江西盘古山钨矿床中基性岩脉地球化学特征及其年代学研究

周 瑶，陶建利，康小龙，陈郑辉，张永忠，贺根文

（1.江西省地质矿产勘查开发局 赣南地质调查大队，江西 赣州 341000；2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；3.江西省地质矿产勘查开发局 赣中南研究院，江西 南昌 330029）

江西盘古山钨矿床中基性岩脉地球化学特征及其年代学研究

周 瑶1，陶建利1，康小龙1，陈郑辉2，张永忠3，贺根文1

（1.江西省地质矿产勘查开发局 赣南地质调查大队，江西 赣州 341000；2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；3.江西省地质矿产勘查开发局 赣中南研究院，江西 南昌 330029）

江西省盘古山钨矿是南岭地区较为典型的石英脉型钨矿，为典型的“五层楼”模式矿区。矿区发育石英闪长玢岩和玄武玢岩两种岩脉。通过岩脉的地球化学研究和锆石LA-MC-ICPMS U-Pb定年研究，获得了该矿区石英闪长玢岩和玄武玢岩脉的同位素年龄，分别为（156.82±0.82）Ma（MSWD=1.06）和（76.93±0.47）Ma（MSWD=0.72）。该数据的成果与矿区的辉钼矿成矿年龄和隐伏花岗岩的U-Pb年龄对比显示，石英闪长玢岩是成矿期的岩浆活动，且与隐伏花岗岩为同期产物，可能对该区钨矿成矿作用起到一定的作用，而玄武玢岩脉则是成矿后的岩浆活动，对矿床起到破坏作用。

盘古山钨矿；中基性岩脉；成岩时代；地球化学特征

0 引言

江西省盘古山钨矿是赣南著名的钨矿之一，有近百年的开采历史，矿区的钨矿储量随着几十年的矿山生产探矿的工作，达到大型规模。矿山的开采深度近千米，随着资源的大量消耗，成为赣南钨矿危机矿山中的一个，而该区也是前人研究关注的热点，在矿床的成岩成矿年代学[1-2]、成矿流体包裹体[3-5]、矿物学特征[6]、稳定同位素地球化学特征[7]、氢氧同位素[8]等方面开展了较为详细的研究，为该矿区矿床成矿模式的研究，提供了较为详细的资料。但是该区与成矿有关岩浆岩的研究依然是薄弱环节，源于该区矿山生产探矿过程中，并没有揭露矿区深部的隐伏花岗岩，只是在矿区的地表和深部采矿中段揭露了中基性岩脉，而这些岩脉究竟与成矿的关系如何，为深部隐伏岩浆岩的演化产物，还是与深部岩浆无关呢？前人研究认为，燕山晚期玄武岩类在南岭地区发育较广泛，从侏罗纪至白垩纪均有发育。根据高精度同位素年代学测年数据，提出了中国东南部自白垩纪以来经历了六期地壳拉张，分别为140±Ma、125±Ma、105±Ma、90±Ma、70±Ma和50±Ma[9-10]。但该区中基性岩脉的存在是否为白垩纪以来的地壳拉张的产物；其次该区钨精矿中含有较高品位的碲元素，明显区别于赣南其他钨矿区，根据碲元素的地球化学特征，其来源于地壳深部或者地幔，这两者之间是否存在关系？这些影响该区钨矿成矿机制特征的问题还未解决。笔者依托全国危机矿山接替资源找矿专项项目进行地质考察工作，通过对坑道中揭露的中基性岩脉（石英闪长玢岩和玄武玢岩）进行仔细地观察，并采集样品进行了岩石主微量元素分析、锆石同位素年代学研究，以期获得中基性岩脉与矿化的关系为矿区成矿机制研究提供必要的依据。

1 区域地质背景

盘古山矿区位于武夷成矿带和南岭成矿带的交汇部位，处于南岭钨矿重要的矿集区于山钨多金属成矿亚带。

全区地层以广泛出露震旦系—泥盆系为特征，少量石炭系、二叠系、侏罗系、白垩系、第四系零星分布。震旦系—泥盆系为一套以变质砂岩、板岩为主的类复理石建造，间夹大透镜状结晶灰岩，是区内石英脉型钨矿床的主要赋矿围岩；石炭系以碳酸盐岩为主，间夹碎屑岩；二叠系—第四系为杂色—红色湖盆沉积，散布于断陷盆地内。（图1）

区内构造广泛发育，主要的构造形迹是断裂和褶皱。盘古山矿区位于新华夏系向斜构造带的东翼与北北东向构造带的交汇部位，区内构造复杂，被影像环形构造带包围，主要受北北东向构造带控制。

图1 江西省盘古山矿区区域地质简图Fig.1 Schematic regional geological map of Pangushan ore deposit in Jiangxi province1—第四系；2—白垩系；3—侏罗系；4—三叠系；5—二叠系；6—石炭系；7—泥盆系；8—寒武系；9—震旦系；10—青白口系；11—白垩纪侵入岩；12—侏罗纪侵入岩；13—三叠纪侵入岩；14—奥陶纪侵入岩

区内岩浆活动频繁而持久，其中燕山期是该区最为重要的岩浆活动期。大量出露以黑云母花岗岩为主的复式花岗岩体，如研究区西侧的大埠岩体，局部为白云母花岗岩，亦有介于两者之间的二云母花岗岩。

该区为南岭地区重要的钨矿矿集区，分布有盘古山钨矿、黄沙钨矿等大中型钨矿。

2 盘古山钨矿床特征

盘古山钨矿床是与花岗岩有关的高温热液石英大脉型钨矿床。矿区位于上坪背斜隆起区南端的西翼，靖石拗陷带西侧，仁风盆地以北，矿床受北东构造带与东西构造带复合控制而略呈北东、北西和近东西方向展布。矿区岩浆由深部的西南方向侵入，成矿母岩运移方向自南向北，由西往东，矿液活动中心受构造控制在中西部[11]。矿区花岗岩隐伏于矿床-115 m标高以下，矿区内出露的岩脉主要包括石英闪长玢岩和玄武玢岩脉。石英闪长玢岩脉分布在矿床西部，玄武玢岩脉基本上是沿F5断层充填发育]。

盘古山钨矿床产于燕山早期隐伏花岗岩的外接触带之震旦系及泥盆系地层中，矿床深部矿脉延伸进入隐伏花岗岩体内。矿脉总体走向延长1 300余m，矿床长、深、宽之比约为2∶2∶1；垂直向上三组矿脉自上而下呈收敛之势，且自北东向南西方向侧伏；水平方向由一系列NWW-SEE与NEE-SWW（近EW）走向的矿脉呈“X”状交叉展布。

3 岩脉的地球化学特征

根据典型矿床研究的需要，对矿区揭露的中基性岩脉进行了详细采集，分别在矿区的95 m中段采集1个样品（编号：pgs-95-m3-02）、215 m中段采集了4个样品（编号：pgs-215-m3-01、pgs-215-b1、pgs-215-b6、pgs-215-s1）、315 m中段采集1个样品（编号：pgs-335-J1），合计6个样品，pgs-215-b1为玄武玢岩，其他均为石英闪长玢岩。主量元素和微量元素的测试工作在国家地质实验测试中心进行。主量元素分析用：3080E X荧光光谱仪完成，其中Fe2O3的计算公式为W Fe2O3=WT Fe2O3—WFeO× 1.111 34。微量元素分析利用酸溶法将样品溶液制备好后,在ICP-MS ElementⅡ等离子体质谱仪上测定微量元素的含量，所用标样为GSR-1、GSR-2和GSR-3，分析误差小于5%～10%。

3.1 主量元素特征

盘古山矿区中基性岩脉的主量元素化学成分见表1。

石英闪长玢岩脉的样品中SiO2的含量均大于52%，含量在52.63%～55.27%之间，属于中性岩石，且从95 m-215 m-335 m中段，SiO2含量略有增加；FeO+Fe2O3含量在各中段中基本保持不变，FeO的含量随着高度的增加含量有所降低，而Fe2O3的含量在215 m中段明显升高，这说明随高度增加去氧化性明显增强而还原性减弱；K2O+Na2O的含量基本保持一致，没有明显的变化，而CaO含量随着高度的增加有明显降低的趋势；从95 m-215 m-335 m中段，吸附水H2O+的含量有所增加而CO2的含量有所减少，H2O++CO2含量基本保持不变。

在火成岩的SiO2-ALK分类命名图解（图2）上，样品投在亚碱性系列区域，且石英闪长玢岩脉的样品投在了辉长闪长岩中，而玄武玢岩脉的样品则投在了亚碱性辉长岩。在SiO2-K2O图解（图3）对亚碱性系列进一步对样品划分图解中，样品多数落在钾玄岩系列，只有一个落在了高钾钙碱性系列（pgs-215-b1）。

图2 矿区中基性岩脉的SiO2-ALK分类命名图解Fig.2 Name of SiO2-ALK classification diagram of Mafic dikes from Pangushan tungsten ore1—橄榄辉长岩；2a—碱性辉长岩；2b—亚碱性辉长岩；3—辉长闪长岩；4—闪长岩；5—花岗闪长岩；6—花岗岩；7—硅英岩；8—二长辉长岩；9—二长闪长岩；10—二长岩；11—石英二长岩；12—正长岩；13—副长石辉长岩；14—副长石二长闪长岩；15—副长石二长正长岩；16—副长正长岩；17—副长深成岩；18—霓方钠岩/磷霞岩/粗白榴岩

表1 盘古山钨矿中基性岩脉主量元素含量 %Tab.1 Contents of main elements of Mafic dikes from Pangushan tungsten ore

图3 矿区中基性岩脉的K2O-SiO2图解Fig.3 Illustration of K2O-SiO2of Mafic dikes from Pangushan tungsten ore

3.2 微量元素

盘古山钨矿中基性岩脉的微量元素化学成分见表2。

中基性岩脉中Ba含量较高，含量为389×10-6～1 090×10-6，平均为660×10-6；Rb含量为173×10-6～651×10-6，平均为356.17×10-6，Sr含量为56.5×10-6～237×10-6，平均为138.5×10-6，Rb/Sr比值在0.73～11.52，平均为3.68；另外Zr/Hf比值在34.24～36.68，平均为 35.58；Nb/Ta比值在 11.2～14.4，平均为12.78。

石英闪长玢岩脉样品的W元素含量为2.77×10-6～37.3×10-6，Sn含量为1.68×10-6～3.69×10-6，且从95-215-335中段，W含量明显升高，而Sn含量略有降低，显示了在不同的矿化空间上，W元素在上部矿化空间中相对富集，这与该区在中上部钨矿较为富集的地质特征比较温和，显示了W元素随热液发生向上运移和富集沉淀，表明石英闪长玢岩与钨矿的关系较为密切。

利用球粒陨石[12]对微量元素进行标准化处理，得到样品的原始地幔标准化蛛网图（图4）。图中反映中基性岩脉样品中，无论是石英闪长玢岩还是玄武玢岩，均具有较为相似的曲线特征。

图4 盘古山矿区中基性岩脉的微量元素原始地幔标准化蛛网图[12]Fig.4 Primitive mantle standardization of trace element spider diagram of Mafic dikes from Pangushan tungsten ore

表2 盘古山钨矿中基性岩脉的微量元素含量μg/gTab.2 The content of trace elements of Mafic dikes from Pangushan tungsten ore

3.3 稀土元素

盘古山钨矿中基性岩脉的稀土元素含量及相关参数见表3。球粒陨石标准化配分模式曲线见图5。

石英闪长玢岩稀土总量∑REE为（124.01～150.83）×10-6，平均141.98×10-6，LREE为（107.06～130.92）×10-6，平均123.32×10-6，HREE为（16.95～19.91）×10-6，平均18.67×10-6，LREE/HREE为6.32～7.01，平均6.6，（La/Yb）N为6.01～7.53，平均6.74，δEu为0.67～0.79，平均0.72，δCe为0.89～0.90，平均0.894。而玄武玢岩脉的稀土元素特征也基本一致，在稀土元素球粒陨石配分曲线上，这两者的曲线比较相似，均为表现为δEu亏损、轻稀土富集的右倾的配分模式（图5）。

表3 盘古山钨矿中基性岩脉的稀土元素含量 μg/gTab.3 Contents of rare earth elements of Mafic dikes from Pangushan tungsten ore

图5 盘古山矿区中基性岩脉的稀土元素球粒陨石标准化配分模型[13]Fig.5 Rare earth elements chondrite standardized distribution modelof diorite porphyrite from Pangushan Tungsten Ore

4 岩脉成岩年龄研究

为了获得较为详实的成岩年代学资料，在矿区的215 m中段分别采集了石英闪长玢岩和玄武玢岩的样品，进行了锆石LA-MC-ICPMS U-Pb定年，其中玄武玢岩（pgs-215-X）的样品采自215 m中段14线附近，而石英闪长玢岩（pgs-215-C）的样品在215m中段竖井口附近（图6）。

图6 玄武玢岩与石英闪长玢岩Fig.6 Basaltic porphyrite and diorite porphyrite（a）—样品pgs-215-X；（b）—样品pgs-215-C

用水和刷子将岩石样品表面的浮土刷洗干净，破碎至177～250 μm后，再用淘洗法选出纯度较高的单矿物。在双目镜下纯选出较为完整和透明度好的锆石晶体。从石英闪长玢岩和玄武玢岩的样品中挑选出的锆石，粒度介于20～150 μm，形态复杂多样，主要呈短柱状、板条状，极个别为浑圆状。将待测锆石用环氧树脂固定制靶，研磨锆石露出一个平整光洁的平面并对其进行抛光，并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（图7、8）开展测试工作。为了获得更多的锆石信息，尽量选择锆石的边缘部位进行测试，避免继承锆石对测年的干扰，确保定年的准确性，故将测点尽量选在明显的岩浆环带上。锆石测试分析是在中国地质科学院矿产资源研究所LAICP-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[14]。为确保测试的精确度，测试过程中每测定10个样品前后测定两次锆石标样GJ-1进行校正，并测量一个锆石Plesovice来观察仪器运行状态是否良好。数据处理采用ICPMSDataCal4.3程序[15]，测量过程中大多数分析点206Pb/204Pb＞1 000，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是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[16]。

图7 玄武玢岩脉中锆石的阴极发光图像及测点位置Fig.7 Cathodoluminescenceimagesofzirconandsiteofanalyzedpointinthebasalticporphyritedike

锆石U-Pb同位素分析结果见表4、5。由分析结果可知，玄武玢岩中11颗锆石的年龄位于谐和线上（图9），谐和度良好，说明锆石结晶后U-Pb体系保持封闭，没有受到后期事件的破坏和影响，206Pb/238U加权平均年龄为（76.93±0.47）Ma（MSWD=0.72）。石英闪长玢岩体中12颗锆石的年龄位于谐和线上（图10），206Pb/238U加权平均年龄为（156.82±0.82）Ma （MSWD=1.06）。

表5 盘古山矿区石英闪长玢岩的LA-MC-ICPMS锆石U-Pb同位素分析结果Tab.5 Analysis results of LA-MC-ICPMS zircon U-Pb isotope of dioritic porphyrite from Pangushan ore deposit

图9 盘古山矿区玄武玢岩LA-MC-ICPMS锆石U-Pb年龄谐和图Fig.9 Age harmonic figure of L A-MC-ICPMS zircon U-Pb isotope of basaltic porphyrite from Pangushan ore deposit

图10 盘古山矿区石英闪长玢岩LA-MC-ICPMS锆石U-Pb年龄谐和图Fig.10 Age harmonic figure of LA-MC-ICPMS zircon U-Pb isotope of diorite porphyrite from Pangushan ore deposit

5 讨论

（1）关于岩脉成岩年龄。盘古山钨矿床发现的中基性岩脉，包括石英闪长玢岩和玄武玢岩，两种岩脉在已开拓的中段均能见到，岩脉形态简单，石英闪长玢岩往深部分支条数增多，形态也较上中段复杂，两种岩脉都分布在矿区最为重要的石膏窝大断层带（F5、F7）附近，大致以一定的交角切过南组矿脉，产状呈NEE走向及近EW向，倾向SE，倾角70°以上，与矿脉的倾向和倾角比较一致，分布在矿床西部，而玄武玢岩脉基本上是沿F5断层充填发育。作为矿区最为重要的断层（F5断层），其在盘古山钨矿的前人工作中认为与矿化关系密切，不仅成矿后切断了矿脉，而且在成矿前和成矿期也起到了非常重要的作用，因此判断作为断层中的充填物-玄武玢岩和石英闪长玢岩究竟代表了什么时期的产物，对该区的深部找矿具有重要的意义。本文通过锆石年代学的测定，显示盘古山矿区石英闪长玢岩和玄武玢岩脉锆石的Th/U比值均大于0.1，许多样品的Th/U比值大于或接近0.5，显示锆石属于岩浆成因，对这些锆石的年龄测试结果，能够代表岩脉的成岩年龄。根据锆石LA-MC-ICPMS U-Pb定年测试结果显示，石英闪长玢岩的加权平均年龄为（156.82±0.82）Ma （MSWD=1.06）、玄武玢岩脉的加权平均年龄为（76.93±0.47）Ma（MSWD=0.72），均为可靠的同位素年龄资料，显示了这两套岩脉均为燕山期的产物，分别代表了两期的岩浆活动，一期为燕山早期的岩浆爆发期的产物。另一期为燕山晚期华南东部沿海火山活动的产物。

（2）关于岩脉与成矿关系。盘古山钨矿的成矿年代学根据辉钼矿Re-Os测试结果显示，基本确认了该区的成矿年龄，即根据盘古山矿区2条不同的含矿石英脉，所获得的辉钼矿Re-Os同位素等时线年龄分别为（157.75±0.76）Ma和（158.8±5.7）Ma，表明其辉钼矿的成矿时代为晚侏罗世，可认为该区的成矿年龄为157.75～158.8 Ma[1]，与该区钨矿关系密切的隐伏花岗岩的U-Pb年龄为（161.7±1.6）Ma[2]。而中基性岩脉测试结果显示，玄武玢岩脉的年龄代表了矿区主要断裂最后的张开活动时期，而石英闪长玢岩的年龄则与辉钼矿年龄相差较少，根据矿区的地质特征显示，测试的石英闪长玢岩脉，与石英脉的产状基本一致，而且石英闪长玢岩脉侧还存在着钼矿化，因此可以说明石英闪长玢岩脉至少在钨矿的形成过程中起到了一定的作用，特别是在硫化物阶段，显示了矿质来源是一个长期稳定，而且深部来源的供给，这也能够为矿区中出现了碲矿化给出的解释。在矿区成矿相对晚期，氧化物阶段（黑钨矿）矿物沉淀过程后期由于矿区深部的构造-岩浆活动，为矿区矿质溶液中带来了深部物质，使得矿区的硫化物期产生了大量辉铋矿-辉钼矿组合，同时由于溶液性质的改变也进一步改造了矿脉中早期沉淀的黑钨矿，这可能是矿区大量出现白钨矿并交代黑钨矿的原因，同时矿物的沉淀过程中吸收了来自深部流体中的碲元素。

（3）关于成矿动力学与大地构造背景。基性岩脉作为地幔信息的重要载体，对研究区域大地构造演化具有重要意义。其位于太平洋板块与欧亚板块的结合部位，广泛分布有北北东向晚中生代的花岗岩类和火山岩类，并且晚中生代发生了大规模成矿，其地球动力学背景一直受到国内外地质研究学者的极大关注。前人对花岗岩类和火山岩类及其与成矿关系进行了大量研究，取得大量研究成果，其中之一就是近年来发现了中国东部晚中生代以来的构造大转折—岩石圈大减薄—成矿大爆发[17]。随着晚白垩世A型花岗岩和“红盆”的研究，认为晚白垩世中国东南部处于大陆伸展和地壳拉张已不容置疑[18-20]。印支运动使得中国东南部各地块拼合，燕山期的基性岩脉发育于中国东南部地块，为地壳拉张的产物，认识到80～90 Ma的基性岩脉可能代表一次重要地壳拉张，但多集中沿海（琼南、金门）和粤北地区[21-24]。中国东南部内陆虽然缺少晚白垩世A型花岗岩，但发育类似于沿海一带的“红盆”和80～90 Ma基性岩脉和基性岩体，前者代表地壳拉张的产物，与中国东南部其他地区类似；后者代表软流圈上涌、岩石圈伸展和地壳拉张的产物[9]。赣南地区在燕山晚期，为稳定的内陆区，但其大量分布的白垩纪断陷盆地，显示了燕山晚期的构造活动，前人因此将中国东南部，划分为140±Ma、125±Ma、105±Ma、90±Ma、70±Ma和50±Ma[10]。而本次测试的结果显示盘古山钨矿的玄武玢岩成岩时代为76.9Ma，主要为第五期的地壳拉张活动。

6 结论

（1）根据石英闪长玢岩主量元素的测试结果表明，该岩脉在SiO2-ALK分类命名图上落入了辉长闪长岩系列,而玄武玢岩则落在了亚碱性辉长岩;稀土元素的资料显示，稀土元素球粒陨石配分曲线表现为δEu亏损、轻稀土富集的右倾配分模式。

（2）锆石中的Th/U比值可以指示锆石的成因。岩浆锆石的Th/U比值一般大于0.5，而变质老锆石的Th/U比值一般小于0.1。盘古山矿区石英闪长玢岩和玄武玢岩脉锆石的Th/U比值均大于0.1，许多样品的Th/U比值大于或接近0.5，显示锆石属于岩浆成因，对这些锆石的年龄测试结果，能够代表岩脉的成岩年龄。根据锆石LA-MC-ICPMS U-Pb定年测试结果显示，石英闪长玢岩的加权平均年龄为（156.82±0.82）Ma（MSWD=1.06）、玄武玢岩脉的加权平均年龄为（76.93±0.47）Ma（MSWD=0.72），均为可靠的同位素年龄资料。

（3）锆石同位素年龄数据的测试结果显示，该区的玄武玢岩和石英闪长玢岩分别形成于晚白垩世和中侏罗世，代表了南岭地区为燕山早期和燕山晚期的代表软流圈上涌、岩石圈伸展和地壳拉张的产物。

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Geological Characteristics and Chronology Study for the Intermediate-basic Dyke of Pangushan Tungsten Ore Deposit

ZHOU Yao1,TAO Jian-li1,KANG Xiao-long1,CHEN Zheng-hui2,ZHANG Yong-zhong3,HE Gen-wen1
(1.South Jiangxi Geological Surveying,Jiangxi Geological Bureau,Ganzhou 341000,Jiangxi,China；2.Institute of Mineral Resources Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037,China;3.Central South Geological Surveying Institute,Jiangxi Geological Bureau,Nanchang 330029,Jiangxi,China)

Pangushan tungsten deposit located in Nanling area,is a typical quartz vein-type ore,which is characteristic of the so-called"Five-floored"ore type.The mining area develops quartz diorite porphyrite dike and basaltic porphyrite dike.The ages for the quartz diorite porphyrite and basaltic porphyrite were obtained,(156.82± 0.82)Ma (MSWD=1.06)and (76.93±0.47)Ma (MSWD=0.72)respectively,by studying the geochemical characteristics of the dykes and Zircon LA-MC-ICPMS U-Pb dating.The results of data compared with data of the molybdenite metallogenic age and concealed granite U-Pb age show that the quartz diorite porphyrite is derived from the Metallogenic period of magmatic activity,which is of the same period as the concealed granite product.It may be related to the area of tungsten mineralization.While the basaltic porphyrite dykes is after the ore-forming magmatic activity,which had the damage effect to the deposit.

Pangushan tungsten ore;Mafic dikes;diagenetic age;geochemical characteristics

P618.67；TF041

A

10.3969/j.issn.1009－0622.2015.05.002

2014-12-08

全国危机矿山接替资源找矿项目（[2008]204号）；科技支撑项目（2011BAB04B07）；深部探测与实验研究项目（201311165）

周瑶（1986-），女，湖北潜江人，助理工程师，主要从事矿产地质勘查与找矿方法研究。

陈郑辉（1973-），男，福建霞浦人，副研究员，主要从事区域成矿规律、深部探测技术方法研究。