川西甲基卡礦床外圍中酸性侵入巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及地球化學特征

李名則，秦宇龍，趙春，詹涵鈺，周雄，孫光銀

(1.稀有稀土戰(zhàn)略資源評價與利用四川省重點實驗室,成都 610081；2.四川省地質(zhì)調(diào)查院,成都 610081；3.中國地質(zhì)調(diào)查局成都礦產(chǎn)綜合利用研究所,成都 610041；4.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局113地質(zhì)隊,瀘州 646000)

0 引言

川西地區(qū)自古生代以來，發(fā)生了廣泛的巖漿活動，印支晚期為區(qū)內(nèi)花崗質(zhì)巖漿活動的高峰期，形成大量的中酸性侵入巖類[1]。在康定—道孚一帶主要分布石英閃長巖-英云閃長巖-花崗閃長巖-二云母花崗巖系列侵入巖。其中，甲基卡二云母花崗巖體及其周圍地層中由于伴生大量偉晶巖型稀有金屬礦脈而備受矚目。前人研究表明，甲基卡二云母花崗巖的鋯石U-Pb年齡為(223±1) Ma，花崗偉晶巖鋯石U-Pb年齡為(216±2) Ma，其成巖成礦作用發(fā)生于印支晚期[2]。近年來礦區(qū)內(nèi)開展的勘查和研究工作也取得了重要突破，并建立了礦床勘查模型[3-4]。目前，甲基卡礦區(qū)已探明鋰礦石資源總量達到215萬t[3]，BeO資源儲量也達到大型礦床規(guī)模[5]。甲基卡礦區(qū)外圍也已開展勘查找礦及研究工作[6]，但對于甲基卡礦區(qū)外圍的中酸性侵入巖的相關(guān)研究工作較少涉及，而甲基卡偉晶巖型稀有金屬礦床的形成與花崗巖體又有密切成因聯(lián)系[7]，因此，開展區(qū)域內(nèi)的中酸性侵入巖體相關(guān)研究，探討其成礦條件，對甲基卡外圍找礦工作具有重要的指導意義。通過道孚縣色卡鄉(xiāng)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，新發(fā)現(xiàn)了建巴村石英閃長巖體。本文對該巖體的分布范圍、巖石組合進行了詳細的調(diào)查，開展了巖石薄片鑒定、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學和地球化學特征研究，討論其形成的構(gòu)造背景和成礦條件，為甲基卡外圍地區(qū)勘查找礦提供依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于四川省道孚縣色卡鄉(xiāng)，地層區(qū)劃上屬于巴顏喀拉地層區(qū)瑪多—馬爾康地層分區(qū)雅江地層小區(qū)，出露地層主要為三疊系新都橋組和如年各組，構(gòu)造位置上處于松潘—甘孜造山帶的東緣。區(qū)內(nèi)斷裂及劈理帶發(fā)育，主要斷裂為木茹溝斷裂，該斷裂為鮮水河斷裂帶的西南邊界斷裂，呈NW—SE向延伸，斷裂周邊分布著若干次級斷裂以及不同程度的劈理化帶。斷裂北東側(cè)出露如年各組，巖性為灰綠色基性火山巖、粉砂質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖及薄層結(jié)晶灰?guī)r;斷裂西南側(cè)及次級斷裂間出露新都橋組二段，其中二段巖性為灰黑色深灰色板巖及粉砂質(zhì)板巖與變細砂巖互層或夾細砂巖條帶?？刀ā梨诘貐^(qū)的甲基卡花崗巖體、松林口二長花崗巖體、年輪寺二長花崗巖-花崗閃長巖體、古魯石英閃長巖體及建巴村石英閃長巖體均是這一時期巖漿活動的產(chǎn)物。建巴村石英閃長巖體出露于木茹溝斷裂的北東側(cè)(圖1)，斷裂通過其西南緣，并在局部位置可見片麻狀構(gòu)造，表明建巴村巖體的形成時間應早于木茹溝斷裂。巖體出露面積大約為1 km2。

1.甘孜—理塘碰撞結(jié)合帶；2.滑脫帶；3.逆沖推覆帶；4.平移斷層；5.中—新生代花崗巖類(中酸性侵入巖)；6.前震旦紀變質(zhì)雜巖；7.變質(zhì)核雜巖；8.巖漿核雜巖；9.片麻巖穹??；10.構(gòu)造穹?。?1.三疊系新都橋組二段；12.三疊系如年各組；13.第四系沖積物；14.斷裂；15.區(qū)域性斷裂(木茹溝斷裂)；16.石英閃長巖；17.采樣位置；18.樣品編號圖1 松潘—甘孜造山帶構(gòu)造略圖(a)及建巴村巖體地質(zhì)簡圖(b)[8]Fig.1 Geological sketch of Songpan-Ganzi orogenic belt (a) and Jianbacun rocks (b)[8]

2 樣品采集及分析

本次工作采集了鋯石U-Pb定年樣品1件(JN1)，全巖化學分析樣品5件，其中石英閃長巖樣品3件(12HQ1、115HQ1和116HQ1)，石英閃長玢巖樣品1件(13HQ1)，英云閃長巖樣品1件(14HQ1)。采樣位置及樣品編號見圖1。

鋯石U-Pb定年的樣品制作由河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊地質(zhì)實驗室完成，制靶與陰極發(fā)光分析由西安瑞石地質(zhì)科技有限公司完成，LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測定在西北大學大陸動力學國家重點實驗室完成。鋯石U-Pb定年采用Varian820-MS四極桿等離子體質(zhì)譜儀，激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas2005。LA-ICP-MS激光剝蝕采用單點剝蝕方式，數(shù)據(jù)分析前用NIST610進行儀器最佳化。分析時使用標準鋯石91500做外部校正。采用Ander-sen等[9]的方法進行普通鉛校正，詳細實驗過程見參考文獻[10]。分析數(shù)據(jù)處理使用Glitter軟件進行，通過ISOPLOT(V3.0)[11]程序計算獲得鋯石U-Pb諧和圖及加權(quán)平均值。在進行年齡計算過程中以91500為外標進行同位素分餾校正。

樣品主量、微量元素分析在中國地質(zhì)調(diào)查局成都礦產(chǎn)綜合利用研究所完成。主量元素采用傳統(tǒng)儀器分析方法進行定量分析，參照硅酸鹽巖石化學分析方法，同時采用熔片X-射線熒光光譜法和等離子體光電直讀光譜分析法。微量及稀土元素大都采用等離子質(zhì)譜法測定，Cr、Zr、Ga同時也采用壓片法X-射線熒光光譜法，其中Ag、Sn、B采用發(fā)射光譜法測定，As、Sb、Bi采用原子熒光光譜法測定。

3 結(jié)果

3.1 巖石學特征

根據(jù)建巴村巖體巖石的粒度結(jié)構(gòu)變化，可將巖體劃分為3個部分：中心部分為中—粗粒結(jié)構(gòu)，主要由英云閃長巖組成；過渡部分為細—中粒結(jié)構(gòu)，巖性主要為石英閃長巖，少量為石英閃長玢巖；邊緣部分為細粒結(jié)構(gòu)，巖性主要為石英閃長巖，少量為花崗閃長巖。巖體中普遍可見閃長質(zhì)包體(圖2(a))。

石英閃長巖(圖2(b))，淺灰—灰色，半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物成分為斜長石(45%～55%)、堿性長石(5%±)、石英(10%～15%)和黑云母(10%±)，可見少量的輝石(5%±)和角閃石(5%±)。

石英閃長玢巖，淺灰—灰色，半自形中粒結(jié)構(gòu)，似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶礦物主要為斜長石，呈灰白—白色，自形—半自形板狀，大小3～5 mm，含量3%～5%。基質(zhì)為細—中粒長石、石英、黑云母及角閃石等。

英云閃長巖(圖2(c))，淺灰色，中粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物成分為斜長石(45%～55%)、堿性長石(5%±)、石英(20%±)、黑云母(10%±)和角閃石(5%～10%)。

花崗閃長巖(圖2(d))，淺灰色，細?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石主要礦物成分為斜長石(35%～45%)、堿性長石(10%～20%)、石英(20%～25%)、黑云母(5%～10%)及少量角閃石(5%±)。

3.2 鋯石U-Pb同位素定年

石英閃長巖樣品中挑選出的鋯石多為自形柱狀，金剛光澤，長寬比多在2∶1左右，鋯石環(huán)帶結(jié)構(gòu)發(fā)育(圖3)。對定年樣品鋯石的稀土元素進行了分析，結(jié)果顯示：絕大多數(shù)鋯石中的輕稀土元素虧損，重稀土元素富集，且具有顯著的Ce正異常和Eu負異常；鋯石的Th/U比值除個別點外，均在0.34～0.9之間(表1)。以上特征表明建巴村石英閃長巖的鋯石具有典型的巖漿型鋯石特征[12]。

圖3 建巴村巖體鋯石測點及206Pb/238U年齡Fig.3 Zircon analyses and 206Pb/238U ages of Jianbacun rocks

表1 建巴村石英閃長巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果Tab.1 Analytical results of LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopes of Jianbacun quartz diorite

U-Pb同位素測試共分析了30個測點。從表1可見，其中JN1-11測點有明顯的鉛丟失現(xiàn)象，去除該點，獲得鋯石的206Pb/238U年齡在239.6～201.6 Ma之間(表1、圖3)，多數(shù)在214.9～201.6 Ma之間(26個測點)，去除不諧和點，獲得22個測點的加權(quán)平均年齡值為(211.8±1.0) Ma(圖4)，代表了石英閃長巖的結(jié)晶年齡。

圖4 建巴村石英閃長巖鋯石U-Pb諧和圖及加權(quán)平均年齡Fig.4 Zircon U-Pb concordia diagram and weighted average age of Jianbacun quartz diorite

3.3 主量元素

樣品的主量元素分析結(jié)果見表2。其中，樣品12HQ1、15HQ1及16HQ1的巖性為石英閃長巖，13HQ1為石英閃長玢巖，14HQ1為英云閃長巖。

表2 建巴村石英閃長巖體主量元素分析結(jié)果Tab.2 Analyses of major elements of Jianbacun quartz diorite

建巴村石英閃長巖體的SiO2含量為56.45%～63.45%，平均59.09%；全堿含量為4.3%～5.91%，平均4.9%；K2O/Na2O為0.65～0.86，平均0.75；Al2O3含量為15.09%～16.97%，平均16.08%。樣品在TAS分類圖解(圖5)中主要投點于閃長巖和輝石閃長巖區(qū)域。在SiO2-K2O圖解(圖6左)中投點于鈣堿性系列和高鉀鈣堿性系列過渡區(qū)域。在A/NK-A/CNK圖解(圖6右)中主要投點于準鋁質(zhì)范圍內(nèi)，少數(shù)位于弱過鋁質(zhì)區(qū)域，A/CNK值均小于1.1。綜合以上主量元素特征，建巴村石英閃長巖屬于鈣堿性-高鉀鈣堿性準鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)巖石系列。

圖5 建巴村石英閃長巖體TAS圖解[13]Fig.5 TAS diagram of Jianbacun quartz diorite[13]

圖6 建巴村石英閃長巖體A/NK-A/CNK圖解(左)和SiO2-K2O圖解(右)[14-16]Fig.6 Diagrams of A/NK-A/CNK (left) and SiO2-K2O (right) of Jianbacun quartz diorite[14-16]

3.4 稀土元素和微量元素

樣品的稀土元素分析結(jié)果見表3，微量元素分析結(jié)果見表4。其中，樣品12HQ1、15HQ1及16HQ1巖性為石英閃長巖，13HQ1為石英閃長玢巖，14HQ1為英云閃長巖。石英閃長巖體的稀土總量為156.81×10-6～217.77×10-6；LREE/HREE為5.24～8.59，具有明顯的輕、重稀土分異特征，輕稀土富集，而重稀土虧損；δEu為0.66～0.79，輕—中度負異常，這些特征在稀土元素配分圖解(圖7)上有較直觀的體現(xiàn)。微量元素方面，建巴村石英閃長巖表現(xiàn)出明顯的K、Nb、Ce、Ti等元素負異常特征，而Th、La、Sr等元素具有正異常特征(圖8)，其中部分樣品的P、Zr、Hf等元素未表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。

表3 建巴村石英閃長巖體稀土元素分析結(jié)果Tab.3 Analyses of rare earth elements of Jianbacun quartz diorite

表4 建巴村石英閃長巖體微量元素分析結(jié)果Tab.4 Analyses of trace elements of Jianbacun quartz diorite

圖7 建巴村石英閃長巖稀土元素配分型式[17-18]Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns for Jianbacun quartz diorite[17-18]

圖8 建巴村石英閃長巖體微量元素蛛網(wǎng)圖[17-18]Fig.8 Trace elements spidergram for Jianbacun quartz diorite[17-18]

4 討論

4.1 巖石產(chǎn)出構(gòu)造背景

三疊紀晚期南古特提斯洋盆關(guān)閉，引發(fā)大規(guī)模的陸-陸碰撞作用，并導致松潘—甘孜造山帶發(fā)生雙向收縮作用，使區(qū)內(nèi)的地殼擠壓增厚[19]，在川西地區(qū)引發(fā)廣泛的巖漿事件，形成一系列與俯沖碰撞作用相關(guān)的中酸性侵入巖類[7,20]。與甲基卡二云母花崗巖相比，建巴村石英閃長巖體A/CNK值均小于1.1，具有較高含量的MgO、Fe2O3、FeO、TiO2等，稀土元素總量(∑REE含量)較高，Eu負異常不明顯。石英閃長巖中含有角閃石、輝石等鎂鐵質(zhì)礦物，且?guī)r體中普遍可見暗色閃長質(zhì)包體，反映了建巴村巖體具有I型花崗巖類的特征，其物質(zhì)來源可能為殼源物質(zhì)與幔源物質(zhì)的部分熔融[1]。本次獲得的建巴村石英閃長巖體的結(jié)晶年齡為(211.8±1.0) Ma。由圖9可見，建巴村巖體投點于后碰撞花崗巖類區(qū)域，此時期古特提斯洋盆關(guān)閉后轉(zhuǎn)為陸內(nèi)構(gòu)造環(huán)境，各地塊除存在大規(guī)模相對運動外，還可能有小規(guī)模碰撞、巖石圈拆沉等構(gòu)造作用，從而為部分熔融產(chǎn)生的巖漿發(fā)生較大規(guī)模活動提供了環(huán)境[23]，在川西地區(qū)形成大量的規(guī)模不等的晚三疊世中酸性侵入巖類[1]。

Syn-COLG.同碰撞花崗巖；Post-COLG.后碰撞花崗巖；VAG.火山弧花崗巖；WPG.板內(nèi)花崗巖；ORG.洋脊花崗巖圖9 建巴村巖體(Y+Nb)-Rb(左)及Yb-Ta圖解(右)[21-22]Fig.9 Diagrams of (Y+Nb)-Tb (left) and Yb-Ta (right) for Jianbacun rocks [21-22]

4.2 成礦地質(zhì)條件

由上述討論可知，建巴村石英閃長巖可能為殼幔物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物，甲基卡二云母花崗巖則來源于殼源物質(zhì)[7]。從微量元素和稀土元素特征來看，建巴村石英閃長巖與甲基卡二云母花崗巖的稀土元素配分型式(圖7)相似，但后者稀土元素含量明顯低于前者；在微量元素蛛網(wǎng)圖(圖8)中，兩者的微量元素有較大差別，相對于建巴村石英閃長巖，甲基卡二云母花崗巖的Ba、La、Ce、Sr、Nd、Zr、Ti等元素顯著虧損，而Rb元素明顯富集，表明兩者有不同的巖漿演化過程。

甲基卡二云母花崗巖富集Li、Be、Rb、Cs等元素，為Li-F型花崗巖[7,24-25]，這種類型花崗巖易于發(fā)生液態(tài)不混溶作用[26]，從而使母巖漿分異出富含揮發(fā)分的含礦偉晶巖熔體，在巖體及圍巖中形成大量的含礦偉晶巖脈，形成稀有金屬偉晶巖礦床。而建巴村石英閃長巖體沒有上述元素富集的特征，且未發(fā)現(xiàn)有偉晶巖脈的出現(xiàn)，因此，該巖體應不屬于Li-F型花崗巖類，由此推斷，殼幔物質(zhì)熔融形成巖漿后未發(fā)生巖漿分離作用而結(jié)晶演化形成石英閃長巖體。

甲基卡地區(qū)由于巖漿活動形成巖漿-構(gòu)造穹隆，巖漿上涌產(chǎn)生的熱量使近巖體圍巖形成熱接觸變質(zhì)礦物分帶，同時為分異出的偉晶巖熔體提供了物理化學條件，最終在有利的位置形成規(guī)模性的稀有金屬偉晶巖礦床。而建巴村巖體處于甲基卡穹隆區(qū)的外圍，遠離穹隆中心，且出露面積小，其圍巖中除角巖或角巖化圍巖外，未見熱接觸變質(zhì)礦物分帶現(xiàn)象，指示建巴村地區(qū)巖漿活動規(guī)模較小。因此，建巴村石英閃長巖的巖漿活動及構(gòu)造位置特征可能是區(qū)內(nèi)未形成與偉晶巖相關(guān)的礦化現(xiàn)象的決定性因素。

5 結(jié)論

(1)LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年分析的鋯石為典型的巖漿成因鋯石，鋯石U-Pb同位素分析獲得建巴村石英閃長巖體結(jié)晶年齡為(211.8±1.0) Ma，屬晚三疊世。

(2) 該巖體具有I型中酸性侵入巖特征，屬于鈣堿性-高鉀鈣堿性準鋁質(zhì)巖石系列，其物質(zhì)來源可能為殼源物質(zhì)與幔源物質(zhì)的部分熔融。巖體形成于碰撞后構(gòu)造環(huán)境，對應于川西地區(qū)晚三疊世的區(qū)域性巖漿活動。

(3)建巴村石英閃長巖體處于甲基卡穹隆的外圍，遠離穹隆中心，巖漿活動過程中未發(fā)生液態(tài)不混溶作用。因此，建巴村地區(qū)可能不具備形成偉晶巖礦床的條件。