随县黄家沟钼矿床Re-Os同位素年龄及其地质意义

牛志勇, 冯久林, 向祥辉, 张 聪, 吕向志

(湖北省地质局 第八地质大队,湖北 襄阳 441002)

随县黄家沟钼矿床Re-Os同位素年龄及其地质意义

牛志勇, 冯久林, 向祥辉, 张 聪, 吕向志

(湖北省地质局 第八地质大队,湖北 襄阳 441002)

随县黄家沟钼矿床位于秦岭—大别造山带中段之桐柏造山带殷店镇,矿体赋存于晚太古代—早元古代桐柏山岩群变质岩中。通过对矿石中辉钼矿同位素测年分析,获得Re-Os等时线年龄(131.3±2.5)Ma,厘定其成矿时代为早白垩世。辉钼矿中的Re同位素含量特征显示,该钼矿的成矿物质可能来源于拆沉下地壳,属壳幔混合的产物。矿床在区域上与东秦岭—大别地区的斑岩型钼矿床的成因具有一定的可比性。

黄家沟钼矿;辉钼矿;Re-Os同位素定年;矿床成因

黄家沟钼矿床位于湖北省随州市随县殷店镇,经湖北省地质局第八地质大队初步勘查评价达中型规模。矿体赋存于桐柏山杂岩群表壳岩中,赋矿岩石以钠长变粒岩、浅粒岩为主,斜长角闪岩及大理岩次之。本研究利用高分辨电感耦合等离子体质谱仪(HR-ICP-MS)对黄家沟—尖水田钼矿的6件辉钼矿样品进行了Re-Os同位素年龄测定研究,以期精确厘定其成矿时代,揭示成矿物质来源,探讨成矿过程,为在该地区及周边进一步开展钼矿研究和勘查找矿提供理论借鉴。

1 成矿地质背景和矿床地质特征

1.1 成矿地质背景

研究区位于秦岭—大别造山带的中段桐柏造山带,向西以南阳盆地为界,与东秦岭造山带相接,向东以大悟—罗山断裂为界,与西大别造山带相连。大别造山带为秦岭造山带的东延部分,是扬子板块向华北板块俯冲碰撞的产物,有多个形成于不同构造环境、有着不同建造特征、不同变形变质和构造演化序列的地体,经多次聚合后拼贴形成的复杂构造带(图1)。

区内构造活动频繁,区域变形构造具有明显分区性:以新城—黄陂断裂为界,北东侧为桐柏山群变质岩分布区,以发育韧性、韧脆性剪切带为特征,褶皱构造形态十分复杂,总体呈NW向展布的背形构造;南西侧主要发育新元古界南华系武当岩群和耀岭河组之变质火山岩系,构造变形总体格架是以NW向倒转褶皱为主,后期NW向褶皱叠加于NWW向褶皱之上。断裂构造以新城—黄陂、新市—太山庙、青苔—封江口断裂规模最大,且基本呈等距离平行展布,走向NW—SE,倾向SW,倾角25°～70°,对本区成矿起明显的控制作用。

区内岩浆岩分布广泛,除桐柏杂岩中可恢复变质的花岗岩外,区内广泛发育燕山期的花岗岩体,局部见有燕山期闪长岩及各类脉岩。

1.2 矿床地质特征

1.2.1 赋矿层位

矿床位于新城—黄陂断裂的北侧,桐柏山隆起内。区内地层仅出露桐柏山群杂岩中的花岗质片麻岩和表壳岩。表壳岩呈条带状、透镜状分布于桐柏杂岩内的花岗质片麻岩(变质花岗岩)中,岩性以斜长角闪岩、大理岩、变粒岩和浅粒岩为主。

钼矿体主要赋存于以捕虏体形式存在的钠长变粒岩、浅粒岩中,斜长角闪岩及大理岩次之。矿化带两侧围岩主体均为花岗质片麻岩,两者为侵入接触关系。

图1 桐柏—大别地区地质构造略图(据杨泽强,2007[1],修改)Fig.1 Geological sketch map of Tongbai-Dabie area

1.中新生代地层(K-E);2.武当岩群、耀岭河组(PtW.、Nh2y);3.二郎坪群(Pt3-Pz);4.龟山岩组(Pt2g)、南湾组(Dn);5.肖家庙岩组(Z-O1x);6.秦岭岩群(PtQ.)、寒武系(∈);7.桐柏—大别变质杂岩(Ar3Pt1T-Ar3Pt1D);8.红安岩群(Pt3H.);9.白垩纪火山岩(K);10.石炭系(C);11.燕山期花岗岩(γ5);12.晋宁期花岗岩(γ2);13.大别造山带边界;14.断裂带及编号(F1.明港—固始深大断裂;F2.龟山—梅山断裂;F3.桐柏—商城断裂;F4.磨子潭—晓天断裂;F5.定远—八里畈断裂;F6.襄樊—广济深大断裂;F7.涩港—大悟断裂;F8.新县断裂;F9.商麻断裂;F10.新黄断裂);15.钼矿床位置;16.工作区位置及研究区矿床位置;I.华北地块;Ⅱ.大别造山带;Ⅲ.扬子地块。

1.2.2 矿体特征

主要工业矿体有9个,矿体延伸方向与区域构造线方向相一致,在平面上整体呈北西向展布,总体走向320°左右,倾向南西,倾角32°～56°。矿体厚度及品位变化较大。

矿石结构主要有他形—半自形粒状结构、交代残余结构、碎裂结构、自形鳞片状结构、叶片状结构;构造主要有浸染状构造、细脉状构造、角砾状构造、块状构造等。

矿石中主要金属矿物有辉钼矿、黄铁矿、斑铜矿、黄铜矿、闪锌矿、赤铁矿;非金属矿物有石英、钾长石、斜长石、黑云母等。地表所见赋矿岩石硅化强,常与黄铁矿化密切共生,辉钼矿一般呈细粒浸染状、细脉状分布于蚀变岩中,粒度一般<0.5 mm。

2 样品采集和测试方法

本次研究工作Re-Os同位素测年分析样品除HJ-TZ3采自于钻探工程中,其他5个样品均采自于槽探工程中,样品均为新鲜的原生矿石。其中2个样品采自钠长变粒岩中(HJ-TZ2、JS-TZ1),2个样品采自浅粒岩中(HJ-TZ3、JS-TZ2),1个样品采自斜长角闪岩中(HJ-TZ1),1个样品采自大理岩中(HJ-TZ4),辉钼矿均呈细粒浸染状分布。

样品测试由国家地质实验测试中心完成,矿石粉碎后在双目镜下人工挑选辉钼矿单矿物,辉钼矿质纯、无氧化、无污染。用酸溶法分解样品,样品使用富集的185Re和190Os混合稀释剂,采用卡洛斯管(carius Tube)溶样,丙酮萃取和分离Re,用蒸馏法分离纯化Os,用高分辨电感耦合等离子体质谱仪(HR-ICP-MS)进行测量。187Re的衰变常数1.66610-11a-1(1.02%),实验室全流程空白Re为1.4×10-12,187Os为0.037×10-12。

3 测试结果

黄家沟钼矿床6件Re-Os同位素样品测试结果如表1。辉钼矿的Re含量为(14.752±0.100)×10-6～(29.176±0.217)×10-6,平均(21.763±0.152)×10-6;187Re含量为(9.272±0.063)×10-9～(18.338±0.137)×10-6,平均(13.678±0.096)×10-6;187Os含量为(0.020 7±0.000 2)×10-6～(0.040 2±0.000 3)×10-6,平均为(30.17±0.22)×10-9。

表1 钼矿床Re-Os同位素样品测试结果表Table 1 Test result table of Re-Os isotopes of molybdenum deposits

注:1)测试单位为国家地质实验测试中心,分析者为李超、周利敏,技术负责为杜安道、屈文俊;2)Re和Os含量的计算误差包括稀释剂标定误差、质谱测量误差及质量分馏校正误差等。模式年龄的计算误差不仅包括稀释剂标定误差、质谱测量误差及质量分馏校正误差等,另外还包括187Re衰变常数K的不确定度(1.02%);3)普Os是根据原子量表(WIESER,2006)和同位素丰度表(Bohlkea,2005),通过192Os/190Os比值计算得出。

样品中Re、Os和187Os的含量远远高于全流程空白,因此,不会影响实验中Re、Os含量的准确测定,对等时线年龄计算的影响亦可忽略不计。

4 成矿年龄计算

经计算,辉钼矿Re-Os模式年龄介于(131.3±1.9)～(133.8±2.2)Ma,模式年龄加权平均值为(132.25±0.76)Ma(2σ),MSWD=0.85。6个样品拟合成一条直线,拟合度99.94%,得到辉钼矿的Re-Os等时线年龄为(131.1±2.5)Ma(2σ),MSWD=1.6,初始187Os值为(0.25±0.55)×10-9(图2、图3)。

图2 黄家沟钼矿辉钼矿Re-Os等时线年龄Fig.2 Re-Os isochronous age of Huangjiagou molybdenite

图3 黄家沟钼矿辉钼矿Re-Os模式年龄加权平均值Fig.3 Age weighted average of Re-Os model of Huangjiagou molybdenite

对上述结果和等时线图解作如下分析:

(1) 本次实验187Os初始值接近0,表明辉钼矿的187Os均由187Re衰变而成,符合Re-Os同位素体系模式年龄计算条件,加权平均年龄(132.25±0.76)Ma与等时线年龄(131.25±2.5)Ma较为吻合,说明所获得模式年龄可反映辉钼矿的结晶时间。

(2) 模式年龄加权平均值和等时线年龄的加权平均方差均<2.5,说明测试的结果十分可靠。

(3) 一般情况下,187Re和187Os的分析误差在±3%,年龄误差在3%～4%之间。当样品中187Os含量低(<0.1×10-9)时,分析误差可达10%,由此可造成较大的年龄误差(达±10%)[2]。据中国地质大学(武汉)蒋少涌2015年对黄家沟钼矿床中的辉钼矿进行Re-Os法测年得出其等时线年龄为(137.0±8.1)Ma,MSWD=1.10,初始187Os/188Os比值为(-0.4±2.0)×10-9,本次测试结果与前者测试结果在误差范围内一致,可以认为黄家沟—尖水田钼矿辉钼矿形成于早白垩世。

5 区域钼矿成矿时代对比

东秦岭地区钼矿主要形成于2个时段:其一为三叠纪晚期的碳酸盐脉型矿化,时限为(221.5±0.3)Ma;其二为东秦岭地区最为重要的大规模成矿作用时期,即广泛发生于侏罗纪—白垩纪之间的斑岩型—矽卡岩型矿化,时限在(144.8±2.1)～(132.4±2.0)Ma之间[3]。秦岭—大别地区钼矿床中辉钼矿Re-Os同位素对钼矿床测年比较精确,大别山地区的钼矿形成时代集中在142—112 Ma(表2)。

Re-Os等时线年龄揭示,黄家沟—尖水田钼矿床形成于(131.3±2.5)Ma,与秦岭—大别地区侏罗纪—白垩纪钼的成矿时代基本一致。

6 成矿物质来源示踪分析

关于辉钼矿中Re的含量示踪来源的问题,国内观点主要有:

毛景文等[7]在综合分析、对比了中国各类型矿床中辉钼矿的Re含量后认为,自幔源→壳幔混源→壳源,Re含量n×100×10-6→n×10×10-6→n×10-6呈数量级下降递减。

周清[8]对国内外30多个典型含钼矿床中辉钼矿做的Re与187Os含量投影图(图4),显示从俯冲板片→拆沉下地壳→陆壳,Re含量变化规律与毛景文观点基本一致。

杨宗峰等[9]统计了国内744个辉钼矿Re-Os同位素测年数据后认为,长英质脉和花岗岩中辉钼矿的Re含量最低,几何平均值分别为7.41×10-6和7.99×10-6,多在n×10-6～n×10-5。

表2 东秦岭—大别山地区侏罗纪—白垩纪钼矿床成矿作用时间[3]Table 2 Metallogenic time of Jurassic-Cretaceous molybdenum deposit in the East Qinling mountains-Dabieshan area

图4 典型含钼矿床中辉钼矿的Re对187Os含量投影图(底图据周清[8],2011)Fig.4 Projection diagram of Re and 187Os content in typicalmolybdenum bearing deposits

黄典豪等[10]认为中国不同类型矿床的辉钼矿平均含Re量由高→低顺序为:斑岩—矽卡岩型铜(钼)>斑岩型铜(钼)>矽卡岩型铜(钼)>碳酸岩脉型钼(铅)>矽卡岩钼>斑岩型钼≥斑岩—矽卡岩型钼(钨或铁)>石英脉型钼或金钼(表3)。

蒋少涌等[11]对某些具代表性的地幔和地壳岩石的187Os/188Os比值和γOs(t)值进行研究,认为:地幔Re/Os比值<0.13,地壳Re/Os比值>1,而大陆地壳的Re/Os比值<4。

本文类比前人上述成果,对黄家沟钼矿成矿物质来源分析如下:

(1) 黄家沟钼矿Re含量14.752×10-6～29.176×10-6,类比上述毛景文“n×10×10-6”这一含量级别为“1.475×10×10-6～2.918×10×10-6”,符合壳幔混源。

表3 不同成因类型钼矿床辉钼矿铼质量分数统计表[10]Table 3 Statistical table of rhenium mass fraction of molybdenite from different types of molybdenum deposits

(2) 将黄家沟钼矿6件辉钼矿Re含量投影至周清“典型含钼矿床中辉钼矿的Re对187Os含量投影图”上,斑点均落在“与拆沉下地壳熔融相关”这一区域(图4)。

(3) 黄家沟钼矿床Re的质量分数平均值为21.763×10-6,与杨宗峰研究中“花岗岩中辉钼矿的Re含量多在n×10-6～n×10-5”相符。

(4) 黄家沟钼矿床Re含量与黄典毫“中国的斑岩型钼矿床”平均值26×10-6比较接近,而斑岩型矿产是典型的岩浆热液型矿产,说明黄家沟钼矿的物质来源与岩浆形成的物源有一定关联。

(5) 黄家沟钼矿床辉钼矿初始187Os/188Os比值为0.4,类比蒋少涌上述类型划分,该值大于地幔而小于大陆地壳,Re可能来源于壳幔混合。

综上分析,笔者认为黄家沟钼矿物质可能来源于拆沉下地壳,经壳幔混合花岗岩浆作用,形成斑岩型钼矿,在区域上与东秦岭—大别地区的斑岩型钼矿床成因具有一定的可比性。

7 结论

(1) 黄家沟钼矿辉钼矿Re-Os等时线年龄(131.3±2.5)Ma,厘定其成矿时代为早白垩世,与秦岭—大别地区侏罗纪—白垩纪钼成矿时代基本一致。

(2) 辉钼矿中的Re同位素含量特征表明,黄家沟钼矿田的成矿物质可能来源于拆沉下地壳,属壳幔混合的结果,在区域上与东秦岭—大别地区的斑岩型钼矿床成因具有一定的可比性。

(3) 黄家沟—尖水田钼矿田成矿时代为早白垩世,受到伸展作用的影响,伴随着岩石圈减薄,太古代变质核的隆升及大规模岩浆侵位,地幔流体大规模参与成矿作用。

(4) 目前对黄家沟钼矿的成因类型尚无定论,本文通过简单对比,认为可能属斑岩型钼矿。

(5) 随枣北部钼矿形成机制错综复杂,有待进一步研究,特别是深部钻孔工程验证工作,对于验证深部是否存在与成矿有关的隐伏斑岩体、进而寻找储量更大的斑岩型钼矿床有着重要作用。

致谢:本文是集体成果,成果的取得离不开戴绍杰等团队成员的共同努力;论文撰写得到了湖北省地质局第八地质大队胡起生教授级高级工程师的悉心指导,同时审稿专家提出了许多建设性修改意见,在此一并表示感谢！

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The Re-Osisochron Isotope Age of Huangjiagou Molybdenum Deposits andIts Geological Significance in Suixian,Hubei Province

NIU Zhiyong, FENG Jiulin, XIANG Xianghui, ZHANG Cong, LV Xiangzhi

(EighthGeologicalBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Xiangyang,Hubei441002)

The Huangjiagou molybdenum deposit located in the middle of Qinling-Dabie orogenic,is a medium-sized molybdenum deposit.The ore body was occurred in the Tongbai metamorphic group rocks between late-Archaeozoic and early-Proterozoic.This article has acquired the Re-Osisochronage(131.3±2.5)Ma based on isotopic dating analysis of molybdenite,it defines the mineralization age may be Early Cretaceous.The content characteristics of Re isotope in molybdenite show that:the metallogenic materials of this molybdenum ore could be from diastrophic crust,they are the products of crust-mantle immixture,there also has certain comparability on the origin of ore deposit with porphyry modeposit,which located in Eastern Qinling-Dabie area.

Huangjiagou molybdenum mine; molybdenite; Re-Os isotopic dating; origin of ore deposit

P618.65; P597

A

1671-1211(2017)06-0683-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.06.004

2017-08-21;改回日期2017-10-09

由湖北省地质局科研项目《湖北省随枣北部钼矿成矿地质条件研究》(项目编号:KJ2014—2)资助。

牛志勇(1985-),男,工程师,资源勘查工程专业,从事矿产勘查工作。E-mail:421797582@qq.com

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20171026.0843.016.html数字出版日期2017-10-26 08:43

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