江西省船坑铜矿成矿岩体地球化学特征、锆石U-Pb定年及地质意义

孙建东，骆学全，吕劲松，张雪辉，李凤春，叶海敏

(1.南京地质矿产研究所，南京 210016；2.中国冶金地质总局山东局测试中心，山东济南 250014)

江西省船坑铜矿成矿岩体地球化学特征、锆石U-Pb定年及地质意义

孙建东1，骆学全1，吕劲松1，张雪辉1，李凤春2，叶海敏1

(1.南京地质矿产研究所，南京 210016；2.中国冶金地质总局山东局测试中心，山东济南 250014)

分析了船坑铜矿成矿岩体石英闪长玢岩主微量、稀土元素特征及锆石U-Pb测年数据，表明岩石具高钾偏铝质I型花岗岩特征，及岛弧成因岩浆特点；锆石稀土元素表明有地壳物质的加入，属壳幔混源。锆石U-Pb年龄162.9±3.6Ma，大致代表含矿岩体成岩年龄。该矿床形成于钦杭成矿带铜矿主成矿期，处于岩石圈拆沉或伸展-减薄的构造环境，受太平洋板块往欧亚大陆的俯冲的影响。

船坑铜矿 地球化学 U-Pb定年 稀土元素

Sun Jian-dong,Luo Xue-quan,Lü Jin-song,Zhang Xue-hui,Li Feng-chun,Ye Hai-min.Geochemical characteristics of metallogenetic rock and zircon U-Pb dating in the Chuankeng Cu deposit of Jiangxi Province and geological implications[J]. Geology and Exploration,2016,52(3):0506-0517.

0 引言

钦杭成矿带是国家资源保障工程规划的重点研究区域，地跨扬子与华夏两大古陆块。构造上包括钦杭结合带、江南隆起带南侧及武功山-北武夷隆起带北侧，具有“两隆夹一凹”的格局。带内构造复杂，汇聚了数十个特大型矿床和百余处大中型矿床，是一条典型铜-铅锌-金-钨锡-钼多金属成矿带，带内成矿作用经历了前加里东、华力西-印支和燕山期等三个成矿时期，且以燕山期与中酸性-酸性岩浆有关成矿作用最为重要(顾光明等，2011；毛景文等，2011)。

船坑矽卡岩型铜矿床位于钦杭成矿带南部，地处萍乡-绍兴深断裂南侧(图1)，矿床规模中型，成矿岩体为石英闪长玢岩。由于矿区研究工作程度低，缺乏精确的成岩成矿年龄及地球化学数据，一定程度上制约了矿床的勘查及成矿带成矿规律总结工作。本文通过对成矿岩体主微量、锆石U-Pb定年及稀土元素分析，从而约束船坑铜矿床的成矿年龄，探讨岩体源区特征，并对比成矿带内主要斑岩型-矽卡岩型铜多金属矿床，揭示了成矿带内铜矿主要成矿时段及成矿岩体特征。

1 矿区地质概况

出露下三叠统铁石口组(T1t)及中三叠统杨家组(T2y)，二者呈整合接触。铁石口组(T1t)：粉砂岩、泥岩、页岩夹泥灰岩、灰岩等钙质夹层，是矿区矿体赋矿围岩，钙质夹层是矿区成矿的钙质来源的物质基础；杨家组(T2y)：紫红色粉砂岩、粉砂质页岩、页岩夹含铁质长石石英细砂岩岩石组合。

构造断裂较发育，依次为F1-F5，分为北东和北西向两组。F3、F4断裂属北东向张性断裂，走向北东至北东东，倾向南东，倾角50°左右；F1、F2、F5属北西向扭性断裂，三者均规模较小，走向延伸200-300m，倾向倾角不明。

沿北东向断裂及岩层脆弱面顺层侵入不同期次侵入岩，呈岩株、岩脉状。一为石英闪长玢岩，矿区范围内大面积出露，是矿床成矿岩体(图2)，二为花岗闪长斑岩，隐伏于矿区深部，与成矿关系不明。此外，尚见云斜煌斑岩脉及局部爆破角砾岩。

矿区地表大面积出露角岩化、矽卡岩化(矿化)蚀变带，矿体隐伏产于石英闪长玢岩与铁石口组钙质夹层(T1t(ls))矽卡岩接触带内，呈似层状、透镜状，一般厚1.03～15.9m，最厚19.14m，走向延伸不稳定，倾向南东，倾角45°。

图1 江西省船坑铜矿床地质略图Fig.1 Geological sketch map of the Chuankeng Copper deposit in Jiangxi Province 1-第四系；2-中三叠统杨家组；3-下三叠统铁石口组；4-下三叠铁石口组钙质夹层；5-石英闪长玢岩；6-云斜煌斑岩；7-角岩；8-矽卡岩；9-角岩相变界线；10-倒转背斜；11-倒转向斜；12-实测/推测扭性断裂；13-推测张性断裂；14-取样平面投影位置1-Quaternary；2-Middle Triassic Yangjia Formation；3-Lower Triassic Tieshikou Formation；4-Calcareous intercalation of Lower Triassic Tieshikou Formation；5-quartz diorite porphyrite；6-mica-plagioclase lamprophyre；7-hornstone；8-skarn；9-hornstone phase transition boundary；10-overturned anticline；11-overturned syncline；12-measured/inferred shear faults；13-inferred tensional faults；14-sampling planar projection location

2 样品采集及分析方法

2.1 样品采集

测试样品石英闪长玢岩主微量样品10件、锆石样品1件，均采自3线0m中段坑道壁(图1、图2)，近岩体两侧原岩铁石口组(T1t)粉砂岩、泥岩受热变质形成角岩，而夹于其中的泥灰岩、灰岩发生矽卡岩化和铜矿化，形成铜矿体。待测样品呈浅灰色，斑状结构，基质具微晶结构，块状构造，斑晶主要为斜长石(30-40%)、角闪石(5-10%)、黑云母(8%)、钾长石(5%)、石英(<5%)。斜长石：板柱状，粒径0.5×1～2×5.5mm，聚片双晶、环带结构发育，普遍具绢云母化、碳酸盐化现象；角闪石：呈短柱状，横截面呈六边形，粒径0.6～4mm，半自形-自形，普遍具有绿泥石化、碳酸盐化现象；黑云母：片状，粒径0.5×1.5～2×6mm，局部云母化褪色蚀变，见内部析出少量铁(钛)氧化物；钾长石：板柱状，粒径0.5×1.5～3×6mm，简单双晶发育，局部具泥化、碳酸盐化现象；石英：它形，粒状，粒径0.5～2mm，具熔蚀特征，呈港湾状、穿孔状等。基质部位由微晶长石、石英等组成。副矿物为磷灰石、锆石、榍石等。金属矿物含量约2%，主要为黄铁矿、黄铜矿，呈星点状、稀疏浸染状产出。

图2 石英闪长玢岩样品采集位置(a)、手标本(b)、镜下特征(c)Fig.2 Sampling positions of quartz diorite porphyrite(aphoto of the hand specimens(b)photo of micrscopic characteristics(c) 1-角岩；2-矽卡岩；3-石英闪长玢岩；4-矿体；5-黄铜矿化；6-黄铁矿化；7-采样位置及编号；Pl-斜长石；Q-石英；Bi-黑云母；Hb-角闪石。1-Hornstone；2-Skarn；3-Quart diorite porphyrite；4-Ore bodys；5-Chalcopyrite；6-Pyritization；7-Sampling position and numberPl-plagioclase；Q-quartz；Bi-biotite；Hb-hornblende

2.2 分析方法

主微量、稀土元素测试单位为国土资源部华东矿产资源监督检测中心。将全岩样品破碎到

锆石U-Pb定年及稀土元素测试单位为中国冶金地质总局山东局测试中心。经过淘选、磁选、双目镜挑选、制靶、CL照相等处理后，选出无裂纹且包裹体不发育的锆石晶体进行测试。测试仪器为激光剥蚀器(GeoProLas 193nmArF准分子)+电感耦合等离子体质谱仪(Thermo X2)，仪器测试条件：束斑30μm，频率10HZ，载气(He)流速760mL/min，能量密度10mJ/cm2，Nebuliser：0.56L/min，Sampling Depth：180，测定时激光束斑直径控制在25μm。同位素质量分馏校正采用国际标准锆石91500，样品的同位素比值及元素含量计算采用ICPMSDATACAL软件，年龄数据使用ComPbCorr#3_15G程序进行普通铅校正，年龄及谐和图绘制采用Isoplot(Ludwig，2001)程序。稀土数据使用标准锆石NIST 610进行元素浓度校正及Geokit 2012软件(路远发，2004)处理成图。

3 分析结果

3.1 主微量元素

主量元素(表1、图3)显示SiO2含量在55.70～61.22%之间，平均含量58.93%；Na2O含量在2.1～4.46%，平均含量3.03%；K2O含量在1.91～3.28%，平均含量2.58%，CaO含量在2.91～5.43%，平均含量4.66%，Al2O3含量在15.07～16.5%，平均含量15.54%。A/NK=1.53～2.53，A/CNK=0.86～1.04(平均值0.96)，A/CNK值多小于1，岩石显示属于准铝质特征；K2O-SiO2图解显示岩石属于高钾钙碱性系列，K2O-Na2O图解显示岩石属于I型花岗岩区域。以上特征表明岩石具有高钾偏铝质I型花岗岩特征。

微量元素特征(表1、图4)显示其富集大离子亲石元素(Rb、Ba、Th、K)，相对亏损Nb、Ta、Ti高场强元素，部分样品有P的亏损，表明岩浆结晶过程中有磷灰石、含钛矿物的结晶分异。(Yb+Ta)-Rb构造环境判别图解数据点均投于火山弧花岗岩范围内，显示岛弧岩浆环境特征。

图3 石英闪长玢岩岩石系列K2O-SiO2及K2O-Na2O图解(底图据Peccerillo et al，1976；Middlemost，1985；Collins et al，1982)Fig.3 K2O-SiO2 and K2O-Na2O diagram from the quart diorite porphyrite(base diagram after Peccerillo et al，1976；Middlemost，1985；Collins et al，1982)

表1 石英闪长玢岩主微量元素含量表

续表

测试单位：国土资源部华东矿产资源监督检测中心，测试仪器：主量元素采用X射线荧光光谱法(XRF)，微量、稀土元素采用电感耦合等离子体质谱仪；主量元素单位：%，微量元素单位：10-6；微量元素标准化球粒陨石标准值采用Sunetal.，1989。

图4 石英闪长玢岩微量元素原始标准化蛛网图及(Yb+Ta)-Rb构造环境判别图解(底图据Pearce et al.，1984)Fig.4 Original standardization spider diagram of trace element and Yb+Ta-Rb tectonic environment discrimination diagram from the quart diorite porphyrite(base diagram after Pearce et al.，1984)

3.2 锆石U-Pb年龄

锆石U-Pb数据分析结果(表2)及CL照片(图5)显示，锆石无色透明，晶体自形-半自形，呈长柱状，粒径50～200μm，晶面简单，晶棱较锋锐、清晰，具典型的岩浆锆石韵律环带，Th/U比值介于0.6～1.2(>0.4)，平均值1.0，属岩浆锆石(吴元保等，2004；李长民，2009)。

图5 石英闪长玢岩内锆石阴极发光电子图像及U-Pb年龄谐和图Fig.5 Zircon U-Pb concordia diagram with cathodouminscence electron images from quartz diorite porphyrite

据测定的CK-1019样品的15颗锆石U-Pb年龄数据，进行普通铅校正。为了减少继承铅、铅丢失等对年龄的影响，在207Pb/235U-206Pb/238U图中和谐度低于95%的年龄数据及观测误差值/预期误差值大于2的分析数据点将被排除掉，获得206Pb/238U加权平均年龄为162.9±3.6Ma，代表石英闪长玢岩的岩浆结晶年龄。

3.3 稀土元素特征

表3、图6显示，石英闪长玢岩稀土元素总量介于72.52×10-6～162.48×10-6之间，平均值133.84×10-6，LREE总量介于67.15×10-6～151.88×10-6，平均值125.77×10-6，HREE总量介于5.37×10-6～10.60×10-6，平均值8.08×10-6，LREE/HREE值介于12.5～17.43，(La/Yb)N介于16.54～35.32，轻重稀土分馏程度高。

表4、图7显示，锆石作为岩石中REE主要的寄主矿物，稀土总量远高于岩石本身，锆石稀土元素总量介于123.66×10-6～834.06×10-6之间，平均值412.74×10-6，LREE总量介于9.28×10-6～135.14×10-6，平均值30.87×10-6，HREE总量介于114.05×10-6～807.35×10-6，平均值381.87×10-6，LREE/HREE值介于0.03～0.45，轻重稀土分馏程度高，(La/Yb)N在0.00～0.15范围内变化。

对比石英闪长玢岩及锆石稀土元素配分型式图可以看出，两者配分型式图具有明显差别，岩石的稀土配分属于轻稀土富集的右倾型，几乎无Eu负异常，δEu介于0.67～1.30，平均值1.01，Ce异常不明显，δCe介于0.74～1.03，平均值0.95，说明岩石内斜长石未发生明显分异。锆石稀土属于重稀土富集的左倾型，Eu弱负异常，δEu介于0.40～0.70，Ce明显正异常，δCe介于1.19～141.09，显示岩浆锆石与斜长石共生特征。

表2 石英闪长玢岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果

测试单位：中国冶金地质总局山东局测试中心，测试仪器：激光剥蚀器(GeoProLas 193nmArF准分子)+电感耦合等离子体质谱仪(Thermo X2)。

表3 石英闪长玢岩稀土元素含量及其特征值

测试单位：国土资源部华东矿产资源监督检测中心，测试仪器：电感耦合等离子体质谱仪；单位：10-6；δEu=(Eu)N/0.5(Sm+Nd)N，δCe=(Ce)N/0.5(La+Pr)N，球粒陨石标准值采用Sunetal.，1989。

表4 石英闪长玢岩锆石稀土元素含量及其特征值

测试单位：中国冶金地质总局山东局测试中心，测试仪器：激光剥蚀器(GeoProLas 193nmArF准分子)+电感耦合等离子体质谱仪(Thermo X2)；单位：10-6；分析精度优于10%；δEu=(Eu)N/0.5(Sm+Nd)N，δCe=(Ce)N/0.5(La+Pr)N，球粒陨石标准值采用Sunetal.，1989。

图6 石英闪长玢岩稀土元素配分型式图(球粒陨石标准据Sun and Mc Donough,1989)Fig.6 REE distribution patterns of quartz diorite porphyrite(chondrite from Sun and Mc Donough,1989)

图7 石英闪长玢岩锆石稀土元素配分型式图(球粒陨石标准据Sun and Mc Donough,1989)Fig.7 REE distribution patterns from quartz diorite porphyrite zircon(chondrite from Sun and Mc Donough,1989)

4 讨论

4.1 成矿区域背景

笔者本次所测得船坑矿区的石英闪长玢岩中锆石15个测点的结果集中，且具有较高的谐和度，由此拟合的年龄精度也很高，这与各点的206Pb/238U比值加权平均年龄162.9±3.6Ma在误差范围内一致，可以代表石英闪长玢岩成岩年龄，且与钦杭成矿带铜多金属矿主成矿期成岩年龄一致(胡国成等，2010;毛景文等，2011；王宗起等，2013)，其成矿年龄稍晚于成岩年龄。它们的构造背景均形成于岩石圈拆沉或伸展-减薄的构造环境下，太平洋板块往欧亚大陆的俯冲作用，大陆地壳不断加厚，在弧后地区出现一系列北东向岩石圈伸展带和深大断裂，同时在俯冲板片局部多处撕裂形成埃达克质岩浆或Ⅰ型有关的铜多金属矿床(毛景文等，2004；陈培荣等，2002；陈志刚等，2003；华仁民等，2003)，矿床的展布方向和排列形式常常与岩体相同，岩浆热液的活动及成矿作用与构造的发展和演化一致。船坑铜矿亦如此。

4.2 岩浆源区

石英闪长玢岩地球化学及构造判别图中可以看出，石英闪长玢岩具高钾偏铝质I型花岗岩特征，(Yb+Ta)-Rb构造环境判别图解显示了岛弧成因岩浆特征，其可能来自于俯冲大洋板片重熔，释放岀来的Cu、Au等成矿物质，经深大断裂运移至地壳浅部，遇钙质围岩形成了矽卡岩型铜矿。且锆石的稀土配分模式显示亏损轻稀土而富集重稀土，Ce明显正异常，Eu弱负异常特征(雷玮琰等，2013)，显示出石英闪长玢岩可能存在一定壳源物质的混染。

5 结论

(1)成矿岩体石英闪长玢岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为162.9±3.6Ma，代表岩浆岩结晶年龄；地化及锆石稀土特征显示，岩石具高钾偏铝质I型花岗岩特征，(Yb+Ta)-Rb构造环境判别图解显示了岛弧成因岩浆特征，其可能来自于俯冲大洋板片重熔，显示壳幔混源特点。

(2)船坑铜矿形成于钦杭成矿带铜矿主成矿期，处于岩石圈拆沉或伸展-减薄的构造环境下，受太平洋板块往欧亚大陆的俯冲作用影响。

致谢本文研究过程中得到了江西省地质矿产勘查开发局赣东北地质队在野外工作、资料收集中的鼎力帮助，镜下鉴定工作得到了黄光昭先生的悉心指导，初稿得到了张传林研究员的悉心审阅，在此一并致以诚挚的谢意！

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Geochemical Characteristics of Metallogenetic Rock and Zircon U-Pb Dating in the Chuankeng Cu Deposit of Jiangxi Province and Geological Implications

SUN Jian-dong1,LUO Xue-quan1,LÜ Jin-song1,ZHANG Xue-hui1,LI Feng-chun2,Ye Hai-min1

(1.NanjingInstituteofGeologyandMineralResources,Nanjing,Jiangsu210016; 2.ShandongBureauTestCenterofChinaMetallurgicalGeologyBureau,Jinan,Shandong250014)

This work analyzed features of main and trace,and rare earth elements and zircon U-Pb dating of the metallogenic rock,quartz diorite porphyrite in the Chuanhang Cu deposit of Jiangxi Province.The results show that the rock is characterized by high potassium aluminum type I granite and magma of island-arc genesis.The existence of Nb negative anomalies and rare earth elements shows the addition of crustal material into zircon,forming a crust-mantle mixed source. Zircon U-Pb age of 162.9±3.6 Ma can largely represents the diagenetic time of ore-bearing rock.This deposit formed in the primary mineralization period of the Qinhang metallogenic zone,in alithospheric delamination or extension- thinning tectonic environment,probably affected by the subduction of the Pacific plate beneath the Eurasia continent.

Chuankeng Cu deposit,geochemical,U-Pb dating,rare earth elements

2015-04-14；

2016-03-08；[责任编辑]陈英富。

中国地质调查局项目(编码：12120113065500)资助。

孙建东(1987年-)，男，助理工程师，从事矿床地质研究工作，Email：njsunjiandong@163.com。

P616 [文献标示码]A

0495-5331(2016)03-0506-12