黔東南從江地虎銅多金屬礦床成因研究：來自鉑族元素和年代學(xué)的證據(jù)

申嫻達 王 瓊 息朝莊 李艷桃

(1.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局七總隊；2.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局核資源地質(zhì)調(diào)查院)

黔東南從江地虎銅多金屬礦處于江南古島弧西段的黨扭斷層北盤的加車鼻狀背斜北東翼，黨扭斷層北盤為銅、金、銀、鉛、鋅多金屬成礦帶，地虎礦床即位于該成礦帶上。區(qū)域經(jīng)歷了四堡期、雪峰期、加里東期和華力西—印支期、燕山—喜馬拉雅期等多期次構(gòu)造運動，巖漿巖活動頻繁，變質(zhì)變形強烈，構(gòu)造形跡復(fù)雜[1]。區(qū)域分布有早元古宙四堡群、晚元古宙下江群甲路組、晚元古宙下江群烏葉組、晚元古宙番召組等地層，在巖體內(nèi)和邊緣接觸帶、中—晚元古宙地層、層狀基性—超基性巖體中均有不同類型礦床出現(xiàn)，為有利的成礦區(qū)域。本研究結(jié)合相關(guān)同位素分析成果，對地虎銅多金屬礦床成因進行厘定，為該區(qū)后續(xù)找礦工作提供可靠依據(jù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

地虎銅多金屬礦位于從江地虎—翁浪—擺容韌性剪切帶上(圖1)。礦區(qū)賦礦地層為下江群甲路組，圍巖蝕變作用強烈；蝕變類型主要為硅化和綠泥石化，其次為絹云母化、黃銅礦化、黃鐵礦化、方鉛礦化、閃鋅礦化等。區(qū)內(nèi)礦石中的主要金屬礦物有黃銅礦、黃鐵礦、磁鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦，非金屬礦物主要有石英、綠泥石、絹云母。礦石礦物主要在熱液成礦期的石英—多金屬硫化物階段生成，礦體形態(tài)受該剪切帶及其之上的次級褶皺聯(lián)合控制，蝕變體控制著含礦帶和含礦體的產(chǎn)出。

圖1 從江地虎銅多金屬礦區(qū)域地質(zhì)特征(1∶50 000)

2 礦床地球化學(xué)特征

2.1 鉑族元素分析

鉑族元素(PGE)是研究與基性—超基性巖漿活動有關(guān)的各類金屬礦床的有效手段[2]，在示蹤貴金屬、銅鎳硫化物等與地幔來源巖漿作用有關(guān)的礦床成因方面發(fā)揮了重要作用[3-4]。由于PGE為高度親鐵元素，導(dǎo)致它們富集于地核中，少量分布于地幔。在殼幔相互作用過程中，鉑族元素從地幔向地殼遷移，因其熔點的差異，在演化過程中會產(chǎn)生分異[5]。地殼、酸性巖漿巖中PGE含量較低，地幔來源的鐵鎂質(zhì)巖石則具有較高的PGE含量。因此，PGE現(xiàn)已成為示蹤地幔來源巖漿起源和演化的重要方法。

為進一步確定地虎銅多金屬礦的成礦物質(zhì)來源和含礦流體性質(zhì)，本研究采集了蝕變巖型金礦石樣品進行PGE分析，并與黔東南基性巖進行對比。位于同一剪切帶上的地虎銅多金屬礦床、九星銅多金屬礦床、翁浪金礦床形成于相同地質(zhì)構(gòu)造背景，空間上密切共生，具有相似的成礦特征，如容礦地層和巖石類型相同、成礦溫度和鹽度相近、構(gòu)造變形特征相似等。因此，可選用翁浪金礦床、九星銅多金屬礦床中的蝕變巖型金礦石進行PGE分析，以示蹤地虎銅多金屬礦床的成礦物質(zhì)來源。共采集了6件翁浪—九星地區(qū)的金礦石樣品和5件黔東南地區(qū)基性巖石樣品進行鉑族元素(PGE)測試分析，結(jié)果見表1、表2。

表1 翁浪—九星金礦石鉑族元素分析結(jié)果

注：分析測試單位為中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所。

表2 黔東南基性巖石鉑族元素分析結(jié)果

注：分析測試單位為中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所。

由于鉑族元素在巖漿作用過程中地球化學(xué)行為的明顯差異，w(Pd)/w(Ir)值變化可以反映地幔的熔融程度[4]。分析表1、表2可知：①蝕變巖型金礦石的w(Pd)/w(Ir)值為3.5～406.722，基性巖的w(Pd)/w(Ir)為4.267～35.75，遠大于原始地幔值(1.22)以及球粒隕石值(1.01)，除WL-3-1、WL-6-2 2件樣品外，蝕變巖型金礦石的w(Pd)/w(Ir)值遠大于基性巖的w(Pd)/w(Ir)值；②w(Pd)/w(Pt)與w(Pd)/w(Ir)值變化特征基本一致，與地幔低度熔融形成的正常洋脊玄武巖(N-MORB)[6]、大陸拉斑玄武巖的特征值較接近[7]；③蝕變作用對Rh、Pt、Pd、Ru富集的影響較大，熱液蝕變使Pd遷移，在與巖漿有關(guān)的Cu-Ni(Cu)硫化物礦床中Rh、Pt、Pd、Ru相對富集，說明礦區(qū)成礦金屬來源與巖漿活動、區(qū)域內(nèi)基性巖有關(guān)，暗示部分成礦物質(zhì)來源于上地幔熔融程度偏低的巖漿。

表1中的鉑族元素分析值經(jīng)原始地幔成分標準化處理后的PGE配分曲線見圖2。由圖2可知：礦石的PGE含量明顯低于原始地幔值，Ir、Ru、Rh均相對于地幔虧損，Pt、Pd相對于地幔輕度虧損，僅有JX-3-2樣品中Pd出現(xiàn)富集；Ir組元素與Pd組元素之間發(fā)生了顯著的分異，總體上礦石中PGE分布與玄武巖漿相似。

圖2 翁浪—九星地區(qū)金礦石的PGE原始地幔標準化曲線

表2中的鉑族元素分析值經(jīng)原始地幔成分標準化處理后的PGE配分曲線見圖3。分析圖3可知：該類曲線與儲雪蕾等[2]總結(jié)的大陸拉斑玄武巖的PGE配分曲線較為接近，其特征是Ir組元素分異小，而Pd組元素分異程度大，反映了該類巖體具有親島弧和被地殼物質(zhì)混染的特點。

圖3 黔東南基性巖石的PGE原始地幔標準化曲線

綜合分析可知：礦石與基性巖具有類似的正斜率PGE分布特征，且與玄武巖的PGE分布特征相似，反映了兩者在物質(zhì)來源方面具有密切關(guān)系，說明該礦床的成礦金屬來源與巖漿活動、區(qū)域內(nèi)基性巖有關(guān)，暗示部分成礦物質(zhì)來源于上地幔熔融程度偏低的巖漿，基性巖漿在形成和上升就位過程中受到了地殼不同程度的混染影響。

2.2 銣鍶同位素分析

銣、鍶僅能賦存于硫化物包裹體礦物或流體包裹體中[8]，鍶同位素的分餾作用不明顯，故鍶同位素為示蹤成礦流體和成礦物質(zhì)來源的重要指示劑[9]。w(87Sr)/w(86Sr)初始值對于示蹤物質(zhì)來源、殼幔物質(zhì)演化及殼幔相互作用均具有重要意義。地虎銅多金屬礦床與九星銅多金屬礦床在空間上密切共生，具有相同的地質(zhì)構(gòu)造背景以及相似的成礦特征。因此，本研究選用九星銅多金屬礦床黃鐵礦進行Rr-Sr同位素分析和年齡測定，以示蹤成礦物質(zhì)來源，并以該同位素年齡代表地虎銅多金屬礦床的成礦時代。本研究共采集了10件成礦期黃鐵礦、5件花崗斑巖、5件輝綠巖樣品進行Rb-Sr同位素分析，結(jié)果見表3、表4。

表3 九星銅多金屬礦床黃鐵礦Rb-Sr同位素分析結(jié)果

注：分析測試單位為國土資源部武漢地質(zhì)調(diào)查中心。

表4 黔東南那哥花崗斑巖、輝綠巖鍶同位素含量比值

注：分析測試單位為國土資源部武漢地質(zhì)調(diào)查中心。

據(jù)表3分析可知：w(87Sr)/w(86Sr)初始值為0.744 949±0.000 395，相關(guān)系數(shù)R=0.998 7，等時線年齡為(691.2±17.9)Ma(圖4)。

圖4 黃鐵礦Rb-Sr同位素等時線年齡

綜合分析表3、表4及相關(guān)測試分析結(jié)果可知：10件黃鐵礦樣品w(87Rb)/w(86Sr)為0.329 7～1.899，數(shù)值變化大，w(87Sr)/w(86Sr)為0.726 06～0.763 75，高于地幔值0.699；5件輝綠巖樣品w(87Sr)/w(86Sr)為0.717 27～0.722 71；區(qū)域內(nèi)4件鐵鎂質(zhì)—超鐵鎂質(zhì)巖石樣品w(87Sr)/w(86Sr)分別為0.737 249、0.725 527、0.722 637、0.709 677，w(87Sr)/w(86Sr)初始值分別為0.719、0.715、0.719、0.707[10]；5件花崗斑巖樣品w(87Sr)/w(86Sr)為0.761 26～0.916 03；礦區(qū)2件花崗巖樣品w(87Sr)/w(86Sr)分別為0.726、0.735[11]，3件花崗巖樣品w(87Sr)/w(86Sr)分別為0.739 7、0.741 4、0.740 7[12]，均大于幔源巖漿值0.707，表明礦區(qū)內(nèi)的花崗巖具有殼源特征。

總體上，黃鐵礦w(87Sr)/w(86Sr)初始值大于基性—超基性巖w(87Sr)/w(86Sr)值，且略小于區(qū)內(nèi)花崗巖w(87Sr)/w(86Sr)值，更接近于花崗巖，說明礦區(qū)成礦物質(zhì)來源于地殼，與區(qū)域內(nèi)隱伏花崗巖有關(guān)，推測部分成礦物質(zhì)來源于花崗巖。

從江地區(qū)銅礦主要產(chǎn)于從江南部花崗巖體內(nèi)，在巖體的內(nèi)外接觸帶或之外的滑脫構(gòu)造帶、斷裂帶中也有銅礦產(chǎn)出，舒家灣銅礦、南加銅礦、高華銅礦點等主要分布于早期侵入的花崗巖中的NW向、EW向、NE向斷裂帶內(nèi)。地虎、九星銅多金屬礦則分布于翁浪—地虎構(gòu)造滑脫帶中，銅礦化與花崗巖具有一定的成因聯(lián)系，花崗巖具有可能形成銅礦的條件[13]。在摩天嶺花崗巖體北緣成礦區(qū)，成礦熱能主要來自構(gòu)造能及花崗巖漿熱能，形成了由花崗巖體內(nèi)接觸帶向外側(cè)高溫—低溫成礦的一個逐漸演替的礦床系列(即鎢錫礦床—銅鉛鋅礦床—銻礦床)及元素異常系列[14]。因此，區(qū)域內(nèi)可以圍繞花崗巖尋找銅礦。

2.3 釤釹同位素分析

由于各種地質(zhì)作用很難使Sm和Nd發(fā)生分離和遷移，故而Nd同位素在探討地幔、地殼演化、殼幔交換、巖石成因和物質(zhì)來源等方面具有十分重要的意義。Nd同位素初始比值(w(143Nd)/w(144Nd))為Nd同位素地球化學(xué)示蹤的重要基礎(chǔ)。地虎銅多金屬礦床甲路組二段地層中存在較多的石英方解石脈(圖5)，前人對區(qū)域內(nèi)剪切帶構(gòu)造控礦規(guī)律進行研究時，認為方解石的形成時代與成礦時代相當。因此，可以對石英方解石脈中的方解石進行Sm-Nd同位素分析和年齡測定，以示蹤礦床成礦物質(zhì)來源，并以此年齡來作為該礦床的成礦時代。

圖5 地虎礦區(qū)甲路組二段中的石英方解石脈

本研究在石英方解石脈中采集了4件方解石樣品，在加榜巖體中采集了5件輝綠巖樣品進行Sm-Nd同位素分析，結(jié)果分別見表5、表6。

表5 方解石樣品Sm-Nd同位素分析結(jié)果

注：分析測試單位為國土資源部武漢地質(zhì)調(diào)查中心。

表6 輝綠巖樣品Sm-Nd同位素分析結(jié)果

注：分析測試單位為國土資源部武漢地質(zhì)調(diào)查中心。

據(jù)表5分析可知：方解石w(143Nd)/w(144Nd)初始值為0.511 484±0.000 006，相關(guān)系數(shù)R=0.999 9，等時線年齡為(662.3±6.6)Ma。

圖6 方解石Sm-Nd同位素等時線年齡

由表5、表6及相關(guān)測試分析結(jié)果可知：輝綠巖w(147Sm)/w(144Nd)變化較小，為0.1060～0.149 5，w(143Nd)/w(144Nd)為0.512 227～0.512 511，w(Sm)/w(Nd)為0.175～0.247，w(Sm)/w(Nd)均值(0.228)小于未發(fā)生分餾作用的球粒隕石的w(Sm)/w(Nd)均值(0.333)，并且在自然界各巖石的w(Sm)/w(Nd)值變化范圍(0.1～0.5)內(nèi)；方解石w(147Sm)/w(144Nd)為0.116 3～0.148 5，w(147Sm)/w(144Nd)平均為0.127 95，小于地殼巖石值0.195；方解石w(143Nd)/w(144Nd)初始值小于那哥輝綠巖w(143Nd)/w(144Nd)值，明顯偏離虧損地幔和球粒隕石值。可見，地虎銅多金屬礦床的成礦物質(zhì)來源于地殼，此外金井、平秋2個礦床的w(187Os)/w(188Os)初始值也指示出該區(qū)域內(nèi)礦床的部分成礦物質(zhì)來源于地殼[15]。

3 成礦時代

現(xiàn)階段，學(xué)術(shù)界對于黔東南地區(qū)金礦成礦時代的研究主要存在3種觀點：武陵—雪峰期(1 000～800 Ma)成礦[16-18]；加里東期(370～450 Ma)成礦[19-22]；兼有加里東期、印支—燕山期2期成礦[23-26]。黔東南蝕變巖型礦床與石英脈型礦床的成礦時代有所差別，前者主要產(chǎn)于黎平水口南江、金抗一帶、天柱楓溪一帶以及從江翁浪、地虎、九星、擺容一帶，地虎銅多金屬礦為該區(qū)蝕變巖型礦床的典型代表；后者位于東南部天柱、錦屏及黎平等縣境內(nèi)，典型礦床有平秋、同古、八克、金井、金頭等礦床。黔東南地區(qū)與比鄰的湘西地區(qū)的石英脈型金礦的同位素年齡如表7所示。

區(qū)域內(nèi)的平秋金礦存在石英脈型和構(gòu)造蝕變巖型2種類型[28]。朱笑青等[22]研究認為黔東南石英脈型金礦床的形成時代主要為加里東期，距今500～400 Ma；王加昇等[15]通過采集蝕變巖型毒砂樣品進行錸-鋨法測年得出的平秋金礦的成礦年齡為(400±24)Ma，屬加里東期，認為與該區(qū)域基底斷裂形成時代一致，說明該期金礦的形成與區(qū)域韌性剪切作用密不可分，此外，該學(xué)者進一步采集了石英大脈型毒砂樣品進行錸-鋨法測年得出的金井金礦的成礦年齡為(174±15)Ma，屬印支—燕山期，與史明魁等[29]用石英中流體包裹體銣鍶法定年得出的湘中龍山金礦的成礦年齡(175 Ma)一致，認為該區(qū)至少存在加里東期、印支—燕山期2個重要的成礦期。

表7 黔東南地區(qū)與其鄰區(qū)的石英脈型金礦的同位素年齡[15,22,24,27-28,31]

總體上，黔東南石英脈型金礦的成礦年齡與其比鄰的湘西南、湘北石英脈型金礦的成礦年齡相近，其主要成礦時代應(yīng)為加里東期，諸多Rb-Sr、K-Ar以及Sm-Nd法測定的成礦年齡都在該范圍內(nèi)；加里東期為區(qū)域內(nèi)含金石英脈的主要形成時代，與區(qū)域比鄰的湘西同類型金礦的形成時代一致[22]。

本研究經(jīng)過黃鐵礦Rb-Sr同位素和方解石Sm-Nd同位素年齡測定，所得出的等時線年齡分別為(691.2±17.9)Ma和(662.3±6.6)Ma，有別于區(qū)域內(nèi)石英脈型金礦的成礦年齡(約400 Ma)，表明區(qū)域內(nèi)蝕變巖型礦床與石英脈型礦床為不同成礦時代的產(chǎn)物。

4 結(jié) 論

(1)礦區(qū)金屬來源與巖漿活動、區(qū)域內(nèi)基性巖漿巖有關(guān)，銅、鉛、鋅等成礦物質(zhì)來源于地殼，與區(qū)域內(nèi)隱伏花崗巖有關(guān)，推測部分成礦物質(zhì)來源于花崗巖，因此在該區(qū)域內(nèi)花崗巖周圍尋找銅礦具有一定的效果。

(2)區(qū)域礦床成因類型為蝕變巖型礦床與石英脈型礦床，兩者為不同成礦時代的產(chǎn)物。

參 考 文 獻

[1] 王 瓊.貴州從江地虎銅多金屬礦床地質(zhì)特征[J].貴州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012，29(2)：39-42.

[2] 儲雪蕾，孫 敏，周美夫.化學(xué)地球動力學(xué)中的鉑族元素地球化學(xué)[J].巖石學(xué)報，2001，17(1)：112-122.

[3] NALDRETT A J,DUKE M.Platinum metals in magmatic sulfide ores[J].Science,1980,208(1): 1417-1424.

[4] BARNES S,NALDRETT A J,GORTON M P.The origin of the fractionation of platinum-group elements in terrestrial magmas[J].Chemical Geology,1985,53(3):303-323.

[5] BEA F,PUSHKAREV E V,GARUTI G,et al.Platinum group elements as petrological indicators in mafic-ultramafic complexes of the central and Southern Urals: preliminary results[J].Tectonophysics,1997,276(1):181-194.

[6] NALDRETT A J,BARNES S J.The behavior of platinum group elements during fractional crystallization and partial melting with special reference to the composition of magmatic sulfide ores[J].Fortschritte der Mineralogie,1986,64(2) : 113-133.

[7] 張成江，李曉林.峨眉山玄武巖的鉑族元素地球地球化學(xué)特征[J].巖石學(xué)報，1998，14(3)：299-304.

[8] 李華芹，劉家齊，魏 林.熱液礦床流體包裹體年代學(xué)研究及其地質(zhì)應(yīng)用[M].北京：地質(zhì)出版社，1993.

[9] 祁進平，宋要武，李雙慶，等.河南省欒川縣西溝鉛鋅銀礦床單礦物銣-鍶同位素組成特征[J].巖石學(xué)報，2009，25(11)：2843-2854.

[10] 周金城，王孝磊，邱檢生，等.桂北中—新元古代鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)巖的巖石地球化學(xué)[J].巖石學(xué)報，2003，19(1)：9-18.

[11] 貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)局.貴州省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1987.

[12] 邱檢生，周金城，張光輝，等.桂北前寒武紀花崗巖類巖石的地球化學(xué)與成因[J].巖石礦物學(xué)雜志，2002，21(3)：197-208.

[13] 戴傳固，楊大歡.貴州南加花崗巖類特征及其與成礦的關(guān)系[J].貴州地質(zhì)，2000，17(3)：160-175.

[14] 孫士軍.黔桂邊境地區(qū)摩天嶺花崗巖體北緣成礦規(guī)律初步探討——兼論從江地區(qū)隱伏礦床的找尋[J].礦物學(xué)報，2007，27(3)：483-488.

[15] 王加昇，溫漢捷，李 超，等.黔東南石英脈型金礦毒砂Re-Os同位素定年及其地質(zhì)意義[J].地質(zhì)學(xué)報，2011，85(6)：1-10.

[16] 羅獻林.論湖南前寒武系金礦床的形成時代[J].桂林冶金地質(zhì)學(xué)院學(xué)報，1989(1)：25-34.

[17] 張景榮，羅獻林.論華南地區(qū)內(nèi)生金礦床的形成時代[J].桂林冶金地質(zhì)學(xué)院學(xué)報，1989(4)：30-40.

[18] 陳柏林.論華南地區(qū)金礦床的成礦時代——兼與王秀璋等“華南加里東期金礦床的基本特征”一文的討論[J].地質(zhì)科技情報，2001，20(3)：47-52.

[19] 王秀璋，梁華英，單 強，等.金山金礦成礦年齡測定及華南加里東金期的討論[J].地質(zhì)論平，1999(1)：19-25.

[20] 盧煥章，王中剛，吳學(xué)益，等.貴州東南部的地質(zhì)構(gòu)造與金礦床的關(guān)系[J].地質(zhì)學(xué)報，2005，79(1)：98-105.

[21] 盧煥章，王中剛，陳文一，等.貴州東南部濁積巖中金礦的地質(zhì)特征和成因[J].礦床地質(zhì)，2006，25(4)：369-1387.

[22] 朱笑青，王甘露，盧煥章，等.黔東南金礦形成時代的確定兼論湘黔加里東金礦帶[J].中國地質(zhì)，2006，33(5)：1092-1099.

[23] 劉繼順.關(guān)于雪峰山一帶金成礦區(qū)的成礦時代[J].黃金，1993，14(7)：7-12.

[24] 彭建堂，戴塔根.雪峰地區(qū)金礦成礦時代問題的探討[J].地質(zhì)與勘探，1998，34(4)：37-41.

[25] 彭建堂.湖南雪峰地區(qū)金成礦演化機理探討[J].大地構(gòu)造與成礦學(xué)，1999，23(2)：144-151.

[26] 彭建堂.對“論華南地區(qū)金礦床的成礦時代”一文的幾點看法——兼論雪峰山金礦帶加里東期成礦的可能性[J].地質(zhì)科技情報，2002，21(4)：27-30.

[27] 王秀璋，梁華英，程景平.華南加里東期金礦床的基本特征[J].礦床地質(zhì)，2000，19(1)：1-8.

[28] 張洪信，張 華，彭慈剛，等.黔東南錦屏平秋金礦找礦前景初步分析[J].貴州地質(zhì)，2005，22(4)：242-245.

[29] 史明魁，傅必勤.湘中銻礦[M].長沙：湖南科技出版社，1993.