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2016 年 9 月 September 2016 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol. 35,No. 5 542 ~549 收稿日期 2016 -07 -29; 修回日期2016 -08 -30; 接受日期 2016 -09 -28 基金项目 贵州省地勘基金; 贵州大学地质学一级学科博士点和贵州省社会发展攻关项目 黔科合字[ 2013] 3080 号 作者简介 顾尚义, 教授, 从事地球化学教学与研究。E - mail gushangyi126. com。 顾尚义,杜定全,付勇, 等. 江南造山带西南缘石英脉型金矿中毒砂 Re - Os 同位素定年研究[J] . 岩矿测试, 2016, 35 5 542 -549. GU Shang- yi,DU Ding- quan,FU Yong,et al. Re- Os Isotopic Dating of Arsenopyrite from Auriferous Quartz Vein- type Gold Deposits in the Southwestern Margin of Jiangnan Orogen[ J] . Rock and Mineral Analysis, 2016, 35 5 542 -549.【DOI 10. 15898/j. cnki. 11 -2131/td. 2016. 05. 013】 江南造山带西南缘石英脉型金矿中毒砂 Re - Os 同位素定年研究 顾尚义1,杜定全1,付勇1,孙士军2,李超3 1. 贵州大学资源与环境工程学院,贵州 贵阳 550025;2. 贵州理工学院,贵州 贵阳 550003; 3. 国家地质实验测试中心,北京 100037 摘要 江南造山带西南缘的贵州东南部地区石英脉型金矿产于低绿片岩相的板溪群浅变质岩中, 具有典型 的造山型金矿特征。与江南造山带其他造山型金矿一样, 其成矿时代具有较大的争议, 金矿的形成与造山运 动的关系还不清楚, 制约了对本区金矿成矿作用的深入研究。本文采集了平秋和八克两个石英脉型金矿中 与金成矿作用密切相关的含金石英脉中毒砂样品进行高精度的 Re - Os 同位素分析, 分别得到 235 3. 4 Ma 和 410 52 Ma 两个 Re - Os 同位素等时线年龄, 八克金矿毒砂样品的年龄误差较大的原因是毒砂中 Re 含 量较低所致, 但其中低含量高射性样品计算得到的 Re - Os 同位素模式年龄仍然与其等时线年龄一致。两 个矿床的毒砂 Re - Os 同位素年龄揭示了江南造山带石英脉型金矿与加里东期和印支期两次陆内造山运动 有关, 是华南显生宙陆内造山运动的产物。 关键词 江南造山带; 金矿; 毒砂; Re - Os 同位素; 加里东期; 印支期 中图分类号 P578. 11; P578. 292; P597. 3文献标识码 A 位于扬子陆块与华夏陆块拼合部位的江南造山 带经历了晋宁期、 加里东期、 印支期、 燕山期和喜山 期等多期构造运动, 导致对该地区石英脉型金矿成 矿时代也有不同的认识, 不同定年方法获得的成矿 年龄从晋宁期到喜山期均有分布 [1 -2 ]。造成这些定 年结果巨大差异的原因主要有以下三个方面 一是 使用的同位素定年方法不合理, 如使用方铅矿的铅 同位素模式年龄来代表金的成矿年龄; 二是定年矿 物与金可能不是同期形成, 如使用氩 - 氩法定年的 白云母; 三是定年结果有多解性, 如石英流体包裹体 Rb - Sr 法定年。 相比容易受到后期构造热事件扰动的云母 Ar - Ar法定年和石英流体包裹体 Rb - Sr 或 Ar - Ar 法定年而言, 与金矿成矿密切相关的硫化物同位素 定年具有良好的潜力。Re 具有亲硫性, 因此金成矿 过程中形成的硫化物中会含有一定量的 Re。相对 而言, Re 衰变产生的 Os 亲硫性不如 Re, 导致硫化 物结晶时初始 Os 的含量较低, 因此硫化物的 Re - Os 同位素系统非常适用于硫化物矿物形成年龄的 测定。其中辉钼矿由于其 Re 含量高, 成为硫化物 Re - Os 法定年的理想矿物 [3 -8 ]。但辉钼矿在石英 脉型金矿中并不常见, 从而限制了辉钼矿 Re - Os 法定年的应用。幸运的是, 近年来随着分析方法的 不断改进和高精度、 高灵敏度设备的使用, 使得利用 Re、 Os 含量低的毒砂、 黄铁矿、 黄铜矿等硫化物进行 成矿年龄分析已经成为可能 [9 -17 ]。 毒砂是石英脉型金矿中普遍产出的矿物, 其与 金的成矿作用关系非常密切, 利用毒砂 Re - Os 同 位素确定金矿年龄相比之前利用脉石矿物定年具有 独特的优势。Stein 等 [16 ]首先利用低含量高放射性 LLHR 硫化物对金矿进行了 Re - Os 同位素定年, 其后不同学者进行了较多的金矿毒砂等硫化物 245 ChaoXing Re - Os同位素定年研究 [18 -21 ], 定年结果与地质背 景吻合, 显示了该定年方法的巨大潜力。然而, 到目 前为止, 只有王加昇等 [2 ]对江南造山带石英脉型金 矿硫化物 Re - Os 同位素定年做过工作, 制约了本 区金矿成矿年代的深入研究。 本课题组在对贵州省东南部石英脉型金矿地质 特征进行研究的基础上, 选取两个典型的石英脉型 金矿 贵州东南部的锦屏平秋金矿与八克金矿 中 与金矿成矿关系密切的毒砂样品进行高精度的 Re - Os同位素分析, 得到了江南造山带西南缘石英 脉型金矿的加里东期和印支期两期成矿时代, 对本 区金矿的成矿作用研究具有重要意义。 1地质背景 1. 1区域地质背景 研究区位于江南造山带西南缘, 石英脉型金矿 赋矿岩层为新元古代下江群亚绿片岩相的浅变质岩 图 1 。区内下江群从下到上共分为甲路组、 乌叶 组、 番召组、 清水江组、 平略组和隆里组, 最大厚度超 过 10000 m, 根据锆石 U - Pb 法限定的沉积时代大 约为748 ~818 Ma[22 ]。石英脉型金矿分布主要受加 里东期形成的北东向背斜的控制, 根据产状可以将 含金石英脉分为三种类型 褶皱相关的石英脉、 断层 相关的石英脉以及褶皱和断层共同控制的石英脉。 其中褶皱相关的石英脉平行于地层产出, 分布于背 斜的转折端附近; 断层相关的石英脉受切层断层控 制, 石英脉与地层产状相切; 褶皱和断层共同控制的 石英脉受褶皱和断层的共同控制, 俗称“背斜加一 刀” , 经常形成人们所称的“富金包” 。各矿床矿体 中矿物组合相似, 即以石英为主, 含少量的黄铁矿、 毒砂、 方铅矿、 闪锌矿、 方解石、 绢云母、 绿泥石等。 金赋存在石英脉中或紧邻脉体的蚀变围岩中, 金与 硫化物关系密切。蚀变作用仅限于脉体周围很窄的 距离 一般不超过 1 m 。金矿的成矿流体盐度均较 低 < 10wt NaCleq , 成 矿 温 度 集 中 在 150 ~ 350℃[23 ]。区内石英脉型金与蚀变岩型金矿一样, 都属于造山型金矿 [24 ]。 1. 2矿床地质特征 平秋金矿受北东向的平秋背斜和两条逆断层 F1 和F 2的控制, 赋矿层位为青白口系番召组第二段的 绢云母板岩、 板岩、 粉砂质板岩及变余砂岩。矿体有 两种产状 一是呈脉状产于层间滑脱构造带中的石英 脉型金矿; 其二是产于断层破碎带中的蚀变岩型金 矿。石英脉体与围岩界限清楚, 围岩蚀变宽度一般不 超过1 m。石英脉厚度为几十厘米, 金品位在 0. 6 10 -6 ~96 10 -6之间[ 23 ]。含金石英脉内常见围岩形 成的条带和岩块。金属矿物主要有自然金、 毒砂、 黄铁矿、 闪锌矿、 方铅矿等; 非金属矿物有石英, 少量 方解石、 绿泥石和绢云母。金主要以自然金的形式产 于石英脉中。围岩蚀变有硅化、 黄铁矿化、 绢云母化、 闪锌矿化、 方铅矿化、 毒砂化等, 其中硅化、 黄铁矿化、 闪锌矿化、 方铅矿化和毒砂化与金成矿关系密切。 八克金矿受轴向北东的八克背斜及轴部的纵断 层控制, 赋矿层位为清水江组第二段灰、 灰绿色薄 - 中厚层变余凝灰岩、 凝灰质板岩、 变余砂岩及变余沉 凝灰岩。石英脉多在褶皱转折端顺层产出, 在断层 切穿轴部 俗称 “背斜加一刀” 附近有膨大现象, 这 些部位也是金品位较高处 俗称“富金包” 。含金 石英脉一般厚 20 ~ 40 cm, 多达 20 余条, 品位在 1 10 -6之上, 富金包部位品位可达 2 ~ 3[23 ]。 石英脉中金属矿物主要为自然金、 毒砂、 黄铁矿、 闪 锌矿、 方铅矿, 极少量的黄铜矿、 斑铜矿等; 非金属矿 物主要有石英, 少量铁白云石和绢云母。金以自然 金的形式主要产于石英脉中, 少量产于毒砂、 闪锌矿 及方铅矿中。围岩蚀变以毒砂化、 硅化、 黄铁矿和绢 云母化较强烈, 除绢云母化外均与金成矿关系密切。 平秋和八克金矿中的毒砂均有两种产状 一是 位于蚀变围岩中, 自形程度极高的粗粒毒砂; 二是位 于石英脉内呈他形粒状的较细粒者。后者与金形成 时间一致, 而前者则在金形成之后形成。 2样品采集与 Re -Os 分析方法 在野外详细研究的基础上, 对平秋和金矿两个典 型石英脉型金矿采集了毒砂样品。其中平秋金矿的 毒砂样品采自接近平秋背斜转折端的石英脉中, 毒砂 与少量黄铁矿、 方铅矿和闪锌矿呈带状分布于石英脉 内, 与石英脉体平行。毒砂与金成矿关系密切, 毒砂 中金的含量为6.65 10 -6 ~7. 26 10 -6 [ 25 ]。八克金 矿中的毒砂样品采于八克背斜南东翼的 M4 脉体内, 毒砂与方铅矿、 闪锌矿和黄铁矿呈条带状分布于石英 脉体内靠脉体底板处 图 2 。M4 是八克金矿含金性 最好的石英脉, 已发现的富金包有 9 个, 毒砂中金的 含量最高达1568 10 -6[ 26 ]。 将野外采集的毒砂样品带到室内进行破碎后, 过 60 目筛, 然后在双目镜下挑选出纯净的毒砂样品 样品纯度高于 95 , 挑选出的毒砂样品送国家地 质实验测试中心 Re - Os 同位素实验室完成 Re - Os 含量及同位素测试。分析仪器为 Element 2 高分辨 345 第 5 期顾尚义, 等 江南造山带西南缘石英脉型金矿中毒砂 Re - Os 同位素定年研究第 35 卷 ChaoXing 图 1黔东南平秋与八克金矿地质简图 据文献[ 24] 修改 Fig. 1Simplified geological map of Pingqiu gold deposit and Bake gold deposit in Southeastern Guizhou Province Modified from Reference[ 24] 电感耦合等离子体质谱仪 美国 ThermoFisher 公 司 。Re - Os 同位素分析的原理和分析方法详见屈 文俊等 [27 -28 ]。 3结果与讨论 3. 1毒砂的 Re -Os 同位素分析结果 图 2 a 平秋金矿条带状石英脉 毒砂与其他硫化物在石英脉内呈条带状产出, 记号笔长度 16 cm ; b 八克金矿 M4 号含 金石英脉 毒砂分布于石英脉体靠近围岩一侧, 地质锤长度 28 cm Fig. 2 a Laminated gold- bearing quartz in Pingqiu gold deposit arsenopyrite and other sulfide minerals occurred in laminated vein,length of marker pen is 16 cm ; b M4 Gold- bearing quartz vein in Bake gold deposit arsenopyrite occurred in the bottom of quartz vein near host rock,length of hammer is 28 cm 平秋与八克金毒砂 Re - Os 同位素分析结果如 表 1 所示。从表 1 中可见, 平秋金矿的 Re 值为 1. 292 ~ 14. 50 ng/g, 普 Os 值为 0. 0024 ~ 0. 0044 ng/g, 187Os 值为 0. 0056 ~0. 0378 ng/g; 样品中的放 射性 Os 含量总体高于普通 Os, 除一个样品 PQ - 5 外, 其余样品的187Re/ 188Os 值均高于 5000, 符合 Stein 等 [16 ]的低含量高放射性 LLHR 硫化物的标 准, 即毒砂结晶时的普通 Os 可以忽略不计, 单样品 计算得到的187Re/ 187Os 模式年龄可以代表毒砂形成 的年龄, 进而反映金的成矿年龄。八克金矿的Re 值 为 0. 4268 ~ 1. 4691 ng/g, 普 Os 值为 0. 0005 ~ 0. 0070 ng/g, 187Os 值为 0. 0021 ~0. 0066 ng/g, 毒砂 的187Re/ 188Os 值在 562 ~ 13611 之间, 普通 Os 含量 相对较高, 反映毒砂形成时初始 Os 含量较高。 分别将两组样品的测试结果用 Ludwig[29 ]的 ISOPLOT 软件制作187Re/ 188 Os - 187 Os/188Os 等时线 年龄图解 图 3 。可以看出, 平秋金矿 5 个分析毒 砂样品的 Re - Os 同位素形成一条非常好的等值线 图 3a , 加权平均方差 MSWD 较小, 为 0. 83。而 八克金矿 5 个样品的年龄等值线拟合度较差 图 3b , MSWD 较高, 达到 15。将八克金矿除 BK - 5 外的四个点重新拟合后得到的等值线见图 3b 中的 镶图, 拟合效果较好, MSWD 为 1. 00。 445 第 5 期 岩矿测试 http ∥www. ykcs. ac. cn 2016 年 ChaoXing 表 1平秋金矿与八克金矿毒砂 Re - Os 同位素测试结果 Table 1Re- Os isotopic data for arsenopyrite from Pingqiu and Bake gold deposits in Southeastern Guizhou Province 样品编号 Re 含量 ng/g普 Os 含量 ng/g 187Os 含量 ng/g187Re/188Os187Os/188Os 测定值不确定度测定值不确定度测定值不确定度测定值不确定度测定值不确定度 PQ -110. 650. 110. 00240.00010.02820.00022147656290.332.11 PQ -23.9060.0320. 00250.00010.01140.0001753439035.071. 80 PQ -314. 500. 130. 00440.00010.03780.00031609238066.811.42 PQ -411. 940. 100. 00410.00000.03180.00031415218359.940.47 PQ -51.2920.0120. 00420.00010.00560.000114712710.220.19 BK -11. 46910.0120. 00250.00010.00630.00028166319.360.43 BK -21. 10720.0100. 00480.00020.00480.0001108437.6690.291 BK -30. 81000.0060. 00700.00010.00480.000562.110. 45.2500.082 BK -40. 42680.0030. 00290.00000.00210.000708.111. 45.4440.301 BK -51. 45910.0120. 00050.00000.00660.0001361190797.806.51 注 表中的代号 PQ 代表平秋金矿, BK 代表八克金矿。 图 3黔东南平秋金矿 a 和八克金矿 b 毒砂 Re - Os 等时线图解 Fig. 3Re- Os isochron plots based on analyses of arsenopyrite from aPingqiu gold deposit and bBake gold deposit in Southeastern Guizhou Province 3. 2毒砂 Re - Os 同位素等时线年龄结果的 合理性分析 3. 2. 1毒砂 Re -Os 同位素等时线年龄结果 平 秋金矿的等时线年龄为235 3. 4Ma, 初 始187Os/ 188Os 4. 45 0. 25, MSWD 0. 83; 八克金 矿等时线年龄为 410 52 Ma, 初始187Os/ 188Os 0. 6 1. 6, MSWD 15。平秋金矿毒砂样品中由于 Re 含量相对较高, 相应地放射性 Os 相对普通 Os 的比 例也高, 因此计算得到的等时线年龄误差值较小。 同时, 根据四个低含量高放射性样品计算得到的 187Re/187Os 模式年龄值在 214 ~ 254 Ma 之间, 平均 值为 244 Ma, 与等时线年龄 235 Ma 接近, 说明平 秋金矿的等时线年龄 235 Ma 是准确的。而八克金 矿毒砂样品由于普通 Os 含量较高, 计算得到的等时 线年龄误差较大, 达到 52 Ma, 可能反映了毒砂结晶 时由于流体混合作用或溶解重结晶作用导致的初始 Os 同位素没有达到均匀 [19 ], 也可能是这些样品不 是同期形成的。为检验 410 Ma 年龄的可靠性, 将唯 一一个 187Re/188 Os 值高于 5000 的样品 BK - 5, 187Re/188Os 13611 进行187Re/187Os 模式年龄计算, 结果为 429. 7 Ma, 与等时线年龄结果相近。由于放 射性 Re 含量高的毒砂样品结晶时结合的普通 Os 含量可以忽略不计, 因而与辉钼矿样品 Re - Os 同 位素组成类似 [3, 5 -6 ], 计算得到的模式年龄可以代表 金矿的成矿年龄。而将 BK - 5 样品之外的四个样 品 Re - Os 同位素重新投点拟合后得到的年龄为 264 35 Ma, 与根据 BK -5 样品计算得到的模式年 龄相差很大。这四个点得到的等时线年龄的可靠性 还有待于进一步研究。 3. 2. 2与前人结果的差异及解释 值得注意的是, 本研究结果与王加昇等 [2 ]对同 一地区研究结果不一致。王加昇等 [2 ]对平秋金矿 同样采用毒砂 Re - Os 同位素分析得到的年龄为 400 24 Ma。分析实验室、 分析人员及分析方法均 相同, 因此排除了分析误差的可能性。另外, 由于黔 东南地区金矿的成矿温度在150 ~350℃[23 ]之间, 而 545 第 5 期顾尚义, 等 江南造山带西南缘石英脉型金矿中毒砂 Re - Os 同位素定年研究第 35 卷 ChaoXing 毒砂的 Re - Os 同位素封闭温度达 400℃[14 ], 因此 毒砂 Re - Os 同位素体系的封闭性好。造成结果不 一致的原因可能是本次研究所采集的毒砂样品与王 加昇等 [2 ]所采集的样品是不同成矿期的产物。但 仔细分析王加昇等 [2 ]的样品可以看出, 其分析的毒 砂样品的 Re 含量为 0. 223 ~ 2. 571 ng/g, 这些样品 中 Re 含量多低于 1 ng/g, 普通 Os 含量为 0. 0010 ~ 0. 0053 ng/g, 相应的187Os 含量在 0. 0012 ~ 0. 0118 ng/g 之间, 即普通 Os 所占比例很高, 导致他们分析 的 5 个样品的187Re/ 188Os 值在 634 ~ 2355 之间, 说 明毒砂样品结晶时普通 Os 含量相对较高, 很可能是 初始 Os 同位素并未达到均匀, 导致年龄结果的精密 度差 [13 ]。而另一个金矿 金井金矿 的 Re - Os 同 位素等时线年龄结果为 174 15 Ma, 相当于燕山 期。通过对王加昇等 [2 ]分析结果中187Re/188Os 值高 于 5000 的两个样品 JJ - 3 - 6 和 JJ - 3 - 9 进行 187Re/187Os 模式年龄计算, 结果分别为 242. 6 Ma 和 231. 3 Ma, 与前面本文作者对平秋金矿的等时线年 龄计算结果 235 Ma 是一致的, 进一步说明了 235 Ma 成矿年龄的可靠性。 3. 2. 3两期成矿年龄的可能原因 从平秋金矿和八克金矿所采集的毒砂样品的产 出特征来看, 八克金矿中的毒砂及少量其他硫化物 分布于块状石英脉体中靠近底板围岩一侧, 是金矿 成矿作用早期的产物。而平秋金矿中的毒砂则与其 他硫化物呈条带状分布于石英脉内, 是先期石英形 成后断层阀效应的产物, 成矿作用要晚于块状石英 脉。但由于八克金矿和平秋金矿毒砂 Re - Os 同位 素年龄分别代表的加里东运动 或广西运动 和印 支运动在研究区内及附近较弱, 都表现为区域性的 平行不整合, 而且印支运动与前期的加里东运动具 有继承性的特点 [30 ], 因此含金硫化物条带状石英脉 中的金究竟是加里东期还是后期构造作用形成的, 无法从野外地质观察直接推断出来, 这也显示了同 位素地质年代学进行这类矿床成矿时代研究的独特 价值。 3. 3Re -Os 同位素年龄反映的成矿构造背景 据张国伟等 [30 ]的研究, 江南造山带从新元古代 以来发生了三次造山运动。第一次为以梵净山群与 上伏板溪群之间的角度不整合为代表的晋宁Ⅱ期造 山运动, 形成的时间主要在 820 ~850 Ma 之间。而 板溪群的锆石 U - Pb 法年龄测量结果为 748 ~ 818 Ma 之间 [22 ], 因此无论是依据基本地质事实判断还 是从同位素绝对年龄分析结果来看, 包括研究区在 内的江南造山带造山型金矿的成矿不可能是在晋宁 期形成的。 显生宙以来, 包括江南造山带在内的华南大陆 经历了两次显著的陆内造山运动 一次为加里东造 山运动, 另一次为印支造山运动。其中加里东造山 运动形成的过铝质花岗岩的锆石 U - Pb 年龄集中 在 420 ~442 Ma 之间, 同构造期云母 Ar - Ar 法年龄 和锆石 U - Pb 变质年龄集中在 419 ~456 Ma 之间; 而印支期形成的过铝质花岗岩的锆石 U - Pb 年龄 集中在 220 ~239 Ma 之间, 同构造期云母 Ar - Ar 法 年龄和锆石 U - Pb 变质年龄集中在 208 ~ 239 Ma 之间 [30 ]。由于研究区的褶皱等主体构造形成于加 里东期, 本次研究的八克金矿毒砂 Re - Os 同位素 年龄 410 Ma 与加里东期陆内造山运动的时间也 是一致的, 因此, 研究区的两个石英脉型金矿是加里 东期形成的。 有关江南造山带金矿加里东期成矿作用, 前人对 此作了深入、 细致的讨论, 一致的观点认为加里东期 是江南造山带甚至华南地区的一次重要成矿期 [ 2, 24 ]。 华南印支期陆内造山运动在江南造山带东部表现为 晚三叠世之前的地层与晚三叠世及之后的地层呈明 显的角度不整合, 而在包括研究区在内的广大贵州地 区则变形较弱, 表现为上述两套地层之间呈平行不整 合产出 [ 31 ]。平秋金矿毒砂的 Re - Os 同位素年龄结 果 235 Ma 与张国伟等 [ 30 ]得到的印支期华南陆内造 山运动年龄 208 ~239 Ma 完全吻合, 李华芹等 [ 32 ]对 湖南铲子坪和大坪金矿采用石英流体包裹体 Rb - Sr 法定年结果得到的年龄分别为 205. 6 Ma 和 204. 8 Ma。这些同位素定年结果为印支期是江南造山带一 次重要的金矿成矿期提供了同位素年龄方面的证据。 因此, 印支期和加里东期可能是江南造山带石英脉型 金矿形成的两个主要时期。 4结论 江南造山带西南缘贵州黔东南地区石英脉型金 矿的毒砂 Re - Os 同位素年代学研究表明, 区内存 在加里东期 410 Ma 和印支期 235 Ma 两期成矿 年龄。两期成矿年龄分别对应于显生宙华南加里东 期和印支期两次陆内造山运动的时间, 揭示了江南 造山带西南缘贵州黔东南地区石英脉型金矿是华南 显生宙陆内造山运动的产物。 基于本研究中八克金矿定年的误差较大, 研究 区金矿的加里东期成矿年龄还需要更多的成矿年龄 限定。 645 第 5 期 岩矿测试 http ∥www. ykcs. ac. cn 2016 年 ChaoXing 5参考文献 [ 1]毛景文, 李红艳. 江南古陆某些金矿床成因讨论[J] . 地球化学, 1997, 26 5 71 -81. 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