冀東太平村鉬礦輝綠巖鋯石U-Pb年代學研究及其地質意義

孫金龍

(河北省地質礦產勘查開發局第八地質大隊 秦皇島 066001)

太平村鉬礦區出露地層主要為新太古界遷西群馬蘭峪組二段變質巖系,為一套高角閃巖相的變質巖。區內斷裂構造發育,主要為北北東、北東東及北西向三組,北東向較老,北西向相對較新。礦區地處冀東中部侵入巖帶的西部,巖漿活動十分強烈,巖性從超基性巖—中酸性巖均有見及,以燕山早期中酸性—酸性巖漿侵入活動為主。礦區鉬礦化受花崗巖類侵入體—隱爆角礫巖及斷裂構造共同控制。鉬礦體主要賦存于巖漿巖外接觸帶的變質巖中,其次產于隱爆角礫巖、隱伏花崗巖及蝕變輝綠巖中。但在不同侵入體中輝鉬礦分布具有不同特征,在隱伏花崗巖中輝鉬礦以星散狀、稀疏浸染狀分布。而在蝕變輝綠巖中則沿其后期裂隙以輝鉬礦石英脈或輝鉬礦細脈分布。本次工作針對蝕變輝綠巖進行巖相學、鋯石U-Pb定年研究,探討其形成時代、成因和與鉬礦化關系,為礦床的系統理論研究及進一步找礦提供依據。

1 礦區地質特征

1.1 地層

礦床位于馬蘭峪復背斜西段中北部即密云—喜峰口東西向大斷裂南部,前分水嶺巖體西側。區內出露地層較為簡單(圖1),主要為新太古界遷西群馬蘭峪組二段變質巖系和新生界第四系。巖性主要有角閃斜長片麻巖、石榴輝石角閃斜長片麻巖、斜長片麻巖、斜長角閃巖及含磁鐵片麻巖、混合巖化片麻巖?？傮w構成一套高角閃巖相的變質巖,其原巖為一套基性—中酸性火山巖—凝灰質半粘土巖夾含鐵硅質巖的沉積建造?？傮w產狀走向0°～30°,傾向北西,傾角一般40°～60°。在太平村以北角閃斜長片麻巖由于受混合巖化作用改造,局部地段已變為混合巖化斜長片麻巖,呈透鏡狀產出,兩者呈過渡關系。斜長片麻巖與角閃斜長片麻巖兩者界線不清,呈過渡關系。

圖1 太平村鉬礦區地質簡圖

1.2 構造

(1)斷裂構造

區內斷裂構造發育,為北北東、北東東及北西向三組。北東向構造較老,北西向構造較新。北東向構造主要控制了巖漿巖分布,為本區主要控巖控礦構造;北西向構造則主要控制了后期巖脈的分布。成礦后斷裂與巖脈以及早期斷裂(F1)的后期活動均對礦體產生了一定的破壞作用,但影響不大。

(2)節理裂隙

由于受區內多期次構造活動及巖漿侵入的影響,巖石多次發生應力破裂,形成了多期次的節理裂隙相互疊加的復雜裂隙系統,為熱液流體的運移和成礦元素的沉淀提供了極有利的通道和儲礦空間,控制了本區的蝕變和金屬礦化。

1.3 巖漿巖

礦區巖漿活動十分強烈,主要以巖株、巖脈形式產出,巖性從超基性巖-中酸性巖均有見及,巖漿侵入活動呈多期發生,以燕山早期中酸性-酸性巖漿侵入活動為主,時代集中于侏羅世晚期(157.4～163.2 Ma),主要巖性為二長花崗巖、花崗閃長巖、石英二長閃長巖、正長閃長巖、花崗斑巖等。以前分水嶺巖體出露面積最大(10 km2),在前分水嶺巖體周圍分布規模不等、形態各異的11個小巖株。除地表出露之外,還在鉆孔ZK0-1、ZK0-3(-510 m以下標高)發現隱伏輝鉬礦化中細粒似斑狀二長花崗巖體,在鉆孔ZK5(-50 m以下標高)見隱伏輝鉬礦化石英正長閃長巖體。以上中酸性侵入體主要集中分布于礦區中北部,圍繞其周圍分布眾多隱爆角礫巖。根據各巖體的空間分布、巖石學特征、賦礦關系、巖石化學特征、含礦性分析并結合與成礦時代的時間尺度對應關系綜合分析推斷ZK0-1隱伏輝鉬礦化中細粒似斑狀二長花崗巖體及ZK5隱伏石英正長閃長巖與本區鉬礦化關系最為密切,為本區鉬礦化的成礦母巖,但二者之間關系還有待進一步加強研究。多期強烈的巖漿侵入活動,不僅為鉬等多金屬礦的形成提供了豐富的礦質來源,而且為成礦熱液的運移提供了強大持久動力來源,創造了良好的成礦地質條件。

礦區巖脈較為發育,主要有蝕變輝綠巖、微?；◢弾r、閃長巖、閃長玢巖、煌斑巖、偉晶巖以及石英脈等。脈巖受北東向及北西向構造共同控制,一般長由幾米至幾百米,寬由幾十厘米到數十米,通過脈巖的穿切關系和蝕變礦化情況判斷,北北東向一組相對較老為成礦前形成,以蝕變輝綠巖為代表,地表出露于小茨山、雙官鋪一帶,脈寬15～45 m。鉆孔ZK48-1(標高245～200 m、-44～-67 m)、ZK6(標高218～68 m)、ZK24-1(標高-365 m以下)、ZK28-1(標高90～-224 m)、ZK20-1(標高-172～-278 m)、ZK12-1(標高-184～-276 m)、ZK32-2(標高-460 m以下)深部控制蝕變輝綠巖脈,厚23～315 m。巖脈總體方向為20°～30°,傾向北西,傾角60°～70°。

2 輝綠巖巖石學特征

巖石致密堅硬,中部顆粒粗,邊部顆粒細,呈墨綠色,變余輝綠結構,塊狀構造。以斜長石(55%)、輝石(35%～40%)為主、角閃石次之,少量石英、黑云母等組成,副礦物磷灰石。斜長石高嶺土化、絹云母化、黝簾石化明顯;暗色礦物均已變為次閃石、綠泥石等,整體蝕變較強。石英呈它形粒狀、填隙狀分布于斜長石粒間。局部見大量鱗片狀聚集產出的黑云母,為后期熱液作用形成;金屬礦物為磁鐵礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、輝鉬礦、黃銅礦、方鉛礦等。黃鐵礦、磁黃鐵礦較為發育,呈浸染狀、團塊狀分布。巖石局部后期裂隙發育,充填黃鐵礦(輝鉬礦)石英脈、輝鉬礦細脈、黃鐵礦(磁黃鐵礦)細脈等,裂隙發育處硅化、綠簾石化、綠泥石化、碳酸鹽化等蝕變明顯(圖2、圖3)。

圖2 輝綠巖中自形黃鐵礦

圖3 輝綠巖鏡下特征(+)

3 LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年

蝕變輝綠巖屬基性巖,鋯石含量少,顆粒較小,且原生鋯石含量低。本次工作從10 kg樣品中僅選出63顆鋯石,其中約20%呈長棱柱狀并發育明顯振蕩環帶;80%呈磨圓狀,缺少振蕩環帶。透射光下,鋯石分兩種:一種呈棕黃色,表面凹凸不平;另一種呈透明狀,表面干凈。陰極光下,可以看出部分鋯石呈棱柱狀,有斜交振蕩環帶;而另外一部分鋯石呈渾圓狀,看不清振蕩環帶且有后期增生邊(圖4)。

圖4 太平村鉬礦區蝕變輝綠巖鋯石陰極發光(CL)圖像

野外在鉆孔中采集新鮮輝綠巖樣品,對挑選出的30顆鋯石進行30次測試,最終獲取18個有效數據,年齡范圍為186～1711 Ma,數據分散,無法獲得諧和年齡。但從鋯石的 CL圖像和 U-Pb同位素測試結果(表1)可劃分五個年齡區段:①180～250 Ma;②320～400 Ma;③405～800 Ma;④905～1400 Ma;⑤1650～1800 Ma。大體上與燕山早期、華力西早期、加里東期和晉寧期四大造山運動時代相對應。其中,第①-③區段鋯石成份點偏離諧和曲線,應為捕獲的早期巖漿鋯石,經歷后期構造—巖漿熱事件改造作用,發生鉛丟失造成;第⑤區段鋯石,成份點基本在諧和曲線上,具有早期巖漿作用的鋯石屬性或結晶基底的變質鋯石屬性。這幾個區段鋯石的存在反映輝綠巖巖漿上升過程受到了陸殼的混染或后期構造—巖漿熱事件改造;而第④區段鋯石多呈自形—半自形短柱狀,發育巖漿震蕩生長環帶,具原生巖漿成因鋯石屬性,因而207Pb/206Pb加權平均年齡(1363±81 Ma)可以代表輝綠巖的結晶年齡(圖5),屬中元古晚期。

表1 太平村鉬礦輝綠巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測定結果表

圖5 蝕變輝綠巖加權平均年齡及諧和圖

4 討論

對比可知,礦區蝕變輝綠巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡與以往華北陸塊北部燕山地區中元古代輝綠巖研究成果一致。李懷坤等(2009)對承德縣、寬城縣侵入下馬嶺組的一套輝綠巖進行鋯石SHRIMP U-Pb測年獲得年齡為1320±6 Ma;陸松年等(2010)將其侵位年齡置于1320～1350 Ma,與本次測試結果基本一致,同屬于燕山地區中元古基性巖墻侵入事件的產物,形成于華北陸塊北部中元古代晚期的板內伸展構造背景。根據前人研究成果總結燕山地區中元古代輝綠巖屬大陸拉斑玄武巖系列,巖漿起源相對比較深,源自大陸板內過渡性地幔區,為中元古代晚期華北陸塊北部板內裂解事件的產物,可能是中元古代Columbia超大陸裂解過程在華北陸塊上的響應。

2016年曾針對太平村鉬礦床進行過輝鉬礦Re-Os同位素測年工作,獲得鉬礦成礦時代為(164.11±0.92) Ma,屬中侏羅世晚期 (孫金龍等,2016)。而本次工作獲得的蝕變輝綠巖鋯石U-Pb年齡為1363±81 Ma,屬中元古晚期。二者時代相差較遠,輝綠巖的侵位早于輝鉬礦的形成。結合地質特征可知輝鉬礦多以輝鉬礦石英脈或輝鉬礦細脈沿蝕變輝綠巖后期裂隙充填分布,進一步證明蝕變輝綠巖形成于成礦前。

該蝕變輝綠巖雖與鉬礦無直接成因聯系,但對鉬礦體的分布起到明顯控制作用。通過勘查發現在蝕變輝綠巖的兩側輝鉬礦化強度存在較大差別,在其上盤附近輝鉬礦體較為富集呈厚大板狀、透鏡狀、復雜枝杈狀分布,而在其下盤輝鉬礦化驟然減弱,僅在局部見有細脈狀礦體稀疏分布。該輝綠巖早期沿先存斷裂構造上侵,在上升侵位過程中導致圍巖破碎,其上盤作為主動盤造成的圍巖裂隙較下盤發育。此后,在其上盤燕山期花崗巖體大量侵入,并形成眾多隱爆角礫巖,造成圍巖發生多次破裂并相互疊加形成復雜裂隙系統。隨著大氣水或變質水的加入,形成了一個地球化學障,導致礦化作用在此區域加強。同時,輝綠巖受后期構造破壞形成裂隙,后期成礦流體充填形成輝鉬礦石英脈或輝鉬礦細脈,以及裂隙兩側的硅化、綠簾石化等蝕變。當中侏羅世晚期大量成礦流體沿中心通道向外運移致厚大蝕變輝綠巖處,由于受其自身物理性質影響雖受后期構造作用但裂隙并不發育。導致其作為天然物理屏障,阻礙了成礦流體的進一步運移,大量成礦物質在輝綠巖上盤裂隙發育的地球化學障地段沉淀形成厚大礦體,而少量成礦流體沿厚大輝綠巖裂隙繼續運移形成輝綠巖中及其下盤的少量礦體。

綜上,輝綠巖侵位早于成礦作用,與輝鉬礦無明顯成因關系。僅是作為地球化學障和物理屏障,導致流體運移受阻,造成輝綠巖兩側礦化的強度不同。