江西新余地區(qū)東門(mén)銅鉬礦區(qū)輝鉬礦Re-Os年代學(xué)特征及成礦意義

鄧 楊，潘小菲，楊炎申,，武 凱，樊獻(xiàn)科，張智宇，歐陽(yáng)永棚

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037； 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083；3.江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局912大隊(duì)，江西 鷹潭 335001)

0 引 言

江西省是我國(guó)重要的礦產(chǎn)大省之一，產(chǎn)出大量的銅、鎢、鈾、鉭、重稀土、金和銀等礦床，其中的鎢礦和銅礦尤其豐富，被稱為“世界鎢都”[1-3]。江西省新余市蒙山成礦區(qū)，也是華南重要的銅鎢錫礦產(chǎn)地之一，區(qū)內(nèi)產(chǎn)出了太子壁和荷沂鎢銅多金屬礦床及大量的礦化點(diǎn)，這些礦床和礦化點(diǎn)圍繞蒙山巖體分布(圖1和圖2)。前人僅對(duì)蒙山成礦區(qū)蒙山巖體開(kāi)展了詳細(xì)的年代學(xué)、巖石地球化學(xué)研究，認(rèn)為蒙山復(fù)式巖體主要由印支期的三次巖漿侵入構(gòu)成，三期巖體均具準(zhǔn)鋁-過(guò)鋁質(zhì)高硅富鉀特征，同位素特征指示其為新元古代地殼物質(zhì)熔融并混入少量幔源物質(zhì)的產(chǎn)物[4]。然而，對(duì)蒙山成礦區(qū)的礦床地質(zhì)特征缺乏了解，不清楚該區(qū)金屬礦產(chǎn)形成時(shí)代、成礦機(jī)制及成礦條件。為此，筆者于2018—2020年對(duì)蒙山成礦區(qū)開(kāi)展了地質(zhì)詳查，通過(guò)巖漿巖巖相學(xué)和蝕變-礦化大比例尺填圖，在蒙山成礦區(qū)南部5 km的東門(mén)蛇紋石礦區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)二長(zhǎng)巖小巖株(稱東門(mén)巖體，圖2)，兩個(gè)巖株與碳酸鹽地層接觸帶產(chǎn)生了大量的矽卡巖型銅鉬礦化(東門(mén)礦床)。本文旨在基于野外地質(zhì)調(diào)查，通過(guò)采樣分析，確定新發(fā)現(xiàn)的東門(mén)銅鉬礦化的蝕變、礦化特征及成礦時(shí)代，為區(qū)域找礦起到理論指導(dǎo)作用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

東門(mén)銅鉬礦區(qū)位于江西省中部新余地區(qū)，處于欽杭結(jié)合帶萍鄉(xiāng)-樂(lè)平拗陷帶中段，欽杭結(jié)合帶南界萍鄉(xiāng)-廣豐斷裂帶北側(cè)(圖1)，隸屬于蒙山銅鎢錫礦集區(qū)(圖2)。萍鄉(xiāng)-樂(lè)平拗陷帶為一呈北東東至北東向延伸的狹長(zhǎng)坳陷地帶，為欽杭結(jié)合帶南邊界構(gòu)造帶(屬板塊縫合線)，呈近東西向橫貫江西省中部，是加里東運(yùn)動(dòng)時(shí)期一條強(qiáng)烈的地殼消減疊覆帶，在加里東期華南造山帶沿該帶多次拼貼，并向北大規(guī)模逆沖推覆，與九嶺、萬(wàn)年推覆體發(fā)生對(duì)沖。該斷裂帶西段被印支期以來(lái)的推滑構(gòu)造掩蓋嚴(yán)重，覆蓋了大量的晚古生代以來(lái)的沉積蓋層[7]。因此，區(qū)內(nèi)構(gòu)造相互疊置，構(gòu)成了區(qū)內(nèi)復(fù)雜的構(gòu)造格架，控制著區(qū)內(nèi)多期巖漿活動(dòng)、礦產(chǎn)分布及中生代斷陷盆地的整體展布。

圖1 贛中地區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景圖

圖2 蒙山礦集區(qū)地質(zhì)圖

蒙山銅鎢錫礦集區(qū)內(nèi)發(fā)育的地層比較完整，從晚泥盆紀(jì)-白堊紀(jì)均有出露，巖性以灰?guī)r為主，少量砂巖或粉砂巖(圖2)，在礦集區(qū)東北部和南部大范圍被第四系土壤覆蓋，地層僅零星出露。受宜豐-景德鎮(zhèn)斷裂和萍鄉(xiāng)-廣豐深斷裂帶控制，區(qū)內(nèi)主要的構(gòu)造也為北東向斷裂，其次發(fā)育后期構(gòu)造改造而成的近東西構(gòu)造[4]；北側(cè)出露一規(guī)模較大的印支期蒙山復(fù)式巖體，巖體平面上呈橢圓形，出露面積39 km2，巖體以酸性巖為主；其余巖體出露地表均較小，多呈小巖株、巖脈產(chǎn)出，主要分布于鐵坑、鐵山等地(圖2)。前人資料表明鐵坑、鐵山等地巖體均形成于燕山期，為中酸性巖，其分布受東西向斷裂及北北東向構(gòu)造、北東向構(gòu)造共同控制，伴隨巖漿活動(dòng)，形成了鐵、硫、鉬及鉛、鋅、金、銀等多種內(nèi)生礦產(chǎn)。

東門(mén)蛇紋石礦區(qū)位于蒙山礦集區(qū)東部，地表出露有穿時(shí)的上泥盆統(tǒng)-下石炭統(tǒng)洋湖組、下石炭統(tǒng)梓山組、上石炭統(tǒng)黃龍組以及二疊系棲霞組等地層(圖3)，其中洋湖組地層巖性主要為粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、千枚狀凝灰質(zhì)粉砂巖等。梓山組整合接觸于洋湖組，巖性從下往上依次為含云母石英細(xì)砂巖、粉砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖及炭質(zhì)泥巖粉砂巖、黏土巖夾硅質(zhì)石英細(xì)砂巖、含泥質(zhì)細(xì)砂巖間夾煤層。黃龍組下部白云巖段為灰色中厚層狀細(xì)晶(含鐵)白云巖，普遍含陸源石英砂，偶夾紋層(可能為隱藻)及硬石膏，厚220 m。上部灰?guī)r段為淺灰色中厚層狀生物碎屑灰?guī)r、厚層狀粗晶灰?guī)r夾中-薄層狀泥晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r，與下伏梓山組呈整合接觸，厚412 m。區(qū)內(nèi)僅在東門(mén)礦區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)小巖株，巖株呈橢圓形，出露面積合計(jì)0.25 km2，巖體侵位于黃龍組白云巖中(圖3)。

圖3 蒙山礦集區(qū)東門(mén)礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

2 東門(mén)礦區(qū)地質(zhì)特征及巖體蝕變-礦化特征

東門(mén)礦區(qū)內(nèi)新發(fā)現(xiàn)的巖體巖性以花崗閃長(zhǎng)巖為主，其次為石英二長(zhǎng)巖。花崗閃長(zhǎng)巖具斑狀結(jié)構(gòu)或二長(zhǎng)不等粒結(jié)構(gòu)，巖石樣品中斑晶含量為20%～40%，主要為斜長(zhǎng)石(10%)、堿性長(zhǎng)石(8%)、石英(5%)、黑云母(10%)和角閃石(5%)；基質(zhì)含量為60%，主要由石英、長(zhǎng)石，含少量黑云母(圖4)。 石英二長(zhǎng)巖也具斑狀結(jié)構(gòu)，主要為中長(zhǎng)石(2%～20%)、鉀長(zhǎng)石(8%)、黑云母(15%～20%)、石英(5%～10%)和少量輝石(1%～5%)組成，大小0.5～3 mm；基質(zhì)具顯微花崗結(jié)構(gòu)，包含斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英、黑云母、角閃石等。利用LA-ICP-MS鋯石U-Pb方法測(cè)試分析獲得花崗閃長(zhǎng)巖侵入年齡為171.02±0.32 Ma[8]。

東門(mén)礦區(qū)內(nèi)可見(jiàn)花崗閃長(zhǎng)斑巖與灰?guī)r地層侵入接觸關(guān)系，接觸帶內(nèi)發(fā)育大量矽卡巖化、大理巖化以及后期碳酸鹽化蝕變(圖4(a)和圖4(b))。花崗閃長(zhǎng)斑巖內(nèi)部可見(jiàn)侵染狀的黃鐵礦、黃銅礦化，而二長(zhǎng)巖中不僅可見(jiàn)沿著黑云母解理蝕變出黃鐵礦、黃銅礦，還可見(jiàn)少量石英-黃銅礦-黃鐵礦-輝鉬礦化脈充填于巖石中(圖4(d)和圖4(e))。矽卡巖化蝕變寬為3～30 m，主要矽卡巖礦物包括石榴石、透輝石、硅灰石、蛇紋石及綠泥石等，其次可見(jiàn)符山石、陽(yáng)起石、方解石、石英，伴隨著矽卡巖化可見(jiàn)大量團(tuán)塊狀、細(xì)脈侵染狀的磁鐵礦、輝鉬礦化(圖4(e)和圖4(f))。

按照礦物組合及生成順序，東門(mén)銅鉬礦化可以劃分為早矽卡巖、退蝕變和金屬硫化物等蝕變礦化階段(圖5)。 其中，早夕卡巖階段主要礦物組合為石榴石-透輝石-硅灰石，石榴石主要呈紅色，透輝石為無(wú)色-墨綠色，硅灰石為白色(圖4(f))，其次含少量符山石、石英、磁鐵礦和黃銅礦(圖4(d))，磁鐵礦和黃銅礦呈侵染狀或團(tuán)塊狀(圖6(a))。早期石榴石-透輝石矽卡巖局部發(fā)生退矽卡巖化蝕變，可見(jiàn)早矽卡巖階段石榴石、透輝石發(fā)生綠泥石化、蛇紋石化(圖4(g))，或者單獨(dú)形成蛇紋石、綠泥石帶等(圖4(h))。 金屬硫化物階段主要呈脈狀，分布于蛇紋石化矽卡巖及外部大理巖化帶內(nèi)，脈體中可見(jiàn)大量的黃鐵礦、輝鉬礦、黃銅礦產(chǎn)出(圖4(i)、圖6(a)和圖6(d))。

a-蛇紋石礦采場(chǎng)全景；b-花崗閃長(zhǎng)巖與黃龍組接觸帶，由左至右依次為花崗閃長(zhǎng)巖(圖(d))、石榴石透輝石矽卡巖(圖(f))、蛇紋石矽卡巖(圖(c))和大理巖；d-花崗閃長(zhǎng)巖；e-發(fā)生了蝕變的花崗閃長(zhǎng)巖，可見(jiàn)團(tuán)塊狀、侵染狀和細(xì)脈狀黃銅礦；f-含侵染狀磁鐵礦化石榴石透輝石矽卡巖；g-發(fā)生了蛇紋石、綠泥石化的石榴石-透輝石矽卡巖；h-退矽卡巖階段的綠泥石-蛇紋石-方解石-黃銅礦脈；i-晚期硫化物階段礦化，主要黃鐵礦、雌黃鐵礦和黃銅礦；SK-矽卡巖；δσπ-花崗閃長(zhǎng)巖；Mb-大理巖Grt-石榴石；Di-透輝石；Mag-磁鐵礦；Moly-輝鉬礦

圖5 東門(mén)礦區(qū)矽卡巖蝕變礦化礦物組合生產(chǎn)順序示意圖

a-石榴石-透輝石夕卡巖中侵染狀的磁鐵礦和黃銅礦，磁鐵礦被黃銅礦包圍；b-石榴石-透輝石夕卡巖中共生的磁鐵礦和黃銅礦；c-石英-硫化物階段的細(xì)脈狀輝鉬礦；d-為石英硫化物階段的黃鐵礦

3 樣品及分析結(jié)果

本次在江西省新余市東門(mén)礦區(qū)內(nèi)共采集了4件輝鉬礦樣品，輝鉬礦可見(jiàn)兩種產(chǎn)狀，其一是在東門(mén)巖體內(nèi)呈團(tuán)塊狀、侵染狀產(chǎn)出的輝鉬礦(圖7(a)和圖7(b))，其二是在矽卡巖里的脈狀輝鉬礦，可見(jiàn)石榴石-透輝石矽卡巖(圖7(c))和硅灰石-透閃石-石榴石矽卡巖(圖7(d))中的脈狀輝鉬礦及黃銅礦。

分析流程是先將礦石樣品粉碎過(guò)篩，得到粒徑介于40～60目之間的顆粒；再利用重力分離，電磁分離等方法初步篩選，最后在雙目顯微鏡下細(xì)選，去除雜質(zhì)。在國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成Re-Os同位素測(cè)試分析，采用的儀器是英國(guó)TJA公司的PQ Excell ICP-MS，分析具體步驟及原理參見(jiàn)文獻(xiàn)[9]～文獻(xiàn)[11]。

東門(mén)礦區(qū)4件輝鉬礦樣品的Re-Os同位素分析結(jié)果見(jiàn)表1。稀釋劑標(biāo)定誤差、質(zhì)譜測(cè)量誤差及質(zhì)量分餾校正誤差等均可能導(dǎo)致Re和Os含量測(cè)試不準(zhǔn)確，187Re衰變常數(shù)的不確定度也會(huì)導(dǎo)致模式年齡的計(jì)算誤差[12]。 從表1和圖7可知，東門(mén)蛇紋石礦4件輝鉬礦樣品的Re-Os模式年齡介于166.9±3.2～167.7±3.2 Ma之間，利用ISOPLOT軟件進(jìn)行計(jì)算，構(gòu)成一條良好的等時(shí)線，其187Re-187Os等時(shí)線年齡為168.1±2.8 Ma，MSWD=0.023(圖8)。截距為零表明輝鉬礦中的普通Os含量很低，可以忽略不計(jì)，且輝鉬礦中的187Os均為放射成因，表明輝鉬礦年齡是可靠的[13]。

注：HLP為國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW-4435樣品編號(hào)，在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成測(cè)試分析。

表1 東門(mén)礦區(qū)輝鉬礦同位素分析結(jié)果

a、b-東門(mén)巖體內(nèi)產(chǎn)出的團(tuán)塊狀、侵染狀輝鉬礦；c-石榴石-透輝石矽卡巖里的脈狀輝鉬礦；d-硅灰石-透閃石-石榴石矽卡巖中的脈狀輝鉬礦及黃銅礦

4 成礦時(shí)代厘定及區(qū)域成礦意義

由于Re-Os同位素體系的封閉溫度在500 ℃左右[14]， 不會(huì)受到后期熱液活動(dòng)的影響， 現(xiàn)已被廣泛運(yùn)用于礦床測(cè)年，同位素模式年齡代表了同位素從源區(qū)分離出來(lái)的時(shí)間，等時(shí)線年齡代表了同位素體重新均一化的時(shí)間。而且，大量研究也表明輝鉬礦Re-Os年齡與成礦巖體的鋯石SHRIMP年齡非常吻合[15-18]，因此本文輝鉬礦樣品所得的Re-Os等時(shí)線年齡可以代表礦化發(fā)生的時(shí)間。東門(mén)獲得的輝鉬礦Re-Os等時(shí)線年齡為168.1±2.8 Ma，代表了東門(mén)銅鉬礦化階段輝鉬礦形成的年齡，該年齡與獲得的東門(mén)巖體年齡(171.02±0.32 Ma)在誤差范圍內(nèi)一致，表明東門(mén)銅鉬礦化與東門(mén)巖體屬于同一巖漿-熱液系統(tǒng)，屬于燕山期中侏羅紀(jì)巖漿作用產(chǎn)物。根據(jù)其蝕變類型，確定東門(mén)銅鉬礦化為典型的矽卡巖型礦化類型，礦化規(guī)模需要進(jìn)一步的礦產(chǎn)祥查工作才能確定。

東門(mén)礦區(qū)所處的欽杭帶大地構(gòu)造上屬于華南揚(yáng)子與華夏兩個(gè)古陸塊在晚元古代碰撞拼接帶，該帶于中晚侏羅世復(fù)活，沿其帶內(nèi)發(fā)育一系列銅鉬金、鎢錫多金屬礦產(chǎn)，產(chǎn)出了一大批特大型銅金鉛鋅鎢錫鉭鈾礦床，也構(gòu)成了世界上最大的鎢錫成礦帶[19-20]。前人對(duì)區(qū)域內(nèi)的巖漿活動(dòng)和成礦作用進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和總結(jié)，認(rèn)為華南地區(qū)燕山期金屬礦床主要形成于3個(gè)階段：燕山早期(180～170 Ma)、燕山中期(150～139 Ma)、燕山晚期(125～98 Ma)，據(jù)此也歸納出三個(gè)成礦作用階段所對(duì)應(yīng)的構(gòu)造背景，總的來(lái)說(shuō)，燕山早中期大規(guī)模成礦作用對(duì)應(yīng)于印支造山運(yùn)動(dòng)后巖石圈的局部拉張一裂解和大規(guī)模伸展減薄[21-22]。與此同時(shí)，舒良樹(shù)等[23]和張?jiān)罉虻萚24]則認(rèn)為印支早期華南地塊南北邊緣碰撞造山事件和俯沖增生事件的遠(yuǎn)程響應(yīng)造成了區(qū)內(nèi)近EW向褶皺的發(fā)育，燕山早期古太平洋板塊向華南大陸之下低角度俯沖作用則引起了區(qū)內(nèi)NE-NNE向褶皺的形成，因此，在早侏羅紀(jì)、中侏羅紀(jì)華南從東西向古特提斯構(gòu)造域——北東向西太平洋構(gòu)造域發(fā)生了構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換，并確定兩者發(fā)生轉(zhuǎn)換的時(shí)代在中晚侏羅世(～170 Ma)[25]。 相應(yīng)地，在構(gòu)造轉(zhuǎn)換階段，華南巖石圈開(kāi)始大規(guī)模伸展，地殼發(fā)生減薄，軟流圈地幔開(kāi)始上涌，使得構(gòu)造薄弱帶如欽杭拼接帶南界的萍鄉(xiāng)-廣豐斷裂帶成為巖漿通道，沿著萍鄉(xiāng)-廣豐斷裂帶發(fā)育小規(guī)模幔源或者殼幔混合來(lái)源的花崗質(zhì)巖石，與這些巖石伴生形成了一系列銅(金)礦床，比如浙西建德與花崗閃長(zhǎng)斑巖有關(guān)的嶺后夕卡巖型銅礦(169.5±2.5 Ma)[26]，贛東北與花崗閃長(zhǎng)斑巖有關(guān)的德興斑巖型銅礦(170.4±1.8 Ma)[17]、與英安斑巖和石英斑巖有關(guān)的銀山次火山巖性銅鉛鋅銀礦(175～179 Ma)[27]，湘南桂陽(yáng)與花崗閃長(zhǎng)巖有關(guān)的銅山嶺銅多金屬礦(161～169 Ma)[28]和寶山銅鉬鉛鋅銀多金屬礦床[29]，粵北的大寶山斑巖銅礦床(164～168 Ma)[30]等。這些礦床形成于180～160 Ma之間，屬于燕山早中期成礦階段的產(chǎn)物，主要分布于欽杭帶東北段和西南段，與該時(shí)期幔源或者殼幔混合來(lái)源的花崗質(zhì)巖石有關(guān)[29]。然而位于欽杭帶中部地區(qū)，尤其是贛中地區(qū)，幾乎未發(fā)現(xiàn)該時(shí)期與花崗質(zhì)巖石有關(guān)的銅礦床，筆者獲得了與蒙山巖體有關(guān)的夕卡巖型銅多金屬礦床精確的輝鉬礦Re-Os年齡為215.2±3.1 Ma，屬于印支期巖漿成礦作用。 因此，東門(mén)168 Ma夕卡巖型銅鉬礦化的發(fā)現(xiàn)，不僅表明東門(mén)銅鉬礦化與蒙山巖體周圍大量的銅多金屬礦化不屬于同一成礦系統(tǒng)，也暗示蒙山礦集區(qū)至少存在印支期和燕山期兩組成礦作用，該地區(qū)在華南燕山早中期(即中侏羅紀(jì)時(shí)期)可能形成了具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的銅礦化，除了印支期，具有尋找與燕山早中期巖漿作用有關(guān)成礦作用的潛力，本次研究為該區(qū)域今后的找礦工作提供了理論證據(jù)并指明了勘查方向。同時(shí)，也表明欽杭帶中部，類似于欽杭帶其他地區(qū)，在該時(shí)期處于古特提斯構(gòu)造域向NE向西太平洋構(gòu)造域的體制轉(zhuǎn)換的同一構(gòu)造環(huán)境，此時(shí)華南巖石圈開(kāi)始大規(guī)模伸展、減薄，軟流圈上涌，東門(mén)礦區(qū)巖漿與成礦作用受其控制和影響。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)贛中東門(mén)銅礦中輝鉬礦的Re-Os同位素測(cè)試，得到等時(shí)線年齡為168.1±2.8 Ma，該年齡值與礦區(qū)內(nèi)的東門(mén)巖體形成時(shí)代(～171 Ma)近乎一致。結(jié)合礦區(qū)內(nèi)蝕變礦化特征和年代學(xué)研究結(jié)果，說(shuō)明東門(mén)銅鉬礦是與燕山期花崗質(zhì)巖石有關(guān)的夕卡巖型銅鉬礦化類型。東門(mén)礦區(qū)燕山期巖漿與銅鉬礦化作用受區(qū)域動(dòng)力學(xué)背景的控制，是華南燕山早中期巖漿成礦作用的產(chǎn)物。另外，除了印支期，贛中地區(qū)燕山早中期的花崗質(zhì)巖石對(duì)區(qū)域找礦也具有重要意義。