黔西南贞丰水银洞基性岩锆石U-Pb测年及金矿成矿

于会冬, 皮桥辉, 杨 雄, 吴建标, 鲁 迪

(桂林理工大学地球科学学院，桂林 541004)

最初在美国内华达州发现的卡林型金矿是全球最重要和最具生产力的金矿类型之一。这些矿床含有地也发现了类似的矿床，右江盆地位于华南地块西南缘，被认为是卡林型金矿最重要的聚集地。虽亚微米大小的金，在沉积岩中由不同的浸染含砷黄铁矿带赋存，空间上与低温热液蚀变有关。在中国右江盆地面积与美国内华达州卡林型金矿聚集区大致相同，但卡林型金矿总储量或单一储量远远不及内华达州[1]。因此，正确认识中国滇黔桂地区卡林型金矿的成矿过程和成矿规律，为进一步对中国实施西部大开发战略、缓减资源压力、增加金融储备，具有非常重要意义。

基性岩与金矿化密切相关，两者之间的关系一直是中外学者研究的热点问题。21世纪初的研究表明，中外许多热液金矿床都分布有基性岩，将基性岩石中的煌斑岩作为金的标志[2-3]。近年来，许多矿床进一步证实了基性岩与金矿的密切关系，如在中外对卡林型金矿床的研究中，发现一些卡林型金矿床与基性岩岩浆活动有着密切关系[4-5]。在老寨湾金矿[6]、八卦庙金矿[7]、湖南万古金矿[8]等金矿床的形成过程中，一些基性岩石在矿床的形成阶段起着非常重要的作用[9]。对于一些金矿床来说，基性岩浆中的地幔流体不仅是成矿物质的一部分，也是成矿流体的重要来源[10-11]。此外，基性岩和金矿床在时间和空间上密切相关，如在云南者桑矿的研究中，发现该区的基性岩年龄和金矿化的年龄非常一致，分别为215±5 Ma和215.3±1.9 Ma[12]。滇黔桂“金三角”地区的构造运动十分复杂。经过长期的陆内伸展，形成了裂谷盆地。在此期间，大量的基性岩岩浆被侵入和喷出，形成热液，岩浆活动对金的迁移和富集起着重要作用。因此，该区金矿化可能与基性岩岩浆活动密切相关。

1 地质概况

黔西南卡林型金矿是中国最大的金矿床之一。10个金矿田，拥有近50个经济价值高的金矿。这些矿床包括水银洞隐伏超大型金矿，烂泥沟巨型金矿床，尼堡、戈塘、紫木凼等大型金矿床，到2014年，该地区已探明的黄金储量已超过636 t[13]。

贵州西南部位于扬子克拉通与右江造山带交汇处。多数地区属华南褶皱系右江褶皱带，基底由古生代至早中生代海相及中三叠世至白垩纪碎屑沉积层序所覆盖[14-15]。若干断裂带贯穿了该地区，如北东向的弥勒-师宗深断裂，北西向的紫云-垭都深断裂，在泥盆纪至三叠纪期间，随着加里东期的构造旋回，这一地区逐渐下沉，形成了一个由泥盆纪、石炭纪、二叠纪和三叠纪组成的大盆地[16]。侏罗系和白垩系沉积物也在该地区零星地出现[15]。该地区的结构极为复杂。从新元古代到中生代的大地构造演化形成了NW和NE走向构造系统叠加的一阶复合褶皱-断层体系，严重影响了该地区岩浆活动和卡林型金矿的形成和分布[13]。三叠纪时期，由于印支运动的结果，在扬子地块西南部发生了中生代大规模低温成矿作用，形成华南低温成矿域。华南低温成矿域在滇黔桂“金三角”地区形成了大量的卡林型金矿(图1[17-20])。

研究区(图2[20-21])贞丰县水银洞位于兴仁—安龙金矿带的交汇部位[22]。该区出露的地层主要为泥盆系—三叠系，区域发育最广泛的地层是三叠系，二叠系次之。其中二叠系上统出露地层为龙潭组(P3l)、长兴组(P3c)、大隆组(P3d)，三叠系下统出露地层为夜郎组(T1y)和永宁镇组(T1yn)，此外第四系零星分布可见，泥盆系和石炭系分布在少数背斜核部[23]。区域内岩浆岩类型较简单，主要发育基性超基性脉岩，主要沿EW向展布。总体侵位于三叠系下统夜郎组地层中，倾向与岩层基本一致，局部可见基性岩侵入于二叠系上统的长兴组和大隆组地层。此外，区域构造主要有EW向、NE向和SN向构造断裂。其中以EW向褶皱断裂构造为主，NE向、SN向断裂构造次之，其中F105、F101(断层编号)是金矿的主要控矿构造，NE向构造主要控制了汞矿和铊矿产出[23-24]。

图1 滇黔桂地区地质背景简图[17-20]Fig.1 Geological background sketch map of Guizhou-Yunnan-Guangxi area[17-20]

2 样品处理及分析测试方法

2.1 样品处理

样品(编号ZF)4个地方的采集位于贞丰县灰家堡EW向，如图2所示。尽量采集蚀变较弱新鲜的深灰绿色岩石，且锆石的挑选来自手标本上长石结晶颗粒相对较大的岩石。镜下对岩石薄片进行研究，岩石成分主要为斜长石、单斜辉石，可见少量黑云母、角闪石和磁铁矿。长石和辉石有不同程度的后期蚀变:斜长石多呈薄板状，长600～1 000 μm，含量为65%～75%；单斜辉石多呈他形粒状，粒径为300～1 000 μm，含量为30%～40%，而磁铁矿粒径多数小于400 μm，含量小于5%，多呈他形不规则状分布,此外，岩石结构有辉绿结构、辉长结构、堆晶结构,可见较明显的绢云母化、纳黝帘石化、绿帘石化、次闪石化。

该区基性岩与矿产的分布关系密切，区域矿产以金为主，且多分布在辉绿岩、辉长岩体出露部位。金矿床、矿点受地层、构造及岩浆岩的控制，矿石矿物主要有黄铁矿、毒砂，还包括有少量的闪锌矿和褐铁矿(图3)。黄铁矿粒径为10～500 μm，浸染状构造，少量成矿前期黄铁矿被热液蚀变，形成胶状结构[图3(c)]，被后期毒砂交代形成骸晶结构；部分自形黄铁矿被针状毒砂交待[图3(d)]。毒砂粒径为3×102～5×104μm，主要为细粒与粗粒拉长菱形结构，部分甚至呈微细粒菱形自形晶结构或者超粗粒拉长菱形及针柱状结构[图3(d)]。

Pl为长石；Px为辉石;Py为黄铁矿；Apy为毒砂；Ser为绢云母化；Ka为黏土化；Sp为闪锌矿；Lep为纤铁矿图3 基性岩镜下矿片Fig.3 Mineral photos under basic rock mirror

2.2 测试方法

年龄获得来自黔西南贞丰县基性岩样品，样品破碎和锆石挑选在廊坊市诚信地质服务有限公司完成。锆石制靶、反射光、阴极发光图像在北京锆年领航科技有限公司进行，经过双目镜下仔细挑选表面平整光洁、不同长宽比例、不同颜色、不同柱锥面特征的锆石颗粒。再将环氧树脂和乙二醇胺混合均匀，然后灌注在已经排好的锆石靶上，放至恒温箱(60 ℃)约12 h固结成型。待环氧树脂固化以后对其表面抛光直至锆石核心部位显现。结合透射光、反射光以了解锆石的晶体结构和内部结构，选出最理想的锆石颗粒。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年在中国科学院地球化学研究所实验室完成。测试过程中以标准锆石91500为外标，校正仪器质量歧视和元素分馏；以标准锆石GJ-1与Plesovice为盲样，检验U-Pb定年数据质量；以NIST SRM 610为优化标准，以Si为内标标定锆石中的Pb元素含量。原始数据通过ICPMSDataCal软件离线处理完成，年龄计算、谐和图及加权平均图采用Isoplot程序绘制，并用CorelDRAW X8优化处理，从而为本次基性岩定年提供精准的年代学依据。

图4 贞丰地区基性岩代表性锆石阴极发光图像Fig.4 Representative zircon cathodoluminescence images of basic rocks in Zhenfeng area

3 分析结果

基性岩锆石个体小、数量少等因素给定年工作带来了诸多问题，也是锆石U-Pb定年领域的难点之一。结合透射光、反射光和阴极发光图像(图4)，并在此基础上挑选21粒颗粒较大的锆石。锆石多为短柱状和不规则状晶体，长宽比小，自形程度较高，粒度多为200 μm以上。多数锆石的阴极发光图像依稀可见较清晰的振荡环带，显示具有岩浆成因特征(岩浆成因锆石的Th/U>0.1)，锆石的Pb含量较低，锆石的阴极发光(cathodoluminescence,CL)图像中一些发育较小的核颜色相对较暗，说明U、Th等放射性元素含量较高。

样品的21粒锆石数据处理分析如表1所示，锆石U-Pb年龄协和图及加权平均年龄图如图5所示。此外U-Pb同位素组成在误差范围内谐和，除点ZF-21可能打于继承锆石上外，其余各点206Pb/238U加权平均年龄Mean为(218±3.2) Ma(MSWD=0.40，99%的置信度)，代表了基性岩的结晶年龄。根据定年的结果分析可知，样品贞丰水银洞基性岩锆石U-Pb年龄代表的侵位时代为印支晚期。

4 讨论

4.1 金成矿年龄和基性岩成岩年龄

长期以来，许多研究者用各种方法对滇黔桂“金三角”卡林型金矿成矿年龄进行了研究。采用的定年方法主要有蚀变矿物及流体包裹体Rb-Sr法、石英裂变径迹法、硫化物Pb-Pb法等[25]。同一矿床不同研究者用不同方法测出金矿的成矿年龄相差很大。其中贵州烂泥沟金矿的成矿年代学研究就是一个典型的例子。胡瑞忠等[26]用石英流体包裹体Rb-Sr法获得金矿床的年龄为(259±27) Ma；苏文超等[27]用同样的方法获得该金矿的年龄为105.6 Ma；陈懋弘等[28]用含砷黄铁矿Re-Os法获得金矿床的年龄为(193±13) Ma；张峰等[29]用石英裂变径迹法获得金矿床的年龄为82～83 Ma。

表1 黔西南贞丰水银洞基性岩中锆石LA-ICP-MS U-Pb分析结果

图5 贞丰基性岩锆石U-Pb年龄协和图及加权平均年龄图Fig.5 Zircon U-Pb age concordance and weighted average age map of Zhenfeng basic rocks

另外同一构造环境地区，成矿年龄也有很大差别。国家辉等[30]用黄铁矿流体包裹体Rb-Sr等时线法获得广西高龙、金牙两矿床金矿年龄为276±28 Ma，热液蚀变绢云母单矿物Rb-Sr等时线法获得年龄为(206±12) Ma；而Su等[31-32]用方解石Sm-Nd等时线法测得水银洞金矿床的年龄为136 Ma。尽管以往对滇黔桂地区卡林型金矿的地质年代资料是使用多种矿物和测年方法获得的，但对滇黔桂地区卡林型金矿的成矿年龄并未得到很好的解释。根据前人的研究，该地区卡林型金矿的矿化时期主要为中生代，无论是印支晚期挤压期与燕山早期伸展期的转换，还是完全在燕山期盆地内的造山带伸展，时间上都是吻合的。

基性岩的成金性一直备受关注。本次测得黔西南贞丰水银洞基性岩锆石U-Pb结晶年龄为(218±3.2) Ma，与Chen等[33]利用砷黄铁矿Re-Os法测得水银洞年龄(235±33) Ma在误差范围内一致，成岩成矿年龄一致。此外与水银洞同类型金矿床的年龄也相吻合。例如，皮桥辉等[12]测得者桑金矿床中与载金矿物黄铁矿和毒砂共生的热液蚀变成因绢云母的Ar-Ar坪年龄(215. 3±1.9) Ma，该区晚期基性岩中锆石的U-Pb年龄为215±5 Ma。者桑金矿床附近的新寨和南秧田钨锡多金属矿床的成矿年龄分别为(211±2) Ma和(216±2) Ma[34]；陈懋弘等[35]利用砷黄铁矿Re-Os同位素法测得烂泥沟和金牙矿床的年龄分别为(204±19) Ma和(206±22) Ma，利用热液绢云母Ar-Ar法测得烂泥沟金矿年龄为(194.6±2) Ma；Pi等[36]利用独居石U-Pb定年法测得老寨湾金矿热液年龄分别为(228±9) Ma和(230±16) Ma。这说明该区的基性岩浆活动或许与金成矿存在某种成因关系，也说明该区卡林型金矿的成矿时代应为印支晚期。

4.2 区域构造演化与金矿成矿

华南的一个重要中生代事件是在扬子和华夏板块中形成了一个大型花岗岩省和相关的大型中生代矿化，这些矿床可分为与花岗岩密切相关的和与岩浆活动无明显联系的低温热液成矿体系[37]。近年来同位素资料表明，中生代多金属矿化形成了3个主要阶段。

印支晚期(230～200 Ma)：印支期岩浆事件体现为华夏板块在258～205 Ma形成的过铝质以壳源沉积物为原岩，经过部分熔融、结晶而产生的(S型)花岗岩[38-39]和伴生矿化特征和伴生的W-Sn-Nb-Ta矿化有着密切关系，如成矿年龄为214 Ma栗木Sn-Nb-Ta和荷花坪Sn矿床[40]。相比之下，扬子板块在印支期的矿化主要是形成于230～200 Ma的低温密西西比河谷(MVT)型Pb-Zn-Ag矿床，脉型卡林型金矿，Sb、Hg矿床[37,41]，如会泽、茅坪、天宝山、大梁子Pb-Zn矿床，以及烂泥沟、水银洞等卡林型金矿床。

燕山早期(180～125 Ma)：燕山早期矿化类型包括高温钨锡、铜铁钼多金属和铜钼(Pb-Zn)斑岩型，低温锑金汞-Tl矿床。低温矿床主要分布在华夏板块，年龄大多在170～150 Ma，如～170 Ma的德兴斑岩铜和～165 Ma的大宝山铜铅锌矿床[42]、～158 Ma的水口山、铜山岭和保山热液多金属矿床[43-44]，～158 Ma西华山和～155 Ma瑶岗仙W矿床。此外，长江中下游流域也有丰富的140～125 Ma斑岩矽卡岩矿床[45]。除此之外，低温矿床也存在于扬子板块，包括右江盆地150～130 Ma Au-Hg-Sb-Tl矿床和160～150 Ma湘中盆地Sb矿床。根据这一时期整个华南克拉通的伸展体制，提低温型和高温型矿床与岩浆岩在时间和空间上有着密切关系。

燕山晚期(125～80 Ma)：该期矿化分布在整个华南地区，包括滇东南-桂西成矿省(如世界级的个旧、都龙锡矿床)的钨锡矿床(76～89 Ma)[46-47]，东南沿海110～90 Ma的斑岩-热液铜-金-银矿床[48-49]，华夏板块120～80 Ma 的U矿床[37]。Hu等[50]对华南中生代低温矿床进行了评述。华南大型低温成矿域(LTMD)位于扬子板块，面积50万km2，由川滇黔、右江、湘中3个成矿省组成。川滇黔地区拥有众多的MVT铅锌矿床，而其他两个省则以卡林型金矿和脉型锑、汞和砷矿床为主。这些矿床主要形成于200～230 Ma和130～160 Ma，分别对应于印支期(三叠纪)和燕山期(侏罗纪至白垩纪)的造山运动。研究认为印支晚期造山运动是建立LTMD成矿框架的关键因素。它在3个成矿省产生了广泛的成矿作用，每个成矿省都具有独特的特征，反映了基性岩的性质和成分的差异。与之相反，燕山期的成矿作用不太明显，燕山早期和燕山晚期主要是对印支期形成的矿床进一步叠加、改造、萃取。

华南中生代构造格局侏罗纪经历了由东向西古特提斯构造域向东北太平洋边缘构造域的过渡，但对这一动力系统过渡的时间和地质活动的认识有所不同。通过对前人成果的研究，认为华南早中生代主要是特提斯构造域陆-陆碰撞造山作用，侏罗纪到白垩纪经历了挤压作用。构造环境具有一系列花岗岩岩浆活动和同时产生的基性岩。

印支期岩浆作用和成矿作用可能是由于古特提斯洋封闭导致印支板块与扬子板块碰撞所致[51-53]。笔者提出了一种印支期成矿的地球动力学模型。在该模型中，印支期造山运动是滇黔桂地区卡林型金矿的主要驱动力，强大的区域构造事件为矿化提供了动力，触发了盆地盐水流体的循环。这些流体从沉积地层中提取成矿元素。地球物理调查结果表明，滇黔桂地区可能存在一些埋藏的印支期花岗岩侵入体[54-55]。这些入侵的岩体可作为热源，引发了可能的大气降水的循环，这些大气降水从沉积地层中浸出成矿元素，形成了右江Au-As-Sb-Hg省的卡林型金矿床。

5 结论

(1)黔西南贞丰水银洞基性岩锆石U-Pb年龄为(218±3.2) Ma，与前人在水银洞测得卡林型金矿成矿年龄在误差范围内一致，并与者桑、老寨湾、烂泥沟、金牙等地区测得卡林型金矿成矿年龄高度吻合，推出该区基性岩浆活动与金矿化存在成因关系。

(2)中国滇黔桂地区的印支期(三叠纪)金矿化与古特提斯洋的闭合及华南克拉通与印支地块的碰撞后伸展构造环境有关。在此伸展构造背景下形成了贞丰地区(218±3.2) Ma的基性岩。广泛发育的深大断裂为该区地下流体上涌起着管道的作用，可能存在的印支期花岗岩岩体又作为热源，引发了可能的大气降水的循环，将成矿元素从沉积地层中浸出，形成黔西南贞丰水银洞卡林型金矿床。