揚(yáng)子陸塊北緣六沖坪金礦方解石Sm-Nd等時(shí)線年齡及其地質(zhì)意義

周 舟， 牟宗玉， 雷 靂， 蔣達(dá)源， 聶開紅， 向 萌， 楊 朋

(湖北省地質(zhì)局 第七地質(zhì)大隊(duì)，湖北 宜昌 443100)

鄂西黃陵地區(qū)是湖北省重要的金礦產(chǎn)地之一，金礦在黃陵背斜核部結(jié)晶基底區(qū)分布較廣泛，其礦床類型多為含金石英脈型及蝕變巖型。近年來，黃陵背斜周緣沉積巖分布區(qū)新發(fā)現(xiàn)了一些金礦點(diǎn)，如湖北省?？悼h六沖坪金礦點(diǎn)，但對(duì)其開展的綜合研究工作較少，已有工作主要集中在礦床地質(zhì)特征、地球化學(xué)特征、流體包裹體特征[1-2]等方面。由于缺乏常規(guī)的定年礦物和有效的定年方法，該礦點(diǎn)可靠的成礦年齡還未知。礦床形成年齡的精確測定對(duì)于正確認(rèn)識(shí)礦床成礦地質(zhì)背景、控礦因素和總結(jié)成礦規(guī)律具有極為重要的意義[3-5]，并且能夠?yàn)殚_展類似礦床(點(diǎn))的找礦勘查工作提供指導(dǎo)。

隨著同位素年代學(xué)的發(fā)展，單礦物同位素測年技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，已有眾多國內(nèi)外學(xué)者在黃鐵礦、石英等Rb-Sr同位素測年及方解石、螢石Sm-Nd同位素測年等方面取得了一系列重要進(jìn)展[6-8]。方解石為含鈣礦物，其中的稀土元素多以置換晶格中Ca2+的形式存在[7]。在化學(xué)性質(zhì)上，Sm和Nd較為接近，經(jīng)147Sm衰變過后形成的143Nd易封存，Sm-Nd同位素體系容易保持封閉，且抗蝕變能力較強(qiáng)[7-8]，因此方解石Sm-Nd同位素測年是一種有效的定年手段。本文在詳細(xì)研究六沖坪金礦點(diǎn)地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，通過選取主成礦期的方解石開展Sm-Nd同位素測年工作，確定六沖坪金礦點(diǎn)的成礦時(shí)代，為該礦點(diǎn)成礦地質(zhì)背景研究提供年代學(xué)制約。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

六沖坪金礦點(diǎn)大地構(gòu)造位置位于上揚(yáng)子臺(tái)坪鄂中褶斷區(qū)黃陵背斜北緣[9]。黃陵背斜為軸向NE 15°的穹隆構(gòu)造，具典型的“二元結(jié)構(gòu)”，即基底+沉積蓋層。核部為川中式結(jié)晶基底，南華系—三疊系沉積地層以高角度不整合覆蓋，蓋層總體為一套細(xì)碎屑巖和海相碳酸鹽巖建造[1-2]。磷、鐵、石墨、金、銀、釩、鉛鋅是本區(qū)特色優(yōu)勢礦種，結(jié)晶基底中盛產(chǎn)內(nèi)生礦產(chǎn)，廣泛分布熱液成因的金礦床(點(diǎn))；外生礦產(chǎn)多產(chǎn)于沉積蓋層中。在黃陵背斜北緣沉積蓋層區(qū)發(fā)育一系列的中低溫?zé)嵋旱V產(chǎn)，以鉛鋅、金、重晶石、螢石為代表，其中鉛鋅礦賦存于震旦系陡山沱組—燈影組，螢石主要產(chǎn)于震旦系燈影組，重晶石主要分布于寒武系覃家廟組、婁山關(guān)組及奧陶系，總體圍繞黃陵背斜呈弧形分布。上述礦床的形成與流體活動(dòng)有關(guān)，受地層、構(gòu)造等多因素控礦，其中沉積巖區(qū)中低溫?zé)嵋鹤饔眯纬傻牧鶝_坪金礦點(diǎn)為近年來“國土資源大調(diào)查”新發(fā)現(xiàn)的金礦點(diǎn)[1]，顯示出該類型金礦具有一定的找礦潛力。

2 礦床地質(zhì)特征

圖1 ?？悼h六沖坪金礦區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)參考文獻(xiàn)[1]修改)Fig.1 Geological map of Liuchongping gold mining area in Baokang County1.第四系；2.奧陶系下統(tǒng)南津關(guān)組；3.寒武系上統(tǒng)婁山關(guān)組；4.寒武系中統(tǒng)覃家廟組；5.寒武系下統(tǒng)石龍洞組；6.寒武系下統(tǒng)天河板組；7.寒武系下統(tǒng)石牌組；8.寒武系底—下統(tǒng)牛蹄塘組；9.震旦系燈影組三段；10.震旦系燈影組二段；11.整合地質(zhì)界線；12.角度不整合地質(zhì)界線；13.性質(zhì)不明斷層；14.實(shí)測正斷層；15.層理產(chǎn)狀；16.金礦體及編號(hào)；17.取樣位置。

礦石類型主要為碎裂巖化硅化方解石化黃(褐)鐵礦化泥質(zhì)白云巖，具泥粉晶結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、半自形—他形粒狀結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)、交代假象結(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、細(xì)脈狀構(gòu)造。

礦石中金屬礦物以金紅石、黃鐵礦、白鐵礦、褐鐵礦為主，非金屬礦物以白云石、重晶石、石英、方解石等為主(圖2)。礦石蝕變明顯，據(jù)礦相學(xué)研究顯示礦物的結(jié)晶次序大致為：黃鐵礦、白鐵礦→重晶石→石英→螢石→方解石→褐鐵礦。金礦石中少見自然金，黃鐵礦為金的主要載體[1]。礦石中黃鐵礦為含砷黃鐵礦，砷含量>0.6%。方解石是六沖坪金礦主要的脈石礦物之一，根據(jù)其與金礦化發(fā)生的時(shí)間先后關(guān)系，可分為成礦前和成礦期兩期，成礦前方解石一般呈白色、乳白色，呈不規(guī)則脈狀和團(tuán)塊狀廣泛分布于圍巖中，不含金屬硫化物；成礦期方解石主要呈白色網(wǎng)脈狀順巖石裂隙充填，或作為主要膠結(jié)物膠結(jié)交代礦石中的原巖角礫，次為團(tuán)塊狀、團(tuán)斑狀，與硅化、重晶石化相伴出現(xiàn)。前人研究表明，這種大量發(fā)育的碳酸鹽巖脈可能記錄了已知金礦床深部曾經(jīng)發(fā)生的含礦熱液與含鐵碳酸鹽巖地層相互作用(去碳酸鹽化)的地球化學(xué)過程，它們的形成可能是金礦成礦作用中去碳酸鹽化過程最為直接的宏觀地質(zhì)表達(dá)[10-13]。金礦化與硅化、去碳酸鹽化和方解石化關(guān)系密切，成礦期石英交代白云質(zhì)巖屑形成硅化，在石英中常見白云巖交代殘余碎屑，黃鐵礦多分布于石英顆粒中或顆粒邊緣，硅化、去碳酸鹽化和金礦化是同步的；在硅化、去碳酸鹽化蝕變帶邊緣或附近的裂隙中發(fā)育網(wǎng)脈狀、脈狀方解石，常見方解石交代殘余的白云質(zhì)碎屑，甚至交代、膠結(jié)硅化階段形成的石英，方解石內(nèi)或裂隙中常見鐵質(zhì)礦物(圖2-c)，方解石的結(jié)晶與金礦化同步或稍晚。

3 分析測試方法

六沖坪金礦AuⅢ號(hào)主礦體的礦石中方解石脈較為發(fā)育，本次研究在該礦體系統(tǒng)采集了塊狀礦石樣品6件。首先對(duì)礦石中方解石單礦物進(jìn)行分選，在雙目鏡下按粒徑36～70目進(jìn)行挑選，每件重量約5 g、純度>99%。

方解石單礦物Sm-Nd同位素分析由自然資源部中南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心(武漢地質(zhì)礦產(chǎn)研究所)完成，測試儀器為Triton熱電離質(zhì)譜儀，檢測依據(jù)為《釤釹同位素地質(zhì)年齡和釹同位素比值測定》(DZ/T 0184.6—1997)[14]。Sm-Nd同位素分析采用雙流程工藝。一份加入145Nd+149Sm混合稀釋劑，另一份不加稀釋劑，溶樣趕酸后用稀HCl提取，再用陽離子交換樹脂進(jìn)行分離和純化。加了稀釋劑的解吸液蒸干后用于Sm、Nd含量質(zhì)譜分析，未加稀釋劑的解吸液蒸干后經(jīng)分離和純化Nd，用作Nd同位素比值分析。質(zhì)量分餾采用146Nd/144Nd=0.721 9進(jìn)行冪定律校正，全流程用GBW04419、JMC和GSW標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)監(jiān)控。Sm、Nd空白為4.0×10-11、1.23×10-10，衰變常數(shù)為λ(147Sm)=6.54×10-12/a。

圖2 六沖坪金礦石巖相學(xué)特征Fig.2 Petrographic characteristics of Liuchongping gold orea.礦石碎裂結(jié)構(gòu)特征，原巖白云質(zhì)巖屑為方解石、石英、微粉晶白云石交代膠結(jié)，茜素紅染色(-);b.巖石破碎呈角礫狀，白云質(zhì)角礫、硅質(zhì)角礫、細(xì)砂質(zhì)白云巖巖屑及部分白云石、石英被方解石交代膠結(jié)，茜素紅染色(+);c.方解石呈脈狀充填，局部鐵質(zhì)沿裂隙分布，構(gòu)成微觀縫合線，茜素紅染色(-);d.白云質(zhì)、硅質(zhì)、重晶石角礫為方解石、石英等交代膠結(jié)，茜素紅染色(+);e.黃鐵礦的生長環(huán)帶結(jié)構(gòu)，反射光(-);f.黃鐵礦分布于透明礦物中，被白鐵礦及褐鐵礦交代呈殘余或假象結(jié)構(gòu)，反射光(+);Py.黃鐵礦;Mrc.白鐵礦;Lm.褐鐵礦;Dol.白云石;Cal.方解石;Qtz.石英;Brt.重晶石。

4 分析結(jié)果

6件樣品Sm、Nd同位素組成見表1。方解石Sm含量為0.588 8×10-6～2.906 0×10-6，平均為1.299 0×10-6；方解石Nd含量為2.875 0×10-6～19.030 0×10-6，平均為7.342 5×10-6；147Sm/144Nd值介于0.092 4～0.133 6，143Nd/144Nd值介于0.511 733～0.511 840。6件方解石的Sm、Nd含量差異較大，可能有兩個(gè)方面的原因：一是受Sm和Nd在方解石晶格中分配系數(shù)的影響；二是成礦流體中隨著成礦作用進(jìn)行，結(jié)晶沉淀的礦物相類型及組合、比例不斷變化，與之相平衡的元素組成亦發(fā)生相應(yīng)變化，不同程度地影響了元素的比值[15]。本次測得的Sm/Nd比值區(qū)間為0.153～0.221，顯示出Sm/Nd比值變化范圍較大，這有利于利用方解石進(jìn)行Sm-Nd同位素等時(shí)線測年[7,15]。

在147Sm/144Nd-143Nd/144Nd圖(圖3)中，6件方解石樣品顯示出良好的線性關(guān)系。需要對(duì)于這種線性關(guān)系是否具有地質(zhì)意義進(jìn)行研判，區(qū)分真等時(shí)線和假等時(shí)線[8]。由于這些樣品采自同一礦體的不同部位，且方解石的流體包裹體特征及均一溫度也具有明顯的群聚特征[2]，因此它們屬同源和同期熱液流體活動(dòng)的產(chǎn)物。另外，根據(jù)Faure[16]在研究87Sr/86Sr比值的二元混合體系時(shí)提出的判別方法，對(duì)87Sr/86Sr-1/Sr作圖，當(dāng)87Sr/86Sr與1/Sr之間正相關(guān)時(shí)為混合線，此方法亦可用于判定Sm-Nd等時(shí)線[7-8,17]。分析可知，本次6個(gè)方解石樣品143Nd/144Nd和1/Nd之間不存在線性關(guān)系(表1，圖4)。由圖3可以看出，6個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的離散度很低，所有的樣點(diǎn)均落于等時(shí)線上，說明方解石礦物形成過程中Nd同位素是均一的，且封閉情況較好，方解石生長期間(143Nd/144Nd)i值基本上保持不變[7]，并未與外界環(huán)境之間發(fā)生Sm、Nd的物質(zhì)交換[15]，因此本次得到的147Sm/144Nd-143Nd/144Nd等時(shí)線不是混合線，擬合的等時(shí)線年齡具有地質(zhì)意義且質(zhì)量較高。等時(shí)線年齡采用ISOPLOT軟件計(jì)算，六沖坪金礦6件成礦期方解石結(jié)晶年齡t=(397±11)Ma，εNd(t)=-12.43，Nd同位素初始值(143Nd/144Nd)i=0.511 49±0.000 01，相關(guān)系數(shù)R2=0.997 2，該測試數(shù)據(jù)可靠，代表的是真實(shí)等時(shí)線，表明成礦時(shí)代為早—中泥盆世。

表1 六沖坪金礦方解石Sm-Nd同位素組成Table 1 Sm-Nd isotopic composition of calcite in Liuchongping gold deposit

圖3 六沖坪金礦方解石的Sm-Nd同位素等時(shí)線圖解Fig.3 Sm-Nd isochrones for calcite samples from the Liuchongping gold deposit

圖4 六沖坪金礦方解石的1/Nd-143Nd/144Nd關(guān)系圖Fig.4 Diagram of 1/Nd-143Nd/144Nd for calcite samples from the Liuchongping gold deposit

5 討論

5.1 方解石Sm-Nd等時(shí)線年齡指示意義

六沖坪金礦點(diǎn)為淺層中低溫?zé)嵋旱V床[1-2]，其工業(yè)類型為微細(xì)粒浸染型金礦。圍巖蝕變強(qiáng)烈，主要表現(xiàn)為碳酸鹽化、黃(褐)鐵礦化、硅化、重晶石化等，顯示出強(qiáng)烈的熱液活動(dòng)形跡。眾多研究表明，該類型金礦床Au的沉淀與賦礦碳酸鹽巖地層中發(fā)生的去碳酸鹽化作用緊密相關(guān)[15,18]，金礦石中的脈石礦物方解石主要為成礦過程中含鐵碳酸鹽礦物溶解釋放的鈣沉淀結(jié)晶形成的[10]。因此，如果能確定去碳酸鹽化的時(shí)限，則金礦化的時(shí)限應(yīng)當(dāng)與之接近[15]。

六沖坪金礦點(diǎn)成礦熱液來源于大氣降水循環(huán)作用下的碳酸鹽巖地層形成的弱酸性流體[1]。方解石單礦物C-O同位素測試表明其δ13CPDB=-0.32‰～0.71‰，C可能為來源于海相碳酸鹽巖溶解，指示流體與圍巖存在水巖反應(yīng)[2]。因此，成礦流體中C主要來自于碳酸鹽巖地層中地下熱(鹵)水循環(huán)淋濾出的地層C，圍巖中碳酸鹽巖礦物溶解和重新結(jié)晶是熱液期方解石形成的主要機(jī)制。由巖相學(xué)的分析可知，成礦期石英交代白云質(zhì)巖屑形成硅化，黃鐵礦多分布于石英顆粒中或顆粒邊緣，在去碳酸鹽化蝕變帶邊緣或附近的裂隙中發(fā)育網(wǎng)脈狀、脈狀方解石，常見方解石交代殘余的白云質(zhì)碎屑，甚至交代、膠結(jié)硅化階段形成的石英，成礦期方解石內(nèi)或裂隙中常見鐵質(zhì)礦物(圖2)，為該類型金礦主要的含金載體[10,18]。

六沖坪金礦點(diǎn)中存在去碳酸鹽化作用，去碳酸鹽化與硅化、金礦化作用關(guān)系密切，脈石礦物方解石的結(jié)晶與Au的沉淀同步或者稍晚。實(shí)驗(yàn)研究表明，Sm、Nd等稀土元素在方解石晶格中的擴(kuò)散速率較低，其Sm-Nd同位素體系易封閉[18]。黃陵背斜北緣沉積蓋層區(qū)的巖漿、構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)微弱，巖漿及構(gòu)造事件在金礦體形成后對(duì)其的擾動(dòng)較小。因此，六沖坪金礦點(diǎn)方解石的Sm-Nd同位素體系應(yīng)保存了其成礦時(shí)的初始信息。綜上，成礦期方解石的結(jié)晶年齡為(397±11) Ma，該年齡可以近似代表六沖坪金礦點(diǎn)的成礦年齡，亦或金的礦化時(shí)間不晚于(397±11) Ma，其成礦年齡遠(yuǎn)晚于賦礦圍巖年齡。

5.2 區(qū)域成礦作用背景

在黃陵背斜北緣沉積蓋層中發(fā)育有一系列的中低溫?zé)嵋旱V床(點(diǎn))，包括鉛鋅礦、金礦、螢石礦、重晶石礦等。其中鉛鋅礦賦存于震旦系陡山沱組—燈影組地層中，螢石礦主要產(chǎn)于震旦系燈影組地層中，六沖坪金礦點(diǎn)產(chǎn)于寒武系下統(tǒng)石龍洞組、寒武系中統(tǒng)覃家廟組，重晶石礦主要分布于寒武系中統(tǒng)覃家廟組、寒武系上統(tǒng)婁山關(guān)組及奧陶系。前人針對(duì)黃陵背斜北緣—神農(nóng)架斷穹鉛鋅礦做了較多測年工作，主要是利用閃鋅礦的Rb-Sr同位素體系。黃陵背斜北緣凹子崗鋅礦床的成礦年齡為431～434 Ma，冰洞山鉛鋅礦床的成礦年齡為(508±14) Ma[19]，位于揚(yáng)子地臺(tái)北緣的馬元鉛鋅礦床的成礦年齡約為486 Ma[20]，上述礦床成礦年齡都為加里東期，其成礦作用均與加里東期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的大規(guī)模流體活動(dòng)有關(guān)[19-20]。

在早古生代，揚(yáng)子北緣總體處于伸展的大地構(gòu)造背景之下[21]，自震旦紀(jì)(約800 Ma)開始，揚(yáng)子陸塊西進(jìn)導(dǎo)致華南殘留盆地拉張，形成系列復(fù)合的轉(zhuǎn)換拉張型裂谷盆地，同時(shí)在揚(yáng)子北緣形成南秦嶺大陸邊緣裂谷帶。其中，在早志留世裂谷盆地伸展幅度達(dá)到最大[22]。到加里東末期早泥盆世，受古特提期洋拉張影響，揚(yáng)子陸塊處于伸展斷陷構(gòu)造背景，這為中低溫?zé)嵋撼傻V提供了構(gòu)造驅(qū)動(dòng)力。封存于地質(zhì)體的流體及大氣降水循環(huán)水產(chǎn)生大規(guī)模運(yùn)移，并逐漸演化為循環(huán)熱鹵水[19]，這種流體在向上運(yùn)移過程中，淋濾、萃取圍巖中的成礦物質(zhì)形成富含金屬元素的成礦熱液[1-2]。本次測試結(jié)果(397±11) Ma與加里東晚期伸展斷陷構(gòu)造環(huán)境相對(duì)應(yīng)，為加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)末期伸展環(huán)境大規(guī)模流體運(yùn)移的產(chǎn)物[18]。此次大規(guī)模的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)必定在區(qū)域上產(chǎn)生重大影響，在鄂西黃陵背斜北緣可能存在一套加里東中—晚期中低溫?zé)嵋撼傻V系列。

值得一提的是，胡瑞忠等[23]總結(jié)了揚(yáng)子地塊西南緣大面積低溫成礦時(shí)代，認(rèn)為加里東晚期存在一期金—銻—鎢礦床成礦作用，同位素年齡主要集中在435～380 Ma，該期成礦作用可與揚(yáng)子北緣進(jìn)行對(duì)比。加里東晚期是華南最重要的金成礦期之一[23-24]，因此，揚(yáng)子北緣加里東期的成礦作用不容忽視，這對(duì)鄂西地區(qū)熱液型礦床找礦勘查工作提供了新的思路。

6 結(jié)論

(1) Sm-Nd同位素定年測試結(jié)果表明，六沖坪金礦6件成礦期方解石樣品的Sm-Nd等時(shí)線年齡為(397±11) Ma，表明六沖坪金礦點(diǎn)形成于早—中泥盆世，其成礦年齡遠(yuǎn)晚于賦礦圍巖年齡。

(2) 六沖坪金礦點(diǎn)形成于加里東晚期，成礦作用與加里東運(yùn)動(dòng)關(guān)系密切，是伸展環(huán)境流體大規(guī)模運(yùn)移的產(chǎn)物；鄂西黃陵背斜北緣可能存在一套加里東中—晚期中低溫?zé)嵋撼傻V系列。

致謝：方解石Sm-Nd同位素測試得到中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心于桂香工程師的幫助，在此表示感謝！