桂東北姑婆山花崗巖黑云母化學成分特征及其成礦意義*

2021-04-08 03:24:14韓文坤劉風雷

現代礦業 2021年2期

韓文坤劉風雷

（1.湖南省煤田地質局第六勘探隊；2.桂林理工大學地球科學學院；3.廣西隱伏金屬礦產勘查重點實驗室）

花崗質巖石是地殼的重要組成成分，地殼在形成演化過程中，不同地區、不同時期產生的花崗質巖漿活動各有特色。中生代時期，華南地區地質演化的一個最顯著特征是發育大量同時代的花崗巖和鎢錫等多金屬礦產，對這一時期巖漿活動的成因機制存在不同看法，多被認為與古太平洋板塊的俯沖及其效應（如板片后撤、斷離，弧后盆地等）［1-2］、巖石圈的擴張［3］、地幔深度的滑脫構造［4］有關。桂東北姑婆山—花山地區發育大面積中生代花崗巖，是華南中生代花崗巖的重要組成，這些花崗巖的形成與區域內分布的同時代鎢、錫等有色金屬礦產的形成具有密切聯系［5］。以往的研究主要針對姑婆山—花山花崗巖的巖性特征、結晶時代、源區特征、巖石成因、構造樣式、風化剝蝕機理、礦床分布特征、成礦機理和成礦特征來源等方面進行了深入研究，并取得了豐富成果［5-16］。然而，對姑婆山—花山花崗巖與鎢、錫多金屬成礦作用關系的研究仍顯薄弱，特別是缺少從花崗巖礦物學角度研究成礦作用的資料。黑云母礦物是花崗巖中最常見的暗色礦物，同時還是鎢、錫等成礦物質運移的載體，記錄了成礦物質運移和富集的規律，是研究花崗巖與成礦作用的一個重要對象。本文選擇以桂東北姑婆山花崗巖中的黑云母礦物為研究對象，對其進行化學組成分析，擬從花崗巖礦物學特征方面來探討姑婆山花崗巖的鎢、錫多金屬成礦作用。

1 地質背景

華南地區目前發現的較古老、較廣泛的花崗質巖漿活動為中元古代［17］。近年來的研究顯示，在華南夏板塊發現有大量新元古代早期的花崗質巖漿作用，被認為與Rodinia 超大陸的聚合有關［18-19］，新元古代中晚期的巖漿活動廣泛分布在揚子和華夏板塊，代表了Rodinia 超大陸裂解時在華南的記錄［20-21］。華南內陸還發育有大量早古生代花崗質巖漿活動，為廣西運動的產物，反映了華南陸內造山的信息［22-23］，或代表了“華南殘留洋”［24］。到了晚古生代—早中生代，華南存在大量該時期的巖漿作用記錄，這一時期的巖漿活動被認為與陸內造山、峨眉山地幔柱或古特提斯演化有關［25］。中生代中晚期華南發育強烈的花崗質巖漿活動。我國的西南地區還記錄有眾多新生代巖漿活動的信息［26］，暗示了青藏高原的隆升對這些地區造成了強烈影響。

桂東北在大地構造位置上位于揚子與華夏地塊的交接處。本文研究的姑婆山花崗巖為一復式巖體，出露總面積約678 km2，巖石類型主要由石英閃長巖、二長花崗巖和黑云母花崗巖等組成，主要包括姑婆山巖體、新路巖體和里松巖體（圖1），其主體時代形成于中生代，主要出露在富川—賀州—鐘山等地區的寒武系、泥盆系和石炭系中。寒武系厚度大于4 000 m，主體巖性為淺海相復理石砂頁巖建造；泥盆系厚度大于3 500 m，主要由硅質巖、碳酸鹽巖和陸相—濱海相紫紅色砂巖、灰黑色砂頁巖組成；石炭系厚度大于1 000 m，主要由白云巖、白云質灰巖、鈣質頁巖和灰黑色含燧石灰巖等巖石組成；寒武系與泥盆系呈角度不整合接觸，泥盆系和石炭系呈整合接觸。姑婆山地區發育的主要構造為沿獨山—新路—賀街一帶展布的姑婆山斷裂，其展布長度大于100 km，被該斷層切割的花崗巖破碎明顯，并發生硅化［27］。此外，在姑婆山花崗巖的相鄰地區還發育廣西期花崗巖，如大寧巖體；印支期花崗巖主要見于姑婆山西北側，如苗兒山花崗巖體。姑婆山花崗巖體地質見圖1。

本研究的樣品采自姑婆山復式巖體的南部和東部，巖性為黑云母花崗巖，主要礦物成分有斜長石（40%）、石英（50%）和黑云母（10%），副礦物主要有磷灰石、鋯石、磁鐵礦等。

2 黑云母成分特征

黑云母礦物的電子探針分析測試于廣西隱伏金屬礦產勘查重點實驗室完成，分析儀器為牛津儀器生產的JXA-8230 型電子探針，分析測試條件為加速電壓15 kV，電流30 nA，束斑直徑1 μm。

黑云母的Fe3+和Fe2+計算方法參考文獻［28］，結構式以22個氧原子為單位計算其陽離子數和有關參數（表1）?？傮w看來，黑云母具有富鐵、鋁，貧鎂、鈉、鈣的特點，屬于高鐵黑云母（圖2），其FeOT 含量為24.49%～35.74%，Al2O3含量為11.06%～14.54%，MgO含量為0.12%～5.84%，Na2O 含量為0.05%～0.15%，低的CaO 含量（主要為0.04%～0.10%）、Mg/（Fe2++Mg）比值（0.01～0.30），高的Fe2+/（Fe2++Mg）比值（0.70～0.99），暗示后期蝕變作用對黑云母化學成分的影響小，總體與原生黑云母特征相似［29］。

注：IFe=Fe2+/（Fe2++Mg），IMg=Mg/（Fe2++Mg）。

3 黑云母結晶物理化學條件

黑云母的結晶溫度依據文獻［30］提出的公式進行計算T={［ln（Ti）-a-c（IMg）3］/b}1/3，式中，a=-2.359 4，b=4.648 2×10-9，c=-1.728 3，其它參數見表1。通過上述公式計算可知，姑婆山花崗巖黑云母的結晶溫度主要為568～657 ℃，平均值為600 ℃（表1）。

在黑云母的Fe3+-Fe2+-Mg2+圖解（圖3）中，姑婆山花崗巖中黑云母數據點主要投在了Ni-NiO緩沖線上或附近，暗示其結晶于低氧逸度環境中，部分黑云母具有高的六配位鋁（AlVI=0.72～0.90），同樣表明其形成于低氧逸度環境。

利用文獻［31］提出的黑云母固結壓力P的計算公式：P（×100 MPa）=3.03×TAl-6.53（±0.33）。式中，TAl 為以22 個氧原子為單位計算的鋁陽離子總數，可以估算黑云母的結晶壓力主要集中在137～227 MPa，平均為189 MPa，在此基礎上，結晶深度利用公式P=ρ×g×H進行計算（ρ=2 700 kg/m3，g=9.8m/s2），計算結果顯示黑云母結晶深度主要在5.18～8.56 km，平均深度為7.16 km（表1）。

4 成礦意義

鎢錫礦床的形成多與花崗質巖漿作用有關，已有的研究顯示，華南板塊內部呈NE 向展布的欽州—杭州成礦帶（簡稱“欽杭成礦帶”）上分布的鎢錫鉛鋅等多金屬礦床的成礦作用均與同時代的花崗質巖漿作用有關，如桂東北花山鎢錫多金屬礦床的形成與花山花崗巖的形成有關［32］，湘東錫田鎢錫多金屬礦床的形成與同時代的錫田花崗巖的形成密切相關［33］，湖南柿竹園超大型鎢錫礦床的成礦作用與同時代的花崗質巖漿作用密切相關（如千里山花崗巖）［34］，湘南芙蓉超大型錫礦床的產生與騎田嶺花崗巖的形成有關［35］。

具有層狀結構的黑云母作為花崗巖類中含量最高的暗色礦物，其形成條件和特征對研究與之相伴生礦床的礦化特征和成礦規律具有良好的指示作用。通常情況下，鎢錫礦化的黑云母一般具有高的含鐵指數（IFe＞0.52）［36］，姑婆山花崗巖黑云母的IFe均大于0.7（表1），表明其利于鎢錫礦的形成；錫在低氧逸度環境中易于進入流體相，此條件下產生的花崗巖往往有利于鎢錫的礦化和聚集［37］，姑婆山花崗巖黑云母樣品點主要落在了Ni-NiO 緩沖線上或附近，表明其具有低的氧逸度（圖3），暗示其利于鎢錫礦床的形成；錫在高溫還原環境下親鐵性強，其含量通常隨結晶溫度的增加而提高［38］，前文的討論表明姑婆山花崗巖黑云母具有較高的結晶溫度，平均溫度接近600oC（表1），其較高的結晶溫度有利于鎢錫元素的聚集；前人對姑婆山花崗巖的元素地球化學研究資料表明，其具有較高的SiO2含量，明顯富集Th、U元素，遠高于高熱花崗巖的Th、U 含量，此外，其微量元素的配分模式表現出明顯的負Eu 異常，強烈虧損Ba、Sr、P、Ti［7］，表明姑婆山花崗巖在成巖過程中其源區發生了強烈的結晶分異，這些地球化學特征是錫成礦的有利條件，也是富錫花崗巖的一般特征［33］；在黑云母Mg2+-（Al3++Fe3++Ti4+）-（Fe2++Mn2+）的圖解（圖4）上，黑云母樣品點都落入了含錫鎢稀土花崗巖中的鐵質黑云母界線內，亦暗示其具有良好的鎢錫成礦性［32］。整體看來，姑婆山花崗巖顯示出良好的錫成礦性，花崗巖本身可能是區域上鎢錫礦床成礦物質的來源之一，同時，花崗質巖漿作用致使成礦流體聚集在有利的部位（如斷裂構造、褶皺的核部等）而富集成礦，最終形成區域上的鎢錫礦床。

地球在近46 億a 的漫長演化歷史中，至少經歷了3 次超大陸聚合，即Nuna/Columbia 超大陸（2 100～1 500 Ma）、Rodinia 超大陸（1 050～750 Ma）和Pangaea超大陸（350～165 Ma）［18，39］。每一次超大陸的聚合或裂解都會伴隨一系列重要的地質作用，如大量的巖漿活動、強烈的變質變形作用、大規模的沉積作用以及廣泛的成礦作用等等。因此，在討論成礦作用時，需結合區域構造背景來分析；在研究成礦機制時，需要結合地殼演化的動力學機制來討論。前人的研究表明，姑婆山花崗巖主體形成時代為中生代［12］，此外，“欽杭成礦帶”內的多金屬礦床的形成時代以及相應的花崗質巖漿活動的時代均主要集中在中生代（165～130 Ma）［33-34］，同時在華南地區發育有大量北東向的構造線，這些證據表明中生代（190～160 Ma）是華南板塊由古特提斯構造域向古太平洋構造域轉變的主要時期［32，40］，此后，華南板塊的構造演化主要受控于古太平洋板塊的演化，古太平洋板塊的俯沖作用導致華南內陸地區發育大量中生代巖漿巖、盆地構造和NE 向構造線，因而華南中生代中晚期巖漿作用和成礦作用的動力學機制可能主要與古太平洋板塊的俯沖作用有關，桂東北姑婆山花崗巖及其鎢錫金屬礦床正是在這樣一種動力學機制下形成的。

5 結論