金属矿床同位素年代学方法及关键技术研究

■金属矿床同位素年代学方法及关键技术研究

项目来源:全国危机矿山接替资源找矿专项

起止时间:2009—2012年

项目负责:李华芹

主要完成人:李华芹，梅玉萍，蔡红，杜国民

成果概况:本项目属于“全国危机矿山接替资源找矿专项”下属“桂东—粤西地区铅锌金等矿床成矿规律总结研究”项目的子专题，旨在对全国主要典型危机矿山成矿规律研究的基础上，以石英脉型、韧性剪切带型金矿床和MVT、SEDEX铅锌矿床为研究重点，结合卡林型金矿床和VMS铅锌矿床开展矿床成矿年代学研究，从而为典型矿床成矿规律研究和区域成矿规律研究总结提供有力证据，同时进一步提高和完善我国低温矿床成矿年代学的研究技术和方法，为成矿理论创新提供技术支撑。

所选择的典型矿床主要为（但不限于）危机矿山接替资源找矿典型矿床成矿规律总结研究所涉及到的部分典型矿床，涉及全国8个省19个矿床。研究工作的实施过程中，以石英脉型矿床石英矿物和硫化物矿床中的闪锌矿（黄铁矿）RbSr等时线定年的技术方法研究为重点，结合矿床矿物包裹体温压地球化学、矿物学、元素地球化学和同位素地球化学等研究手段，对石英和闪锌矿物中Rb、Sr赋存状态做了较深入研究。在完善石英和闪锌矿RbSr定年的理论方法和提高定年成功率方面有了新的进展。在此基础上开展了部分典型矿床RbSr定年方法的示范研究。

本专题在对石英矿物和硫化物矿床RbSr定年理论和方法以及典型矿床年代学研究方面都取得了一些新的进展，主要表现在以下方面。

（1）通过对硫化物矿床闪锌矿和黄铁矿的矿物学、矿相学和电子探针分析，以及应用研磨法（压碎法）的分步溶解实验研究构建了分步溶解曲线，实验发现了闪锌矿和黄铁矿流体包裹体中的Rb和Sr溶出峰主要是在0.2mol/L的HCl中，硫化物相的Rb、Sr溶出峰在王水中。前者的溶出峰具有低Rb高Sr的特征，而后者溶出峰的Rb、Sr正好与流体相相反，显示出Rb高Sr低的特点。根据上述实验建立了闪锌矿和黄铁矿RbSr定年的研磨法分步溶解试验方法流程，这一实验技术进一步完善了硫化物矿床定年理论基础，拓宽了应用前景。

（2）硫化物矿床中代表性矿物闪锌矿矿物流体包裹体（流体相）和硫化物相（去除流体包裹体的闪锌矿）同位素组成的研究结果表明，流体相的⁸⁷ Rb/⁸⁶Sr和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr同位素比值变化较小，暗示流体包裹体相中Rb和Sr无明显分异作用，而硫化物相中的⁸⁷ Rb/⁸⁶ Sr和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr同位素组成有较宽广的变化范围。这一特征揭示了硫化物相中的RbSr具有明显的分异作用。由此可知，闪锌矿中的Rb、Sr主要存在于去除流体包裹体的硫化物相中，而不是存在于流体相中。根据本研究，硫化物矿床闪锌矿物的Fe与Rb含量及⁸⁷ Rb/⁸⁶ Sr和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr同位素组成之间呈正相关关系，推测可能发生Fe^3＋（M^＋）＋Rb^＋→2Zn^2＋的方式电价补偿替代，使Rb^＋优先于Sr^2＋进入矿物晶格或晶格缺陷中，从而有高的Rb/Sr比而利于定年。这些Rb和Sr是在矿物形成时进入晶格的，进入晶格时Sr同位素组成均一，并且一直保存在这些位置，呈一封闭体系，那么很显然，这些Rb和Sr是具有年代学意义的。

（3）对石英矿物微区原位分析，对石英矿物流体包裹体中水含量与Rb、Sr含量及⁸⁷ Rb/⁸⁶Sr和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr同位素比值的相关性研究表明，石英矿物中Rb、Sr主要存在两种形式:①主要赋存于流体包裹体中；②可能发生Al ^3＋＋Rb^＋→Si ^4＋方式电价补偿替代。在石英矿物形成时，使Rb^＋优先于Sr^2＋进入矿物晶格或晶格缺陷中，从而在去除流体包裹体的石英矿物中具有高的Rb/Sr比而有利于定年。进一步完善了石英矿物RbSr定年的机理。

（4）通过对硫化物矿床中闪锌矿和黄铁矿的研磨法（压碎法）分步溶解实验研究，构建了分步溶解曲线。实验表明，闪锌矿和黄铁矿流体包裹体（溶液相）的Rb和Sr溶出峰主要是在0.2mol/L HCl中，硫化物相（去除流体包裹体的闪锌矿）的Rb、Sr溶出峰在王水中，前者的溶出峰Rb、Sr含量具有低Rb高Sr的特征，而硫化物相中的Rb、Sr含量正好与溶液相相反，即显示出Rb高Sr低的特点。根据上述结果提出了硫化物矿床中闪锌矿或黄铁矿RbSr定年的方法流程。通过典型矿床年学研究进一步检验了流程的有效性，进而提高了硫化物矿床RbSr定年的成功率。

（5）通过对凡口铅锌矿床中成矿前形成的方解石、主成矿期形成的闪锌矿以及共生的黄铁矿的RbSr年代学研究，获得方解石SmNd等时线年龄为281Ma±17Ma（95%可信度，MSWD＝1.08），闪锌矿和黄铁矿RbSr等时线年龄分别为255Ma±6.1Ma（95%可信度，MSWD＝8.4）和249Ma±10Ma（95%可信度，MSWD＝4.8）。本研究所获闪锌矿和黄铁矿的RbSr年龄结果，与蒋映德和邱华宁等用⁴⁰ Ar/³⁹ Ar阶段升温技术测得凡口铅锌矿狮岭120m中段4号矿体闪锌矿流体包裹体的⁴⁰ Ar/³⁹ Ar坪年龄为264Ma±0.7Ma的结果接近。根据前人和本专题的研究推断:凡口铅锌矿的生成时间在250～285Ma，即成矿作用发生在二叠纪中期，这对研究凡口铅锌矿成因及区内岩浆构造演化与成矿的关系具有重要意义。

（6）通过对大宝山钨钼多金属矿床矿区内的次英安斑岩、花岗闪长斑岩以及采自矿体的黄铁矿、穿切黄铁矿和辉钼矿的石英矿物的年代学研究，分别获得采自大宝山凡洞村次英安斑岩体的主体的锆石LAICPMS的UPb年龄为430Ma±3Ma，大宝山南采场次英安斑岩的UPb年龄为425Ma±1.5Ma；分别获得矿石中黄铁矿RbSr等时线年龄为168Ma±5Ma，穿切黄铁矿的石英脉石英矿物RbSr等时线年龄为164Ma±3Ma，穿切辉钼矿矿体的石英脉石英矿物RbSr等时线年龄为162Ma±4Ma。研究结果表明，大宝山矿区内发育的次英安斑岩和花岗闪长斑岩的UPb年龄（430Ma±3Ma）与前人所测UPb年龄基本一致，该年龄与岩体均侵入早侏罗世地层的地质证据相悖，它不能代表区内次英安斑岩和花岗闪长岩的形成时代，其年代学意义有待进一步研究；根据前人辉钼矿ReOs（165Ma）和本研究获得的黄铁矿—石英脉阶段矿石中黄铁矿和石英RbSr年龄以及辉钼矿—石英脉阶段矿石中的石英矿物RbSr年龄，大宝山钨钼多金属矿床形成时间厘定为160～170Ma。

（7）通过与危机矿山接替资源找矿专项其他课题组合作，对Au、Cu、PbZn和W矿床中的石英矿物和闪锌矿开展了RbSr年代学研究，获得了可喜的研究成果，该成果已提交上述课题组使用。这些年龄数据为各课题组研究Au、Cu、PbZn和W矿的成矿时代和总结成矿规律提供了同位素年代学证据。

（8）与武汉地调中心段其发研究员承担的“湘西—鄂西地区铅锌多金属矿勘查选区研究”合作，成功地获得5个矿床中闪锌矿的RbSr等时线年龄，揭示湘西、鄂西产于震旦系和寒武系碳酸盐岩地层中的铅锌矿床为后生矿床。以茶田、打狗洞和冰洞山为代表的矿床可能形成于早奥陶世，而以狮子山和凹子岗为代表的铅锌矿床可能形成于早泥盆世，推测其矿床的成因可能与区域构造热事件有关。同时，通过矿床实例的研究，初步证明了硫化物矿物研磨分步溶解法技术的同位素分析方法测定硫化物矿床RbSr年龄的有效性。

（李华芹　编）