粤东铁坑坳铁锡多金属矿床锆石及锡石U-Pb 年代学、Nd-Hf 同位素特征及其意义

张志涛，柯昌辉，徐林刚，马收先，陈懋弘，叶会寿，潘玉峰

（1 中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 100037；2 中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京 100083；3 广西壮族自治区二七三地质队，广西贵港 537100）

华南是世界上最重要的钨锡成矿省之一（蒋少涌等，2006；毛景文等，2007；2009；舒良树，2012；李献华等，2012；华仁民等，2013），其内发育数十个大型-超大型与燕山期花岗岩类有关的钨锡多金属矿床。柯昌辉（2021）根据区内已经发表的大量锆石UPb年龄，结合区域地质特征，将中国东南沿海燕山期陆缘岩浆作用划分为4 个期次：早侏罗世（184～194 Ma）、中晚侏罗世（153～176 Ma）、晚侏罗世—早白垩世（124～153 Ma）和中晚白垩世（80～122 Ma）。其中的华南锡成矿作用主要发生在晚白垩世，形成了个旧、都龙、大厂、锡山和鹦鹉岭等一系列超大型锡矿床（Zhang et al.，2017），它们构成一条东西向分布的锡成矿带，有学者认为其成矿过程可能与新特提斯洋俯冲板块后撤的地球动力学背景有关（Sun，2016；Zhang et al.，2017；2018；孙卫东等，2018），最终导致了花岗岩的形成和相关的锡矿化事件。

莲花山断裂带在东南沿海NE 向丽水-海丰大断裂带的西南段，主要由2 条约50 km 宽、近平行的断裂束及夹持于其间的一系列疏密相同、略作等距式“多”字型展布的断裂构造带、复式褶皱带、岩浆带和断裂变质带组成（邱元禧等，1991）。该带内发育多个钨锡多金属矿床，如金坑、陶锡湖、高山寨、仙水沥、江西坑、梅陇和吉水门等矿床（王晓虎等，2020），其成矿时代主要集中在135～145 Ma，与早白垩世高分异I型或A型花岗质岩石有关（刘鹏，2018）。前人对莲花山断裂带中的钨锡多金属矿床及与其相关的花岗质岩石进行了矿床地质特征、同位素年代学、元素地球化学及其稳定同位素地球化学等方面的研究（梁敦杰等，1988；何双梅等，1990；黄玉昆等，1990；李建超等，1990；李坤英等，1990；周立功，1991；邱元禧等，1991；谢芳忠，1993；徐晓春，1993；邹和平等，2000；赵希林等，2008；刘鹏等，2015a；2015b；王小雨，2015；王小雨等，2016；陈叙涛，2017；汪礼明等，2018；范飞鹏等，2018），取得了诸多重要的研究成果，这为进一步深入开展成岩成矿作用研究提供了重要基础。铁坑坳铁锡多金属矿床位于莲花山深大断裂带西部，是一个以铁为主，伴生锡的小型富矿床，截至目前，累计查明铁矿石量140 万吨，平均品位高达46.9%；锡金属量700吨，平均品位0.2%；并伴生有少量的铅锌矿。在铁坑坳矿区，与铁矿体空间上密切产出的岩浆岩有粗粒二长花岗岩和花岗闪长斑岩，均发育一定程度的蚀变和矿化。前人对该矿床还未开展过系统研究，尤其是对于该矿区的成岩成矿时代尚不明确，并且成矿与哪一种岩体具有成因联系也不清楚。本文在详细的矿床地质特征研究基础上，选择与铁锡多金属矿体相关的花岗岩类的锆石和块状矿石中的锡石，开展LA-ICP-MS U-Pb定年和Nd-Hf 同位素研究，为精确厘定成岩成矿时代和查明矿床成因提供重要的年代学和地球化学依据，同时为总结东南沿海地区成岩成矿规律提供新的资料，并为区域找矿提供参考。

1 区域成矿地质背景

铁坑坳铁锡多金属矿区位于大东-贵东-九莲山东西向构造带与北东向莲花山构造带及粤东沿海-兴梅北西向构造带交接的复合部位（图1a）。除第四系沉积物外，区内出露的地层主要有下石炭统忠信组，中-上石炭统壶天群，下二叠统孤峰组，上二叠统龙潭组。忠信组为一套粉砂岩、细砂岩，与下伏地层呈不整合接触关系；壶天群为灰白色灰质白云岩、白云岩夹灰岩或硅质岩；孤峰组为灰黑色碳质页岩夹细砂岩、粉砂岩；龙潭组为粉砂岩、页岩夹细砂岩。区内断裂构造发育，主要为NNW向、NE向、EW向3组断裂，纵横交错，呈棋盘式，控制了中酸性岩体和矿床的空间分布。

矿区内燕山期岩浆岩分布广泛，出露矿山顶岩体和扇子木岩体。矿山顶岩体主要分布于东部荷畲-横沙一带（图1b），侵入于二叠系的碳酸盐岩中，其主体岩性为花岗岩，灰白色、肉红色，中、粗粒花岗结构，块状构造，主要成分为石英（30%～45%）、钾长石（25%～40%）、斜长石（约15%），含少量黑云母。副矿物为榍石、锆石、磷灰石、磁铁矿等。扇子木岩体在地表呈北西向葫芦状展布，岩性主要为花岗闪长斑岩，岩石呈灰绿色、浅灰绿色，斑状结构，斑晶占5%～10%，由石英、斜长石和钾长石组成；基质成分与斑晶相似。花岗闪长斑岩褪色现象显著，暗色矿物氧化后常析出铁质，使岩石呈现出红色斑点。在其与碳酸盐岩接触带及附近可见硅化、绿泥石化、绢云母化、黄铁矿化、碳酸盐化。

图1 广东省地质构造简图（a）及粤东铁坑坳区域地质图（b）1—第四系沉积物；2—南雄群火山角砾岩；3—龙潭组粉砂岩；4—孤峰组碳质页岩；5—壶天群白云岩；6—忠信组细砂岩；7—双头群含砾石英砂岩；8—花岗闪长斑岩；9—花岗岩；10—安山玢岩；11—河流；12—村庄及名称；13—断层；14—整合地质界线；15—不整合地质界线；16—矿区范围；17—1号勘探线位置Fig.1 Simplified tectonic map of Guangdong Province(a)and regional geological map of the Tiekeng'ao in eastern Guangdong(b)1—Quaternary sediments;2—Volcanic breccia of Nanxiong Group;3—Siltstone of Longtan Formation;4—Carbonaceous shale of Gufeng Formation;5—Dolomite of Hutian Group;6—Fine sandstone of Zhongxin Formation;7—Gravelly sandstone of Shuangtou Group;8—Granodiorite porphyry;9—Granite;10—Andesitic porphyrite;11—River;12—Village;13—Fault;14—Conformable geological boundary;15—Unconformable geological boundary;16—Mine area;17—Position of exploration line No.1

2 矿床地质特征

铁坑坳矿床位于梅州市区北东30°方向80 km处，地理坐标：E 116°26′ 01″～116°26′ 16″，N 24°41′08″～24°41′47″。铁坑坳铁锡多金属矿化带南北长1.8 km，东西宽300～500 m。矿区分为南、北2 个采区，共圈定矿体12 条，按矿体产状可将其划分为4种类型：①产于下石炭统上部浅变质砂岩中的似层状矿体；②产于花岗闪长斑岩体中的脉状矿体；③产于下石炭统与中上石炭统接触带的似层状矿体；④产于碳酸盐岩与花岗闪长斑岩接触带及其附近的不规则矿体（图2、3）。其中第4 种矿体是矿区内最主要的类型，储量占整个矿区储量的一半左右，该类型矿体以富矿为主，多呈透镜状，中间厚度大，走向上延长和延深迅速变薄或尖灭，受接触带控制明显，矿体主要赋存在由陡变缓的接触带上。

图2 铁坑坳铁锡多金属矿床地质图Fig.2 Geological map of the Tiekeng'ao Fe-Sn polymetallic deposit

图3 铁坑坳矿床1号勘探线剖面图1—第四系；2—龙潭组；3—孤峰组；4—栖霞组；5—壶天群；6—忠信组；7—花岗闪长斑岩；8—花岗岩；9—矿体；10—断层；11—地质界线；12—钻孔及其编号Fig.3 Cross section of exploration line No.1 through the Tiekeng'ao deposit1—Quaternary;2—Longtan Formation;3—Gufeng Formation;4—Qixia Formation;5—Hutian Group;6—Zhongxin Formation;7—Granodiorite porphyry;8—Granite;9—Ore body;10—Fault;11—Geological boundary;12—Drill hole and its number

矿区的矿体以原生矿石为主。根据铁矿物的相对含量，铁矿石可分为磁铁矿型（图4a）、磁铁-赤铁矿型、假象赤铁矿型（图4b）、赤铁矿型和褐铁矿型（图4c）共5 种矿石类型。铁矿石主要金属矿物为磁铁矿，其次为锡石、假象赤铁矿、次生赤铁矿、褐铁矿和少量的黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、辉铋矿等硫化物；脉石矿物主要为方解石、白云石、石膏、萤石、石英、绿泥石等。矿石结构主要有他形粒状结构、半自形粒状结构、交代残余结构。矿石构造主要有块状、粉状和浸染状构造，及少量条带状、角砾状和蜂窝状构造。

图4 铁坑坳铁锡多金属矿床磁铁矿矿石照片a.块状磁铁矿与碳酸盐岩；b.假象赤铁矿型铁矿石；c.褐铁矿型铁矿石；d.含硅质磁铁矿；e.蛇纹石化磁铁矿Fig.4 Photos of magnetite ores from the Tiekeng'ao Fe-Sn polymetallic deposita.Massive magnetite and carbonate rock;b.Pseudo-hematite type iron ore;c.Limonite type iron ore;d.Siliceous magnetite ore;e.Serpentinized magnetite

矿区热液蚀变广泛发育，主要有硅化（图4d）、蛇纹石化（图4e）、绿泥石化、碳酸盐化、萤石化、石膏化、叶腊石化、绢云母化和绿帘石化，其次还有钾化、钠化、黑云母化。

3 样品采集与测试

3.1 样品采集

本次研究采集了铁坑坳矿区中的粗粒二长花岗岩和花岗闪长斑岩，分别进行了Nd同位素分析，并挑选了其中的锆石单矿物进行U-Pb定年和Hf同位素分析，所有粗粒二长花岗岩和花岗闪长斑岩样品均取自铁坑坳矿区南采坑地下55 m中段的V7矿体附近（图5），采样点坐标为：E 116°16′34″，N 24°41′16″。同时，在北采坑地下V7矿体的块状磁铁矿矿石中，挑选了锡石单矿物颗粒进行U-Pb年龄分析。

图5 铁坑坳矿区南采区55 m中段V7北矿体附近穿脉取样剖面图1—石英砂岩；2—白云质大理岩；3—构造角砾岩；4—粗粒二长花岗岩；5—花岗闪长斑岩；6—磁铁矿矿体；7—锆石U-Pb测年样品位置；8—断裂Fig.5 Cross-vein sampling section near the V7 north orebody on the 55 m level of the southern mining area at the Tiekeng'ao deposit1—Quartz sandstone;2—Dolomitic marble;3—Fault breccia;4—Coarse-grained monzogranite;5—Granodiorite porphyry;6—Magnetite ore body;7—Location of zircon U-Pb dating samples;8—Fault

粗粒二长花岗岩（TK06-1）：肉红色-灰白色，粗粒花岗结构，块状构造（图6a），主要由石英（约30%）、钾长石（约40%）、斜长石（约25%）、黑云母（＜5%）组成。其中钾长石呈浅肉红色，半自形板状结构（图6b），部分发生黏土化蚀变；斜长石（约20%），灰白色，板状，半自形结构，可见聚片双晶（图6c）；石英呈灰白色，他形粒状结构；黑云母，呈褐色，片状结构，局部发生绿泥石化、绿帘石化。副矿物为榍石、锆石、磷灰石、磁铁矿等。

花岗闪长斑岩(TK06-13)：黄棕色，斑状结构，块状构造（图6d）。斑晶成分主要为斜长石（约10%）、钾长石（约5%）、石英（约5%）。石英斑晶呈他形-半自形（图6e）。斜长石呈半自形，强烈绢云母化，局部见斜长石碎屑（6e、f）。基质呈显微晶质结构，主要由长石和石英组成，与斑晶成分相似；副矿物为榍石、锆石、磷灰石、磁铁矿等。

磁铁矿矿石(TK11-8Z)：深灰色，块状构造，见方解石细脉穿插其中（如图6g、h、i）。

图6 铁坑坳铁锡多金属矿床岩浆岩和磁铁矿岩相学特征a.块状粗粒二长花岗岩；b.粗粒二长花岗岩的半自形粒状结构（+）；c.粗粒二长花岗岩中斜长石的聚片双晶（+）；d.块状花岗闪长斑岩；e.花岗闪长斑岩的斑状结构（+）；f.花岗闪长斑岩中斜长石发生蚀变（+）；g.V7矿体及其上盘；h.块状磁铁矿；i.磁铁矿和脉状方解石（+）Kfs—钾长石；Pl—斜长石；Qtz—石英；Mag—磁铁矿；Cal—方解石Fig.6 Petrographic characteristics of magmatic rocks and magnetite at the Tiekeng'ao Fe-Sn polymetallic deposita.Massive coarse-grained monzonitic granite;b.Sub-euhedral granular texture of coarse-grained monzonitic granite(+);c.Polysynthetic twin texture in plagioclase from coarse-grained monzonitic granite(+);d.Massive granodioritic porphyry;e.Porphyritic texture of granodioritic porphyry(+);f.Alterated plagioclase in granodioritic porphyry(+)；g.No.V7 ore body and its hangingwall;h.Massive magnetite ore;i.Magnetite and calcite vein(+)Kfs—Potassic feldspar;Pl—Plagioclase;Qtz—Quartz;Mag—Magnetite;Cal—Calcite

3.2 测试方法

样品的主量、微量元素分析测试在广州澳石矿物实验室完成。将样品洗净烘干并粉碎至200 目进行实验测试，其中样品的主量元素用荷兰帕纳科公司生产的XRF（Zetium）仪器进行测定，测试结果相对标样误差小于1%；微量元素测试使用德国耶拿公司生产的ICP-MS（M90）仪器完成测试，所测结果相对标样误差10%。具体实验原理、要求及步骤见参考文献（刘颖等，1996；梁细荣等，2000；李献华等，2002）。

锆石和锡石的U-Pb 同位素分析在自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室完成，采用美国菲尼根质谱公司的Neptune MC-ICP-MS 仪器和New Wave UP 213 激光剥蚀系统进行测定，实验过程中采用He 作为剥蚀物质载气，剥蚀直径为24 μm，仪器运行条件及详细分析流程见侯可军等（2007；2009）。测试结果的标准偏差为2σ，206Pb/238U加权平均年龄给出的置信度为95%。数据使用Isoplot4.16 进行最终的谐和年龄计算和图像的绘制。

锆石Hf 同位素分析与U-Pb 同位素分析同步进行，分析位置靠近U-Pb 同位素测定点。剥蚀直径为45 μm，测定时使用锆石国际标样GJ1 作为参考物质，分析过程中标准锆石GJ1的176Hf/177Hf加权平均值为0.282 015±0.000 031（2σ，n=10），与侯可军等(2007)报道的值在误差范围内完全一致。

全岩Nd 同位素测试在广州澳实同位素实验室完成，分析仪器为ThermoScientific NEPTUNE 多接受器等离子质谱（MC-ICP-MS）。同位素质量分馏均采用指数分馏法、按146Nd/144Nd=0.7219进行标准化。测试过程中采用Thermo Finnigan 标样进行监控，标样的143Nd/144Nd=0.512 39，允许范围为0.512 37～0.512 41。每个样品均做重复样测试以确定标准偏差，测试精度优于0.005%。

4 测试结果

4.1 地球化学特征

铁坑坳矿区中的9 个样品（TK06-1、TK06-2、TK06-13、TK06-11、TK06-12、TK06-14、TK06-15、TK06-24、TK08-9）的地球化学测试结果见表1。

表1 铁坑坳矿区岩浆岩主量元素（w(B)/%）和微量元素（w(B)/10-6）分析结果Table 1 Major element（w(B)/%）and trace element contents（w(B)/10-6）of magmatic rocks from the Tiekeng’ao deposit

续表 1Continued Table 1

4.1.1 主量元素

铁坑坳岩体的w(SiO2)为61.30%～77.44%，平均70.23%，位于酸性岩范围内；w(Na2O)为0.11%～3.42%，w(K2O)为3.30%～6.66%，全碱w(Na2O+K2O)为5.91%～8.63%，平均6.89%；里特曼指数σ 分布在1.07～2.52 范围内，平均为1.89，属于钙碱性岩系列；w(TiO2)为0.06%～0.96%，平均0.45%；w(MnO)为0.01%～0.13%，平 均0.06%；w(CaO) 为0.12%～2.01%，平均0.83%；w(Al2O3)为12.57%～20.53%，平均15.05%；A/CNK 为1.45～2.42，平均2.07，显示为过铝质岩石系列；在A/NK-A/NKC 图解（图7a）中，样品全部落在过铝质岩石系列范围，在w(Na2O+K2O)-w(SiO2)图解中（图7b），样品也全都落在亚碱性系列区域内。

图7 铁坑坳岩浆岩A/NK-A/NKC图解（a）和w(Na2O+K2O)-w(SiO2)图解（b）（据Middlemost,1994）1—橄榄辉长岩；2a—碱性辉长岩；2b—亚碱性辉长岩；3—辉长闪长岩；4—闪长岩；5—花岗闪长岩；6—花岗岩；7—硅英岩；8—二长辉长岩；9—二长闪长岩；10—二长岩；11—石英二长岩；12—正长岩；13—副长石辉长岩；14—副长石二长闪长岩；15—副长石二长正长岩；16—副长正长岩；17—副长深成岩；18—霓方钠岩/磷霞岩/粗白榴岩Fig.7 A/NK-A/NKC diagram(a)and w(Na2O+K2O)-w(SiO2)diagram(b)of magmatic rocks from the Tiekeng'ao deposit(after Middlemost,1994)1—Olivine gabbro;2a—Alkali gabbro;2b—Subalkaline gabbro;3—Gabbro diorite;4—Diorite;5—Granodiorite;6—Granite;7—Quartzolite;8—Monzogabbro;9—Monzonitic granodiorite;10—Monzonite;11—Quartz-monzonite;12—Syenite;13—Parafeldspar gabbro;14—Parafeldspar monzodiorite;15—Parafeldspar monzodiorite syenite;16—Subprincipal syenite;17—Foidolite;18—Tawite/Urtite/Italite

4.1.2 微量元素

所测得的研究区内岩浆岩稀土元素总质量分数在83.50×10-6～311.39×10-6之间，平均为219.92×10-6。LREE/HREE 介于2.75～21.42 之间，平均值为15.18，轻重稀土元素分馏相对明显，（La/Yb）N在1.64～31.14之间，平均值为20.14。

球粒陨石标准化稀土元素配分图（图8a）显示，整体上呈轻稀土元素相对富集的特征。δEu 介于0.13～0.85 之间，平均值为0.59，具有明显的Eu 负异常。原始地幔标准化微量元素蛛网图（图8b）显示，粗粒二长花岗岩和花岗斑岩强烈富集Rb、Th、U、K大离子亲石元素，亏损Ba、Sr、P、Nb、Ta、Ti，两者均具有较高的Nb/Ta（7.7～19.6）和较低的K/Rb（111.1～178.5）比值，这些地球化学特征均显示两者经历了高程度的分异演化。

图8 铁坑坳岩浆岩球粒陨石标准化稀土元素配分曲线（a）和原始地幔标准化微量元素蛛网图（b）（标准化值据Sun et al.，1989）Fig.8 Chondrite-normalized REE pattern(a)and primitive mantle-normalized trace element spider diagram(b)of magmatic rocks from the Tiekeng'ao deposit(normalized values after Sun et al.，1989)

4.2 锆石LA-ICP-MS定年

粗粒二长花岗岩（TK06-1）和花岗闪长斑岩（TK06-13）的锆石U-Pb同位素组成见表2。

表2 铁坑坳矿区花岗岩的LA-ICP-MS的锆石U-Pb测年结果Table 2 LA-ICP-MS U-Pb dating data of zircons in granitoids from the Tiekeng’ao deposit

续表 2Continued Table 2

粗粒二长花岗岩（TK06-1）中的锆石表面光滑，呈自形-半自形晶粒，锆石长75～100 μm，长宽比约在1.5～2 之间。阴极发光图像显示，锆石具有明显的韵律环带（图9），本次研究共分析了28 颗锆石，Th/U 比值在0.31～1.14 之间，几乎都大于0.5，具有岩浆锆石的特点（Hoskin et al.,2000）。28 个测点中有4 个测点（5、10、15 和27），由于铅丢失使其锆石的数据点偏离谐和线，其余岩浆锆石的表面年龄集中在129～135 Ma 之间，206Pb/238U加权平均年龄为（132±1）Ma(n=24，MSWD=0.78，图10a)。

花岗闪长斑岩（TK06-13）中的锆石表面光滑，呈自形-半自形晶粒，锆石长50～100 μm，长宽比在1～2之间。阴极发光图像显示，锆石具有明显的韵律环带（图9）。本次研究分析了27 颗锆石，Th/U 比值在0.53～2.32 之间，具有岩浆锆石的特点（Hoskin et al.,2000）。分析结果显示，除了3、15 和25 三个测点由于铅的丢失在谐和线上有所偏离外，其余24 个测点落在谐和线上或附近，锆石的年龄介于91～128 Ma之间，206Pb/238U 加权平均年龄为（94±1）Ma（n=24，MSWD=1.80，图10b）。

图9 铁坑坳铁锡矿区粗粒二长花岗岩（TK06-1）和花岗闪长斑岩（TK06-13）中典型锆石阴极发光图像白色圆圈为打点位置(U-Pb定年与Hf同位素位置重合)，年龄值后括弧里面的数值为εHf(t)值Fig.9 Typical cathodoluminescence images of zircons in coarse-grained monzonitic granite(TK06-1)and granodioritic porphyry(TK06-13)from the Tiekeng'ao Fe-Sn polymetallic depositWhite circles are position of laser ablation(U-Pb dating and Hf isotope analysis are in same position),εHf(t)values are illustrated in the brackets

图10 铁坑坳铁锡多金属矿床粗粒二长花岗岩（a）和花岗闪长斑岩（b）锆石U-Pb谐和图Fig.10 Zircon U-Pb concordance plots of coarse-grained monzonitic granite(a)and granodioritic porphyry(b)from the Tiekeng'ao Fe-Sn polymetallic deposit

4.3 锡石U-Pb定年结果

样品TK11-8Z 中的锡石呈浅褐色-深褐色，自形-半自形粒状结构，粒径50～80 μm，具有不均一性（如图11），测试结果（表3）显示36 个测试点的207Pb/206Pb 的比值变化在0.1128±0.0125～0.6800±0.0201 之间，207Pb/235U 为0.3306±0.0324～9.4239±0.8727，206Pb/238U 为0.0219±0.0006～0.1345±0.0130，206Pb/207Pb-238U/207Pb 等时线年龄为（131±3）Ma（MSWD=1.08），对锡石U-Pb 数据进行T-W 图解校正，获得的谐和年龄为（130±3）Ma（n=36，MSWD=0.62；图12a、b），与等时线年龄在误差范围内一致，说明该结果能代表锡石的形成年龄。

表3 铁坑坳铁锡多金属矿床LA-ICP-MS锡石U-Pb定年数据Table 3 LA-ICP-MS U-Pb dating data of cassiterites from the Tiekeng’ao Fe-Sn polymetallic deposit

图11 铁坑坳V7矿体中典型锡石单矿物透射光图像（白色圆圈为打点位置）Fig.11 Transmitted light image of typical cassiterite in the Tiekeng'ao No.V7 ore body(white circles denote laser ablation positions)

图12 铁坑坳矿床锡石U-Pb谐和图（a）和年龄加权平均值（b）Fig.12 U-Pb concordance diagram(a)and weighted average age of cassiterite from the Tiekeng'ao deposit

4.4 Hf同位素组成

在粗粒二长花岗岩（TK06-1）和花岗闪长斑岩（TK06-13）中的锆石U-Pb 定年后又进行了Hf 同位素组成分析，结果见表4。大部分锆石的176Lu/177Hf 比值均小于0.0035（除TK06-1-13样品外）。粗粒二长花岗岩176Hf/177Hf比值为0.282 692～0.282 557，由该岩体形成的年龄计算得到的Hf 同位素初始比值(176Hf/177Hf)t为0.282 553～0.282 688，εHf(t)变化于-4.9～-0.1，平均值为-2.8。锆石地壳Hf 模式年龄TDMC=1192～1497 Ma，平均值为1366 Ma。

表4 铁坑坳矿区岩浆岩的锆石Lu-Hf同位素组成Table 4 Lu-Hf isotopic compositions of zircons in granitoids from the Tiekeng’ao deposit

花岗闪长斑岩176Hf/177Hf 比值为0.282 555～0.282 636，由该岩体形成的年龄计算得到的Hf 同位素初始比值（176Hf/177Hf）t为0.282 551～0.282 632，εHf(t)变化于-5.7～-2.9，平均值为-4.4。锆石地壳Hf模式年龄TDMC=1342～1523 Ma，平均值为1440 Ma。

4.5 Nd同位素组成

铁坑坳矿区Sm-Nd同位素分析结果列于表5。

表5 铁坑坳矿区岩浆岩的Sm-Nd同位素组成Table 5 Sm-Nd isotopic composition of granitoids from the Tiekeng’ao deposit

粗粒二长花岗岩的w(Sm)为5.07×10-6，w(Nd)为18.90×10-6。对应的147Sm/144Nd 比值的为0.162 180～0.162 200，143Nd/144Nd 比值为0.512 157～0.512 164。εNd(t)值为-8.8～-8.7，计算得到的Nd二阶段模式年龄为1630～1642 Ma，平均为1636 Ma。花岗闪长斑岩的w(Sm)介于4.85×10-6～8.21×10-6之间，w(Nd)介于30.06×10-6～51.90×10-6之间。对应的147Sm/144Nd比值的范围为0.094 900～0.102 800，143Nd/144Nd 比值的范围为0.512 301～0.512 328。εNd(t)值介于-5.4～-4.9 之间。计算得到Nd 二阶段模式年龄为1291～1332 Ma，平均为1313 Ma。

计算公式：εNd(t)=((143Nd/144Nd)S－(147Sm/144Nd)S×(eλt－1))/((143Nd/144Nd)CHUR0－(147Sm/144Nd)CHUR0×(eλt－1)－1) ×10000;TDM2=1/λln｛1+[ (143Nd/144Nd)DM－(143Nd/144Nd)S]+(147Sm/144Nd)S－(147Sm/144Nd)CC×(eλt－1)/ (147Sm/144Nd)S－(147Sm/144Nd)CC]}；f=(NdC/Ndm)/[ (NdC/ Ndm)+(εm－εs)/ (εs－εc)].计算采用的参数：平均大陆地壳的(147Sm/144Nd)CC=0.12；球粒陨石均一库的(143Nd/144Nd)CHUR0=0.512638，(147Sm/144Nd)CHUR0=0.1967；亏损地幔的(143Nd/144Nd)DM=0.51315；地壳端员Nd 的丰度NdC=25×10-6，地幔端员Nd 的丰度Ndm=15×10-6，εs、εc和εm分别代表样品、地壳和地幔的εNd(t)值，εc=-15，εm=+8。

5 讨论

5.1 成岩成矿时代及地质意义

粤东地区处于东南沿海火山岩带与南岭花岗岩带复合部位，这一特殊构造背景使得研究其中生代构造环境及动力学机制具有重大意义（华仁民等，2005；毛建仁等，2006；舒良树，2012；刘鹏等，2015a；2015b）。本研究首次对铁坑坳矿区侵入岩体采用LA-ICP-MS 锆石U-Pb 定年和含锡铁矿石采用锡石U-Pb 定年，获得锡石的U-Pb 年龄为（130±3）Ma，代表了铁坑坳铁锡矿形成的时代，并获得粗粒二长花岗岩和花岗闪长斑岩的锆石U-Pb 年龄为（132±1）Ma 和（94±1）Ma，粗粒二长花岗岩与锡石年龄在误差范围内一致。

毛景文等（2009）在对华南地区中生代主要金属矿床研究后认为，华南中生代矿床出现在210～230 Ma、160～170 Ma、150～160 Ma 和80～134 Ma 这4 个阶段。160～170 Ma 成岩成矿事件是由于180 Ma 左右Izanagi 板块向欧亚大陆俯冲，于160～170 Ma 期间发生俯冲板块多处撕裂。150～160 Ma 阶段是由于俯冲板块开天窗，软流圈物质上涌到下地壳形成壳幔源型高分异花岗岩质岩石。140 Ma 之后由于俯冲板块改变了运动方向，由倾斜俯冲调整到几乎平行大陆边缘的NE 向走滑，造成大陆岩石圈大面积伸展，在东南沿海地区形成大量白垩纪断陷盆地和变质核杂岩，并伴随大规模火山活动和花岗质岩浆侵位。柯昌辉（2021）根据实测的28 件和收集的263 件锆石U-Pb 年龄，完善了东南沿海燕山期陆缘岩浆作用时空格架，将其岩浆演化重新划分为4 期：第一期早侏罗世（184～194 Ma）；第二期中晚侏罗世（153～176 Ma）；第三期晚侏罗世—早白垩世（124～153 Ma）；第四期中晚白垩世（80～122 Ma）。铁坑坳矿区的两期岩体分别属于东南沿海燕山期第三期和第四期岩浆活动。该岩浆活动可能是古太平洋板块向欧亚大陆俯冲作用有关的陆内造山后的区域伸展环境转变所致，这也与整个粤东地区在这一时期的构造应力由相对挤压向伸展转变相一致（李晓峰等，2008）。在晚侏罗世末—早白垩世初期，特别是135～145 Ma，是粤东地区花岗质岩浆成矿的重要峰值期（图13），在东南沿海地区发育一期早白垩世钨锡成矿事件（刘鹏，2018），根据铁坑坳矿床成矿年龄数据，铁坑坳铁锡多金属矿床也是此次早白垩世钨锡成矿事件的产物。因此，铁坑坳矿床是东南沿海早白垩世钨锡成矿事件的产物，与燕山期第三期岩浆活动紧密相关。

图13 粤东锡矿成岩成矿年龄分布图数据来源：Qiu et al.,2017；满发胜等，1983；倪守斌等，1983；刘鹏等，2015a；刘鹏，2018；丘增旺等，2016；2017；闫庆贺等，2018；江承曜等，2021；本文Fig.13 Distribution of magmatic and metallogenic ages of tin deposits in eastern GuangdongData source:Qiu et al.,2017;Man et al.,1983;Ni et al.,1983;Liu et al.,2015a;Liu,2018;Qiu et al.,2016;2017;Yan et al.,2018;Jiang et al.,2021;This paper

结合区域成矿条件和矿区地质特征，本文初步对铁坑坳铁锡矿形成过程进行浅析：燕山早期的构造运动，使本区形成一系列东西向断裂，随着构造运动的不断发生，一方面使东西向断裂扩大加深，另一方面形成规模较大的北西向断裂。粗粒二长花岗岩沿断层侵入，由于岩浆的侵入和冷却，在围岩接触带形成一系列的空间，为含矿溶液沉淀提供了场所。含矿溶液在挥发组分的作用下，沿着构造通道上升富集，在有利的构造空间沉淀形成铁锡矿床。铁矿形成后，含矿溶液进入硫化物阶段，形成黄铁矿、黄铜矿、方铅矿等，这些金属硫化物呈浸染状或细脉状分布于磁铁矿中。燕山晚期中酸性花岗闪长斑岩继续沿北西向和东西向断裂侵入，切断了早期粗粒二长花岗岩和地层。

5.2 岩浆源区特征

花岗质岩石中某些元素的含量和变化特征能够有效区分I 型和S 型花岗岩（李献华等，2007），铁坑坳矿区中粗粒二长花岗岩和花岗斑岩含有很少量的黑云母，具有较高的w(SiO2)、w(Na2O+K2O)，低的Ti、Mn、Ca、P 和REE 含量，较高的Nb/Ta（7.7～19.6）和较低的K/Rb（111.1～178.5）比值，同时强烈富集Rb、Th、U 而亏损Ba、Sr、Eu，这些都与前人定义的高分异I 型花岗岩是一致的（Chappell et al.,1992;Chappell,1999;Wu et al.,2003a;2003b;李献华等，2007；Zhu et al.,2015）。因此，笔者认为铁坑坳矿区粗粒二长花岗岩和花岗斑岩都属于高分异的I 型花岗岩。

锆石作为岩石中常见的稳定的副矿物，不仅被广泛应用于U-Pb同位素定年，锆石原位Hf同位素分析还是揭示地壳演化和示踪岩浆源区的重要手段（Vervoort et al.,1996;Scherer et al.,2000;Griffin et al.,2002）。铁坑坳矿床中粗粒二长花岗岩和花岗闪长斑岩Hf 同位素组成数据显示锆石在形成以后具有较低的放射性成因Hf 的积累，因此，所测定的176Lu/177Hf 比值能较好地反映其形成过程中Hf 同位素的组成特征(吴福元等，2007)。铁坑坳矿区粗粒二长花岗岩的锆石εHf(t)变化于-4.9～-0.1，花岗闪长斑岩的锆石εHf(t)变化于-5.7～-2.9。在εHf(t)-t图解上，粗粒二长花岗岩和花岗闪长斑岩εHf(t)值几乎全落在球粒陨石演化线之下（图14a），两个样品的fLu/Hf值为-0.96～-0.89，明显小于镁铁质地壳的fLu/Hf值（-0.34）和硅铝质地壳fLu/Hf值（-0.72）（Amelin et al.,1999），所以锆石Hf 地壳模式年龄TDMC更能反映铁坑坳矿区花岗质岩浆从亏损地幔被抽取的时间或源岩在地壳的平均存留年龄。粗粒二长花岗岩二阶段模式年龄TDMC=1192～1497 Ma。花岗闪长斑岩锆石Hf 地壳模式年龄TDMC=1342～1523 Ma，表明粗粒二长花岗岩的源区物质主要来自于中元古代地壳，有少量幔源组分或新生地壳的加入，花岗闪长斑岩的源区物质则主要来自于中元古代古老地壳部分熔融，并且幔源组分或新生地壳的混入比例更高（表5）。丘增旺等（2016）对粤东地区中晚侏罗世岩浆岩与早白垩世岩浆岩Hf 同位素组成进行了比较，结果也均显示粤东地区中晚侏罗世岩浆岩与早白垩世岩浆岩是在古中元古代下地壳部分熔融基础上，加入了一定比例的地幔物质混合而成。粤东地区主要的中晚侏罗世花岗质岩石εHf(t)值为-7.2～+3.9，二阶段模式年龄为1219～1714 Ma（Guo et al.，2012），根据εHf(t) -t图解（图14a），铁坑坳矿区粗粒二长花岗岩Hf 同位素组成与粤东地区的中晚侏罗世岩浆岩类似。

图14 铁坑坳矿区岩浆岩εHf(t)-t图解（a）和εNd(t)-t图解（b，底图据沈渭洲等，1993）DM—亏损地幔；CHUR—球粒陨石均一储库；A—华南成熟度较低的元古宙地壳；B—华南成熟度较高的元古宙地壳Fig.14 εNd(t)-t(a)and εNd(t)-t(b,base map after Sheng et al.,1993)diagrams of granitoids from the Tiekeng'ao depositDM—Depleted mantle;CHUR—Chondrite homogeneous reservoir;A—Proterozoic crust with lower maturity in South China;B—Proterozoic crust with higher maturity in South China

Sm-Nd 同位素体系同样被广泛运用于示踪岩浆岩物源特征。粗粒二长花岗岩的全岩εNd(t)值介于-8.8～-8.7，花岗闪长斑岩的全岩εNd(t)值介于-5.4～-4.9。在εNd(t)-t关系图（图14b）上，粗粒二长花岗岩样品投影点位于华南元古代地壳演化域中，花岗闪长斑岩样品投影点位于华南元古代地壳演化域与球粒陨石演化域之间。两者都在华南元古代地壳Sm、Nd 同位素演化域上界线附近，表明成岩物质主要是壳源。二阶段Nd 模式年龄变化介于1291～1642 Ma，较之华夏地块基底变质岩的Nd模式年龄（主要为1.8～2.2 Ga，陈江峰等，1999）显著偏低，说明它们并非单纯起源于基底变质岩的部分熔融，成岩过程中应有幔源组分或初生地壳的参与。20世纪90 年代以来华南花岗岩研究的重要进展之一就是相继识别出多条具低Nd模式年龄的花岗岩带，目前普遍认为这些具低Nd 模式年龄的花岗岩是地幔物质参与成岩过程的重要表现（Chen et al.,1998;Gilder et al.,1996;Hong et al.,1998;Shen et al.,2000;Zhou et al.,2006），因此，铁坑坳矿区中岩体表现出的明显年龄偏低的Nd模式年龄，无疑也指示成岩过程中存在较多的地幔组分，即壳幔相互作用对岩石成因具有重要贡献。

6 结论

（1）铁坑坳铁锡多金属矿区的粗粒二长花岗岩和花岗闪长斑岩形成年龄分别为（132±1）Ma和（94±1）Ma。矿石中锡石U-Pb年龄为（130±3）Ma，与早白垩世粗粒二长花岗岩形成的时代在误差范围内基本一致，表明铁坑坳铁锡多金属矿床形成于早白垩世，是东南沿海早白垩世钨锡成矿事件的产物，与燕山期第三期岩浆活动紧密相关。

（2）粗粒二长花岗岩和花岗闪长斑岩都属于高分异的I 型花岗岩，具有较高的SiO2、Na2O+K2O，低的Ti、Mn、Ca、P和REE含量，较高的Nb/Ta和较低的K/Rb 比值，同时强烈富集Rb、Th、U 而亏损Ba、Sr、Eu。Nd-Hf 同位素综合研究表明，粗粒二长花岗岩的源区物质主要来自于中元古代地壳，有少量幔源组分或新生地壳的加入，花岗闪长斑岩的源区物质则主要来自于中元古代古老地壳部分熔融，幔源组分或新生地壳的混入比例更高，它们并非单纯起源于基底变质岩的部分熔融，成岩过程中均有幔源组分或新生地壳的参与。

致 谢野外工作得到广东省梅州市松源铁坑铁矿有限公司陈先明和陈新强两位高级工程师的大力支持和帮助，锆石和锡石U-Pb 定年得到自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室王倩助理研究员的大力帮助和支持，在此一并表示衷心的感谢！