隨縣黃家溝鉬礦床Re-Os同位素年齡及其地質意義

牛志勇, 馮久林, 向祥輝, 張 聰, 呂向志

(湖北省地質局 第八地質大隊,湖北 襄陽 441002)

隨縣黃家溝鉬礦床Re-Os同位素年齡及其地質意義

牛志勇, 馮久林, 向祥輝, 張 聰, 呂向志

(湖北省地質局 第八地質大隊,湖北 襄陽 441002)

隨縣黃家溝鉬礦床位于秦嶺—大別造山帶中段之桐柏造山帶殷店鎮(zhèn),礦體賦存于晚太古代—早元古代桐柏山巖群變質巖中。通過對礦石中輝鉬礦同位素測年分析,獲得Re-Os等時線年齡(131.3±2.5)Ma,厘定其成礦時代為早白堊世。輝鉬礦中的Re同位素含量特征顯示,該鉬礦的成礦物質可能來源于拆沉下地殼,屬殼?；旌系漠a物。礦床在區(qū)域上與東秦嶺—大別地區(qū)的斑巖型鉬礦床的成因具有一定的可比性。

黃家溝鉬礦;輝鉬礦;Re-Os同位素定年;礦床成因

黃家溝鉬礦床位于湖北省隨州市隨縣殷店鎮(zhèn),經湖北省地質局第八地質大隊初步勘查評價達中型規(guī)模。礦體賦存于桐柏山雜巖群表殼巖中,賦礦巖石以鈉長變粒巖、淺粒巖為主,斜長角閃巖及大理巖次之。本研究利用高分辨電感耦合等離子體質譜儀(HR-ICP-MS)對黃家溝—尖水田鉬礦的6件輝鉬礦樣品進行了Re-Os同位素年齡測定研究,以期精確厘定其成礦時代,揭示成礦物質來源,探討成礦過程,為在該地區(qū)及周邊進一步開展鉬礦研究和勘查找礦提供理論借鑒。

1 成礦地質背景和礦床地質特征

1.1 成礦地質背景

研究區(qū)位于秦嶺—大別造山帶的中段桐柏造山帶,向西以南陽盆地為界,與東秦嶺造山帶相接,向東以大悟—羅山斷裂為界,與西大別造山帶相連。大別造山帶為秦嶺造山帶的東延部分,是揚子板塊向華北板塊俯沖碰撞的產物,有多個形成于不同構造環(huán)境、有著不同建造特征、不同變形變質和構造演化序列的地體,經多次聚合后拼貼形成的復雜構造帶(圖1)。

區(qū)內構造活動頻繁,區(qū)域變形構造具有明顯分區(qū)性:以新城—黃陂斷裂為界,北東側為桐柏山群變質巖分布區(qū),以發(fā)育韌性、韌脆性剪切帶為特征,褶皺構造形態(tài)十分復雜,總體呈NW向展布的背形構造;南西側主要發(fā)育新元古界南華系武當巖群和耀嶺河組之變質火山巖系,構造變形總體格架是以NW向倒轉褶皺為主,后期NW向褶皺疊加于NWW向褶皺之上。斷裂構造以新城—黃陂、新市—太山廟、青苔—封江口斷裂規(guī)模最大,且基本呈等距離平行展布,走向NW—SE,傾向SW,傾角25°～70°,對本區(qū)成礦起明顯的控制作用。

區(qū)內巖漿巖分布廣泛,除桐柏雜巖中可恢復變質的花崗巖外,區(qū)內廣泛發(fā)育燕山期的花崗巖體,局部見有燕山期閃長巖及各類脈巖。

1.2 礦床地質特征

1.2.1 賦礦層位

礦床位于新城—黃陂斷裂的北側,桐柏山隆起內。區(qū)內地層僅出露桐柏山群雜巖中的花崗質片麻巖和表殼巖。表殼巖呈條帶狀、透鏡狀分布于桐柏雜巖內的花崗質片麻巖(變質花崗巖)中,巖性以斜長角閃巖、大理巖、變粒巖和淺粒巖為主。

鉬礦體主要賦存于以捕虜體形式存在的鈉長變粒巖、淺粒巖中,斜長角閃巖及大理巖次之。礦化帶兩側圍巖主體均為花崗質片麻巖,兩者為侵入接觸關系。

圖1 桐柏—大別地區(qū)地質構造略圖(據(jù)楊澤強,2007[1],修改)Fig.1 Geological sketch map of Tongbai-Dabie area

1.中新生代地層(K-E);2.武當巖群、耀嶺河組(PtW.、Nh2y);3.二郎坪群(Pt3-Pz);4.龜山巖組(Pt2g)、南灣組(Dn);5.肖家廟巖組(Z-O1x);6.秦嶺巖群(PtQ.)、寒武系(∈);7.桐柏—大別變質雜巖(Ar3Pt1T-Ar3Pt1D);8.紅安巖群(Pt3H.);9.白堊紀火山巖(K);10.石炭系(C);11.燕山期花崗巖(γ5);12.晉寧期花崗巖(γ2);13.大別造山帶邊界;14.斷裂帶及編號(F1.明港—固始深大斷裂;F2.龜山—梅山斷裂;F3.桐柏—商城斷裂;F4.磨子潭—曉天斷裂;F5.定遠—八里畈斷裂;F6.襄樊—廣濟深大斷裂;F7.澀港—大悟斷裂;F8.新縣斷裂;F9.商麻斷裂;F10.新黃斷裂);15.鉬礦床位置;16.工作區(qū)位置及研究區(qū)礦床位置;I.華北地塊;Ⅱ.大別造山帶;Ⅲ.揚子地塊。

1.2.2 礦體特征

主要工業(yè)礦體有9個,礦體延伸方向與區(qū)域構造線方向相一致,在平面上整體呈北西向展布,總體走向320°左右,傾向南西,傾角32°～56°。礦體厚度及品位變化較大。

礦石結構主要有他形—半自形粒狀結構、交代殘余結構、碎裂結構、自形鱗片狀結構、葉片狀結構;構造主要有浸染狀構造、細脈狀構造、角礫狀構造、塊狀構造等。

礦石中主要金屬礦物有輝鉬礦、黃鐵礦、斑銅礦、黃銅礦、閃鋅礦、赤鐵礦;非金屬礦物有石英、鉀長石、斜長石、黑云母等。地表所見賦礦巖石硅化強,常與黃鐵礦化密切共生,輝鉬礦一般呈細粒浸染狀、細脈狀分布于蝕變巖中,粒度一般<0.5 mm。

2 樣品采集和測試方法

本次研究工作Re-Os同位素測年分析樣品除HJ-TZ3采自于鉆探工程中,其他5個樣品均采自于槽探工程中,樣品均為新鮮的原生礦石。其中2個樣品采自鈉長變粒巖中(HJ-TZ2、JS-TZ1),2個樣品采自淺粒巖中(HJ-TZ3、JS-TZ2),1個樣品采自斜長角閃巖中(HJ-TZ1),1個樣品采自大理巖中(HJ-TZ4),輝鉬礦均呈細粒浸染狀分布。

樣品測試由國家地質實驗測試中心完成,礦石粉碎后在雙目鏡下人工挑選輝鉬礦單礦物,輝鉬礦質純、無氧化、無污染。用酸溶法分解樣品,樣品使用富集的185Re和190Os混合稀釋劑,采用卡洛斯管(carius Tube)溶樣,丙酮萃取和分離Re,用蒸餾法分離純化Os,用高分辨電感耦合等離子體質譜儀(HR-ICP-MS)進行測量。187Re的衰變常數(shù)1.66610-11a-1(1.02%),實驗室全流程空白Re為1.4×10-12,187Os為0.037×10-12。

3 測試結果

黃家溝鉬礦床6件Re-Os同位素樣品測試結果如表1。輝鉬礦的Re含量為(14.752±0.100)×10-6～(29.176±0.217)×10-6,平均(21.763±0.152)×10-6;187Re含量為(9.272±0.063)×10-9～(18.338±0.137)×10-6,平均(13.678±0.096)×10-6;187Os含量為(0.020 7±0.000 2)×10-6～(0.040 2±0.000 3)×10-6,平均為(30.17±0.22)×10-9。

表1 鉬礦床Re-Os同位素樣品測試結果表Table 1 Test result table of Re-Os isotopes of molybdenum deposits

注:1)測試單位為國家地質實驗測試中心,分析者為李超、周利敏,技術負責為杜安道、屈文俊;2)Re和Os含量的計算誤差包括稀釋劑標定誤差、質譜測量誤差及質量分餾校正誤差等。模式年齡的計算誤差不僅包括稀釋劑標定誤差、質譜測量誤差及質量分餾校正誤差等,另外還包括187Re衰變常數(shù)K的不確定度(1.02%);3)普Os是根據(jù)原子量表(WIESER,2006)和同位素豐度表(Bohlkea,2005),通過192Os/190Os比值計算得出。

樣品中Re、Os和187Os的含量遠遠高于全流程空白,因此,不會影響實驗中Re、Os含量的準確測定,對等時線年齡計算的影響亦可忽略不計。

4 成礦年齡計算

經計算,輝鉬礦Re-Os模式年齡介于(131.3±1.9)～(133.8±2.2)Ma,模式年齡加權平均值為(132.25±0.76)Ma(2σ),MSWD=0.85。6個樣品擬合成一條直線,擬合度99.94%,得到輝鉬礦的Re-Os等時線年齡為(131.1±2.5)Ma(2σ),MSWD=1.6,初始187Os值為(0.25±0.55)×10-9(圖2、圖3)。

圖2 黃家溝鉬礦輝鉬礦Re-Os等時線年齡Fig.2 Re-Os isochronous age of Huangjiagou molybdenite

圖3 黃家溝鉬礦輝鉬礦Re-Os模式年齡加權平均值Fig.3 Age weighted average of Re-Os model of Huangjiagou molybdenite

對上述結果和等時線圖解作如下分析:

(1) 本次實驗187Os初始值接近0,表明輝鉬礦的187Os均由187Re衰變而成,符合Re-Os同位素體系模式年齡計算條件,加權平均年齡(132.25±0.76)Ma與等時線年齡(131.25±2.5)Ma較為吻合,說明所獲得模式年齡可反映輝鉬礦的結晶時間。

(2) 模式年齡加權平均值和等時線年齡的加權平均方差均<2.5,說明測試的結果十分可靠。

(3) 一般情況下,187Re和187Os的分析誤差在±3%,年齡誤差在3%～4%之間。當樣品中187Os含量低(<0.1×10-9)時,分析誤差可達10%,由此可造成較大的年齡誤差(達±10%)[2]。據(jù)中國地質大學(武漢)蔣少涌2015年對黃家溝鉬礦床中的輝鉬礦進行Re-Os法測年得出其等時線年齡為(137.0±8.1)Ma,MSWD=1.10,初始187Os/188Os比值為(-0.4±2.0)×10-9,本次測試結果與前者測試結果在誤差范圍內一致,可以認為黃家溝—尖水田鉬礦輝鉬礦形成于早白堊世。

5 區(qū)域鉬礦成礦時代對比

東秦嶺地區(qū)鉬礦主要形成于2個時段:其一為三疊紀晚期的碳酸鹽脈型礦化,時限為(221.5±0.3)Ma;其二為東秦嶺地區(qū)最為重要的大規(guī)模成礦作用時期,即廣泛發(fā)生于侏羅紀—白堊紀之間的斑巖型—矽卡巖型礦化,時限在(144.8±2.1)～(132.4±2.0)Ma之間[3]。秦嶺—大別地區(qū)鉬礦床中輝鉬礦Re-Os同位素對鉬礦床測年比較精確,大別山地區(qū)的鉬礦形成時代集中在142—112 Ma(表2)。

Re-Os等時線年齡揭示,黃家溝—尖水田鉬礦床形成于(131.3±2.5)Ma,與秦嶺—大別地區(qū)侏羅紀—白堊紀鉬的成礦時代基本一致。

6 成礦物質來源示蹤分析

關于輝鉬礦中Re的含量示蹤來源的問題,國內觀點主要有:

毛景文等[7]在綜合分析、對比了中國各類型礦床中輝鉬礦的Re含量后認為,自幔源→殼幔混源→殼源,Re含量n×100×10-6→n×10×10-6→n×10-6呈數(shù)量級下降遞減。

周清[8]對國內外30多個典型含鉬礦床中輝鉬礦做的Re與187Os含量投影圖(圖4),顯示從俯沖板片→拆沉下地殼→陸殼,Re含量變化規(guī)律與毛景文觀點基本一致。

楊宗峰等[9]統(tǒng)計了國內744個輝鉬礦Re-Os同位素測年數(shù)據(jù)后認為,長英質脈和花崗巖中輝鉬礦的Re含量最低,幾何平均值分別為7.41×10-6和7.99×10-6,多在n×10-6～n×10-5。

表2 東秦嶺—大別山地區(qū)侏羅紀—白堊紀鉬礦床成礦作用時間[3]Table 2 Metallogenic time of Jurassic-Cretaceous molybdenum deposit in the East Qinling mountains-Dabieshan area

圖4 典型含鉬礦床中輝鉬礦的Re對187Os含量投影圖(底圖據(jù)周清[8],2011)Fig.4 Projection diagram of Re and 187Os content in typicalmolybdenum bearing deposits

黃典豪等[10]認為中國不同類型礦床的輝鉬礦平均含Re量由高→低順序為:斑巖—矽卡巖型銅(鉬)>斑巖型銅(鉬)>矽卡巖型銅(鉬)>碳酸巖脈型鉬(鉛)>矽卡巖鉬>斑巖型鉬≥斑巖—矽卡巖型鉬(鎢或鐵)>石英脈型鉬或金鉬(表3)。

蔣少涌等[11]對某些具代表性的地幔和地殼巖石的187Os/188Os比值和γOs(t)值進行研究,認為:地幔Re/Os比值<0.13,地殼Re/Os比值>1,而大陸地殼的Re/Os比值<4。

本文類比前人上述成果,對黃家溝鉬礦成礦物質來源分析如下:

(1) 黃家溝鉬礦Re含量14.752×10-6～29.176×10-6,類比上述毛景文“n×10×10-6”這一含量級別為“1.475×10×10-6～2.918×10×10-6”,符合殼?；煸础?/p>

表3 不同成因類型鉬礦床輝鉬礦錸質量分數(shù)統(tǒng)計表[10]Table 3 Statistical table of rhenium mass fraction of molybdenite from different types of molybdenum deposits

(2) 將黃家溝鉬礦6件輝鉬礦Re含量投影至周清“典型含鉬礦床中輝鉬礦的Re對187Os含量投影圖”上,斑點均落在“與拆沉下地殼熔融相關”這一區(qū)域(圖4)。

(3) 黃家溝鉬礦床Re的質量分數(shù)平均值為21.763×10-6,與楊宗峰研究中“花崗巖中輝鉬礦的Re含量多在n×10-6～n×10-5”相符。

(4) 黃家溝鉬礦床Re含量與黃典毫“中國的斑巖型鉬礦床”平均值26×10-6比較接近,而斑巖型礦產是典型的巖漿熱液型礦產,說明黃家溝鉬礦的物質來源與巖漿形成的物源有一定關聯(lián)。

(5) 黃家溝鉬礦床輝鉬礦初始187Os/188Os比值為0.4,類比蔣少涌上述類型劃分,該值大于地幔而小于大陸地殼,Re可能來源于殼幔混合。

綜上分析,筆者認為黃家溝鉬礦物質可能來源于拆沉下地殼,經殼?；旌匣◢弾r漿作用,形成斑巖型鉬礦,在區(qū)域上與東秦嶺—大別地區(qū)的斑巖型鉬礦床成因具有一定的可比性。

7 結論

(1) 黃家溝鉬礦輝鉬礦Re-Os等時線年齡(131.3±2.5)Ma,厘定其成礦時代為早白堊世,與秦嶺—大別地區(qū)侏羅紀—白堊紀鉬成礦時代基本一致。

(2) 輝鉬礦中的Re同位素含量特征表明,黃家溝鉬礦田的成礦物質可能來源于拆沉下地殼,屬殼?；旌系慕Y果,在區(qū)域上與東秦嶺—大別地區(qū)的斑巖型鉬礦床成因具有一定的可比性。

(3) 黃家溝—尖水田鉬礦田成礦時代為早白堊世,受到伸展作用的影響,伴隨著巖石圈減薄,太古代變質核的隆升及大規(guī)模巖漿侵位,地幔流體大規(guī)模參與成礦作用。

(4) 目前對黃家溝鉬礦的成因類型尚無定論,本文通過簡單對比,認為可能屬斑巖型鉬礦。

(5) 隨棗北部鉬礦形成機制錯綜復雜,有待進一步研究,特別是深部鉆孔工程驗證工作,對于驗證深部是否存在與成礦有關的隱伏斑巖體、進而尋找儲量更大的斑巖型鉬礦床有著重要作用。

致謝:本文是集體成果,成果的取得離不開戴紹杰等團隊成員的共同努力;論文撰寫得到了湖北省地質局第八地質大隊胡起生教授級高級工程師的悉心指導,同時審稿專家提出了許多建設性修改意見,在此一并表示感謝！

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The Re-Osisochron Isotope Age of Huangjiagou Molybdenum Deposits andIts Geological Significance in Suixian,Hubei Province

NIU Zhiyong, FENG Jiulin, XIANG Xianghui, ZHANG Cong, LV Xiangzhi

(EighthGeologicalBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Xiangyang,Hubei441002)

The Huangjiagou molybdenum deposit located in the middle of Qinling-Dabie orogenic,is a medium-sized molybdenum deposit.The ore body was occurred in the Tongbai metamorphic group rocks between late-Archaeozoic and early-Proterozoic.This article has acquired the Re-Osisochronage(131.3±2.5)Ma based on isotopic dating analysis of molybdenite,it defines the mineralization age may be Early Cretaceous.The content characteristics of Re isotope in molybdenite show that:the metallogenic materials of this molybdenum ore could be from diastrophic crust,they are the products of crust-mantle immixture,there also has certain comparability on the origin of ore deposit with porphyry modeposit,which located in Eastern Qinling-Dabie area.

Huangjiagou molybdenum mine; molybdenite; Re-Os isotopic dating; origin of ore deposit

P618.65; P597

A

1671-1211(2017)06-0683-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.06.004

2017-08-21;改回日期2017-10-09

由湖北省地質局科研項目《湖北省隨棗北部鉬礦成礦地質條件研究》(項目編號:KJ2014—2)資助。

牛志勇(1985-),男,工程師,資源勘查工程專業(yè),從事礦產勘查工作。E-mail:421797582@qq.com

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20171026.0843.016.html數(shù)字出版日期2017-10-26 08:43

于繼紅)