湖北省随县王家台金多金属矿石英Rb-Sr同位素定年及成因探讨

朱 金， 周 豹， 秦志军， 刘文文， 汪国虎， 张维峰， 徐大良

(1.湖北省地质调查院，湖北 武汉 430034; 2.湖北省地质勘查工程技术研究中心，湖北 武汉 430034；3.中国地质调查局 武汉地质调查中心，湖北 武汉 430205)

王家台金多金属矿区位于鄂北地区新城—黄陂断裂带南缘，该区域在中生代陆陆俯冲碰撞造山作用下，构造活动十分强烈，主要是以发育北西向、北东向和近南北向的断裂构造为主。针对该矿区前人曾开展了成矿物质来源、地球化学特征、成矿规律等研究，但对于成矿时代研究尚未开展，而矿床的成矿时代研究对分析矿床的成因机制、成矿地质环境和区域金多金属矿找矿方向等有着重要的意义。

由于仅靠区域上成岩年龄不能够精确推断出矿床的成矿时代，所以矿床全岩年龄的测定逐渐被单矿物的同位素年龄所取代。采用主成矿期石英Rb-Sr同位素测年的实例很多，陈好寿等[1]通过测定云开隆起金矿带河台、新洲金矿石英中流体包裹体Rb-Sr等时线年龄得出金矿的成矿作用主要集中于燕山中—晚期；侯明兰等[2]系统研究蓬莱金成矿区中的黑岚沟等多个金矿床的S、Pb、Rb-Sr同位素地球化学特征，表明蓬莱金矿区具有与玲珑金矿区相近的成矿时代，两者均为120 Ma左右，显示出蓬莱金矿区具有大型—超大型金矿找矿前景；孙敬博等[3]通过对东天山红石金矿主成矿期形成的金矿石进行石英流体包裹体Rb-Sr法测年，得出主成矿时代为(257±4) Ma，表明对于解决韧性剪切带型金矿床成矿时代具有很好的效果；彭三国等[4]通过对随州黑龙潭金矿石英进行Rb-Sr同位素测年，认为该金矿床形成于早白垩世中期；胡俊良等[5]通过对湘东北七宝山铜多金属矿床含矿石英脉中的石英矿物进行Rb-Sr同位素测年，总结七宝山矿床成岩成矿年龄均在燕山期。可见采用石英Rb-Sr同位素法来厘定矿床的成矿时代是比较理想的。

1 区域地质背景

王家台金多金属矿区大地构造位置处于华南板块之南秦岭—大别造山带之武当—随州陆内裂谷[6]。区域断裂构造主要为北西向，王家台矿区位于吴山断裂与新城—黄陂断裂两大断裂之间，燕山期受到南北两大板块碰撞以及地体拼合增生，发育一系列逆冲推覆构造、韧—脆性剪切带及其分支剪切蚀变带等[7]。王家台矿区处于七尖峰杂岩体之三合店岩体东侧外接触带，矿区东南缘毗邻北西走向的黑龙潭—卸甲沟断裂，次级断裂、褶皱构造较为发育，变质作用强烈，且岩体活动为周缘众多金、银矿(化)点的形成提供热源与动力，同时也为本区金多金属成矿提供较好的成矿条件[8-9]。

2 矿区地质特征

2.1 矿区地质背景

矿区地层主要为武当岩群二段白云钠长片岩、白云石英片岩、浅粒岩，耀岭河组绿泥钠长片岩、钠长阳起片岩、黑云绿帘钠长片岩，陡山沱组含磁铁矿绢云石英片岩和少量的第四系冲积物(图1)。矿区断裂构造主要为北西—北北西向、北东—北东东向两组，其中北东—北东东向断裂与矿区金多金属成矿作用关系密切。北东—北东东向断裂的形成晚于北西—北北西向断裂，该组断裂倾向136°～167°，倾角32°～51°，断裂延伸长约60～300 m，宽一般0.2～1.5 m，断裂破碎带内可见黑钨矿化、黄铁矿化石英脉和硅化、褐铁矿化蚀变岩，在围岩中发育不同程度的牵引褶皱、挤压透镜体，构成矿区重要的容矿构造。矿区岩浆岩为七尖峰杂岩体之三合店岩体，与围岩陡山沱组一段呈侵入接触关系，岩性主要为斑状黑云二长花岗岩，斑晶主要为钾长石、斜长石等。矿区内岩脉较发育，主要有石英脉、煌斑岩脉、变辉长辉绿岩脉等，其中与金多金属矿化密切相关的是石英脉[5]。

图1 王家台矿区地质略图

2.2 矿体产出特征

区内发现6条金银钨多金属矿体，主矿体为Ⅲ、Ⅴ矿体。金银钨矿化产于北东—北东东向破碎蚀变带中，矿石类型分为石英脉型、构造蚀变岩型，主要围岩蚀变类型为黑钨矿化、褐铁矿化、硅化、绢云母化等，以沿断裂充填并发生交代作用后形成的蚀变岩和含矿石英脉为主要赋存载体，围岩白云钠长片岩中节理裂隙较发育部位局部伴有不同程度黑钨矿化、褐铁矿化等蚀变。矿体特征见表1。

表1 王家台矿区不同矿段各矿体特征表Table 1 Characteristics of ore bodies in different ore sections of Wangjiatai mining area

3 石英流体包裹体Rb-Sr定年

3.1 样品采集

从王家台金多金属矿区中采集5件金银钨矿石样品用于测试分析，样品主要来自于王家台矿区的Ⅲ、Ⅴ号金多金属矿体，其中样品WJT-1、WJT-2采自于Ⅲ号金多金属矿体，样品WJT-3、WJT-4、WJT-5采自于Ⅴ号金多金属矿体，WJT-1为硅化、褐铁矿化、黑钨矿化蚀变岩夹黑钨矿化石英透镜体，WJT-2为黑钨矿化、硅化蚀变岩，WJT-3和WJT-4均为褐铁矿化、黑钨矿化石英脉，WJT-5为黑钨矿化石英脉，均为主成矿阶段产物，矿石中石英呈脉状、细脉状、透镜状等形式出现，表面呈烟灰色，油脂光泽强烈，半自形—它形结构。矿石中见少量的黄铁矿、方铅矿等硫化物，主要伴有黑钨矿化、强褐铁矿化蚀变。

3.2 样品测试方法

第一步用水将金银钨矿石样品进行清洗，先放置风干，然后将样品研磨粗碎，将干净的石英单矿物在双目镜下挑选出来，注意其纯度需超过99%；第二步用蒸馏水对石英单矿物进行多次冲洗，让石英单矿物处于低温状态，待其蒸干后再进行测试。测试主要由武汉地质调查中心同位素地球化学实验室(自然资源部中南矿产资源监督检测中心)完成。主要的操作流程介绍如下(由样品测试实验室提供)：①用6 mol/L超纯HCL对挑选出的石英单矿物进行加热，然后清洗累计两次，再用超纯水将石英单矿物洗净至中性，继续放置烘干；②让石英单矿物在烘箱内处于120～180 ℃温度条件下进行爆裂反应，主要是为了将次生包裹体去除；③在超声波清洗机内对处理后的石英单矿物用超纯水进行多遍清洗，待其烤干后备用；④再将处理后的石英单矿物加入到混合稀释剂里，使用氢氟酸和高氟酸对其进行分解全溶，结合离子交换法分离与纯化Rb、Sr；⑤对样品中的Rb、Sr含量与Sr同位素的比值通过同位素稀释质谱法来进行分析测定。实验分析过程均在超净化实验室开展，采用标准物质NSB-987、NSB-607和GBW04411逐一对分析流程的相关仪器工作状态进行监控，NSB-987的87Sr/86Sr同位素组成测定的平均值与证书值0.710 24±0.000 26(2σ)在误差范围内一致，平均值为0.710 24±0.000 19(2σ)；NSB-607的87Sr/86Sr同位素组成测定的平均值与证书值1.200 39±0.000 20(2σ)在误差范围内一致，平均值为1.200 25±0.000 04(2σ)；GBW04411的87Sr/86Sr同位素组成测定的平均值与证书值0.759 99±0.000 20(2σ)在误差范围内一致，平均值为0.759 81±0.000 04(2σ)；全流程Rb、Sr空白值分别为0.9×10-9和1.6×10-9，等时线拟合计算采用Isoplot程序。

3.3 测定结果

王家台金多金属矿区的金银钨矿石中5件石英样品Rb、Sr同位素测定结果见表2。石英中Rb的含量变化范围为0.818 9×10-6～2.128×10-6，Sr的含量变化范围为0.541 3×10-6～2.223×10-6，87Rb/86Sr变化范围为2.091～7.905，87Sr/86Sr变化范围为0.715 68～0.727 65。对石英样品进行重复测试，测试结果显示前后两次测试结果吻合，也显示出本次测试仪器的稳定性和测试方法的可靠性。采用Isoplot程序计算出5件石英样品的等时线年龄为(142±3) Ma(MSWD=1.9，n=5)，(87Sr/86Sr)i=0.711 54±0.000 15(图2)。

表2 王家台金多金属矿区石英Rb-Sr年龄同位素分析结果Table 2 Rb-Sr age isotopic analysis of quartz inWangjiatai gold polymetallic deposit

图2 王家台金多金属矿区石英Rb-Sr等时线图Fig.2 Rb-Sr isochron diagram of quartz in Wangjiatai goldpolymetallic deposit

4 讨论

4.1 成矿时代分析

由于前人在王家台矿区未开展过石英Rb-Sr同位素测年工作，结合前人对邻区黑龙潭金矿床中蚀变岩型矿石绢云母K-Ar同位素测年分析和主成矿期的石英包裹体进行Rb-Sr同位素测年分析，得出成矿年龄为130～143.14 Ma，大致属于燕山中晚期；结合区域上合河金矿、卸甲沟金矿的主成矿期矿石绢云母K-Ar同位素测年，得出成矿年龄为132.79～128.24 Ma，相当于燕山中晚期。以上均代表了具有相同成矿背景的区域蚀变岩型矿石的成矿年龄。因此不管用作为金的载体矿物——石英，还是用作为区域矿化蚀变矿物——绢云母，两种不同测年方法的结果均较为吻合。综上所述王家台金多金属矿床成矿时代应为早白垩世早期(燕山中晚期)，至少代表王家台矿区该类型矿石属于这一时期成矿。

4.2 成矿物质讨论

结合前人对邻区典型金矿床的成矿物质来源的认识，李书涛等[10]认为黑龙潭—封江金矿田主要受区内花岗岩浆热源、变质地层和脆—韧性剪切带三种因素联合控制；胡起生等[11]认为黑龙潭金矿区的破碎蚀变岩型矿体、石英脉型矿体，它们的流体包裹体均一温度均显示出由浅部到深部温度从低变高的趋势，进一步指示含矿热液的运移方向从深部向浅部运移，而对成因类型是石英脉型矿体而言，其均一温度从西至东呈现逐渐降低的趋势，间接表明黑龙潭金矿的成矿流体来源主要来自岩浆热液，运移方向是由西至东运移；冷双梁等[12]通过对黑龙潭金矿、合河金矿、王家大山金矿和吴山金矿等典型矿床中的矿体及围岩的岩矿石微量元素分析对比研究，认为成矿物质来源主要来自于围岩地层和七尖峰杂岩体，加里东期北西向韧性剪切带与基性火山喷发为成矿作用奠定了良好基础，印支期的陆内造山运动以及伸展走滑构造体系是矿床的主成矿阶段，燕山期的七尖峰杂岩体活动不仅提供了热源，同时也提供了部分成矿物质；彭三国等[4]结合黑龙潭金矿区各类岩矿石金丰度变化、硫铅氢氧等同位素组成，得出黑龙潭金矿床成因主要与燕山期岩浆活动、构造运动紧密相关，岩体活动为金矿成矿提供了充足的热源与动力；周豹等[13]通过对王家台矿区黑钨矿化石英脉的氢氧同位素测试研究，分析认为成矿流体来源于岩浆水，后期可能伴有少量大气降水加入。

分析矿区成岩成矿物质来源的重要指标之一是锶同位素的初始比值[8]。本次实验87Sr/86Sr的初始比值为0.711 54±0.000 15，该值高于地幔87Sr/86Sr的初始值0.707，小于陆源硅酸盐87Sr/86Sr的初始值0.720，表明王家台矿区的成矿物质来源于壳幔混合源区。

4.3 成因类型分析

考虑到王家台金多金属矿区中金、银、钨矿共生，而钨矿化主要发生在高温环境中，初步分析王家台矿区成矿作用主要分为两期：第一阶段为燕山期岩体侵位过程中，高温成矿元素钨在岩浆热液中聚集，然后逐渐分离出来向岩浆期后热液富集迁移，后期由于温度和压力等物化环境发生变化，从成矿热液中溢出大量CO2、CH4等气体挥发分，此时成矿热液pH值逐渐升高，使得钨络合物的稳定性逐渐降低直至钨矿物结晶析出；第二阶段当温度降低至中低温时，受到区域上北西向韧性剪切作用，原始的含矿建造——新元古代变质地层在成矿热液的长期作用下，变质地层中的金银等成矿物质不断被萃取，成矿热液沿着后期构造通道不断迁移，在温度、压力、pH、Eh值等物化环境条件发生变化时，热液中的金银等成矿物质继续富集沉淀直至最终成矿[14-15]。

结合相关研究分析认为王家台矿床为与燕山期岩浆热液、构造活动相关的石英脉型、蚀变岩型金多金属矿。

5 结论

(1) 王家台金多金属矿石英流体包裹体Rb-Sr等时线年龄为(142±3) Ma，成矿时代为早白垩世早期(燕山中晚期)，与前人在邻区典型金矿床得到的主成矿期年龄大致吻合，表明主成矿期与邻区是一致的，也说明金银钨矿石石英流体包裹体Rb-Sr测年对于厘定石英脉型、蚀变岩型金多金属矿床的成矿时代是可行的。结合石英87Sr/86Sr的初始比值为0.711 54±0.000 15，表明成矿物质来源于壳幔混合源区。

(2) 通过开展综合研究认为王家台金多金属矿为与燕山期岩浆热液、构造活动相关的石英脉型、蚀变岩型金多金属矿。