湖南省川口巖體地球化學特征巖體演化及其與鎢礦化的關系

熊作勝

（湖南省核工業(yè)地質局三○六大隊，湖南 衡陽421008）

川口礦田及外圍是衡陽盆地東部重要的鎢及多金屬礦產地，其突出礦種鎢礦化成礦機理和成礦模式一直是地質找礦工作者和國內外學者關注的一個焦點。因此筆者試圖從巖體地球化學特征巖體演化及其與鎢礦化的關系的角度做一新的探索，以期能夠拋磚引玉，促進更多同仁和朋友參與對本區(qū)礦產地質和基礎地質更為深入的研究，同時亦能對本區(qū)找礦、勘查工作提供必要參考和幫助。

1 巖體區(qū)域地質

川口巖體位于衡陽市以東約40km，構造上位于茶陵—郴州北東向深大斷裂、潘家沖-水口山北東向斷裂帶、祁陽-水口山近東西向斷裂帶與常德—安仁北西向基底隱伏走滑大斷裂交匯夾持斷塊區(qū)內。區(qū)域地殼經歷了加里東海槽褶皺逥返形成前泥盆系基底褶皺；泥盆紀中世下降接受泥盆—二疊系地臺型沉積形成泥盆系中統與下伏青白口系高澗群的角度不整合或斷層接觸；中三疊世湘東南進入陸內造山演化階段，相繼經歷了中三疊世后期—中侏羅世初陸內造山階段，中侏羅世早期—晚侏羅世后造山期階段和白堊紀板內裂谷階段等地殼運動發(fā)展過程[1]。川口花崗巖便是中侏羅世早期（早燕山期）后造山階段的產物，前人用黑云母K—Ar法等方法獲取的年齡多趨向在176Ma和164Ma（1:20萬衡陽幅）附近。

中三疊世印支運動中茶陵—郴州斷裂的西盤向東（被動）俯沖，西盤兩條主要的北西向基底斷裂，即常德—安仁與邵陽—郴州斷裂發(fā)生強烈的基底左旋走滑斷裂[2、3]。其中常德—安仁斷裂的走滑導致安仁—川口一帶強烈壓縮增厚而形成次級隆起，且區(qū)域NNE向褶皺走向亦發(fā)生逆時針偏轉成NNW向[2]，川口巖體即位于NNW向背斜核部（圖1）；其核部地層由青白口系架枧田組板巖、粉砂質板巖、南華系泗州山組含礫板巖、粉砂質板巖夾泥礫巖組成的褶皺基底，背斜兩翼為泥盆—石炭系沉積蓋層。其間為明顯的角度不整合。

2 巖體形態(tài)演化及地球化學特征

2.1 巖體形態(tài)產狀、演化特征

川口巖體呈小巖株（滴）群分布（圖1），共發(fā)現大小不等、形態(tài)各異的小巖體20余處，地表出露面積共約14Km2左右。鉆孔資料證實，在小巖體之間的變質巖中見花崗巖，說明這些小巖體在下部很可能連成一體，故將其統稱川口巖體。巖體分布的長軸方向為NNW向與地層隆起長軸方向一致亦與次級褶皺同步起伏呈波浪狀接觸[4]。

川口巖體與石英脈型及交代蝕變巖型鎢礦化關系密切，巖體內見較多的含鎢石英脈及少量細粒白云母花崗巖脈。巖體內及其外圍分布有大型鎢礦床及數目較多的中小型鎢礦床、礦點。巖體由黑云母二長花崗巖、中細粒斑狀二云母二長花崗巖、細—中粒二云母二長花崗巖、細粒（白）二云母花崗巖組成，是一套分異演化較為完善的巖石系列，而每一次演化均有不同類型不同程度的溶—熔、固—熔交換，使之巖石礦物、巖石化學成分相對含量呈現有規(guī)律的變化，亦即巖體的成礦元素及揮發(fā)份等礦化劑、促溶（熔）劑減少，而殘余溶（熔）液中更豐富。

圖1 川口地區(qū)地質略圖（引自[1]并修改）

2.2 地球化學特征及產出構造環(huán)境

2.2.1 巖石化學特征

從川口巖體巖石化學成分及其相關指數（表3）可以看出SiO2、Al2O3、K2O及K2O+Na2O均較高（>7.4），分別為73.22-76.48%、12.40-13.36%、4.188-4.505%；K2O/Na2O比為（1.35-1.435）>1.3，全鐵低（1.26-2.51），TiO2、MgO、CaO、P2O5總體很低，平均分別為0.117%、0.425%、0.799%、0.069%。

川口巖體巖石的鋁飽和指數（ASI）在1.52-1.59之間，如以大于1.10作為強過鋁花崗巖體的標準，則應屬強過鋁質花崗巖，但與一般強過鋁質巖體相比，其Al2O3略低。

在SiO2—（K2O+Na2O- CaO），巖石分類圖解（圖2）及ASK—ASI巖石分類圖解（圖3）中。川口巖體屬鈣堿性及過鋁質（強過鋁）花崗巖。另外從圖4可以看出：川口巖體尤其是二云母花崗巖和白云母花崗巖均具明顯的稀土元素“四分組效應”，為多金屬成礦的有利巖體[6]。

2.2.2 微量元素與稀土元素特征

川口巖體微量元素原始地幔標準化蛛網圖上（圖略），與相鄰元素相比，Ba、Nb、Sr、En、Ti等元素表現為強烈的虧損，Zr表現為弱虧損；而Rb、U、Ta、Nd、Hf、Sm、（Y+Yb）等則相對富集，顯示出一般殼源花崗巖特征。

稀土元素含量較低，∑REE一般在67.66-78.34（×10-6）,(La/Yb)N低（2.288-3.818），顯示輕稀土相對富集不明顯；Eu虧損明顯，δEu 值在0.113-0.190之間，表明經歷過明顯的斜長石的分離結晶作用。稀土配分曲線（圖5）左傾不明顯，呈較典型的海鷗狀，且具有較明顯的稀土元素“四分組效應”；表征“四分組效應”強弱的參數TE1.3值均>1.1，表明巖石演化充分完善，在結晶晚期水—巖相互交換作用強烈而明顯，揮發(fā)份含量高；亦表明川口巖體是鎢、鉬等金屬成礦的有利巖體[7、8]。

2.2.3 Sr-Nd 同位素特征

圖5 川口巖體稀土元素配分模式圖

據柏道遠等的研究[9]，川口巖體Sr、Nd同位素組成及計算表明：巖體εNd(t)值很低，為-11.82； t2DM年齡值1.92Ga。ISr高，為0.7509，εSr(t)值為659(表略)，其t2DM值與湘桂區(qū)域基底吻合。

2.3 巖石成因及物質來源

大陸地殼ISr值平均為0.719，εSr(t)值大于0，反映巖體同位素與中上地殼具親緣關系，而不是下地殼[9]。川口巖體的上述Sr同位素特征（ISr為0.7509，εSr(t)值為659）表明其物質來源（源巖）很可能為中地殼結晶片巖、片麻巖。

前人研究表明，強過鋁花崗巖大多為地殼物質熔融成因的S型（C型）花崗巖類[9]。因此，川口巖體屬過鋁—強過鋁S型（C型）殼源重熔型花崗巖的可能性大。

2.4 產出構造環(huán)境

與前所述湘東南中侏羅世早期—晚侏羅世即早燕山期大地構造環(huán)境為后造山階段，此階段湘東南花崗巖漿活躍，高峰期年齡集中于154Ma-163Ma，川口巖體亦在此階段形成，且?guī)r體長軸方向與斷裂走向一致，顯示巖體沿張性斷裂充填的就位機制，表明川口巖體形成于“后造山”拉長環(huán)境，而非“大陸裂谷”拉張環(huán)境。在多組主元素構造環(huán)境判別圖中（圖6）川口巖體全部落入后造山花崗巖（POG）區(qū)內。此外，在以多組微量元素構造環(huán)境判別系列圖中（圖略）川口巖體落入碰撞花崗巖區(qū)，但緊鄰板內花崗巖區(qū)，暗示巖漿形成于后造山環(huán)境，總之它們均顯示后造山構造環(huán)境。

綜上所述：川口巖體的就位形態(tài)產狀，巖石的地球化學分異特征及自變質作用的完全，巖體的成因、物質來源及產出構造環(huán)境、就位機制均表明其為鎢多金屬成礦的有利巖體，不僅為后期巖漿氣液流體和高中溫熱液提供了豐富的成礦元素、揮發(fā)份及礦化劑，同時其巖體特征的構造形態(tài)、長桓狀隆起和波狀起伏接觸面以其巖體的水氣揮發(fā)份均能促成其橫向張節(jié)理（裂隙）的發(fā)育，為鎢成礦提供充足的斷裂構造空間。

3 鎢礦化特征及其物質來源

3.1 鎢礦化特征

川口礦田礦床大多在巖體內，即使產于外接觸帶亦與巖體存在親密的成因和空間關系，其主要礦化特征如下：

1 礦體和礦脈在巖體中多與長軸垂直，且在其次級隆起部位集中，具有上寬下窄、上大下小的特征，脈中?？梢娔芷春系幕◢弾r角礫（呈透鏡狀），表現為礦液由上倒灌的特征。

2 成礦溫度及礦（脈）的礦物共生組合，顯示出由上向下溫度遞降，即同一種礦物（脈石英或其共生的鎢礦物、硫礦物等）上部礦物（均一和爆裂）溫度較高，下部溫度較低。礦物共生組合的分帶性表現為上部為高溫礦物組合特征，下部為中溫或低溫礦物組合特征[5]，從另一方面佐證了成礦是從上向下的生成順序。

3 不同標高黑鎢礦單礦物成分表現出上部黑鎢礦Fe含量高即鐵鎢礦含量高，Mn含量低（錳鎢礦含量少），而下部黑鎢礦上述比例則相反，即Fe/Mn比例小[5，11]（表略），黑鎢礦中Fe/Mn比值能相對確定形成溫度[10]，其Fe/Mn比值高相對成礦溫度高，因此又證明了礦（脈）體上部成礦溫度較下部高。

3.2 成礦物質來源

1 共生脈石及礦物包裹體成分特征

據曾憲科等《湖南川口礦田鎢礦化特征及成因機制》[11]一文表2“楊林坳鎢礦區(qū)含礦石英脈包裹體氣相、液相成分”分析（表略）顯示：除一個產于砂巖中的含礦脈石英包體的Cl-∕F-比值＞1外，其余均＜1，而Na+∕K+比值均＜1。成礦流體的Cl-∕F-和Na+∕K+比值可作判別流體是源于巖體還是源于地層的標志之一[12]。若比值＜1，則源于巖體，若＞1則源于地層。川口礦田脈石包體的Cl-∕F-和Na+∕K+比值均＜1，故可判斷成礦流體基本來源于花崗巖漿。

2 脈石礦物稀土元素的配分與成礦物質來源的關系

脈石及礦物的稀土元素對的比值與其所在地區(qū)巖體及地層的稀土元素對的比值，分別作相應的相關分析，其相關系數值可判斷成礦物質的主要來源[13、14]。亦據《湖南川口礦田鎢礦化特征及成因機制》[11]中的表3、表4（表略）分別是川口礦田不同地區(qū)含鎢石英及鎢礦物與川口巖體及地層巖石稀土元素對相關系數矩陣，從表中可以看出，無論是巖體內帶的毛灣、荒垅地區(qū)，還是巖體外接觸帶的三口地區(qū)，其含鎢脈石英和鎢礦物中的稀土元素對比值與川口巖體對應的稀土元素對比值的相關系數值均遠遠大于其相關系數檢驗值（F=0.195）[15]，均在0.7314和0.5934以上，表明成礦流體主要來自川口巖體，從另一角度又證明了上述結論[11]。由于川口巖體的源巖與前震旦系關系密切（前已述及），加之巖漿及成礦流體在運移過程中與地層均有不同程度的物質交換，故不同程度地表現出與地層的相關性。

3 氧、硫同位素組成特征

表1是川口礦田脈石英與鎢礦物包體水氧同位素組成和計算后流體水的同位素測定結，從表中可以看出石英礦物氧同位素δ18O石英=（11.1-14.4）‰，鎢礦物氧同位素δ18O礦物=（2.8-8.9）‰，根據溫度計算出的流體水氧同位素δ18OH2O=（6.47-9.95）‰，均在泰勒的巖漿水δ18OH2O值（5.5～10）‰之間[16]，說明含礦水溶液中氧來源于巖漿水（可能在水—巖交換中混有部分地層水）。

表1 含礦石英脈中石英、黑鎢礦、白鎢礦氧同位素測定結果表

表5 含礦石英脈中黃鐵礦、黃銅礦硫同位素測定結果表

注：資料引自有色二一四隊，1988年11月。

表2是川口礦田含礦石英脈中共生硫化物的硫同位素組成，其δ34S在-3.03~1.93‰間，接近于0值，屬隕石硫的范疇，表明成礦熱液中的硫來源于巖漿。

4 結論

綜上川口巖體的形態(tài)產狀、成巖時代及湘東南地質構造發(fā)展歷史和一系列巖石學、巖石化學特征，可確定川口巖體是在后造山環(huán)境下由中地殼重熔巖漿在后造山環(huán)境下就位于隆起帶的鈣堿性強過鋁質花崗巖。巖石具典型的稀土元素“四分組效應”，富含W、Mo等多金屬成礦元素以及H2O和揮發(fā)份，是多金屬成礦的有利巖體，且易在次級隆起部位發(fā)育一系列的橫向“Q”型原生張（節(jié)理）裂隙，為其后礦液致裂及礦化流體的充填沉淀提供基礎空間。

[1]柏道元,黃健中,等.湘東南及湘粵贛地區(qū)中生代地質構造發(fā)展桓架的厘定[J].中國地質,2005,32(4):557-570.

[2]柏道元,熊延望,等.湖南常德—安仁NW向斷裂左旋走滑與安仁“Y“字型構造[J].大地構造與成礦學,2005,29(4):435-442.

[3]柏道元,黃健中,等.湖南邵陽—郴州北西向左旋走滑暨水口山—香花嶺南北向構造成因[J].中國地質,2006,33(1):56-63.

[4]宋宏邦,等.湖南川口三角潭黑鎢礦床控礦構造特征及其與成礦的關系[J].大地構造與成礦學,2002,26(1):51-54

[5]楊開盛,戴紀滏.川口鎢礦成礦地質規(guī)律[R].湖南冶金地勘二一四隊,1979-3:7-11

[6]莊錦良,等.湘南地區(qū)小巖體與成礦關系及隱伏礦床預測[J].湖南地質增刊4,1988:126-127.

[7]趙振華,增田章征.稀有金屬花崗巖的稀有元素四分組效應[J].地球化學,1992,(3):221-233.

[8]趙振華,等.花崗巖稀土元素四分組效應形成機理探討——以千里山和巴爾哲花崗巖為例[J].中國科學(D輯),1999,29(4):332-338.

[9]柏道元,汪永清,等.湖南衡陽燕山早期川口過鋁花崗巖地球化學特征、成因與構造環(huán)境[J].沉積與特提斯地質,2007,27(2):49-59.

[10]潘兆櫓,等.結晶學及礦物學（下冊）[M].北京:地質出版社,1993.

[11]曾憲科,周倩,劉旭,等.湖南川口礦田鎢礦化特征及成因機理[J].湖南科技學院學報 ,2011,(8).

[12]盧煥章,等.包體地球化學[M].北京:地質出版社,1990.

[13]梅水泉.溆浦地區(qū)脈金礦地球化學特征[J].湖南地質,1990,(3).

[14]梅水泉.諸廣山中段三九地區(qū)鈾礦化特征及成礦機理探討[J].鈾礦地質,1997,(2).

[15]李公時.數學地質[M].冶金部有色生產礦山地質干部進修班,1981.

[16]張理剛.穩(wěn)定同位素在地質科學中的應用——金屬活化熱液成礦作用及找礦[M].西安:陜西科學技術出版社,1985.