闽西南新冲正长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年及其找矿意义
1. 引言
胡坊复式花岗岩分布于闽西南明溪县胡坊至永安市大湖一带，分布面积超过500 km2，1:25万三明幅区域地质调查根据区域对比将胡坊复式花岗岩划分为二叠纪片麻状二长花岗岩、侏罗纪正长花岗岩和白垩纪二长花岗岩；2011年蒋婷对胡坊一带的细粒花岗岩和粗粒正长花岗岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb测年分别获得419.8 ± 3.2 Ma~442.9 ± 2.8 Ma年龄，表明胡坊一带的花岗岩时代为晚志留纪。我们在调查胡坊复式花岗岩时，发现斑状正长花岗岩分布广泛，在胡坊一带可见片麻状花岗岩、中粗粒正长花岗岩，在永安新冲一带发现主要为斑状粗粒正长花岗岩，并有离子吸附型稀土矿床分布。显然，胡坊复式花岗岩是多期次岩浆活动的产物，为了准确厘定新冲斑状正长花岗岩中的离子吸附型稀土矿床的花岗岩的时代，本次工作对永安市新冲斑状粗粒正长花岗岩开展了LA-ICP-MS锆石U-Pb测年，并分析了稀土元素含量，为分析稀土矿床的形成提供了同位素年代学和地球化学资料，对区域离子吸附型稀土矿床的找矿提供了新资料。
2. 地质背景
研究区位于政和–大埔断裂以西的闽西南地区(图1(a))，主要出露古生界-中生界和志留纪、三叠纪花岗岩(图1(b))，褶皱和逆冲推覆构造较发育。出露地层主要为：下古生界魏坊组、东坑口组、罗峰溪组浅变质，上古生界天瓦岽组和桃子坑组砂砾岩、石炭系下统林地组砂砾岩、石炭系上统黄龙组、船山组碳酸盐岩和下三叠统溪口组砂岩、泥岩夹灰层，中生界上侏罗统火山岩、火山沉积岩。
研究区岩浆活动较强烈，包括志留纪、三叠纪2期岩浆侵入作用形成的胡坊复式花岗岩和晚侏罗世–白垩世火山岩。
胡坊复式花岗岩分布于明溪县胡坊至永安市大湖一带，分布面积超过500 km2。志留纪花岗岩主要分布于胡坊一带，主要为片麻状花岗岩、中粗粒正长花岗岩，其区别于三叠纪花岗岩的显著特征是发育片麻状构造，几乎没有似斑状结构；而三叠纪花岗岩的主要特征是以似斑状结构发育为特征。三叠纪花岗
(a) 研究区构造位置图 [1] ，① 长乐–南澳断裂；② 政和–大埔断裂；③ 宁化–南平断裂；④ 邵武–海丰断裂；(b) 区域地质简图；1，上侏罗统南盘组；2，上泥盆统桃子坑组–下三叠统溪口组；3，上奥陶统罗峰溪组；4，中奥陶统东坑口组；5，下奥陶统魏坊组；6，三叠纪花岗岩；7，志留纪花岗岩；8，断层；9，角度不整合接触；10，锆石U-Pb测年采样位置及编号。
图1. 新冲正长花岗岩构造位置(a)及地质简图(b)
岩主要呈北西走向分布于永安新冲一带，主要岩性为斑状粗粒正长花岗岩：野外露头可见岩石呈肉红色，似斑状结构，块状构造，斑晶含量为(10~20) × 10−2，成份全为钾长石；基质含量为(70~90) × 10−2，全为为中粗粒结构，主要矿物成份为钾长石(50~55) × 10−2、斜长石(10~20) × 10−2、石英(15~20) × 10−2、黑云母(2~4) × 10−2和少量副矿物锆石、磁铁矿等。三叠纪花岗岩局部可见被上侏罗统不整合覆盖。
晚侏罗世–白垩世火山岩主要分布于永安盆地，主要为上侏罗统南盘组流纹质火山角砾岩、角砾凝灰岩、熔结凝灰岩、流纹岩等，白垩纪主要为坂头组凝灰岩、角砾凝灰岩、泥岩和吉山组凝灰岩、砾岩、砂泥岩。
3. 样品特征
用于测年的样品采于永安市大湖镇新冲村稀土矿区公路边(地理位置26˚07.32'N，117˚21.53'E)，花岗岩侵位于古生界中，与上侏罗统以后地层未直接接触。样品岩性为肉红色斑状中粗粒正长花岗岩，岩石呈肉红色，风化后呈浅砖红色；似斑状结构，块状构造主要矿物组成：钾长石约占50%~55%，石英约占30%~35%，斜长石5%~10%，黑云母约占3%~5%，最小粒径3~4 mm，钾长石最大斑晶约20 mm。显微镜下可见钾长石高岭土化蚀变、黑云母绿泥石化蚀变。
4. 分析方法及测试结果
4.1. 分析方法
锆石单矿物的挑选在河北省区域地质调查队单矿物实验室中完成，锆石显微结构、阴极发光(CL)和LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析在西安地调中心实验室完成。
野外采集重约3 kg的胡坊正长花岗岩的样品，经清洗去除污染物，破碎后粉碎至60~100目，洗去粉尘，人工初步淘洗使重矿物富集，然后经过电磁选，去除电磁性部分，保留非电磁性部分，再经精细淘洗获得锆石精矿，在双目镜下挑选出无裂隙、透明的锆石单矿物。在实验室将锆石单矿物制成胶饼，抛光后进行锆石的投射光、反射光显微镜研究和阴极发光(CL)照像，最后进行锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析。其中，CL发光仪为加载于扫描电镜上的英国Gatan公司的Mono CL3+型阴极荧光探头，LA-ICP-MS分析在Hewlett Packard公司的Agilient 7500a ICP-MS和德国Lambda Physik公司的ComPex102 Excimer激光器工作物ArF (波长193 nm)、MicroLas公司的GeoLas 200 M 光学系统的联机上进行。激光束斑直径约为30 μm，激光剥蚀样品的深度为20~40 μm。实验中采用氦气作为剥蚀物质的载气，用研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST SRM610进行仪器最佳化。锆石年龄采用国际标准锆石91500作为外标标准物质，元素含量采用NIST SRM610作为外标，29Si作为内标。详细分析步骤和数据处理方法见参考文献。同位素比值数据处理采用GLITTER (4.0版)软件，年龄计算及谐和图采用ISOPLOT (3.0版)软件进行，误差均为1σ，由于数据年龄一致性、谐和性较好未进行普通铅的校正。
4.2. 分析结果
锆石在显微镜下呈无色，锆石多呈自形短柱状，少数为等轴状、长柱状，长轴一般在100~250 μm。锆石阴极激发光图像显出锆石内部呈现了清晰振荡环带结构(图2)，显示为岩浆成因，少数锆石CL图像具有核幔的结构(如4.17)。锆石总体呈灰黑色-灰色，少数呈灰白色。样品所有锆石Th/U比值均大于0.50，表明锆石为岩浆结晶形成。样品测年分析结果见表1及图3。
图2. 新冲正长花岗岩锆石CL图及测点位置
图3. 新冲正长花岗岩锆石U-Pb年龄谐和图及其加权平均年龄
表1. 新冲正长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年分析结果表
样品进行了24颗锆石的分析，238U含量为(69.55~736.49) × 10−6，232Th含量为(71.38~602.29) × 10−6， 232Th/238U = 0.55~2.07。24个数据206Pb/238U年龄介于218.5~225.7 Ma，所有年龄均位于谐和线上，24个数据加权平均年龄为222.0 ± 1.0 Ma (n = 24，MSWD = 0.53) (图3)，表明新冲斑状粗粒正长花岗岩的结晶时代为晚三叠世 ，而不是前人划分的晚侏罗世，也不同于胡坊岩体的志留纪，这是首次在胡坊复式岩体中确定三叠纪侵入岩的存在，为区域岩浆演化提供了重要新资料。
5. 找矿意义
在新冲正长花岗岩中已有离子吸附性稀土矿床在开采，为了了解未风化的新冲正长花岗岩稀土元素的含量，在新冲离子吸附型稀土矿区采集了3件新鲜岩石样品进行了稀土元素ICP-MS分析，结果如表2，显示稀土元素总量较高(410.67~485.73) × 10−6，富集轻稀土元素LREE/HREE = 18.86~24.52，δEu呈中度亏损，稀土配分模式呈右倾型(图4)，轻稀土元素La、Ce富集，La元素含量变化于(100.5~122.5) × 10−6，
表2. 稀土元素分析结果(单位10−6)
图4. 稀土元素球粒陨石标准化模式图
Ce元素含量变化于(185.5~226.0)×10−6，表明新冲正常花岗岩原岩的稀土元素含量较高，在风化过程中轻稀土元素富集，具备形成离子吸附性稀土矿床的成矿条件。
闽西南地区发现了大量的离子吸附性稀土矿床，其花岗岩时代从志留纪–白垩纪均有。三叠纪新冲斑状粗粒正长花岗岩的稀土元素含量较高，在有利的部位常常形成较厚的风化层，使轻稀土元素富集而形成离子吸附性稀土矿床。前人对连城文坊稀土矿中的花岗岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb测年，确定岩浆侵位时代为志留纪，表明闽西南地区离子吸附型稀土矿床不仅分布于志留纪花岗岩中，也分布于三叠纪花岗岩中。因此，三叠纪新冲正长花岗岩具有寻找离子吸附型稀土矿的良好找矿前景，这对闽西南地区找矿提供了重要新资料。
6. 结论
1) 胡坊复式花岗岩中新冲正长花岗岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb测年，获得206U/236Pb加权平均年龄为222.0 ± 1.0 Ma (n = 24, MSWD = 0.53)，表明新冲正长花岗岩侵位时代为晚三叠世，是印支运动晚期岩浆活动的产物，结合前人的同位素测年结果得出胡坊复式花岗岩为志留纪和三叠纪岩浆活动的产物的结论。
2) 对新冲正长花岗岩稀土元素分析，显示新冲正长花岗岩稀土总量较高，富集轻稀土元素La、Ce，具备离子吸附型稀土矿床的成矿地质条件，具有良好的找矿前景。
