楊梅珍, 曾鍵年, 李法嶺, 潘思東, 陸建培, 任愛(ài)群

1)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)), 湖北武漢 430074;

2)中國(guó)地質(zhì)大學(xué), 湖北武漢 430074;

3)河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第三地質(zhì)調(diào)查隊(duì), 河南信陽(yáng) 464000

河南新縣大銀尖鉬礦床成巖成礦作用地球化學(xué)及地質(zhì)意義

楊梅珍1,2), 曾鍵年2), 李法嶺3), 潘思東2), 陸建培2), 任愛(ài)群3)

1)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)), 湖北武漢 430074;

2)中國(guó)地質(zhì)大學(xué), 湖北武漢 430074;

3)河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第三地質(zhì)調(diào)查隊(duì), 河南信陽(yáng) 464000

大銀尖鉬礦床產(chǎn)于大別變質(zhì)核雜巖帶北緣, 為典型的與花崗侵入巖有關(guān)的石英脈-矽卡巖型復(fù)合型的巖漿熱液礦床。對(duì)大銀尖鉬礦床開(kāi)展了成礦巖體地球化學(xué)以及巖體和礦石S, Pb多元同位素聯(lián)合示蹤研究。結(jié)果表明, 產(chǎn)于礦床不同部位不同類型鉬礦石金屬硫化物的δ34S變化很小(5.26‰～6.30%), 顯示規(guī)模較大、硫同位素相對(duì)均一的巖漿熱液體系特征。成礦巖體顯示明顯較高的δ34S(+16.86‰), 可能反映巖漿強(qiáng)烈的H2S脫揮發(fā)分作用。成礦巖體和礦石的低放射性成因鉛同位素組成特征(206Pb/204Pb)t: 16.876～16.732, (207Pb/204Pb)t:15.206～15.321, (208Pb/204Pb)t: 37.570～37.271, 和成礦巖體極低的εNd(t)(-20.1)、高(87Sr/86Sr)i(0.7237)和極高的T2DM(2.4Ga), 表明成巖成礦物質(zhì)形成于中下地殼古老大別雜巖的熔融作用。根據(jù)大銀尖成礦巖體低Sr豐度(＜50×10?6)、高Yb(1.8×10?6)較強(qiáng)的Eu負(fù)異常(δEu＜0.5)和較低的(La/Yb)N(7.8～9.6)海鷗式稀土配分模型和最新年代學(xué)資料綜合分析認(rèn)為, 大銀尖鉬礦床成巖成礦作用與大別造山帶伸展減薄后正常厚度陸殼的熔融作用密切相關(guān), 是大別造山帶巖石圈拆沉減薄深部動(dòng)力學(xué)過(guò)程的淺表響應(yīng)。

大別山; 二長(zhǎng)花崗巖; 硫同位素、Sr-Nd-Pb同位素; 巖石地球化學(xué); 大銀尖鉬礦床

東秦嶺—大別山鉬礦帶集中了5個(gè)世界級(jí)超大型、5個(gè)大型和眾多中小型鉬礦床, 探明鉬金屬儲(chǔ)量超過(guò)5×106t, 是僅次于美國(guó)Climax的世界第二大鉬礦帶, 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的大型超大型鉬礦床均集中在東秦嶺地區(qū)。近幾年來(lái), 大別山北緣地區(qū)鉬多金屬找礦取得了重大進(jìn)展。商城縣湯加坪大型斑巖鉬礦床(楊澤強(qiáng), 2007), 光山縣河棚鄉(xiāng)千鵝沖大型斑巖鉬礦床、信陽(yáng)市天目山鉬礦床(李法嶺, 2008)以及金寨縣沙坪溝特大斑巖鉬礦床(資源導(dǎo)刊編輯部, 2009)相繼發(fā)現(xiàn)和勘探, 徹底改變了人們對(duì)大別山地區(qū)金屬成礦潛力的認(rèn)識(shí), 極大地增強(qiáng)了人們找礦的信心。區(qū)域成礦時(shí)空結(jié)構(gòu)規(guī)律、成礦-巖漿的關(guān)聯(lián)關(guān)系以及成巖成礦深部動(dòng)力學(xué)機(jī)制研究對(duì)于指明區(qū)域找礦方向和成礦潛力評(píng)價(jià)具有重要意義。大銀尖鉬礦床是大別山北緣地區(qū)有別于東秦嶺—大別山地區(qū)的斑巖鉬礦體系的典型與深成侵入花崗巖熱液體系有關(guān)的石英脈型和矽卡巖型復(fù)合型鉬礦床, 解剖其成礦作用特征,系統(tǒng)深入研究其成巖-成礦之間的關(guān)聯(lián), 闡明成巖成礦深部動(dòng)力學(xué)過(guò)程, 對(duì)于認(rèn)識(shí)大別山地區(qū)鉬多金屬成礦系列和時(shí)空結(jié)構(gòu)規(guī)律具有重要意義。前人對(duì)大銀尖鉬礦床開(kāi)展了一些礦床基礎(chǔ)地質(zhì)研究和成礦規(guī)律的總結(jié)(李詩(shī)言等, 2006; 邱順才, 2006; 姚曉東,2008; Mao et al., 2008; 簡(jiǎn)平, 2001)。并獲得了高精度的輝鉬礦 Re-Os(4個(gè)樣品模式年齡加權(quán)平均122.7±1.9 Ma)同位素年代學(xué)資料(羅正傳, 2010), 為開(kāi)展成礦作用和成礦動(dòng)力學(xué)背景研究奠定了基礎(chǔ)。本文在對(duì)大銀尖鉬礦床地質(zhì)特征研究基礎(chǔ)上, 對(duì)大銀尖鉬礦床及成礦花崗巖體巖石地球化學(xué)及多元素同位素示蹤研究, 并與鄰區(qū)燒香尖和新縣巖體以及區(qū)域成礦巖體地球化學(xué)及年代學(xué)進(jìn)行對(duì)比, 探討大銀尖鉬礦床成巖成礦構(gòu)造動(dòng)力學(xué)背景, 深入認(rèn)識(shí)巖漿成因和深部動(dòng)力學(xué)機(jī)制, 深化對(duì)成礦作用有關(guān)的深部過(guò)程和礦床成因的理解, 為大別山地區(qū)區(qū)域成礦規(guī)律總結(jié)和確定找礦方向提供重要的基礎(chǔ)地質(zhì)資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

大銀尖鉬礦床位于大別山北緣, 河南省新縣千斤鎮(zhèn)南 1 km。地理坐標(biāo)為東經(jīng) 114°41′18″, 北緯31°43′41″。最早由河南省地質(zhì)局第三地質(zhì)調(diào)查隊(duì)對(duì)其進(jìn)行了地質(zhì)普查, 鉬資源量 21454.6 t, 鉬品位0.05%～0.06%(河南省地質(zhì)調(diào)查局第三地質(zhì)調(diào)查隊(duì),1983)為一中型鉬礦床。

大別造山帶以定遠(yuǎn)-八里畈斷裂(F3)為界(圖 1),以北為北淮陽(yáng)構(gòu)造帶, 該帶出露中元古界、古生界和更年輕的地層, 經(jīng)歷綠片巖相變質(zhì)作用; 以南為桐柏—大別變質(zhì)核雜巖帶, 由紅安HP變質(zhì)帶、新縣UHP變質(zhì)帶和滸灣HP變質(zhì)巖帶組成。其中新縣超高壓變質(zhì)帶為構(gòu)造穹窿, 由花崗質(zhì)-花崗閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖和少量表殼巖系及很多榴輝巖組成。滸灣 HP主要為中上元古界滸灣巖組, 為一套多期變質(zhì)變形改造的層狀無(wú)序構(gòu)造巖石單位, 主要巖石類型為高壓變質(zhì)榴輝巖、中壓變質(zhì)的二長(zhǎng)片麻巖、含榴白云斜長(zhǎng)片麻巖和構(gòu)造片巖等, 其原巖為一套中基性-酸性火山巖為主, 夾陸緣碎屑巖、碳酸鹽建造。地層構(gòu)造面理走向北西—北西西。大銀尖鉬礦床位于大別核雜巖隆起帶北緣的滸灣 HP變質(zhì)巖帶中。區(qū)域構(gòu)造以斷裂發(fā)育為特征, 較大規(guī)模的斷裂有北部的桐-商斷裂、定遠(yuǎn)-八里畈斷裂和熊店-滸灣斷裂, 它們具有多期活動(dòng)特征, 是大別造山帶碰撞造山后隆升期間的翼部滑脫界面(許長(zhǎng)海等, 2001), 也是碰撞造山后大規(guī)模巖漿侵位的重要場(chǎng)所, 如靈山、燒香尖、新縣、商城等花崗巖體受控于這些斷裂。大銀尖成礦巖體即侵位于熊店-滸灣斷裂帶中。除此, 較晚的橫切北西西向區(qū)域構(gòu)造線北北東—北北西斷裂構(gòu)造發(fā)育, 如規(guī)模較大的新縣斷裂、商-麻斷裂等。巖漿巖分布廣泛, 主要為燕山期花崗巖侵入體。從西至東發(fā)育有靈山、燒香尖、新縣和商城巖體。區(qū)域大規(guī)模的鉬多金屬成礦作用密切與分布于花崗巖帶中的一些小型花崗斑巖和花崗巖巖株有關(guān)。從西至東, 有天目山二長(zhǎng)花崗巖巖株, 肖畈、母山、千鵝沖花崗斑巖體, 大銀尖花崗巖巖株以及湯家坪、銀山花崗斑巖等, 構(gòu)成規(guī)模宏大的大別山花崗侵入巖鉬多金屬成礦帶, 屬東秦嶺鉬多金屬成礦帶的東延部分。大銀尖鉬礦床與其北側(cè)的千鵝沖斑巖型鉬多金屬礦床相距僅10 km。西側(cè)約5 km為燒香尖二長(zhǎng)花崗巖體, 南側(cè)約7 km為新縣二長(zhǎng)花崗巖巖基。

圖1 大銀尖鉬礦床區(qū)域地質(zhì)略圖(據(jù)Liu et al., 2004編)Fig. 1 Regional geological sketch map of the Dayinjian Mo deposit(modified afer Liu et al., 2004)

2 大銀尖鉬礦床特征

礦區(qū)出露地層為古元古界七角山組(Pt1q)和中元古界蘇家河群滸灣巖組(Pt2h)。七角山組分布于礦區(qū)南部, 其巖性主要為斜長(zhǎng)片麻巖夾角閃片麻巖及含磁鐵斜長(zhǎng)片麻巖, 局部夾大理巖, 與滸灣巖組呈角度不整合接觸關(guān)系。滸灣巖組為大銀尖鉬礦床直接圍巖, 可以分為兩個(gè)巖性段, 下段主要為條痕狀混合巖、黑云母鉀長(zhǎng)片麻巖夾斜長(zhǎng)角閃巖, 頂部有較多的大理巖薄層或透鏡體, 分布于礦區(qū)中部, 上段下部主要為白云(黑云)斜長(zhǎng)片麻巖夾淺粒巖, 頂部為白云斜長(zhǎng)片麻巖夾石英巖、長(zhǎng)石石英巖和大理巖透鏡體, 分布于礦區(qū)的北部及外圍(圖2)。區(qū)內(nèi)局部分布榴閃巖透鏡體。地層片理和片麻理走向?yàn)楸蔽鳌蔽魑飨? 傾向北東, 傾角一般為20°～40°。

大銀尖巖體位于千斤鎮(zhèn)南 1 km,地表出露形態(tài)為向北凹口的“Y”字形, 面積 1.2 km2, 侵入于滸灣巖組(Pt2h)深變質(zhì)巖系地層中。巖體地表傾角75°～85°, 鉆孔揭露其深部?jī)A角為 30°～40°, 呈上陡下緩的蘑菇狀, 向 NWW 傾伏。巖體由中粒二長(zhǎng)花崗巖(中間帶)、似斑狀中細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖(過(guò)渡帶)、細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖(邊緣相)3個(gè)巖相帶組成, 其中似斑狀中細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖為主體。細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖邊緣相為礦化單元。除此, 礦區(qū)內(nèi)發(fā)育北東和北西向兩組花崗斑巖脈, 在大銀尖巖體北側(cè)構(gòu)成近似共扼 X形。這些共扼裂隙構(gòu)造可能是深部巖漿上侵過(guò)程產(chǎn)生的熱致斷裂。兩組共扼裂隙交匯部位可能為深部巖漿活動(dòng)中心, 正與大銀尖巖體位置吻合。因此, 大銀尖巖體處在巖漿活動(dòng)的中心區(qū)域, 也是鉬礦化集中區(qū)域。礦化集中在大銀尖巖體東西兩側(cè), 而工業(yè)礦體又集中在西側(cè)巖體側(cè)伏的鼻梁部位(圖2), 為一東西長(zhǎng)約4 km、南北寬約1.5 km的北西—南東展布的帶狀區(qū)域。

圖2 大銀尖鉬礦床地質(zhì)略圖(據(jù)河南省地質(zhì)礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)局第三地質(zhì)調(diào)查隊(duì), 1983)Fig. 2 Geological map of Dayinjian Mo deposit(after No.3 Geological Survey Party, Henan Bureau, 1983)

區(qū)內(nèi)存在兩種賦礦構(gòu)造: 斷裂裂隙構(gòu)造和外接觸帶層間裂隙帶。前者以規(guī)模不等的多級(jí)平行節(jié)理裂隙帶為特征(圖 3a), 發(fā)育在大銀尖巖體西北部邊緣及巖體圍巖接觸帶。裂隙帶走向60°～70°, 傾向北西, 傾角 50°～70°, 裂隙帶長(zhǎng)數(shù)百米, 寬上百米, 多由輝鉬礦-石英脈充填, 控制石英脈型礦化。后者與地層構(gòu)造面理一致, 與大理巖夾層有關(guān), 控制矽卡巖型礦化。

石英脈型礦化呈脈狀, 成群成帶, 輝鉬礦-石英大脈厚達(dá)1.5 m, 長(zhǎng)達(dá)1.5 km。小脈寬一般1～2 cm,細(xì)脈寬＜1 cm。局部為細(xì)脈浸染狀、網(wǎng)脈狀、透鏡狀礦化。且石英脈具有分級(jí)控制和等間距性特點(diǎn)(圖3a)。礦石具脈狀、網(wǎng)脈狀構(gòu)造, 粗粒結(jié)構(gòu)。金屬礦物主要為黃鐵礦和輝鉬礦, 少量黃銅礦, 脈石礦物為石英和少量的長(zhǎng)石、白云母、螢石等。

矽卡巖型礦化發(fā)生在巖體外接觸帶, 受圍巖地層面理構(gòu)造控制, 與大理巖夾層有關(guān)。矽卡巖帶一般長(zhǎng)3 km, 寬3～150 m。與地層片麻理產(chǎn)狀一致。傾向 20°～40°, 傾角 35°～55°。矽卡巖主要為石榴石矽卡巖(圖 3b)、綠簾石方解石矽卡巖(圖 3c)、石榴石透輝石矽卡巖等。礦石具浸染狀、稠密浸染狀構(gòu)造(圖 3b, c)。金屬礦物主要為輝鉬礦, 其次為黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦和白鎢礦等, 脈石礦物主要為石榴石、綠簾石、方解石, 少量透輝石。

圍巖蝕變主要為石英-鉀長(zhǎng)石化、云英巖化、矽卡巖化、碳酸鹽化和螢石化。石英－鉀長(zhǎng)石化與鉬礦化密切, 呈線狀發(fā)育在輝鉬礦-石英脈兩側(cè)。面型云英巖化發(fā)育于巖體中, 伴隨非常弱的金屬硫化物礦化。矽卡巖化發(fā)生在大銀尖巖體含鈣質(zhì)斜長(zhǎng)角閃巖和大理巖的圍巖地層中, 礦物組合為鈣鋁榴石、鈣鐵榴石、鈣鐵輝石、綠泥石、綠簾石、方解石, 多伴隨較強(qiáng)的鉬礦化。螢石化和方解石化則以脈體形式充填于構(gòu)造裂隙中, 基本無(wú)鉬礦化, 但可見(jiàn)其內(nèi)部有輝鉬礦礦石角礫, 顯示其為晚期熱液的產(chǎn)物。輝鉬礦一般呈浸染狀分布于硅化-鉀長(zhǎng)石化線性蝕變帶中, 或呈線狀集中于石英脈壁處, 或呈團(tuán)塊狀分布于夕卡巖中。熱液礦化大致可以分為云英巖化階段、硅化-鉀長(zhǎng)石化階段、輝鉬礦-石英脈階段、矽卡巖化階段、石英-方解石-螢石階段。輝鉬礦集中沉淀發(fā)生在輝鉬礦-石英脈階段和矽卡巖化階段。主成礦階段石英流體包裹體均一溫度測(cè)定結(jié)果顯示, 輝鉬礦-石英脈階段均一溫度為 133～287℃,矽卡巖化階段為140～326℃。大銀尖鉬礦床屬為中高溫石英脈-矽卡巖復(fù)合型巖漿熱液礦床。

圖3 大銀尖鉬礦床礦化特征Fig. 3 Mineralization characteristics of Dayinjian Mo deposit

3 樣品采集及分析方法

3.1 樣品采集

成礦有關(guān)的花崗巖巖石樣品采自大銀尖二長(zhǎng)花崗巖體北側(cè)的邊緣相, 地理座標(biāo): 北緯 31°43′42.2″,東經(jīng) 114°41′17.1″(GPS 定位), 樣品新鮮, 顯微鏡薄片觀察基本無(wú)蝕變現(xiàn)象。分選硫化物單礦物的輝鉬礦-石英脈型和矽卡巖型礦石樣品分別采自巖體內(nèi)部和外接觸帶。

3.2 分析方法

巖石主量元素分析由國(guó)土資源部中南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心完成。主量元素 SiO2, TiO2, Al2O3,Fe2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O, P2O5采用AXIOS X射線熒光光譜儀(XRF)分析, FeO 和燒失量(LOI)采用標(biāo)準(zhǔn)濕化學(xué)分析法分析。分析誤差＜5%。稀土、微量元素以及Sr-Nd同位素測(cè)定在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成, 分別采用電感耦合等離子質(zhì)譜儀(Agilent 7500A型)和 MAT-261表面熱電離同位素比值質(zhì)譜儀分析。其中同位素比值質(zhì)譜儀儀器標(biāo)樣分析結(jié)果: NBS98787Sr/86Sr=0.710240±6; La Jolla143Nd/144Nd= 0.511844±1。

Pb同位素組成測(cè)試在宜昌地質(zhì)礦產(chǎn)研究所完成。稱取10～100 mg的巖石礦物樣品(樣品類型不同其稱樣量亦不同)于聚四氟乙烯燒杯中, 加入 HF+HNO3混合酸分解樣品, 蒸干, 加入6 mol/L HCl除去溶樣時(shí)帶進(jìn)的其他酸根離子, 最后轉(zhuǎn)化成 HBr:HCl為 1: 2混合酸介質(zhì), 離心, 然后通過(guò) AG-1×8(200～400 目)陰離子交換柱, 用 5～8 mL 的 0.3 mol/L HBr淋洗雜質(zhì), 再用5 mL 0.5 mol/L HCl將樹(shù)脂轉(zhuǎn)型,最后用5 mL 6 mol/L的HCl解吸Pb。Pb同位素比值的測(cè)定在MAT-261可調(diào)多接收質(zhì)譜計(jì)上完成。同位素分析樣品的制備均在超凈化工作柜內(nèi)完成, 所用試劑和水均經(jīng)聚四氟乙烯對(duì)瓶或高純石英亞沸蒸餾器亞沸蒸餾。監(jiān)控Pb同位素比值測(cè)定的NBS981國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)定值:207Pb/206Pb為 0.9142±5,NBS981證書值:207Pb/206Pb為 0.9146±3。

巖石及金屬硫化物的S同位素樣品分析分別由宜昌地質(zhì)礦產(chǎn)研究所完成。首先將礦石樣品粉碎到40～80目, 在雙目鏡下挑選輝鉬礦和黃鐵礦等金屬硫化物, 純度在95%以上, 再磨至200目?；◢弾r等全巖樣品直接粉碎至200目。采用傳統(tǒng)的分析測(cè)試流程, 即樣品按比例加入Cu2O, 然后置于馬弗爐內(nèi),在1050～1060℃真空條件下反應(yīng)制備SO2, 最后在質(zhì)譜儀進(jìn)行測(cè)試, 測(cè)試誤差均小于±0.2‰。δ34S的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)為V-CDT。

4 結(jié)果與討論

4.1 Pb同位素組成特征

大銀尖巖體及礦石硫化物 Pb同位素組成見(jiàn)表1。鉛同位素源區(qū)示蹤其基本原理是在地球化學(xué)演化過(guò)程中, 鉛同位素演化和增長(zhǎng)取決于地質(zhì)體中鉛同位素初始比值和U, Th同位素衰變積累。礦石鉛是各種熱液環(huán)境中沉淀出的不含U、Th的金屬礦物中的鉛同位素組成, 因?yàn)榈V物中不含U、Th, 或者U、Th含量極低, 與礦物中的鉛含量相比可以忽略不計(jì),礦物形成后不再有放射性成因鉛的明顯加入, 它記錄了原始熱液中金屬物質(zhì)源區(qū)的U-Th-Pb體系及初始鉛同位素組成。花崗巖類巖石初始Pb同位素組成特征代表了巖漿結(jié)晶時(shí)源區(qū)的Pb同位素成分, 利用花崗巖類全巖初始鉛同位素能夠反演巖漿熔融過(guò)程中的 U-Th-Pb體系, 因此, 巖石初始鉛和礦石鉛同位素組成研究成為追索源區(qū)物質(zhì)組成的重要示蹤劑,廣泛應(yīng)用于追索成巖成礦物源研究。

由于巖石一般含有一定量的 U, Th, 結(jié)晶以后U, Th所產(chǎn)生的放射性成因鉛會(huì)對(duì)巖石的鉛同位素組成產(chǎn)生一定的影響, 故需要對(duì)其進(jìn)行鉛同位素組成校正。利用觀測(cè)到的全巖鉛同位素組成和 U, Th,Pb含量及成巖年齡值計(jì)算巖石238U/204Pb,232Th/204Pb,235U/204Pb比值, 然后根據(jù)二階段鉛演化模式計(jì)算出樣品中的放射性成因鉛, 并從實(shí)測(cè)結(jié)果中予以扣除, 獲得成礦相關(guān)的花崗巖類巖石的初始Pb同位素比值(表1)。花崗巖的年代數(shù)據(jù)采用大銀尖鉬礦床輝鉬礦Re-Os年齡(122.7 Ma)(羅正傳, 2010)代表巖體的成巖年齡。計(jì)算的巖石初始Pb同位素比值與全巖鉛同位素比值基本一致, 相比略有降低, 這是由于花崗質(zhì)巖石時(shí)代較年輕對(duì) Pb同位素組成變化的時(shí)間效應(yīng)不明顯。由此獲得花崗巖類巖石初始鉛同位素比值與利用花崗巖中長(zhǎng)石測(cè)定的 Pb同位素比值基本一致。

由表 1可知, 成礦巖體的初始鉛同位素組成(206Pb/204Pb)t為 16.655, (207Pb/204Pb)t為 15.309,(208Pb/204Pb)t為37.287; 矽卡巖型和石英脈型礦石金屬硫化物鉛同位素組成一致, (206Pb/204Pb)t為16.876～16.732, (207Pb/204Pb)t為 15.206～15.321,(208Pb/204Pb)t為 37.570～37.271; 大銀尖巖體全巖初始鉛與礦石鉛同位素組成非常一致, 均以低放射性成因鉛同位素組成為特征, 顯示礦石與巖體為同一物源系統(tǒng), 說(shuō)明成礦物質(zhì)中的鉛來(lái)源于大銀尖巖體;另外, 與北大別雜巖(片麻巖和斜長(zhǎng)角閃巖)鉛同位素(張宏飛, 2001)對(duì)比發(fā)現(xiàn), 它們的低放射性成因鉛同位素組成特征與北大別雜巖鉛同位素組成特征非常一致(圖4), 表明大銀尖花崗質(zhì)巖漿及成礦物質(zhì)來(lái)自貧放射性成因鉛的北大別雜巖基底陸殼。一般殼源型花崗巖的巖漿源區(qū)來(lái)自于中、下地殼, 巖漿侵位于中、上地殼(Taylor, 1985)。地震研究結(jié)果也表明大別山各構(gòu)造單元地殼深部主要由暴露地表的北大別雜巖組成(Wang, 2000)。因此, 大銀尖巖體及成礦物質(zhì)源自中下地殼的北大別雜巖的認(rèn)識(shí)也得到了根據(jù)地球物理資料建立的大別地殼結(jié)構(gòu)模型的支持。結(jié)合成巖成礦年代資料, 大銀尖成礦花崗巖體可能起源于大別造山帶碰撞造山后伸展時(shí)期深部地殼的熔融作用。

4.2 硫同位素特征及硫源

大銀尖巖體及礦石中金屬硫化物的硫同位素組成特征見(jiàn)表 2。矽卡巖型和輝鉬礦-石英脈型鉬礦石具有相對(duì)均一的δ34S組成, 變化于5.27‰～6.30‰之間, 具有與S型花崗巖相關(guān)的熱液礦床δ34S同位素相似特征(Ohmoto et al., 1997)。這種相對(duì)均一的硫同位素值指示硫源自均一的大規(guī)模熱液體系, 最可能是巖漿成因的。正如Hattori et al.(2001)認(rèn)為的斑巖熱液體系, 與花崗巖有關(guān)的巨型礦床顯示很窄δ34S的最好解釋是硫的單一巖漿來(lái)源, 而不是來(lái)自具有不同S同位素組成的局部圍巖的不同來(lái)源硫的均一化作用。而大銀尖二長(zhǎng)花崗巖體全巖硫同位素組成為+16.86‰, 它代表巖漿硫化物的硫同位素組成,相對(duì)于礦石金屬硫化物的硫同位素明顯富集重硫。如此之高的硫同位素組成其最主要的原因可能是巖漿的脫揮發(fā)分作用。巖漿上升過(guò)程中, 進(jìn)入到地殼淺部, 隨著溫度和壓力的下降巖漿體系揮發(fā)分過(guò)飽和而出溶。巖漿體系脫揮發(fā)分作用不僅會(huì)造成殘留熔體中元素含量的降低, 同時(shí)會(huì)導(dǎo)致保留在熔體中物質(zhì)的硫同位素組成顯著偏離原來(lái)的初始巖漿值(Yang et al., 2010)。由于H2S相對(duì)虧損34S, H2S從熔體中的出溶能夠引起熔體富集34S, 強(qiáng)烈的出溶作用可能導(dǎo)致巖體的34S增大。因此, 大銀尖巖體成巖過(guò)程中可能存在強(qiáng)烈的 H2S脫揮發(fā)分作用, 這也是大銀尖鉬礦床形成的重要條件。

表1 大銀尖鉬礦床礦石金屬硫化物和侵入巖Pb同位素組成Table 1 Pb isotopic data of intrusive rocks and sulfides from the Dayinjian ore deposit

圖4 (207Pb/204Pb)-(206Pb/204Pb)和(208Pb/204Pb)-(206Pb/204Pb)圖解(據(jù)張宏飛等, 2001)Fig. 4 (207Pb/204Pb)-(206Pb/204Pb) and (208Pb/204Pb)-(206Pb/204Pb) diagram(after ZHANG Hong-fei et al., 2001)

表2 大銀尖鉬礦床巖石礦石硫同位素組成特征Table 2 S isotope compositions of granite and sulfide from the Dayinjian Mo deposit

4.3 成礦巖體巖石地球化學(xué)及動(dòng)力學(xué)背景

4.3.1 成礦巖體地球化學(xué)

為了弄清大銀尖小型成礦巖體與其鄰近的大型花崗巖巖基或巖株之間時(shí)空關(guān)系和成因聯(lián)系, 收集了鄰區(qū)的燒香尖和新縣巖體的巖石化學(xué)資料(表3)。

新縣巖體呈復(fù)式巖基出露于大銀尖鉬礦床南部7 km 新縣一帶, 燒香尖巖體呈復(fù)式巖株(面積23 km2)出露于大銀尖鉬礦床西部約5 km燒香尖—魏大山一帶(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第三地質(zhì)調(diào)查隊(duì), 2001)。它們均由細(xì)粒、中粒和似斑狀二長(zhǎng)花崗巖三個(gè)巖相單元構(gòu)成。巖石呈灰白色、淡紅色,細(xì)粒、中粒、中粒似斑狀結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造。主要礦物為鉀長(zhǎng)石(40%～45%)、斜長(zhǎng)石(30%～35%)和石英(25%～20%), 少量黑云母, 副礦物主要為磁鐵礦和鋯石。兩巖體巖石地球化學(xué)(表 1)特征為高 SiO2(73.04%～75.82%)、富鉀(K2O: 多在 4.0%～4.74%),K2O/Na2O在一般為1.2～1.5, ∑FeO、MgO、CaO含量相對(duì)較低。A/CNK為1.02～1.19, A/NK為1.15～1.48,顯示鋁質(zhì)飽和, 這是長(zhǎng)英質(zhì) I型花崗巖一般特征(Chappell, 1999)。稀土元素總量為 88.43×10?6～180.18×10?6, (La/Yb)N為12.9～40.0, δEu為0.53～0.87,個(gè)別為0.42。稀土配分模式為中等至較弱負(fù)δEu異常右陡傾型, 具有I型花崗巖稀土模式一般特點(diǎn)。重稀土元素虧損特征明顯, Yb和Y較低, Yb含量一般在 0.40～1.15 ppm,多低于＜1.8 ppm, Y 一般在3.13～9.11 ppm, 低于18 ppm; 微量元素蛛網(wǎng)圖總體顯示較弱的Ba, Sr, P, Ti虧損。兩巖體均具有相對(duì)較高的 Ba, Sr含量和較低的 Rb/Sr(0.59～1.83)、Rb/Ba(0.09～0.35)和較弱的Eu異常, 具有I型花崗巖一般特點(diǎn)。

大銀尖細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖單元為成礦單元, 巖石為淺肉紅色, 塊狀構(gòu)造, 細(xì)粒結(jié)構(gòu)。主要礦物為正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英和少量黑云母。副礦物有鋯石、榍石、磷灰石、磁鐵礦等。其中正長(zhǎng)石含量約50%,它形粒狀, 粒徑0.5～2 mm。較大的晶粒中包有少量細(xì)粒斜長(zhǎng)石。斜長(zhǎng)石含量約20%, 具聚片雙晶結(jié)構(gòu),粒徑0.6～1.5 mm。石英含量約25%, 主要呈它形分布于長(zhǎng)石間隙, 粒徑約0.3～1 mm。大銀尖巖體主量元素具有比新縣、燒香尖巖體更為富硅的特征, SiO2含量一般在 75%以上、更為富鉀(K2O＞4.7%)、更高的K2O/Na2O(一般＞1.4), 最高達(dá)到1.6, 更低的FeO,CaO, 相對(duì)較低的 A/CNK和 A/NK, 分別變化于0.95～1.14(個(gè)別達(dá) 1.21)和 1.04～1.25。屬富鉀準(zhǔn)鋁質(zhì)-過(guò)鋁質(zhì)花崗巖系列。稀土元素特征顯示較低的∑REE(69.49×10?6～90.77×10?6)、較低的(La/Yb)N(7.8～9.6), 較明顯的負(fù) Eu異常(δEu: 0.26～0.48), 稀土元素配分模式總體為重稀土虧損不強(qiáng)烈(Yb:1.34×10?6～1.51×10?6)、較強(qiáng)的 Eu 虧損海鷗型, 與 A型花崗巖相似。其微量元素以富 Rb(最高達(dá)到299×10?6)、貧 Sr(低于 50×10?6)、Ba(低于 70×10?6)和明顯的Ba, Sr, Eu, P, Ti虧損。非常低的Sr含量(＜50ppm)和較高 Yb 含量(＞1.8×10-6), 高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb(＞30×10?6)富集符合 A 型花崗巖特征(RAJESH,2000)。A型花崗巖為后造山地殼伸展階段的產(chǎn)物。巖體相對(duì)較高的 Rb/Sr(9.6～6.0)、Rb/Ba(5.6～3.7)及較強(qiáng)的Eu負(fù)異常, 暗示花崗質(zhì)巖漿源區(qū)的殘余相主要為斜長(zhǎng)石。大銀尖巖體顯示較高的(87Sr/86Sr)i(＞0.708)、極低的 εNd(t)(-20.1)和極高的 T2DM(2.4Ga)(表 3)。

4.3.2 源區(qū)性質(zhì)及成巖成礦動(dòng)力學(xué)背景

花崗巖體的Sr-Nd-Pb同位素是示蹤花崗巖巖漿源區(qū)的重要工具(King et al., 1997)。大銀尖巖體高(87Sr/86Sr)i、極低的 εNd(t)、極高的 TDM(2.4 Ga)模式年齡證明其巖漿源區(qū)為古老的地殼物質(zhì)。其虧損模式年齡處在大別片麻雜巖 Nd模式年齡 1.0～3.1Ga(Ma et al., 2000)的變化范圍之內(nèi)。巖體和礦石的貧放射性成因 Pb同位素體系特征與大別片麻雜巖相似, 均表明大別片麻雜巖很可能是花崗質(zhì)侵入巖的源巖和成礦物質(zhì)來(lái)源, 且幔源巖漿物質(zhì)貢獻(xiàn)很小,說(shuō)明當(dāng)時(shí)軟流圈上涌?jī)H提供地殼物質(zhì)深熔作用所需要的熱量。

圖5 大銀尖鉬礦床相關(guān)侵入巖稀土元素配分模式和微量元素蛛網(wǎng)圖(球粒隕石值據(jù)Boynton, 1984; 原始地幔值據(jù)Sun et al., 1984; 天目山花崗巖據(jù)李法嶺, 2008; 湯家坪花崗斑巖據(jù)楊澤強(qiáng), 2007; 東溝花崗斑巖據(jù)葉會(huì)壽等, 2008)Fig. 5 Chondrite-normalized REE patterns and primitive mantle–normalized trace element spider diagram of the granitic intrusions from the Dayinjian Mo deposit (chondrite-normalized values after Boynton(1984); primitive mantle normalized values after Sun et al.(1984); data of Tian Mushan granite from Li Faling, 2008; data of Tang Jiaping granite porphyry from Yang Zeqiang, 2007; data of Donggou granite porphyry from Ye Huishou, 2008)

張旗等(2006)認(rèn)為花崗質(zhì)巖石地球化學(xué)特征主要反映巖漿源區(qū)的構(gòu)造環(huán)境, 中酸性巖漿巖的形成與壓力密切相關(guān), 并根據(jù)Sr, Yb含量把花崗質(zhì)巖石大致高 Sr(＞400×10?6)低 Yb(＜1.8 ppm)型即埃達(dá)克巖、低 Sr(＜400 ppm)低 Yb(＜2 ppm)的喜馬拉雅型、低 Sr(＜400 ppm)高 Yb(＞1.8 ppm)閩浙型和非常低Sr(＜100 ppm)高 Yb(＞2 ppm)A 型等 4種類型。新縣、燒香尖巖體低 Sr、低 Yb以及強(qiáng)烈的輕重稀土分異暗示部分熔融的熔體與石榴石和斜長(zhǎng)石保持平衡(Rapp, 1999), 具有較高壓力條件地殼部分熔融產(chǎn)物特征。結(jié)合最新同位素年代學(xué)資料, 新縣二長(zhǎng)花崗巖巖基(鋯石U-Pb SHRIMP: 135 Ma, 馬昌前科研組,未發(fā)表; 黑云母40Ar-39Ar: 130 Ma, 李世長(zhǎng)等, 1993)與商城花崗巖巖基(40Ar-39Ar, 133.03～128.04 Ma, 劉文斌等, 2003)、雞公山巖體(鋯石 U-Pb ICP-MS:135.8±1.3 Ma, 周紅升, 2009)、銀山二長(zhǎng)花崗巖(黑云母40Ar-39Ar: 136.8±1.6 Ma, 徐曉春等, 2009)等區(qū)域花崗巖體侵位時(shí)間一致, 而且它們?cè)诘厍蚧瘜W(xué)特征上具有相似特征(馬昌前等, 2003; 劉文斌等, 2003),均為大別山地區(qū)巨量花崗巖漿活動(dòng)的峰期(135 Ma)(張超等, 2008)加厚陸殼深熔的產(chǎn)物, 估計(jì)當(dāng)時(shí)地殼厚度40～50 km(張旗等, 2009)。它們代表大別造山帶碰撞造山后 135 Ma左右由擠壓體制向伸展減薄體制轉(zhuǎn)換的構(gòu)造動(dòng)力學(xué)背景(馬昌前等, 2003; 吳元保等, 2007)。

大銀尖成礦二長(zhǎng)花崗巖以非常低的 Sr(＜50×10?6)、重稀土虧損不強(qiáng)烈(Yb＞2.0×10?6)、稀土配分曲線相對(duì)平坦和較強(qiáng)的 Eu負(fù)異常的海鷗式配分模式為特征(圖 5), 說(shuō)明其源區(qū)殘留相主要為斜長(zhǎng)石,源區(qū)相對(duì)較淺, 很可能代表地殼減薄后的正常厚度陸殼熔融的產(chǎn)物。與同處該構(gòu)造巖漿巖帶的湯家坪成礦花崗斑巖(楊澤強(qiáng), 2007)、西部的天目山花崗巖(李法嶺, 2008)以及東秦嶺的東溝花崗斑巖巖體(葉會(huì)壽等, 2008)具有相似的地球化學(xué)特征(圖5)。且最新的高精度年代學(xué)研究結(jié)果也顯示, 大銀尖成礦巖體(輝鉬礦 Re-Os: 122.7±1.9 Ma(羅正傳, 2010)與天目山花崗巖(輝鉬礦Re-Os模式年齡為121.6±2.1 Ma,楊澤強(qiáng), 2007)、湯家坪斑巖鉬礦床(鋯石 U-Pb ICP–Ms年齡 121.6±4.6 Ma, 魏慶國(guó)等, 2010)以及東秦嶺東溝斑巖型鉬礦床(輝鉬礦 Re-Os 116±1.7 Ma:鋯石SHRIMP U-Pb 112 Ma, 葉會(huì)壽等, 2008)成巖成礦時(shí)間比較一致, 集中在121～110 Ma之間, 表明其形成于大別造山帶根拆沉崩塌、地殼減薄之后的20 Ma期間(馬昌前等, 2003)。該時(shí)期巖漿源區(qū)相對(duì)于135 Ma左右峰期巖漿源區(qū)明顯變淺, 巖漿活動(dòng)強(qiáng)度也明顯減弱(張旗等, 2009), 但在大別山地區(qū)表現(xiàn)出較強(qiáng)烈的成礦效應(yīng), 相當(dāng)于東秦嶺第三期成礦事件(Mao et al., 2008), 值得關(guān)注和進(jìn)一步研究。

另外值得關(guān)注的問(wèn)題是, 大別山地區(qū)以大銀尖、湯家坪鉬礦床為代表的較晚一期鉬多金屬成礦作用主要集中在北大別構(gòu)造塊體中, 而以皇城山淺成低溫?zé)嵋盒豌y礦床、白石坡銀多金屬次火山熱液型礦床(李厚民等, 2007)以及母山、千鵝沖斑巖型鉬礦床(楊梅珍等, 2010)為代表的較早的鉬多金屬礦化集中在北淮陽(yáng)構(gòu)造塊體內(nèi)。產(chǎn)生構(gòu)造塊體成礦特征的差異的深層次原因很可能與北淮陽(yáng)構(gòu)造帶和大別構(gòu)造帶差異性隆升有關(guān)。前人研究結(jié)果表明, 大別造山帶造山旋回最后的熱隆伸展階段, 北淮陽(yáng)構(gòu)造帶和大別核雜巖帶兩塊體之間熱隆伸展時(shí)間和幅度存在差異(陳江峰等, 1995; 楊坤光等, 1999; 王國(guó)燦等, 1998)。其中北淮陽(yáng)構(gòu)造帶隆升時(shí)間相對(duì)較早, 在140 Ma以前, 以后隆升速度緩慢(楊坤光等, 1999),這種小幅緩慢隆升有利于早期地殼淺層次熱液礦床的形成和保存, 其成礦時(shí)間集中在128 Ma以前, 與大別山地區(qū)巨量花崗巖漿峰期時(shí)間接近。而大別構(gòu)造帶隆升作用主要發(fā)生在140 Ma以后, 120 Ma以后隆升幅度最大(楊坤光等, 1999), 導(dǎo)致中下地殼和大別雜巖的廣泛出露, 這種構(gòu)造隆升不利于較早期地殼淺成層次熱液礦床的保存, 但有利于淺成巖漿活動(dòng)和新的礦床形成, 如大銀尖和湯家坪鉬礦床。到90 Ma隆升緩慢且幅度小(楊坤光等, 1999), 使得晚期形成的礦床得以保存。因此, 大別構(gòu)造帶和北淮陽(yáng)構(gòu)造帶的差異性隆升很可能是造成大別山地區(qū)成礦時(shí)空差異的重要原因。

5 結(jié)論

大銀尖鉬礦床是產(chǎn)于大別變質(zhì)核雜巖帶北緣規(guī)模較大的鉬礦床的典型代表。其礦化類型為石英脈型和矽卡巖型復(fù)合礦床。礦石硫同位素特征顯示單一巖漿硫來(lái)源。Sr-Nd-Pb同位素聯(lián)合示蹤結(jié)果表明成巖成礦物質(zhì)源區(qū)為中下地殼的古老大別雜巖。根據(jù)大銀尖成礦巖體的巖石地球化學(xué), 并結(jié)合最新的精細(xì)年代學(xué)資料分析認(rèn)為, 大銀尖鉬礦床是大別造山帶根拆沉崩塌、地殼減薄之后的深部動(dòng)力學(xué)過(guò)程的成巖成礦淺表響應(yīng), 與東秦嶺第三次成礦事件對(duì)應(yīng)。結(jié)合大別山地區(qū)已有的勘探成果和研究資料分析, 認(rèn)為大別造山帶碰撞造山后北淮陽(yáng)和大別構(gòu)造帶差異性隆升很可能是不同構(gòu)造單元成礦特征差異的重要原因, 在大別山地區(qū)成礦時(shí)空規(guī)律研究和未來(lái)找礦工作中值得進(jìn)一步關(guān)注。

致謝: 本研究得到了中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助, 開(kāi)放課題編號(hào)為 GPMR201014。在樣品處理、測(cè)試過(guò)程中得到了趙來(lái)時(shí)、周練教授的幫助, 在此向他們表示衷心的感謝！

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Geochemistry of Mineralization and Granitic Magmatism of Dayinjian Mo deposit, Xinxian County, Henan Province and Its Geological Significance

YANG Mei-zhen1,2), ZENG Jian-nian2), LI Fa-ling3), PAN Si-dong2), LU Jian-pei2), REN Ai-qun3)
1)State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources, China University of Geosciences, Wuhan,Hubei430074;2)China University of Geosciences, Wuhan, Hubei430074;3)No.3 Geological Survey Party, Henan Bureau of Geoexploration and Mineral Development, Xinyang, Henan464000

The Dayinjian Mo deposit located on the northern margin of the Dabie metamorphic core complex rock belt is a typical quartz vein-skarn Mo mineralization related to granitic magmatism. The authors studied petrogeochemistry of Dayinjian mineralized monzonite granite and Pb and S multielement isotopic trace of granite and ores.δ34S values of the sulfides range between 5.26 and 6.30 per mil, and vary insignificantly with the location and type in the ore deposit. the highδ34S values of granite suggest intense degassing of H2S of granitic melt. The low radioactivity-generated Pb isotopic composition of mineralized granite and ores (206Pb/204Pb)t: 16.876～16.732,(207Pb/204Pb)t: 15.206～15.321, (208Pb/204Pb)t: 37.570～37.271 and the high (87Sr/86Sr)i(0.7237), very low εNd(t)(?20.1)and high T2DM(2.4 Ga) of the mineralized granite indicate that the granite and ore-forming materials were derived from partial melting of low-middle crust composed of old Dabie metamorphic complex rocks. According to geochemical characteristics of Dayinjian granite such as relatively low Sr (＜50×10?6) and high Yb (＞1.8×10?6)content, comparatively strong negative Eu anomaly (δEu＜0.5), rather low (La/Yb)N(7.8～9.6)and sea gull-shaped REE distribution pattern, together with the newest geochronologic data, it can be concluded that the magmatism and mineralization of the Dayinjian Mo deposit were related to partial melting of the continental crust with normal thickness after extension and thinning of Dabie orogen, and seemed to be the surface response to the deep dynamic process of lithospheric delamination and thinning in the Dabie orogenic belt.

Dabie Mountain; adamellite; S isotope, Sr-Nd-Pb isotopes; petrogeochemistry; Dayinjian Mo deposit

P618.65; P59

A

10.3975/cagsb.2011.03.03

本文由地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題(編號(hào): GPMR201014)和河南省國(guó)土資源廳2007年度省“兩權(quán)價(jià)款”地質(zhì)科研計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào): 2882)聯(lián)合資助。

2011-03-09; 改回日期: 2011-04-15。責(zé)任編輯: 魏樂(lè)軍。

楊梅珍, 女, 1965年生。博士, 副教授。 主要從事礦床學(xué)礦相學(xué)教學(xué)和地質(zhì)找礦工作, 近來(lái)重點(diǎn)開(kāi)展大別山地區(qū)鉬多金屬成礦動(dòng)力學(xué)及時(shí)空結(jié)構(gòu)規(guī)律研究。通訊地址: 430074, 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院資源系。電話: 027-67883930。E-mail:ymzkitty@163.com。