广西丹池成矿带芒场矿田岩浆岩源区特征及锆石U-Pb年龄分析

2020-08-11伍静苑宏伟甘能俭韦绍成廖娟张健梁华英

岩石学报 2020年5期

伍静苑宏伟甘能俭韦绍成廖娟张健梁华英

1. 广西大学资源环境与材料学院，南宁 5300042. 中国科学院广州地球化学研究所，矿物学与成矿学重点实验室，广州 5106403. 中国科学院大学，北京 1000494. 南宁师范大学，北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室，南宁 5100011.

广西丹池成矿带发育多个大型超大型锡多金属矿床，是我国重要锡生产基地。丹池成矿带从北西往南东由麻阳、芒场、大厂、北香及五圩等矿田组成(图1a)。前人对丹池成矿带大厂矿田及五圩矿田成岩成矿作用开展了较多研究(陈毓川等，1993；王登红等，2004；Caietal., 2007；梁婷等，2011；王新宇等，2015； Guoetal., 2018a；Zhangetal., 2018；Zhaoetal., 2018；伍静等，2018；Huangetal., 2019；Wangetal., 2019；张健等，2019)，发现大厂矿田成岩成矿时代多在85～92Ma之间，而对矿带内其它矿田岩浆活动时代及岩浆特征却了解不多，因而妨碍了对丹池成矿带时空分布的认识。此外，大厂矿田龙箱盖黑云母花岗岩和矽卡岩型锌铜矿床紧密共生，而远离锡石硫化物矿床(张健等，2019)，由于铜和锡在岩浆中地球化学不同，前者多和高氧化岩浆作用有关，而后者多和还原岩浆作用有关，龙箱盖黑云母花岗岩是否为锡成矿岩体还存争议，因而对丹池成矿带锡矿化岩体特征还了解不多。

芒场矿田位于大厂矿田北西约40km处，矿田内出露一系列岩脉及在矿田深部发育和矿化关系密切的隐伏花岗岩体(魏彭寿等，1986)，为进一步分析整个矿带岩浆作用时空分布及了解锡成矿岩体地球化学特征提供了条件。目前对芒场矿田岩浆岩源区特征及形成时代了解不多，仅在二十世纪八十年代用绢云母Rb-Sr及全岩Rb-Sr法分析了岩脉同位素年龄(魏彭寿等，1986)。由于未见原始数据或等时线，难以评价年龄数据的可靠性及精度。

为了深入了解芒场矿田内岩浆特征及成矿带岩浆作用时空分布特征，本文分析了花岗斑岩脉锆石U-Pb年龄及花岗斑岩脉和白云母花岗斑岩脉的主、微量元素组成，以此探讨锡矿成矿岩体源区特征及形成稀有矿床潜力。

1 芒场矿田地质特征

芒场矿田位于丹池成矿带大厂矿田北西方位约40km处(图1a)，矿田内发育大型锡锌矿床1处(大山)，中型锌铅银矿床1处(马鞍山)及一系列小型矿床及矿化点(图1b)。矿田内出露地层主要为泥盆系砂岩、泥岩、泥灰岩、灰岩及硅质岩，石炭系泥灰岩、灰岩及白云岩，二叠系砂岩、泥岩、硅质岩及凝灰岩，三叠系粉砂岩、泥岩、灰岩、硅质岩等。矿田内断裂构造发育，主要有NW向、NE及近SN向三组，其中NW向及NE向较发育(图1b)。矿体主要以脉状产于中泥盆统罗富组碳酸盐化角岩中及以网脉状产于中泥盆统纳标组上段石英砂岩中。矿石矿物主要有铁闪锌矿、锡石、黄铁矿、方铅矿及磁黄铁矿等, 脉石矿物主要为石英、方解石、菱锰矿、菱铁矿、白云石、阳起石、透辉石、石榴子石等(邹锡青和王思源，1993)。

图1 丹池成矿带(a)及芒场矿田地质简图(b)(据魏彭寿等, 1986修改)1-二叠系; 2-石炭系; 3-泥盆系; 4-安山玢岩脉; 5-花岗斑岩脉; 6-白云母花岗斑岩脉; 7-地层界线; 8-断层；9-背斜; 10-矿田; 11-锡锌矿床; 12-铅银矿床; 13-铅锌矿床; 14-采样位置Fig.1 Geological sketch map of the Danchi metallogenic belt (a) and the Manchang ore field (b) (modified after Wei et al., 1986)

芒场矿田岩浆活动强烈，在背斜轴部汇龙坳一带深部工程揭示深部发育隐伏细粒花岗岩和斑状花岗岩及在地表出露一系列岩脉(魏彭寿等，1986)。隐伏细粒花岗岩与成矿关系密切，围绕该岩体发育从高温至低温的热变质作用及高温的锡钼、高中温的锡锌、中低温的银铅锌及低温的锑汞等矿床或矿化(魏彭寿等，1986)。隐伏斑状花岗岩呈岩株产出，矿化蚀变较弱(魏彭寿等，1986)。矿田内岩脉侵入泥盆纪及石炭纪地层中, 主要为酸性岩脉及中性岩脉。岩脉走向多为SN或NW向，岩脉厚<1米至数米，长者延长达数千米(图1b)(魏彭寿等，1986)。中性岩脉分布于矿田中西部，主要为石英安山玢岩和石英闪长玢岩(魏彭寿等，1986)；酸性岩脉主要分布于矿区中部，主要为花岗斑岩及白云母花岗斑岩。花岗斑岩脉为隐伏斑状花岗岩上延部分(魏彭寿等，1986)，分布于矿区中东部，岩脉厚2～20m，长超过1000m。花岗斑岩脉为浅灰色，具斑状结构，块状构造，斑晶矿物粒度较大，长石长轴多在5～10mm之间，主要由石英、斜长石及黑云母组成(图2a, b), 基质为显晶质，矿物组成和斑晶相似。花岗斑岩脉切割白云母花岗斑岩脉，表明其形成时代晚于白云母花岗斑岩脉。白云母花岗斑岩脉见于矿田中部大山矿床西侧，为隐伏细粒花岗岩的上延部分(魏彭寿等，1986)。白云母花岗斑脉长约4000m，厚2～10m，岩石灰白色，斑状结构，块状构造，斑晶主要由石英和白云母及少量长石组成，粒度较小，斑晶粒径主要在1～2mm之间，基质为显晶质，矿物组成和斑晶基本一致(图2c, d)。

2 样品及分析方法

样品分别采自花岗斑岩脉及白云母花岗斑岩脉，其中，锆石U-Pb定年样品采样位置分别(图1b): 25°7′47″N、107°28′43″E(花岗斑岩脉)和25°8′3″N、107°28′59″E(白云母花岗斑岩脉)；主、微量元素分析的样品采自锆石定年样品附近100m范围内。

图2 花岗斑岩脉(a、b)和白云母花岗斑岩脉(c、d)特征Q-石英；Ms-白云母；Bi-黑云母；Pl-斜长石Fig.2 Photos showing the characteristics of granite porphyry (a, b) and muscovite granite porphyry (c, d)

锆石选自约1kg花岗斑岩脉(MAS2-2)和1kg白云母花岗斑岩脉(MAS3-2)。样品经碎样、磁选及重液选等方法选出锆石后，在显微镜下挑选锆石颗粒，后装入环氧树脂中并磨光。用光学显微镜及扫描电镜阴极发光CL观察，选出晶形较好、没裂纹及包裹体不发育的锆石晶体点进行测定。锆石LA-ICP-MS分析在中国科学院矿物学与成矿学重点实验室完成，分析仪器Agilent 7500a ICP-MS，激光熔样点直径31μm，分析方法和流程见Lietal. (2016)。为了减少锆石继承铅和铅丢失等对计算年龄的影响，在207Pb/235U-206Pb/238U中谐和度低于85%的年龄数据在计算最终年龄时被排除。为了获得较精确的年龄值，我们用累积概率统计分析锆石年龄。同一岩浆作用结晶锆石年龄为正态分布，正态分布数据在累积概率统计图上是一条斜率为正值的直线，分布在直线延伸方向上方较大年龄被视为继承锆石年龄，分布在直线延伸方向下方的年龄则被视为铅丢失锆石年龄(Liangetal., 2006；Zouetal., 2017)。

岩石主微量元素分析样品选自显微镜下观察后蚀变较弱的岩石，在中国科学院同位素地球化学国家重点实验室分析，主量元素组成用X-射线荧光光谱法(XRF)进行测试；微量元素采用ICP-MS法测定，分析仪器为Perkin-Elmer Sciex ELAN 6000，分析方法见Lietal. (2016)。主量元素组成XRF分析精度在1%～2%之间，微量元素组成ICP-MS测试精度高于5%～10%。

3 分析结果

3.1 锆石年龄

芒场矿田花岗斑岩脉锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄见表1。我们也分析了白云母花岗斑岩脉锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素组成，但分析15个点数据谐和度都小于80%，未获得白云母花岗斑岩脉锆石U-Pb谐和年龄。花岗斑岩脉共作了25个点锆石U-Pb同位素组成分析。在谐和度>85%的20个分析点中，3个点年龄值在733～1475Ma之间，和其它17个点的年龄不同，在计算主群锆石统计年龄时排除。其余17个分析点年龄在83～102 Ma之间，统计年龄为92.3±2.7Ma (MSWD=27.9)。用累积概率统计图处理年龄数据，把位于统计图上方非线性分布6个点视为继承铅，下方一个点视为铅丢失。10个成线性分布点获得年龄为89.1±0.9Ma (MSWD=1.74) (图3)。

图3 花岗斑岩脉锆石U-Pb谐和年龄图Fig.3 Diagram of zircon U-Pb concordant age of granite porphyry dyke

3.2 主、微量元素组成

白云母花岗斑岩脉具高SiO2(73.70%～74.86%)、低TiO2(<0.10%)特征，在SiO2-(K2O+Na2O)岩石化学分类图(TAS)上位于花岗岩区域 (图4a)，为高钾钙碱性岩石(图4b)。芒场白云母花岗斑岩脉和大厂龙箱盖黑云母花岗岩相比，相对更富Al2O3(前者15.93%～16.16%，后者<14.41%)。白云母花岗斑岩脉稀土元素含量较低，(REE在13.4×10-6～21.6×10-6之间，低于花岗斑岩脉(202×10-6～216 ×10-6)。

白云母花岗斑岩脉富Sn (49×10-6～70×10-6)、W (35×10-6～58×10-6)、Ta (32.0×10-6～35.8×10-6)、Nb (133×10-6～144×10-6)和Rb (1045×10-6～1135×10-6)，高于矿田内花岗斑岩脉Sn (<19×10-6)、W (<25×10-6)、Ta (<6.4×10-6)、Nb (<65.8×10-6)和Rb (<446×10-6)及大厂矿田龙箱盖黑云母花岗岩Sn (<21×10-6)、W (<25×10-6)、Ta (<18.8×10-6)、Nb (<63.3×10-6)和Rb(429×10-6～851×10-6)等元素的含量。

表1 花岗斑岩脉锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素组成表

表2 芒场矿田白云母花岗斑岩脉和花岗斑岩脉主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)组成

续表2

4 讨论

4.1 芒场矿田岩浆活动时代

前人据绢云母Rb-Sr及全岩Rb-Sr法获得矿田内岩脉同位素年龄在81～95Ma之间(魏彭寿等，1986)。但由于仅报道结果而未见具体数据，难以评估年龄数据可靠性及精度。我们获得花岗斑岩脉锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为89.1±0.9Ma (MSWD=1.74) (图3)，略大于前人获得的全岩Rb-Sr年龄(84Ma)。花岗斑岩脉切割和成矿关系密切白云母花岗斑岩脉，表明白云母花岗岩脉及其深部隐伏细粒花岗斑岩以及相关矿化的形成时代应大于89Ma。花岗斑岩脉锆石年龄(～89Ma)和大厂矿田岩浆活动时代(88～92Ma) (王登红等，2004；梁婷等，2011； Guoetal., 2018a；Huangetal., 2019)在误差范围内近似一致。表明丹池成矿带岩浆作用时代主要都在90Ma左右。丹池成矿带岩浆作用时代和华南西南部一带锡多金属及钨、钨-铜、铜-钼矿床成岩成矿时代基本一致，主要集中于90～95Ma之间(Cheng and Mao, 2010; Guoetal., 2018b; Huangetal., 2019; Wangetal., 2019)，显示其形成于同一动力学背景。

4.2 白云母花岗斑岩脉和花岗斑岩脉源区异同分析

芒场矿田花岗斑岩脉切穿白云母花岗斑脉(图1b)，表明前者形成时代晚于后者，但对两者是否为同一岩浆房结晶分异的产物则了解不多。

图4 芒场矿田白云母花岗斑岩和大厂龙箱盖黑云母花岗岩元素组成特征(底图分别据Middlemost, 1994; Rickwood, 1989; Maniar and Piccoli, 1989; Chappell, 1999)图5、图9和图10图例同此图Fig.4 Elemental composition characteristics of muscovite granite porphyry in Mangchang ore field and the Longxianggai biotite granite in Dachang ore field (base map after Middlemost, 1994; Rickwood, 1989; Maniar and Piccoli, 1989; Chappell, 1999, respectively)

图5 芒场矿田白云母花岗斑岩脉和花岗斑岩脉及龙箱盖黑云母花岗斑岩Nb/Ta-Zr/Hf 关系图Fig.5 Nb/Ta vs. Zr/Hf diagram of the granite porphyry dyke and the muscovite granite porphyry dyke in the Mangchang ore field and the Longxianggai biotite granite in the Dachang ore field

白云母花岗斑岩脉含S型花岗岩特征矿物白云母和具高的A/CNK值(2.69～2.88)，远大于过铝质花岗岩的值(1.1)(表2、图4c)，加上其在Rb-Th图上沿S型花岗岩趋势线分布，和大厂矿田龙箱盖黑云母花岗岩的一致(图4d)，表明其为强过铝质S型花岗岩，为变质沉积岩部分熔融形成的(Harrisonetal., 1999； Kalsbeek，2001；Kingetal., 2011)。芒场矿田花岗斑岩脉由于LOI值较大，显然受后期地质作用影响而使其主量元素发生变化，因而不能用A/NK和A/CNK关系讨论其为过铝质或过碱质。芒场矿田花岗斑岩具较高的Zr/Hf和Nb/Ta值(图5)，表明其不属高分异花岗岩类。芒场矿田花岗斑岩脉Al2O3含量较高(13.12%～14.77%)，和大厂矿田龙箱盖黑云母花岗岩的相似(Huangetal., 2019；Wangetal., 2019)，表明其属过铝质花岗岩；该花岗斑岩脉稀土元素模型为向右倾斜线，具强烈的Eu负异常(图6)，显示壳源花岗岩特征，加上其微量元素组成和矿田内白云母花岗斑岩脉及大厂矿田龙箱盖S型黑云母花岗岩(Huangetal., 2019；Wangetal., 2019)的相似(图6)，也支持其为壳源花岗岩。因此，我们认为芒场矿田花岗斑岩脉也为S型花岗岩。

图6 芒场矿田花岗斑岩脉(a、b)和白云母花岗斑岩脉(c、d)及大厂矿田龙箱盖黑云母花岗岩(e、f)微量及稀土元素模型Fig.6 Trace and rare earth element models of the granite porphyry dike (a, b), the muscovite granite porphyry dyke (c, d) in the Mangchang ore field and the Longxiangai biotite granite in the Dachang ore field (e, f)

图7 芒场矿田白云母花岗斑岩脉和花岗斑岩脉及大厂矿田龙箱盖黑云母花岗岩Harker图图例同图4、图5Fig.7 The Harker diagrams of the muscovite granite porphyry dyke and the granite porphyry dyke in the Mangchang ore field and the Longxianggai biotite granite in the Dachang ore field

4.3 芒场矿田白云母花岗斑岩脉源区特征及成矿性分析

芒场矿田白云母花岗斑岩脉Rb含量在1045×10-6～1135×10-6之间，其Rb2O含量在0.23% ～0.25%之间，超过含锂云母的碱性长石花岗岩类与伟晶岩类Rb矿床最低工业品位(0.1%～0.2%)。白云母花岗斑岩脉长约4000m，厚2～10m(魏彭寿等，1986)， Rb2O储量很大，具有潜在的经济价值，可视为花岗岩型铷矿床。

图8 芒场矿田白云母花岗斑岩脉和花岗斑岩脉及大厂矿田龙箱盖黑云母花岗岩主、微量元素关系图图例同图4、图5；矿物结晶与元素变化趋势线据 Huang and Jiang, 2014Fig.8 Diagrams showing major element and trace element relation of the muscovite granite porphyry dyke and the granite porphyry dyke in the Mangchang ore field and Longxianggai biotite granite in the Dachang ore field

白云母花岗斑岩脉含较高的Sn (49×10-6～70×10-6)、Nb (132×10-6～144×10-6)和Ta (32×10-6～36×10-6)，高于S型花岗岩Sn含量(11×10-6) (Williamsonetal., 2010)及大厂矿田龙箱盖岩体Sn (10×10-6～19 ×10-6)、Nb (62.30×10-6～65.38×10-6)和Ta (5.90×10-6～6.40×10-6)的含量。这也表明白云母花岗斑岩岩浆相对富集稀有金属元素，有利于形成Sn等稀有金属矿床，具有良好的形成稀有金属矿床潜力。

图9 芒场矿田白云母花岗斑岩脉和龙箱盖黑云母花岗岩在Rb-Ba-Sr组成图(据El Bouseily and El Sokkary 1975)Fig.9 Distribution domains of the muscovite granite dyke in the Mangchang ore field and the Lonxianggai biotite granite in the Rb-Ba-Sr diagram (after El Bouseily and El Sokkary, 1975)

图10 芒场矿田白云母花岗岩脉和大厂龙箱盖黑云母花岗岩Rb/Ba-Rb/Sr图 (据Sylvester, 1998)Fig.10 Composition variation of muscovite granite porphyry dyke in the Mangchang ore field and the Longxianggai biotite granite in the Rb/Ba vs. Rb/Sr diagram (after Sylvester, 1998)

白云母花岗斑岩脉Nb/Ta和Zf/Hf比值较小(图5)，具稀土元素四分组模型(图6)，在Rb-Ba-Sr图(图9)上分布于高分异花岗岩附近，显示高分异花岗岩特征(Breiteretal., 2014；Ballouardetal., 2016；吴福元等，2017)。稀有金属为不相容元素，随着结晶分异而富集，白云母花岗斑岩脉富稀有金属既可能是源区富稀有金属所致，也可能为岩浆高分异所致或两者复合所致。大厂龙箱盖岩体和芒场矿田白云母花岗斑岩脉具相近的Nb/Ta比值(图5、表2)，在Rb-Ba-Sr图上位于高分异花岗岩区(图9)，也为高分异花岗岩，但其Sn、Nb和Ta含量却远小于芒场矿田白云母花岗斑岩脉的相关元素含量(表2)，因此，芒场矿田白云母花岗斑岩脉源区可能更富稀有金属。

强风化作用使岩石形成富粘土质矿物，导致岩石丢失Na、Ca、Sr、Pb，而Li、K、Rb、Cs、Sn(W)被粘土矿物吸附或进入粘土矿物，经再搬运沉积会形成富粘土质、碱金属(Li、K、Rb、Cs)及稀有金属(Sn(W))源区(Romer and Kroner, 2016)。芒场矿田白云母花岗斑岩脉富K贫Na(K2O/Na2O: 28～30)及富Rb、Cs、Sn等元素，在Rb/Ba-Rb/Sr图上位于富粘土源区(图10)，表明白云母花岗斑岩脉为富粘土富稀有金属沉积变质基底部分熔融形成的。

芒场矿田白云母花岗斑岩脉主微量元素组成特征表明，研究区基底发育富粘土质富稀有金属元素沉积变质岩。华南西南缘及越南北部地区发育一系列锡矿床(Huangetal., 2019)，都可能与基底发育富粘土质富稀有金属元素沉积变质岩有关。