南岭地区几个与锡_钨_矿化有关的岩体的岩浆演化.doc

南岭地区几个与锡 钨 矿化有关的岩体的岩浆演化 摘要 南岭地区是中国重要的钨、锡成矿区, 钨、锡矿化与该区燕山期侵位的花岗岩关系密切。在对南岭花岗岩的研究中发现, 高的εNd、低的T2DM标志着有较多地幔物质的混入。在受地幔物质影响较大的杭州- 诸广山- 花山HZH带内出现较多的锡矿化; 在地幔物质影响较小的地区锡矿化则相对较少。在总结前人关于南岭地区姑婆山、骑田岭、千里山和大吉山4个岩体的同位素、 微量元素、稀土元素等资料的基础上, 对4个岩体源岩中地幔物质的相对含量、岩浆演化过程、出溶流体的性质等进行了比较。 结合4个岩体矿化类型的差异, 认为地幔物质除可能为锡矿化的物质来源外, 地幔物质混入量的差异还可能通过影响与矿化有 关的花岗岩岩浆演化的过程而决定钨、锡矿化的差异。 关键词 南岭花岗岩; 锡矿床; 钨矿床; 地幔组分; 岩浆演化; 分配系数 南岭地区是中国重要的钨、锡矿产基地, 亦是著 名的花岗岩分布区。传统观点认为钨、锡矿化与燕山 期壳源 S 型花岗岩的关系最为密切。近年来, 许多 学者利用Sm、Nd同位素对南岭花岗岩进行了全面 的研究, 圈定了几个高εNd、低T2DM的带[1- 6]。其中最引 人注目的是杭州- 诸广山- 花山HZH 带[3- 4], 该带 处在扬子地块与华夏地块的交界处, 构造相对薄弱, 有利于地幔物质上侵, 是一个锡矿的集中分布区[7]。 在此基础上, 许多学者[8- 13]对分布于该带上的花岗岩 的成因类型及年代学进行了重新审视, 证明骑田岭 和姑婆山岩体是壳幔混合作用的产物, 而非简单的 壳源产物, 地幔物质在成岩过程中起了重要作用。 南岭中段锡多金属矿床主要分布在构造薄弱的 古地块结合带、隆起区与凹陷区结合部位及深大断 裂带附近[14]。锡多金属矿化的这种分布规律, 反映了 地幔物质对锡矿化有着重要的影响。而钨矿化则集 中分布在隆起区, 与壳源花岗岩具有密切的成因联 系。这一规律已引起众多学者的关注, 但是对于地幔 物质在钨、锡矿化中所起的作用, 岩浆演化过程、岩 浆出溶流体的性质与钨、锡矿化差异的关系等深层 次的问题有待深入探讨。本文以同位素和微量元素 的方法, 结合W、Sn在晶体- 熔体中的分配系数及其 在流体中的迁移形式, 对南岭地区姑婆山、骑田岭、 千里山和大吉山4个复式岩体进行了比较地球化学 研究, 初步探讨地幔物质及岩浆演化过程对钨、锡矿 化作用的影响机制。 1 岩体地质概况 本次研究主要涉及4个花岗岩岩体 姑婆山、骑 田岭和千里山岩体处在构造相对薄弱的扬子地块与 华夏地块的交界处, 大吉山岩体位于武夷山隆起和 粤北断陷的交界处 图1 。区域上的多组深大断裂控 制了4个岩体的分布, 如姑婆山岩体位于NE向的宁 远- 江华- 平南深断裂和南岭EW向两大深断裂的交 会处, 大吉山岩体被NNE向德安- 四会- 吴川深断 裂、乐平- 新干- 曲江深断裂、桂东- 定南- 汕头深断 裂和连山- 平远深断裂所夹持。 4个岩体均表现出多期侵入的特征, 姑婆山岩体 从早到晚由里松岩体 160Ma20 Ma, 中粗粒似斑 状角闪黑云二长花岗岩 、姑婆山东体 150.9Ma 0.8Ma, 中粗粒似斑状黑云母钾长花岗岩 和姑婆山 西体 141Ma12Ma, 中细粒斑状黑云母花岗岩、细 粒花岗岩和中粗粒似斑状黑云母钾长花岗岩 组 成[10,15- 17]。骑田岭岩体由晚侏罗世的荒塘岭序列和中 侏罗世的骑田岭序列组成[9]。千里山岩体从早到晚由 似斑状黑云母花岗岩 152Ma9Ma 、等粒黑云母花 岗岩 137Ma7Ma 和花岗斑岩 131 Ma1 Ma 组 成[18- 19], 由于最晚阶段的花岗斑岩与钨、锡矿化的 关系不大, 且可能与前2期岩体不是同源岩浆的产 物[18- 19], 故本文所讨论的千里山岩体不包括花岗斑 岩。大吉山岩体从早到晚由五里亭黑云母花岗岩、二 云母花岗岩和白云母花岗岩组成。 姑婆山、骑田岭和千里山岩体处在洪大卫等[3] 所圈定出的杭州- 诸广山- 花山HZH 高εNd和低 T2DM带上 图1 , 虽然该带所代表的地质意义还不明 确, 但大多数学者认为位于该带内的中生代花岗岩 源区含有较多的地幔物质[4- 5,20]。姑婆山岩体[11,17,21- 22] 和骑田岭岩体[9,23- 26]中有地幔物质的加入已有许多学 者予以论证, 但对于千里山岩体的物质来源问题仍 存在分歧。有学者认为千里山岩体属于S型或改造型 花岗岩, 其成岩物质主要来源于地壳[19,27- 28]; 也有学 者认为千里山岩体的成岩物质来源于地壳, 但有较多地幔物质的混入[29- 30]。对于大吉山岩体, 多数学 者[31- 33]对其壳源成因有较一致的认识。 2 同位素地球化学 Sm、Nd同属于稀土元素, 原子序数仅差2, 化 学性质非常相似, 在地质过程中较易保持封闭[34- 35], 因 此利用Sm、Nd同位素示踪能得出令人信服的结果。 尽管如此, 由于南岭花岗岩岩浆经历了高度演化并 遭受了强烈的流体作用, 对南岭花岗岩利用Sm、Nd 同位素示踪时仍需谨慎地选择数据。洪大卫等[4]认 为只有Sm/Nd值在0.14～0.24范围内的花岗岩才能给 出可信的两阶段模式年龄 T2DM 。李献华等[36]认为当 fSm/Nd- 0.3或fSm/Nd- 0.5时, 单阶段模式年龄 TDM 偏 差较大, 必须用两阶段模式进行计算。 在fSm/Nd- Sm/Nd图解 图2 中, 4个岩体的同位素 数据中只有少量数据点落在了Sm/Nd值为0.140.24 的范围内, 落在fSm/Nd值为- 0.3～- 0.5的数据更少 表 1 。为了减少计算误差, 同时便于统一比较标准, 本 文采用两阶段模式进行模式年龄的计算。考虑到样 品的代表性, 本文将Sm/Nd值在0.120.26范围内的 样品的T2DM值均认为是可信的, 以此为标准对样品 进行筛选, 将筛选后的样品进行投图。 在εNd t - T2DM图解 图3 中, 姑婆山、骑田岭和 千里山岩体“表现出较高的εNd和较低的T2DM值, 可能 反映了花岗岩源区中有较多的地幔物质; 而大吉山 岩体具有低的“εNd和高的T2DM值, 反映其主要来源于 地壳重熔。在t- εNd t 图 图4 中, 姑婆山、骑田岭和 千里山岩体的Nd同位素数据落在亏损地幔和低成 熟度的华南元古宙地壳演化线之间, 亦反映了花岗 岩源岩中含有较多的地幔物质; 而大吉山岩体的同 位素数据落在低成熟度的华南元古宙地壳和高成熟 度的华南元古宙地壳演化线之间, 反映大吉山岩体 主要起源于华南元古宙地壳重熔。 对于骑田岭、姑婆山岩体为壳幔混合成因和大 吉山岩体为壳源成因的争议不大, 但是对于千里山 岩体是否为壳幔混合成因还存在争议。由于千里山 岩体的Sm/ Nd值和fSm/ Nd值变化范围较大 图2 , 其 Sm、Nd同位素体系可能遭到了一定程度的破坏,εNd 和T2DM值可能与真实值有一定的偏差, 此外千里山 岩体的初始Sr值较高, 为0.7088 0.7215[19], 所以笔者 认为, 千里山岩体主要源于地壳重熔, 可能有少量地 幔物质的混染, 其源岩中地幔物质的含量比骑田岭 和姑婆山岩体少, 但比大吉山岩体多。 图2 fSm/Nd- Sm/Nd图解 Fig. 2 Bivariate plot of fSm/Nd vs. Sm/Nd 图3 εNd t - T2DM图解样品图例说明同图2 Fig. 3 Bivariate plot of εNd t vs. T2DM 席斌斌等 南岭地区几个与锡 钨 矿化有关的岩体的岩浆演化15933 稀土元素地球化学 利用稀土元素数据, 能够了解岩浆岩的形成机 制、分异方式和演化历史。稀土元素在中基性岩的研 究中已经得到了广泛的应用, 但是由于花岗岩类 岩石形成的物质来源、熔融过程、分异演化和挥发 分的影响较为复杂[39], 因此利用稀土元素数据研 究花岗岩类岩石, 尤其是高度演化的花岗岩的成 因问题具有一定的难度。本文通过比较4个岩体的 ΣREE、ΣLREE/ ΣHREE和δEu值的变化趋势, 对 表1 Sm- Nd同位素数据 Table 1 Isotopic data of Sm and Nd 1594 第26 卷第12 期 它们是否经历了相似的演化过程进行讨论。 在ΣREE- ΣLREE/ ΣHREE图和ΣREE- δEu 图 图5 中, 大吉山岩体从早到晚ΣREE、ΣLREE/ ΣHREE和δEu值逐渐降低, 显示出强烈的分异演化 趋势。千里山岩体由早到晚ΣREE和ΣLREE/ Σ HREE值变化不明显, δEu逐渐降低。姑婆山和骑田 岭岩体从早到晚ΣREE和ΣLREE/ ΣHREE值逐渐 降低, δEu也呈降低的趋势, 但不很明显。大吉山岩 体的稀土元素由早到晚表现出强烈而有规律的变 化趋势, 可能反映出比其他3个岩体经历了更加强 烈的分异和更复杂的地质过程。骑田岭和姑婆山岩 体表现出较一致的演化规律, 可能反映它们经历了 相似的地质过程。千里山岩体有较高的ΣREE值, 与 骑田岭和姑婆山岩体相似, 而其较低的ΣLREE/ ΣHREE和δEu值又与大吉山晚期岩体相类似。 4 岩体分异程度 南岭地区与钨、锡矿化有关的花岗岩多属于高 度演化的花岗岩, 而高度演化的花岗岩岩浆体系常 常是晶体、熔体和岩浆热液三相共存的岩浆- 热液 过渡体系, 岩浆热液对钨、锡的萃取、迁移和沉淀起 着至关重要的作用[40], 因此岩体的演化程度、岩浆热 液的活动强度及其组成是决定钨、锡矿化强度和矿 化类型的重要因素。随着岩浆分异作用的增强, 残余 岩浆中Rb的含量不断增加, K/ Rb比值不断降低[41]。 在Rb- K/Rb图 图6 中, 4个岩体由早到晚K/Rb 值逐渐降低, Rb含量逐渐增高, 反映它们的演化程 度逐渐增高。与姑婆山岩体和骑田岭岩体相比, 大吉 山晚期岩体和千里山岩体有较低的K/ Rb值 50 和较高的Rb含量, 说明它们的演化程度相对更高。 Nb和Ta、Zr和Hf是2对地球化学“孪生”元素, 在 由熔体和晶体支配的岩浆演化过程中, 它们极其相 似的半径和电价使得它们在熔体和晶体间的分配系 数也近似。因此Nb/ Ta、Zr/Hf值在岩浆演化过程中 几乎不发生变化, 只有当岩浆高度演化并有流体参 与时才会发生较大的变化[44- 45]。在SiO2- Nb/ Ta图和 SiO2- Zr/Hf图 图7、图8 中, 4个岩体晚阶段产物的 Nb/Ta、Zr/Hf值均偏离大陆地壳的平均值, 而大吉 山晚期岩体和千里山岩体的偏离程度要比骑田岭和 姑婆山岩体高, 说明流体对岩浆演化体系的影响程 度更大, 因此相比姑婆山和骑田岭岩体, 流体对大吉 山晚期岩体和千里山岩体的影响更大。 5 讨论 源岩中含有较多地幔物质的姑婆山和骑田岭岩 体主要与锡矿化关系密切 图1 , 含有少量地幔物质 的千里山岩体与钨、锡矿化关系密切, 而主要为壳源 的大吉山岩体则与钨矿化有关。这4个岩体的上述特 征反映出地幔物质含量越多越有利于锡矿化, 反之 则有利于钨矿化。前人认为这是由于地幔物质为锡 矿化提供了物质来源[14]。笔者则认为, 花岗岩岩浆中 含有较多的地幔物质会对岩浆演化过程和出溶流体 的性质产生重要的影响, 而岩浆演化过程和流体的 性质又与矿化有着密切的联系, 因此仅仅将地幔物 质作为成矿物质的来源, 而不考虑其对钨、锡成矿过 程的影响显然是不够的。 W、Sn在花岗岩的主要造岩矿物长石、石英中 的分配系数均远小于1, 而在云母和某些含Fe、Ti 的副矿物中的分配系数要大于1。白云母在压力小 于1500 Pa, 尤其是同时有B、F等挥发分存在的条件 下是不稳定的[46], 花岗岩中副矿物的含量较少, 所以 __影响W、Sn在晶体和熔体间分配系数的最主要矿物 是长石、石英和黑云母。表2列举了前人通过岩相学 研究获得的4个岩体的长石、石英和黑云母的含量 重新换算成100 , 根据W、Sn在过铝质酸性岩中 的分配系数[47], 计算了W、Sn在各个阶段岩体和熔体 间的分配系数。相关分配系数显示 表2 , 除大吉山 岩体最早期的黑云母花岗岩外, 其余各岩体W、Sn在 矿物- 熔体间的分配系数均小于1, 说明W、Sn倾向 于在残余熔体中富集; Sn的分配系数要比W更低一 些, 因此与W相比Sn更倾向于在残余熔体中富集。 骑田岭和姑婆山岩体源岩中含有较多的地幔物 质, 较之壳源成因的花岗岩相对贫水, 形成相对贫水 而富卤族元素的A型花岗岩浆[30,48- 49]。由于源岩相对 贫水, 岩体演化过程中流体出溶较晚, Sn在流体出溶 前能够在残余熔体中达到更好的预富集, 同时流体 出溶晚使得流体对岩浆演化影响较小, 不利于岩浆 的高度分异演化, 因而REE、K/ Rb、Zr/Hf和Nb/ Ta 表现出的演化性不如大吉山和千里山岩体强烈。 在熔体- 流体体系中, F倾向于进入残余熔体相 而Cl倾向于进入流体相[50- 51], 因此贫水、流体出溶较 晚的含地幔物质的岩体较之壳源成因的岩体往往富 F。含较多地幔物质的姑婆山和骑田岭岩体的F峰值 含量分别为100010- 6200010- 6[10]和184210- 6[9], 而 壳源成因的大吉山岩体的F平均含量为72010- 6[31]。此 外, 在骑田岭芙蓉锡矿田的成岩和主成矿阶段有大 量高盐度的包裹体[52], 在姑婆山岩体中也有少量高 盐度的包裹体[53], 而大吉山岩体则主要以低盐度的 包裹体为主[54- 55]。以上地质事实均说明骑田岭和姑 婆山岩体的岩浆体系更加富卤族元素。千里山前2期 岩体的F含量高达440010- 6以上[18], 异常高的F含量 除来源于岩浆演化本身外, 还可能与后期流体的蚀 变或富F的外来物质混入岩浆体系有关。 虽然前人对W、Sn 在流体中的迁移形式做了 很多实验和研究, 但是由于受实验条件、络合剂加 入形式的影响, 得出的结论并不一致。近年来对 W、Sn 迁移形式的主要认识有 Cl是Sn 迁移的主 要络合剂, DSn , 流体/ 熔体与溶液中Cl含量的平方成 正比[47,60]。Cl与W络合迁移的可能性较小[60- 63],WO4 2- 、 HWO4 - 和H2WO4可能是W迁移的主要形式[61- 63,65]。 在具有高F含量的成矿流体中, F可能是W、Sn 的主 要络合剂[66- 67]。 骑田岭和姑婆山岩体的岩浆演化过程有利于Sn 在残余熔体中达到更好的预富集, 同时由于出溶的 流体中Cl含量更高, 因而有利于Sn与Cl络和迁移富 集成矿。在大吉山岩体岩浆演化的过程中, 流体较早 地达到水饱和, 使其能够与熔体和晶体充分地反应, 有利于更多的W以WO4 2- 、HWO4 - 和H2WO4的形式 迁移富集成矿。千里山岩体与大吉山岩体的岩浆演 化过程基本一致, 但是由于其含有异常高的F, 因 而F在W、Sn富集成矿的过程中可能起了较大的作 用。另外在大吉山岩体岩浆演化的晚期还可能发 生了岩浆的液态分离[68- 69], 这也可能是造成大吉山 岩体稀土元素等由早至晚表现出强烈演化趋势的 原因之一, 虽然其在演化的晚阶段发生了液态分 离, 但是石英脉型钨矿主要还是与中阶段的二云 母花岗岩有关[37]。晚阶段的岩浆液态分离可能与岩 体型铌、钽、钨和铍矿化的关系更密切。 地幔物质在南岭锡成矿中的作用已经引起众多 学者的关注[14,26,70], 有些学者认为地幔物质为锡矿化 提供了物质来源[14], 但是现在还没有直接的证据。虽 然在HZH带中主要以锡矿化为主, 但是仍有一些钨 矿点在其中分布 图1 。锡成矿究竟在多大程度上受 源区的控制, 多大程度上受成矿作用过程的控制, 现 今难以给出正确的解答[71], 但是有人认为稀有金属 元素花岗岩的形成, 成矿作用过程可能贡献更大一 些[46]。本文所研究的4个岩体在岩浆演化过程中有着 很大的差别, 造成了W、Sn的晶体- 熔体分配系数和 出溶流体的性质迥异, 这些成矿作用过程的差异很 可能是影响W、Sn相对矿化强度的重要因素。实际的 地质过程远比本文所探讨的复杂, 如本文并没有考 虑pH值、氧逸度等对W、Sn在流体中迁移形式的影 响, 而且地幔物质加入花岗岩源区除了有可能会 提供成矿物质外, 还会对岩浆演化过程造成影响, 所以仅从地幔物质为锡矿化提供了物质来源进行 考虑是远远不够的。国外已经有很多学者对稀有 金属花岗岩中的熔体包裹体和熔流包裹体进行研 究, 对W、Sn与挥发分的关系和岩浆演化晚期的液 态分离等进行了许多有意义的探讨[60,66- 67,72], 而国内 这方面的工作进展较慢。笔者认为, 钨、锡矿化研究 应当从物源和成矿作用过程2个方面入手, 尤其要注 意对过程的研究。 席斌斌等 南岭地区几个与锡 钨 矿化有关的岩体的岩浆演化1597 参考文献 [1]魏道芳, 鲍征宇, 付建明.南岭地区锡成矿规律浅析[J].矿床地质, 2006, 25增刊 377- 382. 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