中国赣南-粤东早白垩世锡成矿作用研究

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含锡花岗岩的成因及形成的构造环境是锡成矿理论研究中备受关注的问题。最新研究表明,在华南粤东沿海地区发现一期早白垩世锡矿床,成矿时代集中在135~145 Ma之间,我们的工作发现这期成岩成矿事件可以延伸到陆内的赣南地区。本次工作选择赣南地区岩背斑岩型锡矿床以及粤东地区仙水沥钨锡矿床和飞鹅山钨锡矿床为研究对象,系统地描述典型矿床地质特征,详细地开展矿物学、副矿物U-Pb年代学、全岩主微量组成、Sr-Nd-Hf-Ba同位素、原位硫化物S-Pb同位素、流体(或熔体)包裹体研究,研究成岩成矿作用时间、成矿花岗岩的岩石成因以及大地构造动力学背景,继而示踪成矿物质来源,揭示成矿流体性质、来源、演化特征以及成矿物理化学条件,进一步厘定矿床成因,建立典型锡矿床成矿模型,总结区域早白垩世锡矿床成矿规律。LA-ICPMS锆石U-Pb同位素定年结果表明赣南岩背火山-侵入杂岩体是早白垩世多期次岩浆活动的产物。早期喷发流纹质-英安质火山岩的锆石U-Pb年龄为140.3~142.4 Ma,岩背花岗斑岩锆石U-Pb年龄为137.7±1.0 Ma,晚期辉绿岩脉的锆石年龄为129.8±1.3 Ma。Nd-Hf同位素证据表明,它们具有不同的岩浆起源:火山岩岩浆来源于古老地壳物质重熔;富锡的岩背花岗斑岩和密坑山黑云钾长花岗岩主要来源于古老地壳物质的部分熔融,并且有明显的幔源物质的加入;晚期基性岩脉来源于俯冲板片流体交代的富集岩石圈地幔。岩背花岗斑岩和密坑山黑云钾长花岗岩具有高的Ga/Al比值、Zr+Nb+Ce+Y值以及高的锆石饱和温度,这些地球化学特征表明它们属于A型花岗岩。花岗斑岩和黑云母钾长花岗岩具有高结晶分异程度和Sn、F含量,以及低的氧逸度,表明它们是典型的含锡花岗岩。这套岩浆岩记录了早白垩世赣南地区逐渐伸展的构造背景,可能对应于俯冲的古太平洋板块的后撤过程。岩背斑岩型锡矿床形成在花岗斑岩与火山岩的接触带内,矿石类型以细脉-浸染状矿化为主。对矿石中锡石U-Pb同位素定年结果表明锡矿化的时间为136.9±2.4Ma,与岩背花岗斑岩的形成时间一致,指示该矿床形成于早白垩世。同时,矿石中S-Pb同位素组成显示成矿物质主要来源于花岗斑岩,火山岩可能提供了一部分成矿物质。流体包裹体研究表明,成矿流体为Na Cl-CO2-H2O体系。成矿早期以高温、中盐度岩浆热液流体为主,成矿晚阶段有大气降水的混入。随着成矿流体的演化,温度和盐度逐渐降低。锡矿化主要分为两个阶段:早阶段以浸染状锡石-硫化物为主,形成温度较高(~400℃),晚阶段以锡石-硫化物-萤石脉为主,是斑岩型锡矿的主成矿期,矿化的温度为300~360℃。粤东地区仙水沥钨锡矿床是区内新发现的矿床。矿区内花岗斑岩的锆石U-Pb年龄为142.8±0.8 Ma。矿石中共生的锡石和黑钨矿U-Pb年龄分别为141.2±2.9 Ma和145±10 Ma。成岩成矿年代在分析误差内是一致的,指示仙水沥钨锡矿床形成于早白垩世。矿区内中基性闪长岩脉中榍石和磷灰石的U-Pb年龄分别为94.9±4.7 Ma和99.0±3.8 Ma,为晚白垩世岩浆活动产物。仙水沥钨锡矿床矿体受区域韧性剪切带控制,形成一类石榴子石-绿泥石片岩型矿石。详细的岩相学观察表明,仙水沥矿区花岗斑岩和矿石受到不同程度的构造变形作用,韧性剪切带活动形成于成岩成矿之后。矿石硫化物S同位素组成在零值附近,指示具有的单一的岩浆硫来源。同时考虑到紧密的时空联系,仙水沥钨锡矿床为与花岗斑岩相关的岩浆热液矿床,并非变质热液矿床。粤东地区飞鹅山钨锡矿床是区内独特的云英岩型和石英脉型复合矿床。矿区内似斑状黑云母二长花岗岩的锆石U-Pb年龄为137.0±0.8 Ma。云英岩中的锡石U-Pb年龄为136.0±3.2 Ma;石英脉中黑钨矿U-Pb年龄为134.1±2.6 Ma。因此,成岩时代与成矿时代是一致的,指示飞鹅山钨锡矿床形成于早白垩世。不同类型矿石中硫化物的S同位素组成均在零值附近,指示矿石中硫具有单一的岩浆硫来源。似斑状黑云母二长花岗岩提供了全部成矿物质,是飞鹅山钨锡矿的成矿母岩。通过对飞鹅山钨锡矿床不同阶段的熔体和流体包裹体研究表明,岩浆结晶分异的晚期,残余岩浆中Sn逐步富集。高的流体/熔体分配系数(>10)指示岩浆出溶的流体具有高效萃取成矿金属的能力,使得成矿金属在流体中优先富集。不同阶段的流体包裹体具有相似的金属元素组成,显示它们是同一来源流体演化的产物。飞鹅山钨锡矿成矿流体以高温、中盐度、中密度的岩浆流体为主,为Na Cl-CO2-H2O体系。成矿流体与沉积岩围岩发生强烈的水岩反应,锡在这个阶段大量沉淀,形成富锡石的云英岩矿化。成矿流体向外围地层中演化,水岩反应减弱,并与大气降水混合,黑钨矿和硫化物随着温度和盐度的降低逐步沉淀,在成矿岩体远端形成石英脉型矿化。仙水沥花岗斑岩和飞鹅山似斑状黑云母二长花岗岩地球化学特征表明其属于A2型花岗岩。相似的Sr-Nd-Hf同位素组成表明仙水沥和飞鹅山花岗岩的岩浆源区为部分熔融的古老地壳物质,可能有不同比例的幔源物质的加入。表明在~140 Ma左右,粤东地区也处于伸展构造背景。通过对岩背火山岩以及含锡花岗岩详细的Ba同位素研究结果显示,分析样品之间的Ba同位素组成具有明显的分馏,δ137/134Ba值变化范围介于-0.62~+0.15‰之间。岩背火山岩中δ137/134Ba值与Si O2、Sr、Ba含量以及Eu/Eu*值表现出一定的相关性,反映了富Ba矿物(像碱性长石)分离结晶作用控制了Ba同位素组成的变化。相较火山岩的Ba同位素组成,含锡花岗岩具有明显低的δ137/134Ba值。这一特征可能是继承自一个富集轻Ba同位素的变沉积岩源区,该源区主要由强化学分化的沉积物组成。强化学分化淋滤出大量其他元素,而使得锡在地壳中发生初始的富集。预富集的源区在高温部分熔融条件下产生还原性岩浆,经过后期岩浆分异以及岩浆热液过程形成锡矿床。综合研究表明,在赣南-粤东地区广泛形成一批早白垩世(135~145 Ma)与高分异A型花岗岩有关的钨锡矿床。钨锡矿床主要以独立的锡矿床(岩背斑岩型锡矿)或钨锡矿床(仙水沥矿床和飞鹅山矿床)为主,极少有独立的钨矿化。该时期的成岩成矿作用形成于与俯冲有关的弧后岩石圈伸展的构造背景。岩石圈减薄引发软流圈地幔上涌,地幔岩浆底侵至壳幔边界,引发预富集的地壳重熔,形成与锡(钨)矿有关的高分异A型花岗岩。尽管赣南和粤东地区的早白垩世锡成矿作用在成岩成矿时间和成矿动力学背景上具有很多的相似之处,但是也各具特色。赣南地区矿床数量虽然少,但是规模大;粤东地区矿床数量多但是规模小。通过对区域上的早白垩世成矿花岗岩综合研究发现,赣南-粤东地区成矿花岗岩具有相似的岩浆氧逸度,但是赣南地区的花岗岩具有更高的结晶分异程度,更高的Sn和F含量和全岩锆石饱和温度,同位素特征上具有更高的锆石εHf(t)值。这些特征显示,强烈的壳-幔相互作用导致岩浆具有更高的熔融温度,不仅有利于成矿金属锡Sn和挥发分F从源区萃取出来,而且进一步提高了岩浆的结晶分异程度,有利于大型-超大型锡矿床的形成。
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