岩石学报  2012, Vol. 28 Issue (7): 2103-2112   PDF    
新疆香山杂岩体的成岩与成矿时序
李德东, 王玉往, 王京彬, 王莉娟, 龙灵利, 廖震     
有色金属矿产地质调查中心,北京 100012
摘要: 新疆东天山香山地区镁铁-超镁铁杂岩体中产有香山中中型铜镍矿和香山西大型铜镍-钛铁矿床。杂岩体可分为辉长岩类、超镁铁质岩类和钛铁辉长岩类。野外证据表明三者具有先后侵位关系。本文通过对香山杂岩体不同岩相年代学资料梳理,补充了定年数据,获得香山杂岩体侵位年龄为283.2±2.1Ma,验证了不同岩石系列的侵位时序。此外,锆石年龄数据还记录了本地区曾经发生过的构造-岩浆热事件。利用角闪石40Ar/39Ar测年结果,并结合锆石U-Pb测年结果推测香山西岩体侵位较深,香山中岩体侵位较浅,进一步推测西岩体剥蚀量较大,而中岩体剥蚀量较小。结合野外穿插关系,厘定了杂岩体侵入-成矿事件的时序。
关键词: 镁铁-超镁铁杂岩     锆石SIMS定年     角闪石40Ar/39Ar定年     香山     新疆    
The timing order of mineralization and diagenesis for Xiangshan complex rocks, Xinjiang
LI DeDong, WANG YuWang, WANG JingBin, WANG LiJuan, LONG LingLi, LIAO Zhen     
China Non-ferrous Metals Resource Geological Survey, Beijing 100012, China
Abstract: The mafic-ultramafic complex in the Xiangshan area of the eastern Tianshan Mts., Xinjiang, produces the medium-sized mid-Xiangshan Cu-Ni deposit and the large-scale western-Xiangshan Cu-Ni-(V)-Ti-Fe deposit. These complex rocks are composed of gabbro, ultramafic rocks and Ti-Fe gabbro. Field evidence indicates that these complex rocks intrude successively. This paper aims to prove their intruded order through combing age data of various rock series, and complementing the dating data. We suggest that the complex rocks intrude at 283.2±2.1Ma, and report some data recording tectonic-magmatic thermal event. Using the results of hornblende 40Ar/39Ar age data, we insist that the western-Xiangshan rocks are hypogene, but the mid-Xiangshan rocks are hypabyssal, with the results of U-Pb zircon data. Thus, we believe that the erosion amount of the western-Xiangshan rocks is big, but that of the middle-Xiangshan rocks is small. Combing the field evidence, we determined the emplacement and mineralization timing orders of complex rocks in Xiangshan area.
Key words: Mafic-ultramafic complex     SIMS zircon dating     Hornblende 40Ar/39Ar dating     Xiangshan     Xinjiang    

新疆东天山香山地区发育一套镁铁-超镁铁杂岩体,以产有香山中铜镍矿床和香山西铜镍-钛铁复合型矿床为特色 (王玉往等, 2006a, b2009王玉往和王京彬,2006)。同一地区 (香山地区) 不同岩段 (中段和西段) 产出明显不同的矿床组合吸引了众多矿床学家的注意。王玉往等 (2009)通过对镁铁-超镁铁岩进行系统的野外研究和室内分析区分出该区两个不同成矿专属性的岩石系列,即早期与钒钛磁铁矿矿化有关的岩石系列 (简称“钛铁系列”) 和晚期与铜镍硫化物矿化有关的岩石系列 (简称“铜镍系列”)。并且根据野外穿插关系,把杂岩体划分为三个侵入期次 (王玉往等,2006b):早期形成的辉长岩 (如角闪辉长岩、灰白色细粒辉长岩等) 为主体的侵入,第二期侵入的是以辉橄岩、单辉橄榄岩、二辉橄榄岩等为主的透镜状超镁铁质岩,第三期则为钛铁辉长岩 (脉)。从前人测试的角闪辉长岩年龄 (285±1.2Ma,秦克章等,2002) 和钛铁辉长岩年龄 (278.6±1.8Ma,肖庆华等,2010) 来看,似乎验证了杂岩体的侵位时序。为了进一步验证香山杂岩体是否具有一定的侵位时序,我们详细进行了野外和室内研究工作,对香山杂岩体进行了较为全面的SIMS U-Pb锆石定年工作,并且利用角闪石单矿物进行了40Ar/39Ar热年代学测试工作,探讨香山杂岩体的侵位时序以及与成矿的关系。

1 地质背景及岩体特征

香山含矿镁铁-超镁铁质杂岩体是东天山地区土墩-黄山-镜儿泉镁铁-超镁铁岩带的一部分,属兴蒙造山系东天山造山带。该岩带东西延长约270km,南北宽达20~35km (王玉往等,2009)。自西向东分布有土墩、二红洼、香山、黄山南、黄山、黄山东、葫芦、马蹄、图拉尔根、四顶黑山等十多个岩体 (Qin et al., 2003)。这些岩体沿康古尔塔格断裂两侧分布,主要受康古尔塔格韧性剪切带 (深大断裂) 的控制 (图 1a)。

图 1 新疆东天山香山杂岩体地质图 (a)-沿康古尔塔格断裂带岩浆岩分布 (据顾连兴等,1994修改);(b)-香山杂岩体分布图 (据竺国强等,1995修改);(c)-香山杂岩体地质图 (据王玉往等,2009修改) Fig. 1 Geological map of Xiangshan complex, eastern Tianshan, Xinjiang (a)-magmatic distribution along the Kanggur Tagg fault belt (modified after Gu et al., 1994); (b)-the map of the Xiangshan complex (modified after Zhu et al., 1995); (c)-the geological map of the Xiangshan complex (modified after Wang et al., 2009)

香山杂岩体位于土墩-镜儿泉北韧性剪切带 (F8) 与黄山韧性剪切带 (F9) 之锐角处 (图 1b),总体走向NE58°,岩体边界受控于北东与近东西向两组次级韧性剪切带,使香山杂岩体平面上总体呈藕节状,形成三个地表和深部形态各异的膨胀体,即香山东岩体、中岩体和西岩体,构造环境应力分析表明存在着三个侵入中心 (竺国强等,1995)。

根据岩体野外地质产状、岩石宏观地质特征和矿物学成分,并考虑到与铜镍矿、钒钛磁铁矿的矿化关系,将本区有关镁铁-超镁铁岩划分为超镁铁岩类 (辉石岩、辉橄岩)、辉长岩类 (包括钛铁辉长岩和辉长闪长岩类) 和辉绿岩类三大类型 (王玉往等,2009)。

超镁铁质岩类,包括角闪辉橄岩、假象辉橄岩、假象角闪橄榄岩和角闪辉石岩等四种岩石,均与铜镍矿化有关。角闪辉长岩类,包括橄榄辉长岩、蚀变角闪辉长岩、细晶辉长岩、含钛辉长岩、钛铁辉长岩 (钛铁矿体) 和辉长闪长岩等6种岩石类型,普遍含一定数量的角闪石。辉绿岩类,分布在三个杂岩体以外或明显呈脉状侵入其中的岩石类型,可分为灰-灰白色闪长质辉绿岩、浅灰绿色玄武质辉绿岩和灰绿色似斑状辉长质辉绿岩等。

2 样品及测试方法 2.1 高精度SIMS锆石U-Pb法

用于SIMS锆石U-Pb定年的样品采自香山西岩体的淡色辉长岩 (S7102-1)、钛铁辉长岩 (S7101-17)、灰绿色角闪辉长岩 (S4921-20)、香山中岩体的角闪辉长岩 (S4921-5) 和香山东岩体东部的辉绿辉长岩 (S4922-1),采样位置见图 1c(东岩体未呈现在图 1c中,故S4922-1样品位置未在图中显示)。

样品经河北省地质矿产局廊坊实验室进行碎样,并挑选锆石。锆石阴极发光 (CL) 图像在中国科学院地质与地球物理研究所电子探针实验室完成。锆石的U、Th和Pb同位素分析在中国科学院地质与地球物理研究所的Cameca SIMS-1280离子探针 (SIMS) 上进行。实验流程和数据处理详见Li et al.(2009),单点分析的同位素比值及年龄误差为1σ,加权平均年龄误差为95%的置信度。数据处理采用Isoplot/Ex v.2.49软件 (Ludwig,2001Zhu et al., 2009)。

2.2 角闪石单矿物40Ar/39Ar法

用于单矿物 (富钛的角闪石)40Ar/39Ar法定年的样品采自香山西岩体的含辉石斑晶的角闪辉长岩、钛铁辉长岩和香山中岩体的含矿灰绿色辉长岩、褐黑色含长辉橄岩,采样位置见图 1c

香山杂岩体中辉长岩中的矿物主要以基性斜长石和辉石为主,含有少量棕色角闪石;辉橄岩中的主要矿物为橄榄石、辉石、含有少量的斜长石,角闪石。含矿的辉长岩中,斜长石几乎全部绢云母化 (图 2a);不含矿的辉橄岩中,辉石、橄榄石、斜长石较新鲜,基本无蚀变现象,角闪石为晚期充填矿物,常出现包含橄榄石、辉石和斜长石现象 (图 2b)。

图 2 香山镁铁-超镁铁质杂岩体中角闪石岩相学特征 (a)-含矿灰绿色辉长岩样品显微照片,单偏光;(b)-褐黑色含长辉橄榄岩样品显微照片,正交偏光.Hb-角闪石;Pl-斜长石;Px-辉石;Ol-橄榄石 Fig. 2 Hornblende micrographic features of Xiangshan mafic-ultramafic complex (a)-micrographic photos of the ore-bearing gray-green gabbro with plane-polarized light; (b)-micrographic photos of the brown-black plagioclase-bearing gabbro with orthogonal polarized light.Hb-hornblende; Pl-plagioclase; Px-pyroxene; Ol-olivine

样品经河北省地质矿产局廊坊实验室进行碎样,并挑选角闪石单矿物。单矿物角闪石40Ar/39Ar法分析在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室常规40Ar/39Ar定年系统RGA-10型质谱仪上完成。测试采用钽 (Ta) 熔样炉对样品进行阶步升温熔样,每个样品分为10~14步加热释气,温阶范围为800~1500℃,每个加热点在恒温状态下保持20min。系统分别采用海绵钛炉、活性炭冷井 (冷却介质为液氮) 及锆钒铁吸气剂炉对气体进行纯化,海绵钛炉的纯化时间为20min,活性炭冷阱的纯化时间为10min,锆钒铁吸气剂炉的纯化时间为15min。使用RGA-10型质谱仪记录五组Ar同位素信号,信号强度以毫伏 (mV) 为单位记录。质谱分析室静态真空为1.3×10-7Pa,RGA-10质谱计的灵敏度为5.77×10-2A/Pa (相当于7.16×10-15mol/mV),质量分辨率Rs=100(桑海清,2002),质谱峰循环测定9次,用峰顶值减去前后基线的平均值来获得Ar同位素的数据。数据处理时,采用该实验室编写的40Ar/39Ar Dating 1.2数据处理程序对各组Ar同位素测试数据进行校正计算 (龚俊峰等,2006),再采用Isoplot 3.0计算坪年龄及等时线年龄 (Ludwig,2003)。

3 测定结果 3.1 高精度SIMS锆石U-Pb法

香山杂岩体锆石U-Pb年龄分析结果见表 1图 3图 4。所分析的锆石为透明的自形体,韵律环带结构发育,属典型的岩浆成因锆石。取206Pb/238U比值年龄的加权平均值作为所测锆石的结晶年龄,香山西岩体淡色辉长岩 (S7102-1) 年龄为283.2±2.1Ma (95%的可信度,图 3);钛铁辉长岩 (S7101-17) 有三个测试数据,分别属于三个不同阶段的年龄 (294.3±4.4Ma、452.1±6.7Ma和730.8±11.6Ma),其中两个较老的年龄为捕获锆石年龄 (图 4a);灰绿色角闪辉长岩 (S4921-20) 所测锆石年龄范围为286.7±4.2Ma~293.3±4.4Ma (图 4b)。香山中岩体的角闪辉长岩 (S4921-5) 所测锆石年龄范围为285.5±4.3Ma~299.5±4.4Ma (图 4c)。香山东岩体的辉绿辉长岩 (S4922-1) 所测锆石年龄有三个值295.4±4.5Ma、326.1±4.9Ma和466.2±14.7Ma (图 4d)。

表 1 香山镁铁-超镁铁质杂岩体中锆石SIMS U-Pb年龄数据 Table 1 SIMS U-Pb zircon data of Xiangshan mafic-ultramafic complex

图 3 香山西岩体淡色辉长岩锆石U-Pb年龄谐和图和锆石阴极发光图像 Fig. 3 U-Pb zircon concordia age diagram and cathodeluminescence features of the western-Xiangshan leucogabbro

图 4 香山镁铁-超镁铁杂岩体锆石U-Pb年龄谐和图 Fig. 4 U-Pb zircon dating concordia age diagram of Xiangshan mafic-ultramafic rocks
3.2 角闪石单矿物40Ar/39Ar测试结果

香山中岩体的含铜、磁铁矿的灰绿色辉长岩 (S7101-2) 和香山西岩体含辉石斑晶的角闪辉长岩 (S4921-12) 中角闪石单矿物40Ar/39Ar的测试结果见表 2。前者坪年龄为277.4±1.9Ma (图 5a),等时线年龄为271.9±2.3Ma (图 5b);后者坪年龄为250.8±1.7Ma (图 5c),等时线年龄为247.0±2.9Ma (图 5d)。坪年龄与等时线年龄在误差范围内一致,具有接近大气组成的初始比值说明矿物封闭时无过剩Ar的混入。

表 2 香山镁铁-超镁铁质岩体角闪石单矿物40Ar/39Ar定年数据 Table 2 Hornblende monomineral 40Ar/39Ar dating data of Xiangshan mafic-ultramafic rocks

图 5 香山镁铁-超镁铁杂岩体角闪石单矿物40Ar/39Ar坪年龄和等时线图 Fig. 5 Hornblende monomineral 40Ar/39Ar plateau age and isochron diagram of Xiangshan mafic-ultramafic rocks
4 讨论

香山镁铁-超镁铁质杂岩体是新疆东天山康古尔塔格断裂-岩浆活动的产物之一 (竺国强等,1995)。不同系列的岩浆活动具有不同的时序特征,结合前人发表过的相关岩体年龄,初步探讨香山镁铁-超镁铁质岩浆活动特征以及与成矿的关系。

4.1 香山镁铁-超镁铁质岩浆侵位时序

据前人报道,区域上镁铁-超镁铁质杂岩体的侵位年龄范围在270~300Ma之间,如黄山岩体269Ma (锆石U-Pb法,Zhou et al., 2004)、黄山东含铜镍矿的镁铁-超镁铁质杂岩体的年龄为274±3Ma (锆石SHRIMP U-Pb法,韩宝福等,2004)、天宇岩体290Ma (锆石U-Pb法,唐冬梅等,2009)、葫芦含铜镍硫化物的基性-超基性岩的年龄为283±13Ma (Re-Os等时线,陈世平等,2005)、图拉尔根含铜镍矿物的镁铁-超镁铁岩IV号岩体形成年龄为300.5±3.2Ma (锆石SHRIMP U-Pb法,三金柱等,2010)。可以看出,沿这条断裂 (康古尔塔格断裂) 从西向东镁铁-超镁铁杂岩体侵位时间依次变老,同花岗岩类的侵位时序 (周涛发等,2010) 有着相似的关系。

香山镁铁-超镁铁质杂岩体不同岩石的侵位年龄同样位于上述范围之内,如秦克章等 (2002)测得角闪辉长岩年龄为285Ma (锆石SHRIMP U-Pb法)、肖庆华等 (2010)测得钛铁辉长岩为278Ma (锆石U-Pb法)。但对同一地区 (香山地区) 的杂岩体中不同岩石系列的侵位是否具有明显的时序关系呢?我们对不同岩石系列的侵位年龄进行了整理,并且利用本文测试的一些年龄值来探讨香山镁铁-超镁铁质杂岩体不同岩石系列的侵位时序。

香山西岩体中钛铁辉长岩的侵位年龄前人报道为278.6±1.8Ma (肖庆华等,2010),本文测得其年龄值为294.3±4.4Ma,该年龄值虽然只有一个测试数据,但这个数据与肖庆华等 (2010)测试数据中的两个287±4.7Ma在误差范围内是一致的,并且本文还测得淡色辉长岩年龄为283.2±2.1Ma,灰绿色角闪辉长岩中锆石U-Pb年龄为286.7±4.2Ma~293.3±4.4Ma;香山中岩体角闪辉长岩的侵位年龄前人测试为285±1.2Ma (秦克章等,2002),本文测得锆石年龄范围为285.5±4.3Ma~299.5±4.4Ma;香山东岩体的辉绿辉长岩所测锆石年龄值只有本文测试数据为295.4±4.5Ma。

这些数据显然是位于区域上镁铁-超镁铁质杂岩体侵位的年龄范围之内,但从野外穿插关系来看,可以把香山杂岩体划分为三个侵入期次 (王玉往等,2006b):早期形成的辉长岩 (如角闪辉长岩、灰白色细粒辉长岩等) 为主体的侵入,第二期侵入的是以辉橄岩、单辉橄榄岩、二辉橄榄岩等为主的透镜状超镁铁质岩,第三期则为钛铁辉长岩 (脉)。

为了试图验证以上的野外侵位关系,本文利用不同岩类侵入时间的不同来加以证明。如果把香山杂岩体不同区段中相同岩性岩石的侵位时间认为相同,那么就可以比较三期岩石系列的侵位时间。经统计,属于早期的辉长岩类其侵位时间为283~299Ma之间,属于第三期侵入的钛铁辉长岩 (脉) 其侵位年龄为278.6±1.8Ma (肖庆华等,2010),而属于第二期侵入的超镁铁质岩目前还没有相关年龄数据,推测应当位于278~283Ma之间。

4.2 锆石测年数据“异常值”分析

在利用同位素测年技术方法中,必然存在着一些偏离谐和线的一些所谓“异常值”,如在锆石U-Pb测试数据中,除了绝大多数的年龄数据可以进行谐和计算外,还有少部分数据是偏离谐和模式线的,排除人为和机器测试不当导致的异常数据,其它的一些数据可能是岩浆捕获锆石数据,这些锆石年龄可能揭示了地质体或基底的热演化历史。

在本文所测试香山杂岩体锆石年龄数据中,除一组谐和年龄数据283.2±2.1Ma外,还有三组捕获锆石年龄数据326.1±4.9Ma、452.1±6.7Ma~466.2±14.7Ma和730.8±11.6Ma,这些年龄是否记录了该地区曾经发生过的构造-岩浆热事件?

康古尔塔格断裂带与中天山北缘断裂带为中天山-吐哈陆块前寒武纪变质基底上发育的同一条断裂带,其形成时代为加里东期甚至晋宁期 (竺国强等,1995),本文测得后二组捕获锆石年龄值可能反映了这条断裂带经历的热事件,其中形成时间最老为730.8±11.6Ma,佐证了竺国强等 (1995)对基底时间的推测。

早石炭末,吐鲁番-哈密地体遭受南北向挤压,由于吐哈地体的挤压上升,断裂两侧差异升降运动加剧,使康古尔塔格断裂带在中石炭世开始强烈的引张活动,形成巨厚中基性、中酸性火山熔岩、火山碎屑岩的喷发与沉积 (竺国强等,1995),本文测得的第一组捕获锆石年龄恰是这一时期岩浆活动的记录,年龄为326.1±4.9Ma。

二叠纪开始,康古尔塔格断裂带开始进入断块活动阶段 (竺国强等,1995),沿这条断裂带形成了一系列中酸性、基性-超基性岩浆岩,与这条岩浆岩带的侵位年龄经统计在270~300Ma之间相吻合。

可见,本文所测试的锆石年龄数据都不是异常数据,可能记录了该地区曾发生过的构造-岩浆热事件。

4.3 同位素年龄对岩浆温度变化速率的启示

从已发表的资料看,锆石U-Pb体系的封闭温度为750~800℃(Berger and York, 1981; Cliff,1985)。香山杂岩体铜镍岩系岩石组合反映的结晶温度约为1125~1649℃,钛铁岩体岩石组合反映的结晶温度约为1024~1270℃(王玉往等,2006a)。当香山岩体的岩浆形成时,U-Pb等固体同位素体系还没有进入封闭状态,随着温度降低,U-Pb等固体同位素体系进入封闭状态,开始记录其结晶冷却时间。此时的温度远高于矿物的K-Ar封闭温度,40K-40Ar*同位素体系处于开放状态,气态的40Ar*不能保存,即时钟无法启动,直到温度降到约685℃(Berger and York, 1981),角闪石中的40K-40Ar*同位素体系进入封闭状态,开始记录其冷却时间。

利用锆石U-Pb定年,其年龄数据可以近似代表岩体结晶的时间,因此香山镁铁-超镁铁质岩浆侵位后开始结晶的时间约为283Ma;而利用角闪石单矿物40Ar/39Ar法定年,所得到的坪年龄数据代表着岩体冷却的时间。据此,利用两个温度差和时间差可以粗略计算岩体冷却的速率,即香山西岩体的冷却速率为3.6℃/Ma (115℃/32Ma),而香山中岩体的冷却速率为19.2℃/Ma (115℃/6Ma)。尽管这种方法获得的降温速率是粗略的,但反映出香山中岩体和西岩体可能存在着某些细微差别。根据岩墙的热传导模型 (李德东等,2011) 可知,岩浆侵位深度越深其冷凝所需时间越长,侵位越浅其冷凝所需时间越短。这一规律体现在温度速率上恰恰相反,即侵位深度越深,冷却速率越小;侵位深度越浅,冷却速率越大。据此,可以推测香山中岩体侵位较浅,而香山西岩体侵位较深。

通过香山杂岩体的锆石U-Pb定年和角闪石40Ar/39Ar热年代学研究,我们推测香山西岩体相对中岩体侵位较深,所以西岩体的剥蚀量较大。对于为什么岩体侵位冷却后会发生如此不均衡的抬升 (剥蚀) 过程,还需要更详细的工作来加以验证。

4.4 香山岩体成岩与成矿过程

黄山东铜镍硫化物矿石的Re-Os同位素年龄为282±20Ma (毛景文等,2002),而含铜镍矿的镁铁-超镁铁质杂岩体的年龄为274±3Ma (锆石SHRIMP U-Pb法,韩宝福等,2004)。李月臣等 (2006)利用香山铜镍硫化物矿石中镍黄铁矿进行Re-Os同位素测定年龄为298±7.1Ma,而角闪辉长岩的年龄为285±3Ma (秦克章等,2002)、淡色辉长岩年龄283±2.1Ma (本文数据)、钛铁辉长岩年龄为278±1.8Ma (肖庆华等,2010)。可见,区域上成岩与成矿年龄略有不同。除了归因于不同的测试方法外,可能是成岩与成矿过程的复杂性和多期性引起的。

幔源岩浆在地壳深部的分层熔离和脉动式上侵分异 (就地熔离) 是该区铜镍硫化物矿床的重要成矿机制 (王京彬和徐新,2006王京彬等,2008王玉往等,2009)。这类矿床的形成可以用“深部熔离-贯入成矿作用”(汤中立, 1996, 2004) 来理解。幔源岩浆上涌,导致被先前交代了的亏损岩石圈地幔大规模熔融,经过多级次侵入-分异作用,演化出偏碱性的基性岩浆和偏拉斑质的超基性岩浆 (王玉往等,2009)。含矿岩浆经历过深部熔离分异作用,形成了上部基性程度偏低的无矿-贫矿熔浆、中下部基性程度较高的含矿熔浆以及底部的矿浆等分层岩浆房 (图 6)。

图 6 香山镁铁-超镁铁质岩体成岩成矿示意图 (据王玉往等,2009修改) Fig. 6 The lithogeneous and metallogenetic schematic diagram of Xiangshan mafic-ultramafic rocks (after Wang et al., 2009)

上层比重较轻、贫钛铁矿的硅铝质熔浆 (辉长质) 首先沿香山大断裂上升侵入,并在北东向多组断裂控制的封闭条件下形成一系列近似环状的锥形裂隙带。随后混合层位的岩浆侵位形成浸染状矿脉侵入体,然后是岩浆房下部富含钛铁成矿物质的镁铁质熔浆沿环状锥状裂隙侵位。同时富含铜镍硫化物的岩浆也随之侵位,形成与富含钛铁矿共生的复合型矿床类型 (图 6)。这就形成,分异较早的富含矿质的深层位岩浆 (对应于298Ma的数据) 侵位较晚,而分异较晚且贫矿质浅层位岩浆 (对应于283~285Ma的数据) 侵位较早。据此,在野外经常会看到侵位较早的贫矿岩浆体被富矿岩浆体侵入的事实。在这种多期次 (可能对应于278Ma的数据) 侵入-分异作用成矿模式下,比较容易理解为什么测得矿石年龄略大于成岩年龄的现象。

5 结论

综上所述,可以得出以下几点结论:

(1) 香山杂岩体的成岩年龄为283.2±2.1Ma,与区域上其它镁铁质-超镁铁质岩体的侵位年龄270~300Ma在测试误差范围内一致;

(2) 香山杂岩体从野外穿插关系区分出不同的侵位系列,从测试年龄数据进一步验证了不同岩石系列的侵位时序。第一期的辉长岩类其侵位时间为283~299Ma之间,第三期侵入的钛铁辉长岩 (脉) 侵位年龄为278.6±1.8Ma,第二期侵入的超镁铁质岩位于278~283Ma之间。另外,锆石年龄数据还记录了一些曾经发生过的构造-岩浆热事件,这是对测年数据一种新的诠释;

(3) 通过锆石U-Pb定年和角闪石40Ar/39Ar热年代学工作,粗略地认为香山中岩体侵位较浅,而香山西岩体侵位较深;西部剥蚀量较大,东部剥蚀量较小;

(4) 幔源岩浆在地壳深部的分层熔离和脉动式上侵分异 (就地熔离) 是该区铜镍硫化物矿床的重要成矿机制。根据这种成矿机制,较好地解释了测试的成矿年龄略大于成岩年龄的现象。

致谢 河北地质矿产局廊坊实验室、中国科学院地质与地球物理研究所电子探针实验室闫欣老师、北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室季建清研究员、涂继耀老师、孙荣双老师在实验过程中提供了帮助;二位审稿专家提出了宝贵的意见;在此一并表示感谢!
参考文献
[] Berger GW, York D. 1981. Geothermometry from 40Ar/39Ar dating experiments. Geochimica et Cosmochimica Acta, 45(6): 795–811. DOI:10.1016/0016-7037(81)90109-5
[] Chen SP, Wang DH, Qu WJ, Chen ZH, Gao XL. 2005. Geological features and ore formation of the Hulu Cu-Ni sulfide deposit, eastern Tianshan, Xinjiang. Xinjiang Geology, 23(3): 230–233.
[] Cliff RA, Droop GTR, Rex DC. 1985. Alpine metamorphism in the south-east Tauern Window, Austria: 2. Rates of heating, cooling and uplift. Journal of Metamorphic Geology, 3(4): 403–415. DOI:10.1111/jmg.1985.3.issue-4
[] Gong JF, Ji JQ, Sang HQ, Han BF, Li BL, Chen JJ. 2006. 40Ar/39Ar geochronology of high-pressure granulite xenolith and its surrounding granite in central Himalaya. Acta Petrologica Sinica, 22(11): 2677–2686.
[] Gu LX, Zhu JL, Guo JC, Liao JJ, Yan ZF, Yang H, Wang JZ. 1994. The east Xinjiang-type mafic-ultramafic complexes in orogenic environments. Acta Petrologica Sinica, 10(4): 339–356.
[] Han BF, Ji JQ, Song B, Chen LH, Li ZH. 2004. SHRIMP zircon U-Pb ages of Kalatongke No. 1 and Huangshandong Cu-Ni bearing mafic-ultramafic complexes North Xinjiang and geological implications. Chinese Science Bulletin, 49(22): 2324–2328.
[] Li DD, Luo ZH, Zhou JL, Yang ZF, Liu C. 2011. Constraints of dike thickness on the metallogenesis and its application to the Shihu gold deposit. Earth Science Frontiers, 18(1): 166–178.
[] Li XH, Liu Y, Li QL, Guo CH, Chamberlain KR. 2009. Precise determination of Phanerozoic zircon Pb/Pb age by multicollector SIMS without external standardization. Geochemistry Geophysics Geosystems, 10(Q04010): 21.
[] Li YC, Zhao GC, Qu WJ, Pan CZ, Mao QG, Du AD. 2006. Re-Os isotopic dating of the Xiangshan deposit, East Tianshan, NW China. Acta Petrologics Sinica, 22(1): 245–251.
[] Ludwig KR. 2001. Squid 1.02: A user manual. Berkeley Geochronological Center Special Publication: 219.
[] Ludwig KR. 2003. User's manual for Isoplot 3.0, a geolocronological toolkit for Microsoft Excel. Berkely: Berkely Geochronological Center Special Publication: 35-32.
[] Mao JW, Yang JM, Qu WJ, Du AD, Wang ZL, Han CM. 2002. Re-Os dating of Cu-Ni sulfide ores from Huangshandong deposit in Xinjiang and its geodynamic significance. Mineral Deposits, 21(4): 323–330.
[] Qin KZ, Fang TH, Wang SL, Zhu BQ, Feng YM, Yu HF, Xiu QY. 2002. Plate tectonics division evolution and metallogenic settings in eastern Tianshan Mountains NW China. Xinjiang Geology, 20(4): 302–308.
[] Qin KZ, Zhang LC, Xiao WJ, Xu XW, Yan Z and Mao JW. 2003. Overview of major Au, Cu, Ni and Fe deposits and metallogenic evolution of the eastern Tianshan Mountains, Northwestern China. In: Mao JW, Goldfarb RJ, Seltmann R et al. (eds.). Tectonic Evolution and Metallogeny of the Chinese Altay and Tianshan. London: IAGOD Guidebook Series, 10:227-248
[] San JZ, Qin KZ, Tang ZL, Tang DM, Su BX, Sun H, Xiao QH, Liu PP. 2010. Precise zircon U-Pb age dating of two mafic-ultramafic complexes at Tulargen large Cu-Ni district and its geological implications. Acta Petrologica Sinica, 26(10): 3027–3035.
[] Sang HQ. 2002. The application of K-Ar and Ar-Ar isotopic dating technique in modification of RGA-10 Mass Spectrometer. Journal of Chinese Mass Spectrometry, 23(4): 241–247.
[] Tang DM, Qin KZ, Sun H, Su BX, Xiao QH, Cheng SL, Li J. 2009. Lithological, chronological and geochemical characteristics of Tianyu Cu-Ni deposit: Constraints on source and genesis of mafic-ultramafic intrusions in eastern Xinjiang. Acta Petrologica Sinica, 25(4): 817–831.
[] Tang ZL. 1996. The main mineralization mechamism of magma sulfide deposits in China. Acta Geologica Sinica, 70(3): 237–243.
[] Tang ZL. 2004. The accumulation and evolution of metallogenic series of the mafic-ultramafic magmatic deposits in China. Earth Science Frontiers, 11(1): 113–119.
[] Wang JB, Xu X. 2006. Post-collisional tectonic evolution and metallogenesis in northern Xinjiang, China. Acta Geologica Sinica, 80(1): 23–30.
[] Wang JB, Wang YW, Zhou TF. 2008. Metallogenic spectrum related to post-collisional mantle-derived magma in north Xinjiang. Acta Petrologica Sinica, 24(4): 743–752.
[] Wang YW, Wang JB. 2006. Ore deposit types related to mafic-ultramafic rocks. Geology in China, 33(3): 656–665.
[] Wang YW, Wang JB, Wang LJ. 2006a. Comparison of host rocks between two vanadic titianomagnetite deposit types from the eastern Tianshan Mountains. Acta Petrologica Sinica, 22(5): 1425–1436.
[] Wang YW, Wang JB, Wang LJ, Peng XM, Hui WD, Qin QX. 2006b. A intermediate type of Cu-Ni sulfide and V-Ti magnetite deposit: Xiangshanxi Deposit, Hami, Xinjiang, China. Acta Geologica Sinica, 80(1): 61–73.
[] Wang YW, Wang JB, Wang LJ, Long LL. 2009. Characteristics of two mafic-ultramafic rock series in the Cu-Ni-(V) Ti-Fe ore district, Xinjiang. Acta Petrologica Sinica, 25(4): 888–900.
[] Xiao QH, Qin KZ, Tang DM, Su BS, Sun H, San JZ, Cao MJ, Hui WD. 2010. Xiangshanxi composite Cu-Ni-Ti-Fe deposit belongs to comagmatic evolution product: Evidences from ore microscopy, zircon U-Pb chronology and petrological geochemistry, Hami, Xinjaing, NW China. Acta Petrologica Sinica, 26(2): 503–522.
[] Zhou MF, Lesher CM, Yang ZX, Li W, Sun M. 2004. Geochemistry and petrogensis of 270Ma Ni-Cu-(PGE) sulfide-bearing mafic intrusions in the Huangshan district eastern Xinjiang, Northwest China: Implications for the tectonic evolution of the Central Asian orogenic belt. Chemical Geology, 209: 233–257. DOI:10.1016/j.chemgeo.2004.05.005
[] Zhou TF, Yuan F, Zhang DY, Fan Y, Liu S, Peng MX, Zhang JD. 2010. Geochronology, Tectonic setting and mineralization of granitoids in Jueluotage area, eastern Tianshan, Xinjiang. Acta Petrologica Sinica, 26(2): 478–502.
[] Zhu GQ, Yang SF, Chen HL. 1995. Studies of rock and ore controlling structures of Xiangshan Cu-Ni bearing mafic-ultramafic complex, eastern Xinjiang. Contributions to Geology and Mineral Resource Research, 10(3): 1–13.
[] Zhu RX, Li XH, Hou XG, Pan YX, Wang F, Deng CL, He HY. 2009. SIMS U-Pb zircon age of a tuff layer in the Meishucun section, Yunnan, Southwest China: Constraint on the age of the Precambrian-Cambrian boundary. Science in China (Series D), 52(9): 1385–1392. DOI:10.1007/s11430-009-0152-6
[] 陈世平, 王登红, 屈文俊, 陈郑辉, 高晓理. 2005. 新疆葫芦铜镍硫化物矿床的地质特征与成矿时代. 新疆地质, 23(3): 230–233.
[] 龚俊峰, 季建清, 桑海清, 韩宝福, 李宝龙, 陈建军. 2006. 喜马拉雅中段哲古拉花岗岩中高压麻粒岩包体及其主岩的40Ar/39Ar年代学研究. 岩石学报, 22(11): 2677–2686.
[] 顾连兴, 诸建林, 郭继春, 廖静娟, 严正富, 杨浩, 王金珠. 1994. 论造山带中的东疆型镁铁-超镁铁杂岩体. 岩石学报, 10(4): 339–356.
[] 韩宝福, 季建清, 宋彪, 陈立辉, 李宗怀. 2004. 新疆喀拉通克和黄山东含铜镍矿镁铁-超镁铁杂岩体的SHRIMP锆石U-Pb年龄及其地质意义. 科学通报, 49(22): 2324–2328.
[] 李德东, 罗照华, 周久龙, 杨宗锋, 刘翠. 2011. 岩墙厚度对成矿作用的约束:以石湖金矿为例. 地学前缘, 18(1): 166–178.
[] 李月臣, 赵国春, 屈文俊, 潘成泽, 毛启贵, 杜安道. 2006. 新疆香山铜镍硫化物矿床Re-Os同位素测定. 岩石学报, 22(1): 245–251.
[] 毛景文, 杨建民, 屈文俊, 杜安道, 王志良, 韩春明. 2002. 新疆黄山东铜镍硫化物矿床Re-Os同位素测定及其地球动力学意义. 矿床地质, 21(4): 323–330.
[] 秦克章, 方同辉, 王书来, 朱宝清, 冯益民, 于海峰, 修群业. 2002. 东天山古生代板块构造分区、演化与成矿地质背景研究. 新疆地质, 20(4): 302–308.
[] 三金柱, 秦克章, 汤中立, 唐冬梅, 苏本勋, 孙赫, 肖庆华, 刘平平. 2010. 东天山图拉尔根大型铜镍矿区两个镁铁-超镁铁岩体的锆石U-Pb定年及其地质意义. 岩石学报, 26(10): 3027–3035.
[] 桑海清. 2002. RGA-10质谱计的改进及在K-Ar、Ar-Ar同位素定年中的应用. 质谱学报, 23(4): 241–247.
[] 汤中立. 1996. 中国岩浆硫化物矿床的主要成矿机制. 地质学报, 70(3): 237–243.
[] 汤中立. 2004. 中国镁铁、超镁铁岩浆矿床成矿系列的聚集与演化. 地学前缘, 11(1): 113–119.
[] 唐冬梅, 秦克章, 孙赫, 苏本勋, 肖庆华, 程松林, 李军. 2009. 天宇铜镍矿床的岩相学、年代学、地球化学特征:对东疆镁铁-超镁铁质岩体源区和成因的制约. 岩石学报, 25(4): 817–831.
[] 王京彬, 徐新. 2006. 新疆北部后碰撞构造演化与成矿. 地质学报, 80(1): 23–30.
[] 王京彬, 王玉往, 周涛发. 2008. 新疆北部后碰撞与幔源岩浆有关的成矿谱系. 岩石学报, 24(4): 743–752.
[] 王玉往, 王京彬. 2006. 与镁铁-超镁铁质岩石有关的矿床类型. 中国地质, 33(3): 656–665.
[] 王玉往, 王京彬, 王莉娟. 2006a. 东天山地区两类钒钛磁铁矿型矿床含矿岩石对比. 岩石学报, 22(5): 1425–1436.
[] 王玉往, 王京彬, 王莉娟, 彭晓明, 惠卫东, 秦全新. 2006b. 岩浆铜镍矿与钒钛磁铁矿的过渡类型-新疆哈密香山西矿床. 地质学报, 80(1): 61–73.
[] 王玉往, 王京彬, 王莉娟, 龙灵利. 2009. 新疆香山铜镍钛铁矿区两个镁铁-超镁铁岩系列及特征. 岩石学报, 25(4): 888–900.
[] 肖庆华, 秦克章, 唐冬梅, 苏本勋, 孙赫, 三金柱, 曹明坚, 惠卫东. 2010. 新疆哈密香山西铜镍-钛铁矿床系同源岩浆分异演化产物-矿相学、锆石U-Pb年代学及岩石地球化学证据. 岩石学报, 26(2): 503–522.
[] 周涛发, 袁峰, 张达玉, 范裕, 刘帅, 彭明兴, 张建滇. 2010. 新疆东天山觉罗塔格地区花岗岩类年代学、构造背景及其成矿作用研究. 岩石学报, 26(2): 478–502.
[] 竺国强, 杨树锋, 陈汉林. 1995. 东疆香山铜镍含矿镁铁超镁铁杂岩体控岩控矿构造探讨. 地质找矿论丛, 10(3): 1–13.