黔西南貞豐水銀洞基性巖鋯石U-Pb測年及金礦成礦

于會冬, 皮橋輝, 楊 雄, 吳建標(biāo), 魯 迪

(桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，桂林 541004)

最初在美國內(nèi)華達(dá)州發(fā)現(xiàn)的卡林型金礦是全球最重要和最具生產(chǎn)力的金礦類型之一。這些礦床含有地也發(fā)現(xiàn)了類似的礦床，右江盆地位于華南地塊西南緣，被認(rèn)為是卡林型金礦最重要的聚集地。雖亞微米大小的金，在沉積巖中由不同的浸染含砷黃鐵礦帶賦存，空間上與低溫?zé)嵋何g變有關(guān)。在中國右江盆地面積與美國內(nèi)華達(dá)州卡林型金礦聚集區(qū)大致相同，但卡林型金礦總儲量或單一儲量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及內(nèi)華達(dá)州[1]。因此，正確認(rèn)識中國滇黔桂地區(qū)卡林型金礦的成礦過程和成礦規(guī)律，為進(jìn)一步對中國實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略、緩減資源壓力、增加金融儲備，具有非常重要意義。

基性巖與金礦化密切相關(guān)，兩者之間的關(guān)系一直是中外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題。21世紀(jì)初的研究表明，中外許多熱液金礦床都分布有基性巖，將基性巖石中的煌斑巖作為金的標(biāo)志[2-3]。近年來，許多礦床進(jìn)一步證實(shí)了基性巖與金礦的密切關(guān)系，如在中外對卡林型金礦床的研究中，發(fā)現(xiàn)一些卡林型金礦床與基性巖巖漿活動有著密切關(guān)系[4-5]。在老寨灣金礦[6]、八卦廟金礦[7]、湖南萬古金礦[8]等金礦床的形成過程中，一些基性巖石在礦床的形成階段起著非常重要的作用[9]。對于一些金礦床來說，基性巖漿中的地幔流體不僅是成礦物質(zhì)的一部分，也是成礦流體的重要來源[10-11]。此外，基性巖和金礦床在時間和空間上密切相關(guān)，如在云南者桑礦的研究中，發(fā)現(xiàn)該區(qū)的基性巖年齡和金礦化的年齡非常一致，分別為215±5 Ma和215.3±1.9 Ma[12]。滇黔桂“金三角”地區(qū)的構(gòu)造運(yùn)動十分復(fù)雜。經(jīng)過長期的陸內(nèi)伸展，形成了裂谷盆地。在此期間，大量的基性巖巖漿被侵入和噴出，形成熱液，巖漿活動對金的遷移和富集起著重要作用。因此，該區(qū)金礦化可能與基性巖巖漿活動密切相關(guān)。

1 地質(zhì)概況

黔西南卡林型金礦是中國最大的金礦床之一。10個金礦田，擁有近50個經(jīng)濟(jì)價值高的金礦。這些礦床包括水銀洞隱伏超大型金礦，爛泥溝巨型金礦床，尼堡、戈塘、紫木凼等大型金礦床，到2014年，該地區(qū)已探明的黃金儲量已超過636 t[13]。

貴州西南部位于揚(yáng)子克拉通與右江造山帶交匯處。多數(shù)地區(qū)屬華南褶皺系右江褶皺帶，基底由古生代至早中生代海相及中三疊世至白堊紀(jì)碎屑沉積層序所覆蓋[14-15]。若干斷裂帶貫穿了該地區(qū)，如北東向的彌勒-師宗深斷裂，北西向的紫云-埡都深斷裂，在泥盆紀(jì)至三疊紀(jì)期間，隨著加里東期的構(gòu)造旋回，這一地區(qū)逐漸下沉，形成了一個由泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)、二疊紀(jì)和三疊紀(jì)組成的大盆地[16]。侏羅系和白堊系沉積物也在該地區(qū)零星地出現(xiàn)[15]。該地區(qū)的結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜。從新元古代到中生代的大地構(gòu)造演化形成了NW和NE走向構(gòu)造系統(tǒng)疊加的一階復(fù)合褶皺-斷層體系，嚴(yán)重影響了該地區(qū)巖漿活動和卡林型金礦的形成和分布[13]。三疊紀(jì)時期，由于印支運(yùn)動的結(jié)果，在揚(yáng)子地塊西南部發(fā)生了中生代大規(guī)模低溫成礦作用，形成華南低溫成礦域。華南低溫成礦域在滇黔桂“金三角”地區(qū)形成了大量的卡林型金礦(圖1[17-20])。

研究區(qū)(圖2[20-21])貞豐縣水銀洞位于興仁—安龍金礦帶的交匯部位[22]。該區(qū)出露的地層主要為泥盆系—三疊系，區(qū)域發(fā)育最廣泛的地層是三疊系，二疊系次之。其中二疊系上統(tǒng)出露地層為龍?zhí)督M(P3l)、長興組(P3c)、大隆組(P3d)，三疊系下統(tǒng)出露地層為夜郎組(T1y)和永寧鎮(zhèn)組(T1yn)，此外第四系零星分布可見，泥盆系和石炭系分布在少數(shù)背斜核部[23]。區(qū)域內(nèi)巖漿巖類型較簡單，主要發(fā)育基性超基性脈巖，主要沿EW向展布?？傮w侵位于三疊系下統(tǒng)夜郎組地層中，傾向與巖層基本一致，局部可見基性巖侵入于二疊系上統(tǒng)的長興組和大隆組地層。此外，區(qū)域構(gòu)造主要有EW向、NE向和SN向構(gòu)造斷裂。其中以EW向褶皺斷裂構(gòu)造為主，NE向、SN向斷裂構(gòu)造次之，其中F105、F101(斷層編號)是金礦的主要控礦構(gòu)造，NE向構(gòu)造主要控制了汞礦和鉈礦產(chǎn)出[23-24]。

圖1 滇黔桂地區(qū)地質(zhì)背景簡圖[17-20]Fig.1 Geological background sketch map of Guizhou-Yunnan-Guangxi area[17-20]

2 樣品處理及分析測試方法

2.1 樣品處理

樣品(編號ZF)4個地方的采集位于貞豐縣灰家堡EW向，如圖2所示。盡量采集蝕變較弱新鮮的深灰綠色巖石，且鋯石的挑選來自手標(biāo)本上長石結(jié)晶顆粒相對較大的巖石。鏡下對巖石薄片進(jìn)行研究，巖石成分主要為斜長石、單斜輝石，可見少量黑云母、角閃石和磁鐵礦。長石和輝石有不同程度的后期蝕變:斜長石多呈薄板狀，長600～1 000 μm，含量為65%～75%；單斜輝石多呈他形粒狀，粒徑為300～1 000 μm，含量為30%～40%，而磁鐵礦粒徑多數(shù)小于400 μm，含量小于5%，多呈他形不規(guī)則狀分布,此外，巖石結(jié)構(gòu)有輝綠結(jié)構(gòu)、輝長結(jié)構(gòu)、堆晶結(jié)構(gòu),可見較明顯的絹云母化、納黝簾石化、綠簾石化、次閃石化。

該區(qū)基性巖與礦產(chǎn)的分布關(guān)系密切，區(qū)域礦產(chǎn)以金為主，且多分布在輝綠巖、輝長巖體出露部位。金礦床、礦點(diǎn)受地層、構(gòu)造及巖漿巖的控制，礦石礦物主要有黃鐵礦、毒砂，還包括有少量的閃鋅礦和褐鐵礦(圖3)。黃鐵礦粒徑為10～500 μm，浸染狀構(gòu)造，少量成礦前期黃鐵礦被熱液蝕變，形成膠狀結(jié)構(gòu)[圖3(c)]，被后期毒砂交代形成骸晶結(jié)構(gòu)；部分自形黃鐵礦被針狀毒砂交待[圖3(d)]。毒砂粒徑為3×102～5×104μm，主要為細(xì)粒與粗粒拉長菱形結(jié)構(gòu)，部分甚至呈微細(xì)粒菱形自形晶結(jié)構(gòu)或者超粗粒拉長菱形及針柱狀結(jié)構(gòu)[圖3(d)]。

Pl為長石；Px為輝石;Py為黃鐵礦；Apy為毒砂；Ser為絹云母化；Ka為黏土化；Sp為閃鋅礦；Lep為纖鐵礦圖3 基性巖鏡下礦片F(xiàn)ig.3 Mineral photos under basic rock mirror

2.2 測試方法

年齡獲得來自黔西南貞豐縣基性巖樣品，樣品破碎和鋯石挑選在廊坊市誠信地質(zhì)服務(wù)有限公司完成。鋯石制靶、反射光、陰極發(fā)光圖像在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司進(jìn)行，經(jīng)過雙目鏡下仔細(xì)挑選表面平整光潔、不同長寬比例、不同顏色、不同柱錐面特征的鋯石顆粒。再將環(huán)氧樹脂和乙二醇胺混合均勻，然后灌注在已經(jīng)排好的鋯石靶上，放至恒溫箱(60 ℃)約12 h固結(jié)成型。待環(huán)氧樹脂固化以后對其表面拋光直至鋯石核心部位顯現(xiàn)。結(jié)合透射光、反射光以了解鋯石的晶體結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，選出最理想的鋯石顆粒。LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年在中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所實(shí)驗(yàn)室完成。測試過程中以標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500為外標(biāo)，校正儀器質(zhì)量歧視和元素分餾；以標(biāo)準(zhǔn)鋯石GJ-1與Plesovice為盲樣，檢驗(yàn)U-Pb定年數(shù)據(jù)質(zhì)量；以NIST SRM 610為優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)，以Si為內(nèi)標(biāo)標(biāo)定鋯石中的Pb元素含量。原始數(shù)據(jù)通過ICPMSDataCal軟件離線處理完成，年齡計算、諧和圖及加權(quán)平均圖采用Isoplot程序繪制，并用CorelDRAW X8優(yōu)化處理，從而為本次基性巖定年提供精準(zhǔn)的年代學(xué)依據(jù)。

圖4 貞豐地區(qū)基性巖代表性鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.4 Representative zircon cathodoluminescence images of basic rocks in Zhenfeng area

3 分析結(jié)果

基性巖鋯石個體小、數(shù)量少等因素給定年工作帶來了諸多問題，也是鋯石U-Pb定年領(lǐng)域的難點(diǎn)之一。結(jié)合透射光、反射光和陰極發(fā)光圖像(圖4)，并在此基礎(chǔ)上挑選21粒顆粒較大的鋯石。鋯石多為短柱狀和不規(guī)則狀晶體，長寬比小，自形程度較高，粒度多為200 μm以上。多數(shù)鋯石的陰極發(fā)光圖像依稀可見較清晰的振蕩環(huán)帶，顯示具有巖漿成因特征(巖漿成因鋯石的Th/U>0.1)，鋯石的Pb含量較低，鋯石的陰極發(fā)光(cathodoluminescence,CL)圖像中一些發(fā)育較小的核顏色相對較暗，說明U、Th等放射性元素含量較高。

樣品的21粒鋯石數(shù)據(jù)處理分析如表1所示，鋯石U-Pb年齡協(xié)和圖及加權(quán)平均年齡圖如圖5所示。此外U-Pb同位素組成在誤差范圍內(nèi)諧和，除點(diǎn)ZF-21可能打于繼承鋯石上外，其余各點(diǎn)206Pb/238U加權(quán)平均年齡Mean為(218±3.2) Ma(MSWD=0.40，99%的置信度)，代表了基性巖的結(jié)晶年齡。根據(jù)定年的結(jié)果分析可知，樣品貞豐水銀洞基性巖鋯石U-Pb年齡代表的侵位時代為印支晚期。

4 討論

4.1 金成礦年齡和基性巖成巖年齡

長期以來，許多研究者用各種方法對滇黔桂“金三角”卡林型金礦成礦年齡進(jìn)行了研究。采用的定年方法主要有蝕變礦物及流體包裹體Rb-Sr法、石英裂變徑跡法、硫化物Pb-Pb法等[25]。同一礦床不同研究者用不同方法測出金礦的成礦年齡相差很大。其中貴州爛泥溝金礦的成礦年代學(xué)研究就是一個典型的例子。胡瑞忠等[26]用石英流體包裹體Rb-Sr法獲得金礦床的年齡為(259±27) Ma；蘇文超等[27]用同樣的方法獲得該金礦的年齡為105.6 Ma；陳懋弘等[28]用含砷黃鐵礦Re-Os法獲得金礦床的年齡為(193±13) Ma；張峰等[29]用石英裂變徑跡法獲得金礦床的年齡為82～83 Ma。

表1 黔西南貞豐水銀洞基性巖中鋯石LA-ICP-MS U-Pb分析結(jié)果

圖5 貞豐基性巖鋯石U-Pb年齡協(xié)和圖及加權(quán)平均年齡圖Fig.5 Zircon U-Pb age concordance and weighted average age map of Zhenfeng basic rocks

另外同一構(gòu)造環(huán)境地區(qū)，成礦年齡也有很大差別。國家輝等[30]用黃鐵礦流體包裹體Rb-Sr等時線法獲得廣西高龍、金牙兩礦床金礦年齡為276±28 Ma，熱液蝕變絹云母單礦物Rb-Sr等時線法獲得年齡為(206±12) Ma；而Su等[31-32]用方解石Sm-Nd等時線法測得水銀洞金礦床的年齡為136 Ma。盡管以往對滇黔桂地區(qū)卡林型金礦的地質(zhì)年代資料是使用多種礦物和測年方法獲得的，但對滇黔桂地區(qū)卡林型金礦的成礦年齡并未得到很好的解釋。根據(jù)前人的研究，該地區(qū)卡林型金礦的礦化時期主要為中生代，無論是印支晚期擠壓期與燕山早期伸展期的轉(zhuǎn)換，還是完全在燕山期盆地內(nèi)的造山帶伸展，時間上都是吻合的。

基性巖的成金性一直備受關(guān)注。本次測得黔西南貞豐水銀洞基性巖鋯石U-Pb結(jié)晶年齡為(218±3.2) Ma，與Chen等[33]利用砷黃鐵礦Re-Os法測得水銀洞年齡(235±33) Ma在誤差范圍內(nèi)一致，成巖成礦年齡一致。此外與水銀洞同類型金礦床的年齡也相吻合。例如，皮橋輝等[12]測得者桑金礦床中與載金礦物黃鐵礦和毒砂共生的熱液蝕變成因絹云母的Ar-Ar坪年齡(215. 3±1.9) Ma，該區(qū)晚期基性巖中鋯石的U-Pb年齡為215±5 Ma。者桑金礦床附近的新寨和南秧田鎢錫多金屬礦床的成礦年齡分別為(211±2) Ma和(216±2) Ma[34]；陳懋弘等[35]利用砷黃鐵礦Re-Os同位素法測得爛泥溝和金牙礦床的年齡分別為(204±19) Ma和(206±22) Ma，利用熱液絹云母Ar-Ar法測得爛泥溝金礦年齡為(194.6±2) Ma；Pi等[36]利用獨(dú)居石U-Pb定年法測得老寨灣金礦熱液年齡分別為(228±9) Ma和(230±16) Ma。這說明該區(qū)的基性巖漿活動或許與金成礦存在某種成因關(guān)系，也說明該區(qū)卡林型金礦的成礦時代應(yīng)為印支晚期。

4.2 區(qū)域構(gòu)造演化與金礦成礦

華南的一個重要中生代事件是在揚(yáng)子和華夏板塊中形成了一個大型花崗巖省和相關(guān)的大型中生代礦化，這些礦床可分為與花崗巖密切相關(guān)的和與巖漿活動無明顯聯(lián)系的低溫?zé)嵋撼傻V體系[37]。近年來同位素資料表明，中生代多金屬礦化形成了3個主要階段。

印支晚期(230～200 Ma)：印支期巖漿事件體現(xiàn)為華夏板塊在258～205 Ma形成的過鋁質(zhì)以殼源沉積物為原巖，經(jīng)過部分熔融、結(jié)晶而產(chǎn)生的(S型)花崗巖[38-39]和伴生礦化特征和伴生的W-Sn-Nb-Ta礦化有著密切關(guān)系，如成礦年齡為214 Ma栗木Sn-Nb-Ta和荷花坪Sn礦床[40]。相比之下，揚(yáng)子板塊在印支期的礦化主要是形成于230～200 Ma的低溫密西西比河谷(MVT)型Pb-Zn-Ag礦床，脈型卡林型金礦，Sb、Hg礦床[37,41]，如會澤、茅坪、天寶山、大梁子Pb-Zn礦床，以及爛泥溝、水銀洞等卡林型金礦床。

燕山早期(180～125 Ma)：燕山早期礦化類型包括高溫鎢錫、銅鐵鉬多金屬和銅鉬(Pb-Zn)斑巖型，低溫銻金汞-Tl礦床。低溫礦床主要分布在華夏板塊，年齡大多在170～150 Ma，如～170 Ma的德興斑巖銅和～165 Ma的大寶山銅鉛鋅礦床[42]、～158 Ma的水口山、銅山嶺和保山熱液多金屬礦床[43-44]，～158 Ma西華山和～155 Ma瑤崗仙W礦床。此外，長江中下游流域也有豐富的140～125 Ma斑巖矽卡巖礦床[45]。除此之外，低溫礦床也存在于揚(yáng)子板塊，包括右江盆地150～130 Ma Au-Hg-Sb-Tl礦床和160～150 Ma湘中盆地Sb礦床。根據(jù)這一時期整個華南克拉通的伸展體制，提低溫型和高溫型礦床與巖漿巖在時間和空間上有著密切關(guān)系。

燕山晚期(125～80 Ma)：該期礦化分布在整個華南地區(qū)，包括滇東南-桂西成礦省(如世界級的個舊、都龍錫礦床)的鎢錫礦床(76～89 Ma)[46-47]，東南沿海110～90 Ma的斑巖-熱液銅-金-銀礦床[48-49]，華夏板塊120～80 Ma 的U礦床[37]。Hu等[50]對華南中生代低溫礦床進(jìn)行了評述。華南大型低溫成礦域(LTMD)位于揚(yáng)子板塊，面積50萬km2，由川滇黔、右江、湘中3個成礦省組成。川滇黔地區(qū)擁有眾多的MVT鉛鋅礦床，而其他兩個省則以卡林型金礦和脈型銻、汞和砷礦床為主。這些礦床主要形成于200～230 Ma和130～160 Ma，分別對應(yīng)于印支期(三疊紀(jì))和燕山期(侏羅紀(jì)至白堊紀(jì))的造山運(yùn)動。研究認(rèn)為印支晚期造山運(yùn)動是建立LTMD成礦框架的關(guān)鍵因素。它在3個成礦省產(chǎn)生了廣泛的成礦作用，每個成礦省都具有獨(dú)特的特征，反映了基性巖的性質(zhì)和成分的差異。與之相反，燕山期的成礦作用不太明顯，燕山早期和燕山晚期主要是對印支期形成的礦床進(jìn)一步疊加、改造、萃取。

華南中生代構(gòu)造格局侏羅紀(jì)經(jīng)歷了由東向西古特提斯構(gòu)造域向東北太平洋邊緣構(gòu)造域的過渡，但對這一動力系統(tǒng)過渡的時間和地質(zhì)活動的認(rèn)識有所不同。通過對前人成果的研究，認(rèn)為華南早中生代主要是特提斯構(gòu)造域陸-陸碰撞造山作用，侏羅紀(jì)到白堊紀(jì)經(jīng)歷了擠壓作用。構(gòu)造環(huán)境具有一系列花崗巖巖漿活動和同時產(chǎn)生的基性巖。

印支期巖漿作用和成礦作用可能是由于古特提斯洋封閉導(dǎo)致印支板塊與揚(yáng)子板塊碰撞所致[51-53]。筆者提出了一種印支期成礦的地球動力學(xué)模型。在該模型中，印支期造山運(yùn)動是滇黔桂地區(qū)卡林型金礦的主要驅(qū)動力，強(qiáng)大的區(qū)域構(gòu)造事件為礦化提供了動力，觸發(fā)了盆地鹽水流體的循環(huán)。這些流體從沉積地層中提取成礦元素。地球物理調(diào)查結(jié)果表明，滇黔桂地區(qū)可能存在一些埋藏的印支期花崗巖侵入體[54-55]。這些入侵的巖體可作為熱源，引發(fā)了可能的大氣降水的循環(huán)，這些大氣降水從沉積地層中浸出成礦元素，形成了右江Au-As-Sb-Hg省的卡林型金礦床。

5 結(jié)論

(1)黔西南貞豐水銀洞基性巖鋯石U-Pb年齡為(218±3.2) Ma，與前人在水銀洞測得卡林型金礦成礦年齡在誤差范圍內(nèi)一致，并與者桑、老寨灣、爛泥溝、金牙等地區(qū)測得卡林型金礦成礦年齡高度吻合，推出該區(qū)基性巖漿活動與金礦化存在成因關(guān)系。

(2)中國滇黔桂地區(qū)的印支期(三疊紀(jì))金礦化與古特提斯洋的閉合及華南克拉通與印支地塊的碰撞后伸展構(gòu)造環(huán)境有關(guān)。在此伸展構(gòu)造背景下形成了貞豐地區(qū)(218±3.2) Ma的基性巖。廣泛發(fā)育的深大斷裂為該區(qū)地下流體上涌起著管道的作用，可能存在的印支期花崗巖巖體又作為熱源，引發(fā)了可能的大氣降水的循環(huán)，將成礦元素從沉積地層中浸出，形成黔西南貞豐水銀洞卡林型金礦床。