西秦岭造山带郎木寺火山岩锆石U-Pb定年及岩石成因.pdf

有有色色矿矿冶冶NON-FERROUS MINING AND METALLURGY第 40 卷第 1 期2024 年 2 月Vol.40No.1February 2024文章编号：1007-967X（2024）01-01-05西秦岭造山带郎木寺火山岩锆石 U-Pb 定年及岩石成因*代连铎（辽宁省有色地质一五队有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125000）摘要：对西秦岭造山带郎木寺火山岩进行了岩相学、锆石 U-Pb 年代学、主量元素和微量元素地球化学研究。郎木寺火山岩主要由安山岩组成，锆石 LA-ICP-MS 的 U-Pb 定年，获得郎木寺火山岩的结晶年龄为 2174 Ma。郎木寺火山岩亲石元素（LILE）富集，高场强元素（HFSE）相对亏损，REE总量为 195.9418 ppm，（La/Yb）N=12.1613.93，Eu=0.720.81，表明郎木寺火山岩的岩浆源区主要来源于陆壳物质，由幔源岩浆底侵作用引起的下地壳部分熔融形成,岩浆产生机制可能为在碰撞后构造伸展阶段的岩石圈拆沉作用。关键词：郎木寺火山岩；锆石 U-Pb 年代学；岩石成因中图分类号：P612文献标识码：A秦岭造山带是一条经历了长期复杂演化过程的典型复合型大陆造山带1，是中国东部和西部、南部和北部地壳、地球厚度和地球物理场发生变化的转折带和重大的梯度带，是地震层析剖面结构上的转换地带2。西秦岭作为秦岭造山带中一个重要的组成部分，地质构造格局经历了长期多旋回、不同构造体制演化，是秦岭复合型大陆碰撞造山带的组成部分，西秦岭造山带大地构造位置图见图 1。图 1西秦岭造山带大地构造位置图（据李春昱，1980；任纪舜等，1980；略有修改）1-中朝地块群；2-扬子地块群；3-加里东造山带；4-华里西造山带；5-印支造山带；6-西秦岭复合造山带；7-断裂及边界断裂；T-塔里木地块；D-敦煌地块；A-阿拉善地块；O-鄂尔多斯地块；Q-敦煌地块；S-松潘地块；B-碧口地块；Y-扬子地块（矩形区代表研究区域）郎木寺火山岩研究区位于西秦岭造山带，前人的 研 究 主 要 集 中 在 西 秦 岭 北 部 地 区，如 张 宏 飞等34、胡健民等（2005）5、金维浚等（2005）6、张成立等（2008）7、邱庆伦等（2008）8、骆必继（2012）9，大多数是针对形成于印支早期的花岗岩类，对于西秦岭印支晚期花岗岩类的研究较为薄弱，且很少有文章研究西秦岭地区的火山岩。火山岩和花岗岩有不同的地球化学特征，可以从不同角度为西秦岭地区的岩浆作用和构造演化提供重要信息。因此，本文通过对西秦岭地区郎木寺火山岩进行 U-Pb 锆石年代学、主量元素、微量元素的综合研究，结合前人的研究成果揭示郎木寺火山岩的源区组成和岩石成因，从而进一步探寻西秦岭地区的构造演化历史。1地质概况郎木寺火山岩属于西秦岭造山带，位于甘南郎木寺地区东北部，呈岩株状产出，岩体出露面积约为8 km2。主要由安山岩组成，含少量粗面安山岩。2郎木寺火山岩岩相特征郎木寺火山岩其岩相学特征如图 2。（1）野外手标本观察：表皮为黄白-黄色，内部新鲜面为灰绿-灰色，致密块状构造，斑状结构。斑晶约为 30%，主要为斜长石（15%），灰白色粒状矿物，自形程度较好；辉石（10%），黑灰色粒状矿物，自形程度较好，玻璃光泽；少量角闪石（5%），黑色短柱状矿物，半自形。岩石手标本风化蚀变严重。基质约为 70%，多为隐晶质，手标本中无法辨别。（2）薄片镜下观察：*收稿日期：2023-07-31作者简介：代连铎（1980），男，满族，辽宁开原人，在职研究生，高级工程师，研究方向为地质勘查和地质工程。Email:2有色矿冶第 40 卷安山岩：块状构造，斑状结构。斑晶含量约为30%，其中斜长石（15%），长柱状矿物，自形程度很好，裂纹发育，粒径约为 12 mm，发育有聚片双晶（见图 2 f）；斜方辉石（10%），自形程度较好，两组完全解理，正高突起，干涉色为级灰白（见图 2 b）；在镜下常见较大的斜长石矿物颗粒中包含着许多较小的斜方辉石颗粒，显示出明显的包含结构，表明斜方辉石结晶较早（见图 2 a，h），并且辉石边缘被熔蚀，圆化（见图 2 g）；样品中偶尔可见角闪石，褐色（高温下形成的）短柱状矿物，两组解理夹角为 60，120，粒径约为 0.20.5 mm，具有明显的多色性，具有暗化边结构；另外含有少量不透明暗色矿物，可能为磁铁矿。图 2秦岭郎木寺火山岩代表性样品岩相学特征（a、b、c、d、f、g、h：正交偏光下；e：单偏光镜下）Opx斜方辉石；Cpx单斜辉石；Pl斜长石；Kf钾长石；Ep绿帘石粗面安山岩：块状构造，斑状结构。斑晶含量约为 30%，其中斜长石（15%），长柱状，自形程度较好，裂纹发育，风化蚀变严重，可见聚片双晶；斜方辉石（10%），自形程度较好，有近于正交的两组完全解理，正高突起，干涉色为级灰白，矿物颗粒较小，常包裹在较大的斜长石中（见图 2 d）；样品中可见少量绿帘石，应为斜长石风化蚀变的产物（见图 2 c）；另外含有少量暗色矿物，可能为磁铁矿。基质含量约为 70%，玻晶交织结构，斜长石微晶呈杂乱-半定向排列，微晶之间有较多的玻璃质和隐晶质填充。3LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 定年3.1分析方法用于锆石 U-Pb 年代学测定的样品，在廊坊地质服务有限公司利用标准技术对锆石进行了分选，然后在双目镜下挑选代表性锆石颗粒置于环氧树脂中制靶，锆石制靶后，进行了锆石阴极发光（CL）照像，以观察锆石的内部结构。锆石 U-Pb 年龄的测定是在中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）上完成。分析时激光束斑直径为 32 m。实验中采用 He 作为剥蚀物质的载气，锆石 91500 作为外标，29Si 作为内标元素（锆石中 SiO2的含量为32.8%）。锆石测定点的同位素比值、U-Pb 表面年龄和 U-Th-Pb 的含量计算采用 ICPMSDataCal 程序处理，并采用 ISOPLOT 程序1进行锆石加权平均年龄计算及谐和图的绘制。3.2测试结果3.2.1锆石 CL 图像特征郎木寺火山岩样品 09142 为安山岩，对其中的14 颗锆石进行了 U-Pb 定年。从锆石的阴极发光（CL）图像（图 3），可以看出此样品中的锆石为长柱状晶形，自形程度很好，长 150250 m，长宽比接近3 1，均具有典型的震荡环带，为岩浆成因所具有的特征。图 309142 岩浆锆石阴极发光（CL）图第 1 期代连铎：西秦岭造山带郎木寺火山岩锆石 U-Pb定年及岩石成因3.2.2锆石 U-Pb 年龄09142 样 品 中 锆 石 的 Th 的 含 量 为 83.2747ppm，U 的 含 量 为 3511 481 ppm，Th/U 的 比 值 为0.100.53。在 U-Pb 谐和图上（图 4），锆石的测定点位于谐和线上或稍偏谐和线的右侧，206Pb/238U 年龄变化于 208250 Ma 之间，206Pb/238U 年龄的加权平均年龄为 2174 Ma（MSWD=3.3），该年龄解释为郎木寺火山岩的岩浆结晶年龄。图 4郎木寺火山岩样品 09142 U-Pb 年龄谐和图4岩石成因探讨本文中从主量元素、微量元素等入手讨论安山质岩浆产生的模式。4.1主量元素郎木寺火山岩 SiO2含量在 56.65%59.19%之间，Al2O3含量在 15.31%17.59%之间，Na2O 含量在 2.06%2.89%之间，K2O 含量在 2.38%3.63%之间，K2O/Na2O 值 在 0.822.66 之 间；MgO 含 量 在1.16%5.32%之间，镁指数 Mg#较高，其变化范围在3163 之间。在郎木寺火山岩 TAS 图解（图 5）中，大部分样品落在安山岩范围内，属于亚碱性系列；在K2O-SiO2图（图 6）中，大部分属于高钾钙碱性系列。图 5郎木寺火山岩 TAS 图解（Le Bas et al，1989）图 6郎木寺火山岩 K2O-SiO2图解（据 Wilson/1989）4.2微量元素郎木寺火山岩在微量元素含量上均富集大离子亲石元素（LILE），如：Rb（105316 ppm）、Ba（1 2662 555 ppm）、Sr（4921 221 ppm）等；相对亏损高场强元素（HFSE），如：Ta（0.872.28 ppm）、Nb（13.0-36.6ppm）等。在微量元素蛛网图中，郎木寺火山岩相对于原始地幔标准化分配模式与大陆地壳十分相似，表现出 Nb、Ta 负异常，Zr 和 Hf 无明显异常，K、Th、U、Pb 则表现出明显的正异常，表明有陆壳物质参与成岩过程，但也有一定的差别，09144 和 09155 样品的原始地幔标准化曲线与大陆地壳基本吻合，而09144、09156、09157 和 09158 四个样品的原始地幔标准化曲线上 Ba、Sr 的含量明显偏高。稀土元素配分模式图上，郎木寺火山岩的稀土元素总量中等，09155 样 品 REE为 418.0 ppm，其 他 样 品 REE为195.9208.4 ppm；轻重稀土分异较明显，09155 样品（La/Yb）N=26.53，其他样品（La/Yb）N=12.1613.93；重稀土分异弱（Gd/Yb）N=1.862.48；Eu 的弱负异常，Eu=0.720.81（平均值=0.77），说明源区有少量斜长石残留或在岩浆分离结晶过程中有少量斜长石晶出。4.3岩石成因讨论郎木寺火山岩主要由安山岩组成。安山岩的成因一般有以下几种模式：（1）地幔派生的玄武质岩浆结晶分异作用；（2）幔源玄武质岩浆底侵作用引起的镁铁质下地壳的部分熔融；（3）长英质和镁铁质岩浆的混合作用及与地壳的同化混染作用；（4）俯冲洋壳板片来源的流体或熔体与上覆地幔楔相互作用产生的熔体，这种熔体与地幔橄榄岩平衡；（5）俯冲洋壳脱水熔融产生的安山质岩浆。研究表明玄武质岩浆分异结晶产生的 SiO2大于 60%的火山岩，需要镁铁质母岩浆的体积是派生岩浆的 2 倍。如果郎木寺火山岩是由玄武质岩浆结晶分异形成的，就必须要有大量的镁铁质母岩浆，但34有色矿冶第 40 卷是在研究区域内主要发育中酸性的岩浆岩，没有大面积的基性岩浆岩产出；在 La/Yb-Yb 图解（图 7）中郎木寺火山岩显示明显的负相关关系，表明其岩浆源区不均一；在 La/Sm-La 图解（图 8）中郎木寺火山岩显示不明显的正相关关系，表明在岩浆演化过程中分离结晶作用不是主要因素。因此，郎木寺火山岩应该不是由玄武质岩浆结晶分异形成的。安山质岩浆的混合成因同样需要有大量镁铁质岩浆的存在，说明岩浆混合作用也不是郎木寺火山岩形成的主要机制。图 7郎木寺火山岩 La/Yb-Yb 图解图 8郎木寺火山岩 La/Sm-La 图解高镁安山岩最大的特征是富 Mg、Cr、Ni，富集大离子亲石元素、轻稀土元素，亏损高场强元素、重稀土元素，无或有弱的负 Eu 异常。一般 SiO252%，MgO5%（高者如玻安岩可达 25%），Mg#45，Cr 大多100 ppm（高者可达 770 ppm），Ni 大多60 ppm（高 者 可 达 430 ppm），Sr 含 量 变 化 大（502 900ppm）。与标准的高镁安山岩相比，郎木寺火山岩SiO2含量更高，Cr、Ni 的含量相对偏低，MgO 的含量偏低，表明郎木寺火山岩不属于高镁安山岩。而高镁安山岩是由幔源原生岩浆形成的，因此郎木寺火山岩的岩浆源区不是幔源原生岩浆。另外，从整个西秦岭造山带的构造演化史来看，郎木寺火山岩形成于 2174 Ma，属印支晚期，这一阶段为碰撞期后陆内叠覆造山阶段。因此，它们的岩浆产生难以用洋壳的俯冲消减作用来解释。从元素地球化学特征上看，郎木寺火山岩具有很高的 Mg#，其变化范围在 3163 之间（大部分40），而下地壳镁铁质岩石部分熔融产生的岩浆 Mg#一般小于 40。同时，郎木寺火山岩具有较高的 Ba（1 2662 555 ppm）含量。这明显高于大陆地壳的Ba 含量（Ba=390 ppm）。Sr（1 2662 555 ppm）含量也相对较高，部分样品具有较高的 Cr（385 ppm），Ni（37.6 ppm）含量，因此，郎木寺火山岩的岩浆源区用地壳物质的部分熔融或岩浆与地壳物质的混染无法解释，暗示了郎木寺火山岩岩浆源区中含有明显的幔源组分。综上所述，郎木寺火山岩形成于 2174 Ma，岩浆源区主要来自下部地壳物质的部分熔融，但有地幔物质的参与，其岩浆产生机制可能为碰撞后岩石圈的拆沉作用所诱发的镁铁质下地壳的部分熔融。参考文献：1 张国伟，张本仁，袁学诚，等.秦岭造山带与大陆动力学 M.北京：科学出版社，2001：1-855.2 冯益民，曹宣铎，张二朋，等.西秦岭造山带结构造山过程及动力学 M.西安：西安地图出版社，2003：1-263.3 张宏飞，靳兰兰，张利，等.西秦岭花岗岩类地球化学和 Pb-Sr-Nd 同位素组成对基底及其构造属性的限制J.中国科学（D 辑），2005，35（10）：914-926.4 张宏飞，陈岳龙，徐旺春，等.青海共和盆地周缘印支期花岗岩类的成因及其构造意义 J.岩石学报.2006，22（12）：2910-2922.5 胡健民，孟庆任，石玉若，等.松潘-甘孜地体内花岗岩锆石SHRIMP 定年及其构造意义 J.岩石学报，2005，21（3）：867-880.6 金维浚，张旗，何登发，等.西秦岭埃达克岩的 SHRIMP 定年及其构造意义 J.岩石学报.2005，21（3）：959-966.7 张成立，王涛，王晓霞，等.秦岭造山带早中生代花岗岩成因及其构造环境 J.高校地质学报.2008，14（3）：304-316.8 邱庆伦，龚全胜，卢书伟，等.甘肃夏河地区印支期埃达克岩的厘定及其意义 J.甘肃地质，2008，17（3）：6-12.9 Biji Luo，Hongfei Zhang，et al.U-Pb zircon dating，geochemicaland Sr-Nd-Hf isotopic compositions of Early Indosinian intrusiverocks in West Qinling，central China：petrogenesis and tectonicimplications J.Contrib Mineral Petrol，2012，4，28.Published online.（下转第 12 页）12有色矿冶第 40 卷和赋矿层位。4.1.2构造控制该区地质应力较强，区内含矿地段位于 F1、F2二断层夹持区块内，受多期构造作用影响，区内玄武岩、凝灰岩岩石较为破碎，部分地段由多期裂隙切割使岩石成块状、长期构造作用形成多期大小不一的断裂和裂隙，形成集导矿、配矿、容矿为一体的成矿控矿构造体系。4.1.3围岩蚀变矿区内已知的金矿化均与黄铁矿化有关，黄铁矿不但产于角砾状或块状凝灰岩中，与主要含金类型角砾状或块状凝灰岩金矿石关系密切，同时浸染于断层破碎带中，与产于构造破带中构造角砾岩型金矿石有关，风化后显褐铁矿化。4.2找矿远景（1）矿区深部找矿潜力大，二个金矿化体，矿（化）体均位出勘查区西侧 F1、F2两条断层所夹持区块内的玄武岩断层破碎带或裂隙带、含黄铁矿化凝灰岩断层破碎带、裂隙带中，具有较大的找矿空间。（2）矿区成矿空间大，从矿体分布特征、岩浆活动及断裂构造形态来看，矿区分布的玄武岩、凝灰岩与矿化关系密切，火山作用从地壳深处带出丰富的矿质形成含矿岩层，成为金的重要源岩；矿体围岩玄武岩，在地下深部岩石孔隙度小，较致密，岩石粒度细显塑性，阻碍流体畅通，从而成为矿液运移的天然屏障，而赋矿岩石凝灰岩，岩石粒粗、性脆，化学性质活泼，在对矿质的溶滤渗透、扩散能力上均优于玄武岩（围岩），再加之受断裂作用的破坏形成较多裂隙空间而成为容矿岩石和赋矿层位。（3）矿区成矿物源供给丰富，成矿时代为中生代；成矿大地构造背景以造山运动之后的大陆环境为主，构造运动剧烈，深大断裂纵横交错，岩浆活动频繁。燕山-喜山期发生了一系列俯冲、碰撞造山成矿作用，矿区及区域成矿条件有利，找矿前景较好。参考文献：1 云南黄金矿业集团股份有限公司.云南省香格里拉县红坡金矿地质详查阶段总结报告 R.2015.2 秦克能，徐学章，吕玉龙.缅甸甘山钨锡矿床地质特征及找矿前景分析 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gold mine;geological characteristics;deposit genesis;prospecting prospect;Shangri-La专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专（上接第 4 页）Zircon U-Pb Dating and Petrogenesis of the Langmusi Volcanic Rockin West Qinling Orogenic BeltDAI Lian-duo（Liaoning Nonferrous Geology 105th Team Co.，Ltd.，Huludao 125000，China）Abstract:An integrated study of petrology,zircon U-Pb dating and geochemistry for the Langmusi volcanic rock in the middle partof the west Qinling were carried out.The Langmusi volcanic rocks consist of andecite and trachyandecite.Results show that the zircon LA-ICP-MS U-Pb age of the Langmusi volcanic rocks is 2174 Ma.The Langmusi volcanic rocks are characterized by enrichments of LILE(e.g.Rb,Ba,U,Th,Pb)and HFSE(e.g.Ta,Nb)depletion,with REE=195.9418 ppm,(La/Yb)N=12.1613.93,Eu=0.720.81,which show the magma of the volcanic rocks was dominantly derived from crustal materials.The Langmusi volcanicrocks were generated by partial melting of lower crust,granodiorite and volcanic rock resulted from lithospheric delamination inpost-collisional setting.Key words：Langmusi volcanic rock;zircon U-Pb dating;petrogenesis