陳 憲，黎敦朋，崔碧云，肖愛(ài)芳

(福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院，福建 福州 350108)

0 引言

福建李坊重晶石礦床是上世紀(jì)探明的大型礦床[1-3]，也是東南沿海地區(qū)迄今為止發(fā)現(xiàn)的唯一的一個(gè)大型獨(dú)立重晶石礦床[4-5]，在我國(guó)重晶石礦床研究與勘探中占有重要的地位. 前人對(duì)該礦床開(kāi)展了諸多研究[1-3, 5-7]，最近的研究成果證實(shí)其為熱水噴流沉積礦床[5, 7]. 對(duì)礦床的形成時(shí)代尚未獲得一致認(rèn)識(shí)，部分學(xué)者[1-2]將含礦地層對(duì)比為寒武系林田組，認(rèn)為重晶石成礦時(shí)代為寒武紀(jì)；朱玉磷等[8]在李坊重晶石礦床下部獲得Rb-Sr等時(shí)線年齡為455 Ma，將其成礦時(shí)代歸為晚奧陶世；另一些學(xué)者認(rèn)為含礦地層缺乏生物化石[3, 9]，可靠的地層層序尚未建立，而將成礦時(shí)代置于寒武-奧陶紀(jì)；作者最近對(duì)礦區(qū)圍巖碎屑鋯石進(jìn)行LA-ICP-MS測(cè)年獲得最年輕的鋯石238U/206Pb年齡為(426±9.2)Ma，表明其成礦時(shí)代為早中志留世.

目前對(duì)李坊重晶石礦床的成因和時(shí)代已獲得了較為確定的認(rèn)識(shí)，但對(duì)主要成礦物質(zhì)鋇的來(lái)源尚未開(kāi)展研究. 鍶與鋇具有十分相似的地球化學(xué)性質(zhì)，鍶同位素可以作為鋇地球化學(xué)活動(dòng)的良好示蹤劑，指示重晶石成礦物質(zhì)的來(lái)源[10]. 本文通過(guò)測(cè)定重晶石的鍶同位素值示蹤成礦流體的同位素組成及物質(zhì)來(lái)源，為分析重晶石成礦機(jī)制提供資料.

1 區(qū)域地質(zhì)概況

福建李坊重晶石礦床位于永安市西南約20 km的李坊村，構(gòu)造位置處于華夏陸塊中部，位于政和-大埔斷裂中段西側(cè)的閩西南坳陷帶[11-12]，見(jiàn)圖1(a). 閩西南坳陷帶主要出露下古生界淺變質(zhì)細(xì)碎屑巖，上古生界-下三疊統(tǒng)碎屑巖-碳酸鹽巖以及中生代陸相沉積火山碎屑巖-碎屑巖. 下古生界包括林田組、 魏坊組、 東坑口組和羅峰溪組淺變質(zhì)的板巖、 變質(zhì)砂巖、 石英千枚巖、 絹云石英千枚巖為主；上古生界-下三疊統(tǒng)以礫巖、 砂巖、 泥巖等碎屑巖和石灰?guī)r、 白云質(zhì)灰?guī)r等碳酸鹽巖沉積為主；中生代以陸相沉積礫巖、 砂巖、 粉砂巖、 泥巖、 泥灰?guī)r、 火山碎屑巖和頁(yè)巖為主. 區(qū)域缺失上志留統(tǒng)-下中泥盆統(tǒng)、 中三疊統(tǒng)-中侏羅統(tǒng)和古近系-新近系.

區(qū)域上發(fā)育志留紀(jì)花崗巖、 中生代花崗巖. 志留紀(jì)花崗巖主要為片麻狀二長(zhǎng)花崗巖、 片麻狀鉀長(zhǎng)花崗巖和少量輝長(zhǎng)巖[13-16]. 中生代花崗巖包括三疊紀(jì)花崗巖、 侏羅紀(jì)花崗巖和白堊紀(jì)花崗巖. 三疊紀(jì)花崗巖以二長(zhǎng)花崗巖和鉀長(zhǎng)花崗巖為主[15, 17]，無(wú)片麻狀構(gòu)造，常與志留紀(jì)花崗巖呈復(fù)式巖體產(chǎn)出，如重晶石礦區(qū)外圍的胡坊花崗巖體. 侏羅紀(jì)-白堊紀(jì)花崗巖分布廣泛，主要為花崗閃長(zhǎng)巖、 二長(zhǎng)花崗巖、 鉀長(zhǎng)花崗巖、 晶洞花崗巖，發(fā)育少量輝長(zhǎng)灰綠巖脈[11, 15]. 區(qū)域上發(fā)育晚侏羅世-早白堊世的陸相火山活動(dòng)，在永安盆地可見(jiàn)厚度數(shù)百米的上侏羅統(tǒng)南園組和下白堊統(tǒng)坂頭組火山巖、 碎屑巖和沉火山巖沉積[11].

區(qū)域上存在奧陶系與上泥盆統(tǒng)的角度不整合和下三疊統(tǒng)與上侏羅統(tǒng)的角度不整合，反映區(qū)域至少經(jīng)歷了早古生代的加里東運(yùn)動(dòng)和中生代早期的印支運(yùn)動(dòng). 下古生界發(fā)育倒轉(zhuǎn)褶皺[8]，上古生界-下三疊統(tǒng)發(fā)育復(fù)式褶皺，上侏羅統(tǒng)-白堊系發(fā)育寬緩褶皺[11]. 受古太平洋板塊在中生代向歐亞板塊俯沖作用，研究區(qū)發(fā)育逆沖推覆構(gòu)造，李坊重晶石礦區(qū)構(gòu)造為魏坊-明溪的大型逆沖推覆構(gòu)造巖片的一部分[8, 18-19]，見(jiàn)圖1(b)，下古生界基本都是由逆沖推覆作用才出露地表的，并在逆沖推覆前緣常常引起上古生界地層的倒轉(zhuǎn)，屬于無(wú)根地層.

2 礦床地質(zhì)特征

李坊重晶石礦床礦區(qū)出露地層為下中志留統(tǒng)變質(zhì)砂巖、 石英千枚巖、 板巖、 硅質(zhì)巖和少量大理巖，局部發(fā)育鮑瑪序列，為典型的大陸邊緣半深水-深水復(fù)理石沉積[3]；礦區(qū)西部和北部被三疊紀(jì)花崗巖侵吞[17]，此外，還有少量輝綠巖細(xì)脈侵入重晶石礦層中，東北部被上侏羅統(tǒng)南園組凝灰?guī)r角度不整合覆蓋. 重晶石礦床產(chǎn)于下中志留統(tǒng)羅峰溪組中，重晶石礦帶延伸長(zhǎng)約6 km、 寬1～3 km，分為4個(gè)礦區(qū)7個(gè)礦段，見(jiàn)圖1(b)，其中Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ礦段為北礦區(qū)，Ⅳ、 Ⅴ礦段為中礦區(qū)，Ⅵ礦段為南礦區(qū)，Ⅶ礦段為東礦區(qū)；含礦巖系巖性以變質(zhì)砂巖、 石英千枚巖、 千枚巖夾硅質(zhì)巖、 重晶石和少量大理巖等為主. 礦區(qū)巖石蝕變不明顯，局部可見(jiàn)硅化、 綠泥石化、 褪色化蝕變.

礦區(qū)斷裂不發(fā)育，發(fā)育倒轉(zhuǎn)復(fù)式褶皺. 礦體的產(chǎn)狀在不同礦段變化較大，在北礦區(qū)礦體倒轉(zhuǎn)傾向300°左右，傾角30°～50°(圖2)；中部礦區(qū)礦體倒轉(zhuǎn)傾向240°左右，傾角20°～40°；南部礦區(qū)礦體倒轉(zhuǎn)傾向270°左右，傾角65°～85°；東部礦區(qū)礦體正常傾向250°左右，傾角30°～40°，顯示礦區(qū)為一倒轉(zhuǎn)復(fù)式向斜構(gòu)造[6, 8]. 重晶石礦體呈似層狀、 透鏡體或長(zhǎng)條狀，如圖3(a)，大小礦體約200個(gè)，而礦層的厚度大小不等，薄者0.2～0.5 m，厚者10～30 m. BaSO4含量一般40%～99.8%[1]. 礦體與地層整合接觸，界線清楚，礦體與地層同步褶曲. 礦體的頂?shù)装宄楣栀|(zhì)巖、 千枚巖、 石英千枚巖、 板巖或大理巖.

礦石礦物成分簡(jiǎn)單. 礦石礦物為重晶石，見(jiàn)圖3(b)，脈石礦物主要為絹云母、 鋇長(zhǎng)石，次要的有鋇冰長(zhǎng)石、 黃鐵礦等，微量礦物有金紅石、 鋯石等. 礦石中未見(jiàn)Pb、 Zn、 Cu等礦物. 礦石的結(jié)構(gòu)以粒狀結(jié)構(gòu)為主，偶見(jiàn)篩狀變晶結(jié)構(gòu). 粒狀結(jié)構(gòu)，重晶石呈半自形-自形緊密堆積，粒徑以0.1～0.4 mm為主，長(zhǎng)寬比2～3；局部晶洞中產(chǎn)出的重晶石自形程度高，粒度較大. 篩狀變晶結(jié)構(gòu)微粒重晶石重結(jié)晶為細(xì)粒重晶石，顆粒的形態(tài)、 邊界較模糊，常常殘留有微粒重晶石. 礦石的構(gòu)造主要為致密塊狀構(gòu)造、 條紋狀構(gòu)造、 條帶狀構(gòu)造, 見(jiàn)圖3(c)～(e)，本次研究還發(fā)現(xiàn)了蜂窩狀構(gòu)造、 角礫狀構(gòu)造等.

3 樣品采集及分析方法

8件重晶石樣品采自李坊重晶石礦床北礦區(qū)Ⅱ號(hào)礦段435中段，為了對(duì)比，同時(shí)在435中段采集了1件硅質(zhì)巖和1件變質(zhì)石英粉砂巖圍巖樣品，采樣位置見(jiàn)圖1. 8件重晶石樣品均為致密塊狀構(gòu)造或條帶狀構(gòu)造重晶石，主要成分為重晶石，可見(jiàn)少量黃鐵礦、 石英、 方解石. 重晶石樣品在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行人工挑選，重晶石單礦物純度達(dá)到99%；硅質(zhì)巖、 變質(zhì)石英粉砂巖樣品為全巖樣品.

樣品分析在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心同位素超凈化實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，全流程Rb、 Sr空白值分別為0.3×10-9、 0.6×10-9. 分析方法如下：1) 將重晶石礦石粗碎至0.25～0.42 mm(40～60目)，在雙目鏡下挑選純凈重晶石約5 g，然后用瑪瑙研缽粉碎小于0.075 mm(200目)；2) 然后將樣品分析前置于烘箱中80 ℃干燥3 h，再稱(chēng)取適量的樣品，加入85Rb+84Sr混合稀釋劑，加入適量氫氟酸、 高氯酸和王水，置于特氟龍溶樣彈在烘箱中加熱至190 ℃，保持96 h以上，再采用陽(yáng)離子樹(shù)脂(Dowex 50×8)交換法分離與純化Rb、 Sr；3) 再將純化的樣品用熱電離質(zhì)譜儀TRITON(00682T)分析Rb、 Sr同位素組成，用同位素稀釋法計(jì)算試樣中的銣、 鍶含量和鍶同位素比值. 在整個(gè)同位素分析過(guò)程中，用NBS987、 NBS607和GBW04411標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分別對(duì)儀器和分析流程進(jìn)行監(jiān)控.

4 分析結(jié)果及討論

10件樣品Rb、 Sr同位素測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1.

表1 李坊重晶石礦床鍶同位素組成

8件重晶石樣品的Rb含量為2.70× 10-6～13.41×10-6、 Sr含量為520.40× 10-6～2 166.00×10-6，總體上Rb含量低，Sr含量高，87Rb/86Sr比值0.008 57～0.042 84，均小于0.1，表明Rb衰變的Sr累積對(duì)87Rb/86Sr比值的影響可以忽略. 重晶石的鍶同位素組成總體較為均一，其87Sr/86Sr比值介于0.710 81～0.711 80之間，極差為0.000 99，平均值為0.711 26.

重晶石圍巖硅質(zhì)巖的Rb含量為45.50×10-6、 Sr含量為1 299.00×10-6，總體上Rb含量中等，Sr含量高，87Rb/86Sr比值為0.101 46，87Sr/86Sr比值為0.719 33±0.000 4，表明Rb衰變的Sr累積對(duì)87Rb/86Sr比值影響很小. 重晶石圍巖變質(zhì)石英粉砂巖的Rb含量為126.60×10-6、 Sr含量為56.13×10-6，總體上Rb含量較高，Sr含量較低，87Rb/86Sr比值為6.543 72，87Sr/86Sr比值為0.736 01±0.000 2，圍巖高的87Sr/86Sr值意味其為典型的被動(dòng)大陸邊緣陸源物質(zhì)的輸入[20]. 變質(zhì)石英粉砂巖較高的87Rb/86Sr比值表明樣品疊加了Rb放射性衰變累積的Sr，其對(duì)87Sr/86Sr比值的影響較大. 為消除Rb衰變疊加了的Sr，根據(jù)碎屑鋯石最年輕的238U/206Pb年齡為(426±9.2)Ma，以t=430 Ma進(jìn)行87Sr/86Sr校正，結(jié)果顯示重晶石及硅質(zhì)巖樣品初始87Sr/86Sr變化很??；而變質(zhì)石英粉砂巖的初始87Sr/86Sr較低(0.657 89)，而不具有示蹤意義.

海相沉積鍶同位素一般來(lái)源于3個(gè)儲(chǔ)庫(kù)：1) 幔源鍶儲(chǔ)庫(kù)，其87Sr/86Sr平均值為0.703 5[21]，主要為洋殼火山巖提供；2) 殼源鍶儲(chǔ)庫(kù)，其87Sr/86Sr平均值為0.711 9[22]，主要為陸殼硅鋁質(zhì)巖石提供；3) 海水鍶儲(chǔ)庫(kù)，其由大陸硅鋁質(zhì)巖石風(fēng)化和洋殼火山巖提供，現(xiàn)代海水87Sr/86Sr值為0.707 907 3[23]，其87Sr/86Sr值在不同地質(zhì)歷史時(shí)期有一定波動(dòng)，如志留紀(jì)海水87Sr/86Sr比值從早志留世的0.707 93逐漸增加到晚志留世的0.708 71[24]. 研究區(qū)及鄰區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)早古生代的火山巖，重晶石礦床發(fā)育于大陸斜坡的被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境[8]，故可以排除洋殼的存在及幔源鍶的加入，圍巖變質(zhì)石英粉砂巖較高的87Rb/86Sr比值也暗示研究區(qū)為被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境. 研究區(qū)重晶石的鍶同位素比值范圍介于海水鍶和殼源鍶同位素平均值之間(圖4)，并靠近殼源鍶同位素平均值，表明其形成于海水鍶與陸殼硅鋁質(zhì)巖石鍶的混合，并顯示以殼源鍶的貢獻(xiàn)為主. 既有的研究表明李坊重晶石礦床為熱水噴流沉積成因礦床[5]，說(shuō)明重晶石的鍶來(lái)源于海水鍶與熱水鍶的混合. 熱水流體位于大陸邊緣，沿同生斷裂下滲的正常溫度海水在地殼較淺的部位被熱源(如隱伏花崗巖)加熱變?yōu)闊崴瑹崴趯?duì)流循環(huán)中與地殼基底硅鋁質(zhì)巖石發(fā)生水巖反應(yīng)，使對(duì)流循環(huán)區(qū)域的不同基底巖石中含有較高鍶同位素組成的殼源硅鋁質(zhì)巖石中的鍶進(jìn)入熱水流體系統(tǒng)，導(dǎo)致熱水流體的87Sr/86Sr比值升高，而變得富集殼源鍶，熱水流體鍶同位素比值升高的幅度與基底殼源硅鋁質(zhì)巖石的鍶同位素組成、 水巖反應(yīng)的強(qiáng)度有關(guān)，這也是不同層位的重晶石87Sr/86Sr比值發(fā)生波動(dòng)的原因. 當(dāng)熱水流體噴出海底并與海水混合后發(fā)生重晶石沉淀，這個(gè)階段含有較高的87Sr/86Sr比值的熱水與該地質(zhì)時(shí)期含有均一鍶的海水再次發(fā)生鍶同位素混合，使熱水的87Sr/86Sr比值降低，并被沉積的重晶石所記錄保存下來(lái). 由于鍶與鋇具有相似的地球化學(xué)性質(zhì)，鍶同位素可以作為鋇地球化學(xué)活動(dòng)的良好示蹤劑，示蹤重晶石成礦物質(zhì)的來(lái)源[10]，研究區(qū)重晶石中的鍶主要來(lái)源于殼源，指示鋇也主要來(lái)源于殼源，由于正常海水中鋇的含量只有20×10-6[25]，因此，大量的鋇應(yīng)該來(lái)自熱水與下伏基底地層發(fā)生水巖反應(yīng)淋濾的鋇，表明鋇主要來(lái)源于下伏地層.

前人對(duì)揚(yáng)子板塊下古生界重晶石的鋇來(lái)源有3種觀點(diǎn)：1) 劉家軍等[10, 26]在綜合分析重晶石礦的沉積學(xué)和地球化學(xué)特征并結(jié)合流體包裹體特征，認(rèn)為鋇的來(lái)源是熱液噴發(fā)，硫直接來(lái)源于海水；2) Xu 等[20]利用鍶、 硫、 氧同位素對(duì)揚(yáng)子板塊北緣的重晶石-毒重石成礦帶進(jìn)行系統(tǒng)分析，認(rèn)為鋇來(lái)源于海水，成礦分帶的主要原因是有機(jī)質(zhì)降解形成的富CO2的流體的存在；3) 韓善楚等[27]通過(guò)對(duì)重晶石礦床有機(jī)地球化學(xué)研究得出重晶石熱水噴流-生物復(fù)合成因模式.

本文研究李坊重晶石礦床鍶同位素組成，并比較我國(guó)已有的重晶石礦床鍶同位素組成，除廣西三江重晶石外(87Sr/86Sr=0.713 661)[28]，發(fā)現(xiàn)李坊重晶石礦床鍶同位素比值顯著高于國(guó)內(nèi)其它重晶石、 毒重石礦床的鍶同位素比值(表2)，表明李坊重晶石礦床富集殼源鍶.

現(xiàn)代大洋的基底巖石以基性火山巖為主，其鍶同位素富集幔源鍶，因此現(xiàn)代大洋底熱水沉積的重晶石、 石膏、 碳酸鹽巖等的87Sr/86Sr比值主要分布在0.706 65左右[34-35]；其是現(xiàn)代海水87Sr/86Sr=0.709 073[23]與幔源鍶的混合鍶[36]，其87Sr/86Sr比值小于同時(shí)期的海水鍶. 如果現(xiàn)代海水87Sr/86Sr=0.709 073與陸源鍶的混合，其87Sr/86Sr比值將大于同時(shí)期的海水87Sr/86Sr比值；因此，海相熱水沉積中87Sr/86Sr比值小于同時(shí)期的海水87Sr/86Sr比值可代表其基底為大洋地殼，87Sr/86Sr比值大于同時(shí)期的海水87Sr/86Sr比值，代表其基底為富集硅鋁質(zhì)巖石的大陸型地殼. 研究區(qū)熱水沉積的87Sr/86Sr平均值為0.711 26，高于同時(shí)期的海水87Sr/86Sr比值，表明其受到了更富集87Sr/86Sr的鍶源的加入，其基底屬于大陸型地殼，這與重晶石礦床產(chǎn)出的地質(zhì)環(huán)境是一致的.

5 結(jié)語(yǔ)

1) 福建李坊重晶石礦床中重晶石的Rb含量低2.70×10-6～13.41×10-6；Sr的含量較高520.40×10-6～2 166.00×10-6，87Rb/86Sr比值低(<0.042 84)；而圍巖硅質(zhì)巖Rb含量中等、 Sr含量較高，87Rb/86Sr比值較低，變質(zhì)石英粉砂巖的Rb含量較高，Sr含量中等，87Rb/86Sr比值較高，因此，重晶石的鍶同位素組成可以代表其沉淀時(shí)流體的Sr同位素組成，圍巖高的87Rb/86Sr比值，暗示其位于被動(dòng)大陸邊緣.

2) 重晶石的鍶同位素組成較為均一，其87Sr/86Sr比值介于0.710 81～0.711 80之間，平均為0.711 26，高于同時(shí)期海水鍶的87Sr/86Sr比值，并與殼源鍶比較接近，表明重晶石的鍶來(lái)自海水鍶與殼源鍶的混合，示蹤結(jié)果顯示重晶石礦床的鋇主要來(lái)自下伏地層，并表明基底巖石屬于大陸地殼.

致謝：感謝中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地調(diào)中心同位素于桂香老師的大力幫助，同時(shí)感謝審稿人和編輯有益的建議.