南秦岭南沟寨铌钽矿床粗面岩锆石U-Pb年代学特征及地质意义

鲁显松，孙 腾，熊意林，黄景孟，魏四华，李志刚，钟石玉

(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)

秦岭造山带是一条分隔中国南北大陆的复合型碰撞造山带，经历了复杂的地质演化过程，南秦岭湖北两竹—陕西紫阳—岚皋地区广泛出露一套碱性岩浆岩，该套碱性岩浆岩与铌钽稀土矿成矿关系密切。该套碱性岩浆岩主要沿区域深大断裂呈北西向展布，主体可分为南北两条带，南带主要沿红椿坝—曾家坝断裂展布，北带主要沿安康—竹山断裂展布(图1)，形成了一系列的铌钽稀土矿床。该类矿床成矿元素组合多样，赋矿岩石复杂，并且普遍遭受了浅变质作用，成矿元素组合与岩浆的产出环境呈现一定规律，浅层侵入相中主要产出与正长(斑)岩—碳酸岩有关的铌稀土矿床，例如庙垭、杀熊洞铌稀土矿床[1-3]等；超浅层—溢流相中主要产出与粗面岩类有关的铌矿床，例如天宝铌矿床[4-5]等；在喷发沉积相中主要产出与火山沉积岩有关的铌钽矿床，例如土地岭铌钽矿床[6]。前人对该系列矿床的研究工作获得了丰富的年代学资料，对成岩成矿时代等问题取得了一定的认识，认为该类矿床成岩时代为早志留世[4，6-7]，并在庙垭正长岩中发现了三叠纪热液叠加成矿的证据[8]，但三叠纪热液活动对产于碱性火山岩中的铌钽矿是否存在影响还不明确。本文以南沟寨铌钽矿床粗面岩为研究对象，对其开展锆石U-Pb年代学研究，结合前人资料，探讨成岩成矿时代，以期为南秦岭地区与碱性岩浆岩有关的铌钽稀土矿床研究提供新的年代学资料。

1 地质背景和矿床地质

研究区位于南秦岭造山带中段北大巴山弧形构造带内，武当隆起西缘，安康—竹山断裂带北侧碱性岩带中(图1)。区域上主要出露南华系武当岩群—志留系梅子垭组中—浅变质地层。岩浆活动较为强烈，主要发育有晚元古代辉绿(长)岩、早古生代基性岩和碱性杂岩群。主体构造呈北西向，发育区域大断裂有安康—竹山断裂和红椿坝—曾家坝断裂以及一系列叠瓦状逆冲推覆构造体，与近东西向、北东向脆性断裂相互交切形成条块网格结构，主体构造格局形成于印支陆—陆碰撞造山期。

图1 研究区大地构造位置示意图(a图据参考文献[9]修改)和碱性岩浆岩分布示意图(b图据参考文献[6]修改)

区内主要出露南华系—志留系浅变质地层；岩浆岩主要为粗面岩及顺层侵入的辉绿岩脉，粗面岩是本区主要的赋矿岩石；区内构造以近东西向断层及顺层滑脱断层为主，区内粗面岩呈近东西向展布，与构造线一致。南沟寨铌钽矿主要赋存于粗面岩中，粗面岩全岩含矿，近东西向展布，呈似层状、脉状产出，产状较稳定，矿体的产出严格局限于碱性火山岩内，与矿化体接触的含炭粉砂质绢云板岩、炭(硅)质板岩等围岩中无矿化显示。

目前在区内发现了两处铌(钽)矿体，矿体规模较大，矿化稳定。Ⅰ号矿体长1 900 m，厚26.61～44.74 m，矿体产状350°∠70°，顶底板均为炭质板岩，Nb2O5含量0.08%，Ta2O5含量0.004%；Ⅱ号矿体长2 200 m，厚37.69～45.46 m，矿体总体北倾，倾角65°，顶底板均为炭硅质板岩，Nb2O5含量0.08%，Ta2O5含量0.005%，该矿体底部发育有高品位铌钽矿层，Nb2O5含量0.376%，Ta2O5含量0.021%，该矿层是目前南秦岭地区发现的与碱性岩浆岩有关的铌钽矿床中品位最高者，但厚度较小，仅数米而已。

2 岩相学特征

区内岩石普遍遭受浅变质作用，本次研究的样品采自区内相对新鲜的粗面岩露头，主要岩性为粗面岩、粗面斑岩。

(1)粗面岩。新鲜面为暗灰色，风化面为灰黄色，少斑结构(图2-a)，块状构造。斑晶为变余透长石(约2%)，半自形—自形板状，粒度为0.25～1.6 mm，部分斑晶现已转变为低温长石和微斜长石，斑晶聚集在一起形成聚斑结构。基质为变余微晶结构(图2-b)，由变余透长石、斜长石和蚀变矿物绢云母、风化矿物褐铁矿等组成。变余透长石、斜长石(约60%)，呈不规则板状、粒状，粒度多<0.05 mm，既有钾长石也有斜长石，因粒度太细，二者各自的含量难以估计准确，总体上显示以钾长石为主；绢云母(约33%)，呈显微鳞片状，粒度多<0.05 mm，部分绢云母分布略具定向性，但总体上定向性不强烈，绢云母主要是斜长石的蚀变产物；褐铁矿(约5%)，呈粉尘状、微细团块状、斑块状，褐红色、褐黑色，粉尘状者为粉尘状绿帘石的风化产物，微细团块、斑块状者粒度达0.1 mm，部分为磁铁矿的风化产物。

(2)粗面斑岩。新鲜面呈灰色，风化面呈灰黄色，斑状结构(图2-c)，流纹状构造。斑晶为变余透长石(约5%)，呈自形板状—板条状，粒度2～4 mm，现已转变为低温微斜长石，轻度泥状高岭石化。基质为变余多玻微晶结构(图2-d)，由变余透长石、斜长石和蚀变矿物绢云母、黝帘石、绿帘石、风化矿物褐铁矿等组成。变余透长石、斜长石(约30%)，多为不规则粒状，少为不规则板状，粒度多<0.05 mm，因粒度细，两种长石的各自含量难以准确估计，总体上透长石居多，长石集合体呈不规则长透镜体状、短条带状分布于绢云母集合体中；绢云母(约55%)，呈显微鳞片状，粒度多<0.03 mm，可能为原岩火山玻璃和斜长石微晶的蚀变产物；黝帘石、绿帘石(约5%)，呈泥状、微粒状，集合体成不规则微细团块状，不均匀分布，微细团块集合体相对集中成不明显的条带状分布于绢云母集合体中；褐铁矿(5%)，呈泥状、微粒状，少数者为磁铁矿的风化产物，多数者为泥状绿帘石团块的风化产物，部分呈不规则条带状。变余透长石斑晶、微晶长石集合体呈长透镜体状、短条带状，黝帘石、绿帘石及褐铁矿条带分布具定向性，显示变余流纹构造。

岩石主要呈块状构造，边部片理化(图2-e、2-f)，未见明显相带，蚀变矿物主要为次生风化及退变质作用产物，未见明显热液蚀变现象。

图2 南沟寨铌钽矿粗面岩显微特征及野外特征

3 样品采集与测试

本次研究采取南沟寨铌钽矿新鲜粗面岩矿石样品一件(TTC1)，采样位置坐标E：109°58′24″，N：32°30′21″，采用锆石U-Pb测年法测试，样品重约5 kg，样品粉碎后经常规重力和电磁分选，在双目镜下挑选锆石晶体，选择晶形较好的锆石制靶测年。在进行锆石U-Pb同位素分析前，首先对锆石进行透射光和反射光显微照相以及阴极发光图像分析，观察锆石结构，选取合适的测试点位。锆石U-Pb同位素分析在湖北省地质实验测试中心激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)上完成，激光剥蚀斑束直径为32 μm，剥蚀深度为20～40 μm，采用标准锆石91500校正，仪器参数和分析流程见参考文献[10]，数据结构用Isoplot软件处理完成[11]。

4 锆石U-Pb年龄

本次测试共获得21个数据，大部分锆石具有较清晰的震荡环带(图3)。21个分析点中有20个分析点锆石Th、U质量分数分别为(73.38～1 818.28)×10-6和(83.08～1 130.97)×10-6，Th/U值>0.1(0.29～21.89)，属典型岩浆锆石[12]。锆石U-Pb测年结果见表1和图4。20个分析点锆石谐和度都≥95%，206Th/238U年龄范围在426～463 Ma，在年龄谐和图上比较集中，这20个分析点的加权平均年龄为(446.4±4.4)Ma(MSWD=0.62)(图4)，该年龄代表了研究区粗面岩的主体结晶年龄。

图4 南沟寨铌钽矿区粗面岩锆石U-Pb谐和图

表1 南沟寨铌钽矿区粗面岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果

5 讨论

前人对南秦岭两竹地区及陕西紫阳—岚皋地区碱性岩浆岩做了大量的年代学研究，对该套碱性岩浆岩的侵位时代取得了较为一致的认识，庙垭铌稀土矿杂岩体中正长岩和碳酸岩的锆石U-Pb年龄分别为(445.2±2.6)Ma和(434.3±3.2)Ma[7]，Th-Pb年龄分别为(442.6±4.0)Ma和(426.5±8.0)Ma，磷灰石U-Pb年龄为(443.0±11.0)Ma[8]；杀熊洞铌稀土矿杂岩体锆石U-Pb年龄为(441.8±2.2)Ma[1]；天宝铌矿粗面岩锆石U-Pb年龄为(430.6±2.6)Ma[4]；土地岭铌钽矿粗面岩锆石U-Pb年龄为(441.6±4.0)Ma，粗面质凝灰熔岩锆石U-Pb年龄为(441.7±3.7)Ma，粗面质岩屑晶屑凝灰岩锆石U-Pb年龄为(443.2±4.5)Ma[6]；岚皋地区粗面岩锆石U-Pb年龄为432 Ma[13]；紫阳地区正长斑岩岩墙群锆石U-Pb年龄为(432±5.8)Ma[14]。前人研究结果表明南秦岭竹山地区碱性岩浆活动侵位峰期在430～450 Ma；本次研究结果显示南沟寨铌钽矿床粗面岩锆石U-Pb年龄为(446.4±4.4)Ma，其成岩时代为早志留世，与前人获得的南秦岭两竹地区的碱性岩浆岩年龄基本一致，与庙垭、杀熊洞正长岩—碳酸岩杂岩体，天宝、土地岭粗面质火山岩为同一次构造岩浆事件产物。研究表明庙垭、杀熊洞正长岩—碳酸岩杂岩体，天宝、土地岭粗面质火山岩地球化学特征相似，具有岩石全碱含量高，富集高场强及大离子亲石元素，相对亏损Sr、Ti、P等特点，在岩石成因上具有同源性[6]；南沟寨铌钽矿粗面岩与上述碱性岩地质特征相似，在时空关系上亦存在紧密联系，南沟寨铌钽矿粗面岩与上述系列岩石可能为同一岩浆源演化的不同产物。

庙垭正长岩普遍遭受后期方解石脉穿插交代，后期热液蚀变现象明显。应元灿[8]在庙垭正长岩中发现典型的后期热液成因独居石，其Th-Pb年龄为(240±4.8)Ma，分散在碳酸岩中的铌铁矿年龄为230 Ma，认为庙垭铌稀土矿床在三叠纪经历了一期热液叠加成矿作用。南沟寨铌钽矿与天宝、土地岭等铌钽矿床具类似的地质特征，全岩矿化，含矿性稳定。前人对天宝、土地岭等矿床的研究未发现明显后期热液蚀变现象，亦未获得三叠纪成矿的年代学证据[4-6]。南沟寨铌钽矿床粗面岩主体呈块状构造，边部见有挤压片理化现象，未见后期热液活动迹象，岩相学研究也未发现热液蚀变矿物，表明三叠纪的构造热液活动对产于溢流—喷发相中铌钽矿影响甚微，此类矿床成岩过程可能即为成矿过程。

6 结论

南沟寨铌钽矿粗面岩锆石U-Pb年龄为(446.4±4.4)Ma，代表了该区粗面岩的主体结晶年龄，亦代表了该矿床的主体成矿时代，为早志留世，与庙垭、杀熊洞正长岩—碳酸岩，天宝铌矿、土地岭铌钽矿粗面质火山岩等可能为同源演化产物。