萊西塔埠頭稀土礦氟碳鈰礦Th-Pb定年及礦床成因

汪子杰，徐曉慧

(山東省第四地質礦產勘查院，山東 濰坊 261021)

塔埠頭稀土礦位于山東省萊西市西南約2.0km，居于膠萊盆地東部的萊陽凹陷與荊山凸起相接地帶[1]，稀土礦體主要賦存于花崗偉晶巖脈及其附近圍巖中，遠離雜巖體則無礦化現象。目前共探明4個工業礦體，提交稀土氧化物總量398t，平均品位1.603%，為一小型偉晶巖型稀土礦床。

1 礦床地質特征

1.1 地層

區內出露的地層主要為古元古代荊山群，主要巖性為黑云變粒巖、大理巖、斜長角閃巖等，另發育少量的白堊紀青山群火山巖。

1.2 構造

礦區及其外圍發育的地區褶皺構造有鳳凰山背斜和大野頭向斜；區域地層總體走向近EW[2]。區域斷裂構造可分為NE向、NNE向和EW向3組。NNE走向的招遠-平度斷裂和NE走向牟平-即墨斷裂為區域主要的斷裂構造[3]。

1.3 巖漿巖

礦區內巖漿活動頻繁，分布廣泛，主要為玲瓏巖體、花崗偉晶巖以及各類脈巖。稀土礦化發育在花崗偉晶巖中。礦床主要賦存在中生代白堊紀花崗偉晶巖中。

1.4 礦體特征

塔埠頭稀土礦共探明4個工業礦體。

Ⅰ號礦體長43m，平均厚1.57m，延深20m。走向112°，傾向22°，平均傾角68°。稀土氧化物總量平均品位2.47%，最高達4.35%；所含伴生元素平均品位：鈾0.018%、釷0.5674%、鈮0.1391%、鉭0.0118%、鋯4.351%(圖1、圖2)。

1—古元古代荊山群野頭組；2—花崗質偉晶巖；3—云母-蛭石化帶；4—稀土礦體及編號圖1 塔埠頭稀土礦礦體分布示意圖

Ⅱ號礦體長57.5m，平均厚7.47m，延深30m。走向90°～110°，傾向0°～20°，平均傾角32°。稀土氧化物總量平均品位1.483%，最高達4.08%；所含伴生元素平均品位：鈾0.0129%、釷0.360%、鈮0.0893%、鉭0.0069%、鋯2.395%。野外露頭特征如圖3所示。

1—砂質粘土礫石層；2—蛇紋透輝大理巖；3—大理巖；4—塊體狀鉀長石巖；5—斜長偉晶巖；6—鉀長偉晶巖；7—礦體及編號；8—含稀土偉晶巖；9—云母-蛭石蝕變帶；10—實測及推測地質界線圖2 塔埠頭稀土礦勘探線剖面圖

Ⅲ號礦體：長60m，平均厚3.66m，延深43m。走向72°，傾向342°，平均傾角35°。稀土氧化物總量平均品位1.558%，最高達3.62%；所含伴生元素平均品位：鈾0.0126%、釷0.3517%、鈮0.0788%、鉭0.0064%、鋯2.004%。

圖3 塔埠頭礦區Ⅱ號礦體野外照片

1.5 礦石特征

礦石結構以晶粒結構為主，其次有碎裂結構、脈狀結構等。礦石構造以浸染狀、脈狀、細脈浸染狀以及斑點狀構造為主，其次為角礫狀及交錯脈狀構造。

礦石礦物成分由金屬礦物、非金屬礦物組成，金屬礦物主要有自然金和金屬硫化物，金屬硫化物以黃鐵礦為主，黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦次之；非金屬礦物主要有石英、螢石、絹云母、長石、氟碳鈰礦等。

氟碳鈰礦是花崗偉晶巖中的微量礦物[4]，礦物晶型完好，鏡下可以看出氟碳鈰主要包裹在長石中(圖4)，說明氟碳鈰礦的形成與長石十分密切。詳細的鏡下觀察表明，氟碳鈰礦比母巖形成晚，礦物切割斜長石的條紋(圖5)，顯示氟碳鈰礦出溶于鉀長石中(圖6)。

圖4 氟碳鈰礦顯微特征

圖5 氟碳鈰礦與斜長石關系顯微照片

圖6 氟碳鈰礦與鉀長石關系顯微照片

2 成礦時代

20世紀70年代以來，眾多學者做過大量花崗巖定年測試。前人研究表明玲瓏花崗巖K-Ar等時線年齡為(150.12±3.6)Ma，Rb-Sr等時線年齡為(156.40±11.99)Ma，玲瓏型似片麻狀黑云母花崗巖定為早燕山期；侵入玲瓏型似片麻狀黑云母花崗巖的郭家嶺型的斑狀花崗閃長巖K-Ar等時線年齡147.81Ma，Rb-Sr等時線年齡153.6Ma，也是燕山期成巖，稍晚于玲瓏花崗巖。胡世玲等[5]用40Ar-39Ar方法得到玲瓏花崗巖年齡為(164.2±1.0)Ma，而郭家嶺花崗閃長巖年齡為(134.08±1.7)Ma，另獲郭家嶺花崗閃長巖角閃石的K-Ar年齡為(129.6±2.7)～(133.8±2.2)Ma，均屬燕山期晚期。隨著測試技術的發展，精確度不斷提高，關康等[6]、苗來成等[7]采用SHRIMP法更精確地分析了鋯石U-Pb年齡，玲瓏花崗巖形成年齡為150～160Ma，而郭家嶺花崗閃長巖在126～130Ma之間。而且2類巖體都含有年齡分別為前寒武紀(>650Ma)和三疊紀(250～200Ma)的繼承性鋯石，表明巖體是前寒武紀(太古代)變質基底重熔成因(屬殼源巖漿)。

該次工作于后塔埠頭村水坑南側20m采集了TB01-1，TB02-3樣品，其中TB01-1采于I號礦體，TB02-3采于II號礦體。

樣品篩選由河北廊坊區域地質調查所研承擔，TB01-1挑選出102個氟碳鈰礦單顆粒；TB02-3挑選出220個氟碳鈰礦單顆粒。樣品制靶由西安瑞石地質科技有限公司完成，TB01-1標出17個單顆粒，TB02-3標出31個單顆粒(圖7、圖8)。樣品測試由南京聚譜檢測科技有限公司完成，實驗期間：樣品TB01-1的2,7,14單顆粒因為太小被擊穿；8,9,13單顆粒不是氟碳鈰礦；樣品TB02-3的2,19,24,31單顆粒因為太小被擊穿；8,10,27單顆粒不是氟碳鈰礦。

圖7 TB01-1氟碳鈰礦陰極發光圖像(圖中的圓圈為測點位置)

采用單顆粒氟碳鈰礦Th-Pb定年方法，確定成礦年齡。樣品TB02-3氟碳鈰U，Th和Pb的測定結果表明，208Pb/232Th的比值很穩定，所以用Th-Pb比值計算其年齡，年齡范圍122.1～143.0Ma。用ISOPLOT(Ludwig，2007)計算后得到加權平均年齡為(128.5±2.0)Ma(MSWD=14，圖9)。樣品TB01-1氟碳鈰208Pb/232Th年齡范圍125.4～138.9Ma。加權平均年齡為(134.4±1.2)Ma(MSWD=4.1，圖10)。

圖9 TB02-3氟碳鈰礦Th-Pb年齡

2個樣品的年齡測試結果表明塔埠頭稀土礦形成于(128.5±2.0)Ma～(134.4±1.2)Ma。前人研究認為，玲瓏花崗巖形成年齡為150～160Ma，說明稀土礦及賦礦的偉晶巖的形成時間晚于區域性圍巖—玲瓏花崗巖的成巖時間，即成礦年齡晚于區域花崗巖的成巖年齡。

3 成礦要素和成礦模式

3.1 礦床成礦要素

塔埠頭稀土礦的成礦要素包括地質環境和成礦特征兩大類(表1)。地質環境有巖石類型、巖石結構、成礦時代、構造背景和成礦環境及5個方面[8]；礦床特征涉及礦物組合、結構構造2個方面。根據成礦要素的重要程度，將成礦要素分為必要、重要2個等級，塔埠頭稀土礦成礦要素劃分為4個必要要素、3個重要要素(表1)[9-10]。

表1 礦床成礦要素

圖10 TB01-1氟碳鈰礦Th-Pb年齡

3.2 礦床成礦模式

膠東地區在侏羅紀時巖漿活動強烈，形成玲瓏、昆崳山等大規模花崗巖體。巖漿活動期后分異出堿性正長質巖漿，巖漿沿斷裂構造或層間滑動構造侵入到古元古代荊山群中，形成偉晶巖體[11]，偉晶巖中含稀土礦物的熱液在適宜部位富集形成稀土礦體(圖11)。稀土礦物主要形成于熱液階段[12]。

1—古元古代荊山群野頭組蛇紋透輝大理巖；2—中生代燕山早期花崗巖；3—中生代燕山早期花崗偉晶巖；4—云母-蛭石蝕變巖；5—稀土礦體圖11 塔埠頭稀土礦礦床成礦模式圖

4 礦床成因討論

塔埠頭稀土礦中的氟碳鈰均產生于長石中[5]，說明氟碳鈰礦的形成與長石密切相關，其形成的時間略晚于寄主礦物長石[13]。再者，本次測得塔埠頭花崗偉晶巖稀土礦的氟碳鈰單顆粒年齡(128Ma，134Ma)均晚于玲瓏花崗巖(成礦母巖)的年齡(160～150Ma)。因此，推測巖漿活動后期的熱液導致了稀土礦物富集成礦，形成氟碳鈰礦[14]。

膠東地區晚中生代時受庫拉-太平洋板塊的消減帶影響，處于殼幔相互作用強烈的構造環境，為巖漿活動及熱液上涌提供有利條件[15]。該文測得的稀土氟碳鈰礦的年齡為(134.4±1.2)Ma、(128.5±2.0)Ma，恰與早白堊世早期構造—巖漿熱事件(135～125Ma)吻合[16]。研究表明，膠東的白堊紀巖漿活動是由早期地殼或花崗巖類經部分熔融或重熔而形成[17]，或者巖漿侵位時與先成地殼或花崗巖類發生了強烈的同化混染[8]。因此，筆者認為萊西塔埠頭地區偉晶巖是由一部分玲瓏花崗巖熔融而形成，在巖漿侵入到圍巖中的降溫冷卻過程中，形成了塔埠頭這一中生代的稀土熱液成礦事件。

5 結論

(1)塔埠頭稀土礦床為小型偉晶巖型稀土礦床，主要稀土礦物為氟碳鈰礦，稀土礦物包裹在長石中。

(2)2個樣品獲得的氟碳鈰礦Th-Pb加權平均年齡為(128.5±2.0)Ma和(134.4±1.2)Ma。成礦年齡晚于玲瓏花崗巖的成巖年齡。

(3)塔埠頭稀土礦的成礦要素按照重要程度包括4個必要要素、3個重要要素。

(4)稀土礦物形成于大規模巖漿活動之后的熱液階段。在偉晶巖侵入到圍巖的降溫冷卻過程中，形成了塔埠頭中生代稀土熱液成礦事件。