安徽西峰寺钼矿化区正长岩类锆石的地质意义

     作者：郑晓蒙

    六安西峰寺钼矿化区正长岩类锆石U-Pb年龄及其地质意义内容简介。.

    1  区域地质背景

    矿区地处大别造山带东部（图1）。大别造山带是秦岭造山带的东延部分，是华北板块南部活动大陆边缘和扬子板块北部被动大陆边缘经长期演化、地体拼贴和最终大陆碰撞的结果，是长期发育的大陆内部复合型造山带。大别造山带被郯庐断裂截于东部，西部经南阳盆地与秦岭造山带相连，其南、北边界分别为襄樊一广济断裂以及栾川一明港一固始断裂，总体上呈东宽西窄的楔形。大别造山带形成于三叠纪扬子古板块向华北古板块的俯冲碰撞作用，经历了与造山作用有关的多次聚合一拼贴过程，是一个发生了复杂变形变质作用的构造带。

    大别造山带经历了漫长而复杂的地质演化。三叠纪华北和扬子板块相互碰撞，晚三叠世末至早中侏罗世经历了强烈的挤压和陆内俯冲，造山带地壳和岩石圈缩短增厚。晚侏罗世开始，构造体制由挤压向伸展转变，早白垩世末期伸展作用深入地幔，碰撞造山作用结束。此外，通过前人的研究，大别造山带与中生代钼矿床有关的岩浆作用主要起源于古老地壳，在伸展背景下软流圈上涌，加热下地壳熔融而成。

    在大别造山带内出露的主要地层有：新太古代至古元古代大别一桐柏变质核杂岩，中元古代秦岭群变质杂岩，中元古代龟山岩群，新元古代至早古生代二郎坪群浅变质火山一沉积岩系，震旦纪一奥陶纪的滨海一浅海相碎屑岩一碳酸盐岩建造以及泥盆纪南湾组。区内的构造主要以NWW向以及NNE向断裂为主，呈网格状，NWW向断裂由北向南分别为栾川一明港一固始断裂、朱一夏断裂、龟一梅断裂、桐一商断裂、晓天一磨子潭断裂和襄樊一广济断裂等。NNE向断裂由西到东分别为大悟一涩港断裂、陡山河断裂和商麻断裂。大别造山带岩浆作用强烈，主要发育燕山期中酸性侵入岩、陆相火山岩、少量基性一超基性岩以及晋宁期中酸性侵入岩。陆相火山岩沿大别造山带北缘信阳一商城一霍山一带分布，时代为晚侏罗世一早白垩世，岩性组合为英安岩一流纹岩。燕山期侵入岩为主要分布于区域南部的灵山、新县和商城三大花岗岩基，以及分布于区域中部桐一商断裂附近的众多中酸性小岩体，岩体多为酸性富碱的花岗斑岩、似斑状花岗岩、石英正长斑岩等。

    2矿化区地质特征

    矿区地处响洪甸盆地西部，响洪甸背斜南西翼，地层单一，构造较复杂，岩浆岩广泛分布（图2）。

    区内沉积地层不发育，仅发育白垩系响洪甸组和第四系丰乐镇组地层。地层总体上呈单斜层状产出，产状缓，倾向南西，倾角100～200，自北向南呈长条状展布。地层与岩体呈超动式接触关系，接触面多为风化层覆盖；构造上，矿区处于响洪甸背斜南西翼，次级褶皱不发育。矿区位于区域龙门冲到南港断裂破碎带中，区内显性断裂构造出露不明显，断层错距一般不大，大多以挤压碎裂、隐爆角砾和岩脉充填为主要表现特征。矿区断层多为隐伏断裂，由于地表植被覆盖严重，部分断层地表形迹不明显，只能通过钻孑L揭露结合地形地貌特征来推测断层的出露位置和延伸方向。矿区内较为明显的断层有2条。

    区内岩浆活动较为剧烈，主要岩体为燕山晚期同兴寺超单元碱性杂岩体，该岩体位于区域龙门冲一南港断裂破碎带中，属深源浅成型侵入体。岩石组合主要为霞石正长岩、白榴石正长岩、霓辉正长岩、正长岩。岩浆岩均为碱性一过碱性系列，富碱贫硅，K20>Na20。

矿区中主要侵入岩为细晶正长岩、正长斑岩、粗晶正长岩、似斑状正长岩。在钻孔中，可见到正长斑岩穿插似斑状正长岩(图3-A)，野外露头则可见到粗晶正长岩穿插正长斑岩（图3-B），而细晶正长岩与其他岩性岩石关系不明显，由此可初步推测各岩性的岩浆岩从早到晚为似斑状正长岩、细晶正长岩、正长斑岩、粗晶正长岩。

    各岩性特征分述如下：

    ①细晶正长岩：肉红色，细晶结构，块状构造，几乎全由钾长石组成，局部可见有石英、方解石、萤石、黄铁矿共同呈脉状产出。钾长石，肉红色，颗粒大小1mm左右，他形。

    ②正长斑岩：斑晶主要由钾长石（约40%）、斜长石（约5%）、角闪石（约2%）、黄铁矿（约2%）组成。基质（约50%）由隐晶质的长石、石英组成。钾长石：肉红色，他形，粒径为0.1～1mm。斜长石：无色透明，自形，中长柱状，1～10mm。黑云母：黑色，他形，0.5～2mm。黄铁矿：浅铜黄色，金属光泽，粒径0.1 mm左右，星点状分布。

    ③粗晶正长岩：青灰色，粗晶结构，块状构造，主要由钾长石（约90%）、绿帘石（约3%）、黑云母(约3%)、磁铁矿（约3%）组成。钾长石肉红色，玻璃光泽，粒径为2～10mm，半自形一他形。绿帘石为黑色，自形，中短柱状，玻璃光泽，粒径为2～10 mm。角闪石为黑色，粒径1mm左右，半自形一自形。黑云母为黑色，片状，颗粒大小1mm左右，自形。磁铁矿为黑色，他形浸染状分布，具磁性，粒径0.1～1mm。

    ④似斑状正长岩：肉红色，似斑状结构，块状构造，斑晶（约40%）几乎全由钾长石组成，肉红色，粒状，玻璃光泽，颗粒大小为2～6 mm，大者可达1cm。基质由显晶质的钾长石（约40%）和黑云母(约10%)及少量的角闪石（约2%）组成。

    本区辉钼矿化主要与后期正长斑岩脉侵入和后期断裂构造热液活动相关，其矿化具有不均匀、局部富集的特点。矿床内近矿围岩蚀变强烈，且表现为一定的水平环状分带，局部为线型分带的特征，自矿化中心向外依次为钾化、黄铁矿化一硅化、绢云母化一碳酸岩化、萤石化一粘土（高岭土）化一绿泥石、绿帘石化，其中，钾化、硅化最为发育，碳酸岩化、萤石化次之，其余蚀变仅局部发育，钾化和硅化与辉钼矿化关系紧密，矿体往往即产于钾化带与硅化带接触部位。这些特征与斑岩型钼矿的特征基本相吻合，所以西峰寺钼矿应属于斑岩型钼矿。此外，由于后期侵入斑岩脉能量较大，在浅部局部发育引爆角砾岩，胶结物可见有浸染状辉钼矿。

    经过野外观察及室内的鉴定可发现，辉钼矿多呈细脉状或浸染状发育于正长斑岩中(如图3-C、D)，即本区的控矿侵入岩主要为正长斑岩。本区中，正长斑岩呈岩脉、岩枝状产出，为本区燕山晚期岩浆演化最后一期侵入脉岩。地表呈多条规模较小、独立的岩枝状出露，产状多较陡，深部有复合膨大变粗呈岩株的趋势，表现为半隐伏岩体的特征。平面上，正长斑岩脉集中分布于矿区中部，沿北西、北东和近东西方向断裂侵入充填，其中，北西方向的一条斑岩脉是本矿区规模最大、与成矿关系最紧密的控矿岩体，该岩体地表呈脉状延伸，控制最大延长约650m，控制岩脉宽2～75m，岩脉边缘岩枝发育，分支复合现象极为常见。岩脉走向135°～150°，倾向北东，倾角55°～75°。

    3样品与分析方法

    矿区主要侵入岩（图2）的特征如表1所示。

    3.1样品制备和分析方法

    测年样品首先经过破碎、浮选和电磁选等方法挑选出单颗粒锆石，然后在双目显微镜下挑纯，选样工作在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成。锆石制靶在合肥工业大学LA-ICP-MS实验室进行，将完整和典型的锆石颗粒用双面胶粘在载玻片上，放上PVC环，然后将环氧树脂和固化剂进行充分混合后注入PVC环中，待树脂充分固化后将样品从载玻片上剥离，并对其进行打磨、抛光。样品测定之前用酒精清洗样品表面，以除去样品表面的污染。然后拍摄锆石的反射光、透射光和阴极发光(CL)显微图像（图4），此部分工作在北京锆年科技领航公司完成。LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素和微量元素分析在合肥工业大学资源与环境工程学院进行，由ICP-MS和激光剥蚀系统联机完成。ICP-MS为美国Agilent公司生产的Agilent 7500a，该仪器独有的屏蔽炬(ShieldTorch)可明显提高分析灵敏度。激光剥蚀系统为美国Coherent Inc.公司生产的GeoLasPro。

    分析数据的离线处理采用ICPMSDataCal软件(V8.6)完成。锆石样品的U-Pb谐和图绘制和年龄加权平均计算均采用Isoplot(V2.49)完成。单个数据的同位素比值、年龄误差为1σ，加权平均值的误差为2σ。普通Pb的校正采用Anderson的方法完成。

    3.2分析结果

    各岩浆岩的锆石年龄（表2）从老到新为：似斑状正长岩(128.2土1.7)Ma、细晶正长岩(12 8.1士1.5)Ma、正长斑岩（126.8土1.6）Ma、粗晶正长岩(124.2士1.6)Ma。结合野外及钻孔各岩性之间的穿插关系，即钻孔中正长斑岩穿插似斑状正长岩(图3-A)，野外露头可见粗晶正长岩穿插正长斑岩（图3-B），而细晶正长岩与其他岩性岩石关系不明显，说明矿区主要侵入岩的结晶顺序由早至晚为似斑状正长岩、细晶正长岩、正长斑岩、粗晶正长岩（图3）。

    4讨论

    前人对东秦岭一大别钼矿带钼矿床的成岩成矿年龄做了详细的研究，得到了大量的研究成果。成岩年龄方面，前人对矿带中含矿岩体进行了锆石U-Pb测年，如：南泥湖(149.56±0.36)Ma、上房沟(135.38±0.39)Ma、雷门沟(136.2士l.5)Ma、金堆城（140.95土0.45）Ma;金堆城（143.7土3）Ma；沙坪沟二长花岗岩、花岗闪长岩、正长岩分别为（136.3土1.6）Ma，（127.5土2.9）Ma，（117.2土1.2）Ma；千鹅冲花岗斑岩（128.8土2.6）Ma。成矿年龄方面，对矿床中的辉钼矿开展了Re-Os同位素测年，如金堆城（139士3.0）Ma、南泥湖（141.8士2.1）Ma、三道庄（145.0土2.2）Ma、上房沟（144.8±2.1）Ma、雷门沟（132.4士1.9）Ma、沙坪沟(113.21士0.53) Ma，千鹅冲（127.82土0.87）Ma。可以看出，东秦岭一大别成矿带钼矿床的成岩成矿时代主要集中在中生代，且含矿岩体的成岩作用与成矿作用发生时间经过粗略统计，一般相差1～9Ma，即含矿岩体的成岩作用与成矿作用发生时间一致或略晚。通过前人的研究，华北克拉通及其邻区（包括长江中下游地区），中生代金属矿床大规模成矿作用可以分为200—160 Ma、140 Ma左右及130～110 Ma三个时期，以Mo、Cu为主的三叠纪矿床形成时代则集中在233～211 Ma。

    本矿区所处的大别造山带东部，前人同样进行了许多的研究。如钾质岩浆作用的研究，岩浆岩地球化学特征及其年代学研究，区域构造作用的研究。但是碱性侵入岩的研究相对来说则比较薄弱。而碱性岩的作用又不可忽略。我们知道碱性岩具有富钾、钠及稀土元素的地球化学特征，其矿物组成通常含有似长石或碱性铁镁矿物。此外，其还具有深源性及显著的幔源特征。一般来说，碱性岩产出于拉张构造环境，其深源浅成属性及其所指示的特殊构造环境使其成为探索地球深部物质组成特征及演化过程、地球动力学、构造和物理化学环境的重要岩石。在年代学研究方面，早期测年所采用的全岩Rb-Sr等时线法、角闪石Ar- Ar法、钾长石Ar-Ar法等，受样品的代表性和测试方法所限，所得的年龄结果具有一定程度的不确定性。近年来，虽然已获得响洪甸碱性侵入岩中霞石正长岩的LA-ICP- MS锆石U- Pb年龄(135.1 Ma和碱性正长岩的单颗粒锆石U-Pb年龄(122.3 Ma)以及似斑状正长岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄((125士1) Ma），但是对于与成矿有关的主要侵入岩的年代学工作，仍然显得不足。

    利用LA-ICP-MS技术，对矿区主要侵入岩中的锆石进行了U-Th-Pb同位素测定，得到矿区主要侵入岩206Pb/208U年龄为（128.2士1.7）Ma~(124.2士1.6)Ma，主要控矿侵入岩正长斑岩的年龄为(126.8土1.6)Ma，与东秦岭一大别成矿带主要的含矿岩体相比，成岩作用时间基本一致，同处于中生代。前已述及东秦岭一大别成矿带含矿岩体的成岩作用与成矿作用发生时间一致或略晚，由此可推断矿区的成矿作用时间为123～115 Ma，属于东秦岭成矿阶段的第三个时期。

    结合前文所述，矿区的基础地质特征与斑岩型钼矿的特征基本吻合，西峰寺钼矿应属于斑岩型钼矿，其成矿作用应与矿区中正长斑岩的侵入有密切关系。过程大致为：早白垩世时期，整个华北及其邻区主要处在岩石圈伸展减薄的背景下，此时大别造山带很有可能因为受到岩石圈拆沉的影响，而发生了大规模的成矿作用，并且伴随着深变质作用、壳幔深熔和地壳重熔、岩浆侵位和火山喷发。在此背景下，西峰寺钼矿化区随着下地壳的加热熔融，形成含钼正长斑岩岩浆，在伸展构造环境下，沿着矿区的构造裂隙上涌并与地下水循环及围岩相互作用。在此过程中岩浆结晶分异，含矿流体与围岩强烈交代，自矿化中心向外为钾化、黄铁矿化一硅化、绢云母化一碳酸岩化、萤石化一粘土（高岭土）化一绿泥石化、绿帘石化等蚀变环带，其中，钾化一硅化与钼矿化密切相关，辉钼矿常常以浸染状及脉状的形式产于此带中，最终形成了西峰寺钼矿化区斑岩型钼矿。在相同的背景下，还形成了沙坪沟、千鹅冲等多个大型一超大型的钼矿床。西峰寺钼矿与这些矿床具有类似的特点，即主要的含矿岩体的成岩时代基本相同，且同为斑岩型钼矿，具有相似的围岩蚀变特征。类比之下，不难看出，西峰寺具有与沙坪沟、千鹅冲等大型一超大型钼矿床同等的钼成矿潜力。

    5结语   

    西峰寺矿区中矿区中主要侵入岩为细晶正长岩、正长斑岩、粗晶正长岩、似斑状正长岩。矿区辉钼矿化主要与后期正长斑岩脉侵入密切相关。

    结合野外及钻孔各岩性之间的穿插关系以及相对应的LA-ICP-MS锆石U-Th- Pb同位素分析结果，矿区主要侵入岩结晶顺序从老至新依次为似斑状正长岩（128.2±1.7Ma）、细晶正长岩(128.1土1.5Ma)、正长斑岩（126.8土1.6Ma）、粗晶正长岩（124.2士1.6Ma），均形成于早白垩世。

    西峰寺钼矿化区在早白垩世时期，随着下地壳的加热熔融，形成含钼的正长斑岩岩浆。在伸展构造环境下，沿着矿区的构造裂隙上涌并与地下水循环及围岩相互作用，岩浆结晶分异，含矿流体与围岩强烈交代，最终形成了西峰寺钼矿化区斑岩型钼矿。类比相同背景下形成的与西峰寺钼矿具有类似特点的沙坪沟、千鹅冲等多个大型一超大型的钼矿床，认为西峰寺矿区的成矿作用时间大致处于中生代123～115 Ma，整体属于东秦岭的成矿阶段的第三个时期。