Zircon U-Pb dating of porphyroid monzonitic granite in the Kaerqueka copper polymetallic deposit of East Kunlun Mountains and its geological significance
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摘要:
卡而却卡铜多金属矿床位于东昆仑成矿带西段，具有斑岩型-矽卡岩型-热液型系列成矿的特征，成矿元素以Cu、Mo、Pb、Zn为主，共生、伴生有Fe、Au、Ag、W、Sn。采用LA-ICP-MS同位素测定技术，测得与斑岩型成矿关系密切的似斑状二长花岗岩中锆石的206Pb/238U年龄为226.5±0.5Ma（MSWD=1.05，n=25），表明似斑状二长花岗岩形成于晚三叠世，属印支期岩浆活动的产物。
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关键词:
- 斑岩型 /
- LA-ICP-MS锆石U-Pb测年 /
- 似斑状二长花岗岩 /
- 卡而却卡 /
- 东昆仑
Abstract:The Kaerqueka copper polymetallic deposit is located in the western part of the East Kunlun Mountains metallogenic belt, characterized by porphyritic-skarn-hydrothermal series, with the main metallogenic elements being Cu, Mo, Pb, Zn and associated elements being Fe, Au, Ag, W, Sn. The LA-ICP-MS zircon U-Pb chronological study of porphyroid monzonitic granite shows that the porphyroid monzonitic granite zircon 206Pb/238U age is 226.5±0.5Ma (n=25, MSWD=1.05), which suggests that the porphyroid monzonitic granite was formed in Late Triassic, during the Indosinian magmatic activity.
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南岭是中国有色、稀有金属的重要成矿带，其内花岗岩发育，与之有关的矿床丰富.为此，众多地质学者对花岗岩与成矿进行了深入研究[1-17].然而，地处湘南地区的阳明山-塔山东西向构造-岩浆带，由于交通条件困难，地质工作程度较低.相对而言，该带西部的阳明山地区地质工作程度略高.湖南省地质调查院（原区调所）[9-10]采用单颗粒锆石U-Pb稀释法，对阳明山岩体的定年结果为221Ma、210Ma.陈卫锋等[4]应用锆石LA-ICP-MS法（锆石微区原位单点定年），测定阳明山花岗岩体形成年龄为218±3.4Ma、218±10.0Ma.而东部地区的塔山岩体工作程度较低，尤其是缺乏花岗岩的测年资料，严重制约了该地区基础地质研究和地质找矿工作.笔者根据在该地区的部分工作成果，对塔山花岗岩体的岩石学和SHRIMP锆石UPb年龄进行了探讨.
1. 地质背景
阳明山-塔山构造岩浆带位于湖南南部的桂阳、常宁、新田三县交界区，总体上为一近东西向分布的复式背斜[9-10].背斜核部主要由早古生代寒武系、奥陶系等组成，为活动陆缘陆源碎屑沉积.加里东运动使地层普遍褶皱和发生浅变质，主要岩性为浅变质长石石英砂岩、板岩.核部以外主要由晚古生代地层组成，为较稳定的陆缘浅海相沉积.其中，中泥盆统底部跳马涧组与下伏地层呈明显的角度不整合接触关系.
区内花岗岩发育，由西往东分别为阳明山、白果市、土坳、塔山等岩体，区域上呈近东西向侵入于阳明山-塔山背斜的核部.塔山岩体是区内出露规模最大的岩体，位于该构造-岩浆带的东端，呈近东西向延伸的岩基产出[9-10]，出露面积约200km2（图 1）.岩体侵入于寒武系、奥陶系及中泥盆统跳马涧组，接触面多倾向围岩，倾角为30°~50°.围岩具较强烈的角岩化，部分地段为矽卡岩化.经查明，塔山岩体为多期次活动的复式岩体，经历了4个侵入次岩浆活动.其中，第一侵入次为中细粒斑状电气石黑云母二长花岗岩，第二侵入次为粗中粒斑状电气石黑云母二长花岗岩，第三侵入次为细中粒斑状黑云母二长花岗岩，第四侵入次为细粒斑状二云母二长花岗岩，之间多为脉动接触关系.岩石富硅、钾，SiO2含量为69.77%~73.02%，A/CNK＞1.1，属强过铝质高钾钙碱性系列.相对富集大离子亲石元素，亏损高场强元素.与华南同类花岗岩相比，Ba、Th、U、W等成矿元素较高.轻、重稀土元素分异较强烈，LREE/HREE值为2.80~9.30.Eu分异较明显，δEu为0.18~0.39.花岗岩体与成矿关系较密切.岩体内及外接触带，钨、锡、铜、铅、锌等矿化较强烈.其中，东部以钨、锡矿化为主，西部以铜、铅、锌矿化为主，成矿规律较明显.
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图 1 塔山岩体地质简图1—地质界线；2—角度不整合界线；3—花岗岩侵入接触界线；4—断层；5—破碎带；6—同位素样品采样点；7—钨矿；8—锡矿；9—钨锡矿；10—铅锌矿；11—铜铅锌矿.O—奥陶系；∈—寒武系；ρ—伟晶岩脉；Mγ—细粒花岗岩脉；q—石英脉；ξγTe2—微细粒电气石白云母正长花岗岩；ηγTa3—中粒斑状电气石黑云母二长花岗岩；ηγTb3—粗中粒斑状电气石黑云母二长花岗岩；ηγTc3—细中粒斑状黑云母二长花岗岩Figure 1. Geological map of the Tashan pluton2. 样品特征
为查明塔山花岗岩体的形成年龄，本次测年样品分别采自塔山岩体出露规模较大的第二、三侵入次花岗岩.
D0232样品采于塔山岩体北缘第二侵入次岩体内，位于塔山乡茶潦村东615高地南东133°约450m处的大路边，北纬26°10′40″、东经112°25′49″.岩石微风化，岩性为第二侵入次灰白色-浅灰粗中粒斑状电气石黑云母二长花岗岩，块状构造，似斑状粗中粒花岗结构（图 2-A），斑晶含量达40%~45%.主要由条纹长石、斜长石、石英组成，含少量黑云母、白云母、磷灰石.其中，条纹长石40%，他形，多数颗粒较大，粒径2.16~10.24mm, 可见较多石英、云母、磷灰石等包裹体（图 2-B）；斜长石35%，呈板状，可见卡-钠复合双晶，大小约3.68mm, 少量被条纹长石包裹的颗粒还可见环带构造；石英为他形，含量23%，粒径4.68~9.32mm；黑云母含量2%，红棕色，见一组极完全解理；白云母局部可见.
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图 2 塔山花岗岩照片A—D0232第二侵入次粗中粒斑状电气石黑云母二长花岗岩野外照片；B—D0232显微照片，条纹长石中见云母、磷灰石等包裹体；C— D0244第三侵入次细中粒斑状黑云母二长花岗岩野外照片；D—D0244显微照片，钾长石条纹发育.Kfs—钾长石；Pl—斜长石；Bi—黑云母；Q—石英Figure 2. Photograph of the Tashan plutonD0244样品采于塔山岩体中部光明乡南面公路民房旁，地理坐标为北纬26° 07′ 45″、东经112° 25′11″.岩石微风化至半风化，岩性为第三侵入次细中粒斑状黑云母二长花岗岩.岩石为似斑状结构（图 2-C），斑晶含量达32%.石英斑晶15%，他形粒状，具波状消光，粒径大小6.52~7.44mm；钾长石斑晶9%，短柱状，大小7.44mm×11.6mm, 条纹发育（图 2-D），轻度粘土化，可见较多石英、云母包裹体；斜长石斑晶8%，大小约4.16mm×7.4mm, 颗粒边缘绢云母化较强，中心聚片双晶清晰；黑云母斑晶6%，白云母斑晶1%，电气石微量.基质由细中粒石英、长石、黑云母等组成.
3. 分析方法
测年样品先在野外就地初步淘洗，然后在双目镜下挑选锆石.制靶在北京离子探针中心进行.将锆石样品与RSES（澳大利亚国立大学地球科学研究院）标准锆石TEM（417Ma）在玻璃板上用环氧树脂制靶，制靶方法见宋彪等[18-21].之后，把制成的靶磨到锆石出露约一半，再进行透射光和反射光照相及阴极发光 (CL) 照像（图 3）.通过透射光、反射光和CL图像分析，详细了解锆石的结构特点，选择适合测年的测点位置.锆石U-Th-Pb测年在北京离子探针中心SHRIMP Ⅱ上完成.分析原理及流程见宋彪等[18-21].分析测试在颉颃强博士的指导下进行.在分析过程中，使用RSES的标准锆石SL13（年龄为572Ma, U的含量为238x10-6）标定所测锆石的U、Th、Pb含量.用标准锆石TEM（年龄为417Ma）进行元素间的分馏校正.普通铅根据实测204Pb校正.单个分析点数据均为5次扫描的加权平均值，误差为1σ，而样品最终年龄加权平均值的误差为2σ.年龄计算和图解使用Squid（1.02）和Iso-plot程序[22].
4. 测年结果
D0232锆石晶体呈柱状、长柱状，个别呈短柱状.颜色浅褐色、褐色，因含包体，大多晶体呈半透明状态.晶体长0.30~0.80mm.晶面发育特征以﹛100﹜及﹛311﹜发育完全为主，晶体多为尖锥状及纺锤状晶形.阴极发光（CL）图像中，锆石生长环带清楚（图 3）.
D0244样品锆石晶体呈柱状，个别呈长柱状、短柱状，浅褐色，少数因含铁质浸染物，呈半透明的红褐色状态，边缘透明.颗粒长度大于0.30mm, 大者可达1.20mm, 晶面主要为﹛100﹜及﹛311﹜发育完全，偶见﹛100﹜及﹛311﹜发育完全、﹛110﹜发育不完全的晶体.在CL图像上，生长环带较模糊，一般呈宽条带状（图 3）.
2个样品的锆石测试数据见表 1.单个数据点的误差为1σ，年龄加权平均值具95%置信度，年龄数据采用206Pb/238U年龄，并对数据进行一致曲线统计分析.
4.1 第二侵入次岩体年龄
通过对测年样品D0232透射光、反射光照相及CL分析，从中选择10颗锆石进行了10个点的测试，得到的年龄较一致（图 4-A）.其中10颗锆石中6个分析点的206Pb/238U年龄为211.1~221.0Ma, 年龄加权平均值为218±3Ma（n=6，MSWD=1.15）.这些锆石具有明显的振荡环带（图 3），年龄一致，应代表该侵入次花岗岩的形成年龄.此外，锆石1.1测点及8.1测点，可能位于锆石边缘，或受到后期变质作用影响，发生了Pb丢失，年龄值偏低.锆石2.1测点及10.1测点，位于核部残留老锆石与岩浆锆石之间，年龄值偏大，没有实际地质意义.
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图 4 塔山花岗岩锆石U-Pb谐和图Figure 4. Concordia diagram of SHRIMP zircon U-Pb dating for the Tashan pluton4.2 第三侵入次岩体年龄
对样品D0244根据透射光、反射光及阴极发光照片，对13颗锆石进行了13个点的测试.除少量测点外，大多数测点都落在谐和线上，206Pb/238U年龄为210.3~222.4Ma（图 4-B），年龄加权平均值为215±3Ma（n=9，MSWD=0.81），应为该侵入次花岗岩的形成年龄.另外，从锆石阴极发光图像（图 3）可以看出，锆石3.1、6.1、10.1、13.1测点均位于锆石的核部，外形呈浑圆状，表现出一定程度的磨圆，振荡环带不清晰，显示出残留老锆石的特征.
5. 讨论
湖南境内东西向构造发育，由北往南，依次可分为7个隆（褶）带[9].其中，以阳明山-塔山东西向构造岩浆隆起带发育最清楚和具代表性.以往由于缺乏可靠的地质依据和测年资料，对于该隆起带的形成时代一直处于解析推测阶段，认为形成于加里东期或燕山期.现有研究成果表明，岩浆岩是构造运动的产物，若能测定岩浆岩的形成时代，便可解决构造形成时代.在该构造隆起带的核部，由西往东，依次出露有阳明山、白果市、土坳、塔山等花岗岩体.在阳明山地区，湖南省地质调查院采用单颗粒锆石U-Pb稀释法[9]，测得阳明山岩体年龄为210Ma[9-10].陈卫锋等[4]应用锆石LA-ICP-MS法，测得阳明山花岗岩体形成年龄为218Ma[4].本次在该带东部的塔山岩体内，运用SHRIMP锆石U-Pb法，测得塔山第二侵入次花岗岩的形成年龄218±3Ma, 第三侵入次的岩体年龄为215±3Ma.由此可见，东西两端花岗岩的形成年龄相似，均形成于215~218Ma之间，相当于晚三叠世的产物，表明阳明山-塔山东西向构造岩浆带主要形成于印支期，即晚三叠世.本次SHRIMP锆石U-Pb测年结果证明，当采样测试方法正确时，锆石LA-ICP-MS与锆石SHRIMP测年结果相近.同一岩体的相邻单元，其形成年代间隔较短，为3~5Ma.
表 1 塔山花岗岩样品SHRIMP锆石U-Th-Pb分析结果Table 1. SHRIMP U-Th-Pb analyses of zircons from the Tashan pluton点号 206Pbc/% U/10-6 Th/10-6 232Th/238U 206Pb*/10-6 206Pb/238U年龄/Ma 207Pb/206Pb年龄/Ma 207Pb*/206Pb* ±% 207Pb*/235U ±% 206Pb*/238U ±% D0232-1.1 0.25 1019 60 0.06 27.7 200.5 ±3.3 243 ±47 0.04972 1.5 0.2162 2.3 0.03154 1.7 D0232-2.1 -- 468 116 0.26 71.0 1050 ±20 1021 ±17 0.07294 0.77 1.778 2.2 0.1768 2.1 D0232-3.1 1.27 600 446 0.77 18.1 219.7 ±3.6 291 ±150 0.05140 3.6 0.2455 3.9 0.03464 1.6 D0232-4.1 1.30 829 92 0.11 24.7 216.8 ±3.4 188 ±120 0.05220 3.6 0.2467 4.0 0.03431 1.6 D0232-5.1 0.38 1440 376 0.27 43.1 219.9 ±4.0 215 ±86 0.05260 3.2 0.2523 3.7 0.03479 1.8 D0232-6.1 0.39 1184 94 0.08 34.0 211.1 ±3.3 262 ±63 0.05018 1.6 0.2300 2.3 0.03324 1.6 D0232-7.1 0.56 743 394 0.55 22.2 219.2 ±3.5 158 ±86 0.05276 1.6 0.2527 2.3 0.03474 1.6 D0232-8.1 0.56 2148 103 0.05 59.6 203.6 ±3.1 234 ±89 0.05202 1.0 0.2305 1.9 0.03214 1.5 D0232-9.1 0.18 2250 142 0.07 67.6 221.0 ±3.4 199 ±46 0.04994 1.5 0.2402 2.2 0.03488 1.6 D0232-10.1 1.81 458 51 0.12 18.3 288.0 ±4.8 377 ±170 0.04490 6.2 0.2800 6.5 0.04519 1.7 D0244-1.1 0.41 2246 65 0.03 67.3 220.0 ±4.4 166 ±33 0.05059 0.83 0.2426 2.2 0.03477 2.0 D0244-2.1 1.94 642 524 0.84 18.8 212.3 ±4.4 88 ±120 0.05420 1.9 0.2525 2.8 0.03376 2.1 D0244-3.1 0.11 486 301 0.64 67.8 968 ±18 1，048 ±20 0.07084 0.99 1.576 2.3 0.1614 2.0 D0244-4.1 0.27 2058 99 0.05 62.2 222.4 ±4.4 238 ±32 0.05089 0.85 0.2463 2.2 0.03511 2.0 D0244-5.1 0.97 527 294 0.58 15.3 212.3 ±4.3 150 ±90 0.05510 1.6 0.2563 2.6 0.03373 2.1 D0244-6.1 0.04 1611 623 0.40 313 1315 ±24 1778.7 ±5.5 0.09201 0.41 2.809 2.1 0.2214 2.0 D0244-7.1 0.28 2352 204 0.09 68.1 213.2 ±4.2 210 ±31 0.05291 0.77 0.2461 2.2 0.03373 2.0 D0244-8.1 0.43 1163 82 0.07 33.3 210.3 ±4.2 181 ±58 0.05037 1.8 0.2305 2.7 0.03319 2.0 D0244-9.1 0.39 849 687 0.84 24.9 215.7 ±4.4 252 ±48 0.05224 1.5 0.2454 2.6 0.03407 2.1 D0244-10.1 4.81 335 111 0.34 62.3 1209 ±29 1186 ±94 0.08570 1.4 2.448 3.0 0.2071 2.6 D0244-11.1 1.24 237 92 0.40 6.97 214.4 ±4.8 116 ±200 0.04820 3.8 0.2245 4.4 0.03382 2.2 D0244-12.1 0.46 1427 586 0.42 42.1 216.7 ±4.4 68 ±89 0.05019 1.1 0.2374 2.3 0.03431 2.0 D0244-13.1 0.29 615 108 0.18 52.5 609 ±12 610 ±29 0.06099 1.0 0.8340 2.4 0.0991 2.1 南岭地区是中国有色、稀有金属的重要找矿远景区.区内花岗岩发育，与成矿关系密切，且与花岗岩的形成时代有关，因此，花岗岩形成时代研究备受关注[21].一般认为，成矿主要与燕山期花岗岩活动有关，但研究发现，部分加里东期花岗岩和印支期花岗岩亦可成矿.如最新发现的荷花坪大型锡多金属矿床，其辉钼矿Rb-Os年龄为224±1.9Ma[22]，与阳明山—塔山地区花岗岩形成时代相近.在阳明山—塔山地区花岗岩体附近，目前已发现多处钨、锡、铜、铅、锌等有色金属矿床，显示出较好的找矿远景，说明在南岭地区，除燕山期花岗岩成矿外，印支期花岗岩亦可成矿.
6. 结论
（1）塔山岩体主要形成于晚三叠世，其同位素年龄值在215~218Ma之间，为晚三叠世的产物.
（2）塔山岩体由4个侵入次岩体组成.其中，第二侵入次岩体SHRIMP锆石U-Pb年龄为218±3Ma, 第三侵入次岩体SHRIMP锆石U-Pb年龄为215±3Ma, 表明同一岩体相邻单元之间，时间间隔较短，为3~5Ma.
（3）明阳明山-塔山东西向构造岩浆带主要形成于印支期，即晚三叠世.
（4）南岭地区不仅存在燕山期花岗岩成矿，印支期花岗岩亦可成矿，阳明山-塔山东西向构造岩浆带也是南岭成矿带具有较大找矿潜力的地区.
致谢: 野外工作及样品采集工作得到了青海省第三地质矿产勘查院苏生顺、何书跃高级工程师的大力帮助，分析测试得到天津地质矿产研究所耿建珍老师的支持，审稿专家对论文提出了宝贵的意见和建议，在此一并致以诚挚的感谢。 -
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图 2 卡而却卡铜多金属矿床似斑状二长花岗岩显微照片
Pl—斜长石；Kp—钾长石；Q—石英；Hb—角闪石；Bi—黑云母；Cp—黄铜矿
Figure 2. Photomicrographs of porphyroid monzonitic granite in the Kaerquek copper polymetallic deposit
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图 3 似斑状二长花岗岩（2012KA1）锆石阴极发光 (CL）图像与206Pb/238U年龄
Figure 3. Zircon CL images and 206Pb/238U ages of porphyroid monzonitic granite (2012KA1)
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图 4 似斑状二长花岗岩（2012KA1）锆石U-Pb谐和图（a）及206Pb/238U年龄图（b）
Figure 4. Zircon U-Pb concordia plot (a) and 206Pb/238U ages (b) of porphyroid monzonitic granite (2012KA1)
表 1 卡而却卡似斑状二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素数据
Table 1 LA-ICP-MS U-Th-Pb isotopic analyses of zircon from porphyroid monzonitic granite in the Kaerqueka ore district
样品
2012KA1含量/10-6 同位素比值 年龄/Ma Pb U 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 208Pb/232Th 1σ 232Th/238U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 1 34 837 0.03590 0.00022 0.2509 0.0097 0.05069 0.0017 0.01396 0.00039 0.6764 0.0025 227 1 227 9 227 79 2 45 1154 0.03627 0.00020 0.2522 0.0055 0.05043 0.0011 0.01337 0.00026 0.4991 0.00034 230 1 228 5 215 48 3 34 917 0.03566 0.00020 0.2498 0.0052 0.05079 0.0011 0.01091 0.00017 0.5102 0.00044 226 1 226 5 232 48 4 66 1794 0.03573 0.00021 0.2493 0.0070 0.05060 0.0013 0.01436 0.00043 0.3613 0.00054 226 1 226 6 222 58 5 34 905 0.03574 0.00020 0.2490 0.0054 0.05053 0.0011 0.01061 0.00014 0.5989 0.0013 226 1 226 5 219 50 6 46 1197 0.03561 0.00020 0.2500 0.0057 0.05091 0.0012 0.01293 0.00022 0.5305 0.00050 226 1 227 5 237 49 7 56 1389 0.03651 0.00020 0.2520 0.0054 0.05007 0.00098 0.01292 0.00020 0.6341 0.0012 231 1 228 5 198 46 8 50 1321 0.03577 0.00019 0.2504 0.0039 0.05078 0.00079 0.01026 0.00012 0.5598 0.0013 227 1 227 4 231 36 9 29 754 0.03573 0.00019 0.2490 0.0052 0.05056 0.0010 0.01106 0.00016 0.5694 0.0028 226 1 226 5 221 47 10 101 2758 0.03551 0.00022 0.2486 0.0023 0.05077 0.00048 0.00987 0.000016 0.5058 0.0054 225 1 225 2 231 22 11 36 974 0.03569 0.00020 0.2491 0.0032 0.05062 0.00067 0.01045 0.000074 0.5452 0.0013 226 1 226 3 223 31 12 42 1139 0.03570 0.00020 0.2496 0.0026 0.05071 0.00053 0.00910 0.000025 0.5917 0.00033 226 1 226 2 227 24 13 44 1179 0.03587 0.00019 0.2493 0.0028 0.05041 0.00057 0.00908 0.000042 0.5700 0.0013 227 1 226 3 214 26 14 97 2539 0.03564 0.00022 0.2490 0.0026 0.05067 0.00054 0.00881 0.000015 0.7522 0.0061 226 1 226 2 226 24 15 8 201 0.03572 0.00022 0.2497 0.0096 0.05070 0.0019 0.00925 0.000058 1.1836 0.0023 226 1 226 9 227 87 16 47 1267 0.03561 0.00020 0.2487 0.0027 0.05065 0.00054 0.00940 0.000020 0.5741 0.0014 226 1 226 2 225 24 17 23 597 0.03565 0.00023 0.2499 0.011 0.05083 0.0022 0.00800 0.00019 0.8156 0.0044 226 1 226 10 233 102 18 120 3265 0.03572 0.00026 0.2501 0.0029 0.05078 0.00069 0.00954 0.00010 0.5151 0.0061 226 2 227 3 231 31 19 52 1369 0.03570 0.00027 0.2498 0.0041 0.05076 0.00061 0.00914 0.000087 0.6644 0.0062 226 2 226 4 230 28 20 46 1138 0.03565 0.00019 0.2503 0.0035 0.05092 0.00070 0.00956 0.000053 0.9327 0.0058 226 1 227 3 237 32 21 65 1698 0.03571 0.00020 0.2497 0.0037 0.05072 0.00074 0.01093 0.00013 0.5821 0.0041 226 1 226 3 228 34 22 38 999 0.03581 0.00024 0.2514 0.0047 0.05092 0.0010 0.01156 0.00017 0.5446 0.0037 227 2 228 4 237 47 23 33 898 0.03571 0.00020 0.2488 0.0030 0.05053 0.00060 0.00960 0.000034 0.4658 0.00082 226 1 226 3 220 28 24 52 1340 0.03576 0.00020 0.2518 0.0027 0.05106 0.00053 0.01061 0.000020 0.7074 0.0012 227 1 228 2 243 24 25 55 1443 0.03561 0.00021 0.2508 0.0027 0.05107 0.00051 0.01017 0.000033 0.6076 0.0023 226 1 227 2 244 23 
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