南嶺中生代花崗巖鎢錫礦成礦規(guī)律

南嶺中生代花崗巖鎢錫礦成礦規(guī)律

0太平洋板塊沖刷模型中國華南中生代廣泛分布于巖漿活動和相關成礦活動中。就目前資料統(tǒng)計,華南地區(qū)是已知礦產(chǎn)地礦產(chǎn)出現(xiàn)概率最大的區(qū)域,其金屬礦產(chǎn)產(chǎn)出概率為每平方千米0.001［１］。因此,從20世紀40年代開始,相關學者就對華南整個中生代地質框架和花崗巖-火山巖的成因進行了長期探討。華南地區(qū)巖漿巖出露分布復雜,成礦種類繁多,構造、盆地發(fā)育,存在許多不同觀點:巖石圈伸展與軟流圈地幔上涌說［２］、東亞巨型裂谷體系與大規(guī)模巖石圈拆沉-減薄說［３］、“中生代時開始了整個中國東海岸裂谷”說［４］、板內洋盆閉合俯沖消減說［５］、古太平洋板塊對歐亞板塊的消減說［６－８］以及華南中生代地幔柱上升說［９］。對于這些模型,其實都是建立在華南地區(qū)出現(xiàn)拉張的構造背景下。華南巖漿活動背景被解釋為島弧或者弧后背景,或者俯沖板片拆沉后形成的拉張背景。近年來,隨著大量高精度巖石年代學和地球化學數(shù)據(jù)的積累,太平洋板塊俯沖模型越來越受到關注,其中最有名的2個模型分別為低角度俯沖模型［７－８］和平板俯沖模型［６］。Zhou等通過對華南地區(qū)出露的花崗巖的詳細研究,認為華南地區(qū)中生代經(jīng)歷過2次構造域的轉換,即從印支期特提斯構造域的陸-陸碰撞活動到燕山期古太平洋板塊NW—WNW向俯沖形成的大規(guī)模拉張背景［８］。這種低角度俯沖模型可以解釋中、晚白堊世巖漿活動由NW向SE逐漸年輕的遷移模式,但是不能很好地解釋侏羅系侵入巖時空分布。平板俯沖模型則認為,自二疊紀末—三疊紀初開始,太平洋板塊就對華南地區(qū)發(fā)生俯沖作用,由直徑約1000km海底高原俯沖造成的平板俯沖,延伸至華南內陸近1300km,并且在華南巖石圈下停留了數(shù)十百萬年,在160Ma左右發(fā)生俯沖板片的斷離、下沉,形成了南嶺地區(qū)大規(guī)模的巖漿活動。該模型也認為太平洋板塊的俯沖方向為NW—WNW［６］。這種模型可以很好地解釋印支期沿海發(fā)生的部分巖漿活動和侏羅紀華南南嶺地區(qū)大規(guī)模的巖漿活動以及中、晚白堊世華南地區(qū)的巖漿分帶,但是對于華南地區(qū)侏羅紀的巖漿時空分布還存在一些矛盾。由于華南地區(qū)侏羅紀侵入巖在時空分布上顯示為NNE—NE向逐漸年輕的趨勢,所以太平洋板塊的俯沖方向應該重新考慮。俯沖方向的變化一般與大規(guī)模的成礦有著很好的相關性［１０］,而且俯沖深度與成礦的相關關系似乎也存在一定的相關性［１１－１２］,但是卻很少有文獻涉及［１３－１４］。華南地區(qū)中生代發(fā)生的大規(guī)模巖漿活動以及相關成礦作用被廣泛認為與太平洋板塊俯沖相關［１４－１６］,是研究俯沖過程的理想場所。因此,研究華南地區(qū)巖漿與成礦的時空分布可以更好地理解俯沖的過程。前人對華南地區(qū)的研究主要關注于與銅(鉬)礦相關的巖漿巖氧逸度特征,并提出中生代太平洋板塊對華南陸塊進行SW向斜俯沖［１３－１４］,但是對于與鎢錫礦有關或者普通花崗巖的氧逸度特征研究較少。筆者在華南南嶺地區(qū)橫向剖面上自西向東分別選取清湖巖體、姑婆山花崗巖(錫礦)、雪花頂巖體、騎田嶺巖體(錫礦)和九峰巖體進行鋯石年代學和微量元素微區(qū)分析工作,通過計算鋯石的Ce、Eu異常來反演其形成時的氧逸度特征,并與區(qū)內大寶山巖體(鉬銅礦)、德興巖體(銅礦)進行對比,進而研究華南地區(qū)中生代的構造背景。1南果山-早侏羅世紀構造格局南嶺地區(qū)位于華南腹地,中生代巖漿巖活動極為強烈,伴隨著大規(guī)模鎢錫多金屬成礦活動。南嶺地區(qū)是中國乃至世界最重要的鎢錫礦集中分布區(qū)。南嶺地區(qū)作為華南地塊的一部分,中生代以來受到特提斯和印支造山的影響,斷裂和褶皺以EW向為主,早侏羅世以來則主要受太平洋板塊俯沖及后撤影響,使得陸殼發(fā)生熔融形成大規(guī)?；◢弾r［１７－１８］。近年來,大量高精度鋯石定年研究表明,南嶺地區(qū)花崗巖主要形成于150~180Ma［１９－２１］。本文所采集的巖體主要分布在南嶺地區(qū)(圖1),包括清湖巖體、姑婆山花崗巖(錫礦)、雪花頂巖體、騎田嶺巖體(錫礦)和九峰巖體。1.1地表露頭巖巖石學特征清湖二長巖出露在廣西陸川清湖鄉(xiāng)及廣東化州平定鄉(xiāng)一帶,巖體位于云開隆起六靖背斜的西南端,受NE—SW向區(qū)域性構造控制。巖體呈NW—SE向橢圓形,長軸16.3km,短軸5~8.5km,地表出露面積約105km２。巖體的造巖礦物主要有斜長石、鉀長石、角閃石、石英和黑云母,副礦物有磁鐵礦、鈦鐵礦、磷灰石、榍石、鋯石、褐簾石及少量石榴石、黃鐵礦、銳鈦礦、黃銅礦、輝鉬礦、釷石等［２２］。徐磊明等報道了清湖巖體的鋯石U-Pb下交點年齡為(156±2)Ma［２２］,Li等通過LAM-ICPMS單顆粒鋯石定年獲得清湖巖體年齡為(156±6)Ma［２３］;ID-TIMS方法獲得年齡為(159.38±0.12)Ma［２４］。清湖巖體Sr-Nd同位素特征顯示,其源于受地殼污染的虧損地幔［２５］。1.2姑婆山中—姑婆山巖體(錫礦)姑婆山花崗巖體(24.32°N~24.45°N,111.30°E~111.40°E)主要分布在廣西賀州西北部,部分在鐘山東北角和湖南江華境內,出露面積約678km２。姑婆山花崗巖體呈渾圓形,西南到西北緣侵入中—上泥盆統(tǒng),東南部和東北部侵入寒武系與下泥盆統(tǒng),東部與大寧巖體接觸。整個巖體分成東、西2個部分,分別稱為姑婆山東巖體和姑婆山西巖體,大致以晚期呈SN向展布的紅花源—新路斷裂為分界。在東巖體的中心,分布著含大量暗色閃長質包體的近等軸狀的里松巖體,面積超過70km２。姑婆山各巖體的巖性有較明顯差異:里松巖體為中粒似斑狀角閃石黑云母二長花崗巖,姑婆山東巖體以中粗粒似斑狀黑云母鉀長花崗巖為主,西巖體主要為中細粒斑狀黑云母花崗巖、細?；◢弾r和中粗粒似斑狀黑云母鉀長花崗巖［２６］。地球化學特征顯示姑婆山花崗巖為A型花崗巖,鋯石Hf同位素與Sr-Nd同位素特征顯示其為殼?；旌稀?.3構造及構造背景雪花頂巖體又稱“雪花皮”巖體,從屬于九嶷山花崗雜巖體。在大地構造上,九嶷山處于華夏陸塊與揚子陸塊的接合帶附近、南嶺EW向構造巖漿帶西段北緣的花江復背斜的軸部,地質構造復雜,斷裂構造十分發(fā)育,尤其以NE向最為重要。出露地層有以邊緣海槽盆相砂泥質巖石為主的震旦系—志留系和以淺海臺地相碳酸巖為主的泥盆系—中三疊統(tǒng),在一些斷陷盆地中發(fā)育上三疊統(tǒng)—侏羅系和白堊系的陸相沉積巖。本巖體地球化學特征顯示雪花頂巖體為殼源,Nd模式年齡顯示其為元古代古老地殼熔融的產(chǎn)物［２７］。其與金雞嶺復式巖體形成年代、地球化學特征較相似,表明其為同一期巖漿產(chǎn)物,形成于拉張環(huán)境。1.4騎田嶺巖體與必須地層和礦床的關系騎田嶺花崗巖體是南嶺花崗巖的代表性巖體之一。它位于南嶺中段湖南郴州西南約20km處,屬郴縣、宜章和桂陽境內。整個巖體呈等軸狀,邊界近于圓形,總出露面積約520km２。在騎田嶺巖體周圍不遠的范圍內,早就發(fā)現(xiàn)了很多大型至超大型有色金屬和稀有金屬礦床,包括柿竹園鎢錫鉬鉍礦、瑤崗仙鎢鉬礦、寶山鉛鋅礦、黃沙坪鉛鋅鎢鉬礦、香花嶺錫鎢鉛鋅鈮鉭礦等,騎田嶺巖體東北緣產(chǎn)有新田嶺鎢礦,南緣產(chǎn)有安源、淘錫窩等錫礦,十余年前又在巖體內部發(fā)現(xiàn)了大型芙蓉錫礦。由此可見,騎田嶺巖體與鎢錫礦有很大關系。朱金初等對騎田嶺巖體做過詳細的年代學研究,表明騎田嶺巖體是一個燕山早期多階段形成的復式巖基,形成年齡為:160~163、153~157、146~150Ma［２１］。1.5基礎地質工作九峰巖體位于南嶺北部,介于廣東與湖南交界處,東邊為印支期諸廣山巖體。九峰—諸廣山侵入期次十分復雜,以其規(guī)模巨大、侵入期次多、鈾礦資源豐富而著稱,吸引了眾多地質工作者開展基礎地質和找礦勘探工作［２８－２９］。陳鳴認為西部的九峰巖體同位素年齡為143~166Ma［３０］。本文采集的樣品源自九峰巖體西段,主要為中細粒黑云母二長花崗巖。2鋯石u-th-pb年齡筆者采集了南嶺地區(qū)自西向東出露的5處花崗巖巖體樣品,進行鋯石年代學和微量元素分析。這5處樣品分別為廣西清湖正長巖、姑婆山中粗黑云母花崗巖(24°37.07′N,111°40.14′E)、雪花頂二長花崗巖、騎田嶺A型細粒黑云母二長花崗巖(25°25.34′N,112°52.87′E)和九峰中粒黑云母二長花崗巖(25°22.38′N,113°31.87′E)。將采集樣品送至中國科學院廣州地球化學研究所選礦公共實驗室,經(jīng)過破碎、淘洗等步驟分離出鋯石等重礦物;后在雙目鏡下挑選晶形完好、具有代表性的鋯石顆粒若干粒;鋯石選出后,制作鋯石樣品靶;將挑好的鋯石和澳大利亞國立大學標準鋯石TEMORA(年齡約417Ma)［３１］一起在環(huán)氧樹脂上制鋯石靶。鋯石測試在中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室完成。鋯石的陰極發(fā)光圖像在JEOLJXA-8100型電子探針儀(EPMA)上完成。鋯石U-Pb原位定年分析所使用的ICP-MS為Agilent7500a,激光剝蝕系統(tǒng)為美國Resonetics公司深紫外(DUV)193nmArF準分子(Excimer)激光剝蝕系統(tǒng)［３２］。分析所采用的激光能量為80mJ,束斑直徑為31μm,頻率為10Hz。載氣為He-Ar混合氣。所剝蝕樣品通過本系統(tǒng)所特有的信號平滑系統(tǒng)后進入ICP-MS進行測試［３２］。每進行5個樣品分析就分析年齡標準TEMORA和含量標準NIST610。U-Th-Pb含量計算以Si為內標、NIST610為外標。同位素比值、微量元素數(shù)據(jù)處理采用中國地質大學(武漢)劉勇勝編寫的ICPMSDataCal8.1進行［３３］;年齡計算采用ISOPLOT(3.23版)［３４］進行,普通鉛矯正用ComPbCorr#3_17軟件;鋯石Ce４＋/Ce３＋值和EuＮ/EuＮ＊值的計算參考文獻。3結果分析3.1長6月的地質特征清湖巖體分析鋯石點5個,w(Th)/w(U)值為0.39~0.60,為典型的巖漿鋯石,n(２０６Pb)/n(２３８U)加權平均年齡為(163.6±2.7)Ma(樣本數(shù)為5個),與ID-TIMS方法獲得年齡((159.38±0.12)Ma［２４］)相近[圖2(a)、(b),表1]。騎田嶺巖體的分析鋯石點為11個,w(Th)/w(U)值為0.22~1.04,為典型的巖漿鋯石,其n(２０６Pb)/n(２３８U)加權平均年齡為(160.5±2.2)Ma(樣本數(shù)為11個)。朱金初等對騎田嶺巖體做過詳細的年代學研究,認為騎田嶺巖體是一個燕山早期多階段形成的復式巖基,形成年齡為3個階段:160~163、153~157、146~150Ma［２１］。筆者采集巖石年齡為(160.6±2.5)Ma,可能代表騎田嶺巖體第一階段巖體[圖2(c)、(d),表1]。雪花頂巖體的分析鋯石點為19個,w(Th)/w(U)值為0.23~0.86,為典型的巖漿鋯石,n(２０６Pb)/n(２３８U)加權平均年齡為(155.9±2.5)Ma(樣本數(shù)為18個)。前人對雪花頂右側的金雞嶺復式巖體做過地球化學和年代學工作,顯示其為A型花崗巖,形成年齡為(156±2)Ma［３７］。而對于雪花頂巖體,一般認為是加里東期的產(chǎn)物,筆者采集了雪花頂粗粒二長花崗巖,分析得到鋯石加權平均年齡為(155.9±2.5)Ma,明顯不同于前人的年齡數(shù)據(jù),顯示該巖體可能是一個復式巖體[圖2(e)、(f),表1]。九峰巖體分析鋯石點為12個,w(Th)/w(U)值為0.28~2.12,為典型的巖漿鋯石,n(２０６Pb)/n(２３８U)加權平均年齡為(146.7±1.5)Ma(樣本數(shù)為12個)。該年齡與陳鳴得到的西部九峰巖體同位素年齡(143~166Ma［３０］)范圍一致。九峰巖體相對于南嶺地區(qū)其他巖體年齡較小,與騎田嶺第三期巖漿活動相一致[圖2(g)、(h),表1]。姑婆山巖體分析鋯石點為9個,w(Th)/w(U)值為0.20~0.54,為典型的巖漿鋯石,n(２０６Pb)/n(２３８U)加權平均年齡為(161.8±1.3)Ma(樣本數(shù)為9個),與前人獲得的年齡(160~163Ma［３６］)一致[圖2(i)、(j),表1]。3.2鋯石ce、eu特征計算鋯石Ce４＋/Ce３＋值和EuＮ/EuＮ＊值需要知道鋯石稀土元素和對應的全巖稀土元素數(shù)據(jù)。對已發(fā)表全巖稀土元素數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),其全巖稀土元素成分較為均一,因此,筆者未對每件所選鋯石樣品進行單獨的全巖微量元素分析,而是選取已發(fā)表全巖稀土元素數(shù)據(jù)的平均值代表分析樣品的稀土元素數(shù)據(jù)。對于全巖稀土元素數(shù)據(jù),清湖巖體引自文獻,姑婆山巖體(錫礦)引自文獻,騎田嶺巖體(錫礦)數(shù)據(jù)引自文獻,雪花頂和九峰巖體引自文獻。計算鋯石Ce、Eu異常的微量元素數(shù)據(jù)見表2。清湖巖體5個測點鋯石Ce４＋/Ce３＋值為42~80,EuＮ/EuＮ＊值為0.19~0.35,均值為0.27,顯示明顯的低氧逸度特征,即156Ma時,南嶺下部虧損地幔顯示較低氧逸度特征。姑婆山巖體(錫礦)9個有效測點鋯石Ce４＋/Ce３＋值為12.9~49.1,平均為36.9;EuＮ/EuＮ＊值為0.04~0.29,均值為0.09。從Ce４＋/Ce３＋值來看,姑婆山巖體巖漿形成時氧逸度較低。姑婆山巖體周邊有許多中小型錫礦產(chǎn)出,顯示本巖體與錫礦化有關,因此,錫礦形成的氧逸度環(huán)境可能較低。騎田嶺巖體(錫礦)11個有效測點鋯石Ce４＋/Ce３＋值為2.1~66.2,均值為29.9;Eu３＋/Eu２＋值為0.03~0.26,均值為0.16;EuＮ/EuＮ＊值為0.02~0.11,均值為0.07。這些表明騎田嶺巖體最早期花崗巖巖漿氧逸度較低,因此,鎢錫礦形成的氧逸度環(huán)境可能較低。雪花頂巖體14個有效測點鋯石Ce４＋/Ce３＋值為3.9~50.3,均值為16.5;EuＮ/EuＮ＊值為0.03~0.17,均值為0.08。鋯石Ce、Eu特征顯示雪花頂巖體巖漿源區(qū)氧逸度較低。九峰巖體12個點分析鋯石Ce４＋/Ce３＋值為2.1~65.6,均值為23.1;EuＮ/EuＮ＊值為0.08~0.52,變化較大。從鋯石Ce、Eu異?？傮w來看,九峰巖體源區(qū)氧逸度偏低。4討論4.1巖石學和成礦環(huán)境鋯石是中酸性巖漿巖中常見的副礦物,而且在后期熱液蝕變以及物理化學過程中不易發(fā)生改變。在鋯石結晶過程中,Ce4+比Ce3+優(yōu)先進入,意味著Ce4+/Ce3+值對氧逸度的變化很敏感,可以真實反映其結晶時巖漿氧化還原狀態(tài)?？梢允褂肅e4+和Ce3+在礦物熔體與結晶礦物之間分配系數(shù)的晶格張力模型計算Ce4+/Ce3+值。Ballard等通過LA-ICP-MS對智利北部Chuquicamata-E1Abra斑巖銅礦帶中14個不含礦和7個含礦的鈣堿性侵入體進行全巖與鋯石微量元素分析,認為鋯石中Ce4+/Ce3+值、EuN/Eu*N值與巖漿中氧化還原度有關。同樣的方法隨后被成功地應用于玉龍斑巖銅礦的研究中。通過對比長江中下游含礦與郯廬斷裂帶南段不含礦高鎂埃達克巖鋯石,發(fā)現(xiàn)前者具有較高的Ce、Eu異常,指出高氧逸度是成礦的關鍵所在。對粵北新發(fā)現(xiàn)的大寶山含礦斑巖和江西德興含礦斑巖的鋯石研究表明,其鋯石Ce4+/Ce3+值與智利含礦巖體鋯石Ce、Eu異常相似,也形成于較為氧化的環(huán)境中。相對于德興、大寶山地區(qū),南嶺地區(qū)與鎢錫礦有關的花崗巖(如姑婆山和騎田嶺巖體)鋯石Ce４＋/Ce３＋值全部都在100以下,同時,EuＮ/EuＮ＊值與智利地區(qū)不含礦巖體落在同一范圍內(圖3),顯示其形成時具有較低的氧逸度特征。錫礦化是還原性的長英質巖漿經(jīng)過分餾結晶作用形成的,Sn２＋在鈦鐵礦系列的花崗巖中是穩(wěn)定的,因此,在巖漿結晶的晚期發(fā)生富集成礦［４６］。對姑婆山和騎田嶺錫(鎢)礦的鋯石氧逸度研究進一步證實了這個事實。南嶺地區(qū)不含礦巖體(如清湖、雪花頂和九峰巖體)鋯石Ce、Eu異常表明,這些巖體也都具有較低的Ce４＋/Ce３＋值(低于81)和EuＮ/EuＮ＊值(低于0.5),與含鎢錫礦巖體落在相似的變化范圍內,顯示其形成時較低的氧逸度特征。全球深海橄欖巖、大陸橄欖巖相對于島弧橄欖巖以及島弧巖漿具有較低的氧逸度特征［４７］。清湖巖體地球化學研究表明,其來自于虧損地幔源區(qū)［４８］。其較低的鋯石氧逸度特征與大陸橄欖巖相似,指示南嶺地區(qū)中生代地幔未受到俯沖帶高氧逸度流體的影響。相對于淺部中下地殼來源的雪花頂和九峰巖體同樣顯示較低的氧逸度特征,同樣也指示該地區(qū)地殼組分未受到俯沖物質的影響?？傮w來說,南嶺地區(qū)不含礦巖體和與鎢錫礦有關的含礦巖體均形成于較低的氧逸度特征,表明本文研究的巖體均未受到俯沖帶高氧逸度流體的影響,可能表示當時太平洋板塊俯沖沒有影響到南嶺內陸地區(qū),僅僅到達南嶺大寶山地區(qū)。4.2大、太平洋板塊斜向植物差異洋殼俯沖過程中,流體釋放程度與氧逸度之間顯示為正相關,即在靠近俯沖帶,流體釋放較多,因此氧逸度較高,而遠離俯沖帶時,顯示較低氧逸度［１１－１２，１４］。Wang等通過系統(tǒng)分析華南地區(qū)中生代成巖與成礦分帶認為,當時太平洋板塊俯沖方向為SW向,南嶺地區(qū)距離俯沖帶大于800km［１４］。Li等對比德興銅礦、大寶山銅鉬礦氧逸度特征,發(fā)現(xiàn)前者具有