廣西栗木水溪廟礦區(qū)灰?guī)r地球化學(xué)特征及其成因探討

廣西栗木水溪廟礦區(qū)灰?guī)r地球化學(xué)特征及其成因探討

0噴氣暈與成礦標(biāo)志在巖漿發(fā)育的后期，巖漿中積累了大量的蒸發(fā)成分，并從巖石的頂部收集，形成稱為氣候熱（hydr-solu）的高溫氣成，這可以上升到覆蓋圍巖的裂縫中。因壓力急劇降低而產(chǎn)生的沸騰作用可使F,Cl,B等揮發(fā)組分在流體中的溶解度大大降低。揮發(fā)性組分的逸出和活潑元素的運(yùn)移可在巖漿巖體上部及周圍形成范圍較大的原生地球化學(xué)異常,稱之為噴氣暈。噴氣暈主要由F,Li,Rb,B等元素的原生異常組成,常構(gòu)成巖體原生暈的外帶。并可能伴有成礦元素(W,Sn等)異常,根據(jù)南嶺成礦帶部分鎢礦區(qū)的研究,氟暈在外接觸帶的寬度一般為200～250m,最大可超過(guò)500m。在距接觸面100m范圍內(nèi),異常強(qiáng)度一般為背景值的4～7倍。以贛南黃沙鎢礦含礦隱伏巖體為例,該花崗巖體以富含W,Cu和F為特征,礦體與隱伏巖體突起部位有關(guān)。巖石地球化學(xué)測(cè)量表明,在隱伏巖體穹狀頂面300m之上的地表,寒武系淺變質(zhì)巖中F顯著增高;在隱伏巖體頂面500m之上的地表圍巖中w(F)=0.17%～0.18%,是該區(qū)寒武系地層背景值(0.083%)的2倍,并隨巖體上隆頂面的變淺而明顯升高;氟異?？蛇_(dá)礦區(qū)外圍800m以外。Li2O也顯示出類似反映1。因此,噴氣暈可以作為尋找隱伏(成礦)花崗巖的預(yù)測(cè)標(biāo)志。目前已知成功的找礦實(shí)例僅局限于淺變質(zhì)碎屑巖地區(qū),對(duì)在碳酸鹽地層區(qū)的應(yīng)用效果不詳1。然而,以碳酸鹽巖為圍巖的金屬礦床在華南地區(qū)普遍發(fā)育,如黃沙坪、錫田、錫礦山,以及新發(fā)現(xiàn)的荷花坪礦區(qū)等。因此,有關(guān)碳酸鹽地層中噴氣暈的研究對(duì)預(yù)測(cè)隱伏成礦巖體及其上隆部位對(duì)找礦勘查有直接的指導(dǎo)意義。本文以廣西栗木水溪廟礦區(qū)為例,探討應(yīng)用噴氣暈在灰?guī)r地層中尋找隱伏成礦巖體的可行性。1錫鈮火山巖栗木礦區(qū)在廣西恭城縣境內(nèi),區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造屬于湘桂粵海西印支拗陷區(qū),位于栗木—蓮花復(fù)式向斜的北部揚(yáng)起端。礦區(qū)地層由西向東依次出露有寒武系邊溪組、泥盆系和石炭系(圖1)。寒武系邊溪組為一套淺海相復(fù)理石建造的淺變質(zhì)砂巖、板巖、泥質(zhì)灰?guī)r,是該區(qū)最古老的地層;下泥盆統(tǒng)為一套碎屑巖建造,與寒武系呈角度不整合接觸;中、上泥盆統(tǒng)及下石炭統(tǒng)主要為碳酸鹽巖建造。中泥盆統(tǒng)和下石炭統(tǒng)是栗木含錫鈮鉭花崗巖的主要圍巖。栗木礦區(qū)原為錫鎢礦。20世紀(jì)60年代中期,在礦區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了老虎頭花崗巖型鉭鈮錫礦床,之后又相繼找到了水溪廟、金竹源兩個(gè)同類型的隱伏礦床。研究表明,栗木花崗巖是一個(gè)同源同期不同侵入階段的復(fù)式巖體,侵入時(shí)間為燕山早期,侵入過(guò)程分3個(gè)階段。第一階段以泡水嶺巖體為代表,為細(xì)粒似斑狀含鋰白云母花崗巖,不含礦;第二階段以牛欄坪巖體為代表,為中粗粒含鋰白云母花崗巖,礦化以鎢為主,伴生錫;第三階段以老虎頭巖體、水溪廟和金竹源隱伏巖體為代表,為中細(xì)粒含鋰白云母鈉長(zhǎng)花崗巖,礦化以錫、鉭、鈮為主,伴生鎢。3個(gè)階段花崗巖的Rb-Sr等時(shí)線年齡分別為(201±4)Ma,(204±7)Ma和(183±3)Ma(金竹源)。栗木礦區(qū)的3處花崗巖型鉭(鈮)-錫礦床即是巖體的一部分,均位于第三階段花崗巖體的頂突部位。礦體呈厚薄不均的似層狀或皮殼狀,礦床中的主要礦物為鈮鉭錳礦和錫石,其次為細(xì)晶石、鉭金紅石、黑鎢礦、黃鐵礦、白鎢礦等。礦床圍巖蝕變主要有硅化、大理巖化、絹云母化、電氣石化等。水溪廟隱伏花崗巖以巖株形式侵入于泥盆系和石炭系灰?guī)r中,花崗巖以富含鈉長(zhǎng)石為特征,主要造巖礦物為石英、鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石,特征副礦物為黃玉。地表灰?guī)r中局部可見(jiàn)含方解石、螢石或/和石英的細(xì)小線脈。2揮發(fā)性元素地球化學(xué)特征本次研究樣品為栗木地區(qū)水溪廟—上枧剖面地表采集的泥盆系上統(tǒng)融縣組灰?guī)r(圖1)。剖面長(zhǎng)度約4000m,采集灰?guī)r、硅化灰?guī)r樣品共31個(gè)。絕大多數(shù)樣品為淺灰色灰?guī)r,個(gè)別樣品呈深灰色(LM-6,LM-9),部分樣品有不同程度的硅化。選取樣品中新鮮、均勻的部分,粉碎至200目,F的分析在南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所用X射線熒光光譜法測(cè)定;Li,Rb,W,Sn,Nb,Ta元素的測(cè)試在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦產(chǎn)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室用ICP-MS測(cè)定,分析誤差<5%。測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所列。從表1可見(jiàn),F,Li,Rb等與巖漿演化后期氣成熱液作用有關(guān)的揮發(fā)性元素在LM-1—LM-9號(hào)樣品中明顯比其他樣品要高。一些樣品中出現(xiàn)極大值(表中加下劃線的數(shù)據(jù)),可能含鋰云母和螢石等礦物?；◢弾r巖體上覆圍巖中的揮發(fā)性元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要取決于花崗巖的早期噴氣作用和期后熱液作用疊加,在宏觀上表現(xiàn)為圍巖中發(fā)育有細(xì)-線脈或標(biāo)志帶。相關(guān)研究表明,元素噴氣暈質(zhì)量分?jǐn)?shù)的低谷值可反映噴氣暈的強(qiáng)度,大致相當(dāng)于礦區(qū)背景值;而質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高峰值則主要受裂隙或斷裂的控制,是氣成-高溫?zé)嵋鹤饔弥苯盈B加的結(jié)果1。隱伏的成礦巖凸所形成的噴氣暈主要以面型F的低緩異常為特征。而樣品中W,Sn,Nb,Ta等成礦元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)除去3個(gè)明顯受熱液作用的峰值(表中加橫線數(shù)據(jù))外,其他大部分樣品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)值都比較低。3巖石地球化學(xué)特征將明顯受后期熱液活動(dòng)直接疊加影響的極大值樣品(即表1中加下劃線的數(shù)據(jù))刪除后,樣品分析數(shù)據(jù)在隱伏花崗巖頂面等高線圖剖面上的分布(圖2～圖4),能清楚地反映F,Li,Rb暈的強(qiáng)度變化與巖體隱伏深度的關(guān)系。栗木礦區(qū)內(nèi)不同時(shí)代地層中氟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較大,寒武系w(F)的平均值為105×10-6,泥盆系w(F)<50×10-6,下石炭統(tǒng)的w(F)=151×10-6,均低于其克拉克值(660×10-6),但各地層中氟的平均值與巖性卻有較穩(wěn)定的關(guān)系:頁(yè)巖中w(F)平均值為110×10-6,砂巖的w(F)平均值為69×10-6,灰?guī)r的w(F)平均值為<50×10-6,同樣低于同類巖石中F的平均值(世界上砂巖的w(F)平均值為270×10-6,頁(yè)巖的w(F)平均值為740×10-6,碳酸鹽巖的w(F)平均值為330×10-6),這表明區(qū)內(nèi)各地層中F的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值很低。但區(qū)內(nèi)花崗巖的w(F)=1000×10-6～8000×10-6,是克拉克值的2～10倍,也高于花崗巖的世界平均值(800×10-6),說(shuō)明本區(qū)花崗巖中F的富集十分明顯;另外,從燕山早期第一幕→第二幕→第三幕鋰云母花崗巖的w(F)分別為3228×10-6,3953×10-6和6900×10-6,逐漸增加。從表1的測(cè)試結(jié)果來(lái)看,水溪廟剖面灰?guī)r受到了隱伏巖體侵入時(shí)氣成-熱液作用階段的噴氣作用的影響,F的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯升高。從圖2可見(jiàn),在取樣剖面的南段,即隱伏花崗巖凸起部位的地表灰?guī)r中F的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯增高,顯示受噴氣作用影響較強(qiáng);向剖面的北端,圍巖中的F含量顯著降低,表明受噴氣作用影響較弱。在花崗質(zhì)巖漿分異作用演化過(guò)程中,晚期巖漿中揮發(fā)分相對(duì)富集,F的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增高。在偉晶巖階段和氣成-熱液階段,偉晶巖中F的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比母巖高5～6倍,而云英巖化花崗巖的w(F)=1%～5%。因此在花崗巖體的穹頂部位,是揮發(fā)分高度富集的地方,F隨著噴氣作用的發(fā)生而進(jìn)入圍巖,形成噴氣暈。越靠近巖體頂部的地方,F的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高;越遠(yuǎn)離巖體穹頂部位,F的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低。Li和Rb均屬堿金屬元素,通常在灰?guī)r中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。它們與F一樣,在花崗巖巖漿分異作用的晚期富集。在花崗巖自變質(zhì)交代作用和高溫氣成熱液作用下,Li,Rb,F等大量集中在鋰云母、白云母、螢石、鈉長(zhǎng)石等礦物中。當(dāng)氣成-熱液作用發(fā)育在碳酸鹽巖中時(shí),F與Li,Rb等揮發(fā)分會(huì)隨著噴氣作用的發(fā)生而進(jìn)入到圍巖中,形成螢石化、硅化和云母的細(xì)線脈。因此,不僅F,而且Li和Rb也同樣在在隱伏巖體頂部的上覆圍巖中增高(圖2)。從圖2可見(jiàn),與F的變化特征一樣,在剖面南端的隱伏巖體的凸起部位,碳酸鹽圍巖中Li,Rb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著升高,越向北圍巖中Li,Rb的異常越低。圖2中的F,Li,Rb地球化學(xué)剖面特征與該處的隱伏花崗巖頂面相吻合,反映了深部花崗巖頂面的起伏狀態(tài)。該剖面中有3個(gè)樣品F的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于檢測(cè)限(表1),而90%樣品w(F)>50×10-6,高于背景值。從中可見(jiàn),F噴氣暈的異常范圍和穿透深度較大,能對(duì)隱伏花崗巖頂面之上約600m的碳酸鹽圍巖產(chǎn)生影響。這與已有的研究結(jié)果是一致的。Li,Rb的噴氣暈在隱伏花崗巖頂部的上覆灰?guī)r中也有明顯反映。從Li的地球化學(xué)剖面圖上看,由南向北整個(gè)剖面Li的變化呈現(xiàn)穩(wěn)定的降低趨勢(shì),也表明是受噴氣作用的影響,因此Li也有至少600m厚的穿透深度。噴氣暈中Rb的穿透深度比F和Li要小,約為300m,僅在巖脊位置出現(xiàn)異常,而當(dāng)隱伏巖體頂部深度大于300m時(shí),異常則不明顯。4熱液作用階段揮發(fā)分(特別是氟)在與花崗質(zhì)巖漿有關(guān)的礦床中有重要意義。在我國(guó)一些富Li-F的花崗巖同時(shí)也以富Rb,W,Sn,Nb,Ta等稀有親石元素,而且F等揮發(fā)分與W,Sn,Nb,Ta等成礦元素一起在巖漿演化晚期的巖體前鋒部位聚集。有關(guān)稀有金屬花崗巖中的熔體包裹體和流體包裹體研究表明,鎢、錫及稀有金屬成礦與巖漿揮發(fā)分和巖漿演化晚期的液態(tài)分離等過(guò)程有密切的成因關(guān)系。F作為一種主要的礦化劑,在巖漿分異演化過(guò)程中對(duì)W,Sn,Nb,Ta等金屬元素的運(yùn)移、富集成礦起重要作用。例如,Sn在流體中的溶解度隨著F的質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高而增大。在氣成-熱液作用階段,F與有色、稀有金屬組成絡(luò)合物(NbF7)2-,(TaF7)2-,(WO2F4)2-進(jìn)行遷移,在巖體頂部集中;在熱液作用中F與成礦元素組成WOF4,SnF4等可溶解化合物的形式在熱液中運(yùn)移。在巖漿晚期的結(jié)晶分異-交代-高溫氣液演化,以及熱液沿裂隙向圍巖運(yùn)移過(guò)程中,隨著溫壓的降低和pH值、氧逸度的變化,Nb,Ta,W,Sn氟絡(luò)合物先后大量破壞、沉淀富集成礦。而F等揮發(fā)組分及堿金屬可以在碳酸鹽圍巖中繼續(xù)運(yùn)移形成螢石和鋰云母,因此空間上各種元素在不同部位富集,構(gòu)成了從上到下具有螢石-鋰云母細(xì)脈帶→錫鎢長(zhǎng)石石英脈帶→花崗偉晶巖脈、花崗巖枝帶→錫鉭鈮鈉長(zhǎng)石花崗巖帶的礦化分帶規(guī)律。但是,已有的分析結(jié)果表明,碳酸鹽巖圍巖中的成礦元素W,Sn,Nb,Ta與F的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不成正比。由表1可見(jiàn),在所研究的剖面中除了明顯受后期熱液作用疊加的樣品LM-4,LM-7和LM-26中有較高的W,Sn,Nb,Ta異常,而其他樣品中W,Sn,Nb,Ta的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都比較低。在其他28個(gè)樣品中,有27個(gè)樣品w(W)<5×10-6,26個(gè)樣品w(Sn)<30×10-6,w(Nb,Ta)也大多<1×10-6。而且灰?guī)r中成礦元素W,Sn,Nb,Ta的質(zhì)量分?jǐn)?shù)沒(méi)有呈現(xiàn)隨隱伏礦體深度而變化的規(guī)律,即與噴氣暈無(wú)關(guān)。因此可以說(shuō)明,噴氣作用過(guò)程中,揮發(fā)性較強(qiáng)的F元素容易進(jìn)入圍巖,并且運(yùn)移距離較大,能夠形成較大范圍的噴氣暈異常;而W,Sn,Nb,Ta等成礦元素則通常在氣成-熱液或熱液作用階段大量沉淀富集,較難在大范圍的圍巖中形成異常,尤其在圍巖為灰?guī)r的條件下,碳酸鹽巖致密而且化學(xué)性質(zhì)活潑,決定了W,Sn等成礦元素不可能發(fā)生較大距離的遷移。因此,碳酸鹽圍巖中出現(xiàn)噴氣暈異常時(shí),不一定伴有W,Sn,Nb,Ta等成礦元素的異常。5噴氣暈的作用(1)栗木水溪廟礦區(qū)隱伏花崗巖的侵入在地表灰?guī)r中產(chǎn)生了明顯的F,Li,Rb噴氣暈。距離隱伏巖脊(巖隆)越近,圍巖中F,Li,Rb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯升高;離隱伏巖脊越遠(yuǎn),含量則越低。因此,噴氣