赣南八仙脑钨锡多金属矿床白云母40Ar/39Ar定年及其地质意义

2021-06-19戴平云卢友月程顺波陈小勇付建明张遵遵

中国钨业 2021年1期

戴平云，卢友月，3，程顺波，陈小勇，付建明，张遵遵

（1.中国地质调查局武汉地质调查中心（中南地质科技创新中心），湖北武汉 430205；2.中国地质调查局花岗岩成岩成矿地质研究中心，湖北武汉 430205；3.中国科学技术大学中国科学院壳幔物质与环境重点实验室，安徽合肥 230026；4.江西省地质矿产勘查开发局赣南地质调查大队，江西赣州 341000）

赣南地区位于南岭成矿带东段，是我国石英脉型钨矿和离子吸附型稀土矿的重要产地，有“世界钨都”、“稀土王国”的称号[1]。崇（义）—（大）余—（上）犹矿集区位于赣南地区中西部，以发育大量石英脉型黑钨矿床而闻名于世，区内累计探明WO353万t、Sn 9万t，2 000 m以浅预测资源量WO3104万t、Sn 11万t[2]。长期以来，众多学者对矿集区内钨锡多金属矿床开展了大量成矿年代学研究工作[3-13]，获得其成矿时代主要集中在150～160 Ma，为南岭地区中生代大规模成岩成矿作用高峰期的产物[14-16]。这些成果对于深入研究区域成矿作用，大地构造背景及指导下一步找矿工作具有重要意义。但前人研究工作的对象主要集中在石英脉型矿床，而对破碎带蚀变岩型矿床开展的研究较少；由于缺少相应的高精度成矿年龄数据，导致区内破碎带蚀变岩型矿床的成因及其与石英脉型矿床关系不明。

八仙脑钨锡多金属矿床为赣南地区破碎带蚀变岩型、石英脉型、石英脉和云英岩复合型钨锡多金属矿床的典型代表，其远景资源量钨、锡、银达大型，铅、锌、铜达中型。其中破碎带蚀变岩型钨锡多金属矿为近十年来新发现的工业矿体。矿体受断裂构造控制明显，具多阶段成矿特点，矿体多产于破碎带蚀变岩中，呈脉状、大透镜状、串珠状产出，矿石矿物组合复杂，无明显矿化分带[17]。为了进一步明确区内破碎带蚀变岩型和石英脉型矿体的时序及成因联系，本文在已有研究的基础上，对八仙脑钨锡多金属矿区破碎带蚀变岩型钨铅锌多金属矿体开展白云母40Ar/39Ar年代学研究，探讨同一区内不同矿化类型之间的成因联系，为完善崇（义）—（大）余—（上）犹矿集区内不同类型矿床、矿体的年龄谱系、成矿规律和找矿方向提供年代学支持。

1 区域地质背景

崇（义）—（大）余—（上）犹矿集区地处著名的南岭成矿带东段湘南—赣南—粤北地区中部，是全世界钨矿集中的地区之一。大地构造位于武夷—云开造山系北西边缘的新干—永丰弧间盆地（图1），区域上属南北向诸广山—万洋山构造岩浆带南端。区域出露地层以震旦-寒武系为主，前者系复理石建造，由火山质、泥砂质构成；后者为类复理石建造，由泥砂质夹少量炭质层、碳酸盐岩层构成；两者经加里东运动抬升隆起，形成本区褶皱基底。盖层沉积以泥盆系的磨拉石建造与石炭系的浅海碳酸盐岩建造为主，至二叠系陆相沼泽泥砂质含煤建造结束，三者呈角度不整合于基底之上，零散分布。此外，白垩系红色碎屑岩系零星分布于矿集区东南侧。区域化探调查结果显示，震旦系、寒武系和泥盆系富含W、Sn、Cu、Pb、Zn、Ag等成矿元素，其中 W、Sn、Pb 含量达地壳克拉克值1.5～3倍，可能为多金属矿化提供物质来源，是该区钨锡多金属矿床的主要赋矿围岩。

图1 八仙脑钨锡多金属矿大地构造位置图[2]Fig.1 Geotectonic location map of Baxiannao W-Sn polymetallic deposit

区域构造变形强烈，褶皱、断裂发育。多期次构造活动形成了加里东、海西-印支及燕山3个各具特色构造层，不同构造变形形迹彼此交汇、叠加改造，形成以南北向复式褶皱及北北东向、东西向断裂为主的构造格局。其中，东西向与北北东向断裂构造交汇部位，控制着燕山期岩浆岩的侵入、定位与展布，为本区钨锡多金属矿的形成提供了良好的条件。

区内岩浆岩发育，出露面积较大，约占矿集区面积的三分之一，有加里东晚期的中粗粒斑状黑云母花岗岩、细粒白云母花岗岩；印支期的石英闪长岩；而燕山期岩浆岩在区内最活跃，岩石种类最多、出露面积最大，与钨锡多金属成矿最密切，代表岩体主要有西华山岩体、张天堂岩体、九龙脑岩体、天门山岩体等。

1∶20 万水系沉积物测量显示 W、Sn、Mo、Bi、Be、Cu、Pb、Zn、Au、Ag、As、Mn、Li、Nb 元素异常发育，富集中心明显，其中W-Sn-Bi-As-Li-Nb-Pb-Zn等元素组合异常浓集中心面积比较大，有多个浓集中心，与已知大中型矿床套合较好。区内主要有4个矿田，分别为西华山—漂塘矿田、天门山—红桃岭矿田、九龙脑矿田、淘锡坑—高坌矿田。矿种以钨为主，其次为锡、铅、锌、银、钼等，矿床类型主要有石英脉型、云英岩型、夕卡岩型、破碎带蚀变岩型。自2002年大调查项目开展以来，在崇义县的淘锡坑、牛角窝、老庵里、仙鹅塘、塘漂孜、高坌及大余县的金银庵，上犹县的丰田坑等8个钨锡成矿区深入开展普查评价工作，取得了丰硕的找矿成果。区内主要矿床有淘锡坑钨矿、宝山（铅厂）钨铅锌矿、茅坪钨锡钼矿、樟东坑钨矿、西华山钨矿、漂塘钨矿、荡坪钨矿、下垅钨矿、樟斗钨矿、八仙脑钨锡多金属矿等[2，18]。

2 矿区地质特征

八仙脑钨锡多金属矿床产于天门山岩体南侧隐伏接触带上，区内出露地层主要为震旦系、寒武系和第四系（图2）。震旦系上统老虎塘组（Z2l）为矿区出露最老地层，仅分布于千家地一带，出露岩性主要为板岩、粉砂质板岩，顶部为震旦系顶界标志的杂色厚-巨厚层状硅质岩，该套地层构成背斜构造的轴部，走向北北东，倾向西或东，倾角40°～75°。寒武系纽芬兰统牛角河组（∈1nj）平行不整合于震旦系之上，在矿区广泛分布，为主要赋矿围岩，总体呈近南北走向，倾向东或西，倾角50°～80°，岩性主要为石英杂砂岩、粉砂质板岩夹含炭板岩。第四系（Q）分布于山麓、沟谷附近，主要成分为亚砂土、亚黏土和砂石、砂砾层。

图2 赣南八仙脑钨锡多金属矿床地质简图[17]Fig.2 Geological sketch map of Baxiannao Tungsten-Tin polymetallic deposit，southern Jiangxi province

构造以断裂为主，为多次构造岩浆活动形成的一系列大规模近东西向、北东向断裂构造。其中，近东西向断裂构造最为发育，具有成组成带分布特点，倾向 170°～190°，倾角 50°～80°，长 1 000～5 000 m，宽1～3 m；断裂面常呈舒缓波状，挤压揉皱现象明显，常见构造透镜体、片理化带，并常有石英脉充填，具多期次活动特点，是本区破碎带蚀变岩型钨锡多金属矿化体的重要导矿和容矿构造。北东向断裂主要为成矿后构造，对矿体有一定的破坏作用，走向30°～60°，倾向南东或北西，倾角 60°～80°。

岩浆岩主要为分布于矿区北侧的天门山燕山早期复式岩体，岩性主要为中细粒斑状黑云母花岗岩（ηγ）、细粒斑状黑云母花岗岩（ηγ），其次为花岗斑岩。中细粒斑状黑云母花岗岩侵入于寒武系纽芬兰统牛角河组地层中，岩石灰白-浅肉红色，似斑状结构、块状构造；斑晶大小5～6 mm，含量15%～25%，以石英、钾长石为主，其次为斜长石；基质中细粒花岗结构，成分为石英（20%～25%）、钾长石（35%～40%）、斜长石（40%～45%）、黑云母（4%～6%）。细粒斑状黑云母花岗岩呈小岩株、岩瘤、岩滴状等侵入于中细粒斑状黑云母花岗岩和寒武系地层中，岩石灰白-肉红色，似斑状结构、块状构造；斑晶含量8%～15%，以钾长石、石英为主；基质细粒花岗结构，由石英（22%～28%）、钾长石（40%～45%）、斜长石（30%～35%）、黑云母（5%～7%）组成；与围岩接触带附近见少量围岩捕虏体，顶面具面型云英岩化、白云母化蚀变，成岩年龄为157.2±2.2 Ma[17]；花岗斑岩沿北东向断裂及构造裂隙呈脉状侵入于花岗岩及变质岩中，岩石灰白-浅肉红色，斑状结构、块状构造；斑晶除石英、钾长石、斜长石外，还有少量黑云母聚斑晶，含量30%～35%，大小1～5 mm，基质为隐晶质[17，19]。

3 矿体地质特征

矿床类型主要有破碎带蚀变岩型、石英脉型、云英岩型，矿化以钨、锡为主，共（伴）生铜、铅、锌、钼、铍、铋、银等。已发现破碎带蚀变岩型、石英脉型及隐伏云英岩型钨锡多金属矿体十余个。共划分牛角窝、增岗嵊、千家地、大坪山及大黄里5个矿段，其中牛角窝为主要矿段，已发现较大规模的破碎带蚀变岩型矿化带 6 条，即：V2、V3、V4、V5、V6、V7（图 2）。矿化带总体呈东西向，由北至南大致平行展布，地表主要由褐铁矿化构造角砾岩构成的矿化标志带，带内常有石英脉或碎裂状石英脉，少量硅化碎裂岩。V3为其中主要矿化带，具有规模大、矿化好的特点，距岩体200～600 m；初步控制长3 000 m，其中550～656 m标高沿脉控制矿体长300～550 m，厚0.10～5.15 m，平均0.88 m；总体走向近东西，倾向160°～195°，倾角 52°～65°，受构造破碎带影响，其产状具有分支复合、膨大缩小、尖灭侧现特征；平均品位WO30.145%、Sn0.429%、Pb4.429%、Zn2.252%、Cu 1.516%、Ag 150.5 g/t。

金属矿物以黑钨矿、锡石、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿为主，是矿区主要的工业利用矿物，次为黝锡矿、辉铋矿、辉钼矿、铁闪锌矿、毒砂等；非金属矿物主要为石英、白云母、长石，偶见萤石、绿泥石、绿柱石、黄玉等；次生矿物有绢云母、叶腊石等。

根据矿物共生组合和生成顺序，结合野外观察及区域矿化特征对比，可将破碎带蚀变岩型矿体成矿作用阶段划分为：长石-石英-黑钨矿阶段，矿物共生组合为黑钨矿-锡石-辉钼矿-辉铋矿-黄铜矿-长石-石英等；多金属硫化物阶段，矿物共生组合为方铅矿-闪锌矿-黄铜矿-毒砂-黄铁矿-石英-白云母等。

矿石结构主要为碎裂结构、半自形-他形结构、交代残余结构。矿石构造主要有角砾状构造、块状构造、条带状构造、浸染状构造。围岩蚀变以硅化、云英岩化、绿泥石化为主，次为黄铁矿化、黄铜矿化、高岭土化[17，19]。

4 样品及分析方法

测试样品（13D50）采自八仙脑矿区PD550中的V3矿化带西部多金属硫化物阶段矿石。矿化带产于构造破碎带中，围岩为寒武系下统牛角河组泥质粉砂岩，矿化带宽0.5～2.0 m，产状170°∠20°。矿体中黄铜矿、闪锌矿等金属矿物呈团块状或浸染状分布于破碎带中（图3（a）），白云母呈鳞片状与金属矿物紧密共生。手标本中目估矿石品位Pb 0.5%～1.0%、Zn 2.0%～4.0%、Cu 0.2%～0.4%。另外在沿脉坑道中还可见长石-石英-黑钨矿阶段矿石，黑钨矿呈板状分布于石英脉中（图3（b））单矿物分选在河北省某地质服务公司完成，得到纯度99%以上的白云母矿物颗粒。本次白云母测年采用常规40Ar/39Ar阶段升温测年法，主要试验流程如下：

图3 八仙脑钨锡多金属矿床破碎带蚀变岩型钨铅锌矿石照片Fig.3 Photographs of altered fracture zone type W-Pb-Zn ore in Baxiannao W-Sn polymetallic deposit

选纯的矿物用超声波清洗后封进石英瓶中送核反应堆中接受中子照射。照射工作在中国原子能科学研究院的“游泳池堆”中进行，使用H8孔道，中子流密度约为2.65×1013n/cm2s1。照射总时间为2880min，积分中子通量为4.58×1018n/cm2；同期接受中子照射的还有用做监控样的标准样：ZBH-25黑云母标样，其标准年龄为132.7±1.2 Ma，K含量为7.6%。

40Ar/39Ar测试在中国地质科学院地质研究所Ar-Ar实验室完成。样品的阶段升温加热使用石墨炉，每一个阶段加热、净化各30 min。质谱分析在多接收稀有气体质谱仪Helix MC上进行，每个峰值均采集20组数据。所有的数据在回归到时间零点值后再进行质量歧视校正、大气氩校正、空白校正和干扰元素同位素校正。中子照射过程中所产生的干扰同位素校正系数通过分析照射过的K2SO4和CaF2获得，其值为：（36Ar/37Ar0）Ca=0.000 238 9，（40Ar/39Ar）K=0.004782，（39Ar/37Ar0）Ca=0.000806。37Ar经过放射性衰变校正；40K衰变常数λ＝5.543×10-10/a；用Isoplot3.6程序计算坪年龄、等时线及反等时线，坪年龄误差以2σ给出。详细试验流程见有关文章[20-24]。

5 测试结果

13D50样品中白云母的40Ar/39Ar阶段升温年龄测试结果见表1，样品经过11个阶段（加热区间700～1 400℃）分步加热，其中第3至第9加热阶段（840～1 130℃的温度范围），样品的年龄谱形成较平坦的年龄坪，其累积39Ar占总释放量的78.3%。采用加权平均计算出其坪年龄为157.2±1.0 Ma（2σ）（图4（a））；以线性回归计算出其等时线年龄为157.3±1.8 Ma（MSWD=1.6）（图 4（b）），反等时线年龄为 156.0±3.0 Ma（MSWD=19）（图 4（c））。

表1 八仙脑钨锡多金属矿床破碎带蚀变岩型矿体中白云母40Ar/39Ar同位素年龄分析结果Tab.1 40Ar/39Ar isotopic age analysis of muscovite in altered rock-type orebody in fracture zone of Baxiannao W-Sn polymetallic deposit

图4 八仙脑钨锡多金属矿床白云母40Ar/39Ar坪年龄、等时线年龄和反等时线年龄Fig.4 40Ar/39Ar plateauage，isochron age and inverse isochron age for muscovite from Baxiannao Tungsten-Tin polymetallic deposit

6 讨论

6.1 矿床成矿时代

由于白云母中的Ar对后期地质作用特别敏感，因此，即使部分受到后期叠加改造作用的影响，白云母也会形成明显的扩散丢失图谱[23-25]，而未受扰动的白云母则形成平坦的年龄谱[26]。由表1和图4可以看出，样品第3至第9加热阶段每次分馏的F（40Ar*/39Ar）值基本一致，给出的表面年龄也基本相同，呈现非常平坦的年龄谱，并且样品的坪年龄、等时线年龄和反等时线年龄测试结果具有良好的重现性。40Ar/36Ar初始比值为300±41，与标准尼尔值295.5±0.5接近一致，说明所测试的样品中既无过剩的Ar存在，也无显著的Ar丢失，样品自结晶作用以来受后期热事件的扰动甚微[20-23]。因此本次样品测试获得的白云母40Ar/39Ar坪年龄157.2±1.0 Ma、等时线年龄 157.3±1.8 Ma（MSWD=1.20）、反等时线年龄 156.0±3.0 Ma（MSWD=19）是可靠的，代表了矿体中白云母冷却结晶的时间，即破碎带蚀变岩型钨铅锌矿体的成矿年龄。

前人的流体包裹体研究成果显示，包裹体以液体为主，含少量气体（CO2），均一温度为150～315℃，可分为高温（290～310℃）、中温（250～270℃）和低温（150～160℃）和低温（200～220℃）4个峰值，显示出多期次流体活动相互叠加的特征[17]。高温峰对应于早期的长石-石英-黑钨矿阶段，中温峰对应于多金属硫化物成矿阶段，低温峰对应于成矿晚期的绿泥石化、碳酸盐化阶段，表明矿床的形成经历了岩浆期后高温热液期、中-低温热液叠加期、碳酸盐期3个期次。从矿物共生组合和同位素测年体系分析，丰成友等[17]获得的黑钨矿-石英脉矿体辉钼矿Re-Os等时线年龄（157.9±1.5 Ma）应属于早期的长石-石英-黑钨矿阶段，而本文获得的破碎带蚀变岩型钨铅锌多金属矿体白云母40Ar/39Ar年龄属于多金属硫化物成矿阶段，两者在误差范围内高度一致，表明矿区同一成矿体系中，同一次构造-岩浆热事件不同成矿阶段的时差很小，矿体基本同时生成。这些年龄数据表明，八仙脑钨锡多金属矿床成矿时代与赣南地区其他石英脉型钨锡多金属矿床基本一致，同属于南岭地区中生代大规模成岩成矿作用高峰期的产物，形成于华南中生代岩石圈伸展时期的侏罗纪板内拉张环境的地球动力学背景[14-16]。

6.2 地质意义

目前对原生钨锡矿床的分类并无统一的标准：蒋少涌等[27]根据矿床最基本的地质特征，结合当前对矿床成因的认识。将中国原生的钨锡矿床分成5大类：斑岩型、云英岩型、夕卡岩型、石英脉型和锡石硫化物型。魏道芳等[28]根据成矿作用、成矿方式和成矿特征，将中南地区钨矿划分为夕卡岩型、石英脉型、层控热液型、斑岩型，锡矿划分为夕卡岩型、石英脉型、蚀变岩体型、火山岩型、斑岩型。付建明等[16]从指导找矿实践的角度，根据产状、容矿岩石、主要矿物组合、矿体形态、蚀变特征和容矿构造。将原生锡矿划分为：云英岩型、变花岗岩型、夕卡岩型、石英脉型、破碎带蚀变岩型和斑岩型。在一个矿区内，往往多个类型同时出现，形成矿床系列组合，单一类型的矿床较少。事实上，由于钨锡矿在南岭成矿带中常共伴生产出，因此一般认为南岭成矿带钨锡矿床类型基本一致；同时，由于钨、锡成矿机制方面存在一定差异，导致矿化类型上各有侧重。本文对南岭成矿带原生钨锡矿床划分采用付建明等[16]的方案，其中破碎带蚀变岩型矿床分布广、规模较大，是南岭成矿带近二十年发现的找矿潜力大，野外易识别的新类型。根据破碎带性质的差异，该类矿床还可以进一步分为断裂破碎带蚀变岩和层间破碎带蚀变岩2个亚型。典型锡（钨）矿体有锡田垄上20、22号矿体、骑田岭芙蓉19号矿体、荷花坪Ⅳ号矿体、香花岭通天庙Ⅰ号矿体及本文的八仙脑V3号矿体等，常与云英岩型、变花岗岩型、夕卡岩型、石英脉型、斑岩型等矿体共伴生产出，常形成所在矿区的“王牌”矿体（即规模大、品位富的矿体），如骑田岭芙蓉19号锡矿体一条矿脉就达到大型规模，其资源量约占整个芙蓉矿床的31.8%[29]。矿化组合方面，湘南地区以锡为主，赣南地区以钨为主，均共伴生有铜、铅、锌、银等；成矿时代方面，不同矿床类型、不同同位素年代学体系（主要为云母Ar-Ar、辉钼矿 Re-Os、锡石 LA-ICP-MS）获得的成矿年龄在误差范围内基本一致，如芙蓉锡矿[30]及本矿床等；成矿温度方面，石英脉型钨锡矿成矿温度以中高温为主，但破碎带蚀变岩型的发现，表明中（低）温作用也能形成钨锡矿床，拓宽找矿视野，对指导区域找矿具有积极意义。进一步加强其与湘南地区相似矿床（如芙蓉锡矿、荷花坪锡矿）的矿化类型、矿体产出形态、成矿温度、成矿物质来源、探矿方法组合等对比研究，对深化赣南崇（义）—（大）余—（上）犹矿集区乃至赣南地区不同类型钨锡多金属矿床形成的年龄谱系、成矿规律和找矿方向都具有重要意义。