江西朱溪铜钨矿细粒花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和岩石地球化学研究

王先广, 刘战庆, 刘善宝, 王成辉, 刘建光, 万浩章, 陈国华, 张树德, 刘小林

(1.江西省国土资源厅, 江西 南昌 330025; 2.中国地质科学院矿产资源研究所, 北京 100037; 3.桂林理工大学地球科学学院, 广西 桂林 541004; 4.江西省地质矿产勘查开发局912大队, 江西 鹰潭 335001; 5.崇义章源投资控股有限公司, 江西 崇义 341300)

江西朱溪铜钨矿细粒花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和岩石地球化学研究

王先广1, 刘战庆2,3*, 刘善宝2, 王成辉2, 刘建光4, 万浩章4, 陈国华4, 张树德5, 刘小林5

(1.江西省国土资源厅, 江西 南昌 330025; 2.中国地质科学院矿产资源研究所, 北京 100037; 3.桂林理工大学地球科学学院, 广西 桂林 541004; 4.江西省地质矿产勘查开发局912大队, 江西 鹰潭 335001; 5.崇义章源投资控股有限公司, 江西 崇义 341300)

江西朱溪铜钨矿床是近年来在赣北地区发现的又一超大型矽卡岩型钨矿,矿床的形成与花岗岩类侵入体密切相关,矿区处于钦—杭结合带江西段塔前—赋春成矿带中部。该矿床的发现进一步证明了研究区建立的“南钨北扩”格局,然而前人对其成矿岩浆岩地球化学特征及侵入时代缺少必要的研究,直接制约了对这一格局的深入认识。本文选择朱溪铜钨矿区与成矿有关的细粒白云母花岗岩作为研究对象,结合详细野外地质工作和前人研究成果,首次采用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年方法获得了该岩体中锆石206Pb/238U加权平均年龄为 146.90±0.97 Ma(MSWD=0.55);并利用X射线荧光光谱和ICP-MS技术进行岩石地球化学分析,结果显示该岩体具有高硅、高碱、富钾、强过铝质的地球化学特征,属于典型的S型花岗岩,说明晚侏罗世早期在江南隆起一带存在一期与成矿作用有关的岩浆侵位事件,为研究朱溪超大型铜钨矿和区域上塔前—赋春成矿带成矿规律研究提供了新证据。

江西朱溪铜钨矿; 花岗岩; 岩石地球化学; LA-ICP-MS锆石U-Pb测年

近年来,江西武宁大湖塘、景德镇朱溪等钨矿找矿取得重大突破,这些突破不仅改变了江西“南钨北铜”的资源格局,同时也带来一系列的科学问题。例如,对于朱溪铜钨矿,成岩成矿时代如何？是一期成矿还是多期？钨、铜成矿机制是否相同？与赣南地区以黑钨矿为主相比,为何目前在赣北地区发现的钨矿多以白钨矿为主？这一系列的问题引起了众多同行的广泛关注。前人对朱溪铜钨矿床地质特征等已经做了初步的研究[1-4],认为矿床形成与燕山期中酸性侵入岩体关系密切。但目前对于矿区内与成矿作用有关的这些花岗岩岩体的研究相对较少,尤其是对其成岩年龄还缺乏准确的约束,对其地球化学特征缺少必要的限定。

本文选择朱溪矿区与成矿作用有关的细粒白云母花岗岩作为研究对象,在详细野外地质工作和室内研究的基础上,开展了高精度的激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)锆石U-Pb同位素测年以及X射线荧光光谱和ICP-MS技术岩石地球化学测试的研究等工作,准确约束并限定了成矿岩体的结晶时代及地球化学特征,为探讨塔前—朱溪—赋春成矿带区域内铜钨矿成矿作用时限及地球动力学过程提供参考。

1 矿床地质背景

图1 区域地质背景简图(据1∶50000塔前—赋春成矿带图修改,1991)Fig.1 Sketch map of the regional geology (Modified from 1∶50000 geological map of the Taqian-Fuchun metallogenic belt, 1991)

江西省朱溪铜钨矿位于赣东北塔前—赋春成矿带中部,塔前—赋春是一条呈北东向展布的多金属成矿带,位处钦(州)—杭(州)古板块结合带东段北缘,是宜丰—景德镇铜多金属成矿带的重要组成部分。该成矿带的地层主要由新元古代浅变质岩基底和晚古生代沉积地盖组成。变质岩基底由新元古代的泥砂质沉积岩夹火山岩组成,以一套千枚岩为主夹绢云母板岩、变质粉砂-细砂岩的岩石组合。沉积盖层由石炭系-白垩系组成,构成了单斜特征的断陷盆地。其中石炭系为一套灰岩、含碳灰岩夹白云质灰岩岩石组合,以角度不整合覆盖在变质基底之上;二叠系为一套海陆交替相的碎屑岩夹灰岩、灰黑色灰岩或泥灰岩夹镁质黏土岩、碳质泥岩夹灰岩、含煤碎屑岩组合;三叠系主要由灰岩和含煤碎屑岩组成;侏罗系-白垩系主要为陆相的砂砾岩、砂岩。塔前—赋春成矿带内及其邻区出露了不同岩性、岩相的岩浆岩,既有基性-超基性岩浆岩,也有中酸性岩浆岩;既有浅成-超浅成侵入相的岩脉、岩滴、岩株,也有隐爆角砾岩、火山岩。带内构造活动频繁,以新元古代和中生代的构造作用为主,影响范围极广。前者以紧闭线性褶皱、大型推覆构造和韧性剪切带为标志;后者以盖层褶皱、脆性断裂和断陷盆地为特征。在中生代,古太平洋板块向东亚陆缘的俯冲作用引起华南地区岩石圈的多阶段伸展。正是中生代这种强烈构造-岩浆活动,一方面地幔物质和热能量不断进入到地壳中,导致多期次的岩浆活动,促使成矿元素进一步迁移、富集于岩浆热液中;另一方面,广泛的岩浆活动也加速了成矿流体在其通道内循环或水岩反应,促使地层中成矿元素被活化、迁移,形成新的成矿流体,或对早期形成的矿床(点)进行叠加和改造。

朱溪矿区出露和隐伏的岩体众多,就岩性而言,主要有花岗岩、花岗斑岩、花岗闪长岩、二长岩、煌斑岩。其中花岗岩与花岗斑岩在地表规模小,多呈岩脉、岩株状,向深部有变大的趋势。花岗岩多呈浅白色或浅肉红色,多为等细粒结构。花岗斑岩多呈灰白色,似斑状结构,块状构造,斑晶以石英为主。花岗闪长岩主要见于钻孔中,地表零星出露,呈灰白、灰绿、深灰色,粒状、细晶半自形或微晶结构,块状构造。二长岩主要见于钻孔中,呈深灰-灰绿色,细粒状,半自形结构,块状构造。煌斑岩零星见于地表,呈青灰色,煌斑结构。斑晶主要为黑云母或角闪石。

2 样品及U-Pb同位素定年方法

花岗岩呈灰白色,块状构造,细粒花岗结构,矿物主要有石英(30%±)、斜长石(40%±)、白云母(10%±)和隐晶质碳酸盐矿物(15%±)组成。岩石中石英、长石晶体间隙充填大量碳酸盐、绢云母和破碎重结晶的长英质颗粒,可见岩石具普遍的绢云母化和碳酸盐化。部分斜长石具聚片双晶,方解石具菱形解理,局部可见放射状透闪石(图2)。

图2 朱溪铜钨矿ZK5406钻孔细粒花岗岩岩心(a)及显微镜下照片(b)Fig.2 (a) Photo of the granite in ZK5406 core of Zhuxi Cu-W mine deposit and (b) its microscopic feature Q—石英，Ms—白云母。

2.1 岩石地球化学测试

岩石地球化学主量元素和微量元素分析在国家地质实验测试中心完成,其中主量元素分析用3080EX射线荧光光谱仪完成,其中Fe2O3的计算公式为wFe2O3=wTFe2O3-1.11134wFeO。微量元素分析利用酸溶法将样品溶液制备好后,采用Element Ⅱ电感耦合等离子体质谱仪(美国Thermo公司)测定微量元素的含量,分析误差小于5%～10%。

2.2 LA-ICP-MS锆石U-Pb法同位素定年

岩石样品破碎至60～80目,用淘洗法选出纯度较高的单矿物。在双目镜下挑选出较为完整和透明度好的锆石晶体。将锆石用环氧树脂固定制靶,研磨锆石露出一个平整光洁平面并进行抛光,对靶中的锆石作阴极发光和背散射电子相分析。选取晶形较好,具有明显生长环带的锆石进行测试。锆石U、Th和Pb同位素分析是在中国地质科学院矿产资源研究所LA-ICP-MS实验室完成的,锆石定年分析所用仪器为Finnigan Neptune型LA-ICP-MS及与之配套的NewWave UP213激光剥蚀系统。采用单点方式剥蚀,分析前用锆石GJ-1进行调试仪器,锆石U-Pb定年以锆石GJ-1为外标,U、Th含量以锆石M127为外标进行校正[5]。为确保测试的精确度,测试过程中每测定5个样品前后测定2次锆石标样GJ-1进行校正,并测量1个锆石Plesovice来观察仪器运行状态是否良好。数据处理采用 ICPMS DataCal 4.3程序[6],测量过程中大多数分析点206Pb/204Pb>1000,未进行普通Pb校正,204Pb由离子计数器检测,204Pb含量异常高的分析点可能受包体等普通铅的影响,对204Pb含量异常高的分析点在计算时剔除,锆石年龄谐和图用Isoplot 3.0程序获得[7]。

3 元素地球化学特征和定年结果

3.1 主量元素和微量元素地球化学特征

采自ZK5406钻孔的细粒花岗岩5件样品(孔深各为2120.3、2130.3、2151.7、2166.8、2179.3 m)的主量元素、稀土元素和微量元素分析结果见表1。样品K2O+Na2O值为7.53%～8.68%,总体上富钾。A/CNK值为1.15～1.24,A/NK值为1.29～4.08,表现出过铝质特征。在K2O-SiO2图解中,样品落在高钾钙碱性系列的范围(图3a)。细粒花岗岩的稀土总量(ΣREEs)相对较低，ΣREEs=64.64×10-6～85.4×10-6,可能与样品发生蚀变有关。轻重稀土元素分馏较强,(La/Yb)N=9.49～10.08,平均值9.86;轻、重稀土元素内部之间分馏相对较弱,(La/Sm)N=2.97～3.33,平均值3.16,(Gd/Yb)N=1.87～2.13,平均值2.0。在稀土元素球粒陨石标准化配分图解上(图3b),稀土元素表现出右倾斜的的配分特征,朱溪岩体表现出明显的δEu负异常特征,δEu=0.59～0.62,平均值0.60。微量元素方面,岩石具有明显的Ba、Ti负异常,Nb呈轻微负异常,U、Pb明显正异常以及K的弱正异常。这些特征表明岩浆物质可能以壳源为主,显示了陆壳重熔花岗岩的特征。

表1 朱溪铜钨矿细粒花岗岩主量元素、微量元素分析结果

3.2 花岗岩锆石U-Pb定年结果

采集ZK4209钻孔中的细粒花岗岩(编号JXH30)进行锆石同位素年龄分析。样品中的锆石粒度介于20～150 μm之间,形态复杂多样,主要呈短柱状、板条状,极个别为浑圆状。在阴极发光照片上,大部分锆石具有典型岩浆锆石的韵律环带,个别具有残留核,可能为继承核或捕获核。为避免继承锆石对定年的干扰,确保定年的准确性,我们的测点尽量选择在锆石的边缘具有明显环带部位进行测试。

对朱溪铜钨矿区花岗岩(JX-H30)样品其中29粒锆石共测试了30个点。结果显示：锆石中Th含量为68×10-6～658×10-6,U含量为85×10-6～2629×10-6,Th与U值之间具有正相关性,且Th/U值介于0.19～1.60之间,大于0.1,表明了样品中锆石多为岩浆结晶产物[8-11]。除了8个测点偏离206Pb/238U和207Pb/235U值谐和线，视为无效点,其余22个测点206Pb/238U和207Pb/235U值谐和性较好,显示锆石在形成后U-Pb体系一直保持封闭状态,而测点10.1的206Pb/238U年龄为839M,属于继承锆石,其余21个测点值在206Pb/238U与207Pb/235U谐和图上比较集中,206Pb/238U年龄介于144～151 Ma之间,这21个测点206Pb/238U加权平均年龄为146.9±0.97 Ma(MSWD=0.55，见图4),代表了花岗岩的结晶年龄,属于岩浆侵位时的年龄,其形成时代属晚侏罗世。测点10.1年龄为839.20 Ma的锆石很可能属于花岗岩侵位时捕获或继承的元古代双桥山岩群中锆石或新元古代的岩浆锆石。

图3 朱溪铜钨矿细粒花岗岩SiO2-K2O图解(a)及稀土元素配分曲线(b)Fig.3 (a) The SiO2-K2O diagram and (b) REE patterns for the fine grained granite in Zhuxi Cu-W deposit

图4 朱溪铜钨矿花岗岩代表锆石阴极发光图及U-Pb定年结果Fig.4 Representative zircon CL images and U-Pb dating analyzed of zircons from the granite in Zhuxi Cu-W deposit

4 花岗岩形成的时代、成因及构造环境

4.1 花岗岩成岩年龄

对于塔前—赋春地区的岩浆岩,以往的研究认为成矿与燕山期侵入体有关,但缺乏精确的定年数据,仅20世纪80年代末对塔前、弹岭等少数岩体进行过同位素定年,且用的大多是K-Ar等技术手段,无法获得精确的成岩年龄以满足区域成矿规律研究的需要。本次研究对朱溪矿区的细粒花岗岩开展了LA-ICP-MS 锆石U-Pb定年工作,获得206Pb/238U加权平均年龄为146.9±0.91 Ma,代表了细粒花岗岩的形成年龄。值得注意的是,最近几年在江南隆起中、东段,包括赣北、赣东北、皖南等地的钨矿找矿工作取得较大进展,WO3资源量达到大型规模的有大湖塘、朱溪、东源、百丈岩、高家塝等。而与这些钨矿有关的岩浆岩成岩时代较为接近,如秦燕等[12]获得百丈岩钨矿床的成岩成矿年龄为130 Ma(与成矿有关的花岗岩SHRIMP锆石U-Pb年龄)和134 Ma(矿石中辉钼矿Re-Os年龄);周翔等[13]获得东源斑岩型钨钼矿床的成岩成矿年龄均为146 Ma;丰成友等[14]获得大湖塘矿床Re-Os同位素年龄为143.7±1.2 Ma和140.9±3.6 Ma;黄兰椿等[15]获得大湖塘似斑状白云母花岗岩锆石U-Pb年龄为144.2±1.3 Ma;钟玉芳等[16]获得大湖塘九仙塘中细粒黑云母花岗岩年龄为151.4±2.4 Ma。这与九瑞—鄂东南地区矿集区铜多金属矿床[17-21]成岩成矿年龄较为接近,而与赣南地区钨矿成岩成矿年龄较为不同,后者的成岩成矿年龄主要集中在160～150 Ma。这些年代学数据表明,在江南隆起可能存在130～150 Ma这样一期与岩浆活动有关的铜钨多金属成矿作用,同时也说明,从空间上,由赣南往赣北乃至皖南地区,钨矿成岩成矿时代可能具有逐渐变新的趋势。

4.2 花岗岩成因

朱溪细粒花岗岩样品的SiO2含量变化范围为72.05%～73.21%(平均72.73%);碱含量较高,K2O+Na2O值为7.53%～8.68%,总体上富钾;A/CNK值为1.15～1.24,属强过铝质特征。在K2O-SiO2图解中,样品落在高钾钙碱性系列的范围。稀土总含量不高,配分模式呈右倾斜型,轻重稀土元素分馏明显,Eu负异常特征明显,δEu=0.59～0.62。微量元素方面,细粒花岗岩具有明显的Ba、Ti负异常,Nb的轻微负异常,U、Pb明显正异常等。这些地球化学特征与典型富铝的华南壳源型花岗岩地球化学特征基本相同[22-25]。在TiO2-Zr图解中,样品点全投影在S型花岗岩区域。因此,在成因上朱溪细粒花岗岩属于强过铝质的S型花岗岩。

4.3 花岗岩形成的构造环境

花岗质岩石形成的构造环境多种多样,如岛弧造山带、活动大陆边缘、大陆碰撞带、板内造山带及大型逆冲断层带、大陆裂谷甚至大洋中脊等构造部位,而过铝质花岗岩的形成往往与陆-陆碰撞、深俯冲作用有关,为陆-陆碰撞过程中同碰撞早期挤压环境下地壳加厚及碰撞高峰期后的岩石圈伸展背景而发生部分熔融的产物。在Rb-Y+Nb花岗岩构造环境判别图解中,朱溪细粒花岗岩样品全部落入同构造碰撞带花岗岩区域(图5),说明朱溪花岗岩主要为同碰撞花岗岩,表明其形成于同碰撞环境。

图5 朱溪铜钨矿细粒花岗岩Rb-Y+Nb构造环境判别图解Fig.5 The Rb-Y+Nb discrimination diagrams of tectonic setting for the granite in Zhuxi Cu-W deposit

朱溪铜钨矿所处的钦杭成矿带地质构造演化复杂,经历了自元古代以来的多次造山作用,包括中新元古代为扬子地块和华南地块作用形成的俯冲碰撞造山带,在扬子板块东南缘形成了大规模岛弧岩浆岩带,并在岛弧的南北两侧形成了弧前盆地与弧后盆地,并在盆地中沉积了新元古代地层,在位于江南古陆的萍乐坳陷形成了双桥山岩群。进入印支—燕山期,该带成为陆内造山带,发育了一系列近东西向向北逆冲的逆冲—推覆构造，稍后叠加上东北向和北西向断裂—褶皱构造，基底岩系相互叠置,强烈隆升。

5 结论

在详细野外调查、岩心编录和岩矿鉴定的基础上,利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱技术(LA-ICP-MS)对朱溪铜钨矿床中成矿花岗岩进行了锆石U-Pb法同位素测年,并利用X射线荧光光谱、ICP-MS分析等方法进行了岩石化学测试,结果显示该岩体形成于146.90±0.97 Ma(MSWD=0.55),属晚侏罗世早期,具有高硅、高碱、富钾、强过铝质等岩石地球化学特征,为典型的S型花岗岩。分析认为区域上“南钨北扩”的成矿格局,而且从赣南往赣北,钨矿成岩成矿时代可能具有逐渐变新的趋势。由于朱溪铜钨矿只是塔前—朱溪—赋春成矿带中的一个矿床,只有将成矿带区域内所有矿点中成矿岩体的时代和岩石地球化学特征研究清楚之后,才能对该成矿带的成矿规律有全面的认识和理解。因此,今后应在成矿岩体的时代和地球化学特征以及成矿流体的特征方面加强研究。

致谢: 野外工作得到了江西省地质矿产勘查开发局912地质大队朱溪野外项目组的大力支持,张诚、魏锦等同志在野外取样过程中给予了帮助,在此一并表示感谢。

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LA-ICP-MS Zircon U-Pb Dating and Petrologic Geochemistry of Fine-grained Granite from Zhuxi Cu-W Deposit, Jiangxi Province and Its Geological Significance

WANGXian-guang1,LIUZhan-qing2,3*,LIUShan-bao2,WANGCheng-hui2,LIUJian-guang4,WANHao-zhang4,CHENGuo-hua4,ZHANGShu-de5,LIUXiao-lin5

(1.Department of Land and Resources of Jiangxi Province, Nanchang 330025, China; 2.Institute of Geology and Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China; 3.College of Earth Sciences, Guilin University of Technology, Guilin 541004, China; 4.No.912 Geological Team, Bureau of Geology and Mineral Exploration & Development of Jiangxi Province, Yingtan 335001, China; 5.Chongyi Zhangyuan Tungsten Investment Co., LTD, Chongyi 341300, China)

Zhuxi W-Cu deposit in northern Jiangxi Province is a recently found super large skarn W deposit. The formation of this deposit is closely related to granitic intrusions. The mining area is located in the central Jiangxi Taqian-Fuchun ore belt in Qin(zhou)-Hang(zhou) joint zone. The discovery of this deposit is further evidence for the model of the Southern tungsten North expansion. However, due to the lack of systematic geochemistry and geochronology of ore-related intrusions, the knowledge of this model is limited. Ore-related fine-grained muscovite granite was chosen as the research object for the study reported on in this paper. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of granite yielded a206Pb/238U weighted average age of 146.90±0.97 Ma (MSWD=0.55). These granitic rocks have high silicon, alkali and potassium, and are strongly peraluminous, which belongs to the typical S-type granite. This study has indicated that ore-related magmatism occurred at the late Jurassic in Jiangnan uplift and provides new evidence for the genesis of Zhuxi W-Cu deposit and metallogenic regularity of the Taqian-Fuchun metallogenic belt.

Jiangxi Zhuxi W-Cu deposit; petrologic granite; geochemistry; LA-ICP-MS zircon U-Pb dating

2014-04-18；

2015-08-30； 接受日期： 2015-09-10

江西省国土资源厅地质勘查基金(矿[2012]01-06)； 中央地质勘查基金(2013360010)； 国土资源部公益性行业科研专项(201411035)； 中国地质大调查项目——我国重要矿产和区域成矿规律研究(12120106633903)

王先广，高级工程师，主要从事矿产地质研究和地质勘查基金项目管理工作。E-mail: 13907090885@139.com。

刘战庆，博士后，主要从事构造地质与矿田构造的教学与科研工作。E-mail: lzqgygcx2008@163.com。

0254-5357(2015)05-0592-08

10.15898/j.cnki.11-2131/td.2015.05.016

P597.3; P588.121; O657.63

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