锡坑迳矿田岩体成岩成矿年代学与地球化学及地质意义

陈 伟, 彭琳琳, 卢国安, 曾德华

(1．江西省地质局 赣南地质调查大队，赣州 341000；2．江西省地质局 九○二地质大队，新余 338000)

0 引言

锡坑迳矿田位于江西省会昌县清溪乡，距县城以西约40 km处，面积约42 km2，是武夷山西坡最大锡矿田，三五八锡矿找矿突破备受关注。矿田内锡矿成矿最大特点是围绕密坑山复式岩体内外接触带发育岩背、淘锡坝、苦竹岽、凤凰岽等一大批中大型锡矿床，时空和成因联系上与密坑山岩体密切相关。前人对矿田基础地质、典型锡矿床地质特征及成矿规律做了详细地描述[1]，还有部分学者对岩背斑岩型锡矿床成矿流体性质及成矿物质来源[2-3]进行判定，但均未将矿田密坑山岩体与周围分布锡矿床作为有机整体开展成岩成矿时空和成因联系研究，在一定程度上制约了矿田内锡矿找矿工作的深入开展。因此，笔者对矿田内不同岩相开展岩石地球化学和精细的年代学研究，以成岩成矿时代为主线，以主控矿因素为依据，建立锡坑迳矿田锡矿成矿模式，为矿田内下一步锡矿模式找矿提供借鉴。

1 矿田地质

锡坑迳矿田大地构造位于武夷北北东向褶皱带中西部、东南沿海燕山期火山活动带西缘与南岭东西向钨锡成矿带交汇部位[4]。区内出露与锡矿化相关的地层为白垩系鸡笼嶂组酸性火山岩，火山-次火山构造发育和岩浆岩多期次活动，锡矿床(点)多围绕密坑山复式岩体内外接触带1 000 m范围内密集分布(图1)。

图1 锡坑迳矿田地质矿产简图(含采样位置)Fig.1 Geological and mineral sketch of Xikengjing ore field (including the sampling locations)

1.1 地层

锡坑迳矿田出露地层，主要为白垩系下统鸡笼嶂组酸性火山岩和白垩系上统河口组砂砾岩地区。

白垩系下统鸡笼嶂组：分布于锡坑迳矿田大部分地区，为一套流纹质火山碎屑-火山熔岩组合，是矿田内锡矿体赋矿围岩。可划分为五个岩性段，从下至上具英安岩→火山角砾岩、含集块火山角砾岩→角砾熔结凝灰岩、流纹质晶屑凝灰熔岩→沉凝灰岩、流纹岩多旋回火山喷发韵律特征和岩性组合特征。

白垩系上统河口组：出露于锡坑迳矿田北东角，为红盆砂砾岩沉积，主要岩性有粗砂岩、细砂岩、含砾粉砂岩、粉砂岩、砂砾岩、砾岩等。与下覆鸡笼嶂组火山岩呈断层接触。

1.2 构造

区内以火山-次火山构造最为发育，包括被密坑山岩体侵入，产状整体内倾，地貌上略呈锅状洼地的密坑山破火山口以及围绕破火山口呈北东展布的黄竹坝、瓦子坪、曲水坑、增坑、岩背等次级火山隐爆构造和围绕破火山口发育的环状及北北东-北东向、北西向放射性断裂构造。不同类型、级次及序次的构造交汇控制矿田内花岗岩体、次火山岩、隐爆角砾岩筒、断裂和裂隙带分布，进而控制锡矿(化)体展布与定位。

1.3 岩浆岩

区内岩浆岩发育，与锡矿成矿有关的岩浆浆为多期次侵入的密坑山复式岩体和岩背岩体。密坑山复式岩体至少存在4期岩浆活动，对应岩性为多斑巨粗斑细粒黑云母钾长花岗岩、斑状巨粗斑细粒黑云母花岗岩、少斑中粗斑细粒黑云母花岗岩和(含斑)细粒黑云母花岗岩，相互之间表现为涌动侵入接触。其中密坑山岩体主体斑状粗斑细粒黑云母花岗岩为淘锡坝、凤凰岽、苦竹岽锡矿成矿母岩。岩背岩体为一小岩株花岗斑岩体，局部以相变关系与密坑山岩体组成一体，为岩背锡矿成矿母岩。此外，矿田内还发育呈脉状充填于各个方向断裂中的闪长玢岩脉，切穿各类岩浆岩和锡矿(化)体(表1)。

表1 锡坑迳矿田岩体类型和期次表

1.4 矿产

区内锡矿床(点)围绕密坑山岩体内外接触带1 000 m范围内密集分布，包括岩背超大型锡矿床、淘锡坝大型锡矿床、苦竹岽和凤凰岽中型锡矿床以及老鼠坑、荣荆坝、上湾和矿背等锡矿点，成矿与区内次火山岩侵入和隐爆作用有关。矿产以锡为主，伴生铜、银等，矿化类型有岩背式斑岩型锡矿、淘锡坝式隐爆层间裂隙带型锡矿、苦竹岽式云英岩型锡矿和凤凰岽式破碎带蚀变岩型锡矿。

2 样品采集及分析

2.1 样品采集

密坑山岩体采集新鲜花岗岩样品4个；岩背锡矿床采坑采集新鲜花岗岩样品2个；锡矿石样品1个。样品号、采样地点、坐标和样品岩性见表2、图1。

表2 锡坑迳矿田样品采集登记一览表

选取花岗岩样品D085、D083、D356、D127、D352和D351进行全岩主量、微量测试分析；D085、D083、D356和D352、D351进行LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年，锡矿石样品TW1进行LA-ICP-MS锡石U-Pb同位素测年。

2.2 分析测试方法

2.2.1 主、微量元素测试

主量元素样品处理流程：烘干的样品与Li2B4O7+LiBO2+LiBr混合助熔剂混合后，倒入XRF专用铂金坩埚中，置于熔样炉中1 100℃熔融制成玻璃片，然后用帕纳科Axios Max XRF分析。微量元素样品处理流程：称取40 mg全岩粉末置于聚四氟乙烯溶样弹中，加入0.5 ml浓硝酸与1.0 ml氢氟酸，溶样弹经钢套密封后放入烘箱在195℃烘箱内加热72 h，以确保样品被彻底消解。消解液加入Rh作为内标，被稀释后(相对于固体样品，稀释因子2 000倍)，以雾化形式送入Agilent7700x ICP-MS测定微量元素。采用美国国家标准技术研究院合成的人工玻璃NIST 610和NIST612硅酸盐玻璃作为外标校正，分析误差优于10%。

2.2.2 锆石、锡石U-Pb同位素测试

锆石U-Pb同位素测试：仪器为Agilent 7700x型ICP-MS和ASI RESOnetics S-155 193nm准分子激光剥蚀系统联机。采用He气作为载气将剥蚀出的气溶胶传输到等离子体内电离。激光束斑大小为33 um，剥蚀频率为6 Hz，激光输出能量为100 mJ，能量密度为8 J/cm2。分析时背景时间为15 s，样品分析时间为40 s。测试过程中采用91500作为标准，GJ-1，Plešovice作为质控样品。锆石、锡石年龄协和图采用Isoplot4.0进行处理[10]。

3 岩石地球化学特征

3.1 全岩主量元素

由表3可知：锡坑迳矿田各期次岩浆岩具高硅、高钾，相对低钠和贫CaO、MgO、P2O5特征。岩石富铝，铝饱和指数A/CNK介于1.50～2.0为过铝质高钾钙碱性系列(图2、图3)。闪长玢岩具低硅、钾，高镁、钙、铁、钛、锰、磷和LOI指示岩石具较强碳酸盐化和绿泥石化蚀变。

表3 锡坑迳岩浆岩岩石化学成分含量表/%

图2 锡坑迳岩浆岩ANK-ACNK判别图Fig.2 ANK-ACNK discriminant diagram of Xikengjing magmatic rocks

图3 锡坑迳岩浆岩SiO2-K2O图解Fig.3 SiO2-K2O diagram of Xikengjing magmatic rocks

3.2 全岩微量元素

由表4可知：

表4 锡坑迳岩浆岩微量、稀土元素含量及特征参数表(×10-6)

1)锡坑迳矿田各期次岩浆岩微量元素具Ba、K、Sr、P、Ti亏损，高场强元素Th、U、Nd、Hf等的富集(图4)。Ti的亏损表明岩浆经历了钛铁矿的分离结晶作用，P的亏损说明有磷灰石的分离结晶，Ba、Sr亏损表明可能存在长石的分离结晶。成矿元素Sn含量除花岗斑岩(40×10-6)外均较低，微量元素Nb/Ta比值除多斑巨粗斑细粒黑云母钾长花岗岩，其他高于地壳平均值[2](10.91×10-6)，Th/U比值高于地壳平均值(3.8×10-6)[5]，反映密坑山花岗岩以壳源为主，可能存在幔源物质混入。

图4 锡坑迳岩浆岩原始地幔标准化蛛网图[11]Fig.4 The primitive mantle normalized spider diagram of Xikengjing magmatic rocks

2)多斑巨粗斑细粒黑云母钾长花岗岩→斑状粗斑细粒黑云母花岗岩→少斑中粗斑细粒黑云母花岗岩→花岗斑岩稀土总量∑REE、LREE/HREE、(La/Yb)N、δEu均具增高趋势、指示岩浆岩结晶分异程度越来越高。稀土球粒陨石标准化配分模式表现为Eu负异常、轻稀土富集右倾“海鸥”式(图5)，Eu负异常指示其源区存在斜长石的残留或者岩浆分异过程中发生过斜长石的分离结晶。

图5 锡坑迳岩浆岩球粒陨石标准化稀土元素蛛网图[11]Fig.5 The chondrite-normalized REE spider diagram of Xikengjing magmatic rocks

4 成岩成矿年代学

4.1 成岩年代学

在野外调研和室内岩相学观察基础上，对锡坑迳矿田密坑山各期次岩体、岩背花岗斑岩闪长玢岩、密坑山破火山火山碎屑岩晶屑凝灰岩,开展LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年获得密坑山岩体U-Pb同位素年龄为136.10±1.60 Ma～138.6±1.90 Ma、花岗斑岩为136.80±1.20 Ma、晶屑凝灰岩为139.62±0.96Ma、闪长玢岩为109.90±1.10Ma(图6)。根据岩石学、矿物学和锆石U-Pb年代学，结合地质体间相互穿切关系可将锡坑迳矿田火山-岩浆活动由早到晚依次划分为：火山碎屑岩→多斑巨粗斑细粒黑云母钾长花岗岩→斑状巨粗斑细粒黑云母花岗岩→少斑中粗斑细粒黑云母花岗岩→(含斑)细粒黑云母花岗岩→花岗斑岩→闪长玢岩。

图6 锡坑迳火成岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图Fig.6 LA-ICP-MS zircon U-Pb age harmonic diagram of Xikengjing igneous rocks(a)多斑巨粗斑细粒黑云母钾长花岗岩;(b)斑状粗斑细粒黑云母花岗岩; (c)少斑中粗斑细粒黑云母花岗岩;(d)花岗斑岩;(e)闪长玢岩;(f)晶屑凝灰岩

4.2 成矿年代学

选取锡坑迳矿田岩背斑岩型锡矿床Ⅰ号矿体主成矿阶段的锡石开展LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年获得岩背锡矿床成矿年龄为128.16±0.87 Ma(图7)，与岩背花岗斑岩成岩年龄136.3±0.88 Ma相差在10 Ma内，表明岩背斑岩型锡矿成岩成矿作用几乎同时或成矿滞后5 Ma-8 Ma，这与岩背花岗斑岩为岩背锡矿床成矿母岩，成矿受岩背花岗斑岩控制的地质特征相吻合。

图7 含锡花岗斑岩锡石LA-ICP-MS 定年U-Pb年龄谐和图Fig.7 Cassiterite LA-ICP-MS dating U-Pb age harmonic diagram of tin-bearing granite porphyries

5 讨论

5.1 年代学意义

锡坑迳矿田岩浆活动可划分6次岩浆侵入活动，第一期为多斑巨粗斑细粒黑云母花岗岩，岩体处于密坑山岩体的中间相，矿物结晶粒度大，侵位年龄为138.6±1.9 Ma；第二期为斑状粗斑细粒黑云母花岗岩、密坑山主岩体，为淘锡坝、凤凰岽、苦竹岽锡矿床成矿母岩，侵位年龄为136.8±1.2 Ma；第三期少斑中粗斑细粒黑云母花岗岩，岩体分布规模较小，位于岩体边缘相，侵位年龄为136.1±1.6 Ma；第四期为含斑细粒黑云母花岗岩，岩体呈晚期岩浆补体侵入，粒度明显减小；第五期为花岗斑岩，斑岩体规模不大，为岩背锡矿床成矿母岩，侵位年龄为136.30±0.88 Ma，略早于第四期岩浆补体，与第二期密坑山主岩体年龄近似。根据上述年龄，锡坑迳矿田岩浆活动集中于139 Ma-136 Ma，成岩年龄相当，同属早白垩世岩浆活动，锡矿成矿与第二期密坑山主岩体斑状粗斑细粒黑云母花岗岩和第五期岩背花岗斑岩有关。岩背锡矿床成矿年龄128.15±0.88 Ma与岩背花岗斑岩成岩年龄相差在10 Ma内，成岩成矿同时或成矿稍后，这与武夷早白垩世大规模岩浆活动形成锡多金属矿床时限相一致。闪长玢岩呈脉状充填于断裂中，侵位年龄为109.90±1.10 Ma，代表区内最后一次岩浆活动，切穿锡矿(化)体。

5.2 花岗岩成因类型及成矿物质来源

5.2.1 花岗岩成因类型

锡坑迳矿田花岗岩均为似斑状结构，以石英和碱性长石为主，含少量斜长石，几乎不含原生白云母，副矿物为萤石、黄玉等，与S型花岗岩为过铝质且富含铝质矿物明显不同[6-7]。区内花岗岩SiO2为75.43%～78.42%，K2O+Na2O为6.43%～7.96%，CaO为0.07%～0.67%，微量元素Ga含量高，TFe2O3/MgO比值为9.75～25.50(平均17.78)，与A型花岗岩显著富铁的特征类似(TFe2O3/MgO大于10)且花岗岩A/CNK介于1.50～2之间。因此，锡坑迳矿田岩体在岩石成因类型上属于铝质A型花岗岩。

5.2.2 成矿物质来源

锡坑迳矿田花岗岩微量元素Ba、K、Sr、P、Ti亏损，高场强元素Th、U、Nd、Hf等富集， Nb/Ta比值为7.32%～23.90%(平均16.75%)，高于地壳平均值为(10.91%)，Th/U比值为1.92%～7.16%(平均4.44%)略高于地壳平均值(3.8)，具幔源成分闪长玢岩晚期侵入，反映密坑山花岗岩以壳源为主，存在后期幔源物质混入。王孝荣等[8]测得岩背锡矿石硫同位素δ34S值为-0.3‰～1.5‰，变化范围小接近零值，硫成分单一，指示锡矿石硫来源于花岗质岩浆。梅勇文[3]、沈渭洲等[2]、周济元等[9]测得花岗岩、黄玉石英岩、花岗斑岩氢氧同位素[2-3、9]δ18O为7.3‰～10.2‰，δD‰为-66.3‰～-32.4‰，锡矿石δ18O为4.2‰～7.8‰，δD‰为-61.9‰～-48.7‰，δ18O略低于花岗岩，指示富锡成矿热液来源于深部岩浆水，少量大气降水混入。

5.3 矿田成因

锡坑迳矿田岩浆活动强烈，侵入频繁持续，火山-次火山构造发育。矿田成因初步可描述为：中元古代地壳岩石发生部分熔融作用，早白垩世138.6 Ma左右侵位于密坑山破火山白垩系下统鸡笼嶂火山岩(139.62 Ma)中，形成了密坑山第一期多斑巨粗斑细粒黑云母花岗岩，随后深部岩浆房巨量岩浆再次上侵，在136.8 Ma左右形成了密坑山主岩体第二期斑状粗斑细粒黑云母花岗岩，同时或稍后受地层-构造-岩体不同主控矿因素控制，分别形成了隐爆层间裂隙带型锡矿(淘锡坝式)、云英岩型锡矿(苦竹岽式)和破碎带蚀变岩型锡矿(凤凰岽式)。而后约136.30 Ma由第二期岩浆的分支部分在岩背独立形成浅成花岗斑岩体，同时或稍后(128.16 Ma)，受北西、北北东、东西向断裂和火山通道复合部位控制，在花岗斑岩体内外接触带凹部平缓层状裂隙带火山发育的凝灰熔岩处形成斑岩型锡矿(岩背式)。同时，酸性花岗岩浆再次浅成侵入形成第三期少斑中粗斑细粒黑云母花岗岩(136.10 Ma)和第四期含斑细粒黑云母花岗岩，最晚期闪长玢岩(109.90 Ma)呈脉状充填于断裂分布于火山盆地，切穿岩浆岩和锡矿体，结束本区岩浆活动。形成了锡坑迳矿田以早白垩世第二期斑状粗斑细粒黑云母花岗岩和第五期花岗斑岩为锡矿成矿母岩的时、空“多位一体”成矿模式(图8)。

图8 锡坑迳矿田锡矿成矿“多位一体”成矿模式Fig.8 The “multi-position in one” metallogenic model of tin deposit in Xikengjing ore field

6 结论

1)锡坑迳矿田以年代学为依据，详细划分了六期岩浆侵入活动，建立了锡坑迳矿田岩浆岩年代学格架。锡坑迳矿田与锡矿成矿有关的岩体成岩年龄集中于139 Ma-136 Ma，成岩年龄相当，属早白垩世岩浆活动。岩背锡矿床花岗斑岩成岩年龄为136.30 Ma、成矿年龄为128.15 Ma，两者相差10 Ma内，锡矿成岩成矿作用几乎同时或成矿稍后，这与武夷早白垩世大规模岩浆活动形成锡多金属矿床时限相一致。

2)锡坑迳矿田岩体A/CNK介于1.50～2，微量元素Ga含量高，TFe2O3/MgO比值为9.75～25.50(平均17.78)，与A型花岗岩显著富铁的特征类似(TFe2O3/MgO大于10)，成因类型上属于铝质A型花岗岩。成矿物质来源以壳源花岗岩为主，可能存在幔源物质混入。富锡成矿热液来源于深部岩浆水，有少量大气降水混入。

3)以成岩成矿时代为主线，以主控矿因素为依据，建立了锡坑迳矿田锡矿成矿时、空“多位一体”成矿模式，即围绕锡坑迳矿田早白垩世第二期斑状粗斑细粒黑云母花岗岩和第五期花岗斑岩锡成矿母岩内外接触带产出淘锡坝式隐爆层间裂隙带型、苦竹岽式云英岩型、凤凰岽式破碎蚀变岩型和岩背式次火山-斑岩型锡矿床。