粵東鐵坑坳鐵錫多金屬礦床鋯石及錫石U-Pb 年代學、Nd-Hf 同位素特征及其意義

張志濤，柯昌輝，徐林剛，馬收先，陳懋弘，葉會壽，潘玉峰

（1 中國地質科學院礦產資源研究所自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京 100037；2 中國地質大學（北京）地球科學與資源學院，北京 100083；3 廣西壯族自治區二七三地質隊，廣西貴港 537100）

華南是世界上最重要的鎢錫成礦省之一（蔣少涌等，2006；毛景文等，2007；2009；舒良樹，2012；李獻華等，2012；華仁民等，2013），其內發育數十個大型-超大型與燕山期花崗巖類有關的鎢錫多金屬礦床?？虏x（2021）根據區內已經發表的大量鋯石UPb年齡，結合區域地質特征，將中國東南沿海燕山期陸緣巖漿作用劃分為4 個期次：早侏羅世（184～194 Ma）、中晚侏羅世（153～176 Ma）、晚侏羅世—早白堊世（124～153 Ma）和中晚白堊世（80～122 Ma）。其中的華南錫成礦作用主要發生在晚白堊世，形成了個舊、都龍、大廠、錫山和鸚鵡嶺等一系列超大型錫礦床（Zhang et al.，2017），它們構成一條東西向分布的錫成礦帶，有學者認為其成礦過程可能與新特提斯洋俯沖板塊后撤的地球動力學背景有關（Sun，2016；Zhang et al.，2017；2018；孫衛東等，2018），最終導致了花崗巖的形成和相關的錫礦化事件。

蓮花山斷裂帶在東南沿海NE 向麗水-海豐大斷裂帶的西南段，主要由2 條約50 km 寬、近平行的斷裂束及夾持于其間的一系列疏密相同、略作等距式“多”字型展布的斷裂構造帶、復式褶皺帶、巖漿帶和斷裂變質帶組成（邱元禧等，1991）。該帶內發育多個鎢錫多金屬礦床，如金坑、陶錫湖、高山寨、仙水瀝、江西坑、梅隴和吉水門等礦床（王曉虎等，2020），其成礦時代主要集中在135～145 Ma，與早白堊世高分異I型或A型花崗質巖石有關（劉鵬，2018）。前人對蓮花山斷裂帶中的鎢錫多金屬礦床及與其相關的花崗質巖石進行了礦床地質特征、同位素年代學、元素地球化學及其穩定同位素地球化學等方面的研究（梁敦杰等，1988；何雙梅等，1990；黃玉昆等，1990；李建超等，1990；李坤英等，1990；周立功，1991；邱元禧等，1991；謝芳忠，1993；徐曉春，1993；鄒和平等，2000；趙希林等，2008；劉鵬等，2015a；2015b；王小雨，2015；王小雨等，2016；陳敘濤，2017；汪禮明等，2018；范飛鵬等，2018），取得了諸多重要的研究成果，這為進一步深入開展成巖成礦作用研究提供了重要基礎。鐵坑坳鐵錫多金屬礦床位于蓮花山深大斷裂帶西部，是一個以鐵為主，伴生錫的小型富礦床，截至目前，累計查明鐵礦石量140 萬噸，平均品位高達46.9%；錫金屬量700噸，平均品位0.2%；并伴生有少量的鉛鋅礦。在鐵坑坳礦區，與鐵礦體空間上密切產出的巖漿巖有粗粒二長花崗巖和花崗閃長斑巖，均發育一定程度的蝕變和礦化。前人對該礦床還未開展過系統研究，尤其是對于該礦區的成巖成礦時代尚不明確，并且成礦與哪一種巖體具有成因聯系也不清楚。本文在詳細的礦床地質特征研究基礎上，選擇與鐵錫多金屬礦體相關的花崗巖類的鋯石和塊狀礦石中的錫石，開展LA-ICP-MS U-Pb定年和Nd-Hf 同位素研究，為精確厘定成巖成礦時代和查明礦床成因提供重要的年代學和地球化學依據，同時為總結東南沿海地區成巖成礦規律提供新的資料，并為區域找礦提供參考。

1 區域成礦地質背景

鐵坑坳鐵錫多金屬礦區位于大東-貴東-九蓮山東西向構造帶與北東向蓮花山構造帶及粵東沿海-興梅北西向構造帶交接的復合部位（圖1a）。除第四系沉積物外，區內出露的地層主要有下石炭統忠信組，中-上石炭統壺天群，下二疊統孤峰組，上二疊統龍潭組。忠信組為一套粉砂巖、細砂巖，與下伏地層呈不整合接觸關系；壺天群為灰白色灰質白云巖、白云巖夾灰巖或硅質巖；孤峰組為灰黑色碳質頁巖夾細砂巖、粉砂巖；龍潭組為粉砂巖、頁巖夾細砂巖。區內斷裂構造發育，主要為NNW向、NE向、EW向3組斷裂，縱橫交錯，呈棋盤式，控制了中酸性巖體和礦床的空間分布。

礦區內燕山期巖漿巖分布廣泛，出露礦山頂巖體和扇子木巖體。礦山頂巖體主要分布于東部荷畬-橫沙一帶（圖1b），侵入于二疊系的碳酸鹽巖中，其主體巖性為花崗巖，灰白色、肉紅色，中、粗?；◢徑Y構，塊狀構造，主要成分為石英（30%～45%）、鉀長石（25%～40%）、斜長石（約15%），含少量黑云母。副礦物為榍石、鋯石、磷灰石、磁鐵礦等。扇子木巖體在地表呈北西向葫蘆狀展布，巖性主要為花崗閃長斑巖，巖石呈灰綠色、淺灰綠色，斑狀結構，斑晶占5%～10%，由石英、斜長石和鉀長石組成；基質成分與斑晶相似?；◢忛W長斑巖褪色現象顯著，暗色礦物氧化后常析出鐵質，使巖石呈現出紅色斑點。在其與碳酸鹽巖接觸帶及附近可見硅化、綠泥石化、絹云母化、黃鐵礦化、碳酸鹽化。

圖1 廣東省地質構造簡圖（a）及粵東鐵坑坳區域地質圖（b）1—第四系沉積物；2—南雄群火山角礫巖；3—龍潭組粉砂巖；4—孤峰組碳質頁巖；5—壺天群白云巖；6—忠信組細砂巖；7—雙頭群含礫石英砂巖；8—花崗閃長斑巖；9—花崗巖；10—安山玢巖；11—河流；12—村莊及名稱；13—斷層；14—整合地質界線；15—不整合地質界線；16—礦區范圍；17—1號勘探線位置Fig.1 Simplified tectonic map of Guangdong Province(a)and regional geological map of the Tiekeng'ao in eastern Guangdong(b)1—Quaternary sediments;2—Volcanic breccia of Nanxiong Group;3—Siltstone of Longtan Formation;4—Carbonaceous shale of Gufeng Formation;5—Dolomite of Hutian Group;6—Fine sandstone of Zhongxin Formation;7—Gravelly sandstone of Shuangtou Group;8—Granodiorite porphyry;9—Granite;10—Andesitic porphyrite;11—River;12—Village;13—Fault;14—Conformable geological boundary;15—Unconformable geological boundary;16—Mine area;17—Position of exploration line No.1

2 礦床地質特征

鐵坑坳礦床位于梅州市區北東30°方向80 km處，地理坐標：E 116°26′ 01″～116°26′ 16″，N 24°41′08″～24°41′47″。鐵坑坳鐵錫多金屬礦化帶南北長1.8 km，東西寬300～500 m。礦區分為南、北2 個采區，共圈定礦體12 條，按礦體產狀可將其劃分為4種類型：①產于下石炭統上部淺變質砂巖中的似層狀礦體；②產于花崗閃長斑巖體中的脈狀礦體；③產于下石炭統與中上石炭統接觸帶的似層狀礦體；④產于碳酸鹽巖與花崗閃長斑巖接觸帶及其附近的不規則礦體（圖2、3）。其中第4 種礦體是礦區內最主要的類型，儲量占整個礦區儲量的一半左右，該類型礦體以富礦為主，多呈透鏡狀，中間厚度大，走向上延長和延深迅速變薄或尖滅，受接觸帶控制明顯，礦體主要賦存在由陡變緩的接觸帶上。

圖2 鐵坑坳鐵錫多金屬礦床地質圖Fig.2 Geological map of the Tiekeng'ao Fe-Sn polymetallic deposit

圖3 鐵坑坳礦床1號勘探線剖面圖1—第四系；2—龍潭組；3—孤峰組；4—棲霞組；5—壺天群；6—忠信組；7—花崗閃長斑巖；8—花崗巖；9—礦體；10—斷層；11—地質界線；12—鉆孔及其編號Fig.3 Cross section of exploration line No.1 through the Tiekeng'ao deposit1—Quaternary;2—Longtan Formation;3—Gufeng Formation;4—Qixia Formation;5—Hutian Group;6—Zhongxin Formation;7—Granodiorite porphyry;8—Granite;9—Ore body;10—Fault;11—Geological boundary;12—Drill hole and its number

礦區的礦體以原生礦石為主。根據鐵礦物的相對含量，鐵礦石可分為磁鐵礦型（圖4a）、磁鐵-赤鐵礦型、假象赤鐵礦型（圖4b）、赤鐵礦型和褐鐵礦型（圖4c）共5 種礦石類型。鐵礦石主要金屬礦物為磁鐵礦，其次為錫石、假象赤鐵礦、次生赤鐵礦、褐鐵礦和少量的黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦、輝鉍礦等硫化物；脈石礦物主要為方解石、白云石、石膏、螢石、石英、綠泥石等。礦石結構主要有他形粒狀結構、半自形粒狀結構、交代殘余結構。礦石構造主要有塊狀、粉狀和浸染狀構造，及少量條帶狀、角礫狀和蜂窩狀構造。

圖4 鐵坑坳鐵錫多金屬礦床磁鐵礦礦石照片a.塊狀磁鐵礦與碳酸鹽巖；b.假象赤鐵礦型鐵礦石；c.褐鐵礦型鐵礦石；d.含硅質磁鐵礦；e.蛇紋石化磁鐵礦Fig.4 Photos of magnetite ores from the Tiekeng'ao Fe-Sn polymetallic deposita.Massive magnetite and carbonate rock;b.Pseudo-hematite type iron ore;c.Limonite type iron ore;d.Siliceous magnetite ore;e.Serpentinized magnetite

礦區熱液蝕變廣泛發育，主要有硅化（圖4d）、蛇紋石化（圖4e）、綠泥石化、碳酸鹽化、螢石化、石膏化、葉臘石化、絹云母化和綠簾石化，其次還有鉀化、鈉化、黑云母化。

3 樣品采集與測試

3.1 樣品采集

本次研究采集了鐵坑坳礦區中的粗粒二長花崗巖和花崗閃長斑巖，分別進行了Nd同位素分析，并挑選了其中的鋯石單礦物進行U-Pb定年和Hf同位素分析，所有粗粒二長花崗巖和花崗閃長斑巖樣品均取自鐵坑坳礦區南采坑地下55 m中段的V7礦體附近（圖5），采樣點坐標為：E 116°16′34″，N 24°41′16″。同時，在北采坑地下V7礦體的塊狀磁鐵礦礦石中，挑選了錫石單礦物顆粒進行U-Pb年齡分析。

圖5 鐵坑坳礦區南采區55 m中段V7北礦體附近穿脈取樣剖面圖1—石英砂巖；2—白云質大理巖；3—構造角礫巖；4—粗粒二長花崗巖；5—花崗閃長斑巖；6—磁鐵礦礦體；7—鋯石U-Pb測年樣品位置；8—斷裂Fig.5 Cross-vein sampling section near the V7 north orebody on the 55 m level of the southern mining area at the Tiekeng'ao deposit1—Quartz sandstone;2—Dolomitic marble;3—Fault breccia;4—Coarse-grained monzogranite;5—Granodiorite porphyry;6—Magnetite ore body;7—Location of zircon U-Pb dating samples;8—Fault

粗粒二長花崗巖（TK06-1）：肉紅色-灰白色，粗?；◢徑Y構，塊狀構造（圖6a），主要由石英（約30%）、鉀長石（約40%）、斜長石（約25%）、黑云母（＜5%）組成。其中鉀長石呈淺肉紅色，半自形板狀結構（圖6b），部分發生黏土化蝕變；斜長石（約20%），灰白色，板狀，半自形結構，可見聚片雙晶（圖6c）；石英呈灰白色，他形粒狀結構；黑云母，呈褐色，片狀結構，局部發生綠泥石化、綠簾石化。副礦物為榍石、鋯石、磷灰石、磁鐵礦等。

花崗閃長斑巖(TK06-13)：黃棕色，斑狀結構，塊狀構造（圖6d）。斑晶成分主要為斜長石（約10%）、鉀長石（約5%）、石英（約5%）。石英斑晶呈他形-半自形（圖6e）。斜長石呈半自形，強烈絹云母化，局部見斜長石碎屑（6e、f）?；|呈顯微晶質結構，主要由長石和石英組成，與斑晶成分相似；副礦物為榍石、鋯石、磷灰石、磁鐵礦等。

磁鐵礦礦石(TK11-8Z)：深灰色，塊狀構造，見方解石細脈穿插其中（如圖6g、h、i）。

圖6 鐵坑坳鐵錫多金屬礦床巖漿巖和磁鐵礦巖相學特征a.塊狀粗粒二長花崗巖；b.粗粒二長花崗巖的半自形粒狀結構（+）；c.粗粒二長花崗巖中斜長石的聚片雙晶（+）；d.塊狀花崗閃長斑巖；e.花崗閃長斑巖的斑狀結構（+）；f.花崗閃長斑巖中斜長石發生蝕變（+）；g.V7礦體及其上盤；h.塊狀磁鐵礦；i.磁鐵礦和脈狀方解石（+）Kfs—鉀長石；Pl—斜長石；Qtz—石英；Mag—磁鐵礦；Cal—方解石Fig.6 Petrographic characteristics of magmatic rocks and magnetite at the Tiekeng'ao Fe-Sn polymetallic deposita.Massive coarse-grained monzonitic granite;b.Sub-euhedral granular texture of coarse-grained monzonitic granite(+);c.Polysynthetic twin texture in plagioclase from coarse-grained monzonitic granite(+);d.Massive granodioritic porphyry;e.Porphyritic texture of granodioritic porphyry(+);f.Alterated plagioclase in granodioritic porphyry(+)；g.No.V7 ore body and its hangingwall;h.Massive magnetite ore;i.Magnetite and calcite vein(+)Kfs—Potassic feldspar;Pl—Plagioclase;Qtz—Quartz;Mag—Magnetite;Cal—Calcite

3.2 測試方法

樣品的主量、微量元素分析測試在廣州澳石礦物實驗室完成。將樣品洗凈烘干并粉碎至200 目進行實驗測試，其中樣品的主量元素用荷蘭帕納科公司生產的XRF（Zetium）儀器進行測定，測試結果相對標樣誤差小于1%；微量元素測試使用德國耶拿公司生產的ICP-MS（M90）儀器完成測試，所測結果相對標樣誤差10%。具體實驗原理、要求及步驟見參考文獻（劉穎等，1996；梁細榮等，2000；李獻華等，2002）。

鋯石和錫石的U-Pb 同位素分析在自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室完成，采用美國菲尼根質譜公司的Neptune MC-ICP-MS 儀器和New Wave UP 213 激光剝蝕系統進行測定，實驗過程中采用He 作為剝蝕物質載氣，剝蝕直徑為24 μm，儀器運行條件及詳細分析流程見侯可軍等（2007；2009）。測試結果的標準偏差為2σ，206Pb/238U加權平均年齡給出的置信度為95%。數據使用Isoplot4.16 進行最終的諧和年齡計算和圖像的繪制。

鋯石Hf 同位素分析與U-Pb 同位素分析同步進行，分析位置靠近U-Pb 同位素測定點。剝蝕直徑為45 μm，測定時使用鋯石國際標樣GJ1 作為參考物質，分析過程中標準鋯石GJ1的176Hf/177Hf加權平均值為0.282 015±0.000 031（2σ，n=10），與侯可軍等(2007)報道的值在誤差范圍內完全一致。

全巖Nd 同位素測試在廣州澳實同位素實驗室完成，分析儀器為ThermoScientific NEPTUNE 多接受器等離子質譜（MC-ICP-MS）。同位素質量分餾均采用指數分餾法、按146Nd/144Nd=0.7219進行標準化。測試過程中采用Thermo Finnigan 標樣進行監控，標樣的143Nd/144Nd=0.512 39，允許范圍為0.512 37～0.512 41。每個樣品均做重復樣測試以確定標準偏差，測試精度優于0.005%。

4 測試結果

4.1 地球化學特征

鐵坑坳礦區中的9 個樣品（TK06-1、TK06-2、TK06-13、TK06-11、TK06-12、TK06-14、TK06-15、TK06-24、TK08-9）的地球化學測試結果見表1。

表1 鐵坑坳礦區巖漿巖主量元素（w(B)/%）和微量元素（w(B)/10-6）分析結果Table 1 Major element（w(B)/%）and trace element contents（w(B)/10-6）of magmatic rocks from the Tiekeng’ao deposit

續表 1Continued Table 1

4.1.1 主量元素

鐵坑坳巖體的w(SiO2)為61.30%～77.44%，平均70.23%，位于酸性巖范圍內；w(Na2O)為0.11%～3.42%，w(K2O)為3.30%～6.66%，全堿w(Na2O+K2O)為5.91%～8.63%，平均6.89%；里特曼指數σ 分布在1.07～2.52 范圍內，平均為1.89，屬于鈣堿性巖系列；w(TiO2)為0.06%～0.96%，平均0.45%；w(MnO)為0.01%～0.13%，平 均0.06%；w(CaO) 為0.12%～2.01%，平均0.83%；w(Al2O3)為12.57%～20.53%，平均15.05%；A/CNK 為1.45～2.42，平均2.07，顯示為過鋁質巖石系列；在A/NK-A/NKC 圖解（圖7a）中，樣品全部落在過鋁質巖石系列范圍，在w(Na2O+K2O)-w(SiO2)圖解中（圖7b），樣品也全都落在亞堿性系列區域內。

圖7 鐵坑坳巖漿巖A/NK-A/NKC圖解（a）和w(Na2O+K2O)-w(SiO2)圖解（b）（據Middlemost,1994）1—橄欖輝長巖；2a—堿性輝長巖；2b—亞堿性輝長巖；3—輝長閃長巖；4—閃長巖；5—花崗閃長巖；6—花崗巖；7—硅英巖；8—二長輝長巖；9—二長閃長巖；10—二長巖；11—石英二長巖；12—正長巖；13—副長石輝長巖；14—副長石二長閃長巖；15—副長石二長正長巖；16—副長正長巖；17—副長深成巖；18—霓方鈉巖/磷霞巖/粗白榴巖Fig.7 A/NK-A/NKC diagram(a)and w(Na2O+K2O)-w(SiO2)diagram(b)of magmatic rocks from the Tiekeng'ao deposit(after Middlemost,1994)1—Olivine gabbro;2a—Alkali gabbro;2b—Subalkaline gabbro;3—Gabbro diorite;4—Diorite;5—Granodiorite;6—Granite;7—Quartzolite;8—Monzogabbro;9—Monzonitic granodiorite;10—Monzonite;11—Quartz-monzonite;12—Syenite;13—Parafeldspar gabbro;14—Parafeldspar monzodiorite;15—Parafeldspar monzodiorite syenite;16—Subprincipal syenite;17—Foidolite;18—Tawite/Urtite/Italite

4.1.2 微量元素

所測得的研究區內巖漿巖稀土元素總質量分數在83.50×10-6～311.39×10-6之間，平均為219.92×10-6。LREE/HREE 介于2.75～21.42 之間，平均值為15.18，輕重稀土元素分餾相對明顯，（La/Yb）N在1.64～31.14之間，平均值為20.14。

球粒隕石標準化稀土元素配分圖（圖8a）顯示，整體上呈輕稀土元素相對富集的特征。δEu 介于0.13～0.85 之間，平均值為0.59，具有明顯的Eu 負異常。原始地幔標準化微量元素蛛網圖（圖8b）顯示，粗粒二長花崗巖和花崗斑巖強烈富集Rb、Th、U、K大離子親石元素，虧損Ba、Sr、P、Nb、Ta、Ti，兩者均具有較高的Nb/Ta（7.7～19.6）和較低的K/Rb（111.1～178.5）比值，這些地球化學特征均顯示兩者經歷了高程度的分異演化。

圖8 鐵坑坳巖漿巖球粒隕石標準化稀土元素配分曲線（a）和原始地幔標準化微量元素蛛網圖（b）（標準化值據Sun et al.，1989）Fig.8 Chondrite-normalized REE pattern(a)and primitive mantle-normalized trace element spider diagram(b)of magmatic rocks from the Tiekeng'ao deposit(normalized values after Sun et al.，1989)

4.2 鋯石LA-ICP-MS定年

粗粒二長花崗巖（TK06-1）和花崗閃長斑巖（TK06-13）的鋯石U-Pb同位素組成見表2。

表2 鐵坑坳礦區花崗巖的LA-ICP-MS的鋯石U-Pb測年結果Table 2 LA-ICP-MS U-Pb dating data of zircons in granitoids from the Tiekeng’ao deposit

續表 2Continued Table 2

粗粒二長花崗巖（TK06-1）中的鋯石表面光滑，呈自形-半自形晶粒，鋯石長75～100 μm，長寬比約在1.5～2 之間。陰極發光圖像顯示，鋯石具有明顯的韻律環帶（圖9），本次研究共分析了28 顆鋯石，Th/U 比值在0.31～1.14 之間，幾乎都大于0.5，具有巖漿鋯石的特點（Hoskin et al.,2000）。28 個測點中有4 個測點（5、10、15 和27），由于鉛丟失使其鋯石的數據點偏離諧和線，其余巖漿鋯石的表面年齡集中在129～135 Ma 之間，206Pb/238U加權平均年齡為（132±1）Ma(n=24，MSWD=0.78，圖10a)。

花崗閃長斑巖（TK06-13）中的鋯石表面光滑，呈自形-半自形晶粒，鋯石長50～100 μm，長寬比在1～2之間。陰極發光圖像顯示，鋯石具有明顯的韻律環帶（圖9）。本次研究分析了27 顆鋯石，Th/U 比值在0.53～2.32 之間，具有巖漿鋯石的特點（Hoskin et al.,2000）。分析結果顯示，除了3、15 和25 三個測點由于鉛的丟失在諧和線上有所偏離外，其余24 個測點落在諧和線上或附近，鋯石的年齡介于91～128 Ma之間，206Pb/238U 加權平均年齡為（94±1）Ma（n=24，MSWD=1.80，圖10b）。

圖9 鐵坑坳鐵錫礦區粗粒二長花崗巖（TK06-1）和花崗閃長斑巖（TK06-13）中典型鋯石陰極發光圖像白色圓圈為打點位置(U-Pb定年與Hf同位素位置重合)，年齡值后括弧里面的數值為εHf(t)值Fig.9 Typical cathodoluminescence images of zircons in coarse-grained monzonitic granite(TK06-1)and granodioritic porphyry(TK06-13)from the Tiekeng'ao Fe-Sn polymetallic depositWhite circles are position of laser ablation(U-Pb dating and Hf isotope analysis are in same position),εHf(t)values are illustrated in the brackets

圖10 鐵坑坳鐵錫多金屬礦床粗粒二長花崗巖（a）和花崗閃長斑巖（b）鋯石U-Pb諧和圖Fig.10 Zircon U-Pb concordance plots of coarse-grained monzonitic granite(a)and granodioritic porphyry(b)from the Tiekeng'ao Fe-Sn polymetallic deposit

4.3 錫石U-Pb定年結果

樣品TK11-8Z 中的錫石呈淺褐色-深褐色，自形-半自形粒狀結構，粒徑50～80 μm，具有不均一性（如圖11），測試結果（表3）顯示36 個測試點的207Pb/206Pb 的比值變化在0.1128±0.0125～0.6800±0.0201 之間，207Pb/235U 為0.3306±0.0324～9.4239±0.8727，206Pb/238U 為0.0219±0.0006～0.1345±0.0130，206Pb/207Pb-238U/207Pb 等時線年齡為（131±3）Ma（MSWD=1.08），對錫石U-Pb 數據進行T-W 圖解校正，獲得的諧和年齡為（130±3）Ma（n=36，MSWD=0.62；圖12a、b），與等時線年齡在誤差范圍內一致，說明該結果能代表錫石的形成年齡。

表3 鐵坑坳鐵錫多金屬礦床LA-ICP-MS錫石U-Pb定年數據Table 3 LA-ICP-MS U-Pb dating data of cassiterites from the Tiekeng’ao Fe-Sn polymetallic deposit

圖11 鐵坑坳V7礦體中典型錫石單礦物透射光圖像（白色圓圈為打點位置）Fig.11 Transmitted light image of typical cassiterite in the Tiekeng'ao No.V7 ore body(white circles denote laser ablation positions)

圖12 鐵坑坳礦床錫石U-Pb諧和圖（a）和年齡加權平均值（b）Fig.12 U-Pb concordance diagram(a)and weighted average age of cassiterite from the Tiekeng'ao deposit

4.4 Hf同位素組成

在粗粒二長花崗巖（TK06-1）和花崗閃長斑巖（TK06-13）中的鋯石U-Pb 定年后又進行了Hf 同位素組成分析，結果見表4。大部分鋯石的176Lu/177Hf 比值均小于0.0035（除TK06-1-13樣品外）。粗粒二長花崗巖176Hf/177Hf比值為0.282 692～0.282 557，由該巖體形成的年齡計算得到的Hf 同位素初始比值(176Hf/177Hf)t為0.282 553～0.282 688，εHf(t)變化于-4.9～-0.1，平均值為-2.8。鋯石地殼Hf 模式年齡TDMC=1192～1497 Ma，平均值為1366 Ma。

表4 鐵坑坳礦區巖漿巖的鋯石Lu-Hf同位素組成Table 4 Lu-Hf isotopic compositions of zircons in granitoids from the Tiekeng’ao deposit

花崗閃長斑巖176Hf/177Hf 比值為0.282 555～0.282 636，由該巖體形成的年齡計算得到的Hf 同位素初始比值（176Hf/177Hf）t為0.282 551～0.282 632，εHf(t)變化于-5.7～-2.9，平均值為-4.4。鋯石地殼Hf模式年齡TDMC=1342～1523 Ma，平均值為1440 Ma。

4.5 Nd同位素組成

鐵坑坳礦區Sm-Nd同位素分析結果列于表5。

表5 鐵坑坳礦區巖漿巖的Sm-Nd同位素組成Table 5 Sm-Nd isotopic composition of granitoids from the Tiekeng’ao deposit

粗粒二長花崗巖的w(Sm)為5.07×10-6，w(Nd)為18.90×10-6。對應的147Sm/144Nd 比值的為0.162 180～0.162 200，143Nd/144Nd 比值為0.512 157～0.512 164。εNd(t)值為-8.8～-8.7，計算得到的Nd二階段模式年齡為1630～1642 Ma，平均為1636 Ma?；◢忛W長斑巖的w(Sm)介于4.85×10-6～8.21×10-6之間，w(Nd)介于30.06×10-6～51.90×10-6之間。對應的147Sm/144Nd比值的范圍為0.094 900～0.102 800，143Nd/144Nd 比值的范圍為0.512 301～0.512 328。εNd(t)值介于-5.4～-4.9 之間。計算得到Nd 二階段模式年齡為1291～1332 Ma，平均為1313 Ma。

計算公式：εNd(t)=((143Nd/144Nd)S－(147Sm/144Nd)S×(eλt－1))/((143Nd/144Nd)CHUR0－(147Sm/144Nd)CHUR0×(eλt－1)－1) ×10000;TDM2=1/λln｛1+[ (143Nd/144Nd)DM－(143Nd/144Nd)S]+(147Sm/144Nd)S－(147Sm/144Nd)CC×(eλt－1)/ (147Sm/144Nd)S－(147Sm/144Nd)CC]}；f=(NdC/Ndm)/[ (NdC/ Ndm)+(εm－εs)/ (εs－εc)].計算采用的參數：平均大陸地殼的(147Sm/144Nd)CC=0.12；球粒隕石均一庫的(143Nd/144Nd)CHUR0=0.512638，(147Sm/144Nd)CHUR0=0.1967；虧損地幔的(143Nd/144Nd)DM=0.51315；地殼端員Nd 的豐度NdC=25×10-6，地幔端員Nd 的豐度Ndm=15×10-6，εs、εc和εm分別代表樣品、地殼和地幔的εNd(t)值，εc=-15，εm=+8。

5 討論

5.1 成巖成礦時代及地質意義

粵東地區處于東南沿?；鹕綆r帶與南嶺花崗巖帶復合部位，這一特殊構造背景使得研究其中生代構造環境及動力學機制具有重大意義（華仁民等，2005；毛建仁等，2006；舒良樹，2012；劉鵬等，2015a；2015b）。本研究首次對鐵坑坳礦區侵入巖體采用LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 定年和含錫鐵礦石采用錫石U-Pb 定年，獲得錫石的U-Pb 年齡為（130±3）Ma，代表了鐵坑坳鐵錫礦形成的時代，并獲得粗粒二長花崗巖和花崗閃長斑巖的鋯石U-Pb 年齡為（132±1）Ma 和（94±1）Ma，粗粒二長花崗巖與錫石年齡在誤差范圍內一致。

毛景文等（2009）在對華南地區中生代主要金屬礦床研究后認為，華南中生代礦床出現在210～230 Ma、160～170 Ma、150～160 Ma 和80～134 Ma 這4 個階段。160～170 Ma 成巖成礦事件是由于180 Ma 左右Izanagi 板塊向歐亞大陸俯沖，于160～170 Ma 期間發生俯沖板塊多處撕裂。150～160 Ma 階段是由于俯沖板塊開天窗，軟流圈物質上涌到下地殼形成殼幔源型高分異花崗巖質巖石。140 Ma 之后由于俯沖板塊改變了運動方向，由傾斜俯沖調整到幾乎平行大陸邊緣的NE 向走滑，造成大陸巖石圈大面積伸展，在東南沿海地區形成大量白堊紀斷陷盆地和變質核雜巖，并伴隨大規?；鹕交顒雍突◢徺|巖漿侵位?？虏x（2021）根據實測的28 件和收集的263 件鋯石U-Pb 年齡，完善了東南沿海燕山期陸緣巖漿作用時空格架，將其巖漿演化重新劃分為4 期：第一期早侏羅世（184～194 Ma）；第二期中晚侏羅世（153～176 Ma）；第三期晚侏羅世—早白堊世（124～153 Ma）；第四期中晚白堊世（80～122 Ma）。鐵坑坳礦區的兩期巖體分別屬于東南沿海燕山期第三期和第四期巖漿活動。該巖漿活動可能是古太平洋板塊向歐亞大陸俯沖作用有關的陸內造山后的區域伸展環境轉變所致，這也與整個粵東地區在這一時期的構造應力由相對擠壓向伸展轉變相一致（李曉峰等，2008）。在晚侏羅世末—早白堊世初期，特別是135～145 Ma，是粵東地區花崗質巖漿成礦的重要峰值期（圖13），在東南沿海地區發育一期早白堊世鎢錫成礦事件（劉鵬，2018），根據鐵坑坳礦床成礦年齡數據，鐵坑坳鐵錫多金屬礦床也是此次早白堊世鎢錫成礦事件的產物。因此，鐵坑坳礦床是東南沿海早白堊世鎢錫成礦事件的產物，與燕山期第三期巖漿活動緊密相關。

圖13 粵東錫礦成巖成礦年齡分布圖數據來源：Qiu et al.,2017；滿發勝等，1983；倪守斌等，1983；劉鵬等，2015a；劉鵬，2018；丘增旺等，2016；2017；閆慶賀等，2018；江承曜等，2021；本文Fig.13 Distribution of magmatic and metallogenic ages of tin deposits in eastern GuangdongData source:Qiu et al.,2017;Man et al.,1983;Ni et al.,1983;Liu et al.,2015a;Liu,2018;Qiu et al.,2016;2017;Yan et al.,2018;Jiang et al.,2021;This paper

結合區域成礦條件和礦區地質特征，本文初步對鐵坑坳鐵錫礦形成過程進行淺析：燕山早期的構造運動，使本區形成一系列東西向斷裂，隨著構造運動的不斷發生，一方面使東西向斷裂擴大加深，另一方面形成規模較大的北西向斷裂。粗粒二長花崗巖沿斷層侵入，由于巖漿的侵入和冷卻，在圍巖接觸帶形成一系列的空間，為含礦溶液沉淀提供了場所。含礦溶液在揮發組分的作用下，沿著構造通道上升富集，在有利的構造空間沉淀形成鐵錫礦床。鐵礦形成后，含礦溶液進入硫化物階段，形成黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦等，這些金屬硫化物呈浸染狀或細脈狀分布于磁鐵礦中。燕山晚期中酸性花崗閃長斑巖繼續沿北西向和東西向斷裂侵入，切斷了早期粗粒二長花崗巖和地層。

5.2 巖漿源區特征

花崗質巖石中某些元素的含量和變化特征能夠有效區分I 型和S 型花崗巖（李獻華等，2007），鐵坑坳礦區中粗粒二長花崗巖和花崗斑巖含有很少量的黑云母，具有較高的w(SiO2)、w(Na2O+K2O)，低的Ti、Mn、Ca、P 和REE 含量，較高的Nb/Ta（7.7～19.6）和較低的K/Rb（111.1～178.5）比值，同時強烈富集Rb、Th、U 而虧損Ba、Sr、Eu，這些都與前人定義的高分異I 型花崗巖是一致的（Chappell et al.,1992;Chappell,1999;Wu et al.,2003a;2003b;李獻華等，2007；Zhu et al.,2015）。因此，筆者認為鐵坑坳礦區粗粒二長花崗巖和花崗斑巖都屬于高分異的I 型花崗巖。

鋯石作為巖石中常見的穩定的副礦物，不僅被廣泛應用于U-Pb同位素定年，鋯石原位Hf同位素分析還是揭示地殼演化和示蹤巖漿源區的重要手段（Vervoort et al.,1996;Scherer et al.,2000;Griffin et al.,2002）。鐵坑坳礦床中粗粒二長花崗巖和花崗閃長斑巖Hf 同位素組成數據顯示鋯石在形成以后具有較低的放射性成因Hf 的積累，因此，所測定的176Lu/177Hf 比值能較好地反映其形成過程中Hf 同位素的組成特征(吳福元等，2007)。鐵坑坳礦區粗粒二長花崗巖的鋯石εHf(t)變化于-4.9～-0.1，花崗閃長斑巖的鋯石εHf(t)變化于-5.7～-2.9。在εHf(t)-t圖解上，粗粒二長花崗巖和花崗閃長斑巖εHf(t)值幾乎全落在球粒隕石演化線之下（圖14a），兩個樣品的fLu/Hf值為-0.96～-0.89，明顯小于鎂鐵質地殼的fLu/Hf值（-0.34）和硅鋁質地殼fLu/Hf值（-0.72）（Amelin et al.,1999），所以鋯石Hf 地殼模式年齡TDMC更能反映鐵坑坳礦區花崗質巖漿從虧損地幔被抽取的時間或源巖在地殼的平均存留年齡。粗粒二長花崗巖二階段模式年齡TDMC=1192～1497 Ma?；◢忛W長斑巖鋯石Hf 地殼模式年齡TDMC=1342～1523 Ma，表明粗粒二長花崗巖的源區物質主要來自于中元古代地殼，有少量幔源組分或新生地殼的加入，花崗閃長斑巖的源區物質則主要來自于中元古代古老地殼部分熔融，并且幔源組分或新生地殼的混入比例更高（表5）。丘增旺等（2016）對粵東地區中晚侏羅世巖漿巖與早白堊世巖漿巖Hf 同位素組成進行了比較，結果也均顯示粵東地區中晚侏羅世巖漿巖與早白堊世巖漿巖是在古中元古代下地殼部分熔融基礎上，加入了一定比例的地幔物質混合而成?；洊|地區主要的中晚侏羅世花崗質巖石εHf(t)值為-7.2～+3.9，二階段模式年齡為1219～1714 Ma（Guo et al.，2012），根據εHf(t) -t圖解（圖14a），鐵坑坳礦區粗粒二長花崗巖Hf 同位素組成與粵東地區的中晚侏羅世巖漿巖類似。

圖14 鐵坑坳礦區巖漿巖εHf(t)-t圖解（a）和εNd(t)-t圖解（b，底圖據沈渭洲等，1993）DM—虧損地幔；CHUR—球粒隕石均一儲庫；A—華南成熟度較低的元古宙地殼；B—華南成熟度較高的元古宙地殼Fig.14 εNd(t)-t(a)and εNd(t)-t(b,base map after Sheng et al.,1993)diagrams of granitoids from the Tiekeng'ao depositDM—Depleted mantle;CHUR—Chondrite homogeneous reservoir;A—Proterozoic crust with lower maturity in South China;B—Proterozoic crust with higher maturity in South China

Sm-Nd 同位素體系同樣被廣泛運用于示蹤巖漿巖物源特征。粗粒二長花崗巖的全巖εNd(t)值介于-8.8～-8.7，花崗閃長斑巖的全巖εNd(t)值介于-5.4～-4.9。在εNd(t)-t關系圖（圖14b）上，粗粒二長花崗巖樣品投影點位于華南元古代地殼演化域中，花崗閃長斑巖樣品投影點位于華南元古代地殼演化域與球粒隕石演化域之間。兩者都在華南元古代地殼Sm、Nd 同位素演化域上界線附近，表明成巖物質主要是殼源。二階段Nd 模式年齡變化介于1291～1642 Ma，較之華夏地塊基底變質巖的Nd模式年齡（主要為1.8～2.2 Ga，陳江峰等，1999）顯著偏低，說明它們并非單純起源于基底變質巖的部分熔融，成巖過程中應有幔源組分或初生地殼的參與。20世紀90 年代以來華南花崗巖研究的重要進展之一就是相繼識別出多條具低Nd模式年齡的花崗巖帶，目前普遍認為這些具低Nd 模式年齡的花崗巖是地幔物質參與成巖過程的重要表現（Chen et al.,1998;Gilder et al.,1996;Hong et al.,1998;Shen et al.,2000;Zhou et al.,2006），因此，鐵坑坳礦區中巖體表現出的明顯年齡偏低的Nd模式年齡，無疑也指示成巖過程中存在較多的地幔組分，即殼幔相互作用對巖石成因具有重要貢獻。

6 結論

（1）鐵坑坳鐵錫多金屬礦區的粗粒二長花崗巖和花崗閃長斑巖形成年齡分別為（132±1）Ma和（94±1）Ma。礦石中錫石U-Pb年齡為（130±3）Ma，與早白堊世粗粒二長花崗巖形成的時代在誤差范圍內基本一致，表明鐵坑坳鐵錫多金屬礦床形成于早白堊世，是東南沿海早白堊世鎢錫成礦事件的產物，與燕山期第三期巖漿活動緊密相關。

（2）粗粒二長花崗巖和花崗閃長斑巖都屬于高分異的I 型花崗巖，具有較高的SiO2、Na2O+K2O，低的Ti、Mn、Ca、P和REE含量，較高的Nb/Ta和較低的K/Rb 比值，同時強烈富集Rb、Th、U 而虧損Ba、Sr、Eu。Nd-Hf 同位素綜合研究表明，粗粒二長花崗巖的源區物質主要來自于中元古代地殼，有少量幔源組分或新生地殼的加入，花崗閃長斑巖的源區物質則主要來自于中元古代古老地殼部分熔融，幔源組分或新生地殼的混入比例更高，它們并非單純起源于基底變質巖的部分熔融，成巖過程中均有幔源組分或新生地殼的參與。

致 謝野外工作得到廣東省梅州市松源鐵坑鐵礦有限公司陳先明和陳新強兩位高級工程師的大力支持和幫助，鋯石和錫石U-Pb 定年得到自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室王倩助理研究員的大力幫助和支持，在此一并表示衷心的感謝！