内蒙古盘陀山-鹰嘴红山含钨花岗岩带形成时代及源区示踪

杨合群, 赵国斌, 李文明, 杨建国, 李 英, 王小红, 姜寒冰, 谭文娟

(1.西安地质矿产研究所,西安 710054;2.长安大学,西安 710054)

内蒙古盘陀山-鹰嘴红山含钨花岗岩带形成时代及源区示踪

杨合群1, 赵国斌1, 李文明1, 杨建国1, 李 英2, 王小红1, 姜寒冰1, 谭文娟1

(1.西安地质矿产研究所,西安 710054;2.长安大学,西安 710054)

位于塔里木板块与哈萨克斯坦板块缝合带南侧被动陆缘隆起区的盘陀山-鹰嘴红山花岗岩带,赋存有盘陀山钨矿床-望旭山钨矿床-鹰嘴红山钨矿床。本文选择盘陀山和鹰嘴红山含钨花岗岩体,采用固体质谱稀释法进行锆石U-Pb法同位素测年,获得年龄值为373.8±1.6 Ma～398.9± 2.9Ma,确定形成时代为泥盆纪;同时测定花岗岩全岩Rb-Sr和Sm-Nd同位素组成,计算得(87Sr/86Sr)i值为0.722158～0.745368,εNd(t)值为-6.70552～-6.55118,根据(87Sr/86Sr)i值明显大于0.708和εNd(t)值远小于0,推断该带含钨花岗岩起源于古老陆壳物质的重熔。

含钨花岗岩 形成时代 源区示踪 盘陀山 鹰嘴红山

Yang He-qun,Zhao Guo-bin,L iW en-m ing,Yang Jian-guo,L iY ing,Wang X iao-hong,Jiang Han-bin,TanW en-juan.Formation age and source trac ing of the tungsten-bearing granite belt in the Pantuoshan-Y ingzuihongshan area,I nner M ongolia[J].Geology and Exploration,2010,46(3):0407-0413.

在我国新疆-甘肃-内蒙古衔接北山地区,花岗岩广泛分布,其出露面积约占总面积的30%,有许多学者对不同地段的花岗岩及有关矿产进行过论述(徐茂泉等,1991;王彦斌,1994,梅华林等, 1999;修群业,1999;聂凤军等,2002,2003;戴霜等,2003;江思宏等,2003,2006;刘明强等,2005, 2005,2007;杨合群等,2009)。内蒙古一侧的盘陀山-鹰嘴红山花岗岩带,从西到东分布有盘陀山钨矿床-望旭山钨矿床-鹰嘴红山钨矿床,鹰嘴红山钨矿床早在20世纪50年代由甘肃省地质局祁连山地质队发现,而望旭山钨矿床和盘陀山钨矿床则是近年才分别由陕西地质调查院和西安地质矿产研究所新发现,引起地质工作者们的极大关注。本文分别选择鹰嘴红山和盘陀山含钨花岗岩体,采用固体质谱稀释法进行了锆石U-Pb同位素测年,同时测定全岩Rb-Sr和Sm-Nd同位素组成,示踪源区性质,结合区域地质演化探讨成岩环境及岩浆起源。

1 区域地质概述

1.1 大地构造位置

盘陀山-鹰嘴红山含钨花岗岩带近东西向展布长约100km,包含有盘陀山、半岛山、望旭山和鹰嘴红山4个岩体,除半岛山岩体外,其它3个岩体均已发现钨矿床。根据杨合群,李英,赵国斌(2009)对新疆-甘肃-内蒙古衔接区构造单元划分(图1,表1),该岩带位于塔里木板块与哈萨克斯坦板块之间红柳河-牛圈子-洗肠井缝合带(月牙山-洗肠井段)南侧宽约30km范围内的被动陆缘隆起区。

1.2 岩体的围岩地层

该地带属敦煌地块北部被动陆缘隆起区,其基底主要为长城系、蓟县系和部分青白口系。带内分布的南华系-震旦系冰碛岩及其上的白云质碳酸盐-碎屑岩系,寒武系黑色页岩系,代表红柳河-牛圈子-洗肠井开裂为洋盆前离散期沉积建造。

盘陀山-鹰嘴红山含钨花岗岩带的各岩体与长城系古硐井群为侵入接触关系(图2)。该群地层为一套浅海相沉积的陆源碎屑岩系,岩性为紫红色-灰绿色砂岩、千枚岩、板岩、石英岩夹灰岩透镜体,陆源碎屑中石英含量高、粒度细,层理薄。岩石浅变质为低绿片岩相,岩石类型为变细碎屑岩、石英岩、绢云石英片岩夹大理岩,局部夹有少量中酸性熔岩和凝灰岩。岩体与围岩地层的外接触带可见红柱石化等热接触变质现象。

图1 盘陀山-鹰嘴红山含钨花岗岩带大地构造位置Fig.1 Tecton ic setting of the Pantuoshan-Y ingzuihongshan tungsten-bear ing gran ite belt

图2 盘陀山-鹰嘴红山含钨花岗岩带地质略图Fig.2 Sketch map showing geology of the Pantuoshan-Y ingzuihongshan tungsten-bearing gran ite belt

表1 新疆-甘肃-内蒙古衔接区构造单元划分(据杨合群等,2009)Table.1 Sudivision of tecton ic un its of the adjoin ing area between Xinj iang,Gansu and I nnerM ongol ia (from Yanget al.,2009)

2 鹰咀红山含钨花岗岩体测年

鹰咀红山含钨花岗岩体侵入于长城系古硐井群中,出露面积约150km2,主要岩石类型有黑云母花岗岩、二长花岗岩等,据岩石化学成分判别以S型为主(杨合群等,2009)。

钨矿主要呈含钨石英脉在鹰嘴红山黑云母花岗岩体北侧内接触带的裂隙带内产出,整个矿化带东西长1800m,南北宽800m,由东、西两个矿段组成。西矿段东西长900m,南北宽40～80m,矿带延深不超过50m,其内共发现和圈定含钨石英脉113条,单个含矿脉体长度为3～10m,最长88m,宽度0.2～0.5m,最宽1.10m,矿脉间距一般2～15m;西矿段石英脉倾向SE10°～50°,倾角46°～65°。东矿段长185m,宽70m,矿带延深70～140m,由36条含钨石英脉所构成,单个含矿脉体长4～10m,最长170m,宽0.1～0.5m,最宽2.5m,矿脉间距1～10m;东矿段石英脉分别倾向NE50°～60°、S W10°～40°,倾角分别为85°～88°和40°～50°,岩体向围岩凸出部位控制了东矿段含钨石英脉群的分布。

矿石类型主要为白钨矿-黑钨矿-石英脉矿石、电气石-黑钨矿-石英脉矿石,次为白钨矿-黑钨矿-毒砂-石英脉矿石。470件矿石化学分析结果表明,WO3含量大于5%的样品有13件,1%～5%的样品为14件,0.2%～1%的样品为145件,0.1%～0. 2%的样品为89件,小于0.1%的样品为209件。

矿体围岩蚀变强烈,主要有硅化、云英岩化,次为电气石化、绢云母化、黄铁矿化等。其中硅化与钨矿化关系密切,一般在矿脉两侧形成0.1～0.3m宽的强硅化带。

在该岩体中远离矿化蚀变的位置(图2),采集有关二长花岗岩样品(样号:03YT54)选取了锆石单矿物,其锆石多呈浅黄色透明细长柱状,还有的呈浅紫色透明长柱状形,送天津地质矿产研究所采用固体质谱稀释法进行了锆石U-Pb同位素测年。

测定的3个锆石样品的U-Pb同位素比值(表2,图3),均落在谐和曲线附近,2个浅黄色透明细长柱状自形锆石样品206Pb/238U表面年龄373.5Ma～374.2Ma,加权平均值为373.8Ma±1.6Ma,1个浅紫色透明长柱状自形锆石样品206Pb/238U表面年龄为398.9Ma±2. 9Ma,由此确定该花岗岩体年龄为373.8±1.6Ma～398. 9±2.9Ma,同时表明该岩体中浅黄色透明细长柱状自形锆石形成略晚于浅紫色透明长柱状自形锆石。

图3 鹰嘴红山花岗岩锆石206Pb/238U-207Pb/235U谐和图Fig.3206Pb/238U-207Pb/235U concord ia diagram for zircons from gran ite in Y ingzuihongshan

3 盘陀山含钨花岗岩体测年

盘陀山复式花岗岩体侵入于长城系古硐井群中,出露面积约84km2。第一次侵入花岗闪长岩,分布于南部;第二次侵入以二长花岗岩及钾长花岗岩为主,分布于北部。据岩石化学成分判别两期次侵入体的岩石均属S型(杨合群等,2009)。

表2 鹰嘴红山含钨花岗岩体锆石U-Pb同位素测年结果Table.2 Zircon U-Pb dating from the tungsten-bearing gran ite in Y ingzuihongshan

钨矿赋存于第二次侵入体北边部电气石化、云英岩化蚀变带和侵入体中部呈环形分布的石英脉带。已圈出钨矿体50余条。钨矿体一般呈板状和扁豆体状,地表控制长度15m～225m,出露宽度0.5m～11m,倾斜延伸20m～258m,WO3品位0.12%～0.70%。矿石矿物主要有白钨矿、黑钨矿。脉石矿物主要为电气石、石英、钾长石、黑云母、绿帘石等。

矿体围岩蚀变类型主要有云英岩化、电气石化、硅化、绿帘石化、钾化、碳酸盐化、黄铁矿化等,其中云英岩化、电气石化和硅化与钨矿关系最为密切。

在该岩体中远离矿化蚀变的位置(图2),采集第二次侵入体的二长花岗岩(03PT134)选取了锆石单矿物。其锆石多呈浅紫红色透明细长柱状,还有的呈浅褐色透明短柱状和细长柱状,也送天津地质矿产研究所采用固体质谱稀释法进行了锆石U-Pb同位素测年。

测定的4个锆石样品的U-Pb同位素比值(表3,图4),其中2个浅紫色透明细长柱状锆石样品数据点落在谐和曲线附近,206Pb/238U表面年龄加权平均值:383.3±1.8Ma,而2个浅褐色透明短柱状和细长柱状锆石样品数据点远离谐和曲线,这4个锆石样品形成了明显的不一致曲线,与谐和曲线下交点为393±55Ma,推断代表该期侵入体结晶的铀-铅同位素年龄,上交点年龄为1521±951Ma,推断为捕获锆石年龄。由此测定结果确定该花岗岩体年龄为383.3±1.8Ma。

图4 盘陀山花岗岩锆石206Pb/238U-207Pb/235U谐和图Fig.4206Pb/238U-207Pb/235U concord ia diagram for zircons from gran ite in Pantuoshan

表3 盘陀山含钨花岗岩体中锆石U-Pb同位素测年结果Table.3 Dating result of Zircon U-Pb isotope from the tungsten-bearing gran ite in Pantuoshan

本次测年研究表明,同一岩体中不同颜色、不同形态的锆石往往年龄有一定差异。例如,鹰咀红山花岗岩体中浅黄色透明细长柱状自形锆石年龄小于浅紫色透明长柱状自形锆石;盘陀山花岗岩体中浅紫色透明长柱状自形锆石年龄接近于鹰咀红山花岗岩体中浅紫色透明长柱状自形锆石,而浅褐色透明的短柱状和细长柱状锆石内混合有年龄更老的捕获晶锆石。因此,对同一岩体的锆石按照颜色和形态分类进行测年,有助于提高锆石U-Pb法测年效果。

4 花岗岩源区锶-钕同位素示踪

将上述鹰咀红山和盘陀山的花岗岩全岩样品送宜昌地质矿产研究所测试中心,测定了全岩Rb-Sr和Sm-Nd同位素组成,利用上述测年结果,计算(87Sr/86Sr)i值和εNd(t)值,示踪含钨花岗岩的源区性质。

鹰咀红山二长花岗岩(样号:03YT54)测定:87Rb/86Sr比值为29.29,87Sr/86Sr为比值0.88858± 0.00002;147Sm/144Nd比值为0.1502,143Nd/144Nd比值为0.512181±0.000009。按年龄373.8±1.6 Ma和398.9±2.9 Ma计算,(87Sr/86Sr)i值为0.722158～0.733031,εNd(t)值为-6.70552～-6.55118。

盘陀山二长花岗岩(样号:03PT134)测定:87Rb/86Sr比值为19.01,87Sr/86Sr为比值0.83276± 0.00007;147Sm/144Nd比值为0.1706,143Nd/144Nd比值为0.512271±0.000008。按年龄383.3±1.8Ma计算,(87Sr/86Sr)i值为0.729091,εNd(t)值为-5.88783。

根据(87Sr/86Sr)i值明显大于0.708和εNd(t)值远小于0,证明含钨花岗岩源区为古老地壳物质。

5 成岩环境及岩浆起源探讨

整个北山地区在古生代主要经历3个构造演化阶段:震旦纪—奥陶纪为古陆裂解及洋盆扩张阶段;志留纪—泥盆纪为板块俯冲及碰撞造山阶段;石炭纪—二叠纪为陆内裂谷阶段(杨合群等,2008)。按上述鹰嘴红山和盘陀山花岗岩体年龄为373.8±1. 6Ma～398.9±2.9Ma,判断该含钨花岗岩带形成于泥盆纪碰撞造山阶段。

盘陀山-鹰嘴红山含钨花岗岩带北侧的板块缝合带以断续分布的红柳河—牛圈子—白云山-月牙山-洗肠井蛇绿岩为标志,已知牛圈子蛇绿岩套基性火山岩的Rb-Sr同位素等时线年龄为463± 18Ma,与洗肠井蛇绿岩套硅质岩夹层中放射虫时代一致,为中奥陶世—晚奥陶世早期形成(任秉琛等,2001)。紧邻该缝合带南侧保存有指示南北两个板块开裂前伸展初期震旦纪冰碛岩及寒武纪浅海-次深海环境沉积的含磷钒铀锰矿黑色岩系地层;紧邻该缝合带北侧保存有指示活动陆缘的公婆泉—东七一山志留纪岛弧火山岩(何世平等,2005),有关英安斑岩Rb-Sr等时线年龄为420.1Ma①,代表洋盆收缩过程洋壳板块向北俯冲的产物。

早泥盆世两侧大陆块对接、碰撞,形成一条较宽的缝合带,直至中、晚泥盆世,缝合带及其两侧很大范围内,以断块造山为特征,由于动力转化为热量,缝合带部位长期受热体制控制,褶皱受变质伴随大规模花岗岩类入侵,在均衡作用影响下,山体不断抬升,在低洼处形成粗碎屑岩的磨拉石建造(左国朝等,1995)。盘陀山-鹰嘴红山含钨花岗岩带就是在这样的热动力环境下,引发被动陆缘基底的古陆壳重熔上侵形成。

按照Lehmann(1994)提出的在地球历史中金属分异演化模式,原始地幔中钨含量为0.016×10-6;地幔-地壳分异,地壳中钨含量达1.0×10-6;地壳内部分异,下地壳中钨含量变为0.7×10-6,上地壳中钨含量达2.0×10-6。也就是说,地球演化壳幔分异过程,钨倾向于向地壳中富集。地壳内部再分异时,钨进一步向上地壳富集。笔者认为所谓地壳内部分异,实际是幔源物质在地壳环境再经历多次部分熔融分异和表生分异过程。古老地壳相对于新生地壳而言,可以有更多机会经历分异,因此古老地壳在较晚时代活化重熔,最有利于富钨花岗岩浆的形成。

6 结论

盘陀山和鹰嘴红山花岗岩体年龄值为373.8± 1.6～398.9±2.9Ma,确定形成时代为泥盆纪;其全岩(87Sr/86Sr)i值为0.722158～0.745368,明显大于0.708,εNd(t)值为-6.55118～-5.88783,远小于0,指示源区为古老地壳物质。

根据整个北山区域地质演化过程分析,盘陀山-鹰嘴红山含钨矿花岗岩带形成于泥盆纪板块碰撞造山动力转换的热环境,被动陆缘基底的古老地壳物质重熔形成含钨花岗岩浆。

从本研究结果可获得启示,古老地壳活化带的S型花岗岩,结合钨地球化学异常等信息,将有助于预测钨矿远景区,寻找同类矿床。

[注释]

①甘肃有色金属地质研究所.1995.甘肃北山地区海相火山岩及其与铜多金属矿成矿关系研究

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[附中文参考文献]

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YANG He-qun1,ZHAO Guo-bin1,L IWen-ming1,YANG Jian-guo1,
L I Ying2,WANG Xiao-hong1,J IANG Han-bin1,TAN Wen-juan1(1.Xi′an Institute of Geology and M ineral Resources,Xi′an 710054; 2.Chang′an University,Xi′an 710054)

The Pantuoshan-Yingzuihongshan granite belt lies in the south of the suture zone between the Tarim plate and Kazakhstan plate,an uplift area in the passive continentalmargin,where the Pantuoshan tungsten deposit,Wangxushan tungsten deposit and Yingzuihongshan tungsten deposit are situated.The ZirconU-Pb datingof the Pantuoshan and Yingzuihongshan granites yields an age of 373.8±1.6Ma～398.9±2.9Ma,indicative ofDevonian time.The Rb-Sr and Sm-Nd isotopic constituentsof thewhole rock have beenmeasured,resulting in initial87Sr/86Sr rations andεNd(t)values range between 0.722158～0.745368 and-6.55118～-5.88783,respectively.Because the initial87Sr/86Sr ratios are considerably larger than 0.708 andεNd(t)values less than 0,it can be inferred that the tungsten-bearing granite belt originated from remeltingmaterials in ancient continental crust.

tungsten-bearing granite,formation age,Source tracing,Pantuoshan,Yingzuihongshan

book=5,ebook=119

P588.12+P581

A

0495-5331(2010)03-0407-07

2010-04-27;[责任编辑]郑 杰。

国土资源大调查项目(1212010531602)和资源潜力评价项目(1212010813036)资助。[第一作者简介]杨合群(1953年—),男,研究员,地质矿产专业,E-mail:xayhequn@126.com。