湘南大坊金银铅锌矿床花岗闪长斑岩锆石U-Pb定年、Hf同位素组成及其找矿指示意义

卢友月,付建明,谭仕敏,程顺波,郭赵扬,秦拯纬,刘邦定,马丽艳

LU You-Yue1,2,FU Jian-Ming1,2,TAN Shi-Ming3,CHENG Shun-Bo1,2,Guo Zhao-Yang4,QIN Zheng-Wei1,2,LIU Bang-Ding3,MA Li-Yan1,2

（1.中国地质调查局武汉地质调查中心，武汉430205；2.中国地质调查局花岗岩成岩成矿地质研究中心，武汉430205；3.湖南省地质调查院，湖南长沙410011；4.长江大学资源与环境学院，湖北武汉430100）

(1.Wuhan Centre of China Geological Survey,Wuhan 430205,China;2.Institute of granitic diagenesis and metallogeny,China Geological Survey,Wuhan 430205,China;3.Hunan Institute of Gedogical Survey,Changsha 410016,China;4.College of earth environment and water resources,Yangtze University,Wuhan 430100,China)

湘南地区位于东西向南岭成矿带和北东向钦杭成矿带交汇部位，是我国重要的有色金属矿产地，素有“有色金属之乡”之称誉[1]。区内分布有宝山、水口山-康家湾、铜山岭、柿竹园、黄沙坪、香花岭、瑶岗仙、芙蓉、新田岭、大坳等一大批中大型矿床（图1），主要矿种为钨、锡、铅锌、铜、钼等，矿床类型以热液脉型、矽卡岩型、云英岩型为主，与燕山早期花岗质岩体关系密切，主要产于花岗质岩体接触带及其附近围岩之中[1-4]。大坊金银铅锌矿床位于湘南地区有色金属成矿非常有利的坪宝铅锌多金属矿田西北部，为矿田的重要组成部分。与湘南地区主要矿床不同的是，大坊金银铅锌矿床成矿虽然也与花岗质岩体关系密切，但其矿种主要为金，其次为银铅锌等，矿床类型为中低温热液破碎—蚀变岩型[5]。

近十几年来的高精度测年（锆石SHRIMP U-Pb、锆石 LA-ICP-MS U-Pb、辉钼矿 Re-Os、云母Ar-Ar等）结果显示，湘南地区主要矿床成岩成矿年龄集中分布在150～160 Ma之间[6-27]，形成于南岭大面积高强度钨锡矿的爆发期[28-33]。相对而言，大坊金银铅锌矿床年代学研究工作较为薄弱，迄今为止，尚未获得高精度的成岩成矿年代学数据，这在一定程度上制约了对该矿床及区域成矿规律的认识。本文通过对大坊金银铅锌矿床花岗闪长斑岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学、矿物学和Hf同位素组成研究，探讨岩体成岩时代，推测岩浆岩源区，分析其与湘南地区燕山早期大规模成岩成矿作用的成因联系，为矿区及区域下一步开展工作提出建议。

图1 湘南地区岩体和主要矿床分布略图（据文献[1-3]修改）Fig.1 Distribution map of major plutons and deposits in Southern Hunan province

1 矿区地质特征

大坊矿区位于桂阳县城西约12 km，属桂阳县仁义镇管辖，大地构造位置处于南岭东西向复式构造带中段北缘与耒阳-临武南北向构造带的复合部位[34-35]，为南岭成矿带的重要组成部分。区内出露地层主要有下石炭统梓门桥组（C1z)、上石炭统-下二叠统壶天群（C2P1H)，中二叠统栖霞组（P2q)、当冲组（P2d)、上二叠统龙潭组（P3l)和第四系（Q)（图2）。其中梓门桥组（C1z）和壶天群（C2P1H）为主要赋矿层位。

矿区褶皱、断裂和节理均较为发育。矿区位于茅铺—张家坪复式向斜轴部及两翼；该复式向斜轴向北北东，由一系列近南北向的次级向、背斜组成，自西向东主要次级褶皱有腊树下背斜、八里冲向斜、猫儿岭背斜、邦里倒转向斜。断裂按走向可分为南北、东西、北北西、北西西、北东东五组（图2），其中北北西向断裂与成岩成矿关系密切，为矿区的导矿构造；北西西向断裂为矿区主要控矿构造，分布于猫儿岭花岗闪长斑岩中，地表含金黑土带及两侧的含金花岗闪长斑岩均受其控制。岩层中发育五组节理，以北西、北东、北东东向为主，北西西、南北向次之。构造控制了矿区岩浆岩和矿体的产出。

图2 大坊金银铅锌矿床地质图（据文献[5]修改）Fig.2 Geological map of the Dafang Au-Ag-Pb-Zn deposit

矿区地表在腊树下和猫儿岭出露两个小岩体，呈岩株、岩脉产出，岩体上大下小，局部呈蘑菇状超覆于白云岩之上，岩性主要为花岗闪长斑岩，次为石英斑岩，少量花岗斑岩。腊树下岩体沿北东向断裂侵入，地表为长条状的岩墙，似S形分布，倾向南东，倾角50°～65°，岩体上部具明显的分支，局部呈岩盖或蘑菇状，向下复合成较大的岩体。猫儿岭岩体沿北西向断裂侵入，岩体走向北西，倾向北东，侵入面上陡下缓，上部倾角60°～80°，下部倾角30°～50°，地表主体为椭圆形，向下变薄，呈不规则的岩脉状，常出现枝状分叉。根据深部钻探资料，深部隐伏一个较大的岩体，岩体群在地下连为一体，有分枝复合现象。

矿区围岩蚀变发育，有绢云母化、硅化、矽卡岩化、黄铁矿化、赤铁矿化、绿泥石化、大理岩化以及铁锰碳酸盐化等。绢云母化、绿泥石化发育于花岗闪长斑岩内接触带，硅化、矽卡化内外接触带均发育，绢云母化、硅化与银铅锌矿化密切相关。黄铁矿化、赤铁矿化、高岭土化、铁锰碳酸盐化分布于岩体接触带及其附近，与原生金矿化（体）紧密伴生，经风化后形成残积型金矿体（化）[5,36-37]。

2 矿床地质特征

截止2009年12月底，矿区共发现大矿体4个，小矿体84个，累计探获金属资源储量：Au6吨、Ag346吨、Pb3.8万吨、Zn3.3万吨，属于中型规模金银铅锌矿床。矿体严格受岩体和构造控制，构成猫儿岭和腊树下两个矿段。矿体形态、产状受控矿构造制约，按矿体产出的不同构造类型，可分为受接触断裂破碎带控制的矿体、受接触带砾岩带控制的矿体和受碎裂岩或裂隙控制的矿体三种类型。受接触断裂破碎带控制的矿体以猫儿岭103、106、101N号矿体为代表，矿脉受花岗闪长斑岩体与围岩接触部位的破碎带控制，走向上呈弧弯状。以103号矿体为例：北段走向北北东，中段转为南北—北北西，南段转为近东西，倾向 60°～100°，倾角 52°～64°，矿体呈脉状、板柱状、透镜状，厚0.80～8.16 m；走向长35～200 m，一般80～120 m，倾向延深100～200 m，在地表产于岩体与围岩的接触带，深部产于岩体的构造破碎带中，矿化主要富集于小的白云岩捕虏体及两侧的斑岩中。受接触角砾岩带控制的矿体产状受岩体与围岩接触部位出现的角砾岩带制约，为不规则脉状，在剖面上呈上宽下窄的楔形，部分为透镜状；矿体沿走向最大延伸约400 m，倾向最大延伸约165 m，以金银矿化为主，次为铅锌矿化。受碎裂岩或裂隙控制的矿体赋存于碳酸盐围岩和斑岩裂隙中，一般呈透镜状或薄脉状，规模较小，走向及倾向延伸均不大。

矿化不连续，变化较大，但在构造虚脱部位及构造裂隙发育地段，矿体厚度往往增大，并形成富矿包。矿石品位 Au0.80×10-6～5.31×10-6，Ag 17.00 ×10-6～400.21 ×10-6，Pb0.28% ～5.83% ，Zn 0.10%～6.82%。

金属矿物主要为自然金、含银自然金、银金矿、金银矿、方铅矿、闪锌矿，其次为黄铁矿、磁铁矿、毒砂、碲金矿、碲银矿；非金属矿物主要有石英、白云石、方解石、长石等。矿石结构较复杂，主要有它形晶结构、半自形～自形晶结构、乳浊状结构、胶状结构、交代溶蚀结构、压碎结构、显微霉群结构等。矿石构造主要有块状构造、土状构造、细脉状构造、浸染状构造、角砾状构造等[5,36-37]。

3 样品采集及测试方法

3.1 样品采集

用来挑选锆石的花岗闪长斑岩样品（14D43）采自大坊银金矿床腊树下矿段（坐标：112°37′51″E，25°45′39″N）（图 2），点处为矿床露天采场，见花岗闪长斑岩呈岩株、岩脉侵入于上石炭统-下二叠统壶天群（C2P1H)白云岩中，接触带附近围岩大理岩化发育。花岗闪长斑岩灰白色，似斑状结构，块状构造（图3a）。岩石镜下鉴定特征为：岩石主要由斑晶和基质组成，斑晶主要为斜长石、黑云母、角闪石，大小一般0.5～2 mm，含量10%～15%；基质成分主要为斜长石、钾长石、石英、黑云母，大小一般0.05～0.1 mm，部分 0.1～0.2 mm，少量 0.02～0.05 mm；副矿物为磁铁矿、锆石、磷灰石。岩石轻碎裂，沿裂隙有方解石、石英、不透明矿物充填，蚀变明显，主要蚀变矿物为绢云母、方解石、高岭土、石英（图3b）。镜下鉴定命名为矿化蚀变花岗闪长斑岩。

锆石挑选由廊坊峰之源矿物分选技术服务公司利用标准重矿物分离技术分选完成。经过双目镜下仔细挑选表面平整光洁且具不同长宽比例、不同柱锥面特征的锆石颗粒，再将这些锆石粘在双面胶上，用无色透明环氧树脂固定，待环氧树脂固化之后对其表面抛光至锆石中心。在原位分析之前，通过反射光和CL图像详细研究锆石的晶体形貌和内部结构特征，以选择同位素分析的最佳点。锆石制靶、反射光、阴极发光照相均由北京锆年领航科技有限公司完成。

图3 大坊金银铅锌矿床花岗闪长斑岩岩石学（a）和矿物学（b）照片Fig.3 Photo（a）and micrograph（b）for the granodiorite porphyry from Dafang Au-Ag-Pb-Zn deposit Qtz-石英；Pl-斜长石；Bt-黑云母.

3.2 测试方法

锆石U-Pb测年在中国地质科学院矿产资源研究所LA-MC-ICP MS实验室进行。锆石定年分析所用仪器为Neptune型MC-ICP MS及其配套的Newwave UP 213激光剥蚀系统。激光剥蚀所用的斑束直径为32μm，频率为10Hz，能量密度约为2.5J/cm2，以He为载气。信号较小的207Pb，206Pb，204Pb(+204Hg)，202Hg用离子计数器接收，实现了所有目标同位素信号的同时接收并且不同质量数的峰基本上都是平坦的，进而可以获得高精度的数据。锆石颗粒207Pb/206Pb，206Pb/238U，207Pb/235U的测试精度(1σ)均为2%左右，锆石标准的定年精度和准确度在1%(1σ)左右。LA-MC-ICP MS采用单点剥蚀的方式，数据分析前用锆石GJ-1进行调试仪器，使之达到最优状态。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。以Plesovice锆石标样实时监控仪器的状态以保证测试的精确度。数据处理采用ICPMSDataCal4.3程序[38]。锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄权重平均计算均采用Isoplot/Ex_ver3 (Ludwig,2003)[39]完成。详细实验过程见文献[40]。

锆石Hf同位素分析在中国地质大学（武汉）GPMR实验室Neptune多接收MC-ICP-MS配套的GeoLas 2005剥蚀系统上进行。激光剥蚀所用斑束

直径为44μm，剥蚀过程中氦气作载气，将剥蚀产物从激光室运送到MC-ICP-MS的混有Ar气的气室。详细仪器条件和数据获取详见文献[41]。为了校正176Lu和176Yb对176Hf的干扰，取176Lu/175Hf=0.02656和176Yb/173Yb=0.79381为定值。采用173Yb/171Yb=1.13017和179Hf/177Hf=0.7325分别对Yb同位素和Hf同位素进行指数归一化质量歧视校正。锆石标样GJ-1的176Hf/177Hf标准值为0.282013±19[41]。对分析数据的离线处理（包括对样品和空白信号的选择、Lu-Yb-Hf同位素比值校正）采用软件ICPMSDataCal[38,42]完成。

4 分析结果

4.1 锆石LA-ICP-MS U-Pb分析结果

花岗闪长斑岩锆石阴极发光（CL）图像见图4a，锆石LA-ICP-MS U-Pb分析结果见表1。样品中锆石为浅黄色透明，自形－半自形，短柱－长柱状，长宽比为1～4。阴极发光（CL）图像显示（图4a），大部分锆石具有较好的振荡韵律环带结构，明显不同于变质锆石的内部结构特点[43]，为典型的岩浆结晶锆石。样品Th、U含量中等，Th含量为（107～1951）×10-6，U含量为（194～1235）×10-6，Th/U值除17号点（1.58）大于1之外，其它24个点（0.34～0.97）均小于 1，扣除异常点（17号）后其它24个点均值为0.56（表1）。样品所选的25个分析点主要位于岩浆环带清楚的锆石边部，其中22个点落在谐和线附近，206Pb/238U表面年龄集中分布在151～164 Ma，获得206Pb/238U加权平均年龄为155±2 Ma（N=22，MSWD=1.4）（图 4b），代表花岗闪长斑岩的形成时代。

图4 大坊金银铅锌矿床花岗闪长斑岩代表性锆石CL照片（a）和锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄谐和图（b）Fig.4 Cathodolumiescence(CL)images of representative zircon(a)and zircon LA-ICP-MS U-Pb Concordia plot(b)for the granodiorite porphyry from Dafang Au-Ag-Pb-Zn deposit

4.2 LA-ICP-MS锆石Hf同位素分析结果

在单颗粒锆石定年的基础上，对相同颗粒锆石进行了锆石Hf同位素分析（20个点）（图5），分析结果见表2。锆石176Yb/177Hf和176Lu/177Hf值范围分别为0.024705～0.067643和0.000572～0.001539，176Lu/177Hf值和其平均值（0.001）均非常低，说明锆石在形成以后，仅具有较少的放射成因的Hf积累，因而其εHf(t)值可以代表锆石形成时岩浆源区的Hf同位素组成[44]。20个点的锆石的εHf(t)值为-7.06～1.39，均值为 -2.51；两阶段模式年龄（TDM2）为 1116～1648 Ma，均值为 1361 Ma（图5）。

图5 大坊金银铅锌矿床花岗闪长斑岩锆石Hf同位素组成和模式年龄统计直方图Fig.5 Hisograms ofεHf(t)and Hf model ages of zircons for the granodiorite porphyry from Dafang Au-Ag-Pb-Zn deposit

5 讨论

表1 大坊金银铅锌矿床花岗闪长斑岩锆石L A-I C P-M S U-P b分析结果Table 1 Zircon LA-ICP-MS U-Pb age analysis results of zircons for the granodiorite porphyry from Dafang Au-Ag-Pb-Zn deposit

表2 大坊金银铅锌矿床花岗闪长斑岩锆石L u-H f同位素分析结果Table 2 Lu-Hf isotopic data of zircons for the granodiorite porphyry from Dafang Au-Ag-Pb-Zn deposit

表3 湘南地区燕山早期主要矿床成岩成矿年龄统计Table 3 The ages of mineralization and granodiorites related to deposits in Southern Hunan province at early Yanshanian

5.1 成岩时代

近年来，湘南地区一系列矿床的成岩成矿年龄得到厘定，集中分布在150～160Ma之间(表3)。包括湘南地区在内的南岭成矿带钨锡多金属成矿体系和区内广泛发育的燕山早期花岗岩有成因联系，其时空格架已经基本确定，两者在时空上耦合，与南岭成矿带当时岩石圈“伸展-减薄”为主的动力学环境有关[28-30]。

本文采用高精度锆石LA-ICP-MS U-Pb定年技术对大坊金银铅锌矿床花岗闪长斑岩进行了年代学研究，获得花岗闪长斑岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为 155±2 Ma（95%置信度，MSWD=0.024），年龄十分可靠，应代表了岩体的形成时代。大坊金银铅锌矿床花岗闪长斑岩也是南岭成矿带燕山早期大规模成岩成矿高峰期的产物。

5.2 岩浆岩源区

花岗岩的同位素组成是示踪其物源特征的重要手段之一。由于锆石Lu-Hf同位素体系有着很高的同位素封闭温度，Hf扩散系数明显低于其U和Pb扩散系数，锆石Lu-Hf同位素体系相对于U-Pb同位素体系更不易被后期流体或热事件所改造[44-46]。大坊金银铅锌矿床花岗闪长斑岩的锆石Hf同位素分析显示，εHf(t)值为 -7.06～1.39，峰值在-2.94左右；锆石两阶段模式年龄（TDM2）为1116～1648 Ma，峰值在1314 Ma左右。在εHf(t)-Age相关图解上，大坊金银铅锌矿床花岗闪长斑岩的大多数锆石Hf同位素组成落在球粒陨石与下地壳演化线之间(图6)。锆石Hf同位素两阶段模式年龄为1116～1648 Ma和εHf(t)值大部分为负值，表示该岩石主要来源于中元古代地壳部分熔融。点13.1和19.1对应的εHf(t)为正值（+1.39和+0.07），可能为该时期岩浆受到壳幔混合作用影响所致。区域上，湘南地区各时期花岗岩中均发现存在少量保存下来的中元古代的继承锆石或残留锆石，如燕山早期骑田岭岩体存在1634 Ma和1708 Ma残留锆石[47]，铜山岭岩体发现1753 Ma的继承锆石[48]，高坳背岩体发现1666 Ma的继承锆石[49]；印支期锡田岩体存在1648 Ma的继承锆石[50]，王仙岭岩体发现1695 Ma的继承锆石[51]，塔山岩体发现一组1013～1507 Ma的继承锆石[52]；加里东期雪花顶岩体发现1571 Ma的继承锆石[26]等。说明本区各时期花岗岩的形成与古老地壳物质参与有关，即可能与华南古老的陆壳基底有关[49,53]。

图6 大坊金银铅锌矿床花岗闪长斑岩锆石εHf(t)-Age相关图解Fig.6 Diagram ofεHf(t)versus zircon age for the granodiorite porphyry from Dafang Au-Ag-Pb-Zn deposit

5.3 找矿指示意义

湘南地区与燕山早期岩体有关的矿床按元素组合及其与相关岩体的关系大致可分为两大类已获得了大量学者的认可，但划分方案不尽相同[2,7,11,54-57]，本文综合上述学者的划分方案将其划分为以下两类：一类是与中酸性岩体（花岗闪长岩类）有关的铜、铅、锌、锑、金矿床，如水口山-康家湾铅锌金多金属矿床、宝山铜钼铅锌多金属矿床、铜山岭铜铅锌多金属矿床；另一类是与酸性岩体（花岗岩类）有关的钨、锡、铅、锌、铌、钽矿床，如柿竹园钨锡铋钼多金属矿床、瑶岗仙钨矿床、黄沙坪铅锌多金属矿床、新田岭钨钼矿床、芙蓉锡矿床、香花岭锡多金属矿床、大坳锡矿床。综合前人的研究成果及本文所描述的矿床地质特征、成岩与成矿的关系、花岗闪长斑岩成岩年龄和Hf同位素组成等资料，大坊金银铅锌矿床应属于与中酸性岩体（花岗闪长岩类）有关的铜、铅、锌、锑、金矿床，它们可能具有相同的成岩成矿背景[2,54-57]。

近年来，湘南地区与中酸性岩体（花岗闪长岩类）有关的铜、铅、锌、锑、金矿床在深边部找矿取得了很大进展：宝山矿区接替资源勘查（2006-2010）探获并评审备案（333）金属量：铜8.7万吨、铅锌72.7万吨、银717吨，金12.59吨；水口山-康家湾矿区接替资源勘查（2006-2010）探获并评审备案（333）金属量：铅锌51.71万吨、银607吨，金22.9吨[58]。2013年湖南有色局在水口山外围发现两层厚大矿体：第一层矿体上部为铜硫矿体、下部为铜铅锌矿体，铜硫矿体真厚度为12.53 m，品位Cu 0.67%、S 19.81%，Ag12.04×10-6，铜铅锌矿体真厚度为 4.03 m，品位 Cu 0.79%、Zn2.87% 、Ag9.20×10-6；第二层矿体为含铜磁铁矿体夹含铜矽卡岩，见矿累计真厚度达166.66 m，品位Cu 0.67%、Au 0.31×10-6、Ag11.16×10-6，本次工作探获 1 个中型规模铁铜矿体、多个小型铅锌金银矿体，初步估算，鸭公塘1号铁铜矿体新增资源量：铜22.23万吨，磁铁矿1334万吨（2015，中国地质调查快讯）。铜山岭矿区近年除了在铜山岭岩体南部探明了桥头铺钼矿外[9]，湖南省地质矿产勘查开发局418队在铜山岭矿区外围西北部施工了2个深部钻孔，均发现了具有工业价值的铜铅锌矿体并发现了隐伏岩体（内部资料），表明矿区在深边部找矿仍大有可为。大坊金银铅锌矿床基础地质研究及矿床深边部找矿勘探工作相对薄弱，加强其与宝山、水口山-康家湾、铜山岭等矿床的对比研究，对研究区域成岩成矿规律，指导区内下一步找矿具有重要意义。

6 结论

（1）通过锆石LA-ICP-MS U-Pb定年，获得大坊金银铅锌矿床花岗闪长斑岩年龄为155±2 Ma，属燕山早期侵位，为南岭成矿带燕山早期大规模成岩成矿高峰期的产物。

（2）锆石εHf(t)值介于-7.06～1.39间，平均值为-2.51，对应的两阶段模式年龄(TDM2)为1116～1648 Ma，均值为1361 Ma。结合湘南地区各时期花岗岩的继承锆石年龄，认为该花岗闪长斑岩主要来源于中元古代地壳部分熔融，且受到壳幔混合作用影响。

（3）大坊金银铅锌矿床与湘南地区与中酸性岩体（花岗闪长岩类）有关的铜、铅、锌、锑、金矿床可能具有相同的成岩成矿背景，加强其与区内成矿关系的研究，对下一步找矿具有指示意义。

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