梁雨薇
, 胡弘
Yuwei LIANG
中图分类号:
P597
通讯作者:
Corresponding authors:
收稿日期:
2016-03-21
修回日期:
2016-05-10
网络出版日期:
2017-07-13
版权声明:
2017 《北京大学学报(自然科学版)》编辑部 《北京大学学报(自然科学版)》编辑部 所有
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摘要 为了加深对微山稀土矿碱性杂岩体岩浆活动期次及与成矿关系的理解, 对微山稀土矿床碱性杂岩体进行岩相学、地球化学分析和锆石U-Pb年代学测定。结果表明, 微山稀土矿碱性杂岩体正长岩类地球化学特征相似, 具有同源性, 为偏铝质碱性岩。稀土总量高, 轻重稀土元素分馏明显, 呈轻稀土高度富集模式。微量元素组成具有幔源岩浆岩的特征, 富集Rb, Ba, Sr等大离子亲石元素, 亏损Nb, Ta, Zr等高场强元素, Eu异常不显著。利用LA-ICP-MS U-Pb年代学方法, 测得含矿石英正长岩、霓辉石英正长岩锆石U-Pb年龄分别为122.4±2.0 Ma (MSWD=5.2)和130.1±1.4 Ma (MSWD=9), 存在2536±6.1 Ma (MSWD=1.6)的继承锆石, 表明地壳物质参与成岩过程。结合鲁西燕山期构造演化过程, 认为微山正长岩类形成于华北克拉通中生代构造体制转折后的伸展背景下, 成矿作用与碱性杂岩体的演化有关。
关键词：
Abstract In order to enhance the understanding of the stage of magmatism and the relationship between Weishan alkaline complex and REE mineralization, the zircon U-Pb age and geochemistry of Weishan alkaline complex are conducted. The geochemical result shows that syenite series has the same geochemical characteristics, proving that they are from the same resource, and the syenite belong to metaluminous and alkaline series. They have high ∑REE, and distinct fractionation between HREE and LREE, exhibiting depleted in HREE, Nb, Ta, Zr, but enriched in LREE, Rb, Ba, Sr, and have slight Eu abnormality, which is consistent with the characteristics of mantle-derived magmatic rocks. The element-geochemical features reflect that the magma comes from enriched mantle. LA-ICP-MS zircon U-Pb ages of the ore-bearing quartz syenite and the aegirine-augite syenite are separately 122.4±2.0 Ma (MSWD=5.2) and 130.1±1.4 Ma (MSWD=9), and the presence of 2536±6.1 Ma (MSWD=1.6) inherited zircon is also an evidence that crustal materials have been involved in the magmatism process. It is concluded that Weishan syenites had come into being in an extensional setting after the transformation of the tectonic regime in the NCC in the Mesozoic area, when a large-scale enriched mantle melted to cause the generation of alkaline magma and a massive upwelling of the mantle materials from the asthenosphere to form finally the REE deposit after the formation of the alkaline rock complex.
Keywords：
鲁西地块位于华北克拉通东南缘, 郯庐断裂带以西, 聊城-兰考断裂带以东。中生代以来, 华北克拉通受燕山运动影响, 岩石圈强烈减薄, 导致大规模的岩浆活动以及区域成矿作用[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11]。鲁西地区的中生代岩浆岩以及成矿作用也主要受这期构造活动控制, 区域内广泛分布金矿和铁矿, 如平邑归来庄金矿、磨房沟金矿、蒙阴埠洼金矿、莱芜铁矿 等[12,13,14], 矿床类型主要为热液交代型、矽卡岩型和隐爆角砾岩型。
稀土矿产是重要的金属矿产资源, 微山稀土矿位于山东省鲁西地区, 是我国三大轻稀土基地之一。近年来, 对微山稀土矿进行了一系列的研究工作, 确定微山稀土矿与碱性杂岩体之间存在密切成因关系。碱性杂岩体是微山稀土矿的成矿母岩, 因此对碱性杂岩体的深入探讨有利于研究稀土矿成矿物质来源。微山碱性杂岩体为造山期后岩浆活动的产物, 来源于富集地幔[15]。田京祥等[16]用 K-Ar 法获得碱性杂岩体侵入年龄为 140 Ma, 阎国翰等[17] 用锆石U-Pb法测得其侵入年龄为131 Ma。微山稀土矿成矿年龄为119.5 Ma[18], 与碱性杂岩体在时间上存在继承关系[19]。
本文通过对微山稀土矿床碱性杂岩体锆石 U-Pb 年代学测定、岩石学和岩石地球化学分析, 厘定微山碱性杂岩体的岩浆活动期次及时代, 并总结岩石的地球化学特征, 揭示含矿岩体的成岩时代、构造特征和演化规律, 是对区域动力学背景与区域成矿作用关系研究的一个重要补充, 同时对探讨稀土成矿物质来源也具有理论意义。
鲁西地块处于华北板块东南缘和秦祁昆造山系的东部, 郯庐断裂带中部沂沭断裂带以西, 聊城-兰考断裂带以东, 齐河-广饶断裂以南, 丰沛断裂以北, 呈近似平行四边形(图 1)。聊城-兰考断裂及齐河-广饶断裂将鲁西分为华北坳陷和鲁西隆起两个重要的构造单元, 研究区位于鲁西隆起区的南西部, 苏鲁超高压变质带西部[5,11]。
图1 鲁西地质简图及微山稀土矿位置分布 Fig. 1 Sketch geological map of Luxi Block and locations of Weishan REE deposit
区域内构造活动强烈, 具有多期次的特征, 发育各种面状、线状构造及韧性剪切带, 形成多组不同方向、不同规模的断裂构造体系, 并大量分布中、新生代断陷盆地。区域内断裂的展布具有一定规律性, 以中部的新寨-泗水-平邑-蒙阴地区为中心, 向外呈同心环状和放射状展布, 走向主要为NW 向、NE 向、EW 向及 NNE 向。NNW 向的主干断裂及次级 NW 向断裂控制区域内地层及岩浆岩的展布, 近EW向及NW向的次级断裂是本区的主要控矿构造。NW 向断裂在鲁西地区分布广泛, 由南向北, 断裂走向由NW向逐渐转变为NNW向, 构成鲁西中、新生代断陷盆地的北边界, 主要有铜冶店-孙祖断裂、新泰-垛庄断裂、蒙山断裂等。该组断裂对鲁西地区中生代燕山期岩浆活动及成矿有明显控制作用。NNE 向断裂主要为沂沭断裂带, 是华北克拉通最大的走滑构造体系, 横切陆壳至壳幔边界, 将山东省分为鲁西及胶东两大地块[9]。
区内出露地层主要为中太古代沂水岩群、新太古代泰山岩群、古生代寒武系至奥陶系碳酸盐岩及碎屑岩、石炭-二叠系、三叠系、侏罗-白垩系碎屑岩和火山岩以及第四系等。新太古代花岗闪长岩及古元古代二长花岗岩构成结晶基底, 其上覆盖古生代海相沉积岩、中生代陆相火山-沉积岩、新生代河湖相沉积岩等地层[20,21]。区内岩浆活动广泛发育, 以新太古代和中生代岩浆作用最为强烈, 主要发育辉长岩、闪长岩、花岗闪长岩、正长斑岩、二长斑岩、花岗岩以及碳酸盐岩等。侵入体呈岩基、岩株及岩脉产出[22,23,24]。
微山稀土矿位于山东省枣庄市微山县东南约17 km 处的郗山村及其西缘, 矿体赋存在正长岩类及其外接触带中(图 2)。矿区出露的地层主要为太古界泰山岩群山草峪组黑云斜长片麻岩、寒武纪和奥陶纪灰岩。除郗山小山头露头零星分布外, 其余皆被第四系覆盖。矿区内断裂构造发育, 构造活动控制矿区矿脉展布, 断裂分为NW向、NE向、SN向和EW向, 为主要赋矿构造, NW向与EW向断裂几乎同期形成, NE 向断裂为二者构造松弛后形成。稀土矿及岩浆岩主要受NW向及NE向断裂控制。矿区内岩浆活动发育, 以燕山期正长岩类(石英正长岩、霓辉石英正长岩)和碱性花岗岩为主构成微山碱性杂岩体, 出露面积仅 0.5 km2, 呈NE- SW 向延伸, 与太古代片麻岩的侵入接触界线清楚, 接触形式为枝杈状接触, 且发育不同程度的碱性交代。另外, 发育规模较小的闪长玢岩岩脉, 分布在矿区西北部。
矿体呈透镜状或不规则长条状成群分布, 含稀土碳酸盐矿脉沿裂隙侵入片麻岩、石英正长岩、霓辉石英正长斑岩中, 呈单脉状、网脉状及浸染状。单脉状矿体是最主要的矿脉类型, 与岩体接触界限清楚, 脉幅大, 长度达 30~540 m, 宽度为 10 cm 至 9.19 m, 矿化较为连续, 具有分支复合的特征。网脉状和浸染状矿体脉幅小, 由密集细脉组成的矿脉带具有工业意义。围岩蚀变与区域断层有密切成因关系, 热液蚀变作用不强, 主要是霓辉石化、碳酸盐化、重晶石化、萤石化、硫化物化和稀土矿化等[12,15-19]。
石英正长岩呈灰白色至肉红色(图 3(a)), 似斑状至斑状结构(图 3(d)), 块状构造, 岩石遭受碳酸盐化、硅化以及稀土矿化。矿物成分主要为钾长石(43%~50%)、斜长石(5%~10%)、石英(10%~15%)和碳酸盐矿物(2%)。钾长石发育卡式双晶, 可见环带构造, 部分钾长石以巨斑晶出现, 粒径为 0.5~2 cm。石英斑晶边缘可见蚀变环带, 石英常与方解石镶嵌(图 3(e))。碳酸盐矿物以方解石和白云石为主, 自形至半自形。存在少量黑云母和角闪石。副矿物主要为磷灰石、榍石和磁铁矿等。
图3 微山稀土矿床岩石、矿脉及其显微照片 Fig. 3 Rocks, vein and microphotographs of the Weishan REE deposit
全岩主量、微量和稀土元素分析在广州澳实实验室完成。选取较新鲜的石英正长岩和霓辉石英正长斑岩样品7件, 粉碎至小于200目。主量元素采用硼酸锂+硝酸锂熔融, 进行 X 荧光光谱分析(XRF), 分析精度优于 1%。微量元素采用硼酸锂熔融, 进行等离子光谱定量分析, 分析精度优于 5%。稀土元素检测仪器为等离子质谱仪(ICP-MS), 分析精度优于5%。分析结果列于表1和2。
表1 微山稀土矿区石英正长岩和霓辉石英正长斑岩主量元素分析结果
Table 1 Major elements contents of the quartz syenite and augite quartz syenite porphyry %
表2 微山稀土矿区石英正长岩和霓辉石英正长斑岩微量元素分析结果
Table 2 Trace elements contents of the quartz syenite and augite quartz syenite porphyry μg/g
主量元素分析结果显示, 矿区石英正长岩的SiO2 含量为 58.00%~67.90%, 属于中酸性岩类; Na2O+K2O 含量为 9.72%~11.94%, MgO, CaO 和Fe2O3 含量分别为 0.24%~0.43%, 1.59%~3.19%和1.44%~3.26%; 岩石具有低 Ti (TiO2 含量为0.15%~0.35%)、富 Al (Al2O3 含量为 13.82%~ 18.90%)特征。铝饱和指数 A/CNK 为 0.70~0.91, 属于偏铝质系列, 在 A/NK-A/CNK 图解上, 绝大多数落在偏铝质区域内(图 4)。在 TAS 图解上, 石英正长岩落在石英正长岩及花岗岩区域内, 显示酸性岩浆的特点(图5)。
图4 微山稀土矿床石英正长岩和霓辉石英正长斑岩A/NK-A/CNK图解(底图据文献[ Fig. 4 A/NK-A/CNK diagram of the quartz syenite and augite quartz syenite porphyry from Weishan REE deposit (after Ref. [
图5 微山稀土矿床石英正长岩和霓辉石英正长斑岩TAS图解(底图据文献[ Fig. 5 TAS diagram of the quartz syenite and augite quartz syenite porphyry from Weishan REE deposit (after Ref. [
霓辉石英正长斑岩与石英正长岩具有相似的主微量地球化学特征, SiO2含量为62.41%~73.6%, 属于酸性岩类, 相对于石英正长岩更偏酸性。Na2O+ K2O 含量为9.06%~10.51%, MgO, CaO和Fe2O3 含量分别为 0.13%~0.66%, 1.25%~5.69% 和 1.03%~ 3.53%。在 TAS 图解上, 霓辉石英正长岩主要落在正长岩及花岗岩区(图 5)。A/CNK 值大部分集中在0.59~0.88 之间, 在 A/NK-A/CNK 图中主要分布于偏铝质区(图4)。
两个岩体的K2O/Na2O基本上小于1, 里特曼指数为2.45~9.50, 平均4.88, 为碱性系列。在AR-SiO2图解(图 6)中, 岩石样品投影在碱性岩区域, 表明石英正长岩及霓辉石英正长斑岩属于碱性岩系列。由 TFeO/(TFeO+MgO)-SiO2 图解(图 7)可知, 岩体落在铁质花岗岩区。
图6 微山稀土矿床石英正长岩和霓辉石英正长斑岩AR-SiO2图解(底图据文献[ Fig. 6 AR-SiO2 diagram of the quartz syenite and augite quartz syenite porphyry from Weishan REE deposit (after Ref. [
图7 微山稀土矿床石英正长岩和霓辉石英正长斑岩TFeO/(TFeO+MgO)-SiO2图解(底图据文献[ Fig. 7 TFeO/(TFeO+MgO)-SiO2 diagram of the quartz syenite and augite quartz syenite porphyry from Weishan REE deposit (after Ref. [
石英正长岩和霓辉石英正长斑岩的TREE值为 82.02~2504.51 μg/g, 稀土配分曲线为右倾型(图 8 (a)), LREE/HREE值(23.4~37.0)较高, (La/Yb)N值多数在 47.7~455.7 之间, 说明岩石发生轻重稀土的强烈分异, 呈轻稀土高度富集的分布模式, 反映它们为同源岩浆演化的产物。
在原始地幔标准化微量元素蛛网图(图 8(b))上, 石英正长岩和霓辉石英正长斑岩均有相似的特点: 富集Ba, Th, Nd和U, 亏损Nb, Ta, Zr和Hf, Ce正异常明显, Eu异常不明显。
图8 微山稀土矿区石英正长岩和霓辉石英正长斑岩稀土配分曲线(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)(标准化数值引自文献[ Fig. 8 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle normalized trace element spider diagram (b)of the and quartz syenite and augite quartz syenite porphyry from Weishan REE deposit (after Ref. [
用于锆石激光剥蚀电感耦合等离子质谱(LA-ICP-MS) U-Pb 同位素分析的样品为含矿石英正长岩和霓辉石英正长斑岩岩体中的锆石。锆石的单矿物分选在河北省廊坊市宇能岩石矿物分选技术服务有限公司完成。锆石阴极发光(CL)图像分析和锆石U-Pb 年代学测试在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室的EBSD显微镜实验室和LA-ICP-MS实验室完成。
激光剥蚀使用德国相干公司(Coherent)生产的COMPExPro 102 型 ArF 准分子激光器, 分析系统为美国 Agilent ICP-MS 7500ce 型电感耦合等离子质谱仪。激光束斑直径为 32 m, 剥蚀频率为 5 Hz, 激光能量密度为 20 J/cm2。使用高纯度 He 气作为剥蚀物质的载气, 气流量为 0.6~0.8 L/min; 辅助气为 Ar 气, 气流量为 0.6~1 L/min。采集信号前, 首先进行 20 次激光脉冲的预剥蚀, 进行 15 s 的空白信号采集及 75 s 的样品剥蚀。使用 NIST610 玻璃标样对锆石样品元素含量进行标定, Si 为内标元素。用 Plesovice (337 Ma)锆石作为标样进行 U-Pb同位素的标定, 91500 锆石[30]为监控盲样。使用GLITTER 4.4软件进行同位素比值及元素含量的计算, 普通铅校正采用Anderson[31]给出的程序计算。后期使用 Isoplot/Ex (3.0)进行谐和年龄、加权平均值的计算及U-Pb谐和图绘制。
显微镜下观察表明, 样品WSZ-1为片麻岩, 锆石CL图像显示灰白色, 部分锆石颗粒具有暗色核部和灰白色边部, 为变质增生锆石, 发育厚度不等的增生边和蜕晶边(图 9)。对 21 个有效数据进行206Pb/238U-207Pb/235U谐和曲线投影(图 10(a)), 其谐和年龄为 2536.5±6.1 Ma (MSWD=1.6), 与华北克拉通广泛分布的太古代基底岩石年龄[32]一致。
图9 微山稀土矿片麻岩、霓辉石英正长斑岩和石英正长岩锆石阴极发光图 Fig. 9 Cathodoluminescence images of zircons from gneiss, augite quartzsyenite porphyry and quartzsyenite from Weishan REE deposit
图10 微山稀土矿片麻岩(a)、霓辉石英正长斑岩(b)和石英正长岩(c)和(d))中LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图 Fig. 10 LA-ICP-MS zircon U-Pbconcordia diagrams for gneiss (a), quartz-syenite (b) and augite quartz syenite porphyry (c) and (d)) of Weishan REE deposit
含矿霓辉石英正长斑岩(WSZ-2)中锆石呈浑圆状, CL图像以黑色为主, 原因可能是Th含量较高, 部分发育环带结构, 为岩浆成因锆石。石英正长岩(WSZ-3)中锆石晶体以淡棕色和灰白色为主, 自形程度较好, 多为柱状, 大小不等, 粒径约 30~100 μm。CL 图像呈内暗外亮现象, 部分发育清晰的环带结构, 部分锆石样品中可见继承锆石残余核, Th/U 值均大于 0.4, 普遍具有典型中酸性岩浆锆石的特征。样品 WSZ-2 和 WSZ-3 中锆石的有效数据如表 3 所示。分别对样品WSZ-2中 19 个有效数据和 WSZ-2 中岩浆锆石 13 个有效数据、继承锆石14 个有效数据进行 206Pb/238U-207Pb/235U 谐和曲线投影, 并对 206Pb/238U 年龄进行加权平均(图 10(b)~ (d))。结果显示, 微山石英正长岩中锆石的谐和年龄为122.4±2.0 Ma (MSWD=5.2), 霓辉石英正长斑岩中锆石的谐和年龄为 130.1±1.4 Ma (MSWD=9), 继承锆石的谐和年龄为 2494±2.8 Ma (MSWD=8.7), 与片麻岩年龄一致。
表3 微山稀土矿片麻岩、霓辉石英正长斑岩与石英正长岩LA-ICP-MS U-Pb年龄测试结果
Table 3 LA-ICP-MS U-Pb data of zircons of gneiss,augite quartz syenite porphyry quartz syenite from Weishan REE deposit
华北克拉通出露不少中生代正长岩[10,33-35]。目前有关正长岩成因的争论很多, 主要有 3 种观点: 1) 正长岩浆形成于下地壳物质的部分熔融; 2) 正长岩浆可能是富集岩石圈地幔部分熔融、碱性玄武岩浆结晶分异的产物; 3) 正长岩形成于岩浆混合作用, 即幔源基性岩浆与酸性岩浆混合后结晶分异作用, 或由幔源硅不饱和碱性岩浆与壳源花岗质岩浆混合形成[36]。
微山石英正长岩及霓辉石英正长斑岩具有富碱、高钾、偏铝质以及贫 Ti, Fe, Mg, Mn 的特征, 属于碱性岩系列; 具有一致的微量元素组成及相同的稀土配分模式; 空间上紧密共生, 与碱性花岗岩共同构成微山碱性杂岩体, 属于同一岩浆演化系统的产物。Harker 图解(图 11)中, 随 SiO2 含量升高, 岩体中 TiO2, Al2O3, TFe2O3, MnO, MgO, CaO 和 P2O5 含量逐渐降低; Na2O 和 K2O 含量变化不大, 表明在岩浆演化过程中经历了较强的结晶分异作用。在岩体形成过程中, 富 Ca, Mg, Fe, P 和 Ti 的矿物(如辉石、钛铁矿、榍石、独居石、磷灰石)分离结晶, 岩浆演化至酸性增大时, 钾长石、钠长石等矿物富集。岩体中轻重稀土分异强烈, 稀土元素为右倾型配分模式, 有微弱的 Eu 正异常及负异常(δEu 为 0.90~1.05)。由于 Eu 主要富集在斜长石等矿物中, 说明岩浆源区缺少或者不含斜长石, 具有较高的岩浆起源压力条件。微量元素富集 Rb, Th, U等大离子亲石元素(LILEs), 亏损Nb, Ta, Zr, Hf等高场强元素(HFSEs), 低 Y 含量表明源区存在富重稀土元素矿物(如石榴子石、角闪石), 石榴石的存在导致岩浆熔体赋存较低的 HREE 以及高的La/Yb比值, 因此岩浆形成于石榴石相稳定区域。Nb, Ta, Ti 的含量由金红石、榍石的残留及结晶分异控制, 岩相学观察中未发现金红石, 而榍石是主要的副矿物, 所以金红石残留在源区。由于金红石是地幔岩中分布广泛的矿物, 因此说明微山碱性杂岩体岩浆源区深度较大。微山碱性杂岩体具有幔源岩浆地球化学特征, SiO2 含量高(>58%), MgO 含量低(<0.43%), Nb, Ta, P 亏损强烈, 表明岩浆演化过
程中有地壳物质参与。
图11 微山稀土矿石英正长岩、霓辉石英正长斑岩Harker图解 Fig. 11 Harker diagrams for quartz-syenite and augite quartz syenite porphyry from Weishan REE deposit
岩相学观察发现, 石英正长岩和霓辉石英正长斑岩中均赋存结晶完好的方解石矿物, 并与长石相互交代, 为正长岩同期矿物。微山稀土矿赋存在碱性杂岩体中, 成矿作用与碱性硅酸盐-碳酸盐岩浆的演化有关。富 REE 流体可以通过流体不混溶作用直接从碱性硅酸盐或者碱性岩-碳酸盐岩浆系统分异出来[14,37-39], 碱性岩浆为稀土成矿提供了物质来源及热源。
LA-MC-ICPMS 锆石 U-Pb 年代学研究表明, 微山稀土矿区石英正长岩形成于 122.4±2.0 Ma, 霓辉石英正长斑岩形成于 130.1±1.4 Ma, 与前人K-Ar 法测得碱性杂岩体侵入时间 140 Ma有一定差异。由于 Ar 在地质过程中容易丢失, 或者存在过剩 Ar, 因此 K-Ar 法测年的可信度较低。锆石 U-Pb 体系封闭温度高(Pb 扩散封闭温度高于 900°C), 可抵抗高温地质作用, 使得利用锆石 U-Pb 法确定岩浆结晶年龄更为可靠[40,41]。因此, 可以认为此次获得的锆石 U-Pb 年龄数据代表微山稀土矿正长岩类的成岩年龄, 这也与中国东部大规模分布的晚中生代岩浆岩年龄一致。微山正长岩类的侵入分为两期: 第一期为霓辉石英正长斑岩, 第二期为石英正长岩。蓝廷广等[18]对微山稀土矿白云母Rb-Sr定年结果表明稀土矿形成年龄为 119±1.4 Ma, 稀土矿成矿年龄与石英正长岩成岩年龄更接近, 稀土矿化作用发生于燕山期。
微山稀土矿位于鲁西, 区域内矿床以铁矿和金矿为主, 产出部位多位于沂沭断裂带两侧[11,12,13]。鲁西岩浆活动存在两个期次: 中侏罗世存在与归来庄金矿有密切成因联系的铜石杂岩体, 成岩时代为175.7±3.8 Ma[9]; 早白垩世金矿的成矿与燕山期岩浆作用密切相关[11](如磨房沟金矿母岩沂南铜井闪长玢岩成岩年龄为 110~129 Ma[42], 龙宝山金矿母岩龙宝山碱性杂岩体成岩年龄为129~132 Ma[10,43])。本文获得的微山稀土矿正长岩类形成年龄与同处早白垩世的鲁西金矿母岩在误差范围内基本上一致, 表明它们可能形成于同一构造背景, 该区域存在白垩世的岩浆侵入及大规模成矿事件。
岩体中浑圆状继承锆石的年龄为2494±2.8 Ma, 矿区围岩片麻岩年龄为 2536±6.1 Ma, 皆与鲁西地块基底年龄一致(约 2.5~2.7 Ga)[44,45], 暗示基底岩石参与微山碱性杂岩体的形成和岩浆演化过程。
华北克拉通自中生代以来, 构造活动强烈, 经历了碰撞造山、岩石圈大规模减薄和构造体制转换三大地球动力学事件, 发生大量岩浆活动和成矿作用[4,6,22]。三叠纪, 华北板块与扬子板块发生碰撞, 形成大别-苏鲁超高压变质带。早侏罗世(180~130 Ma), 岩石圈开始减薄, 扬子板块深俯冲底侵于华
北板块之下, 幔源岩浆沿郯庐断裂带上升至壳幔边界, 出现地壳增厚和地壳重熔, 形成一系列岩浆作用, 生成高钾钙碱性-高钾碱性岩, 岩石圈地幔转变为EMⅡ型富集地幔[9]。早白垩世(130~90 Ma), 鲁西处于扬子板块向华北板块俯冲导致的弧后拉张环境, 岩石圈巨量减薄, 出现大规模的富集地幔熔融, 同时构造应力体制由挤压向伸展环境转变, 古太平洋板块的俯冲引起郯庐断裂带左行平移运动, 软流圈地幔物质大规模上侵, 并伴随大规模成岩作用, 形成晚中生代碱性岩体[4,10,46-51]。
成矿岩体的 lg[CaO/(Na2O+K2O)]-SiO2 构造图解(图 12(a))显示岩体形成于引张型构造区域成熟度较高的构造环境, 位于比较稳定的大陆克拉通。Rb-(Y+Nb)图解(图 12(b))中, 霓辉石英正长斑岩体及石英正长岩体集中落于后碰撞岩浆区域, 成岩背景为活动大陆边缘, 与板块俯冲有着密切的关系。碱性岩形成于岩石圈拉张环境[53], 主要分布在地壳稳定区, 如克拉通或板内非造山带及碰撞后的伸展环境[54,55]等。富钾富碱岩浆物质来源较深, 多来源于受交代的富集地幔, 在形成过程中下地壳物质不同程度地加入, 富钾富碱岩浆上升, 与硅铝层混染形成富碱侵入体, 当其混染较少时形成碱性岩, 混染较多时形成碱性花岗岩[56,57]。成矿岩体为典型的碱性岩体, 主要来源于富集地幔。结合其成岩年龄, 空间分布及地球化学特征, 认为微山碱性杂岩体形成于华北克拉通从挤压向伸展转变的阶段。
图12 微山稀土矿石英正长岩及霓辉石英正长斑岩lg[CaO/(Na2O+K2O)]-SiO2判别图(a)和Rb-(Y+Nb)判别图(b)(底图据文献[ Fig. 12 lg[CaO/(Na2O+K2O)]-SiO2 diagram (a) and discrimination diagram of tectonic setting (b) for quartz-syenite and augite quartz syenite porphyry from Weishan REE deposit (after Ref. [
通过对微山稀土矿含矿石英正长岩及霓辉石英正长斑岩的岩石地球化学研究, 得到以下结论。
1) 成矿岩体富碱、高钾、贫镁和钙, 为碱性岩石系列。稀土元素总量高, 轻重稀土分异明显, 富集Ba, Sr等大离子亲石元素, 亏损Nb, Ta, Zr等高场强元素。石英正长岩和霓辉石英正长斑岩为同源岩浆演化产物, 岩浆源区深度较大。碱性岩浆为稀土成矿提供了物质来源及热源。
2) 通过LA-ICP-MS锆石U-Pb定年, 测得石英正长岩形成年龄为 122.4±2.0 Ma (MSWD=5.2), 霓辉石英正长斑岩形成年龄为 130.1±1.4 Ma (MSWD =9), 系早白垩世岩浆作用产物, 二者与微山稀土矿成矿具有联系。石英正长岩中存在 2536±6.1 Ma (MSWD=1.6)的继承锆石, 与区内基底年龄一致, 说明岩浆在上升侵位过程中混染了部分地壳物质。
3) 微山石英正长岩及霓辉石英正长斑岩形成于华北克拉通中生代构造体制转折后的伸展背景下扬子板块向华北板块俯冲导致的弧后拉张环境。
致谢 野外工作得到鲁南地质工程勘查院及山东省微山湖矿业集团公司的帮助, 研究工作得到周戈涛同学的帮助, 在此一并表示衷心感谢。
The authors have declared that no competing interests exist.
Geo-chemistry of late Mesozoic mafic magmatism in West Shandong Province,eastern China: characterizing the lost lithospheric mantle beneath the North China Block 鲁西隆起晚中生代以来伸展断裂特征及形成机制 胶东和鲁西地区中生代成矿作用重大差异性的内在因素 华北中生代大规模成矿的地球动力学背景: 从金属矿床年龄精测得到的启示 鲁西地块中生代构造格局及其形成背景 Crust-mantle interaction during the tectono-thermal reacti-vation of the North China Craton: constraints from SHRIMP zircon U-Pb chronology and geochemistry of Mesozoic plutons from western Shandong. The geo-chemical variations of mid-Cretaceous lavas across western Shandong Province, China and their tectonic implications. LA-ICP-MS U-Pb zircon geochronology and geoche-mistry of Paleoproterozoic mafic dykes from western Shandong Province: implications for back-arc basin magmatism in the Eastern Block,North China Craton. Early Jurassic high-K calc-alkaline and shoshonitic rocks from the Tongshi intrusive complex,eastern North China Craton: implication for crust-mantle interac-tion and post-collisional magmatism. Multiple crust-mantle interactions for the destruction of the North China Craton: geochemical and Sr-Nd-Pb-Hf isotopic evidence from the Longbaoshan alkaline complex 鲁西中生代金成矿的地球动力学背景研究 山东矿床 山东沂沭断裂带及邻区晚中生代构造-岩浆活动与金成矿作用 鲁西地区铁矿成矿规律与预测研究 山东郗山碱性杂岩体地球化学特征及其意义 山东郗山碱性杂岩体地质特征及与稀土矿的关系 郯庐断裂带晚中生代Nd、Sr、Pb同位素特征及源区性质探讨 山东微山稀土矿矿床成因: 来自云母 Rb-Sr 年龄、激光 Nd 同位素及流体包裹体的证据 山东微山稀土矿床成矿流体的演化及对成矿的制约 Precambrian tectonic evolution of the North China Craton Zircon U-Pb geochronology and major,trace elemental and Sr-Nd-Pb isotopic geochemistry of mafic dykes in western Shandong Province,east China: constrains on their petrogenesis and geodynamic significance Mesozoic metal-logeny in East China and corresponding geodynamic settings: an introduction to the special issue 鲁西地区中生代侵入岩期次划分 郯庐断裂晚中生代富碱侵入岩年代学、岩石地球化学及其地质意义 Tectonic discrimination of granitoids Characteristics and techonic setting of the shoshonite rock association A simple alkalinity ratio and its appli-cation to questions of non-orogenic granite genesis A geochemical classification fro granitic rocks Chemical and isotopic systmatics of oceanic basalt: implications for mantle composition and processes Three natural zircon standards for U-Th-Pb, Lu-Hf, trace element and REE analysis Correction of common lead in U-Pb analyses that do not report 204Pb Neoarchean (2.5-2.8Ga) crustal growth of the North China Craton revealed by zircon Hf isotope: a synthesis 南太行洪山正长岩体的成因和意义: 锆石SHRIMP年代学、化学成分和Sr-Nd同位素特征 辽宁盖县梁屯-矿洞沟碱性正长岩杂岩体的U-Pb和Sm-Nd年龄及其地质意义
Partial melting of grey-wackes: Part Ⅱ. Composition of minerals and melts 川西冕宁-德昌 REE成矿带成矿年代学研究热液系统维系时限和构造控矿模型约束 与碳酸盐岩-碱性杂岩体相关的内生稀土矿床成矿作用研究进展 The Himalayan Mianning-Dechang REE belt associated with carbonatitealkaline complexes,eastern Indo-Asian collision zone,SW China
Continuous carbonatitic melt-fluid evolution of a REE mineralization system: evidence from inclusions in the Maoniuping REE Deposit,Western Sichuan,China Obser-vations and controls on the occurrence of inherited zircon in concord-type granitoids,New Hampshire 华南桂东杂岩体单颗粒锆石激光探针 ICP-MS U-Pb 定年及其成岩意义 鲁西沂南铜井闪长质岩体锆石 U-Pb 年龄、元素及同位素地球化学特征 鲁西中生代金矿形成时代、物质来源及问题讨论 Crustal reworking in the North China Craton at ~2.5 Ga: evidence from zircon U-Pb age,Hf isotope and whole rock geochemistry of the felsic volcano-sedimentary rocks from the western Shandong Province Geochemical constraints on the origin of Mesozoic alkaline intrusive complexes from the North China Craton and tectonic implications. Mesozoic magmatism and metallogenesis associated with the destruction of the North China Craton: evidence from U-Pb geochronology and stable iso- tope geochemistry of the Mujicun porphyry Cu-Mo deposit Two tales of the continental lithospheric mantle prior to the destruction of the North China Craton: insights from Early Cretaceous mafic intrusions in western Shandong, East China.
Geology and geochemistry of telluride-bearing Au deposits in the Pingyi area,western Shandong,China.
Metallogeny and craton destruction: records from the North China Craton
Collision between the North and South China Blocks: a Crustal-detachment model for the suturing in the region east of the Tan-Lu fault
华北大陆边缘造山过程与成矿研究的重要进展和问题 Petrogenetic interpreta-tion of granitoid rock series using multicationic para-meters 山西临县紫金山碱性杂岩体 SHRIMP 锆石 U-Pb 年龄、地球化学和Sr-Nd-Hf同位素研究 Sr and Nd isotopic compositions,age and petrogenesis of A-type granitoids of Vernon Supersuite,New Jersey Highlands,USA Neoproterozoic A-type granitoids of the central and southern Appalachians: intraplate magmatism asso-ciated with episodic rifting of the Rodinian super-continent 中国北方显生宙富碱侵入岩年代学和 Nd、Pb、Sr 同位素特征及其意义 关于富碱侵入岩
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, Hong HU
1 区域地质
2 矿床地质
3 地球化学特征
3.1 样品采集与分析方法
分析项 石英正长岩 霓辉石英正长斑岩 ws-12 ws-42 ws-56 ws-59 ws-37 ws-62 ws-78 SiO2 58.00 63.53 67.90 66.80 62.41 68.10 73.60 TiO2 0.35 0.16 0.15 0.16 0.22 0.15 0.08 Al2O3 18.90 13.82 15.15 14.85 13.98 14.92 12.87 TFe2O3 3.26 1.65 1.44 2.18 3.53 1.54 1.03 MgO 0.32 0.43 0.24 0.28 0.66 0.24 0.13 K2O 5.75 3.40 4.34 2.59 2.64 4.56 5.53 Na2O 6.19 6.32 6.26 7.19 6.42 5.95 3.87 CaO 2.34 3.19 1.59 1.86 5.69 1.36 1.25 BaO 0.46 0.33 0.24 0.37 1.02 0.28 0.21 MnO 0.18 0.11 0.08 0.10 0.24 0.08 0.06 P2O5 0.12 0.17 0.04 0.05 0.60 0.05 0.02 LOI 3.78 6.81 2.56 3.26 2.62 2.61 1.20 总和 99.65 99.92 99.94 99.66 100.03 99.80 99.86 A/NK 1.15 0.98 1.01 1.02 1.04 1.01 1.04 A/CNK 0.91 0.70 0.85 0.82 0.59 0.87 0.88 K2O+Na2O 11.94 9.72 10.60 9.78 9.06 10.51 9.40 K2O/Na2O 0.93 0.54 0.69 0.36 0.41 0.77 1.43 σ 9.50 4.60 4.52 4.02 4.23 4.41 2.89
分析项 石英正长岩 霓辉石英正长斑岩 ws-12 ws-42 ws-56 ws-59 ws-37 ws-62 ws-78 La 376.0 368.0 189.0 864.0 1045.0 253.0 199.5 Ce 701 635 28 1165 2140 392 316 Pr 70.7 62.5 27.7 102.0 236.0 37.0 29.6 Nd 208.0 178.5 91.4 310.0 719.0 120.0 80.8 Sm 34.8 27.3 12.8 34.7 103.0 16.7 10.8 Eu 7.92 6.92 2.76 6.30 23.40 3.85 2.13 Tb 1.79 1.77 0.64 1.10 5.00 0.83 0.53 Dy 7.69 7.63 2.91 4.48 20.90 3.79 2.62 Ho 1.22 1.16 0.49 0.76 3.17 0.61 0.42 Er 3.26 2.95 1.47 1.65 8.07 1.37 1.21 Tm 0.51 0.42 0.19 0.26 1.04 0.22 0.19 Yb 2.53 2.04 1.33 1.36 5.49 1.21 1.14 Lu 0.42 0.28 0.19 0.20 0.73 0.15 0.18 Y 37.5 39.1 14.3 19.3 107.5 17.2 15.3 Zr 931 357 303 299 296 344 271 Hf 12.9 5.7 6.3 6.0 4.4 6.7 5.1 V 55 37 5 11 13 9 <5 Ga 29.2 24.0 21.9 27.1 28.2 24.9 16.4 Nb 143.0 117.5 53.3 56.1 124.5 76.2 45.9 Ta 5.3 3.3 1.4 1.2 2.6 1.4 1.7 Th 33.2 160.5 120.0 193.0 56.6 163.0 48.0 U 22.8 45.6 15.2 24.0 9.93 23.9 31.1 Rb 147.5 67.4 105.0 62.9 55.6 110.0 213.0 Sr 1675 3140 988 2020 1655 2100 814 Ba 4120 3070 2210 3520 8220 2720 1910 Cr <10 <10 10 10 <10 10 <10 Cs 0.40 0.38 0.23 0.20 0.21 0.31 3.51 Sn 2 2 1 1 1 1 1 W 5 <1 2 2 2 3 2 Gd 16.45 14.80 6.47 12.70 47.60 7.86 4.87 ΣREE 1453 1334 633 2511 4418 848 660
3.2 岩石主量、微量元素分析结果
4 锆石LA-ICP-MS年代学研究
4.1 样品采集与分析方法
4.2 锆石U-Pb定年结果
点号 207Pb/206Pb 207Pb/235U 206Pb/238U 207Pb/206Pb 207Pb/235U 206Pb/238U 比值 误差(1σ) 比值 误差(1σ) 比值 误差(1σ) 年龄/
Ma误差(1σ) 年龄/
Ma误差(1σ) 年龄/
Ma误差(1σ) WSZ01-01 0.16681 0.00236 10.22980 0.14046 0.44465 0.00479 2526 11 2456 13 2371 21 WSZ01-02 0.16848 0.00230 10.68418 0.14126 0.45980 0.00481 2543 10 2496 12 2439 21 WSZ01-03 0.16970 0.00255 11.19197 0.16576 0.47819 0.00548 2555 12 2539 14 2519 24 WSZ01-04 0.16900 0.00241 10.68451 0.14824 0.45839 0.00498 2548 11 2496 13 2432 22 WSZ01-05 0.16664 0.00228 10.24058 0.13553 0.44558 0.00466 2524 10 2457 12 2376 21 WSZ01-06 0.16983 0.00242 11.49909 0.15959 0.49094 0.00534 2556 11 2565 13 2575 23 WSZ01-07 0.16720 0.00242 10.94928 0.15452 0.47481 0.00523 2530 11 2519 13 2505 23 WSZ01-08 0.16704 0.00229 11.72940 0.15552 0.50911 0.00533 2528 10 2583 12 2653 23 WSZ01-09 0.16903 0.00247 11.13413 0.15909 0.47761 0.00530 2548 11 2534 13 2517 23 WSZ01-10 0.16717 0.00252 11.34056 0.16825 0.49186 0.00563 2530 12 2552 14 2579 24 WSZ01-11 0.16764 0.00223 10.99816 0.14075 0.47569 0.00483 2534 10 2523 12 2508 21 WSZ01-12 0.16689 0.00231 10.81680 0.14501 0.46994 0.00494 2527 10 2508 12 2483 22 WSZ01-13 0.16769 0.00232 11.06888 0.14812 0.47860 0.00503 2535 10 2529 12 2521 22 WSZ01-14 0.16662 0.00245 10.95160 0.15759 0.47657 0.00530 2524 11 2519 13 2512 23 WSZ01-15 0.16743 0.00247 10.91428 0.15771 0.47264 0.00527 2532 11 2516 13 2495 23 WSZ01-16 0.16989 0.00257 11.13158 0.16499 0.47508 0.00540 2557 12 2534 14 2506 24 WSZ01-17 0.16748 0.00236 9.97366 0.13589 0.43177 0.00456 2533 11 2432 13 2314 21 WSZ01-18 0.16703 0.00232 10.43679 0.13984 0.45304 0.00473 2528 10 2474 12 2409 21 WSZ01-19 0.16594 0.00253 11.24682 0.16830 0.49142 0.00560 2517 12 2544 14 2577 24 WSZ01-20 0.16553 0.00267 11.09418 0.17678 0.48594 0.00580 2513 13 2531 15 2553 25 WSZ01-21 0.17007 0.00299 11.4988 0.20254 0.49023 0.00642 2558 14 2564 16 2572 28 WSZ02-01 0.04882 0.00092 0.13438 0.00243 0.01996 0.00021 139 23 128 2 127 1 WSZ02-02 0.04826 0.00089 0.13460 0.00238 0.02022 0.00021 112 23 128 2 129 1 WSZ02-03 0.04976 0.00102 0.13845 0.00272 0.02017 0.00022 184 26 132 2 129 1 WSZ02-04 0.04885 0.00094 0.14297 0.00264 0.02122 0.00022 141 24 136 2 135 1 WSZ02-05 0.04799 0.00085 0.13454 0.00230 0.02033 0.00021 99 22 128 2 130 1 WSZ02-06 0.04958 0.00096 0.13836 0.00257 0.02023 0.00021 175 25 132 2 129 1 WSZ02-07 0.05003 0.00119 0.14011 0.00320 0.02031 0.00023 196 32 133 3 130 1 WSZ02-08 0.04974 0.00092 0.14092 0.00249 0.02054 0.00022 183 22 134 2 131 1 WSZ02-09 0.04777 0.00088 0.13447 0.00239 0.02041 0.00021 88 23 128 2 130 1 WSZ02-10 0.04924 0.00093 0.14206 0.00258 0.02092 0.00022 159 24 135 2 133 4 WSZ02-11 0.04860 0.00097 0.13827 0.00266 0.02063 0.00022 129 26 132 2 132 4 WSZ02-12 0.05149 0.00104 0.14622 0.00283 0.02059 0.00022 263 25 139 3 131 4 WSZ02-13 0.04783 0.00092 0.13677 0.00252 0.02073 0.00022 91 24 130 2 132 4 WSZ02-14 0.05376 0.00103 0.15594 0.00285 0.02103 0.00022 361 23 147 3 134 4 WSZ02-15 0.05175 0.00102 0.13920 0.00263 0.01950 0.00021 274 23 132 2 124 1 WSZ02-16 0.05211 0.00102 0.14252 0.00269 0.01983 0.00021 290 24 135 2 127 1 WSZ02-17 0.05071 0.00098 0.13751 0.00256 0.01966 0.00021 228 24 131 2 126 1 WSZ02-18 0.05032 0.00103 0.13945 0.00274 0.02009 0.00022 210 26 133 2 128 1 点号 207Pb/206Pb 207Pb/235U 206Pb/238U 207Pb/206Pb 207Pb/235U 206Pb/238U 比值 误差(1σ) 比值 误差(1σ) 比值 误差(1σ) 年龄/
Ma误差(1σ) 年龄/
Ma误差(1σ) 年龄/
Ma误差(1σ) WSZ03-01 0.16594 0.00310 10.70773 0.19544 0.46784 0.00573 2517 15 2498 17 2474 25 WSZ03-02 0.05612 0.00140 0.15160 0.00365 0.01959 0.00023 457 33 143 3 125 1 WSZ03-03 0.05589 0.00155 0.15544 0.00414 0.02016 0.00024 448 38 147 4 129 2 WSZ03-04 0.16415 0.00282 10.07293 0.16624 0.44490 0.00483 2499 14 2441 15 2373 22 WSZ03-05 0.16488 0.00330 10.16365 0.17105 0.44707 0.00486 2506 34 2450 16 2382 22 WSZ03-06 0.16574 0.00286 10.00116 0.16596 0.43749 0.00473 2515 14 2435 15 2339 21 WSZ03-07 0.15588 0.00275 8.85009 0.15002 0.41161 0.00453 2411 15 2323 15 2222 21 WSZ03-08 0.05085 0.00165 0.13536 0.00423 0.01930 0.00025 234 48 129 4 123 2 WSZ03-09 0.04843 0.00207 0.13148 0.00537 0.01969 0.00024 121 97 125 5 126 2 WSZ03-10 0.05104 0.00149 0.13844 0.00391 0.01967 0.00024 234 43 132 3 126 2 WSZ03-11 0.16356 0.00314 10.78187 0.20209 0.47793 0.00585 2493 16 2505 17 2518 26 WSZ03-12 0.16534 0.00299 10.5608 0.18422 0.46309 0.00521 2511 15 2485 16 2453 23 WSZ03-13 0.16018 0.00285 9.19985 0.15730 0.41640 0.00455 2458 15 2358 16 2244 21 WSZ03-14 0.16621 0.00298 10.14567 0.17436 0.44254 0.00479 2520 63 2448 16 2362 21 WSZ03-15 0.15647 0.00353 9.67410 0.21576 0.44826 0.00642 2418 20 2404 21 2388 29 WSZ03-16 0.04785 0.00168 0.13309 0.00452 0.02016 0.00026 92 55 127 4 129 2 WSZ03-17 0.04932 0.00145 0.13167 0.00373 0.01935 0.00024 163 43 126 3 124 2 WSZ03-18 0.16714 0.00315 11.07766 0.20137 0.48050 0.00552 2529 16 2530 7 2529 24 WSZ03-19 0.16413 0.00337 10.71120 0.21571 0.47314 0.00610 2499 18 2498 19 2497 27 WSZ03-20 0.05006 0.00137 0.13055 0.00344 0.01891 0.00023 198 39 125 3 121 1 WSZ03-21 0.05812 0.00958 0.15148 0.02485 0.01890 0.00031 534 369 143 22 121 2 WSZ03-22 0.16684 0.00309 11.12223 0.19795 0.49330 0.00534 2526 16 2533 17 2542 23 WSZ03-23 0.15632 0.00317 10.19614 0.20191 0.47289 0.00590 2416 18 2453 18 2496 26 WSZ03-24 0.04967 0.00133 0.12778 0.00329 0.01865 0.00022 180 38 122 3 119 1 WSZ03-25 0.04864 0.00167 0.13041 0.00434 0.01944 0.00025 131 54 124 4 124 2 WSZ03-26 0.05031 0.00239 0.12911 0.00594 0.01861 0.00022 209 111 123 5 119 1 WSZ03-27 0.17222 0.00331 11.56167 0.21373 0.48673 0.00553 2579 16 2570 17 2557 24 WSZ03-28 0.04993 0.00296 0.13348 0.00769 0.01939 0.00027 192 136 127 7 124 2
5 讨论
5.1 成岩成矿物质来源
5.2 成岩年代
5.3 成岩成矿动力学背景
6 结论
参考文献
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