2017, Vol. 36
2. 北京矿产地质研究院, 北京 100012;
3. 青海省地质调查院, 青海 810012
2. Beijing Institute of Geology for Mineral Resources, Beijing 100012, China;
3. Qinghai Geological Survey Institute, Qinghai 810012, China
被誉为“地球第三极”的青藏高原，不仅是研究碰撞造山带形成与演化的天然实验室(Yin and Harrison, 2000)，而且是中国矿产资源的重要产地。冈底斯巨型成矿带南北分别以雅鲁藏布江缝合带和班公湖—怒江缝合带为界，东西绵延1500 km，是一条具有双倍地壳厚度(70~80 km)的新生代巨型构造-岩浆带，该带进一步可以划分为3个亚带(图 1a)：北部的勒青拉-洞中松多铅锌银多金属成矿带，中部的驱龙-甲玛-邦铺斑岩铜钼成矿带，南部的克鲁-冲木达斑岩-夕卡岩铜钼金成矿带(李光明等，2006)。冈底斯斑岩成矿带位于南拉萨地体，长达350 km、宽约50 km(侯增谦等，2001)，其成矿背景明显不同于岛弧带与大陆边缘带，但矿化特征与岛弧﹑大陆边缘的斑岩型铜矿相似(杨勇等，2010；Hou et al., 2011)。众多学者对冈底斯斑岩成矿带中的典型矿床进行了详细解剖(孟祥金等, 2005, 2006；杨志明等, 2005, 2008a, 2008b, 2011；侯增谦等，2007；Yang et al., 2009；Hou et al., 2009, 2011；杨志明和侯增谦，2009；唐菊兴等，2010；郑文宝等，2010；王焕等，2011；周雄，2012；周维德等，2014)。已有研究表明，冈底斯斑岩型矿床主要形成于印度亚洲大陆处于后碰撞伸展的环境，成岩成矿年龄集中于12~18 Ma，成矿斑岩属于碱性斑岩(曲晓明等，2001；Hou et al., 2012, 2013)，为加厚的下地壳局部熔融的产物，具有埃达克质岩的性质(侯增谦等, 2003, 2012；Qu et al., 2004, 2007)。邦铺是在继驱龙、甲玛之后在冈底斯斑岩铜矿带发现的又一大型斑岩型矿床，成矿元素以Mo-Cu为主，伴生矽卡岩型Pb-Zn成矿。前人对邦铺矿床已经展开了一定的研究工作，主要集中在含矿岩体的成岩时代、矿床的成矿时代以及流体演化、成矿物质来源等方面(周雄, 2009, 2012；周雄等，2010；王立强等，2011；罗茂澄等, 2011, 2012)，但对岩浆演化过程涉及甚少。本文的研究对象分布在矿区的西南侧，出露面积较大，研究其地球化学特征、锆石年代学及Hf同位素，是建立整个矿区岩浆演化序列必不可少的内容，对探索邦铺矿床岩浆与成矿关系以及深部动力学驱动机制都有十分重要的作用。
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(a)修改自Zheng等(2012)；(b)修改自周雄(2012) 图 1 青藏高原造山带成矿区带图(a)和邦铺矿区地质简图(b) Figure 1 Geological maps of metallogenic belts within the Tibetan orogenic belt(a) and the Bangpu deposit(b) |
邦铺矿床位于拉萨市墨竹工卡县，经纬度坐标为：29°53′28″N、91°55′37″E，大地构造位置上位于特提斯构造域冈底斯念青唐古拉地体中南部(周雄，2012)。前人研究表明，冈底斯在经历了晚侏罗世—早白垩世雅鲁藏布江新特提斯洋持续向北俯冲这一阶段后，到白垩纪-古近纪(65 Ma)印度大陆才开始与拉萨地块碰撞对接(莫宣学等，2006；Mo et al., 2007, 2008)，随之进入印度-欧亚大陆碰撞造山阶段。自印亚大陆碰撞以来，冈底斯发生了两次岩浆活动高峰：第一次为同碰撞岩浆活动(65~40 Ma)，以大面积分布的林子宗火山岩和相应的侵入岩活动为代表；第二次为后碰撞岩浆活动(25~10 Ma)，以钾质-超钾质火山岩和埃达克质侵入岩为特征。冈底斯斑岩成矿带内以斑岩型矿化为主的矿床在成矿作用上具有一致性，它们均产在后碰撞伸展的环境中(Hou et al., 2004)，与新特提斯洋俯冲无关。与成矿有关的二长花岗斑岩、花岗闪长斑岩除具备LREE、LILE富集，HREE、HFSE亏损与典型弧岩浆岩类似的地球化学特征外，还具有高Sr、低Y，Eu异常不明显的特征，埃达克岩亲和性明显(Qu et al., 2004；杨志明等，2006)。
邦铺矿区岀露地层较为简单，除第四系外，主要有下二叠统洛巴堆组(P1l)和古近纪典中组(E1d)。洛巴堆组主要分布在矿区中南部，根据岩石组合可以划分为两个岩性段：洛巴堆组一段(P1l1)为灰黄色、黄色变质火山角砾岩，洛巴堆组二段(P1l2)为黑色、灰黑色变质泥质岩屑杂砂岩，含大理岩、灰岩透镜体。典中组主要分布在矿区北部、中北部及东部，以安山质凝灰岩为主，含凝灰质板岩、晶屑凝灰岩、凝灰质角砾岩及薄层帘石板岩(周雄，2009)。典中组与洛巴堆组以断层接触。矿区侵入岩较发育，约占矿区总面积的50%以上。各种岩体有的呈大规模侵入体产出，有的呈小岩枝、岩脉产出。岩浆岩主要包括二长花岗斑岩、花岗斑岩、花岗闪长斑岩、黑云二长花岗岩、闪长玢岩及辉绿玢岩等(图 1b)，其中二长花岗斑岩为含矿斑岩(Zhao et al., 2015)。
邦铺矿床金属矿物以辉钼矿、黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿为主，少见孔雀石和蓝铜矿。非金属矿物包括石英、钾长石、斜长石、黑云母、绿泥石、绿帘石、石榴子石、辉石、阳起石、方解石等。矿石结构有自形-半自形粒状结构、他形填隙结构、浸蚀结构及交代结构等，构造则以块状构造、浸染状构造为主。
2 样品采集及分析方法 2.1 采样位置及样品特征黑云二长花岗岩位于邦铺矿区西南部，出露面积约0.4 km2(罗茂澄等，2012)，呈岩株状产出，第四系覆盖严重。所测样品经纬度坐标为29°53′30.7″N，91°55′42″E(图 1b)。本次共采集黑云二长花岗岩6块，其中5块蚀变较弱的进行全岩化学分析，1块用于挑选锆石。
黑云二长花岗岩呈灰红色(图 2a)，半自形粒状结构，块状构造。主要组成矿物有石英(40%)、钾长石(20%)、斜长石(20%)及黑云母(15%)。黑云母分为两期，可见明显的包含关系(图 2b)，早期黑云母具有浅褐-深褐色的多色性，晚期黑云母具有浅绿-黄绿的多色性。副矿物可见磁铁矿及钛磁铁矿(图 2c)，说明岩浆具有较高的氧逸度。岩石总体来说比较新鲜，蚀变较弱。黑云二长花岗岩为成矿前已经存在的岩体，与斑岩Mo-Cu成矿关系不大。
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Qz-石英；Kfs-钾长石；Pl-斜长石；Bt-黑云母；Mt-磁铁矿；Ti-Mt-钛磁铁矿 图 2 邦铺黑云二长花岗岩岩石学特征 Figure 2 Photos of the biotite monzonite in the Bangpu deposit |
通过手标本及镜下鉴定，挑选蚀变较弱的样品粉碎至200目，由国家地质实验测试中心进行主微量元素分析。主量元素分析仪器为荷兰帕纳科公司Axios波长色散X射线荧光光谱仪(XRF)，微量元素分析仪器为等离子质谱仪(X-series)。
2.2.2 锆石U-Pb定年锆石样品的分离和挑选由廊坊地岩矿物分选有限公司完成，制靶及阴极发光图像(CL)由北京锆石领航科技有限公司完成。将待测锆石打磨、抛光，经反射光和透射光照相后，用阴极发光扫描电镜分析确定单颗粒锆石的成因类型，选择待测点。测定时选择颗粒较大、自形程度好、清晰的锆石，尽量避开裂纹和包裹体。
LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年分析在中国地质科学院矿产资源研究所MC-ICP-MS实验室完成，分析仪器为Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及与之配套的Newwave UP 213激光剥蚀系统。激光剥蚀斑束直径25 μm，频率10 Hz，能量密度2.5 J/cm2，He载气。数据处理采用ICPMSDataCal程序(Liu et al., 2010)。测量过程中绝大多数分析点206 Pb/204 Pb >1000，未进行普通铅校正，204 Pb由离子计数器检测，204 Pb含量异常高的分析点可能受包体等普通Pb的影响，对204 Pb含量异常高的分析点在计算时剔除，锆石年龄谐和图用Isoplot 3.0程序获得(侯可军等, 2007, 2009)。Plesovice标样分析结果为(336.5±1.1)Ma(n=3，2σ)，对应的年龄推荐值为(337.13±0.37)Ma(2σ)(Sláma et al., 2008)，两者在误差范围内完全一致。
2.2.3 锆石原位Hf同位素分析在中国地质科学院矿产资源研究所MC-ICP-MS实验室进行，仪器为Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及与之配套的Newwave UP 213激光剥蚀系统。激光束斑直径为55 μm，分析点为已经打过U-Pb年龄并且粒径较大的锆石。Hf亏损地幔模式年龄的计算采用现今亏损地幔176Hf/177Hf=0.28325和176Lu/177Hf=0.0384(Vervoort and Blichert-Toft, 1999)。
2.2.4 Sr-Nd-Pb同位素分析在南京大学现代分析中心同位素分析室完成，仪器为英国产VG354多接收质谱计，以86 Sr/88 Sr=0.1194为标准化值，测得87 Sr/86 Sr=0.710224±8(n=10)；对美国La Jolla Nd标样143 Nd/144 Nd的测定值为0.511860±8(n=8)，采用146 Nd/144 Nd=0.7219校正。U-Th-Pb化学分离是通过分析级的阳离子交换树脂和阴离子交换树脂进行，Pb同位素质谱分析采用硅胶-磷酸发射技术和单铼带单接受技术，测定NBS981 Pb同位素标准为：206 Pb/204 Pb=16.939±0.006，207 Pb/204 Pb=15.489±0.009，208 Pb/204 Pb=36.698±0.029(n=20)，测定值都用NBS 981标样校正(王银喜等，2007)。
3 分析测试结果 3.1 主量元素组成由邦铺黑云二长花岗岩的主量、微量元素分析结果(表 1)可见，5个样品中，SiO2含量为72.13%~75.19%，均值为73.52%。碱质较高，Na2O+K2O的均值为7.79%，K2O/Na2O=0.96。在SiO2-K2O图解(图 3a)中，1个点落在高钾钙碱性范围，其余4个点均落在钙碱性系列中。Al2O3含量为13.45%~14.61%，A/CNK=1.07~1.08，显示为准铝质-弱过铝质花岗岩(图 3b)。MgO含量为0.29%~0.7%，CaO为1.1%~1.47%，TFeO为1.04%~1.78%。
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表 1 邦铺黑云二长花岗岩主量元素及微量元素分析结果 Table 1 Major and trace element abundance of the biotite monzonite in the Bangpu deposit |
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底图据Defant和Drummond(1990) 图 3 邦铺黑云二长花岗岩SiO2-K2O图解(a)和A/CNK-A/NK图解(b) Figure 3 Binary diagrams of SiO2 vs K2O(a) and A/CNKvs A/NK(b)of the biotite monzonite in the Bangpu deposit |
如表 1所示，邦铺黑云二长花岗岩稀土总量Σ REE为71.73×10-6~116.79×10-6，均值为98.72×10-6，变化不大。轻重稀土分异明显，LREE/HREE为5.69~8.03，LaN/YbN为4.90~7.95，总体显示出一种右倾型、中稀土相对于重稀土更加亏损的稀土配分模式(图 4a)。δEu为0.49~0.61，显示较强的负Eu异常，说明岩浆演化过程中发生了较强烈的斜长石的分离结晶作用。各个样品的REE配分模式相似，说明不同部位样品源区的一致性。
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球粒陨石和原始地幔数据来自于Sun和McDonough(1989) 图 4 邦铺黑云二长花岗岩稀土元素球粒陨石标准化图解(a)和微量元素原始地幔标准化图解(b) Figure 4 Chondrite-normalized rare earth element patterns(a) and primitive-mantle-normalized trace element patterns(b) for the biotite monzonite in the Bangpu deposit |
在MORB标准化的微量元素比值蛛网图(图 4b)上，邦铺黑云二长花岗岩5个样品分布较为一致，富集Rb、Th、K等大离子亲石元素，相对亏损P、Nb、Ti等高场强元素。Rb/Sr值为0.91~0.99，均值为0.94，Nb/Ta值为9.01~28.45，均值为14.82。
3.3 锆石U-Pb定年用于测试的锆石多数呈长柱状，长宽比1 ︰ 1~3 ︰ 1，粒径90~130 μm。锆石自形程度较好，多呈现白色或浅灰色。如阴极发光(CL)图像(图 5a)所示，绝大多数锆石均发育密集震荡环带，具有岩浆成因锆石的典型特征(吴元保和郑永飞，2004)。本次共测试19个点，其中12个为锆石有效点的测试，其余点为主要为锆石中的老核。这12点的锆石U-Pb同位素分析结果见表 2。锆石中U含量为63.38×10-6~1620.76×10-6，均值为341.98×10-6；Th为99.08×10-6~773.10×10-6，均值为380.99×10-6；Th/U值为0.67~4.02，远大于0.1，属于岩浆成因锆石(Belousova et al., 2002；吴元保和郑永飞，2004)。利用Isoplot3程序进行谐和曲线投影和等时线年龄计算(Ludwig，2003)，在207 Pb/235U-206 Pb/238U谐和图上(图 5b)，锆石有效点集中在一致线及其附近的一个很小区域内，等时线年龄为(62.2±0.32)Ma(MSWD=0.08，n=12)。
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图 5 邦铺黑云二长花岗岩锆石阴极发光图像(a)和U-Pb年龄和谐图(b) Figure 5 Cathodoluminescence images(a) and U-Pb concordia diagram(b)of zircons from the biotite monzonite in the Bangpu deposit |
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表 2 邦铺矿床黑云二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测试数据 Table 2 LA-ICP-MS Zircon U-Pb dating results of the biotite monzonite in the Bangpu deposit |
对邦铺黑云二长花岗岩中晶形较大并进行了U-Pb定年的12颗锆石进行Lu-Hf同位素分析，结果如表 3所示。12个测点中点3和11的176Lu/177Hf值大于0.004，可能受到后期放射成因Hf积累，故不参与均值计算。其余点所测定的176Hf/177Hf值可以近似代表锆石结晶时体系的Hf同位素组成(Amelin et al., 1999)。176Hf/177Hf值为0.282 892~0.283 014，均值为0.282 942，εHf(t)值为5.5~9.8(图 6)，均值为7.3，单阶段Hf模式年龄tDM为456 Ma，fLu/Hf均值为-0.93。
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表 3 邦铺矿床黑云二长花岗岩锆石Lu-Hf同位素原位分析结果 Table 3 In situ zircon Lu-Hf isotope results of the biotite monzonite at Bangpu |
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底图据杨志明(2008) 图 6 邦铺黑云二长花岗岩的Hf同位素组成和锆石U-Pb年龄关系图 Figure 6 Plot of εHf(t) vs. U-Pb ages of zircons from the biotite monzonite in the Bangpu deposit |
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表 4 邦铺矿床黑云二长花岗岩Sr-Nd-Pb同位素分析结果 Table 4 Sr-Nd-Pb isotopic compositions of the biotite monzonite at Bangpu |
黑云二长花岗岩的(87 Sr/86 Sr)i值为0.7100~0.7104，变化范围较小；εNd(t)值为-4.79~-3.11，全部为负值，Nd同位素亏损地幔模式年龄集中于109~141 Ma。在(87 Sr/86 Sr)i-εNd(t)图解上(图 7a)，位于雅鲁藏布洋壳和安多片麻岩端元演化线附近。黑云二长花岗岩的206 Pb/204 Pb、207 Pb/204 Pb、208 Pb/204 Pb分别为18.451~18.536、15.853~15.897、38.951~38.996，分布于近地球演化线之上，EMⅡ上方(图 7b)。
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底图修改自Hou等(2004) 图 7 邦铺矿床黑云二长花岗岩(87 Sr/86 Sr)i-εNd(t)图解 Figure 7 (87 Sr/86 Sr)i-εNd(t)diagram of the biotite monzonite from the Bangpu deposit |
邦铺矿区二长花岗斑岩锆石U-Pb年龄为(16.23±0.19)Ma(罗茂澄等，2011)，与成矿年龄即辉钼矿Re-Os年龄15.32 Ma(孟祥金等，2003)近于一致。此外，在地表还出露辉绿玢岩，其成岩年龄为(14.46±0.38)Ma(赵晓燕等，2013)。黑云二长花岗岩是邦铺矿区迄今发现的最老的岩浆岩，其年龄的确定说明62 Ma左右在冈底斯南亚带存在着岩浆活动，这一年龄与冈底斯中亚带与铅锌成矿岩体的年龄近为一致，如亚贵拉石英斑岩锆石U-Pb年龄为(62.4±0.6)Ma(黄克贤等，2012)，纳如松多石英正长斑岩锆石U-Pb年龄为(62.5±0.77)Ma(纪现华等，2012)等。邦铺黑云二长花岗岩与冈底斯北亚带铅锌矿床的成矿岩体是否同源，其演化过程都需要进一步探讨。
4.2 岩石成因主量元素分析结果显示，黑云二长花岗岩为钙碱性系列过铝质酸性岩；在稀土元素配分曲线上，黑云二长花岗岩呈现一种“雁列”的分布形式，即中稀土相对于重稀土更加亏损，这种特征普遍认为是由于角闪石的结晶分异引起的。Ti的强烈亏损可能也是由于在角闪石分离结晶时发生了金红石的分离。在图 4a中可以看到，邦铺黑云二长花岗岩显示出强烈的负Eu异常，说明在岩浆演化过程中经历了较强的斜长石的结晶分异。在La-La/Sm图解(图 8a)及Rb/Sr-Sr图解(图 8b)中，黑云二长花岗岩各点均沿着分离结晶的趋势线演化。同时，在Ba-Sr图(图 8c)中(Rollinson，1993)，邦铺黑云二长花岗岩分布于斜长石、辉石、角闪石结晶分离作用趋势线之间。综合主量、稀土、微量元素特征可知，原始岩浆经历较为彻底的斜长石和角闪石的分离结晶，形成了黑云二长花岗岩。
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图 8 邦铺黑云二长花岗岩La-La/Sm图(a)、Rb/Sr-Sr图(b)和Ba-Sr微量元素判别图(c) Figure 8 Binary plots of La vs. La/Sm diagram(a), Sr vs. Rb/Sr diagram(b) and Ba vs. Sr(c) of the biotite monzonite in the Bangpu deposit |
锆石以其较高的Hf含量及低的Lu含量一直被认为是示踪岩浆源区最为有效的手段，同时通过计算获得的锆石地壳模式年龄tDM2也可以反映壳幔分异以及地壳的形成时代(吴福元等，2007)。邦铺黑云二长花岗岩的176Hf/177Hf均值为0.282 942，具有较高的εHf(t)值(均值为7.3)，高于含矿的二长花岗斑岩(4.5)，接近亏损地幔的Hf同位素组成，说明亏损地幔端元对黑云二长花岗岩的形成起了相当重要的作用。Sr-Nd同位素研究也显示出相同的结果，邦铺黑云二长花岗岩位于雅鲁藏布江MORB与安多片麻岩的演化线上，其地幔组分占到80%左右，说明邦铺黑云二长花岗岩起源于俯冲的特提斯洋壳板片脱水引起的地幔楔的部分熔融，岩浆在上升的过程中，受到较强的地壳物质混染和结晶分异作用。
4.3 成岩构造环境对花岗岩进行构造环境判别，目前比较常用的是Pearce等(1984)提出的微量元素判别图解及Maniar和Piccoli(1989)提出的主量元素判别图解。因为各种构造环境判别图中环境常常有重叠，不是唯一的，因此在此综合运用多个图解对邦铺黑云二长花岗岩的成岩构造环境进行判别。
在SiO2-TFeO/TFeO+MgO图解中(图 9a)，有4个点落入IAG+CAG+CCG区域；而在CaO-TFeO+MgO图解中(图 9b)，5个样品点均落入IAG+CAG+CCG区域。黑云二长花岗岩微量元素上富集Rb、Th、K等大离子亲石元素，亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素显示出岛弧花岗岩(IAG)的特征，铝含量偏高可能是受到陆源沉积物混染的结果。在Yb-(Y+Nb)(图 10a)和Nb-Y(图 10b)图解中，除点BP12-41-1-3的Nb含量偏高，落入板内花岗岩(WPG)的区域，其余几点综合两图均位于火山弧花岗岩(VAG)区域。Pearce图解结果与Maniar图解结果近于一致，也反映出邦铺黑云二长花岗岩的岛弧岩浆岩特征。
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底图据Maniar和Piccoli(1989) 图 9 邦铺黑云二长花岗岩构造环境判别图解 Figure 9 Discrimination diagrams of tectonic setting of the biotite monzonite in the Bangpu deposit |
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底图据Pearce等(1984) 图 10 邦铺黑云二长花岗岩Yb-(Y+Nb)图和Nb-Y图 Figure 10 Yb-(Y+Nb) and Nb-Y discriminant diagrams of the biotite monzonite in the Bangpu deposit |
(1) 邦铺黑云二长花岗岩锆石U-Pb年龄为(62.2±0.32)Ma，εHf(t)的均值为7.3，接近于亏损地幔Hf同位素组成，这都说明亏损地幔端元对于黑云二长花岗岩的形成起了重要作用，铝含量偏高说明岩石在成岩过程中受到了地壳物质的混染。
(2) 邦铺黑云二长花岗岩轻重稀土分异明显，强烈的负Eu异常说明岩石经历过斜长石的分离结晶作用，中稀土相对重稀土更加亏损，Ba/Sr图解说明岩石经历过角闪石的分离。
(3) Sr-Nd同位素显示黑云二长花岗岩位于雅鲁藏布江MORB与安多片麻岩的演化线上，并且地幔组分占到80%左右，说明邦铺黑云二长花岗岩起源于俯冲的特提斯洋壳板片脱水引起的地幔楔的部分熔融，岩浆在上升的过程中，有较多中上地壳物质的加入。
致谢: 感谢中国地质科学院矿产资源研究所侯可军、郭春丽老师在锆石U-Pb及Hf同位素测试中提供的帮助!
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