夏九洲,馬麗艷,郭 闖,羅華彪,盧友月,程順波,張遵遵,夏 杰
( 1.湖南省有色地質(zhì)勘查局二一七隊(duì),湖南 衡陽(yáng) 421009;2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 武漢地質(zhì)調(diào)查中心,湖北 武漢 430205;3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 花崗巖成巖成礦地質(zhì)研究中心,湖北 武漢 430205 )
銣作為重要的稀有金屬和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)礦產(chǎn)之一,近年來(lái)在找礦和應(yīng)用方面取得系列的新發(fā)現(xiàn)和新突破[1-11]。湘南地區(qū)是我國(guó)重要的銣多金屬礦集中區(qū)之一,目前已發(fā)現(xiàn)并評(píng)價(jià)的主要有正沖、尖峰嶺、上堡、柿竹園、杉木溪、長(zhǎng)城嶺等,與燕山期花崗巖關(guān)系密切(圖1),礦床類型主要為云英巖型、花崗巖型,規(guī)模以大型—超大型為主,常與錫、鋰、鈮鉭等共伴生。
拖碧塘銣礦位于南嶺成礦帶中段北緣,為近年地質(zhì)大調(diào)查項(xiàng)目新發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)地,隨后湖南省有色地質(zhì)勘查局二一七隊(duì)申請(qǐng)了2013年湖南省級(jí)兩權(quán)價(jià)款地質(zhì)勘查項(xiàng)目。通過(guò)項(xiàng)目的實(shí)施,區(qū)內(nèi)已圈定銣工業(yè)礦體5個(gè),探獲333+334資源量近5萬(wàn)噸,達(dá)超大型規(guī)模①。礦床研究程度較低,尚未開展礦床成巖成礦年代學(xué)等研究工作,這在一定程度上制約了對(duì)區(qū)內(nèi)成礦規(guī)律的認(rèn)識(shí)及區(qū)域找礦工作的深入開展。
本文在詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)拖碧塘銣礦花崗斑巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年和礦物學(xué)研究,探討巖體成巖時(shí)代,分析其與華南地區(qū)燕山晚期成巖成礦作用的成因聯(lián)系,為區(qū)域及礦區(qū)下一步開展銣多金屬礦勘查提供了基礎(chǔ)資料。
拖碧塘銣礦位于臨武-耒陽(yáng)南北向拗褶帶與陽(yáng)明山-大義山-上堡EW向構(gòu)造帶的交匯部位。區(qū)內(nèi)出露地層由老至新:① 下泥盆統(tǒng)黃公塘組(D1h)深灰色、灰黑色厚—巨厚層狀中細(xì)晶、粉晶、泥晶白云巖、含灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r。② 中泥盆統(tǒng)佘田橋組(D2s),根據(jù)巖性組合特征分為下、中、上三段:下段(D2s1)為淺灰色中厚—厚層狀細(xì)晶灰?guī)r、泥晶灰?guī)r,夾白云質(zhì)灰?guī)r、厚層狀含炭質(zhì)灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r;中段(D2s2)主要為淺灰色含生物碎屑灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r夾白云質(zhì)灰?guī)r,含有少量的角礫狀灰?guī)r;上段(D2s3)為灰色、深灰色中厚—厚層狀細(xì)晶灰?guī)r、粉晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r,夾白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r。③ 上泥盆統(tǒng)錫礦山組(D3x)淺灰、深灰色中厚層狀灰?guī)r,含白云質(zhì)灰?guī)r夾條帶狀灰?guī)r、白云巖。④ 下石炭統(tǒng)孟公坳組(C1m)下部為中厚層狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r夾少量的白云質(zhì)灰?guī)r,產(chǎn)珊瑚、腕足類化石;上部為深灰色頁(yè)巖夾薄層黑色灰?guī)r。⑤ 下石炭統(tǒng)石磴子組(C1s)灰黑色灰?guī)r,局部含燧石結(jié)核,夾泥質(zhì)灰?guī)r、白云巖,產(chǎn)珊瑚、腕足類化石。⑥ 第四系(Q)黃色砂礫土層,粉砂土(圖2)。
圖1 湘南地區(qū)巖體和主要銣多金屬礦床分布略圖(據(jù)文獻(xiàn)[12]修改)Fig.1 Distribution map of major plutons and rubidium polymetallic deposits in South Hunan [12]1—燕山期巖體 2—印支期巖體 3—加里東期巖體 4—主要銣多金屬礦床 5—拖碧塘銣礦床 6—省界
礦區(qū)褶皺發(fā)育,總體上具侏羅山式褶皺變形特征,軸向主要為NNE向,核部由泥盆系黃公塘組、佘田橋組等組成,背斜一般呈線狀緊閉甚至倒轉(zhuǎn),而由石磴子組、孟公坳組等構(gòu)成核部的向斜則較開闊,空間組合上呈典型隔檔式褶皺。由于NE、EW向褶皺疊加,使早期SN向、NW向褶皺核部地層常圈閉呈壓扁橢圓狀。區(qū)內(nèi)次一級(jí)背斜以及推覆斷層旁邊常形成的小型平臥褶皺,其背斜核部中的虛脫空間及向斜中的隆起部位為區(qū)內(nèi)重要的容礦構(gòu)造。斷裂主要分布于礦區(qū)東南部,走向20°~40°,傾向SE,傾角45°~70°,規(guī)模一般較小,地表多表現(xiàn)為溝谷和陡坎。
圖2 拖碧塘銣礦床地質(zhì)圖Fig.2 Geological map of Tuobitang rubidium deposit1—第四系 2—下石炭統(tǒng)石磴子組 3—下石炭統(tǒng)孟公坳組 4—上泥盆統(tǒng)錫礦山組 5—中泥盆統(tǒng)佘田橋組上段 6—佘田橋組中段 7—佘田橋組下段 8—下泥盆統(tǒng)黃公塘組 9—花崗斑巖及編號(hào) 10—地層界線 11—斷層 12—18號(hào)勘探線剖面及鉆孔
礦區(qū)出露的巖漿巖為一系列的斑巖脈群,呈淺成產(chǎn)出,共有花崗斑巖脈8條。脈體規(guī)模不一,長(zhǎng)184~3500 m,寬1~45 m,走向近SN,傾向80°~85°,傾角一般為70°~75°(圖3);分布范圍東西寬約2 km,南北長(zhǎng)約5 km。各脈近于平行排列,單脈走向上具膨脹收縮、尖滅再現(xiàn)及分枝復(fù)合等現(xiàn)象;傾向上呈膨脹收縮、透鏡狀串聯(lián)(圖3)?;◢彴邘r呈淺灰色,斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造,主要由被熔蝕的石英、板片狀黑云母、綠泥石交代的長(zhǎng)石斑晶和云英巖化長(zhǎng)英質(zhì)基質(zhì)等組成。根據(jù)礦物成分及結(jié)晶程度,花崗斑巖脈可分為邊緣帶、過(guò)渡帶及中央帶,礦物顆粒逐漸變粗,斑晶含量逐漸變多。接觸帶圍巖蝕變明顯,主要有大理巖化、矽卡巖化、方解石化、硅化、絹云母化、黏土化等,其中絹云母化、黏土化與銣礦成礦關(guān)系密切。
圖3 拖碧塘銣礦床18號(hào)勘探線剖面圖Fig.3 Sectional map of exploration line No.18 in Tuobitang rubidium deposit1—中泥盆統(tǒng)佘田橋組上段 2—佘田橋組中段 3—佘田橋組下段 4—花崗斑巖 5—灰?guī)r 6—泥晶灰?guī)r 7—泥灰?guī)r 8—白云質(zhì)灰?guī)r 9—銣礦體及編號(hào) 10—鈮鉭礦體 11—銣礦化體 12—推測(cè)性質(zhì)不明斷層及編號(hào) 13—實(shí)測(cè)及推測(cè)地質(zhì)界線 14—槽探及編號(hào) 15—鉆孔及編號(hào) 16—鉆孔終孔孔深及傾角 17—化學(xué)分析樣品采樣位置 18—單工程礦體Rb2O品位(%)/厚度(m)19—鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年采樣位置
1∶5萬(wàn)水系沉積物測(cè)量成果顯示,區(qū)內(nèi)W、Sn異常吻合較好,主要分布于拖碧塘巖脈群內(nèi),面積約2 km2,總體走向南北,峰值分別為w(Sn)=60×10-6、w(W)=20×10-6。1∶1萬(wàn)土壤地球化學(xué)測(cè)量結(jié)果顯示,區(qū)內(nèi)包含高溫元素組合(W、Sn、Bi、Nb、Ta)和低溫元素組合(Sb、Hg),有可能存在后期礦化疊加,圍巖(碳酸鹽巖和碎屑巖)與華南碳酸鹽巖平均值相比,富含Co、Cu、Rb、Nb、Mo、Ta、W、Pb、Sn、As、Sb、Bi、Ag、Hg、Au等元素,局部Ag出現(xiàn)高度富集。圈定Li、Rb、Nb、Zn、Ta、W、Sn、Sb、Bi、Hg等元素綜合化探異常5個(gè),異常分布范圍與①、③、④號(hào)花崗斑巖脈出露范圍基本吻合,Sn峰值達(dá)1000×10-6。
銣礦賦存于花崗斑巖中,花崗斑巖脈即為銣礦(化)體。礦(化)體平面上大致平行排列,間距100~300 m不等,走向近SN;圍巖主要為細(xì)晶灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r及少量的角礫狀灰?guī)r。共探獲銣礦體5個(gè),由西向東編號(hào)依次為①、③、④、②、⑤號(hào),礦體編號(hào)與花崗斑巖脈編號(hào)(圖2)一致,主要礦體特征如下:
①號(hào)礦體為主要礦體,位于礦區(qū)最西邊,傾向75°~88°,傾角70°~80°,走向長(zhǎng)大于2880 m,傾向控制最大延伸370 m。礦體沿走向、傾向具有膨大收縮現(xiàn)象,厚3.34~40.03 m,平均厚11.82 m;單工程Rb2O的品位為0.074%~0.175%,平均0.143%。由北向南品位、厚度逐漸增大,在18線ZK1802揭露銣礦體最大厚度為40.03 m(圖3)。伴生鈮、鉭品位較低,沿走向和傾向沒(méi)有太大的變化,單工程最高品位:Nb2O50.009%、Ta2O50.006%。
③號(hào)礦體位于①號(hào)礦體東側(cè),傾向60°~80°,傾角40°~80°,走向長(zhǎng)大于2500 m,傾向控制延伸80~300 m。礦體厚2.16~24.16 m,平均厚6.87 m;單工程Rb2O的品位為0.057%~0.160%,平均0.124%。伴生鈮、鉭品位較低,沿走向和傾向沒(méi)有太大的變化,單工程最高品位:Nb2O50.009%、Ta2O50.007%。
④號(hào)礦體分南、北兩段,北段長(zhǎng)250 m,傾向延伸400 m;南段長(zhǎng)600 m,傾向延伸80 m。礦體傾向70°~80°,傾角74°~84°;厚1.45~38.79 m,平均厚16.77 m;單工程Rb2O的品位為0.063%~0.153%,平均0.124%。礦體在平面上展布較穩(wěn)定,剖面上呈漏斗狀,且形態(tài)具有分支復(fù)合,品位變化較大(圖3)。
②號(hào)礦體分布于④號(hào)礦體東側(cè),傾向70°~80°,傾角70°~85°,走向長(zhǎng)大于320 m,傾向控制延伸80 m。厚1.45~6.69 m,單工程Rb2O的品位為0.080%~0.100%,整體工作程度較低。
⑤號(hào)礦體傾向70°~80°,傾角70°~80°,走向長(zhǎng)大于1500 m,傾向控制延伸80 m。礦體厚3.86~16.69 m,平均厚9.87 m;單工程Rb2O的品位為0.062%~0.146%,平均0.121%。
礦石中礦物主要有石英(50%~55%)、長(zhǎng)石(20%~25%)、云母(20%~25%),含少量電氣石、螢石、磁鐵礦、黃鐵礦等。礦石結(jié)構(gòu)主要為似斑狀結(jié)構(gòu)、顯微嵌晶結(jié)構(gòu),礦石構(gòu)造為塊狀構(gòu)造。礦石中沒(méi)有銣的獨(dú)立礦物,電子探針?lè)治鲲@示,銣主要賦存于長(zhǎng)石和云母中,分別占比58.28%、41.72%,石英基本不含銣。通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)同類礦山的選冶性資料,長(zhǎng)石中的銣難以提取,主要可提取的為云母中的銣資源,同時(shí)可回收長(zhǎng)石和石英,實(shí)現(xiàn)礦山的無(wú)尾礦綜合利用①。
測(cè)試樣品(12D13-4)采自拖碧塘銣礦ZK1801孔深100 m處,屬于礦床的④號(hào)礦體(圖3)。巖石為花崗斑巖,淺灰色,斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造,斑晶為石英(5%~7%)、斜長(zhǎng)石(1%~5%)以及少量電氣石(圖4a、4b)。石英他形粒狀,粒徑一般為2~5 mm,部分為0.5~2 mm,少部分為5~8 mm,雜亂分布,常見港灣、穿孔狀熔蝕;斜長(zhǎng)石半自形板狀,粒徑一般為0.2~0.5 mm,星散狀分布,被方解石交代為假象;電氣石為半自形短柱狀,粒徑一般為0.2~0.5 mm,常成群分布?;|(zhì)由顯晶質(zhì)長(zhǎng)英質(zhì)礦物組成,粒徑一般為0.02~0.05 mm,部分為0.05~0.1 mm,少部分為0.1~0.2 mm(圖4b)。鉆孔巖心中巖石蝕變明顯,常見絹云母化、方解石化和高嶺土化。樣品劈心樣化學(xué)分析Rb2O、Li2O、Nb2O5、Ta2O5的品位分別為0.117%、0.148%、0.00632%、0.00189%。
圖4 拖碧塘銣礦花崗斑巖手標(biāo)本(a)及其顯微照片(b)Fig.4 Photo(a) and micrograph(b) of the granite porphyry in Tuobitang rubidium depositQz—石英 Pl—斜長(zhǎng)石 Tur—電氣石
鋯石挑選由河北省廊坊市誠(chéng)信地質(zhì)服務(wù)公司利用標(biāo)準(zhǔn)重礦物分離技術(shù)分選完成。經(jīng)過(guò)雙目鏡下仔細(xì)挑選表面平整光潔且具不同長(zhǎng)寬比例、不同柱錐面特征的鋯石顆粒,再將這些鋯石黏在雙面膠上,用無(wú)色透明環(huán)氧樹脂固定,待環(huán)氧樹脂固化之后對(duì)其表面拋光至鋯石中心。鋯石制靶,透反射光、陰極發(fā)光照相(CL)和U-Pb同位素組成分析均在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。陰極發(fā)光在美國(guó)Gatan公司生產(chǎn)的陰極熒光光譜儀(型號(hào)Mono CL3+)上進(jìn)行,設(shè)定場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡高壓(HV)為10 kV,電流值(SP)=5,工作距離為8.0 mm。在原位分析之前,通過(guò)反射光和CL圖像詳細(xì)研究鋯石的晶體形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征,以選擇同位素分析的最佳點(diǎn)。鋯石U-Pb同位素組成分析在激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)儀上完成。激光-電感耦合等離子質(zhì)譜儀由美國(guó)PE公司生產(chǎn)的ELAN6100DRC型ICP-MS和德國(guó)Lambda Physik公司的ComPex102激光器以及MicroLas公司的GeoLas200M光學(xué)系統(tǒng)組成。測(cè)試過(guò)程中鋯石分析點(diǎn)采用30 μm激光剝蝕孔徑。詳細(xì)的分析方法及儀器操作流程見文獻(xiàn)[13]。樣品的同位素比值及元素含量計(jì)算采用GLITTER(ver4.0;Macquarie University)程序。年齡計(jì)算以標(biāo)準(zhǔn)鋯石91 500為外標(biāo)進(jìn)行同位素比值分餾校正。元素濃度計(jì)算采用NIST610作外標(biāo),Si作內(nèi)標(biāo)。普通鉛校正采用Andersen(2002)方法[14]。鋯石加權(quán)平均年齡的計(jì)算及諧和圖的繪制利用Isoplot 3.0軟件[15]完成。
花崗斑巖中鋯石多無(wú)色透明,少數(shù)因具有高鈾含量而略顯渾濁;自形—半自形柱狀或粒狀,粒徑為50~250 μm,長(zhǎng)寬比為1∶1~4∶1。多數(shù)鋯石具有明顯的巖漿振蕩環(huán)帶,屬典型的巖漿結(jié)晶產(chǎn)物;少數(shù)粒狀或短柱狀鋯石中可見明顯的低亮度圓滑內(nèi)核,偶見呈碎屑狀的暗色內(nèi)核(圖5a)。對(duì)20顆鋯石進(jìn)行了U-Pb同位素分析,分析點(diǎn)均位于鋯石邊部,其LA-ICP-MS U-Pb分析結(jié)果見表1。鋯石U含量(174×10-6~16 938×10-6)變化范圍大,CL圖像暗色鋯石的U含量(1438×10-6~16 938×10-6)總體較淺色鋯石的U含量(174×10-6~1238×10-6)高;鋯石Th/U比值在0.11~1.09之間。206Pb/238U年齡變化在82~107 Ma之間,不集中;其中12個(gè)點(diǎn)集中分布在85~90 Ma,加權(quán)平均年齡為(87.4±0.8)Ma(95%置信度,MSWD=0.14)(圖5b),可代表拖碧塘花崗斑巖的結(jié)晶年齡。
圖5 拖碧塘銣礦床花崗斑巖鋯石CL照片(a)和LA-ICP-MSU-Pb年齡諧和圖(b)Fig.5 Cathodolumiescence(CL) images of representative zircon(a) and zircon LA-ICP-MS U-Pb dating concordia plot(b)of the granite porphyry in Tuobitang rubidium deposit
拖碧塘銣礦床發(fā)現(xiàn)較晚,研究工作較為薄弱,前人尚未對(duì)其開展成巖時(shí)代研究。本文利用鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年方法,獲得拖碧塘銣礦花崗斑巖成巖年齡為(87.4±0.8)Ma(95%置信度,MSWD=0.14),表明其侵位時(shí)代為燕山晚期。近年來(lái),華南腹地陸續(xù)有燕山晚期高精度成巖年齡的報(bào)道,如:湖南界牌嶺錫多金屬礦含礦花崗斑巖鋯石SHRIMP U-Pb 年齡為(92.0±1.6)Ma[16];廣西昆侖關(guān)巖體古民單元鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡為(93±1)Ma[17];龍頭山金礦花崗斑巖、流紋斑巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡分別為(100.3±1.4)Ma、(103.3±2.4)Ma[18];大黎銅鉬礦石英二長(zhǎng)巖和石英二長(zhǎng)斑巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡分別為(102.8±0.9)Ma、(101.7±1.2)Ma[19];鹽田嶺巖體鋯石 LA-ICP-MS U-Pb 年齡為(106±13)Ma[20]等。表明在華南板塊內(nèi)部存在晚白堊世的巖漿活動(dòng),拖碧塘花崗斑巖也是這一時(shí)代的產(chǎn)物。
表1 拖碧塘銣礦花崗斑巖鋯石LA-ICP-MSU-Pb同位素分析結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS U-Pb analysis data of zircon of the granite porphyry in Tuobitang rubidium deposit
已有研究結(jié)果表明,燕山晚期是我國(guó)東南沿海火山巖帶的重要組成部分[21-23],且同期巖漿活動(dòng)的規(guī)模與強(qiáng)度明顯高于華南腹地。已有研究成果顯示,華南地區(qū)燕山晚期正處于強(qiáng)烈的張性構(gòu)造環(huán)境,其證據(jù):廣泛發(fā)育A型花崗巖、堿性巖、雙峰式火山巖及一系列伸展斷陷盆地[24-25]。考慮到華南腹地同時(shí)代巖漿巖多呈脈巖或“小巖體”產(chǎn)出的特點(diǎn),且多分布于構(gòu)造薄弱帶—?dú)J杭成礦帶上,認(rèn)為它們可能為華南晚白堊世巖石圈大規(guī)模伸展作用的響應(yīng),換言之,這些“小巖體”侵位是區(qū)域拉張背景的證據(jù)。湘南地區(qū)燕山晚期巖漿巖出露較少,主要呈巖株、巖脈產(chǎn)出,與之有關(guān)的礦床主要有上堡鈮鉭礦、界牌嶺錫礦、拖碧塘銣礦等,主要礦化類型為錫、銣、鈮鉭,其次為鉛鋅、鈹、硫、螢石等,礦床類型主要有矽卡巖型、云英巖型、花崗巖型等,礦床規(guī)模為中—大型,具有“小巖體成大礦”特征。
根據(jù)已有工程控制結(jié)果,以Rb2O最低工業(yè)品位0.1%圈定礦體,礦區(qū)已探獲333+334資源量Rb2O近5萬(wàn)噸,達(dá)大型銣礦床規(guī)模(2000 t)的25倍,為超大型礦床。經(jīng)鉆探驗(yàn)證礦體深部延伸較大,且厚度變大。目前勘探工程對(duì)礦體南北兩端尚未控制,預(yù)測(cè)礦區(qū)Rb2O資源量超過(guò)10萬(wàn)噸,礦床深邊部還具有較大的銣、鋰、鈮鉭、錫多金屬礦找礦潛力。拖碧塘銣礦的找礦突破,為區(qū)域內(nèi)上堡、界牌嶺等與燕山晚期巖漿巖出露區(qū)下一步找礦提供了基礎(chǔ)資料。
1)拖碧塘礦床銣礦賦存于花崗斑巖脈中,初步圈定銣工業(yè)礦體5個(gè),共探獲333+334資源量Rb2O近5萬(wàn)噸,達(dá)超大型規(guī)模。
2)通過(guò)鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年,獲得拖碧塘花崗斑巖年齡為(87.4±0.8)Ma,屬燕山晚期侵位,為華南地區(qū)晚白堊世巖石圈大規(guī)模伸展作用的產(chǎn)物。
3)拖碧塘銣礦床深邊部還具有較大的銣、鋰、鈮鉭、錫多金屬礦找礦潛力,加強(qiáng)對(duì)拖碧塘、上堡、界牌嶺等燕山晚期花崗巖及其相關(guān)礦床的對(duì)比研究,對(duì)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)湘南地區(qū)燕山晚期成巖成礦地質(zhì)背景,指導(dǎo)區(qū)域下一步找礦具有重要意義。
致謝:本文得到了中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心付建明研究員、遼寧師范大學(xué)李劍鋒博士后的指導(dǎo)和幫助,審稿專家對(duì)文章修改提出了寶貴意見,在此表示衷心感謝。
注釋:
① 湖南省有色地質(zhì)勘查局二一七隊(duì).湖南省耒陽(yáng)市拖碧塘礦區(qū)銣鈮鉭礦普查報(bào)告 [R].2015.