摘要
青山—兆吉口地区赋铅锌矿花岗斑岩分布广泛,但对其形成时代、岩石类型及构造环境认识不足。本文开展锆石 U-Pb年代学、岩石地球化学及成因研究。LA-ICP-MS 锆石 U-Pb年龄显示岩体形成于(148.3± 2.5) Ma和(152.3±5.7) Ma,为晚侏罗世岩浆活动的产物,并捕获新元古代锆石。岩体SiO2含量为72.53%~ 74.7%,Al2O3含量为 13.82%~15.46%,全碱(Na2O+K2O)含量为 5.83%~6.37%,K2O/Na2O 比值为 0.64~0.93, A/CNK 值为 1.17~1.81。轻稀土相对富集,重稀土相对亏损,LREE/HREE=11.75~16.32,(La/Yb)N=13.47~ 26.67,Eu 异常不明显,δEu=0.76~1.03,富集 Rb、Th、La、Hf等元素,亏损 Nb、Ta、P、Ti等元素。全岩锆饱和温度平均值为804 ℃。地球化学特征显示岩体为强过铝质钙碱性S型花岗岩。青山—兆吉口地区花岗斑岩是岩石圈幔源熔融岩浆及其底侵下地壳源岩浆混合的产物,形成于陆内造山环境。
Abstract
The granitic porphyry associated with lead-zinc deposits in the Qingshan-Zhaoji Kou area is extensively distributed; however, there remains a limited understanding of its age, rock type, and tectonic environment. This study conducts zircon U-Pb chronology alongside petrochemical and genetic analyses. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating reveals that the rock mass was formed at (148.3±2.5) Ma and (152.3±5.7) Ma, indicating it is a product of late Jurassic magmatic activity while also capturing Neoproterozoic zircons. The SiO2 content of the rock mass ranges from 72.53% to 74.7%, with Al2O3 content between 13.82% and 15.46%. The total alkali content (Na2O+ K2O) varies from 5.83% to 6.37%, while the K2O/Na2O ratio falls within the range of 0.64 to 0.93, and the A/CNK value spans from 1.17 to 1.81. The light rare earth elements (LREE) are relatively enriched, whereas the heavy rare earth elements (HREE) are comparatively depleted. The LREE/HREE ratio varies from 11.75 to 16.32, and the (La/ Yb)N ratio ranges between 13.47 and 26.67. The Eu anomaly is not pronounced, with δEu values ranging from 0.76 to 1.03. This rock exhibits enrichment in elements such as, Th, La, and Hf, while it shows depletion in Nb, Ta, P, and Ti. The average zircon saturation temperature for the whole rock is measured at 804℃. These geochemical characteristics suggest that the rock mass represents a strongly peraluminous calc-alkaline S-type granite. The granitic porphyry found in the Qingshan-Zhaojikou area is a product of the interaction between asthenospheric mantle-derived magmas and those originating from the lower crust. This formation occurred within an intracontinental orogenic setting.
Keywords
0 引言
近年来在安徽省南部的东至县青山—兆吉口地区新发现一些铅锌多金属矿床,主要有兆吉口铅锌矿(大型)和土地坑铅锌矿(段开兵等,2013),相邻的江西北部石门街地区也发现有较多的铅锌矿,如上彭铅锌矿、苗子国铅锌矿、陈源山铅锌矿、银鞍山铅(重晶石)矿、何家山铅(重晶石)矿、谢家滩铜铅矿、刘家山铅(重晶石)矿点、天子岭铅(重晶石) 矿。这些铅锌矿床(点)构成一个铅锌成矿带,呈 NNE 向分布于石门街—东至大断裂的两侧。铅锌矿的形成与岩浆岩有着密切的时空和成因联系。初步研究表明,兆吉口铅锌矿床为一浅成低温热液型脉状矿床,矿床地质特征及流体包裹体和同位素地球化学特征均显示成矿与区内中生代岩浆作用 (花岗闪长岩、花岗斑岩)密切相关(张赞赞,2013; 傅仲阳等,2018)。东至兆吉口铅锌矿区北部戴村花岗闪长岩体的年龄为(145.5±1.3) Ma,花岗斑岩脉的年龄为(143.5±4.3) Ma(徐晓春等,2014);赣北大浩山地区花岗斑岩、花岗闪长斑岩年龄分别为 (152.9±4.4)~(148.0±1.2) Ma、(144.0±1.6) Ma(江西省地质调查研究院,2018①)。而对于皖南青山地区及相邻的江西北部石门街地区一带与铅锌矿成矿关系密切的花岗斑岩脉类缺少相关同位素年龄及地球化学特征研究。
本文在前人研究的基础上,对青山地区的花岗斑岩类进行了野外地质调查,选取青山—兆吉口一带的花岗斑岩为载体,开展了岩相学、岩石地球化学及详细的 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 法定年研究工作,探讨花岗斑岩的成岩年龄、岩石成因及构造背景。
1 区域地质概况
青山地区地处江南隆起带的北部(图1a),北以江南断裂为界,北与扬子准地台下扬子坳陷—九江坳陷相邻,成矿区段上则处于扬子陆块江南古陆成矿带。
区域地层出露新元古界及南华系—寒武系地层。新元古界双桥山群(安乐林组、修水组)组成本区的褶皱基底,为一套浅变质的泥砂质类复理石建造,主要岩性为变凝灰质砂岩、粉砂岩、板岩夹流纹岩、细碧角斑岩。南华系—寒武系的陆缘-陆表海环境下沉积的碎屑岩和碳酸盐岩构成盖层,其中下南华统莲沱组以杂砂岩为主,为区域含金铜赋矿地层。区域地质构造较为复杂。断裂主要为九江坳陷南缘北东向滑脱断裂带和 NE-NNE 向挤压走滑断裂带。NE-NNE向挤压走滑断裂带处于北北东向赣江断裂带和北北东向石门街—东至大断裂带之间,发育一系列次级 NE-NNE 向断裂,为控岩控矿构造。
岩浆岩主要有晚侏罗世的 I型浅成中酸性侵入岩(脉)及早白垩世的 S 型花岗岩(株)(吕劲松等, 2017;余泉等,2023;曾闰灵等,2023),其中 I型花岗岩主要有燕山期都昌阳储岭杂岩体、东至戴村花岗闪长斑岩岩瘤及祁门东源花岗斑岩岩瘤,S 型花岗岩主要有湖口横山、鄱阳莲花山等早白垩世花岗岩。其次在江南古陆成矿带内发育较多的燕山期花岗斑岩,主要呈脉(墙)状侵入新元古界双桥山群地层中,与铅锌等多金属成矿关系密切。本研究的青山—兆吉口铅锌矿产于花岗斑岩与新元古界双桥山群接触的NNE-SN向次级断裂带中。
2 样品特征及分析方法
2.1 岩相学特征
青山花岗斑岩具斑状结构,斑晶主要为石英、斜长石和钾长石,少量为黑云母(图2a);基质成分与斑晶一致,常见微晶的长石、石英和绢云母。斑晶占全岩含量的 25%,基质占全岩含量的 75%。斑晶中石英呈他形粒状,粒径0.15~0.75 mm,常见石英被熔蚀呈次圆状、港湾状及不规则状(图2a),石英占斑晶含量的 32%。斜长石呈半自形—他形板状,粒径0.10~1.55 mm,聚片双晶发育,常见斜长石发育强烈绢云母化(图2b),斜长石占斑晶含量的 45%。钾长石呈他形板状,粒径0.35~1.60 mm,局部可见卡氏双晶发育,发育强烈绢云母化,少量钾长石内部包含暗色矿物(图2d),钾长石占斑晶含量的 17%。黑云母呈半自形—他形片状,粒径0.05~0.75 mm,黑云母发育强烈绢云母化,且内部和边部析出有不透明铁质组分(图2b~c),黑云母占斑晶含量的5%。
岩石呈浅灰白色(图3a),具斑状结构,斑晶由石英、斜长石、钾长石组成,见少量方解石;基质成分与斑晶一致,基质为显晶质,粒径小于斑晶。斑晶占全岩含量的 20%,基质占全岩含量的 80%。斑晶中石英呈他形粒状,粒径0.10~1.05 mm,常见石英被残浆熔蚀呈次圆状(图3b),石英占斑晶含量的 35%。斜长石呈半自形—他形板状,粒径 0.10~1.35 mm,聚片双晶发育(图3c),常见斜长石表面发育强烈碳酸盐化和绢云母化(图3d),斜长石占斑晶含量的55%。钾长石呈他形板状,粒径0.10~0.55 mm,局部可见卡氏双晶发育(图3e),钾长石发育弱黏土化,钾长石占斑晶含量的 6%。方解石呈他形粒状,干涉色鲜艳,见两组明显的菱形解理(图3f),方解石占斑晶含量的4%。
图2青山地区花岗斑岩手标本(a)和镜下(b~c)照片
Qtz—石英;Pl—斜长石;Kfs—钾长石;Bt—黑云母;Ser—绢云母
2.2 主、微量及稀土元素
全岩主、微量及稀土元素分析由国土资源部南昌矿产资源监督检测中心测试完成。样品首先需在无污染环境磨碎至 200 目以下,然后进行酸溶。主量元素采用 X 荧光光谱法分析(XRF),精密度优于2%,检测下限为0.01%。微量元素采用等离子质谱分析方法(ICP-MS),测定精密度优于5%,检测下限为0.05 µg/g。仪器型号和操作步骤参照张德富等 (2024)。
2.3 锆石U-Pb定年
锆石挑选在资源部南昌矿产资源监督检测中心完成。首先,将样品进行破碎,采用强磁、电磁等方法获得锆石,在显微镜下选择晶型好、透明干净的锆石用环氧树脂固定,然后进行抛光使核部暴露。锆石阴极发光(CL)、透反射拍照在南京宏创地质勘查技术服务有限公司完成,扫描电镜型号为 TESCAN MIRA3。锆石 U-Pb 测年在武汉上谱分析科技有限责任公司完成。主要仪器为 Geolas ProHD 193 nm 准分子激光剥蚀系统搭载 Agllent 7900 电感耦合等离子质谱仪。测试条件:频率 5 Hz,直径32 µm,能力密度5 J/cm2。具体测试步骤参照侯可军等(2009)。数据处理采用 ICPMSDataCal10.0完成。锆石谐和图绘制采用Isoplot/Exver3完成 (Ludwig,2003)。
图3兆吉口地区花岗斑岩手标本(a)和镜下(b~f)照片
Cal—方解石;Qtz—石英;Pl—斜长石;Kfs—钾长石;Ser—绢云母
3 分析结果
3.1 地球化学特征
3.1.1 主量元素
青山—兆吉口地区花岗斑岩主量元素分析结果见表1。SiO2含量为 72.53%~74.7%,属酸性岩类,在 TAS 图解中落入花岗岩区域(图4a)。Al2O3含量为 13.82%~15.46%,FeOt含量为2.08%~2.12%,MgO含量为 0.33%~0.44%,CaO 含量为 0.23%~0.38%,TiO2含量为0.28%~0.33%,K2O含量为2.41%~2.80%,Na2O含量为 2.83%~4.42%,全碱(Na2O+K2O)含量为 5.83%~6.37%,K2O/Na2O 比值为 0.64~0.93,碱度率(AR)为 2.31~2.89,显示钙碱性特征(图4b~c)。分异指数(DI) 为 83.35~91.28,分异程度较高。A/CNK 值为 1.17~1.81,属强过铝质花岗岩(图4d)。综上所述,青山— 兆吉口地区花岗斑岩为强过铝质钙碱性花岗岩。
图4青山—兆吉口地区花岗斑岩地球化学判别图解
a—SiO2-(K2O+Na2O)图解(底图据Middlemost,1994);b—SiO2-K2O图解(实线据Peccerillo and Taylor,1976;虚线据Middlemost,1985);c— (K2O+Na2O+CaO)-SiO2图解(底图据Frost et al.,2001);d—A/CNK-A/NK 图解(底图据Maniar and Piccoli,1989)
3.1.2 稀土、微量元素
青山—兆吉口地区花岗斑岩稀土及微量元素测试结果见表2。稀土总量(∑REE)为 78.67×10-6~128.18×10-6,平均 111.57×10-6。球粒陨石标准化稀土元素配分图显示LREE富集、HREE亏损的右倾型 (图5a),LREE/HREE 为 11.75~16.32,(La/Yb)N 为 13.47~26.67,轻、重稀土分馏明显。δEu 值为 0.76~1.03,Eu 异常不明显;δCe 值为 0.99~1.04,Ce 异常不明显,表明斜长石分馏不明显。原始地幔蛛网图显示(图5b),明显亏损 Nb、Ta、P、Ti等元素,相对富集 Rb、Th、La、Hf等元素。Sr含量为 91×10-6~242×10-6, Yb含量为 0.43×10-6~0.85×10-6,属华南低 Sr高 Yb型花岗岩(张旗等,2006)。
表1青山—兆吉口地区花岗斑岩主量元素分析结果(%)
3.2 锆石U-Pb年代学
青山花岗斑岩(编号 301-11)锆石为无色透明或浅黄色,形态大小不等,大部分锆石结晶较好,呈柱状,长宽比为 1∶1~3∶1,长 60~150 μm。在阴极发光(CL)图像上,锆石具有明显振荡环带结构(图6),且Th/U值为0.14~0.63(>0.1),为典型岩浆成因锆石。
青山花岗斑岩共测试 12个点,其中 9个点数据分布在谐和线附近(图7a),206Pb/238U 年龄范围 152~141 Ma,加权平均年龄为(148.3±2.5) Ma(n=9,MSWD =0.33)(图7b),成岩时代为晚侏罗世;另有3颗锆石年龄分别为724 Ma、757 Ma和794 Ma,可能为岩浆上升过程中从新元古代围岩中捕获的锆石(表3)。
表2青山—兆吉口地区花岗斑岩微量和稀土元素分析结果(10-6)
图6青山花岗斑岩锆石CL图像
图7青山花岗斑岩锆石U-Pb年龄谐图(a)和加权平均年龄图(b)
图8土地坑花岗斑岩锆石CL图像
图9土地坑花岗斑岩锆石U-Pb年龄谐和图(a,b)及加权平均年龄图(c,d)
土地坑花岗斑岩与青山花岗斑岩锆石有相似的相态特征,长宽比为 1∶1~4∶1,长 80~210 μm。在阴极发光(CL)图像上,锆石具有明显振荡环带结构 (图8),且Th/U值为0.14~0.69(>0.1),为典型岩浆成因锆石。
土地坑花岗斑岩共测试 13 个点,5 个点206Pb/238 U 年龄范围 155~145 Ma,加权平均年龄为(152.3± 5.7) Ma (n=5,MSWD=4.9),成岩时代为晚侏罗世 (图9a、b);另有 8 个点206Pb/238U 年龄范围 857~793 Ma,加权平均年龄为(827±16) Ma(n=8,MSWD=4.2) (图9c、d),可能为岩浆上升过程中从新元古代围岩中捕获的锆石。
表3青山—土地坑花岗斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果
4 讨论
4.1 成岩年龄
本次采用 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 定年方法获得青山、土地坑一带2个花岗斑岩的成年年龄,分别为148.3±2.5 Ma和152.3±5.7 Ma,均为燕山期晚侏罗世岩浆活动的产物。该年龄与江南过渡带东段(江西北部及安徽南部)花岗质岩体时代相近(表4)。相关数据代表了江南过渡带东段燕山期岩浆活动的起始时间,为晚侏罗世末与早白垩世初的交接时段(153~143 Ma),岩浆活动至少持续了10 Ma左右。
4.2 古老岩浆锆石年龄
青山—土地坑一带花岗斑岩中含有大量继承古老锆石,其年龄提供了江南过渡带东段花岗质岩石的源区及不同时期岩浆活动信息,可反映岩浆起源于地壳或混染了大量壳源物质。青山花岗斑岩3 颗继承锆石206Pb/238U 年龄分别为 724 Ma、757 Ma 和 794 Ma;土地坑花岗斑岩 8 颗继承锆石206Pb/238U 年龄为 857~793 Ma,加权平均年龄为(827±16) Ma。在江南过渡带东段其他燕山期中酸性岩浆岩中同样出现了大量年龄相近新元古代继承锆石。如江西大浩山地区晚侏罗世花岗斑岩继承锆石 U-Pb年龄集中在 849~797 Ma(江西省地质调查研究院, 2018①);安徽东至兆吉口地区晚侏罗世花岗斑岩继承锆石 U-Pb 年龄 840~780 Ma(徐晓春等,2014)。这些继承锆石年龄与皖南许村、歙县、休宁岩体 U-Pb 年龄 850~820 Ma(李献华等,2001;薛怀民等,2010),皖赣相邻地区新元古界双桥山群火山岩锆石U-Pb年龄830~821 Ma(周效华等,2012),赣北庐山地区星子岩群角闪斜长片岩锆石 U-Pb 年龄 834 Ma(关俊朋等,2010),皖南地区东至一带新元古界青白口系铺岭组的基性火山岩锆石 U-Pb 年龄 (765±7) Ma(Wang et al.,2012)基本一致。表明岩浆在熔融和上侵过程中,捕获了大量基底晋宁期岩浆锆石,记录了晋宁期构造岩浆活动,揭示了晋宁期华夏板块与扬子板块之间的构造-岩浆事件及其对后期构造-岩浆事件的影响。
表4江南过渡带东段花岗质岩体锆石U-Pb年龄统计
4.3 岩石成因类型
目前应用最为广泛的花岗岩成因分类方案为 I-S-A 型方案(Chappell and White,1974)。I 型花岗岩特征矿物为角闪石,FeOt 含量小于 1%,多为准铝质—弱过铝质(A/CNK<1.1),源区为火成岩;S 型花岗岩特征矿物为原生石榴石、白云母、堇青石,A/ CNK>1.1,源区为沉积岩。A 型花岗岩富含碱性铁镁质矿物,10000Ga>2.6,Zr+Nb+Ce+Y>360×10-6, δEu小于0.3,形成温度大于830℃等特点。
青山—土地坑花岗斑岩 Ce+Zr+Y+Nb 含量为 177.22×10-6~240.45×10-6,δEu 范围为 0.76~1.03,全岩锆饱和温度平均值为804℃,不符合A型花岗岩特点,同样 P2O5和 TiO2饱和温度计未显示高温花岗岩特点(图10a、b)。青山—土地坑花岗斑岩A/CNK值为 1.17~1.81,P2O5含量 0.03%~0.11%,且随 SiO2变化不明显,在(Zr+Nb+Ce+Y)-FeOt/MgO 图解中样品落于高分异I或S型花岗岩区域(图11a),在SiO2-Zr图解中样品落于S型花岗岩区域(图11b)。
4.4 源区性质
岩石地球化学表明青山—土地坑花岗斑岩属于 S 型花岗岩,岩浆起源于变质沉积岩(Chappell et al.,1987)。在C/MF-A/MF图解中,样品绝大多数落于变质泥岩部分熔融区域(图12a)。在 Rb/Sr-Rb/ Ba图解中,样品落入砂屑岩部分熔融区域(图12b)。在 δEu-(La/Yb)N图解中,样品均落于壳幔混源花岗岩区域(图12c),Eu 弱负异常或正异常(δEu=0.76~1.24),Ce 异常不明显(δCe=0.99~1.04),同样证明壳幔混合作用的存在(陈懋弘等,2012;胡潮归等, 2025)。MgO-FeOt 图解显示岩浆上升过程中的多期次混合演化(图12d)(Ballouard et al.,2016)。
微量元素是判别花岗岩源区的重要指标。青山—土地坑花岗斑岩 La/Nb值为 4.56~7.70(平均值 5.29),显著高于幔源岩浆岩(La/Nb=0.7,DePaolo and Daley,2000);Zr/Ba值为0.05~0.69(平均值0.39>0.2),暗示岩石来源于岩石圈地幔(DePaolo and Daley,2000)。 Nb/Ta 值为 3.85~15.12(平均值 11.20),与大陆地壳 Nb/Ta比值 13.4接近(Taylor and Mclennan,1985)。Rb/Sr 值为 0.26~1.60(平均值为 0.74),高于全球上地壳平均值 0.32(Taylor and Mclennan,1985)。Zr/Hf 值为 25.66~78.26(平均值 49.89),远高于大陆地壳平均值 33 和幔源岩石 36.3 (Hofmann,1988;Taylor and Mclennan,1995)。综合认为,青山—土地坑花岗斑岩主要源于下地壳沉积岩部分熔融,并伴有大量地幔物质加入。
图12C/MF-A/MF(a,底图据Alther et al.,2000)、Rb/Sr-Rb/Ba(b,底图据Sylvester,1998)、δEu-(La/Yb)N (c,底图据陈懋弘, 2012)和MgO-FeOt 图解(d,底图据Ballouard et al.,2016)
4.5 构造环境
研究区位处华北地块、扬子地块与华夏地块之间,大地构造环境复杂,先后受到多次构造事件的影响,影响着长江中下游地区及江南过渡带的中生代强烈的岩浆活动。前人认为华南中生代构造环境与古太平洋板块俯冲消减有关(毛景文等,2004; Zhou et al.,2006;Mao et al.,2013;Zhang et al.,2023; 龚良信等,2024;张德富等,2024;周念峰等,2025)。晚三叠世—中侏罗世时期中国东部华北板块与扬子板块之间的碰撞完成并最终焊接,长江中下游地区转为受太平洋构造体制制约的大陆岩石圈演化阶段(董树文等,2007,2011;杜杨松等,2007;徐晓春等,2012;王存智等,2022;张舒等,2022)。
在(Y+Nb)-Rb 图解、Y-Nb 图解、(Y+Nb)-Rb 图解及 Yb-Ta图解中样品均显示火弧花岗岩特点(图13a~d),形成于陆内造山运动。晚侏罗纪(165~145 Ma)古太平洋板块开始俯冲,造成中国东部受挤压整体抬升形成高原,遭受侵蚀而缺失晚侏罗世的沉积,岩石圈迅速增厚,加厚岩石圈熔融,底侵下地壳岩石;随后进入碰撞造山后的应力转换期(145~130 Ma),构造应力由挤压向拉张过渡,岩石圈幔源熔融岩浆及其底侵下地壳源岩浆混合并上侵,形成以中酸性为主的侵入岩(青山—土地坑花岗斑岩)。
a—(Y+Nb)-Rb 图解;b—Y-Nb图解;c—(Yb+Ta)-Rb图解;d—Yb-Ta图解;Syn-COLG—同碰撞花岗岩;WPG—板内花岗岩;VAG—火山岛弧花岗岩;ORG—洋脊花岗岩
5 结论
(1)青山—土地坑一带获得 2 个花岗斑岩锆石 U-Pb 年龄分别为(148.3±2.5) Ma 和(152.3±5.7) Ma,均为燕山期晚侏罗世岩浆活动产物。新元古代继承锆石(857~724 Ma)显示该区存在有新元古代岩浆活动信息。
(2)岩体 SiO2含量为 72.53%~74.7%,Al2O3含量为 13.82%~15.46%,全碱(Na2O+K2O)含量为 5.83%~6.37%,K2O/Na2O 比值为 0.64~0.93,A/CNK 值为 1.17~1.81,轻稀土富集及 Eu 异常不明显,为强过铝质钙碱性S型花岗岩。
(3)构造环境判别图解显示花岗斑岩为火山岛弧花岗岩形成于陆内造山环境。古太洋板块俯冲导致岩石圈增厚,岩石圈地幔熔融底侵下地壳形成壳幔混合岩浆后上侵形成花岗斑岩。
注释
① 江西省地质调查研究院 .2018. 江西 1∶5 万彭泽、郭家桥、太平关、五里街幅矿产地质调查报告[R].