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  地质通报  2017, Vol. 36 Issue (6): 945-955  
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陈华安, 祝向平, 刘朝强, 李光明, 马东方, 段志明, 李玉昌, 卫鲁杰. 西藏多龙矿集区萨玛隆闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄和岩石化学特征及其对成矿背景的约束[J]. 地质通报, 2017, 36(6): 945-955.
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CHEN Huaan, ZHU Xiangping, LIU Chaoqiang, LI Guangming, MA Dongfang, DUAN Zhiming, LI Yuchang, WEI Lujie. LA-ICP-MS zircon U-Pb age and petrochemistry of the Samalong diorite in the Duolong metallogenic area of Tibet and its constraint on the metallogenic setting of the porphyry deposits[J]. Geological Bulletin of China, 2017, 36(6): 945-955.
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基金项目

国家自然科学基金项目《西藏自治区改则县多不杂斑岩铜金矿床岩浆演化与成矿背景研究》(批准号:41202049)、《西藏冈底斯过铝花岗岩的岩石成因及其对地壳生长的约束》(编号:41272091)和中国地质调查局项目《中国矿产地质与成矿规律综合集成和服务》(矿产地质志)(编号:DD20160346)、《滇西地区三稀等重要矿产地质调查》(编号:DD20179604)、《西南三江有色金属资源基地调查》(编号:DD20160016)

作者简介

陈华安(1964-), 男, 学士, 高级工程师, 从事资源评价与矿床学研究工作。E-mail:ckscha@sina.com

通讯作者

祝向平(1979-), 男, 博士, 高级工程师, 从事资源评价与矿床学研究工作。E-mail:zhuxiangping3@hotmail.com

文章历史

收稿日期: 2016-05-09
修订日期: 2017-05-17
西藏多龙矿集区萨玛隆闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄和岩石化学特征及其对成矿背景的约束
陈华安1, 祝向平1, 刘朝强2, 李光明1, 马东方1, 段志明1, 李玉昌2, 卫鲁杰2    
1. 中国地质调查局成都地质调查中心, 四川 成都 610081;
2. 西藏地质矿产勘查开发局第五地质大队, 青海 格尔木 816000
摘要: 西藏多龙矿集区是目前班公湖-怒江成矿带内最具潜力的找矿远景区,矿集区内已发现4处大型斑岩铜矿,但其成矿背景尚有争议。通过开展成矿前的萨玛隆闪长岩锆石U-Pb测年、岩石化学分析,结合区域内构造发育序次,对系列斑岩铜矿的成矿背景进行探讨。对萨玛隆闪长岩中进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年,获得23颗锆石的206Pb/238U年龄加权平均值为121.6±1.7 Ma(MSWD=1.9),代表了闪长岩的成岩年龄。萨玛隆闪长岩的全岩岩石化学分析结果显示,该岩石属于中钾富钠岩石,富集轻稀土元素和大离子亲石元素,亏损重稀土元素和高场强元素,具有高Sr、低Y特征,相对富集Cr、Ni等不相容元素,有埃达克岩的亲和性。闪长岩具相对较高的(87Sr/86Sr)i值和较低的(143Nd/144Nd)i值、εNdt)。全岩岩石化学特征显示,萨玛隆闪长岩起源于下地壳角闪岩相,可能有幔源物质混入。矿区内早期走滑断层切穿萨玛隆闪长岩,指示多龙矿集区内主要控岩-控矿走滑断层可能形成于116~121 Ma,多龙矿集区内系列斑岩铜矿形成于班公湖-怒江洋向北俯冲末期的构造转换阶段。
关键词: 多龙矿集区    闪长岩    斑岩铜矿    成矿背景    锆石U-Pb测年    LA-ICP-MS    
LA-ICP-MS zircon U-Pb age and petrochemistry of the Samalong diorite in the Duolong metallogenic area of Tibet and its constraint on the metallogenic setting of the porphyry deposits
CHEN Huaan1, ZHU Xiangping1, LIU Chaoqiang2, LI Guangming1, MA Dongfang1, DUAN Zhiming1, LI Yuchang2, WEI Lujie2    
1. Chengdu Center of Geological Survey, China Geological Survey, Chengdu 610081, Sichuan, China;
2. No.5 Geological Party, Tibet Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development, Golmud 816000, Qinghai, China
Abstract: The Duolong ore concentration area is the most favorable potential prospecting area in the Bangong Co-Nujiang metallo-genic belt.Four porphyry Cu-Au deposits have been discovered in the Duolong area, but their metallogenic setting is still in contro-versy.The Samalong diorite is located in the central part of the Duolong area.Combined with the tectono-magmatic activation, the authors studied geochronology and bulk geochemistry of the Samalong diorite so as to constrain the metallogenic setting of the por-phyry deposits.25 zircon samples selected form the Samalong diorite intrusion were analyzed by LA-ICP-MS, which yielded a weighted 206Pb/238U age of 121.6±1.7 Ma (MSWD=1.9, n=23), which represents its intrusive age.According to the bulk petrochemi-cal results, the Samalong diorite intrusion belongs to the middle potassium and sodium-rich magmatic series.The Samalong diorite is also enriched in light rare earth elements and large ion lithophile elements and depleted in heavy rare earth elements and high fieldstrength elements, with high Sr and low Y concentrations, suggesting adakite-like affinity.The high initial 87Sr/86Sr values (0.7056~0.7073) and low initial 143Nd/144Nd (0.5124~0.5125) and εNd(t)(-1.3~0.7) suggest that the Samlong diorite was generated from the lower crust, and its relative high MgO content and incompatible elements (Cr, Ni, etc.) concentrations indicate that there might have been some melt derived from the peridotitic mantle wedge mixed in the source region.The Samalong diorite was cut by the former strike-slip faults, which probably suggests that these later strike-slip faults controlled the formation of the porphyry deposits within 116~121 Ma, and the porphyry deposits in the Duolong ore concentration area were formed within the structural transferring period at the last stage of the northward subduction of Bangong Co-Nujiang Neo-Tethys Ocean.
Key words: Duolong ore concentration area    diorite    porphyry copper deposit    metallogenic setting    zircon U-Pb dating    LAICP-MS    

近年来,斑岩铜矿找矿工作在青藏高原及其周边获得较大突破,特别是在青藏高原东部与南部发现了多个斑岩铜矿,目前在青藏高原中部也发现了多个斑岩铜矿,其中有4个斑岩铜矿集中产于多龙矿集区内,因此多龙斑岩铜矿矿集区近期倍受关注。多龙矿集区内已经发现的大型斑岩铜矿有多不杂、波龙、拿若和铁格隆南4个斑岩铜矿,还发现多个热液型矿床(点),显示出较大的找矿潜力。多龙矿集区的科研工作在近年来也逐步开展,主要涉及地质背景[1]、主要矿床的成岩与成矿年龄、矿床成因等方面[2-9]。本文通过开展多龙矿集区内萨玛隆花岗岩的锆石U-Pb年龄、岩石化学特征等研究,揭示萨玛隆闪长岩的源区、岩石成因,结合多龙矿集区内构造演化研究结果,探讨构造-岩浆作用对多龙矿集区内系列斑岩铜矿成矿背景的制约。

1 地质背景

中生代班公湖-怒江洋向南[10-13]和向北俯冲[14-15],诱发了燕山期大规模岩浆作用,形成大量铜、铁、金等矿床,构成班公湖-怒江成矿带(图 1-a[16]。伴随班公湖-怒江洋侏罗纪—白垩纪向北俯冲[14-15],在南羌塘陆块南缘增生形成了楔形增生体[1],早白垩世大量中酸性岩浆在该增生楔内侵位,构成班公湖-怒江西段的构造-岩浆弧。多龙矿集区位于班公湖-怒江西段的构造-岩浆弧中。

图 1 多龙矿集区构造背景简图(a)和地质简图(b) Fig.1 Tectonic setting map(a)and geological schematic map of the Duolong ore concentration area (b) Q—第四系沉积物;N1k—中新统康托组;K1m—下白垩统美日切错组;J2s—中侏罗统色哇组;J1q—下侏罗统曲色组;J1qβ—下侏罗统曲色组玄武岩;J1qν—下侏罗统曲色组辉长岩;T3r—上三叠统日干配错组

多龙矿集区主要出露的地层有上三叠统日干配错组(T3r)、下侏罗统曲色组(J1q)、中侏罗统色哇组(J2s)、下白垩统美日切错组(K1m)和新近系中新统康托组(N1k),地表多有第四系残坡积物覆盖(图 1-b)。曲色组(J1q)为浅变质泥质砂岩夹基性火山岩、硅质岩,基性火山岩的成岩年龄为141~ 143Ma[17]。色哇组(J2s)主要为互层的粉砂岩与泥岩。美日切错组(K1m)为紫红色安山岩、英安岩,英安岩的锆石SHRIMP年龄为111.1±1.4Ma[1]。多龙矿集区内先后发育4组逆断层,依次为近东西向北倾逆断层、北东向逆断层、北西向逆断层和近东西向南倾逆断层(图 1-b)。

多龙矿集区内发育多期侵入岩,依次为辉长岩、闪长岩和花岗闪长斑岩。辉长岩主要分布在多龙矿集区中部,呈近东西向岩脉状产出。闪长岩在矿区内呈岩株状产出,主要有分布在矿集区南部的隐伏闪长岩体,锆石U-Pb年龄为120.8±1.4Ma(未发表数据);矿集区东北部的闪长岩体,锆石U-Pb年龄为121~125Ma[18-19]和矿集区中部的萨玛隆闪长岩体。萨玛隆闪长岩地表可见露头,面积约0.1km2,呈椭圆形展布,明显被较早的近东西向北倾走滑逆断层切穿(图 2-a),发育近东西向节理。闪长岩具块状构造,似斑状结构,具部分风化,主要矿物成分为斜长石和角闪石(图 2-b)。矿集区内发育多个斑岩侵入体,多沿北东向和北西向逆断层侵位;已发现的多不杂、波龙、那顿、拿若、铁格隆南等矿床(点)均沿北东向断层展布(图 1-b),与沿北东向逆断层侵位的中酸性斑岩侵入体关系密切,表明北东向断层为多龙矿集区的控岩、控矿断层。

图 2 萨玛隆闪长岩野外照片(a)和显微照片(b) Fig.2 Field observation (a) and photomicrograph (b) of the Samalong diorite Hb—角闪石;Pl—斜长石
2 样品采集与测试方法

萨玛隆闪长岩出露于多龙矿集区中部,岩石地表具一定程度风化,在露头上采取5件较新鲜的岩石样品用于岩石化学分析(SML-1~SML-5),1件岩石样品(SML-6)用于锆石U-Pb同位素定年测试。

锆石单矿物分选在河北廊坊区调所完成。锆石阴极发光(CL)显微照相在西北大学电子探针实验室完成,工作电压为15kV,电流为4nA。锆石UPb同位素定年在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)利用LA-ICPMS分析完成。激光剥蚀系统为GeoLas 2005,ICP-MS为Agilent 7500a。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算)采用软件ICPMSDataCal[20-21]完成。详细的仪器操作条件和数据处理方法见参考文献[20-22]。锆石U-Pb测年数据采用普通铅校正[23]

萨玛隆闪长岩样品在成都地质矿产研究所实验室进行主量元素测试,在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室进行微量元素和Sr-Nd同位素组成测定。主量元素采用XRF法测试,FeO含量分析采用化学滴定法;微量元素采用Agilent7500a等离子体质谱仪(ICP-MS)测定,分析精度优于5%~10%,测试过程中每测定10个样品重复测定1个样品,共测定4份标准样来监测测试精度:AGV-2、BHVO-2、BCR-2、GSR-1,详细的测试方法和分析流程见参考文献[24]。全岩Sr-Nd同位素分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室采用MAT261质谱计测试,分析流程见参考文献[25],采用86Sr/88Sr=0.1194和146Nd/144Nd=0.7219分别对Sr和Nd同位素比值标准化,标样LaJolla的143Nd/144Nd值为0.511853 ± 9(2σ),标样BCR-2的143Nd/144Nd值为0.512638±5(2σ),Sr和Nd空白值分别小于1ng和50pg。

3 测试结果 3.1 锆石U-Pb测试

将分选出的锆石制成样品靶。将样品靶打磨和抛光,拍摄透射光、反射光和阴极发光图像,选择晶形完整、环带发育的岩浆成因锆石进行U-Th-Pb同位素测定,共测定25个颗粒,测定结果列于表 1。萨玛隆闪长岩中锆石呈无色长柱状自形晶,长宽比为2: 1~4: 1,阴极发光图像显示,锆石内部多发育无环带内核,环绕特征的振荡环带(图 3),且其Th/U值介于0.30~ 0.65之间,表明这些锆石均为岩浆成因锆石[26]

表 1 萨玛隆闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素测试结果 Table 1 LA-ICP-MS zircons U-Th-Pb isotopic analyses of the Samalong diorite
图 3 萨玛隆闪长岩中锆石阴极发光(CL)图像及206Pb/238U年龄 Fig.3 Cathodoluminescence (CL) images and testing ages for zircons from the Samalong diorite

萨玛隆闪长岩样品25颗锆石的测试结果总体谐和度偏低,测点结果多偏离谐和线,其中23颗锆石的206Pb/238U年龄加权平均值为121.6 ± 1.7Ma(MSWD=1.9)(图 4)。

图 4 萨玛隆闪长岩锆石U-Pb谐和图及206Pb/238U年龄图 Fig.4 U-Pb concordia diagram and 206Pb/238U age plot of the zircons from the Samalong diorite
3.2 岩石化学测试结果

萨玛隆闪长岩的全岩主量、微量元素和Sr-Nd同位素测试结果见表 2

表 2 萨玛隆闪长岩全岩主量、微量元素和Sr-Nd同位素测试结果 Table 2 Whole-rock major, trace element and Sr-Nd isotopic data of the Samlong diorite

萨玛隆闪长岩的SiO2含量为56.76%~60.42%,平均为58.78%;Na2O含量为3.91%~4.54%,平均为4.15%;K2O含量为0.58% ~0.97%,平均为0.63%;K2O/Na2O值变化于0.14~0.25,具有富钠的特征;闪长岩的Al2O3含量平均为17.12%,MgO含量平均为3.04%,Mg#=48~51(Mg#=100×(Mg2+/Mg2++Fe2+))。萨玛隆闪长岩的SiO2-K2O投图结果显示,萨玛隆闪长岩属于中钾系列岩石(图 5-a),其TAS投图落入闪长斑岩区域内(图 5-b)。

图 5 萨玛隆闪长岩SiO2-K2O图解[27](a)和TAS图解[28](b) Fig.5 SiO2-K2O diagram (a) and total alkali versus silica diagram(b)for the Samalong diorite

萨玛隆闪长岩富集轻稀土元素,亏损重稀土元素(图 6-a),(La/Yb)N=5.1~6.7;δEu=0.85~0.95,Eu异常不明显。球粒陨石标准化微量元素蛛网图(图 6-b)显示,萨玛隆闪长岩富集大离子亲石元素(Rb、Ba、Th、U),亏损重稀土元素和Nb、Ta、Ti、P等高场强元素。萨玛隆闪长岩具有较高的Sr含量(456×10-6~479 ×10-6)和较低的Y( < 18×10-6)、Yb含量( < 1.5×10-6),Sr/Y=29~33, 在Y-Sr/Y埃达克岩判别图解(图 7-a)中,萨玛隆闪长岩落入埃达克岩范围内。萨玛隆闪长岩不相容元素Cr和Ni含量较高,平均为34.11×10-6和16.19×10-6

图 6 萨玛隆闪长岩的稀土元素配分模式(a)和微量元素蛛网图(b) Fig.6 Chondrite-normalized REE (a) and chondrite -normalized trace element patterns (b) for the Samalong diorite (球粒陨石标准化数据据参考文献[29])
图 7 萨玛隆闪长岩的Y-Sr/Y图解(a)和Yb-La/Yb图解[30](b) Fig.7 Plots of Sr/Y versus Y (a) and La/Yb versus Yb (b) for the Samalong diorite (a)—榴辉岩(辉石:石榴子石=50: 50)部分熔融演化曲线;(b)—角闪岩含25%石榴子石的部分熔融(c)—角闪岩含10%石榴子石的部分熔融演化曲线;(d)—角闪岩部分熔融演化曲线

萨玛隆闪长岩的(87Sr/86Sr)i值为0.70562~0.7073,(143Nd/144Nd)i值为0.5124~0.5125,εNd(t) =-1.3~0.7;一阶模式年龄(TDM)为1.1~1.2Ga。(87Sr/86Sr)iNd(t)图解(图 8)显示,萨玛隆闪长岩的Sr-Nd同位素位于洞错蛇绿岩与下地壳演化线附近,其εNd(t)值略高于多不杂和波龙斑岩铜矿成矿斑岩的εNd(t)值。

图 8 萨玛隆闪长岩(87Sr/86Sr)iNd(t)图解[31] Fig.8 εNd(t) versus initial 87Sr/86Sr values diagram for the Samalong diorite (多不杂成矿斑岩数据据参考文献[18, 32],波龙斑岩铜矿成矿斑岩数据为未发表数据)
4 讨论 4.1 萨玛隆闪长岩的岩石成因及成岩源区

萨玛隆闪长岩中锆石为岩浆期结晶锆石,故U-Pb年龄被解释为萨玛隆闪长岩的形成年龄,因此,萨玛隆闪长岩形成于121.6±1.7Ma,略早于多龙矿集区内目前发现的系列斑岩铜矿的成矿时代。班公湖-怒江洋盆的闭合时间一直倍受关注,多位学者研究表明,南羌塘地块与北冈底斯地块拼合可能发生在113~125Ma[13, 33-36],因此,萨玛隆闪长岩形成于班公湖-怒江洋向北俯冲末期。

萨玛隆闪长岩富集轻稀土元素和大离子亲石元素、亏损重稀土元素和高场强元素,显示出岛弧岩浆岩的特征[37-39];闪长岩具有富Al2O3、富MgO和相对富Na2O的特征,且具有高Sr、低Y和高Sr/Y值的特征,显示出埃达克岩的亲和性[30, 40-41],也表明其成岩源区内有角闪石和石榴子石残留(图 7-b)。萨玛隆闪长岩在区域内与玄武岩、安山岩共生,且富Na2O和MgO,显示出O型埃达克岩的特征[42],与洋壳俯冲关系密切。O型埃达克岩可由多种机制形成,以往的研究表明,O型埃达克岩的主要形成机制有俯冲洋壳部分熔融[40]、幔源玄武质岩浆结晶分异作用[43]、洋壳俯冲沉积物脱水诱发地幔楔部分熔融[44]、加厚的下地壳部分熔融[45-46]。俯冲洋壳部分熔融、幔源玄武质岩浆结晶分异和地幔楔部分熔融形成的埃达克岩一般具有较低的(87Sr/86Sr)i和较高的(143Nd/144Nd)i值,而萨玛隆闪长岩具有较高的(87Sr/86Sr)i值和较低的(143Nd/144Nd)i、εNd(t)值,且TDM=1.1~1.2Ga,表明萨玛隆闪长岩的成岩源区位于新生的下地壳,因此,加厚的下地壳部分熔融可能是萨玛隆闪长岩形成的主要机制。萨玛隆闪长岩具有较高的MgO含量及较高的Mg#值,其不相容元素Cr(24.5×10-6~38.3×10-6)和Ni(12.9×10-6~17.3×10-6)的含量也较高,表明源区内有幔源物质的加入。

在班公湖-怒江特提斯洋向北俯冲末期,俯冲洋壳携带至深部的沉积物脱水释放的流体交代楔型地幔,使地幔楔部分熔融产生熔体,熔体上涌导致新生的下地壳发生部分熔融,形成中性岩浆,中性岩浆沿挤压环境形成的构造薄弱面侵位,最终形成萨玛隆闪长岩体。

4.2 对多龙矿集区成矿背景的约束

多龙矿集区内发育4组逆断层,南羌塘地块南缘由岛弧环境转换为陆缘环境,按其形成次序依次为近东西向北倾走滑逆断层、北东向走滑逆断层、北西向走滑逆断层和近东西向南倾逆断层(图 1-a),其中近东西向南倾逆断层切割多不杂斑岩铜矿体,为成矿后断层[6]。萨玛隆闪长岩被最早发育的近东西向北倾走滑逆断层切穿,表明该组断层持续活动至121Ma之后;北东向和北西向断层均晚于近东西向北倾逆断层的形成,表明北东向和北西向逆断层的形成时代也应晚于121Ma;目前在多龙矿集区内发现的系列斑岩铜矿均沿北东向断层侵位,系列斑岩铜矿的成矿年龄为119~ 120Ma(多不杂斑岩铜矿为119~121Ma[3-4]; 波龙斑岩铜矿为119~121Ma,拿若斑岩铜矿为120Ma[19]),表明北东向逆断层的形成时代早于119Ma;区域内可见少量成矿后花岗闪长斑岩沿北西向逆断层侵位。已发表数据显示,成矿后花岗闪长斑岩的最晚侵位时间为116Ma[8],表明北西向断层形成时间应早于116Ma。北东向和北西向2组断层在116~121Ma内集中发育,可能表明在该时间范围内多龙矿集区经历了构造应力的转换,而此期间处于班公湖-怒江向北俯冲的末期,伴随着多个斑岩铜矿的形成,因此,多龙矿集区内多个斑岩铜矿可能形成于班公湖-怒江洋向北俯冲末期的构造转换阶段,构造转换阶段形成的地壳浅部走滑逆断层控制了斑岩铜矿的产出部位。

5 结论

萨玛隆闪长岩由班公湖-怒江特提斯洋向北俯冲诱发的下地壳部分熔融形成,具有埃达克岩的特征,其成岩源区位于下地壳角闪岩相,成岩年龄为121Ma,形成于班公湖-怒江特提斯洋向北俯冲末期。

多龙矿集区内斑岩铜矿可能形成于班公湖-怒江洋向北俯冲末期的构造转换阶段,矿区内系列走滑断裂控制了斑岩铜矿的产出位置。

致谢: 西藏地质五队李玉彬、李彦波工程师在野外工作中给予帮助,中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室刘勇胜、周炼、陈海红等老师进行了岩石样品的微量元素和Sr-Nd同位素测试;审稿专家提出了许多宝贵的意见和建议,在此一并表示感谢。

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