云南個舊地區(qū)堿性巖和煌斑巖鋯石u-pb年代學研究

云南個舊地區(qū)堿性巖和煌斑巖鋯石u-pb年代學研究

在舊錫礦區(qū)分布著花崗巖、輝長巖、堿性巖和黃巖巖的巖石組合。以往主要研究花崗巖，如花崗巖[1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11和12]，但對其他巖石感興趣較少。前人曾經(jīng)對個舊地區(qū)的堿性巖進行過年齡測定并存在不同的認識,有關(guān)堿性巖的時代爭議分別為80~90Ma、60~62Ma和29~49Ma。由于堿性巖和煌斑巖具有特殊的成巖成礦構(gòu)造的指示意義,從巖石組合及其組分探討大型-超大型礦床形成地質(zhì)背景是一個前沿性科學問題。筆者針對個舊錫礦田內(nèi)的堿性巖和煌斑巖開展鋯石U-Pb年齡精測,并結(jié)合地質(zhì)地球物理資料與區(qū)域地質(zhì)演化歷史,嘗試對該區(qū)晚中生代的大陸動力學背景進行初步的探討。1礦物地質(zhì)特征個舊是世界上最大規(guī)模的錫多金屬礦田,有色金屬總儲量超過1000萬t,錫資源量超過200萬t,是世界上為數(shù)不多的超大型錫礦床之一。個舊地區(qū)的大地構(gòu)造位置位于揚子陸塊、華南褶皺系及三江褶皺帶三者的復(fù)合部位(圖1)。具體而言,個舊隸屬于華夏地塊西部的右江盆地,其北部以彌勒—師宗斷裂與揚子陸塊分界,西南面以紅河斷裂與哀牢山斷塊毗鄰,南部為越北古陸。礦區(qū)范圍內(nèi)斷裂發(fā)育,小江巖石圈斷裂南緣的南北向個舊斷裂將礦區(qū)劃分為東西兩區(qū),礦床多位于東區(qū),北北東向的五子山復(fù)式背斜以及東西向的5條壓扭性大斷裂(龍樹腳斷裂、背陰山斷裂、老熊洞斷裂、仙人洞斷裂和白龍斷裂)將礦帶自北而南分為馬拉格、松樹腳、老廠、雙竹和卡房5個礦田;礦區(qū)內(nèi)其他控礦構(gòu)造還有:NNE向龍岔河、轎頂山和楊家田大斷裂以及NW向白沙沖大斷裂。印支期地層在個舊地區(qū)廣泛發(fā)育,包括:上三疊統(tǒng)火把沖組板巖、砂巖、砂礫巖,中三疊統(tǒng)法郎組砂巖、頁巖夾凝灰?guī)r和玄武質(zhì)熔巖,中三疊統(tǒng)個舊組碳酸鹽巖,下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組紫紅色砂巖夾綠色砂巖、泥灰?guī)r等。個舊地區(qū)的巖漿巖廣泛發(fā)育,分別有:二疊紀玄武巖,三疊紀玄武巖,燕山期輝長巖、黑云母花崗巖(似斑狀、粗粒狀、細粒狀)、堿長花崗巖、堿性巖(堿性正長巖、霞石正長巖)及巖脈。2長嶺崗巖的巖石化學特征堿性巖主要有堿性正長巖及霞石正長巖。巖體為南北向,受北東向及南北向隱伏斷裂控制,呈“S”形分布,在螺絲寨、巴依寨一帶被肉紅色細粒黑云母花崗巖所分割,分為長嶺崗和白云山南北兩個部分,三者呈連續(xù)過渡關(guān)系。南段(白云山)呈南北延長,北段(長嶺崗)呈北東延長,呈巖株狀侵入于中三疊統(tǒng)個舊組及法郎組地層中,出露面積約40km2(308隊,1984)。堿性正長巖均環(huán)繞霞石正長巖分布,霞石正長巖在堿性正長巖中呈海島狀產(chǎn)出。白云山巖體的主要造巖礦物為霞石、鉀長石、鈉長石、黑榴石、黑云母及少量霓輝石和方鈉石,副礦物有螢石、榍石、鋯石、鈦鐵礦及少量的金紅石和褐簾石等;長嶺崗巖體主要造巖礦物有霓輝石、黑云母和霞石,副礦物與前者基本一致。堿性巖樣品采自個舊市北部與建水縣交界處的普雄鎮(zhèn)鋼杯山地區(qū)(CYB0707037取樣位置:23°31′58″,103°05′32″,見圖1中的正方形),巖性為霞石正長巖。3實驗結(jié)果及年齡用于挑選鋯石的樣品重量約10kg,樣品的破碎和鋯石挑選工作由河北省廊坊市誠信地質(zhì)服務(wù)公司完成,挑出鋯石約200粒。鋯石激光剝蝕等離子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)U-Pb同位素分析在南京大學地球科學系“內(nèi)生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室”完成。本次實驗所采用的激光束斑直徑為25μm。普通鉛校正采用Anderson的方法,年齡計算采用國際標準程序Isoplot(ver3.0)。筆者對堿性巖樣品中的鋯石進行了22個顆粒的22個點測定(表1)。它們在圖2-A中大多數(shù)位于諧和曲線上,表明鋯石形成以后,U-Pb同位素體系保持了封閉,故而測定的年齡值是可信的。鋯石206Pb/238Pb年齡的平均值為(76.6±3.6)Ma,代表堿性巖的巖漿結(jié)晶年齡。筆者對煌斑巖樣品中具有明顯振蕩環(huán)帶的巖漿鋯石進行了22個顆粒的22個點測定(表2)。它們在圖2-B中都位于諧和曲線上,表明鋯石形成以后,U-Pb同位素體系保持了封閉,年齡值是可信的。鋯石206Pb/238Pb年齡的平均值為(77.2±2.4)Ma,代表煌斑巖的巖漿結(jié)晶年齡。4討論4.1晚白堊世巖漿-成礦熱事件的探討堿性巖和煌斑巖分別分布在東區(qū)和西區(qū),相距較遠,因此無法直觀地觀察這兩類巖石到與礦體及花崗巖之間的關(guān)系(圖1)。本文獲得的白云山堿性巖、東區(qū)煌斑巖脈2種侵入巖的侵位結(jié)晶年齡分別是:(76.6±3.6)Ma和(77.2±2.4)Ma,它們均形成于燕山晚期。結(jié)合個舊東區(qū)老卡巖體的年齡為(85±1)Ma,以及個舊東區(qū)南段的卡房礦田中的輝鉬礦Re-Os同位素等時線年齡為(83±2.10)Ma,這些數(shù)據(jù)的吻合程度較好,表明它們受到統(tǒng)一的構(gòu)造-熱事件影響。堿性巖和煌斑巖的形成代表了個舊錫礦區(qū)最后一期巖漿作用的結(jié)束,同時也基本可以限定個舊地區(qū)燕山晚期巖漿活動結(jié)束的時限為75~80Ma。從年齡測試(表1~2)和諧和曲線圖(圖2)中的年齡值均表現(xiàn)出“分堆”的現(xiàn)象。由于堿性巖和煌斑巖的年齡基本相同且同時存在這種現(xiàn)象,表明這兩種巖性的鋯石中均有對70Ma左右發(fā)生在個舊地區(qū)的一起熱事件的記錄。它們暗示了在70Ma時期,個舊地區(qū)可能發(fā)生過一起熱事件,其發(fā)生的時間略晚于個舊地區(qū)最后一次巖漿作用——即煌斑巖和堿性巖侵入的時間,從而使得剛剛就位的巖漿再次受到熱事件的干擾,在熱和能量的作用下,尚未完全固結(jié)的巖漿內(nèi)的鋯石繼續(xù)生長而記錄了這次熱事件。推測這次熱擾動可能受晚白堊世—新生代的印度板塊開始向北俯沖的影響。印度板塊與亞歐板塊陸陸碰撞造山最早開始約為70Ma,這與本區(qū)受擾動的鋯石所記錄的年齡基本一致。中國華南西部地區(qū)廣泛出現(xiàn)白堊紀成巖成礦事件,如:廣西大廠的龍箱蓋復(fù)式花崗巖體,其SHRIMP定年結(jié)果表明含斑黑云母花崗巖與斑狀花崗巖形成于(91±1)~(93±1)Ma;廣西賓陽昆侖關(guān)巖體的形成時代為119Ma;通過對都龍錫礦的形成年代進行精測獲得的數(shù)據(jù)為(79.8±3.2)Ma(鋯石U-PbSHRIMP);滇東南薄竹山隱伏中粒黑云母二長花崗巖的K-Ar及Rb-Sr年齡為73.8~99.9Ma;個舊東區(qū)的老廠—卡房等?；◢弾r體的鋯石U-PbLA-ICP-MS年齡為(85±0.85)Ma;廣西貞豐偏基性超基性巖體的全巖Rb-Sr法年齡為(101±1)Ma;廣西羅甸輝綠巖墻的全巖Rb-Sr法年齡為(97±2)Ma;都安煌斑巖墻群的黑云母K-Ar法年齡為104Ma;大明山中酸性巖墻群的白云母K-Ar法年齡為89~90Ma。同時在該區(qū)也存在一起同期的成礦事件,包括:大廠超大型錫多金屬礦區(qū)的丹池礦段成礦時代為90~100Ma;大明山鎢錫多金屬礦區(qū)內(nèi)的王社鎢銅礦的Re-Os等時線年齡為(93.8±4.6)Ma;個舊東區(qū)卡房錫礦田中夕卡巖中輝鉬礦的Re-Os同位素等時線年齡為(83±2.1)Ma。另外在晚白堊世初都安、武鳴陸相盆地中還伴有中性火山噴發(fā)活動[23,24,25,26,27,28,29]。上述事實表明在燕山晚期華南西部較大區(qū)域范圍內(nèi)存在一期晚白堊世巖漿-成礦熱事件(圖3),這次事件的時限范圍為73.9~119Ma,在80~90Ma前后集中出現(xiàn)。本文獲得的數(shù)據(jù)均在此范圍之內(nèi),表明個舊地區(qū)堿性巖和煌斑巖的形成也是此次熱事件的一部分。4.2晚新生代巖石圈自相增長期如前文所述,個舊堿性巖和煌斑巖侵位年齡分別為(76.6±3.6)Ma和(77.2±2.4)Ma,與滇東南區(qū)域晚白堊世巖漿-成礦事件的時代基本吻合。已有研究表明,堿性巖和煌斑巖一般均形成于巖石圈伸展構(gòu)造背景,暗示個舊地區(qū)晚白堊世處于巖石圈伸展構(gòu)造背景。毛景文等2008年夏天在對滇東南地區(qū)的巖石-礦床進行綜合考察時曾指出,在個舊地區(qū)出現(xiàn)的燕山晚期的輝長巖-堿性巖雙峰式巖石組合代表了一種伸展環(huán)境,這與燕山晚期整個華南西部地區(qū)廣泛存在巖石圈伸展作用一致。通過右江盆地的極低級變質(zhì)作用的研究,認為對右江構(gòu)造帶內(nèi)中生代時期存在一個幔隆帶,在地殼尺度上則表現(xiàn)為伸展、薄化及盆地內(nèi)極低級的變質(zhì)作用。對廣西大廠錫礦田中-酸性侵入巖研究后同樣認為形成于板內(nèi)伸展剪切的構(gòu)造環(huán)境。通過對滇東南都龍錫多金屬礦區(qū)的成巖成礦過程的研究,認為燕山晚期滇東南地區(qū)的地球動力學背景并不是陸內(nèi)碰撞造山過程而主要受到巖石圈伸展作用的影響。個舊礦區(qū)老廠—卡房花崗巖體亦形成于伸展的地球動力學環(huán)境。對南嶺地區(qū)和廣西昆侖關(guān)地區(qū)的成礦事件進行了歸納和總結(jié)后認為南嶺鎢錫多金屬成礦帶西南緣的個舊、白牛廠、都龍、大廠、王社等礦床及相關(guān)花崗巖體為晚中生代巖石圈又一次大規(guī)模伸展背景下的產(chǎn)物。這些認識與位于中國華南地區(qū)最西部地區(qū)的情況一致,個舊錫多金屬礦床與右江晚中生代成礦帶受控于相同的地球動力學背景,均是伸展環(huán)境。陳懋弘(未發(fā)表資料,與筆者通訊)認為廣西白層地區(qū)的超基性巖漿活動是華南西部燕山晚期(80~90Ma)大規(guī)模巖漿活動的一部分,并進一步提出右江褶皺帶在晚白堊世(80~90Ma)與整個華南地區(qū)一起發(fā)生了軟流圈地幔上涌和大規(guī)模巖石圈伸展事件。最新的研究認為堿性巖和煌斑巖具有特殊的動力學指示意義。國外部分學者通過研究發(fā)現(xiàn)煌斑巖的來源為深部地幔;中國學者通過對遼東半島、膠北、青藏高原東部的滇西地區(qū)、甘肅北山、華北太行及湖南錫礦山等地區(qū)的煌斑巖的研究,盡管對煌斑巖的形成機制存在較多的爭論,但認為:(1)煌斑巖來源于地球深部的下地殼或者地幔(虧損地?；蛘吒患蒯?;(2)包括煌斑巖在內(nèi)的基性巖脈的大規(guī)模出現(xiàn)一般代表了巖石圈伸展的環(huán)境[36,37,38,39,40,41]。有關(guān)堿性巖的成因,為大家所公認的有兩點:(1)堿性巖的成巖物質(zhì)主要來源于富堿富稀土的上地幔;(2)侵位發(fā)生于巖石圈拉張伸展的動力學環(huán)境。通過實驗?zāi)M,強有力地證明了堿性巖是由二輝橄欖質(zhì)地幔部分熔融的產(chǎn)物,并提出H2O、CO2和其他流體在堿性巖形成的過程中發(fā)揮了重要的作用。地球物理資料表明,個舊地區(qū)地殼平均速度較大,下地殼厚,巖石圈地幔較薄,其下軟流圈埋深明顯小于其兩側(cè);殼內(nèi)低速(高導)層發(fā)育,埋深淺,構(gòu)造破碎,深大斷裂陡直,構(gòu)成了深部物質(zhì)上升的通道。地震層析三維速度異常得到的華南西部耿馬—那坡一線巖石圈深部構(gòu)造剖面(圖4)表明,個舊下部的巖石圈厚度明顯較周邊地區(qū)薄,軟流圈上涌的特征清晰可見。中國華南地區(qū)由揚子地塊和華夏地塊組成,二者于新元古代(0.8Ga)拼合在一起形成一個整體的華南陸塊,并于印支期完成了與華北克拉通的對接;華南陸塊與古特提斯構(gòu)造域之間的古特提斯洋于三疊紀期間閉合。印支期之后,中國大陸輪廓基本形成。中生代以來,華南西部—三江地區(qū)進入一個相對穩(wěn)定的板內(nèi)環(huán)境階段。個舊地區(qū)的大地構(gòu)造位置位于揚子陸塊-華夏陸塊-三江褶皺帶3個構(gòu)造單元的復(fù)合部位,該處的巖石圈是由不同時代、不同性質(zhì)的塊體拼合而成。特殊的構(gòu)造位置決定了該處的大陸具有復(fù)雜的巖石圈不均一性,而這種不均一性的巖石圈下部的地幔對流體制作為全球范圍內(nèi)的地幔對流系統(tǒng)的其中一部分,卻是統(tǒng)一的。兩者產(chǎn)生的矛盾反映在構(gòu)造應(yīng)力學上,即巖石圈塊體結(jié)合帶更容易發(fā)生變形。根據(jù)現(xiàn)有的理論,拆沉作用可以引起板內(nèi)環(huán)境巖石圈拉張伸展的說法顯然為大多數(shù)人所接受。拆沉作用使巖石圈地幔減薄,引起地幔物質(zhì)上侵,表現(xiàn)為地幔上隆,高的熱流值使得巖石圈溫度的升高,導致地殼物質(zhì)發(fā)生熔融;產(chǎn)生于不同層位的巖漿沿著深大斷裂涌上地表,在地殼淺部形成基性、中酸性、堿性的巖石,同時攜帶上來大量的成礦物質(zhì),為超大型礦床的形成提供了有利的條件。這個說法是對華南西部地區(qū)燕山晚期巖石圈伸展原因的另一種思考,研究古拆沉作用還需要地球物理學、地熱學與地球化學的支持,由于部分巖體和礦區(qū)仍缺乏這些資料,對此本文并無提及?，F(xiàn)在已經(jīng)無法觀察到古拆沉作用留下的痕跡,同時,對拆沉作用理論的研究和認識均有待于進一步的深化,對于華南西部地區(qū)燕山晚期是否發(fā)生過拆沉作用,還是一個存在疑問的課題,對此這里也僅僅作為問題的提出。5研究區(qū)地質(zhì)特征云南個舊礦田西部白云山地區(qū)堿性巖的鋯石U-PbLA-ICP-MS年齡為(76.6±3.6)Ma,東部的羊壩底煌斑巖的LA-ICP-MS年齡為(77.2±2.4)Ma;二者形成時代基本一致,均為燕山晚期的產(chǎn)物。這兩個年齡同時也代表了個舊錫多金屬礦區(qū)內(nèi)最后一次巖漿事件的時限。包括個舊地區(qū)在內(nèi)的整個華南西部地區(qū)在燕山晚期均表現(xiàn)出巖石圈伸展的特征,表明成巖成礦受控于同一區(qū)域應(yīng)力場體系?；桶邘r主要出現(xiàn)在個舊東區(qū)老廠礦田以東的羊壩底選場及周圍地區(qū),多呈脈狀分布,圍巖地層為中三疊統(tǒng)個舊組碳酸鹽巖。巖石呈深灰綠色,斑晶主要由黑云母、普通輝石、長石等組成,斑晶粒徑小于2cm,含量5%~10%。基質(zhì)主要由黑云母、鉀長石、普通輝石、磷灰石、磁鐵礦、黃鐵礦等組成,亦可見少量角閃石,斑晶中暗色礦物的結(jié)晶程度比較好,屬于全自形斑狀結(jié)構(gòu)。黑云母斑晶呈黑色、片狀,其內(nèi)有磁鐵礦及磷灰石等包體;普通輝石斑晶呈柱狀、淺綠色,少量可見被碳酸鹽、