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    相山铀矿田邹家山矿床英安斑岩脉锆石U-Pb年代学、地球化学、Hf同位素组成及其地质意义

    王勇剑 林锦荣 胡志华 东前 刘瑞萍 庞雅庆 高飞 陶意

    王勇剑, 林锦荣, 胡志华, 东前, 刘瑞萍, 庞雅庆, 高飞, 陶意, 2021. 相山铀矿田邹家山矿床英安斑岩脉锆石U-Pb年代学、地球化学、Hf同位素组成及其地质意义. 地球科学, 46(1): 31-42. doi: 10.3799/dqkx.2019.257
    引用本文: 王勇剑, 林锦荣, 胡志华, 东前, 刘瑞萍, 庞雅庆, 高飞, 陶意, 2021. 相山铀矿田邹家山矿床英安斑岩脉锆石U-Pb年代学、地球化学、Hf同位素组成及其地质意义. 地球科学, 46(1): 31-42. doi: 10.3799/dqkx.2019.257
    Wang Yongjian, Lin Jinrong, Hu Zhihua, Dong Qian, Liu Ruiping, Pang Yaqing, Gao Fei, Tao Yi, 2021. Zircon U-Pb Geochronology, Geochemistry and Hf Isotopic Compositions of Dacitic Porphyry in Zoujiashan Deposit of Xiangshan Uranium Orefield and Its Geological Implication. Earth Science, 46(1): 31-42. doi: 10.3799/dqkx.2019.257
    Citation: Wang Yongjian, Lin Jinrong, Hu Zhihua, Dong Qian, Liu Ruiping, Pang Yaqing, Gao Fei, Tao Yi, 2021. Zircon U-Pb Geochronology, Geochemistry and Hf Isotopic Compositions of Dacitic Porphyry in Zoujiashan Deposit of Xiangshan Uranium Orefield and Its Geological Implication. Earth Science, 46(1): 31-42. doi: 10.3799/dqkx.2019.257

    相山铀矿田邹家山矿床英安斑岩脉锆石U-Pb年代学、地球化学、Hf同位素组成及其地质意义

    doi: 10.3799/dqkx.2019.257
    基金项目: 

    科技部重点专项“华南热液型铀矿基地深部探测技术示范” 2017YFC0602600

    核工业北京地质研究院青年科技创新基金项目 地QJ1601

    国家自然科学基金面上项目 41573051

    详细信息
      作者简介:

      王勇剑(1990-), 男, 工程师, 主要从事热液型铀矿地质工作.E-mail:969352137@qq.com

    • 中图分类号: P597

    Zircon U-Pb Geochronology, Geochemistry and Hf Isotopic Compositions of Dacitic Porphyry in Zoujiashan Deposit of Xiangshan Uranium Orefield and Its Geological Implication

    图(9)
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    出版历程
    • 收稿日期:  2019-10-16
    • 刊出日期:  2021-01-01

    相山铀矿田邹家山矿床英安斑岩脉锆石U-Pb年代学、地球化学、Hf同位素组成及其地质意义

      作者简介: 王勇剑(1990-), 男, 工程师, 主要从事热液型铀矿地质工作.E-mail:969352137@qq.com
    • 核工业北京地质研究院, 北京 100029
    基金项目:  科技部重点专项“华南热液型铀矿基地深部探测技术示范” 2017YFC0602600核工业北京地质研究院青年科技创新基金项目 地QJ1601国家自然科学基金面上项目 41573051

    摘要: 对首次在相山铀矿田邹家山矿床发现的英安斑岩脉开展了岩石地球化学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素地球化学研究.LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测试结果表明:两个英安斑岩脉样品年龄加权平均值分别为122.4±0.5 Ma和126.5±1.4 Ma,晚于相山大规模火山侵入活动时间(132~137 Ma).该岩脉具有明显的轻重稀土分馏、负Eu异常的特征,大离子亲石元素明显富集,Nb、Ta显示明显的负异常,锆石εHf(t)值为-22.0~0.2,且大多数集中在-6~-10之间,两阶段Hf模式年龄tDM2为1.17~2.58 Ga.相山英安斑岩脉的地球化学特征与相山火山岩、次火山岩具有一定相似性.微量元素和锆石Hf同位素分析结果显示,英安斑岩脉主要为硅铝质地壳物质的部分熔融形成,但不排除有地幔物质的混入.邹家山英安斑岩脉以及同时期的中基性脉岩很可能形成于早中白垩世时期的太平洋俯冲板片持续后撤引起的岩石圈伸展环境,是典型张性构造应力体制的产物.

    English Abstract

      • 相山铀矿田是华南地区典型的热液型铀矿田, 至今已有近70年的开采历史, 其含矿的一套火山-侵入杂岩体一直以来都是国内地质研究者关注的焦点.随着同位素年代学测试精度的提高以及岩石地球化学测试手段的逐渐丰富, 近年来的研究表明, 该矿田大规模火山-侵入活动集中形成于137~132 Ma左右(Yang et al., 2011陈正乐等, 2013), 主要源于硅铝质地壳物质的部分熔融(范洪海等, 2001aJiang et al., 2005Yang et al., 2011郭福生等, 2016Yu et al., 2019), 但是对于各类岩石是否具有同源性、是否有地幔物质加入等问题还尚存一些争论.较多的学者认为相山各类火山岩、次火山岩为相同或者相似岩浆源区部分熔融形成的产物(方锡珩等, 1982范洪海等, 2001aJiang et al., 2005Yang et al., 2011), 但也有研究者认为它们具有不同的源区性质(张万良等, 2005).早些学者认为这些岩石形成过程中并无幔源物质加入(方锡珩等, 1982刘昌实等, 1992), 但目前越来越多的证据表明其确有地幔物质的参与(范洪海等, 2001bJiang et al., 2005郭福生等, 2016).但总体来说, 前人在岩石学方面的研究重点主要聚焦在矿田的三大含矿主岩(流纹英安岩、碎斑熔岩和花岗斑岩), 而针对侵入到主要岩性地层中的晚期脉岩研究则较少.近年来的钻探和探矿工程揭露发现, 在该矿田的诸多大小型矿床深部及外围发育较多的辉绿岩脉、煌斑岩脉、闪长质岩脉、英安质脉岩等, 种种迹象指示矿田深部可能存在一定规模和数量的隐伏脉岩, 且与铀成矿作用关系十分密切(范洪海等, 2005杨水源等, 2012林锦荣等, 2014).然而, 针对这些脉岩类系统的年代学、地质地球化学等研究工作相较于其他火山岩却寥寥无几.因此, 充分认识和了解相山矿田中的各类脉岩的形成时代、成因及构造背景, 对于进一步深化和丰富相山铀矿田火山岩成因和铀多金属成矿机理具有重要意义.

        综上, 本文以首次在邹家山矿床发现的英安斑岩脉为研究对象, 经过详尽的野外地质调研, 开展了岩相学、地球化学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素地球化学等方面的研究, 对该岩脉形成时代进行精确的年代学约束, 并系统研究其地球化学性质及岩石成因, 在此基础上探讨英安斑岩脉及同时期岩脉形成的构造背景.

      • 相山铀矿田位于著名的赣杭构造成矿带西南段, 扬子板块与华南褶皱系缝合带(江绍缝合带)南缘, 处于江西省乐安和崇仁两县交界(图 1).该地区在早白垩世经历了大规模的中-酸性岩浆喷发、喷溢和浅层侵入活动, 形成一个大型火山塌陷式盆地(方锡珩等, 1982邱爱金等, 1999).研究区总体上由基底和盖层两部分组成, 其中, 基底主要由中元古界变质岩和少量下石炭统、上三叠统地层组成, 而盖层为一套下白垩统火山侵入杂岩体, 主要由下部打鼓顶组流纹英安岩(~136 Ma)和上部鹅湖岭组碎斑熔岩(~134 Ma)组成, 夹有部分火山碎屑岩、陆相碎屑沉积岩夹层;矿田西部火山岩被上白垩统红层所覆盖, 呈不整合接触.在大规模火山活动期后, 沿环状火山塌陷构造、层间离张断裂充填形成环状花岗斑岩墙、岩脉.此外, 在地表有少量中基性脉岩出露, 主要为煌斑岩、石英二长斑岩以及辉绿岩等, 但这些脉岩普遍遭受强烈的蚀变和风化作用而变得难以辨认.在矿田中西部、北部的钻孔、矿井坑道中揭露到有较为新鲜的煌斑岩、英安质脉岩等, 多穿插于碎斑熔岩、流纹英安岩和基底变质岩中.

        图  1  相山铀矿田大地构造位置(a)及地质简图(b)

        Figure 1.  Tectonic location (a) and geological sketch map (b) of Xiangshan uranium orefield

      • 用于本次研究的英安斑岩脉样品分别采自邹家山矿床-130 m中段坑道和露天采场.样品Z15-2、Z15-7、Z15-10、Z15-11以及用于测年的Z15-245均采自-130 m中段8-1-3支巷内发育的英安斑岩脉不同位置, 该岩脉主要沿巷道顶板延伸30 m多, 宽度为0.5~1.0 m, 明显沿构造裂隙充填形成, 岩石内部有顺层裂隙发育(图 2a).岩石整体呈灰绿色-暗灰色, 斑状结构, 肉眼可见到少量石英斑晶, 镜下鉴定表明, 斑晶含量少于10%, 斑晶多在1 mm以下, 斑晶主要为石英75%(0.5~3.0 mm)和斜长石20%(0.3~1.0 mm), 其次为少量黑云母, 少部分被绿泥石不完全交代, 基质为霏细-微晶结构, 主要由斜长石和石英组成, 夹杂少量细小的绢云母(图 2c).样品XS16-11-7~ XS16-11-9均采自邹家山矿床露天采场, 可见到英安斑岩脉侵入到碎斑流纹岩当中, 而且脉岩中包含有碎斑熔岩捕掳体(图 2b), 说明该岩石应是在相山地区大规模中酸性岩浆活动之后侵入形成的.岩石整体结构和矿物成分和Z15-245相似, 比较明显不同的是前者的斑晶含量更少、粒度更细, 斜长石斑晶相对增多, 基质主要为脱玻化作用形成的长英质集合体, 岩石蚀变相对较弱(图 2d).

        图  2  英安斑岩脉野外及显微镜下照片

        Figure 2.  Field photos and micrographs of dacitic porphyry dyke

      • 全岩主量、微量和稀土元素分析在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成.在进行分析测试前, 首先将样品磨至200目.主量元素测试采用XRF方法, X射线荧光光谱仪型号为PW2404, 将粉末样品制成扁平玻璃片后用XRF荧光光谱仪进行分析, 分析精度优于5%.稀土和微量元素采用等离子质谱仪(ICP-MS)分析, 样品处理方法如下:①称取200 mg粉末样品, 将其与900 mg LiBO2熔剂混合均匀, 在1 000 ℃的熔炉中熔化;②待熔液冷却后, 用100 mL 4%的硝酸溶解稀释, 然后用ICP-MS分析, 分析精度为5%~10%.

      • 锆石单矿物分选在天津市三叶虫岩矿技术服务有限公司完成, 将原块状重约20 kg岩石样品手工破碎到自然粒度, 经淘洗、电磁分选及重液分选等步骤后分离出锆石单矿物, 之后在双目镜下尽量挑选完整透明的锆石送到北京锆年领航科技有限公司完成制靶和阴极发光CL图像拍摄.锆石U-Pb测试在中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪LA-ICP-MS完成, 采用仪器为Elan6100 DRC型ICP-MS和德国Lamda Physik公司的GeoLas 200M深紫外(DUV)193 nm ArF准分子激光剥蚀系统.激光束斑直径选用32 μm, 实验中采用高纯氦气作为载气. U-Th-Pb同位素组成分析用标准锆石91500作为外标, 具体实验步骤、方法及仪器参数参考(刘瑞萍等, 2015).样品同位素比值和U-Pb年龄通过GLITTER(ver 4.0)程序计算得出, 采用Andersen(2002)推荐方法进行普通Pb校正.锆石加权平均年龄计算及谐和图的绘制采用Isoplot程序(Ludwig, 2003)完成.

      • 锆石Hf同位素测试在中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室LA-MC-ICP-MS上完成.该分析仪器由Finnigan Neptune多接收等离子质谱和Newwave UP213激光剥蚀系统两部分组成.激光剥蚀过程中采用氦气作为载气, 根据锆石粒径选择剥蚀直径为44 μm.测试时采用锆石国际标样GJ1作为参考物质, 分析点尽量与U-Pb定年分析点为同一位置, 部分Hf同位素测点略偏离定年测点.详细的实验流程和原理可参考侯可军等(2007).测试分析得到的锆石标准参考物质GJ1的Hf同位素组成176Hf/177Hf加权平均值为0.282 026±0.000 025(2δ, n=11), 与文献报道值(侯可军等, 2007)在误差范围内一致.

      • 邹家山英安斑岩的主量元素地球化学分析见附表 1, 具体元素含量及相关特征值变化特征如下:SiO2含量为66.41%~67.91%, A12O3含量为15.95%~16.78%, MgO含量为1.26%~1.60%, CaO含量为0.31%~0.70%, P2O5含量为0.06%~0.12%, (Na2O+K2O)为4.71%~6.17%, Na2O/K2O值为0.07~0.44, 碱度率AR为1.79~2.11.总体来看, 该英安斑岩具有高SiO2、低Na2O高K2O、低MgO、CaO和P2O5的特点.该岩脉中SiO2与A12O3呈较明显的负相关, 而且具有较低的CaO含量和较高的A/CNK值, 暗示在岩浆演化过程中可能发生过较强烈的富Ca矿物(如斜长石)的分离结晶作用.在火成岩的TAS分类图解中, 样品投点全部落在英安岩区域内(图 3a), 这与野外和镜下鉴定的结果完全吻合.在SiO2-K2O图解中(图 3b), 样品分布在高钾钙碱性岩-钾玄岩系列分界线附近.

        图  3  相山邹家山矿床英安斑岩脉(a)TAS分类图解和(b)SiO2-K2O图解

        Figure 3.  TAS classification diagram (a) and SiO2 versus K2O diagram (b) of dacitic porphyry in Zoujiashan deposit

      • 在原始地幔标准化蛛网图上(图 4a), 所有英安斑岩样品的配分曲线几乎完全一致.其中, Ba、Sr、P以及Nb、Ta、Ti等高场强元素(HFSE)表现为明显的负异常, 而Rb、Th、K、La、Ce、Nd呈现正异常, 并见有明显的Nb-Ta谷.其中, Ba、Sr出现明显的亏损, 这可能与斜长石的强烈分离结晶作用有关, P、Ti的亏损可能是由于磷灰石和金红石等矿物的分离结晶所致.

        图  4  相山邹家山矿床(a)英安斑岩脉原始地幔标准化微量元素蛛网图和(b)球粒陨石标准化稀土元素配分图

        Figure 4.  Primitive mantle normalized trace element spider diagram (a) and chondrite normalized REE patterns (b) of dacitic porphyry in Zoujiashan deposit

        英安斑岩脉的稀土总量较高(ΣREE=208.9×10-6~248.5×10-6), LREE/HREE为8.02~9.87, 在稀土元素球粒陨石标准化配分曲线(图 4b)上, 所有样品具有基本一致的稀土配分型式, 总体上表现为明显的轻稀土富集、重稀土亏损的右倾型特征, 说明LREE发生较为强烈分馏, 而HREE分馏不明显.此外, Eu表现出明显的负异常(δEu=0.49~0.62), 说明斜长石在成岩过程不断从熔体中分离结晶.

        图 4可以比较明显地看到, 英安斑岩脉与相山火山-侵入杂岩(主要包括流纹英安岩、碎斑熔岩、花岗斑岩)具有非常相似的微量元素变化特征和稀土配分模式, 暗示邹家山产出的英安斑岩脉与相山火山-侵入杂岩很可能在成岩物质的来源和成因具有相似性.

      • 本文用于锆石U-Pb测年的英安斑岩样品Z15-245和XS16-11-8分别采自邹家山矿床-130 m中段坑道和露天采场.所有锆石具有基本相似的晶型特征, 大部分锆石结晶完好, 呈无色透明或浅棕黄色, 晶形以呈长柱状、短柱状为主, 少数为等粒状, 长宽比为1:1~1:3, 其粒径一般在50~120 μm, 少数达到150 μm以上, 稍有不同的是, XS16-11-8样品的锆石粒径整体略大.从阴极发光CL图像(图 5)可以看出, 多数锆石内部发育清晰振荡环带结构, 显示为典型的岩浆成因锆石.锆石微量元素分析表明, 40多个锆石分析点的U含量为102×10-6~1 789×10-6, Th含量为70.3×10-6~1 095×10-6, Th/U比值在0.22~1.63之间(附表 2), Th/U比值多数大于0.3, 也进一步证明本文测试的锆石为岩浆成因锆石.在进行锆石U-Pb测年时, 尽量选择晶形好、颗粒大、振荡环带较为发育、裂纹和包裹体相对较少的锆石进行年代学测定.为了避免继承核的影响, 大部分测点位于锆石的幔部-边部.

        图  5  邹家山矿床英安斑岩脉中典型锆石的阴极发光图像及测点位置

        Figure 5.  CL images and testing point of representative zircons in dacitic porphyry dyke of Zoujiashan deposit

        样品XS16-11-8和Z15-245分别测定了19和21个分析点, 锆石U-Pb年龄测定结果显示, 两个样品测点所获年龄数据点均投影在谐和线上或其附近(图 6), 说明被测锆石未遭受明显的后期热事件的影响, 亦说明没有Pb丢失或Pb丢失较少, 表明该测年结果可信度较高.其中, 样品XS16-11-8的19个测点的206Pb/238U年龄介于122±2~126±6 Ma之间, 年龄加权平均值为122.4±0.5 Ma(MSWD=3.5, n=19)(图 6), 而样品Z15-245的19个测点的206Pb/238U年龄介于122±2~126±6 Ma之间, 年龄加权平均值为126.5±1.4 Ma(MSWD=0.97, n=19)(图 7).所测得年龄显示XS16-11-8的加权平均年龄要略小于Z15-245, 但其在误差范围内两个样品的年龄结果十分接近, 因此本文认为邹家山矿床英安斑岩脉的侵入年龄大致在122~126 Ma.

        图  6  邹家山矿床英安斑岩脉U-Pb谐和年龄曲线

        Figure 6.  U-Pb concordiadiagrams of zircon from dacitic porphyry dyke of Zoujiashan deposit

        图  7  邹家山矿床英安斑岩脉的Hf同位素两阶段模式年龄和εHf(t)值柱状图

        Figure 7.  Histogram of Hf model ages and εHf(t) values for dacitic porphyry dyke of Zoujiashan deposit

        年龄结果显示, 在样品Z15-245中, 测点Z15-245-7和Z15-245-20得出的年龄分别为136 Ma和137 Ma, 这两个年龄与Yang et al.(2011)测定的流纹英安岩的形成年龄137 Ma十分吻合, 表明这两颗锆石有可能为脉岩侵位过程中的捕获锆石.其中在样品Z15-245中一颗继承锆石出现了一个不一致的年龄, 其206Pb/238U年龄为405 Ma, 该点未参与谐和年龄的计算.

      • 在锆石U-Pb测年的基础上, 本文对之前已完成测年的锆石样品的相同部位进行原位Hf同位素测试分析, 176Hf /177Hf比值采用相对应的锆石年龄进行计算, 详细数据列于附表 3.一般来说, 当锆石测试得到的176Lu/177Hf比值小于0.002, 表明这些锆石在形成后具有极低的放射性成因Hf积累, 所测定的176Hf /177Hf比值基本可以代表锆石结晶时体系的Hf同位素组成(侯可军等, 2007吴福元等, 2007).除去Z1-245-12测点的锆石176Lu/177Hf比值0.002, 其他锆石测点的176Lu/177Hf比值均在0.002以内.不考虑Z15-245样品中两个可能为捕获锆石的测点(Z15-245-7和Z15-245-20), 锆石Hf同位素176Hf/177Hf初始比值分别为0.282 072和0.282 701.通过相关计算得到的εHf(t)值为-22.0~0.2, 大多集中在-12~-6之间(图 7a);单阶段Hf模式年龄tDM为0.77~1.66 Ga之间;两阶段Hf模式年龄tDM2为1.17~2.58 Ga之间, 大多集中在1.6~1.9 Ga之间(图 7b).

      • 早期由于多采用测试精度较低的K-Ar和Rb-Sr测年方法, 相山中酸性火山侵入杂岩的形成时代曾被认为形成于中侏罗世至早白垩世, 从160 Ma到130 Ma持续了将近30 Ma左右, 所取得的年龄数据差别也较大(方锡珩等, 1982李坤英等, 1989).近些年, 通过对相山铀矿田各类含矿主岩(碎斑熔岩、流纹英安岩、花岗斑岩等)开展高精度的SHRIMP及LA-ICP-MS锆石U-Pb测年表明(Yang et al., 2011陈正乐等, 2013), 这套中酸性火山侵入岩浆岩主要形成于~135 Ma左右, 是发生在早白垩世的一次集中且短暂的火山-侵入活动, 从而基本厘定了相山中酸性火山侵入岩的形成时限.针对该地区发育的一些基性脉岩, 前人通过开展过K-Ar定年获得了一些煌斑岩、辉绿岩的形成年龄(饶泽煌等, 2012张树明等, 2012).测试结果表明, 相山地区煌斑岩、辉绿岩形成时代大致可分为3期, 分别为134 Ma、120~125 Ma和84.5 Ma.但由于K-Ar法同位素体系极易受后期扰动、封闭温度较低等特征的限制, 这些年龄数据往往不能代表真实的成岩年龄.也有一些研究者应用单颗粒和LA-ICP-MS锆石U-Pb测年法获取该区煌斑岩、流纹斑岩等少量基性、中酸性脉岩的年龄数据.范洪海等(2005)运用单颗粒锆石U-Pb稀释法获取了大规模火山侵入活动后的石英二长斑岩及煌斑岩脉的形成年龄分别为129.5±2.0 Ma和125.1±3.1 Ma;杨水源等(2012)利用LA-ICP-MS锆石U-Pb法测定了晚期侵入到流纹英安岩中流纹斑岩的形成年龄为134.6± 1.2 Ma;郭建等(2014)测定了钻孔中晚期霏细斑岩锆石U-Pb年龄为130.3±0.85 Ma.这些研究结果表明, 相山地区在大规模中酸性岩浆侵入活动后, 可能存在多次近同期或晚期的脉岩岩浆活动.

        本次研究工作通过LA-ICP-MS锆石U-Pb测年方法确定了邹家山矿床两个英安斑岩脉样品的形成年龄, 其加权平均年龄值分别为122.4± 0.5 Ma和126.5±1.4 Ma, 这两个年龄相差不超过5 Ma, 可能形成于同一地质事件下的不同阶段, 故认为邹家山矿床发育的英安斑岩脉大致形成于126~122 Ma.定年结果清晰地显示, 该矿床英安斑岩脉的形成时间明显晚于矿田碎斑熔岩、流纹英安岩等主要火山岩类、次火山岩类, 也比较好地解释了野外地质调查中观察到的岩脉穿插流纹英安岩、包裹碎斑流纹岩捕掳体等现象.这一定年结果也与范洪海等(2005)测得的一期煌斑岩的单颗粒锆石U-Pb年龄(~125 Ma)基本一致.

        综合上述高精度的U-Pb同位素测年结果可以看出, 相山火山盆地内至少存在两个阶段的早白垩世脉岩岩浆活动, 其中, 在135~130 Ma阶段相继侵入形成流纹斑岩、霏细斑岩和石英二长斑岩等中酸性脉岩, 而在126~122 Ma阶段发生小规模的英安斑岩、煌斑岩等中酸性、基性脉岩侵位.

      • 前人研究结果表明, 大离子亲石元素显著富集和Nb、Ta负异常可以反映大陆地壳物质的混染或俯冲流体的交代作用(秦江锋等, 2005).邹家山英安斑岩脉具有明显的大离子亲石元素富集和Nb、Ta负异常的特征, 岩脉的Nb/Ta值为11.94~13.31, 均值为12.62, 几乎与地壳平均值(12.2)一致, 暗示其源区具有陆壳物质的特征(丁丽雪等, 2018).前人通过大量的岩石学、地球化学研究已经证明相山火山侵入杂岩主要是由硅铝质地壳物质部分熔融形成(方锡珩等, 1982范洪海等, 2001aJiang et al., 2005Yang et al., 2011Yu et al., 2019), 而邹家山矿床英安斑岩脉与相山火山岩、次火山岩稀土元素和微量岩石配分曲线非常相似, 间接表明邹家山矿床英安斑岩与相山火山岩、次火山岩具有近一致的岩浆源区.

        锆石Hf同位素体系具有较高的封闭温度, 因此可以较好记录岩浆源区的一些重要特征, 成为判别岩浆源区和探讨壳幔相互作用的理想工具(杨进辉等, 2007).本文此次通过两个英安斑岩脉样品的锆石Hf同位素测试分析得到, εHf(t)值为-22.0~0.2, 变化范围较大, 但大多数集中在-6~-10之间, 两阶段Hf模式年龄tDM2为1.17~2.58 Ga之间, 且大多集中在1.6~1.9 Ga之间(图 7b), 两件样品得获得的εHf(t)值和Hf模式年龄绝大部分值在同一变化范围内.在εHf(t)-t图解中(图 8), 测试点大多数落在球粒陨石演化线之下, 集中在上下地壳演化线之间, 说明邹家山英安斑岩脉主要来源于地壳物质的熔融. Yang et al.(2011)曾对相山地区主要含矿岩性流纹英安岩、碎斑熔岩、花岗斑岩进行了锆石Hf同位素研究, 测试结果表明, 这3种岩性的锆石Hf同位素组成较为相似, εHf(t)值都集中在-7~-9之间, 两阶段Hf模式年龄值为1.6~1.8 Ga之间, 表明这三类岩石具有相同的物质来源, 均起源于地壳的部分熔融.本文测定的英安斑岩脉锆石εHf(t)值和两阶段Hf模式年龄值集中在相山主要火山岩、次火山岩的Hf同位素特征值范围附近, 进一步表明该岩脉与相山火山侵入杂岩具有相似的岩浆源区, 可能主要由地壳岩石的部分熔融形成.

        图  8  邹家山矿床英安斑岩脉锆石Hf同位素组成

        Figure 8.  Zircon Hf isotope of dacitic porphyry dyke from Zoujiashan deposit

        值得注意的是, 测点Z15-245-8、测点Z15-245-12和测点XS16-11-8-19的锆石εHf(t)值分别为0.21、-3.6和-3.9, 明显大于其他εHf(t)值, 而且整体锆石εHf(t)值变化范围也较大, 暗示英安斑岩脉的源区成分可能并不单一.研究表明, 单纯的岩浆演化不会造成同位素的分馏, 对于酸性或者偏酸性的岩浆岩来说, 不同源区熔体的混合作用才可能使同位素比值发生显著的变化(Bolhar et al., 2008吉雪峰等, 2018).这些测试点具有近乎一致的锆石U-Pb年龄, 但两件样品所有的Hf同位素组成却表现出明显的差异性, 说明在成岩过程中不止是地壳物质的部分熔融, 可能有地幔岩浆的混入使得源区的εHf(t)值不均一.另一方面, 相对于相山主要含矿岩性碎斑熔岩、流纹英安岩以及花岗斑岩中相容性元素V、Cr、Co、Ni含量(V=5.0×10-6~43.3×10-6、Cr=2.5×10-6~14.6×10-6、Co=1.17×10-6~8.65×10-6以及Ni=1.07×10-6~5.71×10-6)(数据未发表), 英安斑岩脉具有明显偏高的相容性元素V、Cr、Co、Ni含量(V=78.9×10-6~102.0×10-6, Cr=53.9×10-6~71.6×10-6, Co=13.0×10-6~16.6×10-6, Ni=17.3×10-6~32.3×10-6).一般来说, 这些元素都在地幔岩石中大量富集, 它们在该岩脉中相对高的含量暗示成岩物质中有地幔源区物质的参与.从FeOT-MgO图解(图 9)中, 也可以明显看到, 样品点呈现的趋势远离分离结晶的趋势线, 而趋近于岩浆混合作用的趋势线.

        图  9  邹家山矿床英安斑岩脉岩浆混合趋势

        Figure 9.  Magma mixing trend diagram of dacitic porphyry dyke from Zoujiashan deposit

        与上述脉岩近同时期出现的岩浆混合作用在赣杭构造带已经得到了充分的证明.例如, 相山地区发育有与英安斑岩近同期形成的基性煌斑岩脉(范洪海等, 2005Jiang et al., 2005), 在赣杭构造带西北部也发育有形成于129~122 Ma的A型花岗岩和基性岩脉(Jiang et al., 2011), 而且这些花岗岩在演化过程中有幔源岩浆混入.综上, 笔者认为该区的英安斑岩脉与相山火山侵入杂岩应有相似的岩石源区, 很可能是古老地壳部分熔融的产物, 但不排除在熔体形成过程中有地幔物质的混入.

      • 华南地区中东部在晚侏罗世-早白垩世完成了古特提斯构造体制向环太平洋构造体制的大转换和古太平洋俯冲作用(Mao et al., 2008).尽管目前对构造体制转换的具体时限还尚存不确定性, 但中国东南部晚侏罗世到早白垩世总体上应为挤压到拉张的转换环境, 大致在140~135 Ma发生了区域性的构造应力体制转变(邢光福等, 2008张岳桥等, 2009周涛发等, 2010).从135 Ma左右开始, 由于古太平洋板块俯冲角度的逐渐增大而导致的弧后伸展拉张作用或岩石圈减薄(Zhou et al., 2000Wang et al., 2006He et al., 2012李三忠等, 2017), 致使一系列早白垩世断陷盆地的形成, 同时伴随有强烈的中酸性岩浆侵入作用和火山作用, 而且区域性伸展扩张作用在125~100 Ma持续增强.而对于相山及邻近地区来说, 大规模的拉张作用开始于中白垩世时期, 以形成面积大、厚度大、呈北东向展布的断陷红盆(如吉泰盆地等)为特征(邱爱金等, 1999范洪海, 2005), 并有玄武岩浆喷发(余达淦等, 2001).本文测定相山矿田中发育的英安斑岩脉的锆石U-Pb年龄为122~126 Ma, 与范洪海等(2005)测定的基性煌斑岩形成年龄(125 Ma)都处在华南地区东部构造体制转换之后的伸展扩张作用时限内, 可能是太平洋俯冲板片持续后撤以及岩石圈伸展进一步增强的结果.但在该时期(早中白垩世), 相山地区的伸展拉张作用表现的并不强烈, 只是形成一些零散的、规模较小的脉岩.

      • (1) 邹家山矿床两个晚期侵入的英安斑岩脉样品给出的锆石U-Pb加权平均年龄值分别为122.4±0.5 Ma和126.5±1.4 Ma, 年龄结果较为接近, 因此认为122~126 Ma可以代表英安斑岩脉的形成年龄.综合前人的高精度测年结果, 认为相山火山盆地内至少存在135~130 Ma和126~122 Ma两个阶段的早白垩世脉岩岩浆活动.

        (2) 邹家山矿床英安斑岩脉与相山地区火山岩、次火山岩在岩石地球化学特征、锆石Hf同位素组成上具有相似性, 表明其主要为地壳物质部分熔融形成, 可能有地幔物质的混入.

        (3) 英安斑岩脉以及同时期的中基性脉岩很可能形成于早中白垩世时期的太平洋俯冲板片持续后撤引起的岩石圈伸展环境, 是典型张性构造应力体制的产物.

        致谢:野外地质调查和采样得到江西抚州金安铀业的大力支持;样品分析测试得到了中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室、中国地质科学院矿产资源研究所LA-MC-ICP-MS实验室诸多老师提供的大量帮助;还得到了两位评审人的建设性评述和宝贵修改意见;在此一并表示衷心感谢!

        附表见本刊官网(http://www.earth-science.net).

    参考文献 (67)

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