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水头岩体的铅研究和评论
论文类别:专家论文
作 者:佚名
所在地区:水头岩体的铅研究和评论
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摘 要:
    花岗岩的形成与大陆地壳的生长演化关系密切,因此对花岗岩的研究成为了解地球深部信息的重要手段之一。南岭花岗岩出露广泛,是我国有色、稀有多金属矿产最集中的产区,也是离子吸附型稀土矿的重要成矿来源。这些矿床在形成时间、空间和成因上与花岗岩类有着密切的关系。因此,南岭[花岗岩的研究是成矿作用研究的基础[1]。南岭花岗岩中大量存在由不同时代花岗岩类所组成的复式岩体[2-4]。燕山期花岗岩在华南分布最广,呈东西向展布的燕山早期花岗岩被认为是与印支运动有联系的后造山运动花岗岩组合,多具壳源特征[5]。有些花岗岩的分布可能会出现相对于构造运动带迁移的反向超越,从而造成华南地区广泛出现多期、多阶段的复式花岗岩体[6-7]。虽然同位素地球化学、微量元素测试方法已广泛应用于花岗岩的研究,花岗岩的研究水平呈现了质的飞跃,取得了大量的涉及矿床学、岩石学和地球化学等领域的研究成果[1,4,7-11],尤其是同位素地质测年法因具有广泛的可测对象,在南岭花岗岩研究中得到普遍应用,为解决成岩成矿时代提供了有效支持[12-16],但仍存在大量复式岩体的成岩年龄未见报道。燕山期花岗岩占南岭地区总出露面积的66.6%[4,17],可见对燕山期花岗岩的年代学及含矿性研究非常重要。水头岩体位于赣南东南地区,是赣南典型的复式岩体之一,由于水头岩体在地质填图过程中被认为是一个由加里东晚期侵入的复式岩体,因此一直缺乏精确的同位素年龄报道。为此,本文对该岩体进行了锆石U-Pb定年,通过对该岩体进行岩石地球化学和同位素年代学的研究,为进一步了解其成因和含矿性提供依据。
    1地质特征
    赣南地区大地构造位置隶属于华南加里东褶皱系中的一部分(图1a),北部以江山—绍兴断裂带和扬子地块东南缘的江南新元古代造山带为界,南部以郑和—大埔断裂带和东南沿海的晚中生代火山岩带相隔。区内地层自震旦系-第四系均有出露,仅缺失志留系,地层发育比较齐全。该区岩石普遍发生区域浅变质作用,构成区内的褶皱基底。赣南地区岩浆岩分布广泛,加里东期-燕山期均有分布,以酸性岩为主,中、基性岩次之。岩性主要为黑云母花岗岩、花岗斑岩、花岗闪长岩等。区内主要构造行迹有加里东期褶皱构造,轴向主要为NW向、NE向,次为近SN向等。燕山期主要表现为断裂构造,以NE、NNE向为主,次为NW及EW向。该区岩浆活动频繁,是有色、稀有多金属矿产资源的重要成矿母岩[8]。图2赣南水头岩体采样点照片Fig.2Photosofshuitougraniticplutonsample水头岩体位于赣南地区会昌县(1∶20万图幅于都幅东南部)境内,为一出露面积约70km2的岩体,呈近NNE向长条形产出。1∶20万区域调查工作中将水头岩体作为加里东晚期的侵入体。水头岩体外接触带为各种混合岩(图1b),与区域变质作用有关,由于岩体的侵入而有所加剧[18]。该岩体具有构造运动后期高侵入位的特征,原生构造不太发育。岩性较单一,主要为黑云母花岗岩,变化不大,成分较稳定,黑云母多色性强,暗色矿物中偶见角闪石;SiO2含量在70%~73%之间,属正常花岗岩类。Ti含量高,比一般酸性岩高出一倍以上,在副矿物中普遍出现各种钛的独立矿物。石榴石、稀土矿物和与岩浆期后热液作用有关的金属矿物在岩体中出现并不普遍。
    2样品采集
    本次用于锆石定年的样品(YDst-1和YDst-2)采自江西省会昌县(1∶20万图幅于都幅)西北部。样品YDst-1采自高排-右水的省道边(图2a),野外观察岩体和石英脉中均含有电气石,岩性为粗粒二云母花岗岩(图2b)。样品YDst-2采自右水-岭背村路边(图2c),野外观察含石英、长石斑晶,弱风化,岩性为中细粒含斑黑云母花岗岩(图2d)。对照1∶20万于都幅、寻乌幅地质图判断属于水头岩体(南与三标岩体对接)。
    3样品锆石铀-铅分析结果与讨论
    3.1锆石铀-铅分析用于U-Pb测年的锆石选自水头岩体的新鲜岩石样品,采样点位置如图1所示。分别于两个样品采集点样袋中选出用于测年的岩石样品,先逐级粉碎,后进行人工分选淘洗;在双目镜下挑选出晶型完整的锆石。将选出的锆石置于环氧树脂中,研磨抛光至约一半,使锆石内部暴露,以便用于阴极发光和背散射电子图像分析及随后的多接收器电感耦合等离子体质谱法(MC-ICP-MS)分析。锆石的阴极发光和背散射电子图像分析在矿产资源研究所的电子探针实验室完成,分析时电压20kV,电流50nA。详细方法参考文献[19]。锆石的U-Pb测年在中国地质科学院矿产资源研究所的MC-ICP-MS实验室完成。所用仪器为FinniganNeptune多接收器等离子体质谱,激光剥蚀系统为NewwaveUP213。分析试验中采用的激光直径为25μm,剥蚀频率为10Hz,能量密度为2.5J/cm2,分析时每10个样品点中间穿插2个参考标准GJ1和1个Pleˇsovice分析,数据处理采用ICPMSDataCal软件。锆石年龄和谐图采用Isoplot3.0程序制作完成。锆石的U-Pb测年的详细仪器参数设置及详细工作方法参图3锆石的代表性阴极发光图像Fig.3Typicalcathodoluminescenceimagesofzircons圆圈表示分析位置,序号表示分析点位,数据为206Pb/238U年龄,数据单位为Ma。考文献[20]。考虑到238U和235U在半衰期和丰度的差异,锆石中积累的放射成因207Pb的丰度较206Pb的丰度大约低20倍,使得207Pb的测量精度较206Pb差,从而导致207Pb/235U和207Pb/206Pb年龄值不能如实地反映岩体形成的真实年龄。故对于放射成因组分积累较少的年轻锆石,通常206Pb/238U更能反映锆石的结晶时间[21]。基于此,在下文讨论中,锆石加权平均年龄取206Pb/238U年龄。选取的样品YDst-1和YDst-2锆石阴极发光图像见图3。粗粒二云母花岗岩(YDst-1)测定了5个单颗粒锆石,共5个测点(序号1.2、1.3、1.5、1.6、1.7,见图3),年龄结果见表1和图4。测点1.2、1.3、1.7的Th/U均<0.1(表1),锆石外壳与内部的生长形状不连续,具有核心,尤其是测点1.2,具有明显的核-幔分界,是老核新壳的结构,可能是岩浆包裹早期的核心并围绕其生长。测点1.2的206Pb/238U年龄为(429.3±3.2)Ma,属于加里东期。测点1.5的206Pb/238U年龄为(578.6±14.8)Ma,测点1.6的206Pb/238U年龄为(563.1±9.0)Ma,属于加里东期,从测点位置来看可能是核部与边缘的混合年龄。测点1.3的206Pb/238U年龄为(251.2±1.6)Ma,1.7的206Pb/238U年龄为(362.1±2.5)Ma,属于海西期,该两粒锆石的打点位置均位于锆石的偏核心部位,暗示深部岩浆上升过程中捕获的残留锆石。样品YDst-1的年龄值谐和度较差。上述5个数据没有参与最终的加权平均计算。中细粒含斑黑云母花岗岩(样品YDst-2)共测定了15个单颗粒锆石,15个测点(序号2.1~2.10、2.12~2.16),如图3所示,部分成长柱状,晶型比较完整,裂纹不发育,且部分岩浆结晶环带发育,有的环带密集,有的环带较稀少。韵律环带结构显示样品YDst-2的锆石为典型的岩浆成因锆石。年龄数据中的15个测点集中分布于(140.5±2.1)Ma~(144.0±8.4)Ma之间,且均落在谐和线上(图4),代表岩浆结晶时间,15个测点的206Pb/238U加权平均年龄为(142.7±0.6)Ma(MSWD=1.03),该年龄应该代表水头岩体的成岩年龄。该样品所测锆石全部属于燕山期,而不是前人认为的加里东晚期。鉴于以上样品YDst-1得到的5个年龄数据较YDst-2的15个年龄数据(140.5±2.1)Ma~(144.0±8.4)Ma有较大的差别,可能有两种解释,一种解释是由于水头岩体是一个复式岩体,年龄数据显示存在多期岩浆活动,同一个岩浆结晶过程绝不可能长达200Ma,在默认实测数据可靠的情况下,这5个年龄证实了该岩体至少经历了3次岩浆活动。另一种解释是YDst-1得到的5个年龄数据不甚可靠,需要重新测试样品进行进一步研究。
    3.2主量微量元素和稀土元素分析将新鲜的岩石样品碎样至200目以下,送国家地质实验测试中心完成主量、微量及稀土元素含量分析。主量元素(除FeO外)测试采用X射线荧光光谱法(XRF)测定(选用不同基地和不同含量的国家一级地球化学标准物质),精密度(RSD)为2%~8%,检测下限为0.01%。FeO含量测定方法为将样品置于聚四氟乙烯坩埚中加入HF、H2SO4分解后,用重铬酸钾标准溶液滴定其含量,精密度(RSD)<10%,检测下限为0.05%。微量及稀土元素含量测试选用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定,将样品置于封闭溶样器的聚四氟乙烯内罐中,加入HF、HNO3装入钢套中,190℃中保温24h,取出冷却后,于电热板上蒸干,加入HNO3再次溶样3h,将溶液转入洁净塑料瓶中,测定包含稀土元素在内的微量元素含量。该方法精密度(RSD)为2%~10%,检测下限为0.05μg/g。水头岩体不同类型的岩石的主量、微量和稀土元素化学成分见表2。在火成岩SiO2AK分类命名图解[22]上,粗粒二云母花岗岩(YDst-1)和中细粒含斑黑云母花岗岩(YDst-2)均投在花岗岩区域(图5)。粗粒二云母花岗岩的SiO2含量为68.15%,全碱含量(K2O+Na2O)为9.32%,K2O/Na2O=1.41,A/CNK=1.32(>1.1),Fe2O3含量为0.76%,FeO含量为0.86%。中细粒含斑黑云母花岗岩的SiO2含量为73.58%,全碱含量(K2O+Na2O)为7.63%,K2O/Na2O=2.39,A/CNK=1.22(>1.1),Fe2O3含量为1.57%,FeO含量为0.52%,可见两期花岗岩均属过铝质(图6)。两期花岗岩均落入图7所示的钾玄岩花岗岩类。与海西期粗粒二云母花岗岩相比,燕山期中细粒含斑黑云母花岗岩的过渡元素Sc、V、Cr、Co、Zn等元素含量明显偏高,硅质元素相对高,镁铁质元素降低,反映出两者之间的分异演化关系。K2O/Na2O的比值相差较多,从某种程度说明两期岩浆的碱度是不同的。二者稀土元素具有Eu负异常(图8、图9),燕山期中细粒含斑黑云母花岗稀土总量ΣREE(284.29μg/g)较海西期粗粒二云母花岗岩ΣREE(105.97μg/g)升高了不止一倍,指示了岩浆的分异结晶作用。上述分析表明水头岩体具交代性与岩浆性双重特征,可能为原地重熔交代作用(即再生岩浆)形成的复式岩体。
    4时代和构造背景及含矿性讨论
    4.1时代问题及构造背景水头岩体在1∶20万区调工作中一直被认为属于加里东期。本次研究获得的锆石U-Pb同位素年龄结果显示,水头岩体的形成时代为(142.7±0.6)Ma,属于燕山期的产物,而不是前人认为的加里东期晚期。但也存在前期(海西期和加里东期)的同位素年龄信息记录,说明该岩体是复式岩体,存在至少3期岩浆活动。早期发生在加里东期,后期发生在海西期,最新一次发生在燕山期。但目前对各成矿阶段的精确同位素控制还不足,需要进一步研究。华南燕山期花岗岩分布广泛,分布的广度和出露的面积均居南岭地区各期花岗岩之首,这种现象代表了南岭地区花岗岩活动的最高潮。大量研究表明,燕山期岩体往往都是由若干个阶段岩浆活动组成的复式岩体。例如湖南的瑶岗仙至少存在两期成矿作用[26],福建的行洛坑岩体也是3次侵入的产物,江西的西华山岩体是四次侵入的复式岩体,湖南的邓阜仙和广西的栗木岩体均为3次侵入的复式岩体,其他如诸广山、大东山、贵东等大型岩体也都是多期多次的复式岩体。大量研究表明复式岩体的存在是南岭地区构造活动反复发生的结果,也是同源岩浆大体同时侵入并赋存于同一接触界面之内所构成[1]。本次研究的水头岩体就是典型代表,与前人研究成果相吻合。岩石化学成分和微量元素显示出,水头岩体从海西期粗粒二云母花岗岩到燕山期中-细粒含斑黑云母花岗岩,SiO2含量在增加,Al2O3、MgO、TiO2、P2O5、Sn含量在减少,可能与斜长石和暗色矿物析出有关。硅质元素含量相对增高,而镁铁质元素含量相对降低,反映出两期之间的分异演化关系。稀土元素分配分模式稍见右倾,轻稀土和重稀土中等分馏,负Eu异常明显,∑REE从海西期花岗岩到燕山期花岗岩显著升高,表明岩浆的原地重熔交代作用[27]。上述分析表明,水头岩体这一复式岩体可能由同源多期岩浆经过再生作用形成的。水头岩体位于花岗岩发育的武夷山西侧地区,受控于断裂构造,同时没有火山岩与之共生,岩体的形成推断为大陆碰撞变形过程的同碰撞造山花岗岩[28]。从区域地质的角度考虑,水头岩体的形成可能与扬子和华夏地块之间的拼贴历史有着紧密联系,其地质意义有待于进一步研究。
    4.2含矿性评价华南地区以大规模钨锡多金属成矿为特点[9,29],而燕山期花岗岩也被认为是与稀土矿床有关的主要花岗岩体。本次研究清楚地表明,两个样品YDst-1(印支-海西期)与YDst-2(燕山期)的总稀土含量呈明显的升高趋势,由105.97μg/g上升到284.29μg/g,水头岩体中所有的稀土元素相对地壳的标准化分布型图(图8)中,均显示出燕山期明显高于印支-海西期,可见稀土元素存在着随岩浆演化时间富集的趋势。因此,初步推断水头岩体具备良好的稀土成矿条件。对于除稀土以外的其他主、微量元素,从图10中看不出某个元素特别明显的富集趋势,但值得一提的水头岩体的岩石化学数据较该区印支-海西期的岩体平均值更富集,这也从某种程度上也说明了该岩体具备成矿母岩的基本条件。
    5结语
    利用锆石U-Pb法,测得水头岩体锆石的U-Pb年龄为(142.7±0.6)Ma,属于燕山期的产物,而不是前人认为的加里东期。这与其相邻岩体(三标岩体)有着相近的同位素地质年代学记录[4]。但也存在前期(海西期和加里东期)的同位素年龄信息记录。本次年代学研究证实水头岩体确是复式岩体,存在加里东期-海西印支期-燕山期至少3期岩浆活动。水头岩体属过铝质钾玄岩花岗岩类,是南岭地区构造活动反复发生的结果,该岩体是同源岩浆大体同时侵入并赋存于同一接触界面之内所构成,属同源多期岩浆经过原地重熔形成的产物。包括水头岩体在内的华南燕山期花岗岩是稀土矿床成矿的良好母岩,水头岩体的稀土含量虽不是很高,但也具备了良好的稀土含量。
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