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湘东南锡田辉钼矿Re-Os同位素定年及其地质意义

郭春丽, 李超, 伍式崇, 许以明

郭春丽, 李超, 伍式崇, 许以明. 湘东南锡田辉钼矿Re-Os同位素定年及其地质意义[J]. 岩矿测试, 2014, 33(1): 142-152.
引用本文: 郭春丽, 李超, 伍式崇, 许以明. 湘东南锡田辉钼矿Re-Os同位素定年及其地质意义[J]. 岩矿测试, 2014, 33(1): 142-152.
Chun-li GUO, Chao LI, Shi-chong WU, Yi-ming XU. Molybdenite Re-Os Isotopic Dating of Xitian Deposit in Hunan Province and Its Geological Significance[J]. Rock and Mineral Analysis, 2014, 33(1): 142-152.
Citation: Chun-li GUO, Chao LI, Shi-chong WU, Yi-ming XU. Molybdenite Re-Os Isotopic Dating of Xitian Deposit in Hunan Province and Its Geological Significance[J]. Rock and Mineral Analysis, 2014, 33(1): 142-152.

湘东南锡田辉钼矿Re-Os同位素定年及其地质意义

基金项目: 

中国地质调查局地质调查工作项目 1212011220523

国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2012CB416704); 中国地质调查局地质调查工作项目(1212011220523); 中国地质科学院基本科研业务费项目(C1103)

国家重点基础研究发展计划(973计划)项目 2012CB416704

中国地质科学院基本科研业务费项目 C1103

详细信息
    作者简介:

    郭春丽,博士,副研究员,主要从事花岗岩与相关矿床研究。E-mail: gchunli@126.com

  • 中图分类号: P597.3

Molybdenite Re-Os Isotopic Dating of Xitian Deposit in Hunan Province and Its Geological Significance

  • 摘要: 湘东南锡田是近年来新发现的一个具有大型规模的钨锡多金属矿田,该矿田位于湘赣边界,南岭成矿带与钦杭成矿带的交汇部位,扬子地块与华夏地块的拼合带。目前对于矿体与成矿岩体之间的关系以及矿体形成时代的问题尚存争议,钨锡矿化究竟是与印支期还是与燕山期花岗岩有关,矿田中众多矿体是否同期形成,这些问题仍待进一步确定。本文选取了两个矿床,即山田云英岩-石英脉型锡多金属矿床和桐木山破碎带蚀变岩型锡多金属矿床,分别对来自这两个矿床的辉钼矿样品进行了Re-Os同位素定年,获得的Re-Os模式年龄分别为(158.9±2.2) Ma(2SD)和(160.2±3.2) Ma(2SD),表明这两个矿床形成于晚侏罗世早期。高精度的云母Ar-Ar和辉钼矿Re-Os年龄数据表明锡田钨锡多金属矿田的垄上、荷树下、山田、桐木山矿床均形成于150~160 Ma,即南岭与花岗岩有关钨锡多金属矿大规模成矿作用的高峰期。上述两个辉钼矿样品的铼含量分别为12.44×10-6和2.367×10-6,指示成矿物质分别为壳-幔混合来源和地壳来源,为准确认识该矿田的成矿物质来源提供了进一步的制约。本文还对南岭地区晚侏罗世与花岗岩有关的钨锡多金属矿中90个辉钼矿的铼含量数据进行了统计,结果表明钨锡多金属矿的成矿物质绝大多数为地壳来源,少数为壳-幔混合来源。
  • 祖母绿,由Cr致色,属环状硅酸盐矿物,六方晶系,空间群D6h2-P6/mcc,[SiO4]、[BeO4]和[AlO6]以6︰3︰2的比例组成Be3A12[Si6O18]。结构中[SiO4]四面体以两个角顶联结在平面上,形成封闭的六方环,垂直c轴平行排列。上下两环错动25°,环之间由Al3+和Be2+连接,铝配位数为6,铍配位数为4。[AlO6]八面体和[BeO4]四面体以共棱的方式连结,分布在环的外侧[3-6]。环中心平行于c轴,为连通性较好的结构通道,可容纳Na+、K+、Cs+等大半径离子和水分子。由于环状结构的离子堆积程度较差,晶格中部分Al、Be可被Cr、Fe、Mg、Mn、Li等类质同象替代[1,3]

    新疆祖母绿矿区位于西昆仑、喀喇昆仑、帕米尔构造单元的结合处。东北部属塔里木板块南缘活动带公格尔—喀拉塔什中间地块的西北段;西南部属华南板块羌塘微板块的一部分。

    该区域祖母绿多产在碳酸盐岩脉中,碳酸盐岩脉主要以斜交脉、顺层脉产于片岩、片麻岩、炭质页岩中,以脉状、透镜状、雁行状为主,走向以北西向为主[7-9]

    新疆祖母绿晶体多呈绿色、翠绿色;半透明—透明;短柱状或长柱状,长1~8 cm,对径0.5~3 cm,玻璃光泽,摩氏硬度为7.5,密度2.70 g/cm3;多为非均质体,具一轴晶,有负光性;折射率1.574~1.576,双折射率0.005~0.009。

    采用EPMA和XRD测试技术,对新疆祖母绿成分及结构的研究非常重要。为此,作者利用XRD对新疆祖母绿典型样品进行测试分析,从而获取一些初步研究结果,对进一步深入研究新疆祖母绿具有重要的矿物学研究意义。

    本次EPMA测试分析样品,采用产于新疆的天然祖母绿典型样品,粗粒状,翠绿色。利用日本电子公司JXA-733探针-扫描电子显微镜,测定新疆天然祖母绿的化学成分,结果见表 1[9]

    表  1  新疆祖母绿电子探针显微成分分析
    Table  1.  Analytical results of components in emeralds from Xinjiang by EPMA
    原编号 样品名称 wB/%
    SiO2 Al2O3 K2O FeO CaO MgO Cr2O3 TiO2 MnO Na2O 总计
    08TY-1 祖母绿 66.21 16.39 0.03 1.13 0.13 1.33 0.32 0.01 0.00 1.02 86.57
    08TY-2 祖母绿 67.66 15.04 0.02 0.86 0.06 1.57 0.21 0.03 0.04 0.71 86.20
    08TY-3 祖母绿 65.78 16.28 0.09 1.50 0.12 1.61 0.54 0.03 0.03 0.88 86.86
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    表 1可见,样品主要成分为:SiO2 (65.78 %~67.66%)、Al2O3 (15.04%~16.39%)、K2O (0.02%~0.09%)、FeO (0.86%~1.50%)、CaO (0.06%~0.13%)、MgO (1.33%~1.61%)、Cr2O3 (0.21%~0.54%)、TiO2 (0.01%~0.03%)、MnO (0.00%~0.04%)、Na2O (0.71%~1.02%) 等。

    祖母绿晶体中Cr2O3含量一般为0.15%~0.20%,深绿色晶体可达0.50%~0.60%;绿柱石中SiO2含量为66.90%,Al2O3含量为19.0%[1,10]

    新疆祖母绿较之绿柱石,SiO2和Al2O3均有大量类质同像替代存在。较之祖母绿理论含量,新疆祖母绿中Cr2O3含量较高,所呈颜色多在翠绿至深绿之间。

    新疆祖母绿样品存在同心圆状颜色环带,环带间颜色有明显差异,特征如下 (见表 2):①外环颜色显深绿色,内环颜色明显较浅。从成分上分析,祖母绿 (外环) Cr2O3含量明显高于祖母绿 (内环)[9]。②祖母绿 (外环) FeO含量明显高于祖母绿 (内环)。③外环K2O+Na2O总量明显低于内环;且碱 (Na2O+K2O) 含量有较宽的变化范围 (0.36%~1.17%)。

    表  2  新疆祖母绿电子探针成分分析
    Table  2.  Analytical results of components in emeralds from Xinjiang by EPMA
    样品名称 wB/%
    SiO2 Al2O3 K2O FeO CaO MgO Cr2O3 TiO2 MnO Na2O 总计
    祖母绿 (内环) 65.30 16.36 0.15 1.26 0.18 1.72 0.43 0.02 0.02 0.95 86.39
    祖母绿 (外环) 66.25 16.20 0.04 1.74 0.06 1.50 0.65 0.05 0.03 0.81 87.33
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    选择具有典型代表性的新疆祖母绿 (绿柱石),利用D/MAX-3A X射线衍射仪 (日本理学公司) 对粉末样品进行分析。所得祖母绿样品的晶胞参数为:a0=0.9233 nm,c0=0.9206 nm,Z=2,主要粉晶谱线为2.871 (100)、3.257 (100)、7.996 (100),详见图 1表 3

    图  1  新疆祖母绿X射线衍射谱图
    Figure  1.  XRD spectrograms of emeralds from Xinjiang
    表  3  新疆祖母绿X射线衍射数据
    Table  3.  X-ray diffractometric data of emeralds from Xinjiang
    序号 d hkl
    第一次 第二次 第三次 平均值
    1 7.993 7.997 7.997 7.996 100
    2 4.594 4.594 4.594 4.594 110,002
    3 3.984 3.984 3.984 3.984 200,102
    4 3.257 3.257 3.257 3.257 112
    5 3.017 3.018 3.018 3.018 210,202
    6 2.871 2.871 2.871 2.871 211
    7 2.525 2.526 2.526 2.526 212
    8 2.297 2.297 2.297 2.297 220,302
    9 2.208 2.207 2.207 2.207 104
    10 2.155 2.155 2.155 2.155 311
    11 1.992 1.992 1.992 1.992 312,204
    12 1.835 1.835 320,402
    13 1.797 1.797 1.797 1.797 321,313
    14 1.741 1.741 1.741 1.741 304
    15 1.715 1.715 1.715 1.715 411
    16 1.629 1.628 1.629 1.629 412,224
    17 1.600 1.600 1.600 1.600 500,314
    18 1.571 1.571 1.571 323
    19 1.532 1.532 1.532 1.532 006
    20 1.517 1.517 1.517 1.517 413
    21 1.460 1.460 1.460 1.460 116
    22 1.436 1.434 1.436 1.435 510,422
    23 1.371 1.371 1.371 1.371 512
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    祖母绿晶体发生类质同象替代,会对祖母绿的晶胞参数产生影响。如Me类质同象代替Al,导致Me—O键长变长,八面体体积增大,由此挤压c轴方向致使八面体发生形变。a轴方向键长变长也会影响晶胞参数a的值。四面体配位中Li+代替Be2+,使Me—O键长增加,伴随着c值的增加。绿柱石理论晶胞参数为a=0.9188 nm,c=0.9189 nm,c/a为0.997~0.998,据c/a比值可将绿柱石分为以下两种类型[11-13]

    (1) 以Al3+的八面体类质同象替代为主的绿柱石。c/a为0.991~0.998,随替代量增加,其a值增加,c值保持稳定。

    (2) 以Li+→Be2+的四面体替代为主的绿柱石。c/a为0.999~1.003,随替代量增加,a值保持稳定,c值增加。

    图 1表 2可见,新疆祖母绿样品的X射线衍射线的主要峰位置与强度几乎吻合,a0=0.9233 nm,c0=0.9206 nm,Z=2。样品晶胞参数ac值 (c/a=0.997) 与标准绿柱石相比,表明新疆祖母绿晶体晶格中存在大量Al的类质同相替代,这与本文化学成分分析结果一致。测定的c/a值表明新疆祖母绿以[A1O6]八面体类质同象替代为主。

    (1) 新疆祖母绿化学成分中Cr2O3含量较高,一般为0.21%~0.54%。测得样品晶胞参数为:a0=0.9233 nm,c0=0.9206 nm,Z=2,主要粉晶谱线为2.871 (100)、3.257 (100)、7.996 (100)。

    (2) 新疆祖母绿较之标准绿柱石,其SiO2和Al2O3均有大量类质同像替代存在。

    (3) 测定的c/a值表明,新疆祖母绿属于以[A1O6]八面体类质同象替代为主的绿柱石。

    新疆祖母绿是我国的又一种高档宝石,在一定程度上填补了我国优质祖母绿宝石的空白。多项测试数据表明,新疆祖母绿具有高品质祖母绿宝石的特征,对其研究工作需要多角度、全方面深入。本文仅从电子探针显微分析 (EPMA) 和X射线衍射 (XRD) 测试结果与晶体结构的角度进行了分析,对新疆祖母绿晶体化学特征进行了初探,以供进一步工作参考。

    致谢:: 感谢湖南省地质矿产勘查开发局四一六地质队曾桂华高级工程师对野外和采样工作的指导。
  • 图  1   锡田钨锡多金属矿田在华南地区的位置图 (改编自徐先兵等[28])

    Figure  1.   Location of the Xitian W-Sn polymetallic ore field in South China (Modified from Xu et al.[28])

    图  2   锡田钨锡多金属矿区地质图和采样位置(改编自1 ∶ 50000地质图)

    1—第四系沉积; 2—白垩系红色砾岩; 3—二叠系硅质岩、结核状灰岩; 4—石炭系砂页岩夹煤层; 5—泥盆系灰岩、石英砂岩和砾岩; 6—奥陶系板岩、长石(石英)砂岩; 7—燕山晚期花岗岩; 8—燕山早期花岗岩; 9—印支期花岗岩; 10—接触交代矽卡岩型钨锡多金属矿脉; 11—热液交代填充型钨锡多金属矿脉; 12—断裂破碎带充填型钨锡多金属矿脉; 13—石英脉型、云英岩型钨锡多金属矿脉; 14—断层和推测断层; 15—省界; 16—采样位置。

    Figure  2.   Geological map of the Xitian W-Sn polymetallic ore field and sampling locations (Modified from 1∶50000 geological map)

    图  3   山田和桐木山含辉钼矿的手标本照片

    Figure  3.   Photographs of hand specimens bearing molybdenites in Shantian and Tongmushan ore deposits

    图  4   南岭地区晚侏罗世钨锡多金属矿床辉钼矿中铼含量直方图

    Figure  4.   Histogram of Re contents of W-Sn polymetallic deposits in the Nanling area on late Jurassic

    表  1   山田和桐木山矿床辉钼矿及标准物质JDC的Re-Os同位素分析结果

    Table  1   Re-Os analytical results of molybdenites from the Shantian and Tongmushan ore deposits and reference materials JDC

    样品名称样品编号样品质量m/mg w(Re)/10-6w(普Os)/10-9 w(187Os)/10-6w(187Os)/10-6模式年龄/Ma
    测定值2SD测定值2SD测定值2SD测定值2SD测定值2SD
    山田ST-01200.5612.440.100.0500.0067.8160.06120.720.17158.92.2
    桐木山TMS-02202.612.3670.0370.0030.0021.4880.0243.9770.037160.23.2
    标准物质JDC50.0117.090.14----25.150.20141.01.9
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    表  2   南岭地区晚侏罗世钨锡多金属矿床的Ar-Ar和Re-Os年龄统计

    Table  2   Ar-Ar and Re-Os mineralization ages related to W-Sn polymetallic deposits in the Nanling area on late Jurassic

    矿床名称省份云母Ar-Ar法定年的年龄/Ma参考文献辉钼矿Re-Os法定年的年龄/Ma参考文献
    八仙脑钨矿江西165.7±1.3,59.8±1.1,143.5±1.4曾庆涛等[40]--
    漂塘钨矿江西155.0±2.4~158.9±1.4张文兰等[41]--
    柯树岭钨锡矿江西158.8±1.2刘善宝等[42]--
    大吉山钨矿江西144.4±0.5,147.2±0.6张文兰等[43]--
    张天堂钨矿江西--(155.2±2.3)~(156.5±2.1)丰成友等[44]
    牛岭钨锡矿江西--154.9±2.6,154.6±9.7丰成友等[45]
    樟斗钨矿江西--149.1±7.1丰成友等[45]
    浒坑钨钼矿江西--150.2±2.2刘珺等[46]
    淘锡坑钨矿江西--154.4±3.4陈郑辉等[47]
    芙蓉锡矿湖南 154.8~160.1,150.6~157.3毛景文等[48]--
    150.6±1.0,159.9±0.5,154.8±0.6彭建堂等[49]--
    新田岭钨矿湖南156.1±0.4毛景文等[37]--
    香花岭锡矿湖南154.4±1.1,160±1.2,158.7±1.2Yuan等[50]--
    柿竹园钨锡多金属矿湖南153.4±0.2毛景文等[37]151.0±3.5李红艳等[51]
    瑶岗仙钨矿湖南--(152±3.5~(161.1±4.5)Peng等[52]
    --(153±7)~(163.2±4.2)Wang等[53]
    159.0±1.5毛景文等[54]161.3±2.1毛景文等[54]
    黄沙坪铅锌铜钨锡矿湖南--154.2±2.2姚军明等[55]
    --153.9±1.7,154.2±2.2毛景文等[54]
    --153.8±4.8马丽艳等[56]
    --159.4±3.3,57.5±2.4,157.6±2.3雷泽恒等[57]
    九嶷山大坳锡矿湖南--151.4±2.4付建明等[58]
    锡田锡多金属矿湖南155.6±1.3,157.2±1.4马丽艳等[15]150.0±2.7刘国庆等[18]
    行洛坑钨钼矿福建--156.3±4.8张家菁等[59]
    石人嶂钨矿广东--154.2±2.7付建明等[60]
    师姑山钨铋矿广东--159.1±2.2付建明等[60]
    注:“-”表示暂无此数据。
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    表  3   南岭地区晚侏罗世钨锡多金属矿床辉钼矿中铼含量统计

    Table  3   The molybdenite Re contents of W-Sn polymetallic deposits in the Nanling area on late Jurassic

    矿床名称省份辉钼矿Re-Os法定年的年龄/Ma 辉钼矿中铼含量参考文献
    柿竹园钨锡多金属矿湖南151.0±3.51.040×10-6~1.340×10-6 李红艳等[51]
    瑶岗仙钨矿湖南(152±3.5)~(161.1±4.5)1.016×10-8~2.618×10-6Peng等[52]
    153±75.436×10-8~4.895×10-7 Wang等[53]
    163.2±4.29.025×10-7~4.909×10-6
    黄沙坪铅锌铜钨锡矿湖南154.2±2.20.460×10-6~2.590×10-5姚军明等[55]
    153.8±4.83.107×10-6~4.683×10-5马丽艳等[56]
    159.4±3.34.347×10-7~2.171×10-5 雷泽恒等[57]
    157.5±2.41.175×10-6~1.192×10-5
    157.6±2.35.890×10-7~1.743×10-5
    九嶷山大坳锡矿湖南151.4±2.42.933×10-8~1.175×10-6付建明等[58]
    锡田荷树下锡矿湖南150.0±2.71.739×10-8~2.838×10-7刘国庆等[18]
    行洛坑钨钼矿福建156.3±4.82.851×10-6~4.292×10-6张家菁等[59]
    石人嶂钨矿广东159.1±2.2,157.6±1.64.843×10-7~5.039×10-6付建明等[60]
    师姑山钨铋矿广东154.2±2.7,154±25.773×10-7~1.495×10-6付建明等[60]
    注: 辉钼矿中铼含量统一格式为小数点前为一位数,保留四位有效数字。
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图(4)  /  表(3)
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-08-14
  • 录用日期:  2013-09-21
  • 发布日期:  2013-12-31

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