贛南高陂花崗斑巖地球化學、年代學特征及其對成礦作用的啟示

摘要：高陂酸性巖脈出露于贛南于山成礦帶中部，侵入于前寒武紀變質巖地層，巖石類型主要為花崗斑巖.為研究贛南高陂礦區巖漿巖侵位時代、巖石成因及與成礦的關系，本文對高陂花崗斑巖進行了巖相學、地球化學、鋯石U Pb年代學和Hf同位素等測試分析.結果表明：高陂花崗斑巖具有高硅（w （SiO２）平均為７４．５３％）、高鉀（w （K２O）平均為４．３４％）、富鋁（w （Al２O３）平均為１５．３６％）的特征，鋁飽和指數A/CNK值多數介于１．２５～２．８７之間，主要屬高鉀鈣堿性系列或鉀玄巖系列花崗巖;具有較低的Nb/Ta、Zr/Hf值，輕重稀土元素分餾不明顯，具明顯的Eu負異常及高分異花崗巖特征.利用LA ICP MS進行鋯石U Pb測年，獲得諧和年齡為（１３５．７３±０．４６）Ma（MSWD＝１．７），加權平均年齡為（１３５．６２±０．９２）Ma （MSWD＝０．２７），諧和年齡與加權平均年齡在誤差范圍內高度一致，表明高陂花崗斑巖侵位于早白堊世.鋯石Hf同位素分析結果顯示：１７６Hf/１７７Hf值為０．２８２３２２～０．２８２４５０，εHf（t）＝－１３．３～－８．５，二階段模式年齡TDM２變化于２．０３～１．７３Ga之間，推斷高陂花崗斑巖可能主要來源于元古宙地殼物質的熔融.野外調查發現，礦區圍巖經歷了強烈的泥化、黃鐵絹英巖化、硅化等熱液蝕變，呈面型分布，驗證鉆孔揭露了網脈狀輝鉬礦化，由此推測深部具有尋找斑巖型鉬礦的潛力.

關鍵詞：地球化學;鋯石U Pb年齡;Hf同位素;花崗斑巖;成礦作用;斑巖型鉬礦;贛南

doi：１０．１３２７８/j．cnki．jjuese．２０２１０２３４ 中圖分類號：P５９７．３ 文獻標志碼：A

０ 引言

贛南地區位于華南板塊東部之華夏板塊內，南側為南嶺成礦帶，東側為武夷山成礦帶，是國內外著名的有色稀有金屬礦集區[１３].印支期至燕山期，受古太平洋板塊俯沖的影響，華南內陸巖石圈發生伸展垮塌作用[４]，淺表形成類似于北美西部的盆嶺區，深部減壓熔融并重結晶形成大面積中酸性花崗巖，與金屬礦化關系密切[５].通過統計成礦花崗巖體侵入時代，一般認為華南中生代成礦作用可能存在３個階段，即中—晚三疊世（２４０～２１０Ma）、晚侏羅世（１７０～１５０Ma）和早—中白堊世（１３０～９０ Ma），后兩個階段成礦作用更強[１，６７].其中，早—中白堊世巖漿作用與中—晚三疊世、晚侏羅世具有明顯的不同，空間上主要分布在贛江斷裂以東的武夷山至東南沿海地區，火山巖明顯增多，具有以長英質巖漿巖為主的陸緣弧型巖漿作用特征[８]，主要與斑巖型Sn、Cu、Mo等礦床（如紅山銅礦、巖背錫礦、銅坑嶂鉬礦等）形成關系密切.贛南早白堊世火山巖主要為安遠至尋烏一帶的雞籠嶂組、版石組，以流紋質熔結凝灰巖、流紋巖為主，主要分布在巖背、版石、尋烏等拉張盆地內，噴發時間介于１４６～１２６ Ma 之間[９].前人對該時期花崗巖地球化學特征和巖石成因方面也開展了一定的研究，但是一直難以對高分異S型花崗巖和鋁質A 型花崗巖進行區分[１０]，多認為其形成于太平洋板塊俯沖作用導致的伸展構造背景下[１１１２].贛南于山成礦帶位于華南中部、武夷山成礦帶西側，為一北北東向巖漿隆起帶，高陂花崗斑巖脈即分布于該成礦帶中部.前人對帶內成礦巖漿巖進行了大量研究，認為主要為晚侏羅世中酸性花崗巖（如江背、巖前、高山角、井頭等巖體）[１３１５].于山成礦帶礦種、成礦類型等較為豐富，包括興國畫眉坳鎢多金屬、于都銀坑金銀多金屬、盤古山鎢多金屬等多個礦集區，對研究燕山期巖石圈殼幔演化及成礦大爆發意義重大.在中國地質調查局整裝勘查項目實施期間[１６]，通過野外地質調查工作，在于都高陂地區發現了早白堊世花崗斑巖脈，地表變質巖圍巖泥化、黃鐵絹英巖化等面型蝕變強烈，并有銀鉛鋅薄脈型礦化，且鉆孔施工發現深部存在網脈狀斑巖型鉬礦化，由此認為高陂礦區有較大成礦潛力和進一步研究價值.本文利用巖相學、地球化學、鋯石U Pb年代學以及Hf同位素等分析手段，進一步討論早—中白堊世花崗巖漿特征及成因，并從成礦巖漿巖入手探討礦區深部成礦潛力.

１ 地質背景及巖相學

贛南地區位于南嶺與武夷山構造巖漿成礦帶的交接復合部位，自西向東劃分為諸廣山、于山和武夷山西坡３條北北東向展布的成礦亞帶.區內經歷了加里東期、印支期和燕山期等多次重要的構造事件，形成了大面積花崗巖和火山巖[８]（圖１）.燕山期的陸內改造以及陸緣弧構造背景促進了區內巖漿成礦作用大爆發，孕育了數百處有色稀有金屬礦產[３].區域出露地層主要為青白口系—寒武系淺變質巖、泥盆系—二疊系海相沉積巖和中生代陸相碎屑巖（局部有火山巖），各地層之間為角度不整合接觸.構造帶以北北東向、北東向構造為主，東西向、北西向、南北向構造相互交織，褶皺、斷裂、推覆構造、斷陷盆地等構造類型發育[１８１９].

高陂地區出露地層主要為南華系上施組上段、沙壩黃組，震旦系壩里組和第四系沖洪積物（圖２），前寒武系地層單元之間為整合接觸.上施組出露于研究區西部，巖性組合為變質粉砂巖、絹云板巖、變質沉凝灰巖等;沙壩黃組廣泛分布于中部，為變質中細粒長石石英雜砂巖、變質含礫砂巖等巖性組合;壩里組少量出露于東南端，巖性主要為變質巖屑石英砂巖.巖石普遍經歷了低綠片巖化區域變質作用.中部見３條花崗斑巖脈，呈脈狀出露（圖３a），脈寬５～３０m 不等，走向為６５°～８０°，巖脈與圍巖界線清晰，明顯受北東向構造控制.

花崗斑巖（圖３b、c）為斑狀結構，基質微晶結構;斑晶主要為石英（１５％）、鉀長石（１３％）、斜長石（２％）.石英斑晶大小不等，多介于０．１～０．７５mm之間，有的呈聚晶;鉀長石呈柱狀，較自形（圖３d、e）;斜長石斑晶被絹云母交代呈柱狀假象，大小為０．５０～１．００mm.基質為長英質，顆粒中包含長石微晶;蝕變礦物絹云母交代斜長石，或在基質中分布;基質局部可見輝鉬礦、黃鐵礦等金屬礦物（圖３f），呈星點狀或細脈狀.另有石英脈穿切巖石，脈中有絹云母集合體充填于石英粒間.

２ 樣品采集和分析測試方法

本次研究對高陂礦區花崗斑巖采集了８個巖石地球化學樣品（H１—H８）、１ 個鋯石定年樣品（TW１），采樣點位于巖脈不同位置，盡量避開蝕變區，采集未風化的基巖樣品.采樣位置見圖２.

２．１ 主微量元素分析

硅酸鹽全分析在北京燕都中實測試技術有限公司完成.測試流程如下：將巖石粉碎粗碎至厘米級的塊體，選取無蝕變及脈體穿插的新鮮樣品用純化水沖洗干凈，烘干并粉碎至２００目以備測試使用.主量元素測試首先將粉末樣品稱量后加Li２B４O７（１∶８）助熔劑混合，并使用融樣機加熱至１１５０°C使其在金鉑坩堝中熔融成均一玻璃片體，后使用XRF（Zetium，PANalytical）測試.測試結果保證數據誤差小于１％.微量元素測試將２００目粉末樣品稱量之后放入聚四氟乙烯溶樣罐，并加入HF ＋HNO３，在干燥箱中將高壓消解罐保持在１９０°C溫度７２h，后取出經過趕酸并將溶液定容為稀溶液上機測試.測試使用ICP MS（M９０，analytikjena）完成，所測數據根據監控標樣GSR ２顯示誤差小于５％，部分揮發性元素及極低含量元素的分析誤差小于１０％.

２．２ LA ICP MS鋯石測年

本次鋯石U Pb同位素定年由北京燕都中實測試技術有限公司測試，利用LA ICP MS分析完成.激光剝蝕系統為New WaveUP２１３，ICPMS為布魯克M９０.激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為補償氣以調節靈敏度，二者在進入ICP之前通過一個Y 型接頭混合.每個時間分辨分析數據包括２０～３０s的空白信號和５０s的樣品信號.對分析數據的離線處理（包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U ThPb 同位素比值和年齡計算）采用軟件ICPMSDataCal[２０]完成.詳細的儀器操作條件和數據處理方法同文獻[２０ ２２].本次測試剝蝕直徑根據實際情況選擇３０μm.

２．３ Hf同位素分析

鋯石原位Lu Hf同位素由北京燕都中實測試技術有限公司測試，利用美國熱電NeptureＧplusMC ICP MS與NewWaveUP２１３激光燒蝕進樣系統完成測試.測試步驟與校準方法類似于文獻[２３].鋯石剝蝕使用頻率為８Hz，能量為１６J/cm２的激光剝蝕３１s，剝蝕出直徑約３０μm 的剝蝕坑.測試時，由于鋯石中的１７６Lu/１７７Hf值極其低（一般小于０．００２），１７６Lu對１７６Hf的同位素干擾可以忽略不計.每個測試點的１７３Yb/１７２Yb平均值用于計算Yb的分餾系數，然后再扣除１７６Yb對１７６Hf的同質異位素干擾，１７３Yb/１７２Yb的同位素比值為１．３５２７４.

３ 分析結果

３．１ 主量元素特征

高陂各花崗斑巖脈具有相似的主量元素特征，且變化范圍窄.SiO２ 質量分數較高，變化于７０．８５％～７８．３６％之間，平均為７４．５３％，屬酸性巖類;具高質量分數的Al２O３，介于１３．２５％～１９．５０％之間，平均為１５．３６％.巖石K２O 質量分數變化大，為０．６７％～６．５０％，平均為４．３４％，總體質量分數較高;Na２O 質量分數較低，其中２個樣品質量分數小于０．０１％，平均為０．６６％.全堿質量分數為０．６７％～８．７３％，平均為４．９９％.除２件Na２O 質量分數過低的樣品外，鋁飽和指數A/CNK值多數介于１．２５～２．８７之間，為過鋁質花崗巖;K２O/Na２O 值變化于２．６５～７６．２５之間，平均為３９．０２，鉀富集明顯（表１）.

在w （K２O ＋Na２O）w （SiO２）圖解（圖４a）上，樣品投點落入花崗巖區，２個樣品因極低Na２O 和K２O 質量分數而投點靠近于硅英巖，可能與巖石的硅化、絹云化蝕變有關（圖３e），室內礦物學定名與TAS巖石圖解（圖４a）的樣品投影基本相符.在w （K２O）w （SiO２）圖解（圖４b）上，花崗巖樣品投點主要落入高鉀鈣堿性系列和鉀玄巖系列范圍內，個別樣品落入鈣堿性系列與低鉀（拉斑）系列，可能是巖石遭受后期熱液蝕變作用造成的，鉀長石易被交代形成石英和絹云母等，使得巖石K２O 和Na２O質量分數降低.

３．２ 微量元素特征

對高陂礦區花崗斑巖８個樣品稀土元素進行球粒隕石標準化，稀土配分圖呈“海鷗式”，總體呈平緩型，右傾不明顯（圖５a）.稀土總量不高，w （ΣREE）介于（２６．１５～１１２．２４）×１０－６之間，平均為５７．４１×１０－６，ΣLREE 為（１１．４３～８９．３２）×１０－６，平均為３８．５３×１０－６;LREE/HREE 為０．５９～３．９０，平均為１．９３，（La/Yb）N值為０．４１～２．９８，平均為１．４２，輕稀土富集不明顯，輕重稀土分餾不明顯.具明顯的Eu負異常，δEu變化范圍為０．１０～０．２７，平均為０．１６，暗示初始巖漿形成時發生了明顯的斜長石分離結晶作用或源區有斜長石的殘留.高陂花崗斑巖稀土元素質量分數整體較低，輕重稀土比值較小，具有明顯的Eu負異常，為典型高分異花崗巖特征[１０].在微量元素原始地幔標準化蛛網圖（圖５b）上，８個花崗巖樣品的曲線形態較為一致，且都以富集Rb、Th、U、Pb和虧損Ba、Sr、P和Ti為主要特征.暗示巖漿結晶過程中磷灰石、斜長石及含Ti礦物（金紅石、角閃石等）發生了明顯的分離結晶作用.巖石Nb/Ta值位于９．３５～１０．５２之間，平均為９．９３;Zr/Hf值位于１９．５９～２３．１５之間，平均為２１．３０;均明顯低于大陸地殼平均值（Nb/Ta＝１１，Zr/Hf＝３３），說明高陂花崗巖漿可能為地殼物質熔融形成，在上升侵位過程中發生了明顯的結晶分異和后期的流體交代作用[２８２９].同時，樣品的輕稀土元素和Cs、Rb、U 等部分大離子親石元素的質量分數也存在明顯變化，進一步說明花崗斑巖受到后期蝕變作用或流體交代的影響.

３．３ 鋯石U Pb年代學

高陂花崗斑巖中鋯石多呈灰白色至灰黑色，形態多為短柱狀，少量長柱狀（圖６）.大部分鋯石的長度在６０～１２０μm 之間，長寬比為１∶１～２∶１，多數鋯石內可見典型震蕩環帶結構，具有巖漿成因鋯石特征.鋯石w （U）為２２１×１０－６～７９５２×１０－６，w （Th）為１５８×１０－６ ～２２６６×１０－６，Th/U 值為０．１７～１．８０，平均為０．４７，也顯示巖漿成因鋯石特征[３０];當U 和Th質量分數較高時，對應的鋯石陰極發光圖像越暗. 本次對樣品TW１中的２９顆鋯石進行了UPb年齡測定，分析結果見表２.將測得的鋯石LAICP MS年齡數據投影到２０６Pb/２３８U ２０７Pb/２３５U圖（圖７）中，獲得主要諧和年齡為（１３５．７３±０．４６）Ma（MSWD＝１．７）.通過鋯石內部的２０６Pb/２３８U 進行年齡計算，２２顆鋯石年齡值均位于（１３５±４）～（１３８±２）Ma之間，其中９個樣品靠近諧和線，但存在一定的普通鉛，這里僅對諧和線上的１３個測年結果進行了加權平均年齡計算，結果為（１３５．６２±０．９２）Ma（MSWD＝０．２７），諧和年齡與加權平均年齡在誤差范圍內高度一致.此外，測點９、１０、１８和２５的年齡值分別為３５４、１５３、３５９ 和７６９ Ma，可能為巖漿捕獲的圍巖鋯石，代表３次更早的構造熱事件;測點１、２０ 和３０ 的年齡值分別為１２１、１３１ 和１２８Ma，可能是源于后期的熱蝕變，導致Pb的丟失.

３．４ Hf同位素特征

針對高陂早白堊世花崗斑巖樣品TW１，選擇１５個U Pb諧和年齡較好鋯石，在同一測點位置進行Hf同位素分析，結果（表３）顯示，１７６Yb/１７７Hf值范圍為０．０４８ ０２６ ～ ０．３６１ ２５０，平均為０．１６２５９３;１７６ Lu/１７７ Hf 值范圍為０．００１ ２０６～０．００８９５１，平均為０．００３９４２;所有測點的１７６Hf/１７７Hf值較為集中，分布范圍為０．２８２ ３２２～０．２８２４５０，平均為０．２８２３８２;對應的εHf（t）變化范圍為－１３．３～－８．５，平均為－１１．２;根據鋯石U Pb年齡計算的二階段模式年齡TDM２ 變化于２．０３～１．７３Ga之間（圖８）.

４ 討論

４．１ 形成時代

本次獲得的花崗斑巖樣品鋯石２０６Pb/２３８U 年齡加權平均值為（１３５．６２±０．９２）Ma，可以代表高陂花崗巖的結晶年齡，屬早白堊世.針對于山成礦帶內花崗巖，前人做過大量的年代學研究，趙正等[３２]測得江背巖基黑云母花崗巖結晶年齡約為１６０Ma，曾載淋[１７]測得銀坑花崗閃長巖年齡為１６０ Ma，賀根文等[３３]獲得獅吼山花崗巖年齡為１６２ Ma，指示于山地區主要的巖漿活動時間應為中侏羅世，可以將該時期稱為“于山活動幕”.但是，在東部的武夷山成礦帶內，銅坑嶂花崗斑巖結晶年齡約為１３８Ma[３４]，密坑山花崗巖侵入年齡為１３６ Ma[３５]，早白堊世巖漿活動很強烈，說明燕山期巖漿活動范圍從西向東進行了遷移[３６]，該時期可以稱為“武夷活動幕”.于山與武夷活動幕均具有較為強烈的巖漿活動，從巖石組合特征可看出兩者形成于不同構造背景.前者與深部巖石圈伸展和盆嶺構造作用有關，形成大面積殼源重熔型花崗巖;后者與陸緣弧或弧后伸展構造作用有關，形成武夷山地區北北東向的長英質火山巖帶[４，１１，３７３８].依據花崗斑巖活動年齡，認為高陂地區巖漿作用屬于“武夷活動幕”，其成礦作用特征可能與武夷山成礦帶典型礦床更為相似.

４．２ 巖石成因及巖漿源區特征

高陂花崗斑巖形成于強過鋁質巖漿巖，鋁飽和指數A/CNK值多數介于１．２５～２．８７之間，同時具有較低的Nb/Ta、Zr/Hf值，接近或低于大陸地殼平均值，暗示該花崗巖為地殼物質部分熔融形成[３９].高陂花崗斑巖中暗色礦物含量極低，虧損Ba、Sr、P和Ti等微量元素，具有明顯的Eu負異常及四分組效益，證明花崗巖漿在上升侵位過程中經歷了強烈的結晶分異，屬于高程度分異花崗巖[１０].鋯石具有較高的封閉溫度，且有極低的１７６Lu/１７７Hf值，其１７６Hf/１７７Hf值可以代表該鋯石形成時的比值，從而為討論巖漿源區和成因提供依據[４０４２].前人曾利用Hf同位素對贛南地區部分花崗巖進行過成因研究，認為主要起源于元古宙或太古宙地殼物質的部分熔融[１５，４３].本次高陂花崗斑巖鋯石Hf同位素具有較低的εHf（t）值（－１３．３～－８．５），二階段模式年齡（２．０３～１．７３Ga）遠大于其結晶年齡，推斷其主要來源于深部元古宙地殼物質的熔融，與前人研究結果較為一致.在南嶺東段，地表出露了大面積的元古宙變質巖，原巖以沉積巖、沉火山碎屑巖為主.于津海等[４４４５]在閩西南桃溪巖組內發現了來源于下地殼的麻粒巖，內含新太古代—古元古代物質，可能是高陂地區早白堊世過鋁質花崗巖的源巖.

４．３ 成礦作用分析

贛南地區位于南嶺和武夷山兩大重要成礦帶交接部位，具有得天獨厚的成礦優勢，發現了一大批中大型鎢錫多金屬礦床.區內礦床形成主要與燕山期巖漿熱液作用有關，常分布于高分異花崗巖頂部或突起部位，尤其是隱伏花崗巖或小型巖株附近.通過遙感影像的解譯，發現高陂地區存在明顯的環形構造，表現為局部圓環狀弱航磁異常，由此推測深部存在隱伏花崗巖體[４６４７]，對尋找巖漿熱液型礦床較為有利.在高陂鄰區，主要存在２個系列的熱液成礦作用，一是銀坑地區的銀金多金屬礦床，另一是畫眉坳地區的鎢多金屬礦床，但二者與成礦相關的花崗巖侵入時代均為中侏羅世[４８]，均富集輕稀土，與高陂花崗斑巖地球化學特征差異較大.本次高陂花崗斑巖測試年齡與武夷山成礦帶內銅坑嶂斑巖型鉬礦、巖背大型斑巖型錫礦床成礦斑巖年齡較為一致，地球化學特征也較為相似，稀土配分曲線均具有明顯的四分組效益[１２，３５]，由此認為高陂地區深部花崗（斑）巖體可能具有成Mo或Sn礦的潛力.另外，筆者在野外調查期間，發現圍巖經歷了強烈的泥化、黃鐵絹英巖化、硅化等熱液蝕變，呈面型分布，蝕變類型與斑巖型礦床較為相似;并在多條斷層或裂隙帶內分析出Cu、Pb、Zn、Ag等成礦元素，進一步說明深部花崗（斑）巖在侵位過程中分異了大量的含礦流體.在此認識基礎上，贛南地質調查大隊在高陂施工了驗證鉆孔ZK００４，孔深４２６．１４m（圖９）.全孔見強烈的黃鐵絹英巖化、硅化等蝕變，偶見鉀化、螢石化和碳酸鹽化;自孔深１６１．２８m 以下，斷續見輝鉬礦化，產于石英細脈、微細脈或裂隙帶內.礦化強度隨深度逐漸增強，由細脈狀礦化轉為網脈狀礦化，輝鉬礦礦石顆粒逐漸變粗，呈薄膜狀、團塊狀、微細浸染狀等多種形式產出.圈定主要礦（化）體５ 段（V１—V５），其中，V４位于孔深３７９．６４～４１０．８３m 處，輝鉬礦化最好，見網脈狀石英輝鉬礦化，樣長３１．１９m，平均品位０．０６２％，單樣最高品位０．２３２％.進一步證實高陂地區深部具有尋找斑巖型鉬礦的潛力.

５ 結論

１）高陂花崗斑巖的LA ICP MS鋯石U Pb定年所獲得的諧和年齡為（１３５．７３±０．４６）Ma（MSWD＝１．７），加權平均年齡為（１３５．６２±０．９２）Ma（MSWD＝０．２７），諧和年齡與加權平均年齡在誤差范圍內高度一致，表明高陂花崗斑巖侵入時間為早白堊世.

２）高陂花崗斑巖在地球化學上具有高硅、高鉀、富鋁的特征，且具有較低的Nb/Ta、Zr/Hf值，具明顯的Eu負異常，反映其高分異的特征;而鋯石Hf同位素組成較為富集，具有較低的εHf（t）值（－１３．３～－８．５）和古老的二階段模式年齡（TDM２ 為２．０３～１．７３Ga），進而表明高陂花崗斑巖可能是元古宙地殼物質的熔融，并經歷高程度分異演化的產物.

３）高陂花崗斑巖在侵位年齡、地球化學特征上與武夷山地區成礦斑巖較為相似，圍巖蝕變以強烈的泥化、黃鐵絹英巖化、硅化等面型熱液蝕變為主，且驗證鉆孔已揭露出網脈狀輝鉬礦化的存在，表明該研究區深部具有尋找斑巖型鉬礦的較大潛力.

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