王?敏, 白秀娟, 云建兵, 趙令浩, 李巖林,王周元, 蒲志平, 邱華寧*

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柿竹園多金屬礦床成礦作用40Ar/39Ar年代學(xué)研究

王?敏1, 白秀娟2, 云建兵3, 趙令浩4, 李巖林5,王周元5, 蒲志平1, 邱華寧1*

(1. 中國(guó)科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所 同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州?510640; 2. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn), 湖北 武漢?430074; 3. 大慶油田有限責(zé)任公司 勘探事業(yè)部, 黑龍江 大慶?163453; 4. 國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心, 北京?100037; 5. 湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司, 湖南 郴州?423037)

石英是熱液礦床的常見礦物, 分布廣泛。石英流體包裹體40Ar/39Ar定年技術(shù)為解決礦床年齡測(cè)定難題開辟了新的途徑, 但以前的研究工作缺少共生鉀礦物年齡對(duì)比驗(yàn)證。本文選擇柿竹園多金屬礦床共生白云母和石英進(jìn)行40Ar/39Ar測(cè)年分析對(duì)比研究。白云母激光階段加熱坪年齡為(153.7±0.9) Ma, 代表了成礦年齡。采用真空擊碎技術(shù)提取石英流體包裹體進(jìn)行40Ar/39Ar年齡測(cè)定, 獲得了逐漸下降型年齡譜, 在反等時(shí)線圖上數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成高度線性相關(guān)的等時(shí)線, 年齡為(152.3±5.7) Ma, 代表了原生包裹體的年齡。石英原生流體包裹體等時(shí)線年齡與共生白云母年齡一致, 表明石英流體包裹體40Ar/39Ar技術(shù)是行之有效的礦床定年方法。此外, K-Cl-40Ar圖解可以區(qū)分石英中的原生、次生包裹體, 并獲得次生包裹體年齡為~100 Ma, 與礦區(qū)鉀長(zhǎng)石脈年齡一致, 指示了一次后期熱液活動(dòng)的時(shí)間。

40Ar/39Ar; 流體包裹體; 真空擊碎技術(shù); 柿竹園

0?引?言

礦床形成年齡是研究礦床成因的重要科學(xué)依據(jù), 對(duì)指導(dǎo)找礦勘探工作具有重要意義。熱液礦床種類繁多, 精確測(cè)定其成礦年齡一直是研究工作的難點(diǎn), 嚴(yán)重制約了礦床成因的研究。常規(guī)的同位素年代學(xué)方法具有特定的測(cè)定對(duì)象, 適用面較窄。例如U-Pb法要求測(cè)年礦物鈾含量較高, 通常選取間接代表成礦年齡的巖漿鋯石, 或者直接成礦相關(guān)的熱液鋯石、榍石和獨(dú)居石等礦物[1?3], 而這些礦物在很多熱液礦床中并不常見; 輝鉬礦Re-Os法是熱液礦床定年中一種很成熟的方法[4?7], 但是很多熱液礦床都沒有輝鉬礦產(chǎn)出。比如噴流沉積型(SEDEX)鉛鋅礦的礦石通常含有閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦、石英和重晶石等礦物[8], 很難找到常規(guī)同位素定年方法的測(cè)定礦物。因此, 探索新的同位素定年技術(shù), 對(duì)于解決熱液礦床的定年難題尤為重要。

石英在眾多熱液礦床中廣泛存在且多與熱液成礦作用密切相關(guān)。石英作為流體包裹體40Ar/39Ar定年的對(duì)象, 具有很多優(yōu)點(diǎn): 易于獲得和挑選單礦物; 石英是透明礦物, 便于進(jìn)行包裹體鏡下觀察和測(cè)溫; 抗風(fēng)化、抗蝕變能力強(qiáng), 能保持流體包裹體封閉; 經(jīng)中子活化后放射性劑量低, 易于操作和處理實(shí)驗(yàn)后的粉末。

根據(jù)40Ar/39Ar法高精度高靈敏度的特點(diǎn), 結(jié)合分階段逐步提取技術(shù), 邱華寧等論述了石英流體包裹體40Ar/39Ar定年的可行性, 并先后對(duì)云南瀘水鎢錫礦床[9]、騰沖上芒崗金礦[10]、東川銅礦[11?12]等礦床開展了石英流體包裹體40Ar/39Ar定年的研究, 均獲得了與地質(zhì)事實(shí)相符的合理的成礦年齡。

需要指出的是, 由于科研任務(wù)和經(jīng)費(fèi)的限制, 以前的研究工作側(cè)重于把流體包裹體40Ar/39Ar定年技術(shù)應(yīng)用于礦床定年, 缺少進(jìn)行共生鉀礦物的對(duì)比研究, 致使石英流體包裹體40Ar/39Ar定年的可靠性和準(zhǔn)確性仍受質(zhì)疑。為了驗(yàn)證石英流體包裹體40Ar/39Ar定年技術(shù)的可靠性, 進(jìn)一步推動(dòng)這一技術(shù)方法的發(fā)展, 本文選擇研究程度較高的柿竹園多金屬礦床為研究對(duì)象, 利用改進(jìn)的流體包裹體真空擊碎提取技術(shù)[13?14], 對(duì)柿竹園礦石中共生的白云母和石英進(jìn)行40Ar/39Ar定年對(duì)比, 并與前人利用其他同位素年代學(xué)方法獲得的年齡結(jié)果進(jìn)行對(duì)照。期望通過(guò)本文工作, 使更多的廣大地質(zhì)學(xué)家認(rèn)可石英流體包裹體40Ar/39Ar定年技術(shù), 應(yīng)用于各類熱液礦床的定年研究。

1?地質(zhì)概況與樣品特征

柿竹園超大型鎢錫鉬鉍多金屬礦床位于湖南省郴州市, 屬南嶺成礦帶中段, 華南褶皺系中部湘南凹陷槽內(nèi)。礦區(qū)出露有前寒武紀(jì)變質(zhì)雜砂巖, 中泥盆統(tǒng)跳馬澗組砂巖、棋梓橋組白云質(zhì)灰?guī)r和上泥盆統(tǒng)佘田橋組灰?guī)r、泥灰?guī)r及錫礦山組白云質(zhì)灰?guī)r(圖1)。泥盆系的砂巖和灰?guī)r構(gòu)成該區(qū)礦化的主要圍巖。柿竹園多金屬礦床位于千里山巖體與泥盆系灰?guī)r接觸帶上, 其礦化與千里山復(fù)式花崗巖體有著密切的時(shí)空聯(lián)系。千里山花崗巖體出露面積約10 km2, 從燕山早期至燕山晚期, 由于巖漿多次多階段同源間歇性侵位, 造成各期次巖體相互疊置, 構(gòu)成復(fù)式巖體。每次巖漿活動(dòng)都有衍生的巖脈, 并伴有強(qiáng)度不一的熱液蝕變和礦化, 為柿竹園多金屬礦床的形成提供了必要的條件。按巖體侵入先后分為兩期四次侵位：燕山早期第一次為細(xì)粒斑狀黑云母花崗巖(52a), 出露~1.2 km2; 第二次為細(xì)粒-中粒黑云母花崗巖(52b), 構(gòu)成千里山花崗巖主體; 第三次為細(xì)粒黑云母花崗巖(52c); 燕山晚期為花崗斑巖和石英斑巖(52d), 呈NE向巖脈[15](圖1)。燕山早期第一、二次巖漿活動(dòng)并隨之產(chǎn)生的大范圍云英巖化作用, 與鎢錫多金屬礦化有著清楚的成因關(guān)系[16]。

對(duì)于柿竹園多金屬礦床的成礦年齡, 前人已有較多的研究：輝鉬礦Re-Os等時(shí)線年齡151 Ma[17]; 夕卡巖和云英巖中的石榴子石、螢石、黑鎢礦Sm-Nd等時(shí)線年齡149 Ma[18]; 塊狀云英巖中白云母K-Ar年齡為146 Ma, 網(wǎng)脈狀云英巖中白云母K-Ar年齡148 Ma, 以及后期石英脈中絹云母K-Ar年齡92 Ma[19]。

圖1?柿竹園多金屬礦床區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)文獻(xiàn)[15]修改)

礦床具明顯的垂直分帶, 自下而上依次為：云英巖(Ⅳ)、網(wǎng)脈狀云英巖-夕卡巖(Ⅲ)、夕卡巖(Ⅱ)及大理巖(Ⅰ)[15]。

在490 m中段, 網(wǎng)脈狀云英巖-夕卡巖(Ⅲ)礦帶被后期鉀長(zhǎng)石脈切穿(圖2), 鉀長(zhǎng)石脈局部寬度達(dá)幾十厘米, 表明成礦后有一期富鉀流體活動(dòng)。顯然, 后期的富鉀流體的“侵入”可能在含礦石英脈中形成次生包裹體, 這就提出了新的科學(xué)問題: (1)后期流體的影響程度如何, 能否獲得石英原生包裹體的年齡; (2)能否從石英流體包裹體40Ar/39Ar定年數(shù)據(jù)中獲得后期流體活動(dòng)的年齡信息。為此, 本次工作也選取了鉀長(zhǎng)石脈進(jìn)行40Ar/39Ar定年, 確定后期流體活動(dòng)時(shí)間。

本文測(cè)試樣品09SZ34采自490 m中段云英巖-夕卡巖礦帶中的含礦石英脈,礦物組合主要有石英、云母和螢石等。石英呈灰白色, 含有豐富的原生包裹體, 也有沿微裂隙分布的次生包裹體。原生包裹體多為柱狀-橢圓狀, 大小3~10 μm (圖3a), 次生包裹體呈線狀排列, 橢圓-圓狀, 大小1~5 μm (圖3b)。

2?實(shí)驗(yàn)技術(shù)

樣品經(jīng)過(guò)磨碎、分選、超聲波清洗后, 分別在雙目鏡下手選出未見礦物連晶的單礦物石英~150 mg、白云母~20 mg和鉀長(zhǎng)石~20 mg, 純度達(dá)99%。將所選單礦物用稀硝酸浸泡以去除碳酸鹽等, 然后用去離子水在超聲波清洗器中清洗, 置于80 ℃烘箱中烘干。待測(cè)樣品(單礦物)和標(biāo)準(zhǔn)樣品ZBH-2506 (北京房山花崗閃長(zhǎng)巖黑云母, 其年齡為132.7 Ma)分別用鋁箔和銅箔包裝成直徑~5 mm的小圓餅或圓柱, 裝入小鋁管中。為了準(zhǔn)確獲得樣品的照射參數(shù)值, 鋁管兩端裝標(biāo)樣, 且每隔2~4個(gè)樣品中間插放1個(gè)標(biāo)樣, 盡量保持標(biāo)樣之間距離相近, 記錄每個(gè)樣品和標(biāo)樣的厚度和位置。這批照射樣品共有10支小鋁管, 密封的小鋁管外層包裹0.5 mm厚的Cd皮以屏蔽熱中子。樣品裝罐送到中國(guó)原子能科學(xué)研究院49?2 游泳池反應(yīng)堆中照射48 h, 活化編號(hào)為GZ14, 輻照時(shí)間為2010年4月11~13日。

圖2?鉀長(zhǎng)石脈切穿網(wǎng)脈狀云英巖 (柿竹園礦床490 m中段)

標(biāo)樣用激光全熔進(jìn)行質(zhì)譜氬同位素組成分析, 得到值。然后根據(jù)值變化曲線的函數(shù)關(guān)系和樣品的位置計(jì)算出每個(gè)樣品的值。干擾同位素的校正因子為(39Ar/37Ar)Ca=8.984×10?4, (36Ar/37Ar)Ca= 2.673×10?4, (40Ar/39Ar)K=5.97×10?3。

40Ar/39Ar測(cè)試分析在中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室GVI5400?質(zhì)譜計(jì)上完成。激光階段加熱和流體包裹體提取實(shí)驗(yàn)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)流程詳見文獻(xiàn)[20,14]。

3?實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1?40Ar/39Ar年齡坪和等時(shí)線

白云母和鉀長(zhǎng)石采用激光階段加熱分析, 石英則采用真空擊碎分析, 這些樣品的40Ar/39Ar定年分析數(shù)據(jù)匯總列于表1、表2中。40Ar/39Ar定年數(shù)據(jù)采用專業(yè)軟件ArArCALC v.2.52b進(jìn)行計(jì)算和作 圖[21?22]。

白云母09SZ34 Ms激光階段加熱40Ar/39Ar定年分析獲得平坦的年齡譜, 坪年齡為(153.7±0.9) Ma (1σ, MSWD = 12.1) (圖4a, 黑色虛線), 對(duì)應(yīng)的等時(shí)線年齡為(153.1±0.9) Ma (1σ, MSWD = 9.7) (圖4b)。

鉀長(zhǎng)石09SZ34 Kfs激光階段加熱40Ar/39Ar定年分析得到的年齡譜明顯分為兩部分。實(shí)驗(yàn)開始的低溫階段(1~5)表現(xiàn)為馬鞍形年齡譜, 年齡從第1個(gè)階段的232 Ma迅速降至第4個(gè)階段的最低95 Ma, 第2~4階段3個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(空心三角形)具有明顯的線性關(guān)系, 擬合的等時(shí)線年齡為(91.1±0.5) Ma (1, MSWD = 0.9) (圖5b), 對(duì)應(yīng)的40Ar/36Ar初始值為617.6±7.2, 明顯高于現(xiàn)代空氣氬初始值295.5。第6~14階段表觀年齡變化很小, 形成了平坦的年齡坪, 坪年齡為(100.3±0.5) Ma (1, MSWD = 3.4) (圖5a),39Ar的釋出量占總量的68.5%, 對(duì)應(yīng)的9個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成了高度線性相關(guān)的等時(shí)線(圖5b), 等時(shí)線年齡為(100.4±0.8) Ma (1, MSWD = 3.9)。以2~4階段3個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)形成等時(shí)線的40Ar/36Ar初始值617.6重新扣除空氣氬后, 低溫階段也得到了一段平坦的年齡坪(圖5a)(虛線的坪), 坪年齡為(91.1±0.5) Ma, 對(duì)應(yīng)的等時(shí)線年齡為(91.1±0.5) Ma。

圖3?石英09SZ34 Q顯微照片, 原生包裹體(a)和次生包裹體(b)發(fā)育(單偏透射光下)

表1?激光階段加熱40Ar/39Ar分析數(shù)據(jù)

注: Ar同位素單位為mV, 電子倍增器靈敏度為1.64×10?15mol/mV

石英09SZ34 Q真空擊碎提取流體包裹體40Ar/39Ar定年獲得了單調(diào)遞減的階梯型年齡譜(圖4a)。實(shí)驗(yàn)開始的前10個(gè)階段(1~10)表觀年齡明顯偏老并快速下降, 年齡從第1個(gè)階段的5263 Ma迅速降至第10個(gè)階段的177 Ma。第11~20階段表觀年齡變化很小, 形成了平坦的年齡坪39Ar的釋出量占總量的42.8%, 對(duì)應(yīng)的10個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成了高度線性相關(guān)的等時(shí)線(圖4b), 等時(shí)線年齡(152.3±5.7) Ma (1σ, MSWD = 0.1),40Ar/36Ar初始值291.7 ± 8.1, 略低于現(xiàn)代空氣氬初始值295.5, 用等時(shí)線40Ar/36Ar初始值291.7重新扣除空氣氬得到坪年齡為(152.1± 1.0) Ma (1, MSWD = 0.1,0= 291.7)。

表2?真空擊碎40Ar/39Ar分析數(shù)據(jù)

注: Ar同位素單位為mV, 電子倍增器靈敏度為1.64×10?15mol/mV

3.2?K、Cl和40Ar相關(guān)性及其年齡計(jì)算

在對(duì)40Ar/39Ar定年樣品進(jìn)行中子輻照時(shí), 采用Cd箔屏障來(lái)吸收熱中子能夠基本消除潛在的有35Cl經(jīng)36Cl產(chǎn)生的36Ar的干擾作用, 也會(huì)使38Ar減少。本研究樣品雖然采用Cd箔屏蔽熱中子, 但流體包裹體中的Cl含量仍然會(huì)產(chǎn)生微量的38ArCl, 高靈敏度的離子計(jì)數(shù)電子倍增器可以測(cè)定微量的38Ar, 采用專業(yè)軟件ArArCALC, 嚴(yán)格扣除儀器系統(tǒng)本底、空氣氬和干擾同位素校正等, 計(jì)算出Cl產(chǎn)生的38ArCl。

在K-Cl-40Ar的圖解上, 次生、原生包裹體數(shù)據(jù)點(diǎn)表現(xiàn)出明顯不同的分布, 并且通過(guò)這些相關(guān)圖解可能獲得次生包裹體的年齡[25?26]。

在40Ar*/39ArK-38ArCl/39ArK圖解上(圖6a), 石英09SZ34 Q擊碎前期階段(5~8階段)的數(shù)據(jù)點(diǎn)形成較好的線性關(guān)系, 以40Ar*/39ArK上截距值16.79計(jì)算得到年齡97 Ma。后期擊碎階段(11~20階段)數(shù)據(jù)點(diǎn)顯示出很低的38ArCl值,40Ar*/39ArK的值基本不變, 且與38ArCl/39ArK值沒有相關(guān)性。40Ar*/39ArK平均值26.9, 對(duì)應(yīng)年齡152 Ma, 與石英等時(shí)線年齡一致(圖4b)。

在38ArCl/40Ar*-39ArK/40Ar*圖解上(圖6b), 擊碎第5~8階段的數(shù)據(jù)點(diǎn)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,38ArCl/40Ar*比值逐漸下降,39ArK/40Ar*單調(diào)遞增, 相關(guān)線在39ArK/40Ar*上截距值為17.6, 計(jì)算得到年齡101 Ma。到第11~20階段, 數(shù)據(jù)點(diǎn)集中在垂直X軸的很窄的范圍內(nèi),39ArK/40Ar*值基本保持在0.037, 不隨38ArCl/40Ar*值變化而變化, 對(duì)應(yīng)年齡為152 Ma。

圖4?09SZ34白云母和石英坪年齡譜圖(a)和反等時(shí)線(b)

年齡譜圖上黑色實(shí)線圖譜表示用反等時(shí)線截距值對(duì)應(yīng)的初始比值(40Ar/36Ar)0來(lái)扣除非放射性成因氬, 石英09SZ34 Q的(40Ar/36Ar)0= 291.7。在反等時(shí)線圖解上, 空心數(shù)據(jù)點(diǎn)不參加等時(shí)線年齡計(jì)算, 年齡計(jì)算:= (1/λ)ln(1+′40Ar*/39Ar),40Ar*/39Ar為反等時(shí)線在X軸上截距值的倒數(shù),為照射參數(shù), 白云母樣品與石英樣品值不相同

擊碎第5~8階段和11~20階段的數(shù)據(jù)點(diǎn)在38ArCl/40Ar*-39ArK/40Ar*圖解上呈現(xiàn)不同的兩組分布(圖6c), 分別形成相關(guān)性很好的線, 對(duì)應(yīng)年齡由相關(guān)線斜率計(jì)算得到, 分別為101 Ma和152 Ma。

在K-Cl-40Ar的圖解上, 次生、原生包裹體的數(shù)據(jù)點(diǎn)呈明顯不同的兩組分布, 分別對(duì)應(yīng)年齡~100 Ma和~152 Ma。

4?討?論

4.1?石英真空擊碎釋氣模式與原生包裹體40Ar/39Ar年齡

由于受到后期流體活動(dòng)的影響, 含礦石英脈09SZ34 Q既有豐富的原生包裹體也有較多的次生包裹體(圖3)。在真空擊碎的過(guò)程中, 次生、原生包裹體因性質(zhì)不同而表現(xiàn)出不同的釋出特征[9,27?29]。次生包裹體沿裂隙分布, 較容易被破碎而釋氣, 石英09SZ34 Q真空擊碎實(shí)驗(yàn)中開始的8個(gè)階段的氣體主要來(lái)自裂隙及次生包裹體, 表觀年齡明顯偏老(圖4a), 表明最先從礦物裂隙釋出的次生包裹體含有大量過(guò)剩40Ar。隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行, 所分析的氣體逐漸過(guò)渡為次生、原生包裹體釋氣的混合, 表觀年齡逐步下降。實(shí)驗(yàn)最后的第11~20階段年齡坪趨于平坦(圖4a), 以原生包裹體為主要釋氣貢獻(xiàn)形成年齡坪, 坪年齡為(152.3±1.0) Ma, 相應(yīng)的10個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)形成了一條高度線性相關(guān)的反等時(shí)線(圖4b), 等時(shí)線年齡(152.3±5.7) Ma, 與其坪年齡一致。反等時(shí)線的40Ar/36Ar初始值為291.7±8.1, 與現(xiàn)代大氣氬比值295.5非常接近, 表明年齡坪對(duì)應(yīng)階段釋出的原生包裹體不含過(guò)剩40Ar, 所獲得的等時(shí)線年齡和坪年齡代表了石英原生包裹體的年齡。

圖5?09SZ34 Kfs鉀長(zhǎng)石年齡譜圖(a)和反等時(shí)線(b)

年齡譜圖上黑色實(shí)線圖譜表示用現(xiàn)代空氣氬比值40Ar/36Ar = 295.5來(lái)扣除非放射性成因氬, 黑色虛線圖譜表示用反等時(shí)線截距值對(duì)應(yīng)的初始比值(40Ar/36Ar)0來(lái)扣除非放射性成因氬, 低溫階段鉀長(zhǎng)石09SZ34 Kfs的(40Ar/36Ar)0= 617.6

表3?石英K-Cl-40Ar圖解數(shù)據(jù)

圖6?09SZ34 Q石英K-Cl-40Ar 相關(guān)性圖解

40Ar*分兩段校正: (1)開始階段空心的數(shù)據(jù)點(diǎn)(5~8階段)主要為次生包裹體釋氣,40Ar*用現(xiàn)代空氣氬40Ar/36Ar = 295.5進(jìn)行校正,40Ar*=40Arm?295.5′36Ar; (2)最后階段實(shí)心的數(shù)據(jù)點(diǎn)(11~20階段)主要為原生包裹體釋氣,40Ar*根據(jù)等時(shí)線截距值得到的40Ar/36Ar初始比值(0)校正,40Ar*=40Arm?0′36Ar, 石英09SZ34 Q的0= 291.7

在K-Cl-40Ar的圖解(圖6)上, 也能明顯反映出次生、原生包裹體性質(zhì)差異。從圖6可以清楚的看到次生、原生包裹體的數(shù)據(jù)點(diǎn)表現(xiàn)出明顯不同的兩組分布。5~8階段數(shù)據(jù)點(diǎn)(空心的數(shù)據(jù)點(diǎn))比較分散且都與38ArCl有明顯的相關(guān)性, 這是因?yàn)榇紊w中的過(guò)剩40Ar與Cl存在相關(guān)性。而11~20階段原生包裹體釋氣階段的數(shù)據(jù)點(diǎn)(實(shí)心的數(shù)據(jù)點(diǎn))很集中,40Ar*/39ArK值基本保持不變, 數(shù)據(jù)點(diǎn)不隨38ArCl值變化。表明原生包裹體不含過(guò)剩40Ar, 其年齡代表了成礦流體的真實(shí)年齡。

本文對(duì)柿竹園多金屬礦床含礦石英脈的石英進(jìn)行40Ar/39Ar真空擊碎分析, 得到石英原生包裹體年齡(152.3±1.0) Ma, 同時(shí)獲得共生白云母年齡(153.7± 0.9) Ma, 從而確定了柿竹園多金屬礦床的成礦年齡為~153 Ma, 與前人已有年齡結(jié)果一致[17?19], 充分證明了石英原生包裹體40Ar/39Ar年齡是真實(shí)可靠的。

4.2?成礦后流體活動(dòng)與鉀長(zhǎng)石40Ar/39Ar年齡

近年來(lái)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn), 在真空擊碎分析過(guò)程中, 有些樣品最初幾個(gè)階段的數(shù)據(jù)點(diǎn)也可以呈線性分布, 或者通過(guò)Cl、K相關(guān)性圖解可以得到有意義的次生包裹體的年齡[14,25,26,30]。本次研究在K-Cl-40Ar的相關(guān)性圖解(圖6)上計(jì)算得到了石英的次生包裹體年齡為~100 Ma。鉀長(zhǎng)石09SZ34 Kfs第6~14階段坪年齡(100.3±0.5) Ma (圖5a), 對(duì)應(yīng)的等時(shí)線年齡為(100.4±0.8) Ma, 與石英的次生包裹體年齡一致, 晚于石英中的原生包裹體年齡(~150 Ma)。40Ar/39Ar年齡測(cè)定結(jié)果與野外地質(zhì)現(xiàn)象(鉀長(zhǎng)石脈切穿網(wǎng)脈狀云英巖, 圖2)相符。石英次生流體包裹年齡與鉀長(zhǎng)石脈年齡一致, 指示了成礦后一期流體活動(dòng)。

此外, 鉀長(zhǎng)石09SZ34 Kfs激光階段加熱實(shí)驗(yàn)開始的低溫階段(1~5)形成了一段短的馬鞍形年齡譜(圖5a), 表明樣品在低溫階段含有過(guò)剩40Ar。以2~4階段3個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)形成等時(shí)線的40Ar/36Ar初始值617.6重新扣除空氣氬后, 低溫階段也得到了一段平坦的年齡坪(圖5a)(黑色虛線坪), 坪年齡為(91.1±0.5) Ma, 對(duì)應(yīng)的等時(shí)線年齡為(91.1±0.5) Ma。這個(gè)年齡可能是有意義的, 記錄了鉀長(zhǎng)石形成后裂隙中捕獲流體的年齡為~91 Ma, 也與Yin.[19]得到柿竹園礦床晚期石英脈中絹云母年齡92 Ma相近。

已有研究表明, 華南地區(qū)在中生代發(fā)生廣泛發(fā)育多期次的巖漿-火山活動(dòng)[31?32], 并伴隨著3次大規(guī)模成礦作用(170~150、140~125、110~80 Ma)[33]。柿竹園礦床成礦后存在的多期流體活動(dòng), 可能與中生代晚期的巖漿活動(dòng)有關(guān)。

4.3?流體來(lái)源與過(guò)剩40Ar

石英09SZ34 Q原生包裹體的40Ar/36Ar初始值為291.7±8.1, 與現(xiàn)代大氣氬初始值295.5接近, 表明成礦流體中不含過(guò)剩40Ar。柿竹園流體包裹體18O的研究表明早期的原始成礦流體為原生巖漿水[15,34],而來(lái)源于深部的巖漿水應(yīng)該含過(guò)剩40Ar[35]。Turner[36]認(rèn)為深部流體中富含過(guò)剩40Ar可能通過(guò)斷裂逃逸到大氣中去, 或者大氣降水沿?cái)嗔鸭尤?、與不含鉀的碳酸鹽巖圍巖發(fā)生水巖反應(yīng)以及流體沸騰作用使氣相逸出。

柿竹園礦區(qū)在燕山早期第二次巖體(52b)侵入時(shí), 礦區(qū)處于相對(duì)開放環(huán)境, 從局部斷裂帶帶來(lái)大氣降水的加入[37]。網(wǎng)脈狀云英巖-夕卡巖(Ⅲ)的18O組成靠近于大氣降水線也表明流體為巖漿水與大氣降水混合[38]。此外, 柿竹園流體包裹體研究資料中, 從不同溫度下氣體與流體包裹體的共存表明, 成礦過(guò)程中曾有過(guò)不只一次的沸騰[39]。因此柿竹園成礦作用中大氣降水的加入和流體沸騰作用可能是導(dǎo)致石英中原生包裹體不含過(guò)剩40Ar的主要原因。

5?結(jié)?論

(1) 柿竹園多金屬礦床主期成礦作用發(fā)生在~153 Ma, 屬華南中生代晚侏羅世大規(guī)模成礦作用高峰期的產(chǎn)物。

(2) 礦石中白云母激光階段加熱法得到的40Ar/39Ar年齡和石英真空擊碎法得到的原生包裹體40Ar/39Ar年齡完全一致, 代表礦床的成礦年齡, 證明石英流體包裹體40Ar/39Ar定年是行之有效的礦床定年方法。

(3) 柿竹園多金屬礦床含礦石英脈形成后, 可能受到至少兩次后期流體活動(dòng)的影響。但盡管如此, 石英流體包裹體40Ar/39Ar定年仍然給出可信的原生包裹體年齡信息, 表明石英原生流體包裹體具有很強(qiáng)的封閉性, 是進(jìn)行年代學(xué)研究和物質(zhì)組分研究的良好對(duì)象。

(4) K-Cl-40Ar相關(guān)圖解是常規(guī)40Ar/39Ar等時(shí)線圖解之外的另一種40Ar/39Ar定年分析數(shù)據(jù)處理方式, 不僅可以獲得次生包裹體的年齡, 也可以獲得原生包裹體年齡。

三位評(píng)審專家對(duì)稿件提出了建設(shè)性的修改意見, 對(duì)改進(jìn)文章質(zhì)量起到了重要作用, 在此表示衷心的感謝。

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40Ar/39Ar dating of mineralization of Shizhuyuan polymetallic deposit

WANG Min1, BAI Xiu-juan2, YUN Jian-bing3, ZHAO Ling-hao4, LI Yan-lin5,WANG Zhou-yuan5, PU Zhi-ping1and QIU Hua-ning1*

1. State Key Laboratory of Isotope Geochemistry, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou?510640, China; 2.Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources, Ministry of Education, China University of Geosciences, Wuhan?430074, China; 3. Exploration Department of Daqing Oil Field, Daqing?163453, China; 4. National Research Center for Geoanalysis, Beijing?100037, China;5. Hunan Shizhuyuan Non-ferrous Metal Corporation, Chenzhou?423037, China

Quartz is a common mineral in hydrothermal deposits.40Ar/39Ar dating technique for fluid inclusions in quartz by crushingprovides a new approach to dating mineralization of hydrothermal deposits. However, rare K-rich minerals are available for40Ar/39Ar dating to confirm the validity of this new technique in previous studies. In this study the authors selected paragenetic quartz and muscovite in a piece of ore collected from the Shizhuyuan polymetallic deposit for40Ar/39Ar dating. For the muscovite sample laser stepwise heating results in a very flat age spectrum with a plateau age of (153.7±0.9) Ma (1σ). For the quartz sample crushingyields an age spectrum marked with abnormal old apparent ages, which declines step-by-step for the first ten steps (steps 1 – 10), and is followed by a plateau for the last ten steps (steps 11~20). The data points for steps 11~20 constrain a well-defined isochron corresponding to an age of (152.3±5.7) Ma with an initial40Ar/36Ar value of 291.7, which can be interpreted as the contributions from the primary fluid inclusions without excess40Ar inside. The isochron age for the primary fluid inclusions in quartz is well concordant with that of paragenetic muscovite, indicating that the quartz40Ar/39Ar stepwise crushing technique is an effective method for obtaining ages of primary fluid inclusions in hydrothermal deposits. In addition, the primary and secondary fluid inclusions could be distinguished into two groups by plots based on correlations among the ratios of K, Cl and Ar. The ages of secondary fluid inclusions are obtained from these plots (~100 Ma), which are concordant with the40Ar/39Ar plateau age of the K-feldspar vein, suggesting a post-hydrothermal activity in formation of the ore deposit.

40Ar/39Ar method; fluid inclusion; crushing; Shizhuyuan disposit

P597

A

0379-1726(2016)01-0041-11

2015-02-26;

2015-11-02;

2015-11-26

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2012CB416706); 國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體項(xiàng)目(41421062); 中國(guó)科學(xué)院“135規(guī)劃” (GIGCAS-135-Y234151001)

王敏(1985–), 女, 博士研究生, 礦物學(xué)巖石學(xué)礦床學(xué)專業(yè)。E-mail: min.wang720@gmail.com

QIU Hua-ning, E-mail: qiuhn@gig.ac.cn; Tel: +86-20-85290125