紅尖兵山鎢礦中白云母的40ar-39ar同位素年代學(xué)研究

紅尖兵山鎢礦中白云母的40ar-39ar同位素年代學(xué)研究

紅尖兵山銻礦床是甘肅省與新疆維吾爾自治區(qū)接壤的一家小型鋯礦床。在大地構(gòu)造位置上,該礦床處于哈薩克斯坦板塊北緣紅石山_黑鷹山地體西段南側(cè)。礦體主要賦存在石炭系流紋質(zhì)凝灰?guī)r、流紋英安巖和二長(zhǎng)花崗巖中。聶鳳軍等(2004a)曾對(duì)該礦床的地質(zhì)特征進(jìn)行了詳細(xì)描述,并根據(jù)Sm_Nd同位素特征對(duì)成礦物質(zhì)來源進(jìn)行了探討。由于缺少精確的定年,上述文章根據(jù)一些區(qū)域上的證據(jù),認(rèn)為該礦床為海西中期構(gòu)造_巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。由于該礦區(qū)的8件黑鎢礦樣品的數(shù)據(jù)投繪在143Nd/144Nd對(duì)147Sm/144Nd圖上,獲得了一個(gè)同位素等時(shí)線年齡,為(1336±14)Ma,其MSWD值為8.2(聶鳳軍等,2004a),因此,該礦床到底形成于海西期還是新元古代,一直存在疑問。為此,筆者挑選了與成礦關(guān)系密切的云英巖中的白云母進(jìn)行高精度的40Ar_39Ar測(cè)年,獲得的坪年齡為(216.6±1.6)Ma,說明該區(qū)的黑鎢礦形成于印支期,這一認(rèn)識(shí)對(duì)深入了解該區(qū)的區(qū)域地質(zhì)演化歷史和總結(jié)金屬礦床成礦規(guī)律具有重要的意義。1紅尖兵山中控礦構(gòu)造成礦地質(zhì)條件紅尖兵山鎢礦床位于哈薩克斯坦板塊北部紅石山_黑鷹山地體的西段南側(cè)(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1989;劉雪亞等,1995;聶鳳軍等,2002)(圖1)。區(qū)內(nèi)出露的地層主要有第四系和石炭系下統(tǒng)白山組流紋質(zhì)凝灰?guī)r、流紋巖、流紋英安巖和安山巖。鎢礦體主要見于白山組流紋質(zhì)凝灰?guī)r和流紋英安巖中。在礦區(qū)范圍內(nèi),侵入巖主要為二長(zhǎng)花崗巖株和長(zhǎng)英質(zhì)巖脈,前者可直接構(gòu)成礦體的容礦圍巖。礦區(qū)內(nèi)北東向和北西向斷層發(fā)育,含鎢黃玉_石英脈多沿北東向斷裂破碎帶分布,從而構(gòu)成一系列北東向產(chǎn)出的鎢礦體。北西向斷層為高角度逆沖走滑斷層,屬成礦期后構(gòu)造,對(duì)礦體有一定的破壞作用。迄今為止,在紅尖兵山鎢礦化區(qū)0.84km2范圍內(nèi),先后發(fā)現(xiàn)和圈定了含鎢黃玉_石英脈和云英巖化條帶173條,其中,規(guī)模較大且具工業(yè)意義的脈體或條帶有15條。鎢礦化大多在二長(zhǎng)花崗巖株的內(nèi)部或沿其與圍巖的外接觸帶產(chǎn)出(圖1),整個(gè)鎢礦化帶呈近東西向展布,長(zhǎng)1140m,寬600～800m,垂向延深為650～700m?？紤]到大多數(shù)含鎢黃玉_石英脈環(huán)繞2個(gè)二長(zhǎng)花崗巖株分布,因此,整個(gè)鎢礦化帶大體可劃分為東和西2個(gè)礦脈群。東、西礦脈群中稀疏而又近于平行的含鎢黃玉_石英脈(或條帶)在平面上構(gòu)成一不規(guī)則面狀礦化帶,而在橫剖面上則形成一相對(duì)傾斜的扇形礦化帶(徐玉麟,1983)。單個(gè)脈體的長(zhǎng)度為120～420m,平均為219m,寬度為0.19～1.32m,平均為0.79m,傾斜延伸800～1200m。從地表向深部,含鎢細(xì)脈和線脈可逐漸過渡為含鎢大脈和云英巖條帶,同時(shí),含礦脈體的寬度和含脈率也隨之降低。依據(jù)礦物組合和結(jié)構(gòu)構(gòu)造,可將該礦床的鎢礦石劃分為2種類型,即黃玉_石英脈型和云英巖型。前者的主要金屬礦物有黑鎢礦、錫石、輝鉬礦、輝鉍礦、方鉛礦、閃鋅礦、白鎢礦、黃鐵礦、黃銅礦和磁鐵礦;脈石礦物有石英、黃玉、日光榴石、鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、鐵鋰云母、白云母、絹云母、螢石和方解石。與其相比,后者的金屬礦物組合較為簡(jiǎn)單,主要為黑鎢礦和黃銅礦,脈石礦物組合與前者基本相同。該礦床容礦圍巖為石炭紀(jì)白山組流紋質(zhì)凝灰?guī)r、流紋英安巖和二長(zhǎng)花崗巖(前人認(rèn)為是海西期?,現(xiàn)在看來,可能為印支期侵入產(chǎn)物,詳見下文討論),圍巖蝕變主要有云英巖化、硅化、鈉長(zhǎng)石化和絹云母化,次為鉀長(zhǎng)石化、綠簾石化、高嶺石化、次閃石化、角巖化和夕卡巖化,其中鈉長(zhǎng)石化和云英巖化與鎢礦化具密切成因聯(lián)系。2樣品及質(zhì)譜分析如前所述,礦區(qū)內(nèi)的黑鎢礦化與云英巖化關(guān)系十分密切。云英巖主要由石英、白云母、(鐵)鋰云母和少量黃玉等礦物組成,中粗粒斑狀結(jié)構(gòu),云母等一般呈較大的片狀產(chǎn)出,帶狀或塊狀構(gòu)造。云英巖化通常沿含鎢黃玉_石英脈兩側(cè)呈線狀對(duì)稱產(chǎn)出,由礦脈向外,云英巖化逐漸變?nèi)?礦物粒度也逐漸變細(xì);在局部地方的巖體頂部,云英巖化呈面狀產(chǎn)出?？偟膩碚f,早期的高溫?zé)嵋貉貥?gòu)造(裂隙)運(yùn)移,并在其兩側(cè)產(chǎn)生高溫蝕變,稍晚,沿這些裂隙沉淀形成了含鎢的黃玉_石英脈(徐玉麟,1983),因此,云英巖化與黑鎢礦的形成時(shí)間比較接近,選擇云英巖中的白云母作為測(cè)年對(duì)象用以近似獲得黑鎢礦的成礦年齡是比較合適的。而且,由于礦區(qū)內(nèi)云英巖化十分強(qiáng)烈,致使不少白云母呈直徑5cm左右的巨片狀產(chǎn)出,因此,也易于單礦物的挑選與提純。本文用于40Ar_39Ar同位素年代測(cè)量的樣品采自礦區(qū)西部一黑鎢礦大脈旁,具體采樣位置見圖1。在手標(biāo)本中和鏡下,均未見該樣品中的白云母有明顯的后期蝕變現(xiàn)象,因此,適宜用于40Ar_39Ar同位素年代測(cè)定。首先將純的白云母(純度大于99%)用超聲波清洗。超聲波清洗過程中,要注意清洗液的選擇和嚴(yán)格控制時(shí)間。一般先用經(jīng)過2次亞沸蒸餾凈化的純凈水清洗3次,每次3min。在此過程中,礦物表面和解理縫內(nèi)在天然狀態(tài)下和碎樣過程中吸附的粉末和雜質(zhì)被清除。然后,在丙酮中清洗2次,每次3min。在此過程中,礦物表面吸附的油污等有機(jī)物質(zhì)被清除。清洗后的樣品被封進(jìn)石英瓶?jī)?nèi),送核反應(yīng)堆接受中子照射。照射工作是在中國原子能科學(xué)研究院的“游泳池堆”中進(jìn)行的。使用H8孔道,其中子流密度約為6.0×1012ncm-2s-1。照射總時(shí)間為3064min,積分中子通量為1.10×1018ncm-2。同時(shí)接受中子照射的還有用作監(jiān)控樣的標(biāo)準(zhǔn)樣:ZBH_25黑云母國內(nèi)標(biāo)樣,其標(biāo)準(zhǔn)年齡為132.7Ma,K含量為7.6%。使用電子轟擊爐對(duì)樣品進(jìn)行階段升溫加熱,每一個(gè)階段加熱30min,凈化30min。質(zhì)譜分析在MM_1200B質(zhì)譜計(jì)上進(jìn)行,每個(gè)峰值均采集8組數(shù)據(jù)。所有的數(shù)據(jù)在回歸到時(shí)間零點(diǎn)值后再進(jìn)行質(zhì)量歧視校正、大氣氬校正、空白校正和干擾元素同位素校正。系統(tǒng)空白水平:m/e=40、39、37、36時(shí),分別小于6×10-15mol、4×10-16mol、8×10-17mol和2×10-17mol。通過分析經(jīng)照射的K2SO4和CaF2,來獲得中子照射過程中所產(chǎn)生的干擾同位素的校正系數(shù),其值為:(36Ar/37Aro)Ca=0.0002389,(40Ar/39Ar)K=0.004782,(39Ar/37Aro)Ca=0.000806。37Ar經(jīng)過放射性衰變校正;40K衰變常數(shù)=5.543×10-10a-1;坪年齡誤差以2σ給出。用ISOPLOT程序計(jì)算正、反等時(shí)線。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)流程請(qǐng)見陳文等(2002)和Chen等(2002)有關(guān)文獻(xiàn)。3側(cè)始點(diǎn)處的視年齡值對(duì)采自紅尖兵山鎢礦床云英巖中的白云母樣品進(jìn)行了11個(gè)階段的加熱分析,加熱溫度區(qū)間為600～1240℃(表1),所獲數(shù)據(jù)構(gòu)成一條未受明顯熱事件擾動(dòng)的40Ar/39Ar年齡譜線(圖2a)。盡管受核反沖和測(cè)量誤差的影響,在年齡譜線左側(cè)始點(diǎn)處出現(xiàn)了4個(gè)較低的視年齡值,即(76±10)Ma、(150.9±4.2)Ma、(205.7±4.9)Ma和(209.8±2.2)Ma(圖2a),但其所占的比例很小,譜線的其余部分[89.6%的39Ar(積累)]非常平坦,有效譜年齡為(216.6±1.6)Ma(2σ)(圖2a)。根據(jù)參與積分年齡的7個(gè)點(diǎn)經(jīng)計(jì)算所獲等時(shí)線年齡為(215.2±2.8)Ma(圖2b),MSWD=0.47,反映出數(shù)據(jù)分布較為均勻。40Ar/36Ar初始比值為333±47,在誤差范圍內(nèi)接近于尼爾值(295.5),表明樣品中不存在過剩Ar。等時(shí)線年齡與坪年齡在誤差范圍內(nèi)完全一致,說明該白云母樣品的40Ar/39Ar年齡測(cè)定結(jié)果是可信的,并且具有地質(zhì)意義,基本上能代表鎢礦脈的形成年齡。4成礦物質(zhì)來源由于云英巖中的白云母與黑鎢礦的形成時(shí)間比較接近,因此,白云母的測(cè)年結(jié)果可以用來近似代表黑鎢礦的形成年齡。根據(jù)上述白云母的40Ar/39Ar測(cè)年結(jié)果[坪年齡為(216.6±1.6)Ma],可以推斷紅尖兵山鎢礦床形成于印支期,而不是早先認(rèn)為的海西期(聶鳳軍等,2004a),更不是新元古代。筆者先前曾報(bào)道過,在紅尖兵山礦區(qū)南側(cè)約20km處的明水地區(qū)所發(fā)現(xiàn)的印支期二長(zhǎng)花崗巖的40Ar/39Ar坪年齡為(218.4±0.5)Ma(江思宏等,2003),本次白云母測(cè)年結(jié)果與其幾近一致,再次證明該區(qū)不僅存在印支期的花崗巖類巖漿活動(dòng),而且還有成礦作用發(fā)生。由于鎢礦的形成與二長(zhǎng)花崗巖具有密切的成因聯(lián)系(聶鳳軍等,2004a),因此,該成礦年齡也近似代表了該礦區(qū)內(nèi)二長(zhǎng)花崗巖的侵位年齡,即二長(zhǎng)花崗巖也是印支期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。將紅尖兵山礦區(qū)二長(zhǎng)花崗巖的化學(xué)分析結(jié)果(聶鳳軍等,2004a)與明水地區(qū)的印支期二長(zhǎng)花崗巖(聶鳳軍等,2002)進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)這2個(gè)地區(qū)的二長(zhǎng)花崗巖的SiO2、Al2O3、Na2O和K2O含量非常接近,表明其原巖成分非常近似,很可能是同一期構(gòu)造巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。根據(jù)本文獲得的成礦年齡216Ma,利用已有的Sm_Nd同位素分析結(jié)果(聶鳳軍等,2004a),重新計(jì)算了黑鎢礦的εNd值,為-14.1～+7.56,反映了成礦物質(zhì)的多來源特征。多數(shù)樣品的εNd值小于0,這可能反映出成礦物質(zhì)主要來自于古老地殼,但少量幔源物質(zhì)對(duì)成礦也具有一定的貢獻(xiàn)。雖然在礦區(qū)內(nèi)未見前寒武紀(jì)地層的露頭,但據(jù)推測(cè)該區(qū)存在前寒武紀(jì)基底。在區(qū)域上,前寒武紀(jì)地層從新疆的卡瓦布拉克向東經(jīng)過明水,一直延伸到交叉溝地區(qū)(胡靄琴等,1986;聶鳳軍等,2004b)。至于幔源物質(zhì),則可能與該區(qū)產(chǎn)有大面積的以具正εNd(t)值為特征的花崗巖有關(guān)。洪大衛(wèi)等(2000)認(rèn)為,這些花崗巖漿的形成與以幔源物質(zhì)為主的年輕洋殼的部分熔融作用有關(guān)。聶鳳軍等(2004a;2004b)認(rèn)為,大量虧損地幔源洋殼與少許陸殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融,形成含礦熔漿,并沿特定構(gòu)造部位上侵定位,進(jìn)而形成二長(zhǎng)花崗巖株;通過結(jié)晶分異作用,含礦熔漿在上侵定位過程中可產(chǎn)生大量含鎢熱液流體,進(jìn)而形成這種具正εNd(t)值的鎢礦石。盡管鎢主要來自于大陸殼,但受其形成環(huán)境的控制,由于北山地區(qū)地處中亞造山帶的中東部,以產(chǎn)有正εNd(t)值的花崗巖為特征(洪大衛(wèi)等,2000),因此,與花崗巖有關(guān)的礦產(chǎn)在形成過程中也就有可能帶有所在地區(qū)的花崗巖的一些特征,即部分鎢礦石具正εNd(t)值,因?yàn)檫@些花崗巖可能也提供了一部分成礦物質(zhì)。具正εNd(t)值的樣品均為云英巖型礦石,而具負(fù)εNd(t)值的樣品均為黃玉_石英脈型礦石,表明這2類黑鎢礦的成礦物質(zhì)來源不同,前一類礦石的成礦物質(zhì)可能更多的來自部分熔融的洋殼,而后一類礦石的成礦物質(zhì)則主要來自古老地殼。北山地區(qū)近年來的金礦床成礦年代學(xué)研究表明,南金山金礦床的成礦時(shí)代為(242.8±0.8)Ma(40Ar_39Ar法,坪年齡)(江思宏等,2005),金窩子和拾金坡金礦床的成礦時(shí)代分別為228Ma和230Ma(流體包裹體Rb_Sr等時(shí)線)(陳富文等,1999)及227Ma和238Ma(U_Pb法)(周濟(jì)元等,2000),均屬印支期構(gòu)造_巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。本文的研究結(jié)果也再次表明,印支期的構(gòu)造_巖漿活動(dòng)不僅對(duì)整個(gè)北山地區(qū)金礦床的形成產(chǎn)生過重要影響,而且,對(duì)鎢礦床的形成也具有重要的控制作用。因此,查清印支期構(gòu)造_巖漿活動(dòng)與鎢礦形成之間的內(nèi)在關(guān)系,對(duì)深入認(rèn)識(shí)該區(qū)鎢礦床的成礦作用過程和指導(dǎo)區(qū)域找礦評(píng)價(jià)具有重要的理論和實(shí)際意義。需要指出的是,由于紅尖兵山礦區(qū)內(nèi)未見多期巖漿活動(dòng)的證據(jù),加上用于測(cè)年的白云母樣品較新鮮,未見明顯的蝕變現(xiàn)象,而且,40Ar_39Ar測(cè)年的譜線較為平坦,后期的熱擾動(dòng)現(xiàn)象不明顯,因而,由該礦區(qū)8件黑鎢礦樣品所獲得的Sm_Nd等時(shí)線年齡(1336±14)Ma(MSWD值為8.2)(聶鳳軍等,2004a),可能為一條假等時(shí)線,其主要原因是,礦床的賦礦圍巖為石炭