赣东北朱溪铜钨矿区花岗闪长斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年及地质意义

万浩章，刘战庆，刘善宝，陈毓川，王成辉，陈国华，梁力杰，李赛赛，张树德，刘小林

(1.江西省地质矿产勘查开发局912大队，江西鹰潭335001;2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037;3.桂林理工大学地球科学学院，广西桂林541004;4.崇义章源投资控股有限公司，江西崇义341300)

近年来，在江西省北部修水香炉山、武宁大湖塘、景德镇朱溪等地相继发现了大型、超大型钨矿，已经引起了地质找矿部门与社会各界的广泛关注［1-2］，这一找矿成果突破了区域上“南钨北铜”的成矿格局［2-4］。从2012年以来的地质找矿中，在江西朱溪发现了厚度可达500 m的大白钨矿体，根据目前勘查进展基本确定该矿床属超大型钨矿床，其矿石类型多样，有矽卡岩型、斑岩型及云英岩型等类型，显示了钨矿的形成与岩浆活动密切相关。朱溪铜钨矿区内出露的岩浆岩类型较多，地表出露大量的煌斑岩脉以及中酸性岩浆岩小岩脉或小岩株。已有的测年结果显示在塔前—赋春成矿带内至少有3期岩浆岩活动、2期成矿作用［2］，而成矿作用多集中在中生代燕山期，说明朱溪铜钨矿床成矿作用可能与多期多阶段的成岩成矿作用关系密切。本文是在进行塔前—赋春成矿带成矿规律研究的基础上［2，5］，试图利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)锆石U-Pb同位素定年法对铜矿化的花岗闪长斑岩进行测年，研究花岗闪长斑岩与成矿作用的关系，为成矿预测研究提供理论依据。

1 区域地质概况

江西朱溪铜钨矿区的大地构造位置处于扬子板块与华夏板块之间的钦—杭结合带江西段，同时处于滨太平洋成矿域的扬子成矿省浙赣湘黔汞锑金成矿带［6-7］，其地层归属于下扬子陆块江南古岛弧带中，九岭隆起和万年隆起之间的萍(乡)—乐(平)拗陷带的东端［8］，赣东北深大断裂北西侧，形成了“两隆夹一坳”的构造格局(图1a)。

塔前—赋春成矿带区域上主体是由推覆体与基底组成的推覆构造系。推覆构造系上层的推覆体由石炭系—三叠系的浅海相碳酸盐岩和海陆交互相的含煤建造及碎屑岩沉积岩组合，受到4条大致平行的北东向断裂切割，被分成南北两个狭长的推覆体，即:塔前—弹岭—朱溪—寿安推覆体和横路—月形—涌山—大游山推覆体，二者在大游山处汇聚，一直延伸到赋春一带尖灭。基底为元古界双桥山群浅变质岩系，是一套深海盆地相夹浊流沉积的泥砂质建造，并夹有海底火山喷发产物，也受构造作用发生断裂和褶皱变形。在景德镇及双田镇地区的北东—南西向还分布有一些侏罗系—白垩系碎屑岩。

塔前—赋春成矿带的岩浆岩种类较多，超基性-基性-中酸性岩浆岩均有出露，但出露面积较小。塔前镇到横路一带，出露一些辉石岩、苦橄玢岩、辉绿岩、橄榄玄武玢岩脉，被称为“塔前超基性杂岩体”。而中酸性岩浆岩多呈岩脉产出，少数呈岩体、岩株及岩瘤状产出，多受北东—北北东向断裂控制。岩性有花岗闪长斑岩、花岗斑岩，其次是石英闪长玢岩，其中花岗闪长斑岩和花岗斑岩的围岩有矽卡岩化、硅化、角岩化、大理岩化等蚀变，并伴有Cu、Pb、Zn、Ag矿化，如张家坞、横路、岩口、下冲坞、月形等铜多金属矿床/矿点。

图1 赣东北朱溪铜钨矿地质图Fig.1 Geological map of the Zhuxi Cu-W deposit in the Northeast Jiangxi Province

朱溪铜钨矿区出露的岩浆岩主要为煌斑岩脉，少量的花岗闪长斑岩、花岗斑岩等。煌斑岩约20多条，呈脉状侵入于石炭系—三叠系中及断层内，脉体走向以北东向为主，也有北北东向和近东西向延伸的，规模大小不等;在矿区东部出露于双桥山群中的花岗闪长岩脉和岩株，脉体宽5～10 m，长约80 m，岩株直径约10 m，整体走向为近东西向(图1b)。

2 岩石学特征

探槽TC2701将出露于元古代双桥山岩群中花岗闪长斑岩脉揭露十分清楚，围岩为粉砂-细砂千枚岩，花岗斑岩与围岩之间有明显的构造片理(图1c)，片理产状为345°∠68°。花岗闪长斑岩呈浅(淡)绿色-白色，块状构造，细粒斑状结构，主要矿物有石英(体积含量为20% ～25%)、钾长石(10%～15%)、斜长石(40% ～50%)、绢云母(5% ～10%)，斑晶以石英、钾长石为主，含有少量黄铜矿、黄铁矿等硫化物(图2a)。岩石风化后表面呈浅黄褐色，黑云母等暗色矿物淋滤析出铁质，钾长石、斜长石矿物高岭土化、绢云母化现象明显(图2b)。岩石局部有孔雀石化现象(图2c、d)。围岩与岩体接触带有明显的硅化、褐铁矿化、孔雀石化现象。

3 样品LA－ICP－MS分析方法及测试结果

在朱溪铜钨矿区27号勘探线探槽TC2701处采集花岗闪长斑岩作为定年对象，定年样品为ZX-1(图3)。

3.1 LA－ICP－MS分析方法

在进行锆石LA-ICP-MS U-Pb定年之前，首先将所测样品的锆石颗粒用环氧树脂制靶，并对靶中的锆石作阴极发光和背散射电子相分析。选取所测样品锆石晶形较好、具有明显生长环带的锆石(图3)。锆石U、Th和Pb同位素分析是在中国地质科学院矿产资源研究所LA-ICP-MS实验室完成的，锆石定年分析所用仪器为Finnigan Neptune型LA-ICP-MS及与之配套的NewWave UP213激光剥蚀系统。采用单点方式剥蚀，分析前用锆石GJ-1进行调试仪器，锆石U-Pb定年以锆石GJ-1为外标，U、Th含量以锆石 M127为外标进行校正［9］。为确保精确度，测试过程中每测定5个样品前后测定两次国际标准锆石91500和锆石标样GJ-1进行校正，并测量1个锆石标样Plešovice来观察仪器运行状态是否良好。数据处理采用ICPMSDataCal4.3程序［10］，测量过程中大多数分析点206Pb/204Pb＞1000，未进行普通铅校正，204Pb由离子计数器检测，204Pb含量异常高的分析点可能受包体等普通铅的影响，对204Pb含量异常高的分析点在计算时剔除，锆石年龄谐和图用Isoplot 3.0程序获得［11］。样品分析过程中，Plešovice标样作为未知样品的分析结果为338.1±0.77 Ma(n=7，2σ)，对应的年龄推荐值为337.13±0.37 Ma(2σ)，两者在误差范围内完全一致［9］。

图2 朱溪花岗闪长斑岩显微镜下岩石特征Fig.2 Zhuxi granodiorite porphyry rock characteristics under a microscope

3.2 锆石阴极发光图像特征

测试样品花岗闪长斑岩(ZX-1)中的锆石形态复杂多样，但多数晶粒为无色透明至淡黄色，呈自形程度较好的短柱状、双锥状、半截锥状。晶体长60～150 μm，宽40～80 μm，长宽比介于 3∶2～3∶1之间。阴极发光照片显示大多数锆石具有典型的岩浆韵律环带和明暗相间的条带结构(图3)，很多锆石(如点号1.1、2.1、6.1等)具有明显的残留核，可能为继承核或捕获核。本研究尽量选择锆石的边缘部位进行测试，避免继承锆石对定年的干扰，确保定年的准确性，测点尽量选在明显的岩浆环带上。

3.3 锆石年龄分析结果

图3 朱溪铜钨矿区花岗闪长岩(ZX-1)代表性锆石的阴极发光图像和分析年龄Fig.3 Cathodoluminescence images and ages of analyzed zircons from the granodiorite porphyry of Zhuxi Cu-W deposit

在花岗闪长斑岩样品(ZX-1)中锆石共测试了20个点，结果显示(表1)，锆石中Th含量为58×10-6～563×10-6，U含量为100×10-6～721×10-6，Th与U值之间具有正相关性，而且Th/U值介于0.41～1.36之间，均大于0.1，表明了样品中锆石多为岩浆结晶产物［12］。在谐和图上，20.1号点偏离谐和线较远，可能与Pb丢失有关，其他19个有效点的206Pb/238U和207Pb/235U谐和性较好，表明锆石在形成后其U-Pb体系一直保持封闭状态，基本上没有Pb的丢失，其中12个测点(3.1、4.1、5.1、8.1、9.1、10.1、12.1、14.1、15.1、17.1、18.1、19.1)在206Pb/238U和207Pb/235U组成谐和图上集中于850 Ma附近，谐和年龄为854.5±3.5 Ma(MSWD=5.5)，其206Pb/238U加权平均年龄为847.2±9.4 Ma(MSWD=0.111)，在误差范围内一致(图4)，代表了花岗闪长斑岩的结晶年龄，属于岩浆侵位时的年龄，其形成时代属新元古代。而另外7个测点(1.1、2.1、6.1、7.1、11.1、13.1、16.1)虽然也较为和谐，但分布比较分散，其206Pb/238U年龄(Ma)分别为1771±34、1645 ±53、2102 ±33、2528 ±33、1831 ±32、988±16、908±22;这些零散值的锆石很可能属于花岗闪长岩岩浆侵位时捕获或继承岩浆通过的元古代双桥山岩群中锆石。

图4 花岗闪长斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图与直方图Fig.4 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagrams and histograms of granodiorite porphyry

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4 岩体形成的时代、背景及与成矿作用的关系

4.1 成岩时代与大地构造

通过以上测试分析获得朱溪铜钨矿区花岗闪长斑岩脉的侵入成岩年龄为847.2±9.4 Ma，属于新元古代。区域地质研究钦—杭结合带两侧的扬子地块与华夏地块曾经以古华南洋相隔，进入930～880 Ma时期，古华南洋的洋壳向扬子地块下俯冲，其中伏川蛇绿岩上部的辉长岩中LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为891±13 Ma代表了该蛇绿岩的构造侵位时间［13］，代表了古华南洋壳的年龄，在扬子板块东南缘形成了大规模岛弧岩浆岩带，并在岛弧的南北两侧形成了弧前盆地与弧后盆地，在盆地中沉积了新元古代地层，在位于江南古陆的萍乐坳陷形成了双桥山岩群。随着洋壳的不断俯冲消减，在825～860 Ma期间，扬子地块与华夏地块发生碰撞拼合，产生了陆陆碰撞造山作用，使得原先沉积在弧前、弧后盆地中的新元古代地层以及早先存在的中元古代地层发生强烈的构造变形。在钦—杭带江西段北形成了848 Ma伏川蛇绿混杂岩［14］;这种陆陆碰撞作用的不断加强，弧前盆地或弧后盆地沉积的陆源碎屑岩发生变质作用，区域上的挤压应力环境形成了一期近北东向的宽缓褶皱，岩石圈加厚，并伴随一系列同碰撞及碰撞后岩浆事件。本文花岗闪长斑岩就可能是在这一陆陆碰撞过程中形成并侵位于早期的弧前盆地或弧后盆地的浅变质岩中，侵位年龄为847.2±9.4 Ma，这一侵位时代在区域上形成了大量的中酸性岩浆岩，如许村S型花岗闪长岩体，侵位年龄为850±10 Ma［15］，侵入伏川蛇绿岩的辉长岩脉的 SHRIMP年龄为848±12 Ma［16］。这些中酸性岩浆岩的侵位与杨子板块和华夏板块碰撞初期岩浆活动有关［15，17］，在花岗闪长斑岩侵位的过程中捕获了围岩中一些更早的锆石，这些锆石来自于剥蚀搬运沉积到弧前/弧后盆地中的岩浆岩;直到750～825 Ma期间，陆陆碰撞作用基本停止［18］。

花岗闪长斑岩以小型脉体的形式侵入于双桥山群中，然而双桥山群的时代归属一直以来也存在争议:以往认为双桥山岩群属于中元古代蓟县纪［3，19］，然而近年来在赣北地区发现双桥山群底部涌山组中的凝灰岩(斑脱岩)锆石U-Pb年龄在831±5 Ma～829±5 Ma之间［20］，双桥山群顶部修水组年龄为824±5 Ma［21］，这些定年数据显示了双桥山群时代属于新元古代。本文铜矿化的花岗闪长斑岩中捕获或继承岩浆锆石区间为908±22 Ma～2528±33 Ma，显示塔前—赋春成矿带内双桥山群的时代应该为新元古代早青白口纪，而花岗闪长斑岩侵位时代应为新元古代晚青白口纪。

4.2 成岩与成矿关系

江西朱溪铜钨矿位于扬子板块与华夏板块之间的钦—杭结合带江西段，属于滨太平洋成矿域［22］。在区域构造上，江西塔前—赋春成矿带位于下扬子陆块江南古岛弧带东南部萍乐拗陷带东端，赣东北深大断裂北西侧。萍乐坳陷带是燕山期Cu-Pb-Zn-Au-Ag-Co多金属矿产富集区，在塔前—赋春成矿带内有大量的金属矿产，如朱溪铜钨矿、塔前钨钼矿、赋春金矿、月形、弹岭铜矿等金属矿床及矿点。近期，在塔前钨钼矿中获得辉钼矿Re-Os等时线年龄为162±2 Ma，显示成矿时代为中侏罗世［23］，区域成矿时代也主要集中于燕山期。在区域上属于江西北部铜成矿带，受到了中生代成矿作用的影响。

朱溪铜钨矿所处的构造位置在新元古代古华南洋向华夏板块下俯冲，形成古岛弧岩浆带，在经历了四堡运动、加里东运动、海西运动和印支运动的陆内造山运动后，在燕山期古太平洋向欧亚板块之下俯冲，形成了中国境内的滨太平洋-中酸性岩浆岩带，同时也在中国境内形成了滨太平洋成矿带丰富的矿产资源，其中在华南板块形成了“南钨北铜”的矿产分带特征，如属于扬子板块的江西德兴斑岩型铜矿、安徽省铜陵铜矿，在华夏板块的南岭地区形成了丰富的钨矿，如江西境内的西华山钨矿、大吉山钨矿、漂塘钨矿［22，24-27］等钨矿集区，这些华南的大规模成矿时代主要集中在中生代燕山期［4，6］。

本文朱溪铜钨矿区的铜矿化花岗闪长斑岩脉的侵入成岩年龄为847.2±9.4 Ma，侵入于元古代双桥山群中，显示了铜矿化作用与新元古代岩浆岩有关，说明新元古代的古华南洋壳向华夏板块下俯冲，可能引起了地幔物质向地壳运移，为铜矿化提供了物质基础。而朱溪铜钨矿区侵入于石炭系—三叠系中的煌斑岩脉LA-ICP-MS锆石U-Pb定年显示有两期岩浆活动年龄:一组年龄为856±10 Ma，与花岗闪长岩的侵位年龄在误差范围内一致，代表新元古代早期华南古洋壳俯冲消减及扬子陆块与华夏陆块碰撞的岩浆作用;另一组年龄为160.3±2.1 Ma，代表晚侏罗世早期岩浆侵位事件，早侏罗世古太平洋板块向欧亚板块之下俯冲消减，很可能导致早期岩浆岩发生重熔作用，在燕山期侵位成岩，与该成矿带成矿作用关系密切［5］。由此可以推断，新元古代的岩浆活动形成的铜矿化花岗闪长斑岩脉所代表的岩浆活动为朱溪铜矿提供了成矿物质成分的储备，到了燕山期大规模成岩成矿作用时，早期的成矿物质发生活化，富集成矿。

5 结论

本文通过LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年，获得江西朱溪铜钨矿区侵入元古代双桥山岩群中的花岗闪长斑岩脉年龄为847.2±9.4 Ma(MSWD=0.111)，代表其侵位结晶年龄，时代属新元古代。该同位素年龄为矿区内首次将高精度定年法运用到成矿岩浆岩的时代限定上，结果表明含铜花岗闪长斑岩很可能是新元古代古华南洋壳向扬子地块下俯冲消减及扬子地块与华夏陆块碰撞时岩浆侵位的产物，同时伴随着铜元素的富集，为燕山期成矿大爆炸提供了一定的物质储备，对认识钦—杭成矿带东段的成矿背景和规律提供了最新的年代学证据。

朱溪铜钨矿区成矿处于钦—杭成矿带，是华南最为重要的成矿聚集区之一，对其成矿背景及规律还未完全厘清，为了进一步探索其形成过程并指导下一步找矿工作，需要加强成矿岩体的形成机制及成矿专属性研究。

致谢:野外取样工作中得到了江西省地质矿产勘查开发局912大队张诚、康川、魏锦、舒立旻等同志的帮助和支持，中国地质科学院矿产资源研究所白鸽研究员对文章提出了中肯的修改建议，在此对他们付出的辛勤劳动表示感谢。

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