粵西天堂銅多金屬礦床斑巖地球化學特征分析

梁 錦 李強強 周永章 李紅中 馬占武

(1.中山大學地球科學系，廣東廣州510275;2.廣東省地質過程與礦產資源探查重點實驗室，廣東廣州，510275;3.中國科學院地質與地球物理研究所，北京100029;4.北方民族大學土木工程學院，寧夏銀川750021)

欽杭結合帶位于華夏陸塊和揚子克拉通之間并經歷了復雜開合演化過程［1］，其南段的粵西地區廣泛發育有大量與斑巖密切相關的金屬礦床和礦化點［2］。在欽杭結合帶南段，斑巖型礦床以封開圓珠頂銅鉬礦、信宜銀巖錫礦、韶關大寶山銅多金屬礦、信宜錫坪銅鉬礦、新興天堂銅多金屬礦床最為代表，而斑巖體則表現為含礦巖石或與礦體緊密相關的侵入體［2］。粵西新興天堂銅多金屬礦床的成礦時代［3］、礦物學及硫化物的同位素［4］已經受到了學術界的廣泛關注，研究成果證實其成礦物質屬于晚中生代以來華南地區巖石圈伸展作用下殼幔混合作用的產物［3-4］。盡管如此，天堂礦區與成礦作用關系密切的斑巖體卻尚未受到人們的重視，尤其是該斑巖體具有的重要地質指示意義為認識礦床成因及構造背景提供了重要依據。因此，本研究選擇粵西天堂銅多金屬礦床內與成礦作用關系密切的二長花崗斑巖為對象，通過對其地球化學特征的研究來探究其物質來源及大地構造背景。

1 地球化學特征

1.1 主量元素

天堂礦區斑巖主量元素中SiO2含量為69.92%～76.06%，平均為74.03%，略高于全球花崗巖SiO2平均值［5-6］。Al2O3含量為12.76% ～15.34%，平均為13.53%;CaO含量為0.72% ～1.35%，平均為1.09%;Na2O含量較高，均值為2.57%(2.28% ～3.13%);K2O含量為 4.37% ～7.48%，均值為5.64%。全堿含量(K2O+Na2O)為 6.99% ～9.92%，平均為8.20%;w(K2O)/w(Na2O)為1.58～3.06，平均為2.23;鋁飽和指數(A/CNK)較集中，平均為1.10，最小為1.06，最大為1.14，整體飽和指數較低;鋁堿比值(A/NK)為1.21～1.41，平均為1.31。Fe2O3含量較低(0.85% ～1.72%)，平均為1.34%;樣品MgO含量為0.21% ～0.43%，平均為0.35%。MnO含量平均為0.03%(0.02% ～0.04%);TiO2含量為0.11% ～0.19%，平均為0.16%;P2O5含量為0.03%～0.05%，平均為0.04%。巖石里特曼指數σ為1.50 ～3.66，平均為2.22。

1.2 微量和稀土元素

天堂礦區斑巖樣品的微量元素組成及原始地幔標準化后的蜘蛛圖基本一致，見圖1。該斑巖相對富集強不相容元素，Rb含量為(309.00～540.40)×10－6，平均為396.36 ×10－6，在蜘蛛圖解上顯示為明顯的正異常。Ba含量為(221.40～877.30)×10－6，平均為343.76×10－6;Sr含量為(68.81～131.10)×10－6，平均為 103.30 ×10－6，相對虧損嚴重，在蜘蛛圖解上顯示明顯負異常。而高場強元素(HFSE)Th含量為(60.61～134.10)×10－6，平均為 87.03×10－6;U 含量為(17.51 ～ 36.18)× 10－6，平均為27.98×10－6，相對富集，在蜘蛛圖解上顯示明顯的正異常;Nb含量為(12.93～23.86)×10－6，平均為17.77×10－6;Ta含量為(1.12～3.63)×10－6，平均為2.45×10－6;Ti相對虧損并在蜘蛛圖解上顯示負異常。此外，高場強元素P在蜘蛛圖解上也顯示明顯負異常。δRb/δSr值為 2.99 ～5.03，平均為 3.91，顯著高于全球上地殼平均值［7］;δRb/δBa 值為 0.62～1.60，平均為 1.30，遠低于全球上地殼平均值［7］。δZr/δHf值為 27.37 ～30.55，平均為 28.79，低于全球花崗巖平均水平［8］;δNb/δTa 值為4.52 ～11.54，平均為8.28，低于地殼平均值［9］。

圖1 天堂礦區微量元素原始地幔標準化［10］Fig.1 Normalization of primitive mantle of the trace element in Tiantang ore deposit［10］

天堂礦區斑巖稀土元素總量較高，稀土總量為(149.98 ～381.77)× 10－6，平均為 245.36 ×10－6。輕重稀土含量比值為7.87～12.45，平均為9.87，顯示為輕稀土富集，重稀土虧損。輕稀土元素δLa/δSm值為1.67～2.79，平均為2.25，顯示樣品輕稀土富集程度較均等。重稀土元素 δGd/δYb值為 8.75～16.31，平均為12.41，顯示重稀土分餾程度較低。稀土配分曲線斜率δLa/δYb值為3.14～3.69，平均為3.50，在稀土配分曲線圖上總體顯示為右傾，見圖2。而巖漿分異度δEu值為0.20～0.41，平均為0.28，顯示Eu虧損強烈，在稀土配分曲線上顯示顯著的Eu負異常。此外，除個別樣品外，δCe值基本大于1(1.01～1.25)，均值為1.08，在稀土配分曲線上顯示微弱正異常。

2 討論

2.1 巖石類型及成因

天堂含礦斑巖可能為過鋁質高鉀鈣堿性系列二長花崗斑巖，巖漿來源可能主要為地殼。

圖2 天堂礦區稀土元素球粒隕石標準化［10］Fig.2 Chondrite normalization of REE in Tiantang ore deposit［10］

(1)天堂礦區斑巖SiO2含量平均為74.03%(69.92% ～76.06%)，全堿含量(K2O+Na2O)較高，平均為8.20%(6.99% ～9.92%)。K2O含量較高，平均為5.64%(4.37% ～7.48%)，均落在高鉀鈣堿性范圍。整體鋁飽和指數較高，A/CNK為1.06～1.14，平均為1.10;鋁堿比值A/NK為1.21～1.41，平均為1.31，樣品整體為過鋁質。巖石里特曼指數σ為1.50～3.66，平均為2.22，屬鈣堿性。在哈克圖解中，氧化物含量隨SiO2含量增高，氧化物含量并無規律變化，表明巖漿演化過程中結晶分異程度不明顯。整體來看，天堂礦區斑巖具有高硅、高堿、富鋁的特征，推斷巖體為過鋁質高鉀鈣堿性系列二長花崗斑巖。

(2)在微量元素組成上，天堂含礦斑巖富集Rb、K、Th、U，強烈虧損 Ba、Sr、P、Ti，Nb、Ta 虧損較弱。由于Rb的離子半徑大，電價低，不能產生廣泛的類質同像，而Ba則是巖漿作用過程中典型的分散元素，因而Rb、Ba對巖漿的演化程度具有特別指示作用。巖漿結晶作用過程中，Rb主要替代鉀長石中的K，Sr主要替代斜長石中的Ca，隨著巖漿演化和結晶分異進行，巖漿呈富鉀貧鈣趨勢，鉀長石逐漸增多，斜長石明顯減少，因而出現Rb富集、Sr強烈虧損。P、Ti的虧損，說明巖漿可能經歷了磷灰石和榍石、鈦鐵礦、金紅石等含P、Ti礦物的分離結晶作用;Nb、Ta虧損較弱，δNb/δTa值平均為8.28，顯著小于球粒隕石平均值，顯示可能具有殼源性質。

(3)天堂礦區斑巖稀土總量較高，稀土總量值為(149.98 ～381.77)×10－6，平均為 245.36 ×10－6。輕重稀土比值平均為9.87，顯示為輕稀土富集，重稀土虧損。輕稀土元素分餾度(δLa/δSm)平均為2.25，顯示樣品輕稀土富集程度較均等。重稀土元素分餾值位(δGd/δYb)平均為12.41，顯示重稀土分餾程度較低。稀土配分曲線斜率(δLa/δYb)平均為3.50，在稀土配分曲線圖上總體顯示為右傾。δEu值為0.20～0.41，平均為0.28，顯示Eu虧損強烈，在稀土配分曲線上顯示顯著Eu負異常，小于殼型花崗巖平均值［11］，顯示巖漿來源主要為地殼熔融，也指示成巖過程中存在富輕稀土元素礦物(如磷灰石)和斜長石分離結晶作用。樣品整體δCe值基本大于1(1.01～1.25)，均值為1.08，在稀土配分曲線上顯示微弱正異常。

2.2 構造背景

δRb－ δ(Y+Yb)、δRb －δ(Ta+Yb)判別圖顯示，天堂樣品基本落在syn－COLG(同碰撞花崗巖)范圍內。后碰撞構造環境，可認為是主洋盆閉合后，連續的板塊匯聚導致陸內的逆沖、扭動構造和地塊的橫向擠壓或逃逸，或沿巨大剪切帶仍然有大量水平方向塊體運動的陸內環境，作為一個獨立的地球動力學環境，見圖3。廣義的同碰撞過程，可認為是洋盆消失后的陸陸碰撞及其后的繼續匯聚等與碰撞有關的作用過程。據此推斷，天堂礦區斑巖形成可能是陸陸碰撞后續演化的結果。

圖3 天堂礦區二長花崗斑巖構造環境判別Fig.3 Tectonic discrimination diagrams of monzonitic granite porphyry in Tiantang mining area

3 結論

(1)天堂礦區斑巖為高硅、高堿、富鋁的過鋁質高鉀鈣堿性系列二長花崗斑巖。主量元素中SiO2含量為69.92% ～76.06%、平均為74.03%，Al2O3平均含量為13.53%;K2O平均含量為5.64%。巖石的A/CNK平均值為1.10，A/NK平均值為1.31。

(2)天堂礦區斑巖的微量元素表現為富集Rb、K、Th、U，強烈虧損 Ba、Sr、P、Ti，Nb、Ta 虧損較弱。巖石的 Rb平均含量396.36×10－6;Ba平均含量為343.76×10－6;Sr平均含量103.30×10－6。

(3)天堂礦區斑巖經球粒隕石標準化的稀土配分曲線圖上總體顯示為右傾且強烈Eu負異常。天堂礦區斑巖的稀土總量值為(149.98～381.77)×10－6，平均為245.36 ×10－6，輕重稀土含量比值平均為 9.87，δLa/δYb 值平均為 3.50，δEu 值平均為0.28。

(4)天堂礦區斑巖形成是陸陸碰撞后續演化的產物。微量元素的 δRb－ δ(Y+Yb)、δRb － δ(Yb+Ta)判別圖示蹤結果指示天堂樣品吻合同碰撞花崗巖特征。

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