浙江省桐村鉬礦床Re-Os同位素年齡及地質(zhì)意義

張世銘，肖淵甫，王 強，張雪輝，楊 玲，王瑜亮，張春茂

(1.成都理工大學，四川成都 610059;2.南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，江蘇南京 210016;3.江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，江西南昌 33000)

開化桐村斑巖型鉬礦床位于浙江省西部鄰近浙皖贛三省交界處，區(qū)域上位于萍鄉(xiāng)－紹興結(jié)合帶北段，處于揚子、華夏兩個古陸塊的碰撞拼貼地帶(楊明桂等，1997)，Ⅲ級大地構(gòu)造位置屬于懷玉山－天目山被動邊緣盆地(浙江省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989)。礦床由浙江省區(qū)測隊于1966年發(fā)現(xiàn)，先后進行了地質(zhì)填圖、物化探工作和普查工作(侯翠霞，2010;陳帥奇，2011)。由于礦床成因類型具有代表性，眾多研究者對礦床進行了礦床產(chǎn)出特征、含礦巖體地球化學特征、巖石年代學、成礦地質(zhì)背景等方面的研究(陳帥奇等，2011;龔日祥等，2008;邱駿挺等，2011;朱安慶等，2009)。但是礦床的成礦年齡至今還未有精確地確定，制約了礦床成因等方面的研究。本文針對這一研究空白，對桐村鉬礦床三件礦石中輝鉬礦樣品進行了Re-Os成礦模式年齡的測定，為確定礦床成因提供了可靠的年代學方面的依據(jù)。

1 成礦地質(zhì)背景

礦區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂極為發(fā)育，以區(qū)域復背斜為基本構(gòu)造格架，形成一系列北東向背向斜構(gòu)造，與其相應北東向斷裂極為發(fā)育，表現(xiàn)為走向約50°～60°的褶皺和逆斷層、擠壓帶及片理化帶(俞國華，1996)。其次為北西向斷裂，兩個方向斷裂的交結(jié)點控巖、控礦，北北東向構(gòu)造零星發(fā)育。北西向構(gòu)造和北北東向構(gòu)造形成較晚，錯切北東向構(gòu)造。

開化地區(qū)整體地層展布受區(qū)域構(gòu)造影響呈北東向展布(圖1)，多數(shù)地層被斷層錯斷呈斷塊，變質(zhì)基底主要為中元古代雙溪塢群和新元古代河上鎮(zhèn)群(南京大學地質(zhì)系，1981)。雙溪塢群為一套基性、中基性火山巖，為細碧角斑巖建造。河上鎮(zhèn)群的駱家門組、虹赤村組為硬砂巖、復理石建造，上墅組為安山巖－流紋巖建造基底。震旦系、奧陶系為該區(qū)內(nèi)主要出露地層，分布于中部及北西部，主要以碳酸鹽巖、碎屑巖為主。志留紀、泥盆紀地層僅在南東部有少量分布，其它時代地層零星分布。

奧陶系在桐村地區(qū)出露地層中約占80%以上，以深水沉積為主，黑色筆石頁巖為代表。黃泥崗組為海相含灰?guī)r結(jié)核鈣質(zhì)泥巖，硯瓦山組為灰綠色瘤狀灰?guī)r夾薄層灰?guī)r。胡樂組為海相硅質(zhì)巖建造:黑色硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁巖及粘土頁巖;寧國組為海相含炭－硅質(zhì)頁巖建造(灰黑色含炭頁巖、硅質(zhì)頁巖);印渚埠組為淺海相沉積，巖性含灰?guī)r透鏡體和灰?guī)r瘤的紋層狀泥灰?guī)r、泥晶灰?guī)r，上部夾有鈣質(zhì)泥巖(浙江省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989;南京大學地質(zhì)系，1981)。

區(qū)內(nèi)燕山期巖漿活動較強烈，以中酸性巖漿的淺成侵入活動為主。燕山早期的花崗巖主要在北西向的碰撞擠壓環(huán)境下形成，浙江燕山晚期構(gòu)造應力以伸展為主，燕山期同熔型花崗巖主要成礦元素平均含量相對于維氏值Mo為7.2倍、Sn為2.9倍、Pb為3.2倍(浙江省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989)。

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 成礦地質(zhì)條件

(1)地層:主要賦礦地層為奧陶紀的印渚埠組(O1y)和長塢組(O3c)，為巖體侵入的直接圍巖，圍巖的巖性主要為含灰?guī)r瘤和鈣質(zhì)結(jié)核的泥巖、粉砂巖。斑巖型銅礦化主要與泥巖中的蝕變有關，矽卡巖型礦化主要與印渚埠組中的灰?guī)r瘤和鈣質(zhì)泥巖的矽卡巖化有關(圖2)。

圖2 桐村斑巖型鉬礦床礦區(qū)地質(zhì)圖①Fig.2 Geological sketch map of the Tongcun deposit①

(2)構(gòu)造:桐村礦區(qū)區(qū)域構(gòu)造位于蕭(山)－球(川)深大斷裂與下莊－石柱大斷裂之間，屬南華山－東坑頭－來龍山復背斜南西端南東翼的次級向斜構(gòu)造。南華山背斜軸向北東東，僅出露向斜的北西翼，表現(xiàn)為單斜的形式。

斷層主要方向為NE向、NNE、NW、EW向。礦段主要位于北北東向F301的東盤，北西向F201的北東盤。區(qū)域北東向燕山早期的壓性斷裂和配套的燕山晚期北西向張性斷裂的結(jié)點是區(qū)內(nèi)的主要巖體侵入和儲巖空間，黃柏坑、將軍塢、桐村巖體的侵位與此有關。

礦區(qū)內(nèi)的斷層主要為成礦同期與控巖斷裂伴生的次級斷裂或成礦后產(chǎn)生的斷裂，對成巖、成礦的貢獻不大。

(3)巖漿巖:區(qū)內(nèi)自北西－南東出露的巖體主要有桐村巖體、將軍塢巖體和黃柏坑巖體，三者總體呈串珠狀展布，與區(qū)域其它期次侵入巖構(gòu)成北東向侵入巖帶。另有少量酸性和基性巖脈。

將軍塢巖體分布于將軍塢溝的中西部兩側(cè)，面積約0.16km2，巖性為蝕變二長花崗斑巖，風化呈灰白、灰黃色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶約占45%，其中石英約為15%，粒徑1～4mm，它形晶;其余為絹云母化強烈的長石(30%)，長石溶蝕蝕變強烈，已不具規(guī)則外形。基質(zhì)為細粒的石英、長石，約占55%，長石均已蝕變，以高嶺石化、綠泥石化、絹云母化、葉臘石化為主。宋家莊礦段內(nèi)，主要巖體為將軍塢巖體，及桐村巖體的西側(cè)邊緣，另有少量脈巖分布。

黃柏坑巖體出露面積0.2km2，巖體平面形態(tài)呈不規(guī)則狀，在巖體的北東和南西側(cè)發(fā)育較多的枝叉，枝叉總體走向NNE向，剖面形態(tài)呈鐘形，巖性主要為蝕變二長花崗斑巖。

桐村巖體多被第四系覆蓋，出露面積較小，巖性以花崗巖和花崗閃長巖為主。將軍塢、黃柏坑、桐村、三巖體在深部可能為同一巖基。巖體特征總體具有高SiO2、富K2O，富鋁，低CaO和TiO2的特點。

桐村花崗斑巖巖體的(La/Yb)N在28.27～47.22之間、ΣLREE/ΣHREE 值16.78～23.43，稀土配分模式顯示輕稀土富集的特征，δEu值在0.69～0.96，具輕微的銪負異常;δCe值變化范圍較小，為0.91～0.97，反映巖石基本未經(jīng)歷斜長石的分離結(jié)晶(陳帥奇等，2011)。稀土配分模式與同熔型花崗斑巖(I型)一致，該類花崗巖介于殼源型和幔源型花崗巖之間，巖漿在就位時受到不同程度的地殼物質(zhì)的混染。巖漿形成部位深、定位淺，成巖時溫壓條件變化劇烈，斑狀結(jié)構(gòu)和高溫石英發(fā)育(徐克勤等，1983)。

2.2 礦體特征

桐村鉬礦床主要由宋家莊、將軍塢、大魚塘、花山底和黃柏坑等五個礦段組成，其中宋家莊礦段達到詳查階段，圈定兩個礦體。其他礦段僅有少數(shù)工程，礦體未得到完全控制，本次工作重點為宋家莊礦段。

圖3 輝鉬礦主要鏡下結(jié)構(gòu)(反射偏光顯微鏡)Fig.3 Photos showing texture of molybdenite under microscope

(1)Ⅰ號礦化體特征

礦體形態(tài)主要呈似層狀、透鏡狀，礦體總體產(chǎn)狀為:傾向 95°～ 105°;傾角 20°～ 25°，并向北側(cè)伏。礦體走向大致與北東向斷裂一致，地表形態(tài)呈長條狀，產(chǎn)出于長塢組和印渚埠組的泥巖中。地表控制走向長度約260m，控制斜深620m，巖體與鈣質(zhì)泥巖的接觸部位發(fā)生矽卡巖化。另外在巖體的內(nèi)外接觸帶中圍巖蝕變較強烈，與礦化關系密切的主要為石英絹云母化。在石英脈或石英團塊周邊，礦化也較明顯，裂隙面上有鉬礦化。

(2)Ⅱ號鉬礦(化)體特征

Ⅱ號礦體主要分布在將軍塢巖體南東側(cè)內(nèi)、外接觸帶，平均Mo品位0.048% ～0.051%。含礦巖石為二長花崗斑巖、細粒閃長巖和壓碎角巖。該礦化帶厚度大，控制程度低。

礦石構(gòu)造主要為:浸染狀構(gòu)造、細脈浸染狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造。礦石中主要金屬礦物有磁鐵礦、赤鐵礦、輝鉬礦、黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦。非金屬礦物主要是石榴子石、透輝石、石英、方解石、絹云母。

金屬硫化物礦物發(fā)育結(jié)晶結(jié)構(gòu)，可見黃鐵礦呈脈狀交代磁鐵礦形成的交代結(jié)構(gòu)、赤鐵礦完全交代磁鐵礦呈假象結(jié)構(gòu)，輝鉬礦呈顯微鱗片狀、纖維狀、發(fā)絲狀、放射狀結(jié)構(gòu)(圖3)，黃鐵礦壓碎結(jié)構(gòu)普遍。成礦期分為熱液期和表生期，熱液期氧化物階段形成赤鐵礦、磁鐵礦、石英，硫化物階段形成黃鐵礦、黃銅礦、輝鉬礦、方鉛礦、閃鋅礦、方解石。表生期形成少量銅藍、鉬華、褐鐵礦等。

圍巖蝕變有:角巖化、千枚巖化，硅化、絹云母化、綠泥石化、碳酸鹽化、大理巖化、矽卡巖化等，分布在巖體的中心和接觸帶。與成礦有關的圍巖蝕變是硅化、矽卡巖化。

角巖分布較廣，呈深灰－灰色，風化呈灰黃色，角巖結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由綠泥石、絹云母、石英組成，在成礦中起到了重要的地球化學屏障作用。

3 樣品測試

輝鉬礦Re-Os同位素體系測年的原理與其它同位素體系相似，但相對來說Re-Os體系的封閉溫度高(500℃)(Suzuki et al.，1996)，該體系自封閉以來很少受后期熱液活動的影響，是目前應用廣泛的高精度測年方法之一。而且Re由于其本身原子結(jié)構(gòu)特征易于置換輝鉬礦中的Mo元素而產(chǎn)生類質(zhì)同像，因而輝鉬礦中Re的含量足以達到質(zhì)譜測定的檢出限(楊宗鋒等，2011)。Re-Os同位素年齡指示與輝鉬礦伴生的硫化物礦床的成礦時代，近十年來隨著質(zhì)譜技術精度的不斷提高，使得除輝鉬礦以外的部分硫化物和礦石中Re和Os同位素含量測定成為可能(楊剛等，2005)，這將使Re-Os年齡測定應用的范圍更加廣泛。

3.1 測試原理方法

成礦年齡測試樣品均為輝鉬礦采自宋家莊礦段，TCU1－1樣品呈浸染狀產(chǎn)于巖體內(nèi)部。TCU2－1和TCU2－3樣品產(chǎn)出于接觸帶附近，沿裂隙充填，呈細脈浸染狀，采樣位置附近見矽卡巖化、碳酸鹽化(表1)。在雙目鏡下人工進行了輝鉬礦單礦物挑純，鏡下礦物顆粒主要呈銀灰色鱗片狀或粉末狀，單礦物純度達98%～99%。所選輝鉬礦樣品新鮮未見次生變化，三個樣品取樣位置不同，符合測試樣品要求(蔣少涌等，2000)。

表1 桐村鉬礦床取樣位置與樣品特征Table1 Sampling location and molybdenite sample characteristics of the Tongcun molybdenum deposit

表2 桐村鉬礦床輝鉬礦Re-Os同位素數(shù)據(jù)Table 2 Re-Os isotope data for molybdenite from the Tongcun porphyry molybdenum deposit

樣品委托國家地質(zhì)實驗測試中心進行Re-Os同位素測定，測試儀器為電感耦合等離子體質(zhì)譜儀TJA X-series ICP-MS，Re、Os含量不確定度(2δ)包括樣品和稀釋劑的稱量誤差、稀釋劑的標定誤差、質(zhì)譜測量的分餾校正誤差、待分析樣品同位素比值測量誤差。模式年齡的不確定度還包括衰變常數(shù)的不確定度(1.02%)，置信水平95%。本次試驗的空白水平為 Re為 0.0051±0.0011ng、Os為 0.0002±0.0001ng、普 Os為 0.0002 ±0.0000ng，187Os為0.0002±0.0000ng。本實驗的標準物質(zhì)為GBW04435(JDC)其年齡測定值與標準值一致(標準年齡139.6±3.8Ma，測定年齡140.1±2.0Ma)，符合測試精度要求。

Re-Os定年法是基于187Re的衰變產(chǎn)生187Os來計算地質(zhì)年齡的。測年公式如下:初始w(Re)接近為0，其中 λ(187Re衰變常數(shù))=1.666 ×10－11a－1。

錸鋨化學分離步驟和質(zhì)譜測定請參照文獻(杜安道等，1994;Andao Du et al.，2004;杜安道等，2001;2007;屈文俊，2003;黃典豪，1994;2009)，在本實驗中測試礦物樣品采用Carius管法溶解，Os將其以OsO4的形式通過常規(guī)分餾法分離，Re的分離采用丙酮萃取。

3.2 測試結(jié)果

通過上述測試，分別得到桐村鉬礦床三件輝鉬礦樣品 Re的含量在 28.50×10－6～94.75×10－6，與我國著名的東秦嶺鉬礦帶，一般為斑巖－矽卡巖鉬礦床(Re平均為110×10－6～244×10－6)(黃典豪等，1994)比較，含量偏低。187Os含量在48.58×10－9～160.9×10－9(表2)。

三件樣品有很好的相關性(相關系數(shù)為0.99998)，利用ISOPLOT軟件擬合出一條等時線，三個樣品數(shù)據(jù)都落在等時線上，初始187Os的含量為0.2±1.1×10－9，一般認為187Os全由187Re衰變而來，其值接近于零，近年來有些學者認為在Re-Os體系中有一定量的初始187Os，但其含量在現(xiàn)有的精度內(nèi)對該體系影響可以忽略(蔣少涌等，2000)。

三件樣品的等時線年齡為161.8±2.2Ma，MSWD為0.009(圖4)。三件樣品的模式年齡介于162.0～162.6Ma之間，其模式年齡的加權(quán)平均值為162.2±1.3Ma，MSWD為0.063，置信水平為95%(圖5)。

圖4 浙江省桐村鉬礦中輝鉬礦Re-Os同位素等時線Fig.4 Re-Os isochron age for molybdenite from the Tongcun deposit

圖5 浙江省桐村鉬礦床輝鉬礦Re-Os模式年齡加權(quán)平均值Fig.5 Weighted mean values of Re-Os model ages for molybdenite from the Tongcun deposit

三件樣品因采集位置不同其模式年齡值也有一定的差異，其中TCU2－1、TCU2－3都為巖裂隙或節(jié)理充填的細脈狀礦石，TCU1－1為巖體內(nèi)呈細脈浸染狀的礦石，說明熱液在巖體內(nèi)成礦早于其運移到裂隙中成礦，桐村鉬礦的成礦熱液活動時限至少為0.6Ma。

4 討論

4.1 成礦物質(zhì)來源

輝鉬礦中Re和Os的含量相對較高，自20世紀90年代引進我國以來，已有了大量的測試數(shù)據(jù)，本次試驗從樣品采集、Re-Os同位素測試及數(shù)據(jù)處理都嚴格按照相關標準要求，實驗誤差也控制在合理水平之內(nèi)，實驗結(jié)果真實、可信。

Re-Os同位素體系是硫化物礦床形成的強有力的示蹤劑和成礦過程中地殼物質(zhì)混入程度的高度靈敏的指示劑(Foster G et al.，1996)。Re是中等不相容性元素，Os是相容性元素，在殼幔作用中Re更易進入熔體，使地殼相對富Re，而Os更多保留在地幔中(謝智等，1998)。因此，輝鉬礦中的w(Re)可指示成礦來源:①輝鉬礦w(Re)在100～1 000μg/g，成礦物質(zhì)以幔源為主;②輝鉬礦中w(Re)在十幾～幾十μg/g，成礦物質(zhì)具殼幔混合源的特征;③輝鉬礦w(Re)為1～nμg/g或更低，成礦物質(zhì)完全來自殼源的礦床(Mao et al.，1999;李厚民等，2007)。另外87Sr/86Sr初始值也可指示物質(zhì)來源，其值小于0.710主要起源于地幔－下地殼或有幔源物質(zhì)混入，大于0.710主要來自硅鋁質(zhì)陸殼重熔(王聯(lián)魁等，1982)。

綜上所述，桐村鉬礦床的桐村鉬礦床的初始87Sr/86Sr為 0.70865(胡永和等，1994)，w(Re)在28.5 ～94.75μg/g，其樣品平均值為 68.03μg/g，指示其礦床成礦物質(zhì)來源于殼幔混源的可能性較大。

4.2 成礦機制簡析

前人測的的桐村花崗斑巖巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡在165～168Ma(邱俊挺等，2011)之間，金華地質(zhì)大隊曾測得桐村巖體的黑云母K-Ar年齡為147.6Ma(胡永和等，1995)，K-Ar體系測的的年齡相對偏小，一般指示熱液蝕變的時期。成巖成礦年齡測試誤差都在3Ma內(nèi)，桐村斑巖型鉬礦主要鉬礦化發(fā)生時間相對于巖體形成時間晚3～6Ma。

桐村鉬礦所在的欽杭成礦帶，同時受揚子地臺和華夏板塊的影響，處于兩大板塊之間的凹陷帶，帶內(nèi)發(fā)育一系列北東向的深大斷裂和褶皺，北東段自印支－燕山期抬升隆起。與成礦有關的桐村花崗斑巖體的成因，陳帥奇(2011)認為該巖體形成于造山階段陸緣弧環(huán)境下，并認為其由于碰撞俯沖使得下地殼加厚發(fā)生重熔產(chǎn)生巖漿沿斷裂侵入形成(陳帥奇等，2011)。但部分學者認為包括桐村巖體在內(nèi)的浙西燕山早期巖體是由于太平洋板塊向亞洲板塊俯沖形成(浙江省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989)。

結(jié)合以上觀點，印支運動后，由于太平洋板塊向歐亞板塊俯沖，造成揚子地臺向華夏板塊的俯沖碰撞，使得固化地臺再次活動，北東向的基底斷裂活化并產(chǎn)生了北西方向的次級斷裂，上述強烈的碰撞造山擠壓造成地殼加厚，加上俯沖板塊帶來的熱量和動力使下地殼發(fā)生重熔，由于上述作用形成的有幔源物質(zhì)混染的巖漿沿斷裂侵入奧陶紀地層，巖漿熱液混合其它來源的熱液在有利部位成礦。

5 結(jié)論

(1)桐村輝鉬礦Re-Os同位素模式年齡為161.8Ma、其同位素等時線年齡為162.2Ma，含礦巖體的成巖年齡165～168Ma(邱駿挺等，2011)，成巖成礦年齡具有很好的繼承性。桐村鉬礦形成與華南地區(qū)燕山期(165～139Ma)成礦作用有關(華仁民等，2005)。

(2)Re-Os同位素體系w(Re)和87Sr/86Sr均指示成礦物質(zhì)具有殼－?；煸吹奶卣?，結(jié)合對成礦機制的分析，推斷銅村巖體在燕山早期陸緣碰撞造山環(huán)境下形成，其巖漿通過加厚陸殼重熔作用形成，成礦物質(zhì)主要來源于沿北東向深大斷裂侵入的中酸性有地幔物質(zhì)混染的巖漿熱液。

致謝項目得到南京地質(zhì)調(diào)查中心在資料和技術方面大力支持，在研究工作中受到駱學全研究員、張雪輝工程師的幫助，并提出了寶貴的意見;浙江省地質(zhì)三隊在樣品采集過程中提供了方便，在此致以誠摯的謝意。

［注釋］

① 浙江省第三地質(zhì)大隊.2010.浙江省開化縣桐村鎮(zhèn)桐村礦區(qū)宋家莊礦段銅鉬礦普查地質(zhì)報告［R］.

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