Question

成矿年代谱系的应用

Answer 1

成矿年代谱系是根据精确的同位素年代学资料而建立起来的成矿演化历史轨迹，具有精确刻画的特点，因此，成矿年代谱系一旦建立，将为我们深入研究成矿规律提供精细的依据，其应用前景将不可限量。此处仅从单矿种成矿规律的总结和区域成矿规律的研究两方面加以论述。

1.应用于单矿种成矿规律的总结——以钼矿为例

由于辉钼矿可以借助于Re-Os同位素体系精细定年，因此钼矿的单矿种成矿规律研究可以借助于成矿年代谱系来深化。截止2013年6月，全国范围内已经有212个钼矿（包括共伴生矿床、矿点）开展过辉钼矿的Re-Os定年，积累了相对于其他矿种来说丰富得多的同位素年龄数据（详见第四章）。根据对这批数据的统计分析（图3-1），可以看出，中国钼矿的形成经历了漫长的历史过程，可分为六个主要成钼期，即：

前寒武纪（＞800 Ma）。

寒武纪—志留纪（540～415 Ma，加里东期）

泥盆纪—二叠纪（400～290 Ma，海西期）

三叠纪（260～200 Ma、印支期）

侏罗纪—白垩纪（195～70 Ma、燕山期）

古近纪—新近纪（65～10 Ma、喜马拉雅期）

尽管六个成钼期贯穿了中国地质演化的各个历史时期，但不同时期，钼的成矿区域是不同的，古生代的钼矿集中在西北，中生代的钼矿集中在东部，新生代的钼矿集中在西南地区（图3-1）。由于Mo也是亲地壳的元素，因此钼矿的成矿年代谱系在某种意义上也反映了地壳的“成熟度”，即当今中国地壳的成熟从华北地台开始，向西北“增生”，再在中生代回到中国东部整体增生（垂向增生与水平增生），到新生代又接受西南地区来自印度板块的碰撞增生。显然，燕山期的钼矿是最为发育的，而新生代的钼矿以15 Ma左右出现的频率最高。但是，70Ma左右的中生代与新生代过渡时期的钼矿较为少见，究竟是什么原因还有待于深入研究，或可能是发现得少，或可能是形成得少，或存在其他可能性。但无论如何，这种单矿种的成矿年代谱系给成矿规律的总结提供了重要依据。如本次获得山西运城三岔口金钼矿中辉钼矿的Re-Os模式年龄为1780±28Ma。这可能是中国最古老的辉钼矿年龄数据，也是有同位素年龄数据制约的最古老的金矿。这一数据也意味着古元古代滹沱纪与中元古代长城纪过渡时期可能也是一个金矿成矿的重要时期，值得今后加强研究。

图3-1 中国钼矿的成矿年代谱系

2.应用于区域成矿规律的研究——以贵州“低温成矿域”为例

贵州是我国低温热液型矿床比较发育的地区，对其成矿时代的研究一直是探索此类矿床成矿规律的一个关键问题（王砚耕等，1994；陈毓川等，2007）。近年来，虽然同位素年代的测试技术有了长足进展，但对于贵州地区低温热液型矿床成矿时代的研究仍然比较薄弱。彭建堂（2003）、胡瑞忠等（2007）、王登红等（2010）发表了若干矿床的成矿年龄数据，为研究西南地区广泛分布的浅成低温热液型矿床的成矿机制问题提供了依据。但除了空间分布规律比较清楚之外，对于汞、锑、金矿的成矿时代，却长期以来并无定论。此处以晴隆大厂、兴仁紫木凼和铜仁乱岩塘为例，通过同位素年代学研究，探讨低温热液型矿床的成矿谱系问题。

贵州是我国低温热液型矿床广泛分布的地区，也是我国层控矿床研究比较深入的地区。就矿种而言，除了沉积型矿床如磷块岩资源极其丰富之外，锑矿、汞矿和金矿无论是空间分布、资源储量和地质意义上均受到普遍关注（中国矿床发现史贵州卷编委会，1996）。目前，除了占全国资源储量第一位的汞矿在贵州东北部的木油厂、板场，湘黔交界处的松桃、乱岩塘、万山，黔东南的丹寨、交梨，黔中的白马洞和黔西南的兴仁等地均存在大型以上的矿产地外，锑矿在黔西南的晴隆大厂、黔东南的半坡和八蒙等地也有大型以上的矿床正在生产，而金矿虽然开发时间最晚，但后来居上，在黔西南紫木凼、戈塘、水银洞、烂泥沟、丫他、板其，在黔东南的丹寨和苗龙以及黔东南地区形成了3大矿集区。在空间分布上，贵州的低温热液型汞、锑、金矿床目前形成了黔西南金矿、黔东北汞矿为主的分布格局。

晴隆大厂是贵州最大的锑矿产地，也是我国发现最早的锑矿之一。该锑矿产于下二叠统茅口组顶部与上二叠统峨眉山玄武岩之下“大厂层”的硅质蚀变岩中。王亮等（2009）推测该区域存在燕山期的隐伏岩体。锑矿体的产出受构造、地层、岩性与围岩蚀变（硅化）等的控制。矿体呈似层状、透镜状产出，产状较为稳定。全区包括大厂、西舍、水井湾、黑山箐、固路、后坡、支氽、沙家坪、张家湾、三望坪等10余个矿段，面积约100 km²。各矿段中主矿体长130～900 m、宽70～415 m、平均厚1～3 m。矿石以辉锑矿为主，全区平均品位2.62%，亦有含量平均达4.34%的矿段。矿石选冶性能良好，易选易炼。全区主要矿段的勘探或详查工作在1992年就已完成，共探明储量27.7万吨，其中可供利用的工业储量15.2万吨。锑矿中伴生有硒，共生有萤石、硫铁矿与煤等有用矿产。

本次研究对晴隆大厂矿区萤石-方解石-辉锑矿矿石类型中的方解石和萤石，分别挑选单矿物进行单矿物Sm-Nd等时线的同位素年代学研究。分析测试工作在宜昌地质矿产研究所完成，分析方法和技术流程参见李华芹等（1998）。从表3-1和图3-2可见，晴隆大厂锑矿中的方解石Sm-Nd等时线年龄为148±13 Ma，钕初始值为0.512256±0.000018，MSWD ＝0.14；萤石的 Sm-Nd 等时线年龄为142.3±7.9 Ma，钕初始值为0.512151±0.000013，MSWD＝0.12。二者在误差范围内基本一致，表明方解石和萤石均形成于晚侏罗世的早期，由此推测晴隆大厂锑矿属于燕山早期晚阶段产物。这一结果与彭建堂（2003）发表的结果（萤石Sm-Nd等时线148 Ma和142Ma）完全一致。

表3-1 晴隆大厂锑矿石中方解石和萤石的Sm-Nd同位素年代学测试结果

注：测试工作由宜昌地质矿产研究所李华芹研究员等完成。

图3-2 贵州晴隆大厂锑矿石中方解石和萤石的Sm-Nd等时线年龄

紫木凼金矿是贵州最先发现的重要微细浸染型金矿区之一，也是卡林型金矿中开发利用最早、获得较好经济效益的金矿之一。矿体受到灰家堡背斜西段近轴部呈东西向逆冲断层控制，金产于F₁ 断裂含金蚀变带中，赋金地层以三叠系夜郎统为主，容金岩石主要为泥灰岩，具黄铁矿化、毒砂化、雄黄化、方解石化、硅化等蚀变。矿体与围岩无明显界线，主要以采样化验结果圈定矿体。主矿体呈似板状及大脉状产出，走向长度大于1000 m，倾向延深达300 m左右，平均厚度4.14 m，平均品位5.16 g/t。金矿石分原生和氧化矿石两种自然类型。原生矿石主要是含金黄铁矿化的泥灰岩、粉砂质泥岩等，单样最高品位达34 g/t；氧化矿石是原生矿石经不同程度的风化、氧化变为疏松质软具铁染呈黄褐色或褐红色土状或沙土状含金岩石，单样最高品位达57 g/t。

本次对紫木凼金矿区含辰砂、雄黄和雌黄的金矿石中的方解石进行了单矿物Sm-Nd等时线的同位素年代学研究。分析测试工作在宜昌地质矿产研究所完成，分析方法和技术流程参见李华芹等（1998）。从表3-2和图3-3可见，紫木凼金矿中方解石的Sm-Nd等时线年龄为250±14Ma，钕初始值为0.511909±0.000043，MSWD＝1.02。这一结果表明方解石形成于二叠纪与三叠纪的过渡期，由此推测紫木凼金矿的形成可能与古生代末期、中生代初期的区域性构造事件尤其是峨眉地幔柱活动存在成因上的联系（王登红等，2007a），值得进一步研究。除了二叠纪玄武岩之外，这一时期的岩浆活动还有罗甸县罗悃等地的辉绿岩（韩伟等，2009；支颖雪等，2011）。

表3-2 兴仁紫木凼金矿石中方解石的Sm-Nd同位素年代学测试结果

注：测试工作由宜昌地质矿产研究所李华芹研究员等完成。

贵州乱岩塘汞矿是20世纪70年代中期发现的大型隐伏矿床。矿区位于铜仁市东北约18 km处，横跨湘黔两省边境，其中大部分属贵州省铜仁市滑石乡所辖，仅南东段少部分跨入湖南省境，属凤凰县黄合营乡管辖。乱岩塘汞矿处于铜（仁）-凤（凰）汞矿带（湘黔汞矿带）中段，为滑石汞矿田的主要矿床。汞矿赋存于地表下400余米的中寒武统敖溪组第五段中下部层纹状细晶白云岩中，受北西向三级褶曲控制，矿床呈北西向带状展布。汞矿顺层产出，产状平缓，属层控型汞矿床。矿床主要由11个含矿体组成。含矿体亦呈北西向分布。含矿体（矿体）厚0.34～9.61 m，平均厚度1.28 m，变化系数125%。矿体汞品位0.049% ～5.62%，平均品位0.3917%，变化系数239%。平均含矿系数0.62。矿石构造主要为浸染状、斑点（块）状、块状、晶洞状、脉状。矿石汞矿物以辰砂为主，其次为黑辰砂。伴生金属矿物有黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、毒砂等。脉石矿物主要为白云石、石英、沥青、方解石、重晶石等。矿石工业类型属单汞矿石类型。围岩蚀变以褪色重结晶化和硅化为主，黄铁矿化次之。

表3-3 乱岩塘汞矿石中方解石的Sm-Nd同位素年代学测试结果

注：测试工作由宜昌地质矿产研究所李华芹研究员等完成。

本次对乱岩塘矿区汞矿石中与辰砂共生的方解石也进行了单矿物Sm-Nd等时线的同位素年代学研究。分析测试工作在宜昌地质矿产研究所完成，分析方法和技术流程参见李华芹等（1998）。从表3-3和图3-4可见，乱岩塘汞矿中方解石的Sm-Nd等时线年龄为364±24Ma，钕初始值为0.511517±0.000020，MSWD＝0.68。这一结果表明方解石形成于泥盆纪晚期，也就是说该汞矿不是燕山期产物而是华力西早期形成的。

图3-3 兴仁紫木凼金矿石中方解石Sm-Nd等时线年龄

图3-4 铜仁乱岩塘汞矿中方解石Sm-Nd等时线年龄

对于贵州的低温热液型汞、锑、金矿床，在空间分布上目前形成了黔西南金矿、黔东北汞矿为主的分布格局，但在成矿时代上一直存在争论，胡瑞忠等（2007）认为卡林型金矿和汞、砷矿属于燕山期成矿，陈毓川等（2007）也将他们归属为同一个成矿系列（上扬子台褶带沉积岩容矿的 Pb、Zn、Hg、Au、Ag、Sb、As、萤石、重晶石矿床成矿系列，全国统一编号为Mz₂-40）。本次研究的结果却否定了上述推论，其中，位于黔西南的晴隆大厂锑矿形成于晚侏罗世（148～142Ma），紫木凼金矿形成于二叠纪与三叠纪的过渡期（250Ma±），而位于黔东北的乱岩塘汞矿则形成于晚泥盆世（364 Ma），显示出“东北老西南新”的特点，而且，即便是黔西南相距不远的大厂锑矿与紫木凼金矿也属于不同时代的产物。这说明以往把低温热液型汞、锑、金矿统统归属于燕山中晚期同一个成矿系列是不妥的。本次研究也对独山半坡锑矿、丹寨汞-金矿和苗龙金矿进行了同位素年代学研究，但未获成功（表3-4）。鉴于大厂、紫木凼和乱岩塘属于不同时代的产物，除了侏罗纪、二叠纪和泥盆纪三个时代之外，王成辉（2008）测得白层金矿区阴河煌斑岩中云母的 Ar-Ar 坪年龄为92.69±0.98Ma （白垩纪），陈懋弘等（2007）利用Re-Os法测得烂泥沟金矿黄铁矿形成于早侏罗世（193±13 Ma），胡瑞忠等（2007）也曾经测得黔东金矿492～340 Ma的同位素年龄（表3-4），表明黔东金矿的成矿时代跨越了寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪，显示古生代在黔东是一个重要的成矿期。总之，贵州（及周边省份）的低温热液型汞、锑、金矿床实际上不是同一成矿期形成的，并不受到同一地质构造事件的共同制约，而是多旋回、多期次成矿作用的产物，由此可以在“西南低温热液改造矿床成矿域”建立起一个涵盖汞、锑、金、砷等多金属矿床成矿谱系。

对于成矿谱系的研究，近年来在区域成矿研究方面取得了新的进展（王登红等，2002；陈毓川等，2003；郜兆典，2004；张成基，2005；刘建宏等，2006；王玉往等，2009；王长明等，2010）。由于成矿谱系涵盖了两大方面的概念，即“矿床成矿（亚）系列随着地质历史时期而发生规律性变化”和“成矿元素在同一地区长期聚集” （王登红等，2007），贵州（及湘西）的低温热液型汞、锑、金矿也具有同样的演化规律，总体上以武陵山为中心向两侧变年轻。尽管对于这一规律的研究还有待于深化，但无疑较以往单一地从地层的含矿性来讨论要前进了一步。贵州地质构造的一大特征是地表岩浆岩分布稀少，但地球物理资料显示无论是黔东北还是黔西南均存在隐伏岩体，其时代推测从武陵期、雪峰期到燕山期（王亮等，2009），而与峨眉地幔柱活动有关的二叠纪末期岩浆岩在黔西南到黔南均有出露（王登红等，2007；韩伟等，2009），这对于低温汞、锑、金矿成矿谱系的形成也起了重要作用。水银洞等特大型的卡林型金矿，根据同位素等方面的示踪研究（王成辉等，2008；2010），其深部也很可能存在隐伏岩体。从钕同位素模式年龄看（表3-1～表3-3），晴隆大厂、紫木凼和乱岩塘三个地区的基底地层是不同的，而基底的不同可能制约了不同地区不同矿种的区域性富集。

表3-4 贵州部分低温热液型汞、锑、金矿床的同位素年龄数据

综上所述，通过对贵州晴隆大厂锑矿、兴仁紫木凼金矿和铜仁乱岩塘汞矿区萤石和方解石的SmNd同位素年代学研究，结果表明这三个矿区的方解石和萤石分别形成于燕山早期（142～148 Ma）、海西/印支过渡期（250Ma±）和海西早期（364Ma），并非以往推测的均形成于燕山中晚期。结合前人资料，本书认为贵州的汞、锑、金矿床经历了从寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、二叠纪—三叠纪、侏罗纪到白垩纪多期次演化的复杂过程，从而形成一个演化历史悠久的低温热液型成矿谱系，代表了上扬子台褶带构造运动长期性和持续性的产物。

3.全国重要矿产的成矿年代谱系

综合本次研究及搜集的资料（详见第四章表4-1），在11886个数据中，有11529个数据是独立的数据，其他357个数据给出的是数值范围，因此用于统计作图的是11529个数据。在这11529个有效数据中，属于新生代的1165个，属于中生代的6488个，属于晚古生代的1844个，属于早古生代的712个，属于元古宙的1170个，属于太古宙的150个（图3-5）。

按照矿种统计，与金矿有关的同位素年龄数据最多，达1542个，金矿又以侏罗纪和白垩纪最多。这也基本上反映了中国金矿在地质历史上的成矿规律。其次是铜矿（含铜多金属），达1476个；钨矿（含钨多金属），886个；锡矿，630个；钼矿，611个；铁矿，496个；稀有金属，393个；铅锌矿，380个；铀矿，285个；稀土，242个；银矿，130个；云母和白云母矿，100个；铬矿，82个；铜镍硫化物矿床和铂族元素矿，48个；油气矿产，38个；宝玉石矿产，32个；锑矿，32个；石墨，20个；钒钛磁铁矿，16个；石棉和蓝石棉，15个；萤石，14个；多金属，14个；磷矿，12个；建材11个。其他还有钛矿、锰矿、硼矿、煤矿、硫矿、膨润土、钴矿、钾矿、高岭石、沸石、大理岩、铝矿、蛇纹岩、明矾石、Hg、Bi等矿床也有同位素年龄数据，但各矿种均不足10个数据（图3-6）。因此，对于金、铜、钨、锡、钼、铅锌、铀、银和稀土矿的成矿年代谱系可以进行统计分析，但也应该指出，由于不同矿区的研究程度是明显不同的，绝大部分的数据集中在个别的知名矿区，导致数据的代表性存在明显的不对称性，即只有少数典型矿床的成矿年代谱系也可能代表了其真实意义（图3-7，图3-8）。

图3-5 中国各个地质时期同位素年龄数据统计（n＝11529）

图3-6 全国18个矿种的同位素年龄数据统计直方图（n＝7417）