安徽月山巖體成巖機(jī)制

劉忠法，邵擁軍，疏志明，張 宇

(1. 中南大學(xué) 有色金屬成礦預(yù)測教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙 410083；2. 中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長沙 410083；3. 銅陵有色金屬集團(tuán)控股有限公司，銅陵 244000)

安徽月山巖體成巖機(jī)制

劉忠法1,2，邵擁軍1,2，疏志明3，張 宇1,2

(1. 中南大學(xué) 有色金屬成礦預(yù)測教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙 410083；2. 中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長沙 410083；3. 銅陵有色金屬集團(tuán)控股有限公司，銅陵 244000)

從巖石學(xué)、巖石化學(xué)、稀土元素地球化學(xué)和微量元素地球化學(xué)特征入手，對形成月山巖體的巖漿來源、成巖環(huán)境以及巖漿的成巖作用過程進(jìn)行分析；在此基礎(chǔ)上，對本區(qū)月山巖體的成巖機(jī)制進(jìn)行探討。結(jié)果表明：本區(qū)巖漿主要來源于上地幔堿性玄武巖漿，成巖環(huán)境為島弧及活動大陸邊緣區(qū)，巖漿成巖演化過程中受到了上部地殼的同化混染，成巖機(jī)制為結(jié)晶分異和深部硅鋁質(zhì)同化混染及淺部弱鈣質(zhì)同化混染機(jī)制。

月山巖體；稀土元素；地球化學(xué)；成巖機(jī)制；結(jié)晶分異；同化混染

月山礦田位于華中地洼區(qū)蘇鄂地洼系沿江斷裂帶中段，是長江中下游銅、鐵及金成礦帶中的典型礦田之一[1?2]。月山巖體是礦田內(nèi)最主要且與成礦有關(guān)的侵入體，前人在巖體成巖年齡[3?5]、同位素地球化學(xué)[6]、成巖成礦作用[7?8]、構(gòu)造特征、控礦規(guī)律及礦床成因[9?11]等方面進(jìn)行了大量研究工作，認(rèn)為本區(qū)巖體形成年齡為(138.7±0.5) Ma；巖石中蝕變黑云母和斜長石的氧同位素在蝕變過程中受到了擾動；巖體在演化過程中形成含礦巖漿熱液，在特定圍巖和構(gòu)造條件下形成多金屬礦床；巖體侵入前緣帶構(gòu)造控礦作用明顯；礦床成因以矽卡巖型銅多金屬礦床為主。

關(guān)于月山巖體的成巖機(jī)制的研究相對較少，本文作者擬從巖體的巖石學(xué)、巖石化學(xué)以及微量元素和稀土元素地球化學(xué)特征等方面入手，在分析本區(qū)巖漿來源、成巖環(huán)境及巖漿成巖作用過程的基礎(chǔ)上，探討月山巖體的成巖機(jī)制。

1 巖體地質(zhì)背景

月山巖體位于安徽沿江斷褶帶中段百子山背斜傾伏端前緣[12]，出露面積為11 km2，位于北東向及近東西向基底斷裂的交匯處(見圖1)，地表呈枝杈狀，以基底斷裂交匯處為中心，可分為東枝、北枝、西枝和南枝，其中東枝構(gòu)成了巖體的主體。月山巖體主要由閃長巖、石英閃長巖和鉀長閃長巖等組成，為中淺成閃長巖類組合，巖體角閃石的40Ar/39Ar同位素年齡為136 Ma[13]，屬燕山早期多枝狀巖株。圍繞巖體出露有二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P2l)碳質(zhì)板巖和大隆組(P2d)薄層硅質(zhì)巖、結(jié)核大理巖，三疊系中統(tǒng)月山組(T2y)含膏鹽白云質(zhì)灰?guī)r和下統(tǒng)南陵湖組(T1n)灰?guī)r，三疊系上統(tǒng)銅頭尖組(T3t)砂頁巖和炭質(zhì)頁巖。月山礦田內(nèi)具有工業(yè)價值的銅、鐵、金礦床均圍繞巖體分布，矽卡巖型礦床主要有龍門山銅多金屬礦床和安慶銅礦床，二者均位于月山閃長質(zhì)巖體與三疊系中、下統(tǒng)不純碳酸鹽巖的接觸帶內(nèi)及其附近；熱液脈型礦床產(chǎn)于巖體內(nèi)，規(guī)模較小。礦床的形成均與月山巖體有著緊密的成因聯(lián)系，因此，巖體成巖機(jī)制的研究有利于本區(qū)礦床的成礦作用的研究。

2 巖體基本特征

主要從巖石學(xué)、巖石化學(xué)、稀土元素地球化學(xué)和微量元素地球化學(xué)等方面對月山巖體的基本特征進(jìn)行分析和探討。本次分析數(shù)據(jù)均來源于中國廣州澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)室。

2.1 巖石學(xué)特征

月山閃長質(zhì)巖體主要由閃長巖、石英閃長巖和鉀長閃長巖等組成。多呈灰色、灰白色，為中細(xì)粒粒狀結(jié)構(gòu)。造巖礦物以斜長石(50%～65%)、鉀長石(5%～15%)、角閃石(5%～15%)、石英(2%～15%)為主，含有少量黑云母(≤3%)，局部可見極少量的輝石。副礦物含量較低，在 5%以內(nèi)，主要為磁鐵礦、黃鐵礦和磷灰石等。

圖1 安徽月山地區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)文獻(xiàn)[8]修改)：1—閃長巖；2—鉀長閃長巖；3—地質(zhì)界線；4—礦床；5—斷層；6—基底斷裂；D—泥盆系；D-C—泥盆系?石炭系；T—三疊系；J—侏羅系；Ⅰ—華中地洼區(qū)秦淮地洼穹；Ⅱ—華中地洼區(qū)蘇鄂地洼系；Ⅲ—東南地洼區(qū)Fig. 1 Sketch geological map of Yueshan area in Anhui Province (modified from Ref. [8]): 1—Diorite; 2–K-diorite; 3—Geological boundary; 4—Deposits; 5—Fault; 6—Basement rift; D—Devonian; D-C—Devonian-Carboniferous; T—Triassic; J—Juassic;Ⅰ—Qinhuai Diwa dome of central China Diwa region; Ⅱ—Su E Diwa system of central China Diwa region; Ⅲ—Southeast Diwa region of China

月山巖體巖石的突出特點(diǎn)是早期結(jié)晶的礦物(斜長石、角閃石等)粒度較大，晚期結(jié)晶的礦物(石英)粒度較小，晚期礦物往往以他形粒狀晶形充填于早期礦物顆粒之間，構(gòu)成自形晶結(jié)構(gòu)、他形粒狀結(jié)構(gòu)、半自形粒狀結(jié)構(gòu)以及細(xì)粒粒狀結(jié)構(gòu)(見圖2)。

與月山巖體有關(guān)的礦化以矽卡巖型礦化為主。巖石類型主要有石榴子石矽卡巖、透輝石矽卡巖、石榴子石透輝石矽卡巖、綠簾石石榴子石矽卡巖、綠簾石透輝石矽卡巖、透輝石方柱石矽卡巖、蝕變矽卡巖等。

2.2 巖石化學(xué)特征

巖體測試樣品均采自鉆孔新鮮巖體，主要為閃長巖類巖石。全巖分析及巖石化學(xué)特征值見表 1。巖石化學(xué)成分分析結(jié)果顯示，月山巖體 SiO2含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為 57.59%～59.05%，平均含量為 58.19%，基本上屬于硅酸弱飽和巖石。巖石總堿含量w(K2O+Na2O)為6.79%～7.32%，平均值為7.14%，w(Na2O)/w(K2O)值為1.54～1.63，平均值為1.58；堿度率 AR值為1.91～2.00，平均值為1.96，顯示出巖體在富鈉的背景上富鉀。富鈣率(w(CaO)/w(CaO+MgO+FeO+MnO+Fe2O3)×100%)為0.37，略高于中國閃長巖平均值[14]。里特曼組合指數(shù)(σ)在 2.87～3.65之間變化，平均為 3.38，屬鈣堿性巖。本區(qū)巖體全巖樣品的CaO平均含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為5.49%，K2O的平均含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為2.79%，顯示出富CaO、貧K2O的特征，屬于ACG類鈣堿性巖[15?16]，表明本區(qū)巖漿來源主要為幔源。以上特征與礦田內(nèi)其他巖體(五橫巖體(WH-δ-4)、總鋪巖體(ZP-δ-1))對比可知(見表1)，本區(qū)巖體巖石的化學(xué)特征基本一致，表現(xiàn)出較好的同源性。

2.3 稀土元素地球化學(xué)特征

由巖體稀土元素測試結(jié)果(見表2)可知，稀土元素總量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Σw(REE))為 221.38×10?6～299.87×10?6，平均值為 264.20×10?6，輕重稀土比(w(LREE)/w(HREE))為8.22～12.84，平均值為9.22，比值遠(yuǎn)大于1，輕稀土富集強(qiáng)烈，重稀土虧損嚴(yán)重，表明巖石形成過程中有富集輕稀土的相，巖漿結(jié)晶分異程度較大。(La/Sm)N值范圍為 4.46～6.22，平均值為5.24；(Gd/Yb)N值范圍為2.06～3.41，平均值為2.98，小于(La/Sm)N的平均值，說明輕稀土分異明顯，重稀土分異相對較小，重稀土衰減速度比輕稀土慢。銪異常值(δ(Eu))均在0.64～0.90之間，平均值為0.82，接近隕石值，整體銪谷不明顯，屬銪弱負(fù)異常型；鈰異常值(δ(Ce))為0.81～0.85，平均值為0.84，變化較小，鈰谷不明顯，

圖2 月山巖體顯微鏡照片: (a) 自形晶結(jié)構(gòu)(+); (b) 他形粒狀結(jié)構(gòu)(+); (c) 細(xì)粒粒狀結(jié)構(gòu)(+); (d) 半自形粒狀結(jié)構(gòu)(+)Fig. 2 Microscope photographs of Yueshan intrusion: (a) Idiomorphic crystal texture (+); (b) Xenomorphic-granular texture (+);(c) Fine granular texture (+); (d) Hypidiomorphic granular texture (+)

表1 全巖分析及巖石化學(xué)特征數(shù)據(jù)Table 1 Data of whole-rock analysis and lithochemical features

表2 月山巖體稀土元素的特征值Table 2 Feature values of rare earth elements of Yueshan intrusion

屬鈰弱虧損型。巖體稀土元素配分曲線均向右傾斜，幾乎重合在一起，顯示本區(qū)閃長質(zhì)類巖石演化特征具有一致性特征(見圖3)。

圖3 月山巖體稀土元素配分圖Fig. 3 REE distribution map of Yueshan intrusion

2.4 微量元素地球化學(xué)特征

巖體微量元素測試結(jié)果(見表 3)顯示，月山巖體中 W、Mo、Co和 Th的含量高于維氏值，Rb、Ba、Cr和Ni的含量均低于維氏值。BROWN等[17]在研究島弧花崗巖類巖石的地球化學(xué)特征與巖漿來源時指出，來自幔源的火成巖選擇性地富集 Th，而且一般貧 Rb和 Ba，本區(qū) Th平均含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為15.30×10?6，遠(yuǎn)高于維氏值，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的富集性，Rb 和 Ba的平均含量分別為 59.08×10?6和 98×10?6，均遠(yuǎn)低于維氏值，推斷本區(qū)巖漿可能來源于深部地幔。另外，本區(qū)巖體具有堿性玄武巖超高的Sr豐度，最高達(dá) 1 845×10?6，遠(yuǎn)高于上地殼值 350×10?6和下地殼值230×10?6，因此，月山巖體不可能是地殼巖石深熔或重熔的產(chǎn)物，是巖漿來源于地幔的典型標(biāo)志，但也有Sr豐度較低者，為91.9×10?6，表明原始幔源巖漿在上侵過程中可能受到不同程度的地殼物質(zhì)的混染。

3 成巖機(jī)制討論

從巖漿來源、成巖環(huán)境以及巖漿的成巖作用過程等方面對月山巖體的成巖機(jī)制進(jìn)行討論。

3.1 巖漿來源

殼源型和殼?；煸葱突◢弾r的 w(206Pb)/w(204Pb)較為相近，但w(207Pb)/w(204Pb)區(qū)別明顯，殼源型花崗巖的w(207Pb)/w(204Pb)大于15.600 0，殼?；煸葱突◢弾r的w(207Pb)/w(204Pb)通常小于15.600 0，在鉛同位素構(gòu)造模式圖上位于造山帶演化線以下，月山巖體的長石鉛同位素在鉛同位素構(gòu)造模式圖上位于造山帶演化線以下，月山巖體的長石鉛同位素組成中 w(207Pb)/w(204Pb)值平均為15.54[18]，明顯屬于殼?；煸葱?，在(La/Yb)N—δ(Eu)變異圖解(見圖4)上也有類似的顯示，說明本區(qū)巖漿主要來源于深部的上地幔，但有一定地殼物質(zhì)的混染。從微量元素的特征來看，本區(qū)閃長質(zhì)侵入巖體具有幔源堿性玄武巖的超高的Sr豐度，指示本區(qū)原始巖漿為幔源高鉀堿性玄武巖漿。在w(K2O)—w(SiO2)圖解(見圖 5)中巖體投影點(diǎn)均落入高鉀鈣堿性巖系列，說明本區(qū)巖體比正常鈣堿性更富堿，這與巖石化學(xué)反應(yīng)的特征相符。

3.2 成巖環(huán)境

戈蒂尼指數(shù)(τ)是反映火山巖形成的構(gòu)造環(huán)境的重要參數(shù)，根據(jù)lg τ—lg σ圖可以劃分火山巖形成的構(gòu)造單元。在戈蒂尼指數(shù)(τ)與里特曼指數(shù)(σ)對數(shù)值的關(guān)系圖上(見圖6)，所有樣品點(diǎn)均落入B區(qū)，靠近C區(qū)，表明本區(qū)巖體形成環(huán)境為島弧或活動大陸邊緣區(qū)，但本區(qū)巖體也具有大陸內(nèi)部環(huán)境下侵入巖的特點(diǎn)。

表3 月山巖體微量元素含量Table 3 Trace element compositions of Yueshan intrusion

圖4 月山巖體(La/Yb)N—δ(Eu)關(guān)系圖Fig. 4 (La/Yb)N— δ(Eu) relationship map of Yueshan rockbody

圖5 月山巖體w(K2O)—w(SiO2)圖解Fig. 5 w(K2O)—w(SiO2) relationship map of Yueshan rockbody

3.3 巖漿的成巖作用過程

在(La/Sm)N—w(La)關(guān)系圖中(見圖 7)，部分熔融過程表現(xiàn)為一條斜線，分離結(jié)晶過程表現(xiàn)為一條水平線，本區(qū)的樣品點(diǎn)在圖中線性關(guān)系不明顯，表現(xiàn)出混雜的特點(diǎn)。由此可見，本區(qū)巖漿演化過程不是簡單的平衡過程或分離過程，而是一種非常復(fù)雜的成巖過程，在巖漿演化過程中可能有外來物質(zhì)的加入。

圖6 月山巖體的lg τ—lg σ關(guān)系圖: A—非造山帶地區(qū)的火山巖；B—造山帶(島弧及活動大陸邊緣區(qū))火山巖；C—A和B兩區(qū)派生的堿性巖Fig. 6 lg τ—lg σ relationship of Yueshan rockbody: A—Volcanic rock of nonorogenic belt; B—Volcanic rock of orogenic belt (island arc and active continental margin areas);C—Induced alkalic rock between A and B

圖7 月山巖體(La/Sm)N—w(La)關(guān)系圖Fig. 7 (La/Sm)N—w(La) relationship map of Yueshan rockbody

巖體的全巖分析結(jié)果(見表 1)表明，所有樣品的w(A12O3)/w(CaO+Na2O+K2O)值均大于 1，平均值為1.31，屬典型的過鋁質(zhì)巖石；SiO2平均含量為58.19%，基本屬硅酸弱飽和巖石。由此可知，本區(qū)起源于上地幔的原始堿性玄武巖漿，在巖漿的成巖演化過程中受到了上部硅鋁質(zhì)地殼的同化混染。

3.4 成巖機(jī)制探討

印支期在北西—南東向應(yīng)力場的作用下，造山運(yùn)動異常強(qiáng)烈，誘發(fā)了前印支期的基底斷裂進(jìn)一步活動，來自地幔的堿性玄武巖漿沿基底斷裂上侵，當(dāng)其上侵到地殼深處形成深部巖漿房時，原始巖漿組分重新調(diào)整，分離結(jié)晶出鎂鐵質(zhì)礦物，使殘余巖漿變成富SiO2的熔融體(硅酸弱飽和巖漿)。隨著熔融體繼續(xù)上侵，在上部地殼形成高位巖漿房構(gòu)成了月山地區(qū)統(tǒng)一的深部巖基。在構(gòu)造運(yùn)動和高壓力作用下，巖漿進(jìn)一步上升，在淺地表形成小巖株。由于物理?xiàng)l件與自身化學(xué)條件發(fā)生改變，巖漿組分不斷進(jìn)行調(diào)整，產(chǎn)生了強(qiáng)烈脫硅和液態(tài)不混溶分離結(jié)晶作用。較低溫度的大氣降水逐漸混入導(dǎo)致巖株的絹云母化、矽卡巖和角巖的退化蝕變以及主要構(gòu)造線和灰?guī)r層理發(fā)生硫化物?硅質(zhì)?碳酸鹽的交代作用。月山巖體巖石化學(xué)數(shù)據(jù)顯示，隨著SiO2的增加，MnO和P2O5有減少的趨勢，顯示出一定的負(fù)相關(guān)性，但K2O、K2O、MgO與SiO2沒有明顯的相關(guān)性，說明在巖漿演化過程中，除了發(fā)生結(jié)晶分異作用外，也有同化混染作用。本區(qū)所有樣品的w(A12O3)/w(CaO+Na2O+K2O)值均大于 1，平均值為1.31，屬典型的過鋁質(zhì)巖石，說明本區(qū)巖漿演化過程中受到了硅鋁質(zhì)的同化混染。本區(qū)巖體富鈣率為0.37，但CaO含量低于中國閃長巖平均值，說明本區(qū)鈣質(zhì)同化混染程度較小。因此，本區(qū)巖體是由深部地幔堿性玄武巖漿經(jīng)過結(jié)晶分異作用和一定程度的同化混染作用形成的，其成巖機(jī)制為結(jié)晶分異和深部硅鋁質(zhì)同化混染及淺部弱鈣質(zhì)同化混染機(jī)制。

4 結(jié)論

1) 月山巖體為主要由閃長巖、石英閃長巖和鉀長閃長巖等組成的閃長質(zhì)類巖體，硅酸弱飽和，具有富鈉富鉀的特征，里特曼組合指數(shù)(σ)的平均值為3.38，屬典型的鈣堿性巖漿巖。月山巖體巖石化學(xué)特征與礦田內(nèi)其他巖漿巖巖石化學(xué)特征相似，具有同源性。

2) 月山巖體富集Th和Sr，貧Rb和Ba，具有深部地幔來源的特征；稀土總量 Σw(REE)的平均值為264.20×10?6，輕重稀土比(w(HREE)/w(LREE))的平均值為9.22；巖體富集輕稀土，分餾顯著，無明顯的Eu和 Ce異常，稀土配分曲線均向右傾斜，幾乎重合在一起，顯示本區(qū)巖漿演化特征一致。

3) 月山巖體形成于島弧或活動大陸邊緣區(qū)環(huán)境，在巖漿演化過程中，除了結(jié)晶分異作用外，也存在同化混染作用。深部地幔堿性玄武巖漿經(jīng)過結(jié)晶分異作用和一定程度的同化混染作用形成本區(qū)重要的成礦巖體，其成巖機(jī)制為結(jié)晶分異和深部硅鋁質(zhì)同化混染及淺部弱鈣質(zhì)同化混染機(jī)制。

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Rock-forming mechanism of Yueshan intrusion,Tongling, Anhui Province, China

LIU Zhong-fa1,2, SHAO Yong-jun1,2, SHU Zhi-ming3, ZHANG Yu1,2
(1. Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals, Ministry of Education,Central South University, Changsha 410083, China;2. School of Geoscience and Info-Physics, Central South University, Changsha 410083, China;3. Tongling Nonferrous Metals Group Co., Ltd., Tongling 244000, China)

The origin of magma which formed Yueshan intrusion，the metallogenic environment and the diagenesis of magma were investigated based on the analysis of petrology, lithochemistry, trace elements and rare earth elements geochemistry. The diagenetic mechanism was discussed in this area. The results show that the magma rooted in upper mantle alkali basaltic magma, the diagenesis environment is the island arc and active continental margin areas, and the magmas experiences assimilation and contamination of the crustal materials to different degrees during the process of diagenetic evolution. The rock-forming mechanism is crystal fractionation combined with deep salic assimilationaryhybridization and shallow weak calcareous assimilationary-hybridization.

Yueshan intrusion; rare earth element; geochemistry; rock-forming mechanism; crystal fractionation;assimilationary-hybridization

P588.12

A

1004-0609(2012)03-0652-08

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(2007CB411405)；國家“十一五”科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2006BA01B07)；國土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目(200911007-04)；國家危機(jī)辦項(xiàng)目(20109901)；中南大學(xué)有色金屬成礦預(yù)測教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)展基金資助項(xiàng)目

2011-12-01；

2012-01-04

邵擁軍，教授，博士；電話：13973149482；E-mail：shaoyongjun@126.com

(編輯 陳衛(wèi)萍)