江西大湖塘礦田兩期巖漿作用與鎢成礦的關(guān)系：來自鋯石礦物地球化學(xué)的證據(jù)*

李宏偉 趙正 陳振宇 郭娜欣 甘加偉 李小偉 尹政

1. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083 2. 自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037

華南地區(qū)是世界上最主要的鎢礦資源基地(Maoetal., 2010；趙正等, 2017; 毛景文等, 2020)，近年來，贛北地區(qū)大湖塘和朱溪兩個百萬噸級超大型鎢礦床的發(fā)現(xiàn)，更是重塑了華南地區(qū)鎢資源的格局，使我國鎢資源儲量保持世界領(lǐng)先地位。贛北地區(qū)大湖塘、陽儲嶺、朱溪鎢礦與皖南、浙西北地區(qū)鎢礦共同形成了一條與長江中下游銅礦帶相平行的江南古陸鎢礦帶(Maoetal., 2017；蘇慧敏和蔣少涌, 2017)。迄今為止，江南鎢礦帶探明鎢資源量超600萬噸，其中僅大湖塘地區(qū)的鎢資源量就高達(dá)107萬噸(Maoetal., 2015; 項新葵等, 2017; Zhaoetal., 2018a)，如此巨量的鎢多金屬在揚(yáng)子板塊東緣與華夏板塊的過渡拼接部位富集，已成為國際礦產(chǎn)地質(zhì)學(xué)界關(guān)注的焦點(Maoetal., 2013a; Su and jiang, 2017; Songetal., 2018a)。

以往研究認(rèn)為，華南地區(qū)主要大型鎢礦床成礦作用均與中生代花崗質(zhì)巖漿作用有關(guān)，而成鎢的花崗巖一般以殼源為主(華仁民等, 2005; 吳福元等, 2007; Chenetal., 2019)，也有學(xué)者研究認(rèn)為A型花崗巖(張旗等, 2006, 2012; 賈小輝等, 2009)或高分異的I型花崗巖(Harrisetal., 1997; Zhaoetal., 2008; 邱檢生等, 2008; Zhangetal., 2020)也可以形成鎢礦。大湖塘超大型鎢礦田的特殊之處在于該區(qū)鎢礦體主要賦存于晉寧期花崗巖類之中，而燕山期花崗巖主體隱伏于深部。以往對大湖塘鎢礦的研究認(rèn)為，燕山期花崗巖在時間上與鎢成礦時間接近，有著最緊密的成因關(guān)系(項新葵等, 2013; Fanetal., 2019; Caoetal., 2020)，而Zhangetal.(2018)認(rèn)為發(fā)生在新元古代花崗閃長巖中的熱液交代作用對鎢成礦貢獻(xiàn)巨大，Songetal.(2018b)認(rèn)為大湖塘白鎢礦的析出與pH值的增加有關(guān)，在成礦過程中圍巖貢獻(xiàn)著大量的Ca2+和部分W元素。由此，該區(qū)晉寧期和燕山期花崗巖類的成因?qū)Ρ妊芯考捌滏u成礦作用關(guān)系研究，對該鎢礦田的成礦物質(zhì)來源，甚至整個成礦帶的鎢巨量富集機(jī)制均具有至關(guān)重要的意義。

鋯石被認(rèn)為是花崗巖中示蹤其寄主巖石源區(qū)屬性、探討巖漿形成與演化和殼幔相互作用的重要礦物(吳元保和鄭永飛, 2004; 李長民, 2009; Nedosekovaetal., 2015)。本次工作在礦床地質(zhì)和巖石學(xué)研究基礎(chǔ)之上，報道了該區(qū)兩期花崗巖類的成巖時代和鎢的成礦時代，重點對燕山期和晉寧期兩期巖漿巖中鋯石的礦物學(xué)、U-Pb年代學(xué)、Hf同位素、微量元素地球化學(xué)進(jìn)行對比研究，討論了大湖塘燕山期和晉寧期兩個構(gòu)造旋回巖漿巖的源區(qū)特征、巖漿演化和成因聯(lián)系，并進(jìn)一步探討了兩期花崗巖對鎢成礦作用的貢獻(xiàn)。

1 成礦地質(zhì)背景

江南造山帶位于歐亞陸塊東南緣和太平洋西緣大陸內(nèi)側(cè)，橫跨浙江、安徽、江西、湖南等地，在構(gòu)造上屬揚(yáng)子、華夏兩古塊體碰撞形成的板塊束縛帶(舒良樹, 2012; 王孝磊等，2017；Jiaetal., 2018)，其西北與揚(yáng)子地塊相鄰，以景德鎮(zhèn)湘潭-萍鄉(xiāng)深斷裂帶為界，東南與華夏地塊相鄰，以紹興-平鄉(xiāng)-北海深斷裂帶為界。該區(qū)經(jīng)歷了四堡、晉寧、加里東、海西-印支和燕山-喜馬拉雅5個構(gòu)造演化階段。中元古代以來，各時代的地層均有發(fā)育，元古代和早古生代地層以活動沉積巖為主，泥盆系及之后的地層以淺海或陸相穩(wěn)定地層為主(高林志等，2015)，并大面積分布新元古代花崗巖，其中以晉寧期九嶺巖體為代表。區(qū)域斷裂構(gòu)造以北東向、北北東向和東西向為主(Zhaoetal., 2018a; 常印佛等, 2019)，褶皺構(gòu)造可分為基底褶皺(四堡、晉寧、加里東)和蓋層褶皺(海西-印支、燕山)。江南造山帶內(nèi)早期巖漿巖主要形成于950～880Ma，且多分布在雙溪塢弧地體內(nèi)，緊隨其后產(chǎn)生的巖漿活動大約始于860Ma(Lietal., 2008; 姜楊等, 2014)，并在約820Ma形成一個非常明顯的峰值，以沿江南造山帶分布的花崗巖及伴生的少量基性巖為主(Lietal., 2003)。印支期和燕山期是本區(qū)成礦的高峰期，主要集中在180～100Ma，屬中侏羅世-早白堊世(Maoetal., 2017; Zhaoetal., 2018b)。該區(qū)典型的大型礦床有斑巖型銅礦(富家塢等)、巖漿熱液型鎢礦(大湖塘、朱溪)、金礦(德興金山)、鉛鋅礦(桃林)、鐵礦(新余)和矽卡巖型銅礦(天排山)、鎢礦(香爐山)等(Zhaoetal., 2018c; Sunetal., 2019)。九嶺巖體位于江南造山帶中段、贛江斷裂以西，空間上呈北東東向展布，與區(qū)域構(gòu)造線方向一致，出露面積約3680km2， 為多次巖漿上侵的復(fù)式巖體(薛懷民等, 2010; 段政等, 2019)。九嶺巖體中的花崗巖侵入雙橋山群地層中，雙橋山群上覆新元古界的礫巖和砂巖，標(biāo)志著新元古界造山運(yùn)動的高潮(Sunetal., 2017; Wang and Wang, 2021)。九嶺地區(qū)發(fā)育有大湖塘鎢多金屬礦和東溪鈮鉭礦等關(guān)鍵金屬礦床。

2 大湖塘礦田地質(zhì)特征

2.1 礦床的時空分布

江南造山帶呈弧形橫跨桂北、黔東、湘西、湘北、贛北、皖南以及浙北等區(qū)域。桂北發(fā)育有越城嶺-苗兒山鎢錫鉬多金屬成礦區(qū)(李曉峰等, 2012)，成礦作用與越城嶺巖體、苗兒山巖體多期次巖漿侵入有關(guān)。黔東鉛鋅礦區(qū)發(fā)育有志留紀(jì)到泥盆紀(jì)形成的熱液交代-充填型鉛鋅礦床，泥盆世裂谷作用形成的準(zhǔn)同生沉積型鉛鋅礦(陳國勇等, 2005)。湖南的“金腰帶”發(fā)育有造山型(沃溪、萬古)、巖漿熱液型(廖家坪)、微細(xì)脈浸染型(高家坳)和沉積型(泊羅)金礦。皖南地區(qū)寧國竹溪嶺鎢鉬銀多金屬礦是近年來新發(fā)現(xiàn)的大型矽卡巖型鎢鉬銀多金屬礦床，成礦時期為燕山期。

大湖塘礦田是江南造山帶中東段最重要的鎢多金屬成礦區(qū)，礦田內(nèi)產(chǎn)出有石門寺、大霧塘、獅尾洞、昆山、靖安等大中型鎢多金屬礦床(圖1)，礦種以鎢、鉬為主，共(伴)生銅、鉬、錫、銀等。區(qū)內(nèi)礦床多為復(fù)合類型，常見的組合有：細(xì)脈浸染型+石英大脈型(獅尾洞式)；細(xì)脈浸染型+石英大脈型+隱爆角礫巖型(石門寺式)；細(xì)脈浸染型(大霧塘式)；昆山鎢礦主要為石英脈帶型。石門寺、獅尾洞、靖安的礦區(qū)典型礦石特征可見圖2a-h。本文對礦田內(nèi)主要礦床地質(zhì)特征進(jìn)行了總結(jié)對比(表1)，各類鎢多金屬礦床成礦時代以燕山期為主。

圖1 大湖塘礦田地質(zhì)簡圖(據(jù)左全獅等, 2014)1-新元古界雙橋山群淺變質(zhì)巖；2-晉寧期花崗巖類；3-燕山期第一階段花崗巖；4-燕山期第二階段花崗巖；5-燕山期第三階段花崗巖；6-正斷層；7-逆斷層；8-性質(zhì)不明斷層；9-韌性剪切帶；10-鎢礦床(點)；11-鉬礦床(點)Fig.1 Geological map of the Dahutang ore-field (modified after Zuo et al., 2014)1-Neoproterozoic Shuangqiaoshan Group epimetamorphic rocks; 2-Jinning Period granitiods; 3-Yanshanian granite of the first stage; 4-Yanshanian granite of the second stage; 5-Yanshanian granite of the third stage; 6-normal fault; 7-overthrust fault; 8-unknown fault; 9-ductile shear zone; 10-W deposit (point); 11-Mo deposit (point)

2.2 燕山期花崗巖

燕山期花崗巖在大湖塘礦田呈巖株和巖瘤狀零星出露(圖1)，侵入于晉寧期花崗巖和雙橋山組地層。燕山期巖漿活動可分三階段：第一階段主要為似斑狀黑云母花崗巖和中粒花崗巖，巖體多呈巖株(瘤)、巖枝狀產(chǎn)出。似斑狀黑云母花崗巖為似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，鏡下斑晶總含量約45%，主要由石英(約25%)、鉀長石(約10%)、斜長石(約5%)和黑云母(約5%)等組成(圖3a, b)。中粒花崗巖為花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要造巖礦物為石英(約44%)、斜長石(約25%)、白云母(約15%)、鉀長石(約4%)和黑云母(約2%)(圖3c, d)；第二階段主要為黑云母花崗斑巖和二云母花崗巖，多呈巖墻(脈)狀產(chǎn)出，局部地區(qū)還發(fā)育隱爆角礫巖，外接觸帶中產(chǎn)生白云母化、絹云母化、云英巖化，局部可見新元古代花崗閃長巖的捕虜體。在獅尾洞地區(qū)，不僅可見黑云母花崗斑巖侵入于新元古代雙橋山群變質(zhì)細(xì)砂巖之中，還見大量角巖化圍巖捕擄體(黃蘭椿和蔣少涌, 2012)；第三階段主要為花崗斑巖，多以巖脈產(chǎn)出。

表1 大湖塘礦田主要礦床特征

2.3 晉寧期花崗巖

晉寧期花崗巖類(圖1)在江南造山帶中段呈巖基狀出露，廣布于整個大湖塘礦田地表，與雙橋山組侵入接觸。巖石類型主要包括黑云母花崗閃長巖、英云閃長巖、黑云母花崗巖。黑云母花崗巖為灰白色，具有粗粒花崗結(jié)構(gòu)，礦物組成為斜長石(40%～60%)、石英(25%～30%)、黑云母(10%～15%)(圖3e, f)。黑云母花崗巖中含較多的暗色包體，受燕山期巖漿活動的影響，礦區(qū)內(nèi)黑云母花崗巖黑云母化、云英巖化現(xiàn)象十分普遍。黑云母化表現(xiàn)為粗粒板狀黑云母被交代形成細(xì)小鱗片狀黑云母集合體；云英巖化表現(xiàn)為黑云母花崗巖中的黑云母、斜長石被石英和白云母替代，斜長石發(fā)生強(qiáng)烈的絹云母化，蝕變強(qiáng)烈時形成云英巖。此外，與燕山期花崗巖接觸帶外側(cè)的黑云母花崗巖中發(fā)育不同程度的綠泥石化及硅化。

3 樣品采集及測試方法

本次對大湖塘礦田靖安鎢礦床中賦礦晉寧期花崗巖樣品(JA-3B)，石門寺燕山期花崗巖樣品(SMS-6、SMS-7)進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb法同位素測年、全巖主微量、鋯石Hf同位素以及鋯石微量元素測定。晉寧期花崗巖樣品采自靖安鎢礦992中段，石門寺花崗巖樣品采自鉆孔ZK10404。石門寺似斑狀黑云母花崗巖呈似斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為石英，基質(zhì)為細(xì)粒的白云母、石英、斜長石、鉀長石，粒徑100μm左右，斜長石具有明顯聚片雙晶，鉀長石為簡單雙晶(圖2a, b)。靖安黑云母花崗巖呈灰白色，云英巖化明顯，最大可見半徑2cm白云母集合體，偶見輝鉬礦集合體，白鎢礦沿巖體裂隙生長，礦物蝕變強(qiáng)烈(圖2e, f)。

圖3 大湖塘礦田晉寧期和燕山期巖漿巖特征(a)燕山期似斑狀黑云母花崗巖巖心(石門寺)；(b)燕山期似斑狀黑云母花崗巖鏡下特征(+)；(c)燕山期中粒花崗巖巖心(石門寺)；(d)燕山期中粒花崗巖鏡下特征(+)；(e)晉寧期花崗巖手標(biāo)本；(f)晉寧期花崗巖鏡下特征(+). Pl-斜長石；Bt-黑云母；Ms-白云母；Qz-石英Fig.3 Characteristics of Jinning Period and Yanshanian magmatic rocks in Dahutang ore-field(a) porphyritic biotite granite core (Shimensi); (b) microphotograph of porphyritic biotite granite (+); (c) mdium grained granite core (Shimensi); (d) photomicrograph of mdium grained granite (+); (e) hand specimen of Jinning Period granite; (f) photomicrograph of Jinning Period granite (+). Pl-plagioclase; Bt-biotite; Ms-Muscovite; Qz-quartz

3.1 鋯石U-Pb測年及微量元素分析

用于鋯石挑選和測年的花崗巖(JA-3B、SMS-6、SMS-7)經(jīng)過破碎、浮選和電磁選之后，進(jìn)行淘洗、挑選出單顆粒鋯石。將鋯石顆粒用環(huán)氧樹脂固定于樣品靶上。樣品靶表面經(jīng)研磨拋光，直至磨至鋯石晶體近中心截面。對靶上鋯石進(jìn)行鏡下透射光、反射光照相后，再對鋯石進(jìn)行陰極發(fā)光(CL)分析，根據(jù)陰極發(fā)光照射結(jié)果選擇典型的巖漿鋯石進(jìn)行鋯石U-Pb測年分析。

LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年及微量元素測試在南京聚譜實驗室完成。采用Australian Scientific Instrμments的193nm ArF準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)，型號：RESOlution LR，四極桿型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)采用安捷倫科技(Agilent Technologies)型號為Agilent 7700x。準(zhǔn)分子激光發(fā)生器產(chǎn)生的深紫外光束經(jīng)勻化光路聚焦于鋯石表面，能量密度為3.5J/cm2，束斑直徑為33μm，頻率為6Hz，共剝蝕50秒，剝蝕氣溶膠由氦氣送入ICP-MS完成測試。

測試過程中以標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500為外標(biāo)，校正儀器質(zhì)量歧視與元素分餾，以標(biāo)準(zhǔn)鋯石GJ-1為盲樣，檢驗U-Pb定年數(shù)據(jù)質(zhì)量；以NIST SRM 610為外標(biāo)，以Si為內(nèi)標(biāo)標(biāo)定鋯石中的Pb元素含量，以Zr為內(nèi)標(biāo)標(biāo)定鋯石中其余微量元素含量(Liuetal., 2010)。原始的測試數(shù)據(jù)經(jīng)過ICPMSDataCal軟件離線處理完成(Liuetal., 2010)。

3.2 鋯石Hf同位素分析

LA-MC-ICP-MS鋯石Hf同位素測試(樣品JA-3B、SMS-7)在南京聚譜實驗室完成。193nmArF準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)由Australian Scientific Instrμments制造，型號為RESOlution LR。多接收器型號電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)由英國Nu Instrμments公司制造，型號為Nu Plasma Ⅱ。準(zhǔn)分子激光發(fā)生器產(chǎn)生的深紫外光束經(jīng)勻化光路聚焦于鋯石表面，能量密度為3.5J/cm2，束斑直徑為50μm，頻率為8Hz，共剝蝕40秒，剝蝕氣溶膠由氦氣送入MC-ICP-MS完成測試。測試過程中每隔5顆樣品鋯石，依次測試1顆標(biāo)準(zhǔn)鋯石(包括GJ-1、91500、Ple?ovice、Mud Tank、Penglai)，以檢驗鋯石Hf同位素比值數(shù)據(jù)質(zhì)量。

圖4 大湖塘礦田晉寧期花崗巖(a)和燕山期黑云母花崗巖(b、c)中鋯石CL圖像圖中年齡單位為MaFig.4 Zircon CL images from Jinning Period granite (a) and from Yanshanian biotite granite (b, c) in Dahutang ore-fieldAge unit is Ma in figure

3.3 主微量元素分析

全巖化學(xué)前處理和主微量元素測試工作(樣品JA-3B、JA-5A、SMS-1, -2, -3, -6, -7)在南京聚譜實驗室完成。Agilent 5110 ICP-OES測定除Si以外的主量元素，Agilent 7700x ICP-MS 測定微量元素。美國地質(zhì)調(diào)查局USGS地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)巖石粉末(玄武巖BIR-1、BHVO-2、BCR-2、安山巖AGV-2、流紋巖RGM-2、花崗閃長巖GSP-2)被當(dāng)做質(zhì)控盲樣。這些地質(zhì)標(biāo)物的實測值與德國馬普學(xué)會地質(zhì)與環(huán)境標(biāo)物數(shù)據(jù)庫GeoReM(Jochμm and Nohl, 2008; http://georem.mpch-mainz.gwdg.de)進(jìn)行了對比：固體濃度大于10×10-6的微量元素，偏離范圍不超過±10%；固體濃度大于50×10-6的微量元素，偏離范圍不超過±5%。

3.4 Re-Os同位素分析

本次靖安輝鉬礦Re-Os同位素測試的樣品(JA-3A)采自靖安鎢礦992中段。輝鉬礦樣品為鉛灰色，呈鱗片或六方板狀晶體，金屬光澤，具油膩感，污手。輝鉬礦產(chǎn)于石英脈與圍巖的接觸部位，常和黑鎢礦共生。

將樣品粉碎過篩，挑選無氧化、無污染的98%純度以上的樣品，在瑪瑙體中充分研磨至200目。樣品分析和測試工作在國家地質(zhì)實驗測試中心同位素實驗室完成，儀器是采用美國TJA公司生產(chǎn)的TJAx-Series電感耦合等離子質(zhì)譜儀進(jìn)行Re-Os同位素年齡測定。輝鉬礦Re-Os同位素的原理和詳細(xì)分析方法見參考文獻(xiàn)(杜安道等, 2001, 2007; 李晶等, 2010)。

表2 石門寺和靖安花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測定結(jié)果

續(xù)表2

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb同位素測年結(jié)果

晉寧期花崗巖(JA-3B)鋯石以長柱狀為主，大部分具有典型的巖漿振蕩環(huán)帶，部分因顏色暗黑韻律環(huán)帶不明顯(圖4)，這與鋯石中含有較高的U、Th有關(guān)(表2)。共測得23顆鋯石，部分鋯石年齡較老，可能為巖漿的繼承或捕獲鋯石。有15個點鋯石年齡高度諧和，15顆所測鋯石顆粒Th/U比值都大于0.1，均具有巖漿鋯石的特征(吳元保和鄭永飛, 2004)。鋯石206Pb/238U-207Pb/235U諧和年齡為816.3±5.6Ma，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為815.8±7.2Ma(圖5a)，此年齡數(shù)據(jù)應(yīng)代表了黑云母花崗巖的成巖年齡。

石門寺花崗巖(SMS-6、SMS-7)中鋯石U-Pb同位素206Pb/238U-207Pb/235U諧和年齡為147.6±0.75Ma(表2)，206Pb/238U加權(quán)平均年齡147.7±7.9Ma(圖5b)。其中晉寧期的繼承鋯石206Pb/238U-207Pb/235U諧和年齡為819.4±8.5Ma，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為816.8±6.5Ma(圖5c)。石門寺鋯石CL圖像可以看出鋯石顏色較深一些的年齡在150Ma左右，亮度較高的鋯石年齡則在810Ma左右，說明U、Th含量較低的一組主要為新元古代的繼承鋯石(繼承鋯石核部與邊部年齡相差大)。

圖5 靖安花崗巖鋯石(a)、石門寺燕山期花崗巖鋯石(b)及繼承鋯石(c) U-Pb年齡諧和圖Fig.5 U-Pb age concordia diagrams of zircon from Jing’an granite (a), of zircon (b) and of inherited zircon (c) in Yanshanian granite from Shimensi

4.2 輝鉬礦Re-Os同位素測試結(jié)果

6件輝鉬礦樣品的Re-Os同位素測試結(jié)果見表3。利用Isoplot軟件繪制了輝鉬礦Re-Os的等時線圖和加權(quán)平均年齡圖(圖6)，得到輝鉬礦Re-Os等時線年齡為136.6±2.9Ma (MSWD=0.44)；加權(quán)平均年齡為134.93±0.82Ma (MSWD=0.36)，等時線年齡與模式年齡十分接近，表明測試結(jié)果可靠。此外，求得的普187Os的質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近于0，說明輝鉬礦幾乎不存在普通的鋨，187Os基本由187Re衰變形成，進(jìn)一步說明所獲得的模式年齡可以代表輝鉬礦的結(jié)晶時間。

表3 靖安鎢礦輝鉬礦Re-Os同位素分析

4.3 主微量元素測試結(jié)果

對靖安2個樣品和石門寺5個樣品進(jìn)行了主量元素和微量元素含量的測定，分析結(jié)果見表4。從表看出，發(fā)現(xiàn)兩組巖漿巖在主量元素組成上具有富硅富堿的特征。石門寺5個樣品SiO2含量為73.42%～77.42%，K2O+Na2O=7.09%～7.59%，A/CNK為1.44～1.71，表明巖體屬于過鋁質(zhì)花崗巖。 靖安2個樣品SiO2含量分別是51.84%、76.86%，A/CNK>1(圖7a)。對7個樣品的主量元素做了巖石類型判別，6個均落在了花崗巖區(qū)域，靖安有1個樣品為輝長巖(圖7b)。

表4 大湖塘地區(qū)巖漿巖主量(wt%)和稀土微量(×10-6)元素含量

圖6 靖安鎢礦輝鉬礦Re-Os等時線年齡(a)和加權(quán)平均年齡(b)Fig.6 Re-Os isochron (a) and weighted average (b) ages of molybdenite from Jing’an W deposit

圖7 大湖塘礦田巖漿巖A/CNK-A/NK圖(a, 據(jù)Maniar and Piccoli, 1989)和TAS圖解(b, 據(jù)Middlemost, 1994)DHT晉寧期花崗閃長巖數(shù)據(jù)引但小華等, 2019Fig.7 Plots of A/CNK vs. A/NK (a, after Maniar and Piccoli, 1989) and total alkalis vs. silica (b, after Middlemost, 1994) of rocks from Dahutang ore-fieldDHT data of Jinning granodiorite from Dan et al., 2019

石門寺花崗巖的稀土元素組成特征總體表現(xiàn)為稀土總量低，∑REE變化于40.6×10-6～92.1×10-6之間，這可能是在巖漿演化階段的晚期REE隨著F-REE、Cl-REE的絡(luò)合物進(jìn)入流體引起的(Tayloretal., 1981; Irberetal., 1999)。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖上(圖8a)，石門寺稀土元素表現(xiàn)出右傾斜的配分特征，富集輕稀土，(La/Yb)N值較高(20.2～26.9)，屬于輕稀土富集型。輕重稀土分餾強(qiáng)烈，分別引起MREE和HREE的降低，且具有較強(qiáng)的Eu負(fù)異常，靖安稀土元素表現(xiàn)出較弱的右傾斜的配分特征。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中(圖8b)，石門寺和靖安花崗巖微量元素組成顯示富集大離子親石元素(LILF)Cs、Rb、Th、U、K、Pb，虧損高場強(qiáng)元素(HFSE)Nb、Sr、Ti。具典型的低Ba、Sr，高Rb花崗巖的特征，Rb/Sr比值在5.49～19.3之間。

圖8 大湖塘礦田花崗巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a)及原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.8 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace elements diagrams (b) of rocks from Dahutang ore-field (normalization values after Sun and McDonough, 1989)

圖9 大湖塘礦田晉寧期花崗巖(a)和燕山期花崗巖(b)鋯石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.9 Chondrite-normalized REE patterns of zircon from Jinning Period granite (a) and Yanshanian granite (b) of Dahutang ore-field (normalization values after Sun and McDonough, 1989)

4.4 鋯石Lu-Hf同位素測試結(jié)果

鋯石Lu-Hf同位素結(jié)果見表5，靖安晉寧期花崗巖樣品(JA-3B)的13顆巖漿鋯石εHf(t)為-12.7～0.9，主要集中在-1～1之間，tDM2模式年齡變化范圍較大，介于1.6～2.48Ga之間；1顆鋯石(811.7Ma)的εHf(t)為-12.7，tDM2模式年齡為2.48Ga。石門寺花崗巖樣品(SMS-7)的7顆燕山期巖漿鋯石的εHf(t)為-5.1～-8.4，tDM2模式年齡介于1.41～1.69Ga；4顆新元古代繼承鋯石的εHf(t)為0.2～10.9，tDM2模式年齡介于0.96～1.65Ga。總體而言，石門寺似斑狀黑云母花崗巖εHf(t)小于0或在0附近。

表5 石門寺和靖安花崗巖LA-ICP-MS鋯石Lu-Hf同位素分析結(jié)果

4.5 鋯石微量元素測試結(jié)果

晉寧期和燕山期花崗中鋯石微量元素分析結(jié)果如表6和表7，兩者的稀土元素配分模式相似，具有Ce的正異常和Eu的負(fù)異常，輕稀土虧損、重稀土富集的特征，屬于典型的巖漿鋯石特征(圖9)。燕山期∑REE在125.5×10-6～1891×10-6之間，晉寧期∑REE在696.7×10-6～2907×10-6之間，晉寧期花崗巖的稀土含量明顯要高于燕山期花崗巖。鋯石中的Ti含量可以用作為溫度計來估算巖漿溫度(Watson and Harrison, 2005; Watsonetal., 2006; Ferry and Watson, 2007)，目前應(yīng)用較廣的是由Ferry and Watson (2007)提出的鋯石Ti溫度計：log(Ti-in-zircon)=(5.711±0.072)-(4800±86)/T(K)-logαSiO2+logαTiO2(1)等式左邊為鋯石中的Ti含量(×10-6)，等式右邊T是鋯石結(jié)晶溫度的絕對值，αSiO2和αTiO2分別代表了SiO2、TiO2的活度，本此研究中，由于有石英的存在，取αSiO2=1，硅酸鹽熔體中按αTiO2=0.6進(jìn)行計算。晉寧期花崗巖的Ti含量在3.23×10-6～32.90×10-6之間，鋯石結(jié)晶的平均溫度為708℃。燕山期花崗巖Ti含量在1.91×10-6～24.66×10-6，鋯石結(jié)晶的平均溫度為709℃。

表6 靖安花崗巖(樣品JA-3B)鋯石微量元素含量(×10-6)

表7 石門寺花崗巖(樣品SMS-6)鋯石微量元素含量(×10-6)

5 討論

5.1 巖漿系列與成巖環(huán)境

巖石主量元素地球化學(xué)特征顯示，大湖塘礦田晉寧期花崗巖和燕山期黑云母花崗巖都屬于過鋁質(zhì)S型花崗巖。微量元素中 K、Rb與Ca、Sr元素有相似的地球化學(xué)性質(zhì)，隨著殼幔分離和陸殼演化，Rb富集于成熟度高的地殼中，Sr富集于成熟度低、演化不充分的地殼中，Rb/Sr值能靈敏地記錄源區(qū)物質(zhì)的性質(zhì)。當(dāng)Rb/Sr>0.9時，樣品為S型花崗巖；當(dāng)Rb/Sr<0.9時，樣品為I型花崗巖(王德滋等，1993)。大湖塘?xí)x寧期花崗巖和燕山期黑云母花崗巖Rb/Sr比值均大于0.9，表現(xiàn)為S型花崗巖特征。鋯石中微量元素Th和Pb也可以反應(yīng)巖漿系列特征，在Th-Pb關(guān)系圖中(圖10)兩類巖漿巖基本重合于S型花崗巖區(qū)域。從巖石微量元素構(gòu)造判別圖看出(圖11)，兩期巖漿均產(chǎn)出于碰撞后活動陸緣的構(gòu)造背景下。

圖10 大湖塘礦田兩期巖漿巖中鋯石Th-Pb關(guān)系圖(底圖據(jù)Wang et al., 2012)Fig.10 Plot of zircon Th vs. Pb of two-period magmatic rocks from Dahutang ore-field (base map after Wang et al., 2012)

圖11 大湖塘礦田晉寧期和燕山期(Y+Nb)-Rb和Y-Nb構(gòu)造判別圖(底圖據(jù)Pearce et al., 1984)Fig.11 Y+Nb vs. Rb and Y vs. Nb tectonic discrimination diagrams of Jinning Period and Yanshanian in Dahutang ore-field (base map after Pearce et al., 1984)

鋯石是花崗質(zhì)巖漿體系中較早結(jié)晶的副礦物，礦物晶體能在較長的地質(zhì)時間上保持穩(wěn)定，因此可以認(rèn)為鋯石飽和溫度近似代表花崗質(zhì)巖石近液相線的溫度，可以有效的估算巖漿結(jié)晶溫度。晉寧期花崗巖結(jié)晶溫度在650～753℃，平均為708℃，燕山期花崗巖(SMS-6)結(jié)晶溫度在614～826℃，平均為709℃，指示兩期花崗巖的鋯石結(jié)晶溫度相似。絕大部分在大于750℃條件下形成的巖漿巖鋯石結(jié)晶溫度均落在花崗巖濕固相線以上。低的鋯石結(jié)晶溫度(如680℃)表明巖漿經(jīng)歷了在水近飽和條件下發(fā)生的熔融過程(Harrisonetal., 2007)，然而這兩類溫度都接近680℃，所以可能經(jīng)歷了水近飽和條件下的熔融。

鋯石微量元素的變化能夠反映巖漿分異過程以及副礦物的結(jié)晶順序等信息(Bruandetal., 2014)。鋯石的Ce異常和Eu異常的變化可以反映鋯石結(jié)晶的物理化學(xué)條件(Pettkeetal., 2005; Barth and Wooden, 2010; Trailetal., 2011)。在巖漿鋯石的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化REE配分曲線上：Ce相比于La和Pr富集，指示氧化條件；Eu相比于Sm和Gd虧損，反映還原條件(Trailetal., 2012)。然而，兩種異常，即氧化環(huán)境和還原環(huán)境在鋯石中同時出現(xiàn)是相互對立的(ElBialy and Ali, 2013)。因此氧逸度可能不是控制Ce和Eu異常的唯一因素。Hoskin and Ireland (2000)認(rèn)為，鋯石結(jié)晶前和結(jié)晶過程中斜長石分離結(jié)晶可能是導(dǎo)致Eu負(fù)異常的另一個因素，本文中兩期花崗巖均表現(xiàn)出強(qiáng)Eu負(fù)異常，弱Ce正異常，兩個異常值的范圍小，指示巖漿氧逸度弱，且變化范圍小和源區(qū)具有斜長石分離結(jié)晶的特征。

5.2 兩期花崗質(zhì)巖漿的起源與物質(zhì)繼承

S型花崗巖的源區(qū)一般被認(rèn)為是變質(zhì)沉積巖(Kalsbeeketal., 2001; Koesteretal., 2002)，本次研究的兩期花崗巖的A/CNK值大于1，表明為過鋁質(zhì)花崗巖，泥質(zhì)巖生成的強(qiáng)過鋁質(zhì)花崗巖所含的CaO/Na2O比值一般小于0.3，而砂屑巖所生成的強(qiáng)過鋁質(zhì)花崗巖所含的CaO/Na2O比值一般大于0.3(Sylvester, 1998)，而本文中數(shù)據(jù)大多數(shù)小于0.3，表明源區(qū)物質(zhì)以泥質(zhì)巖為主，含有少量砂屑巖。黃蘭椿和蔣少涌(2012, 2013)根據(jù)大湖塘獅尾洞礦段燕山期白云母花崗巖和花崗斑巖的εNd(t)值，推測其源區(qū)可能為雙橋山群的富泥質(zhì)巖石重熔，褚平利等(2019)的研究也支持這一點。孫克克等(2017)研究大湖塘九嶺花崗閃長巖的Nd同位素非常均一，在雙橋山群的Nd同位素演化范圍內(nèi)，認(rèn)為雙橋山群可能是九嶺花崗巖的主要巖漿物質(zhì)來源。

在微量元素鋯石Hf-TTi-in-zircon關(guān)系圖(圖12)中，燕山期花崗巖和晉寧期花崗巖均落在了未變質(zhì)巖漿鋯石區(qū)域，指示兩者均為巖漿侵入結(jié)晶過程中生成的巖漿鋯石，后期區(qū)域變質(zhì)和熱變質(zhì)作用對其影響較小。鋯石中的Th/U值常被用作判斷其成因，巖漿鋯石的Th/U值通常大于0.1，變質(zhì)成因和熱液鋯石Th/U則小于0.1。本文兩期樣品鋯石Th/U值基本大于或接近0.1，符合典型巖漿鋯石成因特征。鋯石的微量元素組成能夠反映其母巖漿的起源、形成環(huán)境和成分演化(Hoskin and Ierland, 2000)。在鋯石的微量元素及其比值的相關(guān)性圖解中(圖13)，大湖塘?xí)x寧期和燕山期花崗質(zhì)巖漿均顯示陸殼源區(qū)特征，指示其形成于地殼物質(zhì)的部分熔融。鋯石Hf同位素特征顯示，大湖塘?xí)x寧期花崗巖的鋯石εHf(t)基本大于0，反映其母巖漿主要來自新生地殼物質(zhì)，大湖塘石門寺燕山期似斑狀黑云母花崗巖εHf(t)基本都小于0，反映其母巖漿應(yīng)主要為陸殼物質(zhì)經(jīng)部分熔融作用產(chǎn)生(圖14)。值得關(guān)注的是，燕山期似斑狀黑云母花崗巖中的繼承鋯石Lu-Hf同位素組成與晉寧期花崗巖的Lu-Hf同位素組成較為接近，且時代基本一致，共同指示了中生代花崗巖母巖漿可能繼承了一部分新元古代花崗巖的同位素信息。Clemens and Finger (2012)和褚平利等(2019)研究認(rèn)為該區(qū)中生代的花崗巖可以由更古老的花崗質(zhì)巖石經(jīng)重熔作用形成，新形成的花崗質(zhì)巖漿會保留部分源巖地球化學(xué)特征，這一點與本研究中巖石地球化學(xué)和繼承鋯石的地球化學(xué)研究相一致。

圖12 大湖塘礦田鋯石Hf-TTi-in-zircon關(guān)系圖(據(jù)Watson et al., 2006)Fig.12 Plots of zircons Hf vs. TTi-in-zircon from Dahutang ore-field (after Watson et al., 2006)

圖13 鋯石U-Yb(a)、U/Yb-Y(b)和U/Yb-Hf(c)關(guān)系圖(底圖據(jù)Grimes et al., 2007)Fig.13 Plots of zircon U vs. Yb (a), U/Yb vs. Y (b) and U/Yb vs. Hf (c) (base map after Grimes et al., 2007)

5.3 兩期巖漿巖與鎢成礦關(guān)系

本次工作獲得了大湖塘石門寺似斑狀黑云母花崗巖的成巖年齡為147.6Ma；Maoetal.(2015)和張明玉等(2016)報道了大湖塘礦田內(nèi)侵入于晉寧期九嶺花崗巖的黑云母花崗巖成巖年齡為153.0～146.8Ma；葉海敏等(2016)用獨(dú)居石U-Pb方法測定了石門寺似斑狀二云母花崗巖成巖年齡為150.0Ma；潘大鵬等(2017)獲得了燕山期黑云母花崗巖的年齡為145.5Ma，似斑狀黑云母花崗巖的形成年齡為148.3Ma，黑云母花崗斑巖的結(jié)晶年齡為147.7Ma；昆山和獅尾洞的花崗斑巖鋯石U-Pb年齡顯示為134.0Ma左右(林黎等, 2006; 黃蘭椿和蔣少涌, 2013; 項新葵等, 2015)。由此，大湖塘燕山期花崗質(zhì)巖漿侵位時間在153～134Ma(表8)。成礦時代方面，本次工作獲得了大湖塘靖安鎢礦成礦時代為134.8Ma；豐成友等(2012)同樣應(yīng)用輝鉬礦Re-Os等時線法測得石門寺礦區(qū)的成礦時代為143.7±1.2Ma，獅尾洞礦區(qū)成礦時代為140.9Ma；項新葵等(2012)獲得石門寺鎢礦區(qū)成礦時代為149.6Ma；Maoetal.(2013b)獲得石門寺礦區(qū)成礦時代為139.2Ma；葉海敏等(2016)獲得昆山礦區(qū)成礦時代為150.0Ma。可見，大湖塘礦田的鎢成礦作用發(fā)生在150～134Ma(表8)，成礦時代與成巖時代在誤差范圍內(nèi)一致，說明大湖塘礦田內(nèi)多個中大型鎢多金屬礦床均為燕山早期的花崗質(zhì)巖漿活動與成礦作用的產(chǎn)物。

表8 大湖塘礦田大型礦床成巖成礦年代表

大湖塘礦田主要礦化類型為細(xì)脈浸染型白鎢礦、石英脈型黑鎢礦和熱液角礫型鎢銅鉬礦，晉寧期花崗巖類作為最有利的賦礦圍巖(項新葵等, 2017; 但小華等, 2019; 褚平利等, 2019)。本文測定區(qū)內(nèi)晉寧期花崗巖成巖時代為816.3Ma，與前人測得花崗閃長巖時代基本一致(孫克克等，2017)。

圖14 大湖塘礦田花崗巖鋯石Hf同位素演化圖(底圖據(jù)Griffin et al., 2002)Fig.14 Zircon εHf(t) values vs. age (Ma) diagram of the granites from Dahutang ore-field (base map after Griffin et al., 2002)

九嶺地區(qū)晉寧期花崗閃長巖中的鎢含量是地殼克拉克值的9.5倍，雙橋山群中鎢含量是地殼克拉克值的3.23倍(左全獅, 2006)，燕山期巖漿巖在侵入上述地質(zhì)體時，其巖漿期后熱液與圍巖發(fā)生交代，圍巖可提供W、Sn、Fe、Ca等有利成分，有利于交代充填型鎢多金屬礦體的形成。燕山期花崗巖鈣含量普遍較低，很難為該區(qū)超大型的白鎢礦化提供足夠的鈣元素，而晉寧期花崗巖類由于體積巨大、鈣含量高，可為區(qū)內(nèi)大規(guī)模的白鎢礦化貢獻(xiàn)大量的鈣元素。燕山期黑云母花崗巖侵入晉寧期花崗巖的同時，使堿性熱液滲入圍巖，導(dǎo)致晉寧期九嶺黑云母花崗巖形成擴(kuò)散型黑云母蝕變和千枚巖化/云英巖化蝕變(Zhangetal., 2018)。隨后，酸性熱液侵入圍巖，形成了大規(guī)模云英巖化，圍巖持續(xù)的云英化作用可使更多的Ca2+釋放到熱液流體中(Songetal., 2018b)，流體pH值升高，白鎢礦不斷沉淀聚集形成細(xì)脈浸染型鎢礦體。

結(jié)合前人研究認(rèn)為九嶺新元古代花崗巖形成于后碰撞擠壓背景(Charvet, 2013; Wangetal., 2014)，受到洋內(nèi)弧和揚(yáng)子板塊的碰撞作用、同時代幔源巖漿底侵作用的共同影響，幔源巖漿底侵作用導(dǎo)致弧后盆地內(nèi)的元古代地殼發(fā)生部分熔融，形成花崗質(zhì)巖漿。中生代花崗巖則是Izanagi板塊在約160Ma前向北西斜俯沖，沿?fù)P子、華北克拉通及秦嶺造山帶的結(jié)合部位俯沖板片發(fā)生撕裂和重熔形成高鉀鈣堿性花崗巖類巖漿(毛志昊, 2016; Zhouetal., 2018)，軟流圈沿東西向板片撕裂帶上涌，導(dǎo)致上地殼物質(zhì)部分熔融，形成過鋁質(zhì)花崗巖漿及相關(guān)的江南古陸型鎢礦帶。

綜上，本次工作認(rèn)為可能來自古老地殼重熔成因的新元古代花崗巖類初始富集了鎢、鈣等成礦必須元素，在燕山期巖石圈強(qiáng)烈擠壓后伸展的動力學(xué)背景下，元古代基底中的花崗質(zhì)巖石和泥砂質(zhì)巖石發(fā)生再次重熔，形成花崗質(zhì)巖漿，鎢等成礦元素進(jìn)一步富集，經(jīng)過充分的結(jié)晶分異，含礦熱液又與晉寧期花崗巖類為主的富鎢和鈣的圍巖交代，最終在構(gòu)造有利部位形成大規(guī)模白鎢礦礦體。

6 結(jié)論

(1)大湖塘礦田晉寧期花崗巖成巖時代為815.8Ma，燕山期花崗巖(石門寺)成巖時代為147.7Ma，各類鎢礦床成礦時代集中于150～134Ma(靖安鎢礦為134.8Ma)，大湖塘鎢成礦作用緊隨燕山期花崗質(zhì)巖漿侵入而發(fā)生，晉寧期花崗巖類是本區(qū)白鎢礦成礦的最有利圍巖。

(2)大湖塘礦田燕山期黑云母花崗巖與晉寧期花崗巖均屬于過鋁質(zhì)S型花崗巖，母巖漿經(jīng)歷了低氧逸度、水飽和條件下的熔融，在700℃左右結(jié)晶；鋯石Hf同位素和微量元素指示，晉寧期花崗巖類主要來源于新生地殼重熔，燕山期黑云母花崗巖則主要源自中新元古代基底物質(zhì)重熔。

(3)燕山期花崗巖中繼承鋯石的年代學(xué)、Hf同位素和微量元素特征顯示，區(qū)域廣泛發(fā)育的晉寧期九嶺花崗巖類很可能參與了該區(qū)燕山期成鎢花崗巖的源區(qū)重熔，兩期重熔巖漿作用使得W等成礦元素遞進(jìn)式富集。在燕山期巖漿侵入后，晉寧期花崗巖類作為富W和Ca的圍巖與含礦熱液發(fā)生廣泛交代作用，尤其促進(jìn)了本區(qū)細(xì)脈浸染型白鎢礦的大量富集沉淀成礦。

致謝本文野外工作得到了江西省自然資源廳、廈門鎢業(yè)大湖塘礦山、欣榮礦業(yè)等單位的支持；實驗工作得到了國家地質(zhì)實驗測試中心李超副研究員的細(xì)心指導(dǎo)；中國地質(zhì)大學(xué)(北京)陳佳等參與了有益討論；論文撰寫過程得到了袁順達(dá)教授和高劍峰研究員的指導(dǎo)；審稿人提出了寶貴的修改意見；在此一并感謝。