湖南錫田和鄧阜仙燕山期花崗巖的源區差異及其意義

鄧渲桐，曹荊亞，吳塹虹，孔華，奚小雙

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湖南錫田和鄧阜仙燕山期花崗巖的源區差異及其意義

鄧渲桐，曹荊亞，吳塹虹，孔華，奚小雙

(中南大學地球科學與信息物理學院，有色金屬成礦預測與地質環境監測教育部重點實驗室，湖南長沙，410083)

對湖南茶陵錫田和鄧阜仙復式巖體燕山期二云母花崗巖進行巖相學、鋯石及巖石元素地球化學特征的對比研究，以探討其源區可能的差異對鎢錫多金屬成礦的影響。研究結果表明：錫田與鄧阜仙二云母花崗巖均顯示為高硅、高鋁、富堿特征，較高的10 000(Ga)/(Al)(分別為3.58~4.20和2.04~4.11，為質量分數)指示其為A型花崗巖；(Nd)/(Th)＜15和(Th)/(U)＞1特征指示兩者為殼源，但錫田巖體較鄧阜仙巖體含磷低，更富稀土元素，其Eu負異常((Eu)=0.03~0.04)較鄧阜仙巖體((Eu)=0.24~0.85)更顯著，輕重稀土分餾程度更低，其稀土配分曲線呈“對稱”型，而鄧阜仙巖體為“右傾”型；由鋯石組分計算的錫田與鄧阜仙巖漿結晶溫度分別為823~945℃和613~922℃，氧逸度lg(o2/105Pa)分別為?14.7和?16.8，表明兩巖體均為形成伸展背景下的A型花崗巖，是元古宙地殼部分熔融產物；源區以碎屑巖為主，錫田巖體源區應更富火成巖，這表明同為殼源，且同期、空間相鄰巖體仍可存在源區和成巖環境的差異，這種物源背景差異對成礦產生影響。

燕山期花崗巖；源區；環境；錫田；鄧阜仙

湖南茶陵錫田鎢錫多金屬礦集區由錫田和鄧阜仙礦區組成，礦集區位于揚子板塊和華夏板塊碰撞結合帶(欽杭帶)中段及南嶺有色金屬成礦帶交匯處[1]。區內鎢錫多金屬礦床成礦與錫田與鄧阜仙巖體有著直接關系[2?5]，兩巖體都為由印支期花崗巖和燕山期花崗巖組成的復式巖體，空間相鄰，形成時代相近，巖石學特征相似：兩者印支期巖體分別為中細粒斑狀黑云母花崗巖、中粗粒斑狀黑云母花崗巖，其鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡分別為(228.5±2.5) Ma[3]和(225.7±1.6) Ma[6]；燕山期巖體分別為細粒二云母花崗巖、中細粒二云母花崗巖和細粒白云母花崗巖，鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡分別為(155.5±1.7)[3]，(141.6±4.1)[7]和(154.4±2.2) Ma[6]；兩巖體均具有富堿、富鋁特性，印支期的微量、稀土元素配分模式一致，但燕山期巖體在地球化學特征上存在一定差異。錫田和鄧阜仙兩礦區的成礦主要與燕山期花崗巖有關[8]，但錫田以錫多金屬礦床為主，鄧阜仙則以鎢礦床為主，這種差異可能暗示與之有關的巖體是巖漿成因或構造背景差異所致，但前人研究未涉及巖體源區[2?5]。為此，本文選擇兩復式巖體中的燕山期花崗巖為研究對象，以鋯石與巖石地球化學為切入點比較兩巖體的特征，采用巖相學、鋯石LA-ICP-MS U-Pb確定年齡、元素地球化學方法確立兩者物源差異，為兩地區成礦的差異提供更精細的源區背景約束。

1 區域地質背景

研究區出露地層包括下古生界、上古生界、中生界和少量新生界，見圖1。下古生界出露地層為寒武系和奧陶系淺變質巖系(淺變質砂巖、板巖、砂質板巖)，上古生界泥盆系—二疊系地層主要為淺海相碳酸鹽巖、濱海相碎屑巖，其中二疊系還發育少量陸相砂、頁巖，中生界侏羅系和白堊系地層主要由陸源礫?砂?泥質巖組成。區內發育印支期NE—NEE向的褶皺和斷層，燕山期發育NNW—NEE巖體接觸帶及斷裂。區內均出露印支期和燕山期復式巖體，NNW向展布，兩者印支期巖體呈巖株狀構成巖體主體，錫田燕山期巖體多呈巖瘤、巖脈狀構成補體，鄧阜仙巖體多呈巖侏、巖脈侵入主體和補體花崗巖中。錫田礦區主要有多種類型的鎢錫多金屬礦床，鄧阜仙礦區發育石英脈型鎢礦床和巖體型鈮鉭礦床，兩者成礦年齡分別為(150±2.7) Ma[4]和(140.6±3.4) Ma[8]。

(a) 研究區大地構造位置圖；(b) 研究區地質圖

2 樣品描述

本次研究所采樣品均為細粒二云母花崗巖，采樣位置見圖1，其中點號5~7采集于坑道。錫田細粒二云母花崗巖(樣號15-11S9)呈灰白色，細粒花崗結構，塊狀構造(圖2(a))，鉀長石(約35%，質量分數，下同)、石英(約30%)、斜長石(約30%)、白云母(約3%)、黑云母(約2%)(圖2(b))。鉀長石為半自形—他形；石英呈半自形—他形；斜長石主要為自形—半自形。副礦物主要為鋯石、榍石、磷灰石及少量金紅石等。鄧阜仙細粒二云母花崗巖(樣號0328-12S1)呈灰白色，細粒花崗結構，塊狀構造(圖2(c))，主要由石英(約35%)、鉀長石(約25%)、斜長石(約20%)、白云母(約12%)、黑云母(約8%)組成(圖2(d))。石英呈他形；鉀長石多為自形—半自形；斜長石呈半自形板狀；白云母多呈半自形片狀；黑云母呈細粒集合體狀；副礦物主要為鋯石、榍石、磷灰石等。錫田巖體較鄧阜仙巖體多約10%的鉀長石和斜長石，少約15%的云母。

3 分析方法

在廊坊誠信地質服務有限公司挑選鋯石，在北京凱德有限公司制靶，其陰極發光(CL)圖像在中國科技大學殼幔物質與環境實驗室完成；鋯石微量元素分析(LA-ICP-MS)在北京燕都中實測試技術有限公司進行，所用儀器為布魯克M90 ICP-MS和New Wave UP213激光剝蝕系統，采用NIST SRM610為外標，29Si為內標，鋯石Plěsovice為監控標樣，實驗測試過程見文獻[9]。巖石主量、微量及稀土元素分析由澳實分析檢測(廣州)有限公司完成。主量元素質量分數采用荷蘭X熒光光譜儀(XRF)進行分析，儀器型號為Panalytical Axios Max，測試誤差為1%~5%；微量、稀土元素采用美國電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)進行分析，儀器型號Perkin Elmer Elan 9000，其精度高于5%。主量元素分析過程見文獻[10]，微量、稀土元素實驗測試過程見文獻[11]。

(a) 錫田花崗巖手標本顯微照片；(b) 錫田花崗巖正交偏光顯微照片；(c) 鄧阜仙花崗巖手標本顯微照片；(d) 鄧阜仙花崗巖正交偏光顯微照片

4 分析結果

4.1 鋯石原位微量元素特征

錫田和鄧阜仙二云母花崗巖中鋯石均呈透明—半透明，呈長柱狀，陰極發光圖像顯示明顯的震蕩環帶(見圖3(a)和3(b))；兩巖體的鋯石(Th)/(U)分別為0.37~0.76和0.18~0.61，加權平均年齡分別為(152.5±1.2) Ma(平均標準權重偏差SWD=0.16)和(155.9±1.6) Ma(SWD=0.39)，二云母花崗巖的形成時代相近，均為燕山早期。

鋯石原位微量元素分析結果見表1。結果顯示兩巖體的鋯石富稀土元素，尤其富重稀土元素，并具有相似的“左傾”型稀土配分模式(見圖4)，兩者的負Eu異常與正Ce異常明顯。但兩巖體的鋯石稀土元素地球化學特征仍存在微小差異：錫田復式巖體內燕山期花崗巖中鋯石稀土質量分數(Σ(REE))=1 549×10?6~11 870×10?6)為鄧阜仙復式巖體內燕山期花崗巖中鋯石質量分數的2~8倍(Σ(REE))=650×10?6~1602× 10?6)，其Σ(LREE)(28×10?6~471×10?6)為鄧阜仙巖體鋯石(31×10?6~180×10?6)的1~3倍，Σ(HREE) (1 491×10?6~11 736×10?6)為鄧阜仙巖體鋯石(569× 10?6~1 520×10?6)的3~8倍。兩巖體鋯石的δ(Eu)負異常相近，分別為0.02~0.13和0.05~0.15。

4.2 全巖主量、微量及稀土元素特征

錫田和鄧阜仙燕山期二云母花崗巖樣品的主量、微量及稀土元素組成見表2。

數據顯示，錫田巖體SiO2質量分數比鄧阜仙巖體的高，但Al2O3，Na2O+K2O和P2O5質量分數略比鄧阜巖體的低；兩巖體(SiO2)質量分數分別為76.10%~ 76.60%(平均為76.27%)和73.15%~75.72%(平均為74.66%)，(Al2O)3質量分數分別為12.85%~13.35% (平均為13.12%)和13.84%~14.45%(平均為14.09%)，(Na2O)質量分數分別為3.03%~3.99%(平均為3.63%)和3.06%~4.3%(平均為3.57%)，(K2O)的質量分數分別為3.43%~4.88%(平均為4.33%)和3.89%~5.05%(平均為4.50%)，全堿(Na2O+K2O)分別為7.42%~8.56% (平均為7.96%)和7.63%~8.41%(平均為8.07%)，(P2O5)質量分數分別為0.01%和0.19%~0.21%。以上指數表明兩巖體均顯示高硅、高鋁、富堿特征，但錫田巖體較鄧阜仙巖體相對更富SiO2，少Al2O3和Na2O，其分布也較鄧阜仙巖體集中，錫田巖體具低磷特征，鄧阜仙巖體具高磷特征。兩巖體的鋁飽和指數(Al2O3)/(CaO+Na2O+K2O)(即，其中表示物質的量)分別為1.03~1.30和1.14~1.25(圖5(a))，分異指數D分別為93~94和92~95，顯示兩巖體均為過鋁質高分異花崗巖，(SiO2)?(K2O)圖解顯示兩者均為高鉀鈣堿性巖類(圖5(b))。

(a) 錫田巖體鋯石；(b) 鄧阜仙巖體鋯石

圖4 錫田和鄧阜仙燕山期花崗巖鋯石稀土元素配分圖

稀土元素分析結果顯示錫田與鄧阜仙巖體的稀土配分曲線均呈“海鷗”型(圖6(a))，負Eu異常顯著；微量元素原始地幔標準化珠網圖顯示兩者均富集Rb，U，Th和Ta等元素，虧損Ti，Sr，Ba，Nb和K等元素(圖6(b))。但兩者在微量和稀土元素組成上仍存在一定差異，錫田巖體稀土元素總量(Σ(REE)= 147.23×10?6~196.65×10?6)約為鄧阜仙巖體(15.09×10?6~125.11×10?6)的2~10倍，重稀土總質量分數(Σ(HREE)=52.02×10?6~78.45×10?6)約為鄧阜仙巖體(3.89×10?6~10.29×10?6)的8~13倍。兩者的輕重稀土比值Σ(LREE)/Σ(HREE)分別為1.37~1.98和2.88~11.16，[(La)/(Yb)]N分別為0.73~1.37和1.62~ 19.70，δ(Eu)分別為0.03~0.04和0.24~0.28；與鄧阜仙巖體比較，錫田二云母花崗巖的稀土較富集，輕重稀土分餾較弱，δ(Eu)也較低，且稀土分布曲線相對集中，并呈對稱“海鷗”型；而鄧阜仙二云母花崗巖稀土配分曲線呈右傾“海鷗”型。微量元素特征也顯示，錫田巖體的(Rb)/(Sr)和(Rb)/(Ba)較鄧阜仙的高，前者(Rb)/(Sr)和(Rb)/(Ba)分別為88.9~113和40.2~75.0，后者分別為0.1~21.5和1.0~13.3；兩者(Nd)/(Th)較低，分別為0.7~0.8和0.6~1.2。

(a) A?A′圖解；(b) w(SiO2)?w(K2O)圖解

(a) 球粒隕石標準化稀土元素配分圖；(b) 原始地幔標準化微量元素蛛網圖

5 討論

由以上分析結果可知，錫田和鄧阜仙燕山期花崗巖在巖相學、鋯石及巖石地球化學特征方面既有相似性又有差異性，以下對其原因進行討論。

5.1 巖石成因類型

錫田及鄧阜仙花崗巖均富Si，Na和K，貧Ca和Mg等主量元素，富Rb，Th和Ta，虧損Sr和Ba等微量元素，具有明顯的負Eu異常，顯示了A型花崗巖的一般特征[12?13]。另外，兩者10 000(Ga)/(Al)均較高，分別為3.58~4.20和2.04~4.11，兩巖體樣品點幾乎均落入A型花崗巖的區域內[13](圖7)，指示兩巖體的燕山期花崗巖應該為A型花崗巖。

5.2 巖體成因

5.2.1 成巖溫度及氧逸度

利用FERRY等[14?15]提出的公式計算的錫田和鄧阜仙燕山期花崗巖結晶溫度見表2。結果顯示兩巖體的鋯石Ti溫度分別為823~945℃(均值為856℃)及613~922℃(均值為756℃)。

表2 錫田和鄧阜仙二云母花崗巖主量元素(%)、微量及稀土元素(10?6)分析結果(質量分數)

注：D為分異指數；為鋁飽和指數；(Eu)/(Eu*)為δ(Eu)異常值；(Ce)/(Ce*)為δ(Ce)異常值。

(a) 10 000w(Ga)/w(Al)-w(Y)；(b) 10 000w(Ga)/w(Al)-w(Zr)

利用TRAIL的模型[15]計算錫田和鄧阜仙花崗巖熔體的氧逸度lg(o2/105Pa)，結果見表2。從表2可見：兩者lg(o2/105Pa)偏低，分別為?14.7和?16.8。?lg(o2/105Pa)圖解見圖8。從圖8可見：數據點均落于氧逸度緩沖劑IW(Fe-FeO)與FMQ(Fe2SiO4-Fe2O3+ SiO2)趨勢線之間，但錫田燕山期花崗巖數據點較鄧阜仙燕山期花崗巖更接近IW(Fe-FeO)趨勢線，這說明錫田燕山期花崗巖結晶溫度高于鄧阜仙燕山期花崗巖溫度，而氧逸度比鄧阜仙燕山期花崗巖的低，說明錫田燕山期巖漿形成深度比鄧阜仙巖漿的形成深度大。

5.2.2 巖漿源區

目前對A型花崗巖的源區及成因主要有以下4種觀點：1) 幔源巖漿的結晶分異，同時混染了部分殼源物質[16]；2) 深部地殼(主要為下地殼)麻粒巖的部分或者全部熔融[12]；3) 鈣堿性交代地幔部分或全部熔 融[17]；4) 先前存在的I型花崗巖(花崗閃長巖等)熔 融[18]。張旗等[19]則強調A型花崗巖是低壓環境下地殼部分熔融的結果。

錫田和鄧阜仙燕山期花崗巖均具富Si，K，Na，U和Th特征，其(Nd)/(Th)(0.6~1.2)明顯低于殼源巖石的平均值(約為3.0)及地幔的平均值(＞15.0)，兩者鋯石的Σ(REE)質量分數處于殼源巖漿鋯石稀土總質量分數(250×10?6~5 000×10?6)范圍內，高于幔源巖漿鋯石的質量分數(＜300×10?6)[20]，指示兩者源巖主要源于華南中元古代地殼，但錫田巖體的源巖時代值較鄧阜仙巖體集中；另外，兩者都具明顯負Eu異常，表明其不大可能來源于中下地殼物質的重熔[21]，而應源于上地殼物質的重熔。錫田燕山期花崗巖較鄧阜仙燕山期花崗巖的Eu異常和P2O5質量分數均較低，(Eu)/(Eu*)?(P2O5)圖解(圖9(a))顯示兩巖體明顯分布于不同區域；錫田巖體的(Rb)/(Sr)和(Rb)/(Ba)明顯比鄧阜仙巖體的高，雖然在(Rb)/(Sr)?(Rb)/(Ba)圖解中，兩巖體花崗巖樣品均落入富黏土區域，但仍有一定分離，鄧阜仙巖體源巖更靠近富黏土區(圖9(b))。因此，可以認為錫田巖體與鄧阜仙巖體的源區存在一定差異，這種差異可能反映了上地殼物質組成的不均一性；鄧阜仙巖體源巖較錫田巖體更富沉積巖，而錫田雖也以沉積巖為主，但很有可能有火成巖類或變質巖類參與。

MH, NNO, FMQ, IW, IQF—氧逸度緩沖劑

(a) Eu/Eu*?w(P2O5)圖解；(b) w(Rb)/w(Sr)?w(Rb)/w(Ba)圖解(圖例同圖7)

5.3 構造環境

對華南燕山期花崗質巖漿的成因一直存在爭議。童航壽等[22?23]認為華南存在地幔柱活動，殼?幔相互作用導致地殼重熔；JIANG等[24]認為古太平洋板塊向華南板塊的俯沖消減引起軟流圈上涌，底侵導致地殼物質部分熔融；LI等[20]則認為華南大陸在燕山早期處于古太平洋板塊裂解所導致的拉張背景之下；蔣少涌等[25]提出郴州—臨武斷裂帶發育的燕山早期A型花崗巖帶，是在該時期存在巖石圈拉張、軟流圈上涌的證據。上述觀點均認為華南在燕山早期處于伸展背景，其伸展原因為下地殼重融。

錫田和鄧阜仙燕山期花崗巖都屬于A型花崗巖，雖然人們將A型花崗巖的形成背景歸于板內裂谷、地幔柱、弧后拉張以及后碰撞伸展等環境，但這些認識均表明其均為拉張背景[26]。錫田和鄧阜仙燕山期花崗巖大部分樣品均落入后造山背景的區域內，指示燕山早期該區處于伸展的構造環境[27](圖10)。

IAG—島弧花崗巖；CAG—大陸弧花崗巖；CCG—陸陸碰撞花崗巖；POG—后造山花崗巖；RRG—裂谷有關花崗巖；CEUG—大陸抬升花崗巖

5.4 對成礦背景的約束

錫田和鄧阜仙燕山期花崗巖具有相同的構造環境，源區不同導致環境地化特征巖漿深度氧逸度分異導致對成礦有影響，元古代地殼不均勻。但兩者的巖石地球化學特征也存在一定差異，特別是稀土元素分布特征關系表明兩者源區存在一定差異，加之熔體結晶溫度及氧逸度、源區地殼年齡的差異，表明兩者可能是在相同地球動力學機制下的產物，伸展大地構造背景有利于巖漿進入地殼淺部或地殼重熔，促進巖漿中含礦流體向淺部集中，為成礦提供基本條件。在過鋁質條件下，Sn的溶解度主要受堿性控制，富堿時Sn的溶解度增大；在氧逸度低、巖漿分異高的酸性條件下富W[28?29]。兩巖體均為偏酸性的過鋁質巖漿巖，錫田巖體較鄧阜仙巖體具有低堿、高鋁、低分異以及低氧逸度特征，其巖漿分異及氧逸度的差別造成兩巖體在W和Sn成礦上具有一定差異，兩者雖均富W和Sn，但錫田巖體以Sn礦為主，鄧阜仙巖體富W和Sn礦。兩巖體的源區的差異對礦種的形成產生成礦物質來源背景影響，鄧阜仙巖體更富沉積巖的源區特點及更淺的成巖環境，有利于鄧阜仙地區鎢錫礦的形成，而錫田地區相對少沉積巖而多巖漿巖的源區則可是其以錫多金屬礦為主的背景因素之一。

6 結論

錫田和鄧阜仙燕山期二云母花崗巖均為高硅、高鉀、過鋁質的高分異A型花崗巖，兩者源區同為華南元古代上地殼重熔，侵位于伸展背景值下，應是太平洋板塊向華南板塊俯沖消減引起的巖漿活動的產物，但其地球化學特征和形成溫度及氧逸度的差異指示兩者源區有巖性差異，錫田巖體的源區可能更富火成巖而少沉積巖，而這種差異可能對兩地區礦種差異產生背景性影響。

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(編輯 陳燦華)

Difference of sources of the Yanshanian Xitian and Dengfuxian granites in Hunan Province and their implication

DENG Xuantong, CAO Jingya, WU Qianhong, KONG Hua, XI Xiaoshuang

(Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals and Geological Environment Monitoring, Ministry of Education, School of Geosciences and Info-Physics, Central South University, Changsha 410083, China)

In order to explore the effect of different source regions on W and Sn polymetallic mineralization, comparative studies of petrography and geochemistry of element on zircon and rock were conducted on two-mica granites in Yanshanian complex mass from Xitian and Dengfuxian in Hunan Province. The results show that Xitian and Dengfuxian’ two-mica granites are rich in silicon, aluminum and alkali. Relative high values of 10 000(Ga)/(Al) (3.58?4.20 and 2.04?4.11, respectively) indicate that both granites are A-type granites，(Nd)/(Th)＜15 and(Th)/(U)＞1 suggest that both granites originate from crust. However, Xitian granite has lower phosphorus, higher rare earth elements, more negative Eu anomaly, and lower degree of fractionation between light and heavy rare earth elements than that of Dengfuxian granite. The REE distribution pattern of Xitian granite is symmetrical type while that of Dengfuxian granite is right type. Moreover, magma crystallized temperatures in Xitian and Dengfuxian calculated by using components of zircon are 823?945℃ and 613?922℃, respectively, and lg(o2/105Pa) are ?14.7 and ?16.8, respectively, which shows that Xitian and Dengfuxian granites are A-type granites formed in an extensional tectonic setting. They are also products of the partial melting of proterozoic crust, and their source regions mainly contain clastic rock. But there are more igneous rocks in the source region of Xitian granite. As a result, two crust-original granites with spatially adjacency and the same period can still come from different sources and diagenetic environments, which has impact on mineralization.

Yanshanian granite; source region; environmental; Xitian; Dengfuxian

10.11817/j.issn.1672-7207.2017.01.029

P611.1

A

1672?7207(2017)01?0212?11

2016?03?10；

2016?05?15

中國地質調查局整裝勘查項目(12120114052101) (Project(12120114052101) supported by Integrated Exploration Program of the China Geological Survey)

曹荊亞，博士研究生，從事巖石地球化學研究；E-mail: jingyacao@csu .edu.cn