萊西塔埠頭稀土礦氟碳鈰礦Th-Pb定年及礦床成因

汪子杰，徐曉慧

(山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濰坊 261021)

塔埠頭稀土礦位于山東省萊西市西南約2.0km，居于膠萊盆地東部的萊陽凹陷與荊山凸起相接地帶[1]，稀土礦體主要賦存于花崗偉晶巖脈及其附近圍巖中，遠離雜巖體則無礦化現(xiàn)象。目前共探明4個工業(yè)礦體，提交稀土氧化物總量398t，平均品位1.603%，為一小型偉晶巖型稀土礦床。

1 礦床地質(zhì)特征

1.1 地層

區(qū)內(nèi)出露的地層主要為古元古代荊山群，主要巖性為黑云變粒巖、大理巖、斜長角閃巖等，另發(fā)育少量的白堊紀青山群火山巖。

1.2 構(gòu)造

礦區(qū)及其外圍發(fā)育的地區(qū)褶皺構(gòu)造有鳳凰山背斜和大野頭向斜；區(qū)域地層總體走向近EW[2]。區(qū)域斷裂構(gòu)造可分為NE向、NNE向和EW向3組。NNE走向的招遠-平度斷裂和NE走向牟平-即墨斷裂為區(qū)域主要的斷裂構(gòu)造[3]。

1.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿活動頻繁，分布廣泛，主要為玲瓏巖體、花崗偉晶巖以及各類脈巖。稀土礦化發(fā)育在花崗偉晶巖中。礦床主要賦存在中生代白堊紀花崗偉晶巖中。

1.4 礦體特征

塔埠頭稀土礦共探明4個工業(yè)礦體。

Ⅰ號礦體長43m，平均厚1.57m，延深20m。走向112°，傾向22°，平均傾角68°。稀土氧化物總量平均品位2.47%，最高達4.35%；所含伴生元素平均品位：鈾0.018%、釷0.5674%、鈮0.1391%、鉭0.0118%、鋯4.351%(圖1、圖2)。

1—古元古代荊山群野頭組；2—花崗質(zhì)偉晶巖；3—云母-蛭石化帶；4—稀土礦體及編號圖1 塔埠頭稀土礦礦體分布示意圖

Ⅱ號礦體長57.5m，平均厚7.47m，延深30m。走向90°～110°，傾向0°～20°，平均傾角32°。稀土氧化物總量平均品位1.483%，最高達4.08%；所含伴生元素平均品位：鈾0.0129%、釷0.360%、鈮0.0893%、鉭0.0069%、鋯2.395%。野外露頭特征如圖3所示。

1—砂質(zhì)粘土礫石層；2—蛇紋透輝大理巖；3—大理巖；4—塊體狀鉀長石巖；5—斜長偉晶巖；6—鉀長偉晶巖；7—礦體及編號；8—含稀土偉晶巖；9—云母-蛭石蝕變帶；10—實測及推測地質(zhì)界線圖2 塔埠頭稀土礦勘探線剖面圖

Ⅲ號礦體：長60m，平均厚3.66m，延深43m。走向72°，傾向342°，平均傾角35°。稀土氧化物總量平均品位1.558%，最高達3.62%；所含伴生元素平均品位：鈾0.0126%、釷0.3517%、鈮0.0788%、鉭0.0064%、鋯2.004%。

圖3 塔埠頭礦區(qū)Ⅱ號礦體野外照片

1.5 礦石特征

礦石結(jié)構(gòu)以晶粒結(jié)構(gòu)為主，其次有碎裂結(jié)構(gòu)、脈狀結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造以浸染狀、脈狀、細脈浸染狀以及斑點狀構(gòu)造為主，其次為角礫狀及交錯脈狀構(gòu)造。

礦石礦物成分由金屬礦物、非金屬礦物組成，金屬礦物主要有自然金和金屬硫化物，金屬硫化物以黃鐵礦為主，黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦次之；非金屬礦物主要有石英、螢石、絹云母、長石、氟碳鈰礦等。

氟碳鈰礦是花崗偉晶巖中的微量礦物[4]，礦物晶型完好，鏡下可以看出氟碳鈰主要包裹在長石中(圖4)，說明氟碳鈰礦的形成與長石十分密切。詳細的鏡下觀察表明，氟碳鈰礦比母巖形成晚，礦物切割斜長石的條紋(圖5)，顯示氟碳鈰礦出溶于鉀長石中(圖6)。

圖4 氟碳鈰礦顯微特征

圖5 氟碳鈰礦與斜長石關(guān)系顯微照片

圖6 氟碳鈰礦與鉀長石關(guān)系顯微照片

2 成礦時代

20世紀70年代以來，眾多學者做過大量花崗巖定年測試。前人研究表明玲瓏花崗巖K-Ar等時線年齡為(150.12±3.6)Ma，Rb-Sr等時線年齡為(156.40±11.99)Ma，玲瓏型似片麻狀黑云母花崗巖定為早燕山期；侵入玲瓏型似片麻狀黑云母花崗巖的郭家?guī)X型的斑狀花崗閃長巖K-Ar等時線年齡147.81Ma，Rb-Sr等時線年齡153.6Ma，也是燕山期成巖，稍晚于玲瓏花崗巖。胡世玲等[5]用40Ar-39Ar方法得到玲瓏花崗巖年齡為(164.2±1.0)Ma，而郭家?guī)X花崗閃長巖年齡為(134.08±1.7)Ma，另獲郭家?guī)X花崗閃長巖角閃石的K-Ar年齡為(129.6±2.7)～(133.8±2.2)Ma，均屬燕山期晚期。隨著測試技術(shù)的發(fā)展，精確度不斷提高，關(guān)康等[6]、苗來成等[7]采用SHRIMP法更精確地分析了鋯石U-Pb年齡，玲瓏花崗巖形成年齡為150～160Ma，而郭家?guī)X花崗閃長巖在126～130Ma之間。而且2類巖體都含有年齡分別為前寒武紀(>650Ma)和三疊紀(250～200Ma)的繼承性鋯石，表明巖體是前寒武紀(太古代)變質(zhì)基底重熔成因(屬殼源巖漿)。

該次工作于后塔埠頭村水坑南側(cè)20m采集了TB01-1，TB02-3樣品，其中TB01-1采于I號礦體，TB02-3采于II號礦體。

樣品篩選由河北廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查所研承擔，TB01-1挑選出102個氟碳鈰礦單顆粒；TB02-3挑選出220個氟碳鈰礦單顆粒。樣品制靶由西安瑞石地質(zhì)科技有限公司完成，TB01-1標出17個單顆粒，TB02-3標出31個單顆粒(圖7、圖8)。樣品測試由南京聚譜檢測科技有限公司完成，實驗期間：樣品TB01-1的2,7,14單顆粒因為太小被擊穿；8,9,13單顆粒不是氟碳鈰礦；樣品TB02-3的2,19,24,31單顆粒因為太小被擊穿；8,10,27單顆粒不是氟碳鈰礦。

圖7 TB01-1氟碳鈰礦陰極發(fā)光圖像(圖中的圓圈為測點位置)

采用單顆粒氟碳鈰礦Th-Pb定年方法，確定成礦年齡。樣品TB02-3氟碳鈰U，Th和Pb的測定結(jié)果表明，208Pb/232Th的比值很穩(wěn)定，所以用Th-Pb比值計算其年齡，年齡范圍122.1～143.0Ma。用ISOPLOT(Ludwig，2007)計算后得到加權(quán)平均年齡為(128.5±2.0)Ma(MSWD=14，圖9)。樣品TB01-1氟碳鈰208Pb/232Th年齡范圍125.4～138.9Ma。加權(quán)平均年齡為(134.4±1.2)Ma(MSWD=4.1，圖10)。

圖9 TB02-3氟碳鈰礦Th-Pb年齡

2個樣品的年齡測試結(jié)果表明塔埠頭稀土礦形成于(128.5±2.0)Ma～(134.4±1.2)Ma。前人研究認為，玲瓏花崗巖形成年齡為150～160Ma，說明稀土礦及賦礦的偉晶巖的形成時間晚于區(qū)域性圍巖—玲瓏花崗巖的成巖時間，即成礦年齡晚于區(qū)域花崗巖的成巖年齡。

3 成礦要素和成礦模式

3.1 礦床成礦要素

塔埠頭稀土礦的成礦要素包括地質(zhì)環(huán)境和成礦特征兩大類(表1)。地質(zhì)環(huán)境有巖石類型、巖石結(jié)構(gòu)、成礦時代、構(gòu)造背景和成礦環(huán)境及5個方面[8]；礦床特征涉及礦物組合、結(jié)構(gòu)構(gòu)造2個方面。根據(jù)成礦要素的重要程度，將成礦要素分為必要、重要2個等級，塔埠頭稀土礦成礦要素劃分為4個必要要素、3個重要要素(表1)[9-10]。

表1 礦床成礦要素

圖10 TB01-1氟碳鈰礦Th-Pb年齡

3.2 礦床成礦模式

膠東地區(qū)在侏羅紀時巖漿活動強烈，形成玲瓏、昆崳山等大規(guī)?；◢弾r體。巖漿活動期后分異出堿性正長質(zhì)巖漿，巖漿沿斷裂構(gòu)造或?qū)娱g滑動構(gòu)造侵入到古元古代荊山群中，形成偉晶巖體[11]，偉晶巖中含稀土礦物的熱液在適宜部位富集形成稀土礦體(圖11)。稀土礦物主要形成于熱液階段[12]。

1—古元古代荊山群野頭組蛇紋透輝大理巖；2—中生代燕山早期花崗巖；3—中生代燕山早期花崗偉晶巖；4—云母-蛭石蝕變巖；5—稀土礦體圖11 塔埠頭稀土礦礦床成礦模式圖

4 礦床成因討論

塔埠頭稀土礦中的氟碳鈰均產(chǎn)生于長石中[5]，說明氟碳鈰礦的形成與長石密切相關(guān)，其形成的時間略晚于寄主礦物長石[13]。再者，本次測得塔埠頭花崗偉晶巖稀土礦的氟碳鈰單顆粒年齡(128Ma，134Ma)均晚于玲瓏花崗巖(成礦母巖)的年齡(160～150Ma)。因此，推測巖漿活動后期的熱液導致了稀土礦物富集成礦，形成氟碳鈰礦[14]。

膠東地區(qū)晚中生代時受庫拉-太平洋板塊的消減帶影響，處于殼幔相互作用強烈的構(gòu)造環(huán)境，為巖漿活動及熱液上涌提供有利條件[15]。該文測得的稀土氟碳鈰礦的年齡為(134.4±1.2)Ma、(128.5±2.0)Ma，恰與早白堊世早期構(gòu)造—巖漿熱事件(135～125Ma)吻合[16]。研究表明，膠東的白堊紀巖漿活動是由早期地殼或花崗巖類經(jīng)部分熔融或重熔而形成[17]，或者巖漿侵位時與先成地殼或花崗巖類發(fā)生了強烈的同化混染[8]。因此，筆者認為萊西塔埠頭地區(qū)偉晶巖是由一部分玲瓏花崗巖熔融而形成，在巖漿侵入到圍巖中的降溫冷卻過程中，形成了塔埠頭這一中生代的稀土熱液成礦事件。

5 結(jié)論

(1)塔埠頭稀土礦床為小型偉晶巖型稀土礦床，主要稀土礦物為氟碳鈰礦，稀土礦物包裹在長石中。

(2)2個樣品獲得的氟碳鈰礦Th-Pb加權(quán)平均年齡為(128.5±2.0)Ma和(134.4±1.2)Ma。成礦年齡晚于玲瓏花崗巖的成巖年齡。

(3)塔埠頭稀土礦的成礦要素按照重要程度包括4個必要要素、3個重要要素。

(4)稀土礦物形成于大規(guī)模巖漿活動之后的熱液階段。在偉晶巖侵入到圍巖的降溫冷卻過程中，形成了塔埠頭中生代稀土熱液成礦事件。