粵北良源鈮鉭銣鎢礦床地質(zhì)、成巖成礦時代與成礦模式*

范飛鵬 肖惠良 陳樂柱 李海立 鮑曉明

1.中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京 210016 2.環(huán)太平洋戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源聯(lián)合研究中心，南京 210016

鈮和鉭具有耐熱性好、熔點(diǎn)高、延展性好、耐蝕性強(qiáng)和熱導(dǎo)率高等特性，廣泛應(yīng)用在國防、能源、高新技術(shù)和醫(yī)療領(lǐng)域，現(xiàn)已被全世界眾多國家列為戰(zhàn)略性關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)。我國鉭鈮精礦對外進(jìn)口集中度接近或超過90%(鄧攀等,2019)，鈮礦主要從巴西、加拿大等國進(jìn)口，鉭主要從非洲國家進(jìn)口(王汝成等,2020)。國內(nèi)鈮礦主要分布在內(nèi)蒙古、湖北、福建、新疆等省及自治區(qū)，鉭礦主要分布在江西、湖南、福建、廣西、廣東、四川、新疆及內(nèi)蒙古等省及自治區(qū)(李健康等,2019)。鈮鉭礦床類型有花崗巖型、花崗偉晶巖型、碳酸巖型、堿性巖型，另外還有原生礦床經(jīng)過物理化學(xué)作用形成的風(fēng)化殼型和殘坡積沖積砂礦型礦床(李健康等,2019)?；◢弾r型鈮鉭礦床是我國主要的鈮鉭資源來源，以南嶺鈮鉭成礦帶規(guī)模最大，典型礦床有江西宜春414礦床、大吉山礦床、湖南香花嶺礦床、廣西栗木礦床等。鈮和鉭屬于高場強(qiáng)元素，鈮與鉭處于6次配位位置的Nb5+和Ta5+的離子半徑分別為0.64?、0.64?、0.72?(Shannon,1976)，鈮與鉭也被視為地球化學(xué)元素對，因此在礦物中鈮和鉭之間總是相互替換。常見的鈮鉭礦物有鈮鐵礦族礦物及重鉭鐵礦系列、燒綠石-細(xì)晶石系列、錫錳鉭礦系列等，金紅石、錫石也可以非常富集鈮鉭，另外還有褐釔鈮礦、鈰鈮鈣鈦礦等(王汝成等,2020)。該類稀有金屬礦床成礦時間集中在430～391Ma、210～150Ma和90Ma(李勝虎,2015;李建康等,2019)，多為巖漿結(jié)晶分異成因類型(李勝虎,2015;Lietal.,2017)。在巖漿結(jié)晶作用和熱液活動階段鈮鉭都能成礦(Huangetal.,2002;Wangetal.,2004;Zhuetal.,2011,2015,2018;Xieetal.,2015,2016,2018)。成礦花崗巖主要富集Ta、Li、Nb、Rb、Cs、W、Sn，以及不同含量的P和B等組分，礦石礦物主要為浸染狀Ta-Nb-Sn氧化物，常與黑鎢礦、錫石等鎢錫礦化共生(李勝虎,2015;王登紅等,2017)，南嶺部分礦床存在上部脈型鎢錫下部面型鉭鈮的礦化特征(朱金初等,1996;肖惠良等,2011;Liuetal.,2016)。

良源鈮鉭銣鎢礦床是近年來在南嶺東段調(diào)查新發(fā)現(xiàn)的多金屬稀有金屬礦床(肖惠良等,2012)，通過勘查評價取得了重要突破，不僅在淺部發(fā)現(xiàn)了石英脈型鎢礦體和云英巖型鈮鉭銣礦體，還在深部發(fā)現(xiàn)了花崗巖型鈮鉭銣共、伴生礦體，其中Nb2O5資源量3425.72噸，平均品位0.0108%；Ta2O5資源量1428.99噸，平均品位0.00449%；WO3資源量8205.14噸，平均品位0.25%；伴生Rb2O資源量61398.73噸，平均品位0.0987%(肖惠良等,2016(1)肖惠良,陳樂柱,范飛鵬,鮑曉明,李海立,蔡逸濤.2016.廣東始興南山坑-良源地區(qū)鎢錫多金屬礦評價成果報告.南京:南京地質(zhì)調(diào)查中心,63-84,168-182)，遠(yuǎn)景資源量銣已達(dá)到超大型規(guī)模，鈮遠(yuǎn)景資源量具中型規(guī)模，鉭遠(yuǎn)景資源量已達(dá)大型規(guī)模，為粵北和我國鈮鉭等緊缺型稀有金屬找礦和資源基地建設(shè)提供了支撐。良源鈮鉭銣鎢礦床深部找礦，突破了以往上部僅存石英脈型鎢礦(傳統(tǒng)“五層樓”模式)的認(rèn)識，良源鈮鉭銣鎢礦床淺部除了石英脈型鎢多金屬礦體和云英巖型鈮鉭銣鎢礦體外，深部還存在花崗巖型多種類型礦體共存，且具有多元素(W、Nb、Ta、Rb、Mo、Sn)成礦特征，礦化類型和元素組合圍繞隱伏高分異花崗巖體內(nèi)外接觸帶分布，對認(rèn)識高分異花崗巖及其相關(guān)鈮鉭多金屬礦成礦機(jī)制和成礦模式研究具有重要意義，開展高分異花崗巖分異演化、礦物組合、成巖及成礦時代研究，對于認(rèn)識該類礦床的成因具有重要意義。本文系統(tǒng)總結(jié)了良源鈮鉭銣鎢礦的礦化分帶特征、礦物組合和成巖成礦期次，應(yīng)用鋯石SHRIMP U-Pb法、鋯石LA-ICP-MS U-Pb法和白云母Ar-Ar等時線法分別厘定了良源鈮鉭銣鎢礦床云英巖型和花崗巖型兩類礦化的成巖成礦時代，系統(tǒng)開展了主要礦石礦物的電子探針分析研究，初步查明了良源礦區(qū)“高分異”巖漿熱液型鈮鉭銣鎢礦成礦模式。這一成果對南嶺東段地區(qū)鈮鉭銣鎢礦成礦規(guī)律研究和粵北-贛南地區(qū)鈮鉭銣鎢礦產(chǎn)勘查部署具有重要的指導(dǎo)意義。

1 成礦地質(zhì)背景

良源鈮鉭銣鎢礦床位于華夏地塊中部，處于南嶺東西向巖漿構(gòu)造帶與武夷山北東向構(gòu)造帶交匯部位，屬于南嶺成礦帶東段于山成礦亞帶之龍南-定南-全南鎢錫、稀有、稀土礦集區(qū)外圍西側(cè)(圖1)。南嶺地區(qū)地層為震旦系-寒武系的基底地層、泥盆系蓋層和下侏羅統(tǒng)-白堊系斷陷沉積盆地；震旦-寒武系為一套巨厚的淺變質(zhì)的類復(fù)理石碎屑巖建造，泥盆系為一套厚層碎屑巖夾碳酸巖建造，下侏羅統(tǒng)-白堊系為一套紫紅色砂礫巖建造。早古生代至中生代初發(fā)生以沉降為主的地殼隆起-坳陷的差異運(yùn)動，中生代以來構(gòu)造運(yùn)動劇烈，早侏羅世以擠壓為主，中-晚侏羅世巖漿活動強(qiáng)烈，稀有金屬元素大量富集，成礦集中大爆發(fā)。

龍南-定南-全南鎢錫、稀有、稀土礦集區(qū)及其外圍位于三南-尋烏、于山兩構(gòu)造帶交匯部，構(gòu)造活動頻繁復(fù)雜，多方向多期次構(gòu)造疊加復(fù)合，主要有東西向、北東向、北北東向斷裂構(gòu)造，為巖漿熱液上侵提供了通道和礦液沉淀提供了儲礦空間。侵入巖漿活動具有多期和多階段的特征，形成了大規(guī)模的侵入巖基，多為隱伏巖體。主要巖漿活動有志留紀(jì)、三疊紀(jì)和中-晚侏羅世。志留紀(jì)巖體巖性為石英閃長巖隱伏巖基，多為賦礦圍巖；三疊紀(jì)巖體巖性為巨斑花崗巖，呈脈狀；中-晚侏羅世巖體多以高分異花崗巖為主，具有分布廣特征，富含W、Sn、Rb、Nb、Ta、Pb、Zn、Ag等成礦元素。

2 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)地層主要為中泥盆統(tǒng)老虎頭組(D2l)、中泥盆統(tǒng)春灣組(D2c)、上泥盆統(tǒng)天子嶺組(D3t)和第四系。其中春灣組變質(zhì)砂巖和天子嶺組泥質(zhì)灰?guī)r夾砂巖為主要賦礦圍巖(圖2)。礦區(qū)多為單斜構(gòu)造，地層產(chǎn)狀平緩，向北傾，傾角25°～45°。礦區(qū)主要發(fā)育北西西向、北東東向、近東西向和近南北向四組斷裂構(gòu)造，其中北西西向、北東東向、近東西向斷裂為主要控礦斷裂，多被含礦花崗巖脈或含礦石英脈充填，斷裂裂隙帶發(fā)育強(qiáng)烈的硅化、云英巖化、黃鐵礦化，近南北向斷裂切斷早期含礦脈體。礦區(qū)侵入巖主要為白云母花崗巖、二云母花崗巖、黑云母花崗巖和石英閃長巖，除了白云母花崗巖體出露地表，其余均為隱伏巖體，在鉆孔中可見。

良源鈮鉭銣鎢礦床淺部分布有石英脈型鎢多金屬礦體和云英巖型鈮鉭鎢(錫)礦體，目前僅對云英巖型和花崗巖型相關(guān)的礦體進(jìn)行了圈定，共圈定了4個鈮鉭鎢(錫)多金屬礦體、鈮鉭銣多金屬礦體、銣多金屬礦體和銣礦體(圖3)。

石英脈型鎢多金屬礦體主要分布于地表及淺部中泥盆統(tǒng)老虎頭組砂泥質(zhì)互層的淺變質(zhì)巖中，礦區(qū)內(nèi)較大的含礦礦脈約170多條，主要有北東東向(共114條)和北西西向(共62條)兩組，WO3品位較高，一般0.3%～1.8%(表1)，個別達(dá)5%以上，Sn 0.003%～3%。另外，部分礦脈富含Ag、Pb、Zn。

Ⅰ號云英巖型鈮鉭鎢(錫)礦體主要分布于地表及淺部中泥盆統(tǒng)老虎頭組砂泥質(zhì)互層的淺變質(zhì)巖中，有4處礦體，中心礦體規(guī)模最大，呈近東西“S”形，延伸500m，延深50m，厚10～30m(平均厚15m)，Nb2O5平均品位0.0055%，Ta2O5平均品位0.0104%，WO3平均品位0.25%，Rb2O平均品位0.088%(表1)。Ⅱ號花崗巖型鈮鉭銣礦(云英巖型、白云母花崗巖型和二云母花崗巖型)礦體位于Ⅰ號礦體下方，礦體賦存在云英巖和白云母鈉長石花崗巖中，是礦區(qū)最主要的鈮鉭礦體。礦體呈層狀，南北延伸超過450m，延深超過100m，礦體平均厚度30m；礦體中Nb2O5平均品位為0.00498%、Ta2O5平均品位0.0125%，Rb2O平均品位為0.103%(表1)。

Ⅲ號花崗巖型銣鈮鉭礦體(伴生鈮鉭)(二云母花崗巖型和黑云母花崗巖型)分布在Ⅱ號礦體下部，礦體呈層狀、似層狀，延伸超過300m，延深80m，礦體平均厚度20m；礦體中Rb2O平均品位為0.103%，Nb2O5平均品位為0.0035%、Ta2O5平均品位0.0086%(表1)。

Ⅳ號花崗巖型銣礦體呈層狀、透鏡狀，主要賦存于深部黑云母花崗巖中，礦石中見黃鐵礦化及輝鉬礦化，局部可見零星黃銅礦化；礦體延伸超過450m，延深100m，礦體平均厚度60m；礦體中Rb2O平均品位為0.0956%(表1)。

表1 良源鈮鉭銣鎢礦床礦體特征表Table 1 List of ore bodies characteristics of the Liangyuan Nb-Ta-Rb-W deposit

良源鈮鉭銣鎢礦床主要礦石類型為浸染狀云英巖型和花崗巖型為主，次有石英脈型。石英脈型礦石主要為黑鎢礦(圖4a、圖5a)、黃銅礦和斑銅礦(圖4b、圖5d)；云英巖型礦石礦物有錫石、黃銅礦、輝鉍礦、輝鉬礦(圖5b)、白鎢礦、方鉛礦(圖5c)、閃鋅礦、黃鐵礦、輝鉍礦、釷石等；花崗巖型銣鈮鉭礦的礦石礦物主要有黑鎢礦和輝鉬礦，伴生有白鎢礦、輝鉍礦、輝鉛鉍礦、黃銅礦、黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦。脈石礦物主要有石英、螢石、綠柱石、方解石、綠泥石等。礦石結(jié)構(gòu)主要為自形-半自形結(jié)構(gòu)以及片狀變晶結(jié)構(gòu)等；礦石的構(gòu)造主要為浸染狀構(gòu)造、條帶狀、角礫狀和脈狀構(gòu)造。

石英脈型主要為硅化、鉀化，外帶為白云母化、絹云母化、硅化。云英巖型主要為云英巖化、硅化和白云母化?；◢弾r型主要為絹云母化、硅化、鉀化、云英巖化、高嶺土化和綠泥石化等?；◢弾r型賦礦圍巖自上而下具有明顯的分帶性：云英巖(云英巖型鈮鉭鎢錫鉬鉍礦體)→白云母化鈉長石花崗巖(花崗巖型鈮鉭鎢錫鉬鉍礦體)→二云母二長花崗巖→綠泥石化二長花崗巖→鉀長石化細(xì)粒黑云母花崗巖→細(xì)粒黑云母花崗巖。

3 樣品采集和實(shí)驗(yàn)方法

3.1 樣品采集

本次工作采集的兩件同位素測年樣品為云英巖，采樣位置見圖3。LY10-1b樣品采自PD301硐口，巖石呈淺灰綠色、灰褐色，花崗變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；主要礦物有白云母(30%～40%)和石英(70%～80%)(圖6a,b)；11-TW2樣品采自PD301深部，巖石呈灰白色、淺灰綠色，花崗變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；主要礦物有白云母(20%～25%)和石英(70%～80%)，可見少量輝鉬礦和黃鐵礦(5%)(圖6c,d)。ZK303-TW1-1樣品采自ZK303深部450m處的黑云母花崗巖，巖石呈灰白色，似斑狀結(jié)構(gòu)，花崗結(jié)構(gòu)，中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；斑晶(5%)主要為鉀長石，基質(zhì)礦物為黑云母(5%～10%)、鉀長石(50%～55%)、斜長石(10%～15%)和石英(20%～25%)(圖6e,f)。

3.2 鋯石SHRIMP U-Pb定年

新鮮云英巖經(jīng)破碎后進(jìn)行人工分選和淘洗，在雙目鏡下根據(jù)鋯石顏色、自形程度、形態(tài)和透明度等特征進(jìn)行分類挑選，該部分工作在廊坊誠信地質(zhì)服務(wù)公司完成。將鋯石和標(biāo)樣一起放置在玻璃板上用環(huán)氧樹脂做成樣品靶，將靶上鋯石磨至一半并拋光，使鋯石內(nèi)部暴露(宋彪等,2002;周劍雄和陳振宇,2002)；然后進(jìn)行反射光照相和陰極發(fā)光掃描電鏡圖像分析，選擇鋯石中沒有裂紋和包體的位置作為測試點(diǎn)，該部分工作在中國地質(zhì)科學(xué)院北京離子探針中心完成。

鋯石SHRIMP U-Pb分析測試工作在中國地質(zhì)科學(xué)院北京離子探針中心完成，測試儀器型號為SHRIMPⅡ，工作原理及分析流程見文獻(xiàn)(Compstonetal.,1992;Claesson,1987;簡平等,2003)。分析過程中一次離子流強(qiáng)度為4nA，一次離子流束斑為25μm左右。每個數(shù)據(jù)測點(diǎn)由5組掃描獲得。標(biāo)樣選擇、年齡校正、詳細(xì)的SHRIMP分析流程、數(shù)據(jù)處理和年齡計(jì)算參照文獻(xiàn)(Claesson,1987;Compstonetal.,1984;Ludwig,2003)。鉛校正直接測定204Pb(Claoué-Longetal.,1995)，衰變常數(shù)采用Steiger和Jager推薦值(Steiger and J?ger,1977)，其組成用Stacey-Kramers模式給出的相應(yīng)時間的地殼平均Pb同位素(Steiger and J?ger,1977)。因鋯石年齡小于1000Ma的放射成因207Pb量較少，分析中易產(chǎn)生較大誤差，因此對鋯石(<1000Ma)均使用其206Pb/238U年齡。本文數(shù)據(jù)表中所列數(shù)據(jù)均為同一測點(diǎn)連續(xù)5次分析的平均值，誤差為1σ，但樣品最終年齡加權(quán)平均值的誤差為2σ。年齡結(jié)果采用206Pb/238U加權(quán)平均值，誤差為95%的置信度。

3.3 鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年

新鮮黑云母花崗巖(5～8kg)經(jīng)破碎、重選和電磁選后，經(jīng)人工分選和淘洗，在雙目鏡下根據(jù)鋯石顏色、自形程度、形態(tài)和透明度挑選出可供測年的鋯石，該部分工作在廊坊誠信地質(zhì)服務(wù)有限公司實(shí)驗(yàn)室完成。鋯石制靶和陰極發(fā)光(CL)照相在南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限公司完成，選擇無包裹體、裂紋和環(huán)帶清晰鋯石(典型的巖漿鋯石)點(diǎn)部位作為測試點(diǎn)。

鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年工作在中國冶金地質(zhì)總局山東局測試中心完成，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)U-Pb同位素分析技術(shù)，激光斑束直徑為30μm，激光脈沖為10Hz，激光能量約為10J/cm2。實(shí)驗(yàn)中采用高純He作為剝蝕物質(zhì)載氣，用標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST SRM610進(jìn)行儀器最佳化，樣品測定時以標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作外標(biāo)進(jìn)行同位素分餾校正，詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)測試過程詳見文獻(xiàn)(李鳳春等,2016)。樣品的年齡計(jì)算和協(xié)和圖繪制采用國際標(biāo)準(zhǔn)程序Isoplot 3.0(Ludwig,2003)完成。

3.4 白云母40Ar-39Ar定年

LY14-Ar-01樣品采自PD301硐口云英巖，LY14-Ar-02樣品采自ZK301鉆孔深部(132.04～133.99m)白云母花崗巖(圖3)。測試樣中白云母挑選在廊坊誠信地質(zhì)服務(wù)公司完成，將樣品粉碎后直接挑選出白云母。洗凈的樣品被封進(jìn)石英管中，然后在核反應(yīng)堆進(jìn)行快中子輻照。樣品輻照工作是在中國原子能科學(xué)研究院完成，照射時間為24h，積分中子通量為2.65×1013n·cm2·s-1；同時接受輻照的還有監(jiān)測中子通量的BSP-1角閃石國際標(biāo)樣。LY14-Ar-01樣品重量W=33.2mg，輻照參數(shù)J=0.002316；LY14-Ar-02樣品重量W=34.1mg，輻照參數(shù)J=0.002324。輻照后的樣品放置6個月，直至放射性劑量降至安全操作范圍，再進(jìn)行階段升溫測試工作。本次研究中，在對溫控表和爐內(nèi)溫度進(jìn)行校正后，所采用溫度范圍為700～1450℃，每個溫度段釋放的氣體經(jīng)過冷阱(干冰加酒精，-80℃)、一級鋯鋁泵(加熱狀態(tài))、二級鋯鋁泵(一個為室溫狀態(tài)，一個為加熱狀態(tài))純化后，進(jìn)入到質(zhì)譜中進(jìn)行40Ar到36Ar同位素的分析，質(zhì)譜分析是在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心Thermo Fisher Helix SFT惰性氣體同位素質(zhì)譜儀上進(jìn)行的。所有的數(shù)據(jù)都經(jīng)過質(zhì)量歧視校正、大氣氬校正、空白校正和校正因子校正，衰變常數(shù)則采用Steiger and J?ger (1977)的推薦值5.543×10-10。中子輻照過程中所產(chǎn)生的干擾同位素校正系數(shù)通過分析輻照過的K2SO4和CaF2來獲得，其值為(36Ar/37Ar)Ca=0.000278，(39Ar/37Ar)Ca=0.000852，(40Ar/39Ar)K=0.001147，儀器所得到的同位素強(qiáng)度采用Koppers編寫的Ar-Ar數(shù)據(jù)處理軟件ArArCALC Version 2.40進(jìn)行Ar-Ar年齡計(jì)算(Koppers,2002)，得到坪年齡、等時線年齡、反等時線年齡等相關(guān)年齡信息。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)流程見文獻(xiàn)(張佳等，2014)。

3.5 電子探針分析

本次采集的樣品為PD301硐口的典型云英巖型礦石，用于礦物電子探針實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。儀器型號為日本電子JEOL JX-8530F Plus型號電子探針儀。測試條件為：加速電壓為15kV，電流為15nA，束斑直徑為1μm，儀器的檢測限制為0.01%。測試元素包括WO3、Bi2O3、As2O5、MoO3、PbO等，采用ZAF校正法。

3.6 巖石稀土元素測試分析

全巖樣品處理和稀土元素測試在自然資源部華東礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成。樣品在Finnigan MAT Element 2型高分辨電感耦合等離子體質(zhì)譜儀進(jìn)行分析測定，各元素檢出限<0.5×10-9，儀器精密度<5%。

4 測試結(jié)果

4.1 鋯石年齡分析結(jié)果

本次對礦區(qū)兩件云英巖(樣品號LY10-1b和11-TW2)樣品中的鋯石進(jìn)行了SHRIMP U-Pb年齡測試(表2)，由于樣品中鋯石較少，兩件樣品分別選擇了3個鋯石點(diǎn)。

LY10-1b鋯石呈無色透明，呈短柱狀自形晶，長100～200μm，長寬比為1:1～3:1，鋯石CL圖像具有明顯的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖7a)，表明均為巖漿熱液成因。在對鋯石CL圖像研究基礎(chǔ)上，選擇無包裹體、裂紋等，并選擇韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)明顯的邊部和核部作為微區(qū)測點(diǎn)。樣品中鋯石U=2027×10-6～6727×10-6，Th=1529×10-6～8113×10-6，Th/U=0.78～2.21(表2)，為典型的巖漿成因鋯石。測得鋯石SHRIMP U-Pb年齡為159.2±6.2Ma～321±19Ma，3號鋯石點(diǎn)可能為捕獲的巖漿鋯石，因此159.2±6.2Ma～163.6±6.8Ma指示云英巖形成時間為晚侏羅世。

表2 良源鈮鉭銣鎢礦云英巖SHRIMP鋯石U-Pb分析結(jié)果Table 2 SHRIMP zircon U-Pb dating of the greisen in the Liangyuan Nb-Ta-Rb-W deposit

11-TW2鋯石呈無色透明，呈短柱狀自形晶，長100～150μm，長寬比為1:1～2:1，鋯石CL圖像具有明顯的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖7b)，表明均為巖漿熱液成因。在對鋯石CL圖像研究基礎(chǔ)上，選擇無包裹體、裂紋等，并選擇韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)明顯的邊部和核部作為微區(qū)測點(diǎn)。樣品中鋯石U=318.5×10-6～603.7×10-6，Th=125.3×10-6～442.7×10-6，Th/U=0.36～0.76(表2)，為典型的巖漿成因鋯石。測得鋯石SHRIMP U-Pb年齡為151.0±7.3Ma～479.0±10.0Ma，1號鋯石點(diǎn)(479.0±10.0Ma)可能為捕獲鋯石，年齡與礦區(qū)南側(cè)寒武系和奧陶系地層基本相近；2號鋯石點(diǎn)(151.0±7.3Ma)可能為后期混入的晚期巖漿鋯石，礦區(qū)及其周邊已相繼發(fā)現(xiàn)151Ma左右的晚期巖脈；因此3號鋯石點(diǎn)年齡(160.3±3.4Ma)代表云英巖形成時間，為晚侏羅世。

ZK303-TW1-1鋯石呈無色透明，呈長柱狀自形晶，長100～200μm，長寬比為1:1～4:1，鋯石CL圖像中大多具有明顯的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)，少量見核邊結(jié)構(gòu)，大多數(shù)鋯石中可見包裹體(圖7c)，表明均為巖漿熱液成因。測點(diǎn)選擇無包裹體、裂紋等韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)明顯的邊部和核部。樣品中鋯石U=397.8×10-6～3487×10-6，Th=259.4×10-6～1431×10-6，Th/U=0.21～1.00(表3)，為典型的巖漿成因鋯石。測得鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡為159.8±2.0Ma～168.3±3.3Ma，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為163.0±1.6Ma(圖8a,b)。

表3 良源鈮鉭銣鎢礦床花崗巖(ZK303-TW1-1)LA-ICP-MS鋯石U-Pb 分析結(jié)果Table 3 LA-ICP-MS zircon U-Pb data of the granite (ZK303-TW1-1)in the Liangyuan Nb-Ta-Rb-W deposit

4.2 白云母Ar-Ar年齡

與鈮鉭銣鎢共生的云英巖型和白云母花崗巖型礦體中的白云母40Ar-39Ar測年數(shù)據(jù)見表4，相應(yīng)的坪年齡譜和等時線年齡如圖9和圖10。

表4 良源鈮鉭銣鎢礦床白云母40Ar-39Ar階段升溫測年數(shù)據(jù)結(jié)果Table 4 40Ar-39Ar stepwise heating analytical data of muscovite from the Liangyuan Nb-Ta-Rb-W deposit

LY14-Ar-01樣品在700～1450℃溫度范圍內(nèi)，對白云母進(jìn)行了11個階段的釋熱分析，其中750～1050℃這9個階段構(gòu)成的坪年齡為166.4±1.1Ma(圖9a)，對應(yīng)了91%的39Ar釋放量，相應(yīng)的39Ar/36Ar-40Ar/36Ar等時線年齡為162.2±1.7Ma(圖9b)，與坪年齡在誤差范圍內(nèi)一致。

LY14-Ar-02樣品在700～1450℃溫度范圍內(nèi)，對白云母進(jìn)行了11個階段的釋熱分析，其中700～930℃構(gòu)成的坪年齡為168.7±1.2Ma(圖10a)，對應(yīng)了74%的39Ar釋放量，相應(yīng)的39Ar/36Ar-40Ar/36Ar等時線年齡為162.8±1.5Ma(圖10b)，與坪年齡在誤差范圍內(nèi)一致。

4.3 主要金屬礦物電子探針分析結(jié)果

良源鈮鉭銣鎢礦床中云英巖型礦體中黑鎢礦的WO3的變化范圍為73.36%～75.07%，F(xiàn)eO的變化范圍為4.23%～4.47%，MnO的變化范圍為20.38%～22.31% (表5)；錫石SnO2的變化范圍98.51%～99.27%。黑鎢礦和錫石礦物中還含有其它多種微量元素，如Nb、Ta、Rb等。白鎢礦WO3的變化范圍為78.00%～79.73%，CaO的變化范圍為19.40%～19.85%，其中還含有Ce、Sn、Yb、Zr等微量元素。釷石、鉬鉛礦、鎢鉬鉛礦和砷酸鉍礦元素組成見表5。

表5 良源鈮鉭銣鎢礦床中各類礦物電子探針數(shù)據(jù)(wt%)

5 討論

5.1 成巖成礦時代

王汝成等(2020)和李健康等(2019)系統(tǒng)總結(jié)了我國鈮鉭礦成礦期，主要有元古代(1.4～1.3Ga)，新元古代晚期(約820Ma)，古生代(約400～380Ma)，早中生代三疊紀(jì)(約250～200Ma)和晚中生代晚侏羅世到早白堊世(約160～120Ma，最晚到90Ma)。特別是以華南晚侏羅世到早白堊世鈮鉭成礦作用規(guī)模為最。南嶺及其周邊成巖成礦年代學(xué)研究表明，南嶺鎢錫成礦作用存在加里東期、印支期和燕山期三期成礦作用(陳駿等,2008)，而南嶺地區(qū)大規(guī)模成礦作用發(fā)生在中-晚侏羅世(165～150Ma)(毛景文等,2007)。始興地區(qū)與良源礦區(qū)相鄰的南山坑鎢錫礦區(qū)花崗巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡為158.1±1.8Ma(姚正紅,2011)。前人對始興地區(qū)含礦石英脈中輝鉬礦Re-Os同位素研究顯示師姑山鎢鉍礦為154.2±2.7Ma～154.0±2.0Ma、石人嶂鎢礦為159.1±2.2Ma～157.6±1.6Ma(付建明等,2008)，指示該地區(qū)鎢錫鉍等成礦集中在159～154Ma。

本次測試獲得良源鈮鉭銣鎢礦體的賦礦圍巖云英巖中的鋯石SHRIMP U-Pb年齡151.0±7.3Ma～160.3±3.4Ma和159.2±6.2Ma～163.6±6.8Ma；云英巖中白云母40Ar-39Ar年齡為166.4±1.1Ma；鉆孔ZK301深部白云母花崗巖中白云母40Ar-39Ar年齡為168.7±1.2Ma。ZK303鉆孔深部黑云母花崗巖鋯石U-Pb年齡為163.0±1.6Ma，區(qū)域測得輝鉬礦Re-Os加權(quán)平均年齡為160.5±1.4Ma(未發(fā)表數(shù)據(jù))。野外調(diào)查和鉆探深部驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，良源礦區(qū)由地表至深部，花崗巖呈現(xiàn)出明顯的分帶特征：云英巖→白云母花崗巖→二云母花崗巖→黑云母花崗巖，指示該地區(qū)各類花崗巖結(jié)晶分異演化特征明顯。綜上所述，我們認(rèn)為良源鈮鉭銣多金屬礦形成于中-晚侏羅世，該礦床是巖漿在結(jié)晶分異過程中形成的，是同一成礦系統(tǒng)演化至晚期的結(jié)果，成礦與中-晚侏羅世花崗巖漿活動有密切的成因關(guān)系。

毛景文等(2004)提出華南地區(qū)金屬礦成礦集中在170～150Ma、140～126Ma和110～80Ma三個時間段。而華仁民等(2005)認(rèn)為華南地區(qū)在燕山早期(180～170Ma)、燕山中期(170～139Ma)(第一階段170～150Ma、第二階段150～139Ma)和燕山晚期(125～98Ma)三次大規(guī)模的成礦作用。Zhaoetal.(2021)根據(jù)華南地區(qū)鎢礦床時空分布規(guī)律與深部構(gòu)造-熱事件特征，認(rèn)為華南地區(qū)稀有金屬鎢多金屬成礦帶可劃分出3條帶，分別為：南嶺鎢成礦帶(170～150Ma)、揚(yáng)子?xùn)|部鎢成礦帶(150～120Ma)和東南沿海鎢錫多金屬成礦帶(120～80Ma)。但對于南嶺地區(qū)來說，最早認(rèn)為南嶺地區(qū)稀有金屬成礦存在兩個高峰期：晚侏羅世和早白堊世(成礦為主)(莫柱孫,1980)，但也有學(xué)者提出，南嶺地區(qū)第一個成礦階段為190～145Ma，以稀土為主，見有少量Nb和Ta，第二成礦階段為145～80Ma，以Nb、Ta、W、Sn為主(王玉太等,1980)。更有學(xué)者認(rèn)為南嶺稀有金屬成礦時間為210～90Ma，到140～130Ma達(dá)到成礦最高峰(夏衛(wèi)華等,1989)，趙一鳴等(2004)認(rèn)為南嶺及其鄰區(qū)稀有金屬成礦主要集中在174～103Ma。根據(jù)南嶺地區(qū)已發(fā)表的高精度成巖成礦年齡數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)(表6)，該地區(qū)存在多期鈮鉭成礦期，主要有：加里東期Li-Ta成礦期(Cheetal.,2019)、海西期Nb-Ta-Li成礦期(Cheetal.,2015)、印支期Ta-Nb成礦期(陳毓川等,1989;李勝虎,2015;Cheetal.,2019)和燕山期Li-Be-Nb-Ta-W成礦期(地礦部南嶺項(xiàng)目花崗巖專題組,1989;朱金初等,2011;張思明等,2011;軒一撒等,2014;Cheetal.,2015,2019;李建康等,2019)，其中晚侏羅世(161～155Ma)和早白堊世(137～128Ma)為兩個主要成礦高峰期(圖11)。

表6 南嶺地區(qū)主要鈮鉭礦床的成礦年齡

5.2 礦物組成和元素富集變化關(guān)系

良源鈮鉭銣鎢礦床淺部至深部巖石變化特征為：石英脈+云英巖→白云母花崗巖→二云母花崗巖→黑云母花崗巖；礦物組成由淺部至深部呈現(xiàn)：白云母+石英→白云母+少量黑云母+斜長石→白云母+黑云母+斜長石→黑云母-斜長石-鉀長石組合；金屬礦組成方面，石英脈型(黑鎢礦、黃銅礦和斑銅礦)→云英巖型(錫石、黃銅礦、輝鉍礦、輝鉬礦、白鎢礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、輝鉍礦、釷石)→花崗巖型(黑鎢礦、輝鉬礦，伴生有白鎢礦、輝鉍礦、輝鉛鉍礦、黃銅礦、黃鐵礦、方鉛礦、和閃鋅礦)，其中黑鎢礦和錫石中富集鈮鉭銣元素，白鎢礦中富集錫元素等(表5)；巖石分帶相對應(yīng)的礦化元素呈現(xiàn)為：銣、鈮鉭、鎢錫鉬鉍礦化帶→銣、鈮、鉭礦化帶→銣、鈮、鉭礦化帶相應(yīng)的礦化帶→銣礦化帶；稀有金屬元素也呈現(xiàn)出逐漸降低趨勢，而稀土元素總量呈現(xiàn)出逐漸升高(表7)，由巖漿深部向淺部呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的分異結(jié)晶特征，越到晚期，分異演化越徹底，在稀土元素配分曲線圖中呈現(xiàn)出明顯的“四分組”效應(yīng)(圖12)。以上特征指示良源鈮鉭銣鎢礦床是巖漿高度結(jié)晶分異形成的。

表7 良源鈮鉭銣鎢礦床花崗巖類稀土元素分析測試結(jié)果表(×10-6)Table 7 Trace and rare earth elements of granites in the Liangyuan Nb-Ta-Rb-W deposit(×10-6)

5.3 成礦模式

南嶺地區(qū)稀有金屬成礦模式以石英脈型鎢礦“五層樓”模式最為有名，該模型從上至下主要特征為：以云母線或云母-石英線為主的微裂隙帶、稀疏-密集細(xì)脈帶、薄脈-細(xì)脈帶、薄脈帶、大脈帶(廣東有色金屬地質(zhì)勘探公司九三二隊(duì),1966)；該模型后又衍生為“五層樓+地下室”模式，主要指上部為近乎直立的礦脈，深部以近乎水平的層狀、似層狀和透鏡體狀礦脈(礦體)(許建祥等,2008;王登紅等,2010)。肖惠良等(2008)在對南嶺東段地區(qū)找礦勘查中提出了“地下室”找礦模式，除了淺部的礦脈外，深部巖體型主要包括花崗巖型、斑巖型和云英巖型礦體。趙正等(2017)和Zhaoetal.(2021)在對九龍腦礦田研究后，又提出了花崗質(zhì)侵入巖相關(guān)鎢多金屬成礦模式，該模式以成礦花崗巖為中心，礦化類型外帶為石英脈型、破碎帶型和巖體接觸-交代型，內(nèi)帶石英脈型和細(xì)脈-浸染型。良源鈮鉭銣鎢礦床淺部碎屑巖中發(fā)育“五層樓”式的石英脈型鎢礦體，在巖體與地層接觸帶發(fā)育云英巖型鎢錫鈮鉭銣礦體，再向下為白云母花崗巖型鈮鉭銣礦體、二云母花崗巖型鈮鉭銣礦體、黑云母花崗型銣礦體，與傳統(tǒng)認(rèn)識的“地下室”相比，該類巖體型規(guī)模更大、礦化元素更多，年代學(xué)和礦物學(xué)等特征指示成礦與巖漿在運(yùn)移過程中的結(jié)晶分異關(guān)系密切。

綜上所述，對比前人研究成果和認(rèn)識，本文建立了良源石英脈-云英巖型-花崗巖型鈮鉭銣多金屬礦床成礦模式(圖13)。從燕山早期開始，華南受古太平洋板塊俯沖影響，發(fā)生了多次構(gòu)造轉(zhuǎn)換，南嶺地區(qū)巖漿活動強(qiáng)烈，地殼發(fā)生部分熔融形成富含稀有金屬的花崗質(zhì)巖漿，隨著巖漿在高度演化過程中，堿金屬和成礦元素鉭、鈮、銣、鎢不斷富集，形成富含揮發(fā)份、堿金屬和稀有金屬元素的晚期巖漿進(jìn)入容礦空間后，隨著溫度、壓力等物理化學(xué)條件的改變，發(fā)生分異-交代作用，伴隨鈉長石化、白云母化和云英巖化蝕變，鉭、鈮和部分鎢礦物結(jié)晶沉淀形成巖體型鉭鈮鎢礦床；隨著分異-交代成礦作用的進(jìn)行，在巖體與砂巖等碎屑巖接觸帶形成接觸-交代型(云英巖型)鎢鈮鉭銣礦體；巖漿進(jìn)一步演化成強(qiáng)酸性、揮發(fā)份和鎢(錫、鉬)等成礦元素的巖漿期后熱液，在構(gòu)造應(yīng)力場繼續(xù)作用下，含鎢熱液充填在近東西向、北西向和北東向斷裂裂隙形成石英脈型鎢礦體；在成礦后可能還有晚期巖漿沿早期構(gòu)造-巖漿通道侵位。

6 結(jié)論

(1)良源鈮鉭銣鎢礦床外帶云英巖型鈮鉭銣鎢礦體的白云母形成時代為168.7±1.2Ma，鋯石形成的成礦時代為163.6～159.2Ma，內(nèi)帶深部隱伏二云母花崗巖白云母形成時代為166.4±1.2Ma，指示鈮鉭銣等成礦作用是時代為中-晚侏羅世，與南嶺地區(qū)其它稀有金屬礦床同屬華南中生代大規(guī)模陸內(nèi)巖漿活動與多金屬成礦作用的產(chǎn)物。

(2)良源鈮鉭銣鎢礦床淺部石英大脈型黑鎢礦云英巖型鎢錫鈮鉭銣礦共生成礦，深部為花崗巖型鈮鉭銣礦體(云英巖型+被云母花崗巖型+二云母花崗巖型)和銣礦體(二云母花崗巖型和黑云母花崗巖型)，本文以高分異花崗巖相關(guān)的鈮鉭銣多金屬成礦模式為基礎(chǔ)，研究提出良源“五層樓”(石英脈-云英巖型鎢礦體)+“地下室”(花崗巖型鈮鉭銣礦體)成礦模式。

(3)良源鈮鉭銣鎢礦床為巖漿高度演化的巖漿熱液型礦床，含有稀有金屬的巖漿發(fā)生分異-交代作用形成巖體型鉭鈮鎢礦床，當(dāng)分異-交代成礦作用繼續(xù)進(jìn)行，在巖體接觸帶形成接觸-交代型(云英巖型)鈮鉭銣礦體，強(qiáng)酸性、揮發(fā)份和富含鎢(錫、鉬)等成礦元素的巖漿期后熱液在構(gòu)造應(yīng)力場繼續(xù)作用下，沿?cái)嗔蚜严断蛏线\(yùn)移充填形成石英脈型鎢(錫)礦和交代形成云英巖型鎢鈮鉭銣礦體。

致謝本文得到了翟明國院士和中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所趙正教授級高工等各位老師的指導(dǎo)；匿名審稿專家為本文提供了寶貴中肯的修改意見；俞良軍副主編對文章各類細(xì)節(jié)進(jìn)行了精心指導(dǎo)；在此一并致謝！