湖南邓阜仙钨锡多金属矿床氦氩同位素特征及成矿流体示踪

晏超，陈郑辉，杨立强，曾乐，黄鸿新，孙颖超，伍式崇

（1.中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京100083；2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037；3.天津地质矿产研究所，天津300170；4.江西省地质矿产勘查开发局赣东北大队，江西上饶334000；5.湖南省地质矿产勘查开发局四一六队，湖南株州412007）

湖南邓阜仙钨锡多金属矿床氦氩同位素特征及成矿流体示踪

晏超1，陈郑辉2，杨立强1，曾乐3，黄鸿新4，孙颖超1，伍式崇5

（1.中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京100083；2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037；3.天津地质矿产研究所，天津300170；4.江西省地质矿产勘查开发局赣东北大队，江西上饶334000；5.湖南省地质矿产勘查开发局四一六队，湖南株州412007）

邓阜仙钨锡多金属矿床位于南岭多金属成矿带中段的一个重要石英脉型黑钨矿矿床。本文尝试采用与钨矿成矿关系密切的长石、石英开展了He-Ar与H-O同位素的研究，结果显示石英流体包裹体的3He/4He测定值为0.006～0.0244 Ra，明显低于地壳值（0.01～0.05 Ra）。成矿流体中40Ar/36Ar变化范围在303.3～867.8，高于饱和大气雨水40Ar/36Ar值（295.5）。石英包裹体中，δ18O测试值变化于+10.3‰～+13.7‰之间，平均为+12.4‰；石英中包裹体H2O的δD测试值变化于-72.9‰～-100.1‰之间，平均为-89.28‰，表明成矿流体为岩浆水与大气降水的混合。两种不同的同位素体系均表明本区的成矿作用为邓阜仙岩体的期后热液受到了裂隙中大气降水的影响。

He-Ar；H-O；同位素；成矿流体；邓阜仙；湖南

不同来源的成矿流体He-Ar同位素组成具有非常明显的差异，地幔相较于地壳3He/4He值高出3个数量级，即使少量地幔物质混入，也会引起成矿流体中3He/4He比值的变化[1]。通常，黄铁矿是稀有气体同位素扩散系数最低的，成为氦氩稀有气体同位素测定及成矿流体示踪的主要矿物，被用来进行成矿流体来源的示踪[2-7]。而其他矿物如石英、辉绿岩的流体包裹体稀有气体同位素测定研究，也能够得出指示成矿流体来源的结论[8-11]。同样，氢氧同位素也具有很强的成矿流体来源示踪功能，长期以来一直被广泛应用于研究热液矿床成矿作用过程[2,12-16]，尤其是在与岩浆热液有关的石英脉型钨矿的研究过程中得到广泛应用。

锡田地区的特殊地质背景为钨锡矿成矿提供了十分有利的条件，形成了包括邓阜仙钨锡矿、锡田垄上钨矿等中大型钨锡矿，是一不可多得的钨锡多金属找矿远景区[17-22]。近年来，随着锡田地区找矿工作的推进及锡田岩体周边钨矿相继发现，邓阜仙岩体中的邓阜仙钨锡矿逐渐引起了较大的关注，主要研究成果体现在成矿构造及成矿预测[19]、成矿年龄[18]，邓阜仙岩体的成岩年龄[17,22]、岩体的侵位机制[23]、花岗岩类型[24]、成矿流体[25]等方面，而对于成矿流体及其来源的研究却并不深入。为了开展锡田地区的成矿规律总结和成矿模式的研究，本文以锡田地区的典型钨锡矿-邓阜仙钨锡矿的成矿流体特征为研究对象，通过对石英、长石流体包裹体样品中氦氩与氢氧同位素的研究，为邓阜仙钨锡矿的成矿流体示踪提供依据。

1 区域地质概况

邓阜仙钨锡矿（也称为湘东钨矿）的大地构造位置位于赣南隆起与湘桂坳陷的交接部位，介于华南成矿带与扬子成矿带的过渡位置，从成矿带的划分看，其位于南岭成矿带中段[26]。

区域上出露的地层较为简单，主要有寒武系（∈）及奥陶系（O）浅变质岩，为本区岩体外围钨金银铅锌矿的赋矿地层；泥盆系（D）滨海相碎屑岩、浅海相碳酸盐岩，呈带状分布在本区北部、西部、东部，与岩体接触部位形成厚大的矽卡岩，与区内磁铁矿和钨锡矿成矿关系密切；白垩系（K）为一套紫红色砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩组合，组成区内邓阜仙岩体与锡田岩体之间的断陷盆地构造层（图1）。

图1 邓阜仙岩体地质略图（据湖南省地质调查院①湖南省地质调查院.湖南锡田地区锡铅锌多金属矿综合地质图（内部资料）.2011.，2011）Fig.1 Geological sketch map of the Dengfuxian rock mass（after Hunan Geological Survey,2011）

自中生代以来，华夏板块与扬子板块长期的多旋回构造，发生多次伸展-挤压的交替，使区域构造复杂交织，形成了加里东构造层（基底构造层）、海西-印支期构造层和燕山期构造层（属盖层构造层），不同的构造变形阶段形成的构造变形彼此复合、叠加和改造，呈现出以南北向、北东向的构造基底，北北东-北东向构造为骨架的构造格局[27]。

区域上岩浆活动强烈，主要为燕山期的岩浆活动，具有分布范围广，发育程度高的特点，其次为印支期的岩浆活动。锡田地区与钨锡成矿最为密切的岩体主要是邓阜仙和锡田两个复式岩体。邓阜仙复式岩体分为3期，第一期主要由粗粒斑状黑云母花岗岩组成，年龄为230.0±1.6 Ma[28]、第二期主要为二云母花岗岩，年龄为159±0.8 Ma[22]，第三期为细粒白云母花岗岩，呈岩脉、岩枝及岩钟状产出，年龄为109和117 Ma[29]。锡田岩体可分为两期4阶段，主体以中细粒斑状黑云母花岗岩为主形成于228.5±2.5 Ma～230.4±2.3 Ma，补体为细粒含斑黑云母花岗岩年龄为155.5±1.7 Ma，晚期侵入体以细粒二云花岗岩为主，形成于114±14 Ma[30]。

2 矿床地质特征

邓阜仙钨矿位于邓阜仙花岗岩体的东南部（图2），为中高温热液充填石英脉型黑钨矿床。矿区出露地层为：寒武系浅变质岩系，主要为变质长石石英砂岩及变质石英砂岩夹碳质硅质板岩与碳质泥质板岩。泥盆系锡矿山组浅海相石英砂岩与粉砂岩、页岩、白云质灰岩、白云质泥灰岩；二叠系龙潭组海陆交互相碎屑岩，包括硅质岩、石英砂岩、粉砂岩、碳质页岩、砂质页岩、硅锰质页岩。侏罗系陆相碎屑岩，包括石英粉砂岩、碳质页岩、砂质页岩和锰碳质页岩。

矿床位于茶-汉大断裂（F1，亦称为老山坳断层）的两侧（图2），该断裂走向NE50～ 70°，倾向SE倾角30～50°，并切穿邓阜仙复式岩体，走向延伸10 km，倾斜延伸不明，为多旋回活动的逆掩断层，是本区导岩、导矿、控矿构造，其旁侧次一级裂隙为区内含矿石英脉的主要赋存部位，另分布有与其近平行的断裂，有墨庄大断裂、金竹垅断层等[31]。

图2 邓阜仙钨矿地质图（据湖南省地质调查院①，2011）Fig.2 geological map of the Dengfuxian Sn W polymetallic deposit（after Hunan Geological Survey,2011）

矿体赋存于邓阜仙复式花岗岩体裂隙破碎带中。含矿石英脉160多条，呈陡倾薄板状产出，矿体受北东向茶-汉断裂及北东东向次级裂隙控制，以老山坳断裂为界限划分为南、北两区，南区矿化面积约3.5 km2，北区矿化面积约5 km2，由北向南矿脉在走向上分为NE向、NNE向和NEE向三组，以NEE向最为发育，倾向NW或SE，脉宽0～3.9 m，厚度较稳定，矿体规模中型[32]。

矿石矿物为黑钨矿、白钨矿、黄铜矿、锡石，毒砂、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿。矿石结构主要有板柱状结构、他形粒状结构、包含结构、交代结构、固溶体分离结构等（图3）。脉石主要为石英、萤石、白云母及方解石等；矿石构造为条带状构造、角砾构造、斑点状-浸染状构造、晶族、晶洞构造等。

3 样品采集与分析

通常开展He-Ar研究采用黄铁矿，而石英脉型钨矿中的黄铁矿沿裂隙分布在白钨矿裂隙中，白钨矿则充填在黑钨矿裂隙中，表明黄铁矿和黑钨矿不是一个阶段的产物，为了精确的获得成矿流体的性质，本次的研究以与黑钨矿共生的石英为研究对象。开展He-Ar同位素测定的样品采自湘东矿段的10中段、13中段5号脉、15中段89号脉、金竹垄矿区含铌钽矿花岗细晶岩接触带、金竹垄矿段伟晶岩壳（具体样号见表1）。

图3 邓阜仙钨锡多金属矿床矿石照片及镜下鉴定照片Fig.3 The Sn W polymetallic deposit samples photos and microscopic identification in Dengfuxian

4 测试方法及测试结果

4.1 单矿物中He、Ar同位素组成分析测试

本次He、Ar同位素测试是在核工业北京地质研究院分析测试中心的惰性气体质谱仪型号为Helix SFT上进行的，其空白本底对于40Ar小于5E-14ccSTP，法拉第杯分辨率大于400，离子倍增器分辨率大于700；He在800µA阱电流时，灵敏度优于2E-4A/Torr,Ar在200µA阱电流时，灵敏度优于7E-4A/Torr。测量结果以大气He、Ar同位素组成为测量标准，其3He/4He=（1.399 ± 0.013）× 10-6；40Ar/36Ar=295.6，38Ar/36Ar=0.187。测试过程为：当单矿物包裹体压碎装置的真空度达到10-7Pa时，将单矿物压碎并释放出含He、Ar等混合气体，通过酒精-干冰冷阱冷冻除去其中水分，再用锆铝泵除去混合气体中活性气体，然后用套有液氮的活性炭冷指将Ar气冷冻收集，得到纯净的He，将He气引入质谱仪并进行同位素组成测量。He同位素组成测量结束后，撤掉活性炭冷指外的液氮并升温，将Ar释放出，进行Ar同位素组成测量。

4.2 石英包裹体D同位素连续流分析测试

本次D同位素测试是在核工业北京地质研究院分析测试中心的MAT253气体同位素质谱上进行。称取40～60目石英包裹体样品5～10 mg，在105℃恒温烘箱中烘烤4小时以上，用洁净干燥的锡杯包好备用。先用高纯氦气冲洗置换元素分析仪Flash EA里面的空气，以降低H2本底。当温度升高到1 400℃，本底降到50 mv以下时，可进行样品测试。石英包裹体样品在装有玻璃碳的陶瓷管里爆裂，释放出H2O、H2等含H气体，H2O及其它可能存在的有机物在高温下与玻璃碳发生还原反应，将含H气体还原成H2，H2在高纯氦气流的带动下进入MAT253气体同位素质谱仪进行分析。测量结果以SMOW为标准，记为δDV-SMOW，分析精度优于±1‰。氢同位素参考标准为国家标准物质北京大学标准水，其δDV-SMOW＝-64.8‰，兰州标准水，其δDV-SMOW＝-84.55‰[33]。

本次O同位素测试是在核工业北京地质研究院分析测试中心的MAT253气体同位素质谱上进行。硅酸盐或氧化物矿物及岩石全岩样品在制样装置达到10-3Pa真空条件下，与纯净的五氟化溴在500～680℃恒温条件下反应14小时，释放出O2和杂质组分，将SiF4、BrF3等杂质组分用冷冻法分离出去后，纯净O2在700℃且有铂催化剂的条件下，与石墨恒温反应生成CO2，用冷冻法收集CO2，在MAT253气体同位素质谱分析样品的O同位素组成。测量结果以SMOW为标准，记为δ18OV-SMOW。分析精度优于±0.2‰。氧同位素标准参考标准为GBW-04409、GBW-04410石英标准,其δ18O分别是11.11±0.06‰和 -1.75±0.08‰[33]。

表1 邓阜仙钨锡多金属矿床样品采集表Tab.1 Dengfuxian Sn W polymetallic deposit samples collection

4.3 氦氩同位素测试结果

氦氩同位素测试结果显示（表2），除了DBX-J-3b与DBX-J-3g两个样品无3He信号以外，其余样品3He/4He比值介于8.36×10-9～3.41×10-8之间，即0.006～0.0244Ra（Ra为空气的3He/4He值，1Ra=1.40×10-6）；40Ar/36Ar变化范围在303.3～867.8。

4.4 氢氧同位素测试结果

氢氧同位素测试结果见表3，其中石英脉中δ18O测试值变化于+10.3‰～+13.7‰之间（n=21），平均为+12.4‰；石英中包裹体H2O的δD测试值变化于-72.9‰～-100.1‰之间，平均为-89.28‰。

5 讨论与结论

5.1 测试影响因素与结果讨论

流体包裹体中的He和Ar等稀有气体主要存在3种来源，即大气饱和水（ASW）、深源地幔流体、地壳流体，其中地壳来源流体3He/4He比值在0.01～0.05Ra之间[1]，地幔来源3He/4He比值在6～9 Ra之间[34]。一般认为，引起流体包裹体中稀有气体同位素组成发生变化的原因主要有以下几点：（1）扩散丢失；（2）后生叠加；（3）同位素分馏[2]。理论上，在漫长的地质历史时期中，石英流体包裹体中的氦氩稀有气体同位素会发生组分上的变化，但是这种变化在之前讨论的情况中可以忽略影响。石英中流体包裹体中虽然存在稀有气体同位素泄漏问题，但是在一定限制条件下，石英流体包裹体中稀有气体同位素更容易分辨其形成的期次。而前人也对非黄铁矿样品（包括辉绿岩、萤石、方解石、石英等）进行过测定，并反映出了成矿流体的来源问题。

表2 邓阜仙钨锡多金属矿床He-Ar样品分析结果表Tab.2 The He-Ar samples analysis results in Dengfuxian Sn,W polymetallic deposit

表3 邓阜仙钨锡多金属矿床H-O样品分析结果表Tab.3 The H-O samples analysis results in Dengfuxian Sn,W polymetallic deposit

将氦氩同位素测试结果投于40Ar/36Ar-3He/4He图解（图4）中，投点均位于的地壳端元之中，说明成矿流体中的He主要具有壳源特征。

大气饱和水（ASW）-主要包括大气降水和海水，其40Ar/36Ar值为295.5[34]，所以有放射性成因Ar*混入。样品中放射性成因Ar*可由下式算出：

计算显示，样品中放射性成因Ar*的含量为2%～65%（表2），大气Ar的贡献可达35%～98%。同时，大部分样品的40Ar/36Ar值与饱和大气雨40Ar/36Ar值接近，说明成矿流体中确实有大气降水的参与。

根据汪群英对邓阜仙流体包裹体测温的研究，推断邓阜仙黑钨矿的主要成矿均一温度集中在180～270℃，平均值225℃[35]。经过压力校正后捕获温度为260～350℃，平均值305℃，然后利用GEOKIT软件[36]进行测试样品中矿物氧与水中氧的换算，换算结果介于3.59‰～6.99‰，利用GEOKIT软件画出δD-δ18O模式图（图5）。

图4 邓阜仙钨锡多金属矿床40Ar/36Ar-3He/4He图解Fig.440Ar/36Ar-3He/4He diagram of the ore-forming fluid from the Dengfuxian Sn,W polymetallic deposit

图5 邓阜仙钨锡多金属矿床δD-δ18O模式图Fig.5 δD-δ18O diagram of ore-formingfluid from Dengfuxian Sn,W polymetallic deposit

H-O同位素测试结果显示，邓阜仙矿区早期流体为岩浆热液，后期出现了δD的亏损，使得整体处于原生岩浆水的下部区域，显示出了大量大气降水中H同位素混合的特征，这与He-Ar同位素所显示的流体特征一致。

对邓阜仙钨锡多金属矿床的He-Ar同位素测试和氢氧同位素测试均较好的显示了本区钨矿的成矿流体的来源，即成矿流体主要来源于邓阜仙花岗岩结晶冷凝过程中产生岩浆热液，并在热液的运移流动过程中，有构造裂隙向下渗透了大气降水，对岩浆热液产生了混染。

5.2 结论

（1）湖南邓阜仙钨锡多金属矿床中石英和长石包裹体中3He/4He比值为8.36×10-9～3.41×10-8之间，即0.006～0.0 244 Ra表明，其成矿流体中的He具有壳源特征，结合黄鸿新对硫同位素的测定结果[22]，显示成矿流体主要来自于区内古地壳重熔。

（2）湖南邓阜仙钨锡多金属矿床成矿流体中40Ar/36Ar变化范围在303.3～867.8。其中大气Ar贡献可达35%～98%，说明了成矿流体中水有大气降水的参与。

（3）湖南邓阜仙钨锡多金属矿床成矿流体中H-O同位素表明，石英脉中δ18O测试值变化于+10.3‰～+13.7‰之间（n=5），平均为+12.4‰；石英中包裹体H2O的δD测试值变化于-72.9‰～-100.1‰之间，平均为-89.28‰。结合前人的测试数据，推断邓阜仙黑钨矿的主要成矿均一温度集中在180～270℃，平均值225℃。经过压力校正后捕获温度为260～350℃，平均值305℃。δD-δ18O模式图指示了成矿流体为原生岩浆热液被后期雨水改造的流体特征。Ar同位素信息和氢氧同位素很好的应证了大气降水在黑钨矿石英脉形成过程中的作用。

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He-Ar and H-O isotope characteristics and source of ore-forming fluid tracer of the Hunan Dengfuxian tungsten tin polymetallic deposit

YAN Chao1,CHEN Zheng-hui2,YANG Li-qiang1,ZENG Le3,HUANG Hong-xin4,SUN Ying-chao1,WU Shi-chong5
(1.School of Earth Sciences and Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China;2.Institute of Mineral Resources,ChineseAcademy of Geological Sciences,Beijing 100037,China;3.Tianjin Institute of Geology and Mineral Resources,Tianjin 300170,China;4.Gandongbei Geological Survey Party,Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development,Shangrao Jiangxi 334000,China;5.416 Geological Team,Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development,Zhuzhou Hunan 412007,China)

Dengfuxian Sn-W polymetallic deposit is located in the middle of the multi-mineral belt in Nanling.The3He/4He of the quartz fluid inclusions measured value is between 0.006 Ra and 0.0 244 Ra，below the earth's crust（0.01～0.05Ra）。The40Ar/36Ar variation range of ore-forming fluid is between 303.3 and 867.8,shows the atmospheric precipitation hybrid.δ18O of the quartz fluid inclusions measured value is+10.3‰ and+13.7‰ ;δD in the quartz fluid inclusions measured value is between-72.9‰ and-100.1‰，average value is-89.28‰,indicates that the ore-forming fluid is a mixture of magmatic water and meteoric water.

He-Ar;H-O;isotope;ore forming fluid;Dengfuxian;Hunan province

P618.6

A

1672－4135（2017）04－0196-07

2017-03-07

本文由国土资源部公益性行业专项子课题“锡田矿田三维立体模型研究及成矿规律总结”（201211024-02）资助

晏超（1993-）男，中国地质大学（北京）硕士研究生，地质工程专业，E-mail:yanchaocugb@126.com；通讯作者：陈郑辉（1973-）男，教授级高工，主要从事区域成矿规律和矿产资源潜力预测评价、深部探测技术方法等研究，E-mail:chenzhenghui@sina.com。