福建松溪后坪钼钨矿床成岩成矿年龄及锆石Hf同位素组成

黄新鹏

(福建省地质调查研究院，福州，350013)

武夷成矿带是西太平洋中新生代巨型构造-岩浆-成矿带的重要组成部分[1]，在福建境内发现的钼钨矿床，主要有赤路钼矿、砾山钼矿、坪山钼矿、行洛坑钨矿、上房钨矿以及仑尾钨矿等矿床。松溪后坪钼钨矿位于该成矿带北段，在松溪后坪矿区大目林矿段钼钨矿详查矿区内，投入了化探、槽探、钻探及硐探等大量实物工作量(1)福建省地质调查研究院，松溪后坪矿区大目林矿段钼钨矿详查，2011—2019。。矿床产于岩浆岩区，成矿作用与岩浆活动和裂隙构造关系密切。通过研究正长花岗岩和辉钼矿的成岩成矿时代以及Hf同位素组成，结合区域资料分析福建燕山期钼钨矿床的时空分布规律、成矿动力学背景以及成矿作用，为下一步闽西北钼钨矿找矿工作提供重要基础资料。

1 矿区地质特征

松溪后坪钼钨矿处于闽西北隆起带的东北缘，政和—大埔断裂带北端，松溪—宁德北西向断裂带与浦城—永泰南北向断裂带交会处。后坪矿区钼钨矿主要由大目林矿段和王厝矿段组成，其大目林矿段的地层为晚三叠世焦坑组，分布于矿区北部。区内岩浆活动频繁，尤以燕山中期酸性岩类较为活跃，发育有东西向裂隙构造(图1)。

图1 松溪后坪矿区大目林矿段钼钨矿地质矿产简图Fig.1 Geological sketch map of Houping Damulin Mo-W polymetallic deposit in SongXi county1—晚三叠世焦坑组；2—燕山中期正长花岗岩；3—燕山中期二长花岗岩；4—花岗斑岩脉/石英脉；5—闪长玢岩脉/岩层产状；6—云英岩化/角岩化；7—实测断层产状/地质界线；8—蚀变相带/钼钨矿体及编号；9—锆石/辉钼矿同位素年龄采样位置；10—探槽/平硐位置及编号

大目林矿段地层出露较单一，仅在北部见晚三叠世焦坑组，岩性组合主要为粉砂岩、泥岩夹长石石英细砂岩。裂隙构造比较发育，主要为近东西走向，倾向南或北，倾角70°～80°。其中F1断裂蚀变带长大于600 m、宽4～7 m，是控制大目林矿段钼矿(化)体的主要断裂构造。该断层带内岩石破碎强烈，发育构造角砾岩，有石英脉充填，并具辉钼矿化、黑钨矿化、褐铁矿化，以及硅化、云英岩化、绿泥石化等蚀变；断面光滑，呈舒缓波状，断层性质为先压后张的左旋正断层。

岩浆活动较强烈，岩体分布广泛，大目林矿段内主要出露燕山中期正长花岗岩，次为燕山中期二长花岗岩，以及各类脉岩。燕山中期正长花岗岩出露于矿区南部，是最主要的岩体，岩性为含斑细粒正长花岗岩，具似斑状结构，块状构造。侵入晚三叠世焦坑组，围岩受岩浆热液交代，普遍发生角岩化、云英岩化等蚀变。该岩体是成矿地质体。

燕山中期二长花岗岩出露于矿区中南部，呈长条状展布，侵入正长花岗岩。岩性为少斑状中细粒二长花岗岩，岩石具似斑状结构，块状构造。区内脉岩较为发育，以石英脉最为发育，其次为闪长岩和花岗斑岩等，主要呈东西向展布，少量沿北西向、北东向和南北向分布。

2.2 矿床地质特征

大目林矿段的钼钨矿体受次一级东西向断层控制，通过探槽及平硐、钻探等工程控制，目前已圈出3个钼钨矿体(编号Ⅶ～Ⅸ)，其中Ⅶ钼钨矿体为详查工作重点，控制程度较高。

照片1 后坪钼钨矿床钼钨矿石Photo 1 Mo-W ores in the Houping Mo-W polymetallic deposita—石英脉型辉钼矿；b—辉钼矿(偏光 10X)；c—石英脉型黑钨矿；d—黑钨矿(偏光 40X)

(1)Ⅶ钼钨矿体：出露于大目林东部，产于晚侏罗世含斑细粒正长花岗岩内接触带的F1断裂构造中，矿石为辉钼矿化石英脉或黑钨矿化石英脉(照片1)。矿体与围岩界线清晰，近矿围岩为碎裂含斑细粒正长花岗岩。受F1断裂控制，矿体产状与其一致，总体呈近东西走向，倾向南西或南东，倾角较陡，一般在75°～85°。矿体形态较简单，总体呈脉状，出露较连续且稳定，矿体长550 m，厚度一般为0.85～2.57 m，平均1.49 m。Mo含量为0.15%～0.75%，构造蚀变带中矿化(包括辉钼矿化、黑钨矿化等)，常呈团块状、鸡窝状分布。矿体在垂向分带上有“上钼下钨”的趋势。

(2)Ⅷ、Ⅸ钼矿体：产于含斑细粒正长花岗岩的北东东向断裂内，矿体走向75°～80°，倾向南东，倾角78°～80°。矿体厚度分别为0.76 m、1.69 m，Mo含量分别为0.14%，0.21%。

3 同位素测年

3.1 锆石U-Pb年龄

LA-ICP-MS锆石U-Pb定年的样品采自后坪矿区大目林矿段平硐(PD5301)，岩性为含斑细粒正长花岗岩。锆石U-Pb年代学测试由中国地质科学院矿产资源研究所完成，数据处理采用ICPMS DataCal 4.3程序[2]，锆石年龄谐和图用Isoplot 3.0程序获得[3]。

PD5301-1样品中的锆石呈自形-半自形晶，颗粒较大，粒径50～180 μm。晶体形态大多呈长柱状，长宽比3∶1～2∶1；少数为短柱状，长宽比2∶1～1.5∶1。锆石CL图像显示晶形完好，裂纹不发育，部分可见震荡环带构造(图2)，表现出岩浆锆石的特征。锆石的Th含量90×10-6～3 758×10-6，U含量123×10-6～4 281×10-6(表1)，其Th/U比值为0.35～1.93，平均值为1.07(>0.4)，具有岩浆锆石的特征。

图2 后坪钼钨矿正长花岗岩测年锆石CL图像及测试图Fig.2 Dating Zircon CL image and test point map of the syenite in the Houping Mo-W polymetallic deposit

选取25颗锆石进行U-Pb同位素年龄测试，其中序号20，24两颗锆石的年龄数据投影点偏离谐和线较远，其年龄数据不可靠；序号11的锆石年龄数据虽然投影在谐和一致线上，但其206Pb/238U表面年龄为486 Ma，反映出加里东期的信息，可能为捕获的锆石。其他22颗锆石的年龄数据比较集中，均落在谐和一致线上，年龄值为(157.0±1.4)Ma；206Pb/238U表面年龄的加权平均值为(157.0±1.9)Ma，谐和年龄与加权平均年龄二者一致(图3)，说明测试成果的可靠程度较高，其年龄可代表含斑细粒正长花岗岩的结晶年龄。

表1 后坪钼钨矿含斑细粒正长花岗岩锆石U-Pb同位素分析结果

Table 1 Analysis results of LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the porphyritic fine grained syenite in the Houping Mo-W polymetallic deposit

点号(×10-6)PbThUTh/U207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ13888511510.770.049540.002320.165840.007300.024120.0003617210915661542283161941.630.048510.003510.169830.010560.025290.0004912416315991613341381231.130.050030.004540.169010.012930.025260.00062198196159111614462581391.850.050520.004510.167840.012080.024750.000512201931581115835259856721.460.046890.002440.154840.008040.023810.0003242.71221467152263697710780.910.046350.001950.156100.006560.024230.0003516.810614761542782892041.420.051030.003430.175130.010810.025190.0005224315616491603872261831.240.051270.003850.173070.012280.024580.000472541691621115739122963240.910.048690.003500.167390.010950.025230.0003813216315710161210103552501.420.049160.003570.173530.011910.025450.000381671501621016221125902570.350.055630.003040.620800.041420.078350.003254391224902648619125156216260.350.049570.003010.176470.009660.025310.00030176138165816121351661261.320.050910.005750.181270.018980.025820.000602352441691616441451521301.160.053390.005380.172100.014860.024370.000543462341611315531582992061.460.048050.003810.181000.013160.025540.0004310217816911163316173545210.680.047450.002540.160570.008370.024340.0003572.3122151715521788375819431.930.054730.002210.192430.007490.025190.00030467951796160218103202741.170.051540.003830.166200.011190.023580.0004226517215610150319248636341.360.050180.002680.170230.008620.024430.000372111241607156220122403520.680.047790.003090.182470.011380.027940.00055100135170101783214258413300.440.051240.002380.171560.007180.024240.000402501061616154322128157142810.370.050640.001600.171490.005310.024280.00023233721615155123122983360.890.051260.003410.183040.011770.025880.0004225414917110165324273776430.590.168780.010610.728980.049210.029990.00057254510655629190425176144491.370.057350.003040.199460.010590.025090.0004350611718591603

3.2 辉钼矿Re-Os年龄

用于Re-Os同位素测年辉钼矿样品采自Ⅶ钼钨矿体，共5件样品(编号FJS-1—FJS-5)。同位素年龄测试在中国地质科学院国家地质实验测试中心完成，样品的化学处理和质谱测定技术参考[4]。辉钼矿呈铅灰色，单个晶体为他形鳞片状，片径一般在0.3～13 mm，常多片聚集呈集合体，镶嵌于石英-云英质或次生石英的裂缝中。

辉钼矿Re-Os同位素组成及模式年龄(表2)，5件样品的Re含量为1 673×10-9～1 743×10-9，辉钼矿的模式年龄为(159.4±2.6)Ma～(161.6±2.3)Ma，年龄分布集中。由于样品间的Re、Os含量相近，等时线拉不开，无法制作等时线年龄图，其模式年龄加权平均为(160.3±1.1)Ma(MSWD=0.54)(图4)，可代表辉钼矿的成矿年龄。

图3 后坪钼钨矿正长花岗岩锆石U-Pb年龄谐和图(左)及加权平均值图(右)Fig.3 Zircon U-Pb age harmonic diagram (left) and weighted average map (right) of the syenite granite in the Houping Mo-W deposit

样品编号样重(g)Re(10-9)普Os(10-9)187Re(10-9)187Os(10-9)模式年龄(Ma)测定值不确定度测定值不确定度测定值不确定度测定值不确定度测定值不确定度FJS-10.202071673140.00100.0016105192.8340.017161.62.3FJS-20.201101724190.00410.00161084122.8820.021159.42.6FJS-30.206691731180.00200.00161088112.8950.019159.62.5FJS-40.201621738200.00000.00571093122.9180.022160.12.7FJS-50.201671743180.00310.00161096112.9350.019160.52.5

图4 后坪钼钨矿中辉钼矿Re-Os同位素加权平均年龄图Fig.4 Weighted average age map of Re-Os isotopic of the monzogranite granite in the Houping Mo-W polymetallic deposit

3.3 Hf同位素

锆石Hf同位素是在LA-ICP-MS锆石U-Pb 定年的原位置上进行Lu-Hf同位素测试，在中国地质科学院矿产资源研究所完成相关数据的分析与校正[5-7]。

选取25颗锆石测试U-Pb同位素年龄的同时，进行了Hf同位素测定(表3)，其锆石Hf同位素组成：176Hf/177Hf初始值0.282 181～0.282 261，εHf(t)值为-17.5～-14.7，Hf模式年龄为2 321～2 144 Ma。

表3 后坪钼钨矿正长花岗岩锆石Hf同位素分析结果

注:εHf(t)={[(176Hf/177Hf)s-(176Lu/177Hf)s×(eλt-1)]/[(176Hf/177Hf)CHUR,0-(176Lu/177Hf)CHUR×(eλt-1)]-1}×10 000；tHf1=1/λ×ln{1+[176Hf/177Hf)s-176Hf/177Hf)DM]/[(176Lu/177Hf)s-(176Lu/177Hf)DM]}；tHf2=tHf1-(tHf1-t)[(fCC-fS)/(fCC-fDM)](fCC、fS、fDM分别为大陆地壳、样品和亏损地幔的fLu/Hf)；fLu/Hf=(176Lu/177Hf)s/(176Lu/177Hf)CHUR-1；(176Hf/177Hf)i=(176Hf/177Hf)s-(176Lu/177Hf)s×(eλt-1)，其中：(176Lu/177Hf)s和(176Hf/177Hf)s为样品测定值，〔176Hf/177Hf〕CHUR，0=0.282 772，(176Lu/177Hf)CHUR=0.033 2；176Hf/177Hf)DM=0.283 25，(176Lu/177Hf)DM=0.038 4；λ=1.867×10-11a-1

4 讨论

4.1 成岩成矿年龄及其地质意义

后坪矿区钼钨矿的正长花岗岩岩体侵入晚三叠世焦坑组，围岩普遍发生角岩化、云英岩化等蚀变；LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(157.0±1.9)Ma，其成岩时代为晚侏罗世。钼钨矿贮存于晚侏罗世正长花岗岩的断裂蚀变带中，岩体内接触带具辉钼矿化、黑钨矿化、褐铁矿化等蚀变，辉钼矿Re-Os年龄为(160.3±1.1)Ma，其成矿时代为晚侏罗世；黑钨矿与辉钼矿共生，其成矿年龄应与辉钼矿相当。钼钨矿的花岗岩锆石U-Pb年龄和辉钼矿Re-Os年龄相近，二者不存在明显的时差，表明岩浆活动与钼钨多金属成矿作用近同时发生，成岩成矿具有同时性。钼钨矿的正长花岗岩是钼钨矿的成矿地质体，矿区的岩浆活动可能提供了成矿所须的热能和流体、金属成矿元素等物质，控制着成矿作用发生与发展。武夷成矿带中目前福建最大的行洛坑钨(钼)矿，其成矿岩体中南岩体黑云母K-Ar法年龄155 Ma、北岩体Rb-Sr全岩等时线年龄(157±3)Ma，辉钼矿Re-Os法成矿时代(156.3±4.8)Ma[8]，后坪矿区钼钨矿成岩成矿时代与行洛坑相近，均属于岩浆型钼钨矿床。

华南地区钨锡钼矿床的成矿年龄与空间上相邻地区花岗岩侵位时间时差关系是人们长期关注的问题[9-11]。最近，华南钨矿带中与钨矿有关花岗岩研究结果表明，其形成时代在153～138 Ma[12,13]。如阳储岭斑岩型钨矿的黑云母花岗岩锆石U-Pb年龄为(143.8±0.5)Ma～(149.8±0.6)Ma[14]，鸡头山钼钨矿闪长岩、花岗闪长岩以及花岗斑岩的锆石U-Pb年龄分别为140.0 Ma、138.8 Ma和138.3 Ma[15]，百丈岩钨钼矿的花岗岩锆石U-Pb年龄(148.6±1.8)Ma[16]，东坑钼钨矿的斑状花岗闪长岩锆石U-Pb年龄值为(153.01±0.90)Ma[17]，东源斑岩型钨矿的花岗闪长岩锆石U-Pb年龄为(146±1)Ma[18]，朱溪矽卡岩型钨矿的花岗岩锆石U-Pb年龄为(146.90±0.97)Ma[19]。湘南柿竹园超大型钨铋多金属矿床的矽卡岩型矿体辉钼矿Re-Os等时线年龄为(151.0±3.5)Ma[20]，云英岩矿脉白云母的40Ar-39Ar年龄为(153.4±0.2)Ma[21]，相关的千里山似斑状黑云母花岗岩锆石U-Pb年龄为(153.0±3.0)Ma[22,23]。从上述已经发表的数据可以看出，华南钨锡多金属矿床成矿与花岗岩浆活动密切相关，成岩成矿近于同时发生，二者不存在明显的时差。

4.2 锆石Hf同位素及其地质意义

对岩浆岩而言，锆石的Hf同位素分析可以示踪岩浆源区，为岩石成因提供证据[24-26]。锆石因具较高Hf含量和极低Lu含量，176Lu/177Hf比值也极低，锆石在形成后没有明显的放射性成因Hf的积累，所测定的176Hf/177Hf比值基本代表其形成时体系Hf同位素组成，这些特征使锆石成为目前探讨地壳演化和示踪岩石源区重要依据[27,28]。

后坪矿区钼钨矿正长花岗岩锆石176Hf/177Hf比值为0.282 181～0.282 261，根据正长花岗岩的形成年龄计算的εHf(t)值为-17.5～-14.7；Hf平均地壳模式年龄(TDM1)为1 398～1 510 Ma，Hf模式年龄(TDM2)为2 321～2 144 Ma(平均年龄为2 206 Ma)，表明岩浆源于古老地壳(图5)。

图5 后坪钼钨矿正长花岗岩的176Hf/177Hf-t和εHf-t图解Fig.5 176Hf/177Hf-t and εHf-t diagrams of the syenite from the Houping Mo-W deposit

华南地区广泛出露的燕山中期(晚侏罗世)花岗岩与稀有金属成矿作用的关系非常密切，这些花岗岩以弱过铝质二长花岗岩和正长花岗岩为主[29]，一般认为是陆壳改造型(相当于S型)花岗岩，是元古代变质基底重熔作用的产物，物质来源以壳源为主，渗杂少量幔源组分。

5 结论

(1)松溪后坪矿区钼钨矿的正长花岗岩锆石U-Pb年龄为(157.0±1.9)Ma，而辉钼矿Re-Os年龄为(160.3±1.1)Ma，二者同位素年龄基本一致，且与武夷成矿带中相同类型钼矿床的成矿时间相类似，表明松溪后坪钼钨多金属矿的成岩成矿时代为晚侏罗世。

(2)松溪后坪矿区钼钨矿的正长花岗岩锆石Hf同位素(176Hf/177Hf)为0.282 181～0.282 261，εHf(t)值为-17.5～-14.7，表明它们产于燕山期华南岩石圈挤压的构造背景下，源区物质成分为壳源，是元古代变质基底重熔作用的产物。

(3)目前浅表所见松溪后坪矿区钼钨矿为硅化云英岩脉型，但是成矿时代、大地构造背景等特征与行洛坑钨(钼)矿基本相同，因此后坪矿区钼钨矿深部是否存在隐伏的“斑岩型”矿体，有待进一步研究探讨，以期加强对“斑岩型”矿体的找矿思路突破。

致谢：锆石U-Pb、辉钼矿Re-Os测年得到了国家地质实验测试中心李超副研究员的帮助，有关数据均为野外实际采集样品分析成果。在文章撰写过程中得到中国地质科学院矿产资源研究所王登红研究员、杨岳清研究员、王成辉和陈振宇副研究员的指导，在此表示衷心感谢！