陈　炜, 周文平, 陈开旭, 刘明文, 王　彤, 周仁君, 方　明, 贺慧艳, 李随云

(1.中国地质大学 地球科学学院,湖北 武汉　430074; 2.湖北省地质局 第六地质大队,湖北 孝感　432000; 3.中国地质调查局 武汉地质调查中心,湖北 武汉　430074)

0　引言

白鸭山钼矿床位于大别山南麓湖北省麻城市白鸭山,为2012年进行饰面花岗岩勘查时发现产于酸性花岗岩体中的钼矿床，经初步勘查评价找矿前景较好。辉钼矿主要以星点状浸染状分布于灰白色或浅肉红色二长花岗岩中。本次工作利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对辉钼矿样品进行Re-Os同位素年龄测定研究,以精确厘定成矿时代,揭示成矿物质来源,探讨成矿过程,为在湖北省境内进一步实现钼矿床找矿突破提供新依据。

1　成矿地质背景及矿床地质特征

1.1　成矿地质背景

研究区位于桐柏—浠水断裂与团麻断裂所交汇的北东部(见图1-a),属桐柏—大别中间隆起带,本区经受多次构造活动,不同方向、不同级别、不同性质的断裂构造广泛发育,以桐柏—磨子潭断裂②为界。北侧为北淮阳构造带,南侧为桐柏—大别变质杂岩隆起带,表现为北西向与北东向断裂形成网格状构造系统,北西向断裂主要有桐柏—磨子潭断裂、新城—黄陂断裂、襄樊—广济断裂,北东向断裂主要有大悟断裂、商城—麻城断裂、郯—庐断裂。

区内出露大别期变质表壳岩系、中元古代红安岩群、新元古代武当山岩群、白垩系—第三系等。其间岩浆岩分布广泛,岩浆侵入活动主要以燕山期最为强烈。岩石类型多样,从超基性、基性到中性、酸性均有出露,超基性、基性岩体受断裂控制明显,燕山期酸性岩体规模大,平面上呈圆形或不规则状,受北东向、北西向两组断裂带联合控制,岩体多为酸性富碱的花岗斑岩、花岗岩、似斑状花岗岩、花岗闪长斑岩等。目前大别山北麓与钼矿有关的岩体有:肖畈岩体、母山岩体、大银尖岩体、汤家坪岩体、秋树湾岩体等;大别山南麓与钼矿有关的有白鸭山岩体、大同岩体、乱泥滩岩体、梅川岩体等。

其中白鸭山岩体面积较小,约28 km2。据1∶5万麻城县幅、白果镇幅区调[1]资料,本区燕山期岩浆以酸性侵入活动为主,基性火山岩喷发次之,并伴随大量脉岩活动,与酸性岩有关的矿化有钨、铷、铌、钽等。白鸭山岩体根据其矿物组合特征可划分为三种岩性，按生成先后顺序依次为细粒黑云二长花岗岩→中细粒黑云二长花岗岩→斑状黑云二长花岗岩。另外,在岩体中还发育较小的基性辉长岩脉和花岗岩伟岩脉。其中与钼矿有关的为中细粒黑云二长花岗岩,岩石呈灰白色、浅肉红色,具中细粒花岗岩结构、块状构造,岩石主要矿物为斜长石、钾长石、石英、黑云母，另有少量磷灰石、锆石、褐帘石、钼矿、黄铜矿、黄铁矿、磁铁矿。

1.2　矿床地质特征

1.2.1含矿岩体特征

白鸭山钼矿主要赋存于白鸭山花岗岩体，共划分3个期次(图1-b),第一期次为细粒黑云二长花岗岩,第二期次为中细粒黑云二长花岗岩,第三期次为斑状黑云二长花岗岩。辉钼矿主要赋存在第二期岩石之中,属于酸性岩体中的隐伏斑岩型钼矿床。

图1　研究区区域构造单元简图(a)及白鸭山岩体地质简图(b)Fig.1　Diagram of regional tectonic unit in study area and generalized geologic map of Baiyashan rock mass1.第四系;2.白垩纪—第三纪;3.大别山变质杂岩;4.细粒黑云二长花岗岩;5.中细粒黑云二长花岗岩;6.斑状中细粒黑云二长花岗岩;7.钼矿体;8.断层破碎带;9.韧性剪切带;10.钾化带;11.MTW3样品采集点及编号;①.栾川—合肥断裂;②.桐柏—磨子潭断裂;③.桐柏—浠水断裂;④.新城—黄陂断裂;⑤.襄樊—广济断裂;⑥.澴水断裂;⑦.团麻断裂;⑧.郯庐断裂。

1.2.2矿区构造

矿区以北北东麻城—商城断裂及北东向大坳岗断裂为主,其中规模最大的为白鸭山以西的团风—麻城断裂,该断裂为一条北北东向区域性断裂,北起豫鄂边境松子关,向南经麻城、团风、咸宁、通山后进入湖南省。为环太平洋构造陆内裂谷系断裂,控制麻城—新洲断陷盆地及白鸭山花岗岩体及钼矿床的形成,其中钼矿主要赋存于白鸭山岩体中细粒黑云二长花岗岩中，部分呈薄膜状产于北东向断裂或节理裂隙面。

1.2.3矿体地质特征

矿区内共圈定3个钼矿体和4个钼矿化体,其中最大矿体主要分布于白鸭山山顶及其周围300～400 m范围内,出露标高为220～700 m,呈条带状展布,总体走向为100°～116°,宽度为1～44 m,有两个深采坑(CK1、CK2)工程控制,控制长度为370 m(见图1-b),钼矿体分布于灰白、浅肉红色中细粒二长花岗岩石中,钼矿体围岩为灰白色中细粒黑云二长花岗岩，钼矿体宽>44 m,长>370 m,矿体呈似层状、透镜体状、树枝状,矿石具上贫下富特征,富矿往往赋存于浅肉红色二长花岗岩与灰白色二长花岗岩接触带附近及两侧花岗岩节理、裂隙、石英脉与伟晶脉中。辉钼矿大多成细如针尖、芝麻点及黄豆等不同大小的片状集合体分布(见照片1-照片4),辉钼矿呈浸染状、斑点状、薄膜状、细脉状等主要分布于花岗岩中,伴生少量铜矿化和黄铁矿化。

照片1　辉钼矿化中细粒黑云二长花岗岩Photo 1　Medium-fine grained biotite adamellite of molybdenite

照片2　辉钼矿化中细粒黑云二长花岗岩Photo 2　Medium-fine grained biotite adamellite of molybdenite

照片3　灰白色钼矿化黑云二长花岗岩Photo 3　Offwhite biotite adamellite of molybdenum mineralization

照片4　浅肉红色钼矿化黑云二长花岗岩Photo 4　Pale redbiotite adamellite of molybdenum mineralization

矿石结构主要有自形片状、半自形—形片状、星点状、稀疏浸染状、粒状结构。矿石构造有薄膜状、团块状、稠密浸染状、稀疏浸染状、细脉状构造。辉钼矿呈聚晶体、集合体、团块状、细芝麻点状,大小不等,从矿体到围岩,辉钼矿从分布均匀到分布不均匀。矿石自然类型有:浸染状型、石英脉型、裂隙面型,以浸染状为主要矿石类型;节理裂隙中充填的薄膜状辉钼矿或石英脉型辉钼矿及伟晶岩脉型辉钼矿,一般钼矿含量较高，但规模较小;灰白色、浅肉红色二长花岗岩辉钼矿,矿石品位最富,是最主要的矿石类型。在矿体边部,含辉钼矿石英细脉通常宽2～5 mm,最宽可达3～6 cm,辉钼矿多沿石英脉壁分布,有些也呈不连续细条带状或浸染状分布,为典型的斑岩型矿床的矿化特征[2-3]。矿石中金属矿物主要有辉钼矿、黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿、褐铁矿等,脉石矿物有石英、钾长石、斜长石、黑云母、白云母、绿帘石、绿石泥、方解石、绢云母、萤石、高岭土等。

成矿围岩蚀变主要有钾长石化、硅化、绢云母化、黄铁矿化、绿泥石化、高岭石化、萤石化、方解石化等。矿区围岩蚀变类型有硅化、钾化、绿泥石化、萤石化。随硅化、钾化增强,钼矿化逐渐增强,而暗色矿物相对减少,硅化在区内较普遍,钾化成带分布,绿泥石化和萤石化主要出现在浅表,在白鸭山山顶见少量紫红色萤石化。

根据矿脉穿插关系和矿物共生组合特点,将成矿过程划分热液期和表生期。热液期可划分为4个成矿阶段:①辉钼矿—钾长石化阶段,主要形成钾长石、黄铁矿、少量黄铜矿,形成浅肉红色钾化二长花岗岩辉钼矿石;②石英—黄铁矿—辉钼矿化阶段,是成矿的主要阶段,主要有石英、黑云母、辉钼矿、黄铁矿等;辉钼矿呈星点状形成灰白色硅化二长花岗岩辉钼矿石;③岩浆结晶晚期的伟晶岩脉阶段,主要有黄铁矿、辉钼矿呈点状、浸染状等;④岩浆结晶晚期的石英脉阶段,本阶段矿化较弱,辉钼矿呈点状分布于石英脉中,形成石英脉辉钼矿石或细脉矿石辉钼矿石。

表生期分为2个阶段：①沸石—硫酸盐阶段，主要矿物有方解石、萤石、绢云母、石英及少量黄铁矿;②次生孔雀石—褐铁矿化阶段，主要有褐铁矿、孔雀石、钼华。

2　辉钼矿样品采样及分析方法

2.1　样品采样

样品采自白鸭山钼矿床,坐标点为115°05′12″、31°05′20″;4件辉钼矿样品(MTW1、MTW2、MTW3、MTW4)采自白鸭山钼矿床不同位置,辉钼矿多呈鳞片状集合体产出,样品位置见图1-b。其中MTW1和MTW2采自浅肉红色钼矿化黑云二长花岗岩,MTW4采自灰白色钼矿化黑云二长花岗岩,MTW3采自灰白色钼矿化石英脉。采样重点考虑样品的代表性。将采集的矿石样品经镜下鉴定并确认样品名称,在显微镜下手工挑选出辉钼矿单矿物,测试的辉钼矿样品纯度>99%,晶体新鲜,无氧化、无污染。

2.2　分析方法

样品辉钼矿Re-Os同位素测试在中国科学院广州地球化学研究所进行,采用同位素稀释ICP-MS质谱法测定;Re-Os化学分离步骤和质谱测定主要包括分解样品、蒸馏分离Re、萃取分离Os、质谱测定四个步骤,详细流程参见有关文献[4-7]。

本次实验采用国家标准物质GBW04436(JDC)为标样,保证监控化学流程和分析数据的可靠性。辉钼矿Re-Os定年实验中Re、Os含量的不确定度包括样品和稀释剂的称量误差、稀释剂的标定误差、质谱测量的分馏校正误差、分析样品同位素比值测量误差,置信水平95%。模式年龄的不确定度还包括衰变常数的不确定度(1.02%),置信水平95%。

2.3　测试结果

4件辉钼矿样品Re-Os同位素测试结果见表1。给出的4件模式年龄介于(109.3±0.6)～(110.00±1.0)Ma之间,加权平均值为(109.8±0.8)Ma(MSWD=0.8)。采用187Re衰变常数值λ=1.666×10-11/a[8]利用ISOPLOT软件[9]将4件数据回归成一条直线,求得等时线年龄为(110.7±2.8)Ma(MSWD=1.04)图2)。本次对矿石中辉钼矿进行直接定年,代表白鸭山钼矿床的形成时代。表1中Re-Os同位素测定结果表明:不同位置的辉钼矿样品Re-Os年龄大致相同,4件辉钼矿Re-Os同位素数据的等时线年龄(图2)MSWD值较小,说明等时线年龄可靠。187Os初始值为-0.09±0.26×10-9,接近于0,表明辉钼矿形成时几乎不含187Os,辉钼矿中的187OS是由187Re衰变形成,符合Re-Os同位素体系模式年龄计算条件。而且模式年龄的加权平均值(109.8±0.8)Ma和等时线年龄为(110.7±2.8)Ma吻合较好,说明所获等时线年龄代表辉钼矿的结晶时间。

表1　白鸭山钼矿床中辉钼矿Re-Os同位素测定结果Table 1　Re-Os isotopic analyese of molybdenite separates from the Baiyashan molybdenum deposit

注：中国科学院广州地球化学研究所,分析者:孙亚莉,孙胜玲。

图2　白鸭山钼矿床中辉钼矿Re-Os同位素等时线图Fig.2　Re-Os isochron of molybdenum in the Baiyashan molybdenum deposit

3　讨论

3.1　成矿时代

Chen L,Ma C Q,She Z B et al．2009[10]认为白鸭山岩体岩石为铝质A型花岗岩,锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为120 Ma,Sr/Y比值为2.3,代表白鸭山岩体早期侵入岩的年龄。而白鸭山岩体中辉长岩脉Chen L,Ma C Q,Zhang J Y et al．2010[11]锆石SHRIMP U-Pb年龄为110 Ma,Sr-Nd同位素显示亏损地幔的特点。并且综合中国东部基性岩研究成果,认为该基性岩浆可能代表中国东部地幔属性从富集地幔向亏损地幔的转变。本次测定的白鸭山钼矿床成矿时代为(110.7±2.8) Ma,与白鸭山岩体(120.4±1.2)Ma相差约10 Ma,推测白鸭山钼矿床与其晚期岩浆侵入有关,属早白垩世晚期构造—岩浆作用及相关流体活动的产物。

3.2　成矿动力学背景探讨

毛景文等(2003)[12]认为:在华北克拉通及其邻区(包括长江中下游地区),中生代金属矿大规模的成矿作用出现在200～160 Ma、140 Ma左右及130～110 Ma三个时期,它们对应的地球动力学背景分别为碰撞造山过程、构造体制大转换和岩石圈大规模拆沉作用。大别山北麓钼矿成矿年龄大约在(112.1±2.4)Ma～(113.1±7.9)Ma之间,而本次大别山南麓白鸭山钼矿床形成年龄为(110.7±2.8)Ma;相当于第三成矿期,与燕山晚期大别造山带在伸展机制下岩石圈减薄,深部岩浆底劈侵位密切相关。

任纪舜(1991)[13]认为在早白垩世,受太平洋构造域的影响,中国中东部从印支期以近EW向构造为主,NNE至近SN向构造为次,进入以NNE近SN向构造为主,近EW向构造为次的区域构造—动力体制大转换。

大别山南缘麻城、团风、蕲春一带发育一系列断陷盆地,是造山带边缘断裂走滑的结果,代表挤压阶段末期,造山带区域应力场即将处于伸展环境,导致大别山地壳开始减薄,地壳增温,激发了主造山期后的深源岩浆活动,NNE或近SN与北西向深大断裂构造大别山区格子状构造系统。北西的团风—麻城—商城断裂深切至下地壳。

熊继浩、马昌前等[14]从岩体中暗色包体微粒研究认为,白鸭山岩体来源于上富集岩石圈地幔,主岩体的物质来源为大别山杂岩,与岩石圈伸展减薄有关,岩石圈伸展导致富集地幔上涌,底侵并诱发古老下地壳熔融,同时发生岩浆混合作用。

据李石等1991年[15]对该岩体进行分析,其(Sr87/Sr86)初始值为0.712 4,>0.710分界值,表明岩体源岩来源于地壳。

白鸭山岩体中石英氢氧稳定同位素结果为δ18O=+8.9‰～+10‰,δD=-65‰～-103‰,接近于原生水及岩浆水,属钨锡系列原始岩浆水范围,岩体中辉钼矿的稳定硫同位素δ34S为5.32‰～6.97‰,为壳源重熔型花岗岩范围。

4　结论

(1) 首次对白鸭山钼矿床中辉钼矿样进行了Re-Os同位素分析,所获等时线年龄为(110.7±2.8)Ma,代表流体成矿时间,属于早白垩纪晚期构造—岩浆作用及相关流体活动的产物,与大别山汤家坪钼矿床形成时间较接近,晚于东秦岭钼矿带,为建立大别山南缘钼多金属成矿时—空演化提供重要的年代学信息,对指导大别山南缘钼矿找矿有着重要的参考意义。

(2) 结合已有年代学数据,认为白鸭山钼矿床形成与燕山晚期伸展机制下岩石圈减薄,中国中东部区域构造动力体制由近EW向转换为近SN或NNE向构造为主的地球动力学背景相对应。岩体中氢氧硫稳定同位素及(Sr87/Sr86)初始值为0.712 4等特征表明岩体源岩来源于地壳,同时有地幔物质的参与。

致谢:本文得到中国地质大学李艳青硕士的帮助,Re-Os同位素实验得到中国科学院广州地球化学研究所孙亚莉、孙胜玲等人员的帮助和大力支持,谨表衷心地感谢！

参考文献：

[1]1∶5万麻城县幅、白果镇幅区域地质调查报告[R].武汉：湖北省区域地质调查所，1991.

[2]White W H.,Bookstrom AA,Kamilli R J,Ganster M W,Smith R P,Ranta D E,Steininger R C.Charater and origin of Climax-type molybdenum deposites[J].Econ,1981，73(5):891-903.

[3]Westra G,Keith S B.Classification and genesis of stockwork molybdenum deposit[J].Econ.Geol,1981，76(4):864-873.

[4]Shirey SB,Walker RJ.Carius tube digestion for low-blank rhenium-osmium analysis[J].Anal.Chem,1995，67(6):2136-2141．

[5]杜安道,赵敦敏,王淑贤.Carius 管溶样和负离子热表面电离质谱准确测定辉钼矿铼—锇同位素地质年龄[J].岩矿测试,2001,20(4):247-252．

[6]屈安俊,杜安道.高温密闭溶样电感耦合等离子体质谱准确测定辉钼矿铼—锇同位素地质年龄[J].地质学报,2003,68(4):339-347.

[7]杜安道,屈文俊,李超,等.铼—锇同位素定年方法及分析测试技术的进展[J].岩矿测试,2009,28(3):288-304.

[8]Smoliar MI,Walker RJ and Morgan JW.Re -Os ages of group IIA,IIIA,IVB iron meleortes[J].Science,1996,271:1099-1102.

[9]Ludwig,K.R.Isoplot/Ex version 3.00:A geochronological toolkit for Microsoft Excel[M].Berkeley:Geochronology Center,Special Publication,2001(4):71.

[10]Chen L,Ma C Q,She Z B et al.Petrogenesis and tectonic implications of A-type granites in the Dabie orogenic belt China:geochronological and geochemical constraints[J].Geological Magazine,2009,146(5):638-655.

[11]Chen L,Ma C Q,Zhang J Y et al.Mafic dykes derived from Early Cretaceous depleted mantle beneath the Dabie orogenic belt:implications for changing lithosphere mantle beneath Eastern China[J].Geological Journal,2010,10.1002/gj.1273.

[12]毛景文,张作衡,余金杰,等.华北及邻区中生代大规模成矿的地球动力学背景:从金属矿床年龄精测得到启示[J].中国科学:D辑,2003，33(4)：289-310.

[13]任纪舜.论中国大陆岩石圈构造的基本特征[J].中国区域地质,1991(4):289-293.

[14]熊富浩,马昌前,陈玲,等.大别山造山带白鸭山A型花岗岩中镁铁质微粒包体成因及其地质意义[J],矿物岩石,2010,30(1):31-40.

[15]李石,王彤.桐柏山—大别山花岗岩类地球化学[M].武汉:中国地质大学出版社,1991:208.