江西崇義縣撿錫坑鎢礦區(qū)花崗巖鋯石u-pb年代學研究

江西崇義縣撿錫坑鎢礦區(qū)花崗巖鋯石u-pb年代學研究

贛南地震源開采過程中，石英脈型多金屬礦床礦石的平均等級為wo32.5%。已確定埋金3.98萬噸。這是一家大型的鋯礦床，包括四個礦段：保山、西山、豪賽克和豐林。2004年,淘錫坑礦床由崇義章源鎢制品有限公司收購并開采至今,2006年年產(chǎn)鎢精礦2400t。1949年前,淘錫坑鎢礦即有民工開采;1949年后,隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展,先后有贛南地質(zhì)大隊和南京大學地質(zhì)系等在礦區(qū)進行過找礦及科研工作,但科研工作程度仍然很低,相關(guān)文獻(朱炎齡等,1981;陳鄭輝等,2006;江西省地礦局贛南地質(zhì)調(diào)查大隊地勘院,2004)也很少。本次研究中,筆者測定了淘錫坑礦區(qū)鉆孔揭露的花崗巖中的鋯石SHRIMP年齡和含黑鎢礦石英脈的包裹體Rb-Sr年齡,結(jié)合南嶺地區(qū)其他W、Sn多金屬礦床的年代學資料,發(fā)現(xiàn)淘錫坑礦區(qū)成巖和成礦作用同時進行,且160～150Ma是南嶺地區(qū)此類礦床成礦活動的高峰期。1江西南部地區(qū)按照最新成礦區(qū)(帶)劃分方案(陳毓川等,2006),贛南處于濱西太平洋成礦域(Ⅰ)之華南成礦省(Ⅱ)的南嶺東段中生代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);淘錫坑石英脈型鎢多金屬礦床屬崇-余-猶鎢錫多金屬成礦區(qū)(Ⅴ)。該礦床位于江西南部贛州市崇義縣城西南14.5km處,位于北北東向九龍腦—營前巖漿巖帶與東西向古亭—赤土區(qū)域構(gòu)造-巖漿-成礦帶的交匯部位,是九龍腦—淘錫坑礦田的一部分。區(qū)內(nèi)廣泛出露震旦系-奧陶系,分布面積占80%以上,另有少量泥盆系、石炭系、二疊系、白堊系、第三系分布;本區(qū)構(gòu)造變形強烈,長期多階段構(gòu)造演化形成了以NNE向、EW向構(gòu)造為主,疊加NE向、NW向、近NS向構(gòu)造的總體格局;巖漿活動以加里東期和燕山期為主,海西-印支期巖漿活動較少。對于淘錫坑石英脈型鎢多金屬礦床,前人(朱炎齡等,1981)認為礦區(qū)成礦母巖為位于礦區(qū)南8km處的燕山期九龍腦中酸性巖基,并認為它是主體形成于燕山早期的S型花崗巖。環(huán)繞該巖基分布著一系列與該花崗巖有成因關(guān)系的礦床:如以樟東坑為代表的鎢礦床;以洪水寨、淘錫坑、柯樹嶺為代表的鎢錫礦床;以赤坑、寶山為代表的銀鉛鋅礦床等。2礦物及礦物特征淘錫坑礦區(qū)大面積出露震旦系、寒武系和泥盆系(圖1),它們也是礦區(qū)主要的賦礦圍巖。區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育,規(guī)模不大但形式復雜,既有控礦、儲礦斷裂,又有成礦期后破壞性斷裂,構(gòu)成米字狀空間展布形式,相應(yīng)的礦體也成米字狀分布。在深部隱伏花崗巖體的熱力作用下,于外接觸帶的變質(zhì)巖中形成了較為明顯的熱力蝕變暈圈,自花崗巖體向外,大致為3個蝕變帶:角巖帶、強角巖化蝕變帶、角巖化-弱角巖化蝕變帶;寶山、西山礦段底部揭露出的花崗巖內(nèi)部與圍巖接觸處由于后期熱液作用發(fā)生蝕變,自外向內(nèi)為偉晶巖化、云英巖化、鉀長石化、鈉長石化。含礦石英脈地表細小密集,往下脈體變寬變少,再向下至巖體內(nèi)逐漸尖滅,相應(yīng)地,WO3品位也由淺部向深部有變富的趨勢。近巖體的礦化類型以石英大脈型為主,脈體傾角75～80°,局部見黑鎢礦賦存于花崗巖基頂部的云英巖化巖石中。礦體產(chǎn)出標高為690～56m,地表出露長度340～682m,傾向延伸250～660m。含礦石英脈中主要礦物組合為石英-黑鎢礦-硫化物,主要金屬礦物有黑鎢礦、錫石、白鎢礦、黃銅礦、黃鐵礦、毒砂及少量閃鋅礦、輝鉬礦、輝鉍礦。非金屬礦物有石英、黃玉、螢石、電氣石、鐵鋰云母、方解石、葉蠟石、綠泥石、絹云母、白云母等。氧化礦物常見的有銅藍、高嶺土、褐鐵礦。有用礦物黑鎢礦結(jié)晶程度好,大部分為自形至半自形板狀、柱狀晶體;脈石礦物主要為石英。礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造主要有交代結(jié)構(gòu)、交代殘留結(jié)構(gòu)、乳滴狀交代結(jié)構(gòu),其次是半自形粒狀-交代結(jié)構(gòu)和嵌晶結(jié)構(gòu);致密塊狀構(gòu)造,少量的線狀-條帶狀構(gòu)造,角礫狀、扁豆狀構(gòu)造和晶洞構(gòu)造。根據(jù)礦區(qū)深部鉆孔資料,推測區(qū)內(nèi)隱伏花崗巖巖體總體呈NNW向延伸,以NW段(寶山、西山、爛埂子)部分凸起,西部楓林坑凹陷為特征。3樣本描述和測試測試3.1顯微構(gòu)造巖礦物花崗巖樣品取自楓林坑礦段鉆孔(ZK4011)距地表以下686m的位置(如圖2),樣品新鮮,樣品號分別為FLK-ZK4011-1和FLK-ZK4011-2。其中FLK-ZK4011-1為中粒似斑狀黑云母花崗巖,塊狀構(gòu)造;標本灰白色,微泛肉紅色;鉀長石自形板狀,聚片雙晶,長1～2cm;基質(zhì)為黑云母、石英等。顯微鏡下見主要造巖礦物為石英、鉀長石、斜長石和黑云母,副礦物為磁鐵礦、鋯石、磷灰石、獨居石和螢石。石英含量40%～50%,鉀長石20%～25%,斜長石15%～20%,黑云母3%～8%。斜長石呈半自形-自形晶,具密集聚片雙晶,一般透亮較新鮮;鉀長石呈自形板狀,表現(xiàn)為條紋結(jié)構(gòu)和格子雙晶結(jié)構(gòu),石英均呈粗晶他形填充于上述長石晶隙之間。黑云母呈自形晶,解理發(fā)育。FLK-ZK4011-2與FLK-ZK4011-1的區(qū)別在于少量礦物有蝕變,部分黑云母中的解理被蝕變成白云母或綠泥石,且析出微晶磁鐵礦。石英樣品均采自淘錫坑石英大脈(見圖1),其中2個樣品采自楓林坑礦段306中段(樣號FL306)和西山礦段206中段(樣號XS206),由于石英脈是黑鎢礦的載體,因此石英脈中流體包裹體的Rb-Sr年齡代表了成礦時代。3.2測試方法與結(jié)果分析3.2.1巖漿成因鋯石新鮮花崗巖測試樣品經(jīng)人工破碎后,用常規(guī)重力和磁選方法分選出鋯石,最后在雙目鏡下挑選出測年的鋯石顆粒,并和標樣一起置于環(huán)氧樹脂做成的樣品靶,將靶上鋯石磨至一半,以使鋯石內(nèi)部暴露,接著進行鋯石透射、反射光、陰極發(fā)光的照像和分析;拋光、清洗、鍍金,然后進行SHRIMP定年分析。鋯石陰極發(fā)光圖像在中國地質(zhì)科學院北京離子探針中心完成,所測定的鋯石特征見圖3。兩個樣品的CL、透射圖像中,FLK-ZK4011-1的鋯石大部分呈長柱狀,晶形比較完整,裂紋不發(fā)育,且部分巖漿結(jié)晶環(huán)帶發(fā)育,有的環(huán)帶比較密集,有的環(huán)帶較稀少。典型的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)顯示所測鋯石為典型的巖漿成因鋯石。與FLK-ZK4011-1相比,FLK-ZK4011-2大部分鋯石柱更長,環(huán)帶結(jié)構(gòu)清晰,也是巖漿成因鋯石。鋯石離子探針同位素分析在中國地質(zhì)科學院北京離子探針中心SHRIMPⅡ上進行,按照標準測定流程(CompstonWetal.,1984;1992;Williams,1987;1998)完成。數(shù)據(jù)處理及U-Pb諧和圖繪制采用Ludwing編寫的Squid1.01版本和ISOPLOT2.49h版本。使用的標準鋯石為SL13(鈾含量238×10-6,年齡為572Ma)和TEM(年齡為417Ma),前者用于標定U、Th和Pb的含量,后者用于校正年齡。TEM和未知樣品年齡分析按照1∶3進行,年齡結(jié)果見表1和圖4。FLK-ZK4011-1共測定了14個單顆粒鋯石,共14個點。測點位置見圖3A,分析數(shù)據(jù)見表1。年齡數(shù)據(jù)13個點集中分布于154.9～165.3Ma,且均落在諧和線上,說明154.9～165.3Ma代表巖漿結(jié)晶時間,13個點的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(158.7±3.9)Ma(MSWD=0.33)(表1,圖4A)。該樣品中3.1點為(419.7±15.8)Ma,該粒鋯石的存在,是表明該巖體源區(qū)存在老基底,還是其他原因,有待于進一步研究。但是,從3.1鋯石的透反射和陰極發(fā)光圖像來看,它的磨圓度似乎比其它顆粒的要好,可能為捕獲鋯石,或者是被后期的構(gòu)造或熱液作用改造所致。這個年齡數(shù)據(jù)沒有參與最終的加權(quán)平均年齡計算。FLK-ZK4011-2共測定了15個單顆粒鋯石,共15個點。測點位置見圖3B,分析數(shù)據(jù)見表1。年齡數(shù)據(jù)13個點集中分布于151.5～169.8Ma,基本均落在諧和線上,說明151.5～169.8Ma代表巖漿結(jié)晶時間,13個點的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(157.6±3.5)Ma(MSWD=0.86)(表1,圖4B)。該樣品中8.1點為(1199.3±42.9)Ma,14.1點為(489.6±18.4)Ma,可能為繼承鋯石。這2個年齡數(shù)據(jù)沒有參與最終的加權(quán)平均年齡計算。2個樣品的定年結(jié)果,都顯示出無論是在鋯石的內(nèi)部還是在邊部,無論鋯石是否具有環(huán)帶結(jié)構(gòu),定年結(jié)果在誤差范圍內(nèi)都基本一致,并且都具有比較高的232Th/238U比值(>0.23)。這表明參與計算的鋯石中不含繼承鋯石,也沒有發(fā)生Pb丟失,屬于巖漿成因。因此可以解釋為花崗巖的侵位年齡。3.2.2方法和數(shù)據(jù)采集將石英脈中的純石英挑出,置于氟塑料封閉容樣器中,加入84Sr和85Rb混合稀釋劑和HF-HClO4,在中溫電熱板上加熱溶解,待樣品全部溶解后,打開容樣器蒸干,并升高溫度趕盡HClO4,用1mol/LHCl淋洗容樣器內(nèi)壁并重新蒸干,用1mol/LHCl溶解樣品,倒入已準備好的AG50×8(200～400目)陽離子交換柱進行交換,用14ml1mol/LHCl淋洗Li+、Na+、K+、Fe3+、Al3+等金屬離子,繼續(xù)用6ml2.5mol/LHCl淋洗Ca2+、Mg2+、Fe3+等金屬離子,再用6ml2.5mol/LHCl解吸Sr。分別用聚四氟乙烯燒杯收集吸液,并蒸干后,再以相同流程對Rb、Sr進一步純化,最后的收集液蒸干后供質(zhì)譜分析用。Rb、Sr含量采用同位素稀釋質(zhì)譜法測定;87Sr/86Sr比值是使用加稀釋劑的一次測量,按常規(guī)公式計算而獲得。Rb、Sr同位素分析在FinnigamMAT-261可調(diào)多接收固體質(zhì)譜計上進行,試樣以氯化物形式涂在預(yù)先灼燒處理過的干凈錸帶上,Rb、Sr采用雙帶熱表面電離。離子流強度由多道可調(diào)多接收器同時接收,計算機自動處理數(shù)據(jù),分析結(jié)果見表2。用國際標準物質(zhì)NBS987監(jiān)控儀器工作狀態(tài),用NBS607和Rb-Sr國家一級標準物質(zhì)(GBW0411)監(jiān)控分析流程。上述標準物質(zhì)測定值分別為NBS987:87Sr/86Sr值為0.71026±0.00006(2σ),NBS607:Rb/10-6為523.22,Sr/10-6為65.56,87Sr/86Sr為1.20035±0.00010(2σ);GBW04411:Rb/10-6為249.08,Sr/10-6為158.39;87Sr/86Sr為0.76006±0.00015(2σ)。87Rb/86Sr和87Sr/86Sr的測定精度分別優(yōu)于1%～2%和0.008%～0.02%。上述全部化學操作均在凈化實驗室內(nèi)進行,使用的器皿由氟塑料、石英或鉑金制成。所用試劑為高純試劑經(jīng)亞沸蒸餾器蒸餾,其Rb、Sr空白為10-11～10-12g/g。高純水由Milli-Q水純化系統(tǒng)純化,其Rb、Sr空白為10-12g/g;與樣品同時測定的Rb-Sr全流程空白都在0.3ng左右。當樣品中Rb、Sr含量低于10-6量級水平,均做了空白校正。數(shù)據(jù)處理采用Isoplot程序(Ludwig,2001),設(shè)定參數(shù):87Rb/86Sr=3%,87Sr/86Sr=0.02%。石英脈Rb、Sr同位素分離和質(zhì)譜測試在宜昌地質(zhì)礦產(chǎn)研究所完成。含礦石英脈Rb-Sr等時線見圖5。樣品TXK采自淘錫坑礦區(qū),但具體位置不詳,其石英包裹體中Rb含量(0.530～7.752)×10-6,Sr含量(0.0328～0.1891)×10-6。FL306采自楓林坑礦段,其石英包裹體中的Rb含量(0.319～3.803)×10-6。Sr含量(0.0387～0.0987)×10-6。樣品XS206采自西山礦段,其石英包裹體中Rb含量(1.500～7.734)×10-6,Sr含量(0.0700～0.1713)×10-6。可見不同礦段石英脈流體包裹體中的Rb、Sr含量稍有不同,可能反映出成礦流體在不同位置稍有差異。由圖5可見,TXK測得的7個數(shù)據(jù)中的5個在等時線上,而FL306、XS206測得的全部點都分布在等時線上,說明測試結(jié)果的可信度較高,代表成礦年齡。5討論5.1輝鰲礦的形成時代本次研究獲得花崗巖的成巖年齡為(158.7±3.9)Ma和(157.6±3.5)Ma,后期石英脈的年齡為161～153Ma。陳鄭輝等(2006)用Re-Os法測得含礦石英脈中輝鉬礦的Re-Os等時線年齡為154Ma,可以看到該礦區(qū)花崗巖體的形成年齡、含礦石英脈以及礦體的年齡在誤差范圍內(nèi)是一致的,均形成于中晚侏羅世。推測該花崗質(zhì)巖漿在160Ma以前開始侵位、分異演化,同時在富含礦化劑和成礦元素流體的作用下在巖體頂部發(fā)生鈉長石化和云英巖化,并形成含鎢等多金屬礦化石英脈,到大約150Ma的時候成巖成礦作用結(jié)束。推測在這段時間內(nèi)構(gòu)造條件相對穩(wěn)定,沒有發(fā)生顯著的構(gòu)造環(huán)境的差異,并且在這一時段內(nèi)花崗巖巖漿的結(jié)晶分異作用是持續(xù)進行的,成礦物質(zhì)不斷補給,從而保證了淘錫坑石英脈型鎢多金屬礦床的形成尤其是富礦脈的形成。5.2成巖年齡分布近年來,對華南地區(qū)各類型礦床成礦時代規(guī)律的研究取得了長足進展,如毛景文等(2004b)認為華南金屬礦床成礦作用主要集中在170～150Ma,140～126Ma和110～80Ma;華仁民等(2005)提出華南地區(qū)中生代發(fā)生了3次大規(guī)模成礦作用,分別是燕山早期180～170Ma,燕山中期170～139Ma(包括第一階段170～150Ma,第二階段150～139Ma),第三次是燕山晚期125～98Ma。他們都指出170～150Ma是南嶺及相鄰地區(qū)W、Sn、Nb-Ta、Pb-Zn等有色-稀有金屬礦化為主成礦作用的高峰期。華南地區(qū)中生代成礦作用的最大特點是絕大多數(shù)礦床W、Sn多金屬礦化的形成與花崗質(zhì)巖漿活動關(guān)系密切,且多形成于160～150Ma之間,即華仁民等(2005)劃定的華南燕山期中期的第一階段(約170～150Ma),前人對這一時段成巖成礦的大批年齡數(shù)據(jù)列于表3。就目前的年代學資料而