桂東北姑婆山花崗巖地球化學(xué)特征及成巖成礦意義*

蔡永豐　蔡運(yùn)花　馮佐?！『鷺s國(guó)

(1.桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院；2.廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.江西耀升鎢業(yè)股份有限公司)

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桂東北姑婆山花崗巖地球化學(xué)特征及成巖成礦意義*

蔡永豐1, 2蔡運(yùn)花3馮佐海1, 2胡榮國(guó)1, 2

(1.桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院；2.廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.江西耀升鎢業(yè)股份有限公司)

摘要為探討桂東北姑婆山巖體與區(qū)內(nèi)鎢錫礦床的成因聯(lián)系，對(duì)姑婆山巖體開(kāi)展了系統(tǒng)的地球化學(xué)分析，結(jié)果表明：姑婆山巖體表現(xiàn)出高硅、高鉀、富鋁、低鈦、低鈣、貧鎂的特征，巖體強(qiáng)烈虧損Ti、Nb、Eu、Sr、Ba等微量元素，富集Th、U、Hf等元素，整體具有A型花崗巖的地球化學(xué)特征，說(shuō)明姑婆山巖體具有良好的錫成礦性，為較典型的含錫花崗巖。上述分析結(jié)果進(jìn)一步表明：姑婆山巖體為殼—幔相互作用的產(chǎn)物，花崗質(zhì)巖漿作用不僅為區(qū)內(nèi)鎢錫礦床的形成提供了成礦物質(zhì)，而且導(dǎo)致富礦流體在有利部位發(fā)生聚集而形成礦體。

關(guān)鍵詞花崗巖地球化學(xué)特征成巖成礦特性成礦作用成礦物質(zhì)

鎢錫礦床的形成與花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)有密切的聯(lián)系，花崗質(zhì)巖漿是鎢錫礦床的重要成礦物質(zhì)來(lái)源之一，花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)可使鎢錫等礦物質(zhì)在有利的部位發(fā)生聚集，進(jìn)而形成礦床。前人研究普遍認(rèn)為與鎢錫成礦作用有關(guān)的主要為S型花崗巖，花崗質(zhì)巖漿在結(jié)晶分異形成S型花崗巖的過(guò)程中能夠分異出富含錫的成礦流體[1]。隨著研究的深入，世界上一些鎢錫礦床的形成相繼被認(rèn)為與A型花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)具有密切關(guān)系，如在我國(guó)南嶺地區(qū)、新疆以及尼日利亞、美國(guó)和巴西等地區(qū)均發(fā)現(xiàn)與A型花崗巖有關(guān)的鎢錫礦床[2]。近年來(lái)的勘探成果顯示,在桂東北姑婆山地區(qū)發(fā)現(xiàn)成礦潛力較大鎢錫礦床，但對(duì)該類(lèi)鎢錫礦床與姑婆山花崗巖的關(guān)系缺乏系統(tǒng)研究，不利于正確認(rèn)識(shí)該地區(qū)鎢錫礦床的成礦機(jī)制、成礦物質(zhì)來(lái)源和分布特征。為此，本研究以姑婆山花崗巖為研究對(duì)象，對(duì)其地球化學(xué)特征進(jìn)行分析。

1區(qū)域地質(zhì)背景

華南內(nèi)陸十萬(wàn)大山—杭州一帶發(fā)育一條地球化學(xué)特征異常的NNE向花崗巖帶(即“十杭帶”)[3]。沿該帶伴生有一系列重要的多金屬礦床[4-5]，因此，該花崗巖帶的識(shí)別對(duì)于研究華南中生代構(gòu)造—巖漿—成礦作用具有重要意義。依據(jù)“十杭帶”花崗巖的不同地球化學(xué)特征可進(jìn)一步將其細(xì)分為贛杭帶和湘桂帶：前者從贛西南一直延伸至贛東北，包括陡水、上猶、巖背、足洞、相山、德興、靈山等巖體；后者從湘南向西南延伸至桂東南，包括千里山、騎田嶺、西山、金雞嶺、花山、姑婆山、昆侖關(guān)等巖體[6]。姑婆山花崗巖位于湘桂帶，帶內(nèi)各巖體的形成時(shí)代主要集中于163～151 Ma[5-8]。

姑婆山花崗巖為多期次巖漿作用的產(chǎn)物，主要由早期里松巖體、中期姑婆山巖體和晚期新路巖體組成[9]，因此姑婆山花崗巖為一復(fù)式巖體。姑婆山復(fù)式巖體呈EW向長(zhǎng)條帶狀分布，主體出露于桂東北的富川、賀州和鐘山一帶，小部分出露于湘南的江永縣，巖體出露總面積約678 km2。姑婆山復(fù)式巖體北東端、東南端侵位于下古生界寒武系小內(nèi)沖組和黃洞口組碎屑巖中，圍巖多發(fā)生角巖化；巖體西端、北西端、西南端侵位于上古生界泥盆系及石炭系下部碳酸鹽巖、碎屑巖中，圍巖主要發(fā)生矽卡巖化、大理巖化和局部角巖化；巖體東側(cè)與桂嶺花崗巖體呈侵入接觸關(guān)系。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主體斷層(姑婆山斷層)沿獨(dú)山—新路—賀街一帶分布，長(zhǎng)度大于100 km，垂直斷距200～300 m。姑婆山斷層呈NNW向穿切姑婆山復(fù)式巖體，在巖體內(nèi)可見(jiàn)陡狹筆直的斷層谷，斷層谷內(nèi)的花崗巖由于受擠壓破碎明顯，硅化較強(qiáng)。該斷層還切穿了寒武系、泥盆系、石炭系和二疊系地層，斷層面清晰，可見(jiàn)明顯的揉褶帶、碎裂巖帶和硅化帶等。

姑婆山巖體呈環(huán)狀分布，出露面積約428.16 km2，為姑婆山復(fù)式巖體的主體。姑婆山巖體的主要巖石類(lèi)型有中粗?！辛０郀詈谠颇付L(zhǎng)花崗巖、中粗?！辛０郀詈谠颇刚L(zhǎng)花崗巖。黑云母二長(zhǎng)花崗巖主要分布于巖體內(nèi)部，正長(zhǎng)花崗巖分布于巖體外圍，出露面積相對(duì)較大。斑晶主要為鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石，基質(zhì)主要為斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英和黑云母，副礦物主要有鋯石、榍石、磁鐵礦、磷灰石等?？傮w來(lái)看，由巖體內(nèi)部向外部，鉀長(zhǎng)石含量逐漸變少，石英含量呈增加的趨勢(shì)，黑云母含量減少。

2姑婆山巖體地球化學(xué)特征

姑婆山巖體w(SiO2)平均為74.47%，顯示富硅的特征；w(Na2O)平均為3.64%，w(K2O)平均為4.86%，表現(xiàn)出富鉀的特征。w(Al2O3)平均為12.57%，與Lachlan褶皺帶上Al2O3含量(11.83%～13.77%)相似[9]，顯示出富鋁的特征。樣品w(FeO)、w(Fe2O3)平均為1.39%、0.66%，w(MgO)平均為0.26%，樣品w(TiO2)平均為0.20%，w(P2O5)平均為0.06%，w(CaO)平均為1.01%，表現(xiàn)出高鉀鈣堿性系列巖石的特征。姑婆山巖體w(∑REE)平均為339×10-6，w(∑LREE)平均為289×10-6，w(∑HREE)平均為50×10-6，樣品具有明顯Rb、Th、U、Ta、Nd正異常及Eu、Ba、Nb、Sr、Ti負(fù)異常，表明姑婆山巖體在成巖過(guò)程中存在相關(guān)礦物(如斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石)的分離結(jié)晶作用。姑婆山巖體w(Y)、w(Nb)平均為68.90×10-6、60.97×10-6，分別接近和高于正常鋁質(zhì)A型花崗巖的平均值(分別為79.70×10-6、35.19×10-6)；w(Y)/w(Nb)為1.13，高于正常鋁質(zhì)A型花崗巖的平均值(2.26)[10]；10 000×w(Ga)/w(Al)平均為3.83，與典型A型花崗巖的w(Ga)/w(Al)值相似；w(Nb)/w(Ta)平均為13，w(Zr)/w(Hf)平均為31，低于球粒隕石值(分別為18、36)。

3姑婆山巖體巖石類(lèi)型

S型花崗巖P2O5含量一般較高，并隨巖漿分異程度的加強(qiáng)而增大[9]，高分異I型花崗巖的特征為P2O5含量與SiO2含量呈明顯的負(fù)相關(guān)性，且FeO含量較低，一般小于1.00%。A型花崗巖的全鐵含量一般大于1.00%，姑婆山巖體P2O5含量較低(平均0.06%)，明顯區(qū)別于S型花崗巖；巖石樣品P2O5含量與SiO2含量相關(guān)性不明顯。姑婆山巖體稀土元素(REE)和高場(chǎng)強(qiáng)元素Ga、Th、U、Zr、Nb、Y含量高，虧損Sr、P、Ti、Eu，稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式呈“海鷗型”分布，樣品具有較高的10 000×w(Ga)/w(Al)值(平均3.83)和較高的Zr+Nb+Ce+Y含量(平均378×10-6)，該類(lèi)特征均與A型花崗巖的地球化學(xué)特征相似[10-11]，表明姑婆山巖體的巖石類(lèi)型應(yīng)屬A型花崗巖。此外，從整個(gè)區(qū)域地質(zhì)資料上看，自從Gilder等提出在華南內(nèi)陸存在一條高εNd(t)值(>-8)和低Nd模式年齡值(<1.5 Ga)的NNE向花崗巖帶(“十杭帶”)以來(lái)，隨后的研究成果相繼表明“十杭帶”上的眾多花崗巖體的巖石類(lèi)型均具有A型花崗巖的特征，并進(jìn)一步認(rèn)為其為一條A型花崗巖帶[4,5,12]。因此，將姑婆山巖體的巖石類(lèi)型劃分為A型花崗巖亦符合區(qū)域地質(zhì)特征。

4巖石成因

姑婆山巖體具有相對(duì)虧損的Nd同位素組成，其εNd(t)值為-3.21 ～ -0.37，二階段模式年齡為1 242 ～ 982 Ma[7]，明顯區(qū)別于華南古老地殼，表明姑婆山巖體在成巖過(guò)程中受到了地幔物質(zhì)的影響，虧損地幔物質(zhì)的加入，導(dǎo)致了姑婆山巖體具有相對(duì)虧損的Nd同位素組成和較年輕的Nd模式年齡。因此，殼—幔相互作用是區(qū)內(nèi)花崗巖形成的主要機(jī)制。區(qū)域地質(zhì)資料表明，“十杭帶”上的眾多花崗巖體(如花山花崗巖、錫田花崗巖、騎田嶺花崗巖等)均發(fā)育有大量的暗色包體[8]，該類(lèi)暗色包體被認(rèn)為是巖漿混合的殘留物[8]，但對(duì)該類(lèi)暗色包體的成因仍存在不同的觀點(diǎn)(主要有源巖的殘留物、圍巖捕擄體[13]、同源巖漿早期階段的析離物[12]、性質(zhì)相異的巖漿不完全混合的殘余物[14]等)。近年來(lái)對(duì)桂東北里松花崗巖暗色包體進(jìn)行的鋯石Hf同位素研究表明，里松花崗巖暗色包體并非來(lái)源于源巖殘留物、圍巖捕擄體或同源巖漿早期階段的析離體，而是殼—幔巖漿相互作用的產(chǎn)物[15]，由此可認(rèn)為，殼—幔相互作用可能是“十杭帶”花崗巖形成的主要機(jī)制。該推斷亦可得到區(qū)域相關(guān)基性巖漿活動(dòng)信息的支持，如在湘南道縣發(fā)現(xiàn)有低鈦高鎂玄武巖，其εNd(t)值為-1.6～-1.9，其形成被認(rèn)為與軟流圈地幔上涌引發(fā)的巖石圈地幔部分熔融有關(guān)[5]；湘南寧遠(yuǎn)堿性玄武巖具有更高的εNd(t)值(+5～+6)，其形成被認(rèn)為與巖石圈拉張減薄導(dǎo)致的軟流圈地幔低度熔融有關(guān)[5]。該類(lèi)基性巖漿活動(dòng)的信息為區(qū)域殼—幔相互作用提供了證據(jù)。此外，由西南往東北方向，“十杭帶”花崗巖的εNd(t)值有逐漸減小的趨勢(shì)，反映了由西南往東北方向殼—幔相互作用逐漸減弱。

5姑婆山巖體與鎢錫成礦作用的關(guān)系

姑婆山花崗巖體具有高SiO2含量，Nb、Eu、Ba、Sr、Ti具有明顯的負(fù)異常，表明該類(lèi)花崗巖在成巖過(guò)程中經(jīng)歷了強(qiáng)烈的分離結(jié)晶作用，強(qiáng)烈的分離結(jié)晶作用正是成錫花崗巖的普遍特征。姑婆山巖體的TiO2含量較低(平均0.20%)，研究表明花崗巖錫含量與TiO2含量具有較好的負(fù)相關(guān)性，有利于錫成礦。姑婆山巖體具有較低的w(Zr)/w(Hf)值(平均31)，低于正?；◢弾rw(Zr)/w(Hf)值(33～40)，表明姑婆山巖體在成巖過(guò)程中，存在熔體與富揮發(fā)分流體之間的相互作用，從而使Zr-Hf元素對(duì)發(fā)生不同程度的分餾，致使Zr趨向虧損而Hf相對(duì)富集，熔體與流體之間的相互作用也為錫成礦的必要條件。姑婆山巖體的另一個(gè)顯著特征為具有很高的Th、U含量，w(Th+U)平均61.8×10-6，遠(yuǎn)高于華南燕山期殼源重熔型花崗巖(w(Th)平均28.7×10-6，w(U)平均7.1×10-6)和高熱花崗巖(w(Th+U))為8×10-6，高Th、U含量也為錫成礦的有利條件[16]。姑婆山巖體整體表現(xiàn)出與錫礦化具有密切的相關(guān)性，在w(SiO2)-(w(Rb)/w(Sr))圖解[17]上，姑婆山巖體樣品點(diǎn)均落于錫礦化花崗巖或世界著名的錫礦床花崗巖范圍內(nèi)，該類(lèi)特征與“十杭帶”上的千里山花崗巖體(與柿竹園超大型鎢錫多金屬礦床有密切聯(lián)系)及騎田嶺花崗巖體(與芙蓉超大型錫礦床有密切的成因關(guān)系)類(lèi)似，因此，姑婆山巖體整體顯示出良好的錫成礦性，結(jié)合姑婆山巖體具有A型花崗巖的地球化學(xué)特征，表明姑婆山A型花崗巖不僅為姑婆山地區(qū)鎢錫礦提供成礦物質(zhì)，同時(shí)花崗質(zhì)巖漿作用還導(dǎo)致了含礦流體在有利部位發(fā)生聚集而形成礦體。

6結(jié)論

(1)姑婆山巖體具有富硅貧鈦，富集Rb、Th、U，虧損Sr、Ba、Eu和高w(Ga)/w(Al)值等地球化學(xué)特征，整體與A型花崗巖的地球化學(xué)特征相似。

(2)姑婆山巖體的形成與殼—幔相互作用有關(guān)。

(3)姑婆山巖體相對(duì)較低的TiO2含量及強(qiáng)烈富集Rb、Th、U為錫成礦的有利條件，該巖體整體顯示出良好的錫成礦性，其形成對(duì)于區(qū)內(nèi)鎢錫成礦具有重要貢獻(xiàn)。

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(收稿日期2015-11-17)

*廣西高等學(xué)?？茖W(xué)研究基金項(xiàng)目(編號(hào)：KY2015ZD052)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：41502180， 41503021)。

蔡永豐(1986—)，男，講師，博士，541004 廣西壯族自治區(qū)桂林市七星區(qū)建干路12號(hào)。