西藏格玛铅多金属矿床的发现、地质特征、年代学与成矿地质背景

岳国利,李 敏 ,翟文建,杨长青,吕国娟,赵 焕

1.河南省地质调查院,郑州 450001

2.河南省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室,郑州 450001

3.河南省地质科学研究所,郑州 450001

0 引言

近十多年来,随着公益性地质工作的不断推进及其之后商业性勘查项目的实施,班公湖—怒江成矿带找矿工作取得了重大突破。前人[1-12]相继在班公湖—怒江成矿带中西段发现了多龙超大型铜(金)矿集区以及尕尔穷、嘎拉勒、雄梅、商旭、舍索、拉青、屋苏拉和扎格拉等一大批大中型铜(金)多金属矿床。该成矿带的重要地位已逐渐得到了公认[13-14],成为继冈底斯—喜马拉雅成矿带之后西藏又一条重要的成矿带[13],也成为近年来备受关注的找矿热点地区。但以往班公湖—怒江成矿带的地质找矿工作主要集中在中西段,而其东段(青藏铁路以东)地质工作相对薄弱,找矿发现的报道也较少。

格玛铅多金属矿床位于西藏自治区那曲市香茂乡东35 km处,是笔者团队于2010年在执行中国地质调查局青藏专项期间发现的矿床(1)岳国利,王福全,刘伟,等.西藏那曲县格玛铅锌银矿地质普查报告.郑州:河南省地质调查院,2013.,也是目前在班公湖—怒江成矿带东段已发现的唯一一处中型富铅锌银多金属矿床。矿床控制程度达到普查,提交(333)+(3341)矿石量437.25万t、铅金属量30.13万t、锌金属量7.61万t、银金属量458.06 t、伴生铜金属量1.73万t,铅锌、银资源量均达到了中型矿床规模。本文通过对格玛铅多金属矿床地质特征的阐述和对矿床岩矿石地球化学、花岗闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学的研究,分析了该矿床的成矿物质来源、成矿时代与成矿地质背景,探讨了矿床的成矿作用,并初步建立了班公湖—怒江成矿带东段铅锌银多金属矿床的成矿地质模型,以期为研究区和区域的进一步找矿与研究提供支持。

1 矿区地质特征

格玛铅多金属矿床位于广义的班公湖—怒江成矿带的东段[14](图1a),其大地构造位置处于昂龙岗日—班戈—腾冲岩浆弧带内[15](图1b),北侧距班公湖—怒江结合带南缘约70 km,地层区划属冈底斯—念青唐古拉地层区之班戈—八宿地层分区[16]。区域上出露地层为中侏罗统马里组(J2m),该组为一套厚度巨大的弧前增生盆地复理石碎屑岩沉积。分布的岩浆岩主要为早白垩世、晚白垩世中酸性侵入岩和火山岩,其次有少量新生代中酸性侵入岩。

矿区出露地层为中侏罗统马里组(图2)。根据其岩性组合和岩石特征,自下而上可划分为4个岩性层:一层为细晶灰岩层(ls),呈透镜状产出,岩性为中厚层状绿帘石化细晶灰岩;二层为变质粉砂岩层(mst),主要岩性为变质粉砂岩,局部夹变质石英杂砂岩、变质粉砂质泥岩;三层为变质石英杂砂岩层(mss),主要岩性为变质石英杂砂岩,局部过渡为变质粉砂岩;四层为砂质板岩层(ssl),岩性为砂质、粉砂质板岩。区内发育近东西向和北西向两组断裂构造,两组断裂控制了区内矿体的产出位置和形态。其中,近东西向断裂主要有F1、F2,2条断裂大致平行分布,性质均为压扭性右行走滑断裂,断面产状167°～201°∠67°～89°,断裂带内岩石为片理化、碎裂岩化变质粉砂岩、黑云石英角岩和二云石英角岩;北西向断裂为F3,该断裂具明显的张性特征,断面产状201°～240°∠64°～71°,断裂带内岩石为碎裂岩化变质粉砂岩和石英杂砂岩。

1. 第四系残坡积及冲积物; 2. 中侏罗统马里组; 3. 变质粉砂岩; 4. 变质石英杂砂岩; 5. 砂质板岩; 6. 细晶灰岩; 7. 碎裂岩; 8. 早白垩世黑云母花岗闪长岩; 9. 石英脉; 10. 断裂构造带及编号; 11. 侵入地质界线及倾角; 12. 角岩化; 13. 矿体及编号; 14. 勘探线及编号;15. 钻孔及编号;16. 同位素年龄样品采样位置。

矿区中部出露早白垩世黑云母花岗闪长岩(K1γδβ),岩体呈岩株状侵入于中侏罗统马里组中,其边部见有岩枝和岩脉穿插于马里组内。花岗闪长岩体内主要发育绿泥石化和绿帘石化蚀变,其外接触带普遍具角岩化,局部见有硅化和弱矽卡岩化,与成矿关系密切。

2 矿床地质特征

2.1 矿体地质特征

矿区已发现矿体14个,其中主要矿体为Ⅰ号、Ⅱ号和Ⅲ号,3个矿体的资源量之和约占全区总资源量的68%。矿体产出的空间位置严格受近东西向和北西向两组断裂控制(图2)。

Ⅰ号矿体位于花岗闪长岩体南侧外接触带,受F3断裂控制,呈脉状产出于F3断裂内。矿体地表长度560 m,厚度1.61～3.20 m。矿体地表倾向201°～244°,倾角45°～78°,深部倾角66°～67°。矿体沿走向和倾向上连续性较好,无分支复合现象。容矿岩石主要为碎裂角岩化粉砂岩、石英杂砂岩。矿体顶、底板围岩主要为变质石英杂砂岩、粉砂岩及角岩化粉砂岩。

Ⅱ号矿体位于花岗闪长岩体北侧外接触带,受F2断裂控制,呈脉状产出于F2断裂内。矿体沿地表有尖灭再现现象,断续出露长度1 224 m,厚度0.85～8.89 m。矿体地表倾向164°～187°,倾角77°～89°,深部变缓(图3)。容矿岩石主要为碎裂角岩化粉砂岩、绢云(黑云)石英角岩,次为石英脉、碳酸盐脉。矿体顶、底板围岩主要为角岩化粉砂岩、绢云(黑云)石英角岩。

图3 格玛铅多金属矿床0勘探线地质剖面图

Ⅲ号矿体位于Ⅱ号矿体北侧,受F1断裂控制,呈脉状产出于F1断裂内。矿体地表长度1 272 m,厚度0.37～1.47 m。矿体地表倾向166°～185°,倾角74°～88°,深部倾角变缓。矿体沿走向和倾向上连续性较好,无分支复合现象。容矿岩石主要为碎裂角岩化粉砂岩,次为碎裂石英杂砂岩。矿体顶、底板围岩主要为变质粉砂岩或角岩化粉砂岩。

2.2 矿石特征

矿石类型:按容矿岩石类型划分,主要有碎裂岩型矿石、角岩型矿石、角岩化砂岩(粉砂岩)型矿石;按结构构造划分,主要为细脉浸染状矿石、角砾状矿石,次为块状矿石。

矿石结构构造:矿石结构主要有半自形—他形粒状结构、交代结构、包含结构和填隙结构等。矿石中常见方铅矿交代闪锌矿,方铅矿、闪锌矿、黄铜矿交代早期黄铁矿,黄铜矿多具他形粒状结构及固溶体分离结构。矿石构造主要有脉状、细脉浸染状、角砾状及块状。

矿石的矿物组分:金属矿物主要有方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿,次有少量磁铁矿和微量磁黄铁矿、毒砂;脉石矿物主要为石英和绢云母,少量白云母、方解石、绿泥石、钾长石、斜长石等,以及微量绿帘石、纤闪石、透闪石、蓝晶石、磷灰石等;次生矿物有铜蓝、孔雀石、赤铁矿、针铁矿、褐铁矿等。

2.3 围岩蚀变

花岗闪长岩体内常见绿帘石化、绿泥石化,岩体接触带附近发育有硅化,外接触带围岩普遍具角岩化,局部发育弱矽卡岩化、碳酸盐化。其中角岩化蚀变分布最广,最宽处可达900 m。

近矿围岩蚀变大致具有分带性,由矿体向外依次为硅化-绢云母化→碳酸盐-绢云母化→绿帘石化→绿泥石化。其中硅化-绢云母化、碳酸盐-绢云母化与成矿关系密切。

3 地球化学特征

本次用于主量元素分析的6件样品均采自花岗闪长岩体(表1),用于微量和稀土元素分析的11件样品分别采自花岗闪长岩、矿石及围岩(变质粉砂岩、变质砂岩)(表2)。主、微量和稀土元素分析均在西南冶金地质测试中心完成。主量元素测试仪器为DY938 X射线光谱仪,分析精度优于±5%。微量和稀土元素使用ICP-MS测定,分析精度优于±2%。

表1 格玛矿区花岗闪长岩主量元素分析结果

表2 格玛铅多金属矿床稀土和微量元素质量分数及特征值

3.1 主量元素

从表1可以看出,格玛花岗闪长岩w(SiO2)偏低,w(SiO2)在66.43%～69.50%之间,但w(Al2O3)较高,在14.08%～16.61%之间。w(K2O)为3.06%～5.04%,w(Na2O)为0.39%～4.25%,除1个样品外,其余样品K2O/Na2O值在0.79～1.58之间变化。MgO、FeO、CaO质量分数分别为0.45%～0.87%、0.32%～2.30%、2.96%～6.12%。在岩浆/火成岩系统全碱-硅(TAS)分类图(图4a)上,样品落入花岗闪长岩与花岗岩、石英二长岩交界线附近。在w(K2O)-w(SiO2)图(图4b)上,样品落入高钾钙碱性-钾玄岩系列范围。在A/NK-A/CNK判别图(图4c)上,样品落入准铝质岩与过铝质岩界线附近。在R2-R1图(图4d)上,样品均落在碰撞前阶段,表现为俯冲阶段岩浆作用的产物。

图4 格玛矿区花岗闪长岩TAS图解(a)、w(K2O)-w(SiO2)图解(b)、A/NK-A/CNK图解(c)和R2-R1图解(d)

3.2 稀土元素

格玛矿区花岗闪长岩、矿石及围岩(变质粉砂岩、变质砂岩)稀土元素分析结果及特征值见表2,球粒陨石标准化配分曲线见图5a。

从表2和图5a可以看出:花岗闪长岩w(∑REE)值分别为71.14 ×10-6和133.27 ×10-6,平均值分别为102.21×10-6,LREE/HREE值分别为7.84和10.89,(La/Yb)N分别为8.02和14.09,δEu分别为0.80和0.82,平均值为0.81,表现为Eu弱负异常,δCe分别为0.75和0.94,表现为Ce弱负异常;矿石w(∑REE)值变化范围为37.77 ×10-6～98.81 ×10-6,平均值为64.45 ×10-6,LREE/HREE值变化范围为7.36～8.74,(La/Yb)N为9.13～12.84,δEu值变化较大,变化范围为0.42～0.71,平均值为0.58,表现为Eu明显的负异常,δCe为0.73～0.97,表现为Ce弱负异常;围岩w(∑REE)值变化范围为134.70 ×10-6～226.72 ×10-6,平均值为194.74×10-6,LREE/HREE值变化范围为7.74～9.33,(La/Yb)N为10.02～12.06,δEu为0.51～0.62,平均值为0.59,表现为Eu明显的负异常,δCe为0.70～0.90,表现为Ce弱负异常。

总体上看,花岗闪长岩、矿石及围岩都表现为轻稀土元素富集、重稀土元素亏损、Eu负异常,三者配分曲线基本相似,呈明显的右倾,轻、重稀土分馏明显,轻稀土具有明显的分馏,而重稀土分馏不明显。这些共同的特征暗示了矿石与花岗闪长岩和围岩三者在成因上具有一定联系[19]。

从稀土总量(∑REE)来看,花岗闪长岩、矿石、围岩三者中围岩w(∑REE)最高,花岗闪长岩次之,矿石最低。矿石稀土总量与花岗闪长岩相近,且都偏低,暗示二者可能都有偏基性岩浆分异成分[20]。

从δEu值来看,矿石中有3个样品δEu为0.42～0.61,与围岩δEu值基本一致,显示二者Eu元素都明显亏损;另外2个矿石样品δEu分别为0.67和0.71,与花岗闪长岩δEu值接近,显示二者Eu元素轻度亏损。矿石与围岩、花岗闪长岩的δEu值特征表明三者之间都存在着成因上的联系;同时又暗示了矿石和花岗闪长岩可能都与深部偏基性岩浆分异作用有关[20-22]。

从δCe值来看,矿石δCe为0.73～0.97,花岗闪长岩δCe为0.75和0.94,二者δCe基本一致,都相对亏损Ce元素,暗示二者都与古俯冲带及古洋壳残骸有关[20]。

3.3 微量元素

从微量元素分析结果(表2)和微量元素蛛网图(图5b)可以看出:与中国陆壳丰度值[17]相比,格玛矿区花岗闪长岩中Cr、Ni明显亏损,说明岩浆经历过一定的分异演化;花岗闪长岩中Pb质量分数平均值为19.15 ×10-6,为中国陆壳丰度值的1.28倍,属较富集元素;Zn质量分数平均值为31.00 ×10-6,为中国陆壳丰度值的0.36倍,属亏损元素;Ag质量分数平均值为0.47 ×10-6,为中国陆壳丰度值的9.4倍,属强富集元素。围岩(马里组变质粉砂岩、变质砂岩)中Pb质量分数平均值为中国陆壳丰度值的35.47倍,属极强富集元素;Zn为5.76倍,属强富集元素;Ag高达28倍,属极强富集元素。由此可以看出,格玛铅多金属矿床成矿过程中Pb、Zn、Ag成矿元素可能主要来源于马里组变质砂岩、变质粉砂岩,而花岗闪长岩可能贡献了部分的Pb、Ag成矿元素。

4 花岗岩年代学特征

本次工作进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学测试,采样位置见图2。样品测试在中国地质科学院矿产资源研究所完成。测试样品经粉碎、淘洗、重力和磁法分选后,在双目镜下挑选出无包裹体、纯度高的锆石;然后将待测锆石用环氧树脂和固化剂固定在载玻片,待固结后抛光至锆石厚度的一半,使其内部结构充分暴露,用于透射、反射、CL照相和测定U-Pb同位素年龄。测试仪器为Neptune型MC-ICP-MS及Newwave UP 213激光剥蚀系统。试验中采用He作为剥蚀物质的载气,激光束斑直径为25 μm,剥蚀频率为10 Hz,输出能量为2.5 J/cm2。

样品TWKBRLN-1锆石呈浅黄褐色或无色,自形程度较高,颗粒以短柱状为主(图6),少数为长柱状,长宽比为1.2∶1～2∶1,最大可达2.5∶1,粒径为100～140 μm;锆石内部结构单一,岩浆振荡生长环带清晰、密集。选取20粒锆石进行LA-ICP-MS U-Pb定年分析(表3),其中,除个别锆石(测点11、19)Th/U值小于0.4外,其余所有锆石Th/U值介于0.45～1.24之间,显示岩浆锆石成因特征[23]。在锆石U-Pb谐和年龄图(图7a)上,排除锆石测点3、10明显偏离谐和曲线外,剩余18粒锆石206Pb/238U表面年龄集中于(121.48±1.26)～(118.93±0.67)Ma之间(表3),获得206Pb/238U加权平均年龄为(119.86±0.45)Ma(MSWD=0.67)(图7b),时代为早白垩世,代表了花岗闪长岩的结晶年龄。

表3 格玛铅多金属矿床样品TWKBRLN-1 LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果

图6 格玛铅多金属矿床样品TWKBRLN-1的锆石阴极发光图像

图7 格玛铅多金属矿床样品 TWKBRLN-1 锆石U-Pb谐和年龄(a)和加权平均年龄图(b)

5 讨论

5.1 成矿物质来源

格玛铅多金属矿床花岗闪长岩、矿石及围岩(变质砂岩、变质粉砂岩)的稀土总量存在较明显的差异,但三者稀土配分曲线基本相似,都具有LREE富集、Eu负异常到弱负异常的地球化学特征,显示出它们在成因上具有一定的联系,暗示了三者在成岩(成矿)过程中都有地壳物质的加入[22]。矿石和花岗闪长岩w(∑REE)明显偏低,2件矿石样品Eu呈现弱负异常,与花岗闪长岩Eu弱负异常特征相似,暗示二者在成因和成分上都与深部岩浆的分异作用有关[20-22]。

从岩矿石微量元素特征来看,与中国陆壳丰度值相比,花岗闪长岩富集Pb、Ag元素,马里组变质砂岩、变质粉砂岩中Pb、Zn、Ag元素强烈富集,指示矿床成矿过程中Pb、Zn、Ag成矿元素可能主要来源于马里组,而花岗闪长岩可能贡献了部分的Pb、Ag成矿元素。

综上所述,格玛铅多金属矿床岩矿石稀土和微量元素地球化学特征均表明,该矿床成矿物质来源具有明显的“双源性”特征,即成矿物质不仅来自于花岗闪长岩体,也有马里组围岩(变质砂岩、变质粉砂岩)成矿物质的加入。

5.2 成矿时代

格玛铅多金属矿床的稀土和微量元素地球化学特征表明,矿床在成因和成矿物质来源上与花岗闪长岩体有关,而岩体的成岩年龄为(119.86±0.45)Ma。据前人对中国斑岩钼矿成岩成矿年龄的统计,岩矿时差一般为1～3 Ma[24],岩浆-热液系统岩矿时差为1～3 Ma[25]。据此推断,格玛铅多金属矿床的成矿年龄为119～115 Ma,成矿时代为早白垩世。

5.3 成矿地质背景

成矿地质背景主要是指矿床形成时的地质环境,包括大地构造背景、岩浆作用、沉积环境、变质作用和地质构造等对矿床形成的影响[26]。对成矿地质背景的研究有助于区域成矿规律的总结,指导区域的进一步找矿工作。格玛铅多金属矿床位于广义班公湖—怒江成矿带东段[14,26](图1a),属昂龙岗日—班戈成矿亚带[13,27]。昂龙岗日—班戈成矿亚带及其东延部分在大地构造位置上与昂龙岗日—班戈—腾冲岩浆弧带(图1b)范围一致,区域上沿该带自西向东广泛分布晚侏罗世、早白垩世、晚白垩世及新生代中酸性侵入岩和火山岩,这些不同期次的岩浆活动与班公湖—怒江特提斯洋的演化及成矿关系密切。其中,晚侏罗世—早白垩世早期(156～110 Ma)岩浆岩多形成于班公湖—怒江洋壳向南俯冲消减阶段的岛弧环境[28-36],该期岩浆活动主要与斑岩-矽卡岩型铜(金)矿[10,31-33]、热液型铅锌银多金属矿关系密切[26-27];早白垩世晚期—晚白垩世(110～72 Ma)岩浆岩形成于班公湖—怒江洋盆闭合时期羌塘地块—冈底斯地块汇聚碰撞的造山环境[7,37-39],该期岩浆活动主要与矽卡岩型铜多金属矿关系密切[40-41];新生代岩浆岩则形成于碰撞后的陆内环境[42],该期岩浆活动与中低温热液型铅锌银多金属矿关系密切[43]。据区域最新研究结果,班公湖—怒江洋盆的闭合时限为110～100 Ma[44-46],此前的120～110 Ma是区域上岩浆活动大爆发阶段,在冈底斯中北部和班公湖—怒江缝合带内形成广泛的岩浆活动,岩浆大爆发同时造成了中上地壳大规模重熔,岩浆中幔源成分相对降低,而中上地壳重熔物质大量参与,具有I型花岗岩的地球化学特征[27]。如青龙乡、舍索等岩体[31-32]。该期岩浆活动与成矿关系密切,有利于形成矽卡岩型、热液型铁铅锌多金属矿[27]。

与格玛铅多金属矿床成矿关系密切的花岗闪长岩沿近东西向区域性大断裂侵位于中侏罗统马里组碎屑岩中,岩体的成岩年龄为(119.86±0.45)Ma,侵位时代为早白垩世。岩石属准铝质—过铝质花岗岩类,具有类似岛弧型花岗岩的高钾钙碱性、轻稀土元素富集、重稀土元素亏损、较弱的Eu负异常等地球化学特征。在R2-R1构造环境判别图(图4d)上,格玛花岗闪长岩落在板块碰撞前区域内,同时又靠近同碰撞区域。以上特征表明,格玛铅多金属矿床成矿花岗闪长岩极有可能形成于早白垩世班公湖—怒江洋壳向南俯冲消减、羌塘地块—冈底斯地块碰撞闭合前的岛弧环境。此外,格玛花岗闪长岩与青龙乡铅锌矿床花岗闪长岩、舍索铜(铅锌)多金属矿床花岗闪长岩在岩石学特征、岩石地球化学特征、形成时代以及岩体的产出形态、地质背景等方面极为相似,而舍索、青龙乡花岗闪长岩均形成于班公湖—怒江洋壳向南俯冲碰撞闭合之前的岛弧环境[31-33],这进一步说明了格玛花岗闪长岩属于早白垩世班公湖—怒江洋壳南向俯冲消减阶段“岩浆大爆发”时期的产物,是羌塘地块—冈底斯地块碰撞闭合前岛弧环境下形成的同熔型花岗岩[31]。同时也进一步印证了在早白垩世早期班公湖—怒江洋盆尚未闭合,仍处于俯冲消减阶段。

由前文的成矿物质来源探讨可知,格玛铅多金属矿床成矿物质不仅来源于花岗闪长岩,同时也有马里组围岩成矿物质大量地加入,说明矿床成矿作用既与岩浆作用有关,又与马里组围岩密切相关。早白垩世早期形成于班公湖—怒江洋盆闭合前岛弧环境下的同熔型花岗质岩浆为成矿提供了热驱动力和部分成矿物质。岩浆沿着近东西向深大断裂上升,侵位到中侏罗统马里组一套厚度巨大的弧前增生复理石碎屑岩中,这套富含Ag、Pb、Zn等成矿物质,厚度巨大的围岩有利于岩浆系统在相对封闭的体系中上升、结晶分异,以及与围岩发生混染作用[47-48],有利于岩浆系统更充分地交代、萃取围岩中的成矿物质。随着岩浆持续上侵,减压,降温,富含Ag、Pb、Zn等成矿物质的热液流体从岩浆熔体中出溶,并最终在构造有利部位沉淀,富集成矿。

综合以上分析认为,格玛铅多金属矿床形成于早白垩世早期班公湖—怒江洋盆闭合前的岛弧环境,矿床赋存于侏罗纪弧前增生盆地沉积的马里组碎屑岩中,控矿构造为近东西向断裂及北西向断裂,矿床成因类型为岩浆期后热液型。

6 结论

1)初步建立了班公湖—怒江成矿带东段铅锌银多金属矿床的成矿地质模型:成矿大地构造背景为昂龙岗日—班戈—腾冲岩浆弧带东段,成矿岩体为早白垩世花岗闪长岩,成矿有利围岩是中侏罗统马里组变质砂岩、变质粉砂岩,成矿有利地段是花岗闪长岩体外接触带,控矿及成矿构造为近东西向断裂及北西向断裂。

2)格玛铅多金属矿床岩矿石稀土和微量元素地球化学特征均表明,该矿床成矿物质来源具有明显的“双源性”特征,即成矿物质不仅来自于花岗闪长岩体,也有马里组围岩(变质砂岩、变质粉砂岩)成矿物质的加入。

3)花岗闪长岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明,岩体的成岩年龄为(119.86±0.45)Ma。据此推断矿床的成矿年龄应在119～115 Ma之间,成矿时代为早白垩世。

4)格玛铅多金属矿床形成于班公湖—怒江洋盆闭合前的岛弧环境,矿床成矿作用既与早白垩世早期岩浆作用有关,又与中侏罗统马里组围岩密切相关。岩浆为成矿提供了热驱动力和部分成矿物质,马里组为成矿提供了有利的围岩条件及大量的成矿物质。近东西向断裂及北西向断裂为含矿热液的运移及成矿物质的沉淀、富集提供了有利的构造空间。矿床成因类型为岩浆期后热液型。