Zircon U-Pb Age and Its Geological Significance of the Anjiacha Formation in Xicheng Pb-Zn Orefield, Western Qinling

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2020.053

Abstract

Abstract:

The Qinling-type Pb-Zn deposit in the Xicheng Pb-Zn orefield (west Qinling orogen) is hosted in Middle Devonian carbonate and fine-clastic sequences, and was formed or transformed by hydrothermal sedimentation. The Anjiacha Formation near the Changba-Lijiagou super-large Pb-Zn deposit is affected by regional metamorphism and contact metamorphism, and high-grade biotite-quartz schist is widely distributed. Detrital zircon U-Pb dating of the biotite-quartz schist yielded a maximum age of (401±6) Ma. Combined with lithogeochemical evidence, it is considered that the sedimentary structural environment was mainly active continental margin, which was likely the product of Early-Middle Devonian fault basin in the northern margin of Yangtze plate. The detrital provenance may have been the Yangtze Craton and north Qinling region.

Key words: Anjiacha Formation, Devonian, detrital zircon, U-Pb geochronology, petrochemistry, Xicheng Pb-Zn orefield

CLC Number:

P618
P597

HAO Decheng, DING Zhenju, GAO Zhaokui, HAN Yaoquan, ZHOU Hong. Zircon U-Pb Age and Its Geological Significance of the Anjiacha Formation in Xicheng Pb-Zn Orefield, Western Qinling[J]. Geoscience, 2021, 35(02): 552-567.

Figures/Tables 20

Fig.1 Sketch geological map of the Xicheng Pb-Zn orefield in west Qinling (modified after Qi et al. [7])

Table 1 Summary of major Pb-Zn deposits in the Xicheng Pb-Zn orefield

序号	矿床名称	矿床规模	资源储量/万t	品位/%		矿石类型及矿物组合	主要控矿因素	主要赋矿地层
序号	矿床名称	矿床规模	Pb+Zn	Pb	Zn	矿石类型及矿物组合	主要控矿因素	主要赋矿地层
1	厂坝—李家沟 (含小厂坝)	特大型	1 248.11	1.28	6.33	闪锌矿-黄铁矿-方铅矿-毒砂-磁黄铁矿	褶皱构造、地层	安家岔组
2	毕家山	大型	120.43	1.86	5.42	闪锌矿-方铅矿-黄铁矿-黄铜矿	褶皱构造、地层和岩相	安家岔组
3	洛坝	大型	136.47	1.47	3.77	闪锌矿-方铅矿-黄铁矿	褶皱构造、地层和岩相	安家岔组
4	郭家沟	大型	127.13	1.46	3.70	闪锌矿-方铅矿-黄铁矿-黄铜矿	褶皱构造、地层和岩相	安家岔组
5	向阳山	中型	26.52	1.46	2.68	闪锌矿-黄铁矿-方铅矿	褶皱构造、地层	安家岔组
6	洛坝外围(文家山)	中型	63.42	1.40	4.94	闪锌矿-方铅矿-黄铁矿-黄铜矿	褶皱构造、地层和岩相	安家岔组
7	薛家沟	中型	33.91	1.79	4.04	闪锌矿-方铅矿-黄铁矿-黄铜矿	褶皱构造、地层和岩相	安家岔组
9	徐明山	小型	6.58	0.63	2.95	闪锌矿-黄铁矿-方铅矿-磁黄铁矿	褶皱构造、地层	安家岔组
10	庙沟	小型	6.14	1.00	3.00	闪锌矿-方铅矿-黄铁矿	地层	安家岔组
11	邓家山	大型	217.55	1.32	5.48	闪锌矿-方铅矿-黄铁矿-黄铜矿	褶皱构造、地层和岩相	西汉水组
12	页水河	小型	11.55	1.49	3.98	闪锌矿-方铅矿-黄铁矿	褶皱构造、地层	西汉水组
13	尖崖沟	中型	30.03	1.40	6.96	闪锌矿-方铅矿-黄铁矿	断裂构造、地层	西汉水组
	合计		2 027.84

Fig.2 Stratigraphic histogram of the Xicheng Pb-Zn orefield (modified after Wang et al.[10])

Fig.3 Biotite-quartz schist sample (AJC-1) from the Anjiacha Formation in Xiaoqingshuigou

Fig.4 Biotite-quartz schist sample (AJC-2) from the Anjiacha Formation in the No.2 orebody footwall at the Changba Pb-Zn deposit

Fig.5 Zircon CL images and U-Pb ages of sample AJC-1

Table 2 LA-lCP-MS zircon U-Pb age data of sample AJC-1

点号	Pb/10^-6	Th/10^-6	U/10^-6	Th/U	$207 Pb 206 Pb$ 年龄/Ma		$207 Pb 238 U$ 年龄/Ma		$206 Pb 238 U$ 年龄/Ma
点号	Pb/10^-6	Th/10^-6	U/10^-6	Th/U	t	1σ	t	1σ	t	1σ
1	55.82	400.0	493.0	0.81	565	63	559	12	560	7
2	20.16	177.0	91.7	1.93	1 018	70	858	19	803	9
3	157.19	621.0	975.0	0.64	1 065	34	886	13	813	9
4	70.97	96.2	253.4	0.38	1 428	74	1 401	17	1 382	15
5	44.76	75.1	207.0	0.36	1 100	54	1 088	18	1 085	10
7	143.00	1 312.0	793.0	1.65	863	43	749	11	708	5
8	229.11	207.0	1 676.0	0.12	1 011	33	833	10	762	6
9	79.79	145.0	516.0	0.28	1 061	56	889	17	813	7
11	317.80	419.0	2 473.0	0.17	981	39	792	11	722	8
12	99.32	91.4	902.1	0.10	833	41	678	14	624	10
13	135.94	154.0	844.0	0.18	1 176	35	983	14	889	10
14	124.17	90.3	499.8	0.18	1 396	36	1 338	16	1 294	15
15	51.71	296.0	301.0	0.98	839	51	802	14	784	8
16	62.61	128.0	417.0	0.31	991	51	851	16	792	9
17	139.86	304.0	1 101.0	0.28	787	44	710	10	681	6
19	68.26	393.0	377.0	1.04	817	44	798	12	786	6
20	310.95	145.0	670.0	0.22	2355	28	2 237	15	2 097	15

Table 2 LA-lCP-MS zircon U-Pb age data of sample AJC-1

点号	Pb/10^-6	Th/10^-6	U/10^-6	Th/U	$207 Pb 206 Pb$ 年龄/Ma		$207 Pb 238 U$ 年龄/Ma		$206 Pb 238 U$ 年龄/Ma
点号	Pb/10^-6	Th/10^-6	U/10^-6	Th/U	t	1σ	t	1σ	t	1σ
1	55.82	400.0	493.0	0.81	565	63	559	12	560	7
2	20.16	177.0	91.7	1.93	1 018	70	858	19	803	9
3	157.19	621.0	975.0	0.64	1 065	34	886	13	813	9
4	70.97	96.2	253.4	0.38	1 428	74	1 401	17	1 382	15
5	44.76	75.1	207.0	0.36	1 100	54	1 088	18	1 085	10
7	143.00	1 312.0	793.0	1.65	863	43	749	11	708	5
8	229.11	207.0	1 676.0	0.12	1 011	33	833	10	762	6
9	79.79	145.0	516.0	0.28	1 061	56	889	17	813	7
11	317.80	419.0	2 473.0	0.17	981	39	792	11	722	8
12	99.32	91.4	902.1	0.10	833	41	678	14	624	10
13	135.94	154.0	844.0	0.18	1 176	35	983	14	889	10
14	124.17	90.3	499.8	0.18	1 396	36	1 338	16	1 294	15
15	51.71	296.0	301.0	0.98	839	51	802	14	784	8
16	62.61	128.0	417.0	0.31	991	51	851	16	792	9
17	139.86	304.0	1 101.0	0.28	787	44	710	10	681	6
19	68.26	393.0	377.0	1.04	817	44	798	12	786	6
20	310.95	145.0	670.0	0.22	2355	28	2 237	15	2 097	15

Fig.6 Th/U vs. age plot of zircons from the samples AJC-1 and AJC-2

Fig.7 U-Pb age histogram of zircons from the samples AJC-1 and AJC-2

Fig.8 Zircon CL images and U-Pb ages of sample AJC-2

Table 3 LA-lCP-MS zircon U-Pb age data of sample AJC-2

点号	Pb/10^-6	Th/10^-6	U/10^-6	Th/U	$207 Pb 206 Pb$ 年龄/Ma		$207 Pb 238 U$ 年龄/Ma		$206 Pb 238 U$ 年龄/Ma
点号	Pb/10^-6	Th/10^-6	U/10^-6	Th/U	t	1σ	t	1σ	t	1σ
1	128.0	74.0	60	1.24	2 747	50	2 692	32	2 600	35
2	64.0	238.0	339	0.70	522	119	435	18	418	6
3	331.0	291.0	544	0.54	1 626	50	1 586	23	1 535	17
5	60.0	35.8	114	0.31	1 894	58	1 829	27	1 755	25
6	19.8	57.0	148	0.39	591	120	488	20	473	9
7	66.0	71.0	315	0.23	769	71	894	21	935	11
8	98.0	236.0	191	1.23	739	98	796	25	807	11
9	107.0	159.0	567	0.28	743	65	792	19	794	12
10	136.0	185.0	576	0.32	865	136	898	17	897	10
11	347.0	87.0	479	0.18	2 719	49	2 634	29	2 482	34
13	246.0	177.0	412	0.43	1 754	57	1 778	26	1 770	24
14	120.0	103.0	134	0.77	1 857	61	1 809	27	1 751	22
15	25.0	102.0	100	1.01	754	181	473	29	428	9
16	49.0	80.0	141	0.57	1 033	88	975	26	949	15
18	53.0	173.0	445	0.39	433	126	410	20	401	6
19	69.0	66.0	211	0.31	1 413	70	1 287	28	1 203	17
20	270.0	136.0	254	0.54	2 620	55	2 606	46	2 513	53
23	20.3	71.0	90	0.79	783	188	524	34	474	12
24	73.0	43.0	346	0.12	1 146	85	1 009	29	929	14
25	48.0	93.0	167	0.56	717	104	754	25	764	12
26	85.0	143.0	320	0.45	852	122	806	38	768	15
28	87.0	36.7	96	0.38	3 081	66	2 986	40	2 793	42
29	51.0	88.0	122	0.72	1 020	129	871	34	812	12
30	152.0	265.0	456	0.58	989	123	821	33	747	12
31	60.0	35.0	66	0.52	2 179	109	2 169	54	2 117	36
32	52.0	93.0	77	1.20	1 098	129	1 047	42	1 022	19
34	123.0	349.0	681	0.51	644	73	497	19	459	6

Table 3 LA-lCP-MS zircon U-Pb age data of sample AJC-2

点号	Pb/10^-6	Th/10^-6	U/10^-6	Th/U	$207 Pb 206 Pb$ 年龄/Ma		$207 Pb 238 U$ 年龄/Ma		$206 Pb 238 U$ 年龄/Ma
点号	Pb/10^-6	Th/10^-6	U/10^-6	Th/U	t	1σ	t	1σ	t	1σ
1	128.0	74.0	60	1.24	2 747	50	2 692	32	2 600	35
2	64.0	238.0	339	0.70	522	119	435	18	418	6
3	331.0	291.0	544	0.54	1 626	50	1 586	23	1 535	17
5	60.0	35.8	114	0.31	1 894	58	1 829	27	1 755	25
6	19.8	57.0	148	0.39	591	120	488	20	473	9
7	66.0	71.0	315	0.23	769	71	894	21	935	11
8	98.0	236.0	191	1.23	739	98	796	25	807	11
9	107.0	159.0	567	0.28	743	65	792	19	794	12
10	136.0	185.0	576	0.32	865	136	898	17	897	10
11	347.0	87.0	479	0.18	2 719	49	2 634	29	2 482	34
13	246.0	177.0	412	0.43	1 754	57	1 778	26	1 770	24
14	120.0	103.0	134	0.77	1 857	61	1 809	27	1 751	22
15	25.0	102.0	100	1.01	754	181	473	29	428	9
16	49.0	80.0	141	0.57	1 033	88	975	26	949	15
18	53.0	173.0	445	0.39	433	126	410	20	401	6
19	69.0	66.0	211	0.31	1 413	70	1 287	28	1 203	17
20	270.0	136.0	254	0.54	2 620	55	2 606	46	2 513	53
23	20.3	71.0	90	0.79	783	188	524	34	474	12
24	73.0	43.0	346	0.12	1 146	85	1 009	29	929	14
25	48.0	93.0	167	0.56	717	104	754	25	764	12
26	85.0	143.0	320	0.45	852	122	806	38	768	15
28	87.0	36.7	96	0.38	3 081	66	2 986	40	2 793	42
29	51.0	88.0	122	0.72	1 020	129	871	34	812	12
30	152.0	265.0	456	0.58	989	123	821	33	747	12
31	60.0	35.0	66	0.52	2 179	109	2 169	54	2 117	36
32	52.0	93.0	77	1.20	1 098	129	1 047	42	1 022	19
34	123.0	349.0	681	0.51	644	73	497	19	459	6

Table 4 Major lithology, major element oxide composition (wB/%) and characteristic parameters of theWujiashan and Anjiacha Formations

样号	岩性	采样位置	SiO₂		TiO₂		Al₂O₃		Fe₂O₃		MnO		MgO		CaO		Na₂O		K₂O		P₂O₅		烧失量	总量
样号	岩性	采样位置	含量	扣除烧失量	含量	扣除烧失量	含量	扣除烧失量	含量	扣除烧失量	含量	扣除烧失量	含量	扣除烧失量	含量	扣除烧失量	含量	扣除烧失量	含量	扣除烧失量	含量	扣除烧失量	烧失量	总量
CBHG-4-4	条带状大理岩	茨坝后沟尾矿坝附近	24.10	33.63	0.22	0.31	4.11	5.73	1.22	1.70	0.04	0.06	2.4	3.35	37.51	52.34	0.18	0.25	1.70	2.37	0.19	0.27	28.21	99.88
CBHG-6	黑云母石英片岩	茨坝后沟	61.80	62.53	0.74	0.75	16.55	1.75	6.66	6.74	0.07	0.07	3.78	3.82	3.05	3.09	2.51	2.54	3.50	3.54	0.18	0.18	1.07	99.91
CBHG-8-1	黑云母石英片岩	茨坝后沟	57.68	62.03	0.6	0.65	12.47	13.41	4.63	4.98	0.10	0.11	3.16	3.40	10.23	11.00	1.62	1.74	2.32	2.50	0.17	0.18	6.91	99.89
WJSBil	黑云母方解石英片岩	大柳坝公路旁	39.02	50.33	0.28	0.36	4.59	5.92	1.63	2.10	0.07	0.09	2.19	2.82	27.89	35.97	0.64	0.83	1.13	1.46	0.09	0.12	22.41	99.94
LDS-1	炭质千枚岩	老洞上	68.13	80.23	0.20	0.24	4.75	5.59	2.05	2.41	0.02	0.02	0.81	0.95	6.81	8.02	0.14	0.16	1.35	1.59	0.66	0.78	14.53	99.45
AJC-1	黑云母石英片岩	小清水沟	63.19	63.94	0.79	0.80	15.64	15.83	6.58	6.66	0.07	0.07	3.4	3.44	3.41	3.45	2.45	2.48	3.14	3.18	0.16	0.16	1.09	99.92
AJC-2	黑云母石英片岩	厂坝铅锌矿床1082中段	65.59	68.45	0.63	0.66	11.08	11.56	7.01	7.32	0.13	0.14	2.14	2.23	6.56	6.85	0.13	0.14	2.38	2.48	0.17	0.18	3.95	99.77
AJC-2	黑云母石英片岩	Ⅱ号矿体下盘	65.59	68.45	0.63	0.66	11.08	11.56	7.01	7.32	0.13	0.14	2.14	2.23	6.56	6.85	0.13	0.14	2.38	2.48	0.17	0.18	3.95	99.77
样号	岩性	采样位置	al		fm		c		alk		cfm		si		K		a		mg		DF
CBHG-4-4	条带状大理岩	茨坝后沟尾矿坝附近	5.00		9.36		83.04		2.60		8.87		49.79		0.9		0.09		0.79
CBHG-6	黑云母石英片岩	茨坝后沟	34.35		37.71		11.51		16.43		0.31		217.70		0.58		0.65		0.53		-1.28
CBHG-8-1	黑云母石英片岩	茨坝后沟	24.9		27.93		36.98		10.29		1.32		194.60		0.59		0.47		0.17		2.43
WJSBil	黑云母方解石英片岩	大柳坝公路旁	7.03		11.83		77.66		3.49		6.57		101.40		0.64		0.13		0.72
LDS-1	炭质千枚岩	老洞上	202.00		19.97		52.65		7.19		2.64		491.60		0.91		0.36		0.44		-2.61
AJC-1	黑云母石英片岩	小清水沟	33.73		36.88		13.37		16.02		0.36		231.20		0.56		0.63		0.50		-1.26
AJC-2	黑云母石英片岩	厂坝铅锌矿床1082中段 Ⅱ号矿体下盘	27.60		36.07		29.56		6.91		0.82		275.90		0.95		0.55		0.37		-3.16

Table 4 Major lithology, major element oxide composition (wB/%) and characteristic parameters of theWujiashan and Anjiacha Formations

样号	岩性	采样位置	SiO₂		TiO₂		Al₂O₃		Fe₂O₃		MnO		MgO		CaO		Na₂O		K₂O		P₂O₅		烧失量	总量
样号	岩性	采样位置	含量	扣除烧失量	含量	扣除烧失量	含量	扣除烧失量	含量	扣除烧失量	含量	扣除烧失量	含量	扣除烧失量	含量	扣除烧失量	含量	扣除烧失量	含量	扣除烧失量	含量	扣除烧失量	烧失量	总量
CBHG-4-4	条带状大理岩	茨坝后沟尾矿坝附近	24.10	33.63	0.22	0.31	4.11	5.73	1.22	1.70	0.04	0.06	2.4	3.35	37.51	52.34	0.18	0.25	1.70	2.37	0.19	0.27	28.21	99.88
CBHG-6	黑云母石英片岩	茨坝后沟	61.80	62.53	0.74	0.75	16.55	1.75	6.66	6.74	0.07	0.07	3.78	3.82	3.05	3.09	2.51	2.54	3.50	3.54	0.18	0.18	1.07	99.91
CBHG-8-1	黑云母石英片岩	茨坝后沟	57.68	62.03	0.6	0.65	12.47	13.41	4.63	4.98	0.10	0.11	3.16	3.40	10.23	11.00	1.62	1.74	2.32	2.50	0.17	0.18	6.91	99.89
WJSBil	黑云母方解石英片岩	大柳坝公路旁	39.02	50.33	0.28	0.36	4.59	5.92	1.63	2.10	0.07	0.09	2.19	2.82	27.89	35.97	0.64	0.83	1.13	1.46	0.09	0.12	22.41	99.94
LDS-1	炭质千枚岩	老洞上	68.13	80.23	0.20	0.24	4.75	5.59	2.05	2.41	0.02	0.02	0.81	0.95	6.81	8.02	0.14	0.16	1.35	1.59	0.66	0.78	14.53	99.45
AJC-1	黑云母石英片岩	小清水沟	63.19	63.94	0.79	0.80	15.64	15.83	6.58	6.66	0.07	0.07	3.4	3.44	3.41	3.45	2.45	2.48	3.14	3.18	0.16	0.16	1.09	99.92
AJC-2	黑云母石英片岩	厂坝铅锌矿床1082中段	65.59	68.45	0.63	0.66	11.08	11.56	7.01	7.32	0.13	0.14	2.14	2.23	6.56	6.85	0.13	0.14	2.38	2.48	0.17	0.18	3.95	99.77
AJC-2	黑云母石英片岩	Ⅱ号矿体下盘	65.59	68.45	0.63	0.66	11.08	11.56	7.01	7.32	0.13	0.14	2.14	2.23	6.56	6.85	0.13	0.14	2.38	2.48	0.17	0.18	3.95	99.77
样号	岩性	采样位置	al		fm		c		alk		cfm		si		K		a		mg		DF
CBHG-4-4	条带状大理岩	茨坝后沟尾矿坝附近	5.00		9.36		83.04		2.60		8.87		49.79		0.9		0.09		0.79
CBHG-6	黑云母石英片岩	茨坝后沟	34.35		37.71		11.51		16.43		0.31		217.70		0.58		0.65		0.53		-1.28
CBHG-8-1	黑云母石英片岩	茨坝后沟	24.9		27.93		36.98		10.29		1.32		194.60		0.59		0.47		0.17		2.43
WJSBil	黑云母方解石英片岩	大柳坝公路旁	7.03		11.83		77.66		3.49		6.57		101.40		0.64		0.13		0.72
LDS-1	炭质千枚岩	老洞上	202.00		19.97		52.65		7.19		2.64		491.60		0.91		0.36		0.44		-2.61
AJC-1	黑云母石英片岩	小清水沟	33.73		36.88		13.37		16.02		0.36		231.20		0.56		0.63		0.50		-1.26
AJC-2	黑云母石英片岩	厂坝铅锌矿床1082中段 Ⅱ号矿体下盘	27.60		36.07		29.56		6.91		0.82		275.90		0.95		0.55		0.37		-3.16

Fig.9 KA diagram of metamorphic rocks in Anjiacha Formation ((a), base map according to Zhou[30]) and Simongnan diagram ((b), base map according to Wang et al[29])

Table 5 Trace element composition of metamorphic rocks in Anjiacha Formation(10-6)

样号		岩性	Se	Li	Be	Cr	Co	Cu	Zn	Rb	Nb	Mo	Cd
安家岔组	AJC-1	黑云母石英片岩	15.80	61.80	2.600	96.4	34.6	38.50	103.0	144.0	14.20	0.172	0.099
安家岔组	AJC-2	黑云母石英片岩	12.30	39.70	1.940	69.2	53.9	29.20	376.0	122.0	11.10	0.337	0.304
样号		岩性	Ta	W	Pb	Th	U	Ni	V	Ba	Se	Zr	Hf
安家岔组	AJC-1	黑云母石英片岩	1.060	223	12.90	15.20	2.41	42.90	105.0	615	148.0	197.0	5.63
安家岔组	AJC-2	黑云母石英片岩	0.854	482	91.40	12.40	2.57	42.00	082.0	2 087	114.0	194.0	5.66

Fig.10 Spider diagram of primitive mantle standardization of trace elements for samples from Anjiacha Formation(primitive mantle data after ref.[34])

Table 6 REE composition (10-6) and characteristic values of metamorphic rocks in Anjiacha Formation

样品	岩性	La	Ce	Pr	Nd	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	Y	REE	(La/Yb)_N	δEu	δCe
AJC-1	黑云母石英片岩	32.6	69.9	7.81	29.1	5.44	1.240	4.53	0.798	4.29	0.862	2.63	0.423	2.70	0.408	25.2	162.73	8.16	0.74	1.00
AJC-2	黑云母石英片岩	25.5	61.0	7.16	27.8	5.98	1.300	5.84	1.060	5.68	1.120	3.24	0.508	3.09	0.456	32.7	149.73	5.58	0.66	1.05

Fig.11 Chondrite- (a) and NAS- (b) normalized REE patterns for samples AJC-1 and AJC-2 (chondrite and North American shale (NAS) data after ref.[32])

Fig.12 Structural background discrimination diagram of K2O/Na2O-SiO2 (base map after ref.[38])

Fig.13 Ternary Th-Sc-Zr/10(a) and La-Th-Sc(b) tectonic discrimination diagrams (base map from Bhatia and Crook[39])

Fig.14 Detrital zircon age histograms of the Anjiacha Formation and its adjacent areas

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