2. 云南省地质调查局, 昆明 650051
2. Yunnan Geological Survey, Kunming 650051, China
云南格咱岛弧带位于义敦岛弧带的南端,是西南“三江”地区构造-岩浆岩带重要的地质构造单元。区内已发现和评价的矿床(点)有50余处,其中超大型铜矿1处(普朗铜矿),大中型铜多金属矿10余处。格咱岛弧地区与印支期斑岩型铜多金属矿床有关的研究工作一直备受关注,随着地质找矿工作的不断深入,边部和外围的找矿工作也取得了新的进展,其中卓玛铜矿就是近年来新评价的矿床之一。但是卓玛铜矿的研究程度很低,金灿海等(2013a)曾对矿石中硫铅同位素进行了示踪研究,而该区与成矿有关的岩石学、地球化学及成岩成矿时代等基础研究工作极为薄弱,这制约和影响了该区的找矿工作。本文在总结前人研究工作的基础上,通过系统的野外地质调查和综合研究,首次对卓玛成矿矿斑岩体的石英二长斑岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定,探讨了成矿斑岩体的岩石学和地球化学特征,为深入研究卓玛铜多金属矿床的成矿地质背景、形成条件及成因探讨提供重要依据。
1 地质概况及岩体特征卓玛铜多金属矿床地处格咱岛弧成矿带东部,普朗-红山铜多金属矿亚带东侧。矿区地层主要出露有上三叠统图姆沟组二段(T3t2),其岩性为灰、深灰色板岩、粉砂绢云板岩、变质砂岩、大理岩、安山岩、英安岩、流纹岩,夹火山碎屑岩。地层总体呈向北东倾斜的单斜构造,地层倾角30°~80°,局部倾向南西,次级褶皱及裂隙构造发育。区内岩浆岩分布广泛,侵入岩为主,火山岩次之。卓玛铜多金属矿床产于卓玛复式斑岩体中,主要呈岩株状从北西向侵入图姆沟组二段(T3t2)地层中。岩石类型主要有石英闪长玢岩、石英二长斑岩,以前者为主,石英二长斑岩呈小岩瘤侵入于石英闪长玢岩中,总体剥蚀程度尚浅。卓玛复式中酸性斑(玢)岩体,岩石蚀变强烈,具一定的斑岩型蚀变分带(图 1)。
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图 1 卓玛铜多金属矿床地质略图(据云南省地质调查院,2006) Fig. 1 Simplified geological map of the Zhuoma copper deposit(modified after Yunnan Geological Survey,2006) Ⅰ-扬子克拉通;Ⅱ-甘孜—理塘结合带;Ⅲ-义敦岛弧构造—岩浆岩带;Ⅳ-中咱微陆块;Ⅴ-金沙江结合带;Ⅵ-江达—维西火山—岩浆弧; Ⅶ-昌都—兰坪陆块;Ⅷ-三达山—景洪火山—岩浆弧;Ⅸ-澜沧江结合带;Ⅹ-保山地块;(a)区域大地构造位置,(b)卓玛铜矿岩浆岩分布图 |
卓玛复式中酸性斑(玢)岩体具一定的斑岩型蚀变分带。岩体中心部位的石英二长斑岩,呈灰色,具斑状结构,块状构造。斑晶成分主要为斜长石(5%~15%)、钾长石(5%~20%)及少量石英,含量约40%。基质由钾长石(5%~15%)、石英(5%~10%)及少量暗色矿物组成,含量约60%,岩石具中等碳酸盐化、绢云母化、绿泥石化。内部表现为强硅化,形成硅化核,岩石坚硬致密;边部表现为硅化、绢云母化,形成绢英岩化带,同时伴有强烈的黄铁矿化、铜铅锌矿化(图 2a、2b)。岩体外缘主要分布有石英闪长玢岩,青盘岩化蚀变强烈,形成青盘岩化带,片理化发育,岩石破碎。靠近岩体的碎屑岩角岩化、矽卡岩化。
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图 2 卓玛成矿岩体岩石显微照片 Fig. 2 Microphotographs of representative samples of Zhuoma porphyry (a)卓玛斑岩体脉状铜铅锌矿化;(b)石英二长斑岩斑状结构及大量金属硫化物(Sul);(c)含矿石英二长斑岩中的黄铜矿(Cop)呈浸染状 分布,黄铁矿(Py);(d)含矿石英二长斑岩中发育大量的黄铁矿,黄铁矿具半自形粒状结构,方铅矿(Gn)、闪锌矿(Sp)充填于黄铁矿的裂隙中 |
目前,有工程控制的矿体有2个(KT1、KT2),其矿化以Cu、Pb-Zn为主,Ag未能单独圈定矿体,矿床规模属中型(金灿海等,2013a)。从已有资料来看,目前的矿体主要产于卓玛复式斑岩体的顶部,矿化元素以Cu、Pb、Zn、Ag为主,反映出岩体剥蚀程度较浅。矿石矿物的物质组成主要为孔雀石、黄铜矿、磁黄铁矿、黄铁矿、方铅矿及闪锌矿等;脉石矿物主要为斜长石、石英、绢云母、绿帘石、绿泥石、方解石等。矿石具自形-半自形粒状、压碎等结构;矿石构造主要有块状构造、脉状构造、浸染状构造(图 2c、2d)。根据区域成矿条件分析,“斑岩型”铜矿具有矿化分带现象:顶部为脉状铜铅锌银多金属矿体,向下则为斑岩型“面状”铜钼矿化体。遥感资料显示卓玛及矿区南部查拉牛场一带,有明显的环形构造异常和重叠、交错的多级羟基异常及铁染异常叠加,可能有隐伏岩体存在(据云南省地质调查院资料)。所以卓玛铜多金属矿床,在浅表部属热液脉型矿床,向深部可能为斑岩型铜矿床。
2 样品采集与分析 2.1 采样位置本次研究供LA-ICP-MS测年的岩石样品(ZM-01)采自格咱岛弧成矿带东部的卓玛成矿斑岩体的地表露头(图 1b),岩性为含矿石英二长斑岩,样品质量大于3 kg。研究工作所需的其他岩石地球化学分析样品采自卓玛成矿岩体的地表露头及探(采)矿坑道内。
2.2 分析方法锆石样品的分离、挑选和制靶工作由北京市锆年领航科技有限公司完成。样品经常规粉碎、磁选和重选,分选出纯度较高的锆石,然后在双目显微镜下经人工挑选出纯度在99% 以上的锆石。然后将锆石样品和标样(TEM)一起用环氧树脂固定于样品靶上,其直径为25 mm,厚5 mm。阴极发光图像(CL)和LA-ICP-MS U-Pb 年龄测试在中国地质科学院矿产资源所成矿过程国家重点实验室完成。测试采用Finnigan Neptune型多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)及Newwave UP 213 Nd:YAG激光剥蚀系统建立的锆石微区U-Pb定年,采样方式为单点剥蚀,数据采集采用所有信号同时静态方式接收。锆石年龄采用锆石91500或GJ1或TEM作为外标,标准和样品测试前先对空白进行测量(Sun and McDonough, 1989)。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算,采用软件ICPMSDataCa完成(侯可军,2009)。
全岩主量元素和微量元素测试在核工业北京地质研究院分析测试中心中心完成。主量元素测定仪器为X荧光光谱仪(XRF),精度优于5%。微量元素和稀土元素分析测试仪器为Finnigan MAT公司制造的Element I 型ElementII 高分辨电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS),相对湿度30%,误差小于5%。
3 锆石U-Pb定年及地球化学特征 3.1 LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄本研究共选定卓玛岩体石英二长斑岩ZM-01样品中19颗单颗粒锆石作为测试对象,每颗锆石测定一个点(图 3,表 1)。锆石为自形-半自形柱状,颗粒长度为100~200 μm,长宽比为1 : 1~2 : 1,锆石中均发育有较为清晰的韵律环带结构,属于典型的岩浆作用成岩的锆石。
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图 3 卓玛岩体锆石阴极发光(CL)图像及 206 Pb/238U年龄 Fig. 3 Cathodoluminescence(CL)images and 206 Pb/238U age of zircon from the Zhuoma porphyry |
| 表 1 卓玛成矿岩体LA-ICP-MS U-Th-Pb分析数据 Table 1 U-Th-Pb compositions of zircon grains from the Zhuoma porphyry(ZM-01)measured by using LA-ICP-MS technique |
样品ZM-01为弱黄铁矿化石英二长玢岩,19个测点的结果表明样品中锆石的U、Th含量变化较小,其中Th含量为36.94×10-6~154.81×10-6,U含量为22.19×10-6~323.43×10-6,Th/U值为0.5~1.03,平均为0.68,表明这些锆石属典型的岩浆成因锆石。测点所获得的年龄变化范围为217.1±1.3 Ma~220.8±1.3 Ma,年龄值的分布较为集中,在U-Pb谐和图上均投影在谐和线及其附近(图 4),得到其加权平均年龄为218.88±0.63 Ma(MWSD=0.99)。
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图 4 锆石U-Pb谐和图和206 Pb/238U谐和图 Fig. 4 Zircon U-Pb and 206 Pb/238U concordia diagram from Zhuoma composite pluton |
锆石封闭温度较高(一般大于850℃),锆石的U-Pb年龄一般代表了岩体发生侵位的年龄。本次研究锆石的测年数据显示,所测的岩石样品中,锆石Th/U值均高于0.4,环带结构发育,具典型岩浆成因锆石特点。在谐和年龄图上,19个测年数据点都投影在谐和线及其附近,说明锆石中没有或较少有Pb的丢失。通过本次的研究工作,得到样品ZM-01的加权平均年龄为218.88±0.63 Ma,代表了卓玛石英二长斑岩岩体的岩浆结晶年龄。
3.2 岩石地球化学特征卓玛岩体石英二长斑岩岩石地球化学分析结果如 表 2所示。在侵入岩SiO2-(Na2O+K2O)岩石地球化学分类图解中(图 5),样品都落入闪长岩-花岗闪长岩区。岩石SiO2含量为64.19%~69.59%,Al2O3含量为8.90%~12.49%,TiO2含量为0.23%~0.44%,MgO含量为0.61%~2.26%,全碱(AlK=Na2O+K2O)为4.12%~6.91%,Na2O/K2O为0.04~0.12,上述特征表明岩石应属富钾的酸性岩浆岩类。其里特曼指数(σ)为0.74~1.79,平均为1.12,小于3.3,岩石应属钙碱性系列。在SiO2-K2O图解中主要落入高钾钙碱性-钾玄岩岩区(图 6a)。A/CNK为1.321~1.671(平均值大于1.1),岩石属过铝质,在A/CNK-A/NK关系图解中(图 6b),样品点主要落入过铝质岩区。固结指数(SI)为4.20~14.28,表明岩浆酸性程度较高,分异指数(DI)为74.41~77.84,表明岩浆分异演化彻底。
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图 5 卓玛岩体TAS图解(底图据Middlemost,1994) Fig. 5 TAS diagram fot the Zhuoma porphyry (modified after Middlemost,1994) |
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图 6 花岗岩SiO2-K2O图解(a)和A/CNK-A/NK分类图解(b) Fig. 6 SiO2-K2O diagram(a) and A/CNK-A/NK diagram(b)for the Zhuoma porphyry |
| 表 2 卓玛岩体石英二长斑岩的主量(%)、 微量元素(×10-6)分析结果 Table 2 Analytical results of major(%) and trace elements(×10-6)of the Zhuoma quartz monzonite porphyry |
由卓玛岩体石英二长斑岩微量元素和稀土元素分析结果(表 2)可见,岩石的稀土元素含量中等(∑REE=50.50×10-6~101.87×10-6,平均81.35×10-6),轻稀土较为富集,重稀土相对亏损(LREE/HREE=12.53~15.53);(La/Yb)N为17.58~18.32,显示岩石具较高的轻重稀土元素分馏程度。δEu为0.89~2.19,有1件样品表现出明显正δEu异常,其余无明显的δEu异常,δCe也表现出无异常(0.91~0.92),稀土曲线呈典型的轻稀土富集型。从区内典型普朗铜矿、浪都铜矿的石英二长斑岩球粒陨石标准化稀土元素配分图看出,与卓玛石英二长斑岩稀土元素配分图分布型式高度一致,表现为具有右倾中等平缓状,铕弱异常的轻稀土富集模式(图 7a)。全岩微量元素地幔标准化图呈现出右倾的多峰谷模式(图 7b),斑岩的微量元素配分模式基本一致与中酸性火山岩和弧型花岗岩非常相似,富集Ba、Rb、Sr、K和亲铜元素Cu、Pb亲铁元素Mo、Ni,亏损Nb、Ta、P、Ti。与的普朗铜矿和浪都铜矿石英二长斑岩比较来看,微量元素配分形式非常相似具有较高的一致性。P和Ti的明显亏损可能与磷灰石和钛铁矿的分离结晶作用有关。这种富集大离子亲石元素(LILE),亏损高场强元素(HFSF)和重稀土元素(HREE)的配分形式与俯冲带岩浆地球化学特征类似,且存在一定的地壳混染,岩浆源区可能存在深源流体活动。
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图 7 (a)稀土元素球粒陨石标准化图(底图据Sun and McDonough, 1989)和 (b)微量元素蛛网图(底图据Taylor and McClennan, 1985) Fig. 7 (a)Chondrite normalized REE pattern(modified after Sun and McClennan, 1989) and (b)Primitive mantle normalized trace element spidergram(modified after Taylor and McClennan, 1985)of the Zhuoma porphry |
格咱岛弧地区构造复杂多样,岩浆活动强烈,成矿作用丰富。从区域上讲,该地区的中酸性岩浆岩具有明显的成矿专属性,与铜多金属成矿作用有关的斑岩体大多属于印支期,与钼(铜)成矿作用有关的深成侵入岩体主要集中在燕山晚期,而与金(铜)成矿作用有关富碱斑岩体主要属喜马拉雅期岩浆作用的产物。对于格咱岛弧地区典型成矿斑岩体的成岩成矿时代问题已有较多的研究和报道。本区中酸性斑(玢)岩的Rb-Sr、K-Ar、Ar-Ar年龄以及锆石U-Pb(SHRMP、LA-ICP-MS)年龄(Taylor and McClennan, 1985;曾普胜等,2006;冷成彪等,2008;曹殿华等,2009;李文昌等,2009;庞振山等,2009;邹国富,2011;刘学龙等, 2013a,2013b),年龄值主要集中在230~205 Ma,成岩成矿作用的峰值年龄在218 Ma左右。本文获得卓玛斑岩体的石英二长斑岩的锆石U-Pb 年龄为218.88±0.63 Ma,充分说明卓玛斑岩体形成于格咱岛弧岩浆作用的高峰时段。另外,格咱岛弧岩浆岩带从侵入岩分布、岩石组合、地球化学特征,可划分为:格咱—雪鸡坪岛弧斑岩亚带(西带)、欠虽—普朗岛弧斑岩亚带(中带)、亚杂—浪都-卓玛岛弧斑岩亚带(东带)3个侵入岩带(刘学龙等,2012)。在同一岩浆岩带的亚杂英安斑岩体的锆石U-Pb年龄为214.7±1.1 Ma(李文昌等,2011);浪都岩体二长斑岩的锆石U-Pb年龄为223±1 Ma(金灿海等,2013b),这些研究成果与本文所测年龄也基本一致,同属晚三叠世甘孜—理塘洋壳向西俯冲作用过程中岩浆作用的产物。另外,卓玛斑岩体地处云南省和四川省的交界,属于亚杂-浪都—卓玛岛弧斑岩亚带南延部分,在四川省境内的与红卓含矿斑岩体实为同一岩体,本文获得的同位素年代为该区成矿岩体的对比研究提供了依据。
4.2 成岩构造环境与岩石成因格咱岛弧位于义敦岛弧带的南部,也是特提斯-喜马拉雅带的一部分,其构造演化必然受到义敦岛弧构造环境与演化的制约。格咱岛弧带的形成始于晚三叠世大规模俯冲造山作用,其后经历了燕山期的碰撞造山作用过程,最后遭受了新特提斯时期陆内汇聚和大规模剪切平移作用的叠加改造(杨岳清等,2002;侯增谦等,2004)。其中以晚三叠世形成的中酸性岩浆-构造-成矿作用最为典型。岩石地球化学特征表明,卓玛斑岩体石英二长斑岩属高钾钙碱性过铝质花岗岩类。岩石富集轻稀土元素,重稀土元素亏损;岩石的微量元素地球化学特征表明,岩石富集大离子亲石元素(LILE)、亏损高场强元素(HFSF),Ta、Nb、P、Ti的明显亏损,表明岩石具岛弧花岗岩的特征。另外,卓玛、普朗、浪都石英二长斑岩的稀土元素及微量元素的配分曲线高度一致,岩石地球化学特征相似,成岩年代也基本一致,表明这些成矿斑岩体都是格咱岛弧晚三叠世岩浆岩带的重要组成部分。
在SiO2-Ce图解(图 8)中,样品点全部落入I型花岗岩的区域。在Pearce等(1984)构造环境判别图解中,卓玛岩体石英二长斑岩的样品点主要落入火山弧花岗岩的区域(图 9),以上岩石学特征表明卓玛岩体的石英二长斑岩属I型花岗岩,成岩构造环境为火山弧。然而,仅仅依靠微量元素的相关性图解得出的大地构造环境判别还不足以认定其产出的构造环境,因此有必要结合区域构造演化的地质作用过程讨论成岩成矿的构造环境。晚三叠世中晚期,甘孜-理塘洋壳向西发生俯冲,俯冲造山作用的时限为238~208 Ma(李文昌,2007)。随着洋壳的俯冲,源自俯冲板块的脱水流体对地幔源区发生交代,诱发了幔岩发生熔融,幔源物质的不断加热引起下地壳的部分熔融,形成钙碱性岩浆。岩浆上升侵位,在约218 Ma形成了卓玛石英二长斑岩。以往的研究也表明,形成于俯冲环境的火山岩最突出特征是: 大离子亲石元素丰度高,w(Th)>w(Ta),以及Nb,Ta 相对于Th,La 亏损(张旗等,1999)。因此,卓玛斑岩体的形成与洋壳的俯冲作用存在密切的联系。
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图 8 卓玛石英二长斑岩SiO2-Ce判别图解 Fig. 8 SiO2-Ce diagram for Zhuoma porphyries |
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图 9 花岗岩构造环境判别图解(底图据Pearce et al., 1984) Fig. 9 Discriminant diagrams of tectonic settings for Disuga porphyry(modified after Pearce et al., 1984) VAG-火山弧花岗岩;Syn-COLG-同碰撞花岗岩;WPG-板内花岗岩;ORG-洋中脊花岗岩;IAG-岛弧花岗岩类 |
(1)卓玛石英二长斑岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为218.88±0.63 Ma,卓玛岩体为洋壳俯冲作用过程的岩浆活动产物,为格咱岛弧成矿带印支期岩浆活动及成矿作用的研究增加了新的例证。
(2)岩石地球化学特征表明,卓玛岩体石英二长斑岩属高钾钙碱性-钾玄岩岩石系列,岩石富集轻稀土元素,岩石具较高的轻重稀土元素分馏程度;富集大离子亲石元素Ba、Rb、Sr、K,亏损高场强元素Ta、Nb、P、Ti,具有岛弧花岗岩的基本特征。
(3)卓玛石英二长斑岩属Ⅰ型花岗岩,其源岩可能来自岛弧型火山岩的部分熔融或是岛弧型的火山岩同源岩浆演化的产物,岩石成因与印支期甘孜—理塘洋壳的俯冲作用密切相关。
致谢: 野外工作得到云南省地质调查院矿产地质调查所的帮助,样品的分析测试工作得到中国地质科学院矿产资源所侯可军助理研究员的帮助,在此一并表示衷心感谢。
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