西藏甲玛过铝质花岗岩的地球化学特征及成因意义

秦志鹏 汪雄武 唐菊兴,2 唐晓倩 周云 彭慧娟

(1.成都理工大学地球科学学院,成都610059;2.中国地质科学院矿产资源研究所,北京100037)

西藏甲玛铜多金属矿以夕卡岩-角岩型铜钼铅锌(金银)矿体为主,矿床与驱龙斑岩铜矿毗邻,是冈底斯成矿带东段最具代表性的特大型与斑岩成矿系统有关的铜多金属矿床。矿床内岩浆岩发育,类型复杂,岩浆活动与Cu、Mo多金属成矿作用时空关系密切,集中发生于 15 Ma B.P.±[1～3]。

目前对矿床岩浆岩的认识主要有：(1)年代学研究资料显示,夕卡岩形成最早,其次为二长花岗斑岩及花岗闪长斑岩,最晚为花岗斑岩[4];(2)二长花岗斑岩、花岗闪长斑岩具埃达克岩的地球化学特征[1,5],侵位时间略晚于辉钼矿成矿作用,Cu、Mo成矿作用与具埃达克质中酸性岩浆作用相关。本次研究以野外地质资料为基础,详细研究花岗斑岩与其他岩体类型、夕卡岩的侵位关系以及花岗斑岩的侵位机制,并分析花岗斑岩的地球化学特征,探究甲玛花岗斑岩的构造背景、源区特征及其含矿性特征,追溯甲玛花岗斑岩形成的大陆动力学机制。

1 区域地质背景

西藏甲玛铜多金属矿位于冈底斯-念青唐古拉构造-岩浆带岩(也称拉萨地块)南带(隆格尔-措麦断裂以南、雅鲁藏布结合带以北)东段墨竹工卡-错那裂谷盆地中(图1),是印度-亚洲大陆的“后碰撞”造山期构造-岩浆-成矿活动的代表型矿床。

矿床的地层主要为被动陆缘期的碎屑-碳酸盐岩系,包括上侏罗统多底沟组、下白垩统林布宗组以及少量第四系。北西-南东向的褶皱组成的推覆构造体系及铜山滑覆构造系形成了矿床的构造格局(图2)。

图1 冈底斯-念青唐古拉构造-岩浆岩带构造纲要图Fig.1 Tectonic outline map of the Gangdise-Nyenchen Tanglha tectonic-magmatic belt

图2 西藏甲玛铜多金属矿床构造纲要图[13]Fig.2 Tectonic outline map of the Jiama Cu-polymetallic ore deposit,Tibet

矿区岩浆岩类型复杂,主要有花岗斑岩、花岗闪长斑岩、二长花岗斑岩、石英闪长玢岩和辉绿玢岩;岩浆岩展布具有一定的规律性,整体呈近东西、北西-南东向、近南北向放射状展布,在近南北向及近东西向呈雁列式分布。其中花岗斑岩成近东西向顺层产出,而花岗闪长斑岩、二长花岗斑岩、石英闪长玢岩则以北西-南东向、近南北向的放射状切层产出(图2)。

2 岩体产状及岩石学特征

矿床范围内花岗斑岩出露面积较大,呈岩株状集中分布于矿床南部,并且均产出于区域推覆构造的转折端,以象背山、塔龙尾及独立峰岩体最为代表;此外,岩体普遍发育叶理构造,而线理不发育,属于同构造岩体(图2)。

岩石呈灰白-乳白色,块状构造,中-细粒斑状结构。斑晶约占20%,主矿物由石英、钾长石及斜长石、角闪石、白云母及少量细粒片状的黑云母组成(图3-A)。基质中副矿物主要有磷灰石+榍石+锆石+磁铁矿+钛铁矿(图3-B)。岩石次生蚀变发育,主要有硅化、绿帘石化、绿泥石化及碳酸盐化,部分可见黄铁绢英岩化及夕卡岩化(图3-C)。岩石中未见明显Cu矿化,但发育少量与硅化脉相关的Mo矿化。

图3 甲玛花岗斑岩地质特征及与其他岩体、夕卡岩的相互关系Fig.3 Geo-characteristics of Jiama granite porphyry and its correlation with other rock masses and skarn

花岗斑岩侵位时间相对较早,成岩年龄限定在15.31～16.27 Ma之间,矿区范围内多见其他岩石类型切穿花岗斑岩(图3-D,F)。此外,花岗斑岩的侵位早于含矿夕卡岩的形成,表现为夕卡岩切穿花岗斑岩。

3 岩石地球化学特征

3.1 测试方法及结果

用于主/微量元素研究的样品取自象背山岩体、塔龙尾岩体、独立峰岩体以及牛马塘隐伏岩体(钻孔样品),分别采集了6件新鲜岩石样品。所采样品无污染破碎至小于200目。常量元素测试由西南地质测试所采用XRF分析测试,微量元素在中国地质科学院贵阳地球化学研究所采用ICP-MS手段分析测试,测试结果见表1。

样品Pb、Sr、Nd同位素测试由宜昌地质矿产研究所中南实验检测中心分析测试完成(表2)。Rb-Sr和 Sm-Nd的分离,采用 AG50w×8和Dowex50×8阳离子树脂交换技术,HCl作淋洗液。采用 HDEHP交换柱进一步分离Nd,收集含Nd部分的解析液进行质谱测定。同位素稀释质谱测定87Rb 、86Sr、147Sm 、144Nd含量 ,87Rb/86Sr和143Nd/144Nd比值用质谱仪直接测定。质谱分析在装有可调多接收器的MAT261质谱计上完成,87Rb/86Sr和Nd同位素比值用86Sr/88Sr=0.119 4和146Nd/144Nd=0.721 9作质量分馏校正,分析过程中采用国家标准样品NBS-987和实验室内部标准JMC(Na2O3)监控仪器工作状态,用国家一级标准物质GBW04411和GMW04419监控分析流程。87Rb/86Sr和143Nd/144Nd的测定精度优于±2%和±0.5%。样品全流程空白Rb为(50～80)×10-11g,Sr约为50×10-11g,Sm 为(4～6)×10-11g,Nd为(2～5)×10-11g。

3.2 主元素特征

花岗斑岩主元素总体表现为高硅、中等高Al2O3、Na2O 和 K2O,低 MgO 。Na2O/K2O 值小于1,铝饱和指数A/CNK＞1.1,刚玉标准分子(w(C-norm))＞1%,显示其强过铝的特征。在SiO2-A/CNK图解(图4)中花岗斑岩显示过铝质S型花岗岩类特征。

3.3 微量元素特征

微量元素总体表现为：轻稀土元素富集、重稀土元素亏损,高Sr、低 Y、Yb,但Sr/Y 值相对较低,负Eu、Ce异常不明显。此外,元素Cs、Rb、K、Ba、Th、U和 Pb较为富集,是原始地幔含量的100 ～ 600倍不等 ;而Sc、Ti、Cr、Co 、Ni的元素丰度则异常低,低于原始地幔含量的两个数量级不等。球粒陨石标准化的稀土配分模式呈弱负Eu异常、轻稀土富集的右倾型(图5),显示稀土元素发生了明显的分馏。原始地幔标准化微量元素蛛网图(图6)揭示,甲玛中酸性斑岩明显富集大离子亲石元素,尤其是Rb、Cs、Th、U 和K 等元素;而高场强元素,尤其是Sc、Ti则强烈亏损,暗示可能与地幔的部分熔融有关;不相容元素Rb以及Hf的富集,说明源区的部分熔融程度较高,与稀土元素表现出的特征相一致。

表1 西藏甲玛铜多金属矿花岗斑岩主元素及微量元素特征一览表Table 1 Synoptic table of the major and trace elements in the Jiama Cu-polymetallic ore deposit,Tibet

表2 西藏甲玛铜多金属矿XBS、TWQ和 DLF岩体 Pb-Sr-Nd同位素特征Table 2 Pb-Sr-Nd isotopic characteristics of XBS,TWQ and DLF rock masses in the Jiama Cu-polymetallic ore deposit

图4 岩石类型SiO2-A/CNK判别图解Fig.4 The SiO2-A/CNK discrimination diagram of the rock types

图5 甲玛花岗斑岩稀土元素配分曲线Fig.5 Rare earth elements distribution of the Jiama granite porphyry(作图方法据S.R.Taylor等[15],1985)

图6 甲玛花岗斑岩微量元素蛛网图Fig.6 Spider diagram of the trace elements in the Jiama granite porphyry

3.4 同位素特征

甲玛过铝质S型花岗斑岩的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb比值的变化范围较小,平均值分别为：18.38、15.59、38.62,其 μ值及 Th/U值的平均值分别为9.45、3.83,显示其下地壳或上地幔的物质来源。此外,甲玛S型花岗斑岩的87Sr/86Sr、143Nd/144Nd变化范围同样较小,平均值为0.706 28、0.512 543,采用 t=15 Ma,校正的锶同位素初始值值和变化分别为0.705 91～0.707 62和-2.7～ -0.8,整体显示其来源自地壳的地球化学特征。

4 成因意义探讨

4.1 构造环境及侵位机制分析

图7 SiO2-TFeO/(TFeO+M gO)构造判别图解Fig.7 Tectonic discrimination diagram of SiO2-TFeO/(TFeO+MgO)

图8 甲玛象背山-塔龙尾岩体地质剖面图Fig.8 Geologic Section of Xiangbeishan-Talongwei rock mass in the Jiama deposit

4.2 源区特征

主元素判别 甲玛矿区出露的花岗斑岩为过铝质S型花岗斑岩,以含白云母、A/CNK＞1.1、刚玉标准分子＞1%为特征。在脱水熔融实验熔浆的源区判别图解中(图9),花岗斑岩集中投点于泥质岩区。此外,根据Sylvester(1998)脱水熔融实验熔浆的w(CaO)/w(Na2O)和的关系,甲玛花岗斑岩的为泥质岩区部分熔融的产物。甲玛花岗斑岩中的白云母为填隙矿物,是晚期岩浆结晶分异的产物,显示晚期岩浆中的水不饱和。Huang和Wyllie(1981)对白云母花岗岩进行的熔融实验显示,该类花岗岩不可能起源于上地幔或俯冲洋壳的部分熔融,而是形成于20～40 km深度内,在足够水供给条件下,由泥质岩部分熔融形成。此外,甲玛花岗斑岩中值较高,平均为170,显示其中-低温特征。综合以上特征表明：甲玛强过铝花岗斑岩为上地壳泥质源区中-低温碰撞的产物。

图9 甲玛花岗斑岩源区判别图解Fig.9 The discrimination diagram of the source region of the Jiama porphyry granite

4.3 地球动力学分析

图10 206Pb/204Pb-207Pb/204Pb图解Fig.10 Diagram of206Pb/204Pb-207Pb/204Pb

甲玛过铝质花岗岩空间展布特征显示：岩浆侵位整体受区域NNW向的推覆构造系统控制(图2)。受挤压应力影响,岩体侵位表现气球膨胀式强力就位机制,形成了叶理构造发育而线理不不发育的同构造岩体特征,并在围岩接触带形成了同构造方解石变斑晶,标示了区域上以逆冲挤压为主的动力学过程。在构造判别图解(图9)中,甲玛过铝质花岗斑岩落于后碰撞造山花岗岩类区,但显示向与裂谷有关的花岗岩类和与大陆的造陆抬升有关的花岗区转变的趋势,暗示在岩浆演化及侵位过程中,区域构造应力由挤压开始转变为拉张的过程。

图11 (87Sr/86Sr)i-143Nb/144Nb图解Fig.11 Diagram of(87Sr/86Sr)i-143Nb/144Nb

冈底斯大规模成矿带的形成及演化是亚洲-印度大陆“后碰撞”造山运动的直接反应。冈底斯造山带后碰撞期钾玄质/超钾质与过铝质花岗岩共生[12,20],与其他造山带相类似：如海西造山带[21,22]、阿尔卑斯造山带[23]、古元古代Svecofennian[24,25]和新元古代东非造山带[26]。然而,后碰撞阶段包含了同逆冲期和同剪切期,地壳仍有较强变形[27]。该阶段过铝质花岗岩的形成和产出,为后碰撞阶段的厘定及细分提供了岩石学方面的记录。

5 结论

a.甲玛花岗斑岩多呈岩株状产出于褶皱的转折端,岩体长轴与构造线方向一致,整体呈近东西向展布,显示同构造岩体的特征。花岗斑岩岩体侵位时间早于其他岩体类型及含矿夕卡岩。岩相学特征显示过铝质特征,以填隙状发育的白云母及黑云母为特征。

b.地球化学特征表现为过铝质花岗岩特征,以A/CNK＞1.1、Na2O/K2O值小于1,刚玉标准分子(w(C-norm))＞1%为标志。轻稀土元素富集,重稀土元素亏损,高Sr,低 Y、Yb,但Sr/Y比值相对较低,负Eu、Ce异常不明显;岩石富集大离子亲石元素,尤其是 Rb、Cs、Th、U 、K 等元素,而高场强元素,尤其是Sc、Ti则强烈亏损;Pb-Sr-Nd同位素均显示其下地壳的物质来源,并在源区受到地幔物质的混染。

c.甲玛过铝质花岗斑岩与同时期的钾玄质/超钾质岩共生,形成于亚洲-印度大陆“后碰撞”同逆冲期挤压过程中,是亚洲-印度大陆“后碰撞”造山运动早期阶段的构造活动的反映。

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