老撾納勐銅多金屬礦區(qū)花崗巖地質地球化學特征及成因

張文山，郭 旻

(1. 中南大學 有色金屬成礦預測教育部重點實驗室，長沙 410083；2. 中南大學 地球科學與信息物理學院，長沙 410083)

老撾納勐銅多金屬礦區(qū)位于老撾國萬象省賽松奔縣，大地構造位置位于我國蘭坪—思茅地洼區(qū)的南延部分[1]，區(qū)內經歷了印支、燕山、喜山期構造運動。印支早期為地洼初動期，印支晚期、燕山期為地洼激烈期，喜山期為地洼余動期[2]。地洼激烈期主要為強烈的巖漿活動，為區(qū)內成礦作用提供了重要的物源和熱源。因此，研究該時期形成的花崗巖類的地球化學特征，可進一步打開區(qū)內的找礦前景。

自2005年起，我國有色金屬礦產地質調查中心和中色金地資源科技有限公司承擔了納勐礦區(qū)的找礦勘查工作，目前，已經完成了礦區(qū)的詳查工作，發(fā)現Cu、Pb、Zn、Mo礦化分布面積約2.5 km2。但是，目前對礦區(qū)花崗巖的地質地球化學特征沒有深入的研究，這嚴重制約了本礦區(qū)的進一步找礦工作。為此，本文作者旨在初步探討本區(qū)花崗巖地質地球化學特征，為本礦區(qū)的成礦規(guī)律提供必要的佐證，指導進一步的找礦工作。

1 礦區(qū)地質背景及巖體地質

礦區(qū)出露的地層主要為石炭系、二疊系和侏羅系(見圖1)。石炭系地層主要分布在礦區(qū)的西部和東部，巖性為灰白色細?粗晶大理巖、細粒結晶灰?guī)r，局部夾薄層泥質灰?guī)r。結晶灰?guī)r中常含燧石結核、碎塊和團塊。二疊系地層出露在礦區(qū)的東部，巖性為砂巖、頁巖、泥灰?guī)r。侏羅系地層主要分布在礦區(qū)的西部和南部，巖性為砂巖、頁巖和泥巖。

礦區(qū)位于老撾境內北東向瑯勃拉邦構造成礦帶和北西向長山構造成礦帶的交接部位。東西向的普比亞山(Phu Bia)燕山期—喜馬拉雅山期普比亞花崗巖隆起及近東西向納勐弧形斷裂帶和北東向賽松奔構造控制了區(qū)域內構造格架，在北東和北西向的構造帶之間，形成近東西向的構造格架。

礦區(qū)目前已發(fā)現Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號蝕變礦化帶，共有7個銅鉛鋅礦體和1個鉬礦化體。礦體總體呈近東西向分布，主要賦存在花崗巖與灰?guī)r的接觸帶上。礦石類型主要為矽卡巖型礦石、塊狀硫化物礦石和花崗巖型礦石。

礦區(qū)花崗巖分布面積約為13 km2，主要分布在礦區(qū)的東北部，主要呈巖基、巖株產出。根據野外產狀以及巖性的不同，可劃分如下不同的侵入單元。

圖1 納勐銅多金屬礦區(qū)地質圖：1—第四系；2—中侏羅統(tǒng)上段；3—中侏羅統(tǒng)下段；4—二疊系上統(tǒng)；5—二疊系下統(tǒng)；6—石炭系上統(tǒng)；7—下石炭統(tǒng)上段；8—下石炭統(tǒng)中段；9—下石炭統(tǒng)下段；10—細粒黑云二長花崗巖；11—中?粗粒黑云二長花崗巖；12—礦體；13—地質界線；14—斷層Fig. 1 Geological sketch map of NaMeung copper polymetal deposit: 1—Quaternary; 2—Middle Jurassic upper member; 3—Middle Jurassic lower member; 4—Upper Permian; 5—Lower Permian; 6—Upper Carboniferous; 7—Lower Carboniferous upper member;8—Lower Carboniferous middle member; 9—Lower Carboniferous lower member; 10—Fine grained biotite adamellite; 11—Medium-coarse grained biotite adamellite; 12—Ore body; 13—Geological boundary; 14—Fault

黑云母二長花崗巖侵入體(ηr51)：見于礦區(qū)中部,是礦區(qū)面積最大的、較重要的侵入體之一，也是礦區(qū)最早期的花崗巖深成巖體，主要呈巖基產出。巖體內部分帶現象明顯，從巖體中心到兩側依次可分為中心相(中粗粒黑云母二長花崗巖)、過渡相(中粒黑云母二長花崗巖)及邊緣相(細粒黑云母二長花崗巖)。其中，邊緣相內內原生流動構造較發(fā)育，偶見有圍巖的捕擄體及析離體。原生的層節(jié)理、橫節(jié)理較為發(fā)育，常發(fā)育花崗偉晶巖脈、細晶巖脈。巖體侵入于石炭系地層中，又被侏羅系地層覆蓋，故其侵位時代確定為印支晚期。

巖體的巖石學特征：灰白?淺肉紅色，塊狀構造，中粗粒、似斑狀結構。主要礦物為石英、鉀長石、斜長石，次要礦物為黑云母，副礦物為磁鐵礦、鋯石等。石英：呈它形粒狀，粒徑為0.5～3.0 mm，含量30%左右。鉀長石：主要為條紋長石，半自形?自形板狀，細粒粒徑為0.5 mm×1.0 mm左右，粗粒粒徑為粒徑1.2 mm×2.0 mm左右，含量約35%；斜長石：主要為奧?鈉長石，自形?半自形短柱狀，具鈉長石雙晶，長石牌號為5～30號，細粒粒徑0.8 mm×1.5 mm左右，粗粒粒徑為1.5 mm×2.5 mm左右，常見絹云母化、黏土化，含量 30%左右；黑云母：片狀，粒徑0.2 mm×0.6 mm左右，多氧化，析出鐵質，含量5%左右。

鉀長花崗巖(ξg51)：分布于礦區(qū)東部，呈巖株產出，按粒度的漸變可分為粗粒鉀長花崗巖和中粗粒鉀長花崗巖兩個相帶。鉀長花崗巖侵入于早期的二長花崗巖，兩者界線突變，可能為脈動式侵入接觸關系。生成時代晚于黑云母二長花崗巖侵入體，確定為印支晚期產物。巖石常呈肉紅色，致密塊狀、花崗結構、中粗粒結構。主要礦物成分為石英、鉀長石、斜長石，次要礦物為黑云母，副礦物為磁鐵礦等。石英：呈它形粒狀，粒徑0.5～2.0 mm，含量25%左右；鉀長石：半自形板狀，粒徑0.2 mm×0.8 mm左右，高嶺土化強烈，含量45%左右。斜長石：半自形板狀，粒徑0.2 mm×0.8 mm左右，常見聚片雙晶，絹云母化發(fā)育，含量25%左右。黑云母：半自形片狀，粒徑0.2 mm×0.6 mm左右，含量5%左右。

2 樣品和分析方法

本次花崗巖樣品主要采自不同粒徑的黑云母二長花崗巖以及鉀長花崗巖，并選擇新鮮樣品測試，樣品測試均由澳實分析檢測(廣州)有限公司完成。其中，主量元素分析方法為ME-XRF06，分析儀器為X熒光光譜儀。樣品在煅燒后加入 Li2B4O7-LiBO2助熔物，充分混合后，放置在自動熔煉儀中，使之在 1 050～1 100 ℃熔融；熔融物倒出后形成扁平玻璃片，再用X熒光光譜儀分析。微量和稀土元素分析方法為ME-MS81，分析儀器為電感耦合等離子體質譜儀。樣品首先加入到LiBO2熔劑中，混合均勻，在1 000 ℃以上的熔爐中熔化。熔液冷卻后，用硝酸定容，再用等離子體質譜儀分析。

3 巖體地球化學特征

3.1 主量元素特征

礦區(qū)主要花崗巖的主量元素分析結果見表 1，計算的 CIPW 標準礦物(分子個數)及有關巖石化學參數見表2。

從表1和2中可以看出，本區(qū)花崗巖主要元素具有以下特征：1) SiO2含量(質量分數)為73.45%～77.46%，高于中國花崗巖及世界花崗巖平均值[3](71.63%、71.30%)，屬于超酸性花崗巖。分異指數 DI=88.93～93.22，說明本區(qū)花崗巖經歷了高程度的分異演化。2)鋁飽和指數變化不大，為不飽和或弱過飽和，w(Al2O3)為 11.72%～13.76%，A/CNK 值主要變化于 1.042～1.101，大多數小于1.1，為弱過鋁質。CIPW標準礦物中均出現剛玉分子，但大多數樣品含量均低于 1%，與典型的強過鋁 S型花崗巖(A/CNK＞1.1，CIPW 標準礦物成分中剛玉分子的含量＞1%[4])不太一致。3)堿含量變化不大，Alk含量偏低，主要集中在6.62%～8.06%之間，在MIDDLEMOST[5]全堿w(SiO2)(即TAS)圖解上，都投影在亞堿性系列巖石范圍(見圖2)；堿度率指數(AR)為 2.85～4.05，堿鋁指數(AKI)為 0.73～0.85，平均值為 0.80，低于典型的 A型花崗巖平均值[7](0.85)。按洪大衛(wèi)等[8]提出的堿性、偏堿性和鈣堿性巖的分界線(＞1.0，0.9～1.0，＜0.9)，本區(qū)花崗巖屬于鈣堿性花崗巖。4) w(K2O)的含量變化規(guī)律性明顯，與分異指數DI呈線性相關；在w(SiO2)—w(K2O)圖解上(見圖 3)，所有樣品均投影在高鉀鈣堿性巖系內；w(Na2O)含量為 3.05%～4.42%，絕大多數樣品含量高于 3.2%，與典型的Ⅰ型花崗巖相當[8]。K2O/Na2O值變化范圍比較大，其值為0.73～1.40，與徐克勤等[11?12]認為的過渡性地殼同熔型花崗巖特征相當。

表1 納勐銅多金屬礦區(qū)花崗巖巖石化學分析結果Table 1 Chemical composition of granites in NaMeung copper polymetal deposit

表2 納勐銅多金屬礦區(qū)花崗巖CIPW標準礦物及參數表Table 2 Parameters of granites in NaMeung copper polymetal deposit and CIPW standard minerals (molecule number)

3.2 稀土元素特征

從本區(qū)主要花崗巖樣品的稀土元素分析結果(表3)及計算的一些參數值(表4)可以看出：

圖 2 TAS圖據 MIDDLEMOST[5](1994)(圖中根據 IRVINE and BARAGAR[6](1971)給出的曲線劃分堿性、亞堿性系列)Fig. 2 TAS diagram after MIDDLEMOST[5](1994) (Boundary between alkaline and subalkaline series after IRVINE and BARAGAR[6])

圖 3 w(K2O)—w(SiO2)圖解(據 PECCERILLO and TAYLOR[9])Fig. 3 w(K2O)—w(SiO2) diagram (after PECCERILLO and TAYLOR[9])

表3 納勐銅多金屬礦區(qū)花崗巖稀土元素分析結果Table 3 Results of REE analysis of granite in NaMeung copper polymetal deposit

表4 納勐銅多金屬礦區(qū)花崗巖稀土元素參數Table 4 REE parameters of granites in NaMeung copper polymetal deposit

1) 本區(qū)花崗巖的稀土元素總量偏低，∑REE變化范圍為 70.69×10?6～118.63×10?6，反映了本區(qū)為稀土元素虧損區(qū)。2) 輕稀土含量遠大于重稀土含量，LREE/HREE值為5.16～13.38，平均值為9.98，遠高于一般花崗巖的平均值(1.0～1.2)，具有明顯的輕稀土富集特征。輕稀土分餾度 LaN/SmN變化范圍為 2.26～0.92，指示輕稀土分餾程度較高；重稀土分餾度GdN/YbN變化范圍為0.27～1.55，絕大多數樣品的小于1，反映了本區(qū)花崗巖重稀土分餾明顯偏低。3) D2花崗巖樣品的 δEu值為 1.0，體現了幔源性質，反映了本區(qū)花崗巖成巖過程中有幔源物質加入的可能性；其他樣品中δEu＜0.6，體現出明顯的Eu負異常，與典型的陸殼改造型花崗巖相當。δCe變化范圍為 0.68～0.97，顯示出微弱的Ce負異常，屬于Ce虧損型。4)區(qū)內花崗巖的稀土配分模式圖(見圖 4)為向右傾斜的平滑曲線，反映區(qū)內巖漿演化程度較高。

3.3 微量元素特征

微量元素含量與組合特點可提供巖漿分異、演化程度、含礦潛力以及巖石所處的地球動力學背景等方面的重要信息。本區(qū)花崗巖微量元素含量見表5以及微量元素特征值見表6。

圖 4 納勐礦區(qū)花崗巖稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖(球粒隕石據WEDEPOHL[13], 1970)Fig. 4 Chondrite-normalized REE distribution patterns of granites in NaMeung deposit (After WEDEPOHL[13],1970)

從表5和6中可以看出，本區(qū)花崗巖微量元素具有以下特征：1)本區(qū)花崗巖具有較低的Nb/Ta比值，Nb、Ta為一對互代元素，一般情況下不會發(fā)生分餾(球粒隕石和原始地幔的 Nb/Ta比值為 17.5)，殼幔分離時，Ta明顯在地殼中富集而Nb虧損，因此，Nb/Ta比值可以指示巖漿形成時地殼組分的參與程度[14]。本區(qū)花崗巖Nb/Ta比值為4.95～6.70，明顯低于后太古代大陸地殼的平均值 11[14]。2) 高場強元素 w(Zr+Nb+Ce+Y)含量介于 172.6×10?6～243.6×10?6，平均值為208.66×10?6，遠低于 A 型花崗巖的含量下限[4](350.6×10?6)。3) 巖漿結晶作用過程中，Rb主要代替鉀長石中K，Sr則代替斜長石中的Ca。因而，當巖漿演化至晚階段時，隨著巖漿的演化和結晶分異作用的進行，巖漿越來越富鉀貧鈣，鉀長石逐漸增多，斜長石明顯減少。因而Rb越來越富集，Sr則強烈虧損。從表 6中可以看出，區(qū)內花崗巖 Rb/Sr比值為 0.52～4.00，平均值為 1.42，反映了巖體結晶分異徹底。與此同時，較低的Zr/Hf與Th/U比值，也反映了本區(qū)巖漿經歷了高度的分異演化。

表5 納勐礦區(qū)花崗巖微量元素含量Table 5 Trace element compositions for granites in NaMeung deposit

表6 納勐礦區(qū)花崗巖微量元素參數Table 6 Trace element parameters of granites in NaMeung deposit

礦區(qū)花崗巖微量元素蛛網圖見圖5。從圖5中可以看出，花崗巖中明顯富集 Rb和 Th等大離子親石元素，嚴重虧損Ba、Nb、Sr、P、Ti。Ba的虧損說明斜長石作為熔融殘留相或結晶分離相存在。P、Ti的虧損與磷灰石、鈦鐵礦的分離結晶密切相關。Nb的虧損反映了源區(qū)巖石以陸殼巖石為主[15]。

4 討論與結論

圖5 納勐礦區(qū)花崗巖微量元素原始地幔標準化蛛網圖Fig. 5 Primitive mantle-normalized trace element spider-web diagram for granites in NM deposit

對于花崗巖的成因，BARBARIN[16]從不同的角度提出了不同的分類方案。英國學者PEARCE等[17]根據微量元素特征，將花崗巖形成的構造環(huán)境劃分為洋脊花崗巖、火山弧花崗巖、板內花崗巖以及碰撞型花崗巖，并提出了 Nb—Y、Ta—Yb、Rb—Y+Nb、Rb—Yb+Ta等判別圖解。將本區(qū)花崗巖微量元素數據(見表 5)投影至 Pearce提出的相關構造環(huán)境判別圖解中(見圖6)，從圖6可知，本區(qū)花崗巖數據均投影在火山弧花崗巖區(qū)內，反映了本區(qū)花崗巖形成環(huán)境為島弧環(huán)境。

圖 6 花崗巖微量元素構造環(huán)境判別圖解(據 PEARCE,1984[17])： VAG—火山弧花崗巖；ORG—洋脊花崗巖；WPG—板內花崗巖；COLG—碰撞型花崗巖Fig. 6 Trace element diagrams for discrimination of structural environment of granites (after PEARCE, 1984[17]): VAG—Volcanic arc granite; ORG—Ocean ridge granite; WPG—Within plate granite; COLG—Collision granite

花崗巖的Al2O3/TiO2比值可以作為源區(qū)部分熔融溫度的標志，若Al2O3/TiO2＜100，則部分熔融溫度高于875 ℃；若Al2O3/TiO2＞100，則部分熔融溫度低于875 ℃[18]。本區(qū)花崗巖的Al2O3/TiO2比值變化范圍為44.3～92.6，小于 100，反映了本區(qū)花崗巖部分熔融的溫度高于875 ℃，是在較高的溫度下進行的。

通過以上討論得出如下結論：納勐銅多金屬礦區(qū)花崗巖類主要為黑云母二長花崗巖、鉀長花崗巖，屬于富硅鈣堿性弱過鋁質花崗巖類。巖體的巖石化學、地球化學特征均反映了本區(qū)花崗巖與我國華南過渡性地殼同熔型花崗巖特征相當。巖體形成于島弧環(huán)境，并在較高的溫度下部分熔融形成，其形成與幔源巖漿的底侵有關，熱的幔源不僅為地殼的部分熔融提供了熱量，而且與熔融的殼源巖漿發(fā)生了混合作用。

[1] 陳國達. 中國大地構造問題[M]. 北京: 科學技術出版社,1965: 1?184.

CHEN Guo-da. Tectonics of China [M]. Beijing: Science and Technology Press, 1965: 1?184.

[2] MANAKA T, ZAW K, MEFFRE S. Geological and tectonic setting of Cu-Au deposits in northern Lao PRD [J]. Proceedings of the International Symposia on Geoscience Resources and Environments of Asian Terranes, 2008, 24(11): 254?257.

[3] 遲清華, 鄢明才. 應用地球化學元素豐度數據手冊[M]. 北京:地質出版社, 2007: 1?148.

CHI Qing-hua, YAN Ming-cai. Handbook of elemental abundance for applied geochemistry [M]. Beijing: Geological Publishing House, 2007: 1?148.

[4] CHAPPELL B W, WHITE A J R. Two contrasting granite type:25 years later [J]. Australian Journal of Earth Sciences, 2001,48(4): 489?499.

[5] MIDDLEMOST E A K. Naming materials in the magma/igneous rock system [J]. Earth-Science Reviews, 1994, 37(3/4): 215?224.

[6] IRVINE T N, BARAGAR W R A. A guide to the chemical classification of the common volcanic rocks [J]. Canadian Journal of Earth Sciences, 1971, 8(5): 532?548.

[7] WHALEN J B, CURRIE K L, CHAPPELL B W. A-type granites:Geochemical characteristics, discrimination and petrogenesis [J].Contributions to Mineralogy and Petrology, 1987, 95(4):407?419.

[8] 洪大衛(wèi), 郭文岐, 李戈晶. 福建沿海晶洞花崗巖帶的巖石學和成因演化[M]. 北京: 科學技術出版社, 1987: 1?132.

HONG Da-wei, GUO Wen-qi, LI Ge-jing. Petrology and genetic evolutions of miarolitic granite belts in Fujian coastal area [M].Beijing: Science and Technology Press, 1987: 1?132.

[9] PECCERILLO A, TAYLOR S R. Geochemistry of Eocene calc-alkaline volcanic rocks from the Kastamonu area, northern Turkey [J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 1976,58(1): 63?81.

[10] 邱家驤, 林景仟. 巖石化學[M]. 北京: 地質出版社, 1991:1?276.

QIU Jia-xiang, LIN Jing-qian. Petrochemistry [M]. Beijing:Geological Publishing House, 1991: 1?276.

[11] 徐克勤, 胡受奚, 孫明志, 葉 俊. 華南兩個成因系列花崗巖及其成礦特征[J]. 礦床地質, 1982, 1(2): 1?14.

XU Ke-qin, HU Shou-xi, SUN Ming-zhi, YE Jun. On the two genetic series of granites in southeastern China and their metallogenetic characteristics [J]. Mineral Deposits, 1982, 1(2):1?14.

[12] 徐克勤, 胡受奚, 孫明志, 張景榮, 葉 俊. 論花崗巖的成因系列—以華南中生代花崗巖為例[J]. 地質學報, 1983(2):107?118.

XU Ke-qin, HU Shou-xi, SUN Ming-zhi, ZHANG Jing-rong,YE Jun. On the genetic series of granites, as exemplified by the Mesozoic granites of south China [J]. Acta Geologica Sinica,1983(2): 107?118.

[13] WEDEPOHL K H. Handbook of Geochemistry (Vol Ⅱ) [M].New York: Springer-Verlag, 1968: 1?405.

[14] GREEN T H. Significance of Nb/Ta as indicator of geochemical process in the crust-mantle system [J]. Chemical Geology, 1995,120(3/4): 347?359.

[15] GREEN T H, PEARSON N J. An experimental study of Nb and Ta partitioning between Ti-rich minerals and silicate liquids at high pressure and temperature [J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1987, 51(1): 55?62.

[16] BARBARIN B. A review of the relationships between granitoid types, their origins and their geodynamic environments [J].Lithos, 1999, 46(3): 605?626.

[17] PEARCE J A, HARRIS N B W, TINDLE A G. Trace element discrimination diagrams for the tectonic interpretation of granitic rocks [J]. Journal of Petrology, 1984, 25(4): 956?983.

[18] SYLVESTER P J. Post-collisional strongly peraluminous granites [J]. Lithos, 1998, 45(1/4): 29?44.