粤北两类钨矿的成矿时代——以棉土窝和禾尚田为例

武国忠, 王登红, 胡耀国, 王成辉

(1.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院, 北京 100083; 2.广东省地质调查院, 广东 广州 510080; 3.中国地质科学院 矿产资源研究所, 北京 100037)

粤北两类钨矿的成矿时代
——以棉土窝和禾尚田为例

武国忠1,2, 王登红3, 胡耀国2, 王成辉3

(1.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院, 北京 100083; 2.广东省地质调查院, 广东 广州 510080; 3.中国地质科学院 矿产资源研究所, 北京 100037)

粤北地区广泛分布着 石英脉型钨锡多金属矿床, 根据围岩的差异可分为两类: 一类以南雄县棉土窝钨 矿床为代表, 该矿床以寒武系砂岩地层、中粗粒花岗岩为成矿岩体围岩, 以细粒花岗岩为成矿岩体, 锆石 U-Pb 法测得细粒花岗岩的成岩年龄为 153.82±0.96 Ma 和 146.95±0.84 Ma, 辉钼矿 Re-Os 等时线法测得矿床的成矿年龄为 150.5±1.4 Ma, 黑云母Ar-Ar等时线法测得成矿年龄为 151.0±1.2 Ma, 从而得出棉土窝钨矿床的成矿时代为晚侏罗世, 同时由于前人测得中粗粒花岗岩的年龄为 230±2.3 Ma, 属印支期, 证明了印支期花岗岩也可作为石英脉型钨矿的围岩; 另一类石英脉型钨矿床以乐昌禾尚田为代表。该矿床以泥盆系灰岩为围岩, Ar-Ar 法测得其成矿年龄为 161.1±1.1 Ma, 证明其成矿时代也为晚侏罗世。这两类实例证明了粤北地区钨矿床与晚侏罗世侵入岩关系密切, 印支期花岗岩与泥盆系灰岩中也可赋矿, 这对该地区寻找类似钨矿床有重要的指导意义。

晚侏罗世; 印支期; 灰岩; 石英脉型钨矿; 测年

粤北地区矿产资源丰富、勘查历史悠久, 南雄县棉土窝钨矿床于 1918 年发现, 但未进行地质调查; 1958 年 5 月, 原广东省地质局 722 队进行了踏勘; 1959 年 11 月, 广东省有色金属地质勘查局 932 队对其进行了勘探, 探明 WO3储量 4000 多吨; 2006 年,广东省有色金属地质勘查局 932 队对其进行储量核查, 查明 WO3储量还剩 1000 吨左右。可见棉土窝矿床作为老矿山, 资源储量正在枯竭, 为寻找后备资源, 对棉土窝矿床进行深部及外围的勘查、成矿规律研究尤为必要。

而乐昌禾尚田钨矿床则是新发现的矿床, 2010 年以前, 作为矿点, 一直未有找矿突破。2010年 8 月以后, 广东省地质调查院与广东省广晟资产经营有限公司开展合作勘查, 投入了较多深部钻探 的 工作 量, 成绩 不断 扩 大, 目 前钨矿 规模 已控制至大型以上, 锡、铅、锌、锑、金等伴生组分都有分布。

1 成矿地质特征

粤北地区是南岭有色金属成矿带的重要组成部分, 隆起区出露大面积燕山期花岗岩, 也零星分布有印支期花岗岩, 坳陷区则覆盖着巨厚的古生代-中生代地层。

棉土窝钨矿床是粤北地区典型的石英脉型钨矿床, 区内地层主要为寒武系砂页岩, 出露面积较小;岩浆岩为中粗粒花岗岩与细粒黑云母花岗岩(图 1),出露面积约占矿区总面积的 90%; 中粗粒斑状黑云母花岗岩呈不规则岩枝状侵入寒武系砂页岩中, 被后期细粒黑云母花岗岩自北西向南东斜交侵入, 另有辉绿岩脉、闪长玢岩脉、石英斑岩脉等产出。矿区主要发育 NE 及 NW 向断层, 矿脉多数被错动; 裂隙以 NE 走向为主, 张剪性为主, 控制了矿化带的产出。矿区由棉南棉北、三叉水、木头坑 3个矿化带组成, 总体倾向 SE, 倾角 80°左右。矿脉局部形态较为复杂, 有分枝复合、尖灭再现和膨缩弯曲等现象,垂向上具“五层楼”分带特征(王登红等, 2010a, b; 许建祥等, 2008), 即上部为细脉带, 伴有少量石英-云母线, 中部为大脉带, 深部为尖灭带, 矿化逐渐变弱消失，这些矿脉自下而上产于细粒花岗岩、中粗粒花岗岩及寒武系砂页岩中，向下尖灭于细粒花岗岩中。矿床类型为石英脉型, 金属矿物为黑钨矿、黄铜矿、辉铋矿、辉钼矿、白钨矿等，非金属主要为石英及少量长石、黑云母、白云母、萤石等。矿石具自形、半自形晶粒结构和块状、放射状、条带状、浸染状构造。围岩蚀变以云英岩化为主, 其次为硅化、绿泥石化、绢云母化、钾长石化等(谭章文, 2011)。

图 1 棉土窝钨矿区地质简图(据王建新等, 2010①王建新, 姚展辉, 胡振华等. 2010. 广东省南雄市棉土窝钨矿核查区资源储量核查报告.略修改)Fig.1 Simplified geological map of the Miantuwo tungsten deposit

禾尚田钨矿床也是粤北地区的典型钨矿床之一,不同之处在于该矿床位于碳酸盐岩广泛分布的区域,整个矿区位于向斜中间部位, 矿区及周边未见任何岩体出露。赋矿地层主要为泥盆系天子岭组灰岩以及棋子桥组灰岩, 区内断裂构造主要为 SN 向断裂(图 2),矿带分布主要受断裂及次级断裂、褶皱控制, 矿体呈脉状产于天子岭组灰岩中。矿床类型为石英脉型钨矿。金属矿物主要有黑钨矿、白钨矿、锡石、黄铁矿、孔雀石等, 非金属矿物有方解石、云母、石英、萤石等。其中黑钨矿为微晶结构, 星点状、短柱状、块状构造; 而富含白云母的白钨矿为不规则粒状结构, 浸染状、星点状构造。矿区主矿种为钨, 伴生矿种为锡、铅锌、锑等。全区 WO3平均品位约 0.23%。围岩蚀变有大理岩化、硅化、黄铁矿化、萤石矿化等。

图 2 乐昌禾尚田钨矿区地质简图(据广东省地调院)Fig.2 Sketch map of the Heshangtian tungsten deposit

2 锆石 U-Pb 定年

本次研究仅对棉土窝矿区的岩石进行了锆石LA-ICP-MS U-Pb 年龄的测定, 由于含钨矿石的石英脉尖灭于细粒黑云母二长花岗岩中(图 3), 因此细粒花岗岩的形成年龄代表了成矿年龄，于是笔者采集了花岗岩样品(采样位置见图 1, 位于岩相界线处)进行测定。岩石主要矿物为石英、长石和黑云母。镜下石英颗粒大小不一, 呈它形粒状结构; 长石结晶颗粒局部较大, 呈自形-半自形板状, 普遍发育聚片双晶, 具简单定向性; 干涉色较强的矿物主要为黑云母, 产于石英、长石颗粒之间, 呈片状。

锆石阴极发光及年龄测定在中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室完成。本次选择了有代表性的 19粒锆石进行年龄测定, 锆石形态及测试点位见图 4, 详细分析方法见柳小明等(2007)、侯可军等(2009), 测试结果见表1、图 5。数据可分为两组, 第一组加权平均年龄为153.82±0.96 Ma(n=12, 加权平均方差=1.19), 第二组加权平均年龄为 146.95±0.84 Ma(n=7, 加权平均方差=1.07), 可见棉土窝矿床的成矿时代为晚侏罗世。

3 辉钼矿 Re-Os 等时线定年

图 3 棉土窝细粒黑云母二长花岗岩标本照片及显微照片Fig.3 Photo and microphotograph of the fine-grained biotite monzonitic granite in the Miantuwo deposit

图 4 细粒黑云母二长花岗岩中锆石的阴极发光图Fig.4 Cathodoluminescene (CL) images of zircons from the fine-grained biotite monzonitic granite

本次研究也采用辉钼矿 Re-Os 等时线法对棉土窝矿区进行了成矿年龄测定。在棉土窝矿区, 坑道内 V5矿体上能见到与黑钨矿共生的纯度很高的大块辉钼矿(图 6)。笔者选择了 6 块不同的辉钼矿标本(采样位置在 185 m 标高坑道中)进行 Re-Os 同位素测试, 年龄测定由中国地质科学院国家地质实验测试中心 Re-Os 同位素实验室完成, 分析流程与测试过程参见文献(杜安道等, 1994; 屈文俊和杜安道, 2003; 赵芝等, 2012), 测试结果见表 2。从图 7 的分析结果可以看出棉土窝矿床的成矿年龄为150.5±1.4 Ma(加权平均方差=0.89)。

4 黑云母、白云母 Ar-Ar 定年

笔者对棉土窝与禾尚田两个矿床都进行了 Ar-Ar法成矿年龄测定, 在棉土窝矿区采矿坑道内(图 1 所示, 采样位置位于 185 m 坑道 4 号矿脉处), 有呈大片状分布的黑云母脉充填于细粒花岗岩中, 由于石英脉中黑云母与黑钨矿共伴生, 故黑云母的形成年龄代表了棉土窝钨矿的成矿年龄，为此笔者采集了若干黑云母样品(图 8a)进行测年; 在禾尚田雪马田矿段 39 线ZK3902 地表, 广泛发育富白云母石英脉, 这些白云母线往下逐渐过渡为含黑钨矿的石英脉, 因此白云母的形成年龄代表了禾尚田钨矿的成矿年龄，于是笔者采集 了 3 块 脉 石 标 本 (采 样 位 置 坐 标 为 113°07′39″E, 25°06′55″N), 从中选择白云母作为测年对象(图 8b)。

表 1 棉土窝细粒黑云母二长花岗岩锆石 U-Pb 测年结果Table 1 Zircon U-Pb results of the fine-grain biotite granite in the Miantuwo deposit

图 5 细粒黑云母二长花岗岩中锆石 U-Pb 年龄谐和图(a, 第一组; b, 第二组)Fig.5 U-Pb concordia diagrams of the fine-grained biotite monzonitic granite (a, the first group and b, the second group)

对禾尚田和棉土窝矿区的云母样品分别进行实验, 选择纯度>99%的云母用超声波清洗, 然后将样品封进石英瓶中, 在核反应堆中用中子照射, 照射工作在中国原子能科学研究院的“游泳池堆”中进行,使用 B4 孔道, 中子流密度约为 2.60×1013n cm-2s-1。在石墨炉中对样品进行阶段性升温加热, 每加热 30 min,净化 30 min。使用多接收稀有气体质谱仪 Helix MC进行质谱分析, 对所有采集的数据进行质量歧视校正、大气氩校正、空白校正和干扰元素同位素校正后, 用 ISOPLOT 程序进行年龄计算, 年龄误差以 2σ给出。详细实验流程见有关文章(陈文等, 2006; 张彦等, 2006)。最终分析结果见表 3 和表 4, 通过对其正等时线年龄及坪年龄的计算, 测得棉土窝矿区成矿年龄为 151±1.2 Ma(加权平均方差=0.95)(图 9), 禾尚田矿区的成矿年龄为 161.1±1.1 Ma(加权平均方差= 0.22) (图 10)。

表 2 广东省棉土窝钨矿中辉钼矿 Re-Os 同位素数据Table 2 Re-Os isotope results of the molybdenites from the Miantuwo tungsten deposit in Guangdong

图 6 辉钼矿标本照片Fig.6 Photo of a hand specimen of molybdenite ore

图 7 棉土窝钨矿中辉钼矿 Re-Os 同位素等时线图Fig.7 Re-Os isotopic isochron diagram of the molybdenites from the Miantuwo deposit

5 成矿年龄地质意义讨论

对棉土窝矿区细粒黑云母花岗岩中的锆石、辉钼矿、黑云母年龄的测定, 均显示年龄为 150 Ma 左右。由于在棉土窝矿区，U-Pb 法测年用的细粒黑云母花岗岩样品为成矿母岩，Re-Os 法测年用的辉钼矿样品与黑钨矿共生于含矿石英脉中，而 Ar-Ar 法测年用的黑云母样品与黑钨矿共生于含矿石英脉中,因此 150 Ma 左右代表了棉土窝矿床的成矿年龄，属晚侏罗世。与细粒黑云母花岗岩接触的除了矿体外,还有中粗粒斑状花岗岩(图 11), 二者接触带明显。孙立强等(2011)测得中粗粒花岗岩成岩年龄为 230±2.3 Ma(加权平均方差=2.2), 属印支期。棉土窝矿区的石英脉型钨矿产于细粒黑云母花岗岩中, 同时此类花岗岩侵入于中粗粒斑状花岗岩之中。

根据以上分析推测棉土窝矿床的成矿年龄在150 Ma 左右, 成矿时代为晚侏罗世，成矿岩体为晚侏罗世花岗岩，作为成矿岩体围岩的印支期花岗岩是一种新的含矿层位。

图 8 棉土窝矿区黑云母标本(a)和和尚田钨矿区富白云母的石英脉岩石样品标本(b)Fig.8 Photos of the biotite sample from the Miantuwo deposit (a), and mica-rich quartz vein from the Heshangtian tungsten deposit (b)

表 3 棉土窝钨矿床黑云母样品40Ar-39Ar 法阶段性升温年龄数据表Table 340Ar-39Ar results of the biotites from the Miantuwo tungsten deposit

表 4 禾尚田钨矿床白云母样品40Ar-39Ar 法阶段性升温年龄数据表Table 440Ar-39Ar results for the muscovites from the Heshangtian tungsten deposit

图 9 棉土窝钨矿床黑云母40Ar-39Ar 阶段性升温正等时线(a)和40Ar-39Ar 坪年龄图(b)Fig.9 The time line isochrones chart by ascending temperature in40Ar-39Ar way (a), and the40Ar-39Ar plateanu age chart (b) of the biotites from the Miantuwo deposit

图 10 禾尚田矿床白云母40Ar-39Ar 阶段性升温正等时线(a)和40Ar-39Ar 坪年龄图(b)Fig.10 The time line isochrones chart by ascending temperature in40Ar-39Ar way (a), and the40Ar-39Ar plateanu age chart (b) of the muscovites from the Heshangtian deposit

图 11 棉土窝钨矿区中粒、细粒花岗岩并存的标本照片Fig.11 The photo of showing the contact of the co-exist medium-grained and fine-grained granites in the Miantuwo tungsten deposit

禾尚田钨矿区的富白云母石英脉 Ar-Ar 坪年龄为161.1±1.1 Ma, 反映禾尚田矿区存在晚侏罗世的成矿热液侵入事件, 而富白云母石英脉中富含白钨矿, 这些矿脉向深部过渡为含黑钨矿的石英脉, 而这些矿脉均产于泥盆系灰岩中。 可见 161.1±1.1 Ma 可作为禾尚田钨矿区的成矿年龄，禾尚田钨矿床的成矿时代为晚侏罗世，作为矿体围岩的泥盆系灰岩也是一种新的含矿层位。

粤北地区其他钨矿床的年龄也为晚侏罗世, 如曲江瑶岭石英脉型黑钨矿中与成矿同期形成的白云母的40Ar/39Ar年龄为 149.44±0.73 Ma(翟伟等, 2011);杨晓君等(2008)测得始兴梅子窝钨矿区石英流体包裹体 Rb-Sr 等时线年龄为 150±5 Ma, 同时翟伟等(2010)测得与成矿作用同期形成白云母的40Ar/39Ar年龄为 155.9±0.6 Ma; 付建明等(2008)使用 Re-Os等时 线 法 测 得 始 兴 石 人 嶂 辉 钼 矿 年 龄 为 154.2±2.7 Ma。这些年龄数据均反映粤北地区普遍发生了晚侏罗世的岩浆侵入及成矿作用, 棉土窝钨矿床、禾尚田矿床的形成也不例外。

然而, 棉土窝钨矿床存在印支期岩体, 而且晚侏罗世侵入岩与印支期岩浆岩呈侵入接触关系(孙立强等, 2011), 成钨矿的石英脉主要尖灭于晚侏罗世的细粒花岗岩中, 说明晚侏罗世的岩体是成矿岩体, 而印支期岩体是成矿岩体围岩。禾尚田钨矿床的围岩为泥盆系灰岩, 这些新的含矿层位, 突破了锯板坑、梅子窝等类似的石英脉型钨矿床仅产于砂岩、板岩地层中的认识(肖光铭和邸文, 2011)。这在粤北地区印支期岩体、泥盆系灰岩中寻找石英脉型钨矿打开了先例, 扩大了粤北地区钨矿床深部、外围的资源前景。

6 结 论

通过多种方法对南雄棉土窝钨矿床成矿年龄进行了测定, 锆石 U-Pb 法测得棉土窝钨矿床成矿岩体的成岩年龄为 153.82±0.96 Ma 和 146.95±0.84 Ma,辉钼矿 Re-Os 等时线法测得与黑钨矿共生的辉钼矿成矿年龄为 150.5±1.4 Ma, 黑云母 Ar-Ar等时线法测得与黑钨矿共生的黑云母年龄为 151.0±1.2 Ma, 这些数据一致反映棉土窝钨矿床的成矿时代为晚侏罗世; 对乐昌禾尚田钨矿床富云母石英脉进行 Ar-Ar法测年的结果为 161.1±1.1 Ma, 也反映该矿区的成矿时代为晚侏罗世。

根据对成矿时代和成矿岩体及其围岩的分析,粤北地区石英脉型钨矿床的成矿时代集中于145~162 Ma；晚侏罗世细粒黑云母花岗岩为成矿岩体；印支期中粗粒黑云母花岗岩、泥盆系灰岩, 是两种新的含矿层位, 突破了以往仅在砂岩、板岩地层中寻找钨矿体的认识, 扩大了粤北地区钨矿的找矿远景。

致谢:值此陈毓川院士 80 华诞之际, 感谢先生为我国矿产地质科学发展作出的杰出贡献, 同时衷心祝愿先生身体健康, 寿比南山。本文在完成过程中得到了国家测试中心李超博士、中国地质科学院地质研究所陈文研究员、中国地质科学院矿产资源研究所陈郑辉、侯可军及天津地质调查院程天赦等的热心帮助, 审稿人提出了建设性的修改建议, 在此一并表示感谢。

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Metallogenic Epoch of the Two Types of Tungsten Ore Deposits: A Case Study of the Miantuwo and Heshangtian Deposits in Northern Guangdong

WU Guozhong1,2, WANG Denghong3, HU Yaoguo2and WANG Chenghui3
(1. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China; 2. Guangdong Geologic Survey Institute, Guangzhou 510080, Guangdong, China; 3. Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China)

There are many quartz vein-type tungsten polymetallic ore deposits in northern Guangdong which can be divided into two types according to their wall rocks. One type of the ore deposits is hosted in the Cambrian sandstones and coarse-grained granite while the tungsten polymetallic mineralization is closely related to the fine-grained granite, which is represented by the Miantuwo tungsten deposit. The age of fine-grain granite is dated to be 146.95±0.84 Ma/153.82±0.96 Ma, using zircon U-Pb method, while the molybdenite Re-Os isochrone and biotite Ar-Ar isochrone are 150.5±1.4 Ma and 151.0±1.2 Ma respectively, and thus the Miantuwo deposit was formed in the Late Jurassic. The other type of the ore deposits is hosted in the Devonian limestones with the Heshangtian tungsten deposit as a representative. The after type of ore deposits is different from the one aforementioned.39Ar/40Ar dating of the micas from the Heshantian deposit shows that the mineralization age is 161.1±1.1 Ma, i.e., the deposit was also formed in the Late Jurassic. That is the quartz vein tungsten ore deposits in northern Guangdong are closely related to the Late Jurassic granites. Indosinian granites and the Devonian limestones can be the country rocks of the ore veins in northern Guangdong, and therefore, attentions should be paid to above two types of country rocks in the future explorations.

Late Jurassic; the Indo-Chinese epoch; limestone; quartz vein tungsten deposit; dating

P597; P612

A

1001-1552(2014)02-0325-009

2013-10-16; 改回日期: 2013-11-28

项目资助: 广东省矿产地质与区域成矿规律综合研究项目(编号: 12120114075101)、广东省矿产资源潜力评价项目(编号: 1212011121016)、国家 深 部 探 测 工 程 专 项 (编 号 : SinoProb-03-01)、 国 家 科 技 支 撑 计 划 (编 号 : 2011BAB04B07)和 中 国 地 质 大 调 查 项 目 (编 号 : 1212011120989、1212010633903)联合资助。

武国忠(1981-), 男, 工程师, 在读博士生, 从事矿床地球化学研究。Email: wugzh04@qq.com