云南易门狮子山落雪组凝灰质白云岩锆石U-Pb年代学研究及其地质意义

黄亚虎，王雷，朱恩异，任雯琪，何昊

(昆明理工大学国土资源工程学院，有色地质调查中心西南地质调查所，昆明 650093)

0 引言

易门狮子山铜矿床位于滇中易门裂陷盆地中段，是康滇铜成矿带易门矿田的代表性矿床之一。前人对该矿床地质特征、岩石地球化学、构造控矿、矿床成因等方面开展过大量研究工作，取得丰富研究成果[1-6]。关于该矿床的成因众说纷纭，但层控矿床的观点仍占主要地位，“多层成矿”是该矿床的显著特征。矿区出露的主要含矿地层自下而上分别为因民组、落雪组、鹅头厂组，岩性由碎屑岩、碳酸盐岩沉积向泥质硅质沉积变化。孙家骢[3]曾对狮子山铜矿的地层层位、岩性组合、矿化特征等方面与易门三家厂铜矿进行对比，认为两个矿区地层发育具有相似性。矿区内岩浆岩发育，以基性侵入岩为主，杨勇等[4]对矿区内基性侵入岩地球化学特征进行过详细研究，认为该区基性侵入岩是在大陆初始裂谷背景下形成。尽管如此，前人对该区含矿地层的研究仍缺乏准确的地层形成时代资料，在区域地层划分工作中，多是根据区域成矿年代、岩浆活动和区域地层岩性对比来间接推测，认为狮子山铜矿区落雪组等含矿地层属于中元古代沉积，被笼统地划归为中元古界东川群。

近年来，有学者对狮子山铜矿床中的黄铜矿、斑铜矿和基性侵入岩(辉绿岩)开展了同位素测年工作，获得矿区落雪组中脉状黄铜矿、斑铜矿的Re-Os同位素年龄值，其中一组年龄为1755 Ma±220 Ma[7]；获得侵入到矿区落雪组中辉绿岩的锆石U-Pb同位素年龄值为1858 Ma[8]，表明狮子山铜矿区落雪组及其下伏地层的沉积时代要早于该黄铜矿、斑铜矿和辉绿岩的年龄，即早于1755 Ma±220 Ma和1858 Ma，与前人对其中元古代沉积的认识不同。因此，为提升研究区基础地质研究程度和完善滇中前寒武纪区域地层格架，有必要对该区主要赋矿层位落雪组的沉积时代作进一步厘定。

本文以滇中易门狮子山铜矿区落雪组一段的凝灰质白云岩为研究对象，开展高精度LA-ICP-MS锆石U-Pb定年工作，结合前人研究成果，探讨该区落雪组地层的沉积时代，以期为该区地层层序的厘定提供基础性依据。

1 地质背景

易门狮子山铜矿区位于扬子板块西南缘昆阳裂谷带内，武定—易门—元江裂陷盆地中段的易门裂陷盆地西侧。易门矿田大地构造单元可分为四级[3]：昆阳裂谷褶皱系为一级构造单元；昆阳裂谷陆内裂谷褶皱带为二级构造单元；武定—元江裂谷褶皱系为三级构造单元；易门裂陷盆地为四级构造单元。

区内广泛出露一套变质程度不同、时代相异的浅变质岩系地层。基底为前寒武纪地层，包括汤丹群、苴林群、东川群、昆阳群等，盖层主要为古生代—新生代地层(图1)。对于滇中地区东川群、昆阳群的沉积时代和层序，自20世纪60年代以来一直存在争议，但普遍认为是中元古代沉积[9-12]。近年来，李静等[13-18]对滇中地区进行系统野外地质调查，研究结果认为滇中地区真正的中元古代昆阳群、东川群出露很少，大多数地层属中太古界—古元古界。由此建立了古元古界易门群、新太古界普渡河群、中太古界元江群等3个群级地层单位，并进一步划分了15个组级岩石地层单元。其中，将元江撮科、易门、东川牛场坪等地区部分地层划分为古元古界易门群，自下而上可分为阿不都组、罗洼垤组、亮山组、永靖哨组、西山村组、杉木青组。阿不都组广泛出露于东川、易门、武定地区，以杂砾岩为主，向上夹紫红色、灰色砂泥质板岩；罗洼垤组广泛出露于易门、东川地区，岩性为中酸性凝灰岩、沉凝灰岩夹硅质白云岩、叠层石白云岩、深灰色泥质板岩、含锰质板岩、凝灰质粉砂岩等，局部形成黑、白相间的条带状构造[13]；亮山组出露于易门县亮山—铜厂一带，岩性以灰色、深灰色泥质板岩、粉砂质泥质板岩为主，夹少量薄—中层状细砂岩、粉砂岩、凝灰质粉砂岩。

图1 华南板块前寒武纪岩体空间分布图(a)及滇中地区地质简图(b)(图a, 据Zhao和Cawood (2018), 修编；图b, 据Zhao(2010), 尹福光等(2012), 修编)Fig.1 Spatial distribution of Precambrian intrusive bodies (a) and geological sketch of the central Yunnan province (b)

区内岩浆活动广泛发育[19-21]，岩性主要为辉绿岩、辉长岩，还发育有玄武岩、花岗岩、凝灰岩、球粒状石英岩及英安岩-流纹岩等，时代多为太古代—古元古代末期。比如，东川地区因民组内部出露有1667 Ma±13 Ma的辉绿岩[22]、滇中禄丰—武定地区1767 Ma±15 Ma的辉绿岩[23]、河口地区1710 Ma±8 Ma的辉绿岩和1680 Ma±13 Ma的变质玄武岩[24]、大红山地区1675 Ma±8 Ma的辉绿岩和1659 Ma±19 Ma的凝灰岩[25]。此外，近期《云南省区域地质志》(第二版, 修编)及云南1∶5万二街幅等4幅区调项目中，在滇中地区发现大量年龄为1.85 Ga—3.05 Ga的火山岩及侵入岩[13-18]，比如，易门狮子山矿区落雪组中1858 Ma的辉绿岩，东川大梁子、新平嘎洒等地2.54 Ga—2.50 Ga的基性岩，元江撮科、易门铜厂等地2.40 Ga—2.35 Ga的花岗质岩，易门亮山组中2175 Ma±31 Ma和2049 Ma±32 Ma的凝灰岩，红龙厂地区发现的火山岩锆石年龄3073 Ma—2977 Ma，易门三家厂3100 Ma—1880 Ma的(钾化)球粒状石英岩以及东川地区发现的3890 Ma的熔结凝灰岩[26]。

矿区主干构造为NE向，主要褶皱是狮子山背斜，核部为因民组，两翼为落雪组和鹅头厂组，为倒转倾竖背斜，轴向为50°～60°。断裂主要有NE向和NW向两组，NE向组主要断裂是F12和F14，为主要的控矿断裂；NW向组断裂主要有F3、F5、F等，为张扭性断裂，多表现为成矿后的破矿断裂(图2)。

图2 狮子山铜矿床地质简图(据李强(2011), 修编)Fig.2 Geological sketch of Shizishan Cu deposit

矿区出露的前寒武纪地层从老到新依次为因民组、落雪组、鹅头厂组(图2)。主要为一套陆源碎屑岩、碳酸盐岩、碳泥质岩夹基性火山岩。因民组按岩性可分为3段：一段岩石为薄层状浅紫色—灰紫色角砾岩夹条带状钠长岩；二段岩石为浅紫色—紫灰色薄层泥砂质白云岩，是东川“稀矿山式”铜矿床主要赋矿层[2]；三段为浅紫色、紫灰色中厚层状砂质白云岩夹白云质板岩，该段在矿区未出露。落雪组分为3段：一段为灰黄色、浅灰色薄层—中厚层状的含泥质(凝灰质)硅质细晶白云岩，为“飘带矿”赋矿层位；二段为灰白色、浅灰色厚层状粉晶—细晶硅质白云岩，为“飘带矿”赋矿层位，矿化主要富集在一段和二段接触带；三段为青灰色厚层状粉晶—细晶的硅质白云岩，为主矿体赋存层位，矿体厚度变化大。鹅头厂组主要为薄—中厚层状黑色碳质白云质板岩。

矿区出露的岩浆岩以基性侵入岩为主(辉绿岩和辉长岩)，分布于狮子山背斜核部及两翼发育的次级背斜中，沿NE向断裂、NW向断裂及层间破碎带呈岩墙、岩脉状侵入[3]。

2 岩石样品及分析方法

本次测试样品采自易门狮子山铜矿深部17中段1738大巷，为落雪组一段中的凝灰质白云岩(图3a、图3b)，与因民组紫色粉砂岩、变质粉砂岩整合接触(图4)。该凝灰质白云岩样品呈灰黄色，发育层理构造(图3c、图3d)。显微镜下可以观察到黏土矿物、石英晶屑等(图3e、图3f)。

图3 落雪组凝灰质白云岩照片Fig.3 Photo of tuffaceous dolomite of Luoxue formationa、b.野外坑道照片；c、d.手标本照片；e、f.镜下照片

图4 狮子山铜矿床17中段1738坑道编录图Fig.4 Logging diagram of tunnel 1738 at level 17 of Shizishan Cu deposit

样品处理和测试工作均在广州拓岩检测技术有限公司完成。首先将样品原岩粉碎，经重力和电磁方法分离后，在双目显微镜下挑选(分选)出晶形和透明度较好的锆石颗粒，用于制靶样、阴极发光拍摄，然后进行锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素测年及锆石LA-ICP-MS原位稀土微量元素测试分析。

3 测试分析结果

3.1 锆石特征

根据锆石的CL图像，锆石可分为3类：①大部分锆石自形程度较好，棱角分明，发育韵律环带，为岩浆结晶锆石(图5a)；②部分锆石呈它形—半自形，环带结构不明显，核部具扇形结构或椭圆状结构，可能为捕获的热液锆石(图5b)；③少部分锆石边部有无色增生边，磨圆度较好，应为捕获的古老继承锆石(图5c)。

3.2 锆石U-Pb年龄

对于年龄<1000 Ma的锆石，采用206Pb/238U年龄；而年龄>1000 Ma的锆石，采用207Pb/206Pb年龄[31]。年龄数据见表1。

本次共测试56颗锆石，其中37号点锆石U、Th含量过低，予以剔除；7、11、16、34、35、36、41号点锆石谐和度<90%不参与年龄计算。最终获得有效数据48个(见表1)，锆石的Th/U比值为0.2～2.34，均大于0.2，表明锆石为岩浆成因[32]。

从锆石年龄谐和图(图6)可以看出，测试样品点大部分沿着谐和线分布，锆石谐和年龄在1702 Ma～3022 Ma(见图6a、图6b)，主要集中在3个范围：第一个范围2110 Ma～2438 Ma，共27颗锆石，上交点年龄为2298 Ma±40 Ma(n=27, MSWD=7.3)(图6c)，加权平均年龄为2299 Ma±29 Ma(n=27, MSWD=8.1)(图6d)，对应阴极发光图中第一类锆石(图5a)，代表本次凝灰质白云岩的形成时代；第二个范围1.7 Ga—2.0 Ga，共11颗锆石，对应阴极发光图中第二类锆石(见图5b)，代表成岩期后构造热液事件，与扬子陆块西南缘热液事件相一致[8,15,18,24,33-35]；第三个范围2.5 Ga—3.02 Ga，共10颗锆石，对应阴极发光图中第三类锆石(见图5c)，为捕获的古老继承锆石，暗示扬子陆块西缘存在太古宙结晶基底。

图5 落雪组凝灰质白云岩锆石阴极发光照片Fig.5 Cathodoluminescence(CL) image of the tuffaceous dolomite

表1 落雪组凝灰质白云岩锆石LA-ICP-MS U-Pb分析结果Table 1 LA-ICP-MS U-Pb age data of the tuffaceous dolomite from luo xue formation

图6 锆石U-Pb年龄谐和图与年龄频谱图Fig.6 Zircon U-Pb age concordia and spectragram

3.3 锆石稀土元素

本次测试对成分均一且谐和度≥90%的48颗锆石同时进行原位稀土元素测试，分析结果见表2所述。图7为落雪组凝灰质白云岩样品的锆石球粒陨石标准化稀土元素配分模式曲线。

图7 落雪组凝灰质白云岩锆石球粒陨石标准化稀土元素配分图(标准化数据值据Sun和McDonough,1989)Fig.7 Chondrite-normalized REE pattern of tuffaceous dolomite zircons from the luorue formation

从表2中看出，锆石w(ΣREE)=214.0×10-6～1372.4×10-6，平均值为615.3×10-6；w(ΣLERR)=4.87×10-6～375.34×10-6，平均值为50.45×10-6；w(ΣHERR)=188.92×10-6～1111.81×10-6，平均值为564.83×10-6。锆石的w(ΣLERR)/w(ΣHERR)=0.02～0.59，平均值为0.09，显示出轻稀土亏损、重稀土富集特征；δEu=0.03～0.72，平均值为0.31，显示Eu的负异常；δCe=1.14～232.78，平均值为27.81，显示Ce的正异常。

表2 落雪组凝灰质白云岩锆石LA-ICP-MS 原位稀土元素分析结果 Table 2 LA-ICP-MS analysis of REE in situ of zircon of tuffaceous dolomite zircons from the Luoxue formation

续表2：

总体看，锆石球粒陨石标准化稀土元素配分模式曲线为轻稀土亏损、左倾型，与岩浆锆石稀土元素特征相似；第二、三类锆石数据，与热液锆石和继承锆石稀土元素特征相似，可能为热液锆石和继承锆石[36]。

4 讨论

4.1 锆石年龄及其地质意义

本文以滇中易门狮子山矿区落雪组一段的凝灰质白云岩为研究对象，从中挑选锆石进行高精度LA-ICP-MS U-Pb同位素定年研究，测得锆石的年龄为1.70 Ga—3.02 Ga。通过锆石CL图、U-Pb同位素谐和曲线图及年龄柱状频率图分析，207Pb/206Pb年龄可分为3组：①1.7 Ga—2.0 Ga；②2.11 Ga—2.43 Ga；③2.5 Ga—3.02 Ga。

其中，第二组锆石自形程度较好，棱角分明，发育韵律环带，为岩浆结晶锆石(图5a)，207Pb/206Pb年龄在2110 Ma—2437 Ma之间，上交点年龄为2298 Ma±40 Ma(n=27, MSWD=7.3)，加权平均年龄为2299 Ma±29 Ma(n=27, MSWD=8.1)，表示该凝灰质白云岩的形成时代为古元古代早-中期。研究表明，23亿年开始，全球范围出现了稳定的沉积环境，碳酸盐岩在世界各大陆突然大量沉积[37-39]，在23亿年～18.5亿年间出现了火山活动的间隙[40]。在我国滇中地区同样广泛出露一套碳酸盐岩夹火山岩地层，李静等[13]在易门县罗洼垤组火山岩中获得的2.29 Ga—2.18 Ga锆石年龄，朱华平等[22]在东川牛场坪一带获得2.30 Ga—2.29 Ga凝灰岩锆石年龄，与本文获得的凝灰质白云岩锆石年龄较为一致，这也是滇中地区分布最广的一期火山喷发活动。另外，据秦德先等[5]对易门狮子山矿区喷流热水沉积岩(白云岩)和碱基性火山岩的微量元素研究，认为两者在某些微量元素方面具有继承性和一致性关系，表明狮子山铜矿区白云岩成岩作用与火山作用具有成因关系，指示了该区落雪组一段凝灰质白云岩的形成条件。

值得注意的是，近年来有大批学者在滇中前寒武纪地层研究中，获得一批高精度的测年数据，在三家厂、里士、碧多山等地区东川群中获得～2.3 Ga、～2.7 Ga、～2.9 Ga的锆石年龄[41-43]，由此对东川群进行了部分解体和重组。此外，云南省地质调查院在二街、易门县等4幅区域地质调查项目中，还获得大量1.85 Ga—3.05 Ga同位素年龄值[13-18]，在易门地区鹅头厂组黑色碳质板岩中发现年龄为2.2 Ga的多细胞生物化石[14]，易门地区亮山组中获得凝灰岩锆石年龄为2175 Ma±31 Ma和2049 Ma±32 Ma[13]，元江县撮科一带罗洼垤组中测得变质英安岩锆石年龄为2286 Ma、2290 Ma、2320 Ma，阿不都组中测得变质英安岩锆石年龄为2339 Ma[13]等。以上研究表明，滇中地区真正的中元古代昆阳群、东川群出露很少，大多数地层属中太古界—古元古界。同时，有学者测得的狮子山铜矿区落雪组中辉绿岩年龄为1858 Ma[8]和落雪组中脉状黄铜矿、斑铜矿Re-Os同位素年龄为1755 Ma±220 Ma[7]，也进一步佐证了该区落雪组沉积时代早于中元古代。因此，本次获得落雪组一段中凝灰质白云岩的时代( ～2299 Ma±29 Ma)是可信的。

第一组锆石年龄(1.7 Ga—2.0 Ga)代表成岩期后的构造热液事件，与扬子板块西南缘～2.0 Ga和～1.7 Ga两期岩浆活动[8,15,18，24,33-34]及区域构造热液成矿事件年龄基本一致[7,44-45]。研究资料显示，在古元古代晚期扬子地台西南缘发生了大量地幔物质上涌事件，滇中地区以发育大规模基性岩浆岩和花岗岩为标志，年龄集中在16.67 Ga—18.42 Ga[8,15,24,33-34]；此外，滇中地区还发育古元古代中期的岩浆活动，刘军平等[18]曾在云南易门县西山村组中测得石英脉锆石U-Pb年龄为2.04 Ga。

第三组锆石年龄(2.5 Ga—3.02 Ga)为捕获的古老继承性锆石年龄，指示了扬子地块西缘存在太古宙—古元古代结晶基底，与近年来扬子陆块西缘会理地区发现的2.69 Ga—2.82 Ga的锆石继承核年龄[46]、四川冕宁沙坝地区 ～2.47 Ga的花岗片麻岩锆石继承核年龄[47]、扬子地台西缘望厂组中2.8 Ga的碎屑锆石年龄[22]、易门三家厂3.10 Ga和2.90 Ga的球粒状石英岩锆石年龄[13]以及云南东川地区发现的3.89 Ga的熔结凝灰岩锆石年龄数据接近[26]。锆石微量元素w(Y)—w(U)、w(Y)—w(Ce)/w(Ce)*、w(Y)—w(Yb)/w(Sm)岩性判别图解(图8a—图8c)显示，该组锆石数据点大部分落入花岗岩类区，部分落入基性岩和花岗岩重叠区(图8a、图8c)，暗示锆石可能主要来自花岗岩类。在w(Th)—w(Pb)图解(图8d)中，数据点基本落入S型花岗岩区域内，说明锆石主要来自陆壳花岗质岩石中的S型花岗岩。以上表明，扬子板块西南缘古元古代—新太古代存在近源出露的花岗岩类岩石，存在较早的酸性成分的大陆地壳。

图8 锆石微量元素岩性判别图解(底图据Belousova等(2002)和Wang等(2012), 修编)Fig.8 Diagram showing discrimination of zircon-bearing lithology by trace element analysis of the zircon

4.2 地层对比及归属

众所周知，滇中地区“昆阳群”层序是长期争议的重大基础地质问题。张传恒等[48]获得滇中昆阳群黑山头组与大龙口组之间的富良棚段火山岩夹层锆石的SHRIMP U-Pb年龄为1032 Ma±9 Ma，由此制约了滇中昆阳群黄草岭—美党组的沉积时代，即中元古代晚期。

尹福光等[49-50]在野外调查的基础上，结合前人的成果资料，将出露于东川地区的因民组、落雪组、黑山组(即区域上所称的鹅头厂组)、青龙山组(即区域上所称的绿汁江组)4个组级岩石地层单元称为“东川群”；将主要出露于昆阳—玉溪一带的黄草岭组、黑山头组、大龙口组、美党组4个组级岩石地层单元称为“昆阳群”，二者均属中元古代；认为它们之间不存在上、下叠置关系，而属横向关系。对于狮子山铜矿区出露的这套前寒武纪含矿地层，根据以往的区域地层划分工作，将其笼统地划归中元古界“东川群”，从下往上依次命名为因民组、落雪组、鹅头厂组，但一直以来都缺乏精确的年代学数据作为支撑。

根据云南省地质调查院1∶5万二街等4幅区域调查项目工作，李静等[13]对易门、东川等地区地层沉积时代提出新的看法和认识，认为滇中地区真正的中元古代昆阳群、东川群出露很少，大多数地层属中太古界—古元古界，并建议分别建立易门群(1.84 Ga—2.35 Ga)、普渡河群(2.35 Ga—2.65 Ga)和元江群(2.65 Ga—3.10 Ga)。其中，认为易门—罗茨断裂以西区域原划分的中元古界东川群实际为太古宙地层，在划分元江群狮子山组时，是将易门狮山铜矿区使用的“绿汁江组狮山段”升段为组，将南邻易门县三家厂矿区、北邻禄丰县小新厂剖面前人划分的“落雪组”含铜白云岩也归入其中。但此划分存在2个问题，第一，“绿汁江组狮子山段”作为本区落雪组—鹅头厂组的上覆地层，方案中未涉及狮子山矿区落雪组等下伏地层，缺乏对下伏地层沉积时代的研究；第二，所划分的狮子山组沉积时代(～2.87 Ga)与本次获得落雪组的沉积时代相差近0.6 Ga，与前人对矿区成矿时代的研究也相差甚远。据此，笔者进一步对比了李静等在易门—牛场坪一带所划分的易门群方案，发现狮子山矿区因民组、落雪组、鹅头厂组和易门群阿不都组、罗洼垤组、亮山组等地层的岩性组合特征高度近似，并且本次研究的落雪组一段的凝灰质白云岩年龄(～2299 Ma±29 Ma)与李静等[13]报道的罗洼垤组凝灰岩年龄(2290 Ma)也极为接近，因此，笔者认为易门狮子山铜矿区落雪组及其下伏地层很有可能是易门群的延伸，同属古元古代。

5 结语

本次通过对云南易门狮子山落雪组凝灰质白云岩锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素测年及锆石LA-ICP-MS原位稀土微量元素分析研究，得出了以下认识：

(1)对易门狮子山铜矿区落雪组一段的凝灰质白云岩的锆石高精度LA-ICP-MS U-Pb测年表明，样品中自形结构、环带清晰的锆石的不一致曲线与谐和线上交点的207Pb/206Pb年龄为2298 Ma±40 Ma(n=27, MSWD=7.3)，加权平均年龄为2299 Ma±29 Ma(n=27, MSWD=8.1)，指示落雪组沉积时代为古元古代。

(2)发育的1.7 Ga—2.0 Ga锆石年龄代表成岩期后构造热液事件，与扬子板块西南缘 ～2.0 Ga和 ～1.7 Ga两期岩浆活动及区域构造热液成矿事件年龄基本一致。

(3)发育的2.5 Ga—3.02 Ga锆石年龄为捕获的古老继承锆石年龄，与扬子陆块西缘发现的古老锆石可作对比；锆石微量元素岩性判别图解显示，这部分继承锆石主要来自陆壳花岗质岩石中的S型花岗岩，暗示扬子板块西南缘古元古代—新太古代存在近源出露的花岗岩类岩石，存在较早的酸性成分的大陆地壳。

(4)通过区域地层岩性特征和地层沉积时代对比分析，狮子山铜矿区出露的落雪组等基底地层很有可能是易门—牛场坪一带易门群罗洼垤组等地层的延伸，同属古元古代。