闪锌矿中流体包裹体可以用来进行Rb-Sr同位素定年。继Nakai et al.(1990)对美国田纳西密西西比河谷型(MVT) 铅锌矿床中闪锌矿的流体包裹体用Rb-Sr等时线法定年后, Brannon et al.(1992)采用相同的方法, 获得了美国上密西西比地区West Hayden铅锌矿床中两个闪锌矿的Rb-Sr等时线年龄。随后还有对一些MVT矿床进行了成功定年的报导(Christensen et al., 1995a, b), 然而, 对于其他类型的铅锌矿床定年则鲜有报道。通常情况下, 除了需测定淋滤的流体Rb-Sr同位素组成, 还要测定闪锌矿淋滤后Rb-Sr同位素组成。Pettke and Diamond (1995)解释了闪锌矿流体包裹体等时线年龄的合理性, 提出应考虑成矿热液对锶的影响。因为锶在热液中处于开放体系, 易与周围环境发生同位素交换和混染。Goldstein (1988)论述过风化作用甚至对锶的迁移也有一定影响。故用流体包裹体Rb-Sr法定年时, 应注意矿物中包裹体是原生还是次生, 包裹体形成后是否处于封闭状态, 同位素在矿物封闭后是否达到均一化等问题。

理论上, Sm-Nd同位素定年技术能够应用于任何热液成矿系统, 只要满足以下条件：1) 从该热液体系沉淀的矿物容纳足量稀土元素；2) 矿物结晶后处于封闭状态；3) 矿物中Sm、Nd发生了分馏(Anglin et al., 1996)。此前, Fryer and Taylor (1984)曾指出该同位素体系适用于热液矿床的定年, 并对热液型铀矿成功地进行了Sm-Nd同位素定年。之后研究表明, 热液矿床中含钙矿物如萤石、白钨矿、电气石、方解石等是Sm-Nd同位素定年的理想对象, 具有很好的应用前景(Bell et al., 1989; Chesley et al., 1991, 1994; Cherniak, 1998; Cherniak et al., 2001)。然而对于闪锌矿, 目前没有做过相应尝试。

江西省铅山县篁碧矿区是近年来新发现的铅锌矿, 于2008年提交了首个可供开发利用的生米坑铅锌矿床。篁碧矿区处于钦杭结合带与武夷山成矿带的交汇部位, 是钦杭结合带南亚带的一个有较大找矿潜力的重点矿区, 因此开展同位素年代学研究具有重要意义。本次研究通过对其中闪锌矿物进行Rb-Sr和Sm-Nd同位素定年, 并报导铅锌矿及伴生方解石脉的同位素组成, 尝试探讨该类矿床的定年方法并初步探讨矿床成因。

江西省铅山县篁碧矿区处于扬子板块与华夏板块的钦杭结合带南侧, 位于武夷山隆起带北段之冷水坑-铜拔山-仙霞岭近东西向-北东向中生代陆相火山(盆地) 岩带的中部, 地处黄岗山(篁碧) 火山盆地的北西边缘(图 1)。该区出露有中元古界蓟县系周潭岩组、新元古界青白口系万源岩组及中生界侏罗系下统水北组、上统鹅湖岭组地层。其中侏罗系上统鹅湖岭组(J₃e) 在区内广泛出露, 为一套流纹质-英安质火山岩-火山碎屑岩。岩石类型主要有灰色、灰紫色、浅肉红色流纹质晶屑凝灰熔岩、流纹质熔结凝灰岩及含砾凝灰岩、凝灰角砾岩等。本区褶皱构造发育, 其中基底褶皱呈紧闭线型, 轴线呈NE-SW向展布, 由中-新元古代蓟县系周潭岩组-青白口系万源岩组组成, 盖层褶皱呈宽展型NEE向展布。北东向和北北东向断裂发育, 另有规模较小、却往往是近东西向的控矿断裂。本区出露燕山晚期岩性为细(中) 粒少斑黑云母花岗岩及(中) 细粒斑状黑云二长花岗岩的篁村花岗岩体。

图 1

Fig. 1

图 1 西省铅山县篁碧矿区地质简图(据江西省地矿局赣东北大队, 2008①) 1-第四系；2-侏罗系上统鹅湖岭组；3-侏罗系下统水北组；4-蓟县系周潭岩组；5-晚白垩世石船边单元细(中) 粒斑状黑云钾长花岗岩；6-晚白垩世白石岭单元(中) 细粒少斑黑云二长花岗岩；7-花岗岩脉；8-流纹斑岩；9-粗安斑岩；10-辉绿岩脉；11-角砾岩筒；12-逆断层及编号；13-性质不明断层及编号；14-地质界线:不整合界线；15-铜铅锌矿体；16-铅锌矿体及编号；17-层理产状；18-片理产状 Fig. 1 Simplified geologic map of the Huangbi deposit, Qianshan County, Jiangxi Province 1-Quaternary; 2-Ehuling Formation, Upper Jurassic; 3-Shuibei Formation, Lower Jurassic; 4-Zhoutan Formation; 5-fine-grained biotite K-feldspar prophyritic granite, Late Cretaceous; 6-fine-grained biotite adamellite, Baishiling unit in Late Cretaceous; 7-granite dikes; 8-rhyolite porphyry; 9-prophyritic trachyandesites; 10-diabase dikes; 11-breccia pipe; 12-thrust fault and Number; 13-undefined thrust fault and number; 14-geological boundaries: unconformable boarder; 15-Cu-Pb-Zn deposit; 16-lead-zinc ore body and number; 17-strata feature; 18-foliation feature

①江西省地矿局赣东北大队.2008.江西省铅山县篁碧矿区生米坑矿段铅锌矿详查地质报告

区内与成矿作用较为密切的岩层主要是侏罗系上统鹅湖岭组。该组岩石, 特别是流纹质晶屑凝灰熔岩、流纹质火山角砾岩或角砾凝灰岩等, 性脆易碎而形成利于含矿热液充填、渗透、交代的贯通性构造带。据1:20万光泽幅区域地质矿产调查报告(福建省冶金工业局，1972) 和1:25万邵武市幅区域地质调查报告(福建省地质调查研究院，2005) 资料, 区内上侏罗统酸性熔岩Pb、Zn含量较高。生米坑矿段隐爆流纹质集块角砾岩角砾中有前震旦系周潭岩组黑云斜长片麻岩、变粒岩等, 原岩为变细碧角斑岩、变玄武岩等, 其成矿元素含量相对较高。根据矿化体的形态及其矿物组合特征, 可将其划分为赋存于火山岩中的细脉浸染状Pb、Zn矿体, 脉状Ag、Pb、Zn矿体(生米坑矿床, 图 2、图 3), 赋存于花岗岩裂隙中的Cu (Mo)、Pb、Zn矿体(铜坑坞矿段) 和赋存于变质岩中的似层状Ag、Pb、Zn矿体(邹家坞矿段)。

图 2

Fig. 2

图 2 篁碧矿区生米坑铅锌矿段地质简图(据江西省地矿局赣东北大队, 2008) 1-侏罗系上统鹅湖岭组；2-侏罗系下统水北组；3-流纹斑岩；4-粗安斑岩；5-绿泥石化、绿帘石蚀变带；6-逆断层及编号；7-性质不明断层及编号；8-地质界线；9-不整合界线；10-蚀变带界线；11-铅锌矿体及编号；12-铅锌矿化带及编号；13-勘探线及编号；14-硐内见矿与未见矿钻孔；15-平硐及编号；16-本次沿脉平硐同位素样品采集位置及编号 Fig. 2 Simplified geologic map of Shengmikeng lead-zinc mine in Huangbi mining area 1-Ehuling Formation, Upper Jurassic; 2-Shuibei Formation, Lower Jurassic; 3-rhyolite porphyry; 4-prophyritic trachyandesites; 5-chloritized epidote alteration zone; 6-thrust fault and number; 7-undefined thrust fault and number; 8-boarder; 9-unconformable boarder; 10-alteration zone boundary; 11-铅锌矿体及编号; 11-lead-zinc mineralized zone and number; 13-exploration lines and number; 14-drills; 15-adit and number; 16-sample location and number

图 3

Fig. 3

图 3 生米坑矿段V5号矿体沿脉素描图(据江西省地矿局赣东北大队, 2008) 1-流纹质晶屑凝灰熔岩；2-绿泥石化、绿帘石蚀变带；3-铅锌矿体；4-方解石脉；5-勘探线及编号；6-导线点及编号；7-本次同位素样品采集位置及编号 Fig. 3 Sketch map of No.V5 ore body in Shengmikeng mine along the vein 1-rhyolitic crystal tuff lava; 2-chloritized, epidote alteration zone; 3-lead-zinc mineralized zone; 4-calcite veins; 5-exploration lines and number; 6-traverse points and number; 7-sample location and number

生米坑矿段矿化主要有两种类型：

(1) 与英安斑岩和花岗斑岩(局部分布有隐爆角砾岩) 有关的铅锌矿化：角砾岩(筒) 地表呈北东向椭圆形展布, 范围约800×300(m²), 由内向外岩性依次为强绿泥石化铅锌矿化流纹质凝灰角砾岩、英安质角砾凝灰岩或流纹质(含) 集块角砾岩→绿泥石化含角砾晶屑凝灰熔岩→流纹质晶玻屑凝灰熔岩。对应矿化蚀变分带依次为强绿泥石化、绢云母化、碳酸盐化及铅锌矿化→绿泥石化、弱碳酸盐化→蚀变微弱。铅锌矿化主要发育于角砾岩(筒) 内带, 方铅矿、闪锌矿呈浸染状、团块状, 局部为块状分布于基质或角砾中, 化学分析品位为：Pb为0.94%~3.01%, Zn为0.11%~1.51%, Ag为2×10^-6~15×10^-6。

(2) 蚀变破碎带型铅锌矿(体) 化：铅锌矿化(体) 破碎带产于角砾岩筒东边鹅湖岭组流纹质(含砾) 晶玻屑熔结凝灰岩中。从图 4可见, 一系列的破碎带蚀变(面型绢云母、绿泥石化带) 岩型矿化带分布于两个花岗斑岩(流纹斑岩) 之间。在目前发现的八条矿带(V1-V8) 中, 仅对V4、V5矿带东段进行了较系统的勘察, 控制铅锌资源量近3万吨。V5铅锌(银) 矿体产于侏罗系上统鹅湖岭组流纹质晶屑凝灰熔岩中的北西西走向断层(F8) 中, 呈脉状分布于绿泥石化蚀变岩内, 与方解石脉相伴(图 4)。单个样品的Pb品位为0.14%~14.06%, 平均品位为2.11%, 铅品位变化系数为43.36%；Zn为0.46%~22.58%, 平均品位为2.21%, 锌品位变化系数为56.41%。

图 4

Fig. 4

图 4 生米坑矿段V5矿脉照片 白色者为方解石, 深紫色和深绿色者为块状铅锌矿石的细脉浸染状铅锌矿石, 浅紫红色者为含角砾流纹质晶屑凝灰熔岩 Fig. 4 Photos of No. V5 ore veins in Shengmikeng mine The white is calcite, the dark purple and green are vein-disseminated lead-zinc ore of bulk ones, the light purple is rhyolitic tuff

邹家坞矿段矿化(体) 赋存于周潭岩组黑云斜长片麻岩、变粒岩夹斜长角闪岩中, 受北北东向层间破碎带控制。已发现一条矿(体) 化带, 延长大于300m, 宽度4.5~20m, 似层状产出(5°~110°∠63°~72°)。带内具硅化、强绿泥石化、绢云母化蚀变, 具较强的黄铁矿化、磁黄铁矿化(多呈块状分布), 及黄铜矿化、方铅矿化和闪锌矿化(呈细脉状、透镜状或浸染状)。刻槽样化学分析结果；Cu 0.23%和10.24%, Pb 0.26%和1.92%, Zn 0.26%和9.46%, Ag 25g/t和304g/t。

铜坑坞矿段硅化含矿破碎带走向长度大于650m, 围岩为花岗岩, 宽度为1.5~2.0m, 产状：40°∠75°~82°。破碎带具黄铜矿化(浸染状)、方铅矿化(稠密块状) 和闪锌矿化, 见孔雀石和铜蓝。PD1、PD2刻槽样化学分析品位：Cu 0.81%和0.68%, Pb 9.69%和0.33%, Zn 0.33%和2.56%, Ag 477g/t和90g/t。

本次研究工作选择目前工作程度最高的生米坑矿段的V5号矿脉按40间距分别采集样品。

将样品破碎, 在双目镜下手选方解石、方铅矿和闪锌矿样品(0.25~0.30mm), 纯度均大于99%。样品C、O、S同位素分析在中国地质科学院矿产资源研究所同位素实验室进行, 矿物氧同位素采用BrF₅法, 方解石的碳同位素用100%磷酸法, S同位素样品用硫化物与Cu₂O和V₂O₅混合氧化剂在高温真空条件下反应制取SO₂。C、O同位素采用MAT251EM质谱计测定, S同位素采用MAT251C质谱计测定。O同位素采用的国际标准为SMOW, C同位素采用国际标准为PDB, S同位素采用国际标准为CDT, O、C、S同位素分析精度为±0.2%。

铅锌矿石的硫同位素分析结果见表 1, 闪锌矿的δ³⁴S变化在4.2‰~5.1‰之间, 平均值为4.73‰；方铅矿的δ³⁴S变化在2.5‰~4.5‰之间, 其平均值为3.94‰。闪锌矿和方铅矿的δ³⁴S同位素组成较均匀, 分布集中, 接近于幔源δ³⁴S, 表明其主要来源于岩浆岩, 即火山岩或次火山岩。方解石的碳、氧同位素分析结果见表 2。7件样品方解石的δ¹³C_V-PDB变化在-4.7‰~-2.6‰之间, 均值为-3.42‰, 变化范围小, 分布集中(图 5), 属于火成碳酸岩。其δ¹⁸O变化在2.3‰~6.2‰之间, 均值4.57‰, 其中有3点落在了火山碳酸岩和基性-超基性岩区域内。总体上, 变化范围大, 受到大气降水的影响。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 篁碧矿区生米坑矿段铅锌矿石硫同位素分析结果 Table 1 Analysis of sulfur isotope compositions of the Shengmikeng lead-zinc ore in Huangbi 测试号 原样号 矿物 δ34SⅤ-CDT(‰) KQ20072207 SMK-1 Sp 5.1 KQ20072208 SMK-2 4.7 KQ20072209 SMK-3 4.2 KQ20072210 SMK-4 4.8 KQ20072211 SMK-5 4.9 KQ20072212 SMK-6 4.7 KQ20072213 SMK-7 4.7 KQ20072219 SMK-1 Gn 4.5 KQ20072220 SMK-2 4.3 KQ20072221 SMK-3 4.5 KQ20072222 SMK-4 4.1 KQ20072223 SMK-5 3.5 KQ20072224 SMK-6 2.5 KQ20072225 SMK-7 4.2

表 1 篁碧矿区生米坑矿段铅锌矿石硫同位素分析结果 Table 1 Analysis of sulfur isotope compositions of the Shengmikeng lead-zinc ore in Huangbi

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 生米坑矿段碳、氧同位素分析结果 Table 2 Carbon and oxygen isotope compositions of Shengmikeng ore section in Huangbi mining area 测试号 原样号 矿物 δ13CV-PDB(‰) δ18OV-SMOW(‰) KQ20072226 SMK-1 方解石 -3.2 5.2 KQ20072227 SMK-3 -2.6 5.8 KQ20072228 SMK-4 -3.8 3.8 KQ20072229 SMK-5 -3.6 4.1 KQ20072230 SMK-6 -2.6 6.2 KQ20072231 SMK-7 -4.7 2.3

表 2 生米坑矿段碳、氧同位素分析结果 Table 2 Carbon and oxygen isotope compositions of Shengmikeng ore section in Huangbi mining area

图 5

Fig. 5

图 5 生米坑矿段V5方解石的δ13CV-PDB-δ18OV-SMOW图解 Fig. 5 13CV-PDB-18OV-SMOW diagram of No. V5 calcite of Shengmikeng ore section in Huangbi mining area in Qianshan

Rb、Sr同位素组成测定是在中国地质调查局宜昌同位素实验室用Finnigan MAT-262测定的, 测试结果列于表 3。8个闪锌矿样品的⁸⁷Rb/⁸⁶Sr变化在0.439~1.958, 最大差值为1.519；⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值变化在0.71155~0.71445之间, 最大差值为0.0029。在图 6b上, 6个样品点分布合理, 拟合程度高, 可信度高。其等时线年龄为135.4±4.4Ma, ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr初始比值为0.7107(MSWD=0.52)。

表 3

Table 3

表 3(Table 3)

表 3 生米坑矿段闪锌矿Rb-Sr同位素测试结果 Table 3 Rb-Sr isotope of sphalerite in Shengmikeng lead-zinc deposits, Huangbi 样品号 87Rb/86Sr 87Sr/86Sr PD1-V5-1 1.104 ±2 0.71359 ±0.01 PD1-V5-2 1.958 ±2 0.71445 ±0.01 PD1-V5-4 0.8252 ±2 0.71228 ±0.01 PD1-V5-6 1.688 ±2 0.714 ±0.01 PD1-V5-7 0.5266 ±2 0.71173 ±0.01 PD1-V5-3 1.207 ±2 0.71299 ±0.01 PD1-V5-4 0.4417 ±2 0.71155 ±0.01 PD1-V5-5 0.439 ±2 0.7118 ±0.01

表 3 生米坑矿段闪锌矿Rb-Sr同位素测试结果 Table 3 Rb-Sr isotope of sphalerite in Shengmikeng lead-zinc deposits, Huangbi

图 6

Fig. 6

图 6 生米坑矿段闪锌矿Sm-Nd (a) 和Rb-Sr (b) 等时线年龄图 Fig. 6 Sm-Nd (a) and Rb-Sr (b) isochron diagrams of sphalerite in the Huangbi lead-zinc deposits, Jiangxi

用闪锌矿进行Sm-Nd同位素年龄的测试, 目前在国内的文献中鲜有报道。本文在对闪锌矿Rb-Sr流体包裹体同位素定年基础上, 用同一组样品进行了Sm-Nd同位素测试。Sm-Nd同位素年龄测定在宜昌地质矿产研究所同位素实验室的Finnigan MAT-261可调多接受固体质谱计上完成(李华芹等, 1992)。采用J.M.C (Nd₂O₃) 标准物质监控仪器工作状态, 用Sm-Nd年龄标准物质(GBW04419) 监控分析流程。与样品同时测定的分析全流程空白为5×10^-11~8×10^-11g；¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd同位素比值测定所产生的质量分馏效应用¹⁴⁶Nd/¹⁴⁴Nd=0.7219进行校正。上述标准物质测定值分别为J.M.C (Nd₂O₃)：¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd=0.511126±10 (2σ) (标准值为：0.511129±10 (2σ)), GBW04419：Sm (10-6) 为3.039±0.018(标准值：3.032±0.006), Nd (10-6) 为10.129±0.042 (标准值：10.10±0.24), ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd为0.512734±10 (2σ) (标准值：0.512725±21(2σ))。等时线年龄计算的设定误差：¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd=0.5%, ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd=0.001% (表 4)。7个闪锌矿样品的¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd变化在0.1032~0.1611之间, 最大差值为0.067；¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd变化在0.512065~0.512118之间, 最大差值为0.00053。7个样品的¹⁴⁷Sm-¹⁴³Nd等时线年龄为139±15Ma, ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd初始比值为0.511971(MSWD=0.118)。

表 4

Table 4

表 4(Table 4)

表 4 生米坑矿段闪锌矿Sm-Nd同位素测试结果表 Table 4 Sm-Nd isotope of sphalerite in Shengmikeng lead-zinc deposits, Huangbi 样品号 147Sm/144Nd 143Nd/144Nd PD1-V5-1 0.1524 0.5 0.512108 0.001 PD1-V5-2 0.1611 0.5 0.512118 0.001 PD1-V5-4 0.1541 0.5 0.512111 0.001 PD1-V5-6 0.1321 0.5 0.512091 0.001 PD1-V5-7 0.1305 0.5 0.51209 0.001 PD1-V5-3 0.1235 0.5 0.512082 0.001 PD1-V5-4 0.1032 0.5 0.512065 0.001

表 4 生米坑矿段闪锌矿Sm-Nd同位素测试结果表 Table 4 Sm-Nd isotope of sphalerite in Shengmikeng lead-zinc deposits, Huangbi

篁碧矿区生米坑矿段闪锌矿的Rb-Sr法和Sm-Nd法两种同位素年龄测试结果在误差范围内是一致的。该结果与周围矿床已发表年龄数据也有很好一致性, 如, 中南武夷山成矿带寻乌县铜坑嶂钼矿的成矿年龄为134Ma (许建祥等, 2007), 会昌县岩背锡矿的成矿年龄为~128Ma (梅玉萍等, 2007), 东侧的梨子坑火山岩盆地中, 蔡家坪矿区U-Pb同位素年龄~133Ma (MSWD=0.73, 另文发表), 金竹坪矿区辉钼矿中的Re-Os等时线年龄为~135.5Ma, 徐家墩流纹质凝灰岩的锆石U-Pb年龄为138Ma等(张家菁等, 2009a, b)。篁碧矿区生米坑矿段V5矿脉中闪锌矿的测年结果说明了该闪锌矿适合于Rb-Sr法和Sm-Nd法两种同位素年龄测试, 也表明篁碧生米坑铅锌矿床形成于早白垩世。

综合矿田生米坑矿区Pb-Zn矿石之δ³⁴S值以及方解石脉之δ¹³C和δ¹⁸O之值说明矿石为岩浆热液来源。由于该矿床与白垩纪火山岩及次火山岩有密切关系, 其成矿物质也主要来源于地幔, 从另一侧面说明方解石脉石源于岩浆岩, 而非沉积岩。方解石碳氧同位素组成表明其很有可能属于火山碳酸岩, 从而富含REE并导致闪锌矿中富集REE, 这则很可能是闪锌矿Sm-Nd同位素定年成功的重要前提。

钦杭结合带的北亚带是南扬子变质基底, 南亚带是武夷变质基底, 自中生代以来具有相同的地质演化历史, 都经历了三叠纪-中侏罗世(220~150Ma) 的陆内俯冲-陆内拼贴碰撞造山、晚侏罗世(150±5Ma) 由挤压向伸展扩张的转换、早白垩世(125~105Ma) 的陆内扩张增强以及92Ma开始的裂解阶段(李红艳等, 1996；刘义茂等, 1997；彭建堂等, 2003；王登红等, 2007；楼法生等, 2005；丰成友等, 2007, 2012；郭春丽等, 2007；孟祥金等, 2007；张家菁等, 2008a, b; 赵希林等, 2008；Feng et al., 2011, 2012)。形成于184.2~171Ma德兴铜矿含矿斑岩(王强等, 2004) 和160Ma左右冷水坑含矿斑岩(左力艳等, 2008) 处于陆内造山晚期, 说明钦杭结合带的成矿时代从北往南渐新。沿着北武夷隐伏基底断裂近北东东向展布的一系列火山岩盆地中, 冷水坑成岩成矿年龄较本研究区的成矿年龄老, 暗示成岩成矿年龄从西往东渐新。由此, 本次研究也为北武夷及钦杭结合带的南亚带的构造演化与成岩成矿的时空演化提供了新的证据。从另一侧面本文数据说明北武夷地区存在一个矿化集中形成时间(毛景文等, 2004；王登红等, 2008, 2010)。由于北武夷隐伏基底断裂南北两侧矿化类型及矿产分布差别大, 本文岩浆源的方解石脉发现说明北武夷隐伏基底断裂的长期活动并其影响可能深达地幔, 这为钦杭结合带南界的厘定提供了间接依据。