湖南新田嶺白鎢礦床花崗巖地球化學特征研究

楊梧，戴塔根，張蒙龍

（1.貴州理工學院 資源與環境工程學院，貴州 貴陽 550004；2.中南大學地球科學與信息物理學院，湖南 長沙 410083）

湖南新田嶺白鎢礦床花崗巖地球化學特征研究

楊梧1，戴塔根2，張蒙龍2

（1.貴州理工學院 資源與環境工程學院，貴州 貴陽 550004；2.中南大學地球科學與信息物理學院，湖南 長沙 410083）

新田嶺鎢礦為南嶺成礦帶中一處超大型鎢礦床。大地構造位置上處于揚子板塊和華夏板塊間的欽杭結合帶，南嶺NE向構造—巖漿—成礦帶的北緣。巖相學和巖石地球化學研究表明，黑云母花崗巖與成礦關系密切，后期花崗斑巖為鋁過飽和，其演化程度較高，地球化學特征具I或S型花崗巖特征。構造判別圖解顯示，區內花崗巖為同碰撞花崗巖；Sm/Nd、Eu/Sm、Nb/Ta和Zr/Hf顯示花崗巖來源于地殼，以上說明該地區花崗巖源于與幔源底侵作用有關的地殼重熔S型花崗巖，形成于同碰撞造山環境，地幔巖漿上侵主要為地殼重熔提供了熱能；稀土元素特征顯示：輕稀土元素富集，強烈的銪負異常，成“V”字形的稀土元素配分模式。新田嶺鎢礦成礦物質來源主要來源于花崗巖體，同時，石磴子組灰巖亦提供了部分成礦物質。

新田嶺；花崗巖；微量元素；稀土元素

新田嶺礦區發現于20世紀50年代，80年代初查明為一處特大型接觸帶矽卡巖型白鎢礦床，是南嶺成礦多金屬帶重要的組成部分，前人僅從含鎢花崗巖特征、同位素特征兩個方面進行了研究（蔡明海等，2008；畢承思等，1988；胡加斌，2012），研究程度相對于南嶺成礦帶其他礦區相對薄弱。新田嶺白鎢礦為新田嶺鎢礦的一部分，本文從新田嶺白鎢礦巖體、礦體和圍巖的微量和稀土元素地球化學特征入手，分析新田嶺白鎢礦的成礦物質來源和礦床成因，同時為新田嶺礦區的礦床成因提供一定的數據依據。

1 礦區地質

新田嶺礦區位于騎田嶺花崗巖體北端東側，茶陵—郴州—臨武NE向構造巖漿帶與郴州—邵陽NW向構造巖漿帶的交匯部位。礦區出露地層簡單，主要為上古生界石炭系一套淺海相碳酸鹽巖—砂頁巖（含煤）組合，自下而上巖性組成為：石炭系下統孟公坳組云質灰巖夾砂頁巖，厚約300 m；石磴子組下部含燧石結核灰巖及上部泥質條帶灰巖，厚約280 m；測水組石英砂巖、頁巖夾煤層，并發育有1～3層扁豆狀灰巖，厚約150 m；梓門橋組白云質灰巖、白云巖，厚約30 m；石炭系中統壺天群白云質灰巖，厚約240 m。其中石磴子組不純灰巖為區內白鎢礦的主要賦礦地層。

圖1 湘南W-Sn多金屬屬礦集區地質礦產略圖(據湖南地質礦產局湘南地質勘查院,2002修改）Fig.1 Geological sketch map of the W-Sn polymetallic ore concentration area of southern Hunan (modifed from Geological Surveyof South Hunan, Hunan Bureau of Geology and Mineral Resources, 2002)

2 地球化學特征

本次研究在新田嶺礦區及外圍共采取了4件圍巖、5件礦體和7件巖漿巖等共計16件樣品，其中巖漿巖樣品均采自與成礦關系密切的同一巖體，XTL01為黑云母花崗巖，XTL02為細粒鉀長花崗巖，XTL03、XTL04和XTL06為一般花崗巖，以上樣品均為未蝕變花崗巖，但位于不同巖相帶；而XTL05為矽卡巖化花崗巖，XTL07為含灰巖和石英細脈花崗巖，灰巖樣品均采自石磴子組灰巖；XTL10和XTL11為遠離礦體的未蝕變灰巖，XTL09為礦體邊部弱蝕變灰巖，XTL08為弱矽卡巖化灰巖；礦石樣品分為兩種，XTL13為花崗巖體內的石英脈型鎢礦，其他樣品為外矽卡巖帶矽卡巖型鎢礦。并將樣品送澳實分析檢測（廣州）有限公司進行微量和稀土元素測試，各樣品微量和稀土元素特征見表1。

新田嶺地區未蝕變花崗巖的輕稀土元素總量LREE=154.58×10-6～370.04×10-6，重稀土元素總量HREE=10.39×10-6～23.32×10-6，稀土元素總量ΣREE=164.97×10-6～393.36×10-6，輕重稀土比LREE/HREE=13.37～15.87，輕稀土相對富集，LaN/YbN=15.10～22.81，輕重稀土分異明顯，δEu=0.57～0.71，Eu呈現負異常，δCe=0.96～1.01，Ce基本無異常，Y/Ho=29.06～30.93，Rb/Sr=0.54～1.46，Zr/Hf=30.59～38.48，Nb/Ta=8.43～13.19，Sm/Nd= 0.17～0.19，Rb/Ba=0.18～0.28。根據花崗巖稀土元素配分模式圖可知，其稀土元素配分曲線呈現右傾型，具弱的Eu負異常；矽卡巖化花崗巖輕稀土元素總量LREE=307.53×10-6，重稀土元素HREE=42.4×10-6，稀土元素總量ΣREE=349.93×10-6，輕重稀土比LREE/ HREE=7.25，輕稀土相對富集，LaN/YbN=6.12，輕重稀土分異明顯，δEu=0.10，具強Eu負異常，δCe=1.05，Ce呈弱正異常，Y/Ho=30.37，Rb/Sr=6.98，Zr/Hf=24.31，Nb/Ta=6.96，Sm/ Nd=0.22，Rb/Ba=6.17。根據花崗巖稀土元素配分模式圖可知，其稀土元素配分曲線呈現右傾型，相比未蝕變花崗巖右傾程度減弱具有明顯的Eu負異常；含灰巖和石英細脈花崗巖輕稀土元素總量LREE=42.36×10-6， 重稀土元素HREE=20.57×10-6，稀土元素總量ΣREE=62.93×10-6，輕重稀土比LREE/HREE=2.06，輕稀土相對富集，LaN/YbN=1.16，輕重稀土分異明顯，δEu=0.37，具強Eu負異常，δCe=1.02，Ce呈弱正異常，Y/ Ho=28.30，Rb/Sr=7.13，Zr/Hf=16.06，Nb/Ta=6.29，Sm/Nd=0.35，Rb/Ba=3.98。根據花崗巖稀土元素配分模式圖可知，其稀土元素配分曲線呈平坦型，具有明顯的Eu負異常，微量元素蜘蛛網圖顯示，該地區花崗巖虧損Ba、Ta、Zr、Y元素，富集Th、Ce、Sm。

表1 新田嶺礦區花崗巖、灰巖和礦體微量、稀土元素含量表Table 1 Main elements and Trace elements of granite inXintianling deposit, Hunan

新田嶺地區石磴子組未蝕變灰巖的輕稀土元素總量LREE=27.69×10-6～28.53×10-6，重稀 土元素總量HREE=2.88×10-6～3.19×10-6，稀土元素總量ΣREE=30.57×10-6～31.72×10-6，輕重稀土比LREE/HREE=8.94～9.61，輕稀土相對富集，LaN/YbN=9.83～19.81，輕重稀土分異明顯，δEu=0.38～0.81，Eu呈現負異常，δCe=0.98～0.99，Ce基本無異常，Y/Ho=29.41～36.25，Rb/Sr=0.03～0.10，Zr/Hf=31.25～46.67，Nb/Ta=10～12，Sm/Nd=0.21，Rb/Ba=0.57～0.73。根據其稀土元素配分模式圖可知，稀土元素曲線為右傾型，輕稀土元素相對富集，Eu異常變化較大；石磴子組蝕變灰巖的輕稀土元素LREE=67.57×10-6～175.75×10-6，重稀土元素HREE=5.72×10-6～16.41×10-6，稀土元素總量ΣREE=73.29×10-6～192.16×10-6，輕重稀土比LREE/HREE=10.71～11.81，輕稀土相對富集，LaN/YbN=10.78～12.16，輕重稀土分異明顯，δEu=0.40～0.55，Eu呈現負異常，δCe=1.01～1.03，Ce基本無異常，Y/Ho=26.77～27.5，Rb/Sr=2.15～5.11，Zr/Hf=37.14～40.88，Nb/Ta=11～11.64，Sm/ Nd=0.18～0.20，Rb/Ba=0.29～0.93。根據其稀土元素配分模式圖可知，稀土元素曲線為右傾型，輕稀土元素相對富集，具明顯的Eu負異常。

新田嶺礦區礦體的輕稀土元素總量LREE=12.73×10-6～61.73×10-6，重稀土元素總量HREE=2.92×10-6～15.83×10-6，稀土元素總量ΣREE=15.65×10-6～77.56×10-6，輕重稀土比LREE/HREE =2.85～9.39，輕稀土相對富集，LaN/ YbN=1.14～9.12，輕重稀土分異明顯，δ Eu=0.60～1.54，Eu變化較大，δ Ce=0.93～1.14，Ce異常不明顯，Y/ Ho=24～40.83，Rb/Sr=0.01～6.67，Zr/Hf=27.50～36.6，Nb/Ta=5.63～28，Sm/Nd=0.20～0.31。根據其稀土元素配分模式圖可知，XTL12-XTL14稀土元素曲線為右傾型，XTL15和XTL16為平坦型。

由花崗巖、灰巖與礦體的稀土元素配分曲線可知，花崗巖和礦體兩者具有一致性，灰巖稀土元素配分曲線與礦體稀土元素配分曲線較為一致，結合微量元素分布特征，推測其三者具有同源關系。

3 討論

3.1 花崗巖類型和構造判別

從該地區未蝕變花崗巖的稀土元素和微量元素特征可知，花崗巖的稀土元素配分曲線的左翼較陡，右翼較平緩，且具有不深的Eu谷，這與國內S型花崗巖的特征相似（吳鎖平等，2007），Rb/Sr=0.54-1.46，平均0.95， Rb/ Ba=0.18-0.58，平均0.32，接近于我國S型花崗巖的Rb/Sr值1.55和Rb/Ba值0.46（陶繼雄等，2003；肖慶輝等，2002），在Nb-Y花崗巖構造判別圖解中，樣品主要落入同碰撞花崗巖和火山弧花崗巖共有區域，（Yb+Ta）-Rb構造判別圖顯示，區內花崗巖為同碰撞花崗巖，這表明該區花崗巖為同碰撞造山帶中的S型花崗巖。

圖2 （a） 花崗巖稀土元素配分模式圖；（b）灰巖和礦體稀土元素配分模式圖Fig.2 Chondrite-normalized REE patterns in Xintianling deposit, Hunan: (a)granite; (b)Limestone and ore body

圖3 （a）花崗巖微量元素蜘蛛網圖；（b）灰巖和礦體微量元素蜘蛛網圖Fig.3 Primitive mantle-normalized spider diagram of traceelements in Xintianling ore feld, Hunan: (a)granite;(b)Limestone and ore body

3.2 成巖物質來源

前人研究表明，一些微量元素比值能夠很好地指示巖體的物質來源。如Sm/Nd不但可以反映稀土元素的分餾程度，還可以在一定程度上指示巖石成因（劉大為等，2011），Eu/Sm在不同地質體中有明顯的差別，可作為判斷巖石成因和物質來源的重要指標，IU.A.Balashov總結了不同類型地質體的 Eu/Sm 比值（王中剛等，1989），Nb和Ta、Zr和Hf具有相同的電荷數，離子半徑相似（Green T H,1995），在巖體金紅石或低Mg#角閃石較少時，Nb/Ta比值幾乎不受分離結晶和部分熔融作用的影響（Foley et al,2002; Foley et al., 2000），而Zr/Hf受單斜輝石的結晶分異影響有一定變化（嚴再飛等，2011；Pf.nder et al, 2007），通常情況變化較小，因此，Nb/Ta和Zr/Hf可作為指示殼—幔體系地球化學作用的指標（Eby G N,1998）。新田嶺礦區與成礦有關的未蝕變花崗巖樣品的Eu/ Sm=0.16～0.19，平均0.18，接近于地殼和殼源花崗巖的Eu/Sm值0.16，Sm/Nd=0.17～0.19，平均0.18，遠低于地幔Sm/Nd值（0.260～0.375），位于殼源花崗巖Sm/Nd值范圍內（小于0.3），Zr/Hf=30.59～38.48，平均34.95，位于地殼和幔源巖石之間的Zr/Hf比值范圍內（33～36.3）（Taylor et al, 1985），表明該地區巖漿演化可能與地幔活動有關（袁順達等，2012）；Nb/ Ta=8.43～13.19，平均10.61，接近于地殼的Nb/ Ta值8.3（Rudnick et al, 2003），遠低于虧損地幔的Nb/Ta值17.7（Sun SS et al，1989），以上表明該地區花崗巖可能來源于與幔源底侵作用有關的地殼重熔花崗巖，地幔巖漿上侵主要為地殼重熔提供了熱能。由花崗巖、灰巖與礦體的稀土元素配分曲線可知，花崗巖和礦體兩者具有一致性，灰巖稀土元素配分曲線與礦體稀土元素配分曲線較為一致，結合微量元素分布特征，推測其三者具有同源關系。

圖4 （a）Nb-Y構造判別圖（據Pearce et al，1984）；（b）（Yb+Ta）-Rb構造判別圖（據Pearce，1996）Fig.4 (a) w(Nb)-(Y), (b) (Yb+Ta)-Rb discrimination diagrams of granties: VAG- Volcanic arc granite; syn-COLG-syn collisional granite;WPG-Within plate granite;ORG-Ocean ridge granite

4 結論

（1）未蝕變花崗巖的稀土元素和微量元素特征顯示，新田嶺礦區與成礦關系密切的巖體為同碰撞造山帶中的S型花崗巖；

（2）新田嶺礦區與成礦關系密切的巖體為與幔源底侵作用有關的地殼重熔花崗巖，地幔巖漿上侵主要為地殼重熔提供了熱能；

（3）新田嶺白鎢礦的成礦物質來源主要來源于花崗巖體，同時，石磴子組灰巖亦提供了部分成礦物質。

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Research on Geochemical Characteristics of Xintianling Tungsten Deposit in Hunan

Yang Wu1, Dai Tagen2, Zhang Menglong2
(1.School of Resources and Environmental engineering ,Guizhou Institute of Technology, Guiyang Guizhou 550004; 2.School of Geosciences and Info-Physics, Central South University, Changsha Hunan 410083)

Xintianling tungsten deposit is a super-large tungsten deposit in Nanling tungsten-tin mineralization belt.It lies in the central segment of the Qin-Hang junction zone and north-center of the east tectonic-magma-minerogenic belt.Ore body is mainly located in the internal contact zone, the surrounding rock is the limestone.Rocks of the Biotite granite are high K-calc-alkaline and weakly peraluminous.These rocks are depleted in Nb, Ta, P, Ti, Sr, but enriched in Rb, K, Pb, Th.it has a nearly “V” type REE pattern characterized and clear negative Eu anomalies.Late granite porphyry is supersaturated aluminum, it has a higher evolution degree and the geochemical features is likely S type granite.Chondrite normalized REE patterns with good consistency suggest the same or similar magma source and evolutionary history.Tectonic settings discriminating of trace element of granite shows the rock may be formed during the period of collisionorogeny and intraplate, especially in the conversion period both of them, in an extensional environment.

Xintianling; granite; trace element; rare earth element

P618.67

A

1672-5603（2016）04-008-6

貴州省普通高等學校創新人才團隊項目（黔教合人才團隊字[2015]56號）。

*第一作者簡介 楊梧，男，1989年生，工學博士，研究方向為元素地球化學。

2016-10-16；改回日期：2016-11-14。