江西贛州淘錫坑鎢礦床稀土地球化學(xué)研究

楊 帆，肖榮閣，白鳳軍，梁 濤

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083;2.河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院，河南鄭州 450052)

0 引言

江西省崇義縣淘錫坑鎢礦床位于華夏地塊北西緣，南嶺EW向構(gòu)造帶東段與武夷山NE－NNE向構(gòu)造帶南段的復(fù)合部位，屬于以云英巖型黑鎢礦(冶金部南嶺鎢礦專題組，1985)為主的鎢多金屬礦床(徐克勤等，1959;陳毓川等，1990;毛景文等，2007)。礦區(qū)深部有一隱伏花崗巖體，屬于九龍腦復(fù)式巖體自南向北沿有利構(gòu)造的侵入延伸(朱焱齡等，1981)。隱伏巖體是以高硅、富堿、富揮發(fā)分、鋁過(guò)飽和為特征的陸殼改造型花崗巖(毛景文等，1995;華仁民，2005;華仁民等，2005)，富含鎢、錫、鉬、鉍、鈹?shù)瘸傻V元素(陳毓川等，1989)。前人研究獲得九龍腦復(fù)式巖體的SHRIMP鋯石U－Pb年齡為(155.8±1.2)Ma(豐成友等，2011);隱伏花崗巖體的SHRIMP鋯石U－Pb年齡為(158.7±3.9)Ma和(157.6±3.5)Ma;含礦石英脈的Rb－Sr等時(shí)線年齡為(154±4)Ma、(157±3)Ma和(161±4)Ma(郭春麗等，2007);云英巖中白云母的40Ar/39Ar同位素年齡為(152.7±1.5)Ma、(153.4 ±1.3)Ma和(155.0±1.4)Ma(郭春麗等，2008);含礦石英脈中輝鉬礦的Re－Os等時(shí)線年齡為(154.4±3.8)Ma;黑鎢礦的模式年齡為(164.0±2.7)Ma(陳鄭輝等，2006)，成巖與成礦時(shí)代接近，均形成于中晚侏羅世，表明該隱伏花崗巖體與成礦有密切的成因聯(lián)系(柳志青，1980)，是礦區(qū)鎢錫成礦物質(zhì)來(lái)源的主要提供者。

本次研究系統(tǒng)采集了礦區(qū)震旦系淺變質(zhì)砂板巖圍巖、成礦花崗巖及各礦段不同類型的礦石樣品，并進(jìn)行了巖石化學(xué)、微量元素及稀土元素成分分析。研究從礦化圍巖、成礦花崗巖及礦化石英脈、蝕變巖石的稀土地球化學(xué)入手，側(cè)重分析成礦花崗巖成因及成礦物質(zhì)來(lái)源。測(cè)試由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所完成，樣品進(jìn)行了抽樣檢測(cè)及標(biāo)樣檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)在允許誤差范圍內(nèi)合格率為100%。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 地層

淘錫坑鎢礦床處于NNE向九龍腦－營(yíng)前巖漿巖帶與EW向古亭－赤土區(qū)域構(gòu)造－巖漿－成礦帶的交匯部位。礦區(qū)出露地層主要為震旦系、寒武系、奧陶系淺變質(zhì)碎屑巖系(金文山等，1997)，巖性有細(xì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)板巖等(圖1)。震旦系、寒武系、奧陶系淺變質(zhì)碎屑巖系組成淘錫坑復(fù)式倒轉(zhuǎn)背斜主體(徐敏林等，2006)，被一系列NE向斷裂切割，構(gòu)成礦區(qū)主體控礦構(gòu)造，僅在礦區(qū)東部有泥盆系、二疊系、石炭系沉積巖出露，構(gòu)成寶山近南北向向斜拗陷的一部分。

1.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)斷裂型式復(fù)雜、規(guī)模不大、活動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，既有控礦、儲(chǔ)礦斷裂，又有成礦期后破壞性斷裂構(gòu)造。空間上呈三個(gè)方向展布(吳至軍等，2009):①南北向斷裂，礦區(qū)形成最早的斷裂，走向近南北向，西傾為主，傾角70°～80°，其中密溪河大斷裂長(zhǎng)5km，寬1～20m，直接影響了淘錫坑隱伏巖體的侵入定位;② 北東向斷裂，規(guī)模較大，延長(zhǎng)1～4km，絕大部分表現(xiàn)為硅化帶，裂面多數(shù)向北西傾斜，傾角55°～80°，屬于成礦前斷裂;③ 東西向斷裂，規(guī)模較小，多為低溫石英細(xì)脈構(gòu)成的硅化破碎帶，走向260°～280°，傾向北，傾角60°～85°。

1.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)以加里東期和燕山期為主，加里東早期階段以中基性至酸性海底火山噴發(fā)為主，晚期階段表現(xiàn)為強(qiáng)烈的混合巖化和酸性巖漿侵入;燕山早期主要為酸性巖漿侵入活動(dòng)，間有少量基性巖漿侵入;海西－印支期巖漿活動(dòng)比較微弱，僅有少許中酸性巖株出露。

1.4 礦體特征

區(qū)內(nèi)礦體呈脈狀，產(chǎn)于燕山期花崗巖外接觸帶的變質(zhì)巖中。按礦脈的空間展布位置，可分為寶山、西山、爛埂子、楓林坑4個(gè)礦段。礦脈在地表顯示由密集的云母細(xì)脈、石英細(xì)脈組成，脈寬 0.03～0.15m，賦存于震旦系變質(zhì)巖系中。礦脈向下延伸歸并成脈幅0.40～1.70m的石英窄脈和寬脈，延至隱伏花崗巖體頂部邊緣。礦脈走向延長(zhǎng)340～680m，傾向延深250～660m，部分礦脈深度大于長(zhǎng)度。

礦化石英脈走向上呈分支尖滅(圖2－a)、分支復(fù)合(圖2－b)及側(cè)列式延伸(圖2－c)。石英脈內(nèi)部有對(duì)稱條帶狀構(gòu)造(圖2－d)、沿片理充填形成的條紋狀構(gòu)造(圖2－e)及一次充填形成的塊狀構(gòu)造(圖2－f)。在含礦石英脈兩側(cè)，發(fā)育硅化、白云母化等高溫交代蝕變礦物，并見有綠泥石化、碳酸鹽化等低溫交代蝕變礦物。

1.5 礦石特征

礦石中的脈石礦物以石英為主，并見有螢石(圖3－a，b)，蝕變巖中有黑云母、白云母等非金屬礦物，金屬礦石礦物主要為黑鎢礦、輝鉬礦、錫石、黃鐵礦、黃銅礦及少量白鎢礦(圖3－c，d，e)。

表1 震旦系砂板巖主量元素組成及相關(guān)參數(shù)表(%)Table 1 Major element compositions and related parameters of the Sinian sand-slates(%)

黑鎢礦均顯示自形粗晶粒狀，呈孤立板狀晶體，放射狀、團(tuán)粒狀集合體一般依托在圍巖角礫、石英晶體上生長(zhǎng)(圖3－f)，或者與硫化物形成共結(jié)結(jié)構(gòu)。黑鎢礦在石英脈中呈現(xiàn)各種生長(zhǎng)形態(tài)(圖3 －g，h，i，j，k，l)，這與脈體所在不同部位的巖性空間差異有關(guān)。多階段充填形成的礦化石英脈的每個(gè)階段都有黑鎢礦產(chǎn)出，由此判斷黑鎢礦成礦貫穿了石英脈充填的全過(guò)程。

2 震旦系砂板巖地球化學(xué)特征

震旦系細(xì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)板巖為礦區(qū)主要賦礦圍巖，屬于雜砂巖夾石英砂巖(郭春麗等，2011)。巖石化學(xué)顯示富鉀富鋁的特點(diǎn)，其中w(K2O+Na2O)1.41% ～8.70%，w(K2O)/w(Na2O)1.36～21.49，除樣品 Ts5以外，w(MgO)＞w(CaO)，A/CNK平均2.72，A/NK平均3.28(表1)。

對(duì)比智利海溝海相沉積物及麻陽(yáng)盆地陸相沉積物巖石化學(xué)組成，前者屬于陸源海相沉積物，以接受深海沉積為主，但其沉積碎屑物具有陸源碎屑物特征，w(K2O)/w(Na2O)為 0.41～0.58，平均0.47;w(MgO)/w(CaO)＞0.5，平均 0.64(Friedrich et al.，2010);后者屬于陸源陸相沉積物，盆地是典型成熟地殼基礎(chǔ)上形成的中生代內(nèi)陸沉積盆地，位于雪峰山脈與武陵山脈之間，雪峰山－武陵山隆起帶前寒武系淺變質(zhì)巖提供的沉積碎屑物具有較高的成熟度，w(K2O)/w(Na2O)為 1.13～3.06，平均1.39，w(MgO)/w(CaO)為 0.11 ～0.62，平均 0.27(劉昌實(shí)等，1990;王大鵬等，2007)。

一般沉積物中w(K2O)/w(Na2O)與w(MgO)/w(CaO)可以反映沉積物物質(zhì)來(lái)源及沉積環(huán)境與元素化合物賦存狀態(tài)的關(guān)系。Na2O、K2O和CaO是構(gòu)成長(zhǎng)石的主要成分，MgO是鐵鎂礦物主要成分，而風(fēng)化之后Na2O、K2O構(gòu)成粘土礦物成分，CaO、MgO則成為碳酸鹽礦物成分。海溝及島弧環(huán)境風(fēng)化物以w(K2O)/w(Na2O)＜1、w(MgO)/w(CaO)＞0.5 為特征，如智利海溝海相沉積物;而成熟地殼風(fēng)化物則w(K2O)＞ w(Na2O)、w(CaO)＞ w(MgO)，如麻陽(yáng)盆地陸相沉積物。

圍巖稀土總量相對(duì)較高，平均218.68×10－6。LREE/HREE為4.0～16.8，平均8.35，顯示輕稀土富集，重稀土虧損。有正鈰異常和負(fù)鈰異常，δCe平均0.92，顯示負(fù)異常;δEu平均0.66，負(fù)銪異常明顯(表2)。稀土元素配分曲線呈右傾斜特征(圖4－a，b)，并且總體上顯示負(fù)銪異常明顯的曲線斜率較大。特征值LREE/HREE與REE呈現(xiàn)正相關(guān)(圖5－a)，δEu與LREE/HREE主要為負(fù)相關(guān)(圖5－b)。

智利海溝沉積物稀土總量比較低(Friedrich et al.，2010)，平均 85.77 × 10－6。LREE/HREE 為較低，平均5.35。δEu＜1，負(fù)銪異常較弱。稀土元素配分模式(圖4－c，d)基本呈現(xiàn)負(fù)銪異常相對(duì)明顯的曲線斜率較大。特征值LREE/HREE－REE呈現(xiàn)弱正相關(guān)(圖5－c)，δEu－LREE/HREE負(fù)相關(guān)(圖5－d)。

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圖4 震旦系砂板巖、智利海溝沉積物和麻陽(yáng)盆地沉積物稀土配分曲線(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)值據(jù)Boynton，1984)Fig.4 REE distribution patterns of the Sinian sand-slates，the Chile Trench sediments and the Mayang Basin sediments(normalized values of chondrite are after Boynton，1984)

麻陽(yáng)盆地陸相沉積物稀土總量較高(劉昌實(shí)等，1990;王大鵬等，2007)，平均 106.93 ×10－6。LREE/HREE大，平均8.71，總體明顯富集輕稀土。有正銪異常并發(fā)育較強(qiáng)負(fù)銪異常，無(wú)鈰異常。稀土元素配分模式顯示負(fù)銪異常較強(qiáng)的曲線斜率小(圖4－e，f)。特征值LREE/HREE－REE呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)(圖5－e)，δEu－LREE/HREE正相關(guān)(圖5－f)。

對(duì)比分析認(rèn)為，震旦系淺變質(zhì)砂板巖顯示海相沉積特征，并且物質(zhì)來(lái)源是陸源，由此判斷震旦系淺變質(zhì)砂板巖原巖為淺海相陸源沉積巖。

3 成礦花崗巖地球化學(xué)特征

淘錫坑鎢礦床南部約8km以南為九龍腦花崗巖基分布，面積約100km2(徐敏林等，2011)。九龍腦復(fù)式巖體自南向北沿構(gòu)造分布，南端地表出露為粗粒黑云母花崗巖，往北逐漸隱伏地下，變?yōu)橹屑?xì)粒黑云母花崗巖，在淘錫坑錫鎢礦床地下200 m左右形成深部隱伏巖體，稱為淘錫坑巖體，該巖體是礦區(qū)鎢礦成礦巖體(圖6)。

成礦花崗巖巖石化學(xué)顯示(表3):高硅，w(SiO2)70.53% ～77.87%，平均74.46%;富鉀，w(K2O+Na2O)6.37% ～9.30%，w(K2O)/w(Na2O)1.09～2.27，平均 1.56;鋁過(guò)飽和，A/CNK 平均 1.35，A/NK平均1.53，與南嶺地區(qū)花崗巖SiO2含量偏高、堿質(zhì)含量高、鐵和鎂含量明顯偏低、CaO普遍偏低的特征基本一致(中國(guó)科學(xué)院貴陽(yáng)地球化學(xué)研究所，1979;莫柱孫等，1980;南京大學(xué)地質(zhì)系，1981)，屬于陸殼熔融成因花崗巖(方清浩等，1987;祁昌實(shí)等，2007;譚俊等，2007)。

表4 淘錫坑鎢礦床花崗巖稀土元素組成及相關(guān)參數(shù)表(10－6)Table 4 REE compositions and related parameters of the granites in the Taoxikeng tungsten deposit(10－6)

圖7 淘錫坑鎢礦床花崗巖、南嶺陸殼熔融成因花崗巖和大洋玄武巖稀土配分曲線(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)值據(jù)Boynton，1984)Fig.7 REE distribution patterns of the granites in the Taoxikeng tungsten deposit，the granites derived from melting of continental crust in Nanling and the average MORB(normalized values of chondrite are after Boynton，1984)

稀土元素總量中等(表4)，平均151.56 ×10－6。LREE/HREE平均6.30，大部分表現(xiàn)明顯的負(fù)銪異常，δEu 值平均0.20，最小 0.03，最高0.36。輕重稀土分異與銪異常相關(guān)，均顯示負(fù)銪異常較弱的稀土配分曲線右傾斜率較大;而負(fù)銪異常較強(qiáng)的稀土配分曲線斜率小呈平緩曲線，輕重稀土分異不明顯(圖7－a，b)，與南嶺陸殼熔融成因花崗巖的稀土元素配分模式相似(圖7－c)。稀土元素配分模式可以反映不同地質(zhì)環(huán)境的巖石，如大洋中脊地幔源巖漿巖基本沒(méi)有稀土分異(Taylor et al.，1985)，稀土總量高于球粒隕石，稀土配分曲線顯示平緩直線;而地殼尤其是上地殼巖石具有明顯輕重稀土分異，并出現(xiàn)負(fù)銪異常(圖7－d)。

圖8 淘錫坑鎢礦床花崗巖、東南亞島弧巖漿巖和東天山巖漿巖特征值相關(guān)曲線圖Fig.8 Characteristic value diagrams of the granites in the Taoxikeng tungsten deposit，the island arc magmatic rocks in southeast Asia and the magmatic rocks in the eastern Tianshan Mountains

表5 淘錫坑鎢礦床礦化云英巖脈主量元素組成及相關(guān)參數(shù)表(%)Table 5 Major element compositions and related parameters of the mineralization greisen veins in the Taoxikeng tungsten deposit(%)

稀土特征值LREE/HREE與REE主體呈負(fù)相關(guān)，δEu與LREE/HREE顯示為直線正相關(guān)(圖8－a，b)。這與洋殼熔融成因的東南亞島弧巖漿巖(朱章顯等，2009)和殼幔混染成因的東天山巖漿巖(郭芳放等，2008;唐俊華等，2008)δEu－LREE/HREE相關(guān)性均不同，前者稀土元素δEu與LREE/HREE呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖8－c);后者呈現(xiàn)二次曲線相關(guān)(圖8－d)，曲線前半部分正相關(guān)反映殼源熔融巖漿巖特點(diǎn)，后半部分負(fù)相關(guān)反映幔源巖漿巖特點(diǎn)，前半部分樣品點(diǎn)多則反映殼源熔融為主、幔源混合較少。

4 礦體地球化學(xué)特征

巖石化學(xué)顯示云英巖巖脈堿性組分含量不高(表5)，w(K2O+Na2O)4.62% ～ 7.09%，但是 w(K2O)/w(Na2O)明顯高，顯示K2O為主;A/CNK 1.36 ～1.96，A/NK 1.47 ～ 2.86，鋁過(guò)飽和，云英巖巖脈成分特征主要受制于石英和白云母的成分。

云英巖和含黑鎢礦石英脈稀土總量比較高(表6)，149.38 ×10－6～256.02 ×10－6。輕重稀土分異不明顯，LREE/HREE 為2.17～5.16。負(fù)銪異常明顯 ，δEu最小0.06，最高0.16。與淘錫坑成礦花崗巖基本一致，稀土配分曲線顯示規(guī)則的V型(圖9－a)。石英脈稀土總量較低，稀土配分曲線不規(guī)則(圖9－b)。

表6 淘錫坑鎢礦床礦化云英巖脈及石英脈稀土元素組成及相關(guān)參數(shù)表(10－6)Table 6 REE compositions and related parameters of the mineralization greisen veins and the quartz veins in the Taoxikeng tungsten deposit(10－6)

礦化云英巖及石英脈的稀土特征值LREE/HREE與REE呈負(fù)相關(guān)(圖10－a)，δEu與LREE/HREE顯示為直線正相關(guān)(圖10－b)，也與淘錫坑成礦花崗巖基本一致。表明礦化云英巖及石英脈物質(zhì)來(lái)源主要來(lái)自淘錫坑成礦花崗巖體，屬于巖漿熱液充填形成的石英脈。

5 結(jié)論

本文從礦化圍巖、成礦花崗巖及礦化石英脈、蝕變巖石的稀土地球化學(xué)研究入手，分析成礦花崗巖成因及成礦物質(zhì)來(lái)源，得出如下認(rèn)識(shí):

(1)通過(guò)對(duì)稀土元素配分模式及特征值LREE/HREE－REE、δEu－LREE/HREE相關(guān)性的分析，認(rèn)為銪異常與配分曲線斜率之間的關(guān)系可以比較有效判斷巖石成因。

(2)震旦系砂板巖LREE/HREE－REE正相關(guān)，δEu－LREE/HREE負(fù)相關(guān)，與智利海溝陸源海相沉積物的稀土地球化學(xué)特征類似，結(jié)合巖石化學(xué)組成分析，判斷震旦系砂板巖原巖屬于淺海相陸源沉積巖。

(3)成礦花崗巖LREE/HREE－REE總體呈負(fù)相關(guān)，δEu－LREE/HREE顯示直線正相關(guān)，與南嶺花崗巖的稀土地球化學(xué)特征相近。結(jié)合該花崗巖具有高硅、富鉀、鋁過(guò)飽和的巖石化學(xué)特征，判斷成礦花崗巖屬于陸殼熔融成因花崗巖。

(4)云英巖巖脈和含礦石英脈LREE/HREEREE呈負(fù)相關(guān)，δEu－LREE/HREE為直線正相關(guān)，并顯示明顯負(fù)銪異常，與成礦花崗巖稀土地球化學(xué)特征基本一致，而不同于礦化圍巖，因此，認(rèn)為成礦熱液及成礦物質(zhì)主要來(lái)自成礦花崗巖體。

［注釋］

① 江西省地勘局贛南地質(zhì)調(diào)查大隊(duì).2005.江西省崇義縣淘錫坑礦區(qū)鎢礦資源潛力評(píng)價(jià)報(bào)告［R］.

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