江西铁砂街铜矿变基性岩锆石年代学及其地质意义

罗 平， 黄鸿新， 张 达， 黄卫平， 狄永军

(1.江西省地矿局赣东北大队，江西 上饶 334000；2.中国地质大学(北京)，北京 100083 )

江西铁砂街铜矿区位于钦杭结合带东段(江西)浙西地体南西部，是与海底火山热液喷发沉积作用有关的典型VMS型矿床(贺菊瑞等，2008)。钦杭成矿带是我国最重要的铜多金属成矿带，也是近年来我国取得重要找矿突破的区带之一(倪培等，2017；郑伟等，2018)。钦杭成矿带北东段内主要矿床为：①与中新元古代海底火山喷流沉积作用有关的VMS型矿床(铁砂街、平水、兴源冲、罗城等矿床)；②与新元古代造山作用有关的韧性剪切带型金矿床(金山)；③与早古生代造山作用有关的金矿床(璜山)；④与燕山期壳幔混染型中酸性岩有关的铜多金属矿床(德兴、永平、银山、东乡、枫林等矿床)。钦杭成矿带北东段一系列矿床产出表明，带内先后发生中新元古代、加里东期和燕山期多期次铜多金属成矿作用(倪培等，2017；李均良等，2012；刘婷等，2013)。

前人对铁砂街铜矿床地质特征、成岩成矿年代学、矿床成因等方面进行了大量研究，总结了矿床大地构造背景、地层含矿建造、喷流沉积岩石地球化学等方面的特征，认为该矿床是与海底火山喷流作用有关的VMS型矿床(罗平，2010)。前人测得铜矿石中Re-Os同位素等时线年龄为(858±150)Ma，为中元古代晚期，成矿年龄与中元古代双峰式火山岩年龄接近(贺菊瑞等，2008)。铁砂街岩组内绿泥石阳起石化变基性岩是矿区重要赋矿围岩，位于矿体顶、底板，与成矿关系密切，然而其成岩年龄仍未精确测得。赋矿岩石成岩年龄的测定对探讨区域构造演化和矿床成因等问题具有重要意义。因此，笔者针对江西铁砂街铜矿赋矿围岩绿泥石阳起石化变基性岩，采用SHRIMP U-Pb锆石定年方法对其进行测年，揭示江西弋阳地区铁砂街岩组绿泥石阳起石化变基性岩的成岩时代和区域构造演化，为区域上同类型矿床找矿提供依据。

1 区域地质概况

研究区位于钦杭结合带东段(江西)浙西地体南西部(杨明桂等，1997；毛景文等，2011；曾勇等，2002)，如图1所示。区域出露中元古代、新元古代和中生代地层；区域构造上基底地层表现为近东西向紧密同斜褶皱，盖层以北东向复式向斜为主；区域岩浆岩主要有燕山期“S”型花岗岩、花岗斑岩和石英斑岩脉等。区内中元古界为铁砂街岩组，条带状，呈近EW向展布，该组属裂陷槽盆砂页岩相、基性及酸性海底火山喷发相，岩石普遍受绿片岩相区域变质作用，层内细碧岩-角斑岩火山复理石岩系为区内铜多金属矿含矿建造(罗平，2010；曾勇等，2002；杨明桂等，2012)。

2 矿床地质特征

矿区出露地层以中元古代铁砂街组为主，上覆侏罗统水北组(图2)。铁砂街岩组为海相变细碧角斑岩系，属砂页岩相和基性至酸性海底喷流相沉积建造。该套海相火山岩系的Cu、Pb、Zn、Au、Ag、As、S等成矿元素丰度较高，为矿区重要含铜层位。矿区为一走向近东西、总体向南陡倾的单斜构造。由于受褶皱和一系列叠瓦状断裂的影响，导致构造的复杂化。断裂构造以近东西向断裂最为发育，其次为近南北向断裂，且后者切割前者。矿区内岩浆活动强烈且频繁，晋宁期海底火山喷发，形成了中元古代铁砂街岩组变细碧岩-角斑岩系；燕山期花岗岩侵入于铁砂街岩组，形成招宾等花岗岩基(株)(罗平，2010)。

矿床赋存于铁砂街岩组海相细碧岩系中上部，有2个含矿层位，该组第Ⅱ旋回基性熔岩-泥质岩组合中分布少量分矿体；第Ⅱ旋回含火山碎屑岩-硅质岩组合中分布有主要矿体。矿区由锈水坞及火麻坞两个矿段组成，共有26个矿体，可分为13个矿带，其中锈水坞区段矿体集中分布。矿体呈层状、似层状和透镜状产出。主矿体(带)与地层产状一致，矿体呈近平行状沿东西向展布。受后期褶皱影响，矿体随地层同步发生褶皱，形成一系列不规则的透镜状(体)。

矿石结构以他形粒状、交代溶蚀等结构为主；矿石构造主要为浸染状、块状、似条带状构造；矿石主要金属矿物为黄铜矿、毒砂、黄铁矿，次为方铅矿、闪锌矿等；脉石矿物主要有石英、阳起石、透闪石、方解石等。按矿石自然类型分为黄铜矿石、黄铁黄铜矿石、毒砂黄铜矿石、黄铜黄铁毒砂矿石、菱铁黄铜矿石、闪锌矿黄铜矿石及含铜褐铁矿石等。按矿石工业类型分为氧化矿石、混合矿石和硫化矿石，其中以硫化矿石为主。

3 样品采集和测试方法

3.1 样品采集和描述

本次选择矿体赋矿地层铁砂街岩组作为研究对象，岩石样品采自矿区-90 m中段矿体顶板位置，样品经岩矿鉴定属于绿泥石阳起石化变基性岩，具有显微鳞片变晶结构，残余斑状结构；发育片状构造；矿物组合以阳起石(40%)、钾长石(40%～50%)为主。岩石样品阳起石化(局部透闪石化)普遍发育，后期又被石英和钾长石交代(图3,表1)。

3.2 测试方法

锆石的分离是在河北廊坊区域地质调查所实验室进行，样品人工破碎，经重力和磁选挑出无磁性重矿物，并借助双目镜手工挑出锆石。将分选出的待测锆石置于环氧树脂中磨至一半，用于阴极发光成像。锆石CL图像和U-Pb测年，由中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心完成。阴极发光图像拍摄采用HITACHI(日立)S-3000N扫描电镜，U-Pb定年采用SHRIMP-Ⅱ仪器。锆石中选择没有裂隙、包裹体结构单一的位置进行同位素分析测定(宋彪等，2002)。一次离子流O-2强度为7.5 nA，加速电压约10 kV，离子束斑大小为30 μm左右。应用标准锆石TEM(年龄417 Ma)进行元素间分馏校正。应用RSES标准锆石SL13(年龄572 Ma；U含量238 μg/g)标定所测锆石的U、Th、Pb含量，应用SQUID1.02和ISOPLOT2.49程序进行数据处理(简平等，2003)，普通Pb根据实测204Pb进行校正，表2单个数据点误差均为1σ，年龄数据采用206Pb/238U年龄，样品加权平均年龄误差为2σ，其加权平均值为95%的置信度。

表1 铁砂街铜矿床蚀变矿物电子探针分析结果

表2 铁砂街岩组绿泥石阳起石化变基性岩锆石 SHRIMP U-Th-Pb同位素测定结果

3.3 测定结果

SHRIMP锆石U-Pb定年的样品为绿泥石阳起石化变基性岩。锆石定年结果见表2和图4、5。

铁砂街岩组绿泥石阳起石化变基性岩样品中(TSJ05-04)的锆石形态呈不完整粒状，粒径大小为30～80 μm。阴极发光(CL)图像(图4)显示锆石存在两种类型，大部分锆石结构均一，环带不明显，少部分锆石显示出明显的岩浆生长震荡环带和韵律结构。这些特征表明锆石在高温环境下结晶，是基性岩浆岩中锆石的典型特征。依据靶台上锆石样品在可见光下显示的特征，并与锆石的CL图像对照进行选样，排除有较多包裹体和裂隙发育的锆石。选择晶型完好、浅黄色—无色透明粒状或柱状锆石晶体。

对TSJ05-04样品的锆石共测试了15个数据点，锆石具有U含量123×10-6～1 056×10-6，Th含量39×10-6～315×10-6，Th/U比值为0.10～0.92(表2)。Th/U比值明显高于0.1，为典型的岩浆锆石。其中11个数据点锆石样品U-Pb定年结果集中投影在谐和曲线上及其附近；1个数据点(14.1)时代较老，推测为岩浆活动时捕获的早期锆石；另3个数据点(8.1、10.1、12.1)与主群不一致，时代较新，可能受后期热事件影响。绿泥石阳起石化变基性岩206Pb/238U锆石年龄加权平均值为(1 153±38) Ma (n=11，MSWD=3.38)，如图5所示，代表铁砂街组绿泥石阳起石化变基性岩的形成年龄。

4 讨论与认识

4.1 成岩时代

江西铁砂街岩组主要出露于弋阳铁砂街、横峰至上饶强盗山一带。该组上部以灰绿、青灰色千枚岩为主，间夹变粉砂岩、岩屑杂砂岩、含炭千枚岩和大理岩以及铜矿层；中、下部夹含细碧岩、石英角斑岩，上与青白口纪早期的周潭岩组呈断层接触，又被晚白垩世红色砾岩不整合覆盖。岩石普遍受绿片岩相区域变质作用，所夹火山熔岩具铜多金属矿化。

高林志等(2013)测得铁砂街岩组变流纹岩SHRIMP锆石U-Pb年龄分别为(1 172±10) Ma、(1 143±9) Ma、(1 140±7) Ma和(1 132±8) Ma；张恒等(2015)测得铁砂街岩组石英角斑岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为(1 154±5) Ma；本研究测得铁砂街岩组绿泥石阳起石化变基性岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为(1 153.4±38.4) Ma，方法可靠，年龄精确。因此，通过本次详细的锆石年代学研究，确定铁砂街组绿泥石阳起石化变基性岩的成岩年龄为1 150 Ma左右，为区内首次测得双峰式火山岩中基性岩成岩年龄数据，铁砂街岩组的地层年代得到了进一步厘定。

海底火山喷流沉积作用有关的VMS型矿床主要以层状形式沉淀于海底火山岩地层中，时空关系和成矿作用与同沉积的双峰式火山岩成因密切；矿体严格受火山岩地层控制，呈整合接触，属同期成因，地层中火山岩成岩年龄可限定成矿年龄。因此铁砂街岩组绿泥石阳起石化变基性岩的成岩年龄可以代表铁砂街铜矿成矿年龄，其成矿年代为新元古代(1 150 Ma左右)，成矿物质随海底火山岩喷发沉积，进而呈似层状矿体产出于火山岩地层中，铁砂街岩组为矿体重要赋矿围岩。

4.2 构造背景

钦杭结合带将华南分为扬子地块和华夏地块，该带是中-新元古代形成的大型构造缝合带。近年来岩石学、地球化学和地质年代学的研究表明，该结合带内出露一系列中-新元古代构造事件形成的岩浆岩、浅变质岩和矿床(贺菊瑞等，2008；倪培等，2017；李均良等，2012；王守营，2015)。

在1 150 Ma左右，区域上处于中元古代晚期—新元古代早期钦杭结合带两侧多岛洋演化阶段，在岛弧俯冲环境下形成细碧岩-石英角斑岩建造，与泥砂质沉积物共同构成火山复理石岩系，铁砂街岩组是目前钦杭结合带内已知最老的海底双峰式火山-沉积岩建造。钦杭成矿带北东段在中新元古代产出一系列海底火山喷流沉积作用有关的VMS型矿床(铁砂街、平水、兴源冲、罗城等矿床)，沿钦杭成矿带呈带分布。本次对铁砂街岩组中变基性岩的精确定年为铁砂街铜矿成岩成矿年龄提供了可靠的年龄数据，对深入了解铁砂街铜矿的成因和演化具有重要地质意义，同时将对在钦杭结合带内寻找中-新元古代与细碧角斑岩系伴生的VMS型铜矿有着重要构造地层学意义。

5 结论

(1)钦杭结合带铁砂街岩组绿泥石阳起石化变基性岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为(1 153±38) Ma。结合前人已获得一系列铁砂街岩组内岩石锆石U-Pb年龄，铁砂街岩组的地层年代得到了进一步厘定，属于中元古代晚期。

(2)铁砂街岩组属于中元古代晚期华夏地块北部岛弧俯冲环境下形成的细碧岩-石英角斑岩建造，与泥砂质沉积物共同构成火山复理石岩系。本次对铁砂街岩组中变基性岩的精确定年，为铁砂街铜矿成岩成矿年龄提供了可靠年龄数据，为在钦杭结合带内寻找中-新元古代VMS型铜矿有着重要意义。