湘东南将军寨钨矿花岗岩地球化学特征及铼-锇同位素定年_王永磊.pdf

2009 年 6 月 June 2009 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 28，No． 3 274 ～278 收稿日期 2009- 02- 10; 修订日期 2009- 03- 16 基金项目 国家自然科学基金项目资助40572061 ; 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目资助 K2007－5－5 作者简介 王永磊 1980 ， 男， 山东招远人， 在读博士研究生， 主要从事矿床学研究工作。E- mail yongleiw163． com。 文章编号 02545357 2009 03027405 湘东南将军寨钨矿花岗岩地球化学特征及铼 － 锇同位素定年 王永磊1，裴荣富1，李进文1，王浩琳1，刘喜峰2 1． 中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037; 2． 中国地质大学研究生院，北京 100081 摘要 将军寨钨矿是湘东南白云仙矿田中一个典型的石英脉型黑钨矿床。岩石学和岩石地球化学研究表 明， 将军寨钨矿花岗岩体为一复式岩体， 是同源岩浆演化的产物， 具有壳源花岗岩的特征。文章研究了白 云仙矿田将军寨钨矿花岗岩的地球化学特征， 并进行石英脉型黑钨矿石中辉钼矿的铼 － 锇同位素定年， 以 精确厘定将军寨钨矿的形成时间， 揭示湘东南地区钨、 锡等有色金属成矿的时限及其地球动力学背景。铼 － 锇同位素定年结果表明， 辉钼矿中铼的含量偏低， 表明将军寨钨矿的成矿物质来源可能是以上地壳为 主。4 件辉钼矿样品的铼 － 锇同位素模式年龄为 151． 3 2． 5 Ma ～ 163． 6 2． 3 Ma， 其等时线年龄为 169． 6 2． 7 Ma， 这表明将军寨钨矿形成于燕山早期， 为华南中生代大规模成矿作用的产物。 关键词 将军寨钨矿; 辉钼矿; 铼 － 锇同位素定年; 地球化学 中图分类号 P579． 3; P578． 291文献标识码 A Geochemical Characteristics of Granites from the Jiangjunzhai Tungsten Deposit of Southeast Hunan Province and Its Re- Os Isotopic Dating WANG Yong- lei1，PEI Rong- fu1，LI Jin- wen1，WANG Hao- lin1，LIU Xi- feng2 1． Institute of Mineral Resources， Chinese Academy of Geological Sciences， Beijing100037， China; 2． Graduate School of China University of Geosciecnes，Beijing100081，China Abstract The Jiangjunzhai tungsten deposit is a typical quartz- wolframite deposit in Baiyunxian ore field． The granite body in the Jiangjunzhai tungsten deposit is a compound rockmass， which has the features of crust- derived type granite and is the product of comagmatic evolution． In this paper，the geochemical characteristics of granite in Jiangjunzhai tungsten deposit and the Re- Os isotopic dating of molybdenite from quartz- wolframite veins were studied and carried out， in order to elucidate the timing of mineralization and reveal the time limites and geodynamic setting of large- scale metallogeny in Southeast Hunan． Re- Os dating for four molybdenites yields a model age of 151．3 2．5 Ma ～ 163．6 2．3 Ma and an isochron age of 169．6 2．7 Ma，indicating that the Jiangjunzhai tungsten deposit was ed in the Early Yanshanian period and is the result of large scale mineralization in South China． Key words the Jiangjunzhai tungsten deposit; molybdenite; Re- Os isotopic dating; geochemistry 湘东南钨锡多金属矿集区是南岭中生代岩浆 活动与成矿作用的重要组成部分， 矿种以有色金属 W、 Sn、 Pb、 Zn、 Mo、 Bi 为主， 主要分布于东坡、 瑶岗 仙、 芙蓉、 新田岭、 白云仙、 黄沙坪、 香花岭、 宝山等 矿田内 见图 1 ［1 ］。众多学者已从不同角度对湘 东南地区的金属矿床进行了大量研究工作， 并取得 丰硕的成果 ［2 －7 ］; 但有关白云仙矿田的研究较少， 工作程度不高， 其中对于成矿年龄的测定尤其缺 乏。本文对白云仙矿田将军寨钨矿花岗岩的地球 化学特征进行了研究， 并开展了石英脉型黑钨矿石 中辉钼矿的 Re － Os 测年， 试图精确厘定将军寨钨 矿的形成时间， 揭示湘东南地区 W、 Sn 等有色金属 成矿的时限及其地球动力学背景。 472 ChaoXing 图 1湘东南 W － Sn － Mo 多金属矿集区地质简图［1 ］ Fig． 1Simple geological map of the W- Sn- Mo polymetallic ore area of Southeast Hunan 1地质背景 白云仙矿田位于汝城县西南部， 处于南岭纬向 构造带中段北缘， 水口山郴州凡口北西向构造 带与汝城桂东北东向构造带交汇处的东部。白云 仙矿田东起龙虎洞， 西止走马坪， 南到方洞， 北到大 偏山， 面积约110 km2。矿田内出露的地层主要为震 旦系、 泥盆系、 侏罗系， 岩性以砂岩、 砂页岩为主， 其 次是碳酸盐岩类。区内岩浆岩主要为燕山早期花岗 岩， 属九峰岩体的一部分。除上述岩浆岩外， 区内尚 有花岗细晶岩脉、 伟晶岩脉发育于上述花岗岩体中。 白云仙矿田经历了长期的地质构造演化， 区内构造 特点是褶皱与断裂同时发育， 主要构造线为北东向， 次为北西西向。白云仙矿田是一个有色金属矿化集 中地， 区内有已知矿床 点 多处， 以黑钨矿、 白钨矿、 锡石矿化为主， 次为铅、 锌、 银矿化。 2矿床特征 将军寨钨矿为白云仙矿田中典型的石英脉型 黑钨矿床， 含矿围岩有震旦系浅变质砂岩、 板岩和 中泥盆统泥质细砂岩、 泥质灰岩及灰岩。燕山期花 岗岩侵位于震旦系浅变质砂岩及泥盆系石英砂岩 中， 矿体则主要赋存于花岗岩体的内接触带， 呈脉 状、 脉壁与围岩界线清楚、 平整， 受断裂与节理裂隙 的控制， 大致可分为东、 中、 西三组， 以东组为主， 脉 组走向主要为北西、 北北西及北北东 － 北东东向， 矿脉向上延伸至浅变质岩时急速变小以致尖灭， 因 此在花岗岩顶盖岩层残留较厚的部位， 难以见到矿 脉露头 见图 2 。全区矿脉平均品位 1． 57， 品 位变化范围为 0． 85 ～2． 47［8 ］。 矿石以自形结构为主， 半自形和它形结构也较 为常见。矿石构造有块状构造、 放射状构造和晶洞 构造。金属矿物主要为黑钨矿、 白钨矿、 辉铋矿、 辉 钼矿、 锡石、 黄铜矿、 黄铁矿等， 非金属矿物主要是 石英、 萤石、 绿柱石、 方解石、 白云母、 绿泥石等。 围岩蚀变主要为云英岩化、 绢云母化、 绿泥石 化及硅化， 其次有角岩化、 电气石化等。 图 2将军寨矿区 100 号勘探线剖面略图［8 ］ Fig． 2Geological section chart of No． 100 exploration line in the Jiangjunzhai tungsten ore area D2t跳马涧组石英砂岩; Z1震旦系下组浅变质砂岩; γ52 －1 燕山早期中粗粒斑状花岗岩; WQ黑钨石英脉; F平推断层。 3岩相学特征 将军寨钨矿区出露的花岗岩主要为中粗粒角 闪黑云母花岗岩和中细粒黑云母花岗岩， 其中以中 粗粒角闪黑云母花岗岩为主， 而中细粒黑云母花岗 岩则呈规模不大的岩株侵位于前者中。中粗粒角 闪黑云母花岗岩具有块状构造， 似斑状结构， 岩体 内具有轻微挤压碎裂现象， 主要由斜长石 30 ～ 35 、 钾长石 25 ～30 、 石英 30 、 黑云母 4 ～6 和角闪石 1 ～ 3 等矿物组成， 斜 长石普遍具有环带结构， 副矿物有磁铁矿、 榍石、 锆 石、 磷灰石等， 而中细粒黑云母花岗岩具花岗结构， 主要由石英 30 ～35 、 钾长石 30 ～35 、 斜长石 25 ～ 30 及黑云母 3 ～ 5 组成， 副矿物主要有磁铁矿、 锆石、 石榴石等。花岗细晶 岩呈脉状侵位于花岗岩体中， 浅灰色， 几乎不含暗 色矿物， 主要由石英、 钾长石及酸性斜长石组成， 局 部可见中粗粒角闪黑云母花岗岩的捕掳体。 572 第 3 期王永磊等 湘东南将军寨钨矿花岗岩地球化学特征及铼 － 锇同位素定年第 28 卷 ChaoXing 4岩石地球化学 4． 1常量元素分析 将军寨钨矿花岗岩体的常量元素分析结果列 于表 1。由表 1 可见， 中粗粒角闪黑云母花岗岩 SiO2含量总体上较黑云母花岗岩明显偏低。随着 岩浆的演化， 各单元 SiO2含量总体由低至高， 变化 范围为 68． 64 ～77． 30。除 K2O 和 Na2O 基本 稳定外， 随着 SiO2含量的增加， 其他主要氧化物 Al2O3、 Fe2O3、 MgO、 CaO、 FeO、 TiO2、 P2O5等均呈规 律性减少， 显示同源岩浆分异演化趋势。岩石富 碱、 富钾， K2O 含量 3． 74 ～ 5． 54; 全碱 ALK 含量， 即 K2O Na2O 为6． 78 ～8． 62， 其中 K2O 含量普遍高于 Na2O 含量， K2O 与 Na2O 含量比值 为 1． 22 ～ 1． 8; Al2O3含 量 中 等 10． 93 ～ 12． 08 。各岩石单元地球化学参数 A/CNK 在 0． 83 ～0． 89 A/CNK 为 Al2O3与 CaO Na2O K2O 的摩尔比值 ， 为准铝质。 4． 2微量元素和稀土元素分析 将军寨钨矿花岗岩体各岩石单元的微量元素 和稀土元素分析结果列于表 1。 表 1将军寨钨矿花岗岩常量、 微量元素和稀土元素分析① Table 1Analytical results of major，trace and rare earth elements in granites from the Jiangjunzhai tungsten deposit 样品 编号 岩性 wB/ SiO2TiO2Al2O3Fe2O3MgOMnOFeOCaONa2OK2OP2O5LOI 总计 930 －1角闪黑云68．640．6112．081．481．160．092．312．993．043．740．212．3798．73 930 －3母花岗岩71．580．4511．580．990．800．061．702．082．754．250．142．5798．95 930 －7黑云母73．980．1211．300．310．260．050．791．153．085．540．052．5799．20 930 －9花岗岩77．300．0510．930．300．170．030．331．273．534．290．031．3099．53 样品 编号 岩性 wB/ μgg －1 RbBaThUTiTaNbSrHfZr 930 －1角闪黑云294．00578．0029．9016．403907．004．1525．60186．006．03219．00 930 －3母花岗岩254．00453．0024．6015．802685．003．9720．20162．006．67222．00 930 －7黑云母511．00121．0025．2022．30769．003．5212．7065．504．75110．00 930 －9花岗岩482．00139．0026．6034．20444．003．5112．4052．803．6784．10 930 －6花岗细晶岩1002．00402．0013．4025．9079．0038．5026．0069．907．8882．20 样品 编号 岩性 wB/ μgg －1 LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYb 930 －1角闪黑云44．8087．2010．6037．107．471．286．631．066．221．213．660．553．74 930 －3母花岗岩32．1063．307．5224．605．051．074．260．694．150．842．670．423．04 930 －7黑云母14．8031．003．7912．502．480．471．930．321．910．401．380．241．87 930 －9花岗岩10．2022．302．809．171．890．321．530．251．600．351．210．211．75 930 －6花岗细晶岩13．9032．704．8819．107．870．677．801．9313．802．608．561．6011．80 样品 编号 岩性 wB/ μgg －1 LuYΣREELREEHREE LREE HREE LaN YbN δEu δCe 930 －1角闪黑云0．5838．90212．10188．4523．657．978．090．540．91 930 －3母花岗岩0．4826．00150．19133．6416．558．077．140．690．93 930 －7黑云母0．3215．0073．4165．048．377．775．350．630．95 930 －9花岗岩0．2912．0053．8746．687．1961．493．940．560．97 930 －6花岗细晶岩1．7393．00128．9479．1249．821．590．800．260．93 ① 样品分析由核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成， 常量元素用 X 射线荧光光谱法测定; 微量元素和稀土元素用高分辨等离子 体质谱法测定。LOI 为烧失量。 角闪黑云母花岗岩稀土元素总量 ΣREE 为 150． 19 ～ 212． 10 μg/g， LaN/YbN为 7． 14 ～ 8． 09， δEu 为 0． 54 ～0． 69， 而黑云母花岗岩稀土元素总量 为 53． 87 ～ 73． 41 μg/g， LaN/YbN在 3． 94 ～ 5． 35， δEu 为 0． 56 ～0． 63。在稀土元素的球粒陨石标准 化 ［9 ］配分曲线 见图 3 上， 二者配分曲线呈右倾 型， 轻稀土富集。Eu 负异常表明斜长石分离结晶 对岩浆分异演化起了一定的支配作用。花岗细晶 岩稀土元素总量为 128． 94 μg/g， LaN/YbN为 0． 80， δEu 为 0． 26， 其配分曲线近似于“海鸥” 型， 轻、 重 稀土的分馏程度较低， 具有明显的 “四分组” 效应。 在微量元素原始地幔标准化 ［10 ］比值蛛网图 见图 4 上， 角闪黑云花岗岩和黑云母花岗岩具有 一致的演化趋势， 富集 U、 Th、 Rb， 亏损 Ba、 Sr、 P、 Ti 等元素 ， “谷” 和 “峰” 区别较为明显， 具有壳源花岗 岩的特征， 其中 Ti 的亏损说明有钛铁矿或榍石的 结晶分异作用， P 的亏损说明有磷灰石的结晶分异 作用。花岗细晶岩的微量元素原始地幔标准化曲 线与前两者基本相似， 但明显富集 Ta， 亏损 Ti。 672 第 3 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2009 年 ChaoXing 图 3球粒陨石标准化的稀土配分模式 Fig． 3Chondrite normalized REE patterns 图 4原始地幔标准化的蛛网图 Fig． 4Primitive mantle normalized spider diagrams 5辉钼矿铼 －锇同位素测定 5． 1辉钼矿的成矿年龄 本次用于 Re － Os 同位素年龄测定的 4 件辉 钼矿样品选自石英脉型黑钨矿石， 辉钼矿多成鳞片 状集合体镶嵌在石英脉中。辉钼矿样品采用特质 工具直接从手标本上挑选， 并在实体显微镜下进行 进一步的检查与选纯， 送测辉钼矿样品质纯、 无污 染， 纯度达 98以上。 Re － Os 同位素分析由国家地质实验测试中心 Re － Os 同位素实验室完成， 采用 Carius 管封闭溶 样分解样品， Re 和 Os 的分离等化学处理过程及质 谱测试过程参见文献［ 11 － 13］ ， 测试仪器为 TJA X － Series电感耦合等离子体质谱仪 ICP － MS， 美 国 Thermo 公司 。 将军寨钨矿床 Re － Os 同位素测定结果见表 2。由表 2可见， 辉钼矿中 Re 的含量为 220． 9 ～ 655． 6 ng/g， 187Re 的含量为 138． 9 ～412 ng/g，187Os 的含量为 0． 3506 ～ 1． 1243 ng/g。Re － Os 模式年 龄在 151． 3 ～163． 6 Ma。采用 ISOPLOT 软件 ［14 ］对 所获得的数据进行等时线拟合， 4 件辉钼矿样品的 187Re －187Os 值构成一条等时线， 获得等时线年龄 为 169． 6 2． 7 Ma， 其加权平均方差 MSWD 为 0． 96 见图 5 。 表 2将军寨钨矿辉钼矿 Re － Os 同位素测定 Table 2Re- Os isotopic data of molybdenite from the Jiangjunzhai tungsten deposit 原始 样品 编号 wB/ ngg －1 Re 测定值 不确 定度 普Os 测定值 不确 定度 187Re 测定值 不确 定度 187Os 测定值 不确 定度 模式年龄 /Ma 测定值 不确 定度 K －1 220．92．60．0131 0．0009138．91．60．3506 0．0032 151．32．5 K －8 263．43．00．0031 0．0023165．61．90．4233 0．0040 153．32．6 H －2 340．72．90．0005 0．0022214．11．80．5702 0．0049 159．72．3 H －3 655．65．30．2426 0．00174123．31．1243 0．0088 163．62．3 图 5将军寨钨矿床辉钼矿 Re － Os 等时线年龄 Fig． 5Re- Os isochron age of molybdenite from the Jiangjunzhai tungsten deposit 5． 2矿床成矿来源 将军寨钨矿花岗岩体主要由中粗粒角闪黑云母 花岗岩和中细粒黑云母花岗岩组成， 尽管两者稀土元 素和微量元素含量变化较大， 但其元素标准化配分曲 线总体上表现一致， 暗示其来源的一致性， 可能为深 部同源岩浆演化的产物。随着岩浆的演化， 晚期的黑 云母花岗岩具有重稀土元素增加的趋势， 估计与流体 成分 如 F、 Cl 等含量不同 或副矿物不同有关。 花岗细晶岩明显富集 Ta， 亏损 Eu， 并且稀土元素 具有明显的四分组效应， 暗示其为花岗岩分异演化的 残余岩浆固结而成。许多研究表明， 经历高程度演化 形成的残余岩浆亏损 Eu， 而挥发分 H2O、 F、 Cl 和碱 金属 Na、 K 及稀有、 稀土成矿元素则得到高度富集， 固相线温度大大降低， 最终形成流体 －熔体共存的岩 浆 －热液过渡体系， 并产生强烈的流体 －熔体相互作 用， 从而导致稀土元素的四分组效应 ［ 15 －16 ］。 前人的研究认为， 辉钼矿中的 Re 含量可以示踪 成矿物质来源。一般而言， 从幔源、 壳幔混合到壳源， 辉钼矿 Re 含量呈数量级下降 ［ 17 ］， 但辉钼矿 Re 含量 对于成矿物质来源的示踪仅提供了一个线索， 而不是 必须的证据。相对而言， 南岭地区石英脉型黑钨矿中 辉钼矿 Re 含量普遍偏低， 经常为 ng/g 量级。杜安道 772 第 3 期王永磊等 湘东南将军寨钨矿花岗岩地球化学特征及铼 － 锇同位素定年第 28 卷 ChaoXing 等 ［ 18 ］认为钨矿床中辉钼矿的 Re 含量偏低， 这可能是 因为 Re 和 Mo 与共生的黑钨矿的矿物形成行为有显 著不同所致。将军寨钨矿的辉钼矿 Re 含量为220．9 ～655．6 ng/g， 远低于幔源和壳幔混合源岩浆矿床辉 钼矿 Re 含量， 而与上地壳源岩浆矿床相近， 说明将军 寨钨矿成矿物质来源可能以上地壳为主。 综合近年来发表的华南地区各类型矿床成矿年 龄数据， 毛景文等 ［ 19 ］认为华南金属矿床成矿作用主要 集中在150 ～170 Ma、 126 ～140 Ma 和80 ～110 Ma， 其 中150 ～170 Ma 是华南地区一个成矿的高峰期， 南岭 中部几个典型钨锡矿都是在这一时期形成的， 如芙蓉 锡矿、 柿竹园钨锡多金属矿、 瑶岗仙钨矿等。将军寨 钨矿的辉钼矿 Re － Os 等时线年龄为 169． 6 2． 7 Ma， 这显示将军寨钨矿与南岭地区其他钨锡矿床成矿 时间基本一致， 应是在同一成矿背景下形成的， 可能 与区域内中生代岩石圈减薄事件有关 ［ 19 －20 ］。 6结语 1 将军寨钨矿花岗岩体为一复式岩体， 其不 同单元花岗岩为深部同源岩浆演化的产物。由于 岩浆经历了高程度的演化， 并产生强烈的流体/熔 体相互作用， 从而导致晚期的花岗细晶岩的 Ta 元 素富集， 稀土元素具有明显的四分组效应。 2 辉钼矿中 Re 含量偏低， 表明将军寨钨矿 的成矿物质来源可能以上地壳为主。 3 将军寨钨矿的成矿年龄为 169． 6 2． 7 Ma， 形成于燕山早期， 为华南中生代大规模成矿作 用的产物。 致谢 本文野外工作得到了湖南汝城县鑫矿 矿业有限责任公司的大力支持， 在此表示感谢。同 时对审稿专家给予的建设性建议致以谢忱。 7参考文献 ［ 1］黄革非， 龚述清， 蒋希伟， 谭双喜， 黎传标， 刘东红． 湘南骑田岭锡矿成矿规律探讨［ J］ ． 地质通报， 2003， 22 6 245 －251． ［ 2］陈毓川， 裴荣富， 张宏良， 林新多， 白鸽， 李崇佑， 胡永 嘉， 刘后群， 冼柏琪． 南岭地区与中生代花岗岩类有 关的有色及稀有金属矿床地质［ M］ ． 北京 地质出版 社， 1989 1 －481． ［ 3］毛景文， 李红艳， 裴荣富． 湖南千里山花岗岩体的 Sr － Nd 同位素及岩石成因研究［J］ ． 矿床地质， 1995， 14 3 235 －242． ［ 4］刘义茂， 王昌烈， 胥友志， 卢焕章， 康卫清， 曾提． 柿竹 园超大型钨多金属矿床的成矿条件与成矿模式 ［ J］ ． 中国科学 D 辑， 1998， 28 S1 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