浙江天臺盆地下陳螢石礦床地質(zhì)特征及ESR年代學(xué)

鄒　灝, 張　強(qiáng), 包　浪, 方　乙

(1.成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，成都 610059； 2.西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610500)

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浙江天臺盆地下陳螢石礦床地質(zhì)特征及ESR年代學(xué)

鄒灝1, 張強(qiáng)1, 包浪1, 方乙2

(1.成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，成都 610059； 2.西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610500)

[摘要]探討浙江天臺盆地下陳螢石礦床的礦床地質(zhì)特征與成礦時代，為尋找成因類似的礦床提供理論依據(jù)。通過該礦床的野外地質(zhì)特征和巖礦石顯微鏡下特征的研究，并利用熱活化電子自旋共振測齡法對礦區(qū)內(nèi)不同礦脈上與螢石共生的石英進(jìn)行了測定，結(jié)果表明下陳螢石礦床為熱液充填型脈狀螢石礦床，成礦年齡平均為75.3±7.0 Ma，其成礦時代主要為晚白堊世。對浙江不同地區(qū)螢石礦床成礦時代的規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，顯示浙江的螢石礦成礦時代呈現(xiàn)多期次性，在早白堊世早期、早白堊世晚期、晚白堊世均有成礦作用發(fā)生，主要集中在晚白堊世。

[關(guān)鍵詞]天臺盆地；下陳螢石礦；礦床地質(zhì)特征；ESR年齡

浙江省是中國螢石資源的主要產(chǎn)地，并以量大、質(zhì)優(yōu)而聞名于世。浙江省天臺盆地下陳螢石礦的發(fā)現(xiàn)相對較早，后因開采技術(shù)條件落后，經(jīng)濟(jì)效益差等因素而停止開采。通過對其成礦規(guī)律的研究，發(fā)現(xiàn)了26條螢石礦脈，礦(化)點不少于87個，螢石資源豐富，找礦潛力大。但由于勘查程度低，嚴(yán)重制約了該礦區(qū)螢石資源的開發(fā)。從前人的資料和文獻(xiàn)來看，僅有少量成礦地質(zhì)特征方面的研究[1]，對于研究區(qū)螢石礦成礦年代學(xué)方面的研究甚微。

礦床研究的重要問題之一便是成礦時代的確定，而非金屬礦床的成礦時代的限定是長期以來有待解決的難題。由于研究區(qū)內(nèi)礦石礦物組成相對簡單，主要為螢石和石英，少量方解石，缺少可以用于直接精確測齡的礦物和方法，為研究區(qū)礦床形成年齡的研究帶來了較大難度。目前，在成礦年代學(xué)研究中，可用于熱液螢石礦的測齡方法有Sm-Nd等時線法[2-3]、裂變徑跡法[4]和(U-Th)/He法[5]等，但其成功率均較低。

日本學(xué)者在1975年應(yīng)用熱活化電子自旋共振測齡法(ESR)首次成功用于碳酸鹽巖后[6]，該方法就被廣泛應(yīng)用于礦床學(xué)、第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)、考古學(xué)以及地貌學(xué)等多個領(lǐng)域中不同礦物、巖石的年齡測定[7-11]。隨著儀器精度的提高和實驗方法的改進(jìn)，石英ESR測齡的測試范圍和測試結(jié)果的準(zhǔn)確度也得到了提高，前人的研究成果[12-18]也證實了石英ESR測齡法的可行性和可靠性。在研究區(qū)螢石礦的成礦結(jié)晶過程中，形成了大量同期同構(gòu)造石英脈，為螢石礦床測齡提供了可能。而利用與礦化同時形成的熱液石英的結(jié)晶年齡能更好地反映成礦的真實年齡[19]。本文主要選取天臺盆地下陳螢石礦床中與螢石同期的石英(脈)共6件，對其進(jìn)行熱活化電子自旋共振測齡，以確定研究區(qū)成礦活動的時間，為在研究區(qū)及鄰區(qū)尋找成因類似的礦床提供理論依據(jù)。

1區(qū)域地質(zhì)概況

下陳螢石礦田位于浙江省東南部，屬華南褶皺系浙東南褶皺帶中溫州-臨海拗陷黃巖-象山斷拗內(nèi)的天臺盆地北西邊緣，其北西和南東兩側(cè)各以江山-紹興深斷裂及寧波-麗水深斷裂為界(圖1-A)。天臺盆地為形成于白堊紀(jì)的繼承-過渡型火山盆地。根據(jù)前人統(tǒng)計[20]，繼承型盆地的螢石礦成礦幾率最大。根據(jù)遙感影像圖可知(圖1-B)，天臺盆地整體呈三角形，總體上以東隆西拗、南隆北拗的構(gòu)造格局為主，其沉積中心位于天臺盆地北西緣斷陷一側(cè)，同樣顯示了西拗東隆的拗陷特征。因此，螢石礦集中分布于該斷陷盆地北西緣，即下陳螢石礦田的位置所在。

圖1　浙江天臺盆地下陳螢石礦床大地構(gòu)造位置和礦區(qū)地質(zhì)略圖Fig.1　The tectonic setting and geological map of the Xiachen fluorite deposit in Tiantai basin(A)浙江省構(gòu)造區(qū)塊圖； (B)浙江天臺地區(qū)TM遙感影像圖； (C)天臺盆地下陳螢石礦床礦區(qū)地質(zhì)略圖

天臺盆地地層由變質(zhì)基底和蓋層兩部分組成?；讟?gòu)造層主要為形成于中元古代的陳蔡群變質(zhì)巖系，巖性以黑云斜長片麻巖、黑云變粒巖、石英片巖及斜長角閃類巖石為主，零星出露于天臺盆地的南緣。其中黑云斜長片麻巖中氟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wF)可高達(dá)1.2‰[21]，為區(qū)域上主要富成礦元素氟的地層。蓋層地層由老到新為：上侏羅統(tǒng)大爽組(J3d)、高塢組(J3g)、西山頭組(J3x)和九里坪組(J3j)火山巖系，以中酸性、酸性火山碎屑巖為主，中、酸性熔巖夾凝灰?guī)r、沉積巖；下白堊統(tǒng)館頭組(K1g)雜色砂巖、泥巖夾少量火山巖， 朝川組(K1c)紫紅色沉積巖夾火山巖；上白堊統(tǒng)塘上組(K2t)和賴家組(K2l)紫紅色碎屑沉積巖夾酸性火山碎屑巖；第四系全新統(tǒng)(Q4)砂礫土層[22,23](圖1-C)。

2礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1賦礦地層

礦區(qū)賦礦地層為下白堊統(tǒng)朝川組，該地層氟的豐度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))很高，約為0.6‰，高于地殼克拉克值；巖性以紫紅色砂礫巖、細(xì)砂巖、粉砂巖和泥巖等沉積巖夾火山碎屑巖為主；地層走向北北東，傾向約110°，傾角4°～10°，出露面積大于120 km2(圖1-C)。朝川組與兩側(cè)的大爽組礫巖、砂巖夾中酸性火山碎屑巖和高塢組的中酸性、酸性火山碎屑巖呈斷層接觸。

朝川組中可見玻屑晶屑凝灰?guī)r和角礫晶屑巖屑凝灰?guī)r。玻屑晶屑凝灰?guī)r：晶屑的面積分?jǐn)?shù)為25%~30%，以斜長石為主，板狀，粒徑為0.25~1.75 mm；玻屑的面積分?jǐn)?shù)為5%~10%，為弧形、月牙形，星散狀分布；火山塵的面積分?jǐn)?shù)為60%~65%，微細(xì)火山物質(zhì)脫?；笊砷L英質(zhì)礦物集合體；面積分?jǐn)?shù)為3%~5%的不透明礦物呈微細(xì)點狀星散分布，褐鐵礦化局部富集，見后期充填的方解石脈(圖2-A)。角礫晶屑巖屑凝灰?guī)r：火山角礫的面積分?jǐn)?shù)為15%，以噴出巖碎屑為主，粒徑>2 mm；巖屑的面積分?jǐn)?shù)為15%~20%，主要為噴出巖碎屑，粒徑<2 mm，應(yīng)為流紋巖、珍珠巖等；晶屑的面積分?jǐn)?shù)約為10%，斜長石為主，粒徑<2 mm，板狀，偶見石英晶屑；火山塵的面積分?jǐn)?shù)為35%~40%，微細(xì)火山碎屑物質(zhì)為主；后期方解石化嚴(yán)重，面積分?jǐn)?shù)為15%~20%(圖2-B)。

圖2　浙江天臺盆地下陳螢石礦圍巖與礦石鏡下特征Fig.2　Microscopic characteristics about the wall rock and ore ofthe Xiachen fluorite deposit area in Tiantai basin(A)玻屑晶屑凝灰?guī)r(K1c); (B)角礫晶屑巖屑凝灰?guī)r(K1c); (C)角礫玻屑晶屑凝灰?guī)r(J3g);(D)巖屑晶屑凝灰?guī)r(J3g); (E)晶屑巖屑凝灰?guī)r(J3d); (F)含螢石石英脈。Pl.斜長石; Lm.褐鐵礦; Lt.巖屑; Vd.火山塵; Vb.火山角礫; Per.珍珠巖; Qtz.石英; Fl.螢石

高塢組以角礫玻屑晶屑凝灰?guī)r和巖屑晶屑凝灰?guī)r為主。角礫玻屑晶屑凝灰?guī)r：晶屑的面積分?jǐn)?shù)為25%~30%，鉀長石、斜長石均有，呈板狀，鉀長石見黏土化蝕變，斜長石見方解石化蝕變，粒徑1~2 mm；面積分?jǐn)?shù)為10%~15%的玻屑，為弧形、月牙形、雞骨狀、撕裂狀，具塑性形變，形成流紋狀構(gòu)造；角礫的面積分?jǐn)?shù)為5%~10%，粒徑>2 mm，占薄片面積較大，噴出巖碎屑，見長石斑晶；火山塵的面積分?jǐn)?shù)為45%~50%，微細(xì)火山碎屑物質(zhì)，脫?；笊砷L英質(zhì)礦物集合體；后期交代充填了面積分?jǐn)?shù)為5%~10%方解石、石英(圖2-C)。巖屑晶屑凝灰?guī)r：晶屑的面積分?jǐn)?shù)為30%~35%，斜長石，粒徑為0.3~2 mm，板狀，發(fā)生方解石化、絹云母化蝕變，見少量暗色礦物晶屑，均已綠泥石化、方解石化；巖屑的面積分?jǐn)?shù)為5%~10%，為噴出巖碎屑，可能為安山巖碎屑；火山塵的面積分?jǐn)?shù)為55%~60%，微細(xì)火山碎屑物質(zhì)，黏土化蝕變后生成隱晶質(zhì)集合體，不透明礦物的面積分?jǐn)?shù)為3%~5%，細(xì)小粒狀，星散分布，粒徑為0.06~0.15 mm，后期交代充填脈體由方解石和石英組成(圖2-D)。

大爽組以晶屑巖屑凝灰?guī)r為主，巖屑的面積分?jǐn)?shù)為30%~35%，粒徑<2 mm，為噴出巖碎屑，可能為英安巖或流紋巖，晶屑的面積分?jǐn)?shù)為10%~15%，斜長石，粒徑<2 mm，黏土化蝕變，板狀外形；火山塵的面積分?jǐn)?shù)為55%~60%，微細(xì)火山碎屑物質(zhì)，黏土化蝕變生成隱晶質(zhì)集合體，面積分?jǐn)?shù)為3%~5%的不透明礦物，不規(guī)則粒狀，星散分布，粒度為0.05~0.3 mm，后期充填石英脈(圖2-E)。

2.2礦區(qū)構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)主要存在北東向、北西向兩組斷裂構(gòu)造。礦體主要賦存于北西向斷裂中，為礦區(qū)主要布礦-容礦構(gòu)造(圖1-C)。北東向斷裂主要有6條，其中斷裂F1與F4規(guī)模較大，控制著礦區(qū)地層分布的總體格架和螢石礦呈規(guī)律性地分布，屬成礦期導(dǎo)礦構(gòu)造，但成礦后又有明顯活動。而F2和F3兩條對沖式高角度斜沖斷裂導(dǎo)致了下陳螢石礦田的中間斷塊下落和兩側(cè)斷塊抬升，螢石礦體垂向出露部位也隨之發(fā)生了變化。

兩學(xué)期的實驗結(jié)束后,通過對比實驗班和控制班的聽力成績,可以發(fā)現(xiàn)多模態(tài)-POA聽說教學(xué)對聽力水平的促進(jìn)效果大于傳統(tǒng)的聽說課堂(實驗組兩次測試的均值差MD=5.690,控制組兩次測試的均值差MD=4.410),但是后者對聽力成績的作用依然不可忽視。在聽前驅(qū)動環(huán)節(jié),通過圖片、動畫所呈現(xiàn)的場景,涉及了視覺、聽覺、圖像、聲音、口語等模態(tài)的充分參與,模態(tài)的轉(zhuǎn)換可以增強(qiáng)學(xué)習(xí)者對所學(xué)知識的內(nèi)化程度,把更多的輸入轉(zhuǎn)變?yōu)槲?這與張德祿(2009)的研究結(jié)果一致。

3礦體地質(zhì)特征

3.1礦體特征

通過野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，下陳螢石礦區(qū)內(nèi)出露的礦體26條，以透鏡狀、脈狀為主；走向北西，礦體在走向上呈舒緩波狀；傾向北東或南西，傾角約為50°～80°。礦體出露特征表明，同一海拔高度上北西向礦體侵位高，由北西向南東礦體埋深逐次增大，因此，礦體主要由北西向南東側(cè)伏，側(cè)伏角10°～15°。礦區(qū)內(nèi)各礦帶長達(dá)2 km；礦體規(guī)模相差不大，長約200~300 m，寬約2～5 m。

3.2礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

野外觀察和室內(nèi)鏡下研究可知，下陳螢石礦的礦物簡單，礦石礦物為螢石(圖2-F)，顏色呈無色(圖3-A)、紫色(圖3-B、E、F)、綠色(圖3-C、D)等；脈石礦物以石英為主(圖3-G、H、I)，少量方解石、重晶石；金屬礦物含量甚微，主要為黃鐵礦。

下陳螢石礦區(qū)常見的礦石結(jié)構(gòu)為自形-半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)(圖3-A、B、C、D、E、F)；礦石構(gòu)造主要為條帶狀、塊狀、角礫狀，少量網(wǎng)脈狀、晶洞狀、斑點狀、團(tuán)塊狀等。根據(jù)坑道內(nèi)詳細(xì)觀察，礦體由中心向兩側(cè)礦石的結(jié)晶程度逐漸降低，礦石構(gòu)造也由條帶狀、塊狀、晶洞狀變?yōu)榻堑[狀、網(wǎng)脈狀等。

3.3圍巖蝕變

通過對下陳螢石礦區(qū)的大量地質(zhì)調(diào)查與研究表明，圍巖蝕變主要為硅化、絹云母化，少量綠泥石化、黏土化、碳酸鹽化。前兩者為礦區(qū)內(nèi)螢石礦的主要找礦標(biāo)志，可為研究區(qū)下一步的找礦勘探工作提供重要的依據(jù)。

4ESR年齡

4.1樣品分析方法與結(jié)果

待測樣品年齡Tx可由下式計算出[24]

Tx=Ts(Qs/Qx)·(ms/mx)·(hx/hs)

其中:Ts為標(biāo)樣年齡；Qs和Qx分別為標(biāo)樣和待測樣品平衡U當(dāng)含量；ms和mx分別為標(biāo)樣和待測樣品的質(zhì)量；hx和hs分別為標(biāo)樣和待測樣品的ESR波譜振幅。

圖3　浙江天臺盆地下陳螢石礦礦石特征Fig.3　Ore characteristics of the Xiachen fluorite deposit area in Tiantai basin(A)無色螢石; (B)條帶狀螢石; (C)條帶狀螢石; (D)綠色塊狀螢石; (E)紫色與綠色塊狀螢石;(F)紫色塊狀螢石; (G)白色骨架狀石英; (H)白色塊狀石英; (I)白色塊狀石英

采樣位置樣品編號測定礦物順磁中心濃度/(1015Sp·g-1)鈾當(dāng)量質(zhì)量分?jǐn)?shù)/10-6年齡/MaⅠ-1礦體TT-38石英0.1400.50855.1±5.0Ⅱ-3礦體TT-23石英0.1400.48058.3±4.0Ⅱ-3礦體TT-01石英0.1510.50160.4±5.0Ⅱ-9礦體TT-36石英0.2080.60668.6±6.0Ⅲ-2礦體TT-05石英0.2260.60976.3±7.0Ⅲ-3礦體TT-24石英0.2460.60681.1±8.0

天臺盆地下陳螢石礦床中石英的ESR測齡分析結(jié)果見表1，可以看出，與螢石同期形成的石英6個樣品的成礦年齡分別為81.1±8.0 Ma、測試單位：成都理工大學(xué)應(yīng)用核技術(shù)研究所。

76.3±7.0 Ma、68.6±6.0 Ma、60.4±5.0 Ma、58.3±4.0 Ma、55.1±5.0 Ma。而在野外調(diào)查過程中，發(fā)現(xiàn)在研究區(qū)北東部見有后期穿插的石英細(xì)脈，即Ⅰ號礦帶和Ⅱ號礦帶北東部在成礦后存在有明顯的構(gòu)造活動，這將對熱活化電子自旋共振石英測齡造成一定的影響；而樣品TT-01、TT-23和TT-38的測齡結(jié)果相對較新，可能是受此影響。與此同時，對比區(qū)域上其他礦區(qū)的成礦年齡(表2)，上述3個樣品年齡與其他成礦年齡相差較大，導(dǎo)致整個礦區(qū)成礦時限跨度太長，因此，這3個樣品年齡存在誤差較大，難以準(zhǔn)確反映下陳螢石礦床的形成時代。而樣品TT-36、TT-05和TT-24受后期構(gòu)造運動影響相對較小，將此3個樣品平均后可得成礦年齡為75.3±7.0 Ma。成礦熱液活動于晚白堊世，與周邊幾個重要螢石礦成礦地區(qū)，如武義盆地(螢石成礦年齡為80~90 Ma)、東陽盆地(87.44±8.31 Ma)和義烏盆地(85.36±7.68 Ma)[21]的螢石成礦年齡相近。在區(qū)域上，天臺盆地下陳螢石礦床與上述3個盆地不僅同處浙東南螢石成礦帶(圖5)，其礦床地質(zhì)特征也極為相似，且礦床成因類型都屬熱液充填型螢石礦床[21]；而且下陳螢石礦床與武義盆地螢石礦床都主要賦存于相同的地層中，均在上侏羅統(tǒng)-白堊系的火山-沉積巖中。而成礦年齡正處于地層形成時代之后，也證明了螢石共生石英ESR測齡方法確定螢石礦床成礦年齡的可靠性。

圖4　石英脈采樣的野外照片F(xiàn)ig.4　The characteristics and photographs of quartz veins in the sampling area(A)Ⅱ-3號礦體石英脈; (B)Ⅱ-4號礦體西側(cè)石英脈; (C)Ⅱ-4號礦體石英脈;(D)Ⅱ-9號礦體石英脈; (E)Ⅲ-1號礦體石英脈; (F)Ⅲ-2號礦體石英脈

4.2成礦時代及其意義

根據(jù)ESR成礦年齡數(shù)據(jù)可知，天臺盆地下陳螢石礦床的成礦年齡平均為75.3±7.0 Ma，屬晚白堊世成礦。這也與浙江省主要的熱液型螢石礦床的成礦時代基本一致。

圖5　浙江省螢石礦床礦化年齡分布圖Fig.5　Distribution map of ore-forming age about the fluorite deposits in Zhejiang Province(底圖據(jù)文獻(xiàn)[21])

浙江省主要的熱液型螢石礦床成礦時代(表2)主要集中在白堊世(145～66 Ma B.P.)，陳蔡-龍泉隆起區(qū)上的龍泉八都礦區(qū)中的螢石成礦年齡為144 Ma左右[21]，浙西北螢石礦化年齡值在117 Ma左右[21]，在武義螢石礦田中，各種測齡方法測得的礦化年齡基本在90~80 Ma[4-21]，天臺下陳螢石礦的礦化年齡在75.3±7.0 Ma。分析上述數(shù)據(jù)可知，浙江的螢石礦床的成礦作用主要發(fā)生在晚白堊世，同時也呈現(xiàn)多期次性，即早白堊世早期(龍泉八都一帶的螢石礦床)、早白堊世晚期(常山-昌化一帶的螢石礦床)、晚白堊世(武義-東陽一帶的螢石礦床和天臺一帶的螢石礦床)，其中大部分集中在晚白堊世成礦。

5結(jié) 論

a.浙江天臺盆地下陳螢石礦床為熱液充填型脈狀螢石礦床，賦存于侏羅系-白堊系的火山-沉積巖中，受斷裂構(gòu)造控制明顯。

b.浙江天臺盆地下陳螢石礦成礦年齡平均為75.3±7.0 Ma，主要屬晚白堊世成礦。

c.浙江省熱液型螢石礦的成礦具有多期次性，在早白堊世早期、早白堊世晚期、晚白堊世均有成礦作用發(fā)生，主要集中在晚白堊世。

在分析測試過程中得到了成都理工大學(xué)應(yīng)用核技術(shù)研究所梁興中教授幫助和支持；野外研究工作得到了徐旃章教授的指導(dǎo)；論文審稿過程中，審稿人和編輯對本文提出了寶貴意見和建議，作者在此一并向他們表示感謝。

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《成都理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)》編輯部

Geological characteristics and ESR dating of

Xiachen fluorite deposit in Tiantai basin, Zhejiang, China

ZOU Hao1, ZHANG Qiang1, BAO Lang1, FANG Yi2

1.CollegeofEarthSciences,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China;

2.SchoolofEarthScienceandTechnology,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu610500,China

Abstract:Through the researches on the field geological characteristics of the Xiachen fluorite deposit and the ore microscopic characteristics and using the activation of electron spin resonance (ESR) dating method, this paper discusses the ore-forming geological characteristics and the quartz ESR age of the fluorite deposit in Xiachen, Zhejiang, China. The results show that this fluorite deposit is a hydrothermal filling type vein fluorite deposit. Its average metallogenic age is 75.3±7.0 Ma. The metallogenic epoch of this ore deposit is mainly late Cretaceous. The summarization of the law of the fluorite deposits metallogenic epoch in different areas shows that the metallogenic epoch of the fluorite deposits presents multiphases in Zhejiang. Mineralization occurred in the early period of early Cretaceous, the late period of early Cretaceous, and late Cretaceous, but mainly occurred in late Cretaceous.

Key words:Tiantai basin; Xiachen fluorite deposit; geologic characteristics; ESR dating

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼][分類號] P619.215; P597.3 A

DOI:10.3969/j.issn.1671-9727.2016.01.09

[文章編號]1671-9727(2016)01-0086-09

[收稿日期]2014-09-02。

[基金項目]四川省教育廳科研項目(15ZB0073)； 資源勘查工程專業(yè)教育部卓越工程師教育培養(yǎng)計劃項目(13z002-07)；“卓越計劃”背景下資源勘查工程專業(yè)實踐教學(xué)體系的建設(shè)與改革項目(13JGZ16)；四川省省屬高?？蒲袆?chuàng)新團(tuán)隊項目(13TD0008)。

[第一作者] 鄒灝(1986-),男,博士,講師,主要從事礦產(chǎn)勘查與評價等方面的教研工作, E-mail:zouhao21@sina.com。