南山鎢錫多金屬礦床地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義*

范飛鵬 肖惠良 陳樂(lè)柱 鮑曉明 蔡逸濤 周 延 武 玲 吳涵宇

(南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所)

矽卡巖型鎢錫礦床是中國(guó)南嶺成礦帶中重要的礦床類型之一［1］，而矽卡巖及矽卡巖礦床是研究成巖成礦的重要窗口［2］。矽卡巖型礦床是侵入體與鈣質(zhì)圍巖在兩者的接觸帶附近或是沿層破碎帶交代變質(zhì)形成的。矽卡巖成巖成礦理論主要有巖漿熱液成因［3］、區(qū)域變質(zhì)及混合巖化成因［4-6］、熱水沉積成因［7］和多成因復(fù)合型［8］。

通過(guò)近年來(lái)項(xiàng)目組在該地區(qū)深部鉆探驗(yàn)證，南山鎢錫多金屬礦床具有中型以上找礦前景［9-13］。該礦床受中國(guó)南方晚古生代海侵海退影響，處于復(fù)雜的巖性巖相變過(guò)渡遞變帶，沉積建造非常復(fù)雜，鈣質(zhì)巖類與頁(yè)巖、粉砂巖巖相變化部位是熱液交代的主要位置［14］。本次研究通過(guò)對(duì)礦區(qū)鉆孔內(nèi)不同類型含礦矽卡巖、大理巖與和矽卡巖關(guān)系密切的黑云母二長(zhǎng)花崗巖進(jìn)行地球化學(xué)對(duì)比研究，分析矽卡巖在成巖、成礦過(guò)程中地球化學(xué)特征和成巖成礦時(shí)代。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

南山礦區(qū)處于東西向南嶺多金屬成礦帶東段。礦區(qū)主要出露寒武系碎屑巖建造、泥盆系碎屑巖夾碳酸鹽建造及第四系坡積物。其中泥盆統(tǒng)天子嶺組為鎢錫的主要含礦層位。矽卡巖主要為含石榴石和透輝石大理巖、石榴石透輝石矽卡巖和陽(yáng)起石透輝石矽卡巖。地表矽卡巖氧化非常強(qiáng)烈，多呈雜色碎塊狀。地層走向?yàn)镹E—NEE向，傾向NW，傾角為15°～30°。

礦區(qū)蓋層受巖漿巖活動(dòng)影響，巖層產(chǎn)狀變化較大，褶皺軸面多呈波狀起伏和穹窿狀。礦區(qū)線性構(gòu)造主要為成礦前構(gòu)造裂隙，NW向和近EW向最發(fā)育，NEE向次之，分布于巖體的內(nèi)外接觸帶。NW向裂隙均被含礦石英脈充填，NEE向和近EW向裂隙中見(jiàn)含礦石英脈及晚期細(xì)?；◢弾r脈。

礦區(qū)出露巖漿巖為燕山早期第二階段(γ2－25)中細(xì)粒黑云母花崗巖(有2次侵入)和燕山早期第三階段(γ2－3

5)中細(xì)粒黑云母花崗巖、二云母花崗巖和含石榴石黑云母二長(zhǎng)花崗巖(有2次侵入)。這2個(gè)階段侵入巖與區(qū)內(nèi)鎢錫鉬多金屬礦關(guān)系非常密切［10-12］。

2 地球化學(xué)特征

矽卡巖樣品采自ZK726和ZK1127深部，樣品均含有黑鎢礦、白鎢礦、黃銅礦和少量黃鐵礦、方鉛礦和閃鋅礦。5件黑云母二長(zhǎng)花崗巖(以下簡(jiǎn)稱巖體)樣品采自ZK301深部，部分樣品有輕微蝕變。

2.1 主量元素特征

南山鎢錫多金屬礦床巖體、矽卡巖主量元素分析結(jié)果見(jiàn)表1。據(jù)表1可知，各類含礦矽卡巖w(SiO2)為37.9% ～48.7%，薄層石榴石大理巖w(SiO2)為46.6% ～50.9%，大理巖w(SiO2)大多數(shù)為30.1% ～34.2%(除薄層石榴石大理巖)，黑云母二長(zhǎng)花崗巖w(SiO2)較高(74.27%77.76%);矽卡巖中 w(Al2O3)為 12.9%～16.1%，大理巖w(Al2O3)為5.83% ～12.7%，黑云母二長(zhǎng)花崗巖w(Al2O3)為 11.89%～13.49%;矽 卡 巖 中w(Fe2O3)為4.43% ～5.71%，大理巖w(Fe2O3)為2.72%～3.83%(除含透輝石大理巖)，巖體w(Fe2O3)為0.32% ～1.51%;矽卡巖中w(FeO)為2.36%～3.18%，大理巖 w(FeO)為 0.96% ～2.17%，巖體w(FeO)為0.74% ～1.06%;矽卡巖中w(MnO)為 0.18%0.26%，大理巖 w(MnO)為0.09% ～0.73%，巖體w(MnO)為0.06% ～0.22%;矽卡巖中w(MnO)為 1.6% ～2.14%，大理巖w(MnO)為 1.31% ～3.25%，巖體 w(MnO)為0.02% ～0.17%;矽卡巖中 w(CaO)為21.8% ～32.2%，大理巖 w(CaO)為31.3% ～43.5%，巖體w(CaO)為 0.62% ～1.01%。矽卡巖主量元素SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、K2O 和 P2O5含量比大理巖含量高，其余小于大理巖。而花崗巖呈現(xiàn)出高硅、鋁、鉀、鈉，其余均低于矽卡巖和大理巖。表明矽卡巖主要由富含鋁、鐵、鈣的硅酸鹽礦物組成，含少量含鎂礦物。這也與野外和鏡下觀察到的矽卡巖礦物組合一致。南山礦區(qū)矽卡巖以雙交代作用為主［14］，矽卡巖中 w(SiO2)與 w(MnO)、w(MgO)、w(CaO)、w(Fe2O3+FeO)均呈現(xiàn)出線性關(guān)系，說(shuō)明矽卡巖在形成過(guò)程中，巖體中的Mg、Fe、Ti、Ca等元素大量被流體帶出，流體與圍巖發(fā)生交換遷移，形成石榴石、透輝石、陽(yáng)起石等矽卡巖礦物，見(jiàn)圖1。由于灰?guī)r含有泥質(zhì)，形成的矽卡巖礦物多呈斑點(diǎn)狀、條帶狀。

表1 南山鎢錫多金屬礦床巖體、矽卡巖主量元素分析結(jié)果 %

本區(qū)層狀含礦矽卡巖及大理巖均落在w(SiO2)－w(Al2O3)圖的水成區(qū)和深海沉積物區(qū)，其中大理巖和石榴石透輝石矽卡巖部分落在水成區(qū)，透輝石矽卡巖均落在深海沉積物區(qū)，見(jiàn)圖2。這一特征可能與圍巖建造特征有關(guān)，同時(shí)與區(qū)域變質(zhì)作用和后期的巖漿熱液作用有關(guān)。

圖1 南山鎢錫多金屬礦床矽卡巖諧變示意

w(Al2O3)－w(FeO)－w(CaO)三角圖解能有效地把噴流－沉積矽卡巖與交代矽卡巖及其他巖類區(qū)分開(kāi)來(lái)［15-16］，礦區(qū)含礦矽卡巖及大理巖樣品均落在w(Al2O3)－w(CaO)附近，分布在陸源碎屑巖與海水碳酸鹽巖之間，靠近碳酸鹽一側(cè)，見(jiàn)圖3。在1/2w(SiO2)－w(FeO)－w(CaO)圖［15-16］中，本區(qū)含礦矽卡巖及大理巖樣品均落在w(Al2O3)－w(CaO)底線附近，說(shuō)明矽卡巖和大理巖均屬同一成因，但不同矽卡巖類特征也不盡一致，說(shuō)明交代作用可能發(fā)生在碎屑巖和碳酸鹽巖巖性巖相帶，見(jiàn)圖4。

圖2w(SiO2)與w(Al2O3)之間關(guān)系

2.2 稀土元素特征

樣品微量元素分析結(jié)果見(jiàn)表2，南山礦區(qū)矽卡巖和花崗巖稀土球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分見(jiàn)圖5。

圖3w(Al2O3)、w(FeO)、w(CaO)之間關(guān)系

圖4 1/2w(SiO2)、w(FeO)、w(CaO)之間關(guān)系

圖5 南山礦區(qū)矽卡巖和花崗巖稀土球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分

根據(jù)表2及球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素圖可知，12件含礦矽卡巖及大理巖樣品的稀土元素含量變化范圍較大，稀土總量從矽卡巖、黑云母二長(zhǎng)花崗巖到大理巖逐漸降低。矽卡巖稀土總量最高為(123.97×10－6～196.36×10－6，平均為 167.64 ×10－6)，富集輕稀土，輕重稀土含量比值為8.34～10.37，δEu值為 0.62 ～0.76，具中等負(fù)異常，δCe為0.97～1.02，異常不明顯。大理巖稀土總量為49.49×10－6～158.5×10－6，平均為100.93×10－6，輕稀土富集，輕重稀土含量比值為7.6～12.83，δEu值為0.63～0.74，具中等負(fù)異常，δCe值為1.01～1.03，異常不明顯。巖體稀土總量為101.00×10－6～133.11×10－6，平均為116.60×10－6;富集輕稀土元素，輕重稀土含量比值為2.58～4.26，輕稀土有較弱的分異現(xiàn)象，δEu值為0.09～0.16，具明顯負(fù)異常，δCe值為0.95～1.95，具正異常。

表2 南山鎢錫多金屬礦床巖體、矽卡巖微量和稀土元素分析結(jié)果

總體上，各類矽卡巖、大理巖和巖體稀土總量差異較大，稀土配分圖呈右傾型。富集輕稀土，輕稀土元素組有分異現(xiàn)象，Eu具中等負(fù)異常，說(shuō)明矽卡巖和大理巖屬同一成因，與典型的熱液交代型矽卡巖類似。Eu正異常是在較高溫度條件下形成［2，17］，礦區(qū)含礦矽卡巖和大理巖中的Eu呈中等負(fù)異常，說(shuō)明形成溫度可能不高。巖體中Eu明顯負(fù)異常，稀土配分型式呈海鷗狀。說(shuō)明巖體與矽卡巖、大理巖有一定成因，矽卡巖和大理巖受同一巖漿熱液流體交代而形成，但又繼承了圍巖本身特征。矽卡巖和大理巖Ce異常不明顯，說(shuō)明形成矽卡巖的流體中沒(méi)有海水參與，流體可能來(lái)自深部巖漿。

2.3 微量元素特征

各類矽卡巖與巖體有著相近的微量元素含量，兩者均富集 Rb、Th、Sm 等元素，貧 K、Ba、P、Ti等元素，但在大理巖中Rb、Ba等虧損，見(jiàn)表2。礦區(qū)巖體認(rèn)為是地殼中的泥質(zhì)巖和少量砂質(zhì)巖與幔源流體發(fā)生了 部 分熔融［18］，花崗 巖的 δZr/δHf(33.59 ～38.85)高于球粒隕石的比值，而 δNb/δTa(2.27～8.32)明顯低于球粒隕石的對(duì)應(yīng)值，表明它們?cè)谘莼之愌莼^(guò)程中也經(jīng)歷了部分熔融。

3 成巖成礦年代學(xué)

鄰區(qū)石人嶂礦山EW—SE向含礦石英脈中的輝鉬礦 Re－Os同位素年齡為 159.1±2.2 Ma［19］，相鄰師姑山和梅子窩石英脈型鎢錫礦形成時(shí)代分別為154.2 ±2.7 Ma［20］和 150 ±5 Ma［21］，均屬燕山早期。這一時(shí)間與南嶺大規(guī)模成巖成礦作用時(shí)間(165～150 Ma)［22］一致。付建明等人認(rèn)為石人嶂、師姑山和梅子窩鎢錫多金屬礦為燕山早期同期構(gòu)造巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物［22］。

南山礦區(qū)與矽卡巖關(guān)系密切的巖體鋯石SHRIMP U －Pb 同位素年齡為158.1 ±1.8 Ma［18］，這一年齡與燕山期巖漿熱液活動(dòng)時(shí)間一致。因此，南山地區(qū)的矽卡巖成巖成礦時(shí)間也應(yīng)為158.1±1.8 Ma。

4 結(jié)論

(1)南山礦區(qū)矽卡巖是含有 Ti、Fe、Mn、Mg 和Ca等元素的流體在矽卡巖和巖體中發(fā)生交換遷移，形成了石榴子石、透輝石、陽(yáng)起石等矽卡巖礦物。

(2)南山鎢錫多金屬礦床主要是巖漿熱液交代形成，礦區(qū)內(nèi)的各類含礦矽卡巖和大理巖具有相似的稀土配分形式，成因相同，但保留了原始原巖建造特征。

(3)形成矽卡巖的流體主要來(lái)自深部巖漿，是典型的巖漿熱液交代型矽卡巖，形成溫度為中高溫環(huán)境。

(4)南山地區(qū)的矽卡巖成巖成礦時(shí)間為158.1±1.8 Ma，屬燕山早期，該時(shí)間與南嶺大規(guī)模成巖成礦時(shí)間一致。

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