桂西北丹池矿集区成岩成矿时代

位于桂西北的丹池矿集区以南丹县的大厂锡多金属矿床最重要，它是世界上最大的锡多金属矿床之一，由于矿床规模巨大，元素组合复杂和产出特征多样化等特点，长期以来备受国内外地质学界的高度重视，并一直是矿床地质研究的热点。到目前为止，对大厂锡矿成因的认识仍存在不同的观点，可归纳为3类:①认为矿床形成于燕山期，属于后生交代-充填矿床，在成因上与花岗岩有关(陈毓川，1964，1965年;陈毓川等，1985，1993;李锡林等，1981;张平，1983;叶绪孙，1985，1986;梁珍庭等，1985)。特别是在20世纪90年代，陈毓川等(1993，1996)、王登红等(1996)对大厂锡矿的成因进行过较系统的研究，明确提出成矿作用主要是岩浆热液沿层交代成矿的看法，并对91#矿体和92#矿体及拉么矿区的层状花岗岩的沿层交代作用进行了系统研究，建立了成矿模式，厘定了矿床成矿系列(陈毓川等，1985，1993，1996);②认为矿床形成于泥盆纪，属于同生沉积-喷气矿床或海相火山成因，在成因上与花岗岩无关(蔡宏渊等，1983;韩发等，1997;秦德先，2002);③沉积-热液叠加成矿，即认为铅、锌、黄铁矿可能来源于地层，而锡来源于花岗岩(曾允孚等，1982;涂光炽，1984，1987;陈骏，1988;丁悌平，1988)。

上述各种争论的焦点之一就是成矿的时代问题。早期前人曾用Rb-Sr和K-Ar定年法对矿区出露的细粒花岗岩、铜坑矿区早期矿化阶段钾长石蚀变岩和矿石晶洞中后期形成的伊利石进行过年龄测定(徐文忻等，1986;陈毓川等，1993)，获得年龄变化于91～1386Ma之间，表明成矿作用发生在燕山期，且与笼箱盖花岗岩基本同时期，从而说明成矿作用与燕山期花岗岩之间存在内在的成因联系。近年来，在年代学研究方面，我们做了大量工作，取得了一批新资料:

1)王登红等(2004)通过对大厂矿田西矿带铜坑-长坡矿床91#层状矿体和龙头山矿床100#矿体中透长石、石英的常规快中子活化和激光原位40Ar/39Ar法同位素年代学研究，获得91#矿体块状锡石硫化物矿石中石英的40Ar/39Ar坪年龄为9452±033Ma，等时线年龄9537±045Ma，反等时线年龄9489±016Ma，透长石的激光40Ar/39Ar等时线年龄为914±29Ma;100#矿体中石英的坪年龄为9456±045Ma，等时线年龄935±12Ma，反等时线年龄为9329±016Ma;

2)近期，陈毓川、李华芹、王登红等通过对广西大厂锡多金属矿田的3个成矿带中不同类型矿床中锡石-硫化物矿石中石英和与成矿作用有关的花岗岩体开展了系统的同位素年代学研究(采用的方法包括40Ar/39Ar快中子活化法、Rb-Sr等时线法和锆石SHRIMPU-Pb法等)，获得东矿带大福楼和亢马锡石-硫化物矿床中锡石的40Ar/39Ar坪年龄分别为119±21Ma和1147±2Ma;中矿带拉么铜锌矿床中含矿石英脉石英矿物流体包裹体Rb-Sr等时线年龄为1005±3Ma(95%可信度)，茶山坳钨锑矿床矿脉中石英的流体包裹体Rb-Sr等时线年龄为444±17Ma(95%可信度)，石英单矿物的40Ar/39Ar坪年龄为547±15Ma;西矿带铜坑405中段91#交代矿脉中锡石的40Ar/39Ar坪年龄为1278±3Ma;拉么矿区530中段内出露的笼箱盖斑状黑云母花岗岩全岩Rb-Sr和锆石微区原位SHRIMP法测定的U-Pb年龄分别为986±3Ma(95%可信度)和94±4Ma(95%可信度);

3)最近，梁婷、王登红、屈文俊等在危机矿山项目等的资助下，进一步开展了黄铁矿、辉钼矿、毒砂等金属矿物等Re-Os等时线等新方法等研究工作，取得了新等成果。

一、样品采集及测试方法

1样品简介

用于同位素年代学研究的样品分别采自大厂矿田东矿带大福楼、亢马矿床锡石-磁黄铁矿矿脉中的锡石;中矿带拉么矿区530中段坑道中揭露的笼箱盖黑云母花岗岩株中的斑状黑云母花岗岩，拉么铜锌矿床含矿石英脉中的石英和拉么矿区茶山坳钨锑矿床中的含矿石英脉;西矿带铜坑405中段沿层交代产出91#矿体中的锡石。按常规的矿物分离方法，从花岗岩中分离出纯净的锆石，并从矿石中分离出锡石单矿物和石英矿物，也作为同位素年龄的测定对象。另外，梁婷等人完成了对铜坑92#矿体中主要矿石矿物毒砂和黄铁矿的年龄测定，结果显示毒砂Re-Os等时线年龄为89±19Ma，黄铁矿部分数据Re-Os等时线年龄为122±44Ma。

2分析方法

1)锆石U-Pb定年。野外从笼箱盖黑云母花岗岩中采集大样，室内从中分离出锆石，然后在双目镜下挑选出晶型完好、具有代表性的锆石和标准锆石(TEM)一起粘贴在环氧树脂表面，抛光并镀金，在做SHRIMP同位素分析之前，对待测锆石进行透射光和反射光显微照相。锆石微区原位U-Pb同位素分析在北京离子探针中心的SHRIMP-II离子探针上完成，对测定结果用标准物质对铀含量和年龄作了校正。

2)石英流体包裹体Rb-Sr同位素定年。石英矿物的Rb-Sr等时线年龄测定采用李华芹等(1993)所报道的分析流程;Rb、Sr同位素分析在国土资源部宜昌地质矿产研究所同位素实验室的MAT-261可调多接收型质谱仪上完成;分析过程中采用国际标准物质NBS-987监控仪器分析状态，用NBS607和Rb-Sr年龄国家一级标准物GBW04411监控流程。上述标准测定值分别为:NBS987，87Sr/86Sr=071026±000006;NBS607，Rb/10-6=52322，Sr/10-6=6556，87Sr/86Sr=120035±000009;GBW04411:Rb/10-6=24908，Sr/10-6=15839，87Sr/86Sr=076006±000009;87Rb/86Sr和87Rb/86Sr的测定精度好于15%～3%(石英矿物)和0008%～002%，全部 *** 作均在净化实验室内进行，使用的器皿由氟塑料、石英或铂金制成。所用试剂为高纯试剂经亚沸蒸馏，其Rb-Sr空白为10-11～10-12g/g。高纯水由Milli-Q水纯系统纯化，其Rb、Sr空白为10-12g/g;与样品同时测定的全流程空白都在03ng左右，当样品Rb、Sr含量低于10-6量级时，均作了空白校正。Rb-Sr等时线数据用Ludwing(2001)编的Isoplot程序处理;

3)锡石的氩氩法快中子活化法定年。关于锡石可用于直接测定矿床年龄，早已有文献报道。BLGulson和MTJones(1992)通过对印度尼西亚勿里沿锡矿和南非Zaaiplaats矿床中锡石的U-Pb和Pb同位素定年，结果表明，作为一种矿石矿物，锡石在直接测定矿床年龄方面比金红石和锆石更具优点，但锡石的40Ar/39Ar快中子活化定年至今还未见文献报道，本次对锡石40Ar/39Ar定年进行了尝试，并获得了初步成功。所研究的锡石样品采用40Ar/39Ar快中子活化法进行阶段加热，所采用的分析方法见刘义茂等(2002)的报道。Ar-Ar同位素分析在桂林矿产地质研究院同位素实验室MM1200型稀有气体质谱计上完成，仪器真空度约为2×10-7Pa，全系统40Ar本底为10-14mol，36Ar、37Ar、38Ar和39Ar的本底为10-16mol。样品经快中子照射冷却约120天后装入全不锈钢超高真空提取—纯化系统，样品连同系统一起加热250℃烘烤去气。冷却后真空度达10-8～10-9Pa。样品用电子轰击炉进行阶段升温加热，析出气体经海绵钛、蒸发钛和Zr-Al去气泵纯化。最后转入X质谱、依次反复地进行各Ar同位素峰值的静态测定。核反应诱发干扰Ar同位素通过照射纯钾、钙盐产生的有关Ar同位素进行校正。采用我国统一建立的K-Ar年龄黑云母标准物质(1325Ma)作为比照来计算样品的阶段年龄及坪年龄。

二、测试结果及解释

1东矿带成矿年龄测定结果

对大厂矿田东矿带大福楼、亢马锡-硫化物多金属矿床中锡石-磁黄铁矿矿脉的锡石进行了40Ar/39Ar快中子活化阶段升温测年，结果如表2-1、图2-1和表2-2、图2-2所示。大福楼和亢马锡矿床中锡石所获得的坪年龄谱图都显示出正常的平坦型谱图，而且大部分阶段升温析出的39Ar都符合成坪条件。两个样品的2～4阶段(750～1050℃)所构成的坪年龄为1197±2Ma和1147±2Ma，二者的坪年龄与相应的全熔年龄(120±5Ma和1154±5Ma)在测定误差范围内近乎一致。由此说明40Ar/39Ar快中子活化阶段升温所获得的年龄数据基本上是可信的，据此推断大厂矿田东矿带大福楼、亢马锡石-硫化物多金属矿床的形成时代为早白垩世。

表2-1 大厂矿田大福楼锡石-硫化物矿床中锡石40Ar/39Ar阶段升温测年数据

测试:桂林矿产地质研究院戴橦模、陈民扬，样重03992g，J=00040885，坪年龄1197±2Ma，全熔年龄120±5Ma。

表2-2 大厂矿田亢马锡石-硫化物矿床中锡石40Ar/39Ar阶段升温测年数据

测试者:桂林矿产地质研究院戴橦模、陈民扬，样重=06511g，照射参数J=00040841，坪年龄=1147±2Ma，全熔年龄=1154±5Ma。

图2-1 大厂矿田大福楼锡石-磁黄铁矿矿脉的锡石Ar-Ar年龄谱图

图2-2 大厂矿田亢马锡石-硫化物矿床中锡石Ar-Ar年龄谱图

2中矿带成矿年龄测定结果中矿带以笼箱盖岩体出露及岩体周围分布有铜、锌、锡、钨、钼多金属矿化为特征。对拉么矿区530中段坑道中出露的笼箱盖斑状黑云母花岗岩、铜锌矿体含矿石英和茶山坳钨、锑矿含矿石英脉进行了系统的年代学研究，测得笼箱盖斑状黑云母花岗岩全岩的Rb-Sr等时线年龄和岩体锆石SHRIMPU-Pb年龄，结果列于表2-3、图2-3和表2-4、图2-4。分别获得Rb-Sr等时线年龄和同一岩体锆石SHRIMP206Pb/238U年龄加权平均值为986±25Ma(95%可信度)和94±34Ma(95%可信度)。上述测定结果表明，大厂矿区笼箱盖黑云母花岗岩岩株第二次侵入的斑状黑云母花岗岩的时间应归属为晚白垩世。

表2-3 大厂矿田拉么矿区530中段坑道中斑状黑云母花岗Rb-Sr同位素测定数据

注:λ87Rb=142×10-11a-1;t=986±25Ma(1σ);87Sr/86Sr=07009±00038(1σ)。宜昌地质矿产研究所李华芹等测试。

表2-4 大厂矿田拉么矿区笼箱盖斑状黑云母花岗岩岩体锆石SHRIMPU-Pb数据

图2-3 拉么矿区530中段笼箱盖斑状黑云母花岗岩Rb-Sr等时线图

图2-4 大厂拉么矿区笼箱盖斑状黑云母花岗岩岩体锆石SHRIMPU-Pb谐和图

从拉么矿区云英岩-矽卡岩型铜锌矿体中选取石英单矿物，测定其流体包裹体Rb-Sr等时线年龄结果如表2-5和图2-5所示。同一矿体中不同空间部位所采集的10个纯净石英矿物样品所拟合的直线，具有良好的线性关系(MSWD=54)，求得相应的等时线年龄为986±58Ma(95%可信度)。由测定结果可知，拉么铜锌矿床形成时间为燕山晚期，即晚白垩世早期—早白垩世晚期。

表2-5 广西大厂拉么锌矿含矿石英脉中石英矿物中流体包裹体铷—锶同位素年龄测定结果

注:λ87Rb=142×10-11a-1;t=101±2Ma(1σ);87Sr/86Sr=071144±000017(1σ);参加线性处理样品数为:10。宜昌地质矿产研究所李华芹等测。

图2-5 大厂拉么矿区含矿石英脉中石英流体包裹体Rb-Sr等时线年龄

拉么矿区的茶山坳钨、锑矿床，目前控制的主要是脉状矿体，与拉么沿层交代的铜锌矿体明显不同。选取含矿石英脉中的石英单矿物，测定其流体包裹体的Rb-Sr等时线和40Ar/39Ar快中子活化阶段升温年龄结果如表2-6、图2-6和表2-7、图2-7所示。结果表明，采自茶山坳钨、锑矿床不同空间部位的5个石英样品，其在87Rb/86Sr-87Sr/86Sr体系中所构成的直线具有很好的相关性(MSWD=12)，求得Rb-Sr等时线年龄为444±2Ma(95%可信度)。同一矿体中石英单矿物的40Ar/39Ar快中子活化阶段升温(800～1100℃4个温度阶段)的坪年龄为5468±15Ma。上述测定结果表明，尽管同一矿床含矿石英脉中石英的两种定年方法所获得的年龄值之间相差约10Ma左右，但这一年龄信息预示着在大厂锡多金属矿带，可能有新生代成矿作用存在，或者是燕山期的成矿作用延续到喜马拉雅期。

表2-6 拉么矿区茶山坳钨锑矿含矿石英脉中石英流体包裹体Rb、Sr同位素测定数据

表2-7 大厂拉么矿区茶山坳钨锑矿床中石英40Ar/39Ar阶段升温测年数据

测试者:桂林矿产地质研究院戴橦模，陈民扬，样重=03025g，照射参数J=00040907，坪年龄=5468±2Ma，全熔年龄=57±3Ma。

图2-6 拉么矿区茶山坳钨-锑矿床中石英Rb-Sr等时线图

图2-7 大厂矿田茶山坳钨-锑矿床含矿石英脉中石英矿物40Ar/39Ar年龄谱图

3西矿带成矿年龄测定结果

对大厂矿田西矿带铜坑405中段91#交代矿脉中的锡石进行了40Ar/39Ar阶段升温年龄测定，结果由表2-8～表2-10和图2-9～图2-11所示。其中，样号为DCH60-3的锡石在750～1050℃温区范围内(2～4阶段)，连续相间的3个升温阶段所求得的年龄误差均小于5%，由它们所构成的坪年龄为1278±3Ma，其坪年龄也与40Ar/39Ar快中子活化全熔年龄(1286±3Ma)在测定误差范围内高度一致，由此表明铜坑91#交代矿体形成的时间亦为早白垩世。此外，还有两个锡石的氩氩法测试结果为坪年龄13518Ma(表2-9，图2-9)和13889Ma(表2-10，图2-10)，均接近于笼箱盖岩体中早期黑云母花岗岩的Rb-Sr等时线年龄(140Ma)和细粒花岗岩的K-Ar年龄(13860Ma)(陈毓川等，1993)。这表明从花岗岩岩浆活动开始起，成矿作用就几乎同时发生。这3个锡石样品(DCH60-3、dch29b和dch49-4)的氩氩法坪年龄相差在10Ma左右。这表明，以锡石为代表的氧化物阶段的成矿作用延续了大约10Ma。

对同一矿体(91#)中的蚀变矿物透长石和石英也进行了氩氩法快中子活化分析(王登红等，2004)，其结果分别列入表2-11和表2-12，年龄谱线示于图2-11和图2-12、图2-13。结果表明，透长石形成于914Ma，石英形成于945Ma，二者明显晚于锡石，而且有30Ma左右的时间差。这一方面说明锡石不是泥盆纪喷气沉积的，另一方面也说明从锡石开始到整个层状矿体的形成可能经历了漫长的过程。

表2-8 大厂铜坑锡矿405中段91#交代矿体中锡石(dch60-3)40Ar/39Ar阶段升温测年数据

测试者:桂林矿产地质研究院戴橦模，陈民扬，样重=03784g，照射参数J=00040885，坪年龄=128±3Ma，全熔年龄=1286±3Ma。

表2-9 广西大厂锡石(dch29b)40Ar/36Ar阶段升温测年数据

锡石dch29b:Tp=13518±150Ma;Tf=13527±250Ma;Tiso=15067±301Ma。

表2-10 广西大厂锡石(dch49-4)40Ar/36Ar阶段升温测年数据

锡石dch49-4:Tp=13839±150Ma;Tf=13849±250Ma;Tiso=15067±301Ma。

图2-8 大厂铜坑405中段91#交代矿脉中锡石(DCH60-3)的Ar-Ar年龄谱图

图2-9 大厂锡石(dch29b)的Ar-Ar年龄谱图

图2-10 大厂锡石(dch49-4)的Ar-Ar年龄谱图

图2-11 大厂锡矿床中透长石的40Ar/39Ar等时线年龄图

图2-12 大厂锡矿91#矿体中石英(DC455-91Q)的40Ar/39Ar坪年龄谱图

表2-11 大厂锡矿91#矿体中透长石(405-26-2)40Ar/39Ar激光微区分析结果

测试者:国土资源部同位素测试中心陈文J=0008023等时线年龄T=914±29Ma;(40Ar/36Ar)0=294±38;MSWD=083。

图2-13 大厂锡矿91#矿体中石英(DC455-91Q)的40Ar/39Ar等时线(左)和反等时线年龄图(右)

表2-12 大厂锡矿91#矿体455中段石英(DC455-91Q)40Ar/39Ar快中子活化法分析结果

测试者:中国科学院地质地球物理研究所桑海清、王英兰。称样02386g，照射参数J=0008278。

对龙头山100#矿体致密块状矿石中的石英也进行了氩氩法快中子活化分析(王登红等，2004)，其结果分别列入表2-13、图2-14、图2-15。结果表明，100#矿体中石英的氩氩法坪年龄为9456Ma。可见，100#矿体与91#矿体的形成时代基本一致。

表2-13 大厂锡矿100#矿体中石英的(DC100Q)40Ar/39Ar快中子活化法分析资料

测试者:中国科学院地质地球物理研究所桑海清、王英兰。称样02634g，照射参数J=0008278。

有趣的是，大厂的基性超基性岩脉晚于花岗岩形成(即花岗岩不是从基性岩中结晶分异出来的)。这种现象在柿竹园、赣南钨矿区也都可以见到。一方面表明各矿区成矿作用与幔源流体有关，另一方面也表明成岩作用与成矿作用之间可能是相互关联又相对独立的两个体系，二者之间是“兄弟关系”而不是“母子关系”，即:成矿流体不见得是花岗岩岩浆定位之后随着结晶分异作用的进行而分异出来的，而可能在花岗岩岩浆定位之前的“源区”就已经从岩浆中独立出来了，并且由于其流动性远远大于岩浆而先期上升到地壳某些有利部位，通过交代、充填等方式完成成矿作用。

根据上述思路，我们重新整理了大厂矿田范围内所获得的同位素年龄资料(表2-14)，结果显示:成岩作用自黑云母花岗岩(140Ma)开始到煌绿玢岩(8153Ma)结束，大约经历了60Ma;成矿作用在138～128Ma(西矿带)和120～115Ma(东矿带)期间为氧化物阶段，形成以锡石为代表的矿化组合;101～91Ma期间为中温硫化物阶段，形成以铁闪锌矿为代表的矿化组合;55～45Ma期间为低温硫化物阶段，形成以辉锑矿为代表的矿化组合。这一结果与详细的矿物学、矿石学和矿床地球化学的研究结果是可以吻合的(比如，岩矿鉴定结果表明在长坡-铜坑91#、92#矿体中均见到闪锌矿交代锡石的现象)，从而表明:整个大厂矿田范围内，岩浆活动何时开始，成矿作用就几乎同时开始(稍晚);但岩浆活动结束时，成矿作用可能还在延续。

图2-14 大厂100#矿体中石英的40Ar/39Ar坪年龄谱图

图2-15 大厂100#矿体中石英(DC100Q)的40Ar/39Ar等时线(左)和反等时线图(右)

表2-14 瑶岗仙花岗岩体锆石SHRIMPU-Pb年龄测定结果

注:误差为1σ;Pbc和Pb分别代表普通铅和放射成因铅，应用实测的204Pb对普通铅进行了校正。

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