都龙锡锌多金属矿床LA-MC-ICPMS锡石U-Pb测年及其意义*

王小娟 刘玉平 缪应理 鲍谈 叶霖 张乾

1.中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室，贵阳 550002

2.中国科学院大学，北京 100049

3.云南华联矿产勘探有限责任公司，曲靖 655000

滇东南都龙锡锌多金属矿床是一个Sn、Zn、In、Cu、Pb等多元素共生的矿床，位于云南省马关县境内(云南省矿床发展史编委会，1996)。20世纪80年代以来，许多学者(刘玉平，1996;刘玉平等，2000，2007;曾志刚等，1999;李文尧，2002;颜丹平等，2005;张春红等，2008;冯佳睿，2011;廖震等，2010)从不同角度对其进行了研究，取得了不少成果，极大地推动了地质找矿工作的深入。但是，由于本矿区先后经历了沉积、变形-变质、岩浆作用等复杂的地质作用过程，控矿因素多样，成矿作用复杂，加之缺少精确可靠的成矿年代学判据，长期以来对矿床成因认识存在较大分歧，存在岩浆热液成因(范承钧，1988;宋焕斌，1989)、热水沉积-热液改造成因(周建平等，1997，1998)、沉积-变质-热液改造成因(刘玉平，1996;刘玉平等，2000)等不同观点。

成矿年代的准确测定，对于确定矿床成因、探讨成矿事件极其重要。随着都龙矿区深部及外围找矿工作的深入，急需加强成矿年代学研究，进而对已有的矿床成因观点进行甄别，更好地提供理论指导。本次研究应用天津地质调查中心新近开发的LA-MC-ICP-MS锡石U-Pb定年方法(李惠民等，2009)，获得都龙矿区锡石206Pb/207Pb-238U/207Pb等时线年龄和206Pb/207Pb-238U/207Pb谐和年龄为82～96.6Ma，表明锡矿化主要发生在晚白垩世，结合该矿床已有的锡石和锆石UPb年龄(刘玉平等，2007)，进一步指示大规模的锡成矿作用与燕山晚期老君山花岗岩热液活动密切相关。

1 矿区地质概况

都龙矿区大地构造位于华南褶皱系西南端、滇东南褶皱带老君山穹窿构造的南西翼，主要包括铜街、曼家寨、辣子寨、金石坡等矿段，探明锡、锌、铟金属储量均达到超大型规模，并伴生有铅、铜、铁、银、镉等元素(周祖贵，2002)。矿区骨架构造为NW向马关-都龙断裂，以及近N-S向铜街-五口硐断裂、花石头-南当厂断裂(刘玉平，1996)。马关-都龙断裂延伸大，深部见花岗岩体。近N-S断裂起到运输矿液的作用，在其旁侧的张性断裂中沉淀成矿(宋焕斌和金世昌，1987)。矿区出露地层主要为新元古界-下寒武统新寨岩组和中寒武统田蓬组、龙哈组(云南省地质矿产局区域地质调查院，1999①云南省地质矿产局区域地质调查院.1999.1∶5万都龙幅区域地质矿产调查报告)。区内岩浆活动强烈，燕山晚期老君山花岗岩主体出露于矿区北侧，并向南倾伏于矿区深部，地表见多条燕山晚期花岗斑岩脉。研究表明，老君山花岗岩出露面积约150km2，根据岩体的产状、岩石结构构造特征及同位素年龄差异可以划分为三期:第一期(γb3a)为中-粗粒二云二长花岗岩，呈岩基产出，锆石U-Pb年龄为87.2±0.6Ma～96±2Ma;第二期(γb

3b)为中细粒二云母花岗岩，呈岩株侵入第一期岩体中，锆石U-Pb年龄为86.8±0.4Ma;第三期)为花岗斑岩，呈岩脉、岩枝产出，锆石U-Pb年龄为85.9±0.4Ma(刘玉平等，2007;冯佳睿等，2011;张斌辉等，2012)。此外，在矿区东南部还出露了已发生变形-变质的加里东期花岗岩(张世涛等，1998;徐伟，2007)(图 1)。

都龙矿区以层状矽卡岩型矿体为主，其次为规模较小的石英、方解石、萤石等脉型矿体。其中，层状矽卡岩型矿体在平面上呈南北向串珠状产出，剖面上呈叠瓦状排列，主要以似层状、透镜状、囊状产出，分支复合、尖灭再现较为常见(刘玉平等，2007)。矿石中金属矿物主要为锡石、铁闪锌矿、磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿、毒砂及磁铁矿，脉石矿物主要为石榴石、透辉石、钙铁辉石、透闪石、阳起石、绿泥石、绿帘石、石英、方解石、白云石、云母及萤石等。矿石结构主要为粒状变晶结构、热液交代结构、固溶体分离结构及交代残余结构等，矿石构造多为纹层状-条带状构造、块状构造、浸染状构造、脉状构造及斑点状构造等(宋焕斌，1989;刘玉平等，2007)。

2 LA-MC-ICP-MS锡石微区原位U-Pb测年分析

2.1 样品采集及加工

本次研究分析的DL12-716、DL12-722、DL12-740等三件锡石样品，均采自都龙矿区曼家寨矿段(图2)。光薄片显微镜观察显示，锡石通常呈半自形柱状集合体产出(图2c，d)，部分环带发育(图2a)，颜色多为黄褐色至深褐色，裂理发育(图2b)，与石英、萤石、绿泥石等矿物密切共生(图2)。进行U-Pb测年的锡石单矿物样品，采用常规重选法粗选，然后在双目镜下挑纯至95%以上。

锡石制靶在北京锆年领航科技有限公司完成，首先将锡石样品用双面胶粘在载玻片上，放上PVC环，然后将环氧树脂和固化剂进行充分混合后注入PVC环中，待树脂充分固化后将样品座从载玻片上剥离，对其进行抛光制靶。锡石反射光和透射光照相(图3)，在天津地质调查中心岩矿鉴定实验室完成。

2.2 分析方法

锡石U-Pb同位素定年在天津地质调查中心分析测试室完成。所用仪器为Neptune多接收电感耦合等离子体质谱仪和193nm ArF准分子激光取样系统(LA-MC-ICP-MS)。

实验流程具体如下:根据反射光和透射光图像，选择锡石颗粒的合适区域，避开包裹体和裂纹，以减少普通铅的影响(李惠民等，2009)。利用193nm FX激光器对选择好的锡石区域进行剥蚀，激光斑束一般为50或75μm，频率为15Hz，样品信号采集时间为26s，激光剥蚀物质以He为载气送入Neptune(MC-ICPMS)，利用动态变焦扩大色散使质量数相差很大的U-Pb同位素可以同时接收，从而对U-Pb同位素进行测定(Yuanet al.，2011)。

图1 都龙锡锌多金属矿床地质简图Fig.1 Geological sketch map of the Dulong Sn-Zn polymetallic ore deposit

实验过程中204Pb同位素离子信号较弱以及 Ar气中204Hg的干扰，致使204Pb的含量难以准确测定，因此我们采用207Pb代替204Pb来作U-Pb等时线，即206Pb/207Pb-238U/207Pb等时线代替传统的238U/204Pb-206Pb/204Pb等时线方法处理数据。这对于U含量不高，其中积累的放射成因207Pb含量极少、可以忽略不计的年青锡石样品是可行的，从而获得与TIMS法吻合的年龄(李惠民等，2011)。但是，随着锡石年龄的增大(如大于400Ma)，锡石晶格中积累的放射成因207Pb含量也随之逐渐增加，再用207Pb代替204Pb来作等时线，势必产生较大的误差。这种情况下，锡石U-Pb定年数据处理就不宜采用206Pb/207Pb-238U/207Pb等时线法。鉴于上述等时线方法存在的一些小瑕疵，本文又分别作了各个样品的Tera-Wasserburg U-Pb年龄谐和图，通过图解的下交点来计算锡石年龄。锡石标样为天津地质矿产研究所测试实验室的内部标准Lbiao(206Pb/238U TIMS年龄158.2±0.4Ma)，数据处理采用Kenneth R.Ludwig的 Isoplot程序进行分析和作图(Ludwig，2003)。

2.3 分析结果

LA-MC-ICP-MS锡石U-Pb测年结果见表1和图4。各样品分述如下:

DL12-716，为层状矽卡岩型矿石，锡石为黄褐色-深褐色，半自形晶体，共22个测点。其中，238U/206Pb的比值变化范围为5.7581～65.1690，238U/207Pb的比值变化范围为7.9386～951.8506，206Pb/207Pb的比值变化范围为1.2751～14.6059，206Pb/207Pb-238U/207Pb等时线年龄为89.2±4.1Ma(N=22，MSWD=4.5)，初始铅206Pb/207Pb比值为 1.26±0.01(图 4a1)，207Pb/206Pb-238U/206Pb谐和年龄为 96.6±3.5Ma(N=22，MSWD=8.1)(图4a2)。

图2 都龙曼家寨矿段锡石单偏光图像(a)-DL12-722，层状矽卡岩型锡矿石，锡石的生长环带;(b)-DL12-740，石英脉型锡矿石，锡石与石英共生;(c)-DL12-716，层状矽卡岩型锡矿石，锡石与绿泥石、石英共生;(d)-DL12-708，萤石脉型锡矿石，锡石与萤石共生Fig.2 Plane-polarized light images of cassiterite from the Manjiazhai section，Dulong(a)-DL12-722，the tin ore of strataform skarn type.Growth zoning of cassiterite;(b)-DL12-740，the tin ore of quartz vein type.Quartz associated with cassiterite;(c)-DL12-716，the tin ore of strataform skarn type.Chlorite and quartz associated with cassiterites;(d)-DL12-708，the tin ore of fluorite vein type.Fluorite associated with cassiterite

DL12-722，为层状矽卡岩型矿石，锡石为深褐色，半自形晶体，共24个测点。其中，238U/206Pb的比值变化范围为13.1146～67.5201，238U/207Pb的比值变化范围为18.9282～1059.3398，206Pb/207Pb的比值变化范围为 1.4433～15.6892，206Pb/207Pb-238U/207Pb等时线年龄为88.0±1.6Ma(N=24，MSWD=2.3)，初始铅206Pb/207Pb比值为 1.180±0.028(图4b1)，207Pb/206Pb-238U/206Pb谐和年龄为 93.6±1.6Ma(N=24，MSWD=5.8)(图4b2)。

DL12-740，为石英脉型矿石，锡石为深褐色-黑褐色，半自形晶体，共31个测点。其中，238U/206Pb的比值变化范围为37.2235～81.3842，238U/207Pb的比值变化范围为85.7683～1347.9684，206Pb/207Pb的比值变化范围为 2.6484～20.0613，206Pb/207Pb-238U/207Pb等时线年龄为87.2±3.9Ma(N=31，MSWD=14)，初始铅206Pb/207Pb比值为 1.63±0.34(图4c1)，207Pb/206Pb-238U/206Pb谐和年龄为82.0±2.5Ma(N=25，MSWD=11)(图4c2)。

从矿石类型看，层状矽卡岩型矿石(DL12-716和DL12-722)，锡石206Pb/207Pb-238U/207Pb等时线年龄变化范围为88.0～89.2Ma，207Pb/206Pb-238U/206Pb谐和年龄变化范围为93.6～96.6Ma;石英脉型矿石(DL12-740)，锡石206Pb/207Pb-238U/207Pb等时线年龄为87.2Ma，207Pb/206Pb-238U/206Pb谐和年龄为82Ma。两类矿石的锡石等时线年龄与谐和年龄在误差范围内一致，表明锡成矿作用主要为晚白垩纪。

3 讨论与结论

3.1 LA-MC-ICP-MS锡石U-Pb年代学

锡石是锡多金属矿床中重要的矿石矿物，属于金红石族，当U进入晶格且含量较高时，可以作为U-Pb同位素的测年对象(Gulson and Jones，1992)，主要产在花岗岩类侵入体内部或近岩体围岩的热液脉中，伟晶岩和花岗岩中也常有分布。其U-Pb体系的封闭温度较高，随冷却条件的变化不大。在冷却速率为10℃/Ma的体系中，有效扩散半径为1μm的锡石颗粒中Pb的封闭温度为560℃，1mm级的锡石颗粒中Pb的封闭温度为860℃(张东亮等，2011)。本次分析所用锡石颗粒多数＞100μm，U-Pb体系封闭温度应＞560℃。而都龙锡锌多金属矿床的成矿温度约320℃(刘玉平，1996)，远小于锡石U-Pb体系的封闭温度。因此，锡石U-Pb测年结果可以代表其结晶年龄。

表1 都龙锡锌多金属矿床LA-MC-ICP-MS锡石微区原位U-Pb年龄测试结果Table 1 In-situ LA-MC-ICP-MS U-Pb ages of cassiterite from the Dulong Sn-Zn Polymetallic ore deposit

与传统的TIMS锡石U-Pb测年方法相比，天津地质调查中心近年来开发的LA-MC-ICP-MS锡石U-Pb测年方法，可以省去样品溶解、铀-铅分离等复杂费时的化学前处理流程，分辨率高、地质意义明确，能极大地提高工作效率(李惠民等，2009)。近年来该方法获得了较广泛的应用，取得了不少成果(李惠民等，2009;袁顺达等，2010;Yuanet al.，2011;李开文等，2013;马楠等，2013)。由于锡石与锆石相比，非放射成因铅含量较高，分布不均一，不同晶域中的含量差异较大且难以准确扣除，U、Th含量也比锆石低2～3个数量级，放射性成因铅含量不容易精确地测定。同时，根据等时线获得都龙矿区三个锡石样品的初始铅206Pb/207Pb比值(即等时线与206Pb/207Pb轴的交点)分别为1.26±0.01、1.180±0.028、1.63±0.34，与本课题组获得的21件老君山花岗岩长石206Pb/207Pb比值的平均值1.181(待刊)，或同时期普通铅206Pb/207Pb比值1.187(根据Stacey-Krasters两阶段模式计算)对比，表明放射性成因铅含量高的样品，上述两种年龄计算方法获得的结果之间相对偏差较小，反之则较大。即由于实验过程中未对U含量进行测定，从而不能准确扣除非放射性成因铅，可能是造成两种计算方法获得的年龄结果存在一定差异的缘故。因此，建议在此后的类似实验中，最好进行锡石U含量测定，以便能获得更为准确可靠的年龄数据。

图3 都龙曼家寨矿段锡石透射光(a、c)和反射光(b、d)图像Fig.3 Transmission(a，c)and reflected(b，d)images of cassiterite from the Manjiazhai section，Dulong

实验获得都龙矿区层状矽卡岩型矿石(DL12-716和DL12-722)和石英脉型矿石(DL12-740)锡石206Pb/207Pb-238U/207Pb等时线年龄分别为89.2±4.1Ma(N=22，MSWD=4.5)、88.0±1.6Ma(N=24，MSWD=2.3)和 87.2±3.9Ma(N=31，MSWD=14)，207Pb/206Pb-238U/206Pb 谐和年龄分别为96.6±3.5Ma(N=22，MSWD=8.1)、93.6±1.6Ma(N=24，MSWD=5.8)和82.0 ±2.5Ma(N=25，MSWD=11)，两类矿石的锡石年龄数据在误差范围内基本一致。上述结果，与刘玉平等(2007)报道的TIMS锡石U-Pb测年结果，206Pb/238U表面年龄加权平均值79.8±3.2Ma(N=4，MSWD=3.16)，206Pb/204Pb-238U/204Pb等时线年龄82.0±9.6Ma(N=4，MSWD=4.81)在误差范围内一致，均为晚白垩世，代表了锡石结晶、即锡矿化的年龄。

3.2 矿床成因

自20世纪80年代以来，许多学者从不同角度对老君山进行了研究，有关都龙锡锌多金属矿床的研究更是备受关注。然而缺乏精确的成矿年代学判据，是该矿床成因认识存在分歧的重要原因之一。

前人从矿床的产出位置、成矿元素和微量元素含量对比、矿石中硫同位素的岩浆型特征、成矿元素的分带特点以及成矿物理化学条件等方面研究了都龙锡矿与花岗岩的关系，认为该矿床的锡质主要来源于老君山花岗岩(宋焕斌，1988，1989;安保华，1990;忻建刚和袁奎荣，1993)。我们在采样过程中发现，锡以及钨、铜、钼等矿化较好的矿体，均产于隐伏花岗岩或花岗斑岩附近，空间关系十分密切。在矿区占主要地位的矽卡岩型矿体，主要沿大理岩与片岩之间的层间剥离断层产出，虽然在宏观上表现出较明显的层控特征，但分支复合、尖灭再现等现象亦较为普遍，局部甚至可见到沿切层高角度断裂产出的纹层-条带状矿体，揉皱现象明显。地表和钻孔中见较多热液活动痕迹，层状矽卡岩上覆地层中见较多含矿石英萤石脉，而远离层状矽卡岩的上覆地层中则出现较多碳酸盐细网脉，这些均应为流体逃逸现象。此外，层状矽卡岩附近的大理岩多出现“漂白”(褪色)现象，应为热液流体影响的结果。上述现象表明，“层状”特征应主要是成矿流体沿规模不等的层间剥离断裂充填交代的结果。

图4 都龙曼家寨矿段锡石U-Pb年龄等时线图(a1、b1、c1)以及对应的U-Pb年龄谐和图(a2、b2、c2)Fig.4 The U-Pb isochron diagram(a1，b1，c1)and corresponding concordia diagram(a2，b2，c2)of cassiterite from the Manjiazhai section，Dulong

本文获得的LA-MC-ICP-MS锡石U-Pb年龄数据，表明都龙矿区锡石结晶年龄在82.0～96.6Ma，接近于矿区隐伏花岗岩锆石SHRIMP法U-Pb年龄92.9±1.9Ma和花岗斑岩锆石SHRIMP法U-Pb年龄86.9±1.4Ma(刘玉平等，2007)，指示了都龙锡矿化与燕山晚期老君山岩浆热液活动关系密切。近期，本课题组对都龙矿区的矽卡岩矿物学特征及方解石C-O同位素特征进行了研究，发现随距深部隐伏花岗斑岩体距离的不同，其石榴石、辉石成分发生规律性变化(待刊);方解石C-O同位素数据点基本落入幔源碳的范围内或其附近，明显偏离海相碳酸盐岩的范围，表明方解石的碳主要为岩浆来源(待刊)。因此，与燕山晚期老君山花岗岩有关的岩浆热液成矿作用，是都龙锡-锌多金属矿床形成的关键。

老君山地区作为我国一个重要的锡钨多金属矿集区，主要包括都龙、南秧田、新寨等三个大型-超大型矿床。但对这些典型矿床的成因，长期存在较大争议，南秧田和新寨已有的成矿年代学数据，也存在着较大差异。谭红旗等(2011)获得的南秧田钨矿床与白钨矿共生的金云母40Ar-39Ar年龄为118.14±0.69Ma，指示燕山期存在钨的大规模成矿作用。冯佳睿等(2011)对新寨锡矿床中的金云母及南秧田钨矿床中的辉钼矿进行了成矿时代的研究，获得金云母的40Ar-39Ar同位素坪年龄为209.5±1.1Ma、等时线年龄为209.1±2.2Ma，辉钼矿Re-Os同位素模式年龄为209.1±3.3Ma～214.1±4.3Ma，进而认为南秧田、新寨的锡钨成矿作用可能与印支期区域变质作用密切相关。近期，中国科学院地球化学研究所杜胜江博士获得新寨锡矿床锡石的U-Pb年龄约419Ma(内部交流)，认为可能存在加里东期成矿作用。老君山矿集区是否存在多期次成矿作用，有待于进一步研究，但毋容置疑的是，区域内主要的锡钨多金属矿床均围绕老君山花岗岩分布、有关矿床热液蚀变发育等基本地质事实，表明燕山晚期岩浆活动是区域锡钨多金属大规模成矿的关键因素。

3.3 滇东南晚白垩世大规模花岗岩成岩-锡成矿事件

滇东南地区个旧、白牛厂和都龙等三个超大型矿床，均与燕山晚期花岗岩具有密切的空间关系。但对它们的成因，仍有较大争议(秦德先等，2006;杨宗喜等，2008;白金刚等，1996;张洪培，2007;宋焕斌，1989;周建平等，1998;刘玉平，1996)，焦点在于是否存在热水沉积成矿作用。

近年来，个旧和白牛厂两个矿床的成岩-成矿年代学研究也取得了不少进展。杨宗喜等报道的个旧锡多金属矿床辉钼矿Re-Os同位素模式年龄及等时线年龄分别为82.95±1.16Ma和83.54±1.31Ma(杨宗喜等，2008)，与个旧花岗岩体锆石SHRIMP法U-Pb年龄77.4～88.3Ma一致(程彦博等，2009)，表明燕山晚期花岗岩浆作用与成矿关系密切。李开文等获得的白牛厂银多金属矿床LA-MC-ICP-MS锡石UPb同位素年龄为87.4±3.7Ma和88.4±4.3Ma，与薄竹山花岗岩锆石U-Pb年龄为86.51～87.83Ma(程彦博等，2010)一致，表明锡的主成矿期为晚白垩纪。

到目前为止，并没有从沉积特征最为明显的层状矿体获得与围岩沉积时代一致或相近的成矿年龄。上述三个矿床的成岩-成矿年代学研究结果，进一步支持滇东南地区存在燕山晚期大规模的花岗岩成岩-锡成矿作用(刘玉平等，2007;毛景文等，2008;程彦博等，2010)。

3.4 结论

综上所述，可以得出如下初步认识:

(1)都龙锡锌多金属矿床LA-MC-ICP-MS锡石U-Pb年龄为82.0～96.6Ma，结合近年来都龙矿区成岩-成矿研究成果，表明锡(以及钨、钼、铜等)成矿作用主要为晚白垩纪，与燕山晚期老君山花岗岩浆热液关系密切。基于地质事实，认为燕山晚期岩浆热液活动是老君山矿集区锡钨多金属大规模成矿的关键因素。

(2)个旧、白牛厂和都龙等三个超大型锡多金属矿床的成岩-成矿年代学研究表明，滇东南地区存在燕山晚期大规模的花岗岩成岩-锡成矿作用。

(3)LA-MC-ICP-MS锡石U-Pb测年具有操作简单，工作效率及精度较高，地质意义明确等特点，是一种非常有潜力的成矿时代测定新方法。

致谢 匿名评审专家对本文初稿提出了宝贵的意见和建议;中国地质调查局天津地质调查中心分析实验室耿建珍老师帮助完成了LA-MC-ICP-MS法锡石同位素测年，李惠民研究员对样品测试和数据处理提出了宝贵的意见;野外考察与采样工作中，得到了中国科学院地球化学研究所王大鹏副研、蓝江波助研、何芳同学和蔡伊同学，云南华联矿产勘探有限责任公司苏航工程师、韦文彪工程师，云南华联锌铟股份有限公司李廷俊工程师、陶春梅工程师等地质同行的支持与帮助;在此一并表示衷心的感谢!

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