東秦嶺寬坪花崗巖體及其附近含銣偉晶巖的成礦機(jī)理*

宋公社 楊文博 許 鋒 吳 鵬

(陜西省地質(zhì)調(diào)查中心)

花崗巖體與花崗偉晶巖均屬于巖漿巖范疇，花崗偉晶巖是富含揮發(fā)分巖漿緩慢結(jié)晶的產(chǎn)物，常形成于地殼較深層位，是一種較為特殊的巖漿巖，以其礦物晶體粗大，并具有特殊的礦物組合及含有豐富的稀有金屬礦物原料為特征[1]。秦嶺造山帶是我國(guó)花崗巖及花崗偉晶巖較為發(fā)育的地區(qū)之一，以陜西境內(nèi)最為發(fā)育，西起寶雞太白，經(jīng)秦嶺腹地城固—佛坪—寧陜一帶，向東到達(dá)丹鳳—商南進(jìn)入河南盧氏均為巖漿巖發(fā)育區(qū)，以上地區(qū)構(gòu)成了秦巴地區(qū)主要的三大花崗偉晶巖地區(qū)[2]。其中，丹鳳—商南至河南盧氏一帶是秦嶺地區(qū)偉晶巖脈最為發(fā)育的地區(qū)，偉晶巖脈分布廣且數(shù)量居多。巖漿型偉晶巖脈稀有金屬礦化發(fā)育相對(duì)較好，以銣、鈮、鉭為主，局部富集鋰、鈹?shù)鹊V產(chǎn)。以往對(duì)東秦嶺花崗偉晶巖評(píng)價(jià)中，對(duì)華北板塊南緣活動(dòng)陸緣弧內(nèi)的花崗巖體以其與之有關(guān)的花崗偉晶巖脈的研究程度相對(duì)較高，在此過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了一些稀有金屬礦產(chǎn)地，如鳳凰寨—大葦園鋰礦點(diǎn)、巒莊鈮鉭、鈹?shù)V點(diǎn)，對(duì)于兩大板塊碰撞地帶內(nèi)的碰撞型花崗巖體，尤其是偉晶巖脈的研究程度則相對(duì)較低。本研究通過(guò)對(duì)東秦嶺商丹地區(qū)寬坪花崗巖體及其附近偉晶巖脈的分布特征及含礦性進(jìn)行調(diào)查和評(píng)價(jià)，并對(duì)巖體及偉晶巖脈的成礦機(jī)理進(jìn)行探討，供該區(qū)后續(xù)找礦工作借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

東秦嶺商丹地區(qū)位于商丹地殼對(duì)接帶的商丹蛇綠混雜巖帶內(nèi)，夾持于分水嶺斷裂和商丹斷裂之間(圖1)，呈NWW—SEE向狹長(zhǎng)狀展布，東西長(zhǎng)約150 km，南北寬約30 km。區(qū)內(nèi)地層由新元古界丹鳳巖群為主體的蛇綠混雜巖與大量造山期花崗巖組成，丹鳳巖群是從秦嶺巖群中解體出來(lái)的一套綠片巖相—低角閃巖相變質(zhì)火山—沉積巖系，是商丹蛇綠雜巖帶最主要的組成部分，包括了中基性—酸性島弧火山巖，具有濁積巖特征的沉積巖(雜砂巖、深水碳酸鹽巖)，超鎂鐵質(zhì)巖、枕狀玄武巖、放射蟲硅質(zhì)巖等E-MORB型蛇綠巖以及秦嶺巖群古老殘塊等大小不一的構(gòu)造卷入的塊體[3]。混雜巖帶內(nèi)巖漿巖較為發(fā)育，由東向西依次為中酸性劉家臺(tái)巖體、寬坪巖體、鐵峪鋪巖體及高山寺巖體，中基性巖體發(fā)育于該區(qū)南部。其中，寬坪巖體在區(qū)內(nèi)發(fā)育規(guī)模最大，巖體附近形成的偉晶巖脈最為發(fā)育。

圖1 東秦嶺商丹地區(qū)地質(zhì)特征

2 巖體特征

2.1 巖體地質(zhì)特征

2.1.1 寬坪巖體

寬坪花崗巖體呈一狹長(zhǎng)透鏡狀沿NWW—SEE向展布，與斷層構(gòu)造線方向基本一致，長(zhǎng)約45 km，寬度為0.5～3 km，巖體與圍巖呈侵入接觸關(guān)系，在巖體接觸帶內(nèi)常見(jiàn)發(fā)育數(shù)十米長(zhǎng)的圍巖變質(zhì)雜巖體，外接觸帶花崗巖呈寬度不等的脈狀體貫入丹鳳巖群中，顯現(xiàn)了淺源深位原地或半原地侵位的同構(gòu)造花崗巖特征[4]，屬擠壓環(huán)境下的主動(dòng)侵位。

寬坪花崗巖體巖性以片麻狀中細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖為主，通過(guò)多陽(yáng)離子R1-R2圖解(圖2)，發(fā)現(xiàn)巖體落入二長(zhǎng)花崗巖和正長(zhǎng)花崗巖范圍內(nèi)[5]。巖石呈淺肉紅色—灰白色，中細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀、片麻狀構(gòu)造，主要由斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英、黑云母組成。其中，黑云母含量一般為5%～10%，局部富集地段黑云母含量可達(dá)15%以上，呈片狀，片徑為0.5～0.8 mm；斜長(zhǎng)石含量約40%，以半自形為主，粒徑為1～2 mm，雙晶以鈉長(zhǎng)石雙晶為主，雙晶紋細(xì)密；鉀長(zhǎng)石含量約25%，以他形晶為主，格子雙晶發(fā)育；石英含量約20%，呈他形粒狀，粒徑為0.1～1.0 mm，多波狀消光；磷灰石、鋯石為粒狀自形晶，鋯石放射性暈發(fā)育。巖體蠕英結(jié)構(gòu)較發(fā)育，巖體內(nèi)部及邊緣發(fā)育強(qiáng)烈的面狀組構(gòu)，糜棱巖化作用強(qiáng)烈。巖體內(nèi)部多分布有丹鳳巖群變質(zhì)巖殘留體及定向展布的暗色閃長(zhǎng)質(zhì)包體[6]。

寬坪花崗巖體相變不明顯，以片麻狀構(gòu)造為主，部分地段可見(jiàn)似斑狀構(gòu)造，靠近地層附近，呈細(xì)粒狀二長(zhǎng)花崗巖。巖體中節(jié)理、裂隙發(fā)育，裂隙產(chǎn)狀與區(qū)域斷裂基本一致，走向110°～290°，沿裂隙可見(jiàn)后期穿插的長(zhǎng)英質(zhì)脈和花崗偉晶巖脈，巖脈多呈細(xì)脈狀、團(tuán)塊狀，其中偉晶巖脈以肉紅色微斜長(zhǎng)石花崗偉晶巖脈為主。通過(guò)對(duì)寬坪巖體進(jìn)行鋯石w(206U)/w(238U)測(cè)年，可知年齡為(442±2.9)Ma[7-8]，與張宗清[7]利用不一致線上交點(diǎn)獲得的(426± 59)Ma年齡值基本一致，是東秦嶺早古生代晚期形成的花崗巖體之一。

圖2 巖石分區(qū)R1-R2圖解

2.1.2 花崗偉晶巖脈

在寬坪花崗巖體內(nèi)部及其南北兩側(cè)地層中均見(jiàn)有不同規(guī)模的花崗偉晶巖脈出露，巖脈展布與巖體方向基本一致，受商丹斷裂構(gòu)造線控制，巖脈與圍巖界線清晰，未見(jiàn)明顯的烘烤邊和蝕變現(xiàn)象，脈體在走向上和傾向上連續(xù)性較好，巖脈長(zhǎng)度一般為數(shù)十米至上千米不等，最長(zhǎng)可達(dá)7 350 m，脈體寬度為數(shù)米到十幾米不等，最寬可達(dá)25.9 m。偉晶巖脈巖性以微斜長(zhǎng)石花崗偉晶巖、云英巖化微斜長(zhǎng)石花崗偉晶巖為主，見(jiàn)有少量的富石榴石微斜長(zhǎng)石偉晶巖，云英巖化富石榴石微斜長(zhǎng)石偉晶巖，硅化微斜長(zhǎng)石偉晶巖，高嶺土化微斜長(zhǎng)石偉晶巖，綠泥石化微斜長(zhǎng)石偉晶巖，綠泥石化、碳酸鹽化微斜長(zhǎng)石偉晶巖，硅化、綠泥石化微斜長(zhǎng)石偉晶巖以及碳酸鹽化微斜長(zhǎng)石偉晶巖。本研究雖然對(duì)該區(qū)花崗偉晶巖進(jìn)行了鋯石年齡測(cè)試，一方面由于該區(qū)偉晶巖中鋯石普遍遭受后期熱液交代作用，鋯石中往往含有較高的U及其他微量元素，給測(cè)年工作帶來(lái)了挑戰(zhàn)；另一方面，偉晶巖作為花崗巖質(zhì)巖漿的產(chǎn)物，在巖漿上升過(guò)程中往往捕獲老地殼中的鋯石(即捕獲鋯石)，故而最終未得到偉晶巖脈的真實(shí)年齡。偉晶巖脈在巖體南側(cè)較為發(fā)育，本研究在巖體南側(cè)的丹鳳縣資峪溝15 km范圍內(nèi)共圈出了20多條偉晶巖脈(圖3)。

2.2 巖體地球化學(xué)特征

寬坪巖體與資峪溝花崗偉晶巖脈的巖石化學(xué)成分測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

圖3 丹鳳縣資峪溝銣礦區(qū)地質(zhì)特征

由表1可知：寬坪花崗巖體與其附近的偉晶巖脈中Si含量相對(duì)較高，w(SiO2)>70%，屬硅過(guò)飽和巖石，巖體及其附近偉晶巖脈以富堿(w(Na2O+K2O) 為6%～11%)、鋁(w(Al2O3)>13.67%)，貧Fe(w(TFe2O3)為0.25%～1.03%，平均為0.49%)、Mg及Ti為主要特征。巖體中長(zhǎng)石w(K)/w(Na)為0.53，以斜長(zhǎng)石為主，含有一定量的鉀長(zhǎng)石，偉晶巖中w(K)/w(Na)大于1，說(shuō)明偉晶巖脈中的長(zhǎng)石礦物主要為含鉀(微斜)長(zhǎng)石。經(jīng)過(guò)計(jì)算，巖體σ(巖石堿度組合指數(shù))為1.79～3.15(<3.3)，表明寬坪巖體及偉晶巖均屬于鈣堿性花崗巖類巖石。

表1 寬坪花崗巖體及其主要類型花崗偉晶巖巖石化學(xué)成分

注：巖體為侵位于巖體中的偉晶巖；圍巖為侵位于地層中的偉晶巖。

結(jié)合巖體各類地質(zhì)數(shù)據(jù)，利用A/CNK-A/NK判別圖解(圖4)進(jìn)行了巖體劃分，除1件含綠泥石化、碳酸鹽化微斜長(zhǎng)石偉晶巖樣品外，巖體及偉晶巖脈的所有樣品均位于過(guò)鋁質(zhì)巖石范圍中，表明該區(qū)偉晶巖可能由過(guò)鋁質(zhì)巖漿結(jié)晶而來(lái)，與野外觀察結(jié)果較吻合。寬坪巖體以黑云母作為主要的富鋁礦物，偉晶巖中出現(xiàn)了往往指示過(guò)鋁質(zhì)巖漿成因的石榴石，兩者地球化學(xué)性質(zhì)一致，與典型的S型花崗巖具有相似特征。

圖4 巖體A/CNK-A/NK圖解

2.3 巖體構(gòu)造成因

對(duì)寬坪花崗巖體及其附近的偉晶巖進(jìn)行采樣分析，根據(jù)樣品微量元素分析結(jié)果，在微量元素R1-R2構(gòu)造環(huán)境判別圖上(圖5)，寬坪花崗巖體以及多數(shù)偉晶巖樣品均位于同碰撞至后造山范圍中，可見(jiàn)其形成的構(gòu)造環(huán)境主要為同碰撞造山環(huán)境，與典型S型花崗巖形成的構(gòu)造環(huán)境一致，但有若干樣品(花崗偉晶巖樣品)沿著非造山趨勢(shì)線分布，說(shuō)明寬坪巖體與多數(shù)偉晶巖同處于碰撞花崗巖范圍，部分偉晶巖脈屬非造山期巖漿分異后期的產(chǎn)物。

圖5 微量元素R1-R2構(gòu)造環(huán)境判別圖解

根據(jù)寬坪花崗巖體與偉晶巖的地球化學(xué)特征以及構(gòu)造環(huán)境判別圖(圖4)，并結(jié)合野外鉆探工作所反映出的地質(zhì)現(xiàn)象，本研究分析認(rèn)為寬坪花崗巖體與該區(qū)偉晶巖的形成與秦嶺造山帶的造山作用密不可分，其地球化學(xué)特征指示了該類巖體形成的構(gòu)造環(huán)境是以同碰撞環(huán)境為主但逐漸往非造山轉(zhuǎn)換，在成因上具有一定的繼承性。

3 成礦機(jī)理

3.1 寬坪花崗巖體及偉晶巖含礦性

通過(guò)對(duì)寬坪花崗巖體及其附近主要類型偉晶巖脈進(jìn)行微量元素分析(表2)，并利用巖石中稀有元素含量與中國(guó)花崗巖類巖石中的稀有元素平均含量進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)寬坪巖體內(nèi)含有一定量的稀有元素，其中Li、Be、Nb、Ta、Cs等含量略高于中國(guó)花崗巖類的平均含量，但受巖體成因、元素化學(xué)特征及成礦條件制約，以上元素在該區(qū)未形成明顯的富集區(qū)和礦化現(xiàn)象。偉晶巖脈的形成是巖漿后期含揮發(fā)分的巖漿沿一定的空間(商丹帶次級(jí)構(gòu)造)緩慢結(jié)晶而成，有足夠的成巖時(shí)間，使得某些元素發(fā)生了富集、沉淀[8]。寬坪花崗巖體附近的偉晶巖脈以含有豐富的微斜長(zhǎng)石為主要特征，后期雖有輕微的熱液蝕變，但蝕變較弱，發(fā)生于巖體局部地段，以云英巖化為主。表2中不同類型偉晶巖中的Rb含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于花崗巖體中的Rb含量，Nb、Ta含量也相對(duì)較高，具有明顯的富集現(xiàn)象，其他稀有元素含量總體較低。

表2 寬坪花崗巖體及其附近主要花崗偉晶巖稀有元素含量

3.2 含銣偉晶巖稀有元素礦化特征

東秦嶺商丹地區(qū)偉晶巖脈以富含微斜長(zhǎng)石(微斜(條紋)長(zhǎng)石)礦物為主要特征，未見(jiàn)強(qiáng)烈的后期巖漿熱液蝕變和交代作用，僅在局部地區(qū)出現(xiàn)較強(qiáng)的云英巖化現(xiàn)象，形成了以白云母和石英為主的礦物。通過(guò)前期研究，發(fā)現(xiàn)微斜長(zhǎng)石及后期云英巖化中白云母的形成，為巖脈內(nèi)Rb富集提供了可能，Rb以類質(zhì)同像形式替代含鉀礦物(微斜長(zhǎng)石+白云母)中的Ka進(jìn)入含鉀礦物中[8]。

為進(jìn)一步分析含礦偉晶巖礦石中的化學(xué)成分，了解礦石的元素富集及含礦性，本研究對(duì)該區(qū)不同類型的含礦偉晶巖采集了17件礦石樣品，對(duì)區(qū)內(nèi)常見(jiàn)的微斜長(zhǎng)石-微斜(條紋)長(zhǎng)石型花崗偉晶巖進(jìn)行了多元素分析和光譜半定量分析，結(jié)果分別見(jiàn)表3、表4。由表3、表4可知：礦石中稀有元素Rb含量相對(duì)富集，Rb2O含量均在《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊(cè)》中綜合回收伴生邊界品位指標(biāo)以上，部分樣品(14-16-22樣品)達(dá)到了綜合回收伴生工業(yè)品位指標(biāo)，w(Rb2O)為0.05%～0.21%，含量相對(duì)較高。

表3 花崗偉晶巖型銣礦石多元素分析 %

注：帶“*”成分單位為(×10-6)；Au、Ag單位為(×10-9)。

根據(jù)礦石光譜半定量分析結(jié)果(表4)，對(duì)微斜長(zhǎng)石-微斜(條紋)長(zhǎng)石花崗偉晶巖中檢測(cè)出的稀有元素銣、鋰的含量與礦石中的鉀、納含量進(jìn)行了對(duì)比分析，可知：氧化銣的富集與氧化鉀關(guān)系密切，在該類花崗偉晶巖型礦石中兩者具有明顯的正相關(guān)關(guān)系，與氧化鈉的關(guān)系不密切，氧化鋰在該類偉晶巖型礦石中的富集現(xiàn)象不明顯，與礦石中的鉀、納無(wú)明顯的相關(guān)性。

表4 花崗偉晶巖型銣礦石光譜半定量分析 %

4 結(jié) 論

(1)寬坪花崗巖體是加里東晚期淺源深位原地或半原地侵位的同構(gòu)造期花崗巖，屬擠壓環(huán)境下的主動(dòng)侵位形成的巖體。巖體附近形成的花崗偉晶巖脈與寬坪巖體具有一定的繼承性，是寬坪巖體巖漿后期熱液巖漿形成的產(chǎn)物。

(2)寬坪花崗巖體及其附近偉晶巖的含礦性與“我國(guó)三稀資源戰(zhàn)略調(diào)查研究”項(xiàng)目的相關(guān)研究成果[9-10]基本一致，稀有元素Li、Be、Ta、Nb、Rb主要與鈣堿性花崗巖有關(guān)，形成于褶皺造山系，屬陸內(nèi)擠壓環(huán)境的產(chǎn)物。

(3)寬坪花崗巖體附近形成的偉晶巖以微斜長(zhǎng)石-微斜(條紋)長(zhǎng)石花崗偉晶巖為主，其次為云英巖化花崗偉晶巖，少量的石榴石、硅化、綠泥石化及碳酸鹽化微斜長(zhǎng)石花崗偉晶巖等。巖脈中的稀有元素銣具有明顯的富集現(xiàn)象，氧化銣含量達(dá)到了綜合回收伴生的工業(yè)指標(biāo)，銣的富集與礦石中鉀的含量具有明顯的正相關(guān)性。礦石中的含鉀礦物以微斜長(zhǎng)石、白云母為主，為該地區(qū)尋找偉晶巖型銣礦提供了方向。