李海立 肖惠良 陳樂柱 范飛鵬
*收稿日期:20200403修訂日期:20200810責任編輯:葉海敏
基金項目:中國地質(zhì)調(diào)查局“欽杭成礦帶武寧—平江地區(qū)鎢銅多金屬礦地質(zhì)調(diào)查(編號:DD20190153)”項目資助。
第一作者簡介:李海立,1990年生,男,碩士,主要從事礦產(chǎn)資源勘查及礦床地球化學研究工作。Email:njlihaili@163.com。
通信作者簡介: , 年生, ,,。
摘要: 葛藤垇鎢鉬多金屬礦床為贛南地區(qū)典型的熱液石英脈型礦床,礦體主要賦存于燕山期花崗巖中,受NW向及近EW向斷裂帶控制。通過對該礦床進行詳細的野外地質(zhì)調(diào)查,并對礦體中的6個輝鉬礦樣品進行ReOs同位素測試分析,獲得了187Re187Os等時線年齡為(159.0±0.4) Ma,加權平均年齡為(162±2) Ma(MSWD=1.3),表明該礦床的成礦時代為燕山早期,與贛南區(qū)域成礦事件相吻合。Re/Os值(>4)及187Re含量((69.0~625.4)×10-9)指示礦床成礦物質(zhì)來源于地殼,為燕山早期第二階段殼源花崗巖分異演化與巖漿晚期熱液共同作用的產(chǎn)物。
關鍵詞: 贛南地區(qū);鎢鉬礦床;ReOs同位素年齡;輝鉬礦
中圖分類號:P618.67;P618.65
文獻標識碼:A
文章編號:20961871(2020)0435108
贛南地區(qū)位于歐亞大陸板塊與濱西太平洋板塊消減帶內(nèi)側的華夏板塊中,屬于武夷山成礦帶和南嶺成礦帶的交匯復合部位[12],礦產(chǎn)資源豐富,是世界著名的鎢、錫、鉬、銀、銅(金)等多金屬礦集區(qū),也是中外地質(zhì)學家關注和研究的熱點區(qū)域[311]。區(qū)內(nèi)巖漿巖廣泛分布,鎢鉬礦床的形成與該區(qū)燕山期花崗巖密切相關[12]。礦床的成礦母巖巖性主要為富含鎢、錫、鉬的黑云母花崗巖和二長花崗巖等,為高硅(SiO2>70%)、高堿((Na2O+K2O)>8%)和富揮發(fā)分等特征的高分異花崗巖[13]。
近幾十年來,ReOs同位素分析逐漸成為研究金屬硫化物礦床成礦年代和成礦物質(zhì)來源的有效手段[1416]。因輝鉬礦具有較高的Re含量而幾乎不含普通Os,其已成為目前應用最廣泛的ReOs定年礦物[1719],輝鉬礦ReOs同位素測年技術也已成為直接測定不同類型鉬礦床和含鉬礦床成礦年齡的最有效方法[2024]。
葛藤垇鎢鉬多金屬礦是該區(qū)發(fā)現(xiàn)的典型熱液石英脈型礦床,精確測定該礦床的成礦時代,對于正確認識礦床成因和控礦因素、總結區(qū)域成礦規(guī)律并指導找礦勘探工作具有重要意義[14]。輝鉬礦是葛藤垇礦區(qū)的主要礦石礦物之一,輝鉬礦與黑鎢礦密切共生,其形成時間可以代表礦床的成礦時間。
本文利用輝鉬礦ReOs同位素定年法,首次對葛藤垇鎢鉬多金屬礦床的成礦時代進行測試,對礦床的形成時代、成礦物質(zhì)來源和形成機理進行探討,并通過與區(qū)域其他礦床進行對比研究,闡述其地質(zhì)意義,為區(qū)內(nèi)成巖成礦年代學格架研究提供新信息,為指導該區(qū)找礦勘查提供科學依據(jù)。
1 地質(zhì)背景
1.1 區(qū)域地質(zhì)概況
按照最新成礦區(qū)(帶)劃分方案[25],贛南地區(qū)處于濱西太平洋成礦域(Ⅰ級)—華南成礦?。á颍蠋X成礦帶東段中生代鎢錫銀鉛鋅稀有稀土金屬成礦區(qū)(Ⅲ)—贛南鎢錫金屬成礦亞區(qū)(Ⅳ)。中生代以來受濱西太平洋構造域活動影響,區(qū)域斷裂以NE向、NNE及近EW向為主(圖1(a)),深大斷裂帶主要有大余—南城斷裂帶和招攜—大橋斷裂帶,控制了該區(qū)構造形態(tài)、加里東期與燕山期花崗巖的侵入,中生代盆地呈長條狀沿NE向分布,最終形成該區(qū)以EW向構造巖漿巖帶為主并疊加復合NNENE向構造的格局(圖1(b))。
區(qū)內(nèi)地層以前寒武系及寒武系為主,是該區(qū)的基底巖石,晚古生代和中新生代地層出露面積較小,疊加在基底構造之上。前寒武紀—寒武紀地層為該區(qū)最主要的地層,是地殼強烈下陷的產(chǎn)物,巨厚的沉積物反映了復理式建造特征及深海還原沉積環(huán)境;泥盆紀地層多呈寬闊的向斜盆地不整合在前寒武系、寒武系及加里東期花崗巖體之上,為海陸交互相沉積環(huán)境;石炭紀—二疊紀地層巖相變化較為顯著,可見濱海沼澤相、淺海相及深海相沉積環(huán)境;白堊紀地層沿斷陷盆地邊緣分布,為類磨拉石建造、紅色建造及火山巖建造,反映了該區(qū)強烈上升和干燥炎熱的氧化環(huán)境。
區(qū)內(nèi)主要出露燕山早期巖漿巖,巖漿侵入活動由強變?nèi)?,?guī)模由大到小,巖體侵入深度自中深成相過渡到淺成相,反映了巖漿侵位過程的一般規(guī)律。由早到晚,巖性由略偏中性花崗巖—高酸偏堿性花崗巖—偏堿白云母花崗巖,形成了連續(xù)的變化過程。巖石化學成分由早到晚也體現(xiàn)出一定規(guī)律性:SiO2含量逐漸增高,酸度逐漸增強,MgO、FeO、MnO、CaO含量表現(xiàn)出與SiO2含量變化的相反趨勢,而K2O/Na2O值在燕山早期呈現(xiàn)規(guī)律性的降低,反映了巖漿演化過程必然的地球化學趨勢。 REE、Li、Be、Nb(Ta)、W、Sn、Bi、Mo含量隨巖漿演化顯著增高; Fe、Co、Ni、V、Cu、Pb、Zn含量與親石元素含量呈消長關系。
該區(qū)燕山期巖漿活動與內(nèi)生成礦作用關系十分密切,前人[26]認為在燕山期巖漿侵入作用后,礦質(zhì)熱液從前期及剛形成的巖體中分異出來,在運移過程中隨著物理化學條件的變化,沉淀于巖體裂隙和巖脈附近,晚期巖脈在深部具有尖滅特征。根據(jù)該期巖漿巖與成礦母巖的地球化學特征,礦質(zhì)與巖體具有一定的繼承性,表明了成礦物質(zhì)來源于燕山期巖漿巖。
1.2 礦區(qū)地質(zhì)特征
葛藤垇礦區(qū)出露地層主要為寒武紀變質(zhì)砂巖,分布面積較小,呈殘余巖帽狀出露于海拔較高的山脊上,與下伏粗粒似斑狀黑云母花崗巖呈侵入接觸(圖2)。巖石呈灰黃色(風化色),新鮮面呈淺灰色,致密堅硬,傾向SE,變質(zhì)砂狀粉砂狀結構,主要礦物為石英、白云母、蝕變長石及綠泥石等,石英含量約70%,白云母含量約10%,長石含量約10%,綠泥石含量約10%,可見少量褐鐵礦及泥質(zhì)成分。
礦區(qū)內(nèi)巖漿巖主要為粗粒似斑狀黑云母花崗巖、細粒黑云母花崗巖、花崗斑巖及細晶花崗巖脈等,均為燕山期巖漿活動的產(chǎn)物。粗粒似斑狀黑云母花崗巖形成于燕山早期第一階段,巖石呈灰白色,似斑狀結構,斑晶主要由鉀長石、斜長石和石英組成,粒徑為(3×10) mm~(8×30) mm。巖石中礦物成分為:鉀長石(~40%),斜長石(~35%),石英(~20%)、黑云母(~5%)和少量白云母(<1%),鏡下偶見Nb(Ta)、W、Sn的獨立礦物。燕山早期第二階段巖體呈巖株或巖瘤狀侵入于第一階段粗粒似斑狀黑云母花崗巖(圖2)中,侵入角度一般均較陡,巖性為細粒黑云母花崗巖,由鉀長石(~35%)、斜長石(~30%)、石英(~25%)、黑云母(3%~5%)、白云母(3%~5%)及副礦物(1%~2%)組成,副礦物可見金紅石、磷灰石、鋯石、螢石、黃鐵礦、獨居石、電氣石等,巖漿期后熱液作用和自變質(zhì)交代作用均較顯著,主要發(fā)育云英巖化、綠泥石化、絹云母化等蝕變, SiO2、K2O和Na2O含量高。鎢鉬礦化與燕山早期第二階段花崗巖有緊密聯(lián)系,是礦區(qū)重要的成礦階段。燕山早期晚階段為成礦期后巖漿活動,巖性較為復雜,多以花崗巖脈形式產(chǎn)出,主要有細晶花崗巖脈、花崗斑巖脈及少量基性巖脈等,分布于礦區(qū)NW向、NNW向及NE向斷裂帶內(nèi),是Nb(Ta)等稀有金屬的重要成礦階段。
區(qū)內(nèi)巖漿巖巖石地球化學特征顯示,在燕山早期花崗巖體中W、Sn、Bi、Mo、Nb(Ta)等均出現(xiàn)異常高含量,同時與含鎢石英脈中的元素組合基本一致,顯示了它們的親緣關系。
礦區(qū)內(nèi)構造主要有NW向、NE向及近EW向3組斷裂,其中NW向斷裂控制了礦脈的展布,是主要控礦構造,NE向斷裂多切穿礦脈,近EW向斷裂為晚期構造活動形成的。
葛藤垇礦區(qū)礦化面積約4 km2,產(chǎn)于燕山早期細粒黑云母花崗巖體頂部,脈體以細脈或網(wǎng)脈狀充填于由NW向斷裂引起的破碎帶或裂隙帶中,NW向含鎢鉬裂隙帶主要由斷裂破碎帶中的不規(guī)則裂隙和圍巖層間裂隙組成,含礦脈體包括含鎢鉬小脈、石英細脈和石英長石脈等。礦體走向以NW向、NNW向為主,地表傾向N,深部傾向S,傾角70°~80°,礦化脈帶最寬約33 m,走向延長500~1 000 m,傾斜深度300~400 m,最深700 m。含礦石英脈體自上而下逐漸增多,已知礦體的地表部分主要由厚約幾毫米至幾厘米的平行密集石英細脈夾少許大脈組成,深部細脈增厚,厚度一般為0.1 m以上,最厚可達1.5 m。目前鉆孔對工業(yè)礦體的控制深度達150~200 m,礦體的深部特點是大脈與細脈互相伴生而呈大脈與細脈的交織帶,且具更高的工業(yè)價值。
礦體圍巖蝕變主要是硅化、電氣石化、絹云母化和黃鐵礦化,花崗巖中見云英巖化。礦石礦物以黑鎢礦、輝鉬礦為主,伴生錫石、輝鉍礦、黃銅礦、黃鐵礦等。WO3含量0.15%~2%,最高含量2.41%,平均含量1.40%,伴生組分有Nb、Ta、Bi、Zn、Sn等。其中Nb、Ta產(chǎn)于黑鎢礦中,(Nb2O5+Ta2O5)含量>1%。
最近勘探成果表明,產(chǎn)于變質(zhì)巖及沉積巖的鎢多金屬礦床,其深部有潛伏的花崗巖體存在,并且往往形成規(guī)模較大的礦床,例如盤古山鎢鉍礦、黃沙鎢礦床和上坪—南坑山鎢礦床等,說明礦床的分布與巖體發(fā)育空間具有一致性。
2 樣品采集及分析方法
為確定葛藤垇鎢鉬多金屬礦床的成礦時代,對該礦床進行系統(tǒng)野外調(diào)查后,在礦區(qū)采坑內(nèi)采集了6個輝鉬礦樣品用于ReOs同位素測年,所采樣品中輝鉬礦呈浸染狀、脈狀、晶簇狀產(chǎn)出于細粒黑云母花崗巖和細晶花崗巖中(圖3)。
ReOs同位素測年在中國地質(zhì)科學院國家地質(zhì)實驗測試中心同位素實驗室完成,實驗儀器為美國TJA公司生產(chǎn)的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀TJA Xseries ICPMS。Re選擇質(zhì)量數(shù)185、187,用190監(jiān)測Os。Os選擇質(zhì)量數(shù)為186、187、188、189、190、192,用185監(jiān)測Re。全流程空白Re為3.995×10-3 ng,普通Os為0.2×10-6ng,187Os為90×10-6 ng,Re、Os空白遠低于樣品含量,對測試結果無顯著影響。
準確稱取0.1~0.4 g待測樣品加入到Carius管中,用2~3 mL超純濃HCl把185Re和190Os混合稀釋劑轉入Carius管底部,再依次加入適量濃HNO3和30% 的H2O2。用液化石油氣和氧氣火焰加熱封好Carius管細頸部分,逐漸升溫到200 ℃保溫24 h取出。加入超純水,100 ℃加熱40~60 min,蒸餾分離Os,所得OsO4水吸收液可直接用于ICPMS測定Os同位素比值,將蒸餾殘液轉入150 mL Teflon燒杯中待分離Re。將蒸餾殘液置于電熱板上,加熱近干,重復2次以上,轉入Teflon離心管中加入4~10 mL丙酮,振蕩1 min萃取Re,用滴管直接取上層液體,在電熱板上加熱除去丙酮,加數(shù)滴濃硝酸和30%的過氧化氫,用數(shù)滴HNO3溶解殘渣,用ICPMS測定Re同位素比值,最后完成質(zhì)譜測定。具體實驗操作步驟及注意事項參照文獻[2734]。
3 成礦時代
葛藤垇鎢鉬多金屬礦輝鉬礦樣品ReOs同位素模式年齡測試結果見表1,輝鉬礦ReOs等時線年齡及加權平均年齡見圖4。輝鉬礦Re含量為(109.8~995.0)×10-9,Os含量為(0.014 9~0.117 0)×10-9;放射性187Re含量為(69.0~625.4)×10-9,187Os含量為(0.191~1.670)×10-9。輝鉬礦模式年齡集中于159.6~165.6 Ma,在誤差范圍內(nèi)一致,代表了葛藤垇鎢鉬多金屬礦的成礦年齡。
6件輝鉬礦樣品的Re總含量、187Re和187Os含量差距不大(在同一數(shù)量級范圍內(nèi)),且模式年齡值也相近。利用Isotope19.0軟件[35]對數(shù)據(jù)進行了等時線擬合,獲得等時線年齡為(159.0±0.4) Ma,加權平均年齡為(162±2) Ma,MSWD=1.3(圖4)。等時線年齡、加權平均年齡及模式年齡結果一致,因此ReOs等時線年齡(159.0±0.4) Ma能夠代表該礦床的成礦年齡,該年齡為葛藤垇鎢鉬多金屬礦床提供了準確的形成時限,即燕山早期第二階段。
4 討論
4.1 成礦物質(zhì)來源
由于輝鉬礦ReOs同位素體系封閉性好,受后期改造影響弱,不僅可以直接準確測定成礦年齡,且ReOs體系是硫化物礦床形成的有力示蹤劑[36]。由于Os是高度相容元素,而Re是中度不相容元素[37],導致地幔與地殼的Re/Os值存在較大差異,地幔Re/Os值<0.13,地殼Re/Os值>1,而大陸地殼Re/Os值>4[20]。本文Re/Os值遠>4,指示其成礦物質(zhì)來源于大陸地殼。MAO J W等[14]通過對比部分輝鉬礦Re含量,認為從幔源、殼幔混源到殼源,Re含量依次遞降1個數(shù)量級。葛藤垇礦床輝鉬礦Re含量為(109.8~995.0)×10-9,指示了其成礦物質(zhì)來源于殼源,而礦床形成于燕山期巖體,這與區(qū)內(nèi)大規(guī)模分布的高分異花崗巖[12]具有時空吻合性。
此外,花崗巖分異演化與鎢鉬多金屬礦成礦關系密切[12,38],前人對大埠巖體進行了巖石化學研究,其特征表現(xiàn)為高硅富堿,貧鐵、鎂、鈣,總體屬亞堿性系列高分異花崗巖。SiO2含量與TiO2、A12O3、FeO、CaO、MgO含量呈負相關,巖漿向富鉀,貧鐵、鈉演化。在原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖略)上,巖體富集Rb、U、Zr、Hf、La,有明顯的Ba、Nb、Sr、P、Ti和Eu虧損,顯示了較強的結晶分異作用。球粒隕石標準化稀土元素配分曲線為右緩傾的“海鷗”型,輕稀土元素相對富集型,具中等強負Eu異常,δEu<0.61,表明該區(qū)巖漿為上地殼部分熔融形成的,可能為礦床的形成提供了豐富的成礦物質(zhì)。
從葛藤垇鎢鉬多金屬礦床礦脈圍巖、控礦構造、成礦物質(zhì)來源、圍巖蝕變以及礦脈的賦存狀態(tài)看,該礦床形成與巖漿侵位同時發(fā)生[26],在造巖礦物的結晶和揮發(fā)組分向上運移和富集過程中,巖漿完成了從熔體逐漸向熔體溶液和汽化的過渡。隨著溫度、壓力的降低,礦石礦物主要在巖漿晚期分異階段伴隨長石和石英晶出,或通過交代早結晶造巖礦物的方式晶出[39],逐漸富集形成鎢鉬多金屬礦床。
4.2 區(qū)域成巖成礦特征
近年來,對南嶺地區(qū)各類型礦床成礦時代及成礦規(guī)律的研究不斷深入,毛景文等[12]認為區(qū)內(nèi)金屬礦床成礦作用時間主要集中在170~150 Ma、140~126 Ma和110~80 Ma。贛南地區(qū)中生代成礦作用的最大特點是絕大多數(shù)W、Sn、Mo多金屬礦化的形成與花崗質(zhì)巖漿活動關系密切,且多形成于燕山早期。葛藤垇鎢鉬多金屬礦床成礦時代與此次成礦事件吻合,成礦背景為165~150 Ma的華南巖石圈伸展巖漿活動大規(guī)模成礦的動力學環(huán)境[13,40]。
研究區(qū)及其鄰近礦床的成巖成礦、年齡統(tǒng)計結果(表2)表明,該區(qū)成巖、成礦年齡時限為151~161 Ma,均屬燕山早期成礦事件。近年來,關于贛南地區(qū)燕山期成巖成礦的時差問題,一些學者認為成巖成礦作用同時進行,幾乎沒有時間差,分析結果略有差異是由于花崗巖成巖成礦經(jīng)歷了巖漿冷凝、揮發(fā)分聚集、熱液運移及金屬礦物沉淀等過程。因此,筆者推測葛藤垇鎢鉬礦成礦作用發(fā)生于粗粒黑云母花崗巖形成后的巖漿分異演化階段,與細粒黑云母花崗巖同時形成,是巖漿及期后熱液共同作用的結果,礦床成礦物質(zhì)可能與燕山期殼源型高分異花崗巖有直接的成因關系。
5 結論
(1)贛南葛藤垇鎢鉬多金屬礦床ReOs同位素等時線年齡為(159.0±0.4) Ma,加權平均年齡為(162±2) Ma,形成于燕山運動早期。
(2)葛藤垇礦床的成礦物質(zhì)主要來源于地殼,是該區(qū)燕山期黑云母花崗巖高分異演化及期后熱液共同作用的產(chǎn)物。
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ReOs isotope age of Getengao TungstenMolybdenum polymetallic deposit, Southern Jiangxi Province and its geological significance
LI Haili,XIAO Huiliang,CHEN Lezhu,F(xiàn)AN Feipeng
(Nanjing Center, China Geological Survey, Nanjing 210016, China)
Abstract:The Getengao TungstenMolybdenum polymetallic deposit in southern Jiangxi Province is a typical hydrothermal quartz vein type deposit. The ore bodies of Getengao deposit are mainly occured in the Yanshanian granite and controlled by NW and EW striking faults. In this paper, the ReOs isotopic dating of six molybdenite samples which collected from the main ore body in Getengao deposit was carried out. the results yield a 187Re187Os isochron age of (159.0±0.4) Ma, with a weighted average age of (162±2) Ma (MSWD=1.3), representing the mineralization age is early Yanshan Period, which is concurrent with the regional metallogenic events. The high Re/Os ratio (>4) and low 187Re content((69.0~625.4)×10-9) indicate that the metallogenic material was derived from the crust. We suggest that the formation of the deposit is genetically related to the interaction between differentiation and evolution of the crustalderived granites of the second stage Yanshanian and the hydrothermal process of the granites during lithosphere extension in South China.
Key words:Southern Jiangxi Province; TungstenMolybdenum deposit; ReOs isotope age; molybdenite