杨文龙，李碧乐，王国志，彭勃，支宇博

(吉林大学地球科学学院，吉林 长春　130061)



沱沱河地区多才玛铅锌矿晶屑熔结凝灰岩锆石SHRIMP年龄及岩石地球化学特征

杨文龙，李碧乐，王国志，彭勃，支宇博

(吉林大学地球科学学院，吉林 长春130061)

摘要：多才玛铅锌矿是近年来沱沱河地区发现的一处超大型铅锌矿床，位于青藏高原东北部的东羌塘地块。恶劣的气候条件以及矿床发现时间晚，造成该地区地质研究程度极低。笔者重点对容矿围岩之一的晶屑熔结凝灰岩进行了SHRIMP锆石U-Pb测年和岩石化学成分分析。研究表明，晶屑熔结凝灰岩中锆石呈自形-半自形，发育典型的岩浆锆石振荡生长环带，Th/U值较高(0.39～0.69)，为典型的岩浆锆石。测得晶屑熔结凝灰岩U-Pb加权平均年龄为(254.0±2.9) Ma， MSWD=1.9；谐和年龄值为(254.0±3) Ma，MSWD=1.9，属海西末期。岩石化学成分表现为高硅过铝、贫钙和镁，明显富集Rb、Th、U等大离子亲石元素，强烈亏损P、Ti、Nb、Ta等高场强元素，富集LREE，Nb/Ta值(7.78～8.29)等特征表现为壳源岩浆和弧火山岩特征。综合分析认为，254 Ma±时期本区处于深俯冲消减阶段。

关键词：晶屑熔结凝灰岩；锆石SHRIMP年龄；地球化学特征；多才玛

青藏高原是在新元古代晚期以来长期活动、多期造山及新生代最后隆升的基础上形成的造山的高原(许志琴等,2007) 。青藏高原的前身经历了自新元古代晚期以来由“多陆块、多岛弧”组成的基本格架和(始、古)特提斯洋盆开启和消亡的聚散历史, 显示了“多洋(海) 盆、多俯冲、多碰撞和多造山”长期的动力学作用过程, 最后构筑了由“阿尔金-祁连-昆仑始特提斯造山系”和“松甘-羌塘-拉萨古特提斯造山系”组成的“印度-亚洲前碰撞的”巨型复合碰撞造山拼贴体(许志琴等, 2007)。

沱沱河地区位于青海省南部，地处青藏高原中部，成矿地质条件优越。自2004年以来 ,青海省地勘部门在区内部署了大量的矿产勘查工作, 相继发现了许多规模和类型不一的矿床、矿点，多才玛铅锌矿就是其中的典型矿床之一 (宋玉财等,2011)，显示出区域具有良好的成矿和找矿潜力。通过对矿区内铅同位素的研究，得知铅的来源复杂，金属成矿物质不仅来自于上地壳和造山带，还来源于壳幔混合的俯冲带(刘长征等,2015)。然而，由于该区的自然环境恶劣, 导致地质工作程度较低，对岩浆作用的时间年代、岩浆作用序列模糊不清。

笔者在野外调研基础上，选取多才玛晶屑熔结凝灰岩，采用SHRIMP U-Pb锆石测年法进行年龄测定和岩石地球化学研究，旨在探索岩石成因，确定岩石形成时代，为西金乌兰-金沙江洋的俯冲消减提供新的线索。

1区域地质概况

青藏高原从北往南由如下地质单元组成：东昆仑地块、巴颜喀拉-松潘-甘孜地块、东羌塘地块、西羌塘地块、拉萨地块。其间依次被昆仑南缘-阿尼玛沁缝合带、西金乌兰-金沙江缝合带、双湖缝合带、班公湖-怒江缝合带所分隔。该区域受印度-欧亚大陆碰撞的影响, 发生了大规模逆冲及走滑断裂活动, 成为西藏北部最大的新生代逆冲推覆构造(侯增谦等, 2008)。

因区内构造叠加复合强烈、地质环境多变和成矿动力学机制复杂，成矿地质条件优越，形成了三江北段独具特色的沱沱河铅锌多金属矿集区，产出的多才玛超大型铅锌多金属矿床属于东羌塘地块(图1)，西金乌兰-金沙江缝合带与双湖缝合带之间，在喀剌昆仑-三江成矿省具有典型性(刘长征，2011)。

区内出露地层较为单一，主要为二叠纪九十道班组(P2j)、古近纪沱沱河组(Et)、雅西措组(Eny)、五道梁组(E3N1W)和第四系(Q4)(图2)。二叠纪九十道班组(P2j)主要出露于矿区中部，呈长条带状自西段孔莫陇经中段查曲怕查向东段多才玛展布，为一套浅灰白色结晶灰岩、生物碎屑灰岩夹少量长石岩屑砾岩。目前圈定的具规模的铅锌矿体大多产于该套地层之中。古近纪沱沱河组(Et)在矿区内分布面积较大，主要出露于查曲怕查矿段，岩性主要为紫红色砾岩、复成分砾岩夹泥钙质粉砂岩。该岩段底部的砾岩中常见铅锌矿化，但矿体规模较小，铅、锌品位较低。雅西措组(Eny)主要分布于矿区东部多才玛一带，岩性为青灰色-灰绿色长石石英岩屑砂岩。五道梁组(E3N1W)主要分布于矿区孔莫陇矿段和多才玛北部一带，岩性主要由灰白色灰黄色薄-中厚层状泥灰岩、泥晶灰岩、白云质灰岩夹浅灰色含灰质黏土岩、钙质粉砂岩、石膏层及岩屑砂岩和岩屑砾岩等组成。

区内构造运动比较发育，主要为褶皱和断裂构造。矿区东南部出露多才玛背斜，轴线在多才玛山脊一带，呈NWW向，核部为二叠纪九十道班组(P2j)，两翼为第三纪沱沱河组(Et)，最外为第三纪五道梁组(E3N1W)。其中北翼地层倾向NE，倾角16°～65°；南翼地层倾向SW，倾角10°～60°；轴部及两翼断裂构造发育。区内断裂构造主要分为近EW向和NE向2组。其中，EW断层为正断层，规模大，横贯3个矿段并向东西两侧延伸，总体走向与地层走向几近一致。近东西向断裂，局部呈NE，倾向N，倾角60°～68°，沿断裂形成宽40～400 m不等的破碎带，呈波状弯曲，断裂性质为压-压扭性。破碎带由构造角砾岩、断层泥等组成，具明显的碳酸盐化、石膏化、泥化及褐铁矿化。角砾成分主要为灰岩，硅化蚀变较弱，目前地表发现的铅锌矿体均产于发生蚀变的构造破碎带中。

图1　多才玛地区大地构造简图Fig.1　Tectonic map for Duocaima complex

1.第四系坡积物、洪冲积物；2.浅肉红色石英闪长玢岩；3.雅西措组:青灰色灰绿色长石岩屑砂岩；4.夏里组:紫红色长石石英砂岩、深灰色生物碎屑灰岩；5.甲丕拉组:青灰色安山质角砾熔岩；6.九十道班组上岩段:浅灰白色灰岩；7.九十道班组下岩段:青灰色结晶灰岩；8.五道梁组:灰白色、灰黄色、青灰色泥晶灰岩；9.沱沱河组:紫红色砾岩顿号复成分砾岩夹泥质钙质粉砂岩；10.断层；11.铅锌矿体图2　多才玛地区地质简图Fig.2　Geological map for Duocaima complex

区内岩浆岩出露较少，时间范围从晚古生代到新生代均有发现。主要为石英闪长玢岩，出露在矿区西南部，在钻孔中可见晶屑凝灰岩、辉绿岩及花岗岩等。其中，钱烨(2014)获得晶屑凝灰岩的LA-ICPMS锆石U-Pb年龄为257.5 Ma，属晚二叠世。笔者所述的晶屑熔结凝灰岩也产于二叠纪九十道班组岩层中(图3)。

1.第四系坡积物、洪冲积物；2.粉砂岩；3.灰岩；4.晶屑熔结凝灰岩；5.第三系沱沱河组；6.二叠系九十道班组；7.不整合界面图3　钻孔1605剖面图Fig.3　The drill core profile map of KZK1605

2样品采集及其岩相学特征

笔者样品采自多才玛地区钻孔(KZK1605)中，岩性为晶屑熔结凝灰岩。呈浅灰白色，火山凝灰结构，块状构造。主要由晶屑(石英晶屑占10%，长石晶屑占10%)和火山灰填隙物(70%～80%)组成。斑晶主要为石英和正长石。正长石呈半自形板状，粒度0.5～1 mm，多绢云母化。

石英呈他形粒状，发育典型的熔蚀结构，粒度0.5～1 mm。基质为隐晶质结构，由长英质组成。有明显的次生变化，强烈的泥化，含有锆石、磷灰石等副矿物。该样品未遭受区域变质作用，近矿围岩蚀变较为强烈。

3分析方法

3.1SHRIMP 锆石U-Pb年龄

锆石的挑选在河北省廊坊区域地质调查研究所实验室利用标准重矿物分离技术分选完成。锆石的制靶、显微镜照相、阴极发光(CL)图像分析和同位素测定在中国地质科学院北京离子探针中心完成。经过双目镜下仔细挑选表面平整光洁且具不同长宽比例、不同柱锥面特征、不同颜色的锆石颗粒，再将这些锆石粘在双面胶上，用无色透明环氧树脂固定，待环氧树脂固化之后对其表面抛光至锆石中心。将待测锆石和标准锆石TEM在玻璃板上用环氧树胶固定，抛光到暴露出锆石的中心面，用反射光和透射光照相，然后镀金，进行阴极发光照相，以检查锆石的内部结构(宋彪，2002)。根据锆石的光学图像和CL图像，在SHRIMP测试时选取合适的分析部位及测试后对相应数据进行合理解释(BLACK,et al.，2003)。在分析过程中，用标准锆石TEM[206Pb/238U年龄为(416.8±1.3)Ma]的测定值来进行206Pb/238U值的校正；用M257[206Pb/238U年龄为(561.3±0.3)Ma，w(U)为840×10-6进行U质量分数校正](NASDALAL，2008)。具体实验原理和流程参见宋彪，2002;COMPOSTON W，1984。束斑直径约为30 μm，在SHRIMP分析过程中，对同一测点均连续进行5次扫描分析，并以这5次分析的加权平均值作为该测点的年龄分析值。在样品测试过程中，尽量选择无包裹体及无裂纹的部位作为一次离子流斑点的目标位置。数据处理及U-Pb协和图绘制采用了Squid程序和Isoplot程序完成。年龄值采用206Pb/238U年龄。单个点的误差为1σ，加权平均年龄值的误差为95%。

3.2岩石地球化学测试

主量元素测定采用熔片X荧光光谱法(XRF),所用仪器为AXIOS, 测试精度由于5%。微量元素和稀土元素分析在国家地质实验测试中心等离子质谱仪(TJA-PQ-ExCell ICP-MS)和中国科学院地球化学研究所的电感耦合等离子体质谱仪(Anglient 7500 ICP-MS)上进行测定。称取全岩粉末样品放入Teflon瓶中，往瓶中加入HF和HNO3混合酸且用Teflon封闭反应罐进行溶样,溶解后的样品在等离子体质谱仪上进行微量元素和稀土元素的分析测试。

用组合标准工作溶液对仪器进行标准化，以含0.8 mol/L HNO3的高纯水得到的计数率与内标计数率的比值为低点，以组合标准工作溶液中各元素的计数率与内标计数率的比值为高点，得到各元素的两点标准化直线，然后对样品溶液进行测定。分析过程中以GSR-3为标样，在95%的置信度范围内，RSD优于5%。

a.晶屑熔结凝灰岩镜下显微照片(+)；b.晶屑熔结凝灰岩的熔蚀结构(+)；Fcy.长石岩屑；Qcy.石英岩屑图4　多才玛晶屑熔结凝灰岩显微照片Fig.4　Micro graphs of Duocaima wafer crumbs ignimbrite

4测试结果

4.1晶屑熔结凝灰岩锆石SHRIMP年龄

研究区样品阴极发光图像显示大部分锆石形态长宽比值不大，为短柱状，个别为粒状或长柱状。晶体具均匀的内部结构和明显的韵律环带，具有岩浆锆石的特点(图5)。

由于成因不同，锆石有着不同的Th、U含量及其比值。通常岩浆锆石的Th、U含量较高且Th/U值较大(一般大于0.4);而变质锆石的Th、U含量低且Th/U值小(通常小于0.07)(HOSKIN et al.，2000)。本次测试共分析了9个测试点，结果列于表1，显示较高的U(475.74×10-6～1 151.53×10-6)和Th(295.73×10-6～744.55×10-6)含量及Th/U值(0.39～0.69)，表现为岩浆锆石的特点。晶屑熔结凝灰岩206Pb/238U年龄比较集中，为(246.2±7.7)～(262.2±4.3)Ma。在206Pb/238U-207Pb/235U协和年龄图上(图6)，其中9个测点都分布于谐和线附近。表明锆石颗粒在形成后U-Pb同位素体系是封闭的，也证明了锆石年龄的可信度。锆石的谐和年龄值为(254.0±3)Ma，与加权平均年龄(254.0±2.9)Ma接近，表明晶屑熔结凝灰岩形成于晚二叠纪。

图5　多才玛晶屑熔结凝灰岩锆石的CL图像Fig.5　Zircon CL images of sample from Duocaima wafer crumbs ignimbrite

表1　多才玛晶屑熔结凝灰岩锆石SHRIMP U-Pb同位素测试结果表

图6　多才玛晶屑熔结凝灰岩锆石SHRIMPU-Pb谐和年龄及加权平均年龄示意图Fig.6　Sketch Concordia age and weighted mean age of zircons from wafer crumbs ignimbrite in Duocaima

4.2岩石地球化学特征

4.2.1主量元素特征

多才玛地区晶屑熔结凝灰岩主量元素地球化学分析结果见表2。由于晶屑熔结凝灰岩样品中钠含量较少，本次测试钠元素含量未取得精确结果。晶屑熔结凝灰岩的SiO2含量为74.63%～76.80%，属于酸性岩石。 K2O含量为2.87%～3.15% ，MgO含量为0.41%～0.58%，CaO含量为2.21%～3.33%，A/CNK值为1.26～1.64，A/NK值为3.54～3.77，为过铝质。据SiO2-K2O岩石系列图解(图7)判断，均落入钙碱性区域。综上所述，主量元素特征显示多才玛晶屑熔结凝灰岩为过铝质钙碱性系列晶屑熔结凝灰岩。

4.2.2微量元素特征

多才玛晶屑熔结凝灰岩微量元素及稀土元素分析结果见表3。晶屑熔结凝灰岩的稀土分配曲线(图8a)表现出轻稀土富集的稀土配分模式特点， 具有较强的负Eu异常(δEu为0.28～0.29)，表明该岩体经历了斜长石的分离结晶过程，或者在源区存留部分斜长石。晶屑熔结凝灰岩的ΣREE范围为152.49×10-6～225.78×10-6，∑LREE/∑HREE范围为6.87～7.65, 轻、重稀土分馏明显。

表2　多才玛晶屑熔结凝灰岩主量元素分析结果表(%)

图7　多才玛晶屑熔结凝灰岩K2O-SiO2图解Fig.7　K2O-SiO2 diagram of wafer crumbs ignimbrite in Duocaima

表3　多才玛晶屑熔结凝灰岩微量元素分析结果表(10-6)

续表3

样品编号D-1D-2D-3D-4Nd34.531.925.736.5Sm6.535.744.976.91Eu0.640.580.460.67Gd6.626.354.927.05Tb1.130.970.791.13Dy6.615.644.876.77Ho1.371.150.991.44Er4.343.623.094.46Tm0.670.550.490.68Yb4.523.733.414.64Lu0.640.530.460.63Hf6.644.554.56.23Ta1.571.231.131.44W2.471.922.32Tl0.950.610.690.82Pb54.338.36.1968.9Bi<0.05<0.05<0.05<0.05Th24.319.917.424.2U3.773.032.63.84Ta/Hf0.240.270.250.23Th/Hf3.664.373.873.88Nb/Ta8.038.297.957.78ΣREE203.87194.99152.49225.78LREE177.97172.45133.47198.98HREE25.9022.5419.0226.80LREE/HREE6.877.657.027.42

样品原始地幔标准化微量元素蛛网图中显示(图8b)，晶屑熔结凝灰岩微量元素配分模式近一致，富集Rb、Th、U等大离子亲石元素，相对亏损Nb、Ta、P、Ti等高场强元素。Ba、Sr的亏损暗示可能是由于长石结晶的影响，而P、Ti的亏损可能是由于磷灰石和钛铁矿的分离结晶造成的。

5讨论

5.1岩石年龄及岩浆源区和成因

笔者获得的多才玛晶屑熔结凝灰岩年龄为254Ma±，与区域内茶曲怕查晶屑凝灰岩年龄(257Ma±)相近。多才玛晶屑熔结凝灰岩富硅，REE含量较高，轻重稀土分馏明显，富集Th，U，Rb等大离子亲石元素，明显亏损Nb、Ta、P、Ti等高场强元素特征，为典型的弧火山岩。Nb/Ta值为7.78～8.29，明显低于地幔值的17.5 ± 2，接近地壳值的11～12(GREEN，1995)，表现为壳源岩浆特征。P的明显亏损，表明岩浆在运移过程中经历了磷灰石的分离结晶。轻重稀土元素分馏明显，样品中具有较强Eu负异常，表明岩浆可能经历了斜长石结晶分异作用，或者源区斜长石残留少。Nb-Ta-Ti亏损通常表明与俯冲作用有成因联系(JIANG et al.，2012)。该样品中Cr、Ni含量较低(Cr含量2.54～8.84，平均7.69，Ni含量2.57～6.27，平均4.47)，表明了岩浆并非来源于地幔(曹花花，2010)。Rb/Sr值较大，明显高于地壳平均值0.35(SUN et al.，1989)， 前人研究认为， 岩浆在上侵的过程中Rb/Sr值会明显增大(徐夕生，2007)。由于岩浆在分离结晶的过程中，Rb会优先进入液相，Sr则随着长石的结晶在残余液相中的浓度迅速降低，因此在矿化部位该比值最高。通常认为，由地幔部分熔融直接生成酸性岩浆的可能性极小。因此，本区岩浆来源应为地壳的部分熔融。

图8　(a)多才玛晶屑熔结凝灰岩稀土元素(标准化值据BOYNTON，1984)和(b)微量元素配分曲线(标准化值据SUN et al.，1989)Fig.8　(a) REE distribution graph (Standardized valuesare from Boynton，1984)and (b)trace element distribution graph (Standardized valuesare from Sun and Mcdonough，1989)of Duocaima Wafer crumbs ignimbrite

5.2构造环境和动力学意义

通常认为(WANG，et al.,1995;MO，et al.,1993;ZHONG，et al.， 1998;PAN，et al.， 2003),古特提斯洋由修沟-玛沁、龙木错-澜沧江-昌宁孟连、西金乌兰-金沙江-哀牢山、甘孜-理塘等几个在不同时期打开而近同时关闭的洋盆构成。而东羌塘地块位于青藏高原北部，位于西金乌兰-金沙江缝合带和双湖缝合带之间，地处冈瓦纳大陆与欧亚大陆的交汇部位，是研究古特提斯洋俯冲消减和两大陆碰撞造山过程的关键地区(张修政，2014)。自古生代以来，该区经历了多期岩浆-构造事件，因此具有复杂的演化历史。自华力西期本区进入到古特提斯洋演化阶段，一致持续到二叠纪末至三叠纪初(杨延乾，2013)。在晚泥盆世—早石炭世，西金乌兰-金沙江洋处于初始裂解阶段(钱烨，2014)。在西金乌兰湖蛇绿岩套上部硅质岩中发现早石炭放射虫化石(边千韬，1991)，说明在早石炭世时期洋盆已经处于扩张阶段并具有一定规模。

晚石炭世一早二叠世大洋开始消减，导致俯冲板片脱水和熔融，进入上覆地慢楔中与地慢楔相互作用，暗示大洋于早二叠世开始俯冲，与俯冲有关的岩浆活动有287 Ma尕笛考组岛弧火山岩(李善平，2008)、还东河地区257 Ma的埃达克质岩(朱迎堂，2004)。近年来，在羌塘地区发现了大量的蓝片岩和榴辉岩(李才，1987，2006a，2006b；ZHANG，et al.，2006)，被认为是金沙江洋缝合带向南俯冲到羌塘地体下部引起的隆升和伸展剥离作用形成的(KAPP，et al.，2000，2003)。从早三叠世开始，大洋由俯冲逐渐转入碰撞闭合阶段，与碰撞闭合相关的岩浆活动有飞马滩240Ma的同碰撞花岗岩(李勇，2003)等。中三叠世—晚三叠世区内进入碰撞后伸展阶段，晚三叠磨拉石建造不整合覆盖在缝合带内不同层位的岩石之上，标志着缝合带演化结束(汪啸风，1999;李勇，2003)。

图9　多才玛晶屑熔结凝灰岩岩石大地构造环境Ta/Hf-Th/Hf以及Rb/30-Hf-3Ta判别图解Fig.9　Ta/Hf-Th/Hf and Rb/30-Hf-3Ta diagrams of tectonic environment for the wafer crumbs ignimbrite in Duocaima

在Ta/Hf-Th/Hf以及Rb/30-Hf-3Ta图解上，样点落在活动大陆边缘和火山弧区域内，表明该火山岩形成于与洋壳俯冲有关的构造背景。

在Rb/30-Hf-3Ta图解上，样点有从火山弧向陆内区域演化的趋势，反映此时已经进入到深俯冲阶段。

通过对矿区进行的铅同位素研究可知，铅的来源不仅来自于上地壳和造山带，还来源于壳幔混合的俯冲带(刘长征等,2015)，也暗示着本区的火山岩可能为多才玛铅锌矿床提供成矿物质来源。

6结论

(1)多才玛晶屑熔结凝灰岩所含锆石具明显的振荡环带，Th/U值较高，属典型的岩浆成因锆石。晶屑熔结凝灰岩U-Pb加权平均年龄(254.0±2.9)Ma，MSWD=1.9；谐和年龄值为(254.0±3) Ma。MSWD=1.9，属华力西末期。

(2)岩石化学成分表现为高硅过铝、贫钙和镁，明显富集Rb、Th、U等大离子亲石元素，强烈亏损P、Ti、Nb、Ta等高场强元素，富集LREE，低的Nb/Ta值(7.78～8.29)等特征表现为壳源岩浆和弧火山岩特征，254 Ma±时本区处于西金乌兰-金沙江洋向南深俯冲消减阶段，并且可能为多才玛铅锌矿床提供了成矿物质来源。

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收稿日期：2015-01-16；修回日期： 2016-02-27

基金项目：青海沱沱河地区铅锌矿整装勘查区专项填图与技术应用示范(12120114080901)

作者简介：杨文龙(1991-)，男，吉林省通化市人，硕士，矿床学专业。E-mail：314554846@qq.com

中图分类号：P618.42; P618.43

文献标志码：A

文章编号：1009-6248(2016)02-0059-11

SHRIMP Zircon U-Pb Ages and Its Geological Significance of CrystalIgnimbrite in the Duocaima Pb-Zn Deposit, Tuotuohe Area

YANG Wenlong, LI Bile, WANG Guozhi, PENG Bo, ZHI Yubo

(College of Earth Science, Jilin University, Changchun 130061,Jilin,China)

Abstract：The DuocaimaPb-Zn deposit, is a super-large scale Pb-Zn deposit found in Tuotuohe area recently, which is located in the East Qiangtang Block of Northeast Qinghai-Tibet Plateau.Because the adverse weather conditions in this exploration area, the researches on this depositare very low,especially magmatic evolution and tectonic setting. In this paper, the zircon SHRIMP U-Pb age and geochemical compositions of crystal ignimbrites from this deposit have beentested.The zircons of crystal ignimbrite mainly show euhedral and hypidiomorphic texture, with clear ring and high Th/U ratios (0.39～0.69), which belong to the typical magmatic zircons.The dating results show that the 206Pb/238U average weighted age of these crystal ignimbrites is(254.0±2.9) Ma (MSWD=1.9), and their concordant agesare (254.0±2.9) Ma (MSWD=1.9). The geochemical data suggest that these crystal ignimbrites are enriched in large ion lithophile elements (LILE)and LREE, strongly depleted in high field-strength element (HFSE). The trace elements ratios, such as Nb/Ta ratio (7.78—8.29), showthat these crystal ignimbrites belong to arc volcanic rocks, which are derived from the crustalmaterials.Combined with regional geological information,the new geochemical and geochronology datareveal that this research area was experienced the consistent subduction stage in 254Ma±.

Keywords：crystal ignimbrite; zircon SHRIMP dating; geochemical characteristics; Duocaima