Determination of Diagenetic and Metallogenic Age and Their Significance in Dongxiang Copper Deposit, Northeast Jiangxi Province, China
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摘要: 对于赣东北地区东乡铜矿床的成因机制，一直存在着海西期海底喷流沉积成矿作用与燕山期岩浆热液成矿作用的成因争议，获得精确的成矿年龄是解决这一成因争议的关键.利用LA-ICP-MS技术对矿区中与矿体伴生的花岗闪长斑岩进行了锆石U-Pb同位素定年，两个花岗闪长斑岩样品的形成年龄分别为164±2 Ma、160±1 Ma.同时对东乡铜矿床块状硫化物矿石中的石英，开展了流体包裹体Rb-Sr同位素定年研究，获得一条等时线年龄为161.8±9.6 Ma（MSDW=1.3）.结合对流体包裹体以及区域成矿作用的研究，认为该年龄可以代表东乡铜矿的形成时代.这些定年结果表明，东乡铜矿的形成可能与该区燕山期花岗闪长斑岩侵入活动带来的岩浆流体成矿作用有关.Abstract: The formation of the Dongxiang copper deposit has been hotly debated for the last 20 years. In particular, the origin of the Dongxiang Cu deposit was controversial, with models ranging from Hercynian SEDEX (sedimentary exhalative deposit) to Yanshanian magmatic hydrothermal origins. Accurate dating on the mineralization and associated igneous rocks is a key to solve this problem. Using Rb-Sr isochron method on quartz (fluid inclusions) samples from the massive sulfide ore, an ore formation age of 161.8±9.6 Ma (MSDW=1.3) was obtained. Intrusive rocks (i.e., granodiorite-porphyry specially related to Cu ore-forming) in Dongxiang region was also studied. The zircon U-Pb ages are 164±2 Ma and 160±1 Ma for granodiorite porphyry. These results indicate that the metallogenic epoch of the Dongxiang copper deposit occurred in the Yanshanian. Combined with fluid inclusion results and regional metallogeny, it is proposed that the Dongxiang copper deposit was related to magmatic hydrothermal activities associated with the Yanshanian intrusive porphyries nearby.
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Key words:
- fluid inclusion /
- Rb-Sr isochron dating /
- geochronology /
- metallogenetic age /
- Dongxiang Cu deposit /
- ore deposits
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0. 引言
赣东北地区是我国最重要的铜(金)多金属矿化密集区之一，先后探明大、中型铜(金)多金属矿床多处，比如著名的德兴铜矿、永平铜矿、银山铜金多金属矿以及东乡铜矿等(王勇等, 2003; 蔡逸涛等, 2011; Wang et al., 2012, 2015, 2017; Zhao et al., 2013; Wang et al., 2013; Chen et al., 2015; 陈辉等, 2016a, 2016b; Cai et al., 2016; Zhu et al., 2016).对于东乡铜矿，前人已开展有矿床地质(张祖廉和黄旭初, 1979; 徐跃通, 1997; 薛纪越等, 2000; 张国林, 2001)、矿田构造(张国林, 2001)、赋矿地层沉积岩(徐跃通, 1997)与火山岩(张祖廉和黄旭初, 1979)和流体包裹体(蔡逸涛等, 2011; 倪培, 2012; Wang et al., 2012, 2017; 倪培等, 2014)等方面的研究以及找矿勘查工作(中南大学地质系, 1997, 东乡铜矿富矿预测及外围找矿研究), 但对东乡铜矿床的成因，仍然存在不同的认识.部分研究者认为东乡铜矿是中温为主的热液型铜矿床，或是斑岩型铜矿床(付守会，2003；毛景文等, 2011)，但也有研究者认为是海底火山喷气(喷流)沉积-后期热液改造型(顾连兴和徐克勤, 1986; 徐克勤等, 1996).造成矿床成因争议的关键是缺乏精确成矿年龄的约束(赵葵东和蒋少涌, 2004; 石文杰等, 2014).对此，笔者采用流体包裹体Rb-Sr同位素定年的方法，获得了东乡铜矿块状矿石的形成时代.同时对与成矿紧密相关的斑岩体进行了锆石U-Pb同位素定年工作.这些测年结果确定了东乡铜矿的主体成矿年龄以及侵入斑岩体的年龄，进而为矿床成因提供了最重要的证据.
1. 矿区地质背景
东乡铜矿位于钦杭结合带北东段的赣东北地区(图 1a).钦杭结合带系扬子地块与华夏地块在新元古代碰撞的拼接带(杨明桂和梅勇文, 1997)，于侏罗纪中晚期再次发生构造活动，对中国东南部地质演化有着显著的控制作用.沿钦杭结合带发育有一系列的铜钨锡多金属矿床，构成一条我国重要的金属成矿带(杨明桂和梅勇文, 1997; Wang et al., 2013; Zhao et al., 2013; 葛肖虹等, 2014).位于该带中的赣东北地区是重要的金属矿集区之一，自晋宁期至燕山期岩浆活动频繁而强烈，尤以燕山期岩浆活动为甚，并以酸性、中酸性岩为主.其中，燕山期中酸性花岗闪长斑岩与铜矿关系密切(Hsü et al., 1990;Zhou and Yue, 1998; Chen et al., 2015; Cai et al., 2016)，具有直接的成因和时空关系(李培铮等, 1999).
图 1 赣东北区域地质及矿区地质简图图a据杨明桂和梅勇文(1997)；图b据李培铮等(1999)；图c据张国林和何国朝(2002).1.钦杭结合带；2.深大断裂；3.一般断裂；4.倒转背斜；5.中生代火山岩；6.燕山期侵入岩；7.第四系；8.上白垩统南雄组；9.上石炭统壶天群；10.石炭系梓山组；11.上泥盆统-下石炭统中棚组；12.新元古界双桥山群；13.矿体平面投影位置Fig. 1. Geological sketch of northeast Jiangxi Province and geological sketch of the Dongxiang copper deposit东乡铜矿矿区位于赣东北深断裂和萍乡-广丰深断裂的交汇处(图 1b)、进贤-东乡复式背斜的东南翼.东乡矿区的地层由下至上依次为新元古界双桥山群、上泥盆统-下石炭统中棚组、下-上石炭统梓山组、上石炭统壶天群、上白垩统南雄组以及第四系，依次呈角度不整合、平行不整合、整合和角度不整合关系；双桥山群是以千枚岩为主的浅变质岩系，中棚组及梓山组以海相硅质碎屑岩夹粘土岩为主，壶天群由海相碳酸盐岩构成，南雄组以陆相硅质碎屑岩为主；双桥山群大片出露于矿区西北部，上古生界呈北东-南西向展布并出露于矿区中部和隐伏于矿区东南部，而中生界零星出露于矿区中部；此外，除中生代火山岩大面积分布于矿区之南、东南(图 1b)外，矿区还发育燕山期侵入岩，为浅成相-超浅成相的花岗闪长斑岩及石英斑岩，呈脉状、扁豆状产出，与新元古界及上古生界接触并分布于矿区中部地表及地下(图 1c)，出露面积虽很小，但分布很有规律，基本沿断层顺层产出，与矿体展布方向一致(付守会，2003)，在空间上与矿体关系十分密切.由此表明，东乡地区是以新元古界作为褶皱基底、上古生界及中生界作为沉积盖层的地区，先后经历了加里东末期-海西初期的强烈剥蚀阶段、海西-印支期以滨浅海相为主的沉积阶段和燕山期陆相沉积及中酸性岩浆活动阶段的地质演化过程.
江西东乡铜矿至今已开采四十余年，是一个以铜为主，共(伴)生有硫、铁、钨等多种组分的综合性矿床，主要由6个铜矿体、1个硫矿体、8个钨矿体和4个铁矿体组成.矿体分布在东西长2 600 m，南北宽400 m，总厚度为100 m的矿化地段.其主要的矿体包含Ⅰ、Ⅴ、Ⅶ号矿体，其中尤以目前仍然开采的Ⅴ、Ⅶ号铜矿体为主.矿区内Ⅴ、Ⅶ号铜矿体主要赋存于梓山组上段(C1z)的砂页岩中和壶天群下段(C2-3)的砂页岩中，矿体产状基本上与地层走向一致，并受区内NE向断裂构造的控制，矿体形态多透镜状、似层状，并具分枝复合，尖灭再现膨大狭缩现象，由于后期断裂作用，各矿体均受到不同程度的破坏，矿体以浸染状、层状、块状、角砾状构造为主.尤其值得关注的是，矿体展布与NE-NEE向控岩控矿张性断裂(张国林, 2001)、扁豆状或脉状产出的花岗闪长斑岩体延展三者具有方向一致性，并且还呈现矿体、断层及花岗闪长斑岩体在空间上相邻的分布特点.
矿区内与成矿作用有关的围岩蚀变主要有硅化、绿泥石化、菱铁矿化，其次有绢云母化、高岭土化等.与斑岩体有关的蚀变主要为绢云母化、绿泥石化.
矿石构造以散染状和块状矿石为主，矿石类型以黄铜黄铁矿为主，胶状黄铁矿和黄铁矿石次之，少量黄铁黄铜矿和黄铜辉铜矿石.矿石结构以晶粒状、镶嵌、压碎结构为主.矿物主要为胶黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、黑钨矿和赤铁矿等；脉石矿物主要为石英、方解石、绿泥石等(中南大学地质系, 1997, 东乡铜矿富矿预测及外围找矿研究).
朱金初和张承华(1981)发现东乡铜矿具有沉积成矿的证据，主要表现在：矿体严格受层位控制，主要以层状、似层状、透镜状顺层产出；矿体主要产于石炭纪断裂凹陷带的底部；梓山组中可见较多火山岩；胶黄铁矿在本区大量出现，并且某些矿石具有同心环带、显微球粒、层纹状条带状等结构构造特征.这些证据目前在矿区范围内已经很难观察到，但是部分学者认为在印支期至少存在一个矿源层，而后再经过了热液叠加改造(付守会和陈广浩, 2003; 陈小惠和郑孙华, 2008)，本文就对东乡铜矿是否经历过岩浆热液事件提出新的有力证据.
2. 样品及特征
流体包裹体Rb-Sr同位素分析采用矿区-275 m分段33线所采集的块状硫化物矿石中所包含的石英(图 2a).主要矿物为黄铁矿、黄铜矿以及石英.黄铁矿主要为自形-半自形粒状结构，碎裂现象明显，而黄铜矿则以他形分布于黄铁矿的裂隙和黄铁矿颗粒之间(图 2b).矿石中包含较多石英，在显微镜下观察，多为半自形-不规则状，多分布于黄铜矿、黄铁矿的周围及空洞和港湾中，常常与金属硫化物嵌生，表明石英应于黄铜矿同时形成(Cai et al., 2016).石英中以原生包裹体为主，类型较为丰富，主要为富液气液两相包裹体(图 2e)，富气气液两相包裹体(图 2d)，气相包裹体和含子晶三相包裹体(图 2c)以及液相包裹体.包裹体多孤立存在或成群出现，气相所占包裹体体积多为15%~30%，在某些视域内往往可以看见含子晶包裹体和富气气液两相包裹体共生，以及不同相比例的两相包裹体同时出现(杨艳等, 2008; 蔡逸涛等, 2011).
图 2 东乡铜矿矿石样品及流体包裹体照片a.黄铁黄铜矿矿石，可见金属硫化物矿物之间石英，黄铁矿晶粒较大，碎裂现象明显(DT656)；b.黄铜矿，他形；c.成矿阶段石英中含子晶三相流体包裹体；d.富气相包裹体；e.富液相包裹体.Ccp.黄铜矿；Q.石英；Py.黄铁矿；S.子晶；L.液相；V.气相Fig. 2. Photos of mineral in the Dongxiang copper deposit and fluid inclusions in the ore stage of quartz veins花岗闪长斑岩是本区内分布比较广泛的侵入岩.代表性样品为取自岩心的DT050和DT086(分别取自ZK6702和ZK6701)(图 3).两处岩体均侵入石炭系梓山组砂岩中.样品呈灰白色到灰红色，块状构造，斑状结构，斑晶有斜长石、石英、角闪石和少量钾长石等，占20%左右，粒度不大，一般为2~5 mm.基质具微粒或隐晶质结构，成分与斑晶相似，但含量有所不同.副矿物为锆石、榍石等.长石斑晶多发生绢云母化，表面密集排列绢云母鳞片，并且有时沿着斜长石环带分布；黑云母具有暗化边，大多褪色.石英普遍可见再生加大边，石英含量大于30%.
图 3 东乡铜矿区67线勘探线剖面采样点示意1.白云质灰岩；2.细砂岩；3.花岗闪长斑岩；4.铜矿体；5.采样点.C1-2z.下-上石炭统梓山组；C2H.中石炭统壶天群；K2n.上白垩纪南雄组Fig. 3. Profile sketch of prospecting line 67 of Dongxiang copper deposit3. 分析方法
石英流体包裹体Rb-Sr同位素分析样品的制备采用前人(李华芹和尹国师, 1985; 李华芹等, 2000; 李华芹等, 2006; 王登红等, 2009)所报道的流程，首先用热爆法将样品中次生包裹体去除，而后采用高温爆裂-超声提取-离心分离获得原生(假次生)流体包裹体.Rb、Sr同位素分析在武汉地质矿产研究所同位素实验室MAT-261可调多接收型质谱仪上完成；分析过程中采用国际标准样品NBS-987监控仪器工作状态，用NBS-607和Rb-Sr测年国家一级标准物质GBW04411监控分析流程.上述标准物质的测定值分别为：(1) NBS-987，87Sr/86Sr=0.710 26±0.000 06；(2) NBS607，Rb/10-6=523.22, Sr/10-6=65.56，87Sr/86Sr=1.200 35±0.000 09；(3) GBW04411，Rb/10-6=249.08×10-6，Sr/10-6=158.39×10-6，87Sr/86Sr=0.760 06±0.000 25；87Sr/86Sr和87Rb/86Sr的测定精度分别好于0.008%~0.02%和1%~2%.所用试剂为市售高纯试剂经亚沸蒸馏器蒸馏, 其Rb、Sr空白为10-11~10-12 g/g.高纯水由Milli-Q水纯化系统纯化, 其Rb、Sr空白为10-12 g/g；与样品同时测定的全流程空白都在0.3 ng左右.当样品Rb、Sr含量低于10-6时，均做了空白校正.
锆石分选采用传统的重液和磁法完成.将挑选好的锆石颗粒用环氧树脂固定, 并抛光至锆石颗粒中心附近以使其内部结构剥露, 制成样品靶.对抛光后的锆石样品在显微镜下观察和透、反射光观察, 并在在西北大学大陆动力学国家重点实验室FEI XL30型SFEG上进行了阴极发光照片拍摄.
锆石U-Pb年龄测定在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室完成，采用Agilent 7500a型ICP-MS，激光剥蚀系统为New Wave UP213.工作参数为：Ar气流量1 L/min，He气流量0.9~1.2 L/min.剥蚀系统激光波长213 nm, 激光脉冲频率5 Hz，剥蚀孔径18 μm，剥蚀时间60 s，背景测量时间40 s，脉冲能量为10~20 J/cm2，206Pb、207Pb、208Pb、232Th和238U的停留时间依次为15，30，10，10，15 ms.实验原理和详细测试方法可参考Griffin et al.(2004).应用锆石标样GJ-1进行同位素分馏校正，GJ-1锆石标样的测试值为601.0±1.2 Ma(Jackson et al., 2004)；此外，在分析中加入“未知”标样Mud Tank(Black and Gulson, 1978) (分析值735±12 Ma)，用于监控测试的重现性和仪器的稳定性，本实验室对GJ-1和Mud Tank锆石标样的测试结果与其他实验室的测试结果一致.质谱的分析数据通过即时分析软件GLITTER计算获得相应的同位素比值、年龄以及误差，上述数据采用Andersen(2002)的方法进行普通铅校正，校正后的最终结果应用Isoplot(Ludwig, 2003)程序完成年龄计算和谐和图的绘制.
4. 测试结果
4.1 流体包裹体Rb-Sr等时线年龄
分析结果列于表 1.87Rb/86Sr比值变化为3.41~4.79，87Sr/86Sr比值变化为0.722 78~0.726 02.本文采用目前国际通用的ISOPLOT程序(Ludwig, 2003)进行年龄计算.所选衰变常数为λ87Rb=1.42×10-11a-1.5点构成一条Rb-Sr等时线，年龄为161.8±9.6 Ma(MSDW=1.3)(图 4).87Sr/86Sr初始值为0.714 90±0.000 54.
表 1 东乡铜矿矿石中石英流体包裹体中Rb-Sr同位素组成Table Supplementary Table Rb-Sr isotope data of fluid inclusion in quiz from Dongxiang mineral样品 Rb(10-6) Sr(10-6) 87Rb/86Sr 87Sr/86Sr 2σ DT365 0.785 6 0.569 7 3.98 0.724 01 0.000 04 DT366-2 0.990 2 0.646 4 4.43 0.724 97 0.000 06 DT366-3 1.642 0 1.227 0 3.86 0.723 80 0.000 09 DT367 2.080 0 1.254 0 4.79 0.726 02 0.000 01 DT368 0.867 9 0.734 1 3.41 0.722 78 0.000 01 
图 4 东乡铜矿矿石中石英流体包裹体中Rb-Sr同位素等时线Fig. 4. Rb-Sr isotope data and isochron ages of fluid inclusion in quiz from Dongxiang mineral4.2 锆石U-Pb年代学
东乡铜矿区花岗闪长斑岩中锆石为无色透明或浅黄色，大多数锆石晶型较好，为短柱-长柱状，长轴为100~250 μm，长宽比为1:1~3:1.从锆石阴极发光图像(图 5)看出锆石具明显的的岩浆振荡环带，应为典型岩浆结晶锆石.
两个花岗闪长斑岩样品(DT050和DT086) 的LA-ICP-MS分析结果见表 2.样品DT050中14个锆石分析点获得的Th和U含量变化分别为380×10-6~3 571×10-6和352×10-6~1 232×10-6，平均含量为1 975×10-6和792×10-6.锆石的Th/U比值范围不大，为0.75~1.74(除一个异常高的比值为3.12)，均大于0.1，表明这些锆石为典型岩浆成因的锆石(Hoskin and Black, 2000; Belousova et al., 2002; 陈正乐等, 2013; 曹正琦等, 2016).14个锆石分析点的206Pb/238U加权平均年龄为164.3±1.6 Ma.
表 2 东乡铜矿侵入岩LA-ICP-MS锆石分析结果Table Supplementary Table Zircon LA-ICP-MS U-Pb results for intrusion of Dongxiang copper deposit样品 Th U Th/U 同位素比值 同位素年龄(Ma) (10-6) 207Pb/206Pb error 207Pb/235U error 206Pb/238U error 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ DT050 1 381 436 0.87 0.053 89 0.001 44 0.189 02 0.004 97 0.025 47 0.000 33 366 62 176 4 162 2 2 870 789 1.10 0.052 61 0.001 16 0.184 32 0.004 10 0.025 44 0.000 33 312 51 172 4 162 2 3 567 434 1.31 0.051 80 0.001 97 0.182 74 0.006 75 0.025 63 0.000 40 277 89 170 6 163 3 4 666 579 1.15 0.057 50 0.001 85 0.202 11 0.006 35 0.025 52 0.000 36 511 72 187 5 162 2 5 536 499 1.07 0.048 93 0.001 52 0.170 76 0.005 17 0.025 34 0.000 35 144 74 160 4 161 2 6 1 139 877 1.30 0.050 78 0.001 61 0.179 62 0.005 67 0.025 67 0.000 40 231 75 168 5 163 3 7 635 521 1.22 0.051 27 0.002 36 0.182 15 0.008 25 0.025 78 0.000 42 253 108 170 7 164 3 9 705 734 0.96 0.052 32 0.001 31 0.189 67 0.004 76 0.026 30 0.000 37 299 58 176 4 167 2 12 553 527 1.05 0.049 15 0.001 33 0.172 24 0.004 67 0.025 42 0.000 36 155 65 161 4 162 2 14 927 532 1.74 0.046 46 0.001 24 0.166 57 0.004 44 0.026 01 0.000 36 22 56 156 4 166 2 15 3 572 1 146 3.12 0.053 33 0.001 14 0.195 11 0.004 25 0.026 54 0.000 36 343 50 181 4 169 2 16 713 954 0.75 0.056 27 0.001 47 0.199 42 0.005 24 0.025 71 0.000 39 463 59 185 4 164 2 17 1 180 830 1.42 0.048 95 0.001 10 0.179 41 0.004 06 0.026 59 0.000 36 145 54 168 3 169 2 18 449 353 1.27 0.071 76 0.001 88 0.256 01 0.006 60 0.025 88 0.000 37 979 55 231 5 165 2 DT086 1 238 223 1.06 0.046 53 0.001 58 0.161 37 0.005 43 0.025 15 0.000 38 25 72 152 5 160 2 2 540 489 1.10 0.049 68 0.001 57 0.170 22 0.005 33 0.024 85 0.000 39 180 75 160 5 158 2 3 563 439 1.28 0.048 00 0.001 41 0.170 27 0.005 08 0.025 73 0.000 42 99 68 160 4 164 3 4 441 341 1.30 0.049 61 0.001 32 0.170 99 0.004 61 0.025 00 0.000 38 177 64 160 4 159 2 6 242 229 1.06 0.047 83 0.001 27 0.167 63 0.004 45 0.02 542 0.000 36 91 62 157 4 162 2 7 327 250 1.31 0.058 74 0.001 97 0.204 44 0.006 77 0.025 24 0.000 42 557 75 189 6 161 3 8 623 425 1.47 0.049 01 0.001 12 0.155 44 0.003 55 0.023 00 0.000 30 148 55 147 3 147 2 9 171 146 1.17 0.049 63 0.004 37 0.172 06 0.014 70 0.025 15 0.000 72 178 200 161 13 160 5 10 447 292 1.53 0.048 97 0.001 51 0.170 63 0.005 26 0.025 27 0.000 40 146 74 160 5 161 3 12 867 867 1.00 0.048 69 0.001 06 0.168 61 0.003 74 0.025 12 0.000 35 133 52 158 3 160 2 13 808 635 1.27 0.049 28 0.000 98 0.171 37 0.003 53 0.025 23 0.000 34 161 48 161 3 161 2 14 701 732 0.96 0.049 01 0.000 88 0.218 98 0.004 25 0.032 41 0.000 47 148 43 201 4 206 3 16 363 906 0.40 0.051 06 0.001 56 0.178 35 0.005 27 0.025 35 0.000 36 244 72 167 5 161 2 17 889 740 1.20 0.048 67 0.001 07 0.167 30 0.003 79 0.024 94 0.000 36 132 53 157 3 159 2 18 256 289 0.89 0.049 51 0.001 46 0.191 45 0.005 67 0.028 05 0.000 43 172 70 178 5 178 3 19 376 246 1.53 0.050 52 0.001 64 0.173 70 0.005 54 0.024 94 0.000 38 219 77 163 5 159 2 20 670 453 1.48 0.048 80 0.003 18 0.169 21 0.010 74 0.025 16 0.000 62 138 147 159 9 160 4 21 297 249 1.19 0.049 42 0.001 88 0.170 79 0.006 34 0.025 07 0.000 40 168 90 160 5 160 3 22 298 300 0.99 0.045 77 0.002 90 0.165 22 0.010 22 0.026 17 0.000 63 -14 139 155 9 167 4 23 626 545 1.15 0.050 59 0.003 34 0.177 58 0.011 35 0.025 50 0.000 66 222 151 166 10 162 4 24 1092 663 1.65 0.048 96 0.001 25 0.174 51 0.004 49 0.025 87 0.000 39 146 61 163 4 165 2 25 247 252 0.98 0.051 99 0.001 39 0.176 55 0.004 75 0.024 65 0.000 37 285 63 165 4 157 2 样品DT086中22个锆石分析点获得的Th和U含量变化分别为171×10-6~1 092×10-6和146×10-6~906×10-6，平均含量为632×10-6和526×10-6.Th/U比值变化为0.40~1.65，也表明这些锆石为典型岩浆成因的锆石(Hoskin and Black, 2000; Belousova et al., 2002).22个锆石分析点的206Pb/238U加权平均年龄为160.3±1.0 Ma.
在谐和图上，花岗闪长斑岩的样品点都有不同程度的沿水平方向偏离谐和线，可能与锆石中207Pb丰度较低而难以测准有关，因此主要采用精度较高的206Pb/238U来计算加权平均年龄(图 6).
图 6 花岗闪长斑岩的锆石207Pb/235U-206Pb/238U同位素年龄谐和图样品DT050、DT086为花岗闪长斑岩Fig. 6. The 207Pb/235U-206Pb/238U ages of zircon grains from granodiorite-porphyries and quartz porphyry5. 讨论
5.1 东乡铜矿的成矿时代和成因探讨
在热液矿床中，石英是普遍存在的一种矿物.英国矿物学家Shepherd和Darbyshire在1981年首次对Carrock Fell石英脉型钨矿成矿阶段中石英矿物流体包裹体Rb-Sr等时线法进行了测定，测得年龄为392±5 Ma，该年龄与矿脉内白云母K-Ar年龄(387±6 Ma)基本吻合，从而验证了流体包裹体Rb-Sr等时线测定年龄的可行性和可信性(Shepherd and Darbyshire, 1981).国内学者也进一步论证或检验流体包裹体直接测定成矿年龄的可行性和可靠性，使这一技术可以广泛应用于不同类型的热液矿床的年代学研究中，如对荡坪钨锡矿床、大宝山多金属矿床和玲珑金矿床的流体包裹体和成矿母岩的年代学的对比研究，有力地证明热液金属矿床石英流体包裹体Rb-Sr等时线年龄方法是直接测定金属矿床成矿时代的有效手段之一(李华芹等, 1992, 2006; 赵葵东和蒋少涌, 2004; 侯明兰等, 2007).
本次研究中所采用样品为与块状硫化物共生的石英矿物，多分布于黄铜矿、黄铁矿的周围及空洞和港湾中，常常与金属硫化物嵌生.显微镜下石英中流体包裹体也主要为原生包裹体，即包括富液气液两相包裹体，富气气液两相包裹体，气相包裹体和含子晶三相包裹体以及液相包裹体.富液气液两相包裹体多孤立存在或成群出现，气相所占包裹体体积多为15%~30%，此类包裹体在石英中丰度一般，为5~20 μm.富液气液两相包裹体均一温度为272~392 ℃，峰值范围在320~380 ℃，盐度2.24% NaCl~19.4% NaCl，峰值为58% NaCl~8% NaCl.视域内同时出现的富气相包裹体、含透明子矿物包裹体，富气相包裹体和含子晶三相包裹体的盐度范围分别为0.35% NaCl~5.86% NaCl和29.4% NaCl~41.9% NaCl.均一温度峰值分别为300~340 ℃和280~320 ℃(蔡逸涛等, 2011).显示了沸腾条件下捕获的特征，属于较典型的岩浆热液流体.因此其流体包裹体应该可以代表成矿时期的流体特征.Cai et al.(2016)对成矿期流体包裹体进行了H-O同位素的测定，δ18O值为5.04‰~9.01‰，δD变化范围为-42‰~ -69‰.结合包裹体测温结果，进一步证明了成矿流体具有较典型的岩浆流体的特征.
本次研究测得石英中流体包裹体Rb-Sr等时线年龄为161.8±9.6 Ma(MSDW=1.3)，应该可以代表块状矿体的成矿年龄.因此，这一定年结果支持东乡铜矿主体成矿期应为燕山期成矿，而非海西期成矿.
同时，对矿区内侵入岩的定年结果，两个花岗闪长斑岩样品的形成年龄分别为164.3±1.6 Ma和160.3±1.0 Ma.成矿年龄与花岗闪长斑岩的形成时代较为一致.同时，花岗闪长斑岩也含有很高的铜含量(平均约160×10-6)，某些地段侵入岩体本身就是矿体.Cai et al.(2016)对东乡铜矿H-O-S-Pb等同位素的研究也表明矿体的成矿物质、成矿流体均来自于矿区内燕山期的侵入岩.同时野外观察也可以表明矿区内岩浆热液充填的矿化现象比较明显，如岩体的围岩为砂岩时，常见有黄铁矿、黄铜矿细脉沿砂岩中的裂隙充填.从整个矿区来看，岩浆活动与成矿密切联系还体现在两者的空间分布上.中南大学根据钻孔资料，将所揭露到的岩体和矿体厚度分别取值，并取相应坐标，模拟出两者厚度等值线图，大家可以发现岩体集中、厚大的地段也是矿体厚大的部位，比如在85-75线、51-23线、0-4线等(中南大学地质系，1997.东乡铜矿富矿预测及外围找矿研究).
Cai et al.(2016)对东乡铜矿S-Pb同位素的研究认为东乡铜矿矿石中黄铁矿的δ34S的变化范围为0.3‰~-2.2‰，离差1.9‰，平均1.1‰，其变化范围窄，绝对值小，其平均值与地幔硫同位素组成比较接近，呈塔式分布，具有典型岩浆硫源的特征.铅同位素数值显示矿石铅同位素与岩体铅同位素组成范围较为一致，来源基本相同.从而说明成矿物质来源于岩体具有密切的联系.
综上所述，东乡铜矿矿石中S同位素变化范围窄，绝对值小，其平均值接近零值，显示了硫主要来自岩浆，或直接来自岩浆热液.岩体与矿体Pb同位素两者组成范围较为一致，来源基本相同.矿石中石英内的流体包裹体的87Sr/86Sr明显大于0.710，与岩体的87Sr/86Sr同位素范围(0.706 675~0.715 872) 较为一致，显示了成矿流体主要为壳源，因而，笔者认为铜矿主成矿时代应在162 Ma左右，并且与燕山期岩浆热液作用有着密切联系.
5.2 对区域成矿作用的指示
赣东北地区在燕山期构造-岩浆活动极其剧烈，导致了岩浆与成矿大爆炸，形成系列火山盆地和火山-花岗质杂岩，是区内最重要的铅锌银铜成矿期.本期成矿作用多样，矿床类型多，有斑岩型铜金矿(铜厂等)、火山热液型铜铅锌银矿(银山等)、岩浆热液型铜矿(东乡等)等，均有大型-超大型矿床产出.该系列矿床的最主要特点是矿化围绕一系列深来源和高侵位的小花岗质岩体分布(毛景文等, 2011, 2012; 陈辉等, 2016a, 2016b)，但形成时代略有差异.德兴斑岩型铜矿，其含矿花岗闪长斑岩的锆石U-Pb年龄为171±3 Ma(王强等, 2004)，辉钼矿Re-Os年龄确定其成矿时代为170.4±1.8 Ma(Lu et al., 2005)，矿化时代与斑岩同期.银山铜多金属矿火山岩-次火山岩的形成时代为176~166 Ma(本项目组未发表数据).永平铜矿中黑云母斑状花岗岩的锆石年龄为160.0±2.3 Ma(丁昕等, 2005)，辉钼矿Re-Os年龄162 Ma(未发表数据).本次研究所确定的东乡铜矿花岗闪长斑岩形成时代为164~160 Ma，成矿时代为162 Ma.综合来看，赣东北地区含矿岩体和铜的矿化时间从171 Ma持续到160 Ma，并且从北往南方向有逐渐变年轻的趋势.
毛景文等(2004, 2008, 2009)初步提出华南中生代3次爆发式成矿作用，认为它们可能与侏罗纪晚期局部伸展和白垩纪岩石圈全面大减薄相关.大量研究表明(Zhao et al., 1998; Chen et al., 2002; Li et al., 2003; 王强等, 2004, 2005)，华南地区早-中侏罗世较为广泛的岩浆活动与成矿作用是在伸展的构造环境下形成的，暗示该阶段华南为一伸展的动力学背景.毛景文等(2011)认为，由于太平洋板块的持续低角度俯冲，在弧后地区出现一系列NE方向岩石圈伸展带和深大断裂，导致了160 Ma左右大规模岩浆侵位爆发式地出现在钦杭带东端赣东北地区.而东乡铜矿的成岩成矿年龄与华南的早-中侏罗世的爆发式成矿相一致.
6. 结论
通过对东乡铜矿块状矿石中石英流体包裹体Rb-Sr等时线定年，确定成矿时代为161.8±9.6 Ma(MSDW=1.3).矿区中两个花岗闪长斑岩样品的锆石U-Pb定年结果为164±2 Ma到160±1 Ma.综合流体包裹体和区域成矿作用的研究，认为东乡铜矿的形成应与燕山早期花岗闪长斑岩的侵入所带来岩浆流体成矿作用有关.
致谢: 野外工作得到江铜集团地勘公司徐积辉、陈小惠、郑孙华工程师以及江西东同矿业公司张秀昌工程师的热情帮助，Rb-Sr等时线同位素测试得到了武汉地质矿产研究所李华芹老师的帮助，感谢匿名审稿专家提出了宝贵的审稿意见，在此一并表示衷心的感谢. -
图 1 赣东北区域地质及矿区地质简图
图a据杨明桂和梅勇文(1997)；图b据李培铮等(1999)；图c据张国林和何国朝(2002).1.钦杭结合带；2.深大断裂；3.一般断裂；4.倒转背斜；5.中生代火山岩；6.燕山期侵入岩；7.第四系；8.上白垩统南雄组；9.上石炭统壶天群；10.石炭系梓山组；11.上泥盆统-下石炭统中棚组；12.新元古界双桥山群；13.矿体平面投影位置
Fig. 1. Geological sketch of northeast Jiangxi Province and geological sketch of the Dongxiang copper deposit
图 2 东乡铜矿矿石样品及流体包裹体照片
a.黄铁黄铜矿矿石，可见金属硫化物矿物之间石英，黄铁矿晶粒较大，碎裂现象明显(DT656)；b.黄铜矿，他形；c.成矿阶段石英中含子晶三相流体包裹体；d.富气相包裹体；e.富液相包裹体.Ccp.黄铜矿；Q.石英；Py.黄铁矿；S.子晶；L.液相；V.气相
Fig. 2. Photos of mineral in the Dongxiang copper deposit and fluid inclusions in the ore stage of quartz veins
图 3 东乡铜矿区67线勘探线剖面采样点示意
1.白云质灰岩；2.细砂岩；3.花岗闪长斑岩；4.铜矿体；5.采样点.C1-2z.下-上石炭统梓山组；C2H.中石炭统壶天群；K2n.上白垩纪南雄组
Fig. 3. Profile sketch of prospecting line 67 of Dongxiang copper deposit
图 4 东乡铜矿矿石中石英流体包裹体中Rb-Sr同位素等时线
Fig. 4. Rb-Sr isotope data and isochron ages of fluid inclusion in quiz from Dongxiang mineral
图 6 花岗闪长斑岩的锆石207Pb/235U-206Pb/238U同位素年龄谐和图
样品DT050、DT086为花岗闪长斑岩
Fig. 6. The 207Pb/235U-206Pb/238U ages of zircon grains from granodiorite-porphyries and quartz porphyry
表 1 东乡铜矿矿石中石英流体包裹体中Rb-Sr同位素组成
Table 1. Rb-Sr isotope data of fluid inclusion in quiz from Dongxiang mineral
样品 Rb(10-6) Sr(10-6) 87Rb/86Sr 87Sr/86Sr 2σ DT365 0.785 6 0.569 7 3.98 0.724 01 0.000 04 DT366-2 0.990 2 0.646 4 4.43 0.724 97 0.000 06 DT366-3 1.642 0 1.227 0 3.86 0.723 80 0.000 09 DT367 2.080 0 1.254 0 4.79 0.726 02 0.000 01 DT368 0.867 9 0.734 1 3.41 0.722 78 0.000 01 
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表 2 东乡铜矿侵入岩LA-ICP-MS锆石分析结果
Table 2. Zircon LA-ICP-MS U-Pb results for intrusion of Dongxiang copper deposit
样品 Th U Th/U 同位素比值 同位素年龄(Ma) (10-6) 207Pb/206Pb error 207Pb/235U error 206Pb/238U error 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ DT050 1 381 436 0.87 0.053 89 0.001 44 0.189 02 0.004 97 0.025 47 0.000 33 366 62 176 4 162 2 2 870 789 1.10 0.052 61 0.001 16 0.184 32 0.004 10 0.025 44 0.000 33 312 51 172 4 162 2 3 567 434 1.31 0.051 80 0.001 97 0.182 74 0.006 75 0.025 63 0.000 40 277 89 170 6 163 3 4 666 579 1.15 0.057 50 0.001 85 0.202 11 0.006 35 0.025 52 0.000 36 511 72 187 5 162 2 5 536 499 1.07 0.048 93 0.001 52 0.170 76 0.005 17 0.025 34 0.000 35 144 74 160 4 161 2 6 1 139 877 1.30 0.050 78 0.001 61 0.179 62 0.005 67 0.025 67 0.000 40 231 75 168 5 163 3 7 635 521 1.22 0.051 27 0.002 36 0.182 15 0.008 25 0.025 78 0.000 42 253 108 170 7 164 3 9 705 734 0.96 0.052 32 0.001 31 0.189 67 0.004 76 0.026 30 0.000 37 299 58 176 4 167 2 12 553 527 1.05 0.049 15 0.001 33 0.172 24 0.004 67 0.025 42 0.000 36 155 65 161 4 162 2 14 927 532 1.74 0.046 46 0.001 24 0.166 57 0.004 44 0.026 01 0.000 36 22 56 156 4 166 2 15 3 572 1 146 3.12 0.053 33 0.001 14 0.195 11 0.004 25 0.026 54 0.000 36 343 50 181 4 169 2 16 713 954 0.75 0.056 27 0.001 47 0.199 42 0.005 24 0.025 71 0.000 39 463 59 185 4 164 2 17 1 180 830 1.42 0.048 95 0.001 10 0.179 41 0.004 06 0.026 59 0.000 36 145 54 168 3 169 2 18 449 353 1.27 0.071 76 0.001 88 0.256 01 0.006 60 0.025 88 0.000 37 979 55 231 5 165 2 DT086 1 238 223 1.06 0.046 53 0.001 58 0.161 37 0.005 43 0.025 15 0.000 38 25 72 152 5 160 2 2 540 489 1.10 0.049 68 0.001 57 0.170 22 0.005 33 0.024 85 0.000 39 180 75 160 5 158 2 3 563 439 1.28 0.048 00 0.001 41 0.170 27 0.005 08 0.025 73 0.000 42 99 68 160 4 164 3 4 441 341 1.30 0.049 61 0.001 32 0.170 99 0.004 61 0.025 00 0.000 38 177 64 160 4 159 2 6 242 229 1.06 0.047 83 0.001 27 0.167 63 0.004 45 0.02 542 0.000 36 91 62 157 4 162 2 7 327 250 1.31 0.058 74 0.001 97 0.204 44 0.006 77 0.025 24 0.000 42 557 75 189 6 161 3 8 623 425 1.47 0.049 01 0.001 12 0.155 44 0.003 55 0.023 00 0.000 30 148 55 147 3 147 2 9 171 146 1.17 0.049 63 0.004 37 0.172 06 0.014 70 0.025 15 0.000 72 178 200 161 13 160 5 10 447 292 1.53 0.048 97 0.001 51 0.170 63 0.005 26 0.025 27 0.000 40 146 74 160 5 161 3 12 867 867 1.00 0.048 69 0.001 06 0.168 61 0.003 74 0.025 12 0.000 35 133 52 158 3 160 2 13 808 635 1.27 0.049 28 0.000 98 0.171 37 0.003 53 0.025 23 0.000 34 161 48 161 3 161 2 14 701 732 0.96 0.049 01 0.000 88 0.218 98 0.004 25 0.032 41 0.000 47 148 43 201 4 206 3 16 363 906 0.40 0.051 06 0.001 56 0.178 35 0.005 27 0.025 35 0.000 36 244 72 167 5 161 2 17 889 740 1.20 0.048 67 0.001 07 0.167 30 0.003 79 0.024 94 0.000 36 132 53 157 3 159 2 18 256 289 0.89 0.049 51 0.001 46 0.191 45 0.005 67 0.028 05 0.000 43 172 70 178 5 178 3 19 376 246 1.53 0.050 52 0.001 64 0.173 70 0.005 54 0.024 94 0.000 38 219 77 163 5 159 2 20 670 453 1.48 0.048 80 0.003 18 0.169 21 0.010 74 0.025 16 0.000 62 138 147 159 9 160 4 21 297 249 1.19 0.049 42 0.001 88 0.170 79 0.006 34 0.025 07 0.000 40 168 90 160 5 160 3 22 298 300 0.99 0.045 77 0.002 90 0.165 22 0.010 22 0.026 17 0.000 63 -14 139 155 9 167 4 23 626 545 1.15 0.050 59 0.003 34 0.177 58 0.011 35 0.025 50 0.000 66 222 151 166 10 162 4 24 1092 663 1.65 0.048 96 0.001 25 0.174 51 0.004 49 0.025 87 0.000 39 146 61 163 4 165 2 25 247 252 0.98 0.051 99 0.001 39 0.176 55 0.004 75 0.024 65 0.000 37 285 63 165 4 157 2
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