武國忠, 王登紅, 胡耀國, 王成輝

(1.中國地質大學(北京) 地球科學與資源學院, 北京 100083; 2.廣東省地質調查院, 廣東 廣州 510080; 3.中國地質科學院 礦產資源研究所, 北京 100037)

粵北兩類鎢礦的成礦時代
——以棉土窩和禾尚田為例

武國忠1,2, 王登紅3, 胡耀國2, 王成輝3

(1.中國地質大學(北京) 地球科學與資源學院, 北京 100083; 2.廣東省地質調查院, 廣東 廣州 510080; 3.中國地質科學院 礦產資源研究所, 北京 100037)

粵北地區(qū)廣泛分布著 石英脈型鎢錫多金屬礦床, 根據(jù)圍巖的差異可分為兩類: 一類以南雄縣棉土窩鎢 礦床為代表, 該礦床以寒武系砂巖地層、中粗?；◢弾r為成礦巖體圍巖, 以細粒花崗巖為成礦巖體, 鋯石 U-Pb 法測得細?；◢弾r的成巖年齡為 153.82±0.96 Ma 和 146.95±0.84 Ma, 輝鉬礦 Re-Os 等時線法測得礦床的成礦年齡為 150.5±1.4 Ma, 黑云母Ar-Ar等時線法測得成礦年齡為 151.0±1.2 Ma, 從而得出棉土窩鎢礦床的成礦時代為晚侏羅世, 同時由于前人測得中粗?；◢弾r的年齡為 230±2.3 Ma, 屬印支期, 證明了印支期花崗巖也可作為石英脈型鎢礦的圍巖; 另一類石英脈型鎢礦床以樂昌禾尚田為代表。該礦床以泥盆系灰?guī)r為圍巖, Ar-Ar 法測得其成礦年齡為 161.1±1.1 Ma, 證明其成礦時代也為晚侏羅世。這兩類實例證明了粵北地區(qū)鎢礦床與晚侏羅世侵入巖關系密切, 印支期花崗巖與泥盆系灰?guī)r中也可賦礦, 這對該地區(qū)尋找類似鎢礦床有重要的指導意義。

晚侏羅世; 印支期; 灰?guī)r; 石英脈型鎢礦; 測年

粵北地區(qū)礦產資源豐富、勘查歷史悠久, 南雄縣棉土窩鎢礦床于 1918 年發(fā)現(xiàn), 但未進行地質調查; 1958 年 5 月, 原廣東省地質局 722 隊進行了踏勘; 1959 年 11 月, 廣東省有色金屬地質勘查局 932 隊對其進行了勘探, 探明 WO3儲量 4000 多噸; 2006 年,廣東省有色金屬地質勘查局 932 隊對其進行儲量核查, 查明 WO3儲量還剩 1000 噸左右?？梢娒尥粮C礦床作為老礦山, 資源儲量正在枯竭, 為尋找后備資源, 對棉土窩礦床進行深部及外圍的勘查、成礦規(guī)律研究尤為必要。

而樂昌禾尚田鎢礦床則是新發(fā)現(xiàn)的礦床, 2010 年以前, 作為礦點, 一直未有找礦突破。2010年 8 月以后, 廣東省地質調查院與廣東省廣晟資產經營有限公司開展合作勘查, 投入了較多深部鉆探 的 工作 量, 成績 不斷 擴 大, 目 前鎢礦 規(guī)模 已控制至大型以上, 錫、鉛、鋅、銻、金等伴生組分都有分布。

1 成礦地質特征

粵北地區(qū)是南嶺有色金屬成礦帶的重要組成部分, 隆起區(qū)出露大面積燕山期花崗巖, 也零星分布有印支期花崗巖, 坳陷區(qū)則覆蓋著巨厚的古生代-中生代地層。

棉土窩鎢礦床是粵北地區(qū)典型的石英脈型鎢礦床, 區(qū)內地層主要為寒武系砂頁巖, 出露面積較小;巖漿巖為中粗?；◢弾r與細粒黑云母花崗巖(圖 1),出露面積約占礦區(qū)總面積的 90%; 中粗粒斑狀黑云母花崗巖呈不規(guī)則巖枝狀侵入寒武系砂頁巖中, 被后期細粒黑云母花崗巖自北西向南東斜交侵入, 另有輝綠巖脈、閃長玢巖脈、石英斑巖脈等產出。礦區(qū)主要發(fā)育 NE 及 NW 向斷層, 礦脈多數(shù)被錯動; 裂隙以 NE 走向為主, 張剪性為主, 控制了礦化帶的產出。礦區(qū)由棉南棉北、三叉水、木頭坑 3個礦化帶組成, 總體傾向 SE, 傾角 80°左右。礦脈局部形態(tài)較為復雜, 有分枝復合、尖滅再現(xiàn)和膨縮彎曲等現(xiàn)象,垂向上具“五層樓”分帶特征(王登紅等, 2010a, b; 許建祥等, 2008), 即上部為細脈帶, 伴有少量石英-云母線, 中部為大脈帶, 深部為尖滅帶, 礦化逐漸變弱消失，這些礦脈自下而上產于細?；◢弾r、中粗粒花崗巖及寒武系砂頁巖中，向下尖滅于細粒花崗巖中。礦床類型為石英脈型, 金屬礦物為黑鎢礦、黃銅礦、輝鉍礦、輝鉬礦、白鎢礦等，非金屬主要為石英及少量長石、黑云母、白云母、螢石等。礦石具自形、半自形晶粒結構和塊狀、放射狀、條帶狀、浸染狀構造。圍巖蝕變以云英巖化為主, 其次為硅化、綠泥石化、絹云母化、鉀長石化等(譚章文, 2011)。

圖 1 棉土窩鎢礦區(qū)地質簡圖(據(jù)王建新等, 2010①王建新, 姚展輝, 胡振華等. 2010. 廣東省南雄市棉土窩鎢礦核查區(qū)資源儲量核查報告.略修改)Fig.1 Simplified geological map of the Miantuwo tungsten deposit

禾尚田鎢礦床也是粵北地區(qū)的典型鎢礦床之一,不同之處在于該礦床位于碳酸鹽巖廣泛分布的區(qū)域,整個礦區(qū)位于向斜中間部位, 礦區(qū)及周邊未見任何巖體出露。賦礦地層主要為泥盆系天子嶺組灰?guī)r以及棋子橋組灰?guī)r, 區(qū)內斷裂構造主要為 SN 向斷裂(圖 2),礦帶分布主要受斷裂及次級斷裂、褶皺控制, 礦體呈脈狀產于天子嶺組灰?guī)r中。礦床類型為石英脈型鎢礦。金屬礦物主要有黑鎢礦、白鎢礦、錫石、黃鐵礦、孔雀石等, 非金屬礦物有方解石、云母、石英、螢石等。其中黑鎢礦為微晶結構, 星點狀、短柱狀、塊狀構造; 而富含白云母的白鎢礦為不規(guī)則粒狀結構, 浸染狀、星點狀構造。礦區(qū)主礦種為鎢, 伴生礦種為錫、鉛鋅、銻等。全區(qū) WO3平均品位約 0.23%。圍巖蝕變有大理巖化、硅化、黃鐵礦化、螢石礦化等。

圖 2 樂昌禾尚田鎢礦區(qū)地質簡圖(據(jù)廣東省地調院)Fig.2 Sketch map of the Heshangtian tungsten deposit

2 鋯石 U-Pb 定年

本次研究僅對棉土窩礦區(qū)的巖石進行了鋯石LA-ICP-MS U-Pb 年齡的測定, 由于含鎢礦石的石英脈尖滅于細粒黑云母二長花崗巖中(圖 3), 因此細?；◢弾r的形成年齡代表了成礦年齡，于是筆者采集了花崗巖樣品(采樣位置見圖 1, 位于巖相界線處)進行測定。巖石主要礦物為石英、長石和黑云母。鏡下石英顆粒大小不一, 呈它形粒狀結構; 長石結晶顆粒局部較大, 呈自形-半自形板狀, 普遍發(fā)育聚片雙晶, 具簡單定向性; 干涉色較強的礦物主要為黑云母, 產于石英、長石顆粒之間, 呈片狀。

鋯石陰極發(fā)光及年齡測定在中國地質科學院礦產資源研究所國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室完成。本次選擇了有代表性的 19粒鋯石進行年齡測定, 鋯石形態(tài)及測試點位見圖 4, 詳細分析方法見柳小明等(2007)、侯可軍等(2009), 測試結果見表1、圖 5。數(shù)據(jù)可分為兩組, 第一組加權平均年齡為153.82±0.96 Ma(n=12, 加權平均方差=1.19), 第二組加權平均年齡為 146.95±0.84 Ma(n=7, 加權平均方差=1.07), 可見棉土窩礦床的成礦時代為晚侏羅世。

3 輝鉬礦 Re-Os 等時線定年

圖 3 棉土窩細粒黑云母二長花崗巖標本照片及顯微照片F(xiàn)ig.3 Photo and microphotograph of the fine-grained biotite monzonitic granite in the Miantuwo deposit

圖 4 細粒黑云母二長花崗巖中鋯石的陰極發(fā)光圖Fig.4 Cathodoluminescene (CL) images of zircons from the fine-grained biotite monzonitic granite

本次研究也采用輝鉬礦 Re-Os 等時線法對棉土窩礦區(qū)進行了成礦年齡測定。在棉土窩礦區(qū), 坑道內 V5礦體上能見到與黑鎢礦共生的純度很高的大塊輝鉬礦(圖 6)。筆者選擇了 6 塊不同的輝鉬礦標本(采樣位置在 185 m 標高坑道中)進行 Re-Os 同位素測試, 年齡測定由中國地質科學院國家地質實驗測試中心 Re-Os 同位素實驗室完成, 分析流程與測試過程參見文獻(杜安道等, 1994; 屈文俊和杜安道, 2003; 趙芝等, 2012), 測試結果見表 2。從圖 7 的分析結果可以看出棉土窩礦床的成礦年齡為150.5±1.4 Ma(加權平均方差=0.89)。

4 黑云母、白云母 Ar-Ar 定年

筆者對棉土窩與禾尚田兩個礦床都進行了 Ar-Ar法成礦年齡測定, 在棉土窩礦區(qū)采礦坑道內(圖 1 所示, 采樣位置位于 185 m 坑道 4 號礦脈處), 有呈大片狀分布的黑云母脈充填于細?；◢弾r中, 由于石英脈中黑云母與黑鎢礦共伴生, 故黑云母的形成年齡代表了棉土窩鎢礦的成礦年齡，為此筆者采集了若干黑云母樣品(圖 8a)進行測年; 在禾尚田雪馬田礦段 39 線ZK3902 地表, 廣泛發(fā)育富白云母石英脈, 這些白云母線往下逐漸過渡為含黑鎢礦的石英脈, 因此白云母的形成年齡代表了禾尚田鎢礦的成礦年齡，于是筆者采集 了 3 塊 脈 石 標 本 (采 樣 位 置 坐 標 為 113°07′39″E, 25°06′55″N), 從中選擇白云母作為測年對象(圖 8b)。

表 1 棉土窩細粒黑云母二長花崗巖鋯石 U-Pb 測年結果Table 1 Zircon U-Pb results of the fine-grain biotite granite in the Miantuwo deposit

圖 5 細粒黑云母二長花崗巖中鋯石 U-Pb 年齡諧和圖(a, 第一組; b, 第二組)Fig.5 U-Pb concordia diagrams of the fine-grained biotite monzonitic granite (a, the first group and b, the second group)

對禾尚田和棉土窩礦區(qū)的云母樣品分別進行實驗, 選擇純度>99%的云母用超聲波清洗, 然后將樣品封進石英瓶中, 在核反應堆中用中子照射, 照射工作在中國原子能科學研究院的“游泳池堆”中進行,使用 B4 孔道, 中子流密度約為 2.60×1013n cm-2s-1。在石墨爐中對樣品進行階段性升溫加熱, 每加熱 30 min,凈化 30 min。使用多接收稀有氣體質譜儀 Helix MC進行質譜分析, 對所有采集的數(shù)據(jù)進行質量歧視校正、大氣氬校正、空白校正和干擾元素同位素校正后, 用 ISOPLOT 程序進行年齡計算, 年齡誤差以 2σ給出。詳細實驗流程見有關文章(陳文等, 2006; 張彥等, 2006)。最終分析結果見表 3 和表 4, 通過對其正等時線年齡及坪年齡的計算, 測得棉土窩礦區(qū)成礦年齡為 151±1.2 Ma(加權平均方差=0.95)(圖 9), 禾尚田礦區(qū)的成礦年齡為 161.1±1.1 Ma(加權平均方差= 0.22) (圖 10)。

表 2 廣東省棉土窩鎢礦中輝鉬礦 Re-Os 同位素數(shù)據(jù)Table 2 Re-Os isotope results of the molybdenites from the Miantuwo tungsten deposit in Guangdong

圖 6 輝鉬礦標本照片F(xiàn)ig.6 Photo of a hand specimen of molybdenite ore

圖 7 棉土窩鎢礦中輝鉬礦 Re-Os 同位素等時線圖Fig.7 Re-Os isotopic isochron diagram of the molybdenites from the Miantuwo deposit

5 成礦年齡地質意義討論

對棉土窩礦區(qū)細粒黑云母花崗巖中的鋯石、輝鉬礦、黑云母年齡的測定, 均顯示年齡為 150 Ma 左右。由于在棉土窩礦區(qū)，U-Pb 法測年用的細粒黑云母花崗巖樣品為成礦母巖，Re-Os 法測年用的輝鉬礦樣品與黑鎢礦共生于含礦石英脈中，而 Ar-Ar 法測年用的黑云母樣品與黑鎢礦共生于含礦石英脈中,因此 150 Ma 左右代表了棉土窩礦床的成礦年齡，屬晚侏羅世。與細粒黑云母花崗巖接觸的除了礦體外,還有中粗粒斑狀花崗巖(圖 11), 二者接觸帶明顯。孫立強等(2011)測得中粗?；◢弾r成巖年齡為 230±2.3 Ma(加權平均方差=2.2), 屬印支期。棉土窩礦區(qū)的石英脈型鎢礦產于細粒黑云母花崗巖中, 同時此類花崗巖侵入于中粗粒斑狀花崗巖之中。

根據(jù)以上分析推測棉土窩礦床的成礦年齡在150 Ma 左右, 成礦時代為晚侏羅世，成礦巖體為晚侏羅世花崗巖，作為成礦巖體圍巖的印支期花崗巖是一種新的含礦層位。

圖 8 棉土窩礦區(qū)黑云母標本(a)和和尚田鎢礦區(qū)富白云母的石英脈巖石樣品標本(b)Fig.8 Photos of the biotite sample from the Miantuwo deposit (a), and mica-rich quartz vein from the Heshangtian tungsten deposit (b)

表 3 棉土窩鎢礦床黑云母樣品40Ar-39Ar 法階段性升溫年齡數(shù)據(jù)表Table 340Ar-39Ar results of the biotites from the Miantuwo tungsten deposit

表 4 禾尚田鎢礦床白云母樣品40Ar-39Ar 法階段性升溫年齡數(shù)據(jù)表Table 440Ar-39Ar results for the muscovites from the Heshangtian tungsten deposit

圖 9 棉土窩鎢礦床黑云母40Ar-39Ar 階段性升溫正等時線(a)和40Ar-39Ar 坪年齡圖(b)Fig.9 The time line isochrones chart by ascending temperature in40Ar-39Ar way (a), and the40Ar-39Ar plateanu age chart (b) of the biotites from the Miantuwo deposit

圖 10 禾尚田礦床白云母40Ar-39Ar 階段性升溫正等時線(a)和40Ar-39Ar 坪年齡圖(b)Fig.10 The time line isochrones chart by ascending temperature in40Ar-39Ar way (a), and the40Ar-39Ar plateanu age chart (b) of the muscovites from the Heshangtian deposit

圖 11 棉土窩鎢礦區(qū)中粒、細粒花崗巖并存的標本照片F(xiàn)ig.11 The photo of showing the contact of the co-exist medium-grained and fine-grained granites in the Miantuwo tungsten deposit

禾尚田鎢礦區(qū)的富白云母石英脈 Ar-Ar 坪年齡為161.1±1.1 Ma, 反映禾尚田礦區(qū)存在晚侏羅世的成礦熱液侵入事件, 而富白云母石英脈中富含白鎢礦, 這些礦脈向深部過渡為含黑鎢礦的石英脈, 而這些礦脈均產于泥盆系灰?guī)r中。 可見 161.1±1.1 Ma 可作為禾尚田鎢礦區(qū)的成礦年齡，禾尚田鎢礦床的成礦時代為晚侏羅世，作為礦體圍巖的泥盆系灰?guī)r也是一種新的含礦層位。

粵北地區(qū)其他鎢礦床的年齡也為晚侏羅世, 如曲江瑤嶺石英脈型黑鎢礦中與成礦同期形成的白云母的40Ar/39Ar年齡為 149.44±0.73 Ma(翟偉等, 2011);楊曉君等(2008)測得始興梅子窩鎢礦區(qū)石英流體包裹體 Rb-Sr 等時線年齡為 150±5 Ma, 同時翟偉等(2010)測得與成礦作用同期形成白云母的40Ar/39Ar年齡為 155.9±0.6 Ma; 付建明等(2008)使用 Re-Os等時 線 法 測 得 始 興 石 人 嶂 輝 鉬 礦 年 齡 為 154.2±2.7 Ma。這些年齡數(shù)據(jù)均反映粵北地區(qū)普遍發(fā)生了晚侏羅世的巖漿侵入及成礦作用, 棉土窩鎢礦床、禾尚田礦床的形成也不例外。

然而, 棉土窩鎢礦床存在印支期巖體, 而且晚侏羅世侵入巖與印支期巖漿巖呈侵入接觸關系(孫立強等, 2011), 成鎢礦的石英脈主要尖滅于晚侏羅世的細?；◢弾r中, 說明晚侏羅世的巖體是成礦巖體, 而印支期巖體是成礦巖體圍巖。禾尚田鎢礦床的圍巖為泥盆系灰?guī)r, 這些新的含礦層位, 突破了鋸板坑、梅子窩等類似的石英脈型鎢礦床僅產于砂巖、板巖地層中的認識(肖光銘和邸文, 2011)。這在粵北地區(qū)印支期巖體、泥盆系灰?guī)r中尋找石英脈型鎢礦打開了先例, 擴大了粵北地區(qū)鎢礦床深部、外圍的資源前景。

6 結 論

通過多種方法對南雄棉土窩鎢礦床成礦年齡進行了測定, 鋯石 U-Pb 法測得棉土窩鎢礦床成礦巖體的成巖年齡為 153.82±0.96 Ma 和 146.95±0.84 Ma,輝鉬礦 Re-Os 等時線法測得與黑鎢礦共生的輝鉬礦成礦年齡為 150.5±1.4 Ma, 黑云母 Ar-Ar等時線法測得與黑鎢礦共生的黑云母年齡為 151.0±1.2 Ma, 這些數(shù)據(jù)一致反映棉土窩鎢礦床的成礦時代為晚侏羅世; 對樂昌禾尚田鎢礦床富云母石英脈進行 Ar-Ar法測年的結果為 161.1±1.1 Ma, 也反映該礦區(qū)的成礦時代為晚侏羅世。

根據(jù)對成礦時代和成礦巖體及其圍巖的分析,粵北地區(qū)石英脈型鎢礦床的成礦時代集中于145~162 Ma；晚侏羅世細粒黑云母花崗巖為成礦巖體；印支期中粗粒黑云母花崗巖、泥盆系灰?guī)r, 是兩種新的含礦層位, 突破了以往僅在砂巖、板巖地層中尋找鎢礦體的認識, 擴大了粵北地區(qū)鎢礦的找礦遠景。

致謝:值此陳毓川院士 80 華誕之際, 感謝先生為我國礦產地質科學發(fā)展作出的杰出貢獻, 同時衷心祝愿先生身體健康, 壽比南山。本文在完成過程中得到了國家測試中心李超博士、中國地質科學院地質研究所陳文研究員、中國地質科學院礦產資源研究所陳鄭輝、侯可軍及天津地質調查院程天赦等的熱心幫助, 審稿人提出了建設性的修改建議, 在此一并表示感謝。

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Metallogenic Epoch of the Two Types of Tungsten Ore Deposits: A Case Study of the Miantuwo and Heshangtian Deposits in Northern Guangdong

WU Guozhong1,2, WANG Denghong3, HU Yaoguo2and WANG Chenghui3
(1. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China; 2. Guangdong Geologic Survey Institute, Guangzhou 510080, Guangdong, China; 3. Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China)

There are many quartz vein-type tungsten polymetallic ore deposits in northern Guangdong which can be divided into two types according to their wall rocks. One type of the ore deposits is hosted in the Cambrian sandstones and coarse-grained granite while the tungsten polymetallic mineralization is closely related to the fine-grained granite, which is represented by the Miantuwo tungsten deposit. The age of fine-grain granite is dated to be 146.95±0.84 Ma/153.82±0.96 Ma, using zircon U-Pb method, while the molybdenite Re-Os isochrone and biotite Ar-Ar isochrone are 150.5±1.4 Ma and 151.0±1.2 Ma respectively, and thus the Miantuwo deposit was formed in the Late Jurassic. The other type of the ore deposits is hosted in the Devonian limestones with the Heshangtian tungsten deposit as a representative. The after type of ore deposits is different from the one aforementioned.39Ar/40Ar dating of the micas from the Heshantian deposit shows that the mineralization age is 161.1±1.1 Ma, i.e., the deposit was also formed in the Late Jurassic. That is the quartz vein tungsten ore deposits in northern Guangdong are closely related to the Late Jurassic granites. Indosinian granites and the Devonian limestones can be the country rocks of the ore veins in northern Guangdong, and therefore, attentions should be paid to above two types of country rocks in the future explorations.

Late Jurassic; the Indo-Chinese epoch; limestone; quartz vein tungsten deposit; dating

P597; P612

A

1001-1552(2014)02-0325-009

2013-10-16; 改回日期: 2013-11-28

項目資助: 廣東省礦產地質與區(qū)域成礦規(guī)律綜合研究項目(編號: 12120114075101)、廣東省礦產資源潛力評價項目(編號: 1212011121016)、國家 深 部 探 測 工 程 專 項 (編 號 : SinoProb-03-01)、 國 家 科 技 支 撐 計 劃 (編 號 : 2011BAB04B07)和 中 國 地 質 大 調 查 項 目 (編 號 : 1212011120989、1212010633903)聯(lián)合資助。

武國忠(1981-), 男, 工程師, 在讀博士生, 從事礦床地球化學研究。Email: wugzh04@qq.com