南嶺地區(qū)陸殼重熔型花崗巖成巖作用與成礦作用的關系

南嶺地區(qū)陸殼重熔型花崗巖成巖作用與成礦作用的關系

嶺南地區(qū)是中國重要的彩色、稀有和稀有礦產(chǎn)資源產(chǎn)區(qū)，擁有許多大型和大型礦床。大量研究成果表明,南嶺地區(qū)的金屬成礦作用,與中生代,尤其是燕山期各種花崗巖類有密切的成因關系,其中尤以陸殼重熔型花崗巖類與W、Sn、Bi、Mo、Li、Be、Nb、Ta、REE以及U等金屬的大規(guī)模成礦作用有密切的成因關系,并成為中國東部燕山期大規(guī)模成礦作用或“成礦大爆發(fā)”(毛景文等,1999;華仁民等,1999)的重要組成部分。前人在這方面已經(jīng)有大量的研究成果。筆者曾把與陸殼重熔型花崗巖類有關的礦床歸結為一個成礦系統(tǒng)(華仁民等,2003)。筆者在近幾年研究工作中發(fā)現(xiàn),南嶺地區(qū)陸殼重熔型花崗巖類的成巖作用與相關的成礦作用之間存在著明顯的時間差,而這一時間差實際上反映了成巖作用與成礦作用之間在地質(zhì)構造背景和物質(zhì)來源等方面的差異。1陸殼重熔型火山巖5評價南嶺地區(qū)中生代陸殼重熔型花崗巖類主要形成于以下幾個時期和地區(qū):(1)印支期花崗巖類數(shù)量較少,大多數(shù)年齡為240～205Ma,主要分布在西部的雪峰隆起帶、東部的武夷隆起帶,以及湘中—粵西—桂南一帶。(2)燕山中期第一階段(170～150Ma)在南嶺及其周邊地區(qū)出現(xiàn)大量以黑云母二長花崗巖為主的“改造型花崗巖”,尤其在160Ma前后形成高峰,如湘南的千里山、騎田嶺、黃沙坪,贛南的西華山、漂塘、大吉山,粵北的佛崗、紅嶺、司前,桂北的花山、姑婆山、里松、栗木等。(3)燕山晚期花崗質(zhì)火山—侵入雜巖(139～97Ma)大規(guī)模發(fā)育于南嶺東段(贛江斷裂帶以東)及臨近地區(qū)。南嶺地區(qū)中生代與花崗巖類有關的成礦作用卻并不完全對應于以上時間。目前看來,與陸殼重熔型花崗巖類有關的大規(guī)模成礦作用主要發(fā)生在150～139Ma的燕山中期第二階段,以及燕山晚期的125～<98Ma(華仁民等,2005)。具體來說,花崗巖類與有關礦床時間上的差異主要有以下三種情況。1.1與我國南北方大型鈾礦床相關的火山巖南嶺地區(qū)的花崗巖型鈾礦床在中國鈾資源總量中占有重要地位,通常認為該類型熱液鈾礦床受控于燕山期,特別是燕山晚期的巖漿—熱液作用。但是上世紀90年代以來,對華南許多大型花崗巖型鈾礦床宏觀地質(zhì)條件及成礦物質(zhì)來源的深入研究表明,印支期花崗巖類在鈾礦床形成過程中可能起了更為關鍵的作用。因為許多大型熱液鈾礦床都產(chǎn)在印支期花崗巖中,或其基底系由印支期花崗巖構成(盧武長等,1991;金景福等,1993;陳迪云,1997;鄧平等,2000;徐夕生等,2003),例如福建毛洋頭鈾礦床,蓋層火山巖為南園組(K)的英安質(zhì)至流紋質(zhì)火山巖,而基底是印支期高溪黑云母花崗巖;江西貓尖洞鈾礦床,礦化發(fā)生在白堊紀粗安巖火山通道的周圍,而其基底大富足巖體為印支期二云母花崗巖;江西白面石鈾礦床,火山巖蓋層為燕山早期玄武巖—流紋巖構成的雙峰式火山巖組合,而基底白面石巖體為印支期二云母花崗巖;諸廣山巖體中的長江、瀾河、鹿井等鈾礦田,礦區(qū)范圍內(nèi)均有大面積分布的印支期花崗巖作為燕山期小巖體和礦體的圍巖。徐夕生等(2003)對貴東巖體東部與眾多鈾礦床有關的下莊巖體進行了單顆粒鋯石U-Pb定年,測得年齡為235.8Ma,屬印支期。上述實例表明,與南嶺地區(qū)大型鈾礦床相關的燕山期火山巖或侵入巖的巖性是多變的,有酸性的花崗巖或火山巖,也有中性甚至基性的火山巖或侵入體,但是它們的基底或圍巖卻都是印支期黑云母或二云母花崗巖。而且上述研究還證實,鈾主要來自于這些印支期花崗巖。章邦桐等(2003)對白面石巖體中6710礦田6種圍巖的微量元素研究證明,印支期花崗巖為鈾成礦提供了鈾源;該花崗巖的活動鈾浸出率高達56.3%,平均為33.7%,而雙峰式火山巖組合的活動鈾浸出率僅為流紋斑巖7.8%、玄武巖2.1%;根據(jù)鉛同位素計算,基底印支期花崗巖中12%～23.9%的鈾已被遷移帶出。因此,對華南的大部分“花崗巖型”鈾礦床而言,其花崗巖成巖時間是印支期,而其鈾成礦時間,即印支期花崗巖中的鈾活化遷移富集成礦的時間卻是燕山(晚)期,其間存在著巨大的時間差。1.2成礦年齡與成礦時代如前所述,南嶺地區(qū)中生代陸殼重熔型花崗巖類的侵位在燕山中期第一階段(170～150Ma)達到高潮,但與其相關的W、Sn、Nb-Ta等金屬成礦作用卻相對滯后。以著名的贛南西華山鎢礦為例,迄今為止沒有人懷疑它與西華山花崗巖之間的成因關系。關于西華山花崗巖的成巖年齡,早年的K-Ar法測年數(shù)據(jù)跨度較大,多在184～139Ma范圍內(nèi)(吳永樂等,1987);而上世紀80年代中期以來的一批Rb-Sr、U-Pb年齡數(shù)據(jù)則集中在157～150Ma(李億斗等,1986;McKeeetal.,1987;陳志雄等,1989;Maruejoletal.,1990)。大量前人資料顯示西華山花崗巖可劃分為三個階段,與主礦化關系最密切的是第二階段的晚期含石榴子石花崗巖;但是由于缺乏成礦年齡數(shù)據(jù),只能根據(jù)巖體和礦體的相互切穿關系基本上推斷成礦時間為150Ma左右,這一推斷也符合成礦作用發(fā)生在花崗巖巖漿演化晚期的傳統(tǒng)認識。然而,李華芹等(1993)所測定的西華山螢石Sm-Nd等時線年齡為137.4±3Ma,黑鎢礦Sm-Nd等時線年齡為139.2±2.8Ma,而石英中流體包裹體的RbSr等時線年齡則為139.8±4.5Ma,三者相當一致,表明西華山鎢礦的成礦年齡應在139Ma左右,如果這個年齡數(shù)據(jù)可靠的話,那么西華山鎢礦的形成比西華山花崗巖至少晚了10Ma。筆者等最近對贛南另一個著名的大吉山花崗巖及其成礦作用進行了研究。關于大吉山花崗巖年齡,上世紀80年代以來普遍認同的是孫恭安等(1989)測定的Rb-Sr等時線年齡,三期花崗巖的年齡分別為167Ma、161Ma和159Ma。對其中的第一期黑云母花崗巖,即所謂的“五里亭巖體”,張文蘭等(2004)和邱檢生等(2004)分別進行的鋯石U-Pb年齡都已證實其屬于印支期而非燕山期;張文蘭等(2004)還指出大吉山第一期黑云母花崗巖與W-Nb-Ta礦化沒有成因聯(lián)系。而筆者對采自大吉山黑鎢礦石英脈中的兩件云母進行的40Ar/39Ar快中子活化法測年結果分別為144Ma和147Ma,比孫恭安等(1989)測定的與成礦關系最密切的大吉山白云母花崗巖年齡晚了十幾百萬年。湘南的騎田嶺花崗巖年齡為157～161Ma(黃革菲,1992;朱金初等,2003;毛景文等,2004),千里山花崗巖的年齡為162Ma、163Ma等(葉伯丹等,1986;劉義茂等,1997)及152Ma左右(毛景文等,1998;Lietal.,2004)。但筆者注意到,近年來劉義茂等(2002)、趙振華等(2003)發(fā)表的與騎田嶺花崗巖鄰近的杉山嶺正長巖為141.30Ma;而切穿千里山花崗巖的NE向花崗斑巖脈的40Ar/39Ar坪年齡為144.41Ma、等時線年齡為142.34Ma,此外,該地區(qū)的輝綠玢巖脈40Ar/39Ar坪年齡為142.34Ma(劉義茂等,1997),這些都顯示該地區(qū)在140Ma前后有一次重要的熱事件。因此,筆者懷疑與騎田嶺、千里山花崗巖有關的芙蓉錫礦、柿竹園多金屬礦的成礦時代是否會與140Ma前后的熱事件有關,從而使成礦年齡比其成礦主巖騎田嶺花崗巖、千里山花崗巖要晚20Ma左右。目前毛景文等(2004)、Li等(2004)所測定的芙蓉、柿竹園成礦年齡與成巖年齡基本一致。但是,王登紅等(2003)發(fā)表的芙蓉錫礦白臘水礦石Rb-Sr等時線年齡為136Ma,陳毓川等也獲得了相近的柿竹園SmNd等時線成礦年齡(未發(fā)表),它們比花崗巖成巖年齡晚了10Ma以上至20Ma左右。在桂北,前人所測定的姑婆山花崗巖年齡在164～145Ma之間(張德全等,1985);筆者等最近用LA-ICPMS測定的姑婆山花崗巖鋯石U-Pb年齡為167～161Ma;然而,筆者等最近測定的與姑婆山“西花崗巖體”有關的爛頭山錫礦的成礦年齡(流體包裹體Rb-Sr等時線法)為136Ma(另文發(fā)表),比相關的巖體年齡晚20多百萬年。1.3陸殼重熔型花崗質(zhì)火山—燕山晚期淺侵位的陸殼重熔型花崗巖類也存在成巖—成礦年齡差燕山晚期在南嶺東段及臨近地區(qū)主要發(fā)育一些侵位較淺的或“潛火山巖相”的花崗巖類,有的則與火山巖共生,構成花崗質(zhì)火山—侵入雜巖,有些還伴有中心式(塌陷)火山機構。對于這類巖石的成因類型,一些研究者認為應屬于“同熔型”,巖漿來源于“上地幔至下地殼”;但由于它們都是富鋁的,有些火山巖(如江西相山、東鄉(xiāng))中還含有紅柱石、石榴子石等富鋁礦物,并具有較高的鍶同位素初始比值等特征,因此目前大部分研究者認為它們屬于陸殼重熔型花崗巖類或陸殼重熔型火山—侵入雜巖或稱之為“S型花崗質(zhì)火山—侵入雜巖”(王德滋等,1991,1999;沈渭洲等,1995;陳小明等,1999)。南嶺燕山晚期許多淺侵位的花崗質(zhì)巖體與錫礦有關,如江西的巖背斑巖錫礦;此外還有曾家垅、中甲和尖峰嶺錫礦,廣東的銀巖、塌山、厚婆坳等錫礦。而有些花崗質(zhì)火山—侵入雜巖體則與鈾礦化有關,并成為華南東部浙—皖—贛—粵NE向火山巖型鈾礦帶的重要組成部分,例如江西的相山等。南嶺及臨近地區(qū)燕山晚期的上述陸殼重熔型花崗質(zhì)火山—侵入巖體與相關的錫、鈾等礦化之間也存在著一定程度的年齡差別。據(jù)已發(fā)表的資料,巖背花崗斑巖的Rb-Sr等時線年齡為136～126Ma。(熊小林等,1994);而巖背斑巖錫礦的成礦年齡為122～100Ma(王德滋等,1993)。相山火山巖(碎斑熔巖)—花崗斑巖的時代為141～135Ma,并集中于140Ma左右(李坤英等,1989;陳迪云等,1993;陳小明等,1999);而相山鈾礦的兩期成礦作用則分別發(fā)生在120～115Ma和100～97Ma(陳繁榮等,1990;陳迪云等,1993;陳躍輝等,1995),比花崗質(zhì)火山—侵入雜巖年齡至少晚20Ma。2低影響成礦作用上述三個方面的許多實例說明,南嶺地區(qū)陸殼重熔型花崗巖類成巖作用與相關的成礦作用之間存在較長的時間差并不是個別、偶然的現(xiàn)象,而是帶有一定的普遍性。由于花崗巖成礦要經(jīng)歷巖漿冷凝、揮發(fā)份聚集、熱液運移、金屬礦物沉淀等過程,因此,花崗巖類的侵位與相關的成礦作用在時間上有一定的差異。但是一般來說,這一時間差不會很大。筆者認為,本文所列舉的花崗巖類與相關成礦作用之間10～20Ma以上的時間差已經(jīng)不能用正常的巖漿—熱液過程來解釋了;它所反映的,可能是成巖—成礦二者在物質(zhì)來源、形成背景和條件等方面的根本性差異。花崗巖與有關的成礦作用在物質(zhì)來源上是有差異的。許多礦床的成礦物質(zhì)不像成巖物質(zhì)的來源那么簡單。近年來大量研究表明,華南,尤其是南嶺地區(qū)中生代花崗巖類具有較高的ISr值、較低的XNd、較古老的Nd模式年齡,它們的成巖物質(zhì)主要都是來源于該地區(qū)的基底巖石,因此可以稱為“殼源花崗巖”。這些殼源花崗巖含有較豐富的W、Sn、Bi、Mo、Li、Be、Nb、Ta、REE、U等成礦元素,它們主要也是來源于基底巖石。然而,參與成礦作用的其他物質(zhì)和組份,例如成礦流體的來源,就要復雜一些了。以花崗巖型鈾礦床為例,如前所述,鈾主要來源于印支期花崗巖,歸根結底是來源于地殼;但是參與成礦的流體則有相當部分是來源于地幔。胡瑞忠等(2004)特別強調(diào)了幔源CO2是鈾成礦過程中必不可少的組分。對相山火山巖型鈾礦床來說,一般認為相關的火山—侵入雜巖屬于陸殼重熔型或S型,它們在成巖過程中很少有深部或幔源物質(zhì)的參與,但近年來的研究則認為幔源物質(zhì)在相山鈾成礦中起了相當關鍵的作用。范洪海等(2003)認為,相山鈾礦的成礦時代與基性巖脈侵入時代接近,形成于比成巖更拉張的環(huán)境下,富含礦化劑的深部熱液在上升過程中浸取地殼基底巖石和圍巖中的鈾,遷移至近地表火山雜巖裂隙帶中,并與裂隙帶中的大氣降水混合而導致鈾沉淀成礦。而姜耀輝等(2004)的研究進一步指出,不僅流體,而且U、Th等成礦元素也來自于巖石圈之下的“富集圈”,在造山帶崩塌階段(巖石圈拆沉或減薄)以及弧后拉張環(huán)境下,“富集圈”中的U、Th將隨地幔流體一起上升遷移至地殼中直接成礦,因此,地幔物質(zhì)及地幔流體在相山鈾礦成礦過程中起了主導作用。除了鈾的成礦作用與地幔物質(zhì)密切相關外,南嶺地區(qū)與燕山期陸殼重熔型花崗巖有關的W、Sn及其他稀有金屬的成礦作用也顯示出地幔物質(zhì)參與的特征,例如與成礦相近的時期發(fā)育較多的基性巖脈、煌斑巖等;但迄今為止國內(nèi)關于地?；蛏畈苛黧w參與這類成礦作用的專題研究尚不多見,因此有必要重視和加強這方面的研究。Burnard等(2004)研究了葡萄牙中部與海西期花崗巖有關的Panasqueira礦床的He-Ar同位素,結果表明,雖然該花崗巖是S型,但相關的W—Cu(Ag)—Sn礦床的毒砂、黑鎢礦所捕獲的He有75%來源于地幔,而不是地殼深熔(anatexis)形成花崗巖時的產(chǎn)物,因此提出了幔源流體在花崗巖熱液成礦作用中的重要意義,并進一步推論成礦作用是(花崗巖形成)以后的幔源熱—流體脈動(pulse)的結果。這一研究雖然沒有提供花崗巖與礦床的年齡,但實際上已經(jīng)表明,Panasqueira礦床并不是與花崗巖同時形成的?；◢弾r與有關的成礦作用在時間上和物質(zhì)來源上的差異也反映出它們在形成的地球動力學背景有實質(zhì)性差異。研究表明,華南印支期花崗巖類主要形成于印支造山運動造成的“陸殼變形疊置加厚”(王岳軍等,2002),地幔物質(zhì)參與很少(周新民,2003)。燕山中期第一階段(尤其是160Ma前后)廣泛發(fā)育的南嶺地區(qū)陸殼重熔型花崗巖類的“主體”雖然是在巖石圈全面伸展—減薄、地幔物質(zhì)上涌導致玄武質(zhì)巖漿底侵的背景下形成的,且分布范圍廣、面積大,但是這些花崗巖的成因主要是地殼物質(zhì)的部分熔融,地幔物質(zhì)參與較少,說明巖石圈的拉張程度仍較小。而從燕山中期第二階段起到燕山晚期,華南地區(qū)巖石圈進一步伸展—拉張。這一階段的特征是斷裂活動的發(fā)育、地殼熱流值的明顯升高、地幔物質(zhì)的較多參與,以及火山活動的頻繁發(fā)生,一些來源更深、侵位更淺的小巖體(如花崗斑巖等)廣泛發(fā)育,基性巖脈、煌斑巖等與幔源密切相關的巖石也較發(fā)育。例如,在160Ma前后侵位的千里山、騎田嶺等陸殼重熔型花崗巖體中及其鄰近,廣泛發(fā)育較年輕(140Ma左右)的酸性、堿性和基性巖脈,就充分顯示了拉張的動力學背景開始占主導作用。燕山晚期,太平洋構造體系對中國東南部的影響也日趨明顯,并引發(fā)了大陸邊緣大規(guī)模的火山巖漿作用、弧后的擴張作用、板內(nèi)巖石圈的進一步伸展,以及深斷裂的活動,這使得該時期的殼—幔相互作用達到了一個前所未有的程度,而中國東部的大規(guī)模成礦作用也恰在此時達到了高潮(華仁民等,2005)。因此,南嶺地區(qū)陸殼重熔型花崗巖類成巖作用與相關成礦作用的時間差提供了一個重要的信息,即盡管花崗巖類可以在擠壓—陸殼加厚的動力學背景下由地殼物質(zhì)的部分熔融形成,但是大規(guī)模的成礦作用卻主要與拉張的動力學背景、殼—幔相互作用、高的熱流值,以及深部