岩，少量为花岗闪长岩。岩体中普遍可见闪长质包体(图2(a))。

石英闪长岩(图2(b))，浅灰—灰色，半自形粒状结构，块状构造。主要矿物成分为斜长石(45%～55%)、碱性长石(5%±)、石英(10%～15%)和黑云母(10%±)，可见少量的辉石(5%±)和角闪石(5%±)。

石英闪长玢岩，浅灰—灰色，半自形中粒结构，似斑状结构，块状构造。斑晶矿物主要为斜长石，呈灰白—白色，自形—半自形板状，大小3～5 mm，含量3%～5%。基质为细—中粒长石、石英、黑云母及角闪石等。

英云闪长岩(图2(c))，浅灰色，中粒半自形粒状结构，块状构造。主要矿物成分为斜长石(45%～55%)、碱性长石(5%±)、石英(20%±)、黑云母(10%±)和角闪石(5%～10%)。

花岗闪长岩(图2(d))，浅灰色，细粒花岗结构，块状构造，岩石主要矿物成分为斜长石(35%～45%)、碱性长石(10%～20%)、石英(20%～25%)、黑云母(5%～10%)及少量角闪石(5%±)。

3.2 锆石U-Pb同位素定年

石英闪长岩样品中挑选出的锆石多为自形柱状，金刚光泽，长宽比多在2∶1左右，锆石环带结构发育(图3)。对定年样品锆石的稀土元素进行了分析，结果显示：绝大多数锆石中的轻稀土元素亏损，重稀土元素富集，且具有显著的Ce正异常和Eu负异常；锆石的Th/U比值除个别点外，均在0.34～0.9之间(表1)。以上特征表明建巴村石英闪长岩的锆石具有典型的岩浆型锆石特征[12]。

图3 建巴村岩体锆石测点及206Pb/238U年龄Fig.3 Zircon analyses and 206Pb/238U ages of Jianbacun rocks

表1 建巴村石英闪长岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果Tab.1 Analytical results of LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopes of Jianbacun quartz diorite

U-Pb同位素测试共分析了30个测点。从表1可见，其中JN1-11测点有明显的铅丢失现象，去除该点，获得锆石的206Pb/238U年龄在239.6～201.6 Ma之间(表1、图3)，多数在214.9～201.6 Ma之间(26个测点)，去除不谐和点，获得22个测点的加权平均年龄值为(211.8±1.0) Ma(图4)，代表了石英闪长岩的结晶年龄。

图4 建巴村石英闪长岩锆石U-Pb谐和图及加权平均年龄Fig.4 Zircon U-Pb concordia diagram and weighted average age of Jianbacun quartz diorite

3.3 主量元素

样品的主量元素分析结果见表2。其中，样品12HQ1、15HQ1及16HQ1的岩性为石英闪长岩，13HQ1为石英闪长玢岩，14HQ1为英云闪长岩。

表2 建巴村石英闪长岩体主量元素分析结果Tab.2 Analyses of major elements of Jianbacun quartz diorite

建巴村石英闪长岩体的SiO2含量为56.45%～63.45%，平均59.09%；全碱含量为4.3%～5.91%，平均4.9%；K2O/Na2O为0.65～0.86，平均0.75；Al2O3含量为15.09%～16.97%，平均16.08%。样品在TAS分类图解(图5)中主要投点于闪长岩和辉石闪长岩区域。在SiO2-K2O图解(图6左)中投点于钙碱性系列和高钾钙碱性系列过渡区域。在A/NK-A/CNK图解(图6右)中主要投点于准铝质范围内，少数位于弱过铝质区域，A/CNK值均小于1.1。综合以上主量元素特征，建巴村石英闪长岩属于钙碱性-高钾钙碱性准铝质-弱过铝质岩石系列。

图5 建巴村石英闪长岩体TAS图解[13]Fig.5 TAS diagram of Jianbacun quartz diorite[13]

图6 建巴村石英闪长岩体A/NK-A/CNK图解(左)和SiO2-K2O图解(右)[14-16]Fig.6 Diagrams of A/NK-A/CNK (left) and SiO2-K2O (right) of Jianbacun quartz diorite[14-16]

3.4 稀土元素和微量元素

样品的稀土元素分析结果见表3，微量元素分析结果见表4。其中，样品12HQ1、15HQ1及16HQ1岩性为石英闪长岩，13HQ1为石英闪长玢岩，14HQ1为英云闪长岩。石英闪长岩体的稀土总量为156.81×10-6～217.77×10-6；LREE/HREE为5.24～8.59，具有明显的轻、重稀土分异特征，轻稀土富集，而重稀土亏损；δEu为0.66～0.79，轻—中度负异常，这些特征在稀土元素配分图解(图7)上有较直观的体现。微量元素方面，建巴村石英闪长岩表现出明显的K、Nb、Ce、Ti等元素负异常特征，而Th、La、Sr等元素具有正异常特征(图8)，其中部分样品的P、Zr、Hf等元素未表现出明显的规律性。

表3 建巴村石英闪长岩体稀土元素分析结果Tab.3 Analyses of rare earth elements of Jianbacun quartz diorite

表4 建巴村石英闪长岩体微量元素分析结果Tab.4 Analyses of trace elements of Jianbacun quartz diorite

图7 建巴村石英闪长岩稀土元素配分型式[17-18]Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns for Jianbacun quartz diorite[17-18]

图8 建巴村石英闪长岩体微量元素蛛网图[17-18]Fig.8 Trace elements spidergram for Jianbacun quartz diorite[17-18]

4 讨论

4.1 岩石产出构造背景

三叠纪晚期南古特提斯洋盆关闭，引发大规模的陆-陆碰撞作用，并导致松潘—甘孜造山带发生双向收缩作用，使区内的地壳挤压增厚[19]，在川西地区引发广泛的岩浆事件，形成一系列与俯冲碰撞作用相关的中酸性侵入岩类[7,20]。与甲基卡二云母花岗岩相比，建巴村石英闪长岩体A/CNK值均小于1.1，具有较高含量的MgO、Fe2O3、FeO、TiO2等，稀土元素总量(∑REE含量)较高，Eu负异常不明显。石英闪长岩中含有角闪石、辉石等镁铁质矿物，且岩体中普遍可见暗色闪长质包体，反映了建巴村岩体具有I型花岗岩类的特征，其物质来源可能为壳源物质与幔源物质的部分熔融[1]。本次获得的建巴村石英闪长岩体的结晶年龄为(211.8±1.0) Ma。由图9可见，建巴村岩体投点于后碰撞花岗岩类区域，此时期古特提斯洋盆关闭后转为陆内构造环境，各地块除存在大规模相对运动外，还可能有小规模碰撞、岩石圈拆沉等构造作用，从而为部分熔融产生的岩浆发生较大规模活动提供了环境[23]，在川西地区形成大量的规模不等的晚三叠世中酸性侵入岩类[1]。

Syn-COLG.同碰撞花岗岩；Post-COLG.后碰撞花岗岩；VAG.火山弧花岗岩；WPG.板内花岗岩；ORG.洋脊花岗岩图9 建巴村岩体(Y+Nb)-Rb(左)及Yb-Ta图解(右)[21-22]Fig.9 Diagrams of (Y+Nb)-Tb (left) and Yb-Ta (right) for Jianbacun rocks [21-22]

4.2 成矿地质条件

由上述讨论可知，建巴村石英闪长岩可能为壳幔物质部分熔融的产物，甲基卡二云母花岗岩则来源于壳源物质[7]。从微量元素和稀土元素特征来看，建巴村石英闪长岩与甲基卡二云母花岗岩的稀土元素配分型式(图7)相似，但后者稀土元素含量明显低于前者；在微量元素蛛网图(图8)中，两者的微量元素有较大差别，相对于建巴村石英闪长岩，甲基卡二云母花岗岩的Ba、La、Ce、Sr、Nd、Zr、Ti等元素显著亏损，而Rb元素明显富集，表明两者有不同的岩浆演化过程。

甲基卡二云母花岗岩富集Li、Be、Rb、Cs等元素，为Li-F型花岗岩[7,24-25]，这种类型花岗岩易于发生液态不混溶作用[26]，从而使母岩浆分异出富含挥发分的含矿伟晶岩熔体，在岩体及围岩中形成大量的含矿伟晶岩脉，形成稀有金属伟晶岩矿床。而建巴村石英闪长岩体没有上述元素富集的特征，且未发现有伟晶岩脉的出现，因此，该岩体应不属于Li-F型花岗岩类，由此推断，壳幔物质熔融形成岩浆后未发生岩浆分离作用而结晶演化形成石英闪长岩体。

甲基卡地区由于岩浆活动形成岩浆-构造穹隆，岩浆上涌产生的热量使近岩体围岩形成热接触变质矿物分带，同时为分异出的伟晶岩熔体提供了物理化学条件，最终在有利的位置形成规模性的稀有金属伟晶岩矿床。而建巴村岩体处于甲基卡穹隆区的外围，远离穹隆中心，且出露面积小，其围岩中除角岩或角岩化围岩外，未见热接触变质矿物分带现象，指示建巴村地区岩浆活动规模较小。因此，建巴村石英闪长岩的岩浆活动及构造位置特征可能是区内未形成与伟晶岩相关的矿化现象的决定性因素。