李山坡，李肖龍，潘小娜，杜程遠，毛帥，王超，寧勇，宋瑋，魯培慶，崔振

(1.河南省地質(zhì)調(diào)查院， 河南 鄭州 450001； 2.河南省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點實驗室， 河南 鄭州 450001； 3.河南省自然資源科學研究院， 河南 鄭州 450016； 4.河南省資源環(huán)境調(diào)查五院， 河南 鄭州 450053； 5.湖北省地質(zhì)局第三地質(zhì)大隊， 湖北 黃岡 438000)

0 引言

豫西小秦嶺—外方山一帶發(fā)育眾多的鉬、鎢、金、銀、鉛鋅等金屬礦床，如南泥湖鉬鎢礦、文峪金礦、沙溝銀鉛鋅礦、上宮金礦、雷門溝鉬礦等(Cao et al., 2014; Tang et al., 2019；韓金生等，2013；向君峰等，2016；李鐵剛等，2020)。在外方山地區(qū)靳村—太山廟一帶，還發(fā)育有錫、鈾、三稀元素異常，是河南省重要的錫、鈾、三稀元素找礦遠景區(qū)。這些異常多發(fā)育在太山廟花崗巖基的接觸帶附近，并且在北接觸帶大西溝附近已發(fā)現(xiàn)錫礦床(點)，LA-MC-ICPMS錫石U-Pb年齡為(122.10±0.71) Ma(何玉良等，2020)。錫、鈾、三稀元素異常以及錫礦床(點)與太山廟花崗巖基之間除了在空間上密切相關外，是否具有成因聯(lián)系？這不但是一個科學問題，還關系到異常解釋以及下一步錫、鈾、三稀元素礦床的勘查找礦，因此對太山廟花崗巖基開展研究具有重要意義。

前人將太山廟花崗巖基分為3期或3個巖相單元。葉會壽等(2008)對第一期巖石(亦是該巖基的主要巖性)進行了SHRIMP鋯石U-Pb測年，獲得的成巖年齡為(115±2) Ma；高昕宇(2012)分別對3個巖相單元的巖石各采集1件樣品進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年，獲得的加權平均年齡分別為(125.1±3) Ma、(114.9±4) Ma、(112.7±5) Ma；齊玥(2014)分別對3個巖相單元的巖石各采集2件樣品進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年，獲得的加權平均年齡分別為122.0～122.3 Ma、120.0～121.7 Ma、116.2～121.0 Ma；賴相濡(2015)對3個巖相單元的巖石進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年，結果分別為(126.1±8.5) Ma、(118.9±5.3) Ma、(114.2±2.9) Ma；段友強(2016)對太山廟花崗巖基的一個樣品(未明確具體期次)進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年，結果為(112.1±3.2) Ma。上述研究成果為限定太山廟巖體的形成時代提供了重要約束，但年齡跨度較大，對于一個面積約 290 km2的花崗巖基來說，有必要繼續(xù)補充相應的年齡數(shù)據(jù)。2009年以來，河南省地質(zhì)調(diào)查院在合峪地區(qū)開展了1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，依據(jù)野外接觸關系和巖石學特征，將太山廟花崗巖基進一步劃分為5期，第一期構成主體，其它各期在多處呈偏心套疊式產(chǎn)于其中(河南省地質(zhì)調(diào)查院，2014①)。各期侵入時代的精確測定是研究太山廟花崗巖基的首要任務，也是探討錫、鈾、三稀元素異常及相關礦產(chǎn)與其關系的最重要參數(shù)。本次工作對太山廟花崗巖基開展了LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年和鋯石Hf同位素研究，為探討巖石成因及地球動力學背景，以及錫、鈾、三稀元素找礦預測等提供基礎支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于華北陸塊南緣外方山鉬、鉛鋅礦集區(qū)。華北陸塊南緣的東秦嶺地區(qū)，北以三門峽—寶豐斷裂與華北陸塊為界；南以黑溝—欒川斷裂與北秦嶺褶皺帶為鄰(陳書中等，2021)(圖1a)。區(qū)內(nèi)地層具有穩(wěn)定陸塊的雙層結構。基底為太古界太華群(Ar3Th)，蓋層為中元古界熊耳群(Pt2X)和中—上元古界官道口群(Pt2G)、欒川群(Pt3L)等。中元古界熊耳群不整合于太華群之上，自下而上分為大古石組(Pt2d)、許山組(Pt2x)、雞蛋坪組(Pt2j)和馬家河組(Pt2m)，是華北陸塊南緣出露面積最大的地層。區(qū)內(nèi)構造以斷裂為主，北西、北東向斷裂構造極其發(fā)育，次為近東西向、近南北向斷裂構造，其中馬超營斷裂是區(qū)域性的控巖控礦斷裂(Han et al., 2009)。區(qū)內(nèi)花崗質(zhì)巖漿活動強烈(殷建鋒等，2020；張衡等，2021)，不僅有元古宙花崗閃長巖和印支期環(huán)斑花崗巖、堿性巖等，還有印支—燕山期的巨大花崗巖基(老牛山、藍田、華山、文峪、娘娘山、花山、五丈山、合峪、太山廟等)以及斑巖體(雷門溝、東溝)、小型隱爆角礫巖筒、花崗閃長巖株巖脈等(Wang et al., 2007)。

2 花崗巖基地質(zhì)特征

太山廟花崗巖基出露于洛陽市汝陽縣、嵩縣南部一帶，面積約290 km2。該巖基南鄰伏牛山巖體，以車村斷裂為界；東部和北部侵入于中元古界熊耳群雞蛋坪組；西部侵入于早白堊世合峪巖體。太山廟花崗巖基可劃分為5期侵入活動，第一期侵入巖構成主體，其它各期侵入巖在多處呈偏心套疊式產(chǎn)于其中(圖1b)。

圖1 研究區(qū)大地構造簡圖(a)和太山廟巖體地質(zhì)簡圖(b)(據(jù)河南省地質(zhì)調(diào)查院，2014①修改)1—中元古界熊耳群；2—太山廟巖體第一期侵入巖；3—太山廟巖體第二期侵入巖；4—太山廟巖體第三期侵入巖；5—太山廟巖體第四期侵入巖；6—太山廟巖體第五期侵入巖；7—伏牛山巖體；8—合峪巖體；9—斷裂；10—樣品位置及編號(圖中數(shù)據(jù)來源于①高昕宇(2012)；②葉會壽等(2008)；③齊玥(2014))

第一期侵入巖位于巖基的邊緣，巖性為中斑狀中粗粒黑云母正長花崗巖，巖石肉紅色，似斑狀結構，中粗?；◢徑Y構，塊狀構造(圖2b、d)，主要由鉀長石(61%～63%)、斜長石(10%～12%)、石英(20%～24%)及黑云母(3%～5%)組成。其中鉀長石斑晶含量為10%～20%，向中心增多，可達30%，構成斑狀中粗粒黑云母正長花崗巖。副礦物為磁鐵礦、磷灰石等。

第二期侵入巖位于巖基的中北部，主體巖性為斑狀細中粒黑云母正長花崗巖，該期中心部位為斑狀中粒黑云母正長花崗巖，與第一期侵入巖呈脈動、涌動侵入接觸。巖石灰白—肉紅色，似斑狀細中?；◢徑Y構，塊狀構造(圖2a、c)，主要由鉀長石(60%～65%)、斜長石(10%～15%)、石英(25%～27%)及黑云母(少量～3%)組成，其中鉀長石斑晶含量20%～25%。

圖2 太山廟巖體典型樣品鏡下照片a—中斑狀細中粒黑云母正長花崗巖手標本；b—中斑狀中粗粒黑云母正長花崗巖手標本；c—似斑狀結構、半自形粒狀結構(+)；d—似斑狀結構、半自形粒狀結構(+)；礦物縮寫：Kf—鉀長石；Pl—斜長石；Bt—黑云母；Q—石英

第三期侵入巖巖性為不等粒正長花崗巖，僅在西南部樓房溝一帶和中部北鹿鳴溝一帶見兩個小巖株。巖石呈肉紅色，不等?；◢徑Y構，文象結構，塊狀構造。主要由鉀長石(62%)、石英(24%)、斜長石(11%)、黑云母(3%)等組成。副礦物為磁鐵礦、磷灰石等。

第四期侵入巖巖性為多斑狀正長花崗斑巖，僅在車村螢石礦附近有出露，為一小巖株。巖石呈肉紅色，斑狀結構，塊狀構造。斑晶含量約為20%，主要由石英(7%)、鉀長石(9%)和少量斜長石(4%)組成?；|(zhì)呈細?！⒘＝Y構，由鉀長石(36%)、石英(22%)、斜長石(20%)、黑云母(2%)、磁鐵礦(微量)組成。

第五期侵入巖主要分布于巖基的北部，在南部蓮花山一帶也有少量產(chǎn)出。巖性為正長花崗斑巖，巖石呈肉紅色，斑狀結構，塊狀構造。斑晶含量為5%～10%，主要為石英(5%)、斜長石(0%～3%)、鉀長石(0%～4%)，多在 5～10 mm之間?；|(zhì)呈細?！⒘＝Y構，由鉀長石(41%～55%)、石英(22%～25%)、斜長石(10%～20%)、黑云母(2%以下)組成。副礦物為磁鐵礦。局部斑晶很少，構成細粒正長花崗巖。

3 樣品采集及分析測試

本次工作選取了太山廟花崗巖基第一期侵入巖(C005)、第二期侵入巖(C003)的巖石樣品進行LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年和Hf同位素分析。各個樣品的采樣位置見圖1b。

鋯石的單礦物分選、制靶以及反射光、透射光、CL照相等在廊坊市宇恒礦巖技術服務有限公司進行。鋯石單礦物分選時，將原巖樣品粉碎、淘洗，獲得的重砂部分經(jīng)電磁選、重液分選后得到純度較高的鋯石試樣。在雙目鏡下挑選較好的鋯石顆粒制作成環(huán)氧樹脂樣品靶，待環(huán)氧樹脂固結后打磨和拋光使鋯石中心暴露。將制好的鋯石靶進行透反射照相后鍍碳，然后開展陰極發(fā)光(CL)照相，以查明鋯石內(nèi)部結構和表面裂隙的分布情況。

LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年、Hf同位素組成分析在中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心實驗室進行。鋯石U-Pb同位素測定使用儀器為美國Thermo Fisher公司制造的Neptune，激光剝蝕取樣系統(tǒng)為ESI公司的New wave UP 193 nm激光器。激光束斑直徑為35 μm，剝蝕深度為20～40 μm，能量密度為13～14 J/cm2，頻率為8 Hz。鋯石年齡標樣為GJ-1，以NIST SRM610為外標計算Pb、U、Th元素含量，普通鉛由208Pb校正法進行校正。鋯石U-Pb同位素數(shù)據(jù)誤差均為1σ。實驗測試、儀器維護的詳細流程見Liu et al. (2008, 2010)。數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal程序，鋯石U-Pb諧和圖用Isoplot程序繪制。鋯石Lu-Hf同位素與U-Pb同位素使用相同的激光器與質(zhì)譜儀測定，分析時采用8～10 Hz的激光頻率、10 mJ的激光強度和50 μm的激光束斑直徑。測試時GJ-1標樣的176Hf/177Hf和176Lu/177Hf值與標準值在誤差范圍內(nèi)一致。

4 測試結果

4.1 LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結果

LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結果見表1。

表1 太山廟巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結果表

續(xù)表1

續(xù)表1

從測年樣品中分選獲得的鋯石大部分呈無色或淺黃色，透明，多呈自形—半自形柱狀，鋯石長度多為100～200 μm，長寬比多為2∶1～3∶1。多數(shù)鋯石可見明顯的核及震蕩環(huán)帶(圖3)。鋯石的Th、U含量分別為50.5×10-6～2378.3×10-6、43.5×10-6～1501.8×10-6，Th/U值為0.6～2.2，表明為典型的巖漿成因鋯石(李肖龍等，2012)。

圖3 太山廟巖體鋯石陰極發(fā)光圖像及測年結果

對第一期侵入巖樣品(C005)累計進行了32個鋯石測點的分析。其中31個測點的206Pb/238U年齡介于117.8 Ma和125.2 Ma，并且?guī)缀蹙挥谥C和線上(圖4)。只有1個測點(C005.25)的206Pb/U238年齡為173.5 Ma，明顯偏老(可能是由于Pb丟失)，故不參與年齡加權平均值計算。剔除1個離群年齡后獲得的206Pb/238U加權平均年齡為121.3±1.6 Ma(N=31，MSWD=0.19)，代表了該樣品的成巖年齡。

圖4 太山廟巖體鋯石U-Pb年齡諧和圖

對第二期侵入巖樣品(C003)累計進行了32個鋯石測點的分析。其中30個測點的206Pb/238U年齡介于115.1 Ma和125.6 Ma，并且?guī)缀蹙挥谥C和線上(圖4)。另外2個測點(C003.2、C003.13)偏離諧和線，故不參與年齡加權平均值計算。剔除2個離群年齡后獲得的206Pb/238U加權平均年齡為(119.6±1.8) Ma(N=30，MSWD=0.29)，代表了該樣品的成巖年齡。

4.2 鋯石Hf同位素分析結果

鋯石Hf同位素分析結果見表2。

表2 太山廟巖體LA-ICP-MS鋯石Hf同位素原位分析測試結果表

第一期侵入巖樣品(C005)的16個測點的176Lu/177Hf為0.000835～0.002197，平均為0.001379。其中14個測點的176Lu/177Hf均小于0.002，表明鋯石在形成以后，放射性成因Hf積累較低；176Hf/177Hf為0.282264～0.282562，平均為0.282389。fLu/Hf為-0.93～-0.97，平均值為-0.96。fLu/Hf明顯小于鎂鐵質(zhì)地殼和硅鋁質(zhì)地殼(fLu/Hf分別為-0.34、-0.72)(Vervoort et al., 1996; Amelin et al., 2000)，因此二階段模式年齡更能反映其源區(qū)物質(zhì)在地殼的平均留存時間。計算的tDM2為1489～2152 Ma，平均為1872 Ma；εHf(t)為-4.93～-15.45，平均為-10.99。

第二期侵入巖樣品(C003)的16個測點的176Lu/177Hf為0.000584～0.001527，平均為0.001085。所有測點的176Lu/177Hf均小于0.002，表明鋯石在形成以后，放射性成因Hf積累較低；176Hf/177Hf為0.282220～0.282572，平均為0.282345。fLu/Hf為-0.95～-0.98，平均值為-0.97。fLu/Hf同樣明顯小于鎂鐵質(zhì)地殼和硅鋁質(zhì)地殼(fLu/Hf分別為-0.34、-0.72)(Vervoort et al., 1996; Amelin et al., 2000)，因此二階段模式年齡更能反映其源區(qū)物質(zhì)在地殼的平均留存時間。計算的tDM2為1464～2247 Ma，平均為1970 Ma；εHf(t)為-4.56～-16.97，平均為-12.58。

5 討論

5.1 太山廟花崗巖基形成時代

本文對太山廟花崗巖第一期、第二期侵入巖開展了LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年，結果分別為(121.3±1.6) Ma和(119.6±1.8) Ma。獲得的結果與前人研究結果基本一致：葉會壽等(2008)獲得的成巖年齡為(115±2) Ma，高昕宇(2012)獲得的成巖年齡為112.7～125.1 Ma，齊玥(2014)獲得的成巖年齡為116.2～122.3 Ma，賴相濡(2015)獲得的成巖年齡為114.2～126.1 Ma，段友強(2016)獲得的成巖年齡為(112.1±3.2) Ma。以上結果表明，太山廟花崗巖基形成時代為早白堊世。

晚侏羅世以來，熊耳山—外方山一帶發(fā)生了強烈的花崗巖漿活動，先后形成了五丈山巖體(159.6±1.6 Ma)(梁濤等，2019)、合峪巖體(135.3～148.2 Ma)(高昕宇等，2010)、花山巖體(128±1 Ma)(聶政融等，2015)、太山廟巖體以及雷門溝花崗斑巖(131.0±0.6 Ma)(曹晶等，2016)、東溝花崗斑巖(112±1 Ma)(葉會壽等，2006)等。這些花崗巖漿活動大致可以分為150～160 Ma、130～150 Ma、110～130 Ma等3個主要期次，太山廟堿性花崗巖正是本次巖漿活動的末期產(chǎn)物。其主要的地球動力學背景為該時期受中國東部大規(guī)模巖石圈拆沉作用的影響(董樹文等，2007)，巖石圈發(fā)生大規(guī)模減薄，地殼巖石在增溫減壓的雙重效應下發(fā)生熔融，生成的熔體最終上侵形成太山廟等花崗巖體。

5.2 太山廟花崗巖基物質(zhì)來源

太山廟花崗巖中鋯石的εHf(t)為-4.56～-16.97。在εHf(t)-t圖解上，所有樣品均位于虧損地幔及球粒隕石演化線之下(圖5)，表明這些樣品均為殼源成因，即代表了太山廟花崗巖的母巖漿主要源于古老地殼的部分熔融。

圖5 太山廟巖體的鋯石Hf同位素組成(秦嶺造山帶和揚子克拉通Hf同位素組成數(shù)據(jù)參考高昕宇等，2010)

太山廟花崗巖中鋯石的tDM2為1464～2247 Ma，平均為1970 Ma。那么區(qū)域上的結晶基底太華巖群、第一蓋層熊耳群是否是其主要的物質(zhì)來源？太華巖群的形成時代為新太古代和古元古代，其εHf(t)以正值為主(時毓等，2011；2014)。而熊耳群主要形成于1800 Ma左右，其εHf(t)為-3.8～-9.5(高昕宇等，2010；高昕宇，2012)。因此太華巖群和熊耳群均不太可能作為太山廟巖體的主要源區(qū)。

古生代早期，揚子克拉通北緣和南秦嶺開始向華北克拉通南緣之下俯沖(高昕宇，2012)。那么俯沖到華北克拉通南緣下部地殼的南秦嶺和揚子克拉通古老基底可否作為太山廟巖體的源區(qū)？秦嶺造山帶主要構造塊體的Hf同位素組成為：北秦嶺秦嶺群(1987 Ma)εHf(t)為9.0～18.0；南秦嶺陡嶺群(1876 Ma)、佛坪群(1751 Ma)、崆嶺群(2740 Ma)εHf(t)分別為4.3～10.5、6.3～9.4、3.6～4.0；揚子克拉通張八嶺群(1450 Ma)、后河群(2400 Ma)εHf(t)分別為9.5～11.0、-0.9～2.4，西鄉(xiāng)群(1668 Ma、1451 Ma)εHf(t)為11.7～14.6、5.2～9.5(高昕宇等，2010)。在Hf同位素組成圖上，太山廟巖體的εHf(t)與揚子克拉通、南秦嶺的εHf(t)演化趨勢具有相似性，二者表現(xiàn)出較大的親緣性(圖5)。因此，從Hf同位素組成來看，太山廟巖體的源區(qū)更可能為俯沖到華北克拉通南緣下部地殼的南秦嶺陡嶺群等和揚子克拉通張八嶺群等古老基底。

華北克拉通南緣的小秦嶺—外方山一帶出露大量燕山期花崗巖體，如西部的老牛山巖體(148 Ma)(王巖，2019)、華山巖體(134～146 Ma)(毛景文等，2005；郭波等，2009；張興康等，2015)、文峪巖體(135～138 Ma)(王義天等，2010；高昕宇等，2012)、娘娘山巖體(139～142 Ma)(王義天等，2010；高昕宇，2012)，東部的上房溝巖體(135～158 Ma)(毛景文等，2005；包志偉等，2009)、南泥湖巖體(150～158 Ma)(毛景文等，2005；包志偉等，2009)、花山巖體(128 Ma)(聶政融等，2015)、五丈山巖體(160 Ma)(梁濤等，2019)、雷門溝巖體(131 Ma)(曹晶等，2016)、合峪巖體(135～148 Ma)(高昕宇等，2010)、太山廟巖體(112～126 Ma)(葉會壽等，2008；高昕宇，2012；齊玥，2014；賴相濡，2015；段友強，2016)等。這些燕山期花崗巖整體呈弧形分布于陜西華縣以東、河南外方山以西，根據(jù)花崗巖體的成巖年齡，大致可分為150～160 Ma、130～150 Ma、110～130 Ma等三個主要的花崗巖形成階段。華北克拉通南緣大量燕山期花崗巖的形成與中國東部的構造演化密切相關：隨著秦嶺碰撞造山運動的進行，中國東部巖石圈強烈擠壓增厚，并于160～150 Ma巖石圈厚度達到最大。從150 Ma開始，構造體制開始從擠壓向伸展的轉(zhuǎn)換，巖石圈厚度開始減薄。從130 Ma開始，巖石圈厚度開始快速伸展減薄(高昕宇，2012)。地球化學研究表明，早期(160～130 Ma)主要形成埃達克質(zhì)花崗巖，是幔源巖漿底侵導致加厚下地殼發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物(郭波等，2009；王義天等，2010；高昕宇等，2010)；晚期(130～110 Ma)主要形成具有A型花崗巖特征的高分異演化花崗巖，是在伸展減薄背景下地殼發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物(葉會壽等，2008)。太山廟花崗巖體成巖年齡為112～126 Ma，具有長時間、多期巖漿活動的特點，是地殼在強烈的伸展減薄背景下發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物。太山廟巖體及周邊發(fā)育有錫、鈾、三稀元素異常，是河南省重要的錫、鈾、三稀元素找礦遠景區(qū)。何玉良等(2020)測得產(chǎn)于太山廟巖體外接觸帶的大西溝錫礦的錫石U-Pb年齡為(122.10±0.71) Ma，與太山廟巖體的形成時間一致，顯示二者具有密切的成因關系，并且均為中國東部中生代120 Ma左右的大規(guī)模巖石圈減薄背景下的產(chǎn)物。至于太山廟巖體與錫、鈾、三稀元素異常和礦化之間的關系，考慮到該巖體中螢石較為發(fā)育，并且局部出現(xiàn)偉晶巖脈，暗示巖漿熱液富含揮發(fā)分且已經(jīng)經(jīng)歷一定程度富集，因此初步認為可能是形成太山廟巖體的原始巖漿富含這些元素，并在巖漿演化過程中進行了初步富集。但是否存在其他關系，還需進一步研究。

6 結論

(1)太山廟花崗巖基可劃分為5期侵入活動，分布面積最大的第一期、第二期侵入巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分別為(121.3±1.6) Ma、(119.6±1.8) Ma。太山廟花崗巖的形成時代為早白堊世。

(2)太山廟花崗巖中鋯石的εHf(t)為-4.56～-16.97，表明其源區(qū)主要為古老的陸殼物質(zhì)。與秦嶺造山帶主要構造塊體的Hf同位素對比結果表明，太山廟花崗巖體的源區(qū)可能主要為俯沖到華北克拉通南緣下部地殼的南秦嶺和揚子克拉通古老基底。

(3)太山廟巖體的初始巖漿富含錫、鈾、三稀等成礦元素，并在巖漿演化過程中進行了初步富集。因此巖體及其接觸帶附近發(fā)育的異常區(qū)是下一步找礦的重點靶區(qū)。

致謝樣品測試過程中天津地質(zhì)調(diào)查中心李志丹給予極大幫助；河南省地質(zhì)調(diào)查院裴玉華高級工程師在成文過程中給予了建設性意見和建議；審稿專家對論文提出了寶貴的修改意見，在此一并致以誠摯的謝意！

注 釋

① 河南省地質(zhì)調(diào)查院. 2014. 河南省合峪地區(qū)1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[R]. 鄭州: 河南省地質(zhì)調(diào)查院.