哈薩克斯坦克拉沙套鎢鉬礦床輝鉬礦-同位素分析

哈薩克斯坦克拉沙套鎢鉬礦床輝鉬礦-同位素分析

巴爾干造山帶位于中亞成礦帶（或古亞洲成礦構(gòu)造帶），哈薩克斯坦-天山地區(qū)的內(nèi)緣和巴卡什-準噶爾造山帶的中心。它是哈薩克斯坦最重要的巖鉻礦床和云英巖鉻礦床。中亞成礦域有多期次、多類型的火山巖、花崗巖、基性巖、超基性巖、蛇綠巖帶及變質(zhì)巖帶;在地質(zhì)歷史上經(jīng)受了大陸基底形成、古亞洲洋陸緣增生和濱西太平洋大陸邊緣活動及陸內(nèi)斷塊升降等多個階段,造就了多種有利的成礦環(huán)境。中亞成礦域因其巨量的金屬和非金屬礦產(chǎn)而聞名于世,成礦作用極其復雜多樣[2~4]。我們科研組近年來致力于巴爾喀什成礦帶的調(diào)查研究,已取得初步成果[5~9],本文根據(jù)輝鉬礦錸—鋨同位素年齡,確定了巴爾喀什成礦帶阿克沙套云英巖型鎢鉬礦床的成礦時代,并與區(qū)域斑巖銅礦帶成礦作用年齡進行了對比分析。1云英巖型侵入體巖漿礦床成礦作用阿克沙套(Akshatau或Akchatau)大型云英巖型鎢鉬礦床(圖1),產(chǎn)在中哈薩克斯坦古生代造山帶中,距離巴爾喀什市約150km,地理坐標為東經(jīng)74°3′22″、北緯47°58′52″,海拔約740m。該礦床為浸染狀云英巖型礦床,有用元素主要為W(黑鎢礦)、Mo、Be,資源量為:2.741×106噸(一級儲量)0.50%WO3,6.55×107噸0.1%~0.3%WO3,1.75×107噸0.04%~0.07%Mo,1.60×107噸0.03%~0.07%Be。該礦床為1936年發(fā)現(xiàn),1941年開始開采,主要采用地下方式開采。礦床位于巴爾喀什晚古生代大陸邊緣復理石建造中火山—侵入巖帶的后部,是二疊紀阿克沙套成礦省的一部分,受線性和環(huán)狀斷裂構(gòu)造的控制,不同方向構(gòu)造帶的交切部位是礦床產(chǎn)出的最重要部位。礦床成因上與多階段復合深成巖體中的淡色花崗巖巖漿具有密切關系。云英巖型鎢鉬礦床與內(nèi)、外接觸帶內(nèi)成礦侵入體的頂部密切相關,產(chǎn)出在花崗巖巖鐘之中或巖鐘的翼部(圖1),以及不同尺度穹窿構(gòu)造的脊部,具有高溫相角巖化巖石暈圈(圖1)。花崗巖和接觸帶巖石中發(fā)育云英巖化作用、硅化作用和沸石化作用,呈面狀和線性分帶(圖1)。單一穹窿構(gòu)造的花崗巖頂部最容易發(fā)現(xiàn)最集中富集的礦床。侵入體的頂部形態(tài)越復雜,越難以形成富集的礦床。阿克沙套二疊紀淡色花崗巖類具有特殊的地球化學性質(zhì),含有高濃度的稀有金屬綜合異常,在巖漿巖內(nèi)部和外部具有W、Mo、Be、Bi、F、Li元素暈。由于U、Th和K的濃度異常,伴生有正的放射性化學異常,U/Th比值非常特征。最合適的礦化溫度出現(xiàn)在垂向熱梯度為大約25℃/100m下。在網(wǎng)狀脈帶,巖石的導電性和熱發(fā)光性具有正暈圈,在向與花崗巖接觸帶變化方向上這兩個參數(shù)不斷升高。礦帶中云英巖巖體群具有不對稱的水平和垂向分帶。云英巖巖體群水平分帶包括礦化根帶(石英脈帶)、中心(或中間)帶(含礦石的云英巖帶)和前鋒帶(圖2),主要的礦化作用與中間帶相一致;云英巖標型礦化帶具有垂向上特征礦物晶形的系統(tǒng)變化。垂向分帶包括下礦、主礦、前礦和其它進一步細分的帶(圖3)。成礦作用包括通過巖漿成因流體和滲流水而發(fā)生的成礦物質(zhì)活化作用、淋濾作用、重結(jié)晶作用和再沉淀作用。侵入體上部網(wǎng)狀脈中,白云母—黃玉—石英云英巖化作用帶先是向石英—白云母帶過渡,然后過渡為黃鐵礦化帶和最外邊的含沸石帶;礦化作用隨著礦物成分向外帶變化的方向而減弱。礦床中含有30條以上的石英脈和云英巖—石英脈礦體,厚度在15~20m左右,少量達到50~60m,礦體垂向(往下)延伸在100~500m之間。在外接觸帶,成礦帶的垂向范圍一般不超過100m,但是也有的可達800m。礦脈的形成是沿陡傾(極少情況下為緩傾)碎裂系統(tǒng)伸展和剪切作用的結(jié)果。根據(jù)礦物成分、圍巖蝕變、礦體形態(tài)和結(jié)構(gòu)構(gòu)造,該礦床產(chǎn)出有偉晶巖、石英長石脈,含有輝鉬礦、石英和黃玉云英巖礦體,有時含有電氣石。主要儲量產(chǎn)出在礦化的含稀有金屬的石英—云母脈中。礦體形態(tài)有獨立脈、脈群和網(wǎng)狀脈,石英脈含在云英巖巖體中。礦床主要礦物組合為黑鎢礦、輝鉬礦、石英、黃鐵礦、白鎢礦、自然鉍、閃鋅礦、黃銅礦、錫石、白云母、黃玉、螢石、電氣石、黑云母、長石等。云英巖和網(wǎng)狀脈帶中含有黃玉、白云母、黃鐵礦和石英。具有經(jīng)濟價值的礦化作用產(chǎn)出在石英、石英黃玉和石英云英巖脈及平行分布的云英巖石英脈群中。石英脈的平均品位為:0.7%W、0.03%Mo、0.02%Be、0.02%Bi;網(wǎng)狀脈的平均品位為:0.12%W、0.01%Mo、0.01%Be、0.01%Bi。黑鎢礦中含有13g/tTa和36g/tNb。2輝鉬礦-系泊時期的研究2.1carisas的方法本文用于錸—鋨同位素年齡測定的輝鉬礦樣品采自哈薩克斯坦巴爾喀什成礦帶西段的阿克沙套鎢鉬礦床。輝鉬礦樣品經(jīng)分選后均達到了合適的純度(大于98%),粒度為200目。輝鉬礦樣品的錸—鋨同位素分析是國家地質(zhì)實驗測試中心錸—鋨同位素年代學實驗室完成的,樣品的錸、鋨化學分離與處理流程和質(zhì)譜測定技術簡述如下[12~16]。樣品分解準確稱取待分析樣品,通過長細頸漏斗加入到Carius管(一種高硼厚壁大玻璃安瓿瓶)底部。緩慢加液氮到有半杯乙醇的保溫杯中,調(diào)節(jié)溫度到攝氏-50~-80℃。放裝好樣的Carius管到該保溫杯中,通過長細頸漏斗把準確稱取的185Re和190Os混合稀釋劑加入到Carius管底部,再加入2ml的10mol/LHCl、4ml的16mol/LHNO3、1ml的30%H2O2。當管底溶液冰凍后,用丙烷氧氣火焰加熱封好Carius管的細頸部分,放入不銹鋼套管內(nèi)。輕輕放套管入鼓風烘箱內(nèi),待回到室溫后,逐漸升溫到200℃,保溫24h。在底部冷凍的情況下,打開Carius管,并用40ml水將管中溶液轉(zhuǎn)入蒸餾瓶中。蒸餾分離鋨于105~110℃蒸餾50min,用10ml水吸收蒸出的OsO4。用于ICPMS(等離子體質(zhì)譜儀)測定Os同位素比值。將蒸餾殘液倒入150ml特氟綸燒杯中待分離錸。萃取分離錸將第一次蒸餾殘液置于電熱板上,加熱近干。加少量水,加熱近干。重復兩次以降低酸度。加入10ml的5mol/LNaOH,稍微加熱,轉(zhuǎn)為堿性介質(zhì)。轉(zhuǎn)入50ml聚丙烯離心管中,離心,取上清液轉(zhuǎn)入120ml特氟綸分液漏斗中。加入10ml丙酮,振蕩5min。萃取Re。靜止分相,棄去水相。加2ml5mol/LNaOH溶液到分液漏斗中,振蕩2min,洗去丙酮相中的雜質(zhì)。棄去水相,排丙酮到150ml已加有2ml水的特氟綸燒杯中。在電熱板上50℃加熱以蒸發(fā)丙酮。加熱溶液至干。加數(shù)滴濃硝酸和30%過氧化氫,加熱蒸干以除去殘存的鋨。用數(shù)毫升稀HNO3溶解殘渣,稀釋到硝酸濃度為2%。備ICPMS測定Re同位素比值。如含錸溶液中鹽量超過1mg/ml,需采用陽離子交換柱除去鈉。質(zhì)譜測定采用國家地質(zhì)實驗測試中心的TJAX-seriesICPMS測定同位素比值。對于Re:選擇質(zhì)量數(shù)185、187,用190監(jiān)測Os。對于Os:選擇質(zhì)量數(shù)為186、187、188、189、190、192,用185監(jiān)測Re。年齡計算普Os是根據(jù)原子量表和同位素豐度表,通過192Os/190Os測量比計算得出。Re、Os含量的不確定度包括樣品和稀釋劑的稱量誤差、稀釋劑的標定誤差、質(zhì)譜測量的分餾校正誤差、待分析樣品同位素比值測量誤差;置信水平95%。模式年齡的不確定度還包括衰變常數(shù)的不確定度(1.02%),置信水平95%。按照杜安道等和屈文俊、杜安道給出的公式計算輝鉬礦的模式年齡t(Ma),其中187Re衰變常數(shù)采用1.666×10-11yr-1。2.2測定值和標準值測定分析結(jié)果列于表1中。表1還給出本次實驗標準物質(zhì)GBW04436(JDC)測定結(jié)果和標準物質(zhì)測定值標準值。結(jié)果表明,阿克沙套W-Mo礦床輝鉬礦的錸—鋨同位素模式年齡范圍為291.1±4.0Ma~287.5±4.4Ma,平均值為約289.3Ma,屬于早二疊世。3成礦作用及成礦時代阿克沙套鎢鉬礦床產(chǎn)出在侵入于志留系砂巖中的阿克舍套多階段復合雜巖中的二疊紀淡色花崗巖中,前人給出的成礦時代為二疊紀。本文根據(jù)輝鉬礦錸—鋨同位素測年,得到其成礦時代為約289.3Ma(范圍為291.1±4.0Ma~287.5±4.4Ma),屬于早二疊世。阿克沙套鎢鉬礦床的形成具有多階段過程,包括通過巖漿成因流體和滲流水而發(fā)生的成礦物質(zhì)活化作用、淋濾作用、重結(jié)晶作用和再沉淀作用。Yefimovetat.將阿克沙套鎢鉬礦床的成礦作用劃分為2階段4相過程:第一階段為氣化—熱液階段,包括輝鉬礦—石英相(440~340℃)和復雜稀有金屬相(480~250℃);第二階段為真正的熱液階段,包括方鉛礦—閃鋅礦—石英相(310~150℃)和方解石—螢石—石英相(180~60℃)。Daukeevetal.將該礦床的形成劃分為三個階段:第I階段,流體進入裂隙空洞之中。第II階段,擴散性的交代作用導致了花崗巖中不含礦的石英黃玉云英巖和鄰近的外接觸帶中石英白云母和石英黃玉脈的形成。第III階段,在礦體的較上部位和侵入體上部網(wǎng)狀脈中,系統(tǒng)發(fā)生自生加熱作用,流體沸騰,元素從頂板運移出來,選擇性地再沉淀在重結(jié)晶帶(礦帶)內(nèi)(圖4)。輝鉬礦的形成主要發(fā)生在400℃左右,屬于較高溫的成礦階段,與花崗巖巖體晚期云英巖化的最早期階段比較吻合。因此,輝鉬礦錸—鋨同位素測年得到的鎢鉬礦床成礦年齡,可能比較接近于深成巖漿活動的年齡,是巴爾喀什成礦帶與斑巖型銅礦化有關的深成巖漿活動的后續(xù)產(chǎn)物。巴爾喀什成礦帶阿克沙套鎢鉬礦床的成礦時代(289.3Ma),晚于東準噶爾石英脈—云英巖型錫礦床的成礦時代(307±11Ma,薩惹什克錫礦;296.3±2.6Ma,貝爾庫都克錫礦)。4成礦時代分析本文通過哈薩克斯坦境內(nèi)中亞成礦域巴爾喀什成礦帶阿克沙套大型石英脈—云英