云南省巧家县谓姑地区新元古代石英斑岩体形成时代及其地质意义

金建才,曾礼传,赵 勇,黄 跃,胡清华,张尔新,孙 涛

(1.云南省地质调查院，云南昆明 650216；2.自然资源部三江成矿作用及资源勘查利用重点实验室，云南昆明 650051；3.云南大学地球科学学院，云南昆明 650500；4.云南省高校关键矿产成矿学重点实验室，云南昆明 650500)

谓姑地区位云南省昭通市南西方向40 km处，小江深断裂东侧滇东北坳陷盆地西部，是扬子地块西南缘川-滇-黔铅锌多金属矿集区的重要组成部分(图1;柳贺昌和林文达，1999)。研究区构造活动强烈，具有多阶段多期次复合叠加特征，成矿条件优越，分布有乐红、会泽、毛坪、茂租等多个大型铅锌矿(柳贺昌和林文达，1999;韩润生等，2000)。因区内铅锌银矿床成矿元素含量较高，铅锌品位特高(Pb+Zn多在25%～35%,部分矿石Pb+Zn含量超过60%)、伴生有用元素多(Ag、Ge、Cd、In、Ga等)而引起国内外地学界的极大关注(黄智龙等，2001)。区内提出过不同成因模式，有岩浆-热液成因(谢家荣，1963)、沉积成因(张位及，1984)、沉积-改造成因(廖文，1984；赵准，1995)、密西西比河谷型 (周朝宪，1998；李朝阳，1999)、构造成因(韩润生等，2000；韩润生等，2011)等。关于成矿物质和热液来源，有来自围岩地层和峨眉山玄武岩浆(柳贺昌，1995；黄智龙等，2003)、来自基底地层和深部岩浆作用(韩润生等，2001)、成矿物质来自地壳(张云新等，2014)观点等。由于不同学者对矿床成矿物质和成矿流体来源有不同的认识,目前对该矿床成因还存在较多争论。

图1 云南省巧家县谓姑地区构造纲要简图(据柳贺昌， 1995)Fig.1 Tectonic outline map of the Weigu area in Qiaojia County of Yunnan Province(modified from Liu,1995)1-断裂；2-金沙江；3-省界；4-大中型铅锌矿；5-研究区位置1-fault;2-Jinsha River;3-provincial boundary;4-large-to medium-scale Pb-Zn deposits;5-research area

滇东北侵入岩较不发育，仅在少数地方有出露，相关报道也较少，对岩体时代及成矿研究更是空白。本文依托区内开展的1∶5万矿产地质调查及铅锌银多金属矿床成矿地质条件、成矿规律研究，对谓姑地区新发现的坪子地铜矿化石英斑岩体进行研究，开展锆石U-Pb定年、Lu-Hf同位素和岩石地球化学特征研究，以限定斑岩体形成时代，反演岩体岩浆源区特征，总结斑岩体成因，探讨其构造背景，为研究区内多金属矿床成因、成矿物质来源提供新的依据。

1 区域地质

滇东北地区地层发育完整、构造复杂，沉积建造多样，变质作用微弱，二叠纪火山活动强烈，一系列南北向深大断裂的多期活动，对该区地壳的演化起着至关重要的控制作用，成为不同特点地质结构岩块(地质构造单元)边界条件，与它们所伴生的构造成矿带，具有明显的区带特征；其地质发展演化和成矿地质特征与其独特的地质背景密切相关。区域上中元古界昆阳群为褶皱基底，由滨浅海沉积的紫红、灰、深灰色板岩夹变质砂岩、凝灰岩组成；震旦系下统为砂泥岩沉积，上统下部为冰川活动，受晋宁运动的影响，发生了强烈构造抬升，形成了早晚震旦世间的角度不整合，区内由此转入盖层沉积阶段，沉积了碎屑岩、碳酸盐岩建造，以差异升降运动为主，造成了寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系等地层间的平行不整合接触，印支运动使区内整体抬升。区内构造以发育北东向、北西向压扭性、张扭性断裂为主。

谓姑地区出露地层有中元古界昆阳群黄草岭组板岩、粉砂质板岩，新元古界澄江组砂岩、灯影组碳酸盐岩，寒武系-三叠系碎屑岩、碳酸盐岩沉积，二叠系峨眉山组玄武岩。断裂构造以北东向、北西向为主，褶皱为轴向北东的谓姑破背斜。岩浆岩有石英斑岩及辉绿岩，石英斑岩呈岩枝、岩株状产出，辉绿岩呈岩墙、岩脉状产出，石英斑岩侵入辉绿岩体中，辉绿岩侵位于震旦系下统澄江组中。石英斑岩岩体与澄江组接触带附近，可见宽约1～2 cm的接触带，蚀变强烈，以硅化、黄铁矿化为主，次为含铜黄铁矿化、镜铁矿化及绿泥石化等。

本次在研究区内开展1∶50000龙头山幅矿产地质调查①，新发现石英斑岩体5个，分布于北东向乐马厂断裂带西侧(图2a)、谓姑逆断裂带内，呈岩枝、岩株侵位于渭姑背斜核部中元古界昆阳群、新元古界澄江组，与青白口纪辉绿岩呈侵入接触，部分岩体被谓姑逆断层切割。石英斑岩体面积约0.02～0.53km2不等(图2b)，其中谓姑地区坪子地石英斑岩体可分两个岩相带：外带为紫红色石英斑岩，仅见褐铁矿化；内带为灰白色石英斑岩，见有铜矿化；坪子地石英斑岩体中上部见有铜矿化；矿化体长10～50 m，宽0.4～3.0 m，共圈出3个铜矿体，铜品位0.57%～4.32%；铜矿化呈稀疏浸染状、星点状、细脉状分布于岩体中或裂隙中(图3)；矿石矿物以黄铜矿为主，次为孔雀石，脉石矿物为石英、斜长石。

图2 谓姑地区地质图( a据林方成，1995)Fig.2 Geological map of the Weigu area(a modified from Lin,1995)1-第四系；2-中泥盆统；3-奥陶系-中志留统;4-寒武系;5-震旦系上统灯影组；6-震旦系下统；7-中元古界；8-断层；9-平行不整合 界线；10-角度不整合界线；11-铅锌矿；12-铜矿；13-石英斑岩；14-辉绿岩1-Quaternary;2-Middel Devonian;3-Cambrian-Middle Silurian;4-Cambrian;5-Upper Sinian Dengying Formation;6-Lower Sinian;7-Mesoproterozoic；8-fault;9-parallel unconformity;10-angular unconformity;11-lead zinc ore;12-copper ore;13-quartz porphyry; 14-diabase

图3 谓姑地区坪子地石英斑岩铜矿化特征Fig.3 Characteristics of copper mineralization in quartz porphyry from Pingzidi of the Weigu area

2 岩石特征

坪子地石英斑岩体分带明显，岩性较为单一，内外带岩性相同，外带具褐铁矿化。外带为暗紫色蚀变石英斑岩，内带为灰白色蚀变石英斑岩。岩石具斑状结构，基质具显微嵌晶结构，块状构造。斑晶由石英、斜长石组成(图4)，石英斑晶含量2%～3%，大小1.8～2.4mm,呈它形粒状，具熔蚀；斜长石斑晶含量1%～3%，呈自形-半自形板柱状，大部分已绢云母化，少量碳酸盐化、硅化，晶形可见，大小(2.5～2.8)×(2.5～1.5) mm。基质由石英(52%～55%)、蚀变斜长石(30%～40%)、铁泥质(1%～2%)、金属矿物(2%～10%)组成，基质小于0.2 mm，石英呈它形粒状，斜长石嵌布于石英颗粒间，杂乱分布，呈柱状，普遍绢云母化。

图4 谓姑地区坪子地石英斑岩样品照片Fig.4 Microscopic photographs of quartz porphyry in Pingzidi of the Weigu areaa-手标本；b,c,d-正交偏光；Pl-斜长石；Qtz-石英;Ser-绢云母a-hand specimen；b-orthogonal polarized light；Pl-plagioclase；Qtz-quartz;Ser-sericite

3 分析方法

岩石主量元素、微量元素分析由云南省地质矿产勘查开发局中心实验室完成。主量元素采用X荧光光谱议(ZSX Primus Ⅱ，仪器编号2012-分-01)完成分析测试，H2O+、H2O-及烧失量使用电子分析天平(BP221S型电子天平，仪器编号2004-分-03)完成测试，分析误差小于0.5%；稀土和微量元素在电感耦合等离子体质谱议(ICAP-RQ,,仪器编号2018-分-01)完成分析测试(Sb、Sb、Bi、Hg使用AFS-3100原子荧光光度计完成分析测试)。

锆石分选、制靶、U-Pb测年、Lu-Hf同位素分析及数据处理、绘图由武汉上谱分析科技有限责任公司完成。锆石分选在无污染设备中进行，先将样品进行机械粉碎至80～100 μm，再用淘洗、重力或磁选等方法分选出单矿物。在显微镜下挑选出晶形较完好、代表性较强的锆石与标准样品一起放入环氧树脂中进行制靶，待冷却固化后进行抛光，在阴极发光(CL)上拍摄锆石显微图像。锆石U-Pb分析测试在实验室的相干193nm准分子激光剥蚀系统(安捷伦电感耦合等离子体质谱议Agilent 7900)下完成，Hf同位素测试在实验室的相干193nm准分子激光剥蚀系统(多接收质谱MC-IPC-MS(Neptune Plus)，关键参数:光束44 μm,频率8 Hz，能量强度8 mJ/cm2,载气(He)600 mL/min)下完成。锆石分析标准样品作用情况:微量元素使用国标样NIST60，同位素比值校正标准样品91500，同位素比值监控标准样品GJ-1(推荐值引自GeoRem)。

4 分析结果

4.1 岩石主、微量元素分析结果

石英斑岩的岩石主、微量元素分析结果见表1。岩石SiO2含量为70.41%～77.65%，平均74.50%，Al2O3含量为11.29%～13.53%，平均12.75%，Fe2O3+FeO含量为2.15%～7.17%，平均3.45%，MgO含量为0.34%～0.58%，平均0.45%，K2O含量为3.77%～6.76%，平均5.70%，Na2O含量为0.032%～1.15%，平均0.46%，K2O+Na2O为3.8%～7.03%，K2O/Na2O为4.76～117.94，平均29.35，属富钾岩石，与中国花岗岩平均值(据黎彤和饶纪龙，1963)相比，Al2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O、P2O5偏低，SiO2、K2O偏高。在SiO2-Na2O+K2O图解中(图5)，样品落入花岗岩区及亚碱性区，铝过饱和指数为1.63～3.00，平均2.04，属过铝质岩石，碱度指数为0.32～0.55，属钙碱性岩石。(La/Yb)N为22.87～42.78，(La/Sm)N为4.84～5.761，(Gd/Yb)N为2.31～4.19，δEu值为0.21～0.25，负异常明显，稀土总量(∑REE)为(1017.12～1325.20)×10-6，轻稀土(LREE)含量为895.02×10-6～1206.58，重稀土(HREE)为100.45×10-6～148.04×10-6，轻重稀土比(LREE/HREE)为7.33～10.17。稀土曲线配分曲线明显呈右倾型(图6a)，显示轻稀土明显富集；微量元素蛛网图呈阶梯状向右倾斜(图6b)，明显富集大离子亲石元素和高场强元素。Eu负异常明显，表明岩体发生了斜长石的大量结晶。稀土、微量元素的配分曲线表明外带暗紫色石英斑岩与内带灰白色石英斑岩相差不大，说明二者具相同的岩浆来源。

表1 石英斑岩的岩石化学、地球化学分析结果

续表1

续表1

图5 花岗岩类的SiO2-Na2O+K2O图解 (底图据 Le Bas at al.,1986)Fig.5 SiO2-Na2O+K2O diagram for granites(base diagram after Le Bas et al.,1986)

图6 坪子地岩体稀土元素球粒陨石标准化配分曲线图(a,球粒陨石数据据Boynton，1984)和微量元素原始地幔标准化图蛛网图(b,标准化值来自Sun and McDonough， 1989 )Fig.6 Chondrite-normalized REE (a,chondrite values from Boynton,1984) and primitive mantel-normalized trace element patterns(b,primitive mantle values from Sun and McDonough，1989) for Pingzidi pluton

4.2 锆石U-Pb同位素测年

对谓姑地区坪子地灰白色石英斑岩开展了锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素定年，取样点坐标为103°15′45"，27°04′14"。年龄测试结果见表2和图7。样品中锆石呈长柱状或短柱状，粒径100～130 μm，长宽比多为1.5∶1～3∶1；多数样品较规则，振荡环带宽度大，部分稍窄，具核-幔-边结构；核部大部分有形态，多呈次圆状，与锆石轮廓基本一致。Th、U含量分别为(122～481)×10-6、(162～825)×10-6；Th/U = 0.40～0.82，平均0.63，为典型的岩浆锆石(吴元保和郑永飞，2004；杨进辉等，2005)。25个测点的206Pb/238U年龄在(752±5.36)～(819±6.00) Ma(表2)，数据点集中分布在U-Pb谐和曲线图上(图8)，年龄加权平均值为795.4±5.8Ma(MSWD=5.0)。此年龄代表了岩浆结晶年龄，表明岩体形成于新元古代青白口纪晚期。

图 7 石英斑岩中锆石的阴极发光图像Fig.7 Cathodoluminescence images of zircons from the quartz porphyry

图8 石英斑岩锆石U-Pb年龄诣和图Fig.8 Concordia U-Pb diagrams of zircons for the quartz porphyry

5 讨论

5.1 岩石成因

谓姑地区石英斑岩具有高硅(70.41%～77.65%)、强铝过饱和 (A/CNK为1.29～5.37，均大于1.1)(贺元凯等，2020)的特征，相对富钾，K2O/Na2O均大于1(为4.60～117.94)，在K2O-SiO2图解(图9)中落入高钾钙碱性系列、钾玄岩系列；明显富集K、Rb、Th等大离子亲石元素和富集Zr、Nb、Hf等高场强元素，亏损Sr、Ti等强不相熔元素，具较高的负Eu异常，兼具S型、A型花岗岩特征(宋运红等，2015；解洪晶，2009；胡振华等，2020；刘军平等，2020a)。坪子地石英斑岩Rb/Sr=13.81～22.42，平均18.36，大于地幔平均值(约0.025)；Th/U=10.11～19.75，平均15.46，远大于地壳平均值3.8(迟清华和鄢明才，2007)；La/Yb比值范围在13.81～22.41，大于地壳平均值(0.35)(Rudnick and Gao,2003),反映出壳源特征；Nb/Ta比值范围在33.92～63.45，平均值为45.52，高于球粒陨石平均值(1.483)及地壳平均值6.818(赵振华，1997)；Ti/Y比值为29.62～44.79，小于100，且变化不大，Ti/Zr比值为4.43～6.82，小于10，说明本区石英斑岩为地壳部分熔融的产物(王春林等，2017)。在图10a、图10b中区内样品分布于上地壳附近。以上特征表明区内石英斑岩主要为壳源物质熔融形成。

图9 坪子地石英斑岩 K2O-SiO2图解(据Rickwood， 1989)Fig.9 K2O-SiO2 diagram of Pingzidi quartz porphyry (after Rickwood，1989)

图10 Th/Nb-Nb/Yb(a,据Pearce and Peate,1995 略修改) 、Th/Nb-Nb/Yb(b)关系图Fig.10 Plots of Th/Nb vs Nb/Yb(a,after Pearce and Peate,1995) and Th/Nb-Nb/Yb (b)注：图a岛弧火山岩数据引自Ellrott et al.(1997)、Turner et al.(1997)、Turner and Foden(2001)、Pearce and Peate(1995)、Marini et al.(2005)、Ellam et al.(1989)。上地壳、下地壳数据来自Rudnick and Gao(2003)，全球俯冲沉积物平均值(GLOSS) 来自Plank and Langmuir(1998);原始地幔(P'M)数据来自McDonough and Sun(1995)。图b中UC(上地壳)、MC(中地壳)、LC(下地壳)数据来自Rudnick and Gao(2003)，洋岛玄武岩(OIB)、原始地幔和正常大洋中脊玄武岩(N-MORB)数据来自Sun and McDonough(1989)。

研究发现，锆石在形成后基本没有明显的放射性成因的积累，所测定的176Hf/177Hf即比值基本代表了其形成时体系的同位素组成，锆石Hf同位素可以探索岩体演化和和指示岩浆源区(吴福元等，2007；张少兵和郑永飞，2007)。本区石英斑岩锆石的176Hf/177Hf为0.282082～0.282119间，对应的εNd(t)值在-7.43～-5.76，平均-6.61，二阶段模式年龄峰值在2.063～2.146 Ga(表3)，显示岩浆来源于古老地壳部分熔融(吴福元等，2007；候可军等，2007;薛生升等，2019)；在εNd(t)-t(Ma)图解中(图11)，数据落入地壳线附近，结合岩石化学特征，区内石英斑岩体应为地壳熔融产物。

表3 谓姑地区石英斑岩锆石Lu-Hf同位素分析结果

图11 坪子地石英斑岩锆石年龄与εNd(t)关系图解 (据 Xiao et al.,2004;Yang et al.,2006略改)Fig.11 Plot of U-Pb age of zircon vs.εNd(t)for the Pingzidi quartz porphyry(modified from Xiao et al.,2004; Yang et al.,2006)

5.2 构造背景探讨

扬子陆块西缘的康滇地轴在早元古代时期(2486～1884 Ma)作为结晶基底是Kenorland超大陆的一部分(薛钧月等，2009；李静等，2018；刘军平等，2018)，在中元古代(1725～1466 Ma )时期演变为康滇陆缘裂谷，可能与地幔柱有关，与Columbia超大陆裂解同期(刘军平等，2020b)；新元古代时期(1100～721 Ma)由于晋宁运动使康滇地轴发生变质形成结晶基底，是Rodinia超大陆拼贴与裂解事件的响应(王红军等，2009；王奖臻等，2012；刘军平等，2020a)，而标志着Rodinia超大陆裂解的开始是1000～900 Ma板内环境碱性玄武岩的广泛出现(王红军等，2009)。Rodinia 超大陆的形成、裂解过程主要体现在晋宁期花岗质岩浆活动从早期(830～800 Ma)的偏中酸性(以花岗闪长岩为主)变化到晚期(780～680 Ma)的酸性，暗示构造环境从拉张向挤压环境演变(刘军平等，2020a)。新元古代早期(～800 Ma)康滇地轴发育与Rodinia裂解事件关系密切的大面积岩浆成矿作用，暗示在区域上存在一次大的岩浆构造事件。830～750 Ma期间地幔柱活动导致了华南地壳的抬升-去顶、大陆裂谷和广泛的双峰式岩浆作用，并最终导致了Rodinia超级大陆的裂解(徐义刚，2002；徐义刚等，2007；赖绍聪和朱韧之，2017；刘军平等，2020a)。谓姑地区位于康滇古陆东部，小江断裂带东侧,该地区石英斑岩体的锆石U-Pb年龄为795.4±5.8 Ma，与Rodinia超大陆下地幔柱活动时限一致；岩石具有明显的负铕异常、轻稀土富集和明显富集大离子亲石元素和高场强元素的特征，在构造背景判别图解(after Pearce,1984)中所有样品均投入到板内花岗岩区内(图12)，形成于伸展拉张构造背景。以上特征表明，谓姑地区新元古代石英斑岩体在Rodinia超大陆裂解过程中受地幔柱活动影响，使地壳深部发生熔融，形成石英斑岩体。岩浆源区以壳源物质为主，可能有少量地幔物质的加入，石英斑岩体应为Rodinia超大陆裂解过程的产物。

图12 石英斑岩Nb-Y+Nb图(a)和Nb-Y图(b)Fig.12 Nb-Y+Nb(a) and Nb-Y (b) diagrams of quartz porphyry

6 结论

(1)谓姑地区坪子地石英斑岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为795.4±5.8Ma，指示本区发生一期强烈的岩浆侵入活动，属于新元古代青白口纪晚期。

(2)谓姑地区坪子地石英斑岩属高钾钙碱性系列，岩石地球化学特征及锆石原位Lu-Hf同位素特征表明，其源区为古老地壳物质的熔融。

(3)谓姑地区坪子地石英斑岩体形成于新元古代青白口纪晚期伸展拉张构造背景，为Rodinia超大陆裂解的产物。

致谢：本成果为云南省鲁甸县乐马厂-巧家县茂租铅锌银多金属矿整装勘查区矿产调查与找矿预测项目组集体成果，云南省地质调查院董涛高级工程师对本文提出了诸多建设性意见，在此一并表示感谢!

[注 释]

①云南省地质调查院.2016-2018.云南省鲁甸乐马厂-巧家县茂租铅锌银多金属矿整装勘查区矿产调查与找矿预测成果报告[R].