錫坑逕礦田巖體成巖成礦年代學與地球化學及地質意義

陳 偉, 彭琳琳, 盧國安, 曾德華

(1．江西省地質局 贛南地質調查大隊，贛州 341000；2．江西省地質局 九○二地質大隊，新余 338000)

0 引言

錫坑逕礦田位于江西省會昌縣清溪鄉(xiāng)，距縣城以西約40 km處，面積約42 km2，是武夷山西坡最大錫礦田，三五八錫礦找礦突破備受關注。礦田內錫礦成礦最大特點是圍繞密坑山復式巖體內外接觸帶發(fā)育巖背、淘錫壩、苦竹崠、鳳凰崠等一大批中大型錫礦床，時空和成因聯(lián)系上與密坑山巖體密切相關。前人對礦田基礎地質、典型錫礦床地質特征及成礦規(guī)律做了詳細地描述[1]，還有部分學者對巖背斑巖型錫礦床成礦流體性質及成礦物質來源[2-3]進行判定，但均未將礦田密坑山巖體與周圍分布錫礦床作為有機整體開展成巖成礦時空和成因聯(lián)系研究，在一定程度上制約了礦田內錫礦找礦工作的深入開展。因此，筆者對礦田內不同巖相開展巖石地球化學和精細的年代學研究，以成巖成礦時代為主線，以主控礦因素為依據(jù)，建立錫坑逕礦田錫礦成礦模式，為礦田內下一步錫礦模式找礦提供借鑒。

1 礦田地質

錫坑逕礦田大地構造位于武夷北北東向褶皺帶中西部、東南沿海燕山期火山活動帶西緣與南嶺東西向鎢錫成礦帶交匯部位[4]。區(qū)內出露與錫礦化相關的地層為白堊系雞籠嶂組酸性火山巖，火山-次火山構造發(fā)育和巖漿巖多期次活動，錫礦床(點)多圍繞密坑山復式巖體內外接觸帶1 000 m范圍內密集分布(圖1)。

圖1 錫坑逕礦田地質礦產(chǎn)簡圖(含采樣位置)Fig.1 Geological and mineral sketch of Xikengjing ore field (including the sampling locations)

1.1 地層

錫坑逕礦田出露地層，主要為白堊系下統(tǒng)雞籠嶂組酸性火山巖和白堊系上統(tǒng)河口組砂礫巖地區(qū)。

白堊系下統(tǒng)雞籠嶂組：分布于錫坑逕礦田大部分地區(qū)，為一套流紋質火山碎屑-火山熔巖組合，是礦田內錫礦體賦礦圍巖?？蓜澐譃槲鍌€巖性段，從下至上具英安巖→火山角礫巖、含集塊火山角礫巖→角礫熔結凝灰?guī)r、流紋質晶屑凝灰熔巖→沉凝灰?guī)r、流紋巖多旋回火山噴發(fā)韻律特征和巖性組合特征。

白堊系上統(tǒng)河口組：出露于錫坑逕礦田北東角，為紅盆砂礫巖沉積，主要巖性有粗砂巖、細砂巖、含礫粉砂巖、粉砂巖、砂礫巖、礫巖等。與下覆雞籠嶂組火山巖呈斷層接觸。

1.2 構造

區(qū)內以火山-次火山構造最為發(fā)育，包括被密坑山巖體侵入，產(chǎn)狀整體內傾，地貌上略呈鍋狀洼地的密坑山破火山口以及圍繞破火山口呈北東展布的黃竹壩、瓦子坪、曲水坑、增坑、巖背等次級火山隱爆構造和圍繞破火山口發(fā)育的環(huán)狀及北北東-北東向、北西向放射性斷裂構造。不同類型、級次及序次的構造交匯控制礦田內花崗巖體、次火山巖、隱爆角礫巖筒、斷裂和裂隙帶分布，進而控制錫礦(化)體展布與定位。

1.3 巖漿巖

區(qū)內巖漿巖發(fā)育，與錫礦成礦有關的巖漿漿為多期次侵入的密坑山復式巖體和巖背巖體。密坑山復式巖體至少存在4期巖漿活動，對應巖性為多斑巨粗斑細粒黑云母鉀長花崗巖、斑狀巨粗斑細粒黑云母花崗巖、少斑中粗斑細粒黑云母花崗巖和(含斑)細粒黑云母花崗巖，相互之間表現(xiàn)為涌動侵入接觸。其中密坑山巖體主體斑狀粗斑細粒黑云母花崗巖為淘錫壩、鳳凰崠、苦竹崠錫礦成礦母巖。巖背巖體為一小巖株花崗斑巖體，局部以相變關系與密坑山巖體組成一體，為巖背錫礦成礦母巖。此外，礦田內還發(fā)育呈脈狀充填于各個方向斷裂中的閃長玢巖脈，切穿各類巖漿巖和錫礦(化)體(表1)。

表1 錫坑逕礦田巖體類型和期次表

1.4 礦產(chǎn)

區(qū)內錫礦床(點)圍繞密坑山巖體內外接觸帶1 000 m范圍內密集分布，包括巖背超大型錫礦床、淘錫壩大型錫礦床、苦竹崠和鳳凰崠中型錫礦床以及老鼠坑、榮荊壩、上灣和礦背等錫礦點，成礦與區(qū)內次火山巖侵入和隱爆作用有關。礦產(chǎn)以錫為主，伴生銅、銀等，礦化類型有巖背式斑巖型錫礦、淘錫壩式隱爆層間裂隙帶型錫礦、苦竹崠式云英巖型錫礦和鳳凰崠式破碎帶蝕變巖型錫礦。

2 樣品采集及分析

2.1 樣品采集

密坑山巖體采集新鮮花崗巖樣品4個；巖背錫礦床采坑采集新鮮花崗巖樣品2個；錫礦石樣品1個。樣品號、采樣地點、坐標和樣品巖性見表2、圖1。

表2 錫坑逕礦田樣品采集登記一覽表

選取花崗巖樣品D085、D083、D356、D127、D352和D351進行全巖主量、微量測試分析；D085、D083、D356和D352、D351進行LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年，錫礦石樣品TW1進行LA-ICP-MS錫石U-Pb同位素測年。

2.2 分析測試方法

2.2.1 主、微量元素測試

主量元素樣品處理流程：烘干的樣品與Li2B4O7+LiBO2+LiBr混合助熔劑混合后，倒入XRF專用鉑金坩堝中，置于熔樣爐中1 100℃熔融制成玻璃片，然后用帕納科Axios Max XRF分析。微量元素樣品處理流程：稱取40 mg全巖粉末置于聚四氟乙烯溶樣彈中，加入0.5 ml濃硝酸與1.0 ml氫氟酸，溶樣彈經(jīng)鋼套密封后放入烘箱在195℃烘箱內加熱72 h，以確保樣品被徹底消解。消解液加入Rh作為內標，被稀釋后(相對于固體樣品，稀釋因子2 000倍)，以霧化形式送入Agilent7700x ICP-MS測定微量元素。采用美國國家標準技術研究院合成的人工玻璃NIST 610和NIST612硅酸鹽玻璃作為外標校正，分析誤差優(yōu)于10%。

2.2.2 鋯石、錫石U-Pb同位素測試

鋯石U-Pb同位素測試：儀器為Agilent 7700x型ICP-MS和ASI RESOnetics S-155 193nm準分子激光剝蝕系統(tǒng)聯(lián)機。采用He氣作為載氣將剝蝕出的氣溶膠傳輸?shù)降入x子體內電離。激光束斑大小為33 um，剝蝕頻率為6 Hz，激光輸出能量為100 mJ，能量密度為8 J/cm2。分析時背景時間為15 s，樣品分析時間為40 s。測試過程中采用91500作為標準，GJ-1，Ple?ovice作為質控樣品。鋯石、錫石年齡協(xié)和圖采用Isoplot4.0進行處理[10]。

3 巖石地球化學特征

3.1 全巖主量元素

由表3可知：錫坑逕礦田各期次巖漿巖具高硅、高鉀，相對低鈉和貧CaO、MgO、P2O5特征。巖石富鋁，鋁飽和指數(shù)A/CNK介于1.50～2.0為過鋁質高鉀鈣堿性系列(圖2、圖3)。閃長玢巖具低硅、鉀，高鎂、鈣、鐵、鈦、錳、磷和LOI指示巖石具較強碳酸鹽化和綠泥石化蝕變。

表3 錫坑逕巖漿巖巖石化學成分含量表/%

圖2 錫坑逕巖漿巖ANK-ACNK判別圖Fig.2 ANK-ACNK discriminant diagram of Xikengjing magmatic rocks

圖3 錫坑逕巖漿巖SiO2-K2O圖解Fig.3 SiO2-K2O diagram of Xikengjing magmatic rocks

3.2 全巖微量元素

由表4可知：

表4 錫坑逕巖漿巖微量、稀土元素含量及特征參數(shù)表(×10-6)

1)錫坑逕礦田各期次巖漿巖微量元素具Ba、K、Sr、P、Ti虧損，高場強元素Th、U、Nd、Hf等的富集(圖4)。Ti的虧損表明巖漿經(jīng)歷了鈦鐵礦的分離結晶作用，P的虧損說明有磷灰石的分離結晶，Ba、Sr虧損表明可能存在長石的分離結晶。成礦元素Sn含量除花崗斑巖(40×10-6)外均較低，微量元素Nb/Ta比值除多斑巨粗斑細粒黑云母鉀長花崗巖，其他高于地殼平均值[2](10.91×10-6)，Th/U比值高于地殼平均值(3.8×10-6)[5]，反映密坑山花崗巖以殼源為主，可能存在幔源物質混入。

圖4 錫坑逕巖漿巖原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖[11]Fig.4 The primitive mantle normalized spider diagram of Xikengjing magmatic rocks

2)多斑巨粗斑細粒黑云母鉀長花崗巖→斑狀粗斑細粒黑云母花崗巖→少斑中粗斑細粒黑云母花崗巖→花崗斑巖稀土總量∑REE、LREE/HREE、(La/Yb)N、δEu均具增高趨勢、指示巖漿巖結晶分異程度越來越高。稀土球粒隕石標準化配分模式表現(xiàn)為Eu負異常、輕稀土富集右傾“海鷗”式(圖5)，Eu負異常指示其源區(qū)存在斜長石的殘留或者巖漿分異過程中發(fā)生過斜長石的分離結晶。

圖5 錫坑逕巖漿巖球粒隕石標準化稀土元素蛛網(wǎng)圖[11]Fig.5 The chondrite-normalized REE spider diagram of Xikengjing magmatic rocks

4 成巖成礦年代學

4.1 成巖年代學

在野外調研和室內巖相學觀察基礎上，對錫坑逕礦田密坑山各期次巖體、巖背花崗斑巖閃長玢巖、密坑山破火山火山碎屑巖晶屑凝灰?guī)r,開展LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年獲得密坑山巖體U-Pb同位素年齡為136.10±1.60 Ma～138.6±1.90 Ma、花崗斑巖為136.80±1.20 Ma、晶屑凝灰?guī)r為139.62±0.96Ma、閃長玢巖為109.90±1.10Ma(圖6)。根據(jù)巖石學、礦物學和鋯石U-Pb年代學，結合地質體間相互穿切關系可將錫坑逕礦田火山-巖漿活動由早到晚依次劃分為：火山碎屑巖→多斑巨粗斑細粒黑云母鉀長花崗巖→斑狀巨粗斑細粒黑云母花崗巖→少斑中粗斑細粒黑云母花崗巖→(含斑)細粒黑云母花崗巖→花崗斑巖→閃長玢巖。

圖6 錫坑逕火成巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.6 LA-ICP-MS zircon U-Pb age harmonic diagram of Xikengjing igneous rocks(a)多斑巨粗斑細粒黑云母鉀長花崗巖;(b)斑狀粗斑細粒黑云母花崗巖; (c)少斑中粗斑細粒黑云母花崗巖;(d)花崗斑巖;(e)閃長玢巖;(f)晶屑凝灰?guī)r

4.2 成礦年代學

選取錫坑逕礦田巖背斑巖型錫礦床Ⅰ號礦體主成礦階段的錫石開展LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年獲得巖背錫礦床成礦年齡為128.16±0.87 Ma(圖7)，與巖背花崗斑巖成巖年齡136.3±0.88 Ma相差在10 Ma內，表明巖背斑巖型錫礦成巖成礦作用幾乎同時或成礦滯后5 Ma-8 Ma，這與巖背花崗斑巖為巖背錫礦床成礦母巖，成礦受巖背花崗斑巖控制的地質特征相吻合。

圖7 含錫花崗斑巖錫石LA-ICP-MS 定年U-Pb年齡諧和圖Fig.7 Cassiterite LA-ICP-MS dating U-Pb age harmonic diagram of tin-bearing granite porphyries

5 討論

5.1 年代學意義

錫坑逕礦田巖漿活動可劃分6次巖漿侵入活動，第一期為多斑巨粗斑細粒黑云母花崗巖，巖體處于密坑山巖體的中間相，礦物結晶粒度大，侵位年齡為138.6±1.9 Ma；第二期為斑狀粗斑細粒黑云母花崗巖、密坑山主巖體，為淘錫壩、鳳凰崠、苦竹崠錫礦床成礦母巖，侵位年齡為136.8±1.2 Ma；第三期少斑中粗斑細粒黑云母花崗巖，巖體分布規(guī)模較小，位于巖體邊緣相，侵位年齡為136.1±1.6 Ma；第四期為含斑細粒黑云母花崗巖，巖體呈晚期巖漿補體侵入，粒度明顯減?。坏谖迤跒榛◢彴邘r，斑巖體規(guī)模不大，為巖背錫礦床成礦母巖，侵位年齡為136.30±0.88 Ma，略早于第四期巖漿補體，與第二期密坑山主巖體年齡近似。根據(jù)上述年齡，錫坑逕礦田巖漿活動集中于139 Ma-136 Ma，成巖年齡相當，同屬早白堊世巖漿活動，錫礦成礦與第二期密坑山主巖體斑狀粗斑細粒黑云母花崗巖和第五期巖背花崗斑巖有關。巖背錫礦床成礦年齡128.15±0.88 Ma與巖背花崗斑巖成巖年齡相差在10 Ma內，成巖成礦同時或成礦稍后，這與武夷早白堊世大規(guī)模巖漿活動形成錫多金屬礦床時限相一致。閃長玢巖呈脈狀充填于斷裂中，侵位年齡為109.90±1.10 Ma，代表區(qū)內最后一次巖漿活動，切穿錫礦(化)體。

5.2 花崗巖成因類型及成礦物質來源

5.2.1 花崗巖成因類型

錫坑逕礦田花崗巖均為似斑狀結構，以石英和堿性長石為主，含少量斜長石，幾乎不含原生白云母，副礦物為螢石、黃玉等，與S型花崗巖為過鋁質且富含鋁質礦物明顯不同[6-7]。區(qū)內花崗巖SiO2為75.43%～78.42%，K2O+Na2O為6.43%～7.96%，CaO為0.07%～0.67%，微量元素Ga含量高，TFe2O3/MgO比值為9.75～25.50(平均17.78)，與A型花崗巖顯著富鐵的特征類似(TFe2O3/MgO大于10)且花崗巖A/CNK介于1.50～2之間。因此，錫坑逕礦田巖體在巖石成因類型上屬于鋁質A型花崗巖。

5.2.2 成礦物質來源

錫坑逕礦田花崗巖微量元素Ba、K、Sr、P、Ti虧損，高場強元素Th、U、Nd、Hf等富集， Nb/Ta比值為7.32%～23.90%(平均16.75%)，高于地殼平均值為(10.91%)，Th/U比值為1.92%～7.16%(平均4.44%)略高于地殼平均值(3.8)，具幔源成分閃長玢巖晚期侵入，反映密坑山花崗巖以殼源為主，存在后期幔源物質混入。王孝榮等[8]測得巖背錫礦石硫同位素δ34S值為-0.3‰～1.5‰，變化范圍小接近零值，硫成分單一，指示錫礦石硫來源于花崗質巖漿。梅勇文[3]、沈渭洲等[2]、周濟元等[9]測得花崗巖、黃玉石英巖、花崗斑巖氫氧同位素[2-3、9]δ18O為7.3‰～10.2‰，δD‰為-66.3‰～-32.4‰，錫礦石δ18O為4.2‰～7.8‰，δD‰為-61.9‰～-48.7‰，δ18O略低于花崗巖，指示富錫成礦熱液來源于深部巖漿水，少量大氣降水混入。

5.3 礦田成因

錫坑逕礦田巖漿活動強烈，侵入頻繁持續(xù)，火山-次火山構造發(fā)育。礦田成因初步可描述為：中元古代地殼巖石發(fā)生部分熔融作用，早白堊世138.6 Ma左右侵位于密坑山破火山白堊系下統(tǒng)雞籠嶂火山巖(139.62 Ma)中，形成了密坑山第一期多斑巨粗斑細粒黑云母花崗巖，隨后深部巖漿房巨量巖漿再次上侵，在136.8 Ma左右形成了密坑山主巖體第二期斑狀粗斑細粒黑云母花崗巖，同時或稍后受地層-構造-巖體不同主控礦因素控制，分別形成了隱爆層間裂隙帶型錫礦(淘錫壩式)、云英巖型錫礦(苦竹崠式)和破碎帶蝕變巖型錫礦(鳳凰崠式)。而后約136.30 Ma由第二期巖漿的分支部分在巖背獨立形成淺成花崗斑巖體，同時或稍后(128.16 Ma)，受北西、北北東、東西向斷裂和火山通道復合部位控制，在花崗斑巖體內外接觸帶凹部平緩層狀裂隙帶火山發(fā)育的凝灰熔巖處形成斑巖型錫礦(巖背式)。同時，酸性花崗巖漿再次淺成侵入形成第三期少斑中粗斑細粒黑云母花崗巖(136.10 Ma)和第四期含斑細粒黑云母花崗巖，最晚期閃長玢巖(109.90 Ma)呈脈狀充填于斷裂分布于火山盆地，切穿巖漿巖和錫礦體，結束本區(qū)巖漿活動。形成了錫坑逕礦田以早白堊世第二期斑狀粗斑細粒黑云母花崗巖和第五期花崗斑巖為錫礦成礦母巖的時、空“多位一體”成礦模式(圖8)。

圖8 錫坑逕礦田錫礦成礦“多位一體”成礦模式Fig.8 The “multi-position in one” metallogenic model of tin deposit in Xikengjing ore field

6 結論

1)錫坑逕礦田以年代學為依據(jù)，詳細劃分了六期巖漿侵入活動，建立了錫坑逕礦田巖漿巖年代學格架。錫坑逕礦田與錫礦成礦有關的巖體成巖年齡集中于139 Ma-136 Ma，成巖年齡相當，屬早白堊世巖漿活動。巖背錫礦床花崗斑巖成巖年齡為136.30 Ma、成礦年齡為128.15 Ma，兩者相差10 Ma內，錫礦成巖成礦作用幾乎同時或成礦稍后，這與武夷早白堊世大規(guī)模巖漿活動形成錫多金屬礦床時限相一致。

2)錫坑逕礦田巖體A/CNK介于1.50～2，微量元素Ga含量高，TFe2O3/MgO比值為9.75～25.50(平均17.78)，與A型花崗巖顯著富鐵的特征類似(TFe2O3/MgO大于10)，成因類型上屬于鋁質A型花崗巖。成礦物質來源以殼源花崗巖為主，可能存在幔源物質混入。富錫成礦熱液來源于深部巖漿水，有少量大氣降水混入。

3)以成巖成礦時代為主線，以主控礦因素為依據(jù)，建立了錫坑逕礦田錫礦成礦時、空“多位一體”成礦模式，即圍繞錫坑逕礦田早白堊世第二期斑狀粗斑細粒黑云母花崗巖和第五期花崗斑巖錫成礦母巖內外接觸帶產(chǎn)出淘錫壩式隱爆層間裂隙帶型、苦竹崠式云英巖型、鳳凰崠式破碎蝕變巖型和巖背式次火山-斑巖型錫礦床。