大別山新縣巖體特征及與鉬礦成礦關系

何孝良

(河南省地質礦產勘查開發局第三地質礦產調查院，河南信陽 464000)

0 引言

秦嶺—大別造山帶不僅是中國重要的造山帶，也是重要的鉬礦帶。新縣巖體出露于該帶的中東部，其地質及巖石地球化學特征對研究大別山中生代巖漿活動以及大別山的形成、演化具有一定的參考意義，對該巖體與鉬礦成礦關系的探討對其周邊尋找鉬礦具有一定的借鑒作用。

新縣巖體出露于大別山北麓，新縣縣城以西。位于區域上大別片麻雜巖的北部(圖1)，其侵入圍巖主要為元古代大別片麻雜巖，其次為加里東期片麻狀鉀長花崗巖和海西期四面山含榴混合花崗巖以及中新元古界滸灣巖組。大別片麻雜巖是由多期次、成分復雜的元古代變形侵入體(英云閃長質片麻巖、花崗閃長質片麻巖、二長花崗質片麻巖、鉀長花崗質片麻巖)組成。滸灣巖組原巖為一套以中基性—酸性火山巖為主，夾陸源碎屑沉積巖及碳酸鹽巖;滸灣巖組由高壓變質巖塊(HPB)和中壓變質巖塊(MPB)兩部分組成，高壓變質巖塊指榴輝(閃)巖及其退變質產物;中壓變質巖塊為一套經歷角閃巖相變質的白云(二云)二長片麻巖、含榴白云斜長片麻巖、眼球狀白云二長(鉀長)片麻巖等，夾綠簾斜長角閃片巖、白云石英片巖(構造片巖)、方解石大理巖透鏡體。

其圍巖中零星分布大別山變質表殼巖(msr)，呈殘留包體，巖性主要由黑云斜長片麻巖、含榴白云斜長片(麻)巖、斜長角閃(片)巖、鉀長(或二長)變粒巖、白云石英片巖(構造片巖)及大理巖、榴輝(閃)巖透鏡體等。

區內還出露有震旦系—奧陶系下統肖家廟巖組、泥盆系南灣組和白堊系下統陳棚組，均分布于新縣巖體的北東部。震旦系—奧陶系下統肖家廟巖組巖性主要為綠簾綠泥斜長角閃片巖、綠簾鉀長角閃片巖、白云(二云)斜長片巖、白云鉀長片巖夾薄層狀白云石英片巖、含榴二云斜長(石英)片巖;泥盆系南灣組主要為絹云斜長片巖、斜長變粒巖、斑點狀黑云斜長變粒巖、綠簾(綠泥)斜長變粒巖(片巖)，夾斜長角閃片巖薄層;白堊系下統陳棚組為一套陸相火山噴出巖和火山碎屑巖。

各地層間均為構造韌性剪切帶接觸，其中桐商斷裂(南灣組、肖家廟巖組分界線)、八里畈韌性剪切帶(肖家廟巖組、滸灣巖組分界線)為重要的區域性分劃界線，八里畈韌性剪切帶以南地質體具有高壓超高壓變質特征。

區域巖漿巖分布廣泛，印支期以前不同時期的巖漿巖均有分布，且均經歷了不同程度的變形變質，之后的巖漿活動主要集中出現于早白堊世，除新縣巖體外，還有周灣石英閃長巖和打帽嶺二長花崗巖。

1 地質體及巖石學特征

1.1 巖體及不同類型巖石分布

新縣巖體平面上呈橢圓狀，長軸呈北北西向侵位于大別片麻雜巖、早期侵入體和滸灣巖組，并使滸灣巖組地層呈向北凸起的弧形，出露面積約190 km2。沿巖體接觸帶有寬約5 cm的冷凝邊，石英斑晶出現較多，局部見有偉晶巖囊分布，圍巖中見硅化、烘烤蝕變及褐鐵礦化。

圖1 新縣巖體分布圖Fig.1 Distributionmap of Xinxian rock mass

新縣巖體具有明顯的巖相分帶，對應的巖石類型為細粒正長花崗巖、中粒正長花崗巖和粗(中)粒正長花崗巖。細粒正長花崗巖呈不規則裙邊狀分布于巖體西部、西南部邊緣，或呈弧島狀飄浮于巖體內部，出露面積較小;中粒正長花崗巖則為該巖體的主體，北西向大面積出露;粗(中)粒正長花崗巖多呈不規則巖株狀分布于巖體的不同部位。

1.2 不同類型巖石間接觸關系

不同類型巖石間界線清晰。細粒正長花崗巖與中粒正長花崗巖、粗(中)粒正長花崗巖均呈脈動侵入接觸關系(圖2、圖3)，在細粒正長花崗巖與中粒正長花崗巖接觸處，邊界呈港灣狀或鋸齒狀，且中粒正長花崗巖的粗晶長石切過細粒正長花崗巖界面生長，說明中粒正長花崗巖晚于細粒正長花崗巖。在細粒正長花崗巖與粗(中)粒正長花崗巖接觸帶中，細粒正長花崗巖邊緣可見有較多的石英脈囊分布，并在接觸處有一淺色邊。

圖2 新縣巖體細粒正長花崗巖與中粒正長花崗巖接觸關系Fig.2 Contact relationship between fine orthoclase granites and medium orthoclase granites

圖3 新縣巖體細粒正長花崗巖與粗(中)粒正長花崗巖接觸關系Fig.3 Contact relationship between fine orthoclase granites and coase(medium)orthoclase granites

中粒正長花崗巖與粗(中)粒正長花崗巖亦呈脈動侵入接觸，接觸邊界平直清楚，在靠近中粒正長花崗巖邊界，黑云母有富集現象;在靠近粗(中)粒二長花崗巖中，長石礦物呈鋸齒狀垂直接觸邊界生長。

1.3 巖石學特征

細粒正長花崗巖:巖石呈淡紅色，細粒花崗結構，塊狀構造。主要礦物:斜長石25% ～40%，粒徑0.2～2 mm，半自形板狀，聚片雙晶發育，為更鈉長石;鉀長石25% ～40%，半自形它形粒狀，粒徑大部分在2 mm以下，條紋結構十分發育，少數有格狀雙晶;石英25%～40%，它形細粒，粒徑1 mm左右，個別2 mm左右，波狀消光顯著，個別石英小顆粒呈包體或填隙物;少量黑云母、磷灰石、榍石、金屬礦物。

中粒正長花崗巖:巖石呈淡紅色，中粒花崗結構，塊狀構造。礦物成分:斜長石25% ～30%，半自形板狀，粒徑1mm×3mm，聚片雙晶發育，雙晶紋細密而平直，個別見環帶結構;鉀長石40% ±，半自形板狀、它形粒狀，粒徑大部分在2 mm以上，發育卡氏雙晶，條紋結構十分發育;石英25% ～35%，渾圓狀或它形粒狀，粒徑多在2～4 mm，有裂紋，波狀消光十分顯著，部分石英顆粒之間具齒狀接觸，呈聚集狀不均勻分布;少量黑云母、金屬礦物等。

粗(中)粒正長花崗巖:巖石呈淡紅色—玫瑰紅，具(中)粗粒花崗結構，塊狀構造。主要礦物:斜長石25% ～40%，半自形長板狀、寬板狀，粒徑在3 mm×5 mm左右，聚片雙晶十分發育，雙晶紋細密平直，為更鈉長石;鉀長石35%左右，它形粒狀，半自形板狀，粒徑3 mm×5 mm～4 mm×6 mm，大部分具條紋結構，少部分發育格狀雙晶;石英30% ±，它形粒狀，粒徑4～6 mm，有裂隙，少數顆粒邊緣有破碎，波狀消光顯著;少量黑云母、磷灰石、金屬礦物。

副礦物以磁鐵礦、鈦鐵礦、榍石、鋯石、褐簾石為主，少量黃鐵礦、褐釔鈮礦、金紅石、銳鈦礦。其中從細—中—粗(中)粒正長花崗巖，磁鐵礦、鈦鐵礦逐漸增多，而榍石、磷灰石逐漸減少，巖漿巖類型均屬鈦鐵礦—鋯石型。鋯石特征為淡褐色、淺黃色，金剛光澤，棱角—次棱角柱狀—長柱狀，從細粒正長花崗巖、中粒正長花崗巖到粗(中)粒正長花崗巖，具不透明—半透明—透明，長寬比(I∶M)多數為2～3，少數3～4，形態為簡單四方雙錐，具明顯的巖漿成因特點。

新縣巖體的巖石實際礦物在Q-AnOr定名分類圖(圖4)上，3個樣品投入(3a)正長花崗巖區，1個樣品投入(2)堿長花崗巖區。

2 巖石地球化學特征

2.1 主量元素

巖石氧化物含量及特征參數見表1，由表可以看出SiO2=74.48 ～74.68、K2O=4.64 ～4.84 較國內花崗巖平均值高，而Al2O312.87 ～13.46、FeO 0.95 ～1.40、MgO 0.18～0.32、CaO 0.50 ～0.80 較國內花崗巖平均值低，三種巖性的化學成分十分相近，變化范圍很窄。

圖4 Q-AnOr定名分類圖Fig.4 Naming classification diagram abont Q-AnOr

表1 新縣巖體巖石化學分析及特征參數表Table 1 Petrochemical analysis and characteristic parameters of Xinxian rock mass

巖石 FeO/(FeO+MgO)=0.81 ～0.84，在 SiO2—FeO/(FeO+MgO)圖解(圖5-a)投點落入鐵質花崗巖區;鋁飽和指數(ASI)為1.05 ～1.10，鋁堿指數(ANK)為1.15 ～1.22，在 ASI—ANK 圖解(圖 5-b)上投點落入過鋁質區;在SiO2—Na2O+K2O—CaO圖解(圖5-c)上投點落入堿鈣性花崗巖區;在SiO2—K2O圖解(圖5-d)上投點落入高鉀鈣堿性系列范圍內;里特曼指數σ=2.13～2.33，符合高鉀鈣堿性花崗巖的特點(σ=1.8 ～3.0);分異指數 DI=90.46 ～92.70，說明巖漿分離結晶作用強烈、酸性程度較高。

因此，新縣巖體為過鋁質高鉀鈣堿性鐵質花崗巖，具有高硅、富鉀、貧鎂鐵鈣特點，且巖漿分離結晶作用強烈。

圖5 花崗巖地球化學分類圖解Fig.5 Geochemical classification diagram of granite

2.2 稀土元素

稀土元素含量及特征參數見表2。巖石稀土總量(∑REE)較低，∑REE=88.428 ～150.39。稀土元素球粒隕石標準化配分曲線(圖6)呈右傾式，輕稀土陡傾，重稀土平緩。其中 LREE/HREE=10.06～12.44，為輕稀土富集型，輕重稀土分餾明顯［((La/Yb)N)=27.05 ～38.45］，且 Eu 明顯虧損(δEu=0.53 ～0.87)，為第二類(0.3 ～0.7)、第三類(＞0.7)虧損［1］。由細—中—粗(中)粒正長花崗巖，稀土總量∑REE和δEu值有增加趨勢，而δCe值具有相對減少趨勢。

圖6 新縣巖體稀土元素球粒隕石標準化配分曲線Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns of Xinxian rock mass

2.3 微量元素

微量元素含量見表3，其微量元素原始地幔標準化蛛網(圖7)，可以看出大離子親石元素Rb、K和高場強元素Th、U、Hf明顯富集，大離子親石元素Ba、Sr和高場強元素 Nb、P、Y、Ti明顯虧損。

由細—中—粗(中)粒正長花崗巖，不相容元素Sr、Ba、Cs有增高趨勢，而 Zr、Rb、Ta、Nb、Hf、Th、Li有降低趨勢，相容元素 Cr、Ni、、V、Co均顯示降低趨勢。

表2 新縣巖體稀土元素含量及特征參數Table 2 Content of trace element and characteristic parameters of Xinxian rock mass

表3 新縣巖體微量元素含量一覽表Table 3 Schedule of content of trace element of Xinxian rock mass

圖7 新縣巖體微量元素原始地幔標準化蛛網圖Fig.7 Normalized spider diagram of primitivemantle of trace element of Xinxian rock mass

3 構造環境分析及侵位機制探討

3.1 物質來源及形成時代

新縣巖體侵入大別片麻雜巖和滸灣巖組中，接觸帶清楚，圍巖蝕變明顯，在巖體內部有圍巖捕虜體，反映其屬巖漿成因。巖石地球化學特征顯示為過鋁質高鉀鈣堿性鐵質花崗巖，三種巖性的化學成分十分相近，稀土元素球粒隕石標準化配分曲線和微量元素原始地幔標準化蛛網圖相似，表明其形成具有相似的構造環境以及同源巖漿演化特點。

前人研究，主要氧化物的比值可以反映殼源花崗質巖漿的源區，其中 K2O/NaO2，A/MF=n(Al2O3)/［n(MgO)+n(FeOtot)］和 C/MF=n(CaO)/［n(MgO)+n(FeOtot)］的指示作用比較明顯［2］。在 A/MF-C/MF源巖判別圖解上［3］(圖8)，樣品落如變泥質和變質雜砂巖部分熔融區，反映其花崗質巖漿為殼源沉積巖熔融產物。

圖8 A/MF-C/MF源巖判別圖解Fig.8 Discrimination diagram of A/MF-C/MF source rock

在La/Sm-La圖解上(圖9)，投影點均落在部分熔融線及近水平分離結晶線之間，表明其巖漿為部分熔融及分離結晶混合作用形成。

在Q-Ab-Or-H2O溫壓相圖(圖10)，顯示成巖溫度760 ～780 ℃，壓力0.3 ～0.5 GPa，屬高溫中亞環境。

圖9 新縣巖體La/Sm-La圖解Fig.9 La/Sm-La diagram of Xinxian rock mass(據 R.D Raju，1972)

圖10 新縣巖體Ab-Or-Q系相圖Ab-Or-Q-H2 O系等壓平面圖Fig.10 Isopiestic planar graph of Ab-Or-Q-H2 O(據 Tuttle等，1958)

據《1∶5萬文殊寺幅、千斤河棚幅、潑河幅、新縣幅、兩路口幅區調地質調查報告》(河南省地質礦產廳，2000年)，在新縣巖體的細、中、粗(中)粒正長花崗巖中獲得 K-Ar全巖年齡分別為123 Ma、100 Ma、96.7 Ma，鋯石 U-Pb 年齡為(125.5 ±1.5)［4］，其侵入時代為早白堊世。徐啟東等［5］認為大別構造帶中生代花崗巖形成于早(137 Ma)、晚(123 Ma)兩個階段，新縣巖體屬中生代花崗巖晚階段產物。

3.2 構造環境分析

大別造山帶的演化主要分為俯沖、同碰撞和后碰撞三個階段，后碰撞階段主要出現走滑變形和伸展斷裂活動，出現大規模的花崗巖巖漿活動［6］。其主造山期花崗巖包括加里東期(6億－4億年)、印支期(2.3億 －1.9 億年)和燕山期(1.8 億 －0.8 億年)［7］，燕山期屬于后造山期花崗巖類［8］，在早白堊世進入了后造山的構造伸展階段［9］。

在Th/Yb-Ta/Yb構造環境判別圖解上［10］(圖11)，樣品投點均落于板內巖漿活動帶與活動大陸邊緣附近，主要落于板內巖漿活動帶內;在R1-R2構造環境判別圖解(圖12)中，樣品投點落入4區(造山晚期);據Maniar等(1989)花崗巖形成構造環境判別圖(圖13)，樣品投點均落入POG(后造山花崗巖類)區。

新縣巖體形成于板內后造山伸展階段，由于造山的擠壓收縮導致地殼增厚、地溫增高，地殼巖石(變泥砂質沉積巖)脫水熔融形成花崗巖巖漿，造山后由擠壓收縮向拉張伸展轉換的早期加厚造山帶發生拉張垮塌，地幔物質上涌，受到地幔物質的加熱導致花崗巖巖漿發生部分熔融及分離結晶混合作用，最后在持續拉張伸展的構造背景下沿斷裂上侵就位，最終形成早白堊世花崗巖。

圖11 新縣巖體Th/Yb-Ta/Yb構造環境判別圖解Fig.11 Discrimination diagram of Th/Yb-Ta/Yb tectonic setting

圖12 新縣巖體R1-R2構造環境判別圖Fig.12 Discrimination diagram of R1-R2 tectonic setting

3.3 侵位機制探討

新縣巖體平面上呈長軸北北西向的橢圓狀，據1∶50萬布格重力異常圖(圖14)，顯示為北西西向的線狀特征，總體受NWW向區域桐商斷裂控制，在后造山期的板內構造伸展階段，伴隨走滑變形和伸展斷裂活動而形成，其就位于南北向擠壓應力場作用下，形成的NW向走滑剪切有關。侵位過程大致可分為三個階段(圖15):早期在區域性南北向擠壓應力作用下，形成NW向走滑斷裂，并在局部NE—SW向拉張力作用下形成一虛脫空間，巖漿沿斷裂上侵就位;中期隨著拉張力的增強及空間的不斷擴張，巖漿大規模上侵，并占據中心位置;晚期巖漿在斷裂交叉部位上侵形成小型巖株。

圖13 花崗巖形成構造環境判別圖ig.13 Discrimination diagram of tectonic setting of the formation of granite(據 Maniar等，1989)

4 新縣巖體與鉬礦的成礦關系

秦嶺—大別造山帶從晚三疊世至早白堊世發生了廣泛而巨量的巖漿活動和爆發性金屬成礦作用［11］。該時期爆發性金屬成礦作用造就了東秦嶺—大別山鉬礦帶的形成，該鉬礦帶集中了5個世界級超大型、5個大型和眾多中小型鉬礦床，探明鉬金屬量超過5×106t，是僅次于美國Climax的世界第二大鉬礦帶［12］，新縣巖體位于該鉬礦帶內。

該鉬礦帶在大別山北緣自西向東分布有河南省肖畈、母山、大銀尖、千鵝沖、湯家坪和安徽省沙坪溝等一大批具一定規模的鉬礦床，這些鉬礦床均分布于區域桐商斷裂的兩側附近，而肖畈、大銀尖、湯家坪鉬礦床分布于該斷裂南側的大別雜巖中，母山、千鵝沖、沙坪溝鉬礦床分布于該斷裂北側的不同巖層中，且千鵝沖、沙坪溝鉬礦床均與隱伏巖體有關。新縣巖體亦位于區域桐商斷裂南側的大別雜巖中，與該鉬礦帶的上述鉬礦床的成礦巖體處于相同的大地構造位置，具有相似的構造背景。

該鉬礦帶成礦巖體巖性主要為花崗斑巖、斑狀花崗巖、二長花崗巖、正長花崗巖、鉀長花崗巖等，而成礦巖體的成礦物質均主要來源于下地殼重熔形成的深源淺成高鉀富堿富鉬、中酸性巖漿［13］。新縣巖體亦為高鉀富堿富鉬中酸性花崗巖，與上述成礦巖體具有基本相似的地質和巖石地球化學特征。

圖14 新縣一帶布格重力異常圖Fig.14 Bouguer gravity anomalies of Xinxian

圖15 新縣巖體就位機制模式Fig.15 Emplacement Mechanism model of Xinxian rock mass

河南省信陽肖畈鉬礦床成礦年齡142 Ma［14］、商城湯家坪鉬礦床輝鉬礦Re-Os等時線年齡為(113.1±7.9)Ma、新縣大銀尖鉬礦床輝鉬礦Re-Os同位素模式年齡為(122.1 ±2.4)Ma［15］;光山縣千鵝沖鉬礦床的花崗斑巖和輝鉬礦同位素測年分別為(135.3±1.9)、(128.8 ±2.6)、(127.82 ± 0.87)Ma［16］，安徽金寨縣沙坪溝鉬礦床的含礦巖體成巖年齡(122.51±0.81)Ma～(120.7±1.1)Ma、輝鉬礦 Re-Os同位素模式年齡為(100.6 ±1.8)Ma ～(113.6 ±1.7)Ma［17］，其成巖成礦時代接近或基本一致，均集中在142～100 Ma之間。新縣巖體成巖時代在123～96.7 Ma，與該鉬礦帶成礦巖體的成巖時代基本一致。

圖16 1∶5萬水系沉積物測量鉬異常圖Fig.16 Molybdenum abnormal graph of1∶50 000 stream sedimentmeasurement

據1∶5萬水系沉積物測量鉬元素異常圖(圖16)，在新縣巖體的北部及圍巖中鉬異常強烈，且主成礦元素Mo在新縣巖體中具有強富集和極強的分異特征(表 4、表 5)［18－19］，野外工作已在新縣巖體北部的上棋盤發現多條帶狀鉬礦體［19］，新縣巖體與鉬礦的成礦關系密切。

總之，新縣巖體侵位于秦嶺—大別爆發性金屬成礦作用期，與東秦嶺—大別山鉬礦帶中眾多鉬礦床的成礦巖體處于相同的大地構造位置，具有相似的構造背景、相似的地質、巖石地球化學特征以及基本相同的成巖時代，而Mo元素具有強富集、極強分異的特征。因此，在新縣巖體及周邊尋找鉬金屬礦具有較好的前景。

表4 新縣巖體及圍巖元素富集程度一覽表Table 4 Schedule of enrichment degree of Xinxian roch mass and wall rock element

表5 新縣巖體及圍巖元素分異程度一覽表Table 5 Schedule of differential degree of Xinxian rock mass and wall rock element

5 結論

(1)新縣巖體具有較好的巖相分帶，巖性為細、中、粗粒正長花崗巖，為一套過鋁質高鉀鈣堿性鐵質花崗巖。巖石具高硅、富鉀、貧鎂鐵鈣特征，Eu明顯虧損;大離子親石元素Rb、K富集，Ba、Sr虧損，高場強元素 Th、U、Hf富集，Nb、P、Y、Ti虧損;屬輕稀土富集型，輕重稀土分餾明顯。形成時代123～96.7 Ma，為早白堊世。

(2)新縣巖體為早白堊世后造山構造伸展階段，由于擠壓剪切使地殼增厚、地溫增高導致地殼巖石脫水熔融形成花崗巖巖漿，并隨后期空間的不斷擴張，巖漿沿斷裂上侵就位。

(3)新縣巖體侵位于秦嶺—大別爆發性金屬成礦作用期，其與鉬礦的成礦關系密切，在巖體及周邊尋找鉬金屬礦前景較好。

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