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南嶺東段巖前鎢礦床地質特征及成巖成礦時代

2013-09-25 14:27:30陳毓川曾載淋陳鄭輝王登紅張家菁
吉林大學學報(地球科學版) 2013年6期
關鍵詞:成礦

趙 正,陳毓川,2,曾載淋,陳鄭輝,王登紅,趙 斌,張家菁

1.國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室/中國地質科學院礦產資源研究所,北京 100037

2.中國地質科學院,北京 100037

3.江西省地質礦產勘查開發局贛南地質調查大隊,江西 贛州 341000

4.山西省地球物理化學勘查院,山西 運城 044004

5.江西省國土資源廳,南昌 330000

0 前言

巖前鎢礦是贛南地區近幾年勘查發現達到中型規模的矽卡巖型與石英脈型共生的鎢礦床,成礦區帶上隸屬濱西太平洋成礦域(I)之華南成礦省(Ⅱ)的南嶺東段中生代鎢錫銀鉛鋅稀有稀土金屬成礦區(Ⅲ),贛南鎢錫金屬成礦亞區(Ⅳ),具體為于都-贛縣鎢多金屬礦集區(V)[1-2]。空間上處于贛南“五層樓”式石英脈型黑鎢礦礦集區內,其東北約40km處即為贛南地區“九大鎢礦”的畫眉坳石英脈型黑鎢礦床,兩者同位于北東向展布的江背復式花崗巖基的東緣,具良好的鎢多金屬礦找礦遠景。

本區地質礦產勘查工作始于20世紀40年代末,民采和地表勘查工作歷史悠久。迄今發現本礦區主要存在兩種類型的鎢多金屬礦體,主要賦存于巖體外接觸帶的矽卡巖型鎢多金屬礦和巖體內接觸帶石英脈型黑鎢礦(化),兩者均與燕山期黑云母花崗巖空間上緊密伴生、成因上關系密切。巖前鎢礦區地質工作基礎較好,找礦潛力巨大,但是成礦規律研究滯后,僅部分學者對區域鎢礦總結時對其礦化類型和資源潛力有所提及[3];區內成礦作用與巖漿活動密切相關,但成巖成礦時代不詳、礦物質來源不清楚,制約了礦床成因的探討和成礦規律的總結,也影響了進一步的找礦勘探工作部署。

本次在礦床地質工作的基礎上,對巖前花崗巖體和產出于巖體內接觸帶的礦體分別采用LA-ICPMS鋯石U-Pb法和輝鉬礦Re-Os等時線法進行同位素定年,其成果為成礦規律的研究提供了依據,對深入研究成礦機制、建立成礦模式和找礦模型具有重要意義。

1 成礦地質背景

巖前鎢礦大地構造位置處于南嶺東西向構造與濱太平洋北北東向構造帶的交匯復合部位,武夷褶皺帶與羅霄褶皺帶的交接處,鷹潭-定南北東向深大斷裂帶與東西向斷裂交匯于此(圖1)。區內最醒目的是一系列深大斷裂和被其切割的地塊構成東西向、北北東向隆褶帶與斷陷帶呈網格狀分布,并由此決定了本區以東西向、北北東向構造為主,疊加北東向、北西向、近南北向構造的多旋回構造格架。

全區地層明顯分為基底(Z-∈)、蓋層(D-T)、斷陷盆地沉積(K-E)3個構造層,以廣泛出露早古生代基底巖系為特征,少量泥盆系、石炭系、二疊系、侏羅系、第三系零星分布。

區內巖漿活動頻繁而持久,巖漿活動方式以侵入為主,噴發溢流較少,多期多階段活動特征明顯,形成了大面積分布的巖漿巖體。其產出以巖基、巖株出露面積最大,巖瘤、巖滴分布數量最多。主要巖漿活動時期為燕山期,且與本區豐富的內生礦產的成礦作用關系十分密切。

2 礦床地質

圖1 巖前鎢礦床構造位置圖Fig.1 Tectonic position of Yanqian tungsten deposit

礦區構造上處于銀坑-青塘復向斜中段西翼,礦床產在江背巖基南延的巖前巖體與晚古生代地層的內外接觸帶內(圖2)。礦區出露地層由西向東依次為石炭系下統橫龍組和梓山組的碎屑巖,上統船山組層狀大理巖,二疊系中統棲霞組、小江邊組灰巖和安洲組粉砂巖。第四系見于河床階地及山麓坡地。其中鎢多金屬礦化主要賦存于石炭系上統船山組、二疊系中統棲霞組、小江邊組與侵入巖接觸帶及石炭系上統船山組中。

巖前巖體是江背巖基向銀坑盆地呈舌狀南延部分,礦區主要出露似斑狀細粒黑云母花崗巖(包括中粒黑云母花崗巖),以及少量細粒白云母花崗巖脈。由于有巖前花崗巖株的侵入,又有晚古生代碳酸鹽巖石的廣泛發育和黏土質巖石的存在,所以接觸變質作用在礦區表現得非常明顯和強烈,它影響的范圍,東西兩邊都超過了礦區,南邊達到礦區邊緣,變質作用形成的巖石,因原巖的成分不同而有變化。主要見白云石大理巖、大理巖、透閃石大理巖、滑石巖、透閃石巖、云母石英角巖、紅柱石角巖、斑點板巖等。總體上,成礦作用與巖前花崗質巖漿活動密切相關。

銀坑-青塘復向斜被北北東向構造嚴重破壞,并改造了北東向構造。礦區主要構造形跡有西部的巖層陡立帶、中部的斷裂帶、東部的復向斜,它們為同一構造應力形成的不同形式的構造形跡。

2.1 礦體特征

目前勘探成果揭示,該礦床由接觸帶矽卡巖型鎢多金屬礦化體(圖3)和內接觸帶石英脈型礦化體構成(圖4),以前者最為發育。接觸帶矽卡巖型鎢多金屬礦(圖4a,c,d)為本區的主要礦化類型,它主要分布于巖體與圍巖接觸的西部與南部末端,即巖體與石炭系梓山組、大埔組及二疊系馬平組、棲霞組接觸部位,目前編號礦(化)體有22條。其中:V7-V15產于巖體與圍巖接觸處,受侵入接觸構造控制,多為石榴石矽卡巖、石榴石透輝石矽卡巖,礦體形態呈脈狀、大透鏡狀,礦化強度較高,常伴方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦等金屬硫化物,是主要工業礦體;V1-V6、V9支、V13支及V14支,產于接觸外帶圍巖中,呈層狀,規模較小,礦化相對較弱,屬熱液沿順層破碎帶貫入交代的產物,為次要工業礦體。各礦體簡要特征見表1。有益組分較豐富,見白鎢礦、黑鎢礦、黃銅礦、閃鋅礦、輝鉬礦、輝鉍礦、方鉛礦等,以白鎢礦為主,局部黑鎢礦、閃鋅礦富集。另一種為內接觸帶石英脈型鎢礦(化)體(圖4b),主要產于白石嶺,部分具工業意義,賦存于燕山期花崗巖中,礦石礦物主要為黑鎢礦、白鎢礦、黃銅礦及輝鉬礦等;石英脈型黑鎢多金屬礦產于白石嶺,規模小、變化大。

2.2 礦石特征

礦石類型 由于地表和淺部風化、淋濾作用強,礦體上部出現少量的次生氧化物,如黃鐵礦氧化為褐鐵礦,碳酸鹽類礦物有溶解流失現象。而主要是原生礦石占主導地位。含鎢礦石依礦物組合可分為白鎢-石榴石矽卡巖型、白鎢-透輝石矽卡巖型、白鎢-石榴石透輝石矽卡巖型和黑鎢礦-硫化物石英脈型4種礦石類型。

礦物組成 含鎢矽卡巖礦體礦物成分,目前已知的有20余種(表2)。

礦石中主要礦物特征如下:

白鎢礦:為礦區的主要工業礦物,淺黃、白色,油脂光澤,多為不規則粒狀,少數為自形晶,粒度0.05~0.40mm,最大可達3.00mm。產出情況有2種:其一,在石榴石矽卡巖中呈星散浸染狀存在于其他礦物粒間,部分石榴石裂紋充填交代;其二,在硫化物脈中與鐵閃鋅礦、黃鐵礦等共生。

黃鐵礦:分布廣泛,形成有兩期,早期矽卡巖階段和晚期硫化物階段,一般自形程度好,體積分數可達3%~4%。

鐵閃鋅礦:在矽卡巖內普遍存在,黑色、粒狀,呈港灣狀產出。

石榴石:有鈣鋁榴石和鈣鐵榴石兩種,以前者為主。鈣鋁榴石,淡黃褐至淡黃色,多為不規則粒狀及塊狀集合體,粒徑0.40~2.50mm。鈣鐵榴石,淺褐紅色,自形-半自形粒狀。

圖3 巖前礦區1號勘探線剖面圖Fig.3 No.1prospecting line profile map of Yanqian mining area

表1 接觸交代矽卡巖型鎢礦體主要特征Table1 Characteristics of skarn type tungsten orebody

表2 巖前鎢礦區礦體礦物組成Table2 Mineral compositions of Yanqian tungsten ore-body

圖4 巖前礦床中礦化特征照片Fig.4 Mineralization characteristics of Yanqian deposit

礦石結構構造 粒狀黃鐵礦、石榴石和白鎢礦等在礦體中均以自形晶出現,晶面發育,晶形清楚。大部分白鎢礦、石榴石和透輝石晶面不發育,呈半自形晶在礦脈中產出。有的石英、螢石以不規則晶形在礦脈中出現。

礦石構造主要有塊狀構造、片狀構造、條帶狀構造。

礦石的化學成分及礦化富集規律 從前人資料的礦石光譜分析結果可知,含鎢礦石的化學成分有Be、As、Mn、Sn、Pb、Zn、Si、W、Fe、Bi、Mo、Al、Na、Cu、K、Ca,其中 W 是主產元素,Bi平均品位為0.059%,Mo平均品位為0.010%左右,Zn平均品位0.225%,Bi和Mo可視為伴生有益組分。有害元素P、S、Sn、Cu品位低,有益有害元素絕大部分呈其單礦物出現。

礦區WO3最高品位為1.150%,最低品位為0.120%,平均品位為0.365%。WO3在走向和傾向上礦化較均勻,品位變化小。鎢礦化與石榴石和硫化物的質量分數變化成正相關。Mo和Bi質量分數為0.002%~0.020%,可作副產品回收。

2.3 礦化階段與圍巖蝕變

從礦體產狀和礦物組合特征判斷,本區礦化主要分為:1)矽卡巖階段,礦物組合為白鎢礦、石榴石、透閃石和后期的方解石;2)氧化物階段,礦物組合為黑鎢礦、石英、螢石、方解石;3)硫化物階段,方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、輝鉬礦等。以第一階段礦物質最為富集,隨成巖成礦和巖漿釋氣作用的進行,溫度逐漸降低,3個礦化階段具有時間和物質上的連續性。

礦區主要有矽卡巖化、大理巖化兩種與成礦關系密切的圍巖蝕變,也見云英巖化、白云母化、鈉長石化、水白云母化、硅化、綠泥石化、綠簾石化、黑云母化等蝕變發育。

3 實驗方法與測試結果

3.1 樣品采集

中細粒含斑黑云母二長花崗巖LA-ICP-MS定年樣品(YK-J2D-2)采自巖前巖體西南部,肉紅色,中粒少斑似斑狀結構,斑晶主要為鉀長石。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。巖石中有含礦石英脈侵入,石英脈邊緣云英巖化(圖4e),石英脈中可見暗褐-黑色、板狀黑鎢礦(圖4b),針柱狀電氣石和輝鉬礦(圖4f)。

本次用于Re-Os同位素定年的輝鉬礦采自巖前鎢礦區出露的含礦石英脈中,輝鉬礦以浸染狀和星點狀產于含礦石英脈內部和石英脈邊緣的云英巖中(圖4e,f),半自形-自形。

3.2 測試方法

定年測試分析在中國地質科學院礦產資源研究所MC-ICP-MS實驗室完成,鋯石年齡諧和圖用Isoplot 3.0程序獲得,儀器參數及詳細實驗測試過程可參見侯可軍等[4]。樣品分析過程中,Plesovice標樣作為未知樣品的分析結果為(337.3±2.4)Ma和(338.74±2.3)Ma,對應的年齡推薦值為(337.13±0.37)(2σ)Ma[5],兩者在誤差范圍內完全一致。

5件輝鉬礦單礦物,質純,無氧化,無污染,純度達到98%以上,由國家地質實驗測試中心Re-Os同位素實驗室采用TJAx-Series電感耦合等離子質譜儀進行Re-Os同位素年齡測定。樣品的化學處理流程和質譜測定技術詳見文獻[6-7]。

3.3 測試結果

3.3.1 鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡

本次對巖前中細粒黑云母花崗巖中12個顆粒的鋯石(圖5)進行了U-Pb同位素測定,所有點都投影于協和曲線上或協和曲線附近,表明這些鋯石顆粒在形成后的U-Pb同位素體系是封閉的,沒有U或Pb同位素的明顯丟失或加入。206Pb/238U年齡與207Pb/235U年齡高度協和一致,206Pb/238U 和207Pb/235U的協和度為97%~99%(圖6),只有一個為95%。206Pb/238U年齡分布在158.2~162.4 Ma(表3),其加權平均年齡為(160.60±0.72)Ma,可以代表含礦巖體的侵入結晶年齡。

表3 巖前巖體黑云母二長花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年結果Table3 LA-ICP-MS U-Pb dating results of zircon from the Yanqian biotite adamellite

圖5 巖前花崗巖鋯石的代表性陰極發光圖像Fig.5 Typical zircon cathodoluminescence images of Yanqian granites

圖6 巖前中細粒黑云母花崗巖鋯石U-Pb協和圖解Fig.6 Zircon 207 Pb/235 U-206 Pb/238 U concordia diagram of medial-fine grained biotitic granite of Yanqian pluton

3.3.2 輝鉬礦Re-Os年齡

Re-Os模式年齡t按下式計算:t=1/λ[ln(1+187Os/187Re)]。式中,λ 為衰變常數,其值為1.666×10-11a-1。

5件輝鉬礦樣品Re-Os同位素測定結果見表4。輝鉬礦中w(Re)為(3379~6829)×10-9。5件樣品的Re-Os同位素模式年齡十分接近,年齡范圍為(157.0±2.3)~(161.7±3.4)Ma,其加權平均值為(159.2±2.3)Ma,加權平均方差(MSWD)為2.3。由5件樣品獲得的等時線年齡為(154.5±3.4)Ma,MSWD=1.7(圖7),與模式年齡加權平均值在誤差范圍內基本一致。普187Os的質量分數為(0.0015~0.0037)×10-9,接近于0,表明輝鉬礦幾乎不含非放射性成因187Os,即187Os基本上都是由187Re衰變而成的,這說明所獲得的模式年齡能夠準確反映礦化年齡,即巖前鎢礦形成于中侏羅世,屬燕山早期成礦。

表4 巖前輝鉬礦Re-Os同位素定年結果Table4 Re-Os dating results of molybdenite in Yanqian mine area

圖7 巖前輝鉬礦Re-Os等時線年齡和模式年齡Fig.7 Re-Os isochron age and model ages of molybdenite of Yanqian deposit

4 討論

礦床的一般地質特征和礦物組合特征表明,礦床成因分類應屬矽卡巖(接觸交代)型白鎢礦礦床和巖漿氣液石英脈型黑鎢礦化。

4.1 成巖成礦時代

本研究首次獲得巖前礦區的成巖成礦時代,與礦床成因密切相關的花崗巖成巖年齡為(160.60±0.72)Ma,輝鉬礦顯示黑鎢礦成礦年齡為(159.2±2.3)Ma,暗示成礦緊隨巖漿就位發生,成巖成礦作用均發生于中侏羅世。在早燕山期西太平洋板塊SE-NW俯沖的動力背景下,巖前花崗巖漿在160 Ma以前開始侵位、分異演化,酸性巖漿巖在銀坑-青塘華夏系構造與大沽-南亨新華夏系構造復合部位侵入,礦區中部由于有巖崠腦斷裂和白石嶺斷裂的存在,控制形成了礦區內的舌狀花崗巖體(即巖前巖體的向南支體)。巖體侵入部位的圍巖為碳酸鹽巖層發育的晚古生代地層,在花崗巖體與碳酸鹽巖層接觸帶上,普遍發生了交代變質作用,形成了含白鎢礦矽卡巖,部分地段構成鎢的工業礦體。同時,在富礦化劑和成礦元素流體的作用下在巖體頂部發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157Ma成巖成礦作用結束。推測在這段時間內構造條件相對穩定,花崗巖巖漿的結晶分異作用持續進行,后期成礦物質不斷補給,從而也保證了巖前石英脈型鎢多金屬礦脈(化)的形成。

近年來,對華南地區各類型礦床成礦時代的研究成果豐碩[8-15],毛景文等[16]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[16]提出華南地區中生代發生了3次大規模成礦作用,分別是燕山早期180~170 Ma,燕山中期170~139Ma(第一階段170~150 Ma,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 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。華南地區中生代成礦作用的最大特點是絕大多數礦床W、Sn多金屬礦化的形成與花崗質巖漿活動關系密切,且多形成于160~150Ma。就目前的年代學資料而言,170~150 Ma時期成礦作用大多集中在南嶺中段(湘東南)和南嶺東段(贛南),以湘南的矽卡巖型白鎢礦和贛南的“五層樓”黑鎢礦為典型,包括柿竹園鎢礦、瑤崗仙鎢礦、香花嶺錫礦、新田嶺鎢礦、芙蓉錫礦、大吉山鎢錫鈮鉭礦、淘錫坑鎢礦、寶山鉛鋅礦、黃沙坪鉛鋅礦等[13,16]。

在成巖作用與成礦作用時差的問題上,有2種不同的觀點:華仁民等[17]認為南嶺地區中生代花崗巖類成巖作用與成礦作用時間相去甚遠,南嶺地區幾乎所有中生代的成礦作用均遠遠晚于成巖作用,花崗巖類雖然是在陸殼擠壓-加厚的動力學背景下由地殼物質的部分熔融形成的,但是大規模的成礦作用卻發育于后期一次拉張的動力學背景下,由于幔源物質和深部流體的參與使分散在巖石中的金屬元素再一次遷移、集中;近年來新的年代學資料支持另一種觀點,即成巖和成礦作用同時進行,其間幾乎沒有時間差[17-19],也許成礦作用稍晚于成巖作用,這是由于花崗巖成礦需經歷巖漿冷凝、揮發分聚集、熱液運移、金屬礦物沉淀的過程,但是由上述原因導致的花崗巖類的侵位與相關的成礦作用在時間上的差異并不會很大,即在目前的技術條件下,成巖、成礦年齡在誤差范圍內是一致的。本次研究成果也支持后一種觀點。

4.2 成礦物質來源

Re-Os同位素可以示蹤成礦物質來源以及指示成礦過程中不同來源物質混入的程度,即可通過金屬硫化物礦床輝鉬礦Re的質量分數示蹤其來源。毛景文等[20]對我國主要含鉬礦床Re的質量分數對比發現,從幔源、殼幔混源到殼源,輝鉬礦Re的質量分數各遞降一個數量級。孟祥金等[21]通過對全國斑巖型輝鉬礦Re-Os同位素測試數據的綜合分析認為:成礦物質來源是以地幔物質為主的鉬礦,其輝鉬礦中Re的質量分數大多為(100~1000)×10-6;成礦物質具有殼幔混合源的鉬礦,其輝鉬礦Re的質量分數為(10~100)×10-6;成礦物質完全來自殼源的礦床,其輝鉬礦Re的質量分數為(1~n)×10-6或更低。巖前5件輝鉬礦Re的質量分數為(3.38~6.83)×10-6(表4中單位為10-9),平均值為5.21×10-6,變化范圍較窄、分布均勻,指示成礦物質主要來源單一,主要為地殼。但比較南嶺中段的瑤崗仙鎢多金屬礦中輝鉬礦(w(Re)=(0.206~0.362)×10-6)和柿竹園鎢多金屬礦中輝鉬礦(w(Re)=(1.04~1.34)×10-6)的 Re質量分數明顯偏高[22],指示巖前鎢礦的成礦物質可能有少量幔源貢獻。近期筆者課題組在江背巖基的踏勘過程中發現多條輝綠巖脈,也支持這一推論。

5 結論

1)巖前鎢礦床是典型的矽卡巖型白鎢礦與巖漿氣液黑鎢礦共存的多金屬礦床;其成巖年齡為(160.60±0.72)Ma,成礦年齡為(159.2 ±2.3)Ma,成礦作用緊隨巖漿侵位而發生。

2)巖前鎢礦的成巖成礦作用發生于中侏羅世向晚侏羅世過渡的時期(J2/J3過渡期為161Ma),與贛南地區的漂塘((150.2±1.4)Ma)、淘錫坑((154.4±3.8)Ma)、大吉山((150.4±8.0)Ma)、天門山-紅桃嶺礦田((150~155)Ma)等石英脈型大型-超大型鎢礦床,具有同時代、同構造背景、同與早燕山期大規模花崗質巖漿活動密切相關的共性,屬同一個成礦亞系列,是華南中生代大規模構造-巖漿-成礦作用的產物。

3)成礦物質以殼源為主,可能有少量的幔源物質貢獻,指示深部熱源影響。

4)在成巖成礦時代、礦化類型和成礦地質條件上,巖前鎢礦與湘中瑤崗仙等石英脈型黑鎢礦和矽卡巖型白鎢礦共存的礦床頗有類似。瑤崗仙巖體出露面積僅1.2km2,巖前巖體出露5km2,巖體出露部分與二疊系灰巖接觸達42.5km,深部延伸矽卡巖規模可觀,指示深部找礦潛力巨大,主要尋找類型應為接觸交代矽卡巖型白鎢礦,其次為石英脈型黑鎢礦。

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