桂東北姑婆山花崗巖地球化學特征及成巖成礦意義*

蔡永豐　蔡運花　馮佐海　胡榮國

(1.桂林理工大學地球科學學院；2.廣西隱伏金屬礦產勘查重點實驗室；3.江西耀升鎢業股份有限公司)

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桂東北姑婆山花崗巖地球化學特征及成巖成礦意義*

蔡永豐1, 2蔡運花3馮佐海1, 2胡榮國1, 2

(1.桂林理工大學地球科學學院；2.廣西隱伏金屬礦產勘查重點實驗室；3.江西耀升鎢業股份有限公司)

摘要為探討桂東北姑婆山巖體與區內鎢錫礦床的成因聯系，對姑婆山巖體開展了系統的地球化學分析，結果表明：姑婆山巖體表現出高硅、高鉀、富鋁、低鈦、低鈣、貧鎂的特征，巖體強烈虧損Ti、Nb、Eu、Sr、Ba等微量元素，富集Th、U、Hf等元素，整體具有A型花崗巖的地球化學特征，說明姑婆山巖體具有良好的錫成礦性，為較典型的含錫花崗巖。上述分析結果進一步表明：姑婆山巖體為殼—幔相互作用的產物，花崗質巖漿作用不僅為區內鎢錫礦床的形成提供了成礦物質，而且導致富礦流體在有利部位發生聚集而形成礦體。

關鍵詞花崗巖地球化學特征成巖成礦特性成礦作用成礦物質

鎢錫礦床的形成與花崗質巖漿活動有密切的聯系，花崗質巖漿是鎢錫礦床的重要成礦物質來源之一，花崗質巖漿活動可使鎢錫等礦物質在有利的部位發生聚集，進而形成礦床。前人研究普遍認為與鎢錫成礦作用有關的主要為S型花崗巖，花崗質巖漿在結晶分異形成S型花崗巖的過程中能夠分異出富含錫的成礦流體[1]。隨著研究的深入，世界上一些鎢錫礦床的形成相繼被認為與A型花崗質巖漿活動具有密切關系，如在我國南嶺地區、新疆以及尼日利亞、美國和巴西等地區均發現與A型花崗巖有關的鎢錫礦床[2]。近年來的勘探成果顯示,在桂東北姑婆山地區發現成礦潛力較大鎢錫礦床，但對該類鎢錫礦床與姑婆山花崗巖的關系缺乏系統研究，不利于正確認識該地區鎢錫礦床的成礦機制、成礦物質來源和分布特征。為此，本研究以姑婆山花崗巖為研究對象，對其地球化學特征進行分析。

1區域地質背景

華南內陸十萬大山—杭州一帶發育一條地球化學特征異常的NNE向花崗巖帶(即“十杭帶”)[3]。沿該帶伴生有一系列重要的多金屬礦床[4-5]，因此，該花崗巖帶的識別對于研究華南中生代構造—巖漿—成礦作用具有重要意義。依據“十杭帶”花崗巖的不同地球化學特征可進一步將其細分為贛杭帶和湘桂帶：前者從贛西南一直延伸至贛東北，包括陡水、上猶、巖背、足洞、相山、德興、靈山等巖體；后者從湘南向西南延伸至桂東南，包括千里山、騎田嶺、西山、金雞嶺、花山、姑婆山、昆侖關等巖體[6]。姑婆山花崗巖位于湘桂帶，帶內各巖體的形成時代主要集中于163～151 Ma[5-8]。

姑婆山花崗巖為多期次巖漿作用的產物，主要由早期里松巖體、中期姑婆山巖體和晚期新路巖體組成[9]，因此姑婆山花崗巖為一復式巖體。姑婆山復式巖體呈EW向長條帶狀分布，主體出露于桂東北的富川、賀州和鐘山一帶，小部分出露于湘南的江永縣，巖體出露總面積約678 km2。姑婆山復式巖體北東端、東南端侵位于下古生界寒武系小內沖組和黃洞口組碎屑巖中，圍巖多發生角巖化；巖體西端、北西端、西南端侵位于上古生界泥盆系及石炭系下部碳酸鹽巖、碎屑巖中，圍巖主要發生矽卡巖化、大理巖化和局部角巖化；巖體東側與桂嶺花崗巖體呈侵入接觸關系。

區內斷裂構造較發育，主體斷層(姑婆山斷層)沿獨山—新路—賀街一帶分布，長度大于100 km，垂直斷距200～300 m。姑婆山斷層呈NNW向穿切姑婆山復式巖體，在巖體內可見陡狹筆直的斷層谷，斷層谷內的花崗巖由于受擠壓破碎明顯，硅化較強。該斷層還切穿了寒武系、泥盆系、石炭系和二疊系地層，斷層面清晰，可見明顯的揉褶帶、碎裂巖帶和硅化帶等。

姑婆山巖體呈環狀分布，出露面積約428.16 km2，為姑婆山復式巖體的主體。姑婆山巖體的主要巖石類型有中粗粒—中粒斑狀黑云母二長花崗巖、中粗粒—中粒斑狀黑云母正長花崗巖。黑云母二長花崗巖主要分布于巖體內部，正長花崗巖分布于巖體外圍，出露面積相對較大。斑晶主要為鉀長石和斜長石，基質主要為斜長石、鉀長石、石英和黑云母，副礦物主要有鋯石、榍石、磁鐵礦、磷灰石等。總體來看，由巖體內部向外部，鉀長石含量逐漸變少，石英含量呈增加的趨勢，黑云母含量減少。

2姑婆山巖體地球化學特征

姑婆山巖體w(SiO2)平均為74.47%，顯示富硅的特征；w(Na2O)平均為3.64%，w(K2O)平均為4.86%，表現出富鉀的特征。w(Al2O3)平均為12.57%，與Lachlan褶皺帶上Al2O3含量(11.83%～13.77%)相似[9]，顯示出富鋁的特征。樣品w(FeO)、w(Fe2O3)平均為1.39%、0.66%，w(MgO)平均為0.26%，樣品w(TiO2)平均為0.20%，w(P2O5)平均為0.06%，w(CaO)平均為1.01%，表現出高鉀鈣堿性系列巖石的特征。姑婆山巖體w(∑REE)平均為339×10-6，w(∑LREE)平均為289×10-6，w(∑HREE)平均為50×10-6，樣品具有明顯Rb、Th、U、Ta、Nd正異常及Eu、Ba、Nb、Sr、Ti負異常，表明姑婆山巖體在成巖過程中存在相關礦物(如斜長石、鉀長石)的分離結晶作用。姑婆山巖體w(Y)、w(Nb)平均為68.90×10-6、60.97×10-6，分別接近和高于正常鋁質A型花崗巖的平均值(分別為79.70×10-6、35.19×10-6)；w(Y)/w(Nb)為1.13，高于正常鋁質A型花崗巖的平均值(2.26)[10]；10 000×w(Ga)/w(Al)平均為3.83，與典型A型花崗巖的w(Ga)/w(Al)值相似；w(Nb)/w(Ta)平均為13，w(Zr)/w(Hf)平均為31，低于球粒隕石值(分別為18、36)。

3姑婆山巖體巖石類型

S型花崗巖P2O5含量一般較高，并隨巖漿分異程度的加強而增大[9]，高分異I型花崗巖的特征為P2O5含量與SiO2含量呈明顯的負相關性，且FeO含量較低，一般小于1.00%。A型花崗巖的全鐵含量一般大于1.00%，姑婆山巖體P2O5含量較低(平均0.06%)，明顯區別于S型花崗巖；巖石樣品P2O5含量與SiO2含量相關性不明顯。姑婆山巖體稀土元素(REE)和高場強元素Ga、Th、U、Zr、Nb、Y含量高，虧損Sr、P、Ti、Eu，稀土元素球粒隕石標準化配分模式呈“海鷗型”分布，樣品具有較高的10 000×w(Ga)/w(Al)值(平均3.83)和較高的Zr+Nb+Ce+Y含量(平均378×10-6)，該類特征均與A型花崗巖的地球化學特征相似[10-11]，表明姑婆山巖體的巖石類型應屬A型花崗巖。此外，從整個區域地質資料上看，自從Gilder等提出在華南內陸存在一條高εNd(t)值(>-8)和低Nd模式年齡值(<1.5 Ga)的NNE向花崗巖帶(“十杭帶”)以來，隨后的研究成果相繼表明“十杭帶”上的眾多花崗巖體的巖石類型均具有A型花崗巖的特征，并進一步認為其為一條A型花崗巖帶[4,5,12]。因此，將姑婆山巖體的巖石類型劃分為A型花崗巖亦符合區域地質特征。

4巖石成因

姑婆山巖體具有相對虧損的Nd同位素組成，其εNd(t)值為-3.21 ～ -0.37，二階段模式年齡為1 242 ～ 982 Ma[7]，明顯區別于華南古老地殼，表明姑婆山巖體在成巖過程中受到了地幔物質的影響，虧損地幔物質的加入，導致了姑婆山巖體具有相對虧損的Nd同位素組成和較年輕的Nd模式年齡。因此，殼—幔相互作用是區內花崗巖形成的主要機制。區域地質資料表明，“十杭帶”上的眾多花崗巖體(如花山花崗巖、錫田花崗巖、騎田嶺花崗巖等)均發育有大量的暗色包體[8]，該類暗色包體被認為是巖漿混合的殘留物[8]，但對該類暗色包體的成因仍存在不同的觀點(主要有源巖的殘留物、圍巖捕擄體[13]、同源巖漿早期階段的析離物[12]、性質相異的巖漿不完全混合的殘余物[14]等)。近年來對桂東北里松花崗巖暗色包體進行的鋯石Hf同位素研究表明，里松花崗巖暗色包體并非來源于源巖殘留物、圍巖捕擄體或同源巖漿早期階段的析離體，而是殼—幔巖漿相互作用的產物[15]，由此可認為，殼—幔相互作用可能是“十杭帶”花崗巖形成的主要機制。該推斷亦可得到區域相關基性巖漿活動信息的支持，如在湘南道縣發現有低鈦高鎂玄武巖，其εNd(t)值為-1.6～-1.9，其形成被認為與軟流圈地幔上涌引發的巖石圈地幔部分熔融有關[5]；湘南寧遠堿性玄武巖具有更高的εNd(t)值(+5～+6)，其形成被認為與巖石圈拉張減薄導致的軟流圈地幔低度熔融有關[5]。該類基性巖漿活動的信息為區域殼—幔相互作用提供了證據。此外，由西南往東北方向，“十杭帶”花崗巖的εNd(t)值有逐漸減小的趨勢，反映了由西南往東北方向殼—幔相互作用逐漸減弱。

5姑婆山巖體與鎢錫成礦作用的關系

姑婆山花崗巖體具有高SiO2含量，Nb、Eu、Ba、Sr、Ti具有明顯的負異常，表明該類花崗巖在成巖過程中經歷了強烈的分離結晶作用，強烈的分離結晶作用正是成錫花崗巖的普遍特征。姑婆山巖體的TiO2含量較低(平均0.20%)，研究表明花崗巖錫含量與TiO2含量具有較好的負相關性，有利于錫成礦。姑婆山巖體具有較低的w(Zr)/w(Hf)值(平均31)，低于正常花崗巖w(Zr)/w(Hf)值(33～40)，表明姑婆山巖體在成巖過程中，存在熔體與富揮發分流體之間的相互作用，從而使Zr-Hf元素對發生不同程度的分餾，致使Zr趨向虧損而Hf相對富集，熔體與流體之間的相互作用也為錫成礦的必要條件。姑婆山巖體的另一個顯著特征為具有很高的Th、U含量，w(Th+U)平均61.8×10-6，遠高于華南燕山期殼源重熔型花崗巖(w(Th)平均28.7×10-6，w(U)平均7.1×10-6)和高熱花崗巖(w(Th+U))為8×10-6，高Th、U含量也為錫成礦的有利條件[16]。姑婆山巖體整體表現出與錫礦化具有密切的相關性，在w(SiO2)-(w(Rb)/w(Sr))圖解[17]上，姑婆山巖體樣品點均落于錫礦化花崗巖或世界著名的錫礦床花崗巖范圍內，該類特征與“十杭帶”上的千里山花崗巖體(與柿竹園超大型鎢錫多金屬礦床有密切聯系)及騎田嶺花崗巖體(與芙蓉超大型錫礦床有密切的成因關系)類似，因此，姑婆山巖體整體顯示出良好的錫成礦性，結合姑婆山巖體具有A型花崗巖的地球化學特征，表明姑婆山A型花崗巖不僅為姑婆山地區鎢錫礦提供成礦物質，同時花崗質巖漿作用還導致了含礦流體在有利部位發生聚集而形成礦體。

6結論

(1)姑婆山巖體具有富硅貧鈦，富集Rb、Th、U，虧損Sr、Ba、Eu和高w(Ga)/w(Al)值等地球化學特征，整體與A型花崗巖的地球化學特征相似。

(2)姑婆山巖體的形成與殼—幔相互作用有關。

(3)姑婆山巖體相對較低的TiO2含量及強烈富集Rb、Th、U為錫成礦的有利條件，該巖體整體顯示出良好的錫成礦性，其形成對于區內鎢錫成礦具有重要貢獻。

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(收稿日期2015-11-17)

*廣西高等學校科學研究基金項目(編號：KY2015ZD052)；國家自然科學基金項目(編號：41502180， 41503021)。

蔡永豐(1986—)，男，講師，博士，541004 廣西壯族自治區桂林市七星區建干路12號。