福建松溪后坪鉬鎢礦床成巖成礦年齡及鋯石Hf同位素組成

黃新鵬

(福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，福州，350013)

武夷成礦帶是西太平洋中新生代巨型構(gòu)造-巖漿-成礦帶的重要組成部分[1]，在福建境內(nèi)發(fā)現(xiàn)的鉬鎢礦床，主要有赤路鉬礦、礫山鉬礦、坪山鉬礦、行洛坑鎢礦、上房鎢礦以及侖尾鎢礦等礦床。松溪后坪鉬鎢礦位于該成礦帶北段，在松溪后坪礦區(qū)大目林礦段鉬鎢礦詳查礦區(qū)內(nèi)，投入了化探、槽探、鉆探及硐探等大量實(shí)物工作量(1)福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，松溪后坪礦區(qū)大目林礦段鉬鎢礦詳查，2011—2019。。礦床產(chǎn)于巖漿巖區(qū)，成礦作用與巖漿活動(dòng)和裂隙構(gòu)造關(guān)系密切。通過研究正長花崗巖和輝鉬礦的成巖成礦時(shí)代以及Hf同位素組成，結(jié)合區(qū)域資料分析福建燕山期鉬鎢礦床的時(shí)空分布規(guī)律、成礦動(dòng)力學(xué)背景以及成礦作用，為下一步閩西北鉬鎢礦找礦工作提供重要基礎(chǔ)資料。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

松溪后坪鉬鎢礦處于閩西北隆起帶的東北緣，政和—大埔斷裂帶北端，松溪—寧德北西向斷裂帶與浦城—永泰南北向斷裂帶交會處。后坪礦區(qū)鉬鎢礦主要由大目林礦段和王厝礦段組成，其大目林礦段的地層為晚三疊世焦坑組，分布于礦區(qū)北部。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁，尤以燕山中期酸性巖類較為活躍，發(fā)育有東西向裂隙構(gòu)造(圖1)。

圖1 松溪后坪礦區(qū)大目林礦段鉬鎢礦地質(zhì)礦產(chǎn)簡圖Fig.1 Geological sketch map of Houping Damulin Mo-W polymetallic deposit in SongXi county1—晚三疊世焦坑組；2—燕山中期正長花崗巖；3—燕山中期二長花崗巖；4—花崗斑巖脈/石英脈；5—閃長玢巖脈/巖層產(chǎn)狀；6—云英巖化/角巖化；7—實(shí)測斷層產(chǎn)狀/地質(zhì)界線；8—蝕變相帶/鉬鎢礦體及編號；9—鋯石/輝鉬礦同位素年齡采樣位置；10—探槽/平硐位置及編號

大目林礦段地層出露較單一，僅在北部見晚三疊世焦坑組，巖性組合主要為粉砂巖、泥巖夾長石石英細(xì)砂巖。裂隙構(gòu)造比較發(fā)育，主要為近東西走向，傾向南或北，傾角70°～80°。其中F1斷裂蝕變帶長大于600 m、寬4～7 m，是控制大目林礦段鉬礦(化)體的主要斷裂構(gòu)造。該斷層帶內(nèi)巖石破碎強(qiáng)烈，發(fā)育構(gòu)造角礫巖，有石英脈充填，并具輝鉬礦化、黑鎢礦化、褐鐵礦化，以及硅化、云英巖化、綠泥石化等蝕變；斷面光滑，呈舒緩波狀，斷層性質(zhì)為先壓后張的左旋正斷層。

巖漿活動(dòng)較強(qiáng)烈，巖體分布廣泛，大目林礦段內(nèi)主要出露燕山中期正長花崗巖，次為燕山中期二長花崗巖，以及各類脈巖。燕山中期正長花崗巖出露于礦區(qū)南部，是最主要的巖體，巖性為含斑細(xì)粒正長花崗巖，具似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。侵入晚三疊世焦坑組，圍巖受巖漿熱液交代，普遍發(fā)生角巖化、云英巖化等蝕變。該巖體是成礦地質(zhì)體。

燕山中期二長花崗巖出露于礦區(qū)中南部，呈長條狀展布，侵入正長花崗巖。巖性為少斑狀中細(xì)粒二長花崗巖，巖石具似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。區(qū)內(nèi)脈巖較為發(fā)育，以石英脈最為發(fā)育，其次為閃長巖和花崗斑巖等，主要呈東西向展布，少量沿北西向、北東向和南北向分布。

2.2 礦床地質(zhì)特征

大目林礦段的鉬鎢礦體受次一級東西向斷層控制，通過探槽及平硐、鉆探等工程控制，目前已圈出3個(gè)鉬鎢礦體(編號Ⅶ～Ⅸ)，其中Ⅶ鉬鎢礦體為詳查工作重點(diǎn)，控制程度較高。

照片1 后坪鉬鎢礦床鉬鎢礦石Photo 1 Mo-W ores in the Houping Mo-W polymetallic deposita—石英脈型輝鉬礦；b—輝鉬礦(偏光 10X)；c—石英脈型黑鎢礦；d—黑鎢礦(偏光 40X)

(1)Ⅶ鉬鎢礦體：出露于大目林東部，產(chǎn)于晚侏羅世含斑細(xì)粒正長花崗巖內(nèi)接觸帶的F1斷裂構(gòu)造中，礦石為輝鉬礦化石英脈或黑鎢礦化石英脈(照片1)。礦體與圍巖界線清晰，近礦圍巖為碎裂含斑細(xì)粒正長花崗巖。受F1斷裂控制，礦體產(chǎn)狀與其一致，總體呈近東西走向，傾向南西或南東，傾角較陡，一般在75°～85°。礦體形態(tài)較簡單，總體呈脈狀，出露較連續(xù)且穩(wěn)定，礦體長550 m，厚度一般為0.85～2.57 m，平均1.49 m。Mo含量為0.15%～0.75%，構(gòu)造蝕變帶中礦化(包括輝鉬礦化、黑鎢礦化等)，常呈團(tuán)塊狀、雞窩狀分布。礦體在垂向分帶上有“上鉬下鎢”的趨勢。

(2)Ⅷ、Ⅸ鉬礦體：產(chǎn)于含斑細(xì)粒正長花崗巖的北東東向斷裂內(nèi)，礦體走向75°～80°，傾向南東，傾角78°～80°。礦體厚度分別為0.76 m、1.69 m，Mo含量分別為0.14%，0.21%。

3 同位素測年

3.1 鋯石U-Pb年齡

LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年的樣品采自后坪礦區(qū)大目林礦段平硐(PD5301)，巖性為含斑細(xì)粒正長花崗巖。鋯石U-Pb年代學(xué)測試由中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所完成，數(shù)據(jù)處理采用ICPMS DataCal 4.3程序[2]，鋯石年齡諧和圖用Isoplot 3.0程序獲得[3]。

PD5301-1樣品中的鋯石呈自形-半自形晶，顆粒較大，粒徑50～180 μm。晶體形態(tài)大多呈長柱狀，長寬比3∶1～2∶1；少數(shù)為短柱狀，長寬比2∶1～1.5∶1。鋯石CL圖像顯示晶形完好，裂紋不發(fā)育，部分可見震蕩環(huán)帶構(gòu)造(圖2)，表現(xiàn)出巖漿鋯石的特征。鋯石的Th含量90×10-6～3 758×10-6，U含量123×10-6～4 281×10-6(表1)，其Th/U比值為0.35～1.93，平均值為1.07(>0.4)，具有巖漿鋯石的特征。

圖2 后坪鉬鎢礦正長花崗巖測年鋯石CL圖像及測試圖Fig.2 Dating Zircon CL image and test point map of the syenite in the Houping Mo-W polymetallic deposit

選取25顆鋯石進(jìn)行U-Pb同位素年齡測試，其中序號20，24兩顆鋯石的年齡數(shù)據(jù)投影點(diǎn)偏離諧和線較遠(yuǎn)，其年齡數(shù)據(jù)不可靠；序號11的鋯石年齡數(shù)據(jù)雖然投影在諧和一致線上，但其206Pb/238U表面年齡為486 Ma，反映出加里東期的信息，可能為捕獲的鋯石。其他22顆鋯石的年齡數(shù)據(jù)比較集中，均落在諧和一致線上，年齡值為(157.0±1.4)Ma；206Pb/238U表面年齡的加權(quán)平均值為(157.0±1.9)Ma，諧和年齡與加權(quán)平均年齡二者一致(圖3)，說明測試成果的可靠程度較高，其年齡可代表含斑細(xì)粒正長花崗巖的結(jié)晶年齡。

表1 后坪鉬鎢礦含斑細(xì)粒正長花崗巖鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果

Table 1 Analysis results of LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the porphyritic fine grained syenite in the Houping Mo-W polymetallic deposit

點(diǎn)號(×10-6)PbThUTh/U207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ13888511510.770.049540.002320.165840.007300.024120.0003617210915661542283161941.630.048510.003510.169830.010560.025290.0004912416315991613341381231.130.050030.004540.169010.012930.025260.00062198196159111614462581391.850.050520.004510.167840.012080.024750.000512201931581115835259856721.460.046890.002440.154840.008040.023810.0003242.71221467152263697710780.910.046350.001950.156100.006560.024230.0003516.810614761542782892041.420.051030.003430.175130.010810.025190.0005224315616491603872261831.240.051270.003850.173070.012280.024580.000472541691621115739122963240.910.048690.003500.167390.010950.025230.0003813216315710161210103552501.420.049160.003570.173530.011910.025450.000381671501621016221125902570.350.055630.003040.620800.041420.078350.003254391224902648619125156216260.350.049570.003010.176470.009660.025310.00030176138165816121351661261.320.050910.005750.181270.018980.025820.000602352441691616441451521301.160.053390.005380.172100.014860.024370.000543462341611315531582992061.460.048050.003810.181000.013160.025540.0004310217816911163316173545210.680.047450.002540.160570.008370.024340.0003572.3122151715521788375819431.930.054730.002210.192430.007490.025190.00030467951796160218103202741.170.051540.003830.166200.011190.023580.0004226517215610150319248636341.360.050180.002680.170230.008620.024430.000372111241607156220122403520.680.047790.003090.182470.011380.027940.00055100135170101783214258413300.440.051240.002380.171560.007180.024240.000402501061616154322128157142810.370.050640.001600.171490.005310.024280.00023233721615155123122983360.890.051260.003410.183040.011770.025880.0004225414917110165324273776430.590.168780.010610.728980.049210.029990.00057254510655629190425176144491.370.057350.003040.199460.010590.025090.0004350611718591603

3.2 輝鉬礦Re-Os年齡

用于Re-Os同位素測年輝鉬礦樣品采自Ⅶ鉬鎢礦體，共5件樣品(編號FJS-1—FJS-5)。同位素年齡測試在中國地質(zhì)科學(xué)院國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心完成，樣品的化學(xué)處理和質(zhì)譜測定技術(shù)參考[4]。輝鉬礦呈鉛灰色，單個(gè)晶體為他形鱗片狀，片徑一般在0.3～13 mm，常多片聚集呈集合體，鑲嵌于石英-云英質(zhì)或次生石英的裂縫中。

輝鉬礦Re-Os同位素組成及模式年齡(表2)，5件樣品的Re含量為1 673×10-9～1 743×10-9，輝鉬礦的模式年齡為(159.4±2.6)Ma～(161.6±2.3)Ma，年齡分布集中。由于樣品間的Re、Os含量相近，等時(shí)線拉不開，無法制作等時(shí)線年齡圖，其模式年齡加權(quán)平均為(160.3±1.1)Ma(MSWD=0.54)(圖4)，可代表輝鉬礦的成礦年齡。

圖3 后坪鉬鎢礦正長花崗巖鋯石U-Pb年齡諧和圖(左)及加權(quán)平均值圖(右)Fig.3 Zircon U-Pb age harmonic diagram (left) and weighted average map (right) of the syenite granite in the Houping Mo-W deposit

樣品編號樣重(g)Re(10-9)普Os(10-9)187Re(10-9)187Os(10-9)模式年齡(Ma)測定值不確定度測定值不確定度測定值不確定度測定值不確定度測定值不確定度FJS-10.202071673140.00100.0016105192.8340.017161.62.3FJS-20.201101724190.00410.00161084122.8820.021159.42.6FJS-30.206691731180.00200.00161088112.8950.019159.62.5FJS-40.201621738200.00000.00571093122.9180.022160.12.7FJS-50.201671743180.00310.00161096112.9350.019160.52.5

圖4 后坪鉬鎢礦中輝鉬礦Re-Os同位素加權(quán)平均年齡圖Fig.4 Weighted average age map of Re-Os isotopic of the monzogranite granite in the Houping Mo-W polymetallic deposit

3.3 Hf同位素

鋯石Hf同位素是在LA-ICP-MS鋯石U-Pb 定年的原位置上進(jìn)行Lu-Hf同位素測試，在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所完成相關(guān)數(shù)據(jù)的分析與校正[5-7]。

選取25顆鋯石測試U-Pb同位素年齡的同時(shí)，進(jìn)行了Hf同位素測定(表3)，其鋯石Hf同位素組成：176Hf/177Hf初始值0.282 181～0.282 261，εHf(t)值為-17.5～-14.7，Hf模式年齡為2 321～2 144 Ma。

表3 后坪鉬鎢礦正長花崗巖鋯石Hf同位素分析結(jié)果

注:εHf(t)={[(176Hf/177Hf)s-(176Lu/177Hf)s×(eλt-1)]/[(176Hf/177Hf)CHUR,0-(176Lu/177Hf)CHUR×(eλt-1)]-1}×10 000；tHf1=1/λ×ln{1+[176Hf/177Hf)s-176Hf/177Hf)DM]/[(176Lu/177Hf)s-(176Lu/177Hf)DM]}；tHf2=tHf1-(tHf1-t)[(fCC-fS)/(fCC-fDM)](fCC、fS、fDM分別為大陸地殼、樣品和虧損地幔的fLu/Hf)；fLu/Hf=(176Lu/177Hf)s/(176Lu/177Hf)CHUR-1；(176Hf/177Hf)i=(176Hf/177Hf)s-(176Lu/177Hf)s×(eλt-1)，其中：(176Lu/177Hf)s和(176Hf/177Hf)s為樣品測定值，〔176Hf/177Hf〕CHUR，0=0.282 772，(176Lu/177Hf)CHUR=0.033 2；176Hf/177Hf)DM=0.283 25，(176Lu/177Hf)DM=0.038 4；λ=1.867×10-11a-1

4 討論

4.1 成巖成礦年齡及其地質(zhì)意義

后坪礦區(qū)鉬鎢礦的正長花崗巖巖體侵入晚三疊世焦坑組，圍巖普遍發(fā)生角巖化、云英巖化等蝕變；LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(157.0±1.9)Ma，其成巖時(shí)代為晚侏羅世。鉬鎢礦貯存于晚侏羅世正長花崗巖的斷裂蝕變帶中，巖體內(nèi)接觸帶具輝鉬礦化、黑鎢礦化、褐鐵礦化等蝕變，輝鉬礦Re-Os年齡為(160.3±1.1)Ma，其成礦時(shí)代為晚侏羅世；黑鎢礦與輝鉬礦共生，其成礦年齡應(yīng)與輝鉬礦相當(dāng)。鉬鎢礦的花崗巖鋯石U-Pb年齡和輝鉬礦Re-Os年齡相近，二者不存在明顯的時(shí)差，表明巖漿活動(dòng)與鉬鎢多金屬成礦作用近同時(shí)發(fā)生，成巖成礦具有同時(shí)性。鉬鎢礦的正長花崗巖是鉬鎢礦的成礦地質(zhì)體，礦區(qū)的巖漿活動(dòng)可能提供了成礦所須的熱能和流體、金屬成礦元素等物質(zhì)，控制著成礦作用發(fā)生與發(fā)展。武夷成礦帶中目前福建最大的行洛坑鎢(鉬)礦，其成礦巖體中南巖體黑云母K-Ar法年齡155 Ma、北巖體Rb-Sr全巖等時(shí)線年齡(157±3)Ma，輝鉬礦Re-Os法成礦時(shí)代(156.3±4.8)Ma[8]，后坪礦區(qū)鉬鎢礦成巖成礦時(shí)代與行洛坑相近，均屬于巖漿型鉬鎢礦床。

華南地區(qū)鎢錫鉬礦床的成礦年齡與空間上相鄰地區(qū)花崗巖侵位時(shí)間時(shí)差關(guān)系是人們長期關(guān)注的問題[9-11]。最近，華南鎢礦帶中與鎢礦有關(guān)花崗巖研究結(jié)果表明，其形成時(shí)代在153～138 Ma[12,13]。如陽儲嶺斑巖型鎢礦的黑云母花崗巖鋯石U-Pb年齡為(143.8±0.5)Ma～(149.8±0.6)Ma[14]，雞頭山鉬鎢礦閃長巖、花崗閃長巖以及花崗斑巖的鋯石U-Pb年齡分別為140.0 Ma、138.8 Ma和138.3 Ma[15]，百丈巖鎢鉬礦的花崗巖鋯石U-Pb年齡(148.6±1.8)Ma[16]，東坑鉬鎢礦的斑狀花崗閃長巖鋯石U-Pb年齡值為(153.01±0.90)Ma[17]，東源斑巖型鎢礦的花崗閃長巖鋯石U-Pb年齡為(146±1)Ma[18]，朱溪矽卡巖型鎢礦的花崗巖鋯石U-Pb年齡為(146.90±0.97)Ma[19]。湘南柿竹園超大型鎢鉍多金屬礦床的矽卡巖型礦體輝鉬礦Re-Os等時(shí)線年齡為(151.0±3.5)Ma[20]，云英巖礦脈白云母的40Ar-39Ar年齡為(153.4±0.2)Ma[21]，相關(guān)的千里山似斑狀黑云母花崗巖鋯石U-Pb年齡為(153.0±3.0)Ma[22,23]。從上述已經(jīng)發(fā)表的數(shù)據(jù)可以看出，華南鎢錫多金屬礦床成礦與花崗巖漿活動(dòng)密切相關(guān)，成巖成礦近于同時(shí)發(fā)生，二者不存在明顯的時(shí)差。

4.2 鋯石Hf同位素及其地質(zhì)意義

對巖漿巖而言，鋯石的Hf同位素分析可以示蹤巖漿源區(qū)，為巖石成因提供證據(jù)[24-26]。鋯石因具較高Hf含量和極低Lu含量，176Lu/177Hf比值也極低，鋯石在形成后沒有明顯的放射性成因Hf的積累，所測定的176Hf/177Hf比值基本代表其形成時(shí)體系Hf同位素組成，這些特征使鋯石成為目前探討地殼演化和示蹤巖石源區(qū)重要依據(jù)[27,28]。

后坪礦區(qū)鉬鎢礦正長花崗巖鋯石176Hf/177Hf比值為0.282 181～0.282 261，根據(jù)正長花崗巖的形成年齡計(jì)算的εHf(t)值為-17.5～-14.7；Hf平均地殼模式年齡(TDM1)為1 398～1 510 Ma，Hf模式年齡(TDM2)為2 321～2 144 Ma(平均年齡為2 206 Ma)，表明巖漿源于古老地殼(圖5)。

圖5 后坪鉬鎢礦正長花崗巖的176Hf/177Hf-t和εHf-t圖解Fig.5 176Hf/177Hf-t and εHf-t diagrams of the syenite from the Houping Mo-W deposit

華南地區(qū)廣泛出露的燕山中期(晚侏羅世)花崗巖與稀有金屬成礦作用的關(guān)系非常密切，這些花崗巖以弱過鋁質(zhì)二長花崗巖和正長花崗巖為主[29]，一般認(rèn)為是陸殼改造型(相當(dāng)于S型)花崗巖，是元古代變質(zhì)基底重熔作用的產(chǎn)物，物質(zhì)來源以殼源為主，滲雜少量幔源組分。

5 結(jié)論

(1)松溪后坪礦區(qū)鉬鎢礦的正長花崗巖鋯石U-Pb年齡為(157.0±1.9)Ma，而輝鉬礦Re-Os年齡為(160.3±1.1)Ma，二者同位素年齡基本一致，且與武夷成礦帶中相同類型鉬礦床的成礦時(shí)間相類似，表明松溪后坪鉬鎢多金屬礦的成巖成礦時(shí)代為晚侏羅世。

(2)松溪后坪礦區(qū)鉬鎢礦的正長花崗巖鋯石Hf同位素(176Hf/177Hf)為0.282 181～0.282 261，εHf(t)值為-17.5～-14.7，表明它們產(chǎn)于燕山期華南巖石圈擠壓的構(gòu)造背景下，源區(qū)物質(zhì)成分為殼源，是元古代變質(zhì)基底重熔作用的產(chǎn)物。

(3)目前淺表所見松溪后坪礦區(qū)鉬鎢礦為硅化云英巖脈型，但是成礦時(shí)代、大地構(gòu)造背景等特征與行洛坑鎢(鉬)礦基本相同，因此后坪礦區(qū)鉬鎢礦深部是否存在隱伏的“斑巖型”礦體，有待進(jìn)一步研究探討，以期加強(qiáng)對“斑巖型”礦體的找礦思路突破。

致謝：鋯石U-Pb、輝鉬礦Re-Os測年得到了國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心李超副研究員的幫助，有關(guān)數(shù)據(jù)均為野外實(shí)際采集樣品分析成果。在文章撰寫過程中得到中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所王登紅研究員、楊岳清研究員、王成輝和陳振宇副研究員的指導(dǎo)，在此表示衷心感謝！