南嶺地區(qū)中-酸性花崗巖成礦專屬性信息模型研究——以熱液型鈾礦、鎢錫礦為例

黃宏業(yè), 秦其明

(1.中國核工業(yè) 230研究所,湖南 長沙 410011;2.北京大學遙感與地理信息系統(tǒng)研究所,北京 100871)

南嶺地區(qū)中-酸性花崗巖成礦專屬性信息模型研究
——以熱液型鈾礦、鎢錫礦為例

黃宏業(yè)1, 秦其明2

(1.中國核工業(yè) 230研究所,湖南 長沙 410011;2.北京大學遙感與地理信息系統(tǒng)研究所,北京 100871)

以南嶺巖體分析數據,根據花崗巖熱液成礦原理,初步提出成礦專屬性因子團指標體系,利用遙感信息模型原理,建立產鈾、產鎢錫成礦專屬性信息模型。在建立成礦專屬性信息模型過程中,根據花崗巖熱液成礦過程中巖石元素的地球化學行為和在巖漿演化中的行為,將成礦專屬性影響因子大致分為不同功能因子團,然后利用各種統(tǒng)計分析模型,初步分析了一些因子團之間的空間及內在關系,據此對因子團進行了組合篩選,使其更符合地質成礦機理和地球化學原理。在以上基礎上,建立了成礦專屬性判別標準,對待判巖體進行了預測,結果與實際地質情況基本相吻合,同時也提出了模型在地質成礦研究中的實際作用,這些都表明所建立的成礦專屬性信息模型具客觀性和操作性,實現(xiàn)了對成礦專屬性的定量化評價,為進一步判別成礦巖體提供了科學依據。

成礦專屬性;遙感信息模型;鈾礦;鎢錫礦;南嶺地區(qū)

巖漿巖的成礦專屬性以及巖體的含礦性評價,它既有理論意義,又有實際意義,是當前地球化學找礦中經常遇到的問題,并愈來愈引起廣大地質、地球化學工作者的重視。南嶺地區(qū)與中 -酸性侵入體有關的礦產種類很多,巖體與礦床之間存在著比較復雜的成因關系和空間聯(lián)系。關于成礦專屬性研究主要集中在以下三個方面:巖石地球化學判別標志、礦物學標志和評價因子統(tǒng)計分析方法。前人的工作為花崗巖成礦專屬性的研究打下了一定的基礎,有助于問題的深化,但是前人的研究多是從巖石地球化學、礦物成分以及構造地質背景等方面綜合考慮 (聞廣,1981;胡受奚等,1979;張安棣等,1980;陳大經,1980;岳書倉等,1999;汪雄武等,2001;程啟芬等,1987;馮維恒,1988;趙玉琛,1994;湯中清,1995;林寶增,2001),結論多是描述性的,定性的。筆者借鑒遙感信息模型建模思路來分析成礦專屬性,用量綱分析方法找出地質成礦相似準則,再進行計算得到成礦專屬性信息模型 (馬藹乃,2000)。在解決成礦專屬性信息模型方面的問題,此方法具有概念分析建模和根據經驗建立回歸模型兩類方法的優(yōu)點,具有前瞻性和可靠性。

1 工作區(qū)概況

南嶺地區(qū)花崗巖分布的地區(qū)包括湖南、廣西、廣東、江西等省區(qū),但大部分位于湖南省境內及其周邊的地帶。研究區(qū)主要位于華南腹地湘中南及贛南、粵北一帶的花崗巖。研究區(qū)的大致界限是北緯 24°20′～28°10′,東經 110°～115°。

研究區(qū)的花崗巖體主要有以下三大類:(1)產鈾巖體:諸廣山巖體、貴東巖體、九嶷山巖體、苗兒山巖體;(2)產鎢錫巖體:千里山巖體、騎田嶺巖體、大吉山巖體、西華山巖體;(3)待判巖體:主要有湘中南的白馬山巖體、關帝廟巖體、瓦屋塘巖體、陽明山巖體、溈山巖體、大東山巖體、花山 -姑婆山巖體和丫江橋巖體。選擇的產鈾、產鎢錫巖體都是非常有代表性的,各巖體的分布見圖 1。

2 各類花崗巖巖石化學特征簡述

從表 1常量元素看,產鈾巖體相比產鎢錫巖體有以下特征:(1)產鈾巖體鋁過飽和,Al2O3的平均含量通常為 13%～14%,ACNK值平均 1.16,大于產鎢錫巖 ACNK值,這是由于產鈾巖體巖石中Al2O3高,Ca含量低。同樣原因產鎢錫巖體 D I,ANK,(Na2O+K2O)/CaO較大。這表明巖漿分異演化的越徹底,酸性程度愈高;(2)產鈾巖體較產鎢錫巖體全堿含量 (K2O+Na2O)偏低,堿度率指數

圖1 研究區(qū)的花崗巖分布圖Fig.1 D istribution of the area of the granite

(AR)低,說明產鎢錫巖體巖石越趨堿性;(3)產鈾巖體 Al2O3/TiO2值遠小于較產鎢錫巖體 Al2O3/TiO值,說明兩類巖體有較大差別,代表不同的花崗巖源區(qū)和成礦背景;(4)產鈾巖體 TiO2/Ta值遠小于較產鎢錫巖體值,這是因為在熱液鎢錫礦床中W與 TiO2/Ta關系密切。

從表 1微量元素看,產鎢錫巖體的 K/Rb,Zr/Hf值比產鈾巖體都小,而 Rb/Sr,Sr/Ca值比產鈾巖體都大,說明產鎢錫巖體比產鈾巖體巖漿分異程度強,產鎢錫巖體巖漿分異演化的較徹底。Th/U值產鎢錫巖體比產鈾巖體稍小。產鎢錫巖體、產鈾巖體的 Ta/Yb、Rb/(Ta+Yb)值差別較大,反映兩類花崗巖產出的大地構造環(huán)境不同,盡管這些比值參考的標準都是經驗性的。

從表 1稀土元素看,產鎢錫巖體稀土總含量大于產鈾巖體含量。盡管產鎢錫巖體和產鈾巖體δEu值較為接近,(La/Sm)N、(Gd/Yb)N、(Sm/Nd)N值產鎢錫巖體與產鈾巖體相比有大有小,但LREE/HREE值顯示產鈾巖體值大于產鎢錫巖體值,說明產鈾巖體輕稀土元素含量遠遠大于重稀土元素含量,屬于輕稀土富集型,在稀土元素球粒隕石標準化型式圖為“傾斜式”,而產鎢錫巖體LREE/HREE值較小,在稀土元素球粒隕石標準化型式圖為“海鷗式”。

2 成礦專屬性概念模型

根據杜樂天 (2001)的成礦作用中的預富集系理論,成礦作用只是熱液作用中很局部的一個內容,要成礦必須有許多有利條件而且相互最佳匹配,這是一個多因素、多階段、多成因的過程,其中預富集系(定向累計增量)是重要前提。成礦作用中的預富集系是指成礦元素在工業(yè)富集(礦床最后形成)之前一定還存在一系列預先增量的累計,具體到熱液鈾礦、鎢礦,就是地層頂富集→巖體預富集→構造、蝕變預富集→最后的工業(yè)富集(圖 2)。

表 1 研究區(qū)內三類花崗巖巖體元素比值表Tab.1 The results of elemen ratio fo r the three kinds of granite massifs

圖 2 定向累計增量預富集模式與成礦專屬性概念模型(據杜樂天資料修編)Fig.2 Pre-directional incremental cumulative concentration patterns and metallogenic specialization conceptualmodel

成礦巖體形成什么礦產,決定于自身所含成礦元素的種類。不同種類的成礦元素則賦存于不同性質的巖漿或不同巖類中。因此,不同性質的巖漿巖或巖類僅起孕育、儲存、富集成礦元素載體的作用,這就是巖漿巖成礦專屬性規(guī)律的實質 (湯中清,1995)。因此巖體成礦專屬性相當于成礦作用中巖體預富集作用?；◢徺|巖漿中成礦元素行為受控于源巖成分、氧化狀態(tài)、結晶分異作用和揮發(fā)組份?；◢弾r地球化學特征和礦物化學成分一定程度上繼承了源巖的特征,反映了巖漿作用的大地構造背景、氧化狀態(tài)和結晶分異。因此可使用花崗巖成分判別成礦花崗巖專屬性 (汪雄武等,2001)。

根據預富集系理論,產鈾巖體成礦專屬性用Th/U來代替,Th/U低(小于 3)為產鈾花崗巖體的必要條件 (杜樂天等,1984),因此 Th/U越小越對成礦有利。而產鎢巖體成礦專屬性由于分析數據中大都沒有包含W元素,因此在文章中用 TiO2/Ta因子團來代替,這是因為在熱液鎢礦床中 W與TiO2/Ta關系密切。從W,Sn,Ta,Nb與 Ti元素的地球化學參數可知,W6+,Nb5+,Ta5+,Sn4+與 Ti4+之間能進行較廣泛而又有限的類質同象替換,在巖漿作用早期,多賦存于含鈦礦物中 (如鈦鐵礦、榍石、金紅石等),在巖漿分異演化過程中,鈦的含量逐漸降低,鈦礦物減少,W,Sn,Ta,Nb與黑云母中的 Ti4+進行類質同象,因而花崗巖中的黑云母是它們的重要載體礦物。由于W6+與 Nb5+,Ta5+的許多地球化學參數相近,[NbO4]3-和 [TaO4]3-絡陰離子的大小及結構也與[WO4]2-相似,故它們常能類質同象替換,特別是W6+與 Nb5+處于周期表上對角線位置,關系更為密切,Nb5+和 Ta5+常進入黑鎢礦的晶格。因此在演化晚期的侵入體中 Ti4+含量減小,W,Sn,Ta,Nb等成礦元素隨花崗巖演化而愈趨富集,采用 Ti O2/Ta比值作為產鎢巖體成礦專屬性判別指標,其靈敏度顯然較高,并且其值變小對成礦有利 (王韋玉等,1985)。

3 成礦專屬性模型建立

3.1 模型方法選擇

在解決成礦專屬性信息模型方面的問題,筆者結合經驗回歸模型和概念分析模型兩類方法的優(yōu)點,采用遙感信息模型概念,用量綱分析的方法找出地質成礦相似準則,再進行數據統(tǒng)計分析得到成礦專屬性信息模型 (馬藹乃,2000),原理如圖 3所示。用此方法來評價花崗巖成礦專屬性,不需要人為對各因子團的權重打分,而是用實測數據自動給出權重,這樣更科學。

3.2 因子團選擇

花崗巖的化學成分反映了巖漿的源巖成分、氧化狀態(tài)和分異程度,揮發(fā)份飽和并出溶時對巖漿成礦元素比值的影響是一系列分異事件的結果。不同成分的花崗巖具有不同的成礦元素組合、不同的演化程度和氧化狀態(tài) (可據 Fe2O3/FeO來判別),花崗巖成分的變化、源巖和結晶分異作用間的關系可視為連續(xù)演變系列。揮發(fā)份飽和的巖漿熔體中部分成礦元素比值代表分異過程演化到該階段的結果,熱液流體中成礦元素比值則間接反映了揮發(fā)份出溶時巖漿熔體的成礦元素比值。因此,花崗巖的化學成分可用于判別其是否成礦及其成礦專屬性(汪雄武等,2002)。

在鈾、鎢錫成礦的過程中,一些元素因子團能較好地間接反映成礦作用中成礦元素的一系列預先增量的累計。按巖石元素的地球化學行為和在巖漿演化中的行為可以大致分為以下因子團(陳德潛等,1990;劉本立,1994;劉英俊等,1987;牟保磊,1999;Rollison,2000;趙倫山等,1988;涂光熾等,1984):

酸度因子。SiO2是巖漿巖中最重要的一種氧化物,SiO2作為一個重要的參照量和其它元素因子共同組成一個因子。

堿度因子團。堿度因子團包括堿度率指數(AR),K2O/Na2O,K2O+Na2O(ALK)。

源區(qū)性質因子團。利用 Al2O3/TiO2值可反映的巖漿成礦能力或花崗巖源區(qū),可幫助區(qū)分成礦與非成礦巖體以及成礦背景 (Sylvester,1988;Patino et al.,1990;Altherr et al.,2000)。

巖漿分異因子團。在巖漿作用過程中,巖漿分異作用越完全,對成礦越有利,包括分異指數 (D I),K/Rb,Rb/Sr,Sr/Ca,Zr/Hf(Linnen et al.,2002),Nb/Ta(Dostal et al.,2000),Y/Ho(Bau.,1996)等因子,其中 Zr/Hf因子還反映了不同成因的巖漿巖。

氧化 -還原因子團。Fe2O3/FeO。

稀土元素因子團。包括ΣREE,LREE/HREE,δEu,(Gd/Yb)N,(La/Sm)N,(Gd/Yb)N。

圖 3 花崗巖成礦專屬性信息模型(據馬藹乃資料改編)Fig.3 The granite m etallogenic specialization Inform ation Model

大地構造環(huán)境因子團。包括 Ta/Yb,Rb/(Ta+Yb),Y/Nb(Pearce et al.,1984)。

其它因子團。巖漿巖含鋁指數 (ANCK)、Si/(K+Na)原子數、產鈾花崗巖巖石化學評價系數(X),其表達式 X=SiO2/5+(K2O+Na2O)×K2O×0.6/Na2O-2×CaO。

各個因子團包括一個到多個因子,各個因子可能起到多重作用,也可能多個因子共同相互配合起作用。對選出來的因子團,利用各種統(tǒng)計分析模型,主要是因子分析和聚類分析,分析這些因子之間的空間及內在關系,據此對因子團進行了組合篩選,使其更符合地質成礦機理和地球化學原理 (胡以鏗,1991;余金生等,1985)。對不同礦種的成礦專署性模型有有不同的成礦因子,如鎢錫是高溫成礦,其成礦因子可以是 Rb/Sr,TiO2/Ta,(Gd/Yb)N,K/Rb等;而鈾的成礦因子可以是 Th/U,δEu等,因此對不同金屬成礦要區(qū)別對待,成礦信息模型也會不同。

3.3 樣品數據選擇

樣品數據主要來自于公開發(fā)表的各巖體數據以及內部科研報告,收集各個巖體數據共 339個,其中產鈾巖體樣品 99個,產鎢巖體樣品 89個,待判巖體樣品 151個(柏道遠等,2005,2007;陳衛(wèi)鋒,2006;鄧希光等,2005;汪雄武等,2004;江西根等,2006;凌洪飛等,2004,2005;邱檢生等,2004;孫濤等,2003;童潛明等,1995;吳烈勤等,2005;吳永樂等,1987;夏宏遠等,1991;姚軍明等,2005;張敏,2006;張文蘭等,2004,2006;章邦桐等,2001;鄭基儉等,2001;朱金初等,2003,2006;毛景文等,1998;王志成,2003;付建明等,2004,2005;劉家齊等,2002;劉家遠,2002;孫恭安等,1989;馬鐵球等,2006)①。對這些數據進行標準化處理、正態(tài)分布檢驗,大部分因子團數據服從正態(tài)分布。

3.4 產鈾、產鎢錫巖體成礦專屬性模型

根據遙感信息模型原理,計算得出產鈾巖體成礦專屬性模型:

從產鈾巖體成礦專屬性模型復相關系數(R=0.813)、檢驗統(tǒng)計量值 (F=10.962),產鎢錫巖體成礦專屬性模型復相關系數 (R=0.995)、檢驗統(tǒng)計量值 (F=418.461)看,產鈾、產鎢錫巖體成礦專屬性模型回歸方程都顯著,但產鎢錫巖體成礦專屬性模型擬合的效果比產鈾巖體成礦專屬性模型擬合的效果要好。

4 成礦專屬性模型分析和應用

產鎢錫巖體樣品、產鈾巖體樣品分別經各自的成礦專屬性模型計算的回代結果,包括均值、方差、標準差等統(tǒng)計量。由于兩個模型方程顯著,其計算的結果服從正態(tài)分布。在分析待判巖體時,用成礦專屬性因變量的均值做為判斷其成礦專屬性大小的分界點,從地球化學原理以及成礦必要條件分析,成礦專屬性因變量值小于均值的巖體對成礦有利,成礦專屬性因變量值大于均值的巖體對成礦不太有利。產鎢錫巖體成礦專屬性 (TiO2/Ta)的均值為 -0.076 402 663,產鈾巖體成礦專屬性 (Th/U)的均值為 -0.101 697 193。

在考慮巖體分類時,由于待判巖體就目前現(xiàn)狀還沒有發(fā)現(xiàn)大的鎢錫礦和鈾礦,最多是星點狀的礦化點顯示,所以將這些巖體劃為性質不明的巖體,用建立的模型來判別這些巖體。根據產鈾、產鎢錫成礦專屬性信息模型并對待判巖體進行了預測,圖4中待判巖體分布較為集中,基本分布在非產鈾、非產鎢巖體區(qū)域附近,見結果基本和實際地質情況較為接近,也從側面證明建立的模型是比較適用的。

表2是待判巖體樣品根據產鈾、產鎢錫成礦專屬性信息模型計算的結果,圖 4是對應的散點圖,橫軸代表產鎢錫成礦專屬性因變量值,縱軸代表產鈾成礦專屬性因變量值,圖中兩條垂直的黑線分別為產鈾、產鎢錫成礦專屬性因變量的均值線,橫坐標小于均值 (-0.076)的巖體對鎢錫成礦有利,縱坐標小于均值(-0.101)的巖體對鈾成礦有利。這樣圖中劃為 4個區(qū)域,Ⅰ區(qū)和Ⅲ區(qū)為潛在的產鎢巖體,Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)為潛在的產鈾巖體,Ⅱ區(qū)為非產鈾、產鎢錫巖體,可能為其它含礦巖體。

關帝廟巖體 (5號點)、貴東寶林山巖體 (6號點)、溈山巖體 (13號點)、白馬山巖體 (1號點)投影點落在產鈾巖體區(qū)域,說明這些巖體具有潛在的含礦性,在鈾礦地質找礦中,這些巖體確實發(fā)現(xiàn)有少量的鈾礦點和鈾礦化點,但目前還沒有礦床和礦田產出。苗兒山茶坪巖體 (10號點)、苗兒山小木楠巖體 (11號點)投影點落在產鈾巖體區(qū)域,但目前沒有發(fā)現(xiàn)鈾礦化。

圖4 待判巖體計算結果投影圖Fig.4 The projecti on map of calculate results undistinguished granite m assifs

表2 待判巖體計算結果表Tab.2 The results of undistinguished granite m assifs

丫江橋巖體 (14號點)、諸廣東嶺單元 (18號點)正好落在產鎢成礦專屬性因變量的均值線上,在實際情況中,在這兩個巖石單元中發(fā)現(xiàn)有鎢礦點,丫江橋巖體中產有高峰鎢礦點,諸廣東嶺單元中產有四方坪鎢礦點。諸廣白諸廣東嶺單元石頭單元 (17號點)投影點落在產鎢錫巖體區(qū)域,但目前沒有發(fā)現(xiàn)鎢礦化。

大東山補體 (2號點)、貴東熱水巖體 (8號點)、諸廣木溪頭單元 (19號點)、中棚單元 (23號點)、陽明山巖體 (15號點)投影點落在產鈾、產鎢錫巖體重疊區(qū)域,說明這幾個巖體具有產鈾、產鎢的可能性。但仔細分析大東山補體 (2號點),貴東熱水巖體 (8號點)、諸廣木溪頭單元 (19號點)和中棚單元 (23號點)這幾個巖體更靠近產鎢錫區(qū)域,說明其鎢的含礦性大于鈾的含礦性。其中陽明山巖體 (15號點)投影點落在最下方,說明其巖體具有很大的鈾成礦潛力,在鈾礦地質找礦中,對這個巖體應加以關注。

大吉山五里亭巖體(4號點)為非產鈾、產鎢巖體,這與前人研究成果表明五里亭巖體與大吉山鎢礦沒有成因上的直接聯(lián)系比較吻合 (張文蘭等,2004)。大吉山鎢礦與成礦關系密切的是晚階段大吉山花崗巖,尤其是細粒白云母花崗巖 (69號巖體)有關。

5 討論與結論

5.1 討論

(1)成礦專屬性模型各因子團的地理指數 (權重)分析。產鎢錫巖體成礦專屬性模型中 Al2O3/TiO2的地理指數較大,說明產鎢巖體與源區(qū)的性質有很大關系。巖漿分異因子團中 K/Rb地理指數(0.256)>Nb/Ta地理指數 (0.194)>Rb/Sr地理指數(0.085),說明在成礦過程中,K/Rb因子能較好指示產鎢巖體成礦性能大小;稀土因子團中,δEu和LREE/HREE因子都能反映巖漿分異程度大小,可能LREE/HREE因子更好。主量元素組合的因子團(AR,K2O/Na2O,Si/(K+Na),ANCK)中 K2O/Na2O地理指數較大,說明在鎢錫礦成礦過程中,K交代、Na交代對成礦起重要作用。在模型中,大地構造環(huán)境因子 Rb/(Ta+Yb)地理指數最大,說明在成礦過程中,大地構造背景對鎢成礦有巨大的影響,這和王韋玉等 (1989)得出不同性質的構造單元對花崗巖演化程度和含鎢礦差異性具有控制性作用的結論不謀而合。

產鈾巖體成礦專屬性模型中大地構造環(huán)境因子 Ta/Yb地理指數較大,這和產鎢錫巖體成礦專屬性模型反映的現(xiàn)象一致,鈾礦成礦專屬性和大地構造單元緊密相關。巖漿分異因子團中Nb/Ta地理指數(1.108)遠遠大于其它巖漿分異因子 (K/Rb,Rb/Sr,D I),說明在成礦過程中,Nb/Ta因子能較好指示產鈾巖體成礦性能大小;稀土因子團中,δEu和LREE因子都能反映巖漿分異程度大小,可能REE因子更好。主量元素組合的因子中 AR地理指數較大 (0.406),說明在鈾礦成礦過程中,堿交代對成礦起重要作用。在其它因子中 Si/(K+Na)地理指數較大 (0.65),說明 Si/(K+Na)因子在鈾成礦過程中,酸堿差異變化影響鈾的預富集,進而影響巖體的含礦性。

(2)盡管模型能較好的預測待判巖體的成礦專屬性,與實際情況基本吻合,但是也存在一些問題。如研究表明諸廣魚王單元具有明顯的產鈾礦花崗巖屬性,諸廣中棚單元則具有產鎢錫礦花崗巖的屬性,東嶺和白石頭單元成礦屬性不甚明確,有待進一步研究①。在模型判別中將諸廣巖體中棚單元則判為產鎢錫礦花崗巖屬性,但是將諸廣巖體魚王單元判為不明顯的產鈾礦花崗巖的屬性;又如將苗兒山茶坪巖體和小木楠巖體判為產鈾巖體,但在實際找礦中,至今還沒有發(fā)現(xiàn)有鈾礦化顯示(隨著工作程度提高,也有可能發(fā)現(xiàn)鈾礦化)。這些情況一方面說明地質成礦原因非常復雜,一方面可能是模型本身沒有考慮全面,因此在使用模型判斷預測時,一定要和地質條件緊密結合,這樣才能體現(xiàn)模型的理論指導作用。

(3)花崗巖地球化學特征及礦物化學成分一定程度上繼承了源巖的特征,反映了巖漿作用的大地構造背景、氧化狀態(tài)和結晶分異,因此可采用地球化學信息模型來判斷巖體的成礦專屬性,但花崗巖形成時的大地構造背景可能與成礦時的大地構造背景完全不一致,而成礦作用又受控于大地構造背景及熱體制。這種情況下,往往導致簡單地使用花崗巖成分不能準確地判別大地構造背景和成礦作用,即用成礦專屬性信息模型還難以預測成礦作用是否發(fā)生,只能預測成礦的可能性及成礦元素組合。真正成礦必須多種有利因素相互最佳匹配,而巖體成礦專屬性只是其中一個必要條件,相當于成礦作用中巖體預富集作用 (圖 3)。對于這一點,反映成礦專屬性的信息模型自然有其局限性。

(4)本文中所述及成礦因子是在巖漿作用的基礎上探討其控礦機理,應用于巖體成礦專屬性評價時,亦應基于巖漿巖的“初始”元素含量上;換句話說,后期疊加的蝕變作用,可能改變巖漿作用保留下來的元素含量特征,從而導致這些地球化學標志評價巖體成礦專屬性失敗。因此,在建立成礦專屬性地理信息模型時,應避免或區(qū)分疊加的蝕變影響。后期疊加的蝕變作用一個顯著特點是元素含量分布的離散程度增大,以此特點可識別疊加的蝕變作用影響“初始”含量的程度。

(5)南嶺地區(qū)不同時代花崗巖類的成礦專屬性是不相同的,比較復雜的。例如,Au主要在雪峰期和加里東期集中,這是因為Au具有親鐵性質,所以表現(xiàn)出與鐵族元素 (V,Co,Ni,Cr)演化趨勢的一致性,即花崗巖類的時代愈新,含量愈低。與此相反,W,Sn,Be,Nb,Ta及U等元素則隨著花崗巖類時代由老到新而含量漸增。但由于這幾種在各時代花崗巖類巖石中的含量變化各不相同,因而主要成礦富集時代亦有所差異。如錫在各時代花崗巖中的含量變化普遍高于酸性巖中克拉克值,至加里東晚期已高出三倍以上,所以它在加里東期就有初步富集。而印支期以后,特別在燕山期,則可形成大規(guī)模的工業(yè)錫礦床。而鎢的情況不同于錫,它在雪峰期和加里東早期都低于酸性巖中克拉克值,加里東晚期和印支期亦高出不多,故幾乎不形成工業(yè)礦床,至燕山期才成為主要成礦時代。南嶺地區(qū)大量礦床成礦年齡數據表明,華南地區(qū)中生代發(fā)生了 3次大規(guī)模成礦作用,且都在燕山期。其中,燕山早期的180～170 Ma發(fā)生了第一次大規(guī)模的金屬成礦作用,以贛東北和湘東南的 Cu,Pb-Zn,(Au)礦化為代表。燕山中期的第二階段 (約 150～139 Ma),主要在南嶺及相鄰地區(qū)發(fā)生了以W,Sn,Nb-Ta等有色一稀有金屬礦化為主的第二次大規(guī)模成礦作用。而燕山晚期的125～98Ma發(fā)生了華南地區(qū)第三次大規(guī)模金屬成礦作用,以南嶺地區(qū)的 Sn,U礦化和東南沿海地帶的Au,Cu,Pb-Zn,Ag礦化為代表(華仁民等,2005)。根據各巖體已發(fā)表的年齡數據(表 3,4)和相關礦床成礦時代數據,總結以下規(guī)律:

①產鈾巖體的同位素年齡值集中于 172～138 Ma和 250～198 Ma兩個階段,分屬于燕山早期和印支期。產鈾巖體巖石類型多屬黑云母花崗巖或二長花崗巖—二云母花崗巖的演化系列。產鈾巖體多為復式巖體,各個時期巖體都比較發(fā)育,如貴東巖體有從加里東期—印支期—燕山早期三期六次侵入;苗兒山巖體從:雪峰期—印支早期—印支晚期—燕山早期—燕山晚期四期六次侵入印支期—燕山期多期次形成的復式雜巖體。

②產鎢錫巖體的同位素年齡值集中于 165～131 Ma階段,屬于燕山早期。該階段那些在 160 Ma左右侵位的陸殼重熔型花崗巖主體繼續(xù)發(fā)生分異演化,并形成一些晚階段的補體相或補充侵入相。該階段也是南嶺地區(qū)W,Sn等有色一稀有金屬礦化大規(guī)模發(fā)生的階段。與鎢錫多金屬礦化有關的似斑狀黑云母花崗巖和等粒黑云母花崗巖屬同一巖漿體系分異演化的產物。

③南嶺地區(qū)的燕山期巖漿作用并沒有明顯的鈾成礦專屬性;而印支期花崗巖卻具有清晰的鈾成礦專屬性,它可以作為鈾的主要來源;當燕山期構造 -巖漿熱事件疊加時,由于提供了熱源、礦化劑和動力條件,便導致鈾從印支期花崗巖中活化、轉移、富集,并形成大型熱液鈾礦床 (華仁民等,2003)。

表3 貴東復式產鈾巖體的同位素年齡值Tab.3 Isotopic data for the Guidong granite massifs

根據以上產鈾、鎢錫巖體時代分布規(guī)律,大東山巖體具有產鎢錫巖體特征,在巖體中也發(fā)現(xiàn)了乳源天門嶂錫礦、陽山高形鎢礦等代表性的礦床 (肖光銘等,2005);而其他巖體,像丫江橋巖體、白馬山巖體、溈山巖體等具有較好產鈾巖體特征。

(6)在成礦專屬性模型計算中應用數理統(tǒng)計方法必須緊密地結合地質資料,否則可能會得出錯誤的結論。所謂結合地質包括兩個方面:其一,在進行資料的收集整理,選擇使用計算方法時,要認真考慮工作地區(qū)的地質、地球化學環(huán)境,根據研究的對象和所要解決的問題,選擇恰當的統(tǒng)計計算方法,并對數據進行必要的預處理,包括樣本和因子的篩選,異常值的處理,數據標準化等;其二,將統(tǒng)計成果用于解釋推斷地質——地球化學現(xiàn)象時,又必須緊密結合地質——地球化學條件及其它有關資料,全面分析,綜合研究,從而達到較為全面、正確地反映客觀規(guī)律。

表4 苗兒山產鈾巖體同位素年齡值Tab.4 Isotopic data for the M iaoershan granite massifs

5.2 結論

本文以南嶺巖體數據,根據花崗巖熱液成礦原理,初步提出成礦專屬性因子團指標體系,利用遙感信息模型原理,建立產鈾、產鎢成礦專屬性信息模型,這在成礦專屬性方面的研究是一個新的進步。在建立成礦專屬性信息模型過程中得出以下結論:

(1)打破了原來按照主量、微量、稀土元素分析成礦專屬性的模式,根據花崗巖熱液成礦原理,按巖石元素的地球化學行為和在巖漿演化中的行為,初步提出成礦專屬性因子團指標體系,將成礦專屬性影響因子大致分為酸度因子團、堿度因子團,巖漿分異因子團、氧化還原因子團、稀土元素因子團、源區(qū)性質因子團、大地構造環(huán)境因子團及其它因子團等。

(2)利用統(tǒng)計分析模型,對各個因子以及各個因子團進行了分組、歸類或判別計算,初步分析了一些因子之間的空間及內在關系,據此對因子團進行了組合篩選,使其更符合地質成礦機理和地球化學原理,也使模型更具客觀性和操作性,實現(xiàn)了用較簡單的形式(模型)來揭示成礦專屬性復雜關系。

(3)根據地學信息模型原理,分別建立了產鈾巖體、產鎢錫巖體成礦專屬性地理信息模型,以及利用模型建立了對巖體進行成礦專屬性判別的標準,并對待判巖體進行了預測,結果與實際情況基本相吻合,同時也提出了模型在地質成礦研究中的實際作用。

(4)根據成礦原理建立的產鈾、產鎢成礦專屬性信息模型能較好的反映實際地質情況,但是此模型是建立在現(xiàn)有樣本以及地質認識上的,由于地質成因復雜多變,對反映成礦因子的選擇可能沒有考慮的更全面,或者考慮多種成礦因素耦合成礦不夠,因此該模型存在一定的局限性,需要在后期不斷完善和充實,使其更能客觀反映巖體的成礦專屬性。

綜上所述,表明本文所建立的成礦專屬性地理信息模型實現(xiàn)了對成礦專屬性的定量化評價,并為進一步判別成礦巖體提供了科學依據。

柏道遠,陳建超.2005.湘東南騎田嶺巖體A型花崗巖的地球化學特征及其構造環(huán)境[J].巖石礦物學雜志,24(4):255-272.

柏道遠,賈寶華,李金冬,等.2007.區(qū)域構造體制對湘東南印支期與燕山早期花崗巖成礦能力的重要意義——以千里山巖體和王仙嶺巖體為例[J].礦床地質,26(5):487-500.

北京第三研究所,廣西第十地質隊.1974.第二屆全國同位素地質會議論文集(第二集)[C].北京:地質出版社:127-145.

陳大經.1980.與金屬礦床有關的中 -酸性侵入巖氧 -鈉、硫 -鉀成礦專屬性法則的探討[J].地質與勘探,(11):14-18.

陳德潛,陳剛.1990.實用稀土元素地球化學[M].北京:冶金工業(yè)出版社:223-258.

陳衛(wèi)鋒.2006.華南印支期花崗巖成因與板內造山作用(博士學位論文)[D].南京:南京大學地球科學系.

程啟芬,毛建仁.1987.長江中下游中酸性侵入巖中的黑云母及其地質意義[J].資源調查與環(huán)境,8(3):56-70.

鄧希光,李獻華.2005.騎田嶺花崗巖體的地球化學特征及其對成礦的制約[J].巖石礦物學雜志,24(2):93-102.

杜樂天,王玉明.1984.華南花崗巖型、火山巖型、炭硅泥巖型、砂巖型鈾礦成礦機理的同一性[J].放射性地質,3:1-10.

杜樂天.2001.中國熱液鈾礦基本成礦規(guī)律和一般熱液成礦學[M].北京:原子能出版社.238-255.

馮維恒.1988.巖石成礦專屬性評價因子的確定及其礦化隸屬度預側[J].地球化學,(3):276-286.

付建明,馬昌前,謝才富,等.2004.湖南騎田嶺巖體東緣菜嶺巖體的鋯石 SHR I MP定年及其意義[J].中國地質,31(1):96-100.

付建明,馬昌前,謝才富,等.2005.湖南金雞嶺鋁質A型花崗巖的厘定及構造環(huán)境分析[J].地球化學,34(3):215-226.

胡受奚,周順之,孫明志,等.1979.論我國東部與鐵、銅礦床有關的中-酸性巖類的成礦專屬性[J].地質學報,(4):323-332.

胡以鏗.1991.地球化學中的多元分析[M].北京:中國地質大學出版社:1-234.

華仁民,陳培榮,張文蘭,等.2003.華南中、新生代與花崗巖類有關的成礦系統(tǒng)[J].中國科學 (D輯),33(4):335-343.

華仁民,陳培榮,張文蘭,等.2005.論華南地區(qū)中生代三次大規(guī)模成礦作用[J].礦床地質,24(2):99-107.

江西根,柏道遠,陳建超,等.2006.湘東南寶峰仙地區(qū)燕山早期花崗巖地球化學特征及其構造環(huán)境[J].大地構造與成礦學,30(2):206-219.

李福順,周厚祥.2002.苗兒山花崗巖體單元-超單元特征及其定位機制[J].湖南地質,21(1):20-25.

李獻華,胡瑞忠,饒冰.1997.粵北白堊紀基性巖脈的年代學和地球化學[J].地球化學,26(2):15-31.

林寶增.2001.“接近度 (ND)”對比法的應用——在河西地區(qū)基性—超基性巖體中篩選銅鎳礦普查目標等方面的應用[J].甘肅地質學報,10(1):32-41.

凌洪飛,沈渭洲,鄧平,等.2004.粵北筍洞花崗巖的形成時代、地球化學特征與成因[J].巖石學報,20(3):413-424.

凌洪飛,沈渭洲,鄧平,等.2005.粵北帽峰花崗巖體地球化學特征及成因研究[J].巖石學報,21(3):677-687.

劉本立.1994.地球化學基礎[M].北京:北京大學出版社:63-67.

劉家齊,汪雄武,曾貽善,等.2002.西華山花崗巖及鎢錫鈹礦田成礦流體演化[J].華南地質與礦產,(3):91-96.

劉家遠.2002.西華山鎢礦的花崗巖組成及與成礦的關系[J].華南地質與礦產,(3):97-101.

劉英俊,曹勵明.1987.元素地球化學導論[M].北京:地質出版社:1-281.

馬藹乃.2000.地理遙感信息模型與地理數學 [J].測繪科學,25(2):10-14.

馬鐵球,鄺軍,柏道遠,等.2006.南嶺中段諸廣山南體燕山早期花崗巖地球化學特征及其形成的構造環(huán)境分析 [J].中國地 質,33(1):119-131.

毛景文,李紅艷.1998.湖南柿竹園鎢錫鉬鉍多金屬礦床地質與地球化學[M].北京:地質出版社.

牟保磊.1999.元素地球化學[M].北京:北京大學出版社:21-96.

南京大學南嶺花崗巖研究項目組.2008.南嶺地區(qū)晚中生代花崗巖成因與巖石圈動力學演化[M].北京:科學出版社.

邱檢生,McInnes B I A,徐夕生,等.2004.贛南大吉山五里亭巖體的鋯石 ELA-ICP-MS定年及其與鎢成礦關系的新認識[J].地質論評,50(2):125-133.

孫恭安,史明魁,張宏良,等.1989.大吉山花崗巖體巖石學、地球化學及成礦作用的研究[A].宜昌地質礦產研究所.南嶺地質礦產科研報告集(2)[C].武漢:中國地質大學出版社.326-361.

孫濤,周新民,陳培榮,等.2003.南嶺東段中生代強過鋁花崗巖成因及大地構造意義[J].中國科學(D輯),33(12):1209-1218.

湯中清.1995.對巖漿巖成礦性判別指標的探討[J].四川地質學報,15(4):277-283.

童潛明,伍仁和.1995.郴桂地區(qū)鎢錫鉛鋅金銀礦床成礦規(guī)律[M].北京:地質出版社:1-98

涂光熾,歐陽自遠.1984.地球化學[M].上海:上海科學技木出版社.

汪雄武,王曉地,劉家齊,等.2004.湖南騎田嶺花崗巖與錫成礦的關系[J].地質科技情報,23(2):1-12.

汪雄武,王曉地.2001.花崗巖成礦的地球化學判別標志[J].華南地質與礦產,(4):36-44.

汪雄武,王曉地.2002花崗巖成礦的幾個判別標志[J].巖石礦物學雜志,21(2):119-130.

王韋玉,韋文灼.1985.廣西燕山期花崗巖含礦(鎢、錫)性判別及其演化[J].地質學報,(53)4:333-343.

王韋玉,韋文灼.1989.關于廣西及華南某些地區(qū)不同構造單元中的花崗巖含礦性演化的討論[J].地質論評,35(2):162-166.

王志成.2003.南嶺湘桂段中生代殼源巖漿作用和鈾成礦作用(博士學位論文)[D].南京:南京大學地球科學系.

聞廣.1981.關于巖漿巖成礦專屬性研究 [J].地質論評,(27)5:447-451.

吳烈勤,黃國龍,沈渭洲,等.2005.粵北下莊花崗巖地球化學特征與成因研究[J].鈾礦地質,21(2):65-71.

吳永樂,梅勇文.1987.西華山鎢礦地質[M].北京:地質出版社.

夏宏遠,梁書藝.1991.華南鎢錫稀有金屬花崗巖礦床成因系列[M].北京:地質出版社.

肖光銘,杜海燕,伍廣宇,2005.大東山錫礦田礦床地質特征及礦床成因[J].華南地質與礦產,(2):73-79.

徐偉昌,張運洪,劉躍寶.1994.苗兒山花崗巖復式巖基年代學研究的進展及時劃分方案[J].巖石學報,10(3):330-337.

徐夕生,鄧平,O’Reilly SY,等.2003.華南貴東雜巖體單顆粒鋯石激光探針.ICPMSU-Pb定年及其成巖意義[J].科學通報,48(12):1328-1334.

姚軍明,華仁民,林錦富.2005.湘東南黃沙坪花崗巖 LA-ICPMS鋯石U-Pb定年及巖石地球化學特征[J].巖石學報,21(3):688-696.

余金生,李裕偉.1985.地質因子分析 [M].北京:地質出版社:1-421.

岳書倉,徐曉春.1999.火山-侵入雜巖帶的成巖-成礦專屬性[J].地學前緣,6(2):305-312.

張安棣,許德煥.1980.花崗巖類巖石成因分類與成礦專屬性[J].地質論評,26(3):265-268.

張敏.2006.粵北產鈾巖體的年代學和地球化學及鈾成礦機制研究(博士學位論文)[D].南京:南京大學地球科學系.

張文蘭,華仁民,王汝成,等.2004.江西大吉山五里亭花崗巖單顆粒鋯石U-Pb同位素年齡及其地質意義探討[J].地質學報,78(3):352-358.

張文蘭,華仁民,王汝成,等.2006.贛南大吉山花崗巖成巖與鎢礦成礦年齡的研究[J].地質學報,80(7):956-962.

章邦桐,王駒.2001.南嶺西段金雞嶺復式花崗巖基地質及巖漿動力學特征[J].高校地質學報,7(1):50-61.

趙倫山,張本仁.1988.地球化學[M].北京:地質出版社:154-156.

趙玉琛.1994.皖南兩花崗巖體的巖石學特征及成礦專屬性判別[J].安徽地質,.4(4):31-43.

鄭基儉,賈寶華.2001.騎田嶺巖體的基本特征及其與錫多金屬成礦作用關系[J].華南地質與礦產,(4):50-57.

朱金初,黃革非,張佩華,等.2003.湘南騎田嶺巖體菜嶺超單元花崗巖侵位年齡和物質來源研究[J].地質論評,49(3):245-252.

朱金初,張佩華,謝才富,等.2006.南嶺西段花山一姑婆山A型花崗質雜巖帶,巖石學、地球化學和巖石成因[J].地質學報,80(4):529-542.

Altherr R,HollA,Hegner E,et al.2000.High-potassium,calc-alkaline I-typeplutonis m in the European Variscides,northern Vosges(France)and northern Schwarzwald(Germany)[J].Lithos,50:51-53.

BauM.1996.Controlson the fractionation of isovalent trace element sinmagmatic and aqueous systems:evidence from Y/Ho,Zr/Hf and lanthanidetetrad effect,Contrib,Mineral,Petrol,123:323-333.

Dostal J,Chatterjee A K,2000,Contrasing behaviour of Nb/Ta and Zr/Hf ratio sinaperaluminous graniticpluton(NovaScotia,Canada)[J].Chemical Geology,163:207-218.

Linnen R L,Keppler H.2002.Meltcomposition control of Zr/Hf fractionation in magmatic processes[J].Geochimicaet Cos mochimicaActa,66(18):3293-3301.

Pati?o D A E,Humphreys E D,Johnston A D.1990.Anatexis and metamorphismintec-tonically thickened continental crust exemplified by the Sevierhinterland,western North America[J].Earth and Planetary Science Letters,97:290-315.

Pearce J A,HarrisN B W,Tindle A G.1984.Trace element discrimination diagram for the tectonic interpretation of granitic rocks[J].J Petrol,25:956-983.

Rollison H R.楊學明,楊曉勇譯.2000.巖石地球化學[M].合肥:中國科學技術大學出版社:1-166.

Sylvester P J.1998.Post-collisional strongly peraluminous granites[J].Lithos,45:29-44.

Research on I nformation Model forMetallogenic Specialization of the I ntermediate-acidMagmatic Rocks in Nanling Region:A Case of Hydrothermal Uranium Deposit and Hydrothermal Tungsten and Ti n Deposit

HUANG Hong-ye1, Q I N Qi-ming2(1.Research Institute No.230,CNNC,Changsha,HN 410011,China;2.The Institute of Remote Sensing and GIS,Peking University,Beijing,10087,China)

Based on geochemistry analysis data of Nanling granite massifs,according to the granite hydrothermal mineralization principle,the article initially proposes the metallogenic specialization factor group target system using GIS geo-information model,establishes metallogenic specialization infor mation model of the uranium and the tungsten mineral intrusions.According to mineralization granite rock element geochemical behavior and magmatic evolution,the paper suggests the measure that metallogenic specialization influence factor will divided into the acidity factor group,the alkalinity factor group,magmatic fractionation factor group,oxidation reduction factor group,rare-earth element factor group,source area factor group,geostructure environment factor group and so on.The paper selects the best factor group meeting themechanism ofmineralization geological and geochemicalprinciples by using kind of statistical analysismodel analyses the space and intrinsic relationsof some factor.On the basis of the above aspects,it forecasts undistinguished granitemassifs by using themodel and the criterion.The result accordswith geological fact,indicates thatmetallogenic specialization infor mation model hasobjectivity and operability,realizesmetallogenic specialization quantitative appraisal,and provides a scientific basis further distinguished the ore-bearing granite massifs.

metallogenic specialization;RS information model;Uranium deposit;Tungsten and Tin deposit;Nanling region

P618.67;P619.14

A

1674-3504(2010)03-241-11

10.3969/j.issn.1674-3504.2010.03.05

2009-08-23

黃宏業(yè) (1972—),男,碩士,高級工程師,主要從事地質礦產勘查工作。E-mail:5shhy@sohu.com