東昆侖地區(qū)駝路溝鈷金礦床硅質(zhì)鈉長巖鋯石U-Pb定年及Hf同位素特征研究

余福承　陳靜　黃廣文　楊雪松　叢殿閣　邱煒

摘? 要：東昆侖駝路溝鈷（金）礦床是青海省發(fā)現(xiàn)的首個獨(dú)立大型噴流沉積型礦床，說明容礦圍巖為一套海相火山-沉積巖系。本文在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，對該礦區(qū)短溝礦段YM1坑口的硅質(zhì)鈉長巖進(jìn)行巖石學(xué)、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)及Hf同位素分析。結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)鈉長巖的形成年齡為（457.3±4.6） Ma，佐證了該礦區(qū)噴流作用成巖與成礦的同時性;另外獲得9.20～1.10 Ga和2.40～2.50 Ga的2個年齡集中區(qū)，說明了研究區(qū)基底演化和源區(qū)物質(zhì)的復(fù)雜性。Hf同位素顯示為兩個集中區(qū)，其中年齡峰值422～459 Ma的鋯石獲得εHf（t）值為-0.61～12.72，表明鋯石母巖主要為新生的地殼物質(zhì)，指示硅質(zhì)鈉長巖的形成與海底火山噴發(fā)作用密切相關(guān);另外0.85～1.10 Ga的鋯石εHf（t）值為-15.09～-0.07，其鋯石母巖中主要為再造的古老地殼，表明該區(qū)基底源區(qū)物質(zhì)的復(fù)雜性。通過區(qū)域?qū)Ρ确治?，認(rèn)為駝路溝礦區(qū)含礦火山-沉積巖系形成時代與鈉長巖年齡、成礦年齡非常接近，噴流沉積時代應(yīng)為晚奧陶世。

關(guān)鍵詞：鈉長巖;U-Pb定年;Hf同位素;駝路溝鈷（金）礦;東昆侖

東昆侖駝路溝礦床是青海省發(fā)現(xiàn)的首例獨(dú)立大型鈷（金）礦床，區(qū)內(nèi)礦段主要由短溝、玉女溝及長征溝三部分組成，容礦圍巖為納赤臺群一套海相火山-沉積巖系，該礦床成因類型上屬噴流沉積型[1，2]。前人針對該礦床進(jìn)行了研究工作，圍繞礦區(qū)成礦年齡、地球化學(xué)特征、成礦物理化學(xué)條件及礦床地質(zhì)特征方面，獲取了少量前瞻性成果及認(rèn)識，如駝路溝礦區(qū)黃鐵礦的Re-Os等時線年齡為（442±17） Ma，賦礦石英鈉長巖SHRIMP U-Pb年齡為（468±9） Ma[3-5]，兩者年齡之間存有一定誤差。除此之外，研究區(qū)無其他研究報道，區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)性研究方面整體較為薄弱。本文在前人研究基礎(chǔ)上，針對區(qū)內(nèi)短溝礦段YM1坑口出露的含礦鈉長巖展開研究，通過野外地質(zhì)調(diào)查，從室內(nèi)巖石學(xué)特征入手，結(jié)合LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)及Hf同位素分析研究，初步解譯短溝礦段含礦鈉長巖成巖年齡及形成過程，并對比前人研究成果，進(jìn)一步厘清駝路溝礦區(qū)噴流沉積成巖成礦作用的形成時代，為區(qū)內(nèi)進(jìn)一步尋找及判別其噴流沉積型礦床提供必要的理論依據(jù)和意義。

1 地質(zhì)背景和樣品特征

礦區(qū)處于昆中斷裂和昆南斷裂之間（圖1），受印支期-燕山期區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動影響，地層的走向、巖體產(chǎn)出及構(gòu)造形態(tài)均以EW向?yàn)橹鳌：V層位為奧陶—志留系淺變質(zhì)的火山-沉積巖系[6]，分4個巖性組，自下而上分別為：①變碳硅泥巖段（a-1）。由灰黑色含碳菱鐵絹云母石英片巖或千枚巖、斑點(diǎn)狀絹云母石英千枚巖夾硅質(zhì)巖透鏡體組成;②變凝灰?guī)r-砂巖段（a-2）。在長征溝和短溝以綠泥石絹云母石英片巖、絹云母石英片巖為主，在南溝西以絹云母石英千枚巖，糜棱巖化千枚巖、糜棱巖、綠泥云英片巖為主，底部為礫巖;③變火山巖-沉積巖段（a-3）。是短溝-長征溝地區(qū)主要含礦層位，近EW向展布，巖性在南溝東主要為綠泥石絹云母石英片巖、石英鈉長巖、絹云母石英片巖。在南溝西以綠泥絹云母石英片巖、絹云母千枚巖、糜棱巖為主，底部為礫巖;④變砂巖段（a-4）。底部為復(fù)成份礫巖，其它均為絹云母石英板巖[7]（圖2）。

從變質(zhì)巖石特征看，以區(qū)域變質(zhì)作用為主，并存在動力變質(zhì)作用，變質(zhì)程度一般為低級變質(zhì)，形成的變質(zhì)巖有片巖、千枚巖、板巖等。動力變質(zhì)巖主體受構(gòu)造的控制，形成角礫巖、糜棱巖類巖石。礦化層主要呈近EW向順層展布于變火山巖-沉積巖段（a-3）中，礦化主要與硅質(zhì)鈉長巖關(guān)系密切，礦化層寬1～50 m。地表西起長征溝，向東一直延伸至駝路溝以東，已控制的長度大于7 km。據(jù)地表礦化質(zhì)量評價結(jié)果，已發(fā)現(xiàn)的15個礦體，主要集中分布于短溝、玉女溝及長征溝3個礦段[9]（圖2）。

受后期區(qū)域動力學(xué)影響，圍巖發(fā)生強(qiáng)烈而廣泛的構(gòu)造置換作用，原始巖石層理只能依稀可見。礦區(qū)內(nèi)硅質(zhì)鈉長巖多呈層狀、似層狀產(chǎn)出，已強(qiáng)烈構(gòu)造變形，呈條帶褶曲狀與絹云母石英片巖互層分布，硅質(zhì)鈉長巖是富含“鈉長質(zhì)”端元組分的硅質(zhì)巖，張德全等通過巖相學(xué)、礦物學(xué)及元素地球化學(xué)研究證明，其為典型的噴氣沉積巖，為遠(yuǎn)離噴氣口的產(chǎn)物[10]。

2 樣品采集與分析方法

2.1 樣品采集與巖相學(xué)特征

本次工作所采硅質(zhì)鈉長巖取自短溝礦段（圖2），區(qū)內(nèi)硅質(zhì)鈉長巖與灰綠色絹云母片巖呈整合接觸。巖石呈暗白色，發(fā)育粒狀結(jié)構(gòu)，局部為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造（圖3-a），加稀HCl反應(yīng)微弱，整體發(fā)育輕微碳酸鹽化、硅化等蝕變現(xiàn)象。巖石主要由鈉長石、白云石、少量石英及裂隙充填物組成（圖3-b），副礦物見不透明金屬礦物。其中鈉長石呈半自形細(xì)小板狀、粒狀，粒徑0.02～0.04 mm，整體發(fā)育聚片雙晶，含量約53%;白云石呈半自形-他形粒狀，粒徑0.02～0.03 mm，發(fā)育高級白干涉色，含量約31%;石英呈他形粒狀、微粒狀展布，粒徑0.02～0.03 mm，零星較均勻分布在其他礦物間，含量約11%。另巖石局部見沿后期脆性裂隙充填，有后期熱液作用形成的石英及碳酸鹽礦物，充填物石英呈他形粒狀，粒徑0.50～1.10 mm，碳酸鹽礦物呈粒狀，大小0.50～1.30 mm，與石英相間分布。

2.2? 分析方法

用于測年的硅質(zhì)鈉長巖樣品在北京燕都中實(shí)測試技術(shù)有限公司進(jìn)行分選，將樣品粉碎后用磁選及重液法粗選鋯石，后在雙目鏡下挑選出用于定年的鋯石顆粒[11]。LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年和鋯石原位Lu-Hf同位素分析均在北京燕都中實(shí)測試技術(shù)有限公司完成，用于U-Pb同位素定年激光剝蝕系統(tǒng)為New Wave UP213，ICP-MS為布魯克M90，鋯石標(biāo)準(zhǔn)采用91 500和Plesovice作為外標(biāo)進(jìn)行同位素分餾校正，剝蝕光斑直徑據(jù)實(shí)際情況選擇25 μm。普通鉛計(jì)算按Andersen[12]的3D坐標(biāo)法進(jìn)行校正，樣品同位素比值和元素含量計(jì)算采用GLITTER4.4軟件處理、鋯石的諧和曲線和加權(quán)平均年齡的計(jì)算采用Isoplot程序完成[13，15]。

鋯石原位Lu-Hf同位素分析由美國熱電Nepture-plus MC-ICP-MS與New Wave UP213激光燒蝕進(jìn)樣系統(tǒng)測試完成。測試步驟與校準(zhǔn)方法類似Wu et al[14]。鋯石剝蝕使用頻率為8 Hz，能量為16 J/cm2的激光剝蝕31 s。由于鋯石中176Lu/177Hf比值極低（一般小于0.002），176Lu對176Hf的同位素干擾可忽略不計(jì)。每個測試點(diǎn)的173Yb/172Yb平均值用于計(jì)算Yb的分餾系數(shù)，再扣除176Yb對176Hf的同質(zhì)異位素干擾。173Yb/172Yb同位素比值為1.352 74。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石成因及U-Pb 年代學(xué)

針對硅質(zhì)鈉長巖中分選出的鋯石，本文選取了50粒鋯石進(jìn)行測年分析，剔除不諧和年齡點(diǎn)23、47號外，共獲得48個有效測試點(diǎn)（表1），鋯石年齡介于422～2 515 Ma，7號測點(diǎn)激光剝蝕位置在邊部，其核部年齡應(yīng)更高，該年齡代表了后期生長特征，由于數(shù)量極少，不具代表性。最小年齡452～465 Ma的鋯石顆粒共有5顆（除7號測點(diǎn)），陰極發(fā)光圖像中發(fā)育明顯震蕩環(huán)帶（圖4-a），且晶形較好，呈短柱狀、棱角狀展布， Th/U比值為0.51～1.12，具典型巖漿鋯石特征。這些鋯石生長環(huán)帶較窄，說明形成速度較快，明暗相間，說明鋯石成分不均一，形成環(huán)境較為復(fù)雜。初步認(rèn)為其為代表海底火山噴流作用中形成的原生鋯石。5個年齡的加權(quán)平均值為（457.3±4.6） Ma，代表了鈉長巖的結(jié)晶年齡，屬晚奧陶世（圖4-b）。

本次獲得了536～2 514 Ma的鋯石年齡，鋯石CL圖像顯示大部分具有核-邊結(jié)構(gòu)，增生邊較寬（圖5），表明其經(jīng)歷了較強(qiáng)構(gòu)造-熱事件的改造，具后期生長特征。個別鋯石出現(xiàn)扇形分帶結(jié)構(gòu)（圖5，點(diǎn)47），該結(jié)構(gòu)是由于鋯石結(jié)晶時外部環(huán)境變化導(dǎo)致各晶面生長速率不一致造成的[16]。對于206Pb/238U 年齡小于1 000 Ma的點(diǎn)采用206Pb/238U 年齡，對于206Pb/238U年齡大于1 000 Ma的點(diǎn)則采用206Pb/207Pb年齡。從圖6可看出，主要有2個年齡集中區(qū)，主集中區(qū)諧和年齡為920～1100 Ma，為數(shù)據(jù)主體，峰值為～982 Ma，表明它們可能經(jīng)歷過Grenville 期構(gòu)造-巖漿事件[17];另一個集中區(qū)206Pb/207Pb年齡為1500～1650 Ma，峰值為～1600 Ma。此外，還有207Pb/206Pb分別為1 900～2 000 Ma和2 400～2 550 Ma的兩個年齡次級集中區(qū)。上述鋯石年齡代表區(qū)內(nèi)古元古代白沙河巖組、中元古代小廟巖組、萬寶溝群以及晚元古代丘吉東溝組等地層中鋯石形成時代[18-20]，它們由強(qiáng)烈的海底火山噴發(fā)作用從深部基底物質(zhì)中捕獲帶出，并與熱水流體等一起沉積沉淀下來，后賦存于硅質(zhì)鈉長巖中。因此，不能代表硅質(zhì)鈉長巖的成巖結(jié)晶年齡。

3.2 鋯石Hf同位素

鋯石具很高的Hf同位素體系封閉溫度，且Lu-Hf同位素體系的封閉溫度高于Sm-Nd同位素體系，即使在麻粒巖相等高級變質(zhì)條件下，鋯石仍可保持原始Hf同位素組成，故Hf同位素原位分析可為鋯石成因演化提供重要的制約參數(shù)[17]。本次鋯石的Hf 同位素分析中（表2），形成年齡峰422～459 Ma的4顆鋯石獲得εHf（t）值為-0.61～12.72（表2，圖7），表明該期鋯石母巖主要為新生的地殼物質(zhì)，這與鈉長巖形成密切相關(guān)（由強(qiáng)烈的海底火山噴發(fā)作用形成，并與熱水流體相互作用沉積成巖）。一階段模式年齡主體在0.9～1.1 Ga之間，表明海底火山巖源區(qū)物質(zhì)可能經(jīng)歷過Grenville期構(gòu)造-巖漿事件[21];形成年齡峰的0.85～1.10 Ga的7顆鋯石εHf（t）值為-15.09～-0.07（圖7），表明鋯石的母巖中主要為再造的古老地殼。

4 討論

前人得出駝路溝鈷（金）礦床為噴流沉積成因[1-3，5]，本人獲得硅質(zhì)鈉長巖加權(quán)平均年齡（457.3±4.6） Ma，與前人得出的（442±17） Ma年齡整體較為吻合[3，4]，含礦地層時代可近似代表其成礦時代，總體意義重大。前人對該礦區(qū)含礦地層時代爭議較多，如李光岑等將昆侖橋以南相當(dāng)于原“納赤臺系”第二巖組的地層劃為三疊系，并認(rèn)為“納赤臺群”由3個不完整的沉積旋回組成，由上而下分別命名為哈拉巴依溝組、石灰廠組和水泥廠組，依據(jù)所發(fā)現(xiàn)的珊瑚和腕足類等化石，將其時代定為晚奧陶世[3];青海省地質(zhì)礦產(chǎn)局在《青海省巖石地層》一書中沿用李光岑等的劃分方案，并將其時代置于晚奧陶世—志留紀(jì)[6，7]。近年來開展的《青海省區(qū)域地質(zhì)志（2018）》認(rèn)為納赤臺群主體形成時代仍為中奧陶—早志留世[22]，其間可能有時代較新的混雜體[23];中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所對研究區(qū)附近的“納赤臺群”進(jìn)行了重新劃分，并重新劃分了奧陶—志留紀(jì)地層[24]。結(jié)合本次對駝路溝鈷（金）礦的初步調(diào)查，認(rèn)為駝路溝含礦建造為一套鈉質(zhì)硅質(zhì)火山巖組合，以中酸性火山巖及其凝灰?guī)r為主，且伴生硅質(zhì)巖和硅質(zhì)鈉長巖。張耀玲等在水泥廠北青藏公路東側(cè)鐵路旁測得淺灰綠色流紋巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡為（450.4±4.3） Ma[4]，被解釋為火山作用年齡，與陳能松等在東昆侖東段的納赤臺群變火山巖中獲得的（448±4） Ma的單顆粒鋯石U-Pb年齡非常相近[25]，為一套與大陸裂解過程有關(guān)的火山-沉積巖系。上述變火山巖年齡與本次工作測得硅質(zhì)鈉長巖時代（（457.3±4.6） Ma）較為一致，在誤差允許范圍內(nèi)，應(yīng)同屬納赤臺群石灰廠組的火山巖段[6]，或納赤臺蛇群（蛇綠混雜巖）的中酸性巖石組合[22]。

因此，本文初步認(rèn)為駝路溝礦區(qū)噴流沉積作用時代為晚奧陶世，海底中酸性火山噴發(fā)與海水相互作用形成硅質(zhì)鈉長巖質(zhì)巖層，與中酸性火山巖關(guān)系極為密切。另外，通過本次工作調(diào)查，納赤臺群中酸性火山巖組合不發(fā)育，出露面積較小，也側(cè)面解釋了為什么東昆侖西段目前僅發(fā)現(xiàn)有駝路溝大型噴流沉積型鈷（金）礦床。

5 結(jié)論

（1） 東昆侖駝路溝鈷（金）礦床短溝礦段YM1坑口硅質(zhì)鈉長巖成巖年齡為（457.3±4.6） Ma;同時獲得了9.20～1.10 Ga、1.50～1.65 Ga、1.90～2.00 Ga和2 400～2 550 Ga的4個年齡集中區(qū)，說明本區(qū)基底演化和源區(qū)物質(zhì)的復(fù)雜性。

（2） Hf同位素分析顯示兩個集中區(qū)，形成年齡峰422～459 Ma的鋯石獲得εHf（t）值為-0.61～12.72，表明該期鋯石母巖主要為新生的地殼物質(zhì)，代表鈉長巖的形成與海底火山噴發(fā)作用密切相關(guān);形成年齡峰0.85～1.10 Ga的鋯石εHf（t）值為-15.09～-0.07，表明海底火山巖源區(qū)物質(zhì)可能經(jīng)歷過Grenville期構(gòu)造-巖漿事件，為再造的古老地殼。

（3） 駝路溝礦床含礦地層時代主體為中奧陶—早志留世，與噴流沉積形成的鈉長巖形成時代及成礦年齡相符，可認(rèn)為駝路溝礦區(qū)噴流沉積作用時代為晚奧陶世，海底中酸性火山噴發(fā)與海水相互作用形成硅質(zhì)鈉長巖巖層和鈷（金）礦床。

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Abstract： Tuolugou cobalt （gold） deposit is the first independent large-scale jet-sedimentary deposit discovered in East Kunlun， Qinghai province. The host rock is a set of marine volcanic-sedimentary rocks. On the basis of field investigation， petrology， LA-ICP-MS zircon U-Pb geochronology and Hf isotope analysis of siliceous albite at the mouth of Ym1 pit were carried out in the Xiaogou ore block of the mining area. The results show that the formation age of albite in the area is 457.3±4.6 Ma， which further supports the simultaneity of exhalation diagenesis and mineralization.Besides， two age concentration zones of 9.20～1.10 Ga and 2.40～2.50 Ga were obtained， which represented the basement evolution of the study area and the material complexity of the source area. Hf isotopes indicate two concentration areas， where zircons with age peaks ranging from 422 to 459 Ma with the Hf（T） value of -0.61 to 12.72， indicating that the zircons' parent rocks are mainly composed of newly formed crustal materials， indicating that the formation of silicic sodium feldspar is closely related to submarine volcanic eruptions. In addition， the zircon with age of 0.85 ～ 1.10 Ga have Hf（T） value of is -15.09 ～ -0.07， and the primary rocks of the zircons are mainly the reconstructed ancient crust， indicating the complexity of the materials in the basement source area. Through regional comparison and analysis， it is concluded that the formation age of volcanic sedimentary rocks in Tuolugou mine is very close to the age of sodium feldspar and metallogenic age， and the age of jet deposition should be late Ordovician.

Key words： Albite; U-Pb dating; Hf isotope; Tuolugou cobalt （gold） deposit; East Kunlun