陕西凤太矿集区柴蚂金矿床脉状闪锌矿Rb-Sr同位素测年及意义

王义天，刘协鲁，胡乔青，张娟，陈绍聪，王瑞廷，代军治，高卫宏，温深文，陈明寿，张革利

(1.中国地质科学院矿产资源研究所，国土资源部成矿作用和资源评价重点实验室，北京 100037； 2.北京探矿工程研究所，北京 100083；3.河北地质大学，河北 石家庄 050031；4.西北有色地质勘查局，陕西 西安 710054；5.西北有色地质勘查局717总队，陕西 宝鸡 721004)

地处陕西省西部的凤县-太白(简称“凤太”)矿集区是秦岭造山带中西段金-铅锌-铜多金属成矿带的重要组成部分。该区已发现的金矿床有八卦庙超大型金矿和双王大型金矿，还有一些中小型金矿床，如：沈家湾、丝毛岭、柴蚂、九坪沟、古迹等。已发现的铅锌矿床包括八方山-二里河、铅硐山-东塘子、银洞梁等大型铅锌矿床，银母寺、手搬崖、峰崖、黑崖等中型铅锌矿床，以及许多小型铅锌矿床及矿点，铅锌矿床中常发育铜、银等伴生矿产。该区金矿床的研究工作主要集中在八卦庙和双王金矿床，铅锌矿床研究则集中在八方山-二里河、铅硐山2个大型铅锌矿床。柴蚂金矿床东距八卦庙超大型金矿床约0.5km，西距八方山-二里河大型铅锌矿床约5km，其成矿地质环境与控矿条件与八卦庙金矿床相似。

近年来，根据众多学者研究获得凤太矿集区的金-铅锌矿床的年代学数据显示，金矿的成矿年龄集中在198～222 Ma(石准立等，1989；冯建忠等，2003；汶博等，2008；刘协鲁等，2014；王义天等，2014)，铅锌矿的成矿年龄集中在211～226 Ma(ZHANG et al., 2011；胡乔青等，2012，2015)，二者基本一致，指示可能为同一成矿时期的产物。随着勘探和开采工作的持续进行，在铅锌矿床中揭露出金矿化，在金矿床中的铅锌矿化也逐渐被发现，进一步暗示了金与铅锌在成因上可能具有一定的联系。

有鉴于此，笔者采集了柴蚂金矿床中的脉状铅锌矿石进行测年研究，获得金矿体中的铅锌矿化的成矿年龄，为凤太矿集区金-铅锌矿化的成因联系提供最直接的证据。

1 矿集区地质概况

凤太矿集区地处秦岭铅锌金多金属成矿带西部(图1)，位于秦岭-大别造山带商丹缝合带南侧，构造线总体呈NWW向。南北均以深大断裂为界(图1)，北为湘子河-黄柏塬断裂(F1)，即商丹缝合带的组成部分，南为酒奠梁-江口断裂(F5)。区内发育较大NW向断裂有修石岩-观音峡断裂(F2)、王家楞-二郎坝断裂(F3)及倒回沟-柘梨园断裂(F4)。NE向断裂多成群分布，常充填岩脉。矿集区内褶皱构造则表现为一系列复式褶皱，轴线为NWW—近EW向。NWW向断裂与褶皱轴自西向东均有由近EW向逐渐变为NW向的变化规律。王义天等(2009)综合分析了凤太矿集区内发育的褶皱、断裂、节理、线理等构造要素性质和组合特征，认为整个凤太矿集区为一个大型的走滑双重构造。

凤太矿集区内出露的地层由老到新为中泥盆统马槽沟组细碎屑岩和古道岭组碳酸盐岩，上泥盆统星红铺组浅变质碎屑沉积岩夹碳酸盐岩和九里坪组细碎屑岩。在商丹缝合带的北侧出露有元古界地层，由一套东西向展布的副变质岩(秦岭岩群)和火山岩(丹凤岩群)组成。北部基底是由一套富Na、Cu等元素的中基性火山岩构成的丹凤群火山-沉积岩系，出露于盆地北侧和东侧(方维萱等，2012)。

区内岩浆岩较发育，岩浆的侵入受区域性深大断裂的控制，岩体分布主要呈北东向和北西向，与区域主体构造线方向一致。东南部为西坝岩体，北部为太白花岗岩岩基(图1)。岩浆岩类型以中、酸性为主。西坝岩体空间上与铅锌矿床距离最近，岩性为中-细粒花岗闪长岩、二长花岗岩，局部见石英闪长岩、英云闪长岩，不同类型岩性间呈渐变过渡关系，岩体东部偏基性，西部偏酸性。其边部接触热变质作用较强，自岩体向外，泥砂质岩石有不同程度角岩化，灰岩发生大理岩化；接触变质矿物包括石榴子石、堇青石、红柱石、黑云母、空晶石等。在凤县花红树坪、核桃坝等地也有花岗闪长岩小岩株出露。此外，花岗斑岩脉、闪长玢岩脉、煌斑岩脉等岩脉在整个矿集区中普遍发育，常呈小规模不连续的脉状充填于NWW向和NE向断裂中，宽度几十厘米至几米不等，相对集中的分布于铅锌矿床与金矿床附近。

地层：PreC-.前寒武系；D.泥盆系；C.石炭系；P.二叠系；T.三叠系；K.白垩系;岩浆岩：γ.印支—燕山期岩浆岩;断裂：F1.湘子河-黄柏塬断裂(商丹缝合带)；F2.修石岩-观音峡断裂；F3.王家楞-二郎坝断裂；F4.倒回沟-柘梨园断裂；F5.酒奠梁-江口断裂;铅锌矿床(点)：1.谭家沟；2.银洞梁；3.峰崖；4.手搬崖；5.铅硐山；6.苇子坪-安沟；7.苇子坪-洞沟；8.尖端山；9.八方山-二里河；10.长沟；11.银洞山；12.银母寺；13.大黑沟；14.崖房湾；金矿床(点)：15.丝毛岭；16.八卦庙；17.双王；18.柴蚂图1 西秦岭凤太矿集区地质矿产简图(据胡乔青等，2013修编)Fig.1 Sketch map of geology and minerals of the Fengxian-Taibai ore concentration area in western Qinling(Modified after HU et al., 2013)

2 矿床地质特征

柴蚂金矿区内出露的地层有上泥盆统星红铺组浅变质细碎屑岩建造和中泥盆统古道岭组以生物碎屑灰岩为主的碳酸盐岩建造。上泥盆统星红铺组划分为4个岩性段，其中第一岩性段划分出4个岩性层：第一岩性层与下伏的古道岭组呈断层接触，局部为整合接触；第二岩性层是八卦庙金矿床和柴蚂金矿床的赋矿层位(图2)，岩性主要为铁白云质粉砂质千枚岩、铁白云质粉砂岩、钙质粉砂岩，局部夹条带状大理岩化灰岩；第四岩性层也是柴蚂金矿赋矿层位，岩性主要为铁白云质粉砂质千枚岩，斑点状铁白云质粉砂质千枚岩，局部夹大理岩化灰岩。

矿区内仅在东北部见有钠长岩脉，西南部见有煌斑岩脉，均呈NE向产出(图2)。

柴蚂金矿共划分为5个含矿带(图2)，主要受构造剪切带控制，矿带总体走向为280°～335°，常呈透镜状、似层状产出。1号含矿带位于长沟-八卦庙向斜核部，2号含矿带和3号含矿带分别位于该向斜南翼和北翼；4号含矿带位于长沟-打柴沟背斜东部，5号含矿带就位于该背斜南翼(图2)。矿体在走向、倾向上均呈透镜状、囊状产出，往往呈雁行状排列，具有膨大缩小、向两侧尖灭的特征。金矿化主要发育在石英脉与铁白云质粉砂质千枚岩、斑点状千枚岩中，矿石类型有2种：石英脉型和蚀变岩型，以石英脉型为主。其中2号含矿带平均品位较高，最高可达6×10-6，其次是4号含矿带，1号、3号和5号含矿带平均品位均约为1×10-6。

1.星红铺组第二岩性段第一岩性层：含绿泥粉砂质千枚岩，局部夹薄层灰岩；2.星红铺组第一岩性段第四岩性层：铁白云石粉砂质千枚岩，斑点状铁白云质粉砂质千枚岩，局部夹条带状大理岩化灰岩；3.星红铺组第一岩性段第三岩性层：条带状大理岩化灰岩，局部夹铁白云质粉砂质千枚岩；4.星红铺组第一岩性段第二岩性层：铁白云质粉砂质千枚岩，铁白云质粉砂岩，钙质粉砂岩，局部夹条带状大理岩化灰岩；5.星红铺组第一岩性段第一岩性层：黑云母化眼球状结晶灰岩，薄层状含碳泥灰岩夹含碳钙质千枚岩、钙质千枚岩；6.古道岭组：灰-灰黑色细晶灰岩，含碳生物碎屑灰岩；7.钠长岩脉；8.煌斑岩脉；9.实测及推测地质界线；10.实测及推测断层位置及编号；11.背斜轴；12.向斜轴；13.富矿体；14.贫矿体图2 柴蚂金矿床地质图(据西北有色地质勘查局717总队，2011修编)Fig.2 Geological map of the Chaima gold deposit(Modified from No.717 Geological Party，Northwest Geological Exploration and Mining Bureau for Nonferrous Metals，2011)

3 成矿阶段划分

结合前人研究成果和实际测量工作，并根据不同矿脉的产状、穿插关系、矿物组成和结构构造等特点将其成矿过程划分为3个阶段，从早到晚依次如下。

石英-碳酸盐阶段：形成NW向顺层石英脉，脉体产状与地层基本一致，常随地层而揉皱，有时其厚度、形态、产状变化很大(图3A)。Au品位较低。矿物组合主要为石英、白云石和方解石，以及少量呈星散状分布的黄铁矿。矿石构造主要为团块状、脉状，矿石结构主要是自形-半自形粒状结构。围岩蚀变主要为绢云母化。

石英-碳酸盐-硫化物阶段：为主成矿阶段，形成富含硫化物的石英-碳酸盐脉(图3B、图3C)，与地层斜交，倾角一般5°～45°，产状变化较大，以NE向为主，也有呈近NW向产出，偶见发生揉皱，常被晚阶段石英脉穿切(图3D)。矿石中金属矿物主要为黄铁矿、磁黄铁矿，有少量的黄铜矿、闪锌矿、方铅矿，也有极少量的碲化物，如碲银矿、碲铅矿。非金属矿物有石英，白云石、方解石、绢云母、绿泥石及钠长石等。黄铁矿、磁黄铁矿等载金矿物与碳酸盐矿物密切共生，呈浸染状赋存于与其共生的白云石或方解石中(图3E、图3F)。显微镜下常见黄铁矿、磁黄铁矿包裹自然金，或自然金分布于碳酸盐矿物与金属矿物粒间，显示与其共生(图3G、图3H)。矿石构造以浸染状、团块状为主，矿石结构主要有自形-半自形结构、半自形-他形结构及包裹结构等。围岩蚀变以黄铁矿化、硅化、绢云母化、绿泥石化为主。

石英阶段：形成NE向密集分布的石英节理脉，与地层斜交，可见其穿切主成矿阶段石英脉(图3D)。倾向为302°～335°，倾角为60°～85°。矿物组合主要为石英，以及少量的黄铁矿和碳酸盐矿物。矿石构造以脉状、薄膜状为主，矿石结构主要为半自形-他形粒状结构。围岩蚀变主要变现为硅化、绢云母化等。脉体两旁围岩常常发生褪色现象，呈灰黄色、灰绿色，与深灰色、灰黑色围岩截然区别。

4 样品、测试方法和结果

本次工作用于Rb-Sr同位素测年的10件闪锌矿样品采于柴蚂金矿床1530中段的2号含矿带，样品均采自井下新鲜开采面的块状和脉状铅锌矿石(表1、图4)。矿石主要由致密的褐色-黑褐色中-细粒闪锌矿构成，伴生少量方铅矿、黄铁矿、石英、含铁白云石和绢云母。样品首先在二次蒸馏水中多次清洗后晾干，分别粉碎至40～60目，在双目镜下挑选闪锌矿单矿物，纯度大于98%，以供分析。

10件闪锌矿单矿物样品的测试工作在核工业北京地质研究院同位素地质年代分析室完成。锶和铷同位素分别采用单铼带测量和三带测量，同位素比值测试在高精度固体热电离质谱计IsoProbe-T上完成。在测定过程中锶同位素的分馏效应采用88Sr/86Sr=8.375 219进行校正，Sr同位素组成和浓度采用该实验室建立的计算方法测定。具体实验流程、标准样品测定结果等详见胡乔青等(2012)。

测试结果见表2。Rb-Sr等时线年龄计算采用Isoplot/Ex Version3.23计算程序(LUDWIG, 2001)，λ值为1.42×10-11a-1，87Rb/86Sr值误差给定1%，87Sr/86Sr值误差给定0.05%，置信度为95%。计算结果为10件闪锌矿的Rb-Sr等时线年龄为(210.8±2.4) Ma(图5)，MSWD=0.80，87Rb/86Sr初始值为0.710 55±0.000 11。

5 讨论

5.1 成矿时代

保证样品的同源、同时、封闭性以及具有一致的(87Sr/86Sr)i值和不同的(87Rb/86Sr)i值是利用热液矿物进行Rb-Sr等时线定年的基本前提。对于中低温铅锌矿床，矿物中次生包裹体与原生包裹体均一温度差别较小，因此给包裹体分离带来了困难(张长青等，2008)。在实验过程中，将闪锌矿粉碎至200目以下后，进行超声波清洗，基本可排除原生及次生包裹体的干扰(刘建明等，1998)。本次工作选择未见裂隙结晶较好的致密块状矿石为研究对象，且闪锌矿纯度高，采自同一矿体局部较小的范围内，因此最大程度满足了Rb-Sr同位素测年的前提条件。李文博等(2002)提出可利用1/Sr-87Sr/86Sr图和 1/Rb-87Rb/86Sr图判别闪锌矿生长期间87Sr/86Sr初始值是否保持不变，来判别所获数据的合理性。本次测试结果在1/Sr-87Sr/86Sr和 1/Rb-87Rb/86Sr关系图解(图6)中显示，不同闪锌矿单矿物样品的Rb、Sr含量不同，1/Sr-87Sr/86Sr和1/Rb-87Rb/86Sr之间的线性关系不明显，说明闪锌矿生长期间87Sr/86Sr初始值基本保持不变，因此该等时线年龄具有实际地质意义。

a.早阶段石英脉；b.主成矿阶段石英脉穿切早阶段石英脉；c.主成矿阶段石英脉；d.晚阶段石英脉穿切主成矿阶段石英脉；e、f.主成矿阶段石英脉型矿石，矿石中含块状石英和白云石、方解石，黄铁矿呈浸染状分布于白云石、方解石中；g.主成矿阶段石英脉型矿石，黄铁矿分布于白云石中，正交偏光；h.主成矿阶段石英脉型矿石，磁黄铁矿与自然金共生，单偏光;Py.黄铁矿； Po.磁黄铁矿；Au.自然金；Dol.白云石；Cal.方解石；Q.石英图3 成矿阶段矿化特征图Fig.3 Mineralization characteristics of the Metallogenic Stages

表1 柴蚂金矿床中闪锌矿Rb-Sr同位素年龄测试样品信息表Tab.1 The samples from the Pb-Zn ore body of Chaima Au deposit for Rb-Sr age dating

表2 柴蚂金矿床闪锌矿样品Rb-Sr同位素比值和含量测定结果表Tab.2 The Rb-Sr isotopic data of sphalerite from the Chaima gold deposit

a.条带状泥灰岩中的铅锌矿化，铅锌矿化与条带状泥灰岩以一定角度相交；b.灰绿色千枚岩中的铅锌矿化，呈揉皱状产出，千枚岩中见早阶段石英脉，脉体中石英、白云石呈团块状产出，在脉体边缘及缝隙中见有铅锌矿；c.灰绿色千枚岩中的铅锌矿化，矿化中见有细小的揉皱状的石英-白云石脉，铅锌矿化被石英脉穿切；d.灰绿色千枚岩中的铅锌矿化，被晚阶段石英脉穿切；e.灰绿色千枚岩中铅锌矿石，样品编号为CM-40-8，闪锌矿中包裹有团块状石英；f.条带状泥灰岩中的铅锌矿石，样品编号为CM-83-1，闪锌矿呈黑褐色；g.与黄铁矿共生的闪锌矿，闪锌矿中见有方铅矿，单偏光；h.闪锌矿的内部与边缘见有方铅矿，单偏光.Py.黄铁矿；Sp.闪锌矿；PbS.方铅矿；Q.石英图4 柴蚂金矿床中的铅锌矿化图Fig.4 Thelead-zinc mineralization of the Chaima gold deposit

图5 柴蚂金矿床闪锌矿Rb-Sr等时线年龄图Fig.5 The sphalerite Rb-Sr isochron age plot for the Chaima gold deposit

图6 柴蚂金矿床闪锌矿1/Sr-87Sr/86Sr和1/Rb-87Rb/86Sr关系图Fig.6 Diagrams of 1/Rb-87Rb/86Sr and 1/Sr- 87Sr/86Sr of sphalerites from the Chaima Au deposit

柴蚂金矿床的闪锌矿Rb-Sr测年结果显示，铅锌矿化发生于(210.8±2.4) Ma，即晚三叠世。刘协鲁等(2014)获得的柴蚂金矿床金成矿作用主成矿阶段与载金矿物密切共生的方解石、白云石等碳酸盐矿物的Sm-Nd等时线年龄为(203.2±1.6) Ma，汶博等(2008)获得的Pb同位素模式年龄为210 Ma，与笔者测试结果在误差范围内基本一致。野外地质特征表明，柴蚂金矿床中的铅锌矿化主要产于千枚岩和条带状大理岩中，铅锌矿化中包裹金成矿作用早阶段形成的团块状石英，并被金成矿作用的晚阶段NE向石英节理脉穿切。野外特征结合测年数据表明，柴蚂金矿床中关系密切的金矿化与铅锌矿化应该属于同一时期同一成矿作用的产物。

前人的研究工作已获得凤太矿集区内金-铅锌多金属矿床的成矿年龄和岩体岩脉的成岩年龄。对典型金矿床，即八卦庙、柴蚂、丝毛岭和双王金矿床的研究表明，区内金矿床的成矿年龄主要集中在183.09～222.1 Ma(石准立等，1989；冯建忠等，2003；王义天等，2014；刘协鲁等，2014)。对典型铅锌矿床，即八方山-二里河、铅硐山-东塘子、银洞山铅锌矿床的研究表明，区内铅锌矿床的成矿年龄主要集中在211～226 Ma(ZHANG et al.，2011；胡乔青等，2012，2015)。对区内西坝岩体及二里河矿区穿切矿体的岩脉的研究表明，区内岩浆活动主要集中在214～219 Ma(张帆等，2009；王瑞廷等，2011；ZHANG et al.，2011)。总体上，金-铅锌多金属成矿作用的时间与岩浆活动的时间基本一致，均集中在晚三叠世，三者是同一时代的产物，时间上的耦合暗示了岩浆活动可能为金-铅锌多金属成矿作用提供了流体来源或热源。

在区域构造方面，秦岭造山带沿勉略缝合带于印支期的中—晚三叠世开始发生碰撞造山作用，形成一系列的逆冲推覆构造，随后转入后碰撞陆内造山(张国伟等，2001，2004)，并由先前的碰撞挤压环境转变为走滑、伸展环境，形成了大规模走滑剪切韧-脆性剪切带(陈虹等，2010)、大型走滑双重构造(王义天等，2009)、规模大小不等的推覆体(冯益民等，2003)以及花岗岩体。矿集区内出露的西坝岩体，其成岩时代为201～222 Ma，形成于挤压状态向伸展状态转变的过程，即后碰撞环境(汪欢，2012，ZHANG et al.，2012)。毛景文(2001，2012)、MAO et al.(2002)认为凤太矿集区的矿产均为三叠纪大规模成矿的产物，与碰撞造山或后碰撞环境密切相关。叶会寿等(2016)对秦岭地区的Au-Pb-Zn成矿带的研究表明，以八卦庙金矿床为代表的造山型金矿床和以二里河-八方山为代表的铅锌矿床，均形成于碰撞-后碰撞过程，岩浆活动为盆地流体的运移提供了热源，并为金成矿带来了部分成矿物质，如硫、碳等。

综上所述，柴蚂金矿床中金矿化与铅锌矿化关系密切，形成时间基本一致，可以说是凤太矿集区内的金-铅锌成矿作用的一个缩影，均属于秦岭造山带印支期碰撞或后碰撞造山过程中的产物。

5.2 成矿物质来源

将成矿时代换算到210.8 Ma，对样品进行初始同位素计算，获得柴蚂金矿床中铅锌矿石(87Sr/86Sr)i值为0.710 43～0.710 65，平均值为0.710 547，与Rb-Sr等时线给出的(87Sr/86Sr)i(0.710 55±0.000 11)值基本一致。总体上看柴蚂金矿床中闪锌矿的(87Sr/86Sr)i值变化较小。前人研究结果表明，秦岭造山带中泥盆系碳酸盐岩的锶同位素为0.708～0.710(祁思敬等，1993)，大陆地壳锶同位素87Sr/86Sr初始值为0.719 0(孙省利，2001)。柴蚂金矿闪锌矿的锶同位素87Sr/86Sr初始值介于二者之间，暗示了柴蚂金矿床中铅锌矿化的成矿物质可能主要来源于大陆壳，但在成矿流体运移中可能与围岩发生了同位素交换。

6 结论

柴蚂金矿床主成矿阶段的闪锌矿Rb-Sr同位素等时线年龄为(210.8±2.4) Ma，其成矿时代为晚三叠世，表明金-铅锌矿化作用为同一时代同一成矿作用的产物，岩浆活动可能为金-铅锌成矿作用提供了流体来源和热源；闪锌矿的87Rb/86Sr初始值为0.7105 5±0.000 11，指示铅锌矿化的成矿物质可能主要来源于大陆壳。柴蚂金矿床中的金-铅锌成矿作用是整个矿集区的一个缩影，是秦岭造山带在印支期碰撞-后碰撞造山作用过程中的产物。

致谢：西北有色地质勘查局717总队和柴蚂金矿的有关领导和技术人员在野外工作期间给予了大力支持和帮助，在此一并致谢！