江西东雷湾矽卡岩型铜多金属矿床钙铁铝榴石LA-ICP-MS原位U-Pb定年及其地质意义

王 海, 抄尉尉, 王 颖, 2*, 钟福军, 徐 林, 吉鸿杰, 万 卫, 文 杰, 冯道水, 王 勇

江西东雷湾矽卡岩型铜多金属矿床钙铁铝榴石LA-ICP-MS原位U-Pb定年及其地质意义

王 海1, 抄尉尉1, 王 颖1, 2*, 钟福军1, 徐 林1, 吉鸿杰1, 万 卫1, 文 杰3, 冯道水3, 王 勇3

(1. 东华理工大学, 核资源与环境国家重点实验室, 江西 南昌 330013; 2. 中国地质科学院 地质力学研究所, 北京 100081; 3. 江西省地质局第二地质大队, 江西 九江 332000)

石榴子石是矽卡岩型矿床中最常见的蚀变矿物之一, 石榴子石年代学可以准确限定矽卡岩型矿床的成矿时代。长江中下游地区发育众多矽卡岩型铜多金属矿床, 东雷湾铜多金属矿床为区内典型的矿床之一, 精确的测定其成矿时代对深入了解长江中下游矽卡岩型铜多金属矿床的成因和动力学背景具有重要意义。本文以东雷湾铜多金属矿床含矿矽卡岩中石榴子石为研究对象, 运用电子探针(EPMA)和激光剥蚀电感耦合等离子质谱(LA-ICP-MS)等手段分别开展石榴子石微区主量、微量和U-Pb定年工作, 以期准确限定矿床成矿时代, 并约束成矿流体特征。基于详细的岩相学观察, 东雷湾铜多金属矿床中石榴子石具有两种产状, 一种为深棕色它形石榴子石Grt1, 另一种为浅棕色自形石榴子石Grt2。电子探针成分分析显示, 两种石榴子均属于钙铁榴石‒钙铝榴石固溶体系列, Grt1和Grt2均富Fe, 而Grt2相对富Al。对Grt1和Grt2石榴子石开展LA-ICP-MS U-Pb定年, 获得Tera-Wasserburg下交点年龄分别为144.9±1.0 Ma(MSWD=0.56,=29)和142.7±1.8 Ma(MSWD=0.62,=26), 两者在误差范围内一致。基于两类石榴石与黄铁矿、黄铜矿等矿石矿物共生矿物组合关系, 推测东雷湾矿床矽卡岩蚀变和铜成矿年龄为144 Ma左右, 与长江中下游地区铜陵和部分鄂东南的典型铜多金属矿床成岩、成矿时代基本一致, 为晚侏罗世‒早白垩世古太平洋板块俯冲背景下岩浆‒热液作用产物。

九瑞矿集区; 东雷湾铜多金属矿床; 钙铁铝榴石; LA-ICP-MS U-Pb定年

0 引 言

石榴子石是矽卡岩矿床中主要的蚀变矿物之一(Meinert et al., 2005), 具有较高的U-Pb同位素体系封闭温度(>850 ℃; Mezger et al., 1989), 因此, 石榴石U-Pb同位素年龄可用于约束接触交代变质作用的时间。在自然界中, 石榴子石普遍具有较低的U含量并含有一定量的普通Pb, 制约了其U-Pb定年的广泛开展(Yan et al., 2020)。近年来, 随着激光剥蚀电感耦合等离子质谱(LA-ICP-MS)的分析技术的不断发展, 石榴子石微区原位的U-Pb同位素测年开始应用于矽卡岩型铁矿、铜矿和铅锌矿等矿床研究中, 并取得较好的成果(Deng et al., 2017; Li et al., 2018; Wafforn et al., 2018; Yan et al., 2020; 张小波等, 2020; 林彬等, 2020; Hong et al., 2021; Chen et al., 2022; 严爽等, 2023)。石榴子石作为矽卡岩矿床代表性矿物, 其结构与化学成分可以反映矽卡岩化热液流体的演化(Meinert et al., 2005; Baghban et al., 2016), 因此, 其原位微区成分分析在研究矽卡岩矿床成因、物理化学条件、物质来源示踪等方面受到广泛重视。

东雷湾矽卡岩型铜多金属矿床位于江西省瑞昌市西北约22 km处, 矿区大地构造位置位于长江中下游断块凹陷转折部位(图1), 矿区隶属九江‒瑞昌(九瑞)铜金矿集区, 为长江中下游大冶‒九江成矿带的组成部分。近年来在该矿区外围和深部发现了新的工业矿体及较好的深边部找矿前景, 然而目前有关该矿床的研究相对较少。前人对于东雷湾矽卡岩型铜多金属矿床的研究主要集中在矿床的地质条件及找矿远景分析(张磊等, 2022)、斑岩体的地球化学和年代学研究(杨堂礼和蒋少涌, 2015)、辉钼矿Re-Os定年等方面(贾丽琼等, 2015a); 而关于矽卡岩型矿化特点、形成条件和时间等方面, 由于受测试手段限制, 研究较为薄弱。基于此, 本文以东雷湾矽卡岩型铜多金属矿床中石榴子石为研究对象, 在详细研究其矿床地质特征的基础上, 开展石榴子石电子探针成分分析(EMPA)和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)原位U-Pb同位素定年、微量元素成分测试, 以期能精确厘定矽卡岩矿化时间, 约束石榴子石形成时物理化学条件, 并探讨成岩成矿构造背景, 为区域成矿规律及深边部找矿勘查提供依据。

图1 长江中下游成矿带岩浆岩及矿床分布简图(据Mao et al., 2011修改)

1 地质背景

长江中下游成矿带位于扬子板块北缘的长江断裂带内, 是我国重要的Fe-Cu-Au产地之一。该成矿带以三条深大断裂为界, 北侧为郯庐断裂和襄樊‒广济断裂, 南侧为阳新‒常州断裂, 带内发育有200多个Fe-Cu-Au矿床, 按矿床空间位置可划分为鄂东南、九瑞、安庆‒贵池、铜陵、庐枞、宁芜和宁镇7个中型‒大型矿集区(图1)。九瑞矿集区位于长江中下游Fe-Cu-Au成矿带的转折端, 区内发育有武山、城门山、宝山、丁家山、通江岭、东雷湾等一系列大型和中型铜金矿床, 已探明铜资源量约3.13 Mt (Mao et al., 2011; 徐耀明等, 2017; 张小波等, 2020)。

东雷湾矽卡岩型铜多金属矿床位于九瑞矿集区西北部, 矿区出露地层由老至新分别为: 二叠系长兴组(P2)黑色页岩及灰黑色层状灰岩; 三叠系大冶组(T1)黄绿色页岩及灰色灰岩; 嘉陵江组(T2)层状灰岩、白云质灰岩和钙质页岩, 靠近岩体处变质为大理岩或大理岩化灰岩; 第四系残坡积碎石亚黏土、黏土(图2)。矿区构造以断裂为主, 主要呈EW向和NW向; 矿区共分布规模较大的破碎带7条, 且矿化较为普遍, 主要分布在矿区东南部, 部分发育于西北部, 多为层间破碎带, 其产状受地层产状控制。矿区出露的岩体主要为东雷湾岩体, 岩体形态呈浑圆状岩株, 岩性以花岗闪长斑岩和石英闪长斑岩为主, 见少许辉绿玢岩和花岗细晶岩脉, 局部有零星铁镁质包体。

图2 东雷湾铜多金属矿区地质图(据贾丽琼等, 2015a修改)

东雷湾铜多金属矿床分为南、北两个矿带, 由18条矿体组成。其中南矿带圈定铜矿体5个, 钼矿体8个、铜钨矿体2个, 钨矿体2个; 北矿带铜矿体1个。矿体多赋存于岩体与围岩接触带中, 主要呈透镜状产出(图3), 部分呈似层状及层状, 矿体走向延伸50～340 m, 倾向延伸50～100 m, 厚度约为1～4 m。矿石矿物主要为黄铜矿、辉铜矿、硫砷铜矿、黄铁矿、辉钼矿、斑铜矿、白钨矿、磁铁矿、赤铁矿及少量闪锌矿; 脉石矿物主要为石榴子石、石英、绿泥石、方解石等; 矿石构造主要为块状、脉状及浸染状; 矿石结构主要为自形‒半自形粒状结构、交代结构和固溶体分离结构。矿区围岩蚀变主要有矽卡岩化、绿泥石化, 绿帘石化和碳酸盐化等, 其中矽卡岩化、硅化与矿化关系密切相关。根据矿体特征及矿物切穿关系, 将东雷湾铜多金属矿床分为4个成矿阶段: ①矽卡岩阶段, 主要形成石榴子石、透辉石等无水硅酸盐矿物, 其中石榴子石可以分为两种, 石榴子石Grt1, 颜色多呈棕色‒深棕色, 细粒状, 单偏光下为半自形‒它形晶, 无环带结构(图4a、b、c); 石榴子石Grt2颜色呈浅棕色‒黄绿色, 自形结构, 具有明显的振荡环带(图4b、d、e); ②退化蚀变阶段, 早期矽卡岩型矿物被交代, 形成金云母、绿泥石、透闪石, 同时形成白钨矿、赤铁矿、磁铁矿(图4f、g); ③石英硫化物阶段, 该阶段矿物组合以石英、黄铜矿、硫砷铜矿、辉钼矿、黄铁矿为主, 其中, 黄铜矿主要呈它形粒状结构, 黄铁矿多呈半自形‒它形产出(图4h); ④碳酸盐阶段, 该阶段主要以方解石、绿泥石和黄铁矿为主, 可见少量方铅矿、闪锌矿呈脉状分布或交代早期形成的矽卡岩矿物(图4i)。

图3 东雷湾铜多金属矿床2c线剖面图

(a) Grt1它形石榴子石与黄铁矿共生(手标本照片); (b) Grt1它形石榴子石和Grt2自形石榴子石与黄铜矿共生(手标本照片); (c) Grt1它形石榴子石与方解石、黄铁矿共生(单偏光下); (d) Grt2自形石榴子石与方解石共生(单偏光下); (e) Grt2自形石榴子石与黄铁矿共生(反射光下); (f) 方解石、白钨矿、与含砷铜矿共生(单偏光下); (g) 磁铁矿和赤铁矿共生(反射光下); (h) 黄铁矿与硫砷铜矿、方解石共生(反射光下); (i) 黄铁矿切穿Grt1它形石榴子石(反射光下)。矿物代号: Py. 黄铁矿; Grt. 石榴子石; Ccp. 黄铜矿; En. 硫砷铜矿; Sch. 白钨矿; Cal. 方解石; Hm. 赤铁矿; Mag. 磁铁矿。

2 样品及测试方法

本次研究含矿矽卡岩样品(ZC3-15(Grt1)和ZC3-8 (Grt2))均采自钻孔ZK2C-3岩心, 样品手标本呈浅棕色‒深棕色(图4a、b), 石榴子石呈团块状、粒状几何体、细脉状产出, 粒径约为0.5～3 cm, 自形‒半自形结构, 部分石榴子石具有明显的生长环带, 常与黄铜矿、白钨矿、黄铁矿和方解石等矿物共生。

EPMA和LA-ICP-MS原位分析均在东华理工大学核资源与环境国家重点实验室完成。扫描电镜型号为Nova Nano SEM 450, 分辨率为1.0 nm(15 kV)和1.4 nm(1 kV)。EPMA型号为JEOL JXA-8530, 加速电压15 kV, 加速电流20 nA, 束斑直径1 μm, 测试数据利用ZAF校正处理, 元素检测限为200×10−6, 主量元素误差1.5%, 微量元素误差5.0%。石榴子石LA-ICP-MS原位U-Pb定年和微量元素分析使用电感耦合等离子体质谱仪(Agilent7900)和准分子激光剥蚀系统(GeoLasHD193)联机分析。激光剥蚀束斑为44 μm, 激光能量密度为3.5 J/cm2, 剥蚀频率为5 Hz, 激光剥蚀时间为45 s。石榴子石U-Pb年龄计算以91500锆石作为外标, QC04(130±1 Ma; Deng et al., 2017)石榴子石作为监控标样, QC04的206Pb/238U加权平均年龄为131.6±2 Ma(MSWD=0.6,=8), 在推荐值误差范围以内。微量元素含量采用NIST610作为外标对测试样品进行测试。每分析5个样品点分析一组标样(NIST610、91500、QC04)。分析数据处理采用ICPMSDataCal 11.0(Liu et al., 2008, 2010)完成, 石榴子石U-Pb年龄Tera-Wasserburg图使用IsoplotR在线程序绘制。

3 分析结果

3.1 主量元素

对东雷湾铜多金属矿床两样品ZC3-15(Grt1)和ZC3-8(Grt2)开展EPMA分析, 结果见表1。所有样品中SiO2(35.27%～36.71%)、CaO(31.66%～33.43%)含量变化范围不大, FeO(20.15%～28.52%)和Al2O3(1.38%～7.39%)含量变化较大, MgO(0～0.05%)和MnO(0.29%～1.80%)含量较低。计算获得石榴子石单端元组分含量为: 钙铁榴石(And)=62%～98%; 钙铝榴石(Gro)=0～32%; 锰铝榴石(Spe)=0～2%; 铁铝榴石(Alm)=0～5%。数据表明, 东雷湾铜多金属矿床石榴子石以钙铁榴石居多, 其次为钙铝榴石及少量铁铝榴石和锰铝榴石, 几乎不含镁铝榴石, 属于钙铁榴石‒钙铝榴石固溶体系列(And62-98Gro0-32) (图5)。

表1 东雷湾铜多金属矿床石榴子石电子探针成分分析结果(%)

矿物代号: Gro. 钙铝榴石; And. 钙铁榴石; Alm. 铁铝榴石; Pyr. 镁铝榴石; Spe. 锰铝榴石。

3.2 石榴子石U-Pb年龄及微量元素组成

本次对ZC3-15(Grt1)样品进行U-Pb同位素分析, 共获得29个点数据(表2)。结果显示, Th含量为0.12×10−6～3.64×10−6, 平均值为0.43×10−6, U含量为12.6×10−6～57.7×10−6, 平均值为31.8×10−6;207Pb/235U值为0.2258～0.5843,206Pb/238U值为0.0233～0.0256,207Pb/206Pb值为0.0500～0.0892(表2)。ZC3-15(Grt1)样品的Tera-Wasserburg下交点年龄为144.9±1.0 Ma (MSWD=0.56,=29)(图6a)。球粒陨石标准化稀土元素配分曲线显示, Grt1总体上具有明显的LREE富集, HREE亏损特征(图7a), 其∑REE在30.1×10−6～71.9×10−6之间, LREE=29.8×10−6～70.6×10−6, HREE= 0.31×10−6～1.44×10−6, LREE/HREE值在40.3～116之间, δEu值为0.73～2.03, 均值为1.13, 总体表现为较明显的Eu正异常(表3, 图7a)。

表2 东雷湾铜多金属矿床石榴子石U-Pb测年结果

图6 东雷湾铜多金属矿床LA-ICP-MS石榴子石U-Pb年龄

图7 东雷湾铜多金属矿床石榴子石球粒陨石标准化稀土元素配分曲线(标准化值据引自Sun and McDonough, 1989)

注: -表示低于检测限。矿物代号: Gro. 钙铝榴石; And. 钙铁榴石; Alm. 铁铝榴石; Pyr. 镁铝榴石; Spe. 锰铝榴石。

ZC3-8(Grt2)样品共获得26个U-Pb同位素分析数据, 其中Th含量为0.21×10−6～2.23×10−6, 平均值为0.80×10−6, U含量为3.90×10−6～11.8×10−6, 平均值为7.68×10−6;207Pb/235U值为0.2458～1.0836,206Pb/238U值为0.0240～0.0284,207Pb/206Pb值为0.0564～0.1585(表2)。ZC3-8(Grt2)样品T-W下交点年龄为142.7±1.8 Ma(MSWD=0.62,=26)(图6b)。Grt2样品的球粒陨石标准化稀土元素配分曲线总体上具有明显的LREE富集, HREE亏损特征(图7b), 其∑REE为31.4×10−6～47.6×10−6, LREE=23.9×10−6～45.4×10−6, HREE=1.75×10−6～9.14×10−6, LREE/HREE值在3.01～21.3之间, δEu值为0.37～1.07, 均值为0.74, 总体表现为较明显的Eu负异常(表3, 图7b)。

4 讨 论

4.1 石榴子石稀土元素组成及指示的物理化学条件

石榴子的振荡环带结构及其化学成分可以记录其生长过程中热液系统的演化过程(Smith et al., 2004; Gaspar et al., 2008; Jiang et al., 2020)。已有的研究表明, 石榴子石形成与其所处的环境密切相关, 通常氧化‒弱氧化环境中形成钙铁榴石, 而弱氧化‒弱还原环境下则形成钙铝榴石, 这是因为钙铁榴石(Ca3Fe2[SiO4]3)中的Fe3+形成于高氧逸度条件下(赵斌等, 1983; 王潇逸等, 2022)。东雷湾铜多金属矿床中, 石榴子石以钙铁榴石为主, 表明其可能形成于较氧化环境中。U是一种对氧化还原敏感的元素, U4+比U6+更容易替代石榴子石中的Ca2+进入到石榴子石中(Smith et al., 2004; Gaspar et al., 2008),氧逸度降低会降低U在流体中的溶解度, 从而增加石榴子石中的U的含量。Grt1中U含量为12.6×10−6～ 57.7×10−6, 平均值为31.8×10−6; Grt2中U含量为3.90×10−6～11.8×10−6, 平均值为7.68×10−6; Grt1的U含量高于Grt2,表明Grt2形成时成矿流体氧逸度高于Grt1。此外, 热液的pH值对稀土元素分馏影响显著(Bau, 1991; Tian et al., 2019)。中性条件下, 矿物的稀土元素模式呈HREE富集和LREE亏损, 且Eu呈负异常或无异常; 而中等酸性条件下, 稀土元素配分模式更多受Cl−的控制。由于Cl−可以与Eu2+结合, 形成以EuCl42−为主稳定络合物, 使得矿物REE模式显示出LREE富集、HREE亏损, Eu正异常特征(Bau, 1991; Gaspar et al., 2008; Zhang et al., 2017)。Grt1石榴子石整体显示出Eu的正异常, 表明热液中Cl−充足, 与热液中的Eu2+反应形成大量EuCl42−, 成矿热液呈弱酸性; Grt2石榴子石整体显示弱负Eu异常, 表明热液中Cl−相对缺乏, 热液更接近中性。

4.2 石榴子石U-Pb年代学及意义

石榴子石中的U的赋存状态对U-Pb定年准确性起着至关重要的作用(Li et al., 2018; Duan et al., 2020)。U在石榴子石中主要有3种存在形式: 呈矿物包裹体、吸附在晶体表面或以类质同象赋存于石榴子石矿物晶格中(Smith et al., 2004; 张小波等, 2020)。前人研究表明, U以矿物包裹体和吸附在晶体表面时, 会干扰U-Pb定年的准确性(Baxter and Scherer, 2013)。本文测试前先通过镜下对石榴子石进行仔细观察, 选择成分均匀且无矿物包裹体的石榴子石进行测试, 有效排除了含U包裹体对东雷湾铜多金属矿床定年结果的影响。

基于相似的离子半径和电荷平衡原理, U可以呈两种类质同象形式赋存于矿物晶格中: ①替换十二面体配位的二价阳离子(Ca2+、Mg2+、Mn2+、Fe2+); ②替换REE而且当U吸附在晶体表面时, 会导致U与石榴子石LREE和HREE之间表现出正相关系(Smith et al., 2004)。图8显示, Grt1和Grt2石榴子石U与∑REE和LREE具有一定相关性(图8a、b、d、e), 但是与HREE没有明显相关性(图8c、f), 表明东雷湾铜多金属矿床石榴子的U主要来源于矿物晶格, 因此本次石榴子石U-Pb定年结果未受到U赋存状态的影响, 能够准确的代表石榴子石形成时代。本次获得的Grt1和Grt2石榴子石样品Tera-Wasserburg图下交点年龄分别为144.9±1.0 Ma(MSWD=0.56,=29)和142.7±1.8 Ma(MSWD=0.62,=26), 基于两类石榴石与黄铁矿、黄铜矿等矿石矿物共生矿物组合关系, 因此笔者认为144 Ma不仅能代表矽卡岩成岩时代, 也代表东雷湾铜多金属矿床的成矿时代。Li et al. (2010)对矿区内花岗斑岩中锆石进行SIMS U-Pb定年, 限定了花岗斑岩岩体成岩年龄为146±1.0 Ma; 贾丽琼等(2015a)通过对与黄铜矿共生的辉钼矿进行Re-Os定年, 获得辉钼矿等时线年龄为143.3±5.2 Ma, 三者在误差范围内一致, 表明此次石榴子石U-Pb定年数据可靠, 为晚侏罗世‒早白垩世岩浆‒热液作用产物。

图8 东雷湾铜多金属矿床石榴子石U与∑REE、LREE及HREE含量相关性图解

4.3 成矿地球动力学背景

东雷湾铜多金属矿床形成于144 Ma左右, 其成矿时代与九瑞矿集区其他中生代岩浆活动和成矿时代基本一致, 与鄂东南矿集区(152～138 Ma)和铜陵矿集区(144～136 Ma)晚中生代成岩‒成矿时代大致相同(表4), 表明它们均受到中国东部燕山期地球动力学环境制约。

表4 长江中下游矿集区典型铜矿床和相关岩体年龄

三叠纪, 扬子板块与华北板块发生碰撞造山和大陆俯冲, 晚侏罗世(165～145 Ma)古太平洋板块开始俯冲, 中国东部受挤压抬升为高原, 岩石圈增厚(董树文等, 1993; 张旗等, 2001); 随后进入碰撞造山后的应力转换期(145～136 Ma), 构造应力由挤压向拉张过渡, 岩石圈发生部分融熔, 岩浆在上升过程中受不同程度地壳物质混染, 形成以中酸性为主的侵入体及矽卡岩‒斑岩型铜金矿床(毛景文等, 2005;谢桂青等, 2006; 曾键年等, 2010; 徐晓春等, 2012)。周涛发等(2011)通过对长江中下游内中生代岩浆岩的性质、时空分布、成矿变化及控矿构造运动学分析, 认为成矿作用分为走滑挤压阶段(146～135 Ma)、走滑引张阶段(135～126 Ma)和拉张伸展阶段(126～123 Ma)三个阶段(图9), 其中前两个阶段分别形成矽卡岩‒斑岩型铜多金属矿(毛景文等, 2003; 蒋少涌等, 2010; 王世伟, 2011)和矽卡岩和陆相火山岩型铁矿床(Li et al., 2008), 第三个阶段形成A型花岗岩和铀金矿床(范裕等, 2008)。东雷湾铜多金属矿成矿时代约为144 Ma, 与区内其他铜多金属矿床成矿时代相近, 具有统一地球动力学背景, 为区域性的挤压‒伸展转换环境下岩浆‒热液作用产物。

图9 长江中下游Fe-Cu-Au矿集区典型矿床成岩成矿年龄谱系图(底图据周涛发等, 2011修改)

5 结 论

(1) 东雷湾铜多金属矿床深棕色它形石榴子石(Grt1)和自形浅棕色石榴子石(Grt2)均具有明显的LREE富集, HREE亏损特征, Grt1石榴子石整体显示出Eu的正异常, 形成于一个酸性氧化的条件; Grt2石榴子石整体显示Eu的弱负异常, 表明热液中Cl–相对缺乏, 形成于偏中性氧化的条件。

(2) 东雷湾铜多金属矿床含矿矽卡岩中石榴子Grt1和Grt2石榴子石U-Pb同位素年龄分别为144.9±1.0 Ma(MSWD=0.56,=29)和142.7±1.8 Ma(MSWD= 0.62,=26), 两者在误差范围内一致, 表明东雷湾铜多金属矿床成矿时代约为144 Ma, 为晚侏罗世‒早白垩世岩浆‒热液作用的产物。

(3) 东雷湾铜多金属矿与九瑞矿集区、鄂东南(部分地区)和铜陵矿集区的岩浆活动均发生于晚侏罗世‒早白垩世, 形成于古太平洋板块俯冲作用导致板内造山作用后期区域性的挤压‒伸展转换环境。

致谢: 野外工作期间得到江西地质局第二地质大队詹国年总工等多位工程师大力支持与帮助; 电子探针分析实验得到核资源与环境国家重点实验室赵娇助理研究员的帮助; 中国科学院广州地球化学研究所严爽副研究员和另两位匿名审稿人提出的宝贵建议对本文质量的提高大有裨益, 在此一并表示衷心感谢！

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LA-ICP-MS U-Pb Dating of Grandite from Dongleiwan Copper Polymetallic Deposit in Jiangxi Province and its Geological Significance

WANG Hai1, CHAO Weiwei1, WANG Ying1, 2*, ZHONG Fujun1, XU Lin1, JI Hongjie1, WAN Wei1, WEN Jie3, FENG Daoshui3, WANG Yong3

(1. State Key Laboratory of Nuclear Resources and Environment, East China University of Technology, Nanchang 330013, Jiangxi, China; 2. Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China; 3. The Second Geological Brigade of Jiangxi Provincial Geological Bureau, Jiujiang 332000, Jiangxi, China)

Garnet is one of the most common alteration minerals in skarn deposits, and hence garnet geochronology can accurately constrain the metallogenic epoch of skarn deposits. Many porphyry-skarn type polymetallic deposits are developed in the Middle-Lower Yangtze River Valley metallogenic belt, including the Dongleiwan copper polymetallic deposit. Accurate determination of the mineralization age is significant for understanding the genesis and geodynamic setting of porphyry-skarn type polymetallic deposits in the Middle-Lower Yangtze River Valley metallogenic belt. For this purpose, garnet from the Dongleiwan copper polymetallic deposits was analyzed. To accurately constrain the mineralization age of the deposit and reveal the characteristics of the ore fluids, we conducted electron probe micro analysis (EPMA) major element analysis, inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS) trace element analysis, and U-Pb isotopic dating of garnet in ore-bearing skarn,. Based on detailed petrographic observations, garnet of the Donglewan copper polymetallic deposit can be divided into two types. One type is dark brown anhedral garnet (Grt1), and the other type is light brown euhedral garnet (Grt2). EPMA results show that both types belong to andradite to grossularite solid solution series. Both Grt1 and Grt2 are andradite, and Grt2 is relatively richer in grossularite component. LA-ICP-MS U-Pb dating on Grt1 and Grt2 yields Tera-Wasserburg lower intercept206Pb/238U age of 144.9±1.0 Ma (MSWD=0.56,=29) and 142.7±1.8 Ma (MSWD=0.62,=26), respectively, which are consistent within the error range. Considering the intergrowth relationship between the skarn grandite and ore minerals (pyrite and chalcopyrite), the age of skarn alteration and copper mineralization of the Dongleiwan copper polymetallic deposit is constrained to be 144 Ma. Ages of the Dongleiwan deposit are almost identical with other typical magmatic intrusions and deposits in the Jiujiang- Ruichang metallogenic belt, Tongling, and part of Southeast Hubei in the Middle-Lower Yangtze River Valley metallogenic belt. Therefore, they probably formed by magmatic-hydrothermal activity associated with the subduction of the paleo-Pacific plate.

Jiujiang-Ruichang deposit cluster; Dongleiwan copper polymetallic deposit; grandite; LA-ICP-MS U-Pb dating

10.16539/j.ddgzyckx.2023.05.012

2023-04-04;

2023-06-01

放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室开放基金项目(2022RGET08)、江西省自然科学基金项目(20232BAB213065)和国家青年科学基金项目(42102101)联合资助。

王海(1990–), 男, 助理研究员, 主要从事矿床学和找矿预测研究。E-mail: wanghai_90s@163.com

王颖(1986–), 女, 工程师, 主要从事矿床学和3S矿产预测信息技术研究。E-mail: yingw1126@163.com

P616; P597

A

1001-1552(2023)05-1141-017