湖北省隨縣王家臺金多金屬礦石英Rb-Sr同位素定年及成因探討

朱 金， 周 豹， 秦志軍， 劉文文， 汪國虎， 張維峰， 徐大良

(1.湖北省地質調查院，湖北 武漢 430034; 2.湖北省地質勘查工程技術研究中心，湖北 武漢 430034；3.中國地質調查局 武漢地質調查中心，湖北 武漢 430205)

王家臺金多金屬礦區位于鄂北地區新城—黃陂斷裂帶南緣，該區域在中生代陸陸俯沖碰撞造山作用下，構造活動十分強烈，主要是以發育北西向、北東向和近南北向的斷裂構造為主。針對該礦區前人曾開展了成礦物質來源、地球化學特征、成礦規律等研究，但對于成礦時代研究尚未開展，而礦床的成礦時代研究對分析礦床的成因機制、成礦地質環境和區域金多金屬礦找礦方向等有著重要的意義。

由于僅靠區域上成巖年齡不能夠精確推斷出礦床的成礦時代，所以礦床全巖年齡的測定逐漸被單礦物的同位素年齡所取代。采用主成礦期石英Rb-Sr同位素測年的實例很多，陳好壽等[1]通過測定云開隆起金礦帶河臺、新洲金礦石英中流體包裹體Rb-Sr等時線年齡得出金礦的成礦作用主要集中于燕山中—晚期；侯明蘭等[2]系統研究蓬萊金成礦區中的黑嵐溝等多個金礦床的S、Pb、Rb-Sr同位素地球化學特征，表明蓬萊金礦區具有與玲瓏金礦區相近的成礦時代，兩者均為120 Ma左右，顯示出蓬萊金礦區具有大型—超大型金礦找礦前景；孫敬博等[3]通過對東天山紅石金礦主成礦期形成的金礦石進行石英流體包裹體Rb-Sr法測年，得出主成礦時代為(257±4) Ma，表明對于解決韌性剪切帶型金礦床成礦時代具有很好的效果；彭三國等[4]通過對隨州黑龍潭金礦石英進行Rb-Sr同位素測年，認為該金礦床形成于早白堊世中期；胡俊良等[5]通過對湘東北七寶山銅多金屬礦床含礦石英脈中的石英礦物進行Rb-Sr同位素測年，總結七寶山礦床成巖成礦年齡均在燕山期?？梢姴捎檬b-Sr同位素法來厘定礦床的成礦時代是比較理想的。

1 區域地質背景

王家臺金多金屬礦區大地構造位置處于華南板塊之南秦嶺—大別造山帶之武當—隨州陸內裂谷[6]。區域斷裂構造主要為北西向，王家臺礦區位于吳山斷裂與新城—黃陂斷裂兩大斷裂之間，燕山期受到南北兩大板塊碰撞以及地體拼合增生，發育一系列逆沖推覆構造、韌—脆性剪切帶及其分支剪切蝕變帶等[7]。王家臺礦區處于七尖峰雜巖體之三合店巖體東側外接觸帶，礦區東南緣毗鄰北西走向的黑龍潭—卸甲溝斷裂，次級斷裂、褶皺構造較為發育，變質作用強烈，且巖體活動為周緣眾多金、銀礦(化)點的形成提供熱源與動力，同時也為本區金多金屬成礦提供較好的成礦條件[8-9]。

2 礦區地質特征

2.1 礦區地質背景

礦區地層主要為武當巖群二段白云鈉長片巖、白云石英片巖、淺粒巖，耀嶺河組綠泥鈉長片巖、鈉長陽起片巖、黑云綠簾鈉長片巖，陡山沱組含磁鐵礦絹云石英片巖和少量的第四系沖積物(圖1)。礦區斷裂構造主要為北西—北北西向、北東—北東東向兩組，其中北東—北東東向斷裂與礦區金多金屬成礦作用關系密切。北東—北東東向斷裂的形成晚于北西—北北西向斷裂，該組斷裂傾向136°～167°，傾角32°～51°，斷裂延伸長約60～300 m，寬一般0.2～1.5 m，斷裂破碎帶內可見黑鎢礦化、黃鐵礦化石英脈和硅化、褐鐵礦化蝕變巖，在圍巖中發育不同程度的牽引褶皺、擠壓透鏡體，構成礦區重要的容礦構造。礦區巖漿巖為七尖峰雜巖體之三合店巖體，與圍巖陡山沱組一段呈侵入接觸關系，巖性主要為斑狀黑云二長花崗巖，斑晶主要為鉀長石、斜長石等。礦區內巖脈較發育，主要有石英脈、煌斑巖脈、變輝長輝綠巖脈等，其中與金多金屬礦化密切相關的是石英脈[5]。

圖1 王家臺礦區地質略圖

2.2 礦體產出特征

區內發現6條金銀鎢多金屬礦體，主礦體為Ⅲ、Ⅴ礦體。金銀鎢礦化產于北東—北東東向破碎蝕變帶中，礦石類型分為石英脈型、構造蝕變巖型，主要圍巖蝕變類型為黑鎢礦化、褐鐵礦化、硅化、絹云母化等，以沿斷裂充填并發生交代作用后形成的蝕變巖和含礦石英脈為主要賦存載體，圍巖白云鈉長片巖中節理裂隙較發育部位局部伴有不同程度黑鎢礦化、褐鐵礦化等蝕變。礦體特征見表1。

表1 王家臺礦區不同礦段各礦體特征表Table 1 Characteristics of ore bodies in different ore sections of Wangjiatai mining area

3 石英流體包裹體Rb-Sr定年

3.1 樣品采集

從王家臺金多金屬礦區中采集5件金銀鎢礦石樣品用于測試分析，樣品主要來自于王家臺礦區的Ⅲ、Ⅴ號金多金屬礦體，其中樣品WJT-1、WJT-2采自于Ⅲ號金多金屬礦體，樣品WJT-3、WJT-4、WJT-5采自于Ⅴ號金多金屬礦體，WJT-1為硅化、褐鐵礦化、黑鎢礦化蝕變巖夾黑鎢礦化石英透鏡體，WJT-2為黑鎢礦化、硅化蝕變巖，WJT-3和WJT-4均為褐鐵礦化、黑鎢礦化石英脈，WJT-5為黑鎢礦化石英脈，均為主成礦階段產物，礦石中石英呈脈狀、細脈狀、透鏡狀等形式出現，表面呈煙灰色，油脂光澤強烈，半自形—它形結構。礦石中見少量的黃鐵礦、方鉛礦等硫化物，主要伴有黑鎢礦化、強褐鐵礦化蝕變。

3.2 樣品測試方法

第一步用水將金銀鎢礦石樣品進行清洗，先放置風干，然后將樣品研磨粗碎，將干凈的石英單礦物在雙目鏡下挑選出來，注意其純度需超過99%；第二步用蒸餾水對石英單礦物進行多次沖洗，讓石英單礦物處于低溫狀態，待其蒸干后再進行測試。測試主要由武漢地質調查中心同位素地球化學實驗室(自然資源部中南礦產資源監督檢測中心)完成。主要的操作流程介紹如下(由樣品測試實驗室提供)：①用6 mol/L超純HCL對挑選出的石英單礦物進行加熱，然后清洗累計兩次，再用超純水將石英單礦物洗凈至中性，繼續放置烘干；②讓石英單礦物在烘箱內處于120～180 ℃溫度條件下進行爆裂反應，主要是為了將次生包裹體去除；③在超聲波清洗機內對處理后的石英單礦物用超純水進行多遍清洗，待其烤干后備用；④再將處理后的石英單礦物加入到混合稀釋劑里，使用氫氟酸和高氟酸對其進行分解全溶，結合離子交換法分離與純化Rb、Sr；⑤對樣品中的Rb、Sr含量與Sr同位素的比值通過同位素稀釋質譜法來進行分析測定。實驗分析過程均在超凈化實驗室開展，采用標準物質NSB-987、NSB-607和GBW04411逐一對分析流程的相關儀器工作狀態進行監控，NSB-987的87Sr/86Sr同位素組成測定的平均值與證書值0.710 24±0.000 26(2σ)在誤差范圍內一致，平均值為0.710 24±0.000 19(2σ)；NSB-607的87Sr/86Sr同位素組成測定的平均值與證書值1.200 39±0.000 20(2σ)在誤差范圍內一致，平均值為1.200 25±0.000 04(2σ)；GBW04411的87Sr/86Sr同位素組成測定的平均值與證書值0.759 99±0.000 20(2σ)在誤差范圍內一致，平均值為0.759 81±0.000 04(2σ)；全流程Rb、Sr空白值分別為0.9×10-9和1.6×10-9，等時線擬合計算采用Isoplot程序。

3.3 測定結果

王家臺金多金屬礦區的金銀鎢礦石中5件石英樣品Rb、Sr同位素測定結果見表2。石英中Rb的含量變化范圍為0.818 9×10-6～2.128×10-6，Sr的含量變化范圍為0.541 3×10-6～2.223×10-6，87Rb/86Sr變化范圍為2.091～7.905，87Sr/86Sr變化范圍為0.715 68～0.727 65。對石英樣品進行重復測試，測試結果顯示前后兩次測試結果吻合，也顯示出本次測試儀器的穩定性和測試方法的可靠性。采用Isoplot程序計算出5件石英樣品的等時線年齡為(142±3) Ma(MSWD=1.9，n=5)，(87Sr/86Sr)i=0.711 54±0.000 15(圖2)。

表2 王家臺金多金屬礦區石英Rb-Sr年齡同位素分析結果Table 2 Rb-Sr age isotopic analysis of quartz inWangjiatai gold polymetallic deposit

圖2 王家臺金多金屬礦區石英Rb-Sr等時線圖Fig.2 Rb-Sr isochron diagram of quartz in Wangjiatai goldpolymetallic deposit

4 討論

4.1 成礦時代分析

由于前人在王家臺礦區未開展過石英Rb-Sr同位素測年工作，結合前人對鄰區黑龍潭金礦床中蝕變巖型礦石絹云母K-Ar同位素測年分析和主成礦期的石英包裹體進行Rb-Sr同位素測年分析，得出成礦年齡為130～143.14 Ma，大致屬于燕山中晚期；結合區域上合河金礦、卸甲溝金礦的主成礦期礦石絹云母K-Ar同位素測年，得出成礦年齡為132.79～128.24 Ma，相當于燕山中晚期。以上均代表了具有相同成礦背景的區域蝕變巖型礦石的成礦年齡。因此不管用作為金的載體礦物——石英，還是用作為區域礦化蝕變礦物——絹云母，兩種不同測年方法的結果均較為吻合。綜上所述王家臺金多金屬礦床成礦時代應為早白堊世早期(燕山中晚期)，至少代表王家臺礦區該類型礦石屬于這一時期成礦。

4.2 成礦物質討論

結合前人對鄰區典型金礦床的成礦物質來源的認識，李書濤等[10]認為黑龍潭—封江金礦田主要受區內花崗巖漿熱源、變質地層和脆—韌性剪切帶三種因素聯合控制；胡起生等[11]認為黑龍潭金礦區的破碎蝕變巖型礦體、石英脈型礦體，它們的流體包裹體均一溫度均顯示出由淺部到深部溫度從低變高的趨勢，進一步指示含礦熱液的運移方向從深部向淺部運移，而對成因類型是石英脈型礦體而言，其均一溫度從西至東呈現逐漸降低的趨勢，間接表明黑龍潭金礦的成礦流體來源主要來自巖漿熱液，運移方向是由西至東運移；冷雙梁等[12]通過對黑龍潭金礦、合河金礦、王家大山金礦和吳山金礦等典型礦床中的礦體及圍巖的巖礦石微量元素分析對比研究，認為成礦物質來源主要來自于圍巖地層和七尖峰雜巖體，加里東期北西向韌性剪切帶與基性火山噴發為成礦作用奠定了良好基礎，印支期的陸內造山運動以及伸展走滑構造體系是礦床的主成礦階段，燕山期的七尖峰雜巖體活動不僅提供了熱源，同時也提供了部分成礦物質；彭三國等[4]結合黑龍潭金礦區各類巖礦石金豐度變化、硫鉛氫氧等同位素組成，得出黑龍潭金礦床成因主要與燕山期巖漿活動、構造運動緊密相關，巖體活動為金礦成礦提供了充足的熱源與動力；周豹等[13]通過對王家臺礦區黑鎢礦化石英脈的氫氧同位素測試研究，分析認為成礦流體來源于巖漿水，后期可能伴有少量大氣降水加入。

分析礦區成巖成礦物質來源的重要指標之一是鍶同位素的初始比值[8]。本次實驗87Sr/86Sr的初始比值為0.711 54±0.000 15，該值高于地幔87Sr/86Sr的初始值0.707，小于陸源硅酸鹽87Sr/86Sr的初始值0.720，表明王家臺礦區的成礦物質來源于殼?；旌显磪^。

4.3 成因類型分析

考慮到王家臺金多金屬礦區中金、銀、鎢礦共生，而鎢礦化主要發生在高溫環境中，初步分析王家臺礦區成礦作用主要分為兩期：第一階段為燕山期巖體侵位過程中，高溫成礦元素鎢在巖漿熱液中聚集，然后逐漸分離出來向巖漿期后熱液富集遷移，后期由于溫度和壓力等物化環境發生變化，從成礦熱液中溢出大量CO2、CH4等氣體揮發分，此時成礦熱液pH值逐漸升高，使得鎢絡合物的穩定性逐漸降低直至鎢礦物結晶析出；第二階段當溫度降低至中低溫時，受到區域上北西向韌性剪切作用，原始的含礦建造——新元古代變質地層在成礦熱液的長期作用下，變質地層中的金銀等成礦物質不斷被萃取，成礦熱液沿著后期構造通道不斷遷移，在溫度、壓力、pH、Eh值等物化環境條件發生變化時，熱液中的金銀等成礦物質繼續富集沉淀直至最終成礦[14-15]。

結合相關研究分析認為王家臺礦床為與燕山期巖漿熱液、構造活動相關的石英脈型、蝕變巖型金多金屬礦。

5 結論

(1) 王家臺金多金屬礦石英流體包裹體Rb-Sr等時線年齡為(142±3) Ma，成礦時代為早白堊世早期(燕山中晚期)，與前人在鄰區典型金礦床得到的主成礦期年齡大致吻合，表明主成礦期與鄰區是一致的，也說明金銀鎢礦石石英流體包裹體Rb-Sr測年對于厘定石英脈型、蝕變巖型金多金屬礦床的成礦時代是可行的。結合石英87Sr/86Sr的初始比值為0.711 54±0.000 15，表明成礦物質來源于殼?；旌显磪^。

(2) 通過開展綜合研究認為王家臺金多金屬礦為與燕山期巖漿熱液、構造活動相關的石英脈型、蝕變巖型金多金屬礦。