The first discovery of Indosinian quartz porphyry in Dongkengkou Village, southern An-hui Province
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摘要:
印支时期, 中国东南部地区构造运动活跃, 岩浆活动较为发育。但是, 皖南地区一直未发现该时期侵入岩。近期在安徽省黄山市徽州区东坑口村北约500m处x046县道旁, 发现石英斑岩脉体。用LA-ICP-MS技术测得其中锆石的U-Pb年龄为245.2±2.4Ma, 此年龄代表石英斑岩的结晶年龄, 即形成于印支期中三叠世, 而非前人一直认为的燕山期岩浆活动产物。岩石地球化学特征显示, 东坑口石英斑岩富集Th、La、Ce等大离子亲石元素及轻稀土元素, 亏损Ba、Sr、P、Ti等高场强元素, 具有高的10000×Ga/Al值及Zr、Nb、Ce、Y含量, 岩石中可见半自形的石英和斜长石, 具有A型花岗岩的特征。皖南印支期A型花岗岩的发现, 为区域构造-岩浆演化研究提供了新的科学依据, 对理解和构建中国东南部乃至华南地区早中生代构造演化具有重要意义。
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关键词:
- LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄 /
- 印支期 /
- 东坑口 /
- 石英斑岩 /
- 皖南
Abstract:It is generally thought that both tectonic events and magmatic activities during the Indosinian period were intense in south-eastern China. In contrast, the Indosinian magmatic activities in southern Anhui area were generally not considered to be existent, be-cause there was not any previous reported Indosinian intrusive rock in this area. In this paper, the authors obtained LA-ICP-MS zir-con U-Pb weighted average age of 245.2±2.4Ma for the quartz porphyry dyke from the side of x046 highway, about 500m north of Dongkengkou Village, Huizhou District, Huangshan City, southern Anhui Province, which implys that the Dongkengkou quartz por-phyry (DQP) was formed during Indosinian period rather than in Yanshanian period. The bulk-rock chemical data indicate that the DQP is enriched with LILE, LREE and depleted in high field-strength elements Ba, Sr, P, Ti, and possesses high 10000×Ga/Al ra-tios and high Zr, Nb, Ce and Y values. Petrologically, the DQP has hypidiomorphic quartz and plagioclase, exhibiting A-type gran-ite characteristics. The confirmation of the Indosinian A-type granite from southern Anhui area provides new scientific evidence for understanding the regional tectono-magmatism history, and finally supplies extra evidence for remodeling the tectonic and geody-namic evolution of southeast China.
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Keywords:
- LA-ICP-MS zircon U-Pb age /
- Indosinian /
- Dongkengkou /
- quartz porphyry /
- southern Anhui area
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金刚石是稀有、贵重的矿物资源，因其硬度、光学、电学等物理性能，在冶金、钻探、机械、光学仪器等领域被广泛应用，也是新能源、新材料、信息技术、空间技术等新兴产业的重要战略资源。
津巴布韦是非洲中南部的一个国家，中南部非洲是世界上金刚石资源最丰富的地区之一[1-3]。近年来，在津巴布韦东部边界的马朗奇地区发现了金刚石矿[4-5]，而津巴布韦奇拉色卡地区在马朗奇地区范围内，处于金刚石古砂矿成矿的有利位置，因此奇拉色卡地区具有极大的金刚石找矿潜力。2010— 2014年，山东省第七地质矿产勘查院在津巴布韦奇拉色卡地区开展了金刚石古砂矿的勘查工作。笔者对津巴布韦奇拉色卡矿区金刚石古砂矿的地质特征和矿床成因及找矿意义进行了研究，希望对今后中国境内的金刚石古砂矿找矿具有启发和指导意义。
1. 地质特征
1.1 区域地质特征
奇拉色卡矿区位于津巴布韦东部，构造上处于太古宙津巴布韦克拉通东部边缘[6]，西部紧邻林波波造山带、莫桑比克造山带（图 1）。该造山带是克拉通活动碰撞的产物。特殊的大地构造位置及演化历史使得林波波带成为重要的金刚石产地，其中较著名的有津巴布韦的River Ranch矿床、Murowa和Sese矿床，以及南非的Ventia矿床[7]。由于受北北西向和北北东向基底断裂制约，发育一系列断陷、凸起。断陷在南北方向上以横向隆起带形式各段错开[8]，形成次级盆地。
区域内发育地层（图 2）由老至新为中元古代、三叠纪及第四纪地层，其他时代地层缺失。中元古代地层主要为乌肯多群，自下而上主要为砂砾岩组、灰岩组、泥页岩组、石英砂岩组及玄武岩组。三叠纪地层为卡鲁群，与下伏乌肯多群呈角度不整合接触。第四纪地层为全新世及更新世地层，全新世地层主要分布于东部的澳支河河床及近滩附近；更新世地层主要分布于该河的一级阶地。
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图 2 津巴布韦奇拉色卡矿区区域地质图Q—第四系；Tmp—卡鲁群砂岩组；Pt2mb—乌肯多群玄武岩组；Pt2mm—乌肯多群石英砂岩组；Pt2mc—乌肯多群页岩组；Pt2ml—乌肯多群灰岩组；Pt2ma—乌肯多群砂砾岩组；Dm—燕山早期粗玄岩；Df—燕山晚期辉绿岩；Arγ—太古代花岗岩；1—地质界线；2—角度不整合地质界线；3—断层产状及编号；4—奇拉色卡矿区位置Figure 2. Regional geological map of Cherokee mining area in Zimbabwe区域内构造以断裂构造为主，按方向可分为北北东向、北北西向和北东东向3组断裂，其中北北西向与北北东向的断裂构成较小的断陷盆地，对古砂矿的保存有利。
区域内岩浆岩较发育，主要为太古宙花岗岩，燕山期的粗玄岩及细粒辉绿岩，分布面积较广。
1.2 矿区地质特征
矿区内出露地层自下而上为中元古代前寒武纪乌肯多群砂砾岩组、灰岩组、泥页岩组、石英砂岩组及玄武岩组。砂砾岩组岩性为灰黄色、灰白色薄层砂砾岩，厚度0.2~1.1m，平均厚0.66m；灰岩组岩性为灰白色、青灰色灰岩、泥灰岩，厚0~15.6m，上覆地层与该层呈整合接触；泥页岩组岩性为黄绿色泥质或粉砂质页岩、泥岩，厚度约30m；石英砂岩组为白色-灰白色石英砂岩、长石石英砂岩，厚度约621m；玄武岩组为黑色、暗绿色玄武岩，厚度178m，与下伏地层呈整合接触关系。三叠纪卡鲁群砂岩组岩性为肉红色长石石英砂岩，厚度203m，与下伏地层呈平行不整合接触关系；第四纪地层为残坡积层、冲积层褐黄色含碎石砂质粘土，粉砂质粘土、灰白色含粒砂层。其中乌肯多群砂砾岩组为矿区赋矿层位。矿床产状与地层产状一致，平行产出。矿层倾向较平缓，矿层产出受地层层位和断层控制。
区内构造以断层为主，按走向分为北北西、北北东走向2组。北北西向断层F1在矿区西部出露，出露长度约0.8km，走向335°~355°，倾向西，倾角为80°~85°，断裂带宽2.0~5.0m，断裂带内充填构造花岗质角砾岩，为张性正断层，东盘岩性大部分为花岗岩，局部为灰岩、泥灰岩，西盘岩性大部分为灰岩泥页岩，局部为花岗岩，东西两盘相对位移约200m。北北东向断层F2在矿区东部出露，出露长度约为0.45km，向北延伸出矿区，向南为隐伏断裂。走向35°，断面倾向东，倾角85°左右，断裂带宽0.5~3.0m，带内充填构造角砾岩及碎裂岩，钙质、泥质胶结，局部充填有石英脉。南东盘岩性主要为泥页岩，北西盘岩性北部主要为花岗岩。该断裂南东盘下降，北西盘上升，为逆断层，两盘相对错动约60m，该断裂对本区矿层影响较小。
断层为成矿后构造，对矿层造成错动，影响了矿层的连续性，对矿层起到破坏作用。
区内岩浆岩为太古宙花岗岩，构成结晶基底，分布面积较大，为矿层的底板。
1.3 矿层特征
金刚石古砂矿矿层赋存在中元古代乌肯多群砂砾岩组中，为滨海相沉积型矿床。
本区共圈定1个矿层，矿层厚度由8个探槽、7个浅井及25个钻孔控制，品位由15个选矿大样控制（图 3）。
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图 3 津巴布韦奇拉色卡矿区金刚石古砂矿矿矿层平面图1—勘探编号；2—见矿钻孔及编号；3—未见矿钻孔及编号；4—见矿浅井及编号；5—探槽位置及编号；6—断层；7—角度不整合界线Figure 3. Plan view of the ancient diamond placer ore bed in the Cherokee mining area of Zimbabwe矿层呈层状，上覆灰岩，矿层倾向146°，倾角3°~ 7°，埋藏较浅（图 4），一般小于50m，厚0.40~1.10m。矿层走向上控制长度1732m，倾向上控制宽度40~ 270m，赋存标高+508~+606m。矿层真厚度0.40~ 1.10m，平均真厚度0.66m，厚度变化系数23%，属于稳定类型。矿层品位7.88~47.16ct/m3，平均品位26.31ct/m3，品位变化系数为36%，属于稳定类型。
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图 4 第01线勘探线地质剖面1—中元古代乌肯多群灰岩段；2—乌肯多砂砾岩段；3—太古宙花岗岩；4—钻孔剖面位置及编号；5—探槽位置及编号；6—浅井位置及编号；7—选矿大样位置及编号；8—灰岩；9—泥灰岩；10—花岗岩；11—矿层Figure 4. Geological section along No.1 exploration line2. 矿床成因
矿层赋存于中元古代乌肯多群砂砾岩组沉积岩中，属滨海环境沉积建造[9]。矿床类型为沉积型金刚石古砂矿，该类型矿床赋存于太古宙花岗岩与前寒武纪石灰岩层之间的角度不整合面上，因此，金刚石古砂矿分布区的底砾岩是形成该类型砂矿的有利层位。中国山东、湖南、贵州等地的前寒武系地层中含有金刚石古砂矿[10-22]。由于古元古代—中元古代非洲开始了海相沉积，在海进的过程中，陆地局部含有金刚石原生矿的地段，经风化或河流冲洪积搬运后，在滨海地区沉积下来，并被后来沉积的灰岩覆盖，固结形成金刚石古砂矿床，经后期陆地抬升风化剥离后形成现在的地貌（图 5）。因此，奇拉色卡矿床为固结砂砾岩型和河流冲洪积砂砾层型金刚石砂矿床，河流冲洪积砂砾层型金刚石砂矿床是本区固结砂砾岩型金刚石矿体经过风化剥蚀、冲积沉积形成的现代河流砂砾层型矿床，两者之间具有承接关系。
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图 5 金刚石古砂矿矿床成矿模式1—推测地质界线；2—实际地质界线；3—砂砾岩；4—灰岩；5—花岗岩；6—金伯利角砾岩；7—金刚石；8—矿层Figure 5. Mineralization pattern of ancient diamond placer ores3. 找矿意义
奇拉色卡矿区金刚石古砂矿主要控矿因素有以下3个方面：①地层：中元古代乌肯多群砂砾岩组是金刚石赋矿层位；②大地构造环境：地壳拉张减薄，地幔物质上涌，地壳横向增生，原始沉积盆地处于海侵时期，利于金刚石建造沉积；③构造：后期的断裂构造破坏矿层的连续性。
综合各种找矿标志建立奇拉色卡矿区金刚石古砂矿床勘查模型见表 1。
表 1 奇拉色卡矿区金刚石古砂矿床勘查模型Table 1. A list of exploration models of ancient diamond placer ores in the Cherokee mining area找矿要素 典型特征 大地构造环境 含有金刚石原生矿的稳定克拉通边缘滨海沉积区 含矿地层 中元古代乌肯多群 矿层位置 太古宙花岗岩系基底不整合面之上的底砾岩 含矿岩系和围岩 砂砾岩组、灰岩组、泥页岩组、石英砂岩组、玄武岩组 含矿原岩建造 滨浅海相碎屑岩、碳酸盐岩和火山岩建造 成矿时代 中元古代 矿石特征 矿石为砂砾岩，矿石结构为碎屑结构、砾状结构、砂状结构、颗粒支撑，矿石构造为块状构造、层状构造 含矿层顶板标志 矿层顶板为石灰岩层，底板为太古宙花岗岩，矿层与底板岩系为角度不整合接触 勘查技术体系 大比例尺填图、钻探、槽探、浅井、采样和选矿 4. 结论
（1）奇拉色卡矿区大地构造上处于太古宙津巴布韦克拉通东部边缘，西部紧邻林波波造山带、莫桑比克造山带，其中林波波带为重要的金刚石产地。奇拉色卡矿区处于金刚石古砂矿成矿的有利位置。
（2）矿层赋存于中元古代乌肯多群砂砾岩组沉积岩中，属滨海环境沉积建造，矿床类型为沉积型金刚石古砂矿。
致谢: 锆石U-Pb同位素的测试得到中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室（GPMR）胡兆初教授的支持和帮助，在此表示衷心的感谢。 -
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图 1 皖南东坑口地区地质简图（据参考文献[①]修改）及显微照片
a—研究区大地构造位置；b—黄山市徽州区东坑口地质图及D065（石英斑岩）采样位置；c—石英斑岩镜下照片
Figure 1. Geological map of Dongkengkou area
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图 2 东坑口石英斑岩脉体野外露头特征
a—石英斑岩脉体（Qπ）侵入于新元古代大谷运组（Pt3d）中；b—石英斑岩（Qπ）露头；c—石英斑岩（Qπ）中硅化石英细脉（Q）；d—石英斑岩脉体边部石英闪长玢岩小脉体（δμ）
Figure 2. Outcrop characteristics of the Dongkengkou quartz porphyry
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图 3 东坑口石英斑岩锆石CL图像及206Pb/238U年龄、分析点号
Figure 3. Zircon CL images for Dongkengkou quartz porphyry and test spots
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图 4 东坑口石英斑岩锆石U-P谐和图（a）及206Pb/238U年龄图（b）
Figure 4. U-Pb concordia diagram (a) and 206Pb/238U age plot (b) of the zircon in the Dongkengkou quartz porphyry
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图 5 东坑口石英斑岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线（a）及微量元素原始地幔标准化蛛网图（b）（标准化数据据参考文献[20]）
Figure 5. REE patterns (a) and trace element spider diagram (b) for the Dongkengkou quartz porphyry
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图 6 花岗岩10000×Ga/Al判别图解（底图据参考文献[22]）
A—A型花岗岩；I—I型花岗岩；S—S型花岗岩
Figure 6. 10000×Ga/Al discrimination diagrams for granites
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图 7 花岗岩Y-Nb（a）和Yb-Ta（b）构造环境判别图解（底图据参考文献[23]）
Figure 7. Y-Nb (a) and Yb-Ta (b) discrimination diagrams for granites
表 1 东坑口石英斑岩主量、微量和稀土元素地球化学数据
Table 1 Petrochemical and geochemical data the Dongkengkou quartz porphyry
样品号 D065-1 D065-2 D065-3 SiO2 75.2 75.3 75.4 TiO2 0.01 0.01 0.01 Al2O3 14.35 14.25 14.45 Fe2O3 0.51 0.52 0.55 MnO 0.11 0.11 0.1 MgO 0.1 0.12 0.13 CaO 0.2 0.43 0.29 K2O+Na2O 5.09 5.16 5.24 K2O 1.77 1.68 1.72 P2O3 0.02 0.02 0.02 Na2O 6.86 6.84 6.96 LOI 1.28 1.35 1.24 SUM 98.67 99 99.21 La 7.1 7.8 7.9 Ce 15.9 17.6 16.8 Pr 2.29 2.53 2.56 Nd 10.6 11.3 11.4 Sm 5.55 5.77 5.57 Eu 0.15 0.18 0.2 Gd 8.59 8.64 8.71 Tb 1.39 1.39 1.42 Dy 7.02 7.35 7.31 Ho 1.35 1.35 1.39 Er 3.36 3.16 3.33 Tm 0.48 0.48 0.48 Yb 2.66 2.69 2.83 Lu 2.66 2.69 2.83 Cs 58.8 55.3 53.5 Rb 401 397 385 Ba 86.7 104.5 109 Th 11.05 11.8 11.5 U 15.05 14.55 14.8 Nb 40.7 40.6 40.6 Ta 5.3 5.2 5.4 Ga 39.8 39.2 39.2 Nb 40.7 40.6 40.6 Sr 61.8 78.2 73 P 87.28 87.28 87.28 Zr 51 50 45 Ti 59.93 59.93 59.93 Y 41.4 42.2 42.5 
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表 2 东坑口石英斑岩D065-4的LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素分析结果
Table 2 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb analytical results of the Dongkengkou quartz porphyry
测点 232Th/10-6 238U/10-6 Pb/10-6 Th/U 同位素比值 同位素年龄/Ma 谐和度 207Pb/206pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 1 235 436 44.1 0.53 0.0629 0.0021 0.3225 0.0107 0.0371 0.0004 706 70.4 284 8.2 235 2.4 79% 2 366 511 63.7 0.71 0.0521 0.0016 0.2834 0.0088 0.0393 0.0004 287 75.0 253 7.0 248 2.7 98% 3 160 128 22.5 1.24 0.1524 0.0150 0.8898 0.1098 0.0334 0.0013 2373 168 646 59.0 212 7.9 0% 4 215 426 42.0 0.50 0.0515 0.0016 0.2743 0.0081 0.0386 0.0004 265 70.4 246 6.5 244 2.2 99% 5 270 463 57.4 0.58 0.0528 0.0019 0.2810 0.0100 0.0385 0.0004 317 81.5 251 7.9 244 2.6 97% 6 178 354 88 0.50 0.0685 0.0017 0.8877 0.0291 0.0928 0.0017 883 84.3 645 15.6 572 9.8 87% 7 139 300 46.4 0.46 0.0555 0.0018 0.4584 0.0146 0.0602 0.0008 432 69.4 383 10.2 377 4.6 98% 8 498 726 81 0.68 0.0505 0.0013 0.2656 0.0071 0.0380 0.0004 217 61.1 239 5.7 240 2.4 99% 9 572 739 98 0.77 0.0504 0.0013 0.2666 0.0070 0.0383 0.0005 213 59.2 240 5.6 242 3.0 99% 10 200 370 143 0.53 0.0695 0.0014 1.4493 0.0308 0.1504 0.0017 922 40.7 910 12.8 903 9.5 99% 11 130 442 100 0.29 0.0679 0.0013 1.2173 0.0219 0.1293 0.0010 865 37.0 809 10.0 784 5.4 97% 12 136 137 57.5 0.98 0.0837 0.0027 1.2990 0.0366 0.1142 0.0015 1285 62.5 845 16.2 697 8.5 79% 13 688 870 350 0.79 0.0897 0.0020 1.4424 0.0363 0.1152 0.0010 1420 43.1 907 15.1 703 5.8 71% 14 210 394 39.9 0.53 0.0514 0.0018 0.2726 0.0089 0.0386 0.0004 261 77.8 245 7.1 244 2.7 99% 15 92.2 351 34.5 0.26 0.0531 0.0018 0.4651 0.0152 0.0633 0.0006 345 74.1 388 10.6 396 3.9 97% 16 286 481 54.8 0.59 0.0614 0.0020 0.3261 0.0108 0.0383 0.0004 654 65.7 287 8.2 242 2.5 81% 17 182 474 42.0 0.38 0.0514 0.0024 0.2709 0.0120 0.0382 0.0004 257 107.4 243 9.6 242 2.8 99% 18 386 589 63.3 0.65 0.0559 0.0017 0.2810 0.0083 0.0364 0.0004 450 63.9 251 6.6 230 2.4 91% 19 420 697 61.2 0.60 0.0524 0.0015 0.2732 0.0077 0.0377 0.0003 306 64.8 245 6.1 238 2.1 97% 20 211 334 31.6 0.63 0.0507 0.0018 0.2721 0.0096 0.0388 0.0004 228 81.5 244 7.6 245 2.7 99%
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