大別山大銀尖鉬礦床輝鉬礦re-os同位素定年及其地質(zhì)意義

大別山大銀尖鉬礦床輝鉬礦re-os同位素定年及其地質(zhì)意義

大銀尖礦床位于河南省新縣朝陽市北部的河南省新縣kg鎮(zhèn)。經(jīng)初步調(diào)查，較大礦床規(guī)模。礦體賦存于大銀尖花崗斑巖體內(nèi)外接觸帶中,是一個斑巖-矽卡巖-脈型“三位一體”的復(fù)合型礦床,以鉬為主,伴生鎢、銅。80%的鉬礦資源量是以細脈浸染狀發(fā)育在花崗斑巖中的斑巖型礦石,其余為矽卡巖型和脈型。本次工作利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)對大銀尖鉬礦床的輝鉬礦樣品進行了Re-Os同位素年齡測定研究,以期精確厘定成礦時代,揭示成礦物質(zhì)來源,探討成礦過程,為在大別山北麓地區(qū)進一步開展鉬礦床的研究與勘查提供新證據(jù)。1礦地質(zhì)背景和礦礦地質(zhì)特征1.1沉積體系及產(chǎn)出巖石學(xué)特征大別造山帶為秦嶺造山帶的東延部分,是揚子板塊向華北板塊俯沖碰撞的產(chǎn)物,由多個形成于不同構(gòu)造環(huán)境、有著不同建造特征、不同變形變質(zhì)和構(gòu)造演化序列的構(gòu)造地層地體,經(jīng)多次聚合后拼貼形成的復(fù)雜構(gòu)造帶。造山帶北部以NWW向桐柏-商城斷裂(F3)為界(圖1),北側(cè)為北淮陽構(gòu)造帶,南側(cè)為桐柏-大別變質(zhì)核雜巖隆起帶。在大別山北麓地區(qū),構(gòu)造格架表現(xiàn)為近東西向與近南北向2組構(gòu)造相互交織形成的網(wǎng)格狀構(gòu)造系統(tǒng)。NWW向斷裂主要有龜山-梅山斷裂(簡稱龜-梅斷裂)、桐柏-商城斷裂(簡稱桐-商斷裂);近南北向斷裂主要有澀港斷裂、新縣斷裂、商城-麻城斷裂等。區(qū)內(nèi)出露的地層主要為太古宙大別片麻雜巖建造;中元古界滸灣組中基性火山巖-陸源碎屑巖建造,中元古界肖家廟組濱海-淺海相碎屑巖-碳酸鹽巖建造,中元古界龜山組中基性火山巖-泥砂質(zhì)碎屑巖建造;下古生界泥盆系南灣組陸源碎屑巖建造石炭系碎屑巖-碳酸鹽巖沉積建造;中生界侏羅系—白堊系火山巖建造等。區(qū)內(nèi)巖漿活動十分頻繁,尤以燕山期最為強烈,主要表現(xiàn)為大量中酸性花崗巖、陸相火山巖和少量基性—超基性巖密切共生,構(gòu)成噴發(fā)-侵入系列。陸相火山巖沿大別造山帶北緣信陽—商城—霍山一帶分布,時代為晚侏羅世—白堊紀,巖性組合為英安巖-流紋巖,屬大陸邊緣堿性火山巖系列。與之伴生的早白堊世侵入巖分布最廣、規(guī)模最大,分布面積約占全區(qū)基巖面積的1/5,主要有沿桐柏-商城斷裂自西向東分布的靈山、新縣和商城三大花崗巖基,以及眾多的中酸性小巖體。中酸性小巖體的分布明顯受網(wǎng)格狀構(gòu)造系統(tǒng)的控制,具有成群成帶等間距展布的特點,巖體多為酸性富堿的花崗斑巖、似斑狀花崗巖、石英斑巖、花崗閃長斑巖等,與斑巖型鉬(銅)礦關(guān)系密切,如肖畈巖體、毋山巖體、大銀尖巖體、戴咀巖體、湯家坪巖體等,構(gòu)成了東秦嶺-大別山鉬成礦帶的東段。1.2礦化類型及礦物特征大銀尖鉬礦床位于桐柏-大別變質(zhì)核雜巖隆起帶北部,桐-商斷裂南側(cè)。礦區(qū)出露地層主要為中元古界滸灣組和太古宙大別片麻雜巖。區(qū)內(nèi)褶皺不發(fā)育,可見一些因巖體入侵、構(gòu)造變動而產(chǎn)生的扭曲、揉皺現(xiàn)象。斷層發(fā)育,并以脆性斷裂為主,主要有NE、NW和近SN向3組(圖2)。礦區(qū)內(nèi)燕山期巖漿活動強烈,規(guī)模稍大的巖體有大銀尖花崗斑巖體和聶家洼花崗閃長巖體,另見一些花崗斑巖脈。大銀尖花崗斑巖體出露于礦區(qū)中南部,面積1.4km2,平面上呈向北岔開的Y形巖株。巖石發(fā)育鉀化、絹云母化等蝕變,鉀化以巖體邊部最強。巖石化學(xué)成分以高硅富堿、貧鈣缺鎂為特征。巖體中Mo含量為62.0×10-6,是維氏值的62倍,Cu含量為81.0×10-6,是維氏值的4倍。大銀尖鉬礦床發(fā)育3種礦化類型:斑巖型鉬(銅)、矽卡巖型鎢(銅鉬)和石英脈型鉬(銅鎢)。斑巖型鉬(銅)礦體:分布于大銀尖斑巖體西北部的內(nèi)外接觸帶上,埋藏深度50~150m不等。輝鉬礦呈浸染狀賦存于花崗斑巖的長英質(zhì)礦物間隙中,或以石英-輝鉬礦細脈、石英-輝鉬礦-黃鐵礦細脈充填于花崗巖裂隙中。銅多呈星點狀或浸染狀與黃鐵礦伴生。鉬品位一般為0.04%~0.15%,平均0.11%。銅品位一般小于0.1%,局部可達0.1%~0.58%。矽卡巖型鎢(銅鉬)礦體:賦存于矽卡巖中,金屬礦物主要有白鎢礦、黃銅礦、輝鉬礦、黃鐵礦。在垂向上,上部矽卡巖中鎢品位一般為0.1%~0.14%,最高0.2%,鉬、銅少見。中部矽卡巖中鎢品位一般0.11%~0.2%,最高0.55%;鉬一般為0.01%~0.02%;銅一般為0.05%~0.14%。下部矽卡巖中鎢品位一般為0.13%~0.2%,最高0.52%;鉬一般小于0.03%,最高0.07%;銅一般小于0.13%,最高0.35%。石英脈型鉬(銅鎢)礦體:主要分布于大銀尖巖體西北部的外側(cè),其產(chǎn)出嚴格受走向60~70°、傾向NW、傾角50~70°的斷裂及斷裂兩側(cè)的次級裂隙的控制,呈脈狀、豆莢狀和不規(guī)則狀(圖3)。石英脈長10~120m,有時可斷續(xù)延長約2km。厚度變化于0.1~3m之間,一般為0.3~0.8m。石英脈以鉬礦化為主,伴生銅、鎢礦化,礦化規(guī)模較小,品位變化大。2礦物學(xué)和質(zhì)譜本次工作共采集4件輝鉬礦樣品進行Re-Os同位素測年。樣品采自2個采礦坑道中的新鮮原生礦石,其中2件樣品(DYJ-1、DYJ-6)為石英-輝鉬礦細脈充填于花崗斑巖微裂隙中的斑巖型礦石,2件樣品(DYJ-13、DYJ-14)為輝鉬礦呈浸染狀分布于石榴子石矽卡巖中的矽卡巖型礦石(圖4)。將礦石樣品粉碎后在雙目境下手工挑選輝鉬礦單礦物,輝鉬礦質(zhì)純、無氧化、無污染。采用Carius管封閉溶樣分解樣品,Re-Os同位素的化學(xué)分離過程和分析方法見有關(guān)文獻,測試儀器為電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(TJAX-seriesICPMS)。Re和O含量的不確定度包括樣品和稀釋劑的稱量誤差、稀疏劑的標定誤差、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%。模式年齡按下式計算:其中λ(187Re衰變常數(shù))=1.666×10-11/a,實驗全流程空白Re為0.0022ng,普Os為0.0001ng,遠遠小于所測樣品中的Re、Os含量,因此不會影響實驗中Re、Os含量的準確測定。3齡范圍及間距4件輝鉬礦樣品的Re-Os同位素分析結(jié)果見表1。數(shù)據(jù)顯示,大銀尖鉬礦床輝鉬礦Re-Os模式年齡范圍為(121.5±1.8)~(123.9±2.0)Ma,平均值為122.7Ma±1.9Ma。利用ISOPLOT軟件的模式1,對4件樣品的模式年齡數(shù)據(jù)進行等時線加權(quán)擬合,獲得一條相關(guān)性很好的等時線(圖5),等時線年齡為122.4Ma±7.2Ma,平均權(quán)重方差MSWD=2.4。4討論4.1大銀尖鰲礦re-os-3-ma東秦嶺-大別山鉬成礦帶是中國最重要的鉬礦產(chǎn)區(qū)之一,僅在大別山北麓目前已發(fā)現(xiàn)大中型鉬礦床近10處。鉬礦床總體沿桐-商斷裂呈NWW向展布,其形成與廣泛發(fā)育的燕山期中酸性深源淺成型花崗巖有關(guān)。該類巖體出露面積一般小于2km2,具有典型的斑狀結(jié)構(gòu),形成時代范圍是206.2~97.7Ma,主要集中在120Ma±23Ma之間。湯家坪花崗斑巖體的鋯石U-Pb同位素諧和線年齡為120Ma。這些小巖體控制了區(qū)內(nèi)鉬礦床的形成,成礦與成巖同時或略滯后于巖體。本次工作獲得大銀尖鉬礦床輝鉬礦Re-Os模式年齡為(121.5±1.8)~(123.9±2.0)Ma,等時線年齡為122.4Ma±7.2Ma,即大銀尖鉬礦床形成于早白堊世。東秦嶺鉬礦帶西部的黃龍鋪碳酸鹽巖脈型鉬礦Re-Os等時線年齡為221Ma,南泥湖-三道莊斑巖-矽卡巖型鉬礦Re-Os等時線年齡為147Ma,礦帶形成時代范圍是(221.5±0.3)~(132.4±2.0)Ma。因此,在東秦嶺-大別山鉬成礦帶中,東部大別山北麓鉬礦床的成礦時代晚于西部東秦嶺鉬礦床。4.2成礦物質(zhì)來源關(guān)于大別山北麓鉬礦床的成礦物質(zhì)來源,不同研究者提出了不同的看法。依據(jù)巖體微量元素和稀土元素的組成特征,楊澤強認為,湯家坪鉬礦床Mo主要來源于花崗斑巖,湯家坪花崗斑巖體是元古宙大別深成變質(zhì)巖系在下地殼重熔,形成富鉬巖漿,巖漿侵入地表形成斑巖型鉬礦床。馬宏衛(wèi)根據(jù)巖體微量元素和S同位素組成特征,認為區(qū)內(nèi)斑巖型鉬(銅)礦成礦物質(zhì)主要來源于上地?；蛳碌貧さ闹兴嵝詭r漿。Mao等在綜合分析對比了中國各種類型鉬礦床輝鉬礦中Re的含量后,認為從地幔到殼?；煸丛俚降貧?輝鉬礦的含Re量呈10倍地下降,即從幔源→I型→S型花崗巖有關(guān)的礦床,Re含量的變化從萬分之幾→十萬分之幾→百萬分之幾。因此,輝鉬礦中的Re含量對于成礦物質(zhì)來源具有一定的指示意義。本次獲得的大銀尖礦床2個斑巖型礦石樣品輝鉬礦的Re含量分別為44.07μg/g和41.95μg/g,2個矽卡巖型礦石樣品輝鉬礦的Re含量分別為22.48μg/g和22.04μg/g,Re含量范圍顯示大銀尖鉬礦床的成礦物質(zhì)可能主要來源于下地殼。矽卡巖型礦石和斑巖型礦石的Re含量明顯不同,前者低于后者,指示與碳酸鹽巖圍巖的交代作用導(dǎo)致了Re含量的降低。4.3造山帶邊緣斷裂走滑和深源巖漿活動的機制毛景文等指出,中生代華北克拉通及其鄰區(qū)大規(guī)模的金屬成礦作用出現(xiàn)在200~160Ma、140Ma左右和130~l10Ma三個時期,它們分別與碰撞造山過程、構(gòu)造體制大轉(zhuǎn)換和巖石圈大規(guī)模拆沉3種地球動力學(xué)背景相對應(yīng)。本次工作獲得的Re-Os同位素等時線年齡為122.4Ma±7.2Ma,對應(yīng)于第三個時期,屬于中國東部中生代大規(guī)模成礦作用的一部分。早白堊世受太平洋構(gòu)造域的影響,中國中東部從印支期以近EW向構(gòu)造為主,進入以NNE至近SN向構(gòu)造為主的區(qū)域構(gòu)造動力體制大轉(zhuǎn)換。大別造山帶北緣信陽—商城—霍山一帶發(fā)育的中生代陸相火山巖(J—K2)和斷裂邊緣發(fā)育的一系列斷陷盆地,是造山帶邊緣斷裂走滑的結(jié)果,代表擠壓階段末期造山帶邊緣應(yīng)力狀態(tài)首先由擠壓轉(zhuǎn)換為走滑,整個區(qū)域應(yīng)力場開始進入伸展環(huán)境,標志著大別地殼開始減薄。燕山晚期大別造山帶巖石圈減薄和伸展垮塌,導(dǎo)致軟流圈上涌、地殼增溫,引發(fā)了廣泛而強烈的深源巖漿活動。大量近南北向斷裂形成,并與早期NWW向深大斷裂構(gòu)成大別山區(qū)網(wǎng)格狀構(gòu)造系統(tǒng),控制著區(qū)內(nèi)深源淺成高硅富堿富鉬斑巖體的侵位和分布。在深源巖漿沿斷裂構(gòu)造上侵、分異、定位的過程中,巖漿晚期的高溫氣液使巖體發(fā)生自變質(zhì),出現(xiàn)星散狀黃鐵礦及花瓣狀輝鉬礦;在巖漿期后,中—高溫熱液中豐富的SiO2、K2O等沿巖體的節(jié)理、裂隙充填交代,使分散在造巖礦物中的鉬活化遷移和富集,形成細脈、網(wǎng)脈狀斑巖型鉬礦體。當圍巖為碳酸鹽巖時可在外接觸帶形成矽卡巖型鉬礦體,在圍巖的斷裂破碎帶和裂隙中則形成石英脈型鉬礦體。從而在同一成礦過程中,在不同的空間位置上形成了一個由斑巖型、矽卡巖型