湖南大義山晚侏羅世富硼型成錫礦A型花崗巖成因及地質(zhì)意義*

孫海瑞 呂志成** 韓志銳 杜澤忠 張曉梅 王虎

1. 中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京 1000372. 自然資源部礦產(chǎn)勘查技術(shù)指導(dǎo)中心，北京 1000373. 《中國工程科學(xué)》雜志社，北京 1000294. 河北省地礦局第三地質(zhì)大隊(duì)，張家口 0750005. 成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，成都 610059

南嶺地處早中生代EW向印支期特提斯構(gòu)造域和晚中生代燕山期NE向太平洋構(gòu)造域疊置部位，成礦條件優(yōu)越，是我國重要的金屬礦產(chǎn)資源產(chǎn)地，以中生代鎢錫礦大爆發(fā)而著名，發(fā)育有柿竹園、香花嶺、瑤崗仙、芙蓉、西華山、大吉山等一大批超大型-大型鎢錫多金屬礦床，因而長期受到國內(nèi)外地學(xué)界的廣泛關(guān)注(Hsu, 1943; 徐克勤等, 1982; 韋昌山等, 2004; 華仁民等, 2005; 舒良樹等, 2006; 陳駿等, 2014; 袁順達(dá), 2017; Legrosetal., 2020; Xiongetal., 2020)。長期以來，許多學(xué)者對(duì)該區(qū)鎢錫礦成礦花崗巖開展了大量的研究工作(徐克勤等, 1982; 黃汲清和陳廷愚, 1986; 裴榮富和毛景文, 1989; 周新民, 2003; 毛景文等, 2004; 王汝成等, 2017)，認(rèn)為鎢錫礦主要與高分異的A型和S型花崗巖有關(guān)(蔣少涌等, 2008; 朱金初等, 2008; Jiangetal., 2009; Qiuetal., 2017)。其中，與錫礦有關(guān)A型花崗巖廣泛分布于欽-杭帶與南嶺地區(qū)交匯部位，具有大量鎂鐵質(zhì)包體和較高的巖漿熔融溫度，這些特征被認(rèn)為是幔源巖漿活動(dòng)的重要證據(jù)(Yuanetal., 2019)。但有關(guān)鎢錫大規(guī)模成巖成礦的地球動(dòng)力學(xué)環(huán)境，一直沒有取得共識(shí)，在一定程度上影響著新一輪地質(zhì)與找礦工作的方向與思路(周新民, 2003; Maoetal., 2018)。

湖南大義山錫礦位于南嶺成礦帶和欽-杭成礦帶(簡稱欽-杭帶)的交匯部位，是南嶺地區(qū)重要的錫多金屬礦集區(qū)。經(jīng)過多年的地質(zhì)找礦工作，已發(fā)現(xiàn)獅形嶺、獅茅沖、白沙子嶺等一大批中型及以上錫多金屬礦床(伍光英等, 2005)，取得了重要找礦進(jìn)展(曾欽旺等, 2016)。前人對(duì)大義山地區(qū)與花崗巖有關(guān)錫多金屬礦床開展了廣泛的研究工作，主要包括區(qū)域成礦規(guī)律(伍光英等, 2005)、成礦地質(zhì)特征與控礦要素(周厚祥等, 2005; 曾志方, 2013)、礦床成因(劉鐵生, 2002)、成礦動(dòng)力學(xué)背景(孔華等, 2014)、成礦花崗巖成因和侵位就位機(jī)制(費(fèi)利東等, 2012)、成礦年代學(xué)(孔華等, 2014; 張曉軍等, 2014; Sunetal., 2018; Zhangetal., 2021)、深部找礦預(yù)測(cè)(吳迎春等, 2008; 賀文華, 2011; 曾欽旺等, 2016)以及找礦方向探索(李惠純, 2000)等。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大義山地區(qū)錫礦成礦花崗巖和錫礦化廣泛發(fā)育電氣石，具有明顯的富硼特征，與南嶺地區(qū)多數(shù)錫礦富氟的特征存在一定差別(袁順達(dá), 2017)。目前，關(guān)于大義山錫礦成礦花崗巖的成因類型及動(dòng)力學(xué)背景仍缺乏系統(tǒng)的研究。本文擬通過對(duì)大義山地區(qū)錫礦成礦花崗巖系統(tǒng)的主量元素、微量元素和Sr-Nd-Hf同位素組成研究，厘定花崗巖的成因，探討其形成的動(dòng)力學(xué)背景，為深入理解該區(qū)復(fù)雜的成巖成礦作用提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

湖南大義山錫礦位于南嶺成礦帶和欽-杭帶的交匯部位，鄰區(qū)發(fā)育有一大批超大型-大型鎢錫多金屬礦床(圖1)。區(qū)內(nèi)除缺失志留紀(jì)、古近-新近紀(jì)地層外，其他地層圍繞大義山巖體周邊多有分布(圖2)。震旦系-寒武系主要為一套淺海相類復(fù)理石沉積建造，出露于大義山巖體西南。震旦系巖性以石英砂巖夾砂質(zhì)板巖、板巖、長石石英砂巖為主；寒武系巖性以淺變質(zhì)砂巖類為主，夾雜泥質(zhì)及粉砂質(zhì)板巖類。晚古生界為陸緣海淺海相碳酸鹽沉積為特征；其中泥盆系主要為中厚層石英砂巖、砂巖、粉砂巖以及中厚層至厚層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r；石炭系主要為中厚層灰?guī)r、白云巖以及石英砂巖、粉砂巖、頁巖等；二疊系巖性主要為中厚層灰?guī)r、含鐵錳硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁巖以及石英砂巖、粉砂巖。泥盆、石炭系碳酸鹽巖與巖體接觸部位往往形成矽卡巖型錫多金屬礦，另外巖體周邊河谷多賦存有砂錫礦(曾志方, 2013)。

圖1 南嶺地區(qū)構(gòu)造位置圖(a)和華南中生代花崗質(zhì)侵入巖及主要鎢錫礦床分布圖(b)(據(jù)Sun et al., 2018)Fig.1 Simplified tectonic map of Nanling Range (a) and the distribution of granitoids and W-Sn deposits in this area (b) (after Sun et al., 2018)

圖2 大義山錫礦地質(zhì)簡圖(據(jù)Sun et al., 2018)Fig.2 The simplified tectonic map of the Dayishan Sn deposit (after Sun et al., 2018)

大義山地區(qū)經(jīng)歷了多期構(gòu)造活動(dòng)，形成了以斷裂為主、褶皺次之的構(gòu)造格局(張曉軍等, 2014)。陽明山-塔山巖體東西向構(gòu)造帶與大義山巖體北西向構(gòu)造帶形成該區(qū)域的主干構(gòu)造，其中“大義山式”北西向張扭性斷裂構(gòu)造具有繼承性發(fā)展的特征，控制了大義山花崗巖體的侵入活動(dòng)(曾欽旺等, 2016)。基底層褶皺-泗洲山復(fù)背斜呈北北東向展布，其余褶皺軸向多呈近南北向-北北西向展布，緊靠巖體部位多被斷層所破壞(伍光英等, 2005)。

大義山花崗巖體為燕山期花崗巖，受北西向邵陽-郴州基底斷裂嚴(yán)格控制，沿北西向構(gòu)造帶多期次侵位，平面上呈扁長橢圓狀，長軸走向北西(NW 325°)，呈長條狀侵入于印支期構(gòu)造層之中。按侵入期次，該巖體可分為三期，分別為早侏羅世中-細(xì)粒斑狀(含角閃石)黑云鉀長花崗巖、中侏羅世中粗-細(xì)(微)粒斑狀黑云二長花崗巖及細(xì)粒(少斑)二云二長花崗巖、晚侏羅世中細(xì)-細(xì)(微)粒二長花崗巖。區(qū)內(nèi)與大義山巖體有關(guān)礦化以錫礦為主，銅礦、鉛鋅礦次之，主要有蝕變花崗巖型、云英巖脈型、石英脈型、矽卡巖型等，并在巖體外圍有大量砂錫礦分布(張曉軍等, 2014)。Sunetal.(2018)通過蝕變花崗巖型錫礦、云英巖脈型錫礦錫石U-Pb年齡、成礦黑云母二長花崗巖鋯石U-Pb年齡及晚期含輝鉬礦石英脈中輝鉬礦Re-Os年齡精確限定了大義山錫礦貓仔山礦區(qū)錫礦成礦年齡為～156Ma。Zhangetal.(2021)通過對(duì)大義山藤山坳礦區(qū)錫石及成礦花崗巖U-Pb測(cè)年和白云母40Ar-39Ar測(cè)年，也獲得了相近的結(jié)果。

2 巖石特征

本次研究樣品全部為貓仔山礦區(qū)坑道樣品，為似斑狀黑云母二長花崗巖，其成巖年齡為～156Ma (Sunetal., 2018)?；◢弾r具似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要成分為石英、斜長石、鉀長石和少量黑云母。鉀長石為自形-半自形板狀，可見卡巴斯雙晶，部分蝕變?yōu)榻佋颇?，粒徑?.2～0.4cm，含量約34%；石英為他形粒狀，具明顯的溶蝕結(jié)構(gòu)，粒徑0.1～0.5cm，含量為30%左右；斜長石為半自形板狀-他形粒狀，粒徑為0.1～0.3cm，含量為30%左右；黑云母為半自形鱗片狀，粒徑0.3～0.2mm，含量5%左右，局部可見電氣石“囊包”(圖3)。

圖3 大義山錫礦成礦花崗巖及礦石典型樣品照片(a)含電氣石囊包黑云母二長花崗巖；(b)貧礦含電氣石石英脈；(c)含錫石電氣石-石英脈；(d)港灣狀石英斑晶(正交偏光)；(e)巨斑狀黑云母二長花崗巖與似斑狀黑云母二長花崗巖接觸界線附近發(fā)育大量針狀電氣石(單偏光)；(f)電氣石囊包中粒狀電氣石(單偏光)Fig.3 The samples of metallogenic granite and typical ore in the Dayishan Sn deposit(a) biotite monzogranite bearing tourmaline nodule; (b) barren quartz-tourmaline vein; (c) quartz-tourmaline vein bearing cassiterite; (d) dissolved quartz in porphyry biotite monzogranite (CPL); (e) tourmaline needles in the margin area of biotite monzogranite (PPL); (f) tourmaline grains in the tourmaline nodule (PPL)

3 分析方法

3.1 主量元素分析

全巖主量元素分析在澳實(shí)分析檢測(cè)(廣州)有限公司完成，檢測(cè)儀器為X熒光光譜儀。按要求制備的定量樣品煅燒后加入Li2B4O7-LiBO2助熔物，充分混和后，放置在自動(dòng)熔煉儀中，使之在1000℃以上熔融；熔融物倒出后形成扁平玻璃片，再用X射線熒光光譜分析。本方法分析的結(jié)果以氧化物表示，分析精度優(yōu)于5%。

3.2 微量、稀土元素分析

微量及稀土元素分析在中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，分析儀器均為電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)，分析精度優(yōu)于5%。樣品處理過程如下：準(zhǔn)確稱取50mg 樣品(200目)放入裝有洗凈的聚四氟乙烯塑料溶樣罐的不銹鋼襯套中，加入1mL HF，在電熱板上蒸干以去掉大部份SiO2，再加入1mL HF和0.5mL HNO3，蓋上蓋子擰緊，在烘箱中于200℃分解40小時(shí)，取出冷卻后，于電熱板上低溫蒸干，加入1mL HNO3再蒸干，重復(fù)一次；最后加入2mL HNO3和5mL蒸餾水，重新蓋上蓋子密封，于130℃溶解殘?jiān)?小時(shí)，再取出，冷卻后加入500ng Rh內(nèi)標(biāo)溶液，轉(zhuǎn)移至50mL離心管中上機(jī)測(cè)試，具體分析過程參見Qi and Grégoire (2000)。

3.3 全巖Sr-Nd同位素

全巖Sr-Nd 同位素分析在天津地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)測(cè)試室采用TRITON熱電離質(zhì)譜測(cè)定。測(cè)試前，首先取200目的巖石粉末樣，烘干后完全溶解于HF+HClO4+HNO3的混合酸中，用AG50W×12強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂分離Rb、Sr，然后用 HEHEHP樹脂(P507)技術(shù)分離純化Nd。采用陽離子交換樹脂分離提純出Sr和Nd。Sr、Nd同位素比值分別采用86Sr/88Sr=0.1194、146Nd/144Nd=0.7219進(jìn)行質(zhì)量分餾校正。87Rb/86Sr和147Sm/144Nd比值用全巖Rb、Sr、Sm和Nd含量計(jì)算，λRb-Sr=1.42×10-12a-1；Sm-Nd同位素計(jì)算過程中，球粒隕石值、虧損地幔值和大陸地殼平均值的計(jì)算參數(shù)分別為：(143Nd/144Nd)DM=0.51315，(147Sm/144Nd)DM=0.21360，(147Sm/144Nd)cc=0.11800；λSm-Nd=6.54×10-12a-1。

3.4 鋯石Hf同位素

鋯石分選在首鋼地質(zhì)勘查院進(jìn)行。機(jī)械性粉碎含有鋯石的巖石樣品至80目，重力磁力分選后利用雙目鏡把鋯石顆粒挑出。挑選出的鋯石樣品在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成制靶和陰極發(fā)光照相。在雙目鏡下，選擇透明、無包裹體、無裂隙、晶型好、顆粒較大的鋯石單礦物粘在雙面膠上，利用無色透明的環(huán)氧樹脂固定，待環(huán)氧樹脂固化后，將鋯石拋光，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖面充分暴露。制靶完畢后，對(duì)樣品進(jìn)行陰極發(fā)光圖像(CL)的采集，以便觀察鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，幫助選擇適宜的測(cè)試點(diǎn)位。單顆粒鋯石的激光剝蝕等離子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)原位測(cè)試鋯石U-Pb同位素完成后，選擇對(duì)應(yīng)年齡分析位置，在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)所測(cè)試鋯石進(jìn)行原位Hf同位素分析。實(shí)驗(yàn)在多接收等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)上進(jìn)行。激光束直徑為44μm，剝蝕頻率為8Hz，每8個(gè)測(cè)點(diǎn)添加1個(gè)91500標(biāo)樣進(jìn)行控制，詳細(xì)的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法見(Huetal., 2012)。

4 分析結(jié)果

4.1 主量元素特征

黑云母二長花崗巖主量元素具有相對(duì)富SiO2(73.58%～74.76%)、Al2O3(13.67%～14.00%)、Na2O(3.65%～3.90%)、K2O(3.49%～4.24%)，貧Fe2O3T(1.18%～2.18%)、MgO(0.04%～0.06%)、CaO(0.54%～0.59%)、P2O5(0.04%～0.06%)的特點(diǎn)(表1)。全堿含量較高，Na2O+K2O為7.30%～8.03%，平均為7.76%；K2O/Na2O值為0.92～1.12。在TAS分類圖解中，樣品落入亞堿性花崗巖區(qū)域(圖4a)；A/CNK值為1.15～1.26，A/NK值為1.26～1.39，在A/NK-A/CNK分類圖解中，落入過鋁質(zhì)范圍內(nèi)(圖4b)；SiO2-K2O圖解顯示巖石具有高鉀鈣堿性的特征(圖4c)。

圖4 大義山黑云母二長花崗巖主量元素地球化學(xué)判別圖(a)全堿-硅圖解(Middlemost, 1985)；(b)A/NK-A/CNK判別圖(Peccerillo and Taylor, 1976)；(c) SiO2-K2O圖解(Rickwood, 1989)Fig.4 TAS (a, after Middlemost, 1985), A/NK vs. A/CNK (b, after Peccerillo and Taylor, 1976) and K2O vs. SiO2 (c, after Rickwood, 1989) diagrams of the Dayishan biotite monzonite

表1 湖南大義山錫礦黑云母二長花崗巖主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析結(jié)果

4.2 稀土、微量元素特征

花崗巖樣品稀土元素總量較低(126×10-6～147×10-6)，LREE/HREE比值為3.17～3.44，(La/Yb)N為2.23～2.59，δEu值為0.06～0.07 (表1)。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖解中，樣品表現(xiàn)出相對(duì)富集輕稀土元素、貧重稀土元素的特點(diǎn)，但輕、重稀土元素分餾不明顯，稀土元素配分曲線為緩右傾的“V”型，具有強(qiáng)烈的Eu負(fù)異常(圖5a)。在微原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化量元素蛛網(wǎng)圖中，樣品富集Rb、Th、U、Ta和Nd等元素，虧損Ba、Nb、Sr、Eu等元素(圖5b)。

圖5 大義山錫礦黑云母二長花崗巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖解(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值據(jù)Sun and McDonough, 1989)數(shù)據(jù)來自Li et al. (2007b)、 Yao et al.(2014)、章榮清等(2016)、Zhang et al.(2017)Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b) of the Dayishan biotite monzonite (normalization values after Sun and McDonough, 1989)The data are referenced from Li et al. (2007b), Yao et al. (2014), Zhang et al. (2016, 2017)

4.3 全巖Sr-Nd同位素

本次共對(duì)3件樣品進(jìn)行了Sr-Nd同位素分析，數(shù)據(jù)列于表2。87Rb/86Sr初始比值變化范圍較大(0.7743～0.8212)。由于異常高的Rb/Sr和87Sr/86Sr比值，年齡校正后的Sr同位素組成具有較大的不確定性， 因此初始的87Sr/86Sr比值不能用于巖石成因討論。分析樣品的fSm/Nd范圍為-0.09～-0.05，在有效范圍內(nèi)(-0.2～0.4，Wuetal., 2000)。3件樣品均具有虧損的Nd同位素組成，(143Nd/144Nd)i范圍為0.512174～0.512298，εNd(t)值均為負(fù)值(-5.1～-2.7)，二階段模式年齡較集中(1.2～1.4Ga)。

表2 湖南大義山錫礦黑云母二長花崗巖Sr-Nd同位素分析結(jié)果

4.4 鋯石Hf同位素

MC-29鋯石樣品Hf同位素分析結(jié)果(表3，鋯石年齡據(jù)Sunetal., 2018)顯示，鋯石初始(176Hf/177Hf)i值為0.282476～0.282536，fLu/Hf值為-0.98～-0.92，顯示出較為均一的特征。計(jì)算得出的εHf(t)值為-7.03～-4.93，二階段Hf 模式年齡值為1.5～1.6Ga。

表3 湖南大義山錫礦黑云母二長花崗巖鋯石Hf同位素分析結(jié)果

5 討論

5.1 成因類型

大義山黑云母二長花崗巖具有較高的SiO2(73.58%～74.76%)含量、FeOT/(FeOT+MgO)比值(0.95～0.97)、FeOT/MgO比值(18.75～32.69)、10000×Ga/Al比值(3.48～4.08)和較低的CaO (0.54%～0.59%)、P2O5(0.04%～0.06%)、MgO (0.04%～0.06%)、TiO2(0.04%～0.06%)、Ba (68.40×10-6～77.10×10-6)、Sr (16.60×10-6～20.00×10-6)含量(表1)以及平坦的稀土元素配分曲線(圖5a)。這些特征均與A型花崗巖相似，與華南鎢錫成礦花崗巖特征相近(Whalenetal., 1987; 郭春麗等, 2013; Zhengetal.，2017a, b)。其較高的Rb元素含量和Rb/Sr、Rb/Ba比值，較低的Ba、Sr、P、Nb、Ti等元素含量及CaO/(Na2O+K2O)(0.07～0.08)、Zr/Hf (19～22)和Nb/Ta (2.34～2.56)比值，以及強(qiáng)烈的Eu負(fù)異常特點(diǎn)，也顯示出高度結(jié)晶分異的特點(diǎn)。一般認(rèn)為，當(dāng)A型花崗巖受到結(jié)晶分異作用影響時(shí)，會(huì)與S型花崗巖和高分異的I型花崗巖具有相似的地球化學(xué)特征(Chappell and White, 1992; Kingetal., 1997)。本文分析的所有巖石樣品的SiO2含量均高于73.00%，A/CNK值在1.15～1.26之間，變化范圍較小，平均為1.20，均為過鋁質(zhì)巖石(圖4b)，似乎也與S型花崗巖相似。然而，其較低的P2O5(0.04%～0.06%)含量和較高的Na2O(3.65%～3.90%)含量卻與S型花崗巖明顯不同(Kingetal., 1997)。另外，盡管黑云母二長花崗巖具有較高的A/CNK (1.15～1.26)比值，但A型和I型花崗巖也可以具有弱的過鋁質(zhì)特征(Kingetal., 1997)。因此，可基本排除S型花崗巖的可能性。

鋯石飽和溫度計(jì)算結(jié)果顯示(Watson and Harrison, 1983)，大義山錫礦黑云母二長花崗巖漿溫度的估算結(jié)果僅為716～725℃(表1)。這與本文黑云母二長花崗巖存在顯著的結(jié)晶分異特征一致。因?yàn)閹r漿中鋯石和褐簾石的結(jié)晶分異會(huì)造成巖A型和I型花崗巖中Zr含量的降低(Kingetal., 1997)，因此，巖漿的實(shí)際溫度應(yīng)高于上述估算值。這一特征與鋁質(zhì)A型花崗巖產(chǎn)于高溫巖漿(>760℃)相似(Kingetal., 1997)。此外，成礦花崗巖10000Ga/Al值在3.48～4.08之間，平均值為3.73，明顯高于世界 I 和 S 型花崗，而與A型花崗巖3.75的比值接近(肖慶輝等, 2009)。在10000Ga/Al-Zr圖解中，所有黑云母二長花崗巖樣品全部落于A型花崗巖的區(qū)域(圖6a)。值得注意的是，對(duì)于高分異花崗巖，其元素含量指標(biāo)的圖解可能失效，因此高分異的A型和I型花崗巖的判別應(yīng)予以慎重。

圖6 大義山黑云母二長花崗巖巖石類型判別圖解(a)A、I、S型花崗巖10000 Ga/Al-Zr 判別圖解(Whalen et al., 1987)；(b)A型花崗巖SiO2-FeOT/(FeOT+MgO) 判別圖解(Whalen et al., 1987)；(c)A、I、S型花崗巖SiO2-FeOT/MgO判別圖解(Frost et al., 2001)；(d)A 型花崗巖的 A1亞類和A2 亞類判別圖(Eby, 1990)Fig.6 Discrimination diagrams for the Dayishan mineralized biotite monzonite(a) 10000 Ga/Al vs. Zr diagram (Whalen et al., 1987); (b) SiO2 vs. FeOT/(FeOT+MgO) diagram (Whalen et al., 1987); (c) SiO2 vs. FeOT/MgO) diagram (Frost et al., 2001); (d) Y/Nb vs. Rb/Nb diagram (Eby, 1990)

研究表明，相對(duì)于高分異的I型花崗巖，A型花崗巖具有相對(duì)較高的FeOT/MgO和FeOT/(FeOT+MgO)比值，是判別花崗巖類型的重要指標(biāo)(Whalenetal., 1987; Frostetal., 2001)。本次研究的黑云母二長花崗巖具有較高的FeOT/MgO(18.75～32.69)比值和FeOT/(FeOT+MgO)(0.95～0.97)比值，表明本文研究黑云母二長花崗巖為A型花崗巖(圖6b，c)。此外，Eby (1992)根據(jù)A型花崗巖產(chǎn)出環(huán)境不同，將A型花崗巖劃分為A1和A2型，其中，A1花崗巖形成于非造山環(huán)境，而A2花崗巖形成于陸陸碰撞或弧環(huán)境。圖6d顯示，本文研究黑云母二長花崗巖樣品全部落在A2型花崗巖區(qū)域，屬于高分異A2型花崗巖。

值得注意的是，大義山地區(qū)恰好位于揚(yáng)子、華夏兩大古陸塊拼貼形成的欽-杭古板塊結(jié)合帶和南嶺成礦帶的交匯部位。前人研究發(fā)現(xiàn)，欽-杭帶的湘南-桂北地區(qū)存在一條呈北北東向展布的高εNd(t)值(>-8)和低tDM模式年齡值(<1.5Ga)的花崗巖帶，包括花山、姑婆山、騎田嶺、錫田等花崗巖巖基和巖株，這些花崗巖的形成時(shí)代集中在150～165Ma，具有A型花崗巖特征，并有大量鎢錫礦床伴生，被認(rèn)為是一條特征獨(dú)特的鋁質(zhì)A型花崗巖帶(蔣少涌等, 2008; 朱金初等, 2008; 周云等, 2013; 陳駿等, 2014)?？梢?，大義山黑云母二長花崗巖可能為北東向A型錫礦花崗巖帶的一部分。

5.2 巖石成因

作為欽-杭帶北北東向A型花崗巖的一部分(朱金初等, 2008; 趙葵東等, 2009; 王祿彬等, 2011; 周永章等, 2017)，大義山成錫礦花崗巖具有相對(duì)較負(fù)的εNd(t)值(-5.1～-2.7)和年輕的Nd模式年齡(1.2～1.4Ga)，以及較負(fù)的εHf(t)值(-7.03～-4.93)和年輕的Hf模式年齡(1.5～1.6Ga)，與南嶺地區(qū)成錫礦花崗巖及欽-杭帶A型花崗巖同位素組成基本一致(圖7、圖8)(Gilderetal., 1996; 陳駿等, 2014)。洪大衛(wèi)等 (2002)認(rèn)為該高εNd(t)值、低Nd模式年齡花崗巖帶可能是地幔物質(zhì)上涌加入地殼的一條重要通道，導(dǎo)致花崗巖的εNd(t)值升高和Nd模式年齡值降低。另外，對(duì)白沙子嶺錫礦云英巖脈型錫礦中石英流體包裹體Rb和Sr同位素研究表明，其初始Sr同位素值為0.70679，與殼幔邊界地區(qū)Sr初始值0.707近乎一致，也暗示石英流體包裹體中的成礦熱液除了殼源物質(zhì)外，還可能有地幔物質(zhì)的混入(張曉軍等, 2014)。鄰區(qū)芙蓉錫礦床中成礦流體的稀有氣體同位素3He/4He測(cè)定值為0.14～2.95Ra，也具有殼、幔混合的特點(diǎn)(李兆麗等, 2006; 單強(qiáng)等, 2014)。

圖7 大義山及南嶺地區(qū)主要鎢錫礦床成礦花崗巖全巖εNd(t)-t相關(guān)圖解數(shù)據(jù)來源：黃沙坪礦床成礦花崗巖(Hu et al., 2017)、荷花坪成礦花崗巖(蔡明海等, 2013; 王顯彬等, 2013; 章榮清等, 2016)、香花嶺花崗巖(邱瑞照等, 2003)、錫田花崗巖(Zhou et al., 2015)和本文；華南元古代地殼(Shen et al., 1996)Fig.7 Plot of intrusive age t vs. εNd(t) for the mineralized granites in the Dayishan Sn depositData sources: mineralized granites are sourced from Huangshaping granite (Hu et al., 2017), Hehuaping granite (Cai et al., 2013; Wang et al., 2013; Zhang et al., 2016), Xianghualing granite (Qiu et al., 2003), Xitian granite (Zhou et al., 2015) and Dayishan granite of this work; The Proterozoic crustal data of South China (Shen et al., 1996)

圖8 湖南大義山錫礦成礦花崗巖鋯石Hf同位素εHf(t)-鋯石年齡圖南嶺地區(qū)錫礦花崗巖和華夏板塊基底巖石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)據(jù)Liu et al. (2017)及所引用文獻(xiàn)Fig.8 Plot of intrusive age t vs. εHf(t) for the mineralized granites in the Dayishan Sn depositThe data of tin mineralized granite and Hf isotope data of Cathaysia block basement from Nanling area from Liu et al., 2017 and references therein

如上文所述，大義山錫礦黑云母二長花崗巖母巖漿經(jīng)歷了顯著的結(jié)晶分異作用。其Ba、Sr、Eu的虧損指示了斜長石、鉀長石的分離結(jié)晶，Nb、Ti的虧損指示了富鈦鐵礦物(鈦鐵礦、金紅石)的分離結(jié)晶。值得注意的是，大義山錫礦成礦花崗巖輕、重稀土配分呈“V”型展布特征，具有明顯的四分組效應(yīng)(圖5a)。據(jù)研究，具有稀土元素四分組效應(yīng)的花崗巖幾乎全都是巖漿作用晚階段殘余熔體的產(chǎn)物(趙振華等, 1999; Peretyazhko and Savina, 2010)。強(qiáng)烈的結(jié)晶分異會(huì)使揮發(fā)分在殘余熔體中富集，為流體-熔體相互作用提供物質(zhì)基礎(chǔ)。富揮發(fā)分的流體對(duì)熔體中的稀土元素具有很大的萃取能力，影響稀土元素在熔體和流體之間的分配，使得殘余熔體形成稀土元素四分組效應(yīng)(趙振華等, 1999)。稀土元素四分組效應(yīng)的存在，表明該花崗巖在地殼深部部分熔融形成初始巖漿之后，巖漿上升侵位過程中經(jīng)歷了高度的結(jié)晶分異，進(jìn)而形成了富揮發(fā)分的流體和熔體共存的體系，并經(jīng)歷了與流體的相互作用。

研究表明，四分組效應(yīng)僅見于高度演化且富H2O、CO2、Li、B、Cl、F等元素的火成巖中，為與熱液發(fā)生強(qiáng)烈相互作用的晚期巖漿分異產(chǎn)物(薛懷民等, 2009)。這與大義山成礦花崗巖中常見的“電氣石”囊包及石英溶蝕現(xiàn)象一致(圖3a，d，f)。這種囊包多具雙層結(jié)構(gòu)，即內(nèi)部黑色內(nèi)核(主要由電氣石、石英以及少量微斜長石和鈉長石組成)和外部淡色環(huán)暈(為富含石英而不含黑云母的淡色花崗巖)(Sinclair and Richardson, 1992; Trumbulletal., 2008; Drivenesetal., 2015)。此結(jié)構(gòu)在一些富硼成錫礦花崗巖體系中較為常見，如玻利維亞錫礦省(Lehmannetal., 1990)、英格蘭西南部錫礦省(Drivenesetal., 2015)、東南亞錫礦省、內(nèi)蒙古大興安嶺西南段磨盤山錫礦(Duanetal., 2020)、云南云龍錫礦(Yu and Jiang, 2003)以及桂北錫多金屬礦集區(qū)(Zhaoetal., 2019)，是巖漿-熱液過渡態(tài)的一種表現(xiàn)形式(Yang and Jiang, 2012; Lira and Poklepovic, 2017; Duanetal., 2020; Hongetal., 2020; 郭佳等, 2020)?；◢徺|(zhì)巖漿中較高的硼含量可以較大程度降低巖漿的結(jié)晶溫度，提升巖漿中水的溶解度，促進(jìn)巖漿的結(jié)晶分異，有利于錫在巖漿中的富集，提升巖漿的錫成礦能力 (Pollardetal., 1987)。大義山錫礦廣泛發(fā)育的電氣石化蝕變，指示成錫花崗巖具有富揮發(fā)分硼的特征。綜上表明大義山富硼的成錫花崗巖源于殼源巖漿和幔源巖漿的混合，并經(jīng)歷了強(qiáng)烈的結(jié)晶分異和流體出溶作用。

5.3 構(gòu)造環(huán)境

前文研究表明，大義山錫礦成礦花崗巖為A2型花崗巖(圖6d)。一般認(rèn)為，A2型花崗巖形成于各種類型的伸展環(huán)境中，從大陸弧或弧后到碰撞后以及板內(nèi)都可以形成(Whalenetal., 1987; Eby, 1992; F?rsteretal., 1997)。在構(gòu)造環(huán)境判別圖解上(圖9)，大義山錫礦成礦花崗巖全部落在后碰撞花崗巖和板內(nèi)花崗巖區(qū)域的重疊部分，這一特征與南嶺地區(qū)成鎢錫花崗巖一致(圖9)，指示花崗巖形成于伸展構(gòu)造背景。大義山巖體內(nèi)部流動(dòng)構(gòu)造不發(fā)育，接觸帶泥盆系-石炭系圍巖形態(tài)基本上保持了原狀，巖漿呈“被動(dòng)”侵位的特征，也證實(shí)了這一認(rèn)識(shí)(伍光英等, 2000)。另外，南嶺地區(qū)在燕山早期存在堿性玄武巖(177～178Ma)、雙峰式火山巖(158～179Ma)和A型花崗巖(176～178Ma)巖石組合，也暗示了華南自燕山早期就開始處于伸展的構(gòu)造環(huán)境(趙振華等, 2000; 陳培榮等, 2002; Yeetal., 2013)。寧遠(yuǎn)地區(qū)玄武巖地幔包體元素地球化學(xué)和Re-Os同位素也說明，華南中生代存在巖石圈減薄過程(Liuetal., 2012)。隨后該區(qū)強(qiáng)烈的花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)亦與這種巖石圈伸展裂解作用密切相關(guān)(Gilderetal., 1996)。

圖9 湖南大義山錫礦成礦花崗巖Nb+Y-Rb(a)和Y-Nb構(gòu)造環(huán)境判別圖解(b)(據(jù)Pearce, 1996)南嶺地區(qū)鎢錫礦成礦花崗巖數(shù)據(jù)引自Zhang et al. (2017)、Li et al. (2007a)、Yao et al. (2014)、Hu et al. (2017)和章榮清等 (2016). Syn-COLG-同碰撞花崗巖；WPG-板內(nèi)花崗巖；ORG-洋中脊花崗巖；VAG+S-COLG-碰撞和火山弧花崗巖；VAG-火山弧花崗巖；Post-COLG-碰撞后花崗巖Fig.9 Discrimination diagrams of Nb+Y vs. Rb (a) and Y vs. Nb (b) for the Dayishan mineralized biotite monzonite (after Pearce, 1996)南嶺地區(qū)鎢錫礦成礦花崗巖數(shù)據(jù)引自Zhang et al. (2017)、Li et al. (2007a)、Yao et al. (2014)、Hu et al. (2017)和章榮清等 (2016). Syn-COLG-同碰撞花崗巖；WPG-板內(nèi)花崗巖；ORG-洋中脊花崗巖；VAG+S-COLG-碰撞和火山弧花崗巖；VAG-火山弧花崗巖；Post-COLG-碰撞后花崗巖

在中-晚朱羅世伸展背景下，南嶺地區(qū)不僅形成了大量鎢錫礦床，相近成礦年齡的斑巖型銅礦也屢見不鮮，如湘南地區(qū)的銅山嶺銅鉛鋅礦(161Ma；Zhaoetal., 2016)和寶山銅鉛鋅礦(158Ma；Zhaoetal., 2017)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，南嶺地區(qū)中-晚朱羅世銅鉛鋅礦雖與鎢錫礦位置有重疊，卻形成稍早(黃旭棟等, 2017)，而且兩期巖漿活動(dòng)具有完全不同的地球化學(xué)特征，銅鉛鋅多金屬礦床成礦斑巖具有較高的氧逸度、低初始ISr比值、高Cl、低F等特點(diǎn)，明顯的幔源特征，而該區(qū)鎢錫礦成礦花崗巖則不同，以低氧逸度、高度分異、低的εNd(t)值為特征(Dingetal., 2015及本文)，說明早期銅多金屬礦形成時(shí)成礦花崗巖存在受俯沖板片流體交代的幔源物質(zhì)組分加入，而鎢錫成礦則不存在俯沖板片來源物質(zhì)組分參與(Liuetal., 2012及作者未發(fā)表的電氣石硼同位素?cái)?shù)據(jù))。另外，沿著中國東部東南沿海越來越多的侏羅紀(jì)斑巖-矽卡巖銅多金屬礦床逐漸被發(fā)現(xiàn)，表明存在一個(gè)中晚侏羅世的大陸巖漿弧和相關(guān)的斑巖-矽卡巖銅礦帶，如德興、永平、古田、嶺后、旗鼓嶺、陂頭面、龍頭崗、新寮崠等銅多金屬礦(王小雨等，2016; Maoetal., 2017; 鄭偉等, 2018a, b)，指示170Ma左右Izanagi板塊或古太平洋板塊開始向歐亞大陸發(fā)生斜向俯沖，中國東部大陸邊緣成為活動(dòng)大陸邊緣(Maoetal., 2021)。

近年來，巖漿巖、構(gòu)造、礦床等多方面的證據(jù)也表明，華南在180～170Ma已經(jīng)完成由特提斯構(gòu)造域向?yàn)I太平洋構(gòu)造域的轉(zhuǎn)換(董樹文等, 2007; 張?jiān)罉虻? 2012)。對(duì)于欽-杭成礦帶，其北北東向的走向完全不同于近東西走向的印支碰撞帶，而與古太平洋板塊的俯沖縫合線走向一致，華仁民等 (2005)、蔣少涌等(2008)和毛景文等(2018)也認(rèn)為，約160Ma的華南內(nèi)部拉張事件可能與古太平洋板塊的俯沖消減有關(guān)，而不是后碰撞或后造山伸展減薄所致。160～150Ma，伴隨著俯沖板片的后撤，俯沖板片開天窗或撕裂，軟流圈物質(zhì)上涌到下地殼形成殼幔源型花崗質(zhì)巖漿，巖漿的分異與演化，形成了南嶺大規(guī)模鎢錫成礦事件(毛景文等, 2011)。因此，本文認(rèn)為，～156Ma左右，Izanagi俯沖板塊開天窗或撕裂，導(dǎo)致軟流圈物質(zhì)上涌到下地殼，形成了殼幔源混合型花崗質(zhì)巖漿。其較高的硼含量促使巖漿經(jīng)歷了強(qiáng)烈的結(jié)晶分異，有助于巖漿演化晚期巖漿熱液的出溶和錫礦化的形成。

6 結(jié)論

本文對(duì)湖南大義山成錫礦黑云母二長花崗巖開展了詳細(xì)的巖石學(xué)、Sr-Nd-Hf同位素和全巖主量、微量元素分析，在結(jié)合大量前人分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，得出如下結(jié)論：

(1)成礦花崗巖具有較高的SiO2含量和FeOT/(FeOT+MgO)比值、FeOT/MgO比值、A/CNK比值、10000×Ga/Al比值，較低的CaO、P2O5、MgO、TiO2、Ba、Sr含量，以及較低的鋯石飽和溫度，這些特征均與A型花崗巖相似，屬高分異的A2型花崗巖。

(2)成礦花崗巖具有富揮發(fā)分硼的特征，Sr-Nd-Hf同位素指示大義山富硼成錫花崗巖源于殼源巖漿和幔源巖漿的混合，并經(jīng)歷了強(qiáng)烈的結(jié)晶分異和流體出溶作用。

(3)成礦花崗巖的形成與Izanagi俯沖板塊開天窗或撕裂有關(guān)。在此背景下，軟流圈物質(zhì)上涌到下地殼，形成了殼幔源混合型花崗質(zhì)巖漿，其較高的硼含量促使巖漿經(jīng)歷了高度的結(jié)晶分異，有利于晚期錫礦的形成。

致謝湖南四一八地質(zhì)隊(duì)陳文輝、寧勇云、毛紅光在野外工作中給予了幫助與支持；中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所武廣研究員、中國地質(zhì)大學(xué)(北京)張德會(huì)教授及兩位審稿人對(duì)本文修改提出了寶貴建議；在此一并深表謝意。