廣西三叉沖鎢礦有關(guān)巖體巖石成因: 鋯石U-Pb年代學(xué)、元素地球化學(xué)及Nd同位素制約

王炯輝, 王志強(qiáng), 陳 斌

(1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京）, 北京 100083; 2. 五礦勘查開發(fā)有限公司, 北京 100010; 3. 北京大學(xué) 地球與空間科學(xué)學(xué)院教育部“造山帶與地殼演化”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100871)

0 引 言

華南是我國(guó)著名的花崗巖和金屬礦床成礦省,尤其以與中生代花崗巖類有關(guān)的W、Sn、Mo、Bi、REEs、U等金屬的大規(guī)模成礦作用較為突出[1–2]。華南中生代大規(guī)模成礦作用主要集中于三個(gè)時(shí)段:晚三疊世(230～210 Ma)、中-晚侏羅世(170～150 Ma)和白堊紀(jì)(120～80 Ma)。其中白堊紀(jì)成礦期又主要集中于100～90 Ma, 主要相關(guān)礦床為鈣堿性I型花崗巖有關(guān)的 Cu-Mo礦床、S型準(zhǔn)鋁質(zhì)/過鋁質(zhì)花崗巖有關(guān)的錫多金屬礦床、斑巖型-淺成低溫型Cu-Au-Ag 礦床[3]。

博白-岑溪多金屬成礦帶是廣西東南部重要的成礦帶。在該成礦帶上, 先后發(fā)現(xiàn)了米場(chǎng)中型鉬鎢礦、安垌中型鎢鉬礦、油麻坡中大型鉬鎢礦和三叉沖大型鎢礦等一系列礦床。這些礦床多數(shù)為夕卡巖型鎢鉬礦, 是該成礦帶上最重要的成礦類型[4], 其成礦作用與白堊紀(jì)巖漿活動(dòng)關(guān)系密切。白堊紀(jì)侵入巖分布廣泛, 主要沿博白-岑溪斷裂帶斷續(xù)出露, 分布于博白-陸川一帶, 巖石類型主要為黑云母花崗巖和花崗閃長(zhǎng)巖為主, 次為花崗斑巖、石英斑巖等[4]。主要巖體有米場(chǎng)、陸川、大王嶺、柏椏、油麻坡和三叉沖等。前人對(duì)博白-陸川地區(qū)重要鎢鉬礦床做了較多研究[5–10]。付強(qiáng)等[5]對(duì)油麻坡鎢鉬礦的研究表明,鎢鉬礦化類型主要為夕卡巖型、云英巖型、石英脈型等, S同位素組成表明成礦流體主要來自巖漿流體,成礦流體溫度主要集中于210～320 ℃。但對(duì)與成礦密切相關(guān)的花崗巖體研究有限。付強(qiáng)等[11]對(duì)米場(chǎng)巖體及其中的暗色微粒包體進(jìn)行了地球化學(xué)研究, 指出米場(chǎng)花崗巖體形成于殼?；旌献饔?。

本文擬通過對(duì)該地區(qū)三叉沖大型鎢鉬礦床密切相關(guān)的三叉沖巖體進(jìn)行鋯石U-Pb年代學(xué)、全巖地球化學(xué)、全巖Nd同位素的研究, 確定三叉沖巖體的形成時(shí)代, 討論三叉沖巖體的巖石成因及大地構(gòu)造背景。以期深刻理解桂東南地區(qū)白堊紀(jì)巖漿作用及其相關(guān)的成礦作用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

華南由揚(yáng)子板塊和華夏板塊大約在 900 Ma碰撞拼貼形成。華夏板塊出露大面積的花崗巖(約占整個(gè)面積的30%)。前寒武紀(jì)花崗巖多分布于華夏與揚(yáng)子的碰撞拼合帶上, 是兩者碰撞-拼貼的產(chǎn)物[12]。華夏板塊上分布有加里東期、印支期和燕山期花崗巖。加里東期花崗巖主要分布于湘-贛、湘-桂和桂-粵交界地區(qū), 以武夷山和云開地區(qū)最為集中, 以過鋁質(zhì)花崗巖為主。印支期花崗巖主要分布于桂東南大容山-十萬大山、諸廣山、閩西等地, 主要形成于240～205 Ma, 以強(qiáng)過鋁質(zhì)為特征[13]。燕山早期花崗巖主要分布在南嶺地區(qū), 形成時(shí)間集中于170～150 Ma,以準(zhǔn)鋁質(zhì)和弱過鋁質(zhì)鈣堿性為主[14]。南嶺地區(qū)燕山早期花崗巖多為復(fù)式巖體, 與鎢錫成礦作用關(guān)系密切。前人對(duì)南嶺地區(qū)燕山早期復(fù)式巖體做了大量的工作, 南嶺西部巖體(如騎田嶺、花山-姑婆山、香花嶺巖體)普遍具有較高的Nd-Hf同位素素組成及較低的 O同位素組成, 表明地幔在這些花崗巖體的形成過程中起了重要作用[15–19]; 而南嶺東部巖體(如西華山、大東山、瑤崗仙)則具有較低的Nd-Hf同位素組成, 表明這些巖體主要為下地殼部分熔融的產(chǎn)物[20–22]。華夏板塊燕山晚期具有更強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng), 該期花崗巖及火山巖主要分布于東南沿海及桂、粵沿海地區(qū), 巖漿活動(dòng)主要集中于 80～130 Ma, 以準(zhǔn)鋁質(zhì)和弱過鋁質(zhì)鈣堿性為特征[14]。東南沿海地區(qū)燕山晚期鈣堿性巖漿巖普遍具有殼?；旌咸卣鱗23–26]。在東南沿海地區(qū)普遍發(fā)育以流紋巖為主的雙峰式火山巖、基性巖脈及 A型花崗巖, 被認(rèn)為是在太平洋板塊俯沖及巖石圈減薄過程的產(chǎn)物[26–28]。

三叉沖巖體位于博白-岑溪深斷裂的西南段(圖1a), 區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了加里東期、印支期和燕山期構(gòu)造巖漿活動(dòng), 礦床眾多, 是一個(gè)重要鎢鉬鉛鋅多金屬礦帶。區(qū)內(nèi)燕山晚期巖體主要由陸川、米場(chǎng)、安垌、平塘、油麻坡和三叉沖巖體組成, 巖性為黑云母花崗巖和花崗閃長(zhǎng)巖, 與區(qū)內(nèi)鎢鉬鉛鋅成礦關(guān)系密切。燕山晚期花崗巖體產(chǎn)在加里東期云開地體中[31],其西北側(cè)為印支期大容山 S型花崗巖, 形成時(shí)代為224～236 Ma[29,32,33](圖 1a)。云開地體由高級(jí)變質(zhì)的高州雜巖、中級(jí)變質(zhì)的云開群和幾乎未變質(zhì)的下古生界沉積巖和加里東期花崗巖組成。巖石組成主要為片巖、板巖、千枚巖, 及少量的副片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖、麻粒巖和紫蘇花崗巖[15]。云開地體的年齡主要為 422～450 Ma[31,34–36]。該區(qū)出露的地層有寒武系片巖、片麻巖; 奧陶系千枚巖、片巖; 泥盆系石英片巖、碎屑巖; 白堊系礫巖等。三叉沖巖體侵入泥盆系和奧陶系片巖、千枚巖中, 主要巖性為黑云母花崗巖(圖 1b)。在三叉沖巖體與奧陶系地層接觸帶形成夕卡巖型鎢礦, 礦體呈似層狀、脈狀產(chǎn)出; 圍巖蝕變有云英巖化、夕卡巖化、角巖化、硅化等[7]。

2 巖石學(xué)

三叉沖礦區(qū)一典型鉆孔剖面圖如圖 2所示, 樣品采自三叉沖鉆孔巖芯及巖體野外露頭, 所采樣品均為新鮮未蝕變樣品(圖3a和3b)。三叉沖巖體主要由中粒黑云母花崗巖和細(xì)粒二云母花崗巖組成。中粒黑云母花崗巖為斑狀結(jié)構(gòu), 斑晶為斜長(zhǎng)石和石英(圖 3c)。礦物組成為斜長(zhǎng)石(35%～45%)、石英(25%～30%)、鉀長(zhǎng)石(25%～40%)、黑云母(4%～10%)和少量角閃石(1%)。副礦物有鋯石、磷灰石、榍石、磁鐵礦、鈦鐵礦和黃鐵礦。角閃石為自形, 有時(shí)被包裹在石英斑晶中(圖3c), 表明為早期結(jié)晶。斜長(zhǎng)石為自形-半自形, 普遍發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu)。鉀長(zhǎng)石為微斜長(zhǎng)石和正長(zhǎng)石。黑云母為半自形-他形, 呈他形者一般生長(zhǎng)于石英長(zhǎng)石礦物顆粒間隙中。

細(xì)粒二母花崗巖為細(xì)粒結(jié)構(gòu)(圖3b和3d), 主要礦物組成為斜長(zhǎng)石(30%～40%)、鉀長(zhǎng)石(30%～40%)、石英(25%左右)、黑云母(3%～5%)、白云母(2%～7%)。副礦物為鋯石、磷灰石、方解石、磁鐵礦、鈦鐵礦及少量螢石、黃鐵礦和輝鉬礦。黑云母和白云母多為他形, 生長(zhǎng)于石英長(zhǎng)石礦物顆粒間隙中。鉀長(zhǎng)石為微斜長(zhǎng)石和正長(zhǎng)石。螢石、黃鐵礦和輝鉬礦也多生長(zhǎng)于礦物間隙中。

3 分析方法

3.1 LA-ICP-MS U-Pb鋯石定年

鋯石的分選是通過重液和磁法完成的, 鋯石陰極發(fā)光圖像在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院微束分析實(shí)驗(yàn)室拍攝完成, La-ICP-MS U-Pb年代學(xué)分析在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所測(cè)試中心完成, 利用193 nm FX激光器對(duì)鋯石進(jìn)行剝蝕, 激光剝蝕物質(zhì)以 He為載氣送入Neptune。測(cè)試點(diǎn)束斑直徑為35 μm, 激光頻率為10 Hz, 信號(hào)測(cè)量時(shí)間為40 s, 背景測(cè)量時(shí)間為20 s。年齡校準(zhǔn)選用標(biāo)準(zhǔn)鋯石GJ-1進(jìn)行年齡校正, 每隔5個(gè)測(cè)定, 加測(cè)標(biāo)樣一次。使用人工合成玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST SRM610進(jìn)行儀器最佳化, 在所測(cè)鋯石樣品分析點(diǎn)前后各測(cè)2次NIST SRM 610。數(shù)據(jù)處理采用Glitter 4.4[37]。普通Pb校正根據(jù)Andersen[38]所述步驟完成。諧和圖和頻率直方圖是使用IsoplotEx 3.0[39]。

3.2 全巖主元素量和微量元素分析

主元素的測(cè)定是用XRF在北京大學(xué)完成的, 實(shí)驗(yàn)方法依據(jù)文獻(xiàn)[40]。將 40 mg巖石粉末混合 4 g LiBO2置于鉑坩堝中, 在 980 ℃條件下完全熔融,冷凝后形成玻璃熔片。主元素分析儀器為 ARL ADVANT’ XP+, 加速電壓為50 kV, 加速電流為50 mA。

圖1 桂東南-粵西地區(qū)(a)及三叉沖巖體(b)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Sketch geological map of the southeastern Guangxi and western Guangdong, South China (a) and map of the Sanchachong pluton (b)

圖2 三叉沖礦區(qū)303鉆孔地質(zhì)剖面圖Fig.2 Geological section map of No. 303 drilling hole of the Sanchachong W deposit

1) 廣西壯族自治區(qū)第六地質(zhì)隊(duì), 廣西博白縣三叉沖鎢礦區(qū)地形地質(zhì)及工程分布圖(1∶2000), 2011。束斑為 29 mm, 燒失量用重量法測(cè)定。標(biāo)樣采用GSR-1、GSR-3[41]和GSD-1a[42]。分析誤差優(yōu)于3%。微量元素的測(cè)定是通過 ICP-MS在國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成的, 采用等離子質(zhì)譜儀(X-series)來測(cè)定元素含量, 檢測(cè)方法依據(jù)DZ/T0223-2001。分析誤差優(yōu)于10%。

3.3 全巖Sm-Nd同位素分析

元素 Nd的分離和純化是在北京大學(xué)造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成的。稱取約 20 mg樣品粉末, 置于Teflon溶樣器中, 用HNO3和HF混合酸在電熱板上溶樣一周。輕稀土的分離使用傳統(tǒng)陽離子交換柱, Nd的進(jìn)一步純化使用HDEHP涂層Kef交換柱, 用不同濃度的稀鹽酸來控制和淋洗。同位素測(cè)試在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所完成, 通過負(fù)熱電離質(zhì)譜法在TRITON上完成的。143Nd/144Nd的原始測(cè)量值分別對(duì)146Nd/144Nd = 0.7219[43]進(jìn)行校正。樣品測(cè)試過程中Jndi-1 Nd標(biāo)樣的測(cè)試值143Nd/144Nd =0.512115±2 (2σ), 詳細(xì)實(shí)驗(yàn)方法見文獻(xiàn)[44]。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb年齡

我們對(duì)三叉沖1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)巖體分別進(jìn)行了鋯石U-Pb定年, 鋯石LA-ICP-MS定年結(jié)果見表1, 鋯石CL圖像和U-Pb年齡諧和圖見圖4。5個(gè)樣品鋯石均為長(zhǎng)柱狀、板片狀, 晶形完好, 可見六方雙錐的完整晶形, 鋯石環(huán)帶發(fā)育。

1號(hào)巖體 樣品SC-4為中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖, 本樣品中鋯石廣泛發(fā)育核邊結(jié)構(gòu), 鋯石核部不發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu), 為渾圓狀或不規(guī)則狀, 且CL圖像普遍偏暗, 表明在樣品中有繼承鋯石的存在。16顆繼承鋯石的206Pb/238U年齡范圍為244～2519 Ma, 印支期、加里東期、晚中元古代-早新元古代、晚太古宙的繼承鋯石都有出現(xiàn)。14個(gè)鋯石(邊部)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U 平均年齡為(101.47±0.66) Ma (MSWD =3.1), 代表了巖漿結(jié)晶的年齡。樣品SC91-01為細(xì)粒二云母花崗巖, 本樣品主要為巖漿鋯石, 偶見繼承鋯石, 兩個(gè)繼承鋯石的206Pb/238U年齡分別為474 Ma和1323 Ma。28個(gè)鋯石(邊部)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U平均年齡為(105.09±0.50) Ma (MSWD = 0.31)。

2號(hào)巖體 樣品 SC33-11為中粒黑云母花崗巖, 此樣品中未見繼承鋯石核。29個(gè)測(cè)定的206Pb/238U 平均年齡為(104.03±0.41) Ma (MSWD = 0.99)。樣品SC33-18為細(xì)粒二云母花崗巖, 此樣品中5顆繼承鋯石的206Pb/238U年齡為222～1122 Ma。25個(gè)鋯石(邊部)測(cè)定的206Pb/238U 平均年齡為(103.94±0.47) Ma (MSWD = 0.59)。

3號(hào)巖體 樣品SC1004-8為中粒黑云母花崗巖。少見鋯石繼承核, 29個(gè)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U平均年齡為(103.16±0.24) Ma (MSWD = 1.00)。

4.2 主元素和微量元素

三叉沖主元素和微量元素?cái)?shù)據(jù)見表 2, 中粒黑云母花崗巖 SiO2為 62.16～71.11%, Al2O3為13.26～17.29%, TFe2O3為 2.12～6.17%, MgO 為0.88～2.40%, CaO為 2.99～5.18%, K2O為 3.33～4.94%,Na2O為1.44～2.97%。相對(duì)于中粒黑云母花崗巖, 細(xì)粒二云母花崗巖具有較高的 SiO2(68.08～75.35%)、Na2O(2.60～3.53%)和 CaO(3.67～7.62%)含量, 具有較低的 K2O(0.74～4.10%)、TFe2O3(0.72～3.70%)和MgO(0.38～1.03%)含量。在 SiO2-(Na2O+K2O)圖解中,樣品點(diǎn)位于花崗閃長(zhǎng)巖-花崗巖區(qū)域中(圖 5)。三叉沖巖體花崗巖都具有準(zhǔn)鋁質(zhì)特征(ACNK= 0.76～1.08;除過樣品SC-4, ACNK = 1.33)。在Harker圖解(圖6)中, 中粒黑云母花崗巖和細(xì)粒二云母花崗巖在Na2O和K2O圖解中表現(xiàn)出不同的演化趨勢(shì)。中粒黑云母花崗巖的 Na2O含量隨 SiO2含量的增加而降低,K2O含量隨SiO2含量增加而增加, 而細(xì)粒二云母花崗巖的Na2O和K2O的演化趨勢(shì)恰好與中粒黑云母花崗巖相反。中粒黑云母花崗巖(1.29～2.89)相對(duì)于細(xì)粒二云母花崗巖(0.22～1.57)具有較高的 K2O/Na2O比值。中粒黑云母花崗巖具有較高的大離子親石元素含量(Rb = 120～260 μg/g, Ba =544～823 μg/g,Sr = 399～677 μg/g)。細(xì)粒二云母花崗巖具有相對(duì)較高的 Sr含量(444～661 μg/g, 表 2)和相對(duì)較低的 Rb(62～189 μg/g)、Ba(101～806 μg/g)含量。

圖3 三叉沖斑狀中粒黑粗母花崗巖手標(biāo)本照片(a)和顯微鏡下照片(c, 自形角閃石被包裹于石英斑晶中)以及細(xì)粒二云母花崗巖手標(biāo)本照片(b)和顯微鏡下照片(d、e和f)Fig.3 Photograph of the hand specimen (a) and micrograph (c) of the porphyritic medium-grained biotite granite, euhedral hornblende occurs as inclusion in the quartz phenocryst; photograph of the hand specimen (b) and micrograph (d, e, f) of the fine-grained two-mica granite

表1 鋯石U-Pb同位素?cái)?shù)據(jù)Table 1 Zircon U-Pb isotope data

(續(xù)表 1)

圖4 三叉沖巖體鋯石陰極發(fā)光照片及U-Pb年齡諧和圖Fig.4 Cathodeluminescence images and Concordia diagrams of analyzed zircon grains of samples from the Sanchachong pluton

表2 三叉沖巖體主元素(%)和微量元素(μg/g)數(shù)據(jù)Table 2 Major (%) and trace (μg/g) elements of the Sanchachong pluton

(續(xù)表 2)

(續(xù)表 2)

圖5 三叉沖巖體巖石分類圖解(據(jù)文獻(xiàn)[47])Fig.5 Classification diagram for the Sanchachong pluton (after reference [47])

在稀土元素分布模式圖(圖 7)中, 中粒黑云母花崗巖和細(xì)粒二云母花崗巖都為輕重稀土分異明顯右傾式。沒有或具有弱的Eu異常(δEu = 0.7～1.1)。相對(duì)于中粒黑云母花崗巖(LaN/YbN= 8.1～28.2), 細(xì)粒二云母花崗巖(LaN/YbN= 9.6～29.1)具有更強(qiáng)的輕重稀土分異程度。在 Rb-V和Rb-SiO2圖(圖8)中, 中粒黑云母花崗巖和細(xì)粒二云母花崗巖表現(xiàn)出不同的演化趨勢(shì)。

4.3 Nd同位素

三叉沖巖體和圍巖的Nd同位素?cái)?shù)據(jù)見表3, 三叉沖巖體具有較高的 εNd(t)值(圖 9)。中粒黑云母花崗巖的 εNd(t)值(t = 103 Ma)為–7.5～–6.5, 樣品SC1004-8具較低的εNd(t)值(–10.0), 可能是巖漿在結(jié)晶過程中與圍巖地層相互作用的結(jié)果, 因?yàn)樵摰貐^(qū)圍巖地層具有較低的 εNd(t)值(t = 103 Ma), 為–16.9～–14.5。細(xì)粒二云母花崗巖具有與中粒黑云母花崗巖相似的 Nd 同位素組成, 其 εNd(t)為–7.8～ –6.7(圖 9)。

5 討 論

5.1 中粒黑云母花崗巖的巖石成因

三叉沖中粒黑云母花崗巖含有較低的SiO2含量(62%～71%), 較高的K2O含量(3.33～4.94%), 且具有準(zhǔn)鋁質(zhì)特征(ACNK = 0.94～1.08)。在鏡下見自形角閃石及榍石(圖 3c), 這些特征表明黑云母花崗巖為典型的高鉀鈣堿性I型花崗巖。鈣堿性I型花崗巖有三種成因模式: (1)地幔來源的玄武質(zhì)巖漿發(fā)生分離結(jié)晶、同化混染后形成[50]; (2)基性-中性巖漿巖源區(qū)的部分熔融[51–52]; (3)殼?；旌献饔肹53–54]。

桂東南地區(qū)出露的侏羅紀(jì)清湖正長(zhǎng)巖(160 Ma)具有較高的 Nd同位素組成, 被認(rèn)為來源于俯沖交代的地?；騺碓从诤蛶r石圈地幔發(fā)生作用的軟流圈地幔[48]。清湖正長(zhǎng)巖的 εNd(130 Ma)值為 3.4～4.8(圖9), 這表明該地區(qū)中生代時(shí)地幔具有較虧損的特征。因此, 三叉沖巖體不可能是從這樣具有虧損特征的地幔產(chǎn)生的玄武質(zhì)熔體發(fā)生分離結(jié)晶形成的。

如圖 9所示, 中粒黑云母花崗巖的 εNd(t)值為–7.5～–6.5, 明顯高于華夏板塊基底巖石, 也明顯高于該地區(qū)印支期大容山S型花崗巖[33]。礦物學(xué)、地球化學(xué)及同位素特征都表明大容山巖體是純地殼來源[55–56], 其同位素特征可以反映桂東南地區(qū)基底的同位素特征, 大容山 εNd(t) (t = 103 Ma)值為–14.4～–11.2, 明顯低于三叉沖巖體的Nd同位素組成。云開地體為桂東南地區(qū)出露的前泥盆系基底巖石, 前人對(duì)云開地體研究表明其形成于422～450 Ma[31,34–36]。繼承鋯石年齡數(shù)據(jù)表明云開地體主要為中-新元古代基底巖石的再循環(huán)產(chǎn)物[34], 其同位素組成也反映了基底巖石的同位素特征。云開地體的表殼巖石的εNd(t) (t = 103 Ma)值為–17.1～ –13.6, 明顯低于三叉沖巖體的Nd同位素組成。綜上所述, 單純基底巖石的部分熔融不能形成三叉沖中粒黑云母花崗巖, 需要具有Nd虧損特征的物質(zhì)的加入。另外, 該地區(qū)與三叉沖巖體同時(shí)形成的米場(chǎng)巖體(107 Ma, 未發(fā)表數(shù)據(jù))中發(fā)育大量的鎂鐵質(zhì)暗色包體, 巖相學(xué)和地球化學(xué)特征表明米場(chǎng)鎂鐵質(zhì)暗色包體是幔源基性巖漿與殼源酸性巖漿混合作用的產(chǎn)物[11]。鎂鐵質(zhì)暗色包體的出現(xiàn)也被廣泛認(rèn)為是殼幔相互作用的結(jié)果[57]。上述這些特征都表明殼幔相互作用在三叉沖巖體的形成過程中起了重要作用。

圖6 三叉沖巖體Harker圖解Fig.6 Harker diagrams for the Sanchachong pluton

圖7 三叉沖巖體球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)的稀土元素分布模式(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值引自文獻(xiàn)[45])Fig.7 Chondrite-normalized REE distribution patterns for the Sanchachong pluton (chondrite values are from reference [45])

圖8 微量元素-SiO2及Rb-V圖解Fig.8 Plots of selected trace elements vs. silica contents and Rb vs. V for the Sanchachong pluton

表3 三叉沖巖體Nd同位素組成Table 3 Nd isotopic analyses for the Sanchachong pluton

圖9 三叉沖巖體εNd(t) vs. tDM2圖解Fig.9 Plot of εNd(t) vs. tDM2 for the Sanchachong pluton

三叉沖中粒黑云母花崗巖的二階段 Nd模式年齡為1425～1551 Ma, 表明源區(qū)為早中元古界基底。大部分中粒黑云母花崗巖(除 SC-4)都具有準(zhǔn)鋁質(zhì)特征。前人實(shí)驗(yàn)表明沉積物, 如泥質(zhì)巖和雜砂巖的部分熔融會(huì)產(chǎn)生過鋁質(zhì)熔體[58], 這暗示變沉積巖不是中粒黑云母花崗巖源區(qū)的主要成分。斜長(zhǎng)角閃巖在800～1200 MPa的脫水熔融會(huì)產(chǎn)生中性-酸性的熔體成分[59–60], 但產(chǎn)生的熔體通常是 K2O 含量較低的,Na2O/K2O ＞ 1, 這與中粒黑云母花崗巖的成分不符。實(shí)驗(yàn)表明, 中-高鉀玄武巖組分部分熔融可產(chǎn)生中酸性(SiO2= 60%～75%)的富 K 熔體(Na2O/K2O ＜ 1)[61]。玄武巖中大量的角閃石可提供熔融必需的 H2O, 使得玄武巖可以在相對(duì)較低的溫度下發(fā)生部分熔融,這與中粒黑云母花崗巖較低的鋯飽和溫度相符(737～801 ℃, 表 2)。因此, 我們認(rèn)為三叉沖中粒黑云母花崗巖是由早中元古代中-高鉀玄武質(zhì)巖石部分熔融產(chǎn)生的酸性熔體與地幔來源的基性熔體發(fā)生混合作用后形成的。

三叉沖中粒黑云母花崗巖的成分具有較大的變化, 表明分離結(jié)晶在巖漿演化過程中起著重要的作用。Fe2O3和MgO與SiO2負(fù)相關(guān)關(guān)系指示了鎂鐵礦物(如黑云母、角閃石)的分離結(jié)晶, 這與 V、Co隨SiO2的增加而減小是一致的。在Rb-V圖解(圖8)中,隨著V的降低, 中粒黑云母花崗巖中Rb的含量略微有所上升。因?yàn)?Rb在黑云母中的分配系數(shù)大于 1,而Rb在角閃石中的分配系數(shù)小于1, 所以這種關(guān)系表明, 在中粒黑云母花崗巖的演化過程中, 暗色礦物主要是以角閃石的分離結(jié)晶為主, 黑云母的分離不明顯。這與在鏡下觀察到的自形角閃石被包裹在石英斑晶中的現(xiàn)象是一致的, 表明角閃石為早期結(jié)晶分離相。同時(shí), K2O隨SiO2的升高而升高也表明沒有明顯的鉀長(zhǎng)石和黑云母的分離結(jié)晶。普遍出現(xiàn)的斜長(zhǎng)石斑晶表明斜長(zhǎng)石為分離結(jié)晶相, 這得到Na2O、CaO、Al2O3含量隨巖漿演化而降低這一現(xiàn)象的支持(圖 6)。但中粒黑云母花崗巖沒有明顯的 Eu負(fù)異常(δEu = 0.7～1.1), 這是因?yàn)殒V鐵礦物(角閃石+黑云母)和長(zhǎng)石共同分離結(jié)晶使得分離礦物相對(duì) Eu的整體分配系數(shù)接近1。P2O5和TiO2隨SiO2增加而減少可能說明有磷灰石和榍石的分離結(jié)晶, 這與顯微鏡下觀察到中粒黑云母花崗巖中自形的磷灰石和榍石顆粒是一致的。

5.2 細(xì)粒二云母花崗巖巖石成因

細(xì)粒二云母花崗巖較中粒黑云母花崗巖具有更高的演化程度, 如較高的 SiO2和較低的 TFe2O3和MgO含量。細(xì)粒二云母花崗巖與中粒黑云母花崗巖具有相同的侵位時(shí)代, 分別為 103～105 Ma和101～104 Ma, 在誤差范圍內(nèi)一致。同時(shí)兩者也具有相似的 Nd 同位素組成, εNd(t)分別為–7.8～ –6.7 和–7.5～ –6.5。因此, 有兩種模式可以解釋細(xì)粒二云母花崗巖的成因: (1) 細(xì)粒二云母花崗巖為中粒黑云母花崗巖進(jìn)一步分離結(jié)晶的產(chǎn)物; (2) 細(xì)粒二云母花崗巖和中粒黑云母花崗巖代表了兩次獨(dú)立的熔體。根據(jù)我們的研究, 認(rèn)為細(xì)粒二云母花崗巖可能并不是中粒黑云母花崗巖通過分離結(jié)晶后形成的,而是玄武巖質(zhì)巖漿底侵下地殼, 引起基底巖石發(fā)生新的一次部分熔融的產(chǎn)物。主要證據(jù)如下:

(1) 元素的行為可以反映巖漿的演化過程。在Na2O和K2O vs. SiO2圖解(圖6)中, 隨SiO2的升高,細(xì)粒二云母花崗巖的 Na2O含量升高, 而 K2O含量降低; 而中粒黑云母花崗巖的演化趨勢(shì)則恰好相反。這與細(xì)粒二云母花崗巖為中粒黑云母花崗巖的演化產(chǎn)物這一假設(shè)不想符, 說明細(xì)粒二云母花崗巖來源于不同的源區(qū)。

(2) 細(xì)粒二云母花崗巖相對(duì)于中粒黑云母花崗巖具有更高的演化程度(如較高的SiO2含量, 較低的Fe2O3、MgO 含量)。如前文所述, 中粒黑云母花崗巖在演化過程中主要是以角閃石+少量斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶為主。在這樣的的演化體系下, 其進(jìn)一步的演化產(chǎn)物必然具有較低的CaO含量(因?yàn)榻情W石、斜長(zhǎng)石都為含 Ca礦物)。但是細(xì)粒二云母花崗巖具有比中粒黑云母花崗巖高的CaO含量(圖6), 這表明細(xì)粒二云母花崗巖并非中粒黑云母花崗巖通過分離結(jié)晶的產(chǎn)物。同時(shí), 細(xì)粒二云母花崗巖中較高的Sr含量也支持這一推論(圖8)。

(3) 在部分熔融過程中, 源巖殘留礦物中輝石占較大部分。因?yàn)檩x石的中LREE比HREE不相容的多[62], 所以在部分熔融過程中, 輝石殘留會(huì)造成熔體中 LREE/HREE比值的升高。而分離結(jié)晶過程中輝石并非為主要分離相, 所以并不會(huì)造成 LREE/HREE比值的明顯變化。Peccerillo et al.[63]的主元素和微量元素的模擬計(jì)算結(jié)果也表明, 在部分熔融過程中, 不相容元素的比值變化較大(如La/Lu、Th/Nb),而在分離結(jié)晶過程中由于分離相對(duì)不相容元素的分配系數(shù)相似, 故其比值不會(huì)產(chǎn)生較大變化。在La/Lu-Rb圖解(圖 10)中, 細(xì)粒二云母花崗巖的La/Lu比值明顯要高于中粒黑云母花崗巖, 這表明兩者是受部分熔融作用控制的, 兩者之間不存在分離結(jié)晶演化關(guān)系。

圖10 三叉沖巖體La/Lu vs. Rb圖解Fig.10 Plot of La/Lu vs. Rb for the Sanchachong pluton

細(xì)粒二云母花崗巖具有低的 εNd(t)值(–7.8～–6.7), 表明其主要來源于古老地殼基底的部分熔融。但同時(shí)細(xì)粒二云母花崗巖的εNd(t)值又明顯高于基底巖石, 而低于中生代地幔來源的巖漿(圖9)。Nd同位素特征暗示了殼?；旌献饔迷诩?xì)粒二云母花崗巖的形成過程中起了重要作用。幔源基性巖漿不但提供了基底部分熔融所需要的熱能, 同時(shí)也提供了幔源物質(zhì)。

細(xì)粒二云母花崗巖的Nd模式年齡為1442～1537 Ma,表明其原始巖漿主要來源于下地殼中元古界基底的部分熔融。細(xì)粒二云母花崗巖中未見角閃石, 黑云母也多為晚期結(jié)晶, 表明巖體系為貧水體系[64]。細(xì)粒二云母花崗巖中低演化程度的樣品(SiO2=68.58%), 其 K2O、Na2O和 K2O/Na2O比值分別為3.90%、2.78%和 1.40。并且隨著巖漿的演化, 細(xì)粒二云母花崗巖Na2O升高而K2O含量降低。這說明細(xì)粒二云母花崗巖的原始巖漿是相對(duì)富K的。細(xì)粒二云母花崗巖相對(duì)于中粒黑云母花崗巖具有較低的La/Lu比值, 表明源區(qū)具有更多的輝石殘留[65]。平緩的HREE分布模式表明源區(qū)沒有石榴子石的殘余。所以我們推測(cè)細(xì)粒二云母花崗巖的源巖可能為古元古代的長(zhǎng)英質(zhì)麻粒巖。另外細(xì)粒二云母花崗巖相對(duì)于中粒黑云母花崗巖具有較低K2O含量, 較高Na2O含量, 以及較低的K2O/Na2O比值。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)表明,拉斑質(zhì)斜長(zhǎng)角閃巖脫水熔融可以產(chǎn)生高Na2O、低K2O含量的中性-酸性熔體[59–60]。所以我們認(rèn)為細(xì)粒二云母花崗巖的源巖中拉斑玄武質(zhì)成分也占了一定比例。

隨著巖漿的演化, 細(xì)粒二云母花崗巖越來越富集Na2O (圖6)。這是因?yàn)榧?xì)粒二云母花崗巖為富F體系, 如在細(xì)粒二云母花崗巖中常見螢石礦物的出現(xiàn)(圖 3e)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明花崗質(zhì)巖漿中 F的加入會(huì)改變石英和長(zhǎng)石相平衡關(guān)系[66–67], 會(huì)使體系三端元最小熔融組分從石英端向鈉長(zhǎng)石端元移動(dòng)。這會(huì)使得巖漿體系朝富Na2O的方向演化。細(xì)粒二云母花崗巖的富F性質(zhì)可能與地幔巖漿的添加有關(guān)。Stefano et al.[68]和Black et al.[69]通過對(duì)玄武巖橄欖石中熔融包裹體成分的測(cè)定, 發(fā)現(xiàn)熔融包裹體中具有相當(dāng)高的 F、Cl含量(熔融包裹體中 F、Cl含量最高可達(dá)1.95%和 9400 μg/g)。Partey et al.[70]通過 Sr-Nd 和 Cl同位素(螢石中流體包裹體)證據(jù), 指出美國(guó)Rio大型重晶石-螢石-方鉛礦礦床中F、Cl來源于軟流圈巖漿和蒸發(fā)巖, 其中軟流圈源區(qū)可占 40%～49%。并且,我們對(duì)騎田嶺巖體研究中也發(fā)現(xiàn), 鎂鐵質(zhì)暗色包體中F、Cl含量最高為0.52%和728 μg/g, 而寄主花崗巖中F、Cl含量最高為0.47%和600 μg/g, 暗色包體中的F、Cl含量明顯高于寄主花崗巖。Zhao et al.[17]通過地球化學(xué)及 Nd-Hf同位素, 指出騎田嶺巖體中鎂鐵質(zhì)暗色包體來源于軟流圈地幔, 并與少量地殼來源長(zhǎng)英質(zhì)巖漿發(fā)生混合后形成。綜上所述, 我們認(rèn)為軟流圈地幔來源的玄武質(zhì)巖漿可能是細(xì)粒二云母花崗巖巖漿體系中揮發(fā)分 F的主要來源, 揮發(fā)分F對(duì)細(xì)粒二云母花崗巖的演化起了重要作用。

Fe2O3和MgO與SiO2負(fù)相關(guān)關(guān)系指示了鎂鐵礦物(如黑云母、角閃石、少量鈦鐵氧化物)的分離結(jié)晶,這與V、Co隨SiO2的增加而減小是一致的。在Rb-V圖解(圖8)中, 細(xì)粒二云母花崗的Rb隨V含量的降低而降低。因?yàn)镽b主要富集于黑云母中, 所以這種關(guān)系表明在細(xì)粒二云母花崗巖的演化過程中, 暗色礦物主要是以黑云母的分離結(jié)晶為主。同時(shí), K2O、CaO和Al2O3隨SiO2的升高而降低表明有鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶。但細(xì)粒二云母花崗巖沒有或者有弱的Eu負(fù)異常(δEu = 0.7～1.1), 這是鎂鐵礦物(主要是黑云母)與長(zhǎng)石的分離結(jié)晶共同作用的結(jié)果, 使得分離礦物相對(duì)Eu的整體分配系數(shù)接近1。P2O5和TiO2隨SiO2增加而減少指示了磷灰石和榍石的分離結(jié)晶。

5.3 對(duì)成礦的指示意義

通過野外地質(zhì)調(diào)查、巖相學(xué)及地球化學(xué)數(shù)據(jù),我們認(rèn)為具有較高演化程度的細(xì)粒二云母花崗巖與成礦關(guān)系更為密切。主要證據(jù)如下:

(1) 圖 2所示為三叉沖鎢礦區(qū)一典型鉆孔剖面圖, 細(xì)粒二云母花崗巖與鎢鉬礦體直接接觸, 而中粒黑云母花崗巖則位于遠(yuǎn)離礦體的位置。這種接觸關(guān)系表明了細(xì)粒二云母花崗巖與成礦的密切關(guān)系。

(2) 在細(xì)粒二云母花崗巖中常見輝鉬礦的出現(xiàn)(圖3f), 且出現(xiàn)大量黃鐵礦化, 而在中粒黑云母花崗巖則未發(fā)現(xiàn)輝鉬礦。同時(shí), 微量元素?cái)?shù)據(jù)表明, 細(xì)粒二云母花崗巖具有比中粒黑云母花崗巖高的多的W、Mo含量(圖11)。巖相學(xué)及微量元素?cái)?shù)據(jù)表明細(xì)粒二云母花崗巖具有更強(qiáng)的W、Mo成礦能力。

圖11 三叉沖巖體Mo-W圖解Fig.11 Plot of Mo vs. W for the Sanchachong pluton

5.4 構(gòu)造指示意義

華夏板塊在中生代有三次大規(guī)模巖漿活動(dòng):180～160 Ma、160～140 Ma、140～125 Ma 和 125～90 Ma[71–72]。并且太平洋板塊的俯沖角度在125 Ma和100 Ma發(fā)生突然轉(zhuǎn)變, 太平洋板塊俯沖角度的突然轉(zhuǎn)變對(duì)中國(guó)東部成礦及地質(zhì)構(gòu)造演化產(chǎn)物巨大影響[72]。燕山早期的花崗巖-火山巖主要分布于華夏內(nèi)陸地區(qū)。而燕山晚期花崗巖-火山巖則主要分布在浙江-福建-廣東沿海地區(qū)。在粵西-桂東南地區(qū)也少量分布有白堊紀(jì)火山-侵入巖, 如馬山和周公頂流紋英安巖(100 Ma)、德慶二長(zhǎng)巖(99 Ma)、杏花花崗閃長(zhǎng)巖(100 Ma)、調(diào)村花崗閃長(zhǎng)巖(104 Ma)[73]和米場(chǎng)巖體(107 Ma, 未發(fā)表數(shù)據(jù)), 以及本文研究的三叉沖巖體。前人對(duì)于華南內(nèi)陸中生代大規(guī)模巖漿作用的構(gòu)造背景提出不同認(rèn)識(shí), 如太平洋板塊俯沖背景[71,74]和陸內(nèi)裂谷環(huán)境[75–76]。但對(duì)于東南沿海地區(qū)白堊紀(jì)火山-侵入巖的動(dòng)力學(xué)背景, 學(xué)者們普遍認(rèn)為這些巖石形成于太平洋動(dòng)力體系下的拉張構(gòu)造環(huán)境[28,73,77,78]。由于庫拉-太平洋板片的俯沖, 中國(guó)東部在燕山晚期處于拉張背景, 如雙峰式火山巖、A型花崗巖、輝綠巖墻群、變質(zhì)核雜巖及拉張盆地的出現(xiàn)[29,79–81]。太平洋板塊的俯沖對(duì)于中國(guó)東部的成礦起著重要作用。長(zhǎng)江中下游地區(qū)是重要的 Cu-Fe-Au-Mo-Zn-Pb-Ag礦集區(qū), 該地區(qū)礦床成礦年齡以及與成礦有關(guān)的巖體的年齡集中于 144～123 Ma[82–84]。大規(guī)模Cu-Ag礦床的形成主要是由于大洋板片的俯沖和熔融[85]。洋脊俯沖作用也可能與長(zhǎng)江中下游地區(qū)Cu、Au礦床密切相關(guān)[86–87]。在中國(guó)東南沿海地區(qū)也產(chǎn)出大量白堊紀(jì) Cu-Au-Ag礦床, 如福建紫金山銅金礦(100 Ma[88])、廣東長(zhǎng)坑金礦(110 Ma[89])、廣西龍頭山金礦(100 Ma[90]), 這些礦床的形成與太平洋板片的俯沖關(guān)系密切[3,91]。Sun et al.[72,92]認(rèn)為125 Ma時(shí)太平洋板片俯沖方向的突然轉(zhuǎn)變對(duì)中國(guó)東部地區(qū)白堊紀(jì)金礦的形成起了重要作用。

華夏板塊在中生代發(fā)生大規(guī)模巖漿活動(dòng), 包括大量的花崗巖、流紋巖以及廣泛發(fā)育的基性巖, 玄武質(zhì)巖漿的底侵為大量長(zhǎng)英質(zhì)巖漿的形成提供了必要的熱能[71]。玄武質(zhì)巖漿底侵主要證據(jù)有: (1) 在南嶺地區(qū)及桂東發(fā)育有同期的基性巖漿巖, 如諸廣山巖體中的輝綠巖脈、煌斑巖脈(88～105 Ma[93]), 廣東南雄玄武巖(95 Ma[94])和廣西龍昌煌斑巖脈(89 Ma[95]),表明在晚中生代具有較強(qiáng)基性巖漿活動(dòng); (2) 根據(jù)地球物理數(shù)據(jù), 在福建和江西識(shí)別出一個(gè)殼-?；旌蠋? 在該帶中, P波波速隨深度的變化趨勢(shì)是相反的[96];(3) 廣東麒麟新生代玄武巖角礫巖筒中發(fā)現(xiàn)輝長(zhǎng)質(zhì)麻粒巖捕擄體, 其Sm-Nd同位素年齡為(112.3±17.8) Ma,而輝長(zhǎng)質(zhì)麻粒巖被認(rèn)為是底侵作用形成的基性巖漿底墊于下地殼, 并經(jīng)變質(zhì)作用的產(chǎn)物[97]。這些證據(jù)表明在晚中生代華夏板塊廣泛發(fā)生玄武質(zhì)巖漿的底侵。

我們認(rèn)為在太平洋板塊俯沖作用下, 華夏板塊在白堊紀(jì)處于強(qiáng)烈的伸展階段。伸展作用誘發(fā)大規(guī)模軟流圈物質(zhì)上涌及玄武質(zhì)巖漿底侵下地殼, 早中元古代中-高鉀玄武質(zhì)巖石部分熔融產(chǎn)生高K2O/Na2O比值的中酸性熔體, 并與玄武質(zhì)巖漿發(fā)生巖漿混混合作用, 形成三叉沖中粒黑云母花崗巖。與此同時(shí), 長(zhǎng)英質(zhì)麻粒巖+少量拉斑玄武巖質(zhì)基底巖石部分熔融產(chǎn)生低K2O/Na2O比值的中酸性巖漿,并與玄武質(zhì)巖漿發(fā)生巖漿混合作用, 形成三叉沖細(xì)粒二云母花崗巖, 并伴隨相關(guān)的W-Mo成礦作用。

6 結(jié) 論

(1) 鋯石U-Pb同位素定年表明, 三叉沖巖體中粒黑云母花崗巖形成年齡為101～104 Ma; 細(xì)粒二云母花崗巖形成年齡為103～105 Ma。三叉沖巖體為早白堊紀(jì)晚期巖漿作用的產(chǎn)物。

(2) 中粒黑云母花崗巖為典型I型花崗巖, 同位素證據(jù)表明巖體形成于殼?；旌献饔谩r石學(xué)及地球化學(xué)數(shù)據(jù)表明其基底巖石可能為中-高鉀玄武巖組分。同時(shí), 中粒黑云母花崗巖在演化過程中也經(jīng)歷了小程度的角閃石+少量斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用。

(3) 細(xì)粒二云母花崗巖具有明顯不同于中粒黑云母花崗巖的 Na2O和 K2O演化趨勢(shì); 且具有更高的CaO和Sr含量; 同時(shí), 細(xì)粒二云母花崗巖具有高的多的 La/Lu比值, 這些證據(jù)都表明細(xì)粒二云母花崗巖并非中粒黑云母巖通過分離結(jié)晶形成的。細(xì)粒二云母花崗巖是由長(zhǎng)英質(zhì)麻粒巖+少量拉斑玄武質(zhì)基底巖石部分熔融, 并與幔源基性巖漿發(fā)生混合作用后形成的。幔源巖漿貢獻(xiàn)的揮發(fā)分F使得細(xì)粒二云母花崗巖朝更富Na2O的方向演化。在巖漿演化過程中, 以黑云母+鉀長(zhǎng)石+斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶為主。

(4) 野外地質(zhì)調(diào)查、巖石學(xué)及地球化學(xué)數(shù)據(jù)表明細(xì)粒二云母花崗巖與三叉沖鎢鉬成礦作用的關(guān)系更為密切。

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