山西支家地银多金属矿区火山–次火山岩锆石U-Pb年代学研究及其地质意义

张会琼, 王京彬, 王玉往, 邹　滔, 龙灵利

(北京矿产地质研究院, 北京 100012)

山西支家地银多金属矿区火山–次火山岩锆石U-Pb年代学研究及其地质意义

张会琼, 王京彬*, 王玉往, 邹滔, 龙灵利

(北京矿产地质研究院, 北京 100012)

本文在对山西支家地银多金属矿床地质特征研究的基础上, 对矿区出露的火山-次火山岩(流纹斑岩、石英斑岩、花岗岩)中的锆石做了系统的 LA-ICP-MS U-Pb年龄测定: 石英斑岩成岩年龄为 135.4±0.8 Ma, 流纹斑岩成岩年龄为136.2±0.6 Ma, 花岗岩成岩年龄为 136.2±0.7 Ma, 其时代均为早白垩世, 表明该区出露的火山–次火山岩属于同一期岩浆活动的产物。石英斑岩与成矿关系密切, 其成岩年龄135 Ma可以近似作为支家地矿床的成矿年龄。流纹岩和石英斑岩在化学成分上表现为富硅(SiO2=72.43％～78.48％)、高钾(K2O/Na2O值平均为 25.17)、强过铝质(A/CNK=1.24～1.95), 二者稀土元素和微量元素特征非常类似, 微量元素明显富Rb、Th、K、La、Nd、Zr等、相对亏损大离子亲石元素Ba、Sr、Eu等元素, Ti含量较低, 属轻稀土元素富集型的钾玄岩系列过铝质花岗岩类, 花岗岩仅在P和K元素化学成分上与前2者相差比较大(石英斑岩和流纹岩富K, 亏损P, 而花岗岩反之)。矿区三类岩石地球化学特征显示其具后碰撞花岗岩的特征, 推测其可能形成于后碰撞伸展环境。本次所获锆石 U-Pb年龄, 不仅丰富了研究区火山-次火山岩类的同位素年龄资料, 也为建立中生代构造–岩浆–成矿事件提供了重要信息。

支家地银多金属矿床; 成矿年代学; LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄

0 引 言

支家地银多金属矿床是晋北地区浅成低温热液型银多金属矿集区中最具代表性的一个矿床, 位于山西省灵丘县城以南直距约7 km处, 行政隶属灵丘县高家庄乡。支家地矿床研究程度较高, 前人对其成矿条件、矿床地质特征、地球化学特征、成矿机理及找矿标志等都进行过研究(肖秀梅, 1992; 李兆龙等, 1992; 陈津等, 1992; 张北延等, 1994, 1995; 杨建功, 1999; 李树臣和周利霞, 2008; 潘益清和康艳辉, 2009; 张会琼等, 2012), 取得了一系列成果。对支家地矿床的类型和成因, 前人看法较为一致, 均认为其为与次火山岩隐爆作用有关的浅成低温热液银(多金属)矿床(李兆龙等, 1992; 张北廷等, 1994, 1995; 杨建功, 1999; 李树臣和周丽霞, 2008; 陃颖和孟瑞发, 2009; 张会琼, 2015)。将该矿床成矿期次划分为: 热液期和表生期, 热液成矿期又划分为三个成矿阶段: (1)石英–黄铁矿阶段(250～340 ℃), (2)银多金属硫化物阶段(180～250 ℃), (3)银多金属硫化物–碳酸盐阶段(130～240 ℃)(李兆龙等, 1992)。流体包裹体测温研究表明其主要成矿温度

在130～240 ℃之间(李兆龙等, 1992)。稳定同位素研究表明其成矿热液主要和岩浆有关, 也有地层热液的混入, 成矿在弱碱性、还原条件下进行(张北廷等, 1995)。张会琼(2014)建立了矿区的垂向矿化–蚀变分带模式,将矿床从上到下分为四个带: Ⅰ锰帽带; Ⅱ脉状矿化带; Ⅲ脉状+筒状矿化带; Ⅳ类斑岩型矿化带, 并建立了支家地矿床脉状矿化–隐爆角砾岩型矿化–类斑岩型矿化“三位一体”成矿模式。同时, 前人也对矿区内与成矿关系密切的石英斑岩进行了地球化学及同位素年代学研究, 获得Rb-Sr同位素等时线年龄为156.03 Ma, (87Sr/86Sr)0为0.7058,87Sr/86Sr与87Rb/86Sr比值的相关系数为 0.997(李兆龙等, 1995), 但该方法的误差较大,到目前为止还没有获得可靠的成矿年代学数据, 一定程度上制约了对该矿床成矿作用及区域成矿规律的认识。本文在前人研究的基础上, 通过对与该矿床成因关系密切的流纹斑岩、石英斑岩、花岗岩等火山–次火山岩进行地球化学特征分析及LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究, 从而对支家地矿床的成矿时代加以探讨,对成岩成矿环境进行剖析。

Kz. 新生界; J3h. 侏罗系后城组; C. 石炭系; O. 奥陶系; Є. 寒武纪; Ch-Qn. 长城系-青白口系; Ws. 五台群变质岩。 1. 侏罗系白旗组; 2. 侏罗系张家口组; 3. 变石英闪长岩; 4. 流纹斑岩; 5. 花岗岩; 6. 正断层; 7. 逆断层; 8. 向斜及背斜。图1　山西灵丘太白维山破火山口地质略图(据邴颖和孟瑞发, 2009修改)Fig.1 Geological sketch map of the Taibaiwei caldera in the Lingqiu Mt, Shanxi province

1 区域地质背景

支家地银多金属矿床大地构造位置处于华北地台北缘, 燕山断块的涞源块隆与五台块隆的过渡地带, 中生代火山岩断陷盆地–太白维山破火山口内(李兆龙等, 1992), 处在中生代濒太平洋活动大陆边缘区。区内前长城纪变质热液成矿和中生代岩浆热液成矿作用十分强烈, 是我国一个重要的银、锰、金及多金属成矿区(李兵院和孟庆春, 2010)。区域基底构造主要是北东向的褶皱和断裂。盖层构造以燕山期太白维山环形构造最显著, 具有沉陷型破火山口构造的特征(图1)。矿田内岩浆作用十分强烈, 主要为燕山晚期火山岩及次火山岩, 与矿化有关的燕山期岩浆岩岩体出露有60余处, 岩体个数和出露面积约占山西省岩浆岩的80％(陈昌勇等, 1999), 主要由中–酸性岩(伴生的隐爆角砾岩)组成, 沿弧形和放射状断裂侵入的岩浆岩多为为中–酸性岩脉, 稍晚阶段在白旗期火山喷发之后沿弧形断裂、放射状断裂和受NW向断裂控制的火山口侵入, 主要为花岗斑岩和石英斑岩岩脉, 有的伴有隐爆角砾岩, 银、锰、金等多金属成矿十分强烈。区内岩浆岩已有的年代学数据多为K-Ar年龄和Rb-Sr年龄, 如小彦、义兴寨、铁瓦殿、刁泉、耿庄、岔口等, 岩体年龄在130.6～186.3 Ma之间。并且区内几乎所有的多金属矿床都分布于燕山期浅成相侵入岩、火山岩、及岩体与围岩的接触带中, 岩体和接触带也是区内矿床最重要的控矿因素。

图2　支家地矿区地质图(据大同晋银矿业有限责任公司, 2005修改)Fig.2 Geological map of the Zhijiadi deposit region

图3　支家地1320中段平面图(a)和5号勘探线剖面图(b)(据中国冶金地质总局第三地质勘查院, 2011修改)Fig.3 Map of the 1320 level (a) and cross section profile of the No.5 expection line (b) of the Zhijiadi deposit

2 矿床地质特征

区内地层以元古界长城系碳酸盐岩建造和中生界侏罗系陆相火山岩为主。碳酸盐岩建造属长城系高于庄组四段, 仅在矿区北部有少量出露。矿区断裂构造十分发育, 走向以NW向为主, 次为NE向和SN向。主要的断裂有 F1、F2和 F3(图 2)。其中 F2断裂出露于矿区中部, 倾向 SW, 倾角 50°～70°, 属压扭性断层。该断层活动时间长, 成矿前、后均有活动, 控制着隐爆角砾岩带的分布, 是本区主要的控矿构造。区内岩浆岩主要出露有前寒武纪变质石英闪长岩、燕山期次火山岩以及隐爆角砾岩, 次火山岩主要为石英斑岩(图2)。矿体主要赋存于北西向F2断裂破碎带及其两侧的隐爆角砾岩中, 以及火山口构造外接触带的白云岩中。在两组构造的交汇部位, 矿体变厚变富。矿化类型有两类: 隐爆角砾岩型筒状矿和裂隙充填脉状矿。矿区已探明的主要矿体中②、③、④、⑨号矿体以及①号矿体的北端为筒状的隐爆角砾岩型矿体(图3a)。空间上, 隐爆角砾岩筒与石英斑岩关系密切, 一般位于斑岩体边侧或上方, 井下可见二者之间的过渡关系, 石英斑岩角砾岩是石英斑岩的爆破碎裂相。金属硫化物主要赋存于角砾裂隙间或呈浸染状赋存在蚀变的杂基胶结物中,偶见其呈细脉浸染状分布在石英斑岩中。最新的研究首次发现了④号隐爆角砾岩筒的通道相, 通过对比自然界同类矿床相似的特征, 建立了支家地含矿角砾岩筒垂直分带模式, 垂向上由上而下分为4个相带:①裂隙相、②震碎相、③爆破相、④通道相。震碎相和爆破相是最主要的赋矿部位, 沿含矿角砾岩筒的通道相有可能追索到深部的斑岩型矿化(张会琼等, 2012; 张会琼, 2014)。金属硫化物以方铅矿、闪锌矿、黄铁矿为主, 偶见到黄铜矿、自然银、辉银矿等。围岩蚀变为硅化、碳酸盐岩化、绿泥石化和黄铁矿化。

3 岩石岩相学特征

本文进行测年分析的3大岩石类型特征如下:

石英斑岩(样品 Z1), 采自 4号含矿角砾岩筒1280中段以及1320中段, 岩石为灰白色, 具块状构造、斑状结构。斑晶主要为石英和钾长石, 含量为5％～10％, 粒径2～3 mm。石英斑晶大部分被溶蚀, 有时可见裂纹或呈棱角状, 有的石英保存有完好的六方双锥晶形。钾长石斑晶多具卡氏双晶, 可见碎裂和被溶蚀现象, 具绢云母化和硅化蚀变。基质成分与斑晶成分相同, 为隐晶质(图4a、d)。

流纹斑岩(样品 Z2), 采自矿区山顶地表的火山熔岩区, 地理坐标: E114°13′35.7″, N39°21′32.4″, 海拔1500 m。流纹岩岩石呈紫红色, 具块状构造、斑状结构。斑晶主要是石英和钾长石, 含量10％～15％。石英约占 5％, 次圆状, 少量被溶蚀成港湾状, 粒径2～3 mm; 长石约占10％, 肉红色, 粒径2～5 mm。基质成分与斑晶成分相同, 为隐晶质(图4b、e)。

花岗岩(样品Z3), 采自矿区上部锰矿开采区, 其在地表没有出露。地理坐标: E114°12′39.3″, N39°21′47″,海拔1668 m。花岗斑岩为花岗结构, 块状构造, 斑晶主要为石英和长石, 石英呈透明圆形, 约占 25％, 晶粒大小多在 2～4 mm, 长石呈柱状, 红棕色和土黄色,晶粒大小多为3～5 mm, 约占25％～ 30％。基质为细粒结构, 呈灰白色, 主要成分为石英和长石(图4c、f)。

图4　石英斑岩(a, d)、流纹岩(b, e)、花岗岩(c, f)手标本以及显微镜下照片(矿物名称缩写: Q. 石英; Ser. 绢云母; Pl. 斜长石)Fig.4 Photos of the hand specimens and the micrographs of the rhyolite porphyry (a, d), quartz porphyry (b, e) and granite (c, f)

4 分析方法

4.1 锆石U-Pb同位素分析

对岩石样品进行清洗, 破碎至 40～60目, 经过重选、磁选以及手工挑纯等程序完成锆石的挑选。将挑选出的单颗粒锆石以及锆石标样 Temora粘贴在环氧树脂靶上, 然后对其抛光直至锆石露出一半晶面, 进行透射光、反射光和阴极发光(CL)照相, 以检查锆石的内部结构; 选定最佳的测试部位。锆石的阴极发光(CL)图像分析在中国科学院地质与地球物理研究所扫描电镜实验室采用德国LEO1450VP扫描电子显微镜(SEM)及MiniCL阴极放光装置完成。

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)原位定年, 在北京大学信息科学与技术国家重点实验室完成。实验采用的ICP-MS为美国安捷伦科技有限公司电感耦合等离子体质谱仪 Agilent ICPMS7500ce,激光剥蚀系统为德国相干(Coherent)公司准分子激光器COMPexPro102(波长193 nm)。激光剥蚀斑束直径为44 μm, 激光能量密度为15 J/cm2, 激光频率为5 Hz, 实验中采用He作为剥蚀物质的载气。用硅酸盐玻璃标准参考物质NISTSRM610进行仪器最佳化,采样方式为单点剥蚀。锆石年龄采用标准锆石 91500作为外部标准物质。元素含量采用NISTSRN1610作为外标, 选择Si作为内标。元素分析的相对标准偏差和分析值之间的相对标准偏差(RSD)一般≤10％。数据处理采用 Glitter(ver4.0, Macquarie University) (Griffin et al., 2008)对锆石的同位素比值及元素含量进行计算。

4.2 主量、微量元素分析

主量元素、微量和稀土元素分析均在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。主量元素分析使用 X-射线荧光光谱仪(飞利浦 PW2404)完成,其中 Al2O3、SiO2、MgO、Na2O检测限为 0.015％, CaO、K2O、TiO2检测限为 0.01％, Fe2O3T、MnO、P2O5检测限为0.005％; FeO用容量法完成(检测限为0.1％)。微量元素及稀土元素含量利用酸溶法将样品制备好后, 采用德国 Finnigan-MAT公司造的ELEMENT I电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定完成, 具体方法可参考李荣辉等(1993)。

5 分析结果

5.1 锆石U-Pb年代学

本文对石英斑岩Z1、流纹斑岩Z2和花岗岩Z3进行LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学测试, 结果见表1。选择分析的锆石为透明的自形晶体, 具明显的环带结构、无包体, 具岩浆锆石特征(图 5)。锆石 Th 和 U的含量变化范围较大, 分别为 49×10–6～9811× 10–6和 64×10–6～10208×10–6, Th/U 比值介于 0.33～ 1.42之间, 平均值为0.79, 绝大多数锆石的Th/U比值都与典型岩浆锆石的比值范围相符(Claesson et al., 2000)。因此, 所测锆石的结晶年龄可代表成岩年龄。

图5　支家地矿区石英斑岩、流纹斑岩、花岗岩中锆石的阴极发光照片Fig.5 CL images and dating spots of zircon grains from the quartz porphyry, rhyolite porphyry, and granite

样品Z1分析了15个点, 除了Z1-8.1、Z1-11.1、Z1-15.1三个点因离群而未参与年龄的计算, 其余的12个分析点大部分位于谐和线的右侧(图6a)。由于在年轻样品中, 普通铅204Pb的含量对测试结果影响较大,而石英斑岩中含207Pb较低, 分析误差偏大, 导致207Pb/235U值精度较差, 但是这些点的纵坐标都比较一致, 符合精度要求, 故采用206Pb/238U加权平均年龄来代表石英斑岩的形成年龄, 仍具有一定的参考性(袁洪林等, 2003; 刘建辉, 2012)。12个测点的206Pb/238U年龄加权平均值为135.4±0.8 Ma(95％置信度) (图6a)。Z1-8.1的206Pb/238U年龄为236 Ma, 应为继承锆石或捕获锆石年龄, 暗示本区存在三叠纪和早白垩世的构造岩浆事件。与区域上中时代多期岩浆活动对应。

样品Z2分析了20个点, 除了Z2-7.1、Z2-10.1、Z2-13.1、Z2-15.1、Z2-18.1五个点因离群而未参与年龄的计算, 其余的 15个点都位于谐和线附近,206Pb/238U加权平均年龄为 136.2±0.6 Ma(95％置信度)(图 6b)。样品Z3分析了18个点, 除了Z3-6.1、Z3-10.1、Z3-16.1、Z3-17.1、Z3-18.1五个点因离群而未参与年龄的计算,其余13个点都位于谐和线附近,206Pb/238U加权平均年龄为136.2±0.7 Ma(95％置信度)(图6c)。

5.2 岩石地球化学特征

5.2.1 主量元素特征

图6　支家地矿区石英斑岩(a)、流纹岩(b)和花岗岩(c)锆石U-Pb年龄谐和图解Fig.6 Concordia diagrams of zircon grains from the quartz porphyry (a), rhyolite porphyry (b), granite (c) of Zhijiadi mine area

表1　支家地矿区石英斑岩、流纹斑岩和花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results of the quartz porphyry, rhyolite porphyry and granite from the Zhijiadi mine area

续表1:

本次研究对 2个流纹岩样品, 10个石英斑岩样品和1个花岗岩样品进行了成分分析, 其中流部分石英斑岩样品(Z0618-7、Z0618-8)、流纹岩样品和花岗岩样品的采样位置与上述Z1、Z2、Z3采样位置分别一致, 其他8个石英斑岩样品采自与④矿体关系密切的岩体。主量和微量元素分析结果见表2。

三类岩石在分类命名图中, 它们都落在流纹岩区域(图7a), 多属亚碱性系列。

石英斑岩SiO2含量为72.43％～76.36％, Al2O3含量为 12.86％～14.22％, K2O含量为 6.55％～9.41％, Na2O含量为0.15％～0.35％。K2O/Na2O比值为19.45～54.47, 全碱(K2O+Na2O)含量为 6.85％～9.81％, 铝饱和指数A/CNK为1.42～1.95, σ为12.5～58.20, 岩石为弱过铝质钾玄岩系列。

图7　支家地矿区岩浆岩的TAS图解(a, 据Le Bas et al., 1986)和SiO2-K2O图解(b, 据Peccerillo et al., 1976)Fig.7 TAS (a), and SiO2vs. K2O (b) diagrams of rocks from the Zhijiadi mine area

流纹岩SiO2含量为76.51％～78.48％, Al2O3含量为11.11％～12.11％, K2O含量为5.54％～6.45％, Na2O含量为3.08％～3.16％。K2O/Na2O比值为1.75～2.09,全碱(K2O+Na2O)含量为 8.7％～9.53％, 铝饱和指数A/CNK为1.24, σ为0.09～0.13, 均小于3.3, 为过铝质钾玄岩与高钾钙碱性系列的过渡区(图7b)。

花岗岩只测试了一块样品, SiO2含量为73.64％, Al2O3含量为13.62％, K2O含量为0.1％, Na2O含量为5.78％。K2O/Na2O比值为0.02, 全碱(K2O+Na2O)含量为5.88％, 铝饱和指数A/CNK为1.46, σ为0, 均小于3.3, 为强过铝质花岗岩。

5.2.2 微量和稀土元素特征

石英斑岩、流纹岩和花岗岩稀土元素和微量元素特征非常类似(图8)。稀土元素球粒陨石标准化图(图8a)中前二者配分曲线模式近乎一致, 后者Eu含量相对富集, 稀土总量ΣREE分别为119.7×106-～ 169.3×106-、92.4×106-～140.8×106-、203.2×106-, (La/Yb)N为 10.24～ 18.26、10.60～17.54、28.26, δEu为0.39～ 0.52、0.37～0.41、0.66, 均呈轻稀土富集的右倾型配分模式; 在原始地幔标准化微量元素蛛网图(图8b)中, 三者的微量元素特征比较一致, 均相对富集Rb、Th、La、Nd、Zr元素, Ba、Sr相对亏损, Ti含量较低, 仅K和P有所不同(石英斑岩和流纹岩富K, 亏损P, 而花岗岩反之)。

图8　支家地矿区岩浆岩稀土元素球粒陨石标准化图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b) (球粒陨石标准化值据Sun et al., 1989; 原始地幔标准化值据Wood et al., 1979)Fig.8 Chondrite normalized REE patterns (a) and the primitive-mantle normalized trace element spider diagram (b) of rocks from the Zhijiadi mine area

6 讨 论

6.1 形成环境

研究表明, 强过铝质花岗岩为陆–陆碰撞过程中同碰撞早期挤压环境下, 地壳加厚及碰撞高峰期后的岩石圈伸展构造作用引起下地壳温度升高, 导致下地壳发生部分熔融形成(Pearce et al., 1984; Harris et al., 1986; Harris and Inger, 1992; Pearce, 1996; Sylvester, 1998; 张宏飞等, 2007), 与陆–陆碰撞和板块深俯冲作用密切相关(Sylvester, 1998; Barbarin, 1999)。这类花岗岩以富Rb, 贫Sr、Ba为特征, 在微量元素蛛网图上出现极为明显的Rb正异常和Ba、Sr负异常。华北克拉通北缘地区中生代花岗岩类中出现过此类岩石(刘红涛等, 2002)。

表2　流纹岩、石英斑岩、花岗岩的主量元素(％)和微量元素(μg/g)的地球化学分析数据Table 2 Major (％) and trace elements (μg/g) composition of the rhyolite porphyry, quartz porphyry and granite

支家地石英斑岩、流纹岩、花岗岩在SiO2-Al2O3图解(图 9a)中的投影点主要落入后碰撞花岗岩类区域。岩体的微量元素和稀土元素表现为富集大离子亲石元素和轻稀土元素, 相对亏损高场强元素和重稀土元素, 也具后碰撞花岗岩的特征。在(Y+Nb)-Rb图解(图 9b)上, 数据点落入同碰撞花岗岩和后碰撞花岗岩重叠区域内。据最新研究成果, 钨锡铅锌银锑汞金铀矿主要出现于岩石圈伸展环境, 大规模成矿作用通常发育于造山后的伸展环境而不是碰撞造山期间(毛景文和王志良, 2000)。结合区域资料分析,中生代(230～110 Ma)是华北地块有色金属的主要成矿期, 华北在中生代已完全进入陆内造山作用阶段, 在EW向构造活动的基础上叠加了古太平洋板块的构造活动, 形成一系列推覆构造和伸展构造, 同时伴随多期次的火山喷发和岩浆侵入活动。结合区域资料综合分析, 研究区与成矿有关的岩石(如: 石英斑岩、花岗岩、流纹岩)可能形成于后碰撞伸展环境。

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; IAG. 岛弧胡岗岩类; CAG. 大陆弧花岗岩类; CCG. 大陆碰撞花岗岩; POG. 后碰撞花岗岩类; RRG. 与裂谷有关的花岗岩; CEUG. 与大陆抬升有关的花岗岩类。图9　构造环境判别图SiO2-Al2O3 (a)和(Y+Nb)-Rb (b, 据Pearce, 1996)Fig.9 SiO2vs. Al2O3(a) and (Y+Nb) vs. Rb (b) diagrams

6.2 成岩与成矿关系

矿区附近的火山岩被厘定为侏罗系白旗组二段(J3b2)(山西省地质矿产局, 1989), 分布在矿区北东部,按其岩性可分为下部英安质角砾岩和上部火山凝灰角砾岩, 为一套长英质火山岩。本次研究表明, 火山岩中流纹斑岩的锆石U-Pb年龄为136.2±0.6 Ma、矿区侵入花岗岩为136.2±0.7 Ma、次火山石英斑岩为135.4±0.8 Ma、都属早白垩世。可见, 矿区分布的这套火山岩(J3b2), 其时代应属早白垩世。邻区左云县有较大面积的白垩纪火山岩出露, 在恒山和五台山隆起的北东端也零星分布有白垩纪火山岩。作为晋北区域构造–岩浆活动带的一部分, 矿区所在的太白维山矿田中发育白垩纪火山岩也是合理的。前人研究表明, 支家地银多金属矿床成矿与石英斑岩密切相关(张北延等, 1995; 周绍芝, 1999; 杨建功, 1999; 李树臣和周利霞, 2008)。支家地含矿角砾岩筒主要分布在石英斑岩体的上方或旁侧, 含矿角砾岩筒中有叶腊石化的石英斑岩角砾, 旁侧的石英斑岩体中也发育了明显的硅化绢云母化及相伴的细脉浸染状铅锌矿化(张会琼等, 2012), 局部达到工业品位。石英斑岩、火山碎屑岩及矿体的稀土分布特征,反映出三者具有同源性(肖秀梅, 1992)。因此, 笔者认为成矿作用与石英斑岩的侵位近同时发生, 时序上紧随石英斑岩侵位之后。因此, 支家地矿区石英斑岩的成岩时代可近似作为成矿时代。初步统计华北地台北缘中段燕山期Au、Ag、Pb、Zn成矿带内发育大、中、小型铅锌银矿床80余处, 其中大型矿床5处、中型26处, 不同规模的Pb、Zn、Ag地球化学异常 180余处, 带内成矿时代有新太古代(3.0～ 2.5 Ga)、古元古代末–中元古代(1.9～1.4 Ga)和中生代的中侏罗世–早白垩世(180～140 Ma), 矿带由北向南呈现了由NE向转为EW向, 再转为NE向的分布特点, 资源量或矿山数量均显示中生代中侏罗世–早白垩世是区内多金属矿床成矿的主要时期。中国东部中生代大规模成矿作用主要发生于 110～160 Ma, 以130 Ma为鼎盛时期, 如邻区的刁泉铜银矿成矿时代为132.3±6.1 Ma(易洪波, 2012), 义兴寨钼金铅锌矿成矿时代为 133±0.87 Ma(罗军燕, 2009), 山西堡子湾金矿早期成矿年龄为142.9 Ma(韩金良等, 2002;朱翠伊等, 2002), 华北地台北缘内蒙林西大井锡铜铅锌银矿床为146～133 Ma(江思宏等, 2012)等。这表明与支家地时代相近的银多金属矿床在区域上具有较大的分布范围, 代表了早白垩世的一次重要的构造–岩浆–成矿事件。

7 结 论

(1) 矿区流纹斑岩的LA-ICP-MS 锆石U-Pb同位素测年结果为 136.2±0.6 Ma, 花岗岩和石英斑岩锆石 U-Pb年龄测定结果分别为: 135.4±0.8 Ma、136.2±0.7 Ma, 三者成岩年龄基本一致, 属早白垩世。支家地石英斑岩与成矿关系密切, 其成岩时代可近似作为成矿时代, 因此支家地银多金属矿床为早白垩世成矿。

(2) 支家地石英斑岩、流纹岩在化学成分上表现为富硅(SiO2=72.43％～78.48％)、高钾(K2O/Na2O平均值为 25.17)、过铝质(A/CNK=1.24～1.95), 花岗岩在化学成分上表现为富硅(SiO2=73.64％)、低钾(K2O/ Na2O=0.02)、强过铝质(A/CNK=0.02), 三者稀土元素和微量元素特征非常类似, 仅在P和K元素化学成分上花岗岩与前2者相差比较大(石英斑岩和流纹岩富 K, 亏损 P; 而花岗岩反之)。微量元素明显富Rb、Th、La、Nd、Zr, 亏损Ba、Sr、Eu等元素, Ti含量较低, 属轻稀土元素富集型的过铝质花岗岩。支家地石英斑岩、流纹岩和花岗岩地球化学特征研究表明其与后碰撞花岗岩类似, 结合区域资料的研究, 推测其形成于后碰撞伸展环境。

致谢： 野外工作得到了山西支家地银矿史矿长的大力支持, 数据测试以及数据处理得到了有色金属矿产地质调查中心石煜博士生的帮助, 在此深表谢意。感谢两位审稿人提出的宝贵修改意见。

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Zircon U-Pb Geochronology of the Volcanic-subvolcanic Rocks and its Geological Implications on the Zhijiadi Silver Polymetallic Mineralization

ZHANG Huiqiong, WANG Jingbin*, WANG Yuwang, ZOU Tao and LONG Lingli
(Beijing Institute of Geology for Mineral Resource, Beijing 100012, China)

LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the volcanic-subvolcanic rocks (rhyolite porphyry, quartz porphyry and granite) from the Zhijiadi deposit yields ages of 135.4±0.8 Ma, 136.2±0.6 Ma, and 136.2±0.7 Ma for the quartz porphyry, rhyolite porphyry, and granite, respectively. Obviously, they formed simultaneously in Early Cretaceous. Since the quartz porphyry is closely related with the mineralization, its age (about 135 Ma) can be considered to be the age of the mineralization. The rhyolite and quartz porphyry are silicon-rich (SiO2=72.43％-78.48％), highly potassic (K2O/Na2O average value is 25.17) and strong peraluminous (A/CNK=1.24-1.95). Moreover, they have similar rare earth element patterns and trace element characteristics, such as enrichments of Rb, Th, La, K, Nd, Zr, other large ion lithophile elements, depletions of Ba, Sr, Eu, and Ti. So, they should belong to the shoshonite series peraluminous granite. However, the granite has different phosphorus and potassium from the quartz porphyry and the rhyolite (granites have high phosphorus and lower potassium, but the quartz porphyry and the rhyolite have high potassium and lower phosphorus). Their geochemistry and formation environment reveal that they have characteristics of postcollisional granites, and thus mostly like to have been formed post collisional extensional environment.

Zhijiadi silver polymetallic deposit; geochronology; LA-ICP-MS zircon U-Pb age

P595; P597

A

1001-1552(2016)03-0478-013

2013-10-18; 改回日期: 2014-10-8
项目资助: 全国危机矿山接替资源找矿项目——危机矿山勘查理论方法与技术总结(200699105)和行业科研基金课题——卡拉塔格整装勘查区找矿预测与靶区评价研究(201411026-3)联合资助。

张会琼(1982–), 女, 博士, 高级工程师, 主要从事典型矿床研究与成矿预测研究。Email: 123863164@qq.com

王京彬(1961–), 男, 教授, 博士生导师, 主要从事矿产勘查、矿床地球化学与找矿预测研究。Email: wjb@cnncm.com