栗木地區(qū)花崗巖成因分析

栗木地區(qū)花崗巖成因分析

嶺南花崗巖帶是中國的重要構(gòu)造帶。該地區(qū)的許多巖體都是復合巖體，采礦產(chǎn)量類型因巖石發(fā)育階段和侵蝕期而異。其中,含鉭鈮礦花崗巖是該區(qū)重要的成礦母巖之一,栗木含礦巖體被認為是與鎢錫鉭鈮礦形成關(guān)系密切的富Li-F花崗巖。栗木鈮鉭稀有金屬礦自20世紀60年代發(fā)現(xiàn)以來,礦區(qū)的研究重點從鎢錫有色金屬礦的勘查轉(zhuǎn)變?yōu)閷夈g稀有金屬花崗巖的研究,對花崗巖的巖石學、地球化學、同位素年代學等的研究也隨著科技水平的提高而不斷深入,但對花崗巖的形成年齡劃分以及成巖成礦序列的建立還不夠完善。1巖石學和礦物特征栗木礦床是南嶺中段重要的鎢錫、稀土多金屬礦床之一,位于桂東北坳陷北東段,處于栗木—蓮花復式向斜北端揚起部位。區(qū)內(nèi)出露地層主要是寒武紀淺變質(zhì)砂巖、板巖、泥質(zhì)灰?guī)r,泥盆紀砂巖、頁巖、白云質(zhì)灰?guī)r、礫巖和石炭紀下統(tǒng)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及硅質(zhì)頁巖。巖體周圍出露的褶皺基底由寒武系組成,蓋層由泥盆系和石炭系組成。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造主要有SN向和EW向2組,次為NNE向、NE向。礦區(qū)的礦體(點)多達十余處,與花崗巖有關(guān)的主要礦床類型包括花崗偉晶巖脈型鈮鉭礦、花崗巖型含錫鉭鈮礦,主要分布在老虎頭、水溪廟和金竹源等處。礦化集中發(fā)育在SN向與EW向構(gòu)造匯合處,鈮鉭礦礦體一般呈似層狀產(chǎn)于晚期花崗巖頂部及其邊緣凸起部位。本區(qū)主要有錳鉭鈮鐵礦、黑鎢礦、鎢錳礦、白鎢礦等礦石礦物;脈石礦物主要有長石、石英,其次為云母、黃玉、螢石等。鋰云母-螢石化、硅化、鈉長石化、云英巖化和黃玉化與礦化關(guān)系密切。2花崗巖特征2.1巖石結(jié)構(gòu)及含礦巖體栗木花崗巖以南北向巖株狀侵入本區(qū)出露地層中,出露面積約1.5km2,隱伏巖體面積約8km2。巖體礦物學變化主要體現(xiàn)在云母和長石上:云母類型有鐵白云母、鋰鐵白云母、鐵鋰云母,云母中Li、F、Si和Fe的含量增加,Al含量則降低;鉀長石含量依次減少,斜長石含量則顯著增多,鈉長石的Ab的n值由小(n<1/3)變大(n>3)。從早期到晚期,巖石結(jié)構(gòu)由細粒變化為中粒,與南嶺地區(qū)成錫花崗巖結(jié)構(gòu)的演變相反;此外,含礦花崗巖具有區(qū)別不含礦巖體的似膠狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)巖石學和地層侵入關(guān)系,栗木花崗巖體由早到晚可劃分為3階段:第一階段為細粒鐵白云母花崗巖,被第二階段花崗巖切割、包圍,見圖1;第二階段為中(粗)粒含鋰鐵白云母花崗巖,有云英蝕變邊;第三階段為中粒含鋰云母鈉長花崗巖,切割第二階段巖體,見圖2。2.2巖石化學和地球化學2.2.1高鉀鈣堿巖石栗木花崗巖與南嶺主要含錫礦花崗巖的巖石化學特征相同,具有富硅(SiO2>72%)、貧鐵鎂鈣(<2.04%)、低P2O5(≤0.327%)和TiO2(≤0.02%)和過鋁質(zhì)(>72%)的特征,屬于高鉀鈣堿性花崗巖,見表1。巖石分異指數(shù)高(DI>90),并在晚期增大,顯示該區(qū)蝕變花崗巖強烈分異結(jié)晶作用的特征。隨著巖漿的演化,巖石中的SiO2、Na2O、CaO有明顯增加,Na2O與K2O有明顯反消長現(xiàn)象,而Fe2O3、MgO、TiO2、MnO、P2O5等氧化物的含量則降低,可能與金屬礦物的大量析出有關(guān)。2.2.2新巖石學特征前人對栗木地區(qū)花崗巖的稀土元素特征進行了大量研究[10,11,12,13,14,15],其最主要的特征是總含量偏低且變化范圍大,平均含量為(44～66)×10-6,屬于重稀土相對富集的稀土虧損型花崗巖。巖體的稀土總量變化具有一定規(guī)律性:一方面隨巖漿的演化程度增加而逐漸降低,至第三階段,含礦花崗巖的稀土總量甚至低于10×10-6;另一方面,稀土總量在垂向上也隨巖體深度降低而漸低;不含礦花崗巖的稀土配分模式呈“V”字形對稱分布,晚期含礦巖體則有右傾趨勢。巖石具有強烈Eu負異常,符合巖漿高度分異的特征(δ(Eu)<0.2)。第三階段鈉長石化花崗巖類δ(Eu)劇增而呈現(xiàn)正異常,表明在栗木巖漿演化的晚期除了結(jié)晶分異作用,還發(fā)生了不混溶作用。以上特征表明,栗木巖體主要來源于高度分異演化的殼源巖漿,巖漿的演化類型可能并不全是結(jié)晶分異作用所致。2.2.3不同構(gòu)造巖石學特征就微量元素而言,栗木巖石總體富揮發(fā)性元素Rb、F、Li,貧Sr、Ba,見表2。但成礦元素Ta、Nb、W、Sn、Zn的平均含量普遍遠高于華南花崗巖均值。除了鎢錫礦大量產(chǎn)出的金竹源地區(qū)的W元素稍低以外,栗木其他地區(qū)的微量元素含量均明顯高于無工業(yè)礦床形成的泡水嶺地區(qū),表明微量元素隨巖漿演化明顯增加最終富集成礦,這與F、Bi等揮發(fā)組分在晚期逐漸富集關(guān)系密切,因為在巖漿分異演化過程中,揮發(fā)組分常與有色、稀有金屬元素組成絡合物使得成礦元素發(fā)生運移并在一定條件下富集成礦,這也是富F型含W、Sn多金屬花崗巖的特征之一。表2栗木礦田不同階段巖石微量元素含量×10?6表2栗木礦田不同階段巖石微量元素含量×10-6根據(jù)花崗巖巖石地球化學特征,可將栗木巖體從早期到晚期劃分為3個期次:第一期以泡水嶺地區(qū)為例,除Na2O、Nb、Ta、Sn、Sr低于其他地區(qū)外,該區(qū)地球化學元素的含量普遍高于后期巖體,部分差距不大;金竹源地區(qū)的巖體可以劃分為2期,第二期巖石地球化學的各個元素含量一般均介于第一期和第三期之間,但Sn、W、Nb、Ta元素含量較低,明顯區(qū)別于另兩期巖體;第三期分布于金竹源、老虎頭、水溪廟地區(qū),該區(qū)W、Sn、Nb、Ta等稀有金屬元素含量均很高,而老虎頭地區(qū)的Ta元素含量為本次測樣中最高,水溪廟地區(qū)的W元素含量最高、金竹源的Sn含量最高。3成巖時代和巖漿活動的探討在上世紀80—90年代,前人使用傳統(tǒng)鋯石U-Pb法、Rb-Sr法和K-Ar法等手段進行栗木巖體的巖漿結(jié)晶年齡研究,判定本區(qū)花崗巖為印支晚期—燕山早期巖漿活動產(chǎn)物。但上述結(jié)果年齡跨度較大,且測試結(jié)果因測試方法不同而有明顯差異。栗木地區(qū)成礦年代學的研究要比成巖年代學晚10a左右。一般對成巖成礦時間順序主要是根據(jù)巖石地球化學進行判斷,如曹瑞欣通過水溪廟鉀長石的微量元素分析,得出花崗偉晶巖脈的形成時代是與巖體同時或稍晚于巖體。同位素年代學理論和技術(shù)的發(fā)展為精確厘定栗木巖體的成巖和成礦作用關(guān)系提供了可能,近期研究成果顯示,泡水嶺地區(qū)成巖年代為(201±4)Ma,牛欄坪地區(qū)成巖年代為(204±7)Ma,三個黃牛、金竹源地區(qū)的成巖年齡分別為(214.0±5.0)Ma和(218.3±2.4)Ma,即栗木巖體是形成于印支晚期巖漿活動。結(jié)合其巖石特征、侵入接觸關(guān)系將花崗巖的巖漿結(jié)晶年齡劃分為上述3個階段,各階段巖漿活動端元間隔時間約為2.0～17.7Ma。楊峰采用白云母40Ar/39Ar法測得栗木老虎頭礦區(qū)的成礦年代為(214.1±1.9)Ma、(214.3±4.5)Ma,這與同是花崗巖型稀有金屬礦的三個黃牛地區(qū)成巖年齡數(shù)據(jù)幾乎一致?？梢酝茰y,栗木地區(qū)第三階段巖體及礦床的形成均受到印支晚期巖漿活動的后碰撞伸展體制作用,礦床形成與巖體的形成密切相關(guān),成礦作用同時或稍晚于成巖作用發(fā)生。4成巖年齡及成礦時代綜上所述,栗木巖體形成于印支期晚階段的髙鉀鈣堿系列巖體。該區(qū)巖漿活動的高度分異演化對成礦有關(guān)鍵作用,W、Sn、Nb、Ta等主要成礦元素隨著巖漿演化逐漸富集至最終成礦。根據(jù)侵入接觸關(guān)系、巖石地球化學特征和同位素年代學測試結(jié)果,巖體可劃分為3個階段:第一階段為泡水嶺地區(qū)的細粒鐵白云母花崗巖,成巖年齡為(201±4)Ma,成礦元素含量較低,無明顯礦化;第二階段為中粗粒含鋰鐵白云母花崗巖,分布在金竹源和牛欄坪一帶,有弱鎢錫礦化,成巖年齡為(204±7)