贛南柯樹嶺巖體鋯石U-Pb年齡、巖石地球化學及成礦作用特征

李偉，劉翠輝，譚友，陳偉，魯捷，尹積揚，陳再威

江西省地質局贛南地質調查大隊，江西贛州，341000

內容提要: 青山鎢錫礦床位于南嶺成礦帶東段的九龍腦鎢錫礦田內，石英脈型礦體主要產于柯樹嶺巖體外接觸帶。利用LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年方法測得花崗巖年齡為228.7～233.4 Ma，諧和年齡為231.0±0.63 Ma(MSDW=0.77)，成巖時代屬印支期。柯樹嶺花崗巖屬過鋁質高鉀鈣堿性巖石系列，巖石表現出高Si、高K、高Al和低Mg、低P、低Ti；富集成礦元素W、Sn，虧損Sr、Ba、Ti、Eu等微量元素的特征；巖石稀土元素總量低，輕重稀土元素分餾明顯，配分曲線為右傾型。巖體的巖漿物質主要來源于地殼，成巖機制主要為后碰撞期或碰撞晚期的被動侵入。青山礦床具有一定的分帶性，石英脈型礦體自上而下可劃分為：細脈—中脈混合帶(上部)和大脈帶(中下部)，少部分礦體延伸至巖體內。青山鎢錫礦床成礦作用發生于印支期，全礦Sn礦化富集明顯，推測九龍腦礦田北部存在有較大規模的印支期Sn成礦作用。

贛南地區位于南嶺東西向與武夷山北北東向構造—巖漿帶的交接復合部位，成礦條件優越，礦產資源豐富，是我國重要的鎢、錫等有色金屬礦產和離子吸附型稀土礦產生產基地，素有“世界鎢都”、“稀土王國”等美譽(王登紅等，2007；陳毓川等，2013；孫莉等，2016)。南嶺成礦帶東段的崇義—大余—上猶(簡稱崇余猶)鎢錫礦集區內燕山期早期巖漿巖大面積出露，包括有九龍腦、天門山、西華山等巖體，與區內鎢錫礦成礦關系密切。西華山、漂塘、茅坪、淘錫坑等大型石英脈型鎢錫礦床都產于燕山期花崗巖體的內外接觸帶，成巖與成礦時代集中于160～150 Ma(王登紅等，2016；何維基，2018；彭琳琳等，2020)。

柯樹嶺巖體位于1∶50000關田公社幅(G-50-85-A)北部柯樹嶺一帶，原區調資料認為該巖體屬九龍腦巖體往北傾伏的局部凸起，并劃歸為燕山早期巖漿活動產物(凌應發等，1985)。青山鎢錫礦床形成與柯樹嶺巖體成礦關系密切，礦區采礦工作始于1918年，以民采為主，概算累計采出鎢錫礦達大型規模。近年來，隨著對礦區研究程度的加深，逐步揭示了印支期成巖與成礦作用，為九龍腦鎢錫礦田找礦研究工作指出了新方向(郭春麗等，2011；Zhao Zheng et al.，2018)。本文通過開展典型礦床調查與研究工作，并采用LA-ICP-MS鋯石U-Pb和巖石化學分析技術，旨在查明柯樹嶺巖體的巖石學、巖石地球化學及同位素年代學特征，并與燕山期鎢錫礦床進行對比分析，探討印支期成礦作用特征。

1 區域地質背景

九龍腦礦田大地構造位處南嶺東段北北東向九龍腦—營前隆起褶皺帶與東西向崇義—南康斷裂構造帶交匯部位(圖1a)，成礦區劃屬南嶺成礦帶東段的羅霄—諸廣山成礦亞帶，成礦條件優越。區內地層出露較為齊全，除缺失三疊系外，從南華系到第四系均有出露(圖1b)。南華系—志留系是由砂泥質夾硅質、鈣質、炭質等組成的類復理石式建造，巖石經受區域淺變質作用，是本區褶皺基底。泥盆系—三疊系主要為淺海相—濱海相含鈣質碎屑巖、砂礫巖、砂頁巖、碳酸鹽巖等，是區內的第一蓋層。侏羅系—白堊系主要為沿斷裂盆地發育的陸相紅盆沉積物。

圖1 贛南地區九龍腦礦田大地構造位置(a)和地質簡圖(b)Fig. 1 Tectonic location (a) and geological sketch map (b) of the Jiulongnao orefield in southern Jiangxi Province

區內巖漿侵位活動頻繁，加里東期主要形成中基性巖類，與風化殼離子吸附型稀土礦關系密切；印支期—燕山早期巖漿活動最為強烈，形成了區內普遍發育的酸性花崗巖類，與石英脈型鎢錫礦床的成礦關系密切。

本區構造變形強烈，包括有加里東期、海西—印支期、燕山期3大構造層。加里東期主要為基底褶皺構造；海西—印支期、燕山期主要表現為斷裂構造。受南嶺緯向上巨型構造與羅霄NE—NNE向隆起帶共同影響，區內形成了近EW向和NE—NNE向斷裂縱橫交錯的復雜構造網，并控制著印支期—燕山期巖漿巖的侵位成巖及其相關的成礦作用。

九龍腦礦田主要礦床產于燕山早期九龍腦復式巖體內外接觸帶，已知有淘錫坑、錫坑、青山石英脈型鎢錫礦和九龍腦中型石英脈—云英巖型鎢鉬礦等20余處礦床，以石英脈型鎢錫礦為優勢礦產。

2 礦區地質特征

青山鎢錫礦床位于九龍腦礦田北部，屬外帶石英脈型鎢錫礦床。礦區出露地層有震旦系、志留系和第四系(圖2a)，下震旦統壩里組主要巖性為淺灰色厚—中層狀變余長石石英雜砂巖夾粉砂質板巖、板巖及變余粉砂巖；下志留統黃竹洞組巖性主要為中—厚層粉砂質板巖、絹云板巖夾少量變余長石石英雜砂巖，局部發育有礫巖透鏡體；第四系主要為礫石、砂土等沖積層和殘坡積層。

圖2 贛南地區青山鎢錫礦區地質簡圖(a)和剖面圖(b)Fig. 2 Geological map (a) and profile chart (b) of Qingshan tungsten—tin deposit in southern Jiangxi Province

礦區總體位于區域EW向展布的關田向斜的北翼，受柯樹嶺巖體侵位的影響，礦區形成軸向北東向的柯樹嶺背斜，礦體主要賦存在背斜南翼。礦區斷裂構造極為發育，包括有EW向、SN向、NW向、NE向、NNE向五組，以NE向和NNE向與成礦關系最為密切。

柯樹嶺巖體侵入于礦區中部的壩里組和黃竹洞組地層內(圖3a)，呈北東向長條形巖滴狀產出，出露面積0.39 km2。地表出露巖體主要巖性為中—細粒二云母花崗巖：灰白色，中—細粒花崗結構，塊狀構造。主要礦物組成為：石英含量40%～45%，呈自形或不規則粒狀，粒徑在0.2～2.5 mm；斜長石含量25%～30%，呈自形板狀，發育聚片雙晶；黑云母約10%，呈長片狀或寬板狀，多分布在石英和長石的間隙中；白云母約10%，板狀或片狀，閃突起明顯；副礦物含量約5%，包括有鋯石、螢石、榍石及自形粒狀金屬硫化物(圖3d、e、f)。在巖體的邊部可觀察到少量的中—細粒(斑狀)黑云母花崗巖，但分布范圍較小，局部發育有少量的偉晶巖脈。

圖3 贛南地區青山鎢錫礦區礦體、巖體特征: (a)巖體侵入界線；(b)圍巖中黑鎢礦—錫石石英脈(V4)；(c)巖體中黑鎢礦石英脈(V7)；(d)地表出露二云母花崗巖;(e)ZK3-1鉆孔揭露二云母花崗巖;(f)二云母花崗巖鏡下特征Fig. 3 Features of orebody and granite of Qingshan tungsten—tin deposit in southern Jiangxi Province: (a) The boundary line between the granite and country rocks; (b) the ore vein V4 in the country metamorphic rocks; (c) the ore vein V7 in the country granite rock; (d) two-mica granite on surface; (e) two-mica granite in the No. ZK3-1 Drilling; (f) features of two-mica granite under microscopeWf—黑鎢礦；Cas—錫石；Qtz—石英；Bt—黑云母；Pl—斜長石；Mu—白云母Wf—wolframite；Cas—Cassiterite；Qtz—quartz；Bt—biotite；Pl—plagioclase；Mu—muscovite

礦區主要工業礦體分布于巖體外接觸帶，礦化石英脈密集分布于巖體東側和西側淺變質巖中，共查明有44條工業礦體(唐高陽等，2017)。礦體總體走向為北東向(25°～50°)，傾向南東，傾角48°～65°(圖2b)；礦體變化大，延長100～800 m，延深20～560 m，脈幅0.05～1.20 m，往深部總體變大趨勢，礦床平均品位 WO32.24%、Sn 1.12%。礦床工業類型為黑鎢礦—錫石—黃玉石英脈型，礦石主要為自形—半自形晶結構，塊狀構造(圖3b、c)。主要金屬礦物為黑鎢礦和錫石，其次為輝鉬礦、黃銅礦、黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、毒砂等；非金屬礦物以石英為主，其次為螢石、白云母、方解石、葉蠟石等。礦區圍巖蝕變發育有硅化、云英巖化、毒砂化、電氣石化、絹云母化等，近礦圍巖蝕變主要為硅化、云英巖化、毒砂化。

3 樣品采集和測試方法

3.1 樣品采集

用于鋯石U-Pb定年的花崗巖樣品(Qs01-TW1)采自青山礦區柯樹嶺區段075中段，水平距離V7-1礦體約45 m。巖石手標本呈灰白色，可觀察到較多的白云母(～10%)和黑云母(～10%)，手標本和鏡下觀察均定名為中—細粒二云母花崗巖。礦區主要的近礦圍巖蝕變主要有硅化、云英巖化、毒砂化和絹云母化，蝕變范圍較窄，多數僅分布于礦脈兩側數十厘米范圍內，極少數蝕變范圍可至數米。因此，在采樣過程中，盡量采集遠離含礦石英脈的新鮮巖石樣品，避免受礦致蝕變影響。

全巖主量、微量元素分析樣品分別采集自柯樹嶺巖體地表露頭和礦區鉆孔中，主要采集遠離含礦石英脈的新鮮巖石，此次采集了1件中—細粒黑云母花崗巖和3件中—細粒二云母花崗巖的巖石化學分析樣品。

3.2 LA-ICP-MS鋯石U-Pb測試方法

巖石樣品經人工逐級粉碎后，按常規重力和磁選分選出鋯石，在雙目鏡下挑選出晶型較好的鋯石礦物顆粒，并和標樣一起置于環氧樹脂制靶，磨至可清晰觀察到鋯石生長環帶，隨后進行透射、反射、陰極發光圖像和LA-ICP-MS U-Pb分析。此次鋯石分選、制靶工作在廊坊選礦實驗室完成，其余工作在北京燕都中實測試技術有限公司完成。本次測試鋯石微量元素含量和U-Pb同位素定年利用LA-ICP-MS同時分析完成。激光剝蝕系統為New Wave UP213，ICP-MS為德國耶拿M90。本次測試剝蝕直徑根據實際情況選擇30 μm。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為補償氣以調節靈敏度。每個時間分辨分析數據包括大約20～30 s的空白信號和50 s的樣品信號。本次測試91500及Plesovice標樣均符合推薦值(Wiedenbeck et al., 1995; Slama et al., 2008)。鋯石微量元素含量利用SRM610作為多外標、Si 作內標的方法進行定量計算(Liu Yongsong et al., 2010)， USGS玻璃中元素含量的推薦值據GeoReM數據庫，普通鉛校正使用Andersen方法完成(Andersen, 2002)。

3.3 全巖主量、微量元素分析

該工作在北京燕都中實測試技術有限公司完成。首先將巖石粉碎粗碎至厘米級的塊體，選取無蝕變及脈體穿插的新鮮樣品用純化水沖洗干凈，烘干并粉碎至200目以備測試使用。主量元素測試使用Shimadzu XRF-1800完成，測試結果保證數據誤差小于1%；微量元素測試使用ICP-MS完成，所測數據根據監控標樣GSR-2顯示誤差小于5%，部分揮發性元素及極低含量元素的分析誤差小于10%。

4 測試結果

4.1 LA-ICP-MS鋯石U-Pb測試結果

Qs01-TW1樣品中鋯石晶體呈半自形—自形、短柱狀、長柱狀不等，粒徑介于80～300 μm, 長寬比約1∶1～3∶1，內部結構清晰，具典型韻律環帶結構，顯示出巖漿成因鋯石的特征(圖4)。此次鋯石測點位置都選擇在外部生長環帶上，測試結果能有效代表巖漿冷卻結晶時間及侵位時代。樣品全部測點的U-Pb同位素定年結果見表1。鋯石Th/U值變化范圍寬(0.05～1.06)，表現出與南嶺成鎢錫礦花崗巖相似的特征。

圖4 贛南地區柯樹嶺花崗巖體鋯石陰極發光圖像Fig. 4 The zircon CL image of the Keshuling granite in southern Jiangxi Province

樣品24個測點的測試結果顯示，鋯石U-Pb年齡變化范圍為213.3～233.4 Ma，主要集中于228.7～233.4 Ma，19個測點的計算獲得諧和年齡為231.0±0.6 Ma(MSDW=0.77)(圖5)，屬中三疊世。此外，有5個測點年齡值偏小，在213.3～217.1 Ma間，屬晚三疊世。兩組年齡值顯示柯樹嶺花崗巖體侵位成巖時代為印支期。

圖5 贛南地區柯樹嶺花崗巖體鋯石207Pb/235U—206Pb/238U諧和圖(a)和U-Pb年齡加權平均圖(b)Fig. 5 U-Pb concordia diagram(a) and the weighted mean age diagram(b) for zircons of the Keshuling granite in southern Jiangxi Province

4.2 全巖主量、微量測試結果

此次重點對青山礦區坑道內中—細粒二云母花崗巖進行巖石主量、微量元素測試分析，各樣品測試結果如表2所列。柯樹嶺花崗巖總體表現為富硅(SiO2含量72.22%～74.23%，平均為73.32%)、高鉀(K2O含量3.78%～5.41%，平均為4.70%)、高鋁(Al2O3含量13.97%～14.89%，平均為14.48%)，K2O/Na2O 值為1.14～2.06，全堿含量平均為7.51%，低CaO、MgO、TiO2、P2O5、MnO的特征。在 SiO2—K2O 圖解上，除個別樣品落入高鉀鈣堿性系列向鉀玄巖系列過渡區外，主要樣品投點落入高鉀鈣堿性系列范圍內(圖6a)。A/CNK值為1.145～1.602，平均為1.331，屬過鋁質花崗巖(圖6b)。綜合認為，柯樹嶺巖體屬過鋁質高鉀鈣堿性花崗巖類。

圖6 贛南地區柯樹嶺花崗巖的SiO2—K2O圖解(a)和A/CNK—A/NK圖解(b)Fig. 6 SiO2—K2O diagram(a) and A/CNK—A/NK diagram for the the Keshuling granite in southern Jiangxi Province

柯樹嶺花崗巖稀土元素含量較低，ΣREE 為43.98～114.92 μg/g，平均為79.68 μg/g；ΣLREE 為37.38～102.46 μg/g，平均為68.72 μg/g。ΣLREE/ΣHREE 為3.27～9.01，平均為6.67，顯示輕重稀土分餾明顯。稀土配分圖為右傾型，具明顯的負Eu異常(圖7a)。Eu虧損極強烈，δEu變化范圍為0.09～0.87，平均為0.34；δCe變化范圍為0.95～1.17，平均為1.03，基本不虧損，稀土配分曲線為典型的右傾型。

柯樹嶺花崗巖微量元素含量與花崗巖維氏值相比較，表現出較高的Li、Rb、Be、Co、Ni、W、Sn、Bi、U含量，礦化元素Sn、W元素含量分別是維氏值的13.9倍和9.7倍，表明巖體富含成礦元素，可能是礦床的主要成礦物質來源。在微量元素原始地幔標準化圖解中(圖7b)，樣品總體趨勢一致，表現為弱的右傾型特征，大離子親石元素富集程度不明顯；Ba、Sr、Ti元素虧損明顯，在標準化圖中表現為明顯的波谷，暗示巖漿結晶過程中發生了斜長石或鈦鐵氧化物的的分離結晶，預示著巖漿物質來源于地殼。

圖7 贛南地區柯樹嶺花崗巖的稀土元素球粒隕石標準化配分圖(a)和微量元素原始地幔標準化蜘蛛網圖(b)(球粒隕石和原始地幔標準化數值引自Sun and McDonough，1989)Fig. 7 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace elements spidergram of the Keshuling in southern Jiangxi Province(after Sun and McDonough, 1989)

5 探討

5.1 成巖與成礦時代

柯樹嶺巖體在1∶5萬區調資料中被歸為與燕山早期九龍腦巖體為同期巖漿活動產物。礦區鉆孔中花崗巖的SHRIMP 鋯石U-Pb同位素測年結果為251.5±6.6 Ma和202±15 Ma(郭春麗等，2011)，是首次獲得巖體成巖時代為印支期的認識。本次測試獲得了柯樹嶺花崗巖鋯石U-Pb成巖年齡值為213.3～233.4 Ma，屬印支期巖漿活動產物。

青山鎢錫礦床位于九龍腦礦田北部，位于燕山早期九龍腦巖體向北傾伏的前端，區域成礦地質背景與燕山早期淘錫坑鎢錫礦床相類似，最初認為該礦床的成巖與成礦時代為燕山早期。結合礦區最新成礦時代研究結果，含礦石英脈中白云母40Ar/30Ar坪年齡為229.2±2.3 Ma(MSWD=2.2)和輝鉬礦187Re-187Os坪年齡為228.7±1.2 Ma(MSWD=0.16)，兩者相接近，厘定礦區成礦時代屬印支期(Zhao Zheng et al., 2018)。柯樹嶺巖體呈巖滴狀侵位到圍巖地層中，總體巖性較為單一，野外調查中未觀察到明顯的多期巖漿活動的證據。結合礦區特征，石英脈型鎢錫礦體都由柯樹嶺巖體向外發散，多數礦體向下延深至巖體頂部云英巖化蝕變帶尖滅，僅少部分礦體延伸至向巖體內，結合贛南脈鎢礦床研究成果，綜合推斷柯樹巖體為青山礦床的主要成礦地質體。綜合巖體地質特征和花崗巖鋯石U-Pb、白云母40Ar/30Ar、輝鉬礦187Re-187Os定年結果，綜合認為柯樹嶺巖體成巖時代為228.7～233.4 Ma，成礦作用與成巖作用幾乎同時發生。

5.2 巖石地球化學特征和巖石成因

柯樹嶺花崗巖在主量元素上，表現出高硅、富鋁、富堿、高鉀和貧鈣、鎂、鐵的特征；微量元素含量顯示出富Rb、Th、U、Zr、F、B及W、Sn等成礦元素，而虧損Sr、Ba、Th、Eu等元素，這與南嶺成鎢錫礦花崗巖特質相似(袁順達，2017)。與燕山期九龍腦花崗巖相比較，柯樹嶺巖體表現出高白云母含量、低稀土元素總量及明顯的輕重稀土分餾等特征，可能預示巖體經受了更高程度的分異演化作用。花崗巖高Rb/Sr值(平均9.87)和低Nb/Ta 值(平均7.47)顯示花崗巖的物質來源為殼源沉積物。柯樹嶺巖體巖石學和巖石地球化學特征顯示柯樹嶺花崗巖屬S型花崗巖。花崗巖鋯石εHf(t)值為-14.5～-1.3，表明該巖石主要來源于太古宙地殼巖石的部分熔融(郭春麗等，2011)。

根據區域地層—構造—巖漿時空格架分析認為，研究區在加里東期經受了劇烈的升降運動，以致基本缺失志留世沉積(僅發育有黃竹洞組)；在海西期主要處于隆起狀態，形成了晚古生代地層沿盆地邊緣沉積；而華南印支期運動可能于中三疊世波及本區，區內總體受區域東西向水平擠壓作用，形成了一系列軸向南北向的疊加小褶皺，而至晚三疊世，區內轉為松弛期，形成了一系列的東西向張性斷裂，控制了古亭—文英一帶大規模巖漿侵入。柯樹嶺巖體形成于中—晚三疊世，屬后碰撞期或碰撞晚期，侵位機制主要為構造作用下的被動侵位。

5.3 印支期與燕山期礦床特征對比

圖8 “五層樓+地下室”模式簡圖(a)和贛南青山礦區V8礦體垂向變化特征(b)Fig. 8 Sketch map of the “Five levels + basement” model (a) and vertical variation characteristics of the V8 orebody in Qingshan deposit (b) in southern Jiangxi ProvinceCas—錫石；Wf—黑鎢礦；Ccp—黃銅礦；Mol—輝鉬礦；Nb—Ta—鈮鉭礦Cas—cassiterite; Wf—wolframite; Ccp—chalcopyrite; Mol—molybdenite; Nb—Ta—niobium—tantalum

5.4 印支期成礦條件分析

綜合南嶺鎢錫成礦帶近年來研究成果，隨著西段桂東北云頭界鎢鉬礦、中段廣西都龐嶺李貴福鎢錫多金屬礦、中段湖南印支期荷花坪錫多金屬礦、東段贛南青山鎢錫礦等礦床印支期成巖與成礦的厘定(鄒先武等，2009；張迪等，2015; 蔡明海等，2016)，證實了南嶺地區存在印支期鎢錫礦成礦作用，并在南嶺成礦帶中占據了一定的地位。因此，在南嶺地區開展錫礦找礦工作中，除重點關注燕山早期花崗巖外，還應加強對印支期花崗巖成礦作用的調查與研究。

通過此次對柯樹嶺巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年測試工作，進一步確定了巖體形成時代歸屬印支期，與青山鎢錫礦床成礦時代一致，證實了區內存在印支期鎢錫礦成礦期。九龍腦礦田巖漿活動頻繁，除大面積出露燕山早期九龍腦巖體外，還發育較大規模的印支期文英巖體，該巖體已被證實與鈾礦成礦作用直接相關(鄒明亮等，2016)，但關于該巖體相關的鎢錫礦成礦作用的調查與研究工作較少。在文英巖體北東部已發現有坳頭小型錫礦床和高陂山錫礦點，以石英脈型錫礦化為主，研究程度低，尚未厘定成礦作用時代。此外，在柯樹嶺巖體北部的錫坑和仙鵝塘石英脈型錫(鎢)礦床都表現出與青山礦床相似的礦化特征，具有明顯的富Sn特征，目前勘查工作尚未揭露隱伏成礦花崗巖體。結合仙鵝塘礦區含礦石英脈中白云母40Ar/39Ar測獲的成礦年齡為231.4±2.4 Ma(劉善寶等，2008)，成礦時代屬印支期。綜合成礦地質背景分析，初步推斷在九龍腦礦田北部可能存在有較大規模的印支期錫礦成礦作用。

6 結論

(1)柯樹嶺中—細粒二云母花崗巖 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為228.7～233.4 Ma，諧和年齡為231.0±0.63 Ma(MSDW=0.77)，成巖時代屬印支期。

(2)柯樹嶺巖體表現出富硅、高鉀、高堿、貧鐵等特征，屬強過鋁質高鉀鈣堿性花崗巖類。巖體稀土元素含量較低，Eu虧損強烈，輕重稀土分餾明顯，稀土配分曲線表現為明顯的右傾型。巖體微量元素表現富W、Sn等成礦元素和虧損Ba、Sr、Th等大離子親石元素。巖漿物質主要來源于地殼，成巖機制主要為后碰撞期或碰撞晚期的被動侵入。

(3)青山鎢錫礦床成礦作用發生于印支期，礦床特征與燕山期石英脈型鎢錫礦床有較大的差異，表現出明顯的富Sn，僅發育有細脈—大脈混合帶、大脈帶及少量的大脈—巨脈帶。

(4)九龍腦礦田發育有印支期錫礦成礦作用，推測礦田北部的高陂山—坳頭和仙鵝塘—錫坑具較好的錫礦找礦潛力。