鄂北七尖峰岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb测年及其岩石成因、成矿意义

陈 超, 毛新武, 彭少南, 廖明芳, 杨金香, 朱 金

(湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034)

大别造山带及邻区存在大量中生代中—酸性侵入岩[1-3],如七尖峰岩体[4]、新玉皇顶岩体、鸡公山岩体[5]、夏店岩体、梅川岩体[6-7]、阳新岩体[8-9]等。这些岩体大多与岩浆、热液型矿床的形成有关,最具代表性的就是鄂东南大冶地区金、银、铜、铁等矽卡岩型矿床,其形成与早白垩世中—酸性岩体的侵位直接相关[10-15]。鄂北七尖峰岩体主要由(斑状)黑云二长花岗岩组成,岩体与金银铜等矿产资源的形成关系密切[16-17],最典型的矿床为黑龙潭—卸甲沟金矿[18],此外岩体中钾长石矿床也同样具有广阔的开发应用前景[19],这些矿产资源的形成都可能与七尖峰岩体有着直接或者间接的关系[20-23]。

前人区域调查和专题研究认为,岩体形成时代定为白垩纪[24],其形成可能与陆内造山作用有关。然而,岩体的形成时代方面,前人虽进行过同位素年代学研究[3,24],但一直未见较好的年龄结果报道。另外,由于长期缺少七尖峰岩体成岩和周围矿体成矿的精确年代学证据,以至于对岩体与成矿的关系的认识不明确。本文通过对七尖峰岩体南端的中粒斑状黑云二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年,获得了较好的年代学资料。并通过分析七尖峰岩体地球化学特点,结合区域近同时代岩浆岩与成矿作用的研究成果,简要探讨岩体成因及其成矿意义。

1 地质特征

七尖峰岩体出露于新城—黄陂断裂以南三合店—唐王店一带(图1),呈北西—南东向椭圆形展布,主要侵位于武当岩群(原大狼山群、随县群)、耀岭河组、陡山沱组中。局部被上白垩统寺沟组角度不整合覆盖,说明其形成时代早于晚白垩世。1∶5万新集南半幅、三合店、唐王店幅区调建立为三合店超单元,因此也有人称其为三合店岩体。岩体由外至内分别由外带中粒斑状黑云二长花岗岩(Q1πηγ)、中带中粒(含斑)黑云二长花岗岩(Q1πηγ、Q2ηγ)、内带细粒黑云二长花岗岩(Q3ηγ)组成,且由外而内具有幕式侵位的特点,之间多以脉动接触,仅局部为涌动接触。岩体主要矿物组合以碱性长石(以微斜长石为主,35%～45%)、斜长石(25%～30%)、石英(20%～25%)为主,其次为黑云母和角闪石(<5%),副矿物有磷铁矿、磷灰石、金红石、锆石、榍石等。外带和中带内侧(似)斑状结构发育,斑晶主要为微斜长石和石英,含量5%～15%、粒径1～10 cm不等。

图1 七尖峰岩体及周围地质图[4]Fig.1 Regional geologic map of Qijianfeng pluton and its adjacent region1.第四系;2.晚白垩世寺沟组;3.早震旦世陡山沱组;4.南华纪耀岭河组;5.南华纪武当群;6.新元古代花岗质片麻岩;7.古元古代大别岩群;8.超基性岩;9.辉绿岩;10.周楼岩体斑状二长花岗岩;11.周楼岩体二长花岗岩;12.七尖峰岩体外带斑状二长花岗岩;13.七尖峰岩体中带二长花岗岩;14.七尖峰岩体中带斑状二长花岗岩;15.七尖峰岩体内带二长花岗岩;16.钾长花岗岩;17.断层;18.角度不整合;19.岩相变化界线;20.采样位置。

2 锆石U-Pb测年

锆石U-Pb测年样品采自随州市唐王店水库北侧公路边(坐标位置:113°09′30″E,32°06′15″N),位于七尖峰岩体南端,岩性为中粒斑状黑云二长花岗岩。LA-ICP-MS 锆石U-Pb同位素测年和微量元素分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。所使用的ICP-MS仪器型号为Elan6100DRC,激光剥蚀系统是德国Lamda Physik公司的Geolas200M深紫外(DUV)193 nm ArF准分子(excimer)激光剥蚀系统。激光束斑直径为32μm。实验中采用He作为剥蚀物质的载气,哈佛大学标准锆石91500作为外标,29Si作为内标。采用ICPMSDataCal(V3.7) 软件对同位素比值数据进行处理[25],对实验所测得的数据用ISOPLOT程序[26]进行谐和图的绘制和加权平均年龄计算。

斑状黑云二长花岗岩中的锆石呈自形—半自形柱状,粒度在80～120μm之间,发育较好的振荡环带结构(图2-a),24个测试点有一个点(D1039-1-08)实验失败,其余23个点Th含量176×10-6～782×10-6,U含量443×10-6～1 053×10-6,Th/U值在0.38～0.74之间。锆石稀土元素方面(表2),轻稀土元素(LREE)亏损,显示一定的负Eu异常,Ce表现为强烈的正异常(图2-b),这些都与岩浆锆石的特点相符[27]。锆石U-Pb测年结果见表1,23个分析点谐和度都>95%,且比较集中(图2-c、d),206Pb/238U年龄范围在137～145 Ma之间,加权平均年龄为(141±0.98)Ma(MSWD=2.6),代表斑状黑云二长花岗岩的结晶年龄。

图2 七尖峰岩体斑状黑云二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年分析图解Fig.2 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating diagrams of porphyritic biotite monzogranite from Qijianfeng plutona.CL图;b.球粒陨石锆石稀土元素配分图;c.谐和年龄图;d.加权年龄图。

表1 七尖峰岩体斑状黑云二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年数据Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating data of porphyritic biotite monzogranite from Qijianfeng pluton

表2 七尖峰岩体斑状黑云二长花岗岩LA-ICP-MS锆石稀土元素数据Table 2 LA-ICP-MS zircon REE data of porphyritic biotite monzogranite from Qijianfeng pluton

3 讨论

3.1 岩体形成时代

七尖峰岩体与围岩都呈侵入接触关系，围岩包括南华纪武当群、耀岭河组和震旦纪陡山沱组，岩体南侧部分位置被晚白垩世上寺组角度不整合覆盖，说明岩体形成时代晚于震旦纪，早于晚白垩世。另外，七尖峰岩体主要由二长花岗岩、斑状二长花岗岩组成，岩石几乎未发生变形、变质作用，岩体整体呈“纺锤状”出露，与围岩界线平滑，说明其侵位后受后期构造改造较弱。桐柏—大别造山带地区为典型的高压—超高压变质区，区内除部分中生代及以后的地质体以外，其余基本都遭受了不同程度的变形、变质。因此根据野外产出状态，可以初步推测七尖峰岩体应形成于中生代晚白垩世之前。

前人对于七尖峰岩体同位素年代学也进行过一定的研究,不同人采用不同的方法对岩体进行同位素测年,获得了不一致的年龄结果(表3)。早期地质调查、矿产勘查采用全岩Rb-Sr法、黑云母K-Ar法、磷灰石U-Pb法、单锆石U-Pb法对岩体成岩年龄进行过研究,但获得的年龄结果从232～115 Ma不等,且与岩体由外至内依次变新的野外特点不符,由于当时测年技术的不成熟,这些年龄结果的可靠程度有限。1∶5万新集南半幅、三合店、唐王店幅区调报告结合区域构造认为岩体形成于燕山早期,但报告中未给出准确的成岩年龄。陈玲等曾报道七尖峰岩体外带斑状黑云二长花岗岩133 Ma的锆石U-Pb年龄[3],但并未公开发表详细的年龄数据或者图表资料。本文通过对七尖峰岩体南端中粒斑状黑云二长花岗岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年,获得(141±0.98) Ma(MSWD=2.6)的结晶年龄,为七尖峰岩体提供了精确的同位素年代学资料。

表3 七尖峰岩体同位素测年统计表Table 3 The isotopic dating statistics of Qijianfeng pluton

3.2 岩体成因

地球化学方面(表4),七尖峰岩体SiO2含量69.43%～72.26%,Al2O3含量14.43%～14.85%,Na2O/K2O比值1.09～1.17(>1),Sr含量719×10-6～1 147×10-6(>400×10-6),Yb含量0.71×10-6～1.17×10-6(<1.9×10-6),Y含量7.19×10-6～12.47×10-6(<18×10-6),Sr/Y比值61.83～121.25(>40),与张旗等定义的典型埃达克岩的地球化学特征相似[28-32]。研究证实,大别造山带及邻区存在许多中生代C-型埃达克质侵入岩[33-36](埃达克岩分两种:C-型,与加厚地壳有关;O-型,与板块俯冲有关[28,30,37]),其形成过程可能与中国东部中生代地壳加厚有关。且据马昌前等的研究,区内135 Ma之前的花岗质侵入岩具有高Sr/Y比值(一般>60),而135 Ma之后的中生代侵入岩具有相对低Sr/Y比值,前者可能为加厚地壳产生的C-型埃达克岩,而后者为地壳伸展减薄的产物[3,36]。对比大别及邻区典型C-型埃达克岩,七尖峰岩体表现出相对一致的微量元素分布特点和高Sr/Y比值特征(图3)。因此,结合本文获得的七尖峰岩体年龄、地球化学特点以及前人对大别及邻区中生代花岗质侵入岩的研究,认为七尖峰岩体为～141 Ma加厚地壳熔融形成的埃达克质岩浆侵位而成,而岩体分带的特点为同一岩浆房不同期次幕式侵位的结果。

3.3 成矿意义

一般情况下,埃达克岩与成矿作用关系密切[31,33]。七尖峰岩体周围分布众多金银矿床、矿点,如合河、黑龙潭、卸甲沟等,矿体一般呈透镜状、豆荚状、脉状赋存于岩体周围武当群、耀岭河组片岩和陡山沱组板岩中[16]。前人通过对黑龙潭—封江一带金矿石英流体包裹体H、O和黄铁矿S、Pb同位素示踪分析,发现成矿流体以变质热液为主,叠加少量岩浆水和大气降水,主要成矿元素来源于赋矿地层,少量来源于岩体[17,22-23]。这说明在成矿过程中,岩体提供了一定的成矿热液和成矿元素,但主要成矿物质来源于赋矿围岩地层。大量调查研究证实,环七尖峰岩体周围的金银矿床、矿点的形成与伸展走滑、韧性剪切构造紧密相关[17,18,20-23],而这些构造作用的产生可能也与岩体侵位存在一定关联性。笔者认为，岩体侵位可能是导致矿床形成的关键因素。岩体侵位过程中产生的巨大热驱动力,导致了围岩发生走滑、韧性剪切变形,同时使得围岩中成矿物质进一步活化运移,从而在有利部位富集成矿。在此过程中,岩体的主要贡献是提供热源、动力,并一定程度上提供成矿物质。

注:数据摘自1∶5万新集南半幅、三合店、唐王店幅区调报告[24]。

图3 大别山及邻区中生代埃达克岩蛛网图[38](a)、Sr/Y-Y图[39](b)Fig.3 Spide and Sr/Y-Y diagrams of Mesozoic adakites in the Dabie Mountain and its adjacent region说明:大别山高Sr/Y比值花岗岩和大冶铜山口数据摘自公开发表论文[35-36]。

4 结论

(1) 对七尖峰岩体外带斑状黑云二长花岗岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年,获得中粒斑状黑云二长花岗岩成岩年龄为(141±0.98) Ma(MSWD=2.6),属于早白垩世早期,为七尖峰岩体提供精确的同位素年代学依据。

(2) 通过对比邻区同时代侵入岩地球化学特征,推测七尖峰岩体为加厚地壳熔融形成的埃达克质岩浆侵位而成,而岩体分带的特点为同一岩浆房不同期次幕式侵位的结果。

(3) 岩体侵位可能是导致环七尖峰岩体众多矿床形成的关键因素,在成矿过程中,岩体的主要贡献是提供热源、动力,并一定程度上提供成矿物质。

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