南岭栗木矿田水溪庙矿区花岗岩锆石shrimpu-pb年代学研究

南岭栗木矿田水溪庙矿区花岗岩锆石shrimpu-pb年代学研究

李木矿区是中国南方的一个重要锡、镉、锆矿和锡矿。其采矿活动与花岗岩密切相关。前人在花岗岩成因及其与成矿关系方面做过大量的科学研究工作,取得了许多成果与进展;在成岩成矿年龄测试方面也有涉及:如史明魁等利用锆石U-Pb法厘定栗木第一至第三阶段花岗岩年龄分别为195~184Ma、173Ma和159Ma,利用云母K-Ar法测得了3个阶段花岗岩年龄分别为235Ma、185Ma和172~164Ma。林德松等利用Rb-Sr法测得金竹源花岗岩全岩等时线年龄为195.5±4Ma。章锦统利用Rb-Sr法测得3个阶段花岗岩等时线年龄分别为201±4Ma、204±7Ma和183±3Ma。甘晓春等测得水溪庙岩体Rb-Sr等时线年龄为186±12Ma,含矿萤石一锂云母脉中锂云母K-Ar年龄为185Ma。近年来,杨锋等测得老虎头矿区的云英岩化花岗岩中白云母的Ar-Ar坪年龄为214.1Ma。李晓峰等测得金竹源花岗岩蚀变白云母Ar-Ar坪年龄212.4±1.4Ma;金竹源花岗岩锆石SHRIMPU-Pb年龄217.1±1.4Ma;三个黄牛含铌钽花岗岩锆石SHRIMPU-Pb年龄214±5Ma。康志强等测得栗木金竹源和三个黄牛花岗岩体锆石SHRIMPU-Pb年龄分别为214.0±5.0Ma和218.3Ma±2.4Ma。从已有的测年资料来看,不同学者之间得到的成岩成矿年龄数据(159~235Ma)相差较大,同一岩体不同测年方法所得出的年龄相差也较大,还存在印支期与燕山早期之争。笔者在前人工作基础上,通过对水溪庙矿区隐伏锡钨矿化花岗岩中锆石的SHPIMPU-Pb年龄测试,获得212±1.8Ma的年龄值。结合其它资料分析,认为栗木地区锡铌钽矿与花岗岩为印支期同一构造-岩浆活动的产物,并且建议在南岭地区下一步规划部署中应加强对印支期成矿岩体和印支期锡多金属矿的寻找。1成矿岩体及构造环境栗木矿田位于都庞岭复式背斜的南东部,栗木—莲花向斜北仰起端,E-W向断裂切割S-N向断裂,构成特殊的“廿”字型构造,其交汇部位或断裂破碎带常是岩体或岩株的定位场所(图1),次级构造裂隙和侵入岩体的冷缩裂隙是脉状矿的容矿构造;此外,尚出现一些NE向断裂。区内出露的地层,寒武系为一套浅变质的浅海相复理石建造砂岩、板岩;下泥盆统为一套碎屑岩建造,中、上泥盆统及下石炭统主要为碳酸盐岩建造。中泥盆统和下石炭统是钨锡矿化和含锡铌钽花岗岩的主要围岩。栗木花岗岩岩株群出露总面积约1.5km2(图1);1︰1万高精度磁测资料显示,该区位于正、负磁异常相交部位,深部为隐伏含矿花岗岩体(深部工程已控制隐伏岩体面积约8km2,并连成一个整体,呈EW向展布,在剖面上呈不对称的舒缓波状。成矿岩体岩石有明显的交代结构,往往有似层(壳)状的交代分带特征,由岩体向外为:黑云母花岗岩→铁锂云母化、钾长石化花岗岩→铁锂云母化、钠长石化花岗岩→云英岩化花岗岩→席状似伟晶岩壳。该花岗岩具有高硅、富碱(Li、Na、K;Na﹥K,两者比值为1.6-2.7)、富铝、贫镁、富高场强元素、富挥发分等特点,显示铝质A型花岗岩的特征,在一系列地球化学图解上主要位于A型花岗岩区和板内构造环境区(1)。2矿床的地质特征2.1矿床地质特征该区发现具有工业意义的原生矿床类型主要有:花岗岩型锡铌钽矿床、石英脉型钨锡矿床、长石石英脉型锡钨矿床和花岗伟晶岩脉型钽铌矿床等四种类型。(1)花岗岩型锡铌钽矿床:已发现4处,即老虎头表露矿床、水溪庙隐伏矿床、金竹源隐伏矿床和狮子岭隐伏矿床。矿体均产于含矿花岗岩体的顶凸部位或其较陡一侧的过渡部位,呈厚薄不均的似层状,局部有夹石表现为两层矿。矿体地表出露面积为0.08~0.24km2,平均厚度为6~17m,平均品位Sn0.3%~0.4%,单样最高Sn16%。在含矿岩体顶凸部位钽、锡矿体融为一体彼此重叠,顶凸部位西侧一般为钽矿体,东侧是锡矿体,两者渐变过渡,中间重叠;在平面上,金竹源的锡矿体呈倒卧的瓶状体镶于钽矿体东南侧,水溪庙锡矿体呈半月形镶于钽矿体的东南侧。最近,覃宗光等新发现的鱼菜矿床也属于花岗岩型锡铌钽矿床。这类矿床都赋存在花岗岩边缘隆起或隐伏于地下向围岩凸起部位,其矿化与钠长石化和云英岩化有关。锡矿体平均厚度为12~18.7m,平均品位为0.26%~0.339%。(2)石英脉型钨锡矿床:该类型矿床具工业意义的仅见于牛栏坪、香坛岭两区,矿体赋存于花岗岩内接触带。矿脉约有60条,单脉厚0.3~1m,延伸60~80m,走向近S-N,倾向东,倾角陡(70°~75°)。矿脉体在走向上呈现尖灭再现、分支复合的现象。矿体随岩体向南侧伏而延深,矿体延长、延深短浅;矿化以钨为主,锡次之,且具有上富下贫、南富北贫特点。(3)长石石英脉型锡钨矿床:分布于水溪庙、三个黄牛矿区,含矿脉体产于花岗岩凸起外带的灰岩、大理岩中,严格受近S-N向压扭性裂隙和近E-W向张性裂隙控制。矿化以锡为主,钨次之,具上富下贫、南富北贫特点。(4)花岗伟晶岩脉型钽铌矿床:仅分布在水溪庙矿区,矿体产于铁锂云母(或锂云母)钠长石花岗岩脊部外接触带的上泥盆统融县组灰岩、大理岩的构造裂隙中,呈脉状产出。水溪庙锡钨铌钽矿床属岩浆演化晚期岩浆分异交代型矿床。2.2矿石矿物成分各矿体的矿石矿物组合基本相似,以含铌钽矿物、稀有元素和挥发性组分矿物为特征,常见的矿石矿物是锡石、黝锡矿、钽铌锰矿、钽铁锰矿、铌铁矿、钽金红石、富铪锆石、烧绿石-细晶石、天河石、黑稀金矿、独居石、钍石、黑钨矿、白钨矿、毒砂、磁黄铁矿、磁铁矿、黄铜矿、黄铁矿、辉铋矿、辉钼矿、闪锌矿等;脉石矿物主要有微斜长石、钠长石、石英、铁锂云母、黄玉、萤石和云母。锡石晶体短粗、柱面不发育,近于等轴,色偏深暗,多色性强,铌钽以类质同象或子矿物形式赋存于锡石中,甚至形成含钽锡石或钽锡石的变种。矿石结构主要为细-中粒自形、半自形结构、压碎结构和交代结构,局部有雪球结构;矿石构造主要以稀疏浸染状为主,次为条带状构造,局部地段可见稠密浸染状矿石。2.3矿物化学围岩蚀变有云英岩化、钠长石化、钾长石化、铁锂云母化、黄玉化、萤石化、大理岩化、电气石化、黄铁矿化等。其中,钠长石化和云英岩化是岩体中锡铌钽成矿阶段的主要交代蚀变作用。3测试测试和结果3.1进行样品制备和数据校正用于年龄测定的岩石样品破碎成粉末后,经人工淘洗后保留重砂部分,将重砂部分进行电磁分选和重液分选,得到一定纯度的锆石样品,然后在双目镜下人工挑选出晶形完好、透明度高的锆石晶体。然后按照北京离子探针中心的要求进行样品靶制备和锆石SHRIMPU-Pb年龄测定。样品靶制备和实验条件见宋彪等的描述。制靶时,将待测样品与标准样品TEM一起安放。锆石SHRIMPU-Pb年龄测定在北京离子探针中心的SHRIMPII上进行。由SHRIMP得到的未知样品实验数据用与其同时测定的标准样品(SL13和TEM)的实验数据进行校正,其中SL13用于校正U含量,TEM用于校正206Pb/238U比值。数据处理和U-Pb谐和图绘制使用ISOPLOT3.0程序。稀土元素分析在中国地质调查局武汉地质调查中心(原宜昌地质调查中心)中南检测中心完成,分析方法为:采用ICP电感耦合等离子体发射光谱法及AAS原子吸收光谱法、AES电弧发射光谱法等。3.2副矿物形式用于锆石SHRIMPU-Pb法测试年龄的样品(06LM3-1)采自地表以下-25m水溪庙隐伏花岗岩体,该花岗岩中偶见锡石和黑钨矿以副矿物形式出现,花岗岩本身也是矿石,即花岗岩型W、Sn矿石。进行年龄测试的锆石为浅黄色,颗粒中等,粒径为30×60μm2~90×150μm2,形态简单,以柱状为主,颗粒晶形较好,部分破碎,从被测锆石的阴极发光图像(图2a)可以看出:所测锆石环带清晰,为典型的岩浆锆石,少数锆石内部有明显的它形继承锆石核存在,如2.1、7.1、10.1等颗粒,但外部生长环带结构清晰,测点均位于生长环带上。3.3cu3000人的年龄本次共测试了14个锆石点,其年龄测定结果见表1。其中2.1、10.1、14.1测点跨越岩浆锆石和继承锆石颗粒,测试时可能部分打到核部的继承锆石上,而11.1测点的锆石较小,晶形也为它形粒状,环带不很清楚,因此四个测点的207Pb*/235U、206Pb*/238U比值均异常偏大,206Pb/238U年龄(434.1、342.5、341.3、239Ma)可能为混合年龄而未参与计算,其余10个测点的206Pb/238U与207Pb/235U年龄和谐一致(图2b),其206Pb/238U年龄值界于207.8~219.6Ma间,变化幅度较小,10个测点的206Pb/238U年龄加权平均值为212.3±1.8Ma(98%可信度,MSWD=1.5)。3.4稀土及微量元素特征用于稀土元素分析的样品06LM2-1-1、06LM3-1采自水溪庙矿区,06LM5-1、06LM5-2采自牛栏坪矿区(图1),岩性及稀土元素分析结果见表2。稀土元素数据处理用GeoKit软件完成,处理结果及计算的参数一并列于表2,稀土元素配分型式图见图3。根据稀土元素含量及有关参数(表2),可以把样品明显分为两组,第一组包括样品06LM3-1、06LM5-2和06LM2-1-1,本组样品显著特征是稀土总量(ΣREE=5.841×10-6~16.627×10-6)低,它们的LREE/HREE和(La/Yb)N分别变化在5.18~12.64间和在9.16~35.92间,为轻稀土富集型,δEu在0.18~0.63间,为铕负异常。第二组样品为06LM5-1,稀土总量(ΣREE=119.65×10-6)比第一组高出很多,LREE/HREE(15.95)和(La/Yb)N(44.85)也略高,δEu=0.53,在稀土配分曲线上位于第一组样品的上方(图3)。但总体来说,所有样品均具有中到低负Eu异常,轻稀土分布较陡,重稀土分布较平缓的相似的稀土元素标准化配分型式。这些特征说明含钨锡细粒花岗岩、花岗岩型钨锡矿石、含钨石英脉、石英脉型锡石矿石之间存在联系,暗示花岗岩与成矿作用关系密切。4讨论和结论4.1地球化学和年代学上世纪80-90年代,栗木地区采用K-Ar法、Rb-Sr法、常规锆石U-Pb法获得了部分成岩成矿年龄在159~235Ma之间。从这些数据可以看出:不同的研究者所获得的年龄并不一致,同一岩性的岩体不同的测年方法所给出的年龄也不同,导致无法对成岩成矿年龄进行准确限定。另外以上年龄测试方法也主要为K-Ar法,全岩Rb-Sr法和单颗粒锆石U-Pb法,其精度和可信度均较低。本文采用锆石SHRIMPU-Pb法,获得栗木水溪庙矿区隐伏含钨锡花岗岩中的锆石SHRIMPU-Pb年龄为212.3±1.8Ma,其MSWD=1.5,接近1,数据十分可靠。由于用于测年的锆石自形程度高,环带清晰发育,为典型的岩浆锆石,因此该年龄值即为花岗岩的侵位年龄,属印支期。前已提及该含钨锡花岗岩本身也是花岗岩型矿石,并且锡石和黑钨矿在该花岗岩中以副矿物形式出现,暗示钨锡矿化年龄与花岗岩形成年龄接近,并且矿石、花岗岩的稀土元素分布特征也说明了这一点,因此,笔者初步认为锡铌钽矿化作用也为印支期。近年来,栗木地区获得的高精度成岩成矿年龄数据主要集中在212~218Ma范围内,与我们获得的年龄数据在误差范围内完全一致,并且成岩年龄与成矿年龄相差不大,据此分析,本文初步认为栗木地区锡铌钽矿与花岗岩可能为印支期同一构造-岩浆活动的产物。4.2矿床成矿年龄栗木矿田的高精度成岩成矿年龄数据主要分布在212~218Ma范围内,属印支期。近年来,在南岭地区发现的印支期成矿作用越来越多,如湖南荷花坪锡矿Re-Os等时线年龄为224Ma;赣南仙鹅塘锡矿白云母Ar-Ar成矿年龄为232.5Ma;都庞岭花岗岩体东体中的李贵福钨锡矿床的辉钼矿Re-Os年龄为211Ma;云头界钼钨矿床的辉钼矿Re-Os年龄为213.3±0.8Ma、226.2±4.1Ma、219.3±4.0Ma,云头界黑云母花岗岩锆石LA-ICP-MS年龄为216.8±4.9Ma;越城岭-苗