花岗斑岩锆石U-Pb年龄与Hf同位素特征

Question

如题所述

Answer 1

2.2.3.1 花岗斑岩锆石特征

花岗斑岩MX14-2样品中的锆石主要呈长柱状或短柱状，无色、透明，内见细小的包裹体及裂纹。锆石可以分为两类：一类没有核；另一类具有明显的核。无核的锆石多数呈长柱状，具有清晰的韵律环带，锆石的长度在100～235μm之间，宽度为60～150μm，长宽比为1.5～2.9。有核的锆石全部呈长柱状，锆石长度为105～350μm，宽度为60～145μm，长宽比为1.6～3.5。有些粒度较大的锆石其碎裂核具环带构造（如G17、G18、G20），有些锆石的核与边部明显不协调（如G24、G29），表现为核局部缺失或者被切断；有些核锆石具有核内破裂（如G16、G27、G28、G29），破裂呈不规则状，有的表现为单条破裂，有的几条破裂相连呈树枝状。分析测试的样品 G1-G14 和 G32 为无核锆石，G15-G31、G33-G37为有核锆石（图2.42）。

图2.41 蒙西矿区的花岗斑岩、闪长岩、闪长玢岩和辉长岩的镜下照片

图2.42 蒙西斑岩铜矿区花岗斑岩锆石CL图像

2.2.3.2 锆石U-Pb年龄

由于²³⁵U衰变比²³⁸U快6.3倍，放射成因的²⁰⁷Pb在地球早期历史中更为丰富，而显生宙以来²⁰⁷Pb生成率很低。²⁰⁷Pb丰度的这种变化使显生宙的²⁰⁷Pb计数速度低，会造成²⁰⁷Pb测定的误差较大，并使得²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb比值可信度降低。

因此，对于显生宙锆石，一般采用²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄（Compston等，1992）。作者对花岗斑岩样品（MX14-2）的锆石进行了U-Pb同位素分析，其中利用CAMECA分析的点32个，LA-ICP-MS分析点12个。分析结果如表2.5与表2.6所示。从锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄分布的概率密度图（图2.43）中可以看出，锆石的年龄可以分成两组，一组以416.3Ma为峰值，另一组以440.7Ma为峰值，结合锆石的CL图像与上文对锆石形貌的分析，样品的锆石年龄也可以分成两期，早期的年龄点位包括C2、C3、C6、C7、C11、C13、C18、C19、C20、C24、C25、C26、C33、C34、C35、C36和L5、L8、L10、L11、L12、L13、L14、L15，共计24个代表破碎变形的核锆石的年龄，其中CAMECA分析点16个、LA-ICP-MS分析点8个；晚期C8、C9、C10，C12、C14、C15、C17、C21、C23、C27，C29、C30、C31和L1、L2、L3、L4，共计17个代表破碎变形核锆石的外环和新生柱状锆石的年龄，其中CAMECA分析点13个、LA-ICP-MS分析点4个。早期16个CAMECA分析点和晚期13个CAMECA分析点的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄均基本上位于谐和曲线之上（图2.44），其中早期的谐和年龄为（442.0±3.2）Ma，晚期的谐和年龄为（415.0±3.3）Ma。早期（24个分析点，16个CAMECA分析点，8个LA-ICP-MS分析点）这一组的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为（442.2±3.5）Ma（MSWD=1.3），晚期（16个分析点，13个CAMECA分析点，4个LA-ICP-MS分析点）一组的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为（413.2±3.9）Ma（MSWD=1.4）。3个CAMECA分析点C1、C4、C5分析位置在有核锆石的核部，其年龄值应属于早期一组，但得到的结果分别是（407.3±6.2）Ma、（409.1±6.1）Ma和（412.4±6.0）Ma，3个年龄数值属于晚期一组，这与锆石的形貌分析结果不符；分析过程中仪器工作稳定，没有出现异常问题，也不是分析误差所致，最可能的原因是这3颗锆石发生了Pb丢失，导致分析所得的年龄值比其实际值要小。

表2.5 蒙西斑岩铜矿区花岗斑岩中锆石CAMECAU-Pb年龄数据

续表

表2.6 蒙西斑岩铜矿区花岗斑岩中锆石LA-ICP-MSU-Pb年龄数据

图2.43 蒙西斑岩铜矿区花岗斑岩锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄分布的概率密度图

图2.44 蒙西矿区花岗斑岩早期锆石CAMECAU-Pb年龄谐和图（a）和晚期锆石的AMECAU-Pb年龄谐和图（b）

2.2.3.3 锆石Hf同位素

锆石Hf同位素分析结果如表2.7和图2.45所示，分析点共计34个，其中破碎变形的核锆石测点有22个、晚期锆石测点12个。所测样品MX14-2锆石的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf平均比值为0.282884±0.000013，ε_Hf（t）值为10.3～15.1，其Hf模式年龄469～761Ma，平均模式年龄t_DM2为595.5Ma。样品的模式年龄与其U-Pb年龄（442.2±3.5）Ma、（413.2±3.9）Ma接近，同时所测锆石年龄与Hf同位素相关性分析（图2.45）显示，锆石的ε_Hf（t）值投点位于亏损地幔演化线附近，这表明其源于新生玄武质下地壳重熔。

图2.45 蒙西铜钼矿区花岗斑岩锆石年龄-Hf同位素相关性图解

2.2.3.4 花岗斑岩锆石U-Pb年龄与Hf同位素特征的构造意义

蒙西花岗斑岩核锆石外环带与新生锆石的形成年龄为（413.2±3.9）Ma，与王登红等（2009）所测得的同一岩体中锆石环带年龄（411.7±7.1）Ma在误差范围内一致；屈迅等（2009）测得矿区辉钼矿Re-Os年龄为（411.6±3.2）Ma。由此可以确定花岗斑岩最后侵位结晶的时代为413Ma左右，成矿作用发生在斑岩侵位之后。

核锆石破裂发育及有些锆石的核与边部明显不协调与断失等特征，说明锆石核具有碎屑锆石的特征，其不是形成于围岩基质所代表的岩浆。斑岩中的钾长石、石英斑晶发育粒内破裂，破裂仅发育在斑晶颗粒内部，基质中不存在这种破裂构造，且部分碎裂斑晶具有包裹粒内破裂的生长边，并见基质细脉穿入碎裂斑晶且切断粒内破裂，说明破裂形成早于基质形成的时间，进而可知破裂形成于斑岩最后侵位结晶之前的深部岩浆房中（Xu等，2009）。部分核锆石（G17、G18、G20）具有清晰韵律环带的特征，表明核锆石也是岩浆锆石（Belousova等，2002），即形成年龄为442Ma的碎裂锆石为岩浆锆石，442Ma时研究区已有岩浆活动与锆石结晶作用。

表2.7 蒙西花岗斑岩锆石Hf同位素组成

锆石Hf同位素组成分析结果（图2.46）显示，早期和晚期锆石的Hf同位素组成基本一致，早期一组锆石的ε_Hf（t）为10.3～15.1，晚期一组锆石的ε_Hf（t）在10.8～13.5之间，分布范围近乎一致，且其平均ε_Hf（t）分别为12.91±0.58和12.79±0.60，在误差范围内一致。早期一组锆石的t_DM2为469～761Ma，晚期一组锆石的t_DM2为476～718Ma，两组的平均t_DM2分别为601Ma和585Ma，两组的模式年龄也非常接近。破碎的核锆石与其外环带具一致的ε_Hf初始值与t_DM2模式年龄，它们可能为同一岩浆或成因相同的岩浆不同阶段结晶的产物，说明蒙西矿区花岗斑岩的岩浆在442Ma就已出现，琼河坝地区在早古生代（至少在442Ma）就开始有弧岩浆活动。这与塔黑尔巴斯套地区444～454Ma的花岗斑岩年龄结果所给出的结论是一致的。

图2.46 蒙西铜钼矿区花岗斑岩锆石ε_Hf（t）和t_DM2分布的概率密度图

Hf同位素的示踪研究已经广泛应用于一些重要的地球化学储库的源区判别（吴福元等，2007）。对岩浆岩锆石Hf同位素的研究表明，具有低的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf以及ε_Hf值的岩石往往指示其源区为地壳或是经过地壳的混染；而具有较高的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf以及ε_Hf值的岩石直接来自地幔或由幔源物质分异的新生壳源物质（Peter等，2003）。此次研究的花岗斑岩具有较高的ε_Hf（t）值（10.3～15.1），锆石的ε_Hf值投点基本都位于亏损地幔演化线附近，样品的模式年龄在469～761Ma之间（平均值为595.5Ma），由此可以推测，在469～761Ma之间伴有流体交代的亏损地幔部分熔融形成的基性岩浆底侵于地壳下部并形成了玄武质下地壳，该新生玄武质地壳在413～442Ma之间发生了部分熔融与分异，而产生了区内的花岗斑岩岩浆。