貴州銅仁新元古界大塘坡組黃鐵礦Re－Os同位素組成及意義

王 丹，廖震文，王生偉，蔣小芳，林方成

（1．中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，成都 610081；2．四川省地質(zhì)調(diào)查院，成都 610081）

貴州銅仁新元古界大塘坡組黃鐵礦Re－Os同位素組成及意義

王 丹1，2，廖震文1，王生偉1，蔣小芳1，林方成1

（1．中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，成都 610081；2．四川省地質(zhì)調(diào)查院，成都 610081）

從貴州銅仁西溪堡礦區(qū)新元古界大塘坡組第一段“含錳巖系”中選取8件黃鐵礦樣品，對其進行了Re－Os同位素分析。結(jié)果表明其等時限年齡為（459±16）Ma，明顯晚于間冰期大塘坡組的沉積時代（670～635 Ma），表明該地區(qū)受加里東晚期的構(gòu)造熱事件影響。此次所分析的所有樣品均具有高Re、低Os含量、高Re／Os比值及高187Os／188Os同位素比值，且187Os／188Os初始值為1．02±0．41，明顯大于地幔特征值（0．12～0．13），指示成礦物質(zhì)來源于殼源。

Re－Os同位素；大塘坡組；新元古界；間冰期；貴州銅仁

0 引言

新元古代1 000～541 Ma之間，全球發(fā)生了一系列重要的地質(zhì)事件，使整個地球系統(tǒng)發(fā)生了重大的變化。這些事件包括Rodinia超級大陸的形成與裂解［1－2］，以及全球范圍的“雪球地球事件（snowball earth event）”［3］。尤其是大約8～6億年前與“雪球地球事件”相對應的全球性冰川沉積事件，不僅改變了地球表面的氣候，還改變了大氣、海洋、大陸的環(huán)境，而且也產(chǎn)生了與之相關的大型—超大型的沉積礦產(chǎn)。

貴州銅仁地區(qū)位于揚子陸塊東南緣，新元古代Marinoan冰期（650～635 Ma）和Sturtian冰期（710～720 Ma）［4－5］之間的間冰期沉積大塘坡組，以盛產(chǎn)“大塘坡錳礦”而聞名。前人對“大塘坡式”錳礦形成的沉積環(huán)境、成礦條件等方面進行了大量研究，但對其成因機制一直存在較大爭議。主要的觀點包括生物成因［6］、生物化學沉積成因［7］、熱水成因［8］、火山噴發(fā)－沉積成因［9］和古天然氣滲漏成因［10－11］，以及錳礦由氧化錳在成巖過程中轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓徨i［12］等。關于錳的物質(zhì)來源，主要有大陸風化、海底火山、滲流熱鹵水或多源等觀點。

綜上所述，目前對于大塘坡錳礦的成因，以及物質(zhì)來源等均有很廣泛的研究，但仍然存在一定的分歧。前人對大塘坡錳礦的地球化學研究也主要集中在主量、微量元素以及C、O、S同位素的研究［13］。鑒于Re－Os同位素體系在示蹤物質(zhì)來源、以及定年方面的優(yōu)越性，本文首次對貴州銅仁地區(qū)大塘坡組中與錳礦大量共生的黃鐵礦進行Re－Os同位素測定，來制約大塘坡組錳礦的來源，并探討與黃鐵礦共生的錳礦成因，同時為大塘坡組錳礦的研究提供新的資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

貴州銅仁地區(qū)位于華南板塊中揚子地塊與華夏地塊之間的江南造山帶西南段［11，14］（圖1），先后經(jīng)歷了雪峰、加里東、印支、燕山及喜山多期運動［15］。Rodinia超大陸裂解和裂解之后的雪峰運動使巨厚的板溪群發(fā)生褶皺與斷裂，形成一系列軸線NNE向的背、向斜及斷裂，形成地塹式盆地；加里東運動，曾使該地區(qū)一度隆起，缺失泥盆紀和石炭紀地層；燕山運動又使其褶皺成山，形成規(guī)模宏大的侏羅山式褶皺；喜山運動以后則為面型上升，遭受剝蝕，形成高原景觀。以上不同期次構(gòu)造運動的復合、疊加和改造作用，形成了區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂以NNE—NE向為主的區(qū)域構(gòu)造格架［16］。

圖1 貴州銅仁地區(qū)“大塘坡式”錳礦床分布與古構(gòu)造關系示意圖［11，14］Fig．1 Sketch map show ing distribution of‘Datangpo type’manganese deposits and its relation to ancient structures［11，14］

貴州銅仁地區(qū)新元古界南華系自下而上依次為下統(tǒng)兩界河組、鐵絲坳組、大塘坡組和上統(tǒng)南沱組［17］。鐵絲坳組含礫砂巖相當于Sturtian冰期的冰海沉積；南沱組含礫砂巖相當于Marinoan冰期沉積，局部夾白云巖透鏡體；兩界河組主要分布在大塘坡地區(qū)，與下伏的青白口系板溪群紫紅色粉砂質(zhì)板巖呈不整合接觸；大塘坡組則為上述Sturtian冰期與Marinorn冰期之間的間冰期沉積，錳礦即賦存在大塘坡組下部的黑色巖系底部［11］。呈NE、NNE向展布［15］。礦區(qū)內(nèi)出露地層有青白口系、南華系、震旦系、寒武系及第四系。其中南華系包括下統(tǒng)鐵絲坳組、大塘坡組和上統(tǒng)南沱組。大塘坡組又分為大塘坡組第一段和第二段。錳礦均產(chǎn)于第一段黑色炭質(zhì)頁巖中，即稱黑色“含錳巖系”。貴州銅仁新元古界大塘坡組黃鐵礦呈條帶狀、點狀分布于黑色炭質(zhì)頁巖中。本次用于測試的樣品（圖2），均取自于大塘坡組第一段黑色“含錳巖系”中。

圖2 大塘坡組一段中的黃鐵礦（手標本照片）Fig．2 Pyrite hand specimens in the First Member of Datangpo Formation

2 礦床地質(zhì)和樣品采集

本次所采集的樣品均來自于貴州銅仁西溪堡礦區(qū)。該礦區(qū)位于盤山背斜北東傾伏端，次級褶曲從西向東有平頭向斜、蔣家墳背斜、大雅堡背斜、楓香坪向斜和巖屯背斜；斷裂發(fā)育，主要斷裂構(gòu)造線

3 測試方法

本文中黃鐵礦樣品分解，Re、Os純化分離前處理和Re、Os含量ICP－MS分析均是在國家地質(zhì)實驗測試中心完成。Re－Os化學分離步驟和質(zhì)譜測定主要包括樣品分離、蒸餾分離Os、萃取分離Re和質(zhì)譜測定4個步驟。原理、方法、步驟參見文獻［18－19］。樣品使用富集的185Re和190Os混合稀釋劑，在卡洛斯管中溶解。Re用萃取和陰離子交換柱分離，Os用蒸餾法分離純化。Re、187Re和187Os含量采用美國TJA公司生產(chǎn)的TJAPQ ExCell ICP－MS測定。普通Os據(jù)Nier值的187Os同位素豐度，通過測定192Os／190Os比值算得187Os同位素總量。對于Re，選擇質(zhì)量數(shù)185、187，用190監(jiān)測Os；對于Os，選擇質(zhì)量數(shù)186、187、188、189、190、192，用185監(jiān)測Re。Re、Os含量的不確定度包括樣品和稀釋劑的稱量誤差、稀釋劑的標定誤差、質(zhì)譜測量的分餾校正誤差和待分析樣品同位素比值測量誤差，置信水平95%。用ISOPLOT程序計算等時線。

4 結(jié)果

此次貴州銅仁新元古界大塘坡組中黃鐵礦Re、Os含量以及Os的同位素比值數(shù)據(jù)見表1。表中的數(shù)據(jù)已經(jīng)扣除空白值，表中誤差全部都是測量統(tǒng)計誤差。將8個樣品的187Re／188Os和187Os／188Os比值用ISOPLOT程序處理后，得到（459±16）Ma的年齡（圖3）。所有樣品的高Re低Os含量、高Re／Os比值及高的187Os／188Os同位素比值表明，樣品中的Os是高放射成因的，具有明顯的殼源特征。

表1 大塘坡組黃鐵礦Re－Os同位素測試數(shù)據(jù)Tab．1 Re－Os isotopic data of pyrite in Datangpo Formation

圖3 貴州銅仁大塘坡組黃鐵礦Re－Os等時線圖Fig．3 Re－Os isochrone of pyrite in Datangpo Formation of Tongren area，Guizhou Province

5 討論

Re與Os都是高度難熔親銅、親鐵元素，Os在巖漿作用過程中多被保留在固相中、地幔中富集，而Re則更多地在巖漿中、地殼中富集，因此，Re－Os同位素體系有著與K－Ar、Rb－Sr、Sm－Nd完全不同的地球化學特性［20］。因此，Re－Os同位素體系在精確確定硫化物礦床的成礦時代和指示成礦物質(zhì)來源方面具有較強的優(yōu)越性。

由表1可知，貴州銅仁大塘坡組第一段中黃鐵礦Re含量的變化范圍為0．323～3．008 ng／g，均值為1．477 ng／g，略低于大陸地殼豐度2 ng／g［21］。Os含量為0．004 5～0．006 3 ng／g，平均值0．005 2 ng／g，與陸地殼豐度0．005 ng／g豐度幾乎一致［22］。187Re／188Os比值較高，最低值為334，最高值達2 706，均大于世界主要河流平均值227，但均小于海水平均值4 270［23］。8件樣品的187Os／188Os值亦較高，最低為3．69，最高達21．69，且由圖3可知187Os／188Os初始值為1．02±0．41，明顯大于地幔特征值（0．12～0．13）［24］，顯示放射性成因特征。同時黃鐵礦187Os／188Os初始值與貴州貞豐爛泥溝卡林型金礦床殼源含砷黃鐵礦187Os／188Os初始值相近。所有8件樣品低Os含量、高Re／Os比值及高的187Os／188Os同位素比值表明，樣品中的Os是高放射成因的，具有明顯的殼源特征，即表明大塘坡組第一段的沉積物質(zhì)來源于盆地本身，并且沉積盆地處于海水與河水的一個混合環(huán)境。

新元古界南華系與國際地層委員會命名的成冰系（Cryogenian）對應，其頂界為陡山沱組與南沱組之間的界線。在華南新元古代冰期實際上是由較早的江口冰期和后來的南沱冰期構(gòu)成［5］。貴州銅仁地區(qū)新元古界南華系自下而上依次為下統(tǒng)兩界河組、鐵絲坳組、大塘坡組和上統(tǒng)南沱組。其中兩界河組、鐵絲坳組對應于江口冰期即Sturtian冰期，南沱組對應于南沱冰期即Marinoan冰期。大塘坡組則為上述兩個冰期之間沉積。Zhou等［25］利用U－Pb法測定了貴州東部寨郎溝剖面大塘坡組底部的凝灰?guī)r夾層的鋯石年齡，得到年齡為（663±4）Ma；同時，尹崇玉等［26］在貴州銅仁松桃黑水溪錳礦大塘坡組底部同樣測定鋯石U－Pb年齡為（667．3±9．9）Ma。二者在誤差范圍內(nèi)幾乎一致，從而限定了貴州銅仁地區(qū)間冰期（Sturtian冰期）大塘坡組的下限年齡不早于670 Ma。

對于南沱冰期，更多新的年齡數(shù)據(jù)表明其結(jié)束于635 Ma。Condon等［27］對三峽地區(qū)陡山沱組底部火山灰中的鋯石進行U－Pb法定年，分別獲得（665．23±0．57）Ma和（662．50±0．48）Ma。儲雪蕾等［28］對江西上饒南沱組頂部沉凝灰?guī)r中鋯石U－Pb定年獲得（635．3±5．4）Ma。Yin等［29］對三峽地區(qū)陡山沱組底部凝灰鋯中巖石進行U－Pb定年，獲得（628．3±5．8）Ma。這些結(jié)果都確認南沱冰期（即Marinoan冰期）結(jié)束于635 Ma，這也是成冰系（Cryogenian）的頂界年齡。

綜上所述，江口冰期與南沱冰期之間的沉積，即間冰期的起始時間為江口冰期的結(jié)束時間670 Ma，而結(jié)束的時間不超過南沱冰期的結(jié)束時間，應該早于635 Ma，即大塘坡組的年齡應該在670～635 Ma之間。本次對大塘坡組第一段中含錳巖系中黃鐵礦進行Re－Os同位素定年，結(jié)果為（459±16）Ma，為加里東晚期。顯然，大塘坡組第一段中黃鐵礦的Re－Os年齡明顯晚于間冰期大塘坡組的沉積時代。張飛飛等［12］研究認為，大塘坡組第一段中的菱錳礦由錳的氧化物或者氫氧化物轉(zhuǎn)化而成。黃鐵礦Re－Os年齡所代表的加里東期這一熱事件記錄了表殼的構(gòu)造事件，代表了黃鐵礦Re－Os體系最后的封閉時間，其晚于大塘坡組的沉積時間。然而，至于此次構(gòu)造熱事件是否對間冰期大塘坡組錳礦有改造作用，或者正是此次構(gòu)造熱事件促使了錳的氧化物或者氫氧化物轉(zhuǎn)化為菱錳礦，還需要更多的研究。

6 結(jié)論

（1）對貴州銅仁地區(qū)西溪堡礦區(qū)大塘坡組第一段“含錳巖系”中8個黃鐵礦樣品的Re－Os同位數(shù)精確測年，其結(jié)果為（459±16）Ma，表明該地區(qū)受加里東晚期的構(gòu)造熱事件影響。

（2）此次所分析的所有樣品均具有高Re低Os含量、高Re／Os比值及高的187Os／188Os同位素比值，且187Os／188Os初始值為1．02±0．41，明顯大于地幔特征值（0．12～0．13），指示成礦物質(zhì)來源于殼源。

致謝：樣品的采集和資料的收集過程中得到了貴州地勘局103地質(zhì)隊覃英研究員、侯兵德高級工程師的支持和幫助；在Re－Os測試過程中得到了國家地質(zhì)實驗測試中心李超助理研究員的幫助，在此表示感謝。

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Re－Os Isotopic Dating of Pyrite from the Neoproterozoic Datangpo Formation in Tongren，Guizhou and Its Geological Significance

WANG Dan1，2，LIAO Zhen－wen1，WANG Sheng－wei1，JIANG Xiao－fang1，LIN Fang－cheng1
（1．Chengdu Center，China Geological Survey，Chengdu 610081，China；2．Sichuan Institute of Geological Survey，Chengdu 610081，China）

Eight pyrites from the manganese－bearing rock series of the First Member of Neoproterozoic Datangpo Formation are used for Re－Os isotopic dating at Xixibao orefield in Tongren area，Guizhou province．The analyses yield an isochronic age 459±16 Ma，significantly later than the interglacial depositional age of Datangpo Formation（670～635 Ma），which suggest that the Datangpo Formation was probably affected by the tectonic thermal activity of Late Caledonian．The pyrites also show high Re，low Os abundance，high Re／Os and187Os／188Os ratio．The initial187Os／188Os value is 1．02±0．41，significantly higher than the eigenvalue of mantle magma，which indicate the ore－formingmaterials are mainly derived from the crustal source．

Re－Os isotope；Datangpo Formation；Neoproterozoic；interglacial；Tongren of Guizhou

P597

：A

：2095－8706（2015）07－0053－05

（責任編輯：劉永權(quán)）

2015－03－24；

2015－10－19。

中國地質(zhì)調(diào)查局“川滇黔相鄰區(qū)重要礦產(chǎn)成礦規(guī)律和找礦方向研究（編號：1212011085162）”、“重慶秀山錳礦整裝勘查區(qū)關鍵基礎地質(zhì)研究（編號：12120114016201）”和“川滇黔關鍵地區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查（編號：12120113050300）”項目聯(lián)合資助。

王丹（1987—），女，碩士，主要從事礦產(chǎn)勘查和成礦地質(zhì)背景研究。Email：cd＿wd2014＠sina．com。