山东邹平火山岩盆地早白垩世岩浆作用与铜成矿关系研究

【摘要】：邹平火山岩盆地位于山东省邹平县南部,盆地内广泛分布有早白垩世侵入岩和火山岩,其中王家庄石英二长岩、碑楼二长斑岩和南洞子二长岩与Cu(-Mo-Au)矿化有关。本文在详细的野外地质工作基础上,通过盆地内侵入岩和火山岩锆石U-Pb定年、全岩元素地球化学、全岩Sr-Nd-Pb-Hf同位素、锆石原位Hf-O同位素,王家庄Cu(-Mo)矿床辉钼矿Re-Os定年、矿石硫化物S、Pb同位素、含矿石英H-O同位素和流体包裹体等综合研究,探讨邹平火山岩盆地岩浆作用与铜成矿关系。侵入岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄介于130～123 Ma之间,火山岩SHRIMP锆石U-Pb年龄介于129～125 Ma之间。王家庄Cu(-Mo)矿床辉钼矿Re-Os模式年龄加权平均值为127.8±0.7 Ma(2σ)。邹平火山岩盆地内侵入岩、火山岩和Cu(-Mo)矿床年龄一致,表明早白垩世邹平地区曾发生一次重要的成岩成矿事件。邹平火山岩盆地中性-中酸性侵入岩(SiO2=54.4～65.5%)和中基性火山岩(SiO2=49.8～57.3%)具有富碱、富钾、准铝质、富集大离子亲石元素(LILEs,Rb、Ba、Sr等)和轻稀土(LREEs),亏损高场强元素(HFSEs,Nb、Ta、Ti等)和重稀土(HREEs),无明显Eu异常等特征。其中王家庄石英二长岩和碑楼二长斑岩具有高的Sr/Y和(La/Yb)N 比值,与典型的埃达克岩相似。依照元素含量和同位素组成特征,邹平火山盆地内侵入岩和火山岩可分为A、B、C三组。A组包括王家庄石英二长岩和碑楼二长斑岩,B组包括南洞子二长岩、石樊鲁火山岩和黄山火山岩,C组包括茶叶山辉长闪长岩、雪山二长岩、雪山辉长闪长岩和鹤伴山火山岩。其中A组岩石具有较低的(87Sr/86Sr)i 比值(0.705493～0.706484),较高的εNd(t)值(-1.31～3.08)、锆石εHf(t)值(-2.1～4.3)、锆石δ18O值(6.3～7.9‰)和富放射性成因Pb 同位素组成(206Pb/204Pb)i=18.3474～18.5195,(207Pb/204Pb)i=15.5431～15.5949,(208Pb/204Pb)i=38.186～38.396),表明 A 组岩石可能源于俯冲的古太平洋洋壳和上覆沉积物部分熔融,且熔体在上升过程中与上覆地幔橄榄岩反应。B组岩石具有较低的(87Sr/86Sr)i比值(0.705360～0.706300)和锆石δ18O值(5.6～6.6‰),稍高的εNd(t)值(-2.74～1.12)、全岩εHf(t)值(-1.13～1.55)、锆石εHf(t)值-2.8～4.7)和富放射性成因 Pb 同位素组成((206Pb/204Pb)i=18.0871～18.4204,(207Pb/204Pb)i=15.4942～15.5850,(208Pb/204Pb)i=37.937～38.158)),表明 B 组岩石可能源于俯冲的古太平洋洋壳和上覆沉积物分异流体交代的软流圈地幔部分熔融,熔体在上升过程中发生橄榄石、辉石以及富P-Ti矿物的结晶分异。C组岩石具有低的(87Sr/86Sr)i 比值(0.704387～0.705781)、εNd(t)值(-14.95～8.89)、全岩εHf(t)值(-17.89～-17.12)、锆石εHf(t)值(-25.3～8.1)、贫放射性成因Pb同位素组成((206Pb/204Pb)i=16.5852～17.4732,(207Pb/204Pb)i=15.2353～15.4062,(208Pb/204Pb)i=36.424～37.374))和较高的锆石δ18O值(6.7～8.4‰),表明C组岩石可能源于EM1型富集岩石圈地幔部分熔融,熔体在上升过程中发生橄榄石、辉石以及富P-Ti矿物的结晶分异。王家庄Cu(-Mo)矿床角砾岩型和斑岩型矿石石英中的流体包裹体主要为富液相两相水溶液包裹体、富气相两相水溶液包裹体和含子晶三相水溶液包裹体。其中角砾岩型矿石石英中的流体包裹体均一温度峰值介于290～320℃,盐度峰值介于5～10 wt.%NaCleq和40～45 wt.%NaCleq之间;斑岩型矿石石英中的流体包裹体均一温度峰值介于230～320℃,盐度峰值介于5～10 wt.%NaCleq和55～60wt.%NaCleq之间。激光拉曼光谱分析表明,两类型矿石石英中流体包裹体的组分较为简单,以水蒸汽为主,含有少量的CO2。依据流体密度和压力,估算王家庄Cu(-Mo)矿床形成深度约1km。角砾岩型矿石石英中的δ18OH2O值介于6.26～9.45‰之间,δD值介于-63.7～56.5‰之间;斑岩型矿石石英中的δ18OH2O值介于1.26～7.24‰之间,δD值介于-89～69‰之间,说明两种类型矿石成矿流体主要来源于岩浆,后期混入了少量大气降水。以上研究表明,王家庄Cu(-Mo)矿床属于浅成斑岩-角砾岩型Cu(-Mo)矿床,沸腾和混合作用是矿床形成的主要机制。角砾岩型矿石和斑岩型矿石硫化物δ34S值(角砾岩型:-4.8～0.4‰;斑岩型:-2.8～2.1‰)相似;角砾岩型矿石和斑岩型矿石硫化物的放射性Pb同位素组成(角砾岩型:206Pb/204Pb=18.3145～8.3528,207Pb/204Pb=15.5513～15.5650,208Pb/204Pb=38.221～38.294;斑岩型:206Pb/204Pb=18.295～18.402,207Pb/204Pb=15.555～15.573,208Pb/204Pb=38.215～38.331)较为一致,且与含矿石英二长岩也较为相似。辉钼矿中的Re的含量介于155.7～244.2 ppm之间,与世界上典型的俯冲洋壳来源的斑岩型矿床(如东太平洋的Andes和Cordillera地区)辉钼矿的Re含量一致(通常100 ppm)。硫化物S-Pb同位素和辉钼矿Re含量指示两种类型矿石的成矿物质可能主要来自于石英二长岩。早白垩世时期(～130 Ma),俯冲于华北克拉通之下的古太平洋板片后撤,导致邹平地区岩石圈拉张拆沉,软流圈上涌。拆沉的EM1型富集岩石圈地幔在地下75～85 km深处被软流圈加热发生部分熔融,熔体侵入浅部地壳或喷出地表形成C组侵入岩和火山岩(茶叶山辉长闪长岩、雪山二长岩、雪山辉长闪长岩和鹤伴山火山岩);由于岩石圈拆沉,被俯冲洋壳及上覆沉积物分异流体交代的软流圈地幔上涌至地下75～85 km深处,发生减压部分熔融,熔体侵入浅部地壳或喷出地表形成B组侵入岩和火山岩(南洞子二长岩、石樊鲁火山岩和黄山火山岩);被软流圈加热的洋壳及上覆沉积物(富含Cu、Mo和高氧逸度)发生部分熔融,熔体在上升过程中与上覆地幔橄榄岩反应,之后侵位于浅部地壳形成A组侵入岩(王家庄石英二长岩及碑楼二长斑岩)。在岩浆结晶晚期分异出的含Cu、Mo等成矿元素的流体,在沸腾减压降温和随后与大气降水混合作用下,使得流体中的成矿物质在适宜的部位沉淀,形成王家庄斑岩-角砾岩型Cu(-Mo)矿床。