湖北省隨縣王家臺(tái)金多金屬礦石英Rb-Sr同位素定年及成因探討

朱 金， 周 豹， 秦志軍， 劉文文， 汪國(guó)虎， 張維峰， 徐大良

(1.湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北 武漢 430034; 2.湖北省地質(zhì)勘查工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430034；3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 武漢地質(zhì)調(diào)查中心，湖北 武漢 430205)

王家臺(tái)金多金屬礦區(qū)位于鄂北地區(qū)新城—黃陂斷裂帶南緣，該區(qū)域在中生代陸陸俯沖碰撞造山作用下，構(gòu)造活動(dòng)十分強(qiáng)烈，主要是以發(fā)育北西向、北東向和近南北向的斷裂構(gòu)造為主。針對(duì)該礦區(qū)前人曾開(kāi)展了成礦物質(zhì)來(lái)源、地球化學(xué)特征、成礦規(guī)律等研究，但對(duì)于成礦時(shí)代研究尚未開(kāi)展，而礦床的成礦時(shí)代研究對(duì)分析礦床的成因機(jī)制、成礦地質(zhì)環(huán)境和區(qū)域金多金屬礦找礦方向等有著重要的意義。

由于僅靠區(qū)域上成巖年齡不能夠精確推斷出礦床的成礦時(shí)代，所以礦床全巖年齡的測(cè)定逐漸被單礦物的同位素年齡所取代。采用主成礦期石英Rb-Sr同位素測(cè)年的實(shí)例很多，陳好壽等[1]通過(guò)測(cè)定云開(kāi)隆起金礦帶河臺(tái)、新洲金礦石英中流體包裹體Rb-Sr等時(shí)線年齡得出金礦的成礦作用主要集中于燕山中—晚期；侯明蘭等[2]系統(tǒng)研究蓬萊金成礦區(qū)中的黑嵐溝等多個(gè)金礦床的S、Pb、Rb-Sr同位素地球化學(xué)特征，表明蓬萊金礦區(qū)具有與玲瓏金礦區(qū)相近的成礦時(shí)代，兩者均為120 Ma左右，顯示出蓬萊金礦區(qū)具有大型—超大型金礦找礦前景；孫敬博等[3]通過(guò)對(duì)東天山紅石金礦主成礦期形成的金礦石進(jìn)行石英流體包裹體Rb-Sr法測(cè)年，得出主成礦時(shí)代為(257±4) Ma，表明對(duì)于解決韌性剪切帶型金礦床成礦時(shí)代具有很好的效果；彭三國(guó)等[4]通過(guò)對(duì)隨州黑龍?zhí)督鸬V石英進(jìn)行Rb-Sr同位素測(cè)年，認(rèn)為該金礦床形成于早白堊世中期；胡俊良等[5]通過(guò)對(duì)湘東北七寶山銅多金屬礦床含礦石英脈中的石英礦物進(jìn)行Rb-Sr同位素測(cè)年，總結(jié)七寶山礦床成巖成礦年齡均在燕山期。可見(jiàn)采用石英Rb-Sr同位素法來(lái)厘定礦床的成礦時(shí)代是比較理想的。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

王家臺(tái)金多金屬礦區(qū)大地構(gòu)造位置處于華南板塊之南秦嶺—大別造山帶之武當(dāng)—隨州陸內(nèi)裂谷[6]。區(qū)域斷裂構(gòu)造主要為北西向，王家臺(tái)礦區(qū)位于吳山斷裂與新城—黃陂斷裂兩大斷裂之間，燕山期受到南北兩大板塊碰撞以及地體拼合增生，發(fā)育一系列逆沖推覆構(gòu)造、韌—脆性剪切帶及其分支剪切蝕變帶等[7]。王家臺(tái)礦區(qū)處于七尖峰雜巖體之三合店巖體東側(cè)外接觸帶，礦區(qū)東南緣毗鄰北西走向的黑龍?zhí)丁都诇蠑嗔眩渭?jí)斷裂、褶皺構(gòu)造較為發(fā)育，變質(zhì)作用強(qiáng)烈，且?guī)r體活動(dòng)為周緣眾多金、銀礦(化)點(diǎn)的形成提供熱源與動(dòng)力，同時(shí)也為本區(qū)金多金屬成礦提供較好的成礦條件[8-9]。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)背景

礦區(qū)地層主要為武當(dāng)巖群二段白云鈉長(zhǎng)片巖、白云石英片巖、淺粒巖，耀嶺河組綠泥鈉長(zhǎng)片巖、鈉長(zhǎng)陽(yáng)起片巖、黑云綠簾鈉長(zhǎng)片巖，陡山沱組含磁鐵礦絹云石英片巖和少量的第四系沖積物(圖1)。礦區(qū)斷裂構(gòu)造主要為北西—北北西向、北東—北東東向兩組，其中北東—北東東向斷裂與礦區(qū)金多金屬成礦作用關(guān)系密切。北東—北東東向斷裂的形成晚于北西—北北西向斷裂，該組斷裂傾向136°～167°，傾角32°～51°，斷裂延伸長(zhǎng)約60～300 m，寬一般0.2～1.5 m，斷裂破碎帶內(nèi)可見(jiàn)黑鎢礦化、黃鐵礦化石英脈和硅化、褐鐵礦化蝕變巖，在圍巖中發(fā)育不同程度的牽引褶皺、擠壓透鏡體，構(gòu)成礦區(qū)重要的容礦構(gòu)造。礦區(qū)巖漿巖為七尖峰雜巖體之三合店巖體，與圍巖陡山沱組一段呈侵入接觸關(guān)系，巖性主要為斑狀黑云二長(zhǎng)花崗巖，斑晶主要為鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石等。礦區(qū)內(nèi)巖脈較發(fā)育，主要有石英脈、煌斑巖脈、變輝長(zhǎng)輝綠巖脈等，其中與金多金屬礦化密切相關(guān)的是石英脈[5]。

圖1 王家臺(tái)礦區(qū)地質(zhì)略圖

2.2 礦體產(chǎn)出特征

區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)6條金銀鎢多金屬礦體，主礦體為Ⅲ、Ⅴ礦體。金銀鎢礦化產(chǎn)于北東—北東東向破碎蝕變帶中，礦石類型分為石英脈型、構(gòu)造蝕變巖型，主要圍巖蝕變類型為黑鎢礦化、褐鐵礦化、硅化、絹云母化等，以沿?cái)嗔殉涮畈l(fā)生交代作用后形成的蝕變巖和含礦石英脈為主要賦存載體，圍巖白云鈉長(zhǎng)片巖中節(jié)理裂隙較發(fā)育部位局部伴有不同程度黑鎢礦化、褐鐵礦化等蝕變。礦體特征見(jiàn)表1。

表1 王家臺(tái)礦區(qū)不同礦段各礦體特征表Table 1 Characteristics of ore bodies in different ore sections of Wangjiatai mining area

3 石英流體包裹體Rb-Sr定年

3.1 樣品采集

從王家臺(tái)金多金屬礦區(qū)中采集5件金銀鎢礦石樣品用于測(cè)試分析，樣品主要來(lái)自于王家臺(tái)礦區(qū)的Ⅲ、Ⅴ號(hào)金多金屬礦體，其中樣品WJT-1、WJT-2采自于Ⅲ號(hào)金多金屬礦體，樣品WJT-3、WJT-4、WJT-5采自于Ⅴ號(hào)金多金屬礦體，WJT-1為硅化、褐鐵礦化、黑鎢礦化蝕變巖夾黑鎢礦化石英透鏡體，WJT-2為黑鎢礦化、硅化蝕變巖，WJT-3和WJT-4均為褐鐵礦化、黑鎢礦化石英脈，WJT-5為黑鎢礦化石英脈，均為主成礦階段產(chǎn)物，礦石中石英呈脈狀、細(xì)脈狀、透鏡狀等形式出現(xiàn)，表面呈煙灰色，油脂光澤強(qiáng)烈，半自形—它形結(jié)構(gòu)。礦石中見(jiàn)少量的黃鐵礦、方鉛礦等硫化物，主要伴有黑鎢礦化、強(qiáng)褐鐵礦化蝕變。

3.2 樣品測(cè)試方法

第一步用水將金銀鎢礦石樣品進(jìn)行清洗，先放置風(fēng)干，然后將樣品研磨粗碎，將干凈的石英單礦物在雙目鏡下挑選出來(lái)，注意其純度需超過(guò)99%；第二步用蒸餾水對(duì)石英單礦物進(jìn)行多次沖洗，讓石英單礦物處于低溫狀態(tài)，待其蒸干后再進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試主要由武漢地質(zhì)調(diào)查中心同位素地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室(自然資源部中南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心)完成。主要的操作流程介紹如下(由樣品測(cè)試實(shí)驗(yàn)室提供)：①用6 mol/L超純HCL對(duì)挑選出的石英單礦物進(jìn)行加熱，然后清洗累計(jì)兩次，再用超純水將石英單礦物洗凈至中性，繼續(xù)放置烘干；②讓石英單礦物在烘箱內(nèi)處于120～180 ℃溫度條件下進(jìn)行爆裂反應(yīng)，主要是為了將次生包裹體去除；③在超聲波清洗機(jī)內(nèi)對(duì)處理后的石英單礦物用超純水進(jìn)行多遍清洗，待其烤干后備用；④再將處理后的石英單礦物加入到混合稀釋劑里，使用氫氟酸和高氟酸對(duì)其進(jìn)行分解全溶，結(jié)合離子交換法分離與純化Rb、Sr；⑤對(duì)樣品中的Rb、Sr含量與Sr同位素的比值通過(guò)同位素稀釋質(zhì)譜法來(lái)進(jìn)行分析測(cè)定。實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程均在超凈化實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展，采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)NSB-987、NSB-607和GBW04411逐一對(duì)分析流程的相關(guān)儀器工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，NSB-987的87Sr/86Sr同位素組成測(cè)定的平均值與證書(shū)值0.710 24±0.000 26(2σ)在誤差范圍內(nèi)一致，平均值為0.710 24±0.000 19(2σ)；NSB-607的87Sr/86Sr同位素組成測(cè)定的平均值與證書(shū)值1.200 39±0.000 20(2σ)在誤差范圍內(nèi)一致，平均值為1.200 25±0.000 04(2σ)；GBW04411的87Sr/86Sr同位素組成測(cè)定的平均值與證書(shū)值0.759 99±0.000 20(2σ)在誤差范圍內(nèi)一致，平均值為0.759 81±0.000 04(2σ)；全流程Rb、Sr空白值分別為0.9×10-9和1.6×10-9，等時(shí)線擬合計(jì)算采用Isoplot程序。

3.3 測(cè)定結(jié)果

王家臺(tái)金多金屬礦區(qū)的金銀鎢礦石中5件石英樣品Rb、Sr同位素測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。石英中Rb的含量變化范圍為0.818 9×10-6～2.128×10-6，Sr的含量變化范圍為0.541 3×10-6～2.223×10-6，87Rb/86Sr變化范圍為2.091～7.905，87Sr/86Sr變化范圍為0.715 68～0.727 65。對(duì)石英樣品進(jìn)行重復(fù)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示前后兩次測(cè)試結(jié)果吻合，也顯示出本次測(cè)試儀器的穩(wěn)定性和測(cè)試方法的可靠性。采用Isoplot程序計(jì)算出5件石英樣品的等時(shí)線年齡為(142±3) Ma(MSWD=1.9，n=5)，(87Sr/86Sr)i=0.711 54±0.000 15(圖2)。

表2 王家臺(tái)金多金屬礦區(qū)石英Rb-Sr年齡同位素分析結(jié)果Table 2 Rb-Sr age isotopic analysis of quartz inWangjiatai gold polymetallic deposit

圖2 王家臺(tái)金多金屬礦區(qū)石英Rb-Sr等時(shí)線圖Fig.2 Rb-Sr isochron diagram of quartz in Wangjiatai goldpolymetallic deposit

4 討論

4.1 成礦時(shí)代分析

由于前人在王家臺(tái)礦區(qū)未開(kāi)展過(guò)石英Rb-Sr同位素測(cè)年工作，結(jié)合前人對(duì)鄰區(qū)黑龍?zhí)督鸬V床中蝕變巖型礦石絹云母K-Ar同位素測(cè)年分析和主成礦期的石英包裹體進(jìn)行Rb-Sr同位素測(cè)年分析，得出成礦年齡為130～143.14 Ma，大致屬于燕山中晚期；結(jié)合區(qū)域上合河金礦、卸甲溝金礦的主成礦期礦石絹云母K-Ar同位素測(cè)年，得出成礦年齡為132.79～128.24 Ma，相當(dāng)于燕山中晚期。以上均代表了具有相同成礦背景的區(qū)域蝕變巖型礦石的成礦年齡。因此不管用作為金的載體礦物——石英，還是用作為區(qū)域礦化蝕變礦物——絹云母，兩種不同測(cè)年方法的結(jié)果均較為吻合。綜上所述王家臺(tái)金多金屬礦床成礦時(shí)代應(yīng)為早白堊世早期(燕山中晚期)，至少代表王家臺(tái)礦區(qū)該類型礦石屬于這一時(shí)期成礦。

4.2 成礦物質(zhì)討論

結(jié)合前人對(duì)鄰區(qū)典型金礦床的成礦物質(zhì)來(lái)源的認(rèn)識(shí)，李書(shū)濤等[10]認(rèn)為黑龍?zhí)丁饨鸬V田主要受區(qū)內(nèi)花崗巖漿熱源、變質(zhì)地層和脆—韌性剪切帶三種因素聯(lián)合控制；胡起生等[11]認(rèn)為黑龍?zhí)督鸬V區(qū)的破碎蝕變巖型礦體、石英脈型礦體，它們的流體包裹體均一溫度均顯示出由淺部到深部溫度從低變高的趨勢(shì)，進(jìn)一步指示含礦熱液的運(yùn)移方向從深部向淺部運(yùn)移，而對(duì)成因類型是石英脈型礦體而言，其均一溫度從西至東呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，間接表明黑龍?zhí)督鸬V的成礦流體來(lái)源主要來(lái)自巖漿熱液，運(yùn)移方向是由西至東運(yùn)移；冷雙梁等[12]通過(guò)對(duì)黑龍?zhí)督鸬V、合河金礦、王家大山金礦和吳山金礦等典型礦床中的礦體及圍巖的巖礦石微量元素分析對(duì)比研究，認(rèn)為成礦物質(zhì)來(lái)源主要來(lái)自于圍巖地層和七尖峰雜巖體，加里東期北西向韌性剪切帶與基性火山噴發(fā)為成礦作用奠定了良好基礎(chǔ)，印支期的陸內(nèi)造山運(yùn)動(dòng)以及伸展走滑構(gòu)造體系是礦床的主成礦階段，燕山期的七尖峰雜巖體活動(dòng)不僅提供了熱源，同時(shí)也提供了部分成礦物質(zhì)；彭三國(guó)等[4]結(jié)合黑龍?zhí)督鸬V區(qū)各類巖礦石金豐度變化、硫鉛氫氧等同位素組成，得出黑龍?zhí)督鸬V床成因主要與燕山期巖漿活動(dòng)、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)緊密相關(guān)，巖體活動(dòng)為金礦成礦提供了充足的熱源與動(dòng)力；周豹等[13]通過(guò)對(duì)王家臺(tái)礦區(qū)黑鎢礦化石英脈的氫氧同位素測(cè)試研究，分析認(rèn)為成礦流體來(lái)源于巖漿水，后期可能伴有少量大氣降水加入。

分析礦區(qū)成巖成礦物質(zhì)來(lái)源的重要指標(biāo)之一是鍶同位素的初始比值[8]。本次實(shí)驗(yàn)87Sr/86Sr的初始比值為0.711 54±0.000 15，該值高于地幔87Sr/86Sr的初始值0.707，小于陸源硅酸鹽87Sr/86Sr的初始值0.720，表明王家臺(tái)礦區(qū)的成礦物質(zhì)來(lái)源于殼?；旌显磪^(qū)。

4.3 成因類型分析

考慮到王家臺(tái)金多金屬礦區(qū)中金、銀、鎢礦共生，而鎢礦化主要發(fā)生在高溫環(huán)境中，初步分析王家臺(tái)礦區(qū)成礦作用主要分為兩期：第一階段為燕山期巖體侵位過(guò)程中，高溫成礦元素鎢在巖漿熱液中聚集，然后逐漸分離出來(lái)向巖漿期后熱液富集遷移，后期由于溫度和壓力等物化環(huán)境發(fā)生變化，從成礦熱液中溢出大量CO2、CH4等氣體揮發(fā)分，此時(shí)成礦熱液pH值逐漸升高，使得鎢絡(luò)合物的穩(wěn)定性逐漸降低直至鎢礦物結(jié)晶析出；第二階段當(dāng)溫度降低至中低溫時(shí)，受到區(qū)域上北西向韌性剪切作用，原始的含礦建造——新元古代變質(zhì)地層在成礦熱液的長(zhǎng)期作用下，變質(zhì)地層中的金銀等成礦物質(zhì)不斷被萃取，成礦熱液沿著后期構(gòu)造通道不斷遷移，在溫度、壓力、pH、Eh值等物化環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)，熱液中的金銀等成礦物質(zhì)繼續(xù)富集沉淀直至最終成礦[14-15]。

結(jié)合相關(guān)研究分析認(rèn)為王家臺(tái)礦床為與燕山期巖漿熱液、構(gòu)造活動(dòng)相關(guān)的石英脈型、蝕變巖型金多金屬礦。

5 結(jié)論

(1) 王家臺(tái)金多金屬礦石英流體包裹體Rb-Sr等時(shí)線年齡為(142±3) Ma，成礦時(shí)代為早白堊世早期(燕山中晚期)，與前人在鄰區(qū)典型金礦床得到的主成礦期年齡大致吻合，表明主成礦期與鄰區(qū)是一致的，也說(shuō)明金銀鎢礦石石英流體包裹體Rb-Sr測(cè)年對(duì)于厘定石英脈型、蝕變巖型金多金屬礦床的成礦時(shí)代是可行的。結(jié)合石英87Sr/86Sr的初始比值為0.711 54±0.000 15，表明成礦物質(zhì)來(lái)源于殼?；旌显磪^(qū)。

(2) 通過(guò)開(kāi)展綜合研究認(rèn)為王家臺(tái)金多金屬礦為與燕山期巖漿熱液、構(gòu)造活動(dòng)相關(guān)的石英脈型、蝕變巖型金多金屬礦。