2013, Vol. 29
2. 长安大学地球科学与资源学院，西安 710054;
3. 中国地质大学，北京 100083;
4. 有色金属华东地质勘查局资源调查与评价研究院，南京 210007;
5. 中国地质大学资源学院，武汉 430074
2. Faculty of Earth Science and Resources, Chang'an University, Xi'an 710054, China;
3. China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
4. Institute of Resource Survey and Assessment, ECE, Nanjing 210007, China;
5. Faculty of Earth Resources, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China
东秦岭地区(图 1)是中国重要的钼多金属和贵金属成矿带之一(Mao et al., 2011；张元厚等，2010)，该矿带西起陕西省的金堆城，东至河南省镇坪秋树湾，产出了金堆城、南泥湖、三道庄、上房沟等五个超大型钼矿床和雷门沟等十余处大-中型钼(钨)多金属矿床，其中钼金属储量约占全国总储量的66% (Mao et al., 2011)。前人对东秦岭地区中生代的花岗质小岩体及与其有关的钼(钨)多金属矿床的时空分布、物质来源及演化、矿床地质特征、成矿作用过程与地球动力学背景进行了大量的研究，取得了许多重要的认识，尤其是在成岩-成矿年代学等方面(安三元和卢欣祥，1984；严阵，1985；尚瑞钧和严阵，1988；李先梓等，1993；张正伟等, 2001, 2007；卢欣祥等，1999；李永峰等, 2004a, b, 2005；毛景文等，2005；李诺等，2007；李厚民等，2008；朱赖民等，2008；孙红杰，2009；郭波等，2009；戴宝章等，2009包志伟等，2009；杜保峰等，2010；焦建刚等，2010；赵海杰等2010a，b；向君峰等，2010；王晓霞等，2011；Mao et al., 2011, Wang et al., 2012)，为进一步的研究奠定了坚实的基础。
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图 1 东秦岭地区晚中生代花岗岩类及钼矿床分布(据卢欣祥等, 1999；陕西省204分队，1990①修改) Fig. 1 Sketch map of the distribution of the Mesozoic granitoids and the molybdenum deposits in the Eastern Qinling (modified after Lu et al., 1999) |
①陕西省(地质矿产局区域地质调查队)204分队.1990. 1:20万洛南幅地质图
黑山-木龙沟地区(图 1)位于东秦岭成矿带西段中部。该地区产出有黑山铁(铜、金)矿床，木龙沟铁(钼、铜)多金属矿床等，此外，在其西北部，还产出有金堆城、黄龙铺、石家湾、八里坡等钼矿床，成矿与各类浅成-超浅成中酸性侵入岩有关。这一地区自1972年以来，曾先后由西安地质矿产研究所、陕西省地质矿产勘查开发局、西北冶金地质研究所、河南地质勘察局矿产地质研究所、陕西省地矿局综合地质大队等单位开展过大量的地质工作，其研究成果主要集中于详细的岩体地质和矿床地质以及部分岩体的地球化学方面(赵一鸣等，1982；庞奖励等，1999)，对成岩时代及成岩物质来源方面研究相对薄弱，仅对木龙沟地区的花岗闪长岩进行过黑云母/角闪石的K-Ar法(尚瑞钧和严阵，1988)和单个磷灰石的U-Pb模式年龄研究(李先梓等，1993)，且年龄变化范围较大(132.2~187Ma)，对黑山周家沟岩体，仅做过黑云母的40Ar-39Ar等时线年龄(126.6±0.3Ma，王冬艳等，2005)，由此可见该地区与矿有关的岩体的时代尚需要进一步确定。再者这些与铁(钼、铜、金)有关的中酸性岩体的地球化学特征、物质来源是否与东秦岭钼多金属矿带上其他岩体一致，也是大家比较关心的问题。为此，笔者在前人研究的基础上，开展精确的锆石LA-ICPMS定年、元素地球化学和Sr-Nd-Hf同位素研究，进一步厘定岩体的形成时代和地球化学特征，探讨其物质来源，为东秦岭钼多金属矿带上不同类型矿床成因以及构造岩浆演化的进一步研究提供岩石学方面约束。
1 区域地质背景秦岭造山带是由华北与扬子板块及夹持于两者之间的秦岭微陆块碰撞造山所形成(张国伟等，2001)，包括华北地块南缘、北秦岭和南秦岭等不同构造单元(图 1), 东秦岭位于秦岭造山带的东部。
华北地块南缘是秦岭造山带后陆逆冲断裂褶皱带(张国伟等，2001)，由结晶基底和盖层两部分组成。结晶基底由太华群构成，为一套中-高级变质的中基性-中酸性火山-沉积变质岩系(胡受奚等，1997)，主要由英云闪长质-奥长花岗质-花岗闪长质(TTG)片麻岩和斜长角闪(片/片麻)岩组成。TTG片麻岩的形成时代集中在新太古代(2.84~2.76Ga，Kroner et al., 1988；Sun et al., 1994；林慈銮，2006；Liu et al., 2009)，斜长角闪(片/片麻)岩的年龄主要集中于2.84~2.54Ga (薛良伟等，1995；周汉文等，1998；倪志耀等，2003；林慈銮，2006；Liu et al., 2009)和2.50~2.28Ga (周汉文等，1998；倪志耀等，2003；Wan et al., 2006；Xu et al., 2009)两个时间段。区内盖层主要由中-新元古代的熊耳群、官道口群、栾川群等组成。中元古界熊耳群主要沿洛南-栾川断裂北侧呈狭长带状分布，与伸入山西境内的西洋河群形成三角辐射状，为一套中基性-中酸性双峰式火山岩为主夹海陆相碎屑沉积的火山-沉积岩系，呈角度不整合覆盖于太华群结晶基底之上，是华北克拉通南缘最主要的盖层岩系，总厚度在1000~7600m (林德超等，1989)；同位素年龄测定资料表明，该套火山岩系形成于1.80~1.75Ga之间(张宗清等，1994；赵太平等, 2001, 2004)。中元古界官道口群属滨海相碎屑岩-碳酸盐岩沉积建造，呈低角度不整合或假整合覆盖于熊耳群之上，总体组成一个完整的沉积旋回。新元古界栾川群整合于官道口群之上，为一套浅海陆源碎屑岩-碳酸盐岩建造。下寒武统至上三叠统为典型的华北克拉通沉积，缺失泥盆系和志留系，其中寒武系和奥陶系为海相地层，二叠系和三叠系为陆相地层。中新生代地层分布于局部陆相盆地内，岩性主要为洪积-冲积相及河湖相碎屑沉积物，个别盆地零星产出白垩纪火山碎屑沉积岩。
受板块边界深断裂和秦岭褶皱带长期活动的影响，区域上断裂构造比较发育，主要为北北西和北东向两组，两组断裂的交汇部位控制了燕山期中酸性小岩体的分布。区内岩浆岩广泛发育，岩浆作用贯穿本区整个地质演化历史，具有长期性、多次性，其中以燕山期花岗质岩浆活动最为强烈。燕山期花岗质岩体有两类，一类为大岩基，另一类为小岩体。代表性大岩基有老牛山、华山、文峪、娘娘山、伏牛山(《河南省地质志》称合峪(西)-交口(东)岩体，合峪岩体即为伏牛山岩体的西部)、花山和五丈山等，岩性以黑云二长花岗岩和黑云母花岗岩为主。小斑岩体有金堆城、文公岭、八里坡、木龙沟、石家湾、黑山、南泥湖等，它们西起陕西金堆城，东至河南省镇坪，构成了东秦岭斑岩带(安三元和卢欣祥，1984)，与多金属矿关系密切，历来受到人们的关注。
黑山-木龙沟地区(图 2)位于陕西省洛南县境内，是东秦岭斑岩带的组成部分。出露岩体有周家沟、下斜、杨沟小岩体(西北冶金地质勘探公司七一二队, 1979①)和木龙沟岩体。
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图 2 黑山-木龙沟一带地质简图(据陕西省204分队，1990修改) 1-中元古界龙家园组；2-中元古界巡检司组；3-中元古界杜关组；4-下寒武统；5-中寒武统；6-晚中生代侵入体；7-断层；8-采样点及编号.Ⅰ-周家沟岩体；Ⅱ-下斜岩体；Ⅲ-杨沟岩体；Ⅳ-木龙沟岩体 Fig. 2 Geological sketch map of the Heishan-Mulonggou area |
①西北冶金地质勘探公司七一二队.1979.陕西省秦岭东部中酸性岩体统计
2 岩体地质及岩相学 2.1 岩体地质及矿化地质特征黑山地区主要分布有周家沟、下斜和杨沟(图 2)三个小岩体，每个岩体的出露面积都不足1km2，与中元古界官道口群龙家园组的含燧石条带白云岩呈侵入接触，其主要岩性由辉石黑云母闪长岩(图 3a)和黑云角闪闪长(玢)岩(图 3d)组成。木龙沟地区仅出露有木龙沟岩体(图 2)，其呈近椭圆状，出露面积约0.3km2(0.75×0.3km)(西北冶金地质勘探公司七一二队, 1979)，岩体与中元古界官道口群巡检司组燧石条带白云岩呈侵入接触(图 3g)，其主要岩性为花岗闪长斑岩。在岩体内及与碳酸盐岩的接触带，发育有铁、钼、铜、锌、金等多种金属矿化，其中黑山周家沟地区产出有以磁铁矿为主的铁(铜、金)矿床，木龙沟矿区则是一个以铁为主伴有钼、铜、锌等多种金属的矿床(赵一鸣等，1982)。
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图 3 黑山-木龙沟地区中酸性岩的岩相学特征 (a)-黑山辉石黑云母闪长岩野外露头，局部可见暗色包体；(b)-黑山辉石黑云母闪长岩的半自形粒状结构(正交偏光)；(c)-黑山辉石黑云母闪长岩中矿物的双晶结构(正交偏光)；(d)-黑山黑云母闪长玢岩中的普通角闪石聚斑；(e)-黑山黑云角闪闪长岩中的包含结构(角闪石中包含黑云母)；(f)-黑云角闪闪长岩中斜长石的环带结构；(g)-木龙沟花岗闪长斑岩与矽卡岩分界；(h)-木龙沟花岗闪长斑岩的斑状结构(正交偏光)；(i)-木龙沟花岗闪长斑岩中斜长石斑晶的环带结构.Cpx-单斜辉石；Bi-黑云母；Pl-斜长石；Ttn-榍石；Hbl-普通角闪石 Fig. 3 Petrography of the intermediate-acid rocks from the Heishan-Mulonggou area |
本区主要发育三种典型的矿化(赵一鸣等，1982)：磁铁矿化、辉钼矿化、黄铜矿化和闪锌矿化，三种矿化形成不完整的矿化水平分带现象。辉钼矿化主要分布于内接触带，一般呈细脉浸染状或薄膜状鳞片集合体交代蚀变花岗闪长斑岩或内带透辉石-石榴石矽卡岩。在透辉石-镁橄榄石磁铁矿和透辉石矽卡岩中有时也能见到较好的矿化。磁铁矿化一般直接产于外接触带镁矽卡岩中，其矿体的分布范围大体上和外带镁矽卡岩一致，矿体主要赋存在透辉石-镁橄榄石矽卡岩和硅镁石矽卡岩中，呈透镜状、似层状、不规则状等成群出现，少数矿体产于蛇纹石化白云石大理岩内，矿体的规模和镁矽卡岩的发育程度成正比。黄铜矿化和铁闪锌矿化除叠加在磁铁矿矿体之上外，主体部分稍靠外侧，和磁黄铁矿、黄铁矿等金属硫化物伴生，主要产于外带镁矽卡岩和磁铁矿体内，局部也见于蛇纹石化大理岩中。它们一般呈散晶，不规则状细脉、网脉或团块交代镁橄榄石、斜(粒)硅镁石、透闪石、磁铁矿、磁黄铁矿和早期黄铁矿。
2.2 岩相学特征黑山辉石黑云母闪长岩为块状构造，具半自形粒状结构(图 3b)，主要矿物为斜长石(60%~65%)、黑云母(20%~25%)、单斜辉石(10%~15%)；次要矿物为普通角闪石( < 5%)、钾长石( < 5%)及少量石英；副矿物为榍石、锆石、磷灰石、磁铁矿等。其中斜长石呈半自形板状，粒径为0.5~2.5mm不等，发育聚片双晶(图 3b)和卡钠复合双晶，为中长石(An=37±)；黑云母呈半自形片状，多色性、吸收性明显，粒径在1~2mm；单斜辉石呈半自形粒状，粒径多在0.5~1.5mm，大的可达2.5mm，可见简单双晶(图 3b, c)；普通角闪石呈半自形柱状，大小在0.5~1.5mm，局部表面发生弱的绿帘石化。
黑山黑云角闪闪长(玢)岩为块状构造，具半自形粒状结构，有的含少量普通角闪石(图 3d)和斜长石斑晶，主要矿物为斜长石(60%~65%)、角闪石(25%~30%)、黑云母(5%±)；次要矿物为钾长石( < 5%)、辉石( < 5%)、石英( < 5%)；副矿物为榍石、锆石、磷灰石、磁铁矿等。其中斜长石呈半自形板状，粒径为0.5~2.5mm，发育聚片双晶和卡钠复合双晶，局部可见环带结构(图 3f)，为中长石(An=42±)；普通角闪石呈半自形柱状，粒径为(0.5~1.5mm)×1.5mm，局部可见包含黑云母颗粒(图 3e)；少量斑晶呈自形-半自形，局部可呈聚斑(图 3d)。黑云母呈半自形片状，多色性、吸收性明显，粒径在1~2mm；单斜辉石呈半自形，粒径多在0.5~1mm，可见简单双晶。此外，岩体中还可见少量包体，至少可分为两类，一类为岩浆暗色包体，其形态多为椭圆形，半径一般在3~5cm，与寄主岩石界限明显；另一类为二辉麻粒岩包体(王晓霞等，1986)。
木龙沟花岗闪长斑岩(图 3g)为块状构造，斑状结构(图 3h)。斑晶含量大约为25%，主要为斜长石(20%~25%)和角闪石( < 5%)，少量黑云母和钾长石。其中斜长石呈自形-半自形，大小为1.5~3mm不等，可见聚片双晶和卡钠复合双晶，局部可见环带结构(图 3i)；角闪石呈半自形(图 3i)，大小在1~2m，局部发生绿泥石化。基质主要为细粒他形长英质，石英含量 > 30%，粒度较细，长石约占40%，少量黑云母和角闪石；副矿物为榍石、磷灰石、锆石、磁铁矿等。
3 样品及分析方法本次用于定年的样品分别采自黑山村下斜小岩体(样号HS-01，采样位置N 34°18′19.8″，E 109°09′31.1″)和木龙沟岩体(样号MLG-06，采样位置N 34°14′54.9″，E 110°19′38.5″)。8件新鲜未蚀变样品采自黑山周家沟、下斜小岩体和木龙沟岩体的不同位置，用于元素地球化学分析。
锆石分选在中国地质科学院廊坊物化探研究所完成。将挑选好的无色透明无裂隙不含包裹体的锆石用环氧树脂固定，待环氧树脂充分固化后抛光至锆石露出核部，然后进行锆石的CL照相及LA-ICPMS分析。锆石的CL图象分析是在北京离子探针中心的阴极荧光仪上完成。锆石的U-Pb同位素组成分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室的四级杆lCP-MSElan6100DRC进行测定。激光剥蚀系统为德国LamdaPhvsik公司生产的Geolas 200M深紫外(DUV)193nmArF准分子(excimer)激光剥蚀系统，该系统相对常规的266nm或213nmND：YAG剥蚀系统具有较小的元素分馏效应。分析所采用的激光束直径为30μm，剥蚀深度为20~40μm。实验中采用He作为剥蚀物质的载气，用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST610进行仪器最佳化调试，采样方式为单点剥蚀，数据采集选用一个质量峰一点的跳峰方式，每完成4~5个待测样品测定，插入测标样一次。在所测锆石样品15~20个点前后各测2次NIST610。锆石年龄采用标准锆石91500作为外部标准物质，元素含量采用NIST610作为外标。测试结果通过Glitter软件计算得出，获得的数据采用Andersen (2002)的方法进行同位素比值的校正，并采用Isoplot3.23v进行最终的年龄计算和图表的绘制，分析点的同位素比值和同位素年龄的误差(标准偏差)为lσ，206Pb/238U加权平均年龄按95%的置信度给出，详细分析参见文献(Yuan et al., 2004)。
样品主量元素、微量元素分析测试是在加拿大温哥华Acme分析实验室进行的，除了Fe2O3之外，分别由电感耦合等离子光谱分析(ICP-AES)和电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)完成。主量元素测试先把粉末样品在石墨坩埚中与助熔剂LiBO2/Li2B4O7混合，放在马弗炉中熔化后用硝酸稀释溶解，然后选取0.2g进行ICP-MS分析，烧失量在1000℃时测定。微量元素分析包括两部分，稀土元素和难溶元素的测定选取粉末样品在石墨坩埚中与助熔剂LiBO2/Li2B4O7混合，放在马弗炉中熔化用硝酸稀释溶解后，再进行ICP-MS分析；另外单独选取0.5g经王水溶解的进行ICP-MS分析贵金属的含量。
样品的Sr-Nd同位素分析测试在德国慕尼黑LMU (Ludwig-Maximilians-University of Munich)地球与环境科学学院完成。采用改进的MAT 261多接收器质谱仪进行比值测量，仪器的准确度分别用标样NIST-SRM-987和La Jolla进行监测，Sr、Nd同位素比值分别采用86Sr/88Sr=0.1194、146Nd/144Nd=0.7219进行质量分馏校正，实验过程测定的标样NIST-SRM-987的87Sr/86Sr=0.710234±0.000006 (2SD，N=8)，标样La Jolla的143Nd/144Nd=0.511847±0.000008 (2SD，N=10)，详细流程见文献(Hegner et al., 1995)。
锆石Hf同位素测试是在中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室的Neptune多接收等离子质谱和Newwave UP213紫外激光剥蚀系统(LA-MC-ICP-MS)上进行的，实验过程中采用He作为剥蚀物质载气，剥蚀直径采用55μm，测定时使用锆石国际标样GJ1作为参考物质，分析点位于U-Pb定年分析点的附近。相关仪器运行条件及详细分析流程参见文献(侯可军等，2007)。分析过程中锆石标准GJ1的176Hf/177Hf测试加权平均值为0.282015±31 (2SD, n=10)，与文献报道值(侯可军等，2007；Elhlou et al., 2006)在误差范围内完全一致。
4 分析结果 4.1 锆石LA-ICP-MS定年 4.1.1 锆石特征黑山村下斜岩体和木龙沟岩体的2个中酸性岩样品HS-01和MLG-06中的锆石自形程度较高，颗粒较大，宽度多为60~150μm，多数长宽比为1.5:1到2:1，少数呈长柱状，长宽比达到4:1。阴极发光图像显示，锆石晶形完好，震荡环带清晰(图 4)，具有岩浆锆石的特征。黑山辉石黑云母闪长岩(HS-01)中的锆石U含量为67×10-6~1097×10-6，Th含量为58×10-6~1173×10-6(表 1)。Th/U比值为0.79~1.64，平均值为1.05，大于0.4。木龙沟花岗闪长斑岩(MLG-06)中的锆石U含量为202×10-6~431×10-6，Th含量为73×10-6~241×10-6。Th/U比值为0.31~0.77，平均值为0.43，大于0.4。以上特征表明这些锆石均为岩浆锆石。
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表 1 下斜辉石黑云母闪长岩和木龙沟花岗闪长斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb date of the pyroxene-biotite diorite from the Xiaxie pluton and the granodiorite porphyry from the Mulonggou pluton |
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图 4 下斜和木龙沟花岗岩类的锆石阴极发光图像 白色圆圈代表测点位置(U-Pb定年与Hf同位素位置重合)，括弧里面的数值为εHf(t)值 Fig. 4 Zircon CL images of granitoids from the Xiaxie and Mulonggou plutons |
黑山下斜和木龙沟岩体的锆石U-Pb年龄分析结果见表 1。对黑山下斜岩体样品HS-01中20颗锆石进行了20个点的U-Pb年龄分析，其中4粒锆石(1、15、19、20)的204Pb计数较高，可能是由于具有较高的普通铅组成导致谐和图中207Pb/235U和206Pb/238U年龄谐和度低于90%，在谐和图和讨论中将不涉及这些点，剩余16个锆石的年龄数据比较集中，均落在一致线上或者附近(图 5a)，得到的206Pb/238U年龄加权平均值为154±2Ma (2σ)，可视为岩体的形成年龄。
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图 5 下斜辉石黑云母闪长岩(a)和木龙沟花岗闪长斑岩(b)锆石U-Pb谐和图 Fig. 5 Zircon U-Pb concordia diadiagram for the pyroxene-biotite diorite from the xiaxie pluton (a) and the granodiorite porphyry from the Mulonggou pluton (b) |
对木龙沟岩体样品MLG-06进行了20颗锆石20个点的分析。在206Pb/238U-207Pb/235U谐和年龄图上(图 5b)，大部分测点分布在谐和线附近，部分样品点(4、5、8、9、17)出现不同程度沿不同方向偏离谐和线的情况，谐和度低于90%，在加权平均年龄计算中剔除后，得到15个锆石的206Pb/238U加权平均年龄值为151±1Ma (2σ)，可视为岩体的形成年龄。
4.2 地球化学特征黑山村下斜岩体的4个辉石黑云母闪长岩(HS-01、HS-02、HS-03、HS-04)和1个黑云角闪闪长岩(HS-06)，周家沟岩体的1个黑云角闪闪长(玢)岩(HS-10)，木龙沟岩体的2个花岗闪长岩样品的主量元素和微量元素及严阵等(1993)分析的黑山岩体群的10个闪长岩样品和木龙沟岩体的10个花岗闪长岩样品的平均主量元素结果列于表 2。
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表 2 黑山-木龙沟地区中酸性岩的主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)及相关参数 Table 2 Major elements (wt%) and trace elements (×10-6) of the intermediate-acid rocks from the Heishan-Mulonggou area |
黑山辉石黑云母闪长岩的SiO2含量较低，为54.69%~55.73%，Fe2O3T和CaO含量较高，分别为6.47%~7.80%和7.29%~7.89%，Al2O3=16.75%~17.82%，铝饱和指数A/CNK在0.75~0.80，为准铝质，Na2O=3.04%~3.49%，K2O=2.69%~3.18%，Na2O+K2O介于6.15%~6.35%之间，K2O/Na2O=0.77~1.02，里特曼指数为3.06~3.41，总体上具有低硅，富铝和基性组分的特征；黑山黑云角闪闪长岩的SiO2含量较高，为60.19%~64.90%，Fe2O3T=4.43%~6.12%，CaO=3.71%~5.40%，Al2O3为16.06%~16.96%，铝饱和指数A/CNK在0.75~0.97，为准铝质，Na2O=3.47%~3.74%，K2O=3.33%~4.37%，Na2O+K2O介于6.99%~7.92%，K2O/Na2O=0.59~1.23，里特曼指数为2.28~3.07，显示了富碱的特征。
木龙沟花岗闪长岩体的SiO2含量较高，为63.92%~65.10%，Na2O+K2O为7.71%~8.42%，K2O/Na2O=1.33~2.29，里特曼指数为2.69~3.34，具有富碱的特征，Al2O3=15.03%~16.57%，Na2O=2.56%~3.31%，富钾(K2O=4.40%~5.86%)，铝指数A/CNK在0.90~1.04，为准铝质-弱过铝质。
在SiO2-K2O图解(图 6a)和A/CNK-A/NK图解(图 6b)中，黑山岩体群的辉石黑云母闪长岩和黑云角闪闪长岩均为高钾钙碱性和准铝质系列，木龙沟花岗闪长斑岩为钾玄岩系列和准铝质-弱过铝质系列，与钾玄岩系列和过铝质系列的金堆城和石家湾花岗斑岩相比, 其K2O、Al2O3和SiO2含量比较低。
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图 6 黑山-木龙沟地区及其外围中酸性岩SiO2-K2O (a)图解及A/CNK-A/NK (b)图解(底图据Rickwood, 1989；Peccerillo and Taylor, 1976) 资料来源：严阵等(1993)、郭波等(2009)、赵海杰等(2010a, b)和本文 Fig. 6 SiO2vs. K2O (a) and A/CNK vs. A/NK (b) diagrams of the intermediate-acid rocks from the Heishan-Mulonggou area and its surroundings (after Rickwood, 1989; Peccerillo and Taylor, 1976) |
黑山中酸性岩石的稀土元素总量变化于218.8×10-6~268.0×10-6之间，LREE/HREE=12.67~14.92，(La/Yb)N=15.12~20.18，(La/Sm)N=4.38~5.15，(Gd/Yb)N=1.75~2.38，δEu=0.72~0.92。木龙沟花岗闪长岩的稀土元素总量略低于黑山的，变化于188.0×10-6~253.8×10-6之间，轻重稀土分馏较大，LREE/HREE=14.58~18.56，(La/Yb)N=18.24~25.96，轻稀土分馏较黑山的明显，(La/Sm)N=5.00~6.47，重稀土分馏也较大，(Gd/Yb)N=2.12~2.25。
在稀土元素球粒陨石标准化配分模式图上(图 7)，两个岩体的分配曲线基本一致，均表现出轻稀土相对富集的右倾特征，具有弱的负铕异常(δEu=0.72~0.99)。在微量元素原始地幔标准化蛛网图中(图 7)，二者的分配曲线基本一致，均显示出富集LREE和Rb、Ba、K、Pb、Sr等大离子亲石元素，亏损Zr、Hf、Ta、Nb、P、Ti等高场强元素的特征。值得注意的是，辉石黑云母闪长岩的分配曲线比黑云角闪闪长岩的右倾程度更低，但具有更明显的Pb正异常和相对较弱的Ta、Nb、P、Ti负异常。
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图 7 黑山-木龙沟地区及其外围中酸性岩的微量元素原始地幔标准化蛛网图及稀土元素球粒陨石标准化图解(球粒陨石、原始地幔标准化值据Sun and McDonough, 1989) 资料来源：郭波等(2009)、齐秋菊等(2012)和本文 Fig. 7 Primitive mantlenormalized traceelement spider diagrams and chondritenormalized REE patterns of the intermediate-acid rocks from the Heishan-Mulonggou area and its surroundings (primitive mantle and chondrite after Sun and McDonough, 1989) |
值得注意的是，与区域上同时代的花岗岩相比，黑山-木龙沟地区的中酸性岩石与老牛山燕山期花岗岩具有近乎一致的稀土元素和微量元素分配模式，而与金堆城花岗斑岩相比，黑山和木龙沟地区的中酸性岩稀土元素和微量元素总量更高，分馏程度也更大。
4.2.3 全岩Sr、Nd同位素组成黑山和木龙沟地区的花岗质岩石的Sr、Nd同位素测试结果见表 3。87Rb/86Sr比值小于3，没有出现ISr异常低(小于0.700)的情况，表明所测结果有地质意义。另外，fSm/Nd平均值在-0.2~-0.6之间，说明所测岩石的模式年龄是有效的(Jahn et al., 2000)。
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表 3 黑山-木龙沟地区及其外围中酸性岩的Sr-Nd同位素组成 Table 3 Isotopic compositions of the intermediate-acid rocks from the Heishan-Mulonggou area and its surroundings |
以黑山下斜岩体辉石黑云母闪长岩结晶年龄t=154Ma计算，获得黑山岩体群全岩ISr值变化于0.708676~0.711480之间，εNd(t)值变化于-22~-16.1之间。以木龙沟花岗闪长斑岩结晶年龄t=151Ma计算，获得木龙沟岩体ISr值变化于0.708728~0.709775之间，εNd(t)值变化于-18.5~-18.3之间。黑山地区的花岗质岩体和木龙沟岩体的Nd同位素二阶段亏损地幔模式年龄(tDM2)分别为2.25~2.72Ga和2.43~2.44Ga。
4.2.4 锆石Hf同位素组成对下斜岩体辉石黑云母闪长岩(样品HS-01)和木龙沟花岗闪长斑岩(样品MLG-06)中的锆石进行U-Pb定年后又进行了Hf同位素组成测定，结果见表 4和图 4。大部分锆石的176Lu/177Hf值均小于0.002(除HS-01-5、HS-01-20)，显示锆石在形成以后具有较低的放射性成因Hf的积累。
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表 4 下斜和木龙沟岩体的锆石Hf同位素分析结果 Table 4 Lu-Hf isotopic data of zircon from the Xiaxie and Mulonggou plutons |
对HS-01中锆石分析了20个点，除1粒锆石(HS-01-9)的176Hf/177Hf比值较低和1粒锆石(HS-01-15)的176Hf/177Hf比值较高外，其余锆石的分析点的数据基本一致，变化范围窄，176Hf/177Hf初始比值介于0.282019~0.282155之间，εHf(t)介于-23.2~-18.4之间，两阶段Hf模式年龄为2.37~2.67Ga；对MLG-06中锆石分析了20个点，其中有18个分析点(除MLG-06-7、MLG-06-11)的数据比较一致，Hf同位素初始比值[(176Hf/177Hf) i=0.281892~0.282001]与εHf(t)(为-27.8~-24)均低于下斜岩体，两阶段Hf模式年龄为2.72~2.96Ga，较下斜岩体要老。
5 讨论 5.1 岩体形成时代及其地质意义20世纪80~90年代初，前人在研究秦巴-大别地区重大基础地质问题及主要矿产成矿规律时，就开始关注黑山-木龙沟一带中酸性斑岩体的形成时代。80年代，前人对木龙沟、坡相沟、杨沟岩体开展了单个的黑云母和角闪石的K-Ar定年(尚瑞钧和严阵，1988)以及单颗粒磷灰石的U-Pb模式定年(李先梓等，1993)，Rb-Sr法因线性关系太差，未计算结果，获得的年龄结果范围比较宽，为132.2~187Ma，且多为表面年龄，可信度不高；王冬艳等(2005)也曾对黑山黑云母花岗闪长岩做过黑云母的40Ar-39Ar年龄测试，得出的坪年龄为126.6±0.3Ma，较前者更晚。由此可见，黑山-木龙沟一带的中酸性小岩体的年龄尚未准确厘定。
毛景文等(2005)对中国北方中生代大规模成岩成矿作用的期次及其地球动力学背景的综合研究表明，中国东部地球动力学调整(SN主应力场向EW主应力场构造体制大转折)的时限范围为163~136Ma，年龄峰值为150~140Ma。本文获得的黑山辉石黑云母闪长岩和木龙沟花岗闪长斑岩的锆石U-Pb年龄分别为154±2Ma (n=16，MSWD=1.8)和151±1Ma (n=15，MSWD=0.4)，与前人通过LA-ICPMS锆石U-Pb法获得的黑山木龙沟外围产出的中酸性岩体的年龄基本一致，均集中于156~141Ma之间，如金堆城花岗斑岩体的年龄为141~144Ma (朱赖民等，2008；焦建刚等，2010)，石家湾花岗斑岩体的年龄为141±1Ma (赵海杰等，2010a)，八里坡花岗斑岩体的年龄为156±2Ma (焦建刚等，2009)以及齐秋菊等(2012)测得的老牛山岩体第二期侵入岩的年龄为152±2Ma。可见，黑山-木龙沟地区产出的中酸性岩体与金堆城、石家湾、八里坡及老牛山岩体应为同一构造-岩浆事件，代表了中国东部南北主应力场向东西主应力场构造体制大转折下壳幔相互作用的产物。
黑山-木龙沟一带发现的黑山铁(铜、金)矿床，木龙沟铁(钼、铜)多金属矿床，主要表现为矿体呈似层状、透镜状或囊状、柱状、脉状产于侵入岩与碳酸盐岩的内外接触带中，矿石类型以矽卡岩型矿石为主，还有少量网脉状斑岩型矿石，属于矽卡岩型矿床，一般认为这种类型矿床的成矿时代与成矿岩体的形成时间接近(Watanabe et al., 1988；Berzina et al., 2003；谢桂青等，2009)。因此，据这些岩体的成岩年龄，可以推测其成矿时代的下限为154~151Ma，即矿床形成时间可能略晚于154~151Ma。
5.2 成岩物质来源黑山-木龙沟地区的中酸性岩均属于准铝质-弱过铝质和高钾钙碱性/钾玄岩系列；球粒陨石标准化稀土元素蛛网图均表现为轻稀土相对富集的右倾特征，轻、重稀土分异明显[(La/Yb)N=14.25~25.96]，具有弱的负铕异常(δEu=0.72~0.99)；原始地幔标准化微量元素蛛网图显示，二者具有相似的微量元素配分模式，富集Rb、Ba、K、Pb、Sr等大离子亲石元素，亏损Zr、Hf、Ta、Nb、P、Ti等高场强元素，具有明显的“地壳”印记(如孟繁聪等，2005)。这些特征表明，黑山-木龙沟地区的中酸性岩的物源以壳源物质为主。
全岩的Sr-Nd同位素组成是示踪其物源特征的重要手段之一。黑山-木龙沟地区的中酸性岩的Sr-Nd同位素结果显示，其初始87Sr/86Sr比值(ISr=0. 708676~0.711480)与老牛山、石家湾岩体接近，落在大陆增长线和“玄武岩源区”之间，靠近玄武岩源区(图 8a)；但这些花岗岩都具有较负的εNd(t)值[εNd(t)=-22~-16.1]，在εNd(t)-t图解中，其投影点分布于太古宙地壳附近，低于早元古代-中元古代地壳和球粒陨石(图 8b)，介于太华群变质岩源区和富集型地幔之间(图 9)，暗示了其源区物质可能主要来自古老陆壳如太古代太华群(如王晓霞等，2011)。可见，Sr-Nd同位素暗示其源区可能具有壳幔混合的特征，这也与东秦岭地区华北地块南缘其它晚中生代花岗岩(王晓霞等，2011; Wang et al., 2012)的特征一致(图 9)。但值得注意的是，金堆城含矿斑岩体的初始87Sr/86Sr比值主要落入玄武岩源区(图 8a)，且具有相对较高的εNd(t)值[εNd(t)=-16.7~-14.8，李洪英等，2011]，暗示其源区物质可能具有更多的年轻组分的加入。
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图 8 黑山-木龙沟地区及其外围中酸性岩的ISr-t和εNd(t)-t图解(据韩吟文等，2003；王晓霞等，2011) 资料来源见表 3 Fig. 8 Diagram of ISr-t and εNd(t)-t of the intermediate-acid rocks from the Heishan-Mulonggou area and its surroundings (after Han et al., 2003; Wang et al., 2011) |
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图 9 黑山-木龙沟地区及其外围中酸性岩εNd(t)-εSr(t)图解(据Zindler and Hart, 1986；DePaolo and Wasserburg, 1979；王晓霞等，2011；Ni et al., 2012) 资料来源见表 3 Fig. 9 Diagram of εNd(t)-εSr(t) of the intermediate-acid rocks from the Heishan-Mulonggou area and its surroundings (after Zindler and Hart, 1986; DePaolo and Wasserburg, 1979; Wang et al., 2011; Ni et al., 2012) |
对岩浆岩而言，锆石的Hf同位素组成可以为示踪岩浆源区和具体的岩浆过程提供确定性的证据(Vervoort et al., 2000；Griffin et al., 2004；吴福元等，2007)，是目前探讨地壳演化和示踪岩石源区的重要工具(Amelin et al., 1999；Griffin et al., 2002)。黑山-木龙沟地区中酸性岩的锆石Hf同位素组成比较均一，变化范围窄：黑山辉石黑云母闪长岩与木龙沟花岗闪长岩的(176Hf/177Hf)i分别为0.282019~0.282155和0.281892~0.282001；其εHf(t)较负，分别为-23.2~-18.4和-27.8~-24。在Hf同位素演化图解(图 10)中，两个岩体的Hf同位素组成均介于上-下地壳之间，远离球粒陨石演化线，这也表明黑山-木龙沟地区中酸性岩的源区物质是以壳源物质为主(吴福元等，2007)。时毓等(2011)对太华群岩石形成时代的研究表明，太华群TTG片麻岩的形成时代集中在新太古代(2.84~2.76Ga)，斜长角闪(片/片麻)岩的年龄主要集中于(2.84~2.54Ga)和(2.50~2.28Ga)两个时间段。黑山辉石黑云母闪长岩的全岩Nd同位素和Hf同位素二阶段模式年龄(tDM2分别为2.25~2.72Ga和2.37~2.67Ga)与太华群岩石形成年龄相当，仅有少量小于2.28Ga年龄，表明太华群可能是黑山岩体群主要的源区。木龙沟花岗闪长岩的Nd同位素二阶段模式年龄(tDM2=2.43~2.44Ga)，低于其锆石Hf同位素二阶段模式年龄(tDM2=2.72~2.96Ga)，这可能是其Sr-Nd同位素系统后期受到了热事件的干扰所致，其大部分锆石Hf同位素二阶段模式年龄与太华群形成年龄相当，这表明木龙沟花岗闪长岩的源区主要为太华群，但有少量年轻组分的贡献，这一点也得到岩体中发育少量岩浆暗色包体的支持。
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图 10 黑山-木龙沟花岗岩的Hf同位素演化图解 Fig. 10 Diagram of εHf(t)-t and (176Hf/177Hf)i-t of the dioritoid from the the Heishan and Mulonggou plutons |
此外，与金堆城、石家湾含矿斑岩体的锆石Hf同位素组成对比研究显示(图 11)，黑山辉石黑云母闪长岩的εHf(t)和tDM2具有两个峰值，暗示了黑山地区的中酸性岩的源区可能来自于两个不同源区物质的混合，这一特征与金堆城花岗斑岩[εHf(t)=-35~-7, 主要集中于-25~-9之间]相似；木龙沟花岗闪长岩的εHf(t)值相对比较均一，但相对黑山岩体更负，其二阶段模式年龄则集中于2.7~3.1Ga，这也暗示了木龙沟花岗闪长岩的物质来源比较单一，主要为古老的壳源物质的部分熔融，这进一步表明，黑山-木龙沟地区的中酸性岩与石家湾斑岩体和金堆城斑岩体在物源上有一定的相似性，以壳源物质为主，但不同岩体的幔源组分参与程度不同。
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图 11 黑山-木龙沟地区及其外围中酸性岩锆石εHf(t)及其二阶段模式年龄(tDM2)和分布直方图 资料来源：郭波等(2009)、赵海杰等(2010)和本文 Fig. 11 Zircon tDM2and Hf isotopic compositions of the intermediate-acid rocks from the Heishan-Mulonggou area and its surroundings |
由以上元素地球化学和Sr-Nd-Hf同位素组成特征综合分析推断，黑山-木龙沟地区的中酸性岩的成岩物质具壳幔混合的特征，其源区物质是以古老的地壳物质为主，可能为太华群，还有少量年轻组分的混入。根据前人对太华群变质岩Nd同位素组成和太华群黑云斜长片麻岩中锆石的Hf同位素组成测试结果(Ni et al., 2012；时毓等，2012)，取t=151Ma计算出的太华群的εNd(t)、εHf(t)值变化范围分别为：-25.5~-32、-45.2~-50.3，普遍低于黑山-木龙沟地区中酸性岩的εNd(t)和εHf(t)值的变化范围。可见，太华群不可能是黑山-木龙沟地区中酸性岩唯一的物质来源，应还有年轻组分的加入。而根据王团华等(2008)测得的华北地块南缘小秦岭-熊耳山地区产出的中基性岩墙的Nd同位素组成计算所得的εNd(t)(t=151Ma)最大值为-7.8，可以近似代表华北地块南缘岩石圈地幔的Nd同位素组成，略高于这一地区中酸性岩的εNd(t)值，这也暗示了黑山-木龙沟地区的中酸性岩的源区可能有幔源组分的加入，岩体中出现的岩浆暗色包体也支持这一观点。
综上所述，黑山-木龙沟地区的中酸性岩可能是由底侵的幔源岩浆与其诱发熔融的古老的壳源岩浆混合后，之后经过一定程度的分异演化，最后在浅部环境定位的产物。其中壳源岩浆主要来源于华北地块南缘的中-下地壳岩层的部分熔融，主要为太华群。
5.3 矿化类型指示黑山-木龙沟地区出露的地层主要为中元古界官道口群的滨海相碎屑岩-碳酸盐岩沉积建造，岩性主要为燧石条带白云岩，局部夹绢云母板岩、粉砂质板岩，可以使含矿热液性质发生改变，易于交代成矿；北北西和北东东向断裂与层间裂隙复合构造为岩浆侵入提供了通道和成岩成矿场所，加之围岩中次级裂隙发育，使岩体形态复杂，分枝繁多，岩体、岩枝接触面及其附近裂隙是矿液富集之处，控制了矿体产状与接触面和岩枝产状近一致，形状为似层状和透镜状。岩浆岩为一套辉石闪长岩到花岗闪长斑岩的中酸性岩石，岩浆源区具有壳幔混合的特征，碱质高，对成矿有利，侵入碳酸盐地层中，在外部形成矽卡岩型铁矿，在内部(岩体边缘)形成斑岩型钼矿，具有较好的成矿远景。
与石家湾、金堆城成矿斑岩体的对比表明，黑山地区的成矿以矽卡岩型铁铜矿为主，钼成矿远景不大，而木龙沟岩体外围应以矽卡岩型铁-钼-铜为主。
6 结论(1)黑山辉石黑云母闪长岩和木龙沟花岗闪长斑岩的锆石U-Pb年龄分别为154±2Ma (n=16，MSWD=1.8)和151±1Ma (n=15，MSWD=0.4)，代表岩体的侵位年龄，为晚侏罗世侵入体。黑山-木龙沟地区的铁(钼、铜)多金属矿床与地区岩浆侵入活动密切相关，推测这些矿床的形成时间略晚于154~151Ma。
(2)黑山-木龙沟地区的中酸性岩的ISr为0.708676~0.711480之间，εNd(t)变化于-22~-16.1之间，tDM2为2.25~2.72Ga，锆石的εHf(t)为-27.8~-18.4，模式年龄tDM2为2.37~2.96Ga，显示其源区物质以古老壳源物质为主，可能为太古宙太华群，但也有年轻组分的参与。结合岩相学和区域地质特征，岩体可能是由底侵的幔源岩浆与其诱发部分熔融的壳源岩浆混合形成的。
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