萤石矿床（点）的锶-钕同位素组成

同位素示踪是矿床学研究中的重要手段和方法，通过同位素示踪可以揭示矿床的成矿物质来源和 成矿时代等基本信息。本次研究采用锶-钕-铅同位素地球化学的方法对苏-查地区的萤石矿床（点） 的成矿物质的源区进行示踪。

一、苏-查矿床

（一）成矿时代

如第三章所述，苏-查萤石矿脉广泛发育较为单一的高岭土化蚀变现象。本次研究通过蚀变矿物 的钾-氩同位素测年来确定矿床的形成年龄。钾-氩同位素测年所用的高岭土蚀变岩石样品采自苏-查萤 石矿区的井下开采工程，样品编号为SM33K，取样位置位于第33勘探线的960 m标高沿脉工程中萤 石矿脉的下盘，蚀变带的厚度大于3m。该处的萤石类型为早期成矿阶段的灰黑色细晶块状萤石，矿 脉的厚度大于3m。样品经粉碎到60目后在双目镜下挑选绢云母和伊利石。

样品的钾-氩测年在中国石油勘探开发研究院石油地质实验研究中心完成，测试者罗修泉。测试 过程采用MM5400行静态真空质谱计对氩同位素分析，当样品在约1500℃熔化的同时，加入准确定 量的³⁸Ar稀释剂（纯度99％），测定混合稀释后的（⁴⁰Ar/³⁸Ar）m和（³⁸Ar/³⁶Ar）m，求出样品的放射 性成因⁴⁰Ar，根据样品的钾的含量计算年龄。蚀变矿物的钾-氩测试结果见表6-1。蚀变绢云母的钾-氩 同位素年龄为（141.50±1.18）Ma，而蚀变伊利石的年龄为（137.60±1.12）Ma。

表6-1 苏-查高岭石蚀变岩的钾-氩法同位素年龄测试结果

注：λe为0.581×10^-10a^-1；λβ为4.962×10^-10a^-1；40K/K为1.167×10^-4。⁴⁰Ar*为放射性成因Ar。

精确测定伊利石和绢云母的年龄需要以下条件：(1)样品没有受到污染。用于钾-氩测年的样品不 能含有钾的原生矿物，否则会得到过高的钾-氩年龄，因此样品必须精细挑选，以减轻污染；(2)蚀变 矿物形成以后没有经受后期的热蚀变的改造，基本上是处于一个较为封闭的系统；否则，会造成氩的 扩散。经过详细的野外地质观察表明，矿脉下盘的围岩蚀变类型单一，没有后期蚀变现象的改造、叠 加现象，因此，本次蚀变岩蚀变矿物的钾-氩年龄可以看成是萤石的成矿年龄。这一测试结果与区域 的卫境花岗岩体的侵位年龄（锆石SHRIMP铀-铅年龄138±4 Ma），以及含萤石矿化的卫境花岗岩岩 体中的细粒花岗岩脉的SHRIMP铀-铅法年龄137±2 Ma基本一致，指示苏-查矿床的成矿作用发生在 早白垩世，与燕山早期的酸性花岗质岩浆活动有时、空关联。

（二）萤石的锶-钕同位素组成

本次研究所用样品均与萤石的稀土、微量元素研究的样品属于同一批次样品，样品的检测在核工 业北京地质研究院测试中心完成。区域萤石矿床（点）的铷-锶同位素组成见表6-2。15件萤石单矿 物样品的铷的含量在（0.023～1.62）×10^-6之间，变化范围较大，平均为0.23×10^-6；锶的含量在（27.7～84.4）×10^-6之间，平均为48.79×10^-6；样品的Rb/Sr比值较小，部分样品小于0.001，但 个别样品则可达0.027，其比值的变化较大，所有样品的平均Rb/Sr比值为0.004。15件萤石样品的 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr的变化范围为0.70862～0.71050，测定的2σ值误差范围在0.000001～0.000032之间。

表6-2 苏-查地区萤石矿床（点）的铷-锶同位素组成

注：表中样品全部为矿床（点）的萤石单矿物样品，样品描述见第三章相关章节附表。

萤石锶同位素组成是示踪成矿物质和成矿流体来源的重要手段之一。由于锶与钙有相似的地球化 学特征，两者易于发生类质同象替代，而铷则相反，不易与钙发生类质同象替代，因而萤石是一种相 对富锶而贫铷的矿物。Deer等的研究结果表明，萤石中钙的位置只接受少量的锶而不接受铷。正因 为萤石是一种相对富锶而贫铷的矿物，在成矿过程中这种矿物的锶同位素组成不受87Rb衰变的影响，较好地保存了成矿流体本身的锶同位素组成信息，因而萤石锶同位素组成能较好地示踪成矿流体的来 源。苏-查低的Rb/Sr比值，可能反映了其成矿流体本身就是高锶、低铷的流体。实验结果表明，硅 酸盐固溶体固相中铷的浓度限度远小于锶，并且Nabelek（1987）利用微量元素的水/岩物质交换方 程计算流体流经围岩时从围岩中带入的锶为0.125％～1.65％（质量分数，平均0.65％）。因此，从 理论上讲，苏-查萤石矿的成矿流体应该为高锶、低铷的流体。萤石在⁸⁷Rb/⁸⁶Sr-⁸⁷Sr/⁸⁶Sr图解上没有 构成等时线。

锶的同位素初始比值（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i是示踪成矿流体及成矿物质来源的有效途径之一（Medford et al.，1983；Faure，1986；Bell et al.，1989）。野外地质观察和苏-查萤石矿脉下盘围岩蚀变的钾-氩同 位素测年结果表明萤石的成矿作用发生在早白垩世，指示了萤石的成矿作用与酸性岩浆活动具有紧密 的时空关联，因此，卫境花岗岩的结晶年龄138 Ma可以看做是萤石成矿年龄。由此计算的15件萤石 样品锶同位素的初始比值（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i变化范围在0.70861～0.71045之间，平均0.70948。萤石成矿 区早二叠世中、酸性火山岩和火山碎屑岩石的锶同位素初始比值（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i（t为276 Ma）变化范 围（见第二章第五节）为0.70203～0.70651，3件早二叠世滨海相大理岩的锶同位素初始比值（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i变化范围为0.70686～0.70974之间，早白垩世酸性卫境花岗岩的锶同位素初始比值（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i变化范围（见第二章第四节）为0.70441～0.71024；早白垩世具萤石矿化细粒花岗岩脉 的锶同位素初始比值（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i变化范围在0.70408～0.71208之间。与区域各地质单元的锶同位 素初始比值相比较，萤石的锶同位素初始比值（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i变化范围在燕山中期花岗岩和早二叠世大 石寨组大理岩之间，而大于大石寨组火山岩的锶同位素初始比值（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i，因此，萤石的放射性 锶来源不可能是来自大石寨组火山岩，而可能是主要来自燕山期花岗岩和大石寨组大理岩。

苏-查矿床萤石的钐含量在（0.221～2.71）×10^-6之间，平均含量为0.98×10^-6；萤石钕含量在（1.29～7.78）×10^-6之间，个别样品SM13-9A钕含量达到16.8×10^-6。Sm/Nd比值的变化范围在 0.15～0.23之间，平均为0.20，与地壳岩石的平均Sm/Nd比值（0.17～0.21）接近。萤石的（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）_i比值变化范围在0.512331～0.512435之间，其变化范围不大。萤石的钐-钕同位素数 据没有构成等时线。

以卫境花岗岩的结晶年龄138 Ma计算萤石的钕同位素初始比值（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）_i的变化范围为 0.512203～0.512341，变化范围不大，平均0.512270；萤石ε_Nd（t）在-5.02～-2.33之间，高的 ε_Nd（t）变化特征指示其成矿物质来源具壳幔混源的特征；萤石的二阶段模式年龄T2DM在1120～1339 Ma之间。萤石成矿区早白垩世卫境花岗岩的钕同位素初始比值（¹⁴³ Nd/¹⁴⁴Nd）_i为0.512364～ 0.512517，ε_Nd（t）的变化范围为-2.05～＋1.68；早二叠世大石寨组火山岩和火山碎屑岩的钕同位 素初始比值（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）_i为0.512224～0.512300，ε_Nd（t）的变化范围为-1.14～＋0.33之间；早 二叠世大理岩的钕同位素初始比值（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）_i为0.512135～0.512607，εNd（t）的变化范围为- 2.38～-2.88之间；细粒花岗岩脉的钕同位素初始比值（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）_i为0.512420～0.512438，εNd（t）的变化范围为-0.78～-0.43。相比之下，苏-查矿床的（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）_i低于早白垩世酸性花岗 岩和细粒花岗岩脉，而高于早二叠世大石寨组的火山岩和大理岩。因此，萤石的钕同位素组成不可能 全部由早二叠世的大石寨组提供，而是由早白垩世的酸性花岗岩类提供。钕同位素可以用来示踪萤石 中氟的来源（Ronchi et al.，1993；Simonetti et al al.，1995），因此，苏-查萤石成矿流体中氟主要来 自早白垩世卫境花岗岩。

苏-查矿床萤石的锶-钕同位素组成基本上位于HIUM和DMM的演化线上（图6-1），对比其他与 岩浆岩有关的萤石矿床，其钕同位素初始比值（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）_i组成低于印度的Amba Dongar萤石矿床（Simonetti et al.，1995）和牦牛坪稀土-萤石矿床（Huang et al.，2003），而高于阿根廷的Sierras Pampeanas萤石矿床（Galindo et al.，1997）。

二、敖包吐萤石矿床

敖包吐萤石矿床是产出在下二叠统大石寨组火山-沉积岩地层与燕山中期卫境花岗岩外接触带上 的一个中型萤石矿床。萤石的锶-钕同位素组成见表6-2。5件萤石单矿物的铷含量在（0.05～0.46）×10^-6之间，平均0.83×10^-6；锶含量在（36.3～1775）×10^-6之间，平均688.66×10^-6，锶的含 量变化范围大；Rb/Sr比值在0.001～0.010之间，平均Rb/Sr比值小于0.003。萤石极低的Rb/Sr比 值与苏-查萤石矿石一致，反映其成矿流体同样是高锶、低铷。萤石的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值变化范围在 0.70789～0.70989之间，平均0.70884。

图6-1 苏-查萤石矿床的（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i-（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）_i图解 图中数据DMM，HIUM，EM Ⅰ，EM Ⅱ据Zinder等（1986）；MNP，牦牛坪REE矿床据Huang等（1995）；

萤石的钐含量在（0.10～1.78）×10^-6之间，平均3.21×10^-6；钕含量在（0.26～5.70）× 10^-6之间，平均2.89×10^-6；Sm/Nd比值在0.21～0.48之间，平均0.34，萤石Sm/Nd比值远高于 地壳岩石的平均Sm/Nd比值（0.17～0.21），说明萤石在成矿过程中发生了钐-钕的显著分异。5件 萤石单矿物的¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值的变化范围为0.511950～0.512658，平均0.512412。5件萤石样品锶- 钕同位素均构不成等值线。

以卫境花岗岩的结晶年龄138 Ma近似看做成矿年龄，所计算的萤石Sr的初始比值（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i 变化范围为0.511742～0.512302，平均0.512224。萤石ε_Nd（t）为-14.01～-1.24，所计算的萤石 的二阶段模式年龄T2DM除样品ABT04-7为2068 Ma以外，其余样品都在1032～1183 Ma之间变化。5 件萤石样品的锶同位素初始比值在早白垩世花岗岩的（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i变化范围之间，大于下二叠统大石 寨组火山岩的（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i；萤石的钕同位素初始组成（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）_i小于卫境花岗岩的钕初始比值，而大于大石寨组火山岩的钕同位素初始组成的变化范围。这些特征与苏-查萤石的同位素特征基本一 致，反映了萤石的成矿物质来源与燕山早期的酸性岩浆活动有着密切的关系。而敖包吐萤石的ε_Nd（t）变化范围远大于苏-查的萤石ε_Nd（t），指示了敖包吐萤石的成矿物质来源中有更高比例的壳源物 质组分，这与萤石稀土元素地球化学的研究结果相一致。

三、花岗岩中的萤石矿化

区域中萤石的另一种矿化类型是产出在花岗岩中的萤石矿化点，有贵勒斯泰萤石矿化点和细粒花 岗岩脉中的萤石矿化点。贵勒斯泰萤石的锶-钕同位素组成见表6-2和表6-3，5件贵勒斯泰萤石的 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr变化范围在0.70940～0.70994之间，平均为0.70963；¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd的变化范围在0.512289～ 0.512539之间，平均为0.512454。以燕山期花岗岩的侵位年龄¹³⁸Ma近似看做区域萤石成矿作用年 龄计算的初始比值（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i变化范围为0.70940～0.70994，变化范围不大；ε_Sr（t）变化范围在 71.8～79.50之间；（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）_i变化范围在0.512039～0.512317之间，ε^Nd（t）变化范围在- 6.81～-1.93之间，二阶段模式年龄T2DM在1159～1599 Ma之间。所有5件岩石样品的锶-钕同位素 初始组成在（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i-（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）_i图解中与敖包吐萤石的变化趋势基本一致，而（¹⁴³Nd/¹⁴⁴ Nd）_i相对变化较小；与苏-查萤石相比较，（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i变化小，而（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）_i变化大（见图6- 1）。由此可见，贵勒斯泰萤石矿化点与苏-查矿床具有相同的物质来源，但其壳源物质的比例要大些。这可能是成矿流体在远距离的迁移过程中物质混染的结果。

表6-3 苏-查地区萤石矿床（点）的钐-钕同位素组成

在燕山期细粒花岗岩脉中的萤石的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr变化范围为0.70826～0.70841，¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd变化范围 在0.70825～0.70829之间，以花岗岩脉的锆石SHRIMP年龄¹³⁷ Ma计算的萤石（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i为 0.70825～0.70829，（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）_i为0.512247～0.512314，ε_Nd（t）为-4.16～-2.85，二阶段模 式年龄T₂DM为1163～1270 Ma，这些特征也与苏-查矿床、敖包吐矿床以及贵勒斯泰萤石矿化点基本一 致，在（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i-（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）_i图解中也投绘在近乎相同的区域，暗示了区域萤石矿床的成矿 物质来源和成矿过程是一致的。