辽宁岫岩县桑皮峪透闪石玉成矿年龄研究

邹 妤，李 鹏，吴之瑛，康梦玲，王时麒

(1. 昆明理工大学 城市学院， 云南 昆明 650051； 2. 北京城市学院， 北京 100083； 3. 北京大学 地球与空间科学学院，北京 100871)

辽宁省岫岩县因盛产质量好的蛇纹石玉而闻名于世，该地区也盛产透闪石玉(也称软玉或和田玉)(王时麒等， 2002)。2012年，在辽宁省岫岩县哈达碑镇桑皮峪横山里的大理石矿中发现了新的透闪石玉矿床，具有一定地质科研意义和商业价值。该透闪石玉矿位于岫岩县哈达啤镇西北方约30 km、细玉沟村西南方4 km的大理石矿井中，矿体呈似层状及扁豆状产出，连续性较差，具有一定规模(吴之瑛， 2014)。最新发现的桑皮峪透闪石玉矿点产量丰富，将是岫岩透闪石玉的重要矿点。以前发现的透闪石玉矿点主要分布在细玉沟，对桑皮峪透闪石玉矿的研究相对缺乏。国内学者对桑皮峪透闪石玉的成矿地质背景、矿床成因、矿物组成、化学成分、结构构造、石墨特征包裹体进行了研究，认为其矿床成因类型为变质热液矿床(张存等， 2018)，其矿物成分主要为透闪石，微量元素含量较低，颜色以青色为主，结构致密，质量较好，储量充裕(蒋天龙， 2014)。郑奋等(2019)通过测定辽宁岫岩的河磨玉的锆石U-Pb年龄表明其成矿年龄的上限为220.8±7.6 Ma，而老玉的形成年龄在1.7 Ga左右，因此岫岩地区可能存在未被发现的原生透闪石玉矿。

透闪石玉矿床一般都是在低温下形成的，但它缺少如云母等可定年的矿物，因此该类型矿床的定年工作一直是个难题。目前已有很多透闪石玉的年龄研究工作是基于其中的副矿物锆石来开展的，但是透闪石玉中的锆石可能有多种来源，其中最有可能的是继承锆石，并不一定代表透闪石玉的形成年龄。锆石的年龄研究需要综合考虑锆石的光学和电子图像，并结合其微量元素才能对所测年龄数据进行正确解译(杨亚楠等， 2014)。而透闪石玉中的另一种副矿物榍石一般是和透闪石同生的(Lingetal.， 2015)，这种含有微量U-Pb的副矿物在很多透闪石玉中都有出现(刘喜锋等， 2019)。

为了深入了解桑皮峪透闪石玉矿床成矿时代及其地质演化历史，本文对采自桑皮峪的透闪石玉进行了详细的岩石学观察，采用离子探针(SIMS， secondary ion mass spectrometry)重点对比分析桑皮峪透闪石玉中的副矿物锆石的U-Pb年龄和榍石的Pb-Pb年龄，测定桑皮峪透闪石玉矿床的形成时间，采用和田玉中的榍石和锆石同时定年具有独特性和创新性，为揭示透闪石玉的形成过程提供了有价值的理论依据。

1 区域地质概况

辽宁岫岩县桑皮峪透闪石玉矿位于细玉沟透闪石玉矿与北瓦沟蛇纹石玉矿之间的桑皮峪沟沟头，出露于北沟-王家堡子-周家堡子复向斜西端-横山里倒转向斜的北翼。复式背斜隆起构造中的复向斜和向斜构造，保存蕴矿地层；玉石矿主要产于区内的复向斜褶曲之中，其产状及展布受复向斜构造的控制(图1)。

辽宁岫岩县桑皮峪透闪石玉矿出露地层主要为辽河群变质岩系，自下而上为里尔峪组、高家峪组、大石桥组二段、大石桥组三段。玉矿西北部及南部出露元古代片麻状黑云二长花岗岩，此外还有细粒蚀变辉长岩以及煌斑岩、伟晶岩、钠长石英斑岩等脉岩(王时麒等， 2007； 吴之瑛， 2014)。

玉矿产于大石桥组二段，平行于近矿围岩的透闪石大理岩变余层理产出。大理岩围岩规模较小，长130 m，平均厚度4.57 m，似层状产出，走向长130 m，倾向20°，倾角70°。透闪石大理岩围岩呈白色，部分呈灰、浅绿相间斑杂色；主要矿物成分为白云石、透闪石，含少量蛇纹石；中细粒变晶结构，块状构造；结构致密，硬度较大，比较稳固。透闪石玉矿体产状与大理岩岩层产状基本相同，呈似层状及扁豆状产出，地层控制特点非常突出和明显(王时麒等， 2007； 吴之瑛， 2014)。

2 样品及测试

2.1 测试样品

透闪石玉料采自岫岩满族自治县哈达碑镇第2大理石矿点，透闪石玉料大小不一，多为棱角状，表面为新鲜崩裂面，选取具有玉石价值的桑皮峪透闪石玉样品类型，颜色均为青色，包括青黄色、青绿色、深青色等(图2)。手标本特征为微透明至不透明，蜡状光泽至玻璃光泽，折射率平均值为1.60(点测)，密度为2.94 ～2.96 g/cm3，摩氏硬度为6.05～6.62。

图 1 岫岩玉矿床区域构造纲要图(据吴之瑛， 2014)Fig. 1 Regional structural outline of the Xiuyan jade deposit (after Wu Zhiying， 2014)

图 2 辽宁岫岩县桑皮峪透闪石玉样品照片 Fig. 2 The sample of Sangpiyu tremolite jade

2.2 测试方法和条件

将样品磨制成0.03 mm薄片后，利用偏光显微镜和电子探针对桑皮峪透闪石玉矿物成分进行分析。偏光显微镜分析在昆明理工大学国土资源学院偏光实验室完成；电子探针分析在中国科学院地质与地球物理研究所的电子探针与扫描电镜实验室完成，使用的电子探针仪为日本电子JXA-8100型，加速电压15 kV，加速电流15 nA，束斑直径5 μm。

通过人工重砂法，从桑皮峪透闪石玉样品中分选出锆石和榍石，然后在双目显微镜下挑选出无裂隙、无包体、透明干净的锆石和榍石颗粒。将锆石样品颗粒和锆石标样，榍石样品颗粒和榍石标样分别粘贴在环氧树脂靶上，然后抛光使其露出一半晶面。对锆石进行透射光和反射光显微照相以及阴极发光图象分析；对榍石进行透射光和反射光显微照相以及背散射图象分析，以检查其内部结构、帮助选择适宜的测试点位。样品靶可以在真空条件下镀金以备分析。

锆石的U-Pb年龄测试和榍石的Pb-Pb年龄测试都在中国科学院地质与地球物理研究所里通过CAMECA IMS-1280 离子探针(二次离子质谱仪SIMS)完成。详细分析方法见Li等(2009)和Ling等(2015)。标样与样品以1∶3比例交替测定。锆石的U-Th-Pb同位素比值用标准锆石Plésovice(337 Ma， Slámaetal.， 2008)校正获得。以长期监测标准样品获得的标准偏差1SD=1.5%(Lietal.， 2010)和单点测试内部精度共同传递得到样品单点误差，以标准样品GBW04705作为未知样监测数据的精确度，在本次研究中共分析了10个点。榍石的Pb同位素比值采用榍石标准BLR-1(Aleinikoffetal.， 2002， 2007)来监控仪器稳定性，普通Pb校正采用实测204Pb值。由于测得的普通Pb含量非常低，假定普通Pb主要来源于制样过程中带入的表面Pb污染，以现代地壳的平均Pb同位素组成(Stacey and Kramers， 1975)作为普通Pb组成进行校正。同位素比值及年龄误差均为1σ。数据结果处理采用ISOPLOT软件(Ludwig， 2001)。

3 结果与分析

3.1 矿物组成

3.1.1 偏光显微镜特征

桑皮峪透闪石玉的主要矿物组成为透闪石，无色，正中突起，最高干涉色为 Ⅱ 级蓝，矿物颗粒可呈纤维状、粒状等，纤维状透闪石一般小于0.1 mm，柱状透闪石大小0.5～2 mm不等(图3a～3c)。次要矿物含量比较少，主要有磷灰石、方解石、绿泥石、石墨、褐铁矿、锆石、榍石等。磷灰石干涉色为 Ⅰ 级灰，矿物颗粒主要呈他形粒状，方解石无色，闪突起，干涉色为高级白。绿泥石为浅绿色，低正突起，最高干涉色为 Ⅰ 级灰，主要呈片状。石墨多出现在颜色为青黑色的样品中，主要呈星点状和云雾状分布。褐铁矿往往填充在透闪石玉的裂隙中，呈树枝状分布(图3d)。榍石矿物颗粒常呈特殊的菱形、楔形，正极高突起，高级白干涉色，二轴正晶(图3e，3f)。

图 3 桑皮峪透闪石玉样品的正交偏光显微镜特征Fig. 3 Photomicrographs of Sangpiyu tremolite jade (crossed nicols)Tr—透闪石； Lm—褐铁矿； Ttn—榍石Tr—tremolite； Lm—limonite； Ttn—titanite

3.1.2 电子探针分析

对3件桑皮峪透闪石玉样品(X2、X7、X19)进行了电子探针测定，每个样品选取5个主要的矿物点的数据进行分析，分析结果和基于23个氧离子计算的阳离子结果见表1。

根据表1可知，桑皮峪透闪石玉主要成分是SiO2、MgO、CaO，含量范围分别为57.79%～58.58%、22.41% ～22.87%、12.55%～13.35%，平均值分别为58.21%、22.63%、12.86%， 比透闪石成分理论值(59.17%、24.81%、13.80%)稍低，但差距不大。除此之外，还含有少量的Al2O3、FeO、MnO，微量的TiO2、Cr2O3、NiO、Na2O和K2O。

表 1 桑皮峪透闪石玉样品电子探针分析结果wB/%Table 1 Electron microprobe analytical results of Sangpiyu tremolite jade samples

根据国际矿物协会新矿物及矿物命名委员会批准角闪石族分会推荐的角闪石族命名方案，当Mg2+/(Mg2++Fe2+)=0.90～1.00时为透闪石，当Mg2+/(Mg2++Fe2+) =0.50～0.90时为阳起石，当Mg2+/(Mg2++Fe2+) =0.00～0.50时为铁阳起石(张蓓莉， 2006)。桑皮峪透闪石玉的Mg2+/(Mg2++Fe2+)值为0.964～0.971，平均0.967，符合国际矿物协会的角闪石族命名方案。

3.2 成矿年龄

3.2.1 锆石U-Pb年龄

对从样品X19中挑选出来的13颗锆石(代号分别为Z1～Z13)进行了SIMS U-Pb分析。本次测试同时分析了10个锆石标样点，得到的谐和年龄为160.0±1.6 Ma，与推荐值159.5±0.2 Ma (Lietal.， 2013)在误差范围内一致，表明仪器稳定可靠。本样品的年龄结果如表2和图4，可见锆石的实验数据可分为4组，第1组为Z-1～Z-7， U = 549×10-6～1 322×10-6， Th=16×10-6～94×10-6， Th/U=0.03～0.07，锆石的内部结构在CL图像中显得明亮(图4a)。206Pb/238U年龄的加权平均值为1 840±18 Ma(2σ，n=7)，207Pb/206Pb 年龄范围在1 853±8 Ma (2σ，n=7)之间，U-Pb同位素组成在误差范围内一致，U-Pb谐和年龄为1 851±7 Ma (2σ，n=7)。其他3组为Z-8～Z-13， U=142×10-6～614×10-6，Th=74×10-6～322×10-6，Th/U=0.32～0.83，206Pb/238U年龄范围在2 487～2 032 Ma。 这3组的锆石年龄比第1组的锆石年龄都老。这些锆石可能为继承锆石，来自原岩。锆石的内部结构在CL图像中较暗(图4a)。桑皮峪透闪石玉中锆石的206Pb/238U年龄最小的1组为1 851±7 Ma(图4c)，认为这一组锆石的年龄最接近桑皮峪透闪石玉的形成年龄。

3.2.2 榍石Pb-Pb年龄

对从样品X19中挑选出来的17颗榍石(代号分别为Y1～Y17 )进行了SIMS Pb-Pb年龄分析，结果见表3。榍石的206Pb/204Pb=321～1 881，都大于100，但只有分析点Y-16和Y-17的206Pb/204Pb值大于1 000，表明这2个分析点的普通铅含量少，放射成因铅占优势。f206的大致范围为0.99%～5.84%，只有分析点Y-16的f206小于1%，从而可知分析点Y-16的普通206Pb占总206Pb值最低，同时其207Pb/206Pb年龄误差也最小。最终得出榍石的207Pb /206Pb加权平均年龄为 1 848±17 Ma(2σ，n=17， MSWD=1.9， 图5)。

图 5 桑皮峪透闪石玉榍石Pb-Pb加权平均年龄图Fig. 5 Weighted average Pb-Pb ages diagram for titanite from Sangpiyu tremolite jade

表 2 桑皮峪透闪石玉锆石U-Pb年龄分析结果Table 2 Zircon U-Pb age analytical results of Sangpiyu tremolite jade

图 4 桑皮峪透闪石玉锆石U-Pb谐和年龄图Fig. 4 U-Pb concordia diagram for zircons from Sangpiyu tremolite jade

表 3 桑皮峪透闪石玉榍石Pb-Pb年龄分析结果Table 3 Titanite Pb-Pb age analytical results of Sangpiyu tremolite jade

4 讨论

4.1 SIMS锆石U-Pb定年对比榍石Pb-Pb定年

锆石广泛分布于酸性侵入岩、火山岩、变质岩等各种类型的岩石中，矿物非常稳定。在桑皮峪透闪石玉中， 锆石基本呈他形，晶粒小，约为60～80 μm。同时，锆石的U含量和放射成因Pb含量高，普通Pb含量较低。因此锆石的单点误差较小。但透闪石玉中的锆石矿物中含有继承锆石，因此需要仔细甄别才能判断哪一组年龄更接近透闪石玉的形成年龄。本研究共得到4组锆石年龄，其中只有最年轻的1组锆石具有较低的Th/U值，更符合变质锆石的特征。

榍石是一种普遍存在于各种中酸性和碱性侵入岩、变质岩及各类热液矿床中的含U副矿物。作为一种可定年的工具，它在地质研究中具有非常广泛的应用价值(Lietal.， 2010)。在桑皮峪透闪石玉中，榍石晶粒小，含量较少。本文采用榍石207Pb/206Pb定年法，只需准确测定Pb同位素组成，即可得到榍石207Pb/206Pb年龄。本次测量获得的所有榍石颗粒均得到1组一致的年龄，但是榍石的普通铅含量较高，比锆石需要精准的校正(李志昌， 2004； 吴之瑛， 2014)。

锆石的物理化学性质极其稳定，形成后不易受外界及后期地质事件影响，通常难以用于确定中低温变质岩及热液成因岩石的地质年代(Liuetal.， 2011a, 2011b)。榍石是酸性、中性和碱性岩浆岩、低-中高级变质岩及少数沉积岩中常见的副矿物。同时，榍石为钙钛硅酸盐，易与其他矿物、流体、熔体发生反应，从而可记录多期变质事件的年龄信息，更有利于查明地质体的P-T-t轨迹(王世龙， 2016)。桑皮峪透闪石玉的矿床成因类型为变质热液矿床，与锆石相比，榍石更适合用于测定桑皮峪透闪石玉的地质年龄。

4.2 成矿年龄分析

前人利用榍石测定了各种类型岩石的年龄， Ling等(2015)通过证明栾川软玉与其中的榍石同源，并利用榍石测定了软玉年龄为1 848±17 Ma，与其锆石U-Pb年龄1 851±7 Ma在误差范围内一致。从表2和表3中的数据可知，由于SIMS锆石定年的方法比榍石定年的方法更加成熟，锆石U-Pb年龄误差小于榍石Pb-Pb年龄误差。总体来说，通过与透闪石同源的榍石测定出的年龄更为接近透闪石玉的实际形成年龄，部分锆石年龄也可以反映透闪石玉年龄，代表透闪石玉的年龄上限。本文通过榍石测定出桑皮峪透闪石玉的年龄为1 848±17 Ma，与其锆石U-Pb年龄1 851±7 Ma在误差范围内一致。

很多软玉的形成与交代或变质作用有关，如西部新疆昆仑、阿尔金、青海东昆仑的软玉矿床都处于白云质大理岩与花岗岩侵入体接触带(Liuetal.， 2010， 2015， 2016)。辽宁岫岩软玉矿床是华北克拉通西部板块(EB)辽宁省辽河群的一部分，而EB在古元古代(2.2～1.9 Ga)时期胶-辽-吉带发生了断裂-俯冲-碰撞(Zhao and Zhai， 2013)。该矿区大约在1.8 Ga经历了区域变质作用，形成白云石大理岩。随后，白云石大理岩被硅质热液流体取代形成蛇纹石，如果钙含量较高，白云石大理岩会被硅质热液置换形成透闪石玉(Zhangetal.， 2019)。这一变质事件可能指示了桑皮峪透闪石玉的形成年龄。岫岩软玉矿床大致经历4个地质作用阶段，分别为白云岩沉积阶段、白云岩的区域变质阶段、热液交代阶段、风化作用阶段。桑皮峪透闪石玉中最年轻1组的锆石U-Pb年龄为1 851 ±7 Ma，其中的榍石Pb-Pb年龄为1 848±17 Ma，推测桑皮峪透闪石玉的形成在白云岩的区域变质时期。

5 结论

(1) 辽宁岫岩县桑皮峪透闪石玉的主要矿物成分为透闪石，次要矿物成分包括磷灰石、方解石、绿泥石、石墨、褐铁矿、锆石和榍石等。

(2) 电子探针分析显示辽宁岫岩县桑皮峪透闪石玉样品主要成分为SiO2、MgO和CaO，并含有少量的Al2O3、FeO和MnO，Mg2+/(Mg2++Fe2+) 值范围为0.964～0.971。

(3) 离子探针分析，桑皮峪透闪石玉的锆石206Pb/238U年龄为1 851±7 Ma，榍石207Pb/206Pb年龄为1 848±17 Ma，桑皮峪透闪石玉形成于古元古代的白云岩的区域变质时期。

致谢矿区的彭涛先生、潘军俊先生在野外考察期间提供了热忱帮助。实验过程中得到中国科学院地质与地球物理研究所马红霞、毛骞等老师的帮助，本研究得到国家岩矿化石标本资源库支持，审稿人对本文提出了许多建设性意见和建议，在此一并致谢。