刘战庆, 刘善宝, 裴荣富 王成辉 陈国华,魏　锦, 张树德, 刘小林

赣东北珍珠山花岗岩脉地球化学、锆石U-Pb定年及Hf同位素组成研究

刘战庆1,2, 刘善宝1*, 裴荣富1, 王成辉1, 陈国华3,魏锦3, 张树德4, 刘小林4

(1.中国地质科学院 矿产资源研究所, 北京 100037; 2.桂林理工大学 地球科学学院 广西隐伏金属矿产勘查重点实验室，广西 桂林 541004; 3.江西省地质矿产勘查开发局 九一二大队, 江西 鹰潭 335001; 4.崇义章源投资控股有限公司, 江西 赣州 341300)

赣东北塔前–朱溪–赋春成矿带是一条重要的铜、钨、钼多金属成矿带, 该成矿带及外围成矿潜力巨大, 具有良好的找矿前景。本次选取该带南缘珍珠山出露的两条花岗岩脉为研究对象, 开展LA-ICP-MS锆石U-Pb测年、Hf同位素及地球化学研究, 对其成因、成岩时代和成矿作用进行约束。结果表明, 花岗岩脉锆石的206Pb/238U 加权平均年龄为129.3±0.5 Ma (MSWD=0.99)和 133.3±0.8 Ma (MSWD=0.29), 为早白垩世; 花岗岩具有高 SiO2(74.10%～75.78%)、富 Na2O+K2O (6.99%～7.89%)、富Al2O3(13.94%～15.15%)、高FeOT/MgO值(7.50～12.36)、低CaO(0.31%～0.42%)及贫MgO(0.07%～0.13%)的特征。其中 Na2O/K2O=3.14～9.09, A/CNK=1.08～1.30, 属过铝质碱性岩系列。稀土总量较低, 轻、重稀土分异较轻(LREE/HREE平均2.48), 具强负Eu异常(δEu平均0.07), 呈弱右倾海鸥形态; 微量元素Ga/Al值高(3.41×10–4～4.27×10–4),相对亏损K、Ba、Nd、Sr等大离子亲石元素, 富集U、Th、Nb、Ta、P等高场强元素。其中锆石εHf(t)值为–5.09～ –0.05,显示成岩物质以壳源为主, 并有地幔成分参与, Hf单阶段模式年龄范围为 761～948 Ma, 两阶段模式年龄范围为 1153～ 1463 Ma。综合分析认为珍珠山花岗岩属于A1型花岗岩, 是在早白垩世构造体制转换结束后非造山伸展拉张环境下侵位,岩脉中Sn、Nb含量高, 暗示该区具有较大的钨锡铌钽矿找矿潜力。

赣东北; 珍珠山地区; A1型花岗岩; 地球化学; 锆石U-Pb测年; Hf同位素

中国华南扬子陆块与华夏陆块在新元古代碰撞对接形成的钦–杭构造带, 由于其构造活动性较强,成为地幔物质上涌至地壳的一条非常重要的通道(洪大卫等, 2002), 形成了规模巨大的金属矿集区。特别是中生代中晚期锡多金属矿床与北东向分布的A型花岗岩在成因上关系密切(朱金初等, 2008; 蒋少涌等, 2008), 在湘南–桂北地区的特征十分显著。如在千里山、骑田岭、九嶷山、花山–姑婆山等 A型花岗岩体的边部, 相应地分布着东坡、芙蓉、香花岭、大坳、新路等以锡为主、锡钨共生的重要矿床和矿田。同样, 在南岭及邻近地区钨、锡矿也非常集中, 以中生代中晚期钨锡成矿最为突出(华仁民和毛景文, 1999; 华仁民等, 2003, 2005, 2008, 2010;毛景文等, 2006)。然而华南地区的扬子陆块和华夏陆块在构造背景、基底及盖层沉积物、岩浆活动等方面具有明显的差异(Li et al., 2014), 从而造成了华夏陆块的华南褶皱系具有高钨的地球化学背景, 而扬子陆块的江南造山带东缘, 锡的地球化学背景较高。一般认为, 锡矿化与幔源岩浆活动的关系较为密切, 因此, 沿发生强烈壳–幔相互作用的钦–杭带呈NE向分布的A型花岗岩带, 控制了中生代中期的大规模锡成矿作用, 而中生代晚期, 华南地区陆内的强烈拉张和东南沿海广泛的火山–岩浆活动,导致了又一次大规模的锡成矿作用(华仁民等, 2010)。

江西景德镇朱溪铜钨矿床发现于钦–杭构造带江西段塔前–朱溪–赋春成矿带的中部, 是一个矿体厚度超过了500 m的超大型矽卡岩型铜钨矿床, 矿石类型有矽卡岩型、斑岩型及云英岩型等, 显示了钨矿的形成与岩浆活动密切相关(陈国华等, 2012;刘善宝等, 2014; 刘战庆等, 2014)。塔前–朱溪–赋春成矿带内地表出露的岩浆岩类型较多, 但规模不大,除了塔前镇北侧的毛家园花岗闪长岩体较大(面积约 4 km2)以外, 其他岩体出露规模较小, 多以中酸性小岩脉或小岩株产出。朱溪矽卡岩型超大型铜钨矿床的发现, 为在塔前–朱溪–赋春成矿带及附近寻找与岩浆岩有关的钨、锡、铜多金属矿床提供了线索。本文在进行塔前–朱溪–赋春成矿带成矿规律与成矿预测研究的基础上, 对出露于该成矿带南东侧珍珠山地区, 与钨、锡矿关系密切的花岗岩脉进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb测年、Hf同位素及地球化学研究, 对其成因、时代和成矿作用进行约束, 为进一步找矿提供了理论依据。

1　区域构造背景

赣东北珍珠山地区的大地构造位置处于扬子陆块与华夏陆块之间的钦(州)–杭(州)构造带江西段,属于滨太平洋成矿域的扬子成矿省浙赣湘黔汞锑金成矿带(裴荣富等, 2008; 毛景文等, 2011), 具体位置为江南陆块铜金银铅锌铌钽三级成矿带的塔前–朱溪–赋春铜金成矿带(江西省地矿局赣东北大队地勘院, 2006), 其地层归属于下扬子陆块江南古岛弧带九岭隆起带和万年隆起带之间的萍(乡)–乐(平)坳陷带的东端(杨明桂和王昆, 1994), 赣东北深大断裂北西侧, 形成了“两隆夹一坳”的构造格局(图1)。

塔前–朱溪–赋春成矿带区域上主要分为三个构造层, 其中包括变质基底、推覆体和沉积盖层。变质基底为中元古界珍珠山群浅变质岩系, 是一套深海盆地相夹浊流沉积的泥砂质建造, 夹有海底火山喷发物; 其上部的推覆体由石炭系–三叠系沉积岩组成, 岩性主要是浅海相碳酸盐岩和海陆交互相含煤建造及碎屑岩组合。四条大致平行的NE-SW向断裂将其分成南北两个狭长的推覆体, 北侧为塔前–弹岭–朱溪–寿安推覆体, 南侧为横路–月形–涌山–大游山推覆体, 二者在大游山处汇聚, 一直延伸到赋春一带尖灭。沉积盖层是景德镇–双田镇地区的NE-SW向分布的侏罗系–白垩系碎屑岩。该带出露的岩浆岩主要为浅–超浅成相, 岩石类型有超基性、基性至中酸性、酸性等岩浆岩, 规模不大, 多呈脉状, 少数呈岩株、岩瘤产出。在石炭系–三叠系推覆体中产有与岩浆岩关系密切的朱溪、塔前、月形、弹岭等钨、铜、钼多金属矿床/矿点(刘善宝等, 2014)。

图1　区域地质背景图Fig.1 Regional geological map of the study area

2　地质概况与岩石学特征

珍珠山位于塔前–朱溪–赋春成矿带石炭系–三叠系沉积–推覆体的东南侧(图 1)。区内地层较为简单, 构造多样(图 2)。除部分位置被第四系覆盖外,出露地层均为中元古代珍珠山岩群, 其岩性为一套浅变质绿片岩相的绿泥绢云千枚岩、变余细砂岩、粉砂岩、粉砂质绢云母千枚岩及凝灰质绢云母千枚岩、变凝灰岩所组成的类复理石海相沉积建造, 地层褶皱强烈, 呈NEE向展布的大型复式褶皱。区内断裂构造以NE向(局部呈NEE向)为主体, 同时发育NW 向断裂。发育有韧性剪切带, 呈发辫状, 走向为NE至NEE向, 剪切方向为左行特征。

珍珠山地区岩浆岩出露较多, 除少量的云煌岩和石英脉外, 主要为花岗岩, 数量多达十几处, 除朱家棚小岩体外, 其余均呈岩脉状产出, 呈岩墙状的在大塘坞北部有两条。其中珍珠山–溪头–大塘坞花岗岩墙长达6 km, 宽约20 m, 最宽处达34 m, 倾向 NW, 倾角 45°～73°, 局部倾向南东, 倾角 70°～ 82°。而大塘坞南侧花岗岩脉长约1000 m, 宽18 m,风化明显, 风化深度达 10 m, 形成白色的钠质高岭土, 其走向NEE, 倾向NW, 倾角70°。岩石局部具钠长石化、云英岩化、萤石化(图2、图3a, b)。

珍珠山地区花岗岩脉体, 岩石呈白色–浅灰白色, 风化面呈灰白色–黄褐色, 似斑状中粒结构, 块状构造(图 3c)。斑晶主要矿物成分为石英、钠长石和白云母, 含量为25%～55%, 粒径为0.5～0.8 cm不等, 细粒基质含量为 45%～75%, 矿物主要为石英、钠长石、云母等, 粒径为0.1～0.2 cm。石英总量约为20%～30%, 钠长石约为55%～60%, 钠长石表面高岭石化明显, 白云母含量约为5%～10%, 呈鳞片状, 粒径为0.1～0.5 cm不等, 少量黑云母(图3d); 副矿物有黄铁矿、磁铁矿、毒砂、铁闪锌矿、磷灰石等, 方铅矿、黑钨矿少见, 偶见白钨矿、闪锌矿、锡石、萤石、黄铜矿等。岩石结构构造与矿物组合显示, 其岩性为似斑状白云母钠长花岗岩。

图2　珍珠山地区地质简图(据江西省地质调查院, 2000)Fig.2 Geological sketch of the Zhenzhushan area

图3　珍珠山花岗岩脉地质产状及岩石特征Fig.3 Geological occurrence of the Zhenzhushan granite vein and its characteristics

3　锆石U-Pb、Hf同位素测定

3.1测试方法

将岩石样品表面清洗干净并粉碎至 60～80目,再用淘洗法选出纯度较高的单矿物。在双目镜下挑选出较为完整和透明度好的锆石晶体。将待测锆石用环氧树脂固定制靶, 并对其进行抛光, 然后进行阴极发光(CL)和背散射电子照相, 仔细对比分析。选取晶形较好, 具有明显生长环带的锆石进行测试。锆石U-Pb年龄及原位Lu-Hf同位素分析在中国地质科学院矿产资源研究所 LA-ICP-MS实验室完成, 采用仪器为Finnigan Neptune型LA-ICP-MS及与之配套的Newwave UP213激光剥蚀系统。采用单点剥蚀, 以 GJ-1为外标, U、Th含量以锆石 M127为外标进行校正(Slama et al., 2008)。为确保测试的精确度, 测试过程中每测定 5个样品前后测定两次锆石标样GJ-1进行监测, 并测量一个Plesovice锆石来观察仪器运行状态是否良好。数据处理采用ICP-MS DataCal 4.3程序(Liu et al., 2008), 锆石年龄谐和图用Isoplot 3.0程序获得。

3.2测试结果

珍珠山地区大塘坞北钠长花岗岩脉(NDTW)样品(采样坐标: N29°12′44″, E117°30′01″)中锆石共测试了20个点。结果显示(表1), 锆石中Th含量主体介于76×10–6～356×10–6之间, U含量主体介于133×10–6～ 800×10–6之间, Th与U值之间具有正相关性, 而且Th/U=0.14～0.92(>0.1), 表明样品中锆石多为岩浆结晶产物(简平等, 2001; 吴元保和郑永飞, 2004)。CL图像显示大多数锆石具有明显的生长环带(图 4a),显示为典型的岩浆成因。在U-Pb年龄谐和图中1、13和16号点偏离谐和线较远, 6和19号点虽在谐和线上, 但较为分散, 其206Pb/238U年龄分别为168.8±1.1 Ma和184.2±1.0 Ma, 可能为捕获锆石或者继承锆石, 14号点信号错误, 观测其CL图像, 锆石明显有碎裂现象, 可能是导致信号错误的原因。其余的 14个点谐和度好, 较为集中(图 4b), 其206Pb/238U 加权平均年龄为 129.3±0.5 Ma(MSWD= 0.99)(图4b)。

珍珠山地区大塘坞南钠长花岗岩(DTWS)样品(采样坐标: N29°12′25″, E117°30′32″)中锆石共测试了 20个点, 结果显示(表 1), 锆石中 Th=57×10–6～ 831×10–6, U=198×10–6～1716×10–6, Th与U值之间具有正相关性, 且 Th/U=0.11～1.58(>0.1), 表明样品中锆石多为岩浆结晶产物。阴极发光(CL)照片显示大多数锆石具有明显的生长环带(图 5a), 显示为典型的岩浆成因。U-Pb年龄谐和图中 1号点206Pb/238U年龄为177.8±2.3 Ma, CL图像显示, 测试点位于锆石的核部, 很可能是继承的锆石, 2号点误差大, 8、19号点错误, 普通Pb含量太高, 可能由锆石发生破裂等因素引起。其余16个点谐和度较好, 分布集中(图5b), 从而获得206Pb/238U加权平均年龄为133.3± 0.8 Ma(MSWD=0.29)(图5b)。

以上同位素测年结果显示, 珍珠山地区的钠长花岗岩脉的侵位结晶年龄在129～133 Ma之间, 属于早白垩世。

图4　珍珠山大塘坞北花岗岩(NDTW)中锆石阴极发光图(a)及U-Pb年龄谐和图(b)Fig.4 Cathodoluminescence images (a) and U-Pb concordia diagram (b) for zircons from the North Datangwu granite in Zhenzhushan

图5　珍珠山大塘坞南花岗岩(DTWS)中锆石阴极发光图(a)及U-Pb年龄谐和图(b)Fig.5 Cathodoluminescence images (a) and U-Pb concordia diagram (b) for zircon grains from the South Datangwu granite in Zhenzhushan

表1　赣东北珍珠山花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测试结果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic analysis of the granite of Zhenzhushan

3.3 锆石的Hf同位素特征

对两个样品的已测年锆石进行原位 Hf同位素分析, 结果及计算参数如表2。

其中早白垩世(127.2～134.9 Ma)岩浆侵位结晶锆石的176Hf/177Hf值变化在0.282545～0.282690之间, εHf(t)的范围是–5.09～ –0.05, 平均为–3.03, 峰值在–4.00～–3.00之间, 变化范围较小(图 6a), 在 t-εHf(t)关系图上, 样品点均落在下地壳演化域之上, 且位于球粒陨石均一储库附近(图 6b), 说明成岩过程中,主要以壳源物质为主, 也有幔源物质的加入; Hf单阶段模式年龄tDM范围为761～948 Ma; 两阶段模式年龄t2DM范围为1153～1463 Ma。

捕获或者继承侏罗纪的锆石 N6(168.8 Ma)、S1(177.8 Ma)、N19(184.2 Ma)的176Hf/177Hf值分别为0.282890、0.282882和0.282586, εHf(t)值分别为7.91、7.70和–2.60, 正负值均有, Hf单阶段模式年龄 tDM分别为493 Ma、520 Ma、693 Ma, 两阶段模式年龄t2DM分别为927 Ma、714 Ma、1354 Ma, 显示了继承或捕获锆石可能是形成于壳幔混合作用的产物。这与区域上德兴含铜金花岗闪长斑岩(172～176 Ma)中锆石 εHf(t)平均值在 4.34～5.54之间, 两阶段模式年龄t2DM平均值介于776～1116 Ma之间, 是壳幔混合的产物(水新芳等, 2012)相对应。

4　地球化学特征

4.1测试方法

样品均采自采石坑内新鲜的岩石(图 2、3)。主量元素与微量元素分析在中国地质科学院国家地质实验测试中心完成。除FeO以外的其他主量元素测试时, 称取样品0.5000 g用无水四硼酸锂和硝酸铵为氧化剂, 于 1200 ℃左右熔融制成玻璃片, 用PW4400型号的 X射线荧光光谱仪测定, 精密度RSD<2%～8% , 检测下限为0.01%。测定FeO时, 另取试样0.1000～0.5000 g于聚四氟坩埚中, 加入氢氟酸和硫酸分解样品, 重铬酸钾标准溶液滴定FeO含量, 精密度RSD<10%, 检测下限为0.05%。而Fe2O3含量由公式Fe2O3=FeOT–FeO×1.11134计算获得。测定包微量元素含量时, 利用酸溶法将样品溶液制备好后, 在ICP-MS ElementⅡ等离子体质谱仪上测定,分析误差为5%～10%。

4.2测试结果

4.2.1主量元素特征

珍珠山地区两条似斑状花岗岩脉岩石化学特征基本相近, 均具有高硅(SiO2=74.10%～75.78%)、富碱(ALK=6.99%～7.89%)、富铝(Al2O3=13.94%～15.15%)、高Fe/Mg(FeOT/MgO=7.50～12.36)值、低钙(CaO=0.31% ～0.42%)及贫镁(MgO=0.07%～0.13%), 高 F (0.13%～ 0.33%)的特征(表3)。通过CIPW标准矿物计算获得:石英(Q)(29.76%～37.44%, 平均 31.96%); 钾长石(4.41%～13.38%, 平均6.73%); 钠长石(Ab)(45.39%～ 60.66%, 平均 56.20%);钙长石(An)(0.18%～0.38%,平均0.19%); 刚玉(C)(1.67%～3.95%, 平均2.48%)。在 R1-R2图解中(图 7), 样品主体落在碱性花岗岩范围内, 少量落入正长花岗岩范围内。其中Na2O/K2O= 3.14～9.09(平均5.64), A/CNK=1.08～1.30 (平均1.15),属于强过铝质花岗岩(图 8a), 在 SiO2-AR图解中落在碱性系列区域(图8b)。

图6　珍珠山花岗岩锆石εHf(t)频率直方图及t-εHf(t)图解Fig.6 εHf(t) frequency histogram and t-εHf(t) diagram of zircons from the Zhenzhushan granite

表2　珍珠山花岗岩LA-ICP-MS锆石原位Hf同位素测试结果Table 2 The results of LA-ICP-MS zircon Hf isotopic in situ test for the granite in Zhenzhushan

表3　赣东北珍珠山花岗岩脉岩石主量元素(%)和微量元素(×10–6)分析结果Table 3 Major (%) and trace element (×10–6) contents for granites of Zhenzhushan

续表3:

图7　珍珠山花岗岩R1-R2侵入岩分类图解(据De La Roche et al., 1980)Fig.7 R1vs. R2diagram of classification for intrusive rock

4.2.2微量及稀土元素特征

微量及稀土元素分析结果(表3)显示, 珍珠山花岗岩样品中稀土元素总量较低, ΣREE=11.65×10–6～ 23.50×10–6, 强负Eu异常, δEu=0.04～0.09, 轻重稀土分异较为明显, LREE/HREE=2.01～3.40, (La/Yb)N=4.81～ 10.21, 轻稀土内部分异不明显, (La/Sm)N=0.81～1.10,而重稀土内部分异明显, (Gd/Yb)N=5.75～ 9.32。轻稀土元素碱性较强, 而重稀土元素碱性较弱, 珍珠山花岗岩以富Na、K等的碱性矿物为主, 而Fe、Mn矿物含量极少, 因此表现出轻稀土相对富集而重稀土元素相对亏损。配位数高的磷灰石等矿物相对富集轻稀土, 而配位数低的石榴子石矿物相对富集重稀土, 在岩石中发现有少量的磷灰石, 而未见石榴石,也可能是造成轻稀土元素相对富集、重稀土元素相对亏损的原因。岩石稀土元素球粒陨石标准化配分曲线显示, 珍珠山地区大塘坞南、北两条脉体特征相似, 整体上均呈微右倾“V”字形(图 9a) 。重稀土元素分馏明显的特征显示了花岗岩经历了高度演化的过程。原始地幔标准化微量元素蛛网图上, 相对亏损Ba、K、Nd、Zr、Ti, 而相对富集U、Th、Nb、Ta、P(图9b)。

图8　珍珠山花岗岩A/CNK-A/NK(a, 据Maniar and Piccoli, 1989)及SiO2-AR图解(b, 据Wright, 1969)Fig.8 A/CNK vs. A/NK (a) and SiO2vs. AR (b) diagrams of the Zhenzhushan granite

5　讨 论

5.1岩石类型与成因

珍珠山地区花岗岩脉具有高硅、富碱、富铝、高Fe/Mg值、低钙及贫镁, 高F的特征。在微量元素蛛网图上, 亏损Ba、Ti、K、Nd、Sr, 富集Rb、U、Th、Nb、Ta、P等高场强元素(HFSE), 且具有高的 Ga/Al值(Ga/Al=3.41×10–4～4.27×10–4), 显示典型的A型花岗岩特征。对于高硅(SiO2>74%)的花岗岩, SiO2-FeOT/MgO图解最能有效地把大多数A型花岗岩与I型、S型花岗岩区别开来(Eby, 1990), 在图10中, 样品投点均落入A型花岗岩范围。在Ce、Zr、K2O/MgO和FeOT/MgO-10000×Ga/Al图解中, 样品均落入A型花岗岩范围(图11)。像这种低REE含量的 A型花岗岩, 在黑龙江省也曾发现(Wu et al., 2002), 而在湖南锡田燕山晚期 A型花岗岩(姚远等, 2013)中细粒碱长花岗岩的ΣREE值也很低, 平均值为28.78×10–6(据祝新友等未发表数据)。花岗岩全岩稀土元素的丰度主要取决于副矿物和暗色矿物, 而珍珠山花岗岩中缺少黑云母等暗色矿物可能是其稀土元素总量低的原因。通常A型花岗岩被认为是形成于伸展构造背景下的产物, 根据其形成环境又可细分为 A1和 A2两个亚类, A1型花岗岩形成于裂谷环境, 与热点或地幔柱环境有关, 具有和洋岛玄武岩相似的比值特征, 代表了大陆裂谷或板内背景下的岩浆作用; 而A2型花岗岩形成于后碰撞或后造山的环境, 其比值介于大陆地壳和岛弧玄武岩之间,代表了经历过陆–陆碰撞或岛弧岩浆作用之后地壳物质的部分熔融(Eby, 1992)。A型花岗岩分类图解(图 12)显示珍珠山地区花岗岩属于 A1型花岗岩,形成于大陆裂谷或板内岩浆区, 其物质来源与洋岛玄武岩类似(Eby, 1992), 这样也与其稀土元素含量相对较低的事实相符合。综上分析, 珍珠山地区花岗岩属于 A1型花岗岩, 形成于大陆板内的伸展构造环境。

图 9 珍珠山花岗岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)(球粒陨石标准化值据Boynton, 1984; 原始地幔标准化值据Sun and McDonough, 1989)Fig.9 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagram (b) of the Zhenzhushan granite

图10　SiO2-FeOT/MgO图解(据Eby, 1990)Fig.10 SiO2vs. FeOT/MgO diagram

5.2与大地构造的演化关系

华南出露大面积晚中生代钙碱性系列岩浆岩,以及一些面积虽小, 但意义非常重要的 A型花岗岩类及碱性侵入岩类(王强等, 2005), 同时也形成了大量的正长岩和辉长岩(He and Xu, 2012)。前人对华南晚中生代A型花岗岩类曾做了细致的研究, 对其形成构造背景的认识总结分为: 弧后伸展环境(Xu et al., 1999; Li, 2000; Jiang et al., 2011), 走滑系统(Xu et al., 1987), 裂谷或走滑+同期裂解(Gilder et al., 1991, 1996)环境, 但A型花岗岩是伸展构造环境下的岩浆产物, 代表了拉张环境下的侵位产物(Loiselle and Wones, 1979; Whalen et al., 1987; Eby, 1992; 王德滋等, 1995; Wu et al., 2002; 王强等, 2005)的观点已被广泛接受。

图11　Ce、Zr、K2O/MgO和FeOT/MgO-10000×Ga/Al图解(据Whalen et al., 1987)Fig.11 Ce, Zr, K2O/MgO and FeOT/MgO vs. 10000×Ga/Al discrimination diagrams of granites

图12　A型花岗岩的构造环境图解(据Eby, 1992)Fig.12 Discrimination diagrams of tectonic environment for A-type granites

中生代华南地区处在由古特提斯构造域控制期向太平洋构造域控制期转换的关键时期, 三叠纪–侏罗纪南北挤压作用向东西挤压作用转化, 特别是中侏罗世太平洋构造域控制作用开始加强, 开始了从EW向古特提斯构造域向NE-NNE向太平洋构造域的体制转换; 到早白垩世全面完成转换过程, 在地球动力学体制上, 由挤压应力体制转换为伸展应力体制, 并一直持续到中生代末期(余心起等, 2005); 包括赣东北在内的整个华南地区在早白垩世有大量A型花岗岩类侵位,其统一的构造动力背景是: 从晚侏罗世晚期(150 Ma)开始, 古太平洋板块呈NNW向或NW向斜向非均速地向欧亚大陆俯冲, 华南腹地处于弧后伸展构造环境下演化(Engebretson et al., 1985; Maruyama and Seno, 1986; Ratschbacher et al., 2000; 舒良树和周新民, 2002), 而到了早白垩世(135～100 Ma), 俯冲速率大大加快(Maruyama and Seno, 1986), 大洋板块俯冲较深,俯冲板块所释放的流体交代地幔楔橄榄岩, 并使其发生熔融产生玄武质岩浆底侵, 导致壳–幔岩浆作用(Xu et al., 1999; Zhou and Li, 2000; 周新民, 2003), 在政和–大埔断裂之东形成大面积岛弧钙碱性火山岩和侵入岩, 而在政和–大埔断裂以西地区处于弧后伸展构造环境。这种斜向俯冲作用, 可能引起NE-NNE向伸展性剪切断裂带活动(Xu et al., 1987; Gilder et al., 1993, 1996; Li et al., 2001)并向下切割至地幔; 也可能导致政和–大埔断裂以西弧后伸展区软流圈地幔上涌。也可能是中国东部的岩石圈在早白垩世减薄, 引起软流圈地幔上涌(Wu et al., 2002; Deng et al., 2004), 加热岩石圈地幔, 使其熔融, 引起岩石圈伸展, 加强了剪切断裂带的活动(Ren et al., 2002), 在弧后区形成A型花岗岩类或碱性岩、基性岩墙、走滑拉分盆地和变质核杂岩(Faure et al., 1996; Gilder et al, 1996; Lin et al., 2000; Ratschbacher et al., 2000; Li, 2000; 周新民, 2003; He and Xu, 2012)。还有一种观点认为在140～ 125 Ma(早白垩世), 贯穿中国东部的郯庐断裂的左旋走滑作用, 在中国东部产生南北向的伸展作用,并形成一系列的伸展盆地(Sun et al., 2007), 在这些伸展盆地中形成了大量的火山岩和侵入岩(Chen et al., 2001; Xie et al., 2003; Guo et al., 2005; Wang et al., 2006), 同时还形成了大量的矿床。总体来看本文所研究的珍珠山 A1型似斑状花岗岩脉及华南地区大量的 A型花岗岩很可能就是在这种走滑+伸展的构造背景下侵位的。

5.3成矿关系

花岗岩类富含成矿组分, 与各类矿产关系密切,被誉为“工业之母”。尤其是A型花岗岩以富含W、Sn、Mo、Bi、Nb、Ta和F的矿化为特征(Collins et al., 1982; Pitcher, 1983)。研究区位于塔前–朱溪–赋春成矿带旁侧, 区内韧性剪切带、推覆构造活跃, 褶皱、断裂发育, 有利于成矿物质运移和聚集; 成矿地质条件优越, 具有较强的W、Sn元素化探异常。本次采集的白云母钠长花岗岩样品, 化学分析结果显示,其Nb、Sn含量明显高(Nb=42.0×10–6～58.7×10–6, 平均 49.5×10–6; Sn=40.9×10–6～66.8×10–6, 平均 53.79× 10–6), 是造成珍珠山地区W、Sn化探异常的主要原因, 很有可能形成W、Sn、Nb矿床, 如尼日利亚Jos高原和我国苏州的 Sn-W-Nb-Zn矿床(汪建明等, 1993), 在珍珠山东南的灵山 A型花岗岩就有大型Nb-Ta及W-Sn矿床产出(章崇真等, 1985; 杨明桂等, 2004; 章平和田邦生, 2005), 如松树岗Nb-Ta、W-Sn矿床和黄山 Nb-Ta矿床。珍珠山花岗岩样品点在Rb-Ba-Sr图解中多落在与W、Sn、Mo有关的矿化花岗岩范围内及附近(图13)。

图13　花岗质岩石的Rb-Ba-Sr图解(据El Blouseily and EL Sokkary, 1975)Fig.13 Rb-Ba-Sr diagram of granitoids

珍珠山地区W、Sn元素的化探异常具有原生晕与次生晕异常相吻合, 异常小而分散, 连续性差,呈 NE向分布, 与区域总体构造线相一致的特征(江西省地质局赣东北大队, 1982, 1983)。其中Sn异常形态与花岗岩脉走向和形态十分吻合, 在花岗岩原生晕中 Sn平均含量 105×10–6, 而围岩中千枚岩 Sn含量仅为 5×10–6。W 元素异常分布有两种类型, 一种分布在 Sn浓集带中, 第二种分布于花岗岩脉之外,脉外侧W异常值要比花岗岩脉中W异常高。W异常引起的原因和Sn异常引起的原因不同, W是热液引起的, 偏向于围岩; 珍珠山岩群中千枚岩中W含量高、Sn含量低, 揭示花岗岩脉外侧W异常可能是构造及热液活动的结果。在珍珠山镇西侧水竹坞区段, 分布多条石英细脉型黑钨矿(化)带, 矿化类型有石英脉型和构造角砾岩型。含矿石英脉充填于构造裂隙中, 多呈串珠状 NNE向左型侧列,矿物有黑钨矿、白钨矿、黄铁矿等。构造角砾岩型钨矿带具强烈硅化, 矿石呈微粒结构, 角砾状构造, 矿物有黑钨矿、黄铁矿、毒砂、白钨矿、辉锑矿及萤石等。

中国东部燕山期受断裂构造所控制的岩浆活动,一种起源于地壳内部的、沿断层侵位的花岗质岩浆岩体, 主要成分为壳源物质, 常具有较高的 SiO2含量, 碱性元素含量高, 一般形成与亲石元素相关的矿床, 如W、Sn、U和REE等(万天丰和赵庆乐, 2012)。在整个燕山期, 沿塔前–朱溪–赋春成矿带坳陷盆地有断断续续小规模岩浆活动, 伴随成矿热液活动,为原有地层矿物质的运移提供了充足的热动力和矿物载体, 为该区形成W、Sn矿床提供了条件。珍珠山地区存在明显的 W、Sn异常, 而花岗岩脉与Sn有着直接的联系, 是寻找锡矿的主要标志。W异常虽然与花岗岩脉在空间上存在一定距离, 但直接引起W异常的热液石英细脉很可能与花岗岩脉是同一岩浆作用的产物。因此, 认为珍珠山地区A型花岗岩脉是该区探寻W、Sn、Nb、Ta矿的重要标志。

6　 结 论

(1) 珍珠山地区花岗岩具有高SiO2、富ALK、高FeOT/MgO值、低CaO及贫MgO的特征, 属于过铝质低钾碱性岩系列岩石。稀土总量较低、强负Eu异常, 轻重稀土分异较为明显, 球粒陨石标准化配分曲线呈右倾“V”字型。微量元素Ga/Al值高, F含量较高, 亏损 Ba、Ti、K、Nd、Sr, 富集 Rb、U、Th、Nb、Ta、P, 属于A1型花岗岩。

(2) 珍珠山地区两条花岗岩脉, 其锆石206Pb/238U加权平均年龄分别为129.3±0.5 Ma (MSWD=0.99)和133.3±0.8 Ma (MSWD=0.29), 表明在早白垩世该区发生走滑+伸展的构造伸展使岩浆侵位作用。锆石的εHf(t)的范围是¯5.09～ ¯0.05, 显示成岩物质以壳源为主, 但有地幔组分的参与, 属壳幔混源花岗岩, Hf单阶段模式年龄范围为761～948 Ma, 两阶段模式年龄范围为1153～1463 Ma。

(3) 珍珠山地区A型花岗岩脉富含Nb、Sn元素,并与该区W、Sn化探异常有着密切联系, 是寻找钨锡、铌钽矿的重要标志。

致谢： 野外工作得到了江西省地质矿产勘查开发局九一二大队康川、舒立旻等同志的帮助和支持, 在本文修改完成过程中, 两位审稿专家提出了许多宝贵意见, 在此一并表示衷心的感谢。

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Geochemistry, Zircon U-Pb Dating and Hf Isotope Composition of Zhenzhushan Granite in Northeast Jiangxi Province

LIU Zhanqing1,2, LIU Shanbao1*, PEI Rongfu1, WANG Chenghui1, CHEN Guohua3, WEI Jin3, ZHANG Shude4and LIU Xiaolin4
(1. Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China; 2. Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Deposits Exploration, College of Earth Sciences, Guilin University of Technology, Guilin 541004, Guangxi, China; 3. No.912 Geological Team, Bureau of Geology and Mineral Resources of Jiangxi Province, Yingtan 335001, Jiangxi, China; 4. Zhangyuan Investment Holddings Limited, Ganzhou 341300, Jiangxi, China)

The discovery of the ultra-large skarn-type copper-tungsten deposit in the Taqian-Zhuxi-Fuchun metallogenic belt in Zhuxi, Northeast Jiangxi province, exhibits a huge metallogenic potential and prospect in the belt and its peripheral district. The Zhenzhushan area is located in the south margin of the Metallogenic belt where a number of granite veins exposed. Based on the detailed field geological survey, petrological and geochronological studies, LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of two big veins of porphyritic muscovite albite granite yielded weighted average ages of 129.3±0.5 Ma (MSWD=0.99) and 133.3±0.8 Ma (MSWD=0.29), respectively. The granites are rich in SiO2(74.10% ～75.78%), Na2O+K2O (6.99%～7.89%), Al2O3(13.94%～15.15%), poor in CaO (0.31%～0.42%) and MgO (0.07%～0.13%),with FeOT/MgO ratios of 7.50～12.36, Na2O/K2O ratios vary between 3.14 and 9.09, A/CNK=1.08～1.30, belonging to peraluminous alkaline rock series. The granites are characterized by low ΣREE value and weak REE fractionation (LREE/HREE average value is 2.48), and showing weakly right dipping seagull shapes with obvious negative Eu anomalies (δEu average value is 0.07). Moreover, the rocks are characterized by high Ga/Al values (3.41×10–4～4.27×10–4), and relatively depleted in K, Ba, Nd, Sr and other LILEs, yet enriched in U, Th, Nb, Ta, P and other HFSEs. The εHf(t) values of zircons range from –5.09 to –0.05, indicative of juvenile mantle components contribution. The granites were likely derived from mixed source of crust and mantle. The A1-type features of the granites in the Zhenzhushan area suggest that the area was in an anorogenic extensional setting. In addition, the high contents of Sn and Nb in the dykes implies a great potential for W-Sn-Nb-Ta prospecting in the area.

Northeast Jiangxi province; Zhenzhushan region; A1-type granite; rock geochemistry; zircon U-Pb dating; Hf isotopic

P597; P595

A

1001-1552(2016)04-0808-018

2014-11-05; 改回日期: 2015-05-07

项目资助: 中央地质勘查基金(2013360010)、国土资源部公益性行业科研专项(201411035)、江西省国土资源厅地质勘查基金(矿[2012]01-06)、桂林理工大学博士科研启动基金(002401003373)和广西隐伏金属矿产勘查重点实验室系统研究课题(13-A-01-04)联合资助。

刘战庆(1975–), 男, 博士后, 主要从事矿产勘查、构造地质学与矿田构造的教学与科研工作。Email: lzqgygcx2008@163.com

刘善宝(1970–), 博士, 副研究员, 主要从事成矿规律与成矿预测等研究。Email: liubaoshan7002@163.com