华南南岭山脉志留纪平潭W矿床的成因及岩浆-热液演化：来自白钨矿和磷灰石地球化学与地质年代学的制约

《Journal of Geochemical Exploration》：Genesis and magmatic-hydrothermal evolution of the Silurian Pingtan W deposit, Nanling Range, South China: Constraints from scheelite and apatite geochemistry and geochronology

钨矿床成因与成矿流体演化：以平潭钨矿为例，通过矿物微纹理、地球化学及U-Pb定年分析，揭示志留纪钨成矿与硅化花岗岩的时空耦合关系。发现两期 scheelite（Sch A/B）和 apatite（Ap I/II），流体氧逸度早期降低晚期升高，证实矿化流体源于围岩花岗岩。研究为华南志留纪钨矿化提供新证据，并指出演化型花岗岩是重要找矿目标。

　　在这项研究中，科学家们关注的是中国华南地区发现的一个新的志留纪白钨矿床——平潭矿床。这一矿床位于南岭成矿带内的苗儿山花岗岩体西北部，是近年来在中国华南地区志留纪钨矿化事件中发现的典型案例之一。研究团队通过对白钨矿和磷灰石的微观结构、地球化学特征以及铀-铅（U–Pb）地质年代学进行系统分析，旨在厘清白钨矿化的时间，以及成矿流体的起源和演化过程。

从研究背景来看，中国拥有全球最大的钨资源，约占全球储量和产量的52%和81%。这些资源主要集中在南岭成矿带和江南斑岩-矽卡岩钨成矿带。此前的研究表明，华南地区的钨矿化主要形成于晚三叠纪、中晚侏罗纪以及早中白垩纪。然而，近年来在南岭地区志留纪时期发现了多个钨多金属矿床，如大瑶山地区的白石亭、上木水、吴界、于坡矿床，以及苗儿山-岳城岭地区的独石岭、里家、罗家冲、牛塘街、平潭和魏溪矿床。这些发现表明，志留纪时期可能也是南岭地区钨成矿的重要阶段之一。然而，由于这些矿床的成因和成矿过程尚未完全明确，这在一定程度上阻碍了进一步的勘探和研究。

白钨矿（CaWO?）是主要的钨矿物之一，广泛存在于多种岩浆-热液成矿环境中，如云英岩、矽卡岩、斑岩以及石英脉型矿床。由于其四方对称晶格结构，白钨矿的晶格中可以包含一定量的锰（Mn2?）、锶（Sr2?）、稀土元素（REE3?）、铌（Nb??）和钼（Mo??），这些元素的含量可以作为判断矿床类型、追踪成矿流体来源及其性质（如温度和氧逸度）的指标。此外，白钨矿的锶-氧同位素组成可以用于追踪流体来源，研究流体与岩石之间的反应。同时，白钨矿的铀-铅测年方法可以为钨矿化的时间提供直接的约束。

磷灰石（Ca?(PO?)?(F, Cl, OH)）是火成岩、沉积岩和变质岩中普遍存在的副矿物，同样存在于多种矿床中。其晶格结构能够容纳丰富的微量元素，如锰、锶、钇、钍、铀和稀土元素，以及不同量的挥发分，如硫、氟、氯和水。因此，磷灰石的微量元素组成可以用于区分矿床类型和岩浆岩性质，以及岩浆-热液环境。此外，磷灰石的结晶时间可以通过铀-铅系统测定，而磷灰石的锶-钕-氧同位素组成可以提供关于成矿熔体或流体来源、性质和物理化学条件的关键信息。磷灰石的氢同位素组成可以用于研究岩浆水含量，从而追踪水的来源。磷灰石的硫同位素组成可以用于评估岩浆硫含量的变化及其对矿化的影响。氯同位素的分馏则与岩浆结晶过程中的局部脱气有关，磷灰石的δ3?Cl值记录了岩浆结晶最后阶段的挥发分组成。因此，磷灰石的氢、硫和氯同位素组成可以用于研究岩浆脱气、岩浆混合和部分结晶等过程。

平潭白钨矿床的储量约为57,200吨WO?，平均品位为0.19–0.24%。该矿床是近年来在苗儿山花岗岩体西北部发现的志留纪（加里东期）白钨矿床之一。在2006年至2008年的区域地球化学调查中，首次在该地区发现了地球化学异常。随后，2010年进行了初步调查，2011年至2014年进行了全面调查，确认了平潭矿床是一个大型白钨矿床。此前的研究表明，平潭白钨矿床在时间和空间上与苗儿山花岗岩体的黑云母闪长岩具有遗传关系，因为矿石中的辉钼矿Re–Os等时线年龄与黑云母闪长岩的锆石U–Pb年龄相近。此外，Chen等人（2023b）通过流体包裹体显微测温、石英氢氧同位素分析以及硫化物硫同位素分析，揭示了成矿机制。然而，由于对岩浆-热液流体演化和成矿过程的研究尚不充分，这在一定程度上阻碍了对矿床成因和钨矿化机制的全面理解。

在这项研究中，研究团队结合了白钨矿和磷灰石的主微量元素地球化学分析以及铀-铅测年方法，以解析平潭白钨矿床的岩浆-热液流体演化过程，并将其置于华南地区的区域构造演化背景中。研究结果表明，平潭矿床的白钨矿和磷灰石可以分为两个世代。在变质花岗岩-白钨阶段，形成了白钨矿A（A1和A2）和磷灰石I；而在石英-白钨阶段，形成了白钨矿B（B1和B2）和磷灰石II。通过对多个阶段的白钨矿和磷灰石的钼含量以及铕/铕*比值进行分析，研究团队发现，在每个矿化阶段中，流体的氧逸度从早期到晚期呈现出下降趋势。而磷灰石II的铕/铕*比值则显示，从变质花岗岩-白钨阶段到石英-白钨阶段，流体的氧逸度呈现出上升趋势。

此外，磷灰石和白钨矿的生长阶段中的钇/钬比值表明，初始流体来源于宿主的黑云母闪长岩，而早期阶段的磷灰石结晶导致了白钨矿中钇和钬的亏损。支持向量机双图（SVM biplot）分析进一步表明，磷灰石I具有岩浆成因，而磷灰石II具有热液成因。热液成因的磷灰石II的铀-铅测年结果为433.7±9.7百万年（2σ，MSWD=1.9），与宿主黑云母闪长岩的铀-铅锆石结晶年龄（431–430百万年）相吻合，这表明平潭白钨矿床与其宿主的志留纪黑云母闪长岩具有密切的成因联系。这些数据进一步支持了平潭矿床属于典型的变质花岗岩型白钨矿床的观点。

此外，基于磷灰石中氟和氯的含量估算熔体和流体中的挥发分含量，研究团队发现，富含挥发分的变质黑云母闪长岩具有较高的白钨矿化潜力。结合以往关于志留纪白钨矿化的研究，研究团队提出，志留纪时期可能代表了中国华南地区另一个重要的钨成矿时期，同时期的高演化、富含挥发分的花岗岩可能成为寻找钨矿床的新勘探目标。

从区域地质背景来看，华南板块是在新元古代时期由扬子板块（西北）和华夏板块（东南）拼合形成的，时间跨度为980至820百万年。在新元古代碰撞之后，华南板块经历了多次构造-岩浆事件，包括加里东期（460–400百万年）、印支期（250–200百万年）和燕山期（200–65百万年）的造山作用，这些事件导致了大量花岗岩类岩石的形成，并与相关的钨-锡矿化作用密切相关。因此，平潭白钨矿床的形成可能与华南板块在志留纪时期的构造演化背景有关。

在采样方面，研究团队从钻孔ZK1202和ZK1203中采集了不同阶段的含白钨矿和磷灰石的样品。其中，变质花岗岩-白钨阶段的样品包括21PT-9和2135，而石英-白钨阶段的样品为21PT-1。此外，还从钻孔ZK1202中采集了一块黑云母闪长岩样品（21PT-5）。在分析之前，所有样品都被制备成磨制薄片，并在表面涂覆碳以进行背散射电子（BSE）和阴极发光（CL）成像分析。

在矿物学研究中，通过BSE和CL图像以及不同的矿物共生关系，可以清晰识别出两个世代的白钨矿和磷灰石。变质花岗岩-白钨阶段的白钨矿（Sch A）相对较小（400–800微米），形成均质到次均质的晶体。根据BSE、扫描电镜-CL和光学CL图像的变化，Sch A可以进一步分为Sch A1（核心）和Sch A2（边缘）。Sch A1在BSE图像中呈现暗色，并显示出暗色的特征，而Sch A2则呈现出不同的性质。石英-白钨阶段的白钨矿（Sch B）则较大，形成更加复杂的晶体结构。

在平潭矿床的白钨矿化时间研究中，此前的研究报道了辉钼矿Re–Os等时线年龄为432–422百万年（加权平均年龄为427.0±5.4百万年），以代表平潭矿床的白钨矿化时间。然而，这些用于Re–Os测年的辉钼矿是从变质花岗岩-白钨矿和石英-白钨矿中采集的，可能代表了两个成矿阶段的混合年龄。在这项研究中，研究团队发现，与石英-白钨阶段共生的磷灰石提供了更为精确的成矿时间信息。

此外，研究团队通过分析磷灰石的微量元素组成和同位素特征，进一步揭示了成矿流体的性质和演化过程。磷灰石的微量元素组成可以用于区分矿床类型和岩浆岩性质，以及岩浆-热液环境。同位素分析则可以提供关于成矿熔体或流体来源、性质和物理化学条件的关键信息。这些数据表明，平潭矿床的形成与区域构造演化密切相关，并且其成矿过程具有独特的特征。

研究团队还通过数据整合和文献资料的分析，进一步加深了对中国华南地区志留纪白钨矿化的理解。这些研究结果不仅有助于厘清志留纪时期钨矿化的形成机制，也为未来的钨矿勘探提供了新的方向。此外，研究团队还强调了数据的可获取性，所有用于本文分析的数据都包含在在线补充材料中，以便其他研究者能够参考和验证研究结果。

综上所述，这项研究通过系统分析平潭白钨矿床的白钨矿和磷灰石的微观结构、地球化学特征以及铀-铅测年方法，揭示了志留纪时期钨矿化的形成机制及其与区域构造演化的关系。研究结果表明，平潭矿床与宿主的黑云母闪长岩具有密切的成因联系，并且其成矿流体的性质和演化过程具有独特的特征。这些发现不仅有助于理解华南地区志留纪时期的钨矿化过程，也为未来的勘探和研究提供了重要的参考价值。