安徽青阳高家塝钨钼矿床与狮金山钼铜多金属矿床的成岩成矿系统

徐晓春, 吴 迪, 傅仲阳, 白茹玉, 2, 许心悦, 宋朝晖

安徽青阳高家塝钨钼矿床与狮金山钼铜多金属矿床的成岩成矿系统

徐晓春1, 吴 迪1, 傅仲阳1, 白茹玉1, 2, 许心悦1, 宋朝晖1

(1.合肥工业大学 资源与环境工程学院, 安徽 合肥 230009; 2.安徽省地质调查院, 安徽 合肥 230001)

安徽青阳高家塝钨钼矿床和狮金山钼铜多金属矿床位于江南过渡带北段, 均赋存于青阳‒九华复式花岗岩体北缘的花岗闪长斑岩侵入体中, 两者在空间上紧密相邻, 成矿元素组合分别为W-Mo和Cu-Pb-Zn-Au。本文在系统的野外地质调查和岩相学工作基础上, 对两个矿床赋矿花岗闪长斑岩主量元素、微量元素、稀土元素和Sr-Nd同位素地球化学特征, 以及矿石矿物S、Pb同位素组成特征进行分析, 并厘定了狮金山矿床赋矿花岗闪长斑岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄和矿石中辉钼矿Re-Os年龄。研究显示, 高家塝钨钼矿床和狮金山钼铜多金属矿床赋矿花岗闪长斑岩体地球化学特征相似, 结合年代学研究, 指示为同一期岩浆事件产物, 成岩物质以壳源为主; 矿石矿物S、Pb同位素组成特征指示两矿床受同一岩浆热液体系控制, 其成矿物质主要来源于深部岩浆; 成矿年龄与赋矿花岗闪长斑岩的成岩年龄显示, 两个矿床成岩、成矿作用基本同时, 且矿石类型、元素组合及其分带与岩体产状、岩体与围岩接触带及断裂构造关系密切, 但流体包裹体均一温度明显不同, 反映矿质富集和沉淀受控于地质及物理化学条件。由此推测, 高家塝钨钼矿床和狮金山钼铜多金属矿床属于同一岩浆‒热液成岩成矿系统的产物, 区内隐伏花岗闪长斑岩侵入体与相关围岩接触带部位是寻找此类钨钼铜多金属矿床的有利部位。

成岩成矿系统; 矿床地质和地球化学特征; 高家塝钨钼矿床; 狮金山钼铜多金属矿床; 江南过渡带

0 引 言

高家塝钨钼矿床和狮金山钼铜多金属矿床位于安徽省南部池州市青阳县境内, 是近年来在江南过渡带北端新发现的钨钼铜多金属矿床。江南过渡带是高坦‒周王断裂与江南深断裂之间的北东向长条状区域(常印佛等, 1991), 其南侧与皖南钨钼多金属成矿带相邻, 北侧为著名的长江中下游铜铁硫金成矿带(图1a)。江南过渡带成矿特点展现出其南北两侧成矿带叠加和过渡的特征(徐晓春等, 2014; 张达玉等, 2017; 傅仲阳等, 2018), 既发育类似于皖南成矿带的钨钼多金属矿床, 如高家塝、鸡头山、百丈岩等大‒中型钨钼矿床(蒋其胜等, 2009; Song et al., 2012, 2013; Zhang et al., 2017), 又发育类似于长江中下游成矿带的铜、钼、金、铅锌矿床, 如狮金山钼铜多金属矿床、马头铜钼矿床、兆吉口铅锌矿床和查册桥金矿床(Zhu et al., 2014; 徐晓春等, 2014; 聂张星等, 2016; 傅仲阳等, 2018)。

长期以来, 前人对江南过渡带众多矿床的地质特征、成岩成矿时代、成岩成矿物质来源、成矿流体性质、成岩成矿机制进行深入探讨, 并取得了丰富的理论成果(常印佛等, 1991; 陈江峰等, 1993; 周涛发等, 2003; 李文庆和曹静平, 2006; 张菲菲等, 2011; Wu et al., 2012; Song et al., 2014; 徐晓春等, 2014; Zhang et al., 2017), 但大多数研究集中于单个矿床, 缺乏对区域地质背景的整体把握, 对带内发育的斑岩型(如狮金山矿床、马头矿床)、矽卡岩型(如高家塝、百丈岩、黄山岭矿床)和脉型(如兆吉口矿床)等多类型矿床以及钨‒钼矿床和铜‒钼‒铅‒锌‒金矿床之间的成因联系未予重视, 这制约了江南过渡带岩浆作用和成矿作用理论的深化, 相应地, 也制约了该带后续找矿勘探工作的开展。本文旨在前人研究基础上着重对带内两个紧密相邻的矿床——高家塝钨钼矿床和狮金山钼铜多金属矿床进行较为系统和深入的地质和地球化学研究, 以岩浆‒流体‒成矿演化为主线来探讨两个矿床的成因联系及成岩成矿系统, 以期深化对江南过渡带区域岩浆作用和成矿作用的认识。

1 区域地质背景

安徽青阳高家塝钨钼矿床和狮金山钼铜多金属矿床大地构造上位于江南过渡带的北端, 紧邻长江中下游成矿带, 处在阳新‒常州断裂转折部位——近东西向周王断裂与北东向高坦断裂交汇处的南侧(图1b)。

区内地层出露较齐全, 除中‒上三叠统和下白垩统外, 自寒武系至第四系均有出露。受印支运动和燕山运动的叠加影响, 区内褶皱变动较频繁, 主要表现为北东向线性褶皱, 以发育大型复式背斜和向斜为特征。区内断层以北东向、近东西向为主, 大多具基底剪切性质, 断裂之间相互交切, 形成了呈北东向展布的菱形构造格架。区内燕山期岩浆活动强烈, 主要发育中酸性侵入岩, 多呈岩基和岩株产出, 其中出露规模最大的为青阳‒九华复式岩体, 主要为花岗闪长岩‒二长花岗岩‒钾长花岗岩组合。前人根据侵入岩年龄将燕山期岩浆活动分为燕山晚期早阶段(150～136 Ma)和燕山晚期晚阶段(136～120 Ma) (Wu et al., 2012; Song et al., 2014; Yan et al., 2017)。已有研究表明, 与成矿相关的岩体主要为燕山晚期早阶段侵入岩, 规模相对较小, 多为呈岩枝和岩脉等形式产出的花岗闪长斑岩、花岗斑岩、石英闪长玢岩等(Song et al., 2012; Yan et al., 2017)。区内金属矿产主要以钨、钼、铅锌、金为主, 铜、银、锑等次之, 矿床成因类型以矽卡岩型为主, 斑岩型和脉型次之。

Ⅰ. 长江中下游成矿带; Ⅱ. 江南过渡带; Ⅲ. 皖南成矿带; F1. 长江深断裂; F2. 周王断裂; F3. 高坦断裂; F4. 江南深断裂。矿床名称: (1). 高家塝钨钼矿床; (2). 狮金山铜钼多金属矿床; (3). 百丈岩钨钼矿床; (4). 鸡头山钨钼矿床; (5). 铜矿里铜钼矿床; (6). 安子山铜钼矿床; (7). 马头铜钼矿床; (8). 宝树尖铜多金属矿床。图例: 1. 燕山晚期晚阶段花岗岩; 2. 燕山晚期晚阶段正长岩; 3. 燕山晚期早阶段二长花岗岩; 4. 燕山晚期早阶段花岗闪长岩; 5. 元古宙花岗岩; 6. 钨钼矿床; 7. 铜钼矿床; 8. 断裂及推测断裂; 9. 长江; 10. 研究区。

2 矿床地质特征

高家塝钨钼矿床和狮金山钼铜多金属矿床产于青阳‒九华岩体北缘, 两者在空间上相距不到3 km(图2)。

高家塝钨钼矿床和狮金山钼铜多金属矿床均产于黄柏岭复背斜北西翼之次级高家塝背斜的北东翼, 发育的断裂构造主要为北东向和近东西向, 其次为北西向和近南北向。两矿区出露地层为下寒武统黄柏岭组至下二叠统栖霞组, 以砂岩、泥岩、页岩、灰岩为主。其中, 高家塝矿床的主要含矿层位是寒武系黄柏岭组中段碳酸盐岩地层, 而狮金山矿床的主要含矿层位不仅有寒武系黄柏岭组中段碳酸盐岩地层, 志留系高家边组粉砂岩也是重要的含矿层位。两矿区主要出露花岗闪长岩和花岗闪长斑岩, 它们均是青阳‒九华复式花岗岩基的组成部分。其中花岗闪长岩自西南方向侵位于矿区黄柏岭组中, 为青阳‒九华复式花岗岩体青阳岩基状花岗闪长岩体的北缘部分, 因受第四系覆盖岩体呈岛状出露, 未见明显的蚀变和矿化; 花岗闪长斑岩则产于青阳花岗闪长岩体的边缘, 呈岩枝状或岩脉状沿黄柏岭组和高家边组等顺层侵位, 尤其在高家塝矿区呈近南北走向、向东弯曲和倾伏的陡立弧形产出(图3)。花岗闪长斑岩对成矿起着明显的控制作用, 岩体中发育硅化、钾化、(黄铁)绢英岩化、绿泥石化、碳酸盐化等蚀变, 在其与黄柏岭组碳酸盐岩地层接触带附近发育强烈的矽卡岩化和大理岩化。

1. 第四系; 2. 上白垩统赤山组; 3. 下二叠统孤峰组; 4. 中石炭统黄龙组; 5. 上泥盆统五通组; 6. 上志留统茅山组; 7. 下志留统高家边组; 8. 下奥陶统仑山组; 9. 上寒武统青坑组; 10. 上寒武统团山组; 11. 中寒武统杨柳岗组; 12. 下寒武统黄柏岭组上段; 13. 花岗闪长岩; 14. 花岗闪长斑岩; 15. 条带状矽卡岩; 16. 断层及推测断层; 17. 勘探线。

(a) 高家塝钨钼矿床36号勘探线; (b) 狮金山钼铜多金属矿床86号勘探线; (c) 狮金山钼铜多金属矿床115号勘探线。1. 第四系; 2. 下志留统高家边组; 3. 奥陶系; 4. 下寒武统黄柏岭组; 5. 矽卡岩; 6. 花岗闪长斑岩; 7. 花岗闪长岩; 8. 钼矿体; 9. 钨矿体; 10. 铜矿体; 11. 铅锌矿体; 12. 断层破碎带; 13. 钻孔。

高家塝钨钼矿床成矿元素主要为W, 伴生Mo以及少量的Cu, 现有钻探工程控制的钨金属量已超过6.2万吨, 达大型规模, 钼金属量为5400 t(Zhang et al., 2017)。该矿床Ⅰ号主矿体呈似层状产于黄柏岭组中段矽卡岩带中(图3a), 矿体产状受矽卡岩带控制, 长1800 m, 最大厚度48 m, 最小厚度1.61 m, 平均厚度13.87 m。在花岗闪长斑岩体内产有透镜状钼(钨)矿体, 矿体受岩体内部裂隙控制(图3a)。矿石类型可分为矽卡岩型和斑岩型两类, 主要发育白钨矿、辉钼矿、磁黄铁矿以及少量黄铜矿、黄铁矿、闪锌矿等, 矿石呈浸染状、细脉浸染状、细脉状产出(图4d、e、f)。

狮金山钼铜多金属矿床位于高家塝钨钼矿床的东侧, 成矿元素主要为Mo、Cu、Pb、Zn, 伴生W和Au, 已发现的钼矿规模达中型, 铜、铅、锌矿为小型。该矿床的矿体主要受花岗闪长斑岩岩枝产状和断裂带控制, 其中钼矿体呈透镜状和脉状产于花岗闪长斑岩体内以及高家边组粉砂岩中, 铜矿体和铅、锌矿体主要呈大脉状产于高家边组粉砂岩中(图3b、c)。在岩体与黄柏岭组围岩接触带的矽卡岩带中局部发育钨铜矿体(图3b)。矿石类型以斑岩型和脉状充填型为主, 矽卡岩型次之(图4g、h、i), 矿石矿物主要为辉钼矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、黄铁矿以及少量白钨矿, 矿石呈细脉浸染状、细脉状、大脉状产出(图4g、h、i)。

3 样品采集与测试方法

3.1 样品采集

本次研究的花岗闪长斑岩样品和矿石样品均采自高家塝矿区ZK366钻孔和狮金山矿区ZK866钻孔。用于主量、微量和稀土元素测试的花岗闪长斑岩样品共6件(GJB-335、GJB-432、GJB-395、SJS-575、SJS-625、SJS-555), Sr-Nd同位素测试样品有4件(GJB-355、GJB-300、SJS-575-3、SJS-580), 成岩年龄测试样品1件(SJS-580)。花岗闪长斑岩样品蚀变和矿化相对较弱, 整体呈青灰‒灰白色, 块状构造(图4a、b), 斑状结构, 斑晶由石英、钾长石、斜长石以及少量角闪石和黑云母组成, 均呈半自形‒它形粒状结构, 大小约0.5～2 mm, 基质为长英质, 微粒‒细粒结构(图4c), 局部可见暗色矿物如角闪石、黑云母等定向排列而呈片麻状(图4a)。用于S和Pb同位素测试和包裹体显微测温分析的矿石样品采自这两个钻孔花岗闪长斑岩中的细脉浸染状矿石(图4d)、接触带中的透镜状矿石和粉砂岩中的脉状矿石(图4e、f、h、i)。用于成矿年龄测试的辉钼矿样品(SJS-1～SJS-5)采自狮金山矿床ZK866钻孔, 辉钼矿呈细脉浸染状分布于花岗闪长斑岩中(图4g)。

(a) 高家塝矿床赋矿花岗闪长斑岩, 斑状结构, 块状构造(片理化); (b) 狮金山矿床赋矿花岗闪长斑岩, 斑状结构, 块状构造; (c) 花岗闪长斑岩, 斑状结构, 基质微粒‒细粒结构; (d) 高家塝斑岩型矿石, 白钨矿和辉钼矿分别呈细粒分散状和细脉状分布于花岗闪长斑岩中; (e) 高家塝矽卡岩型矿石, 磁黄铁矿呈脉状切穿矽卡岩; (f) 高家塝矽卡岩型矿石, 白钨矿呈粒状嵌布于石榴子石和辉石中; (g) 狮金山斑岩型矿石, 辉钼矿呈细脉状、细粒浸染状分布于花岗闪长斑岩中; (h) 狮金山矽卡岩型矿石, 白钨矿呈粒状嵌布于石榴子石和透辉石中; (i) 狮金山脉型矿石, 黄铜矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿呈脉状充填于围岩高家边组粉砂岩中。矿物代号: Amp. 角闪石; Bt. 黑云母; Cp. 黄铜矿; Gn. 方铅矿; Kfs. 钾长石; Mo. 辉钼矿; Pl. 斜长石; Po. 磁黄铁矿; Qtz. 石英; Sch. 白钨矿; Sp. 闪锌矿。

3.2 测试方法

全岩主量、微量元素和稀土元素分析在广州澳实矿物分析实验室完成。主量、微量元素和稀土元素分别采用ME-XRF06(X-射线荧光光谱法)、ME-MS61、ME-MS81测试, 测试精度: 元素含量大于10×10−6误差范围小于5%, 元素含量小于10×10−6精度优于10%。详细流程参考澳实矿物分析实验室分析测试手册(靳新娣和朱和平, 2000)。

Sr-Nd同位素测试在中国科学技术大学同位素地球化学实验室完成。称取100 g粉末样品溶解于HF+HNO3混合酸中并通过阳离子交换树脂法将Sr和Nd分离提纯出来。分析仪器为MAT-262热电离质谱计, 全流程空白Sr<1.5 ng, Nd<1.1 ng, 对样品的影响可以忽略不计, 同位素比值测量精度均优于0.003%。详细的同位素分析流程参见Chen et al. (2000)。数据处理采用ISOPLOT软件。

S和Pb同位素分析在北京核工业地质研究院分析测试研究中心完成。S同位素分析仪器为Delta V plu, 以V-CDT做标准, 相对误差小于0.2‰。Pb同位素分析仪器为ISOPROBE-T(TIMS), 采用国际标样NIST Pb-981进行校正, 同位素比值精度优于0.05%。

锆石挑选在河北廊坊诚信地质服务有限公司完成。U-Pb年龄测定在合肥工业大学资源与环境工程学院质谱实验室完成。采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)并由Agilient7500a ICPMS和GeoLas2005(193 nm)激光器来进行测定, 数据处理使用ICP-MS DataCal软件(Liu et al., 2010), 年龄计算使用ISOPLOT软件, 测试参数和详细分析方法参见Liu et al. (2010)。

辉钼矿挑选在河北地质测绘院完成。样品测试工作在国家地质实验测试中心Re-Os同位素实验室完成。采用Carius管封闭溶样分解样品, 测试仪器为TJAX-series电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)。Re-Os同位素分析原理及详细分析流程参见文献Shirey and Walker (1995)和Du et al. (2004)。

流体包裹体显微测温在合肥工业大学分析测试中心完成。测试仪器为冷热台THMSG 600, 测量范围为−196～600 ℃, 精度和稳定型为0.1 ℃。相关流程及数据处理可参考Huizenga et al. (2006)

4 测试结果

4.1 岩石主量和微量元素组成

高家塝矿床和狮金山矿床赋矿花岗闪长斑岩主量、微量测试结果见表1, 其中SiO2: 64.46%～ 69.16%(平均67.14%), Al2O3: 13.73%～15.86%(平均15.07%), TFeO: 1.90%～4.21%(平均2.99%), MgO: 0.72%～2.57%(平均1.34%), CaO: 2.34%～4.36%(平均3.45%), K2O: 2.35%～4.52%(平均3.49%), Na2O: 3.07%～4.43%(平均3.91%), A/CNK值介于0.85～ 0.96之间(表1)。在TAS图解中样品基本落在花岗闪长岩区域(图5a), 在硅钾图解上显示其属于高钾钙碱性系列(图5b)。

表1 高家塝矿床和狮金山矿床赋矿花岗闪长斑岩主量元素(%)和微量元素(×10−6)分析结果

续表1:

注: δEu=2EuN/(SmN+GdN), N表示球粒陨石标准化, 标准化值据Taylor and McLennan (1985)。

高家塝矿床和狮金山矿床赋矿花岗闪长斑岩具有较为相似的微量元素组成, 在原始地幔标准化微量元素蛛网图中, 均表现出富集Rb、Sr、Ba、U等大离子亲石元素, 亏损Th、Nb、P、Ti等高场强元素(表1, 图5c)。稀土元素特征上, 其稀土元素总量相近且较低, ∑REE=129.49×10−6～180.21×10−6, 均值为160.20× 10−6; 球粒陨石标准化稀土元素配分型式也基本一致, 均具有弱负Eu异常(δEu=0.82～0.90), 轻稀土元素相对富集, 重稀土元素相对亏损的右倾配分型式, LREE/HREE介于3.82～6.73之间(表1, 图5d)。

4.2 岩石Sr-Nd同位素组成

全岩Sr-Nd同位素分析结果见表2。高家塝矿床赋矿花岗闪长斑岩(GJB-355、GJB-300)的(87Sr/86Sr)i值为0.71019和0.70985, 平均0.71002;Nd()为−4.1和−6.3, 平均为−5.2。狮金山矿床赋矿花岗闪长斑岩(SJS-575、SJS-580)的(87Sr/86Sr)i值为0.70927和0.70945, 平均为0.70936;Nd()均为−6.2。

4.3 矿石矿物S、Pb同位素组成

高家塝矿床矿石中的磁黄铁矿δ34SV-CDT为4.6‰, 黄铁矿δ34SV-CDT平均5.6‰, 辉钼矿δ34SV-CDT为6.1‰。狮金山矿床矿石中的磁黄铁矿δ34SV-CDT平均4.9‰, 黄铜矿δ34SV-CDT为3.8‰, 黄铁矿δ34SV-CDT平均6.0‰, 方铅矿δ34SV-CDT为4.0‰, 闪锌矿δ34SV-CDT为5.5‰, 辉钼矿δ34SV-CDT为5.5‰(表3)。两个矿床金属硫化物矿物的S同位素组成平均值分别为5.5‰和5.2‰, 变化均较小。

高家塝矿床矿石矿物Pb同位素组成为:208Pb/204Pb为38.402～38.535(平均38.467),207Pb/204Pb为15.570～15.603(平均15.587),206Pb/204Pb为18.266～ 18.466(平均18.388)。狮金山矿床矿石矿物Pb同位素组成为:208Pb/204Pb为38.425～38.691(平均38.532),207Pb/204Pb为15.562～15.681(平均15.608),206Pb/204Pb为18.280～18.522(平均18.376)(表4)。两个矿床的矿石矿物Pb同位素组成比较稳定, 比值变化较小, 表明其来自稳定统一的铅源。

4.4 成岩年龄和成矿年龄

狮金山矿床赋矿花岗闪长斑岩锆石LA-ICP MS U-Pb年龄测试结果见表5。其锆石Th、U含量分别为(54.0～278)×10−6和(272～775)×10−6, Th/U值介于0.19～0.43之间(均值为0.32), 均大于0.1, 显示为典型岩浆锆石特征。29个有效测试点均落在谐和线上, 谐和年龄为145.8±2.1 Ma, 加权平均年龄为145.7± 1.5 Ma(MSWD=0.63)(图6), 两者基本一致, 代表了狮金山矿床赋矿花岗闪长斑岩的形成年龄。

球粒陨石标准化值据Taylor and McLennan (1985); 原始地幔标准化值据Sun and McDonough (1989)。

表2 高家塝矿床和狮金山矿床赋矿花岗闪长斑岩Sr-Nd同位素组成

*引自傅仲阳等(2019)。

狮金山矿床辉钼矿Re-Os同位素测试结果见表6。由于辉钼矿普Os远低于样品的187Os, 反应187Os主要是187Re衰变的产物, 符合计算模式年龄的条件。由此获得的5件辉钼矿Re-Os模式年龄分别为147.0±2.0 Ma、147.2±2.0 Ma、147.0±2.0 Ma、147.4±2.0 Ma、146.3±2.2 Ma, 它们在误差范围内基本一致, 指示狮金山矿床的成矿年龄约为147.0± 1.8 Ma(图7)。

表3 高家塝矿床和狮金山矿床矿石矿物S同位素分析结果

4.5 矿物流体包裹体均一温度

高家塝钨钼矿床和狮金山矿床钼铜多金属矿床中矿物流体包裹体分布广泛, 在石英、方解石及金属硫化物中均有发现。根据矿脉穿切叠加关系和矿物共生组合特征, 可将矿床热液成矿作用过程划分为三期: 成矿早期主要形成大量石榴子石、透辉石等矽卡岩矿物, 未见明显矿化; 成矿中期以出现大量金属硫化物和石英为特征, 主要形成大量辉钼矿和磁黄铁矿以及黄铜矿、黄铁矿和铅锌矿等; 成矿晚期主要形成大量方解石和少量石英等(肖鑫等, 2017)。

分别选取成矿早期石榴子石、成矿中期石英及成矿晚期方解石中流体包裹体进行均一温度测定, 获得了112个数据(课题组未发表数据)。测试结果显示, 高家塝矿床成矿阶段温度介于480～270 ℃之间, 狮金山矿床主成矿阶段温度介于390～200 ℃之间。

表4 高家塝矿床和狮金山矿床矿石矿物Pb同位素分析结果

表5 狮金山钼铜多金属矿床花岗闪长斑岩锆石LA-ICP-MS U-Pb分析结果

续表5:

图6 狮金山钼铜多金属矿床赋矿花岗闪长斑岩锆石U-Pb谐和图(a)和加权平均年龄图(b)

表6 狮金山矿床辉钼矿Re-Os同位素测试结果

图7 狮金山钼铜多金属矿床辉钼矿Re-Os同位素等时线年龄(a)和模式年龄加权平均值(b)

5 讨 论

5.1 岩浆起源

高家塝钨钼矿床和狮金山钼铜多金属矿床赋矿花岗闪长斑岩侵入体均沿地层顺层侵位, 呈一系列大小不一的岩枝或岩脉, 空间上分别位于研究区西部和东部, 它们紧密相邻, 且均为青阳‒九华复式岩体的重要组成部分, 岩体长轴均呈北东向, 指示其深部岩浆可能来源于同一通道。两个矿床赋矿岩石均为斑状结构和块状构造, 矿物组成特征一致。前人研究显示, 高家塝矿床赋矿花岗闪长斑岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为145.0±2.0 Ma～144.9±2.2 Ma (肖鑫等, 2017; 傅仲阳等, 2019), 与本次测定的狮金山矿床赋矿花岗闪长斑岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄(145.8±2.1 Ma)在误差范围内一致, 表明高家塝矿床和狮金山矿床赋矿花岗闪长斑岩可能为同一期岩浆事件的产物。范羽等(2016)通过对皖南地区岩浆岩分布特征研究认为, 包括青阳‒九华花岗岩体在内的大多数复式岩体及单个岩体的分布方向均呈北东向展布, 受北东向基底断裂控制明显。前人测得高家塝矿区花岗闪长岩及其主岩体青阳花岗闪长岩的成岩年龄为142.0±1.1 Ma～138.3±1.4 Ma(Wu et al., 2012; Zhang et al., 2018; 傅仲阳等, 2019), 略晚于高家塝矿床和狮金山矿床赋矿花岗闪长斑岩侵位年龄, 而且无矿化或矿化不明显。由此推测, 高家塝矿床赋矿花岗闪长斑岩及其围岩中局部可见的片理化可能是后期大规模花岗闪长岩浆侵位挤压所致。

高家塝矿床和狮金山矿床赋矿花岗闪长斑岩主量元素均显示富硅、富钾、富碱、低镁特征, A/CNK值介于0.85～0.96之间, 属准铝质高钾钙碱性系列。稀土元素元素特征相似, 均呈轻稀土元素富集、重稀土元素亏损(部分样品间重稀土元素表现出明显的分异现象可能是由于所选样品具有不同成分含量的矿石矿物所导致), 具Eu弱负异常, 说明成岩物质主要来源于地壳, 岩浆演化过程中斜长石的分离结晶作用不明显(Taylor et al., 1985)。微量元素上, 赋矿花岗闪长斑岩均表现为富集Rb、K、Ba等大离子亲石元素而亏损Th、Nb、P、Ti等高场强元素, 显示壳源花岗岩的特征(Taylor and McLennan, 1985; Rudnick, 1995)。由于Nb和Ta属于地球化学性质非常相似的元素对, 在各种地质过程中具有相似的化学行为, Nb/Ta值在各种地质体系包括岩浆体系中基本恒定, 因此可以成为判断物质源区的化学指标之一(赵振华等, 2008)。高家塝矿床和狮金山矿床赋矿花岗闪长斑岩Nb/Ta值分别在12.3～13.4和12.1～ 13.4之间, 与大陆地壳范围重合(Nb/Ta=10～14; Taylor and McLennan, 1985; Rudnick et al., 2000), 也指示源区为成熟度较高的壳源物质。

在Sr-Nd同位素组成图解中, 高家塝矿床和狮金山矿床赋矿花岗闪长斑岩的数据点较为集中, 反映两者具相同的成岩物质来源。数据点均落在地幔序列、扬子上地壳和扬子下地壳三者之间, 暗示岩浆起源于地幔, 但成岩物质主要以壳源物质尤其是扬子上地壳为主, 与皖南地区同期的侵入岩相似(图8)。扬子上地壳物质可能以皖南地区的上溪群为代表, 其作为区域变质基底厚度巨大(13354 m以上), 为一套中‒新元古代浅变质火山‒沉积岩系(陈江峰等, 1989, 2001; 邢凤鸣等, 1989; 朱光和刘国生, 2000), 燕山期时Nd()值为−8.2～−7.3, 与区内花岗闪长斑岩接近(陈江峰等, 1993; 邢凤鸣和徐祥, 1993; Xue et al., 2009; 周翔等, 2012; 周洁等, 2015; Yan et al., 2017)。而且, 马振东等(1998)测得上溪群中W的平均浓度达2.23×10−6, 在上溪群泥质岩和碎屑岩中W的浓度甚至可达4.67×10−6和10.54×10−6, 有利于钨矿床的形成。

皖南地区Sr-Nd同位素范围据陈江峰等(1993)、邢凤鸣和徐祥(1993)、Xue et al. (2009)、周翔等(2012)、周洁等(2015)、Yan et al. (2017); 高家塝岩体部分Sr-Nd同位素数据引自傅仲阳等(2019); 扬子上地壳据Chen and Jahn (1998); 扬子下地壳据Yang et al. (2004)。

5.2 成矿物质来源

硫是重要的成矿金属元素之一, 而矿床矿石矿物S同位素组成对示踪硫的来源乃至判定矿床成因有重要作用(Ohmoto, 1986; Hoefs, 1997)。高家塝矿床和狮金山矿床中的硫化物主要为磁黄铁矿‒黄铁矿‒辉钼矿‒黄铜矿, 矿物组合简单且基本未见硫酸盐矿物, 说明矿床是在较低氧逸度条件下形成的。而且, 矿石矿物S同位素组成总体表现为辉钼矿>黄铁矿>磁黄铁矿>闪锌矿>黄铜矿>方铅矿, 显示成矿热液系统的S同位素基本上达到了平衡(郑永飞和陈江峰, 2000), 因此硫化物的δ34S平均值基本可以代表成矿热液中总硫的同位素组成。在各个地质储库中, 海水硫δ34S值在20‰左右, 幔源硫δ34S值为0±3‰, 沉积硫多为负的δ34S值(Ohmoto, 1972)。高家塝矿床和狮金山矿床硫化物δ34SVCDT值集中在3‰～7‰之间, 与一般火成岩S同位素组成(0±5‰)接近, 且δ34SVCDT值离散度小, 明显呈塔式分布, 显示硫源较为均一(图9)。因此, 高家塝矿床和狮金山矿床具有相同的深源岩浆硫源。

铅是一种非常重要的地球化学示踪体系, 能够准确提供矿床成矿物质来源信息(Zartman et al., 1981; Macfarlane et al., 1990; Chiaradia et al., 2004)。高家塝矿床和狮金山矿床Pb同位素比值变化范围较窄, 反映其Pb同位素组成比较稳定, 计算获得两者Th/U和值基本一致, 显示两个矿床具有相同铅源。其中Th/U值变化范围为3.84～3.94, 介于中国大陆上地壳平均值(Th/U=3.47)和全球大陆上地壳平均值(Th/U=3.88)之间, 反映成矿物质可能主要源于上地壳;值介于8.96～9.21之间, 均大于地幔铅的值(= 8～9), 而又小于上地壳物质的值(>9.58), 反映出壳幔混合铅的特征。为进一步探讨矿石铅的来源, 将其与赋矿花岗闪长斑岩的Pb同位素组成进行对比, 可见矿床矿石Pb同位素组成与花岗闪长斑岩基本一致, 两者数据点相对集中, 大多落在造山带演化线上及其附近(图10), 暗示它们可能具有相同的来源, 均为地壳源和地幔源的混合铅, 这也表明矿床成矿金属元素铅可能主要来源于岩浆或岩浆岩。

图9 高家塝矿床和狮金山矿床硫化物S同位素分布直方图

5.3 矿质沉淀与成矿元素分带

高家塝矿床与狮金山矿床均产于青阳‒九华岩体的北缘, 相距不到3 km, 但成矿金属元素组合不同, 前者以钨为主伴有钼及少量铜, 后者以钼‒铜‒铅‒锌为主伴有少量钨和金。从矿体赋存部位及矿石类型来看, 高家塝矿床矿体主要赋存于岩枝状花岗闪长斑岩体及其与寒武系黄柏岭组碳酸盐岩的接触带中, 矿石类型主要为斑岩型和矽卡岩型; 而狮金山矿床矿体主要赋存于贯穿寒武系黄柏岭组中段的碳酸盐岩以及志留系高家边组粉砂岩中的花岗闪长斑岩脉及其接触带中, 相对远离侵入岩体。但是两矿床赋矿花岗闪长斑岩岩石地球化学、年代学特征, 及矿石矿物的S、Pb同位素特征相似(表7), 显示两者受同一岩浆热液流体系统控制, 且具有相同的成岩成矿物质来源, 因此本文将两者作为统一的整体进行研究。流体包裹体测温显示, 高家塝矿床主成矿阶段的均一温度介于480～270 ℃之间, 狮金山矿床主成矿阶段均一温度介于390～200 ℃之间(图11), 两个矿床的主成矿阶段温度明显不同, 正好对应与两个矿床分别沉淀高‒中温的W-Mo-Cu元素组合和中‒低温的Cu-Pb-Zn-Au元素组合, 显示出两矿床既共生又有一定分带的特征。由此推测, 高家塝矿床和狮金山矿床形成受燕山晚期岩浆作用控制, 岩浆热液携带成矿金属元素在深部沿着深大断裂控制的岩浆通道上升, 在地壳浅部则沿已固结岩浆岩与围岩的接触带、已固结岩浆岩及其围岩中的裂隙迁移并沉淀。在燕山晚期构造应力由强烈挤压向伸展环境过渡的背景下(张旗等, 2001; 周涛发等, 2008), 深部地幔岩浆上涌、底侵下地壳并同化上地壳, 岩浆上升侵位固结后, 深部岩浆房中的岩浆继续分异出热液流体并沿接触带及断裂裂隙上升。傅仲阳等(2019)通过对岩浆氧逸度及F、Cl含量的研究认为, 高家塝花岗闪长斑岩形成于相对还原条件下, 演化早期偏还原性的岩浆以及其中较高的F、Cl含量更有利于钨富集于岩浆期后热液流体中; 而激光拉曼光谱分析显示成矿流体为H2O-CH4-CO2-NaCl体系, 具有富CH4的特征(吴迪等, 2017), 且在矽卡岩‒氧化物‒钨钼矿化阶段的流体包裹体以CH4为主, 而演化至硫化物矿化阶段则以H2O为主。由此推测, 早期含CH4偏还原性质的初始成矿流体从深部岩浆房不断分异出来, 并携带了大量钨、钼等成矿金属元素, 受岩体侵位形成的热场影响, 在浅部岩体中发生强烈的碱质交代作用, 并在较高温度和较高氧逸度条件下形成斑岩型钨矿化; 随着岩浆房中的岩浆进一步演化、并向着相对氧化的环境转化, 成矿金属元素富集于热液流体并在岩体与围岩接触带发生交代作用形成石榴子石、透辉石矽卡岩及钨‒钼‒铜矿化; 随着成矿热液流体迁移至岩体或岩脉远端及其围岩裂隙中, 热场影响小、热量损失快, 伴随温度和氧逸度的下降以及大气降水的混合等物理化学条件的改变, 热液流体卸载成矿金属元素形成以铜铅锌等成矿金属元素为主的脉状矿床, 而矿体则主要受围岩断裂和裂隙控制。因此, 岩浆‒热液流体的不断演化和成矿环境的改变造成了研究区内高‒中温钨、钼元素和中‒低温铜(金)、钼、铅、锌等元素的共生和分带。

图10 高家塝矿床和狮金山矿床Pb同位素构造模式图(据Zartman and Doe, 1981)

表7 高家塝矿床和狮金山矿床特征对比简表

图11 高家塝矿床和狮金山矿床流体包裹体均一温度直方图

6 结 论

(1) 高家塝钨钼矿床和狮金山钼铜多金属矿床赋矿花岗闪长斑岩均具有富硅、富碱、低镁以及轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的特征, 且均富集Rb、K、Ba等大离子亲石元素, 亏损Th、Nb、P、Ti等高场强元素, Sr-Nd同位素地球化学特征和成岩年龄也一致, 指示为同一期岩浆事件产物, 岩浆起源于地幔上涌引起的壳源物质熔融。

(2) 高家塝钨钼矿床和狮金山钼铜多金属矿床矿石矿物的S、Pb同位素组成特征相似, 其成矿物质均来源于深部岩浆, 受同一岩浆流体系统控制。结合狮金山矿床辉钼矿Re-Os同位素年龄和两矿床赋矿花岗闪长斑岩年代学基本一致, 指示成岩、成矿作用基本同时。

(3) 高家塝钨钼矿床和狮金山钼铜多金属矿床的矿石类型、元素组合及其分带与岩体产状、岩体与围岩接触带、断裂构造关系密切, 流体包裹体均一温度显示其主成矿温度明显不同, 反映矿质富集和沉淀受控于的地质及物理化学条件, 由此推测这两个矿床属于同一岩浆‒热液成岩成矿系统控制, 在其演化过程中显示出既共生又有一定分带的特征。

致谢:感谢华东冶金地质勘查局八一二地质队韩长生总工程师在野外工作中的大力支持与帮助; 感谢合肥工业大学的袁峰教授和另一位匿名审稿专家提出宝贵而富有建设性的修改意见, 谨此一并表示衷心的感谢！

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Magmatic-hydrothermal Metallogenic System of the Gaojiabang Tungsten-molybdenum Deposit and Shijinshan Molybdenum-copper Polymetallic Deposit, Qingyang County, Anhui Province

XU Xiaochun1, WU Di1, FU Zhongyang1, BAI Ruyu1, 2, XU Xinyue1and SONG Chaohui1

(1. School of Resources and Environmental Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, Anhui, China; 2. Geological Survey of Anhui Province, Hefei 230001, Anhui, China)

TheGaojiabang W-Mo deposit and the Shijinshan Mo-Cu polymetallic deposit occur in the granodiorite porphyry intrusion at the north edge of the Qingyang-Jiuhua granitic batholith in the Jiangnan Transitional Belt. The two deposits show superimposed or transitional features of the Middle-Lower Yangtze Metallogenic Belt and the South Anhui Metallogenic Belt. Based on detailed field geological investigation and petrographic observation, the major and trace element compositions and Sr-Nd isotopes of the ore-bearing intrusive rocks and the S-Pb isotopic compositions of sulfides from the two deposits were determined, and the LA-ICP-MS zircon U-Pb age of the ore-bearing intrusive rocks and the molybdenite Re-Os isotopic age of the Shijinshan deposit were carried out. The results show that the ore-bearing granodiorite porphyries of the two deposits have almost the same geochemical characteristics and same zircon U-Pb ages, which means that the ore-bearing porphyries are coeval and originated from the same crust source. The two deposits have almost the same metallogenic ages which are in accordance with the U-Pb zircon ages of ore-bearing granodiorite porphyries. The S-Pb isotopic compositions of the sulfides imply the ore-forming material came from the magma. The ore types, element association and the zoning of the two deposits are closely related to the same intrusion. Thus, it may be inferred that the Gaojiabang W-Mo deposit and the Shijinshan Mo-Cu polymetallic deposit are products of the same magma-hydrothermal metallogenic system.

magmatic-hydrothermal metallogenic system; geology and geochemistry of the deposits; Gaojiabang W-Mo deposit; Shijinshan Mo-Cu polymetallic deposit; Jiangnan Transitional Belt

2020-01-13;

2020-03-21

国家自然科学基金项目(41472066)和国家重点研发计划项目(2016YFC0600209)联合资助。

徐晓春(1961–), 男, 教授, 博士生导师, 从事矿物学岩石学矿床学方面研究。Email: xuxiaoch@sina.com

P612

A

1001-1552(2021)03-0492-017

10.16539/j.ddgzyckx.2021.03.003