安徽銅陵礦集區(qū)楊沖里金礦巖漿巖地球化學(xué)特征與成因

肖福權(quán)，黃杰杰，陳志永，萬(wàn) 秋

(1.銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司礦產(chǎn)資源中心，安徽 銅陵 244000；2.湖南省湘南地質(zhì)勘察院，湖南 郴州 423000；3.安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽 合肥 230001；4.安徽省地質(zhì)科學(xué)研究所，安徽 合肥 230001)

0 引 言

安徽銅陵礦集區(qū)位于長(zhǎng)江中下游成礦帶，該地區(qū)經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，地質(zhì)勘探程度高，研究密集，是“層控矽卡巖礦床”理論的誕生地(常印佛等，1991；聶桂平等，2007；劉經(jīng)華等，2009；包亮亮等，2017；杜建國(guó)等，2019；施珂等，2019a)。楊沖里金礦為區(qū)內(nèi)舒家店地區(qū)近年來(lái)新發(fā)現(xiàn)的新型礦床(段留安等，2013)，礦體產(chǎn)自志留紀(jì)地層中，為構(gòu)造蝕變巖型金礦床。

前人對(duì)楊沖里的成巖成礦年代、巖石地球化學(xué)、成礦物質(zhì)來(lái)源及成礦流體等開(kāi)展過(guò)一定的研究工作(Wang et al.,2016；Duan et al.,2017；施珂等，2019b)。在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上，對(duì)該地區(qū)的巖漿起源、演化及巖漿巖成因進(jìn)行初步探討，豐富研究區(qū)的成巖、成礦理論，為區(qū)內(nèi)找礦工作提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

銅陵礦集區(qū)位于長(zhǎng)江中下游成礦帶中部(圖1a)，又稱銅陵隆起，區(qū)內(nèi)除缺失下、中泥盆統(tǒng)地層外，志留—三疊系地層層序齊全，發(fā)育較為完整，其中廣泛發(fā)育的二疊—三疊紀(jì)碳酸鹽巖為區(qū)內(nèi)主要賦礦層位。銅陵地區(qū)發(fā)生了廣泛的褶皺變形及斷裂作用，晉寧期以來(lái)，經(jīng)歷了從穩(wěn)定到活動(dòng)的構(gòu)造演變。北東向背斜、向斜平行斜列組成褶皺軸面(或者軸向)形態(tài)呈S形的褶皺，淺層斷裂發(fā)育有北東向、南北向以及北西向3組方向。

燕山期的巖漿活動(dòng)是區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育巖漿巖的主要成因，區(qū)內(nèi)發(fā)育大小70多個(gè)巖體，形成年代主要在150～130 Ma之間，巖體形態(tài)受區(qū)內(nèi)斷裂控制明顯，主要呈東西向或北東向(圖1b)。礦區(qū)的成礦年齡主要在145～135 Ma之間，與巖漿巖的形成時(shí)間基本一致，H、O、S、Pb等同位素研究也表明，燕山期的巖漿活動(dòng)對(duì)區(qū)內(nèi)Cu-Au等多金屬礦床的形成有著重要的影響，不僅提供了大量熱源，也是區(qū)內(nèi)Cu-Au等多金屬礦床的主要成礦流體和成礦物質(zhì)來(lái)源(施珂等，2019a；Shi et al.,2020)。

區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源極其豐富，各類礦種均有發(fā)現(xiàn)，累計(jì)發(fā)現(xiàn)礦床200余處，金屬礦床主要以銅、金礦化為主，其次為鉛鋅礦化(圖1b)，形成銅官山、獅子山、新橋—舒家店、鳳凰山、姚家?guī)X5個(gè)礦田(施珂等，2019a)，礦床成因類型、礦化組合等見(jiàn)表1。

表1 銅陵地區(qū)金屬礦床分類Table 1 Classification of metal ore deposits in Tongling region

圖1 銅陵礦集區(qū)地質(zhì)略圖(據(jù)Xie et al.，2012)Fig. 1 Geological sketch map of the Tongling metallogenic area(after Xie et al.,2012)

2 礦床地質(zhì)特征

楊沖里金礦位于舒家店斑巖型銅礦南側(cè)1 km左右。該區(qū)域地層志留—三疊系均有出露(圖2a)，其中以中志留統(tǒng)墳頭組地層最為發(fā)育，巖性主要為灰-青灰色砂質(zhì)頁(yè)巖、青灰-淺灰色粉砂巖及砂巖等，巖層產(chǎn)狀一般較緩。

圖2 楊沖里地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖(a)和楊沖里金礦剖面示意圖(b)(據(jù)Duan et al.,2017)Fig. 2 Geological sketch map of Yangchongli area (a)and the drilling geological profile of the Yangchongli gold deposit (b)(after Duan et al.,2017)

區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要由舒家店背斜及一系列北東、北西向斷裂組成，其中舒家店背斜呈北西向線狀分布，背斜北東端被九榔斷裂帶切割，與繁昌火山凹陷相接。區(qū)內(nèi)北東及北西向2組斷裂發(fā)育：北東向斷裂主要表現(xiàn)為壓性沖斷裂及破碎帶，約NE40°，與區(qū)域性高角度壓性斷裂一致，為該區(qū)域主要控巖、控礦構(gòu)造；北西向斷裂多與背斜呈切割關(guān)系。

與區(qū)內(nèi)銅金礦密切相關(guān)的是舒家店巖體，出露面積約為4 km2，該巖體產(chǎn)于舒家店背斜近軸部，呈巖筒產(chǎn)出，接觸面陡立。該巖體有2期侵入：第一期為輝石閃長(zhǎng)巖，在(139.2±2.1)～(144.8±1.4)Ma之間(王世偉等，2011；賴小東等，2012；李名則等，2016)；第二期為二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖，(140.7±1.8)Ma(Duan et al.，2017)，二者在深部為侵入接觸，接觸界線明顯(陳四新等，2014)。

目前礦區(qū)發(fā)現(xiàn)礦帶5條，礦區(qū)中部由南向北等距平行排列Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ礦帶，東部為Ⅴ號(hào)礦帶。礦化帶中分布有50多個(gè)金礦體(圖2b)，其中1、2、4、21、31、41、52號(hào)礦體為主要礦體。金礦(化)體主要賦存于二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖和志留系墳頭組地層的碎裂巖中，走向北東，傾角較陡(70°～80°)，形態(tài)主要為似層狀、透鏡狀等(Duan et al.，2017)。

金屬礦物以黃鐵礦為主，有少量方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、輝鉬礦；原生金礦石中硫化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，一般在8%左右，為硫化物型金銀礦礦石。脈石礦物主要為石英，其次含少量絹云母、長(zhǎng)石、綠泥石、方解石、角閃石等。

3 樣品特征與分析方法

3.1 樣品特征

在楊沖里金礦ZK1601鉆孔中采集10件輝石閃長(zhǎng)巖樣品進(jìn)行全巖地球化學(xué)分析，樣品較新鮮，呈灰白色，塊狀構(gòu)造，中-細(xì)粒結(jié)構(gòu)，礦物組分主要有斜長(zhǎng)石(60%～70%)、鉀長(zhǎng)石(10%)、角閃石(10%～15%)、石英(10%)及輝石(約5%)等(圖3)。

圖3 楊沖里金礦輝石閃長(zhǎng)巖顯微鏡照片Pl-斜長(zhǎng)石；Kfs-鉀長(zhǎng)石；Prx-輝石；Hbl-角閃石；Q-石英Fig. 3 Microscopic photographs of pyroxene diorite from the Yangchongli gold deposit

3.2 分析方法

主量元素的分析采用X射線熒光光譜儀(荷蘭PANalytical PW2424 型)，熔融法制樣；微量元素的分析采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國(guó)Varian VISTA)和電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Agilent 7700x)，方法見(jiàn)文獻(xiàn)Shi et al.,2020。

3.3 分析結(jié)果

3.3.1 主量元素 10件輝石閃長(zhǎng)巖樣品的主量元素分析結(jié)果(表2)顯示：輝石閃長(zhǎng)巖的SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)在49.81%～52.29%之間；全堿(Na2O+K2O)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5.97%～7.25%之間，其中K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.84%～3.68%之間；Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.98%～17.20%(>15%)，具高鋁特征；堿鋁比A/NK=w(Al2O3)/w(K2O+Na2O)，在1.63～1.96之間，鋁過(guò)飽和度A/CNK=w(Al2O3)/w(CaO+K2O+Na2O)，在0.58～0.68之間。

表2 楊沖里金礦輝石閃長(zhǎng)巖主量、微量及稀土元素分析結(jié)果Table 2 Test results of major,trace and rare earth elements from the Yangchongli gold deposit

續(xù)表2

TAS圖解(圖4a)顯示，輝石閃長(zhǎng)巖樣品主要落于二長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖區(qū)域，屬堿性系列；二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖落于閃長(zhǎng)巖內(nèi)，屬亞堿性系列。AFM圖(圖4b)顯示，選取的輝石閃長(zhǎng)巖樣品均落在AF一側(cè)，遠(yuǎn)離FM一側(cè)，二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖相對(duì)于輝石閃長(zhǎng)巖更具富堿性。硅鉀圖(圖4c)顯示，輝石閃長(zhǎng)巖樣品大部分落入鉀玄巖系列與高鉀鈣堿性系列交會(huì)處，二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖大部分落入高鉀鈣堿性系列。

圖4 TAS圖解(a)、AFM圖解(b)和K2O-SiO2巖石序列圖解(c)(二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖數(shù)據(jù)據(jù)Duan et al.，2017)1-橄欖輝長(zhǎng)巖；2a-堿性輝長(zhǎng)巖；2b-亞堿性輝長(zhǎng)巖；3-輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖；4-閃長(zhǎng)巖；5-花崗閃長(zhǎng)巖；6-花崗巖；7-硅英巖；8-二長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖；9-二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖；10-二長(zhǎng)巖；11-石英二長(zhǎng)巖；12-正長(zhǎng)巖；13-副長(zhǎng)石輝長(zhǎng)巖；14-副長(zhǎng)石二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖；15-副長(zhǎng)石二長(zhǎng)正長(zhǎng)巖；16-副長(zhǎng)正長(zhǎng)巖；17-副長(zhǎng)深成巖；18-霓方鈉巖、磷霞巖、粗白榴巖Fig. 4 TAS diagram (a),AFM diagram (b)and K2O-SiO2 rock sequence diagram (c)(monzodiorite data after Duan et al.,2017)

3.3.2 微量元素 10件輝石閃長(zhǎng)巖樣品微量元素分析結(jié)果見(jiàn)表2。微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化曲線(圖5a)顯示，4個(gè)巖體的配分曲線大部分一致，富集大離子親石元素(LILE)Ba、Sr、Th等，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)Nb、Y、Yb等，前者表明成巖物質(zhì)可能與富集上地幔的部分熔融有關(guān)，后者揭示殼源物質(zhì)的混染導(dǎo)致高場(chǎng)強(qiáng)元素的虧損。顯著的Nb虧損通常被認(rèn)為是俯沖帶火山巖或典型陸殼巖石的標(biāo)志，并可能與巖漿演化過(guò)程中大陸物質(zhì)通過(guò)地幔源區(qū)發(fā)生混染作用有關(guān)。高Sr值是幔源金伯利巖、大陸堿性玄武巖和橄欖玄武巖等高鉀巖石的特征，暗示輝石閃長(zhǎng)巖原始巖漿可能主要為幔源堿性玄武質(zhì)巖漿。

圖5 楊沖里金礦輝石閃長(zhǎng)巖微量元素原始地幔蜘蛛圖(a)和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線(b)(二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖數(shù)據(jù)據(jù)Duan et al.,2017)Fig. 5 Primitive mantle-normalized spider diagram of trace elements (a)and chondrite-normalized rare earth element allocation pattern (b)from the Yangchongli gold deposit (monzodiorite data after Duan et al.,2017)

與輝石閃長(zhǎng)巖相比，二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖具有類似的微量元素配分特征，但后者具有更明顯的Zr、Hf和Ti負(fù)異常，暗示在巖漿結(jié)晶的早期有大量的鋯石和金紅石結(jié)晶分異。

3.3.3 稀土元素 10件輝石閃長(zhǎng)巖樣品的稀土元素分析結(jié)果見(jiàn)表2。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分模式(圖5b)顯示主要為向右傾斜的輕稀土富集型，稀土總量在205～268 mg/kg之間，平均值為232 mg/kg；LREE/HREE比值在12.34～15.28之間，平均值為13.78，侵入巖巖石的輕重稀土分異明顯；(La/Yb)N在17.36～22.27之間，平均值為19.59。二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的稀土分布基本相似，稀土元素含量為101～146 mg/kg(平均值為127 mg/kg)；(La/Yb)N比值為13.82～18.28，略低于輝石閃長(zhǎng)巖。

4 討 論

微量元素的La/Nb比和Zr/Ba比可用于判定巖漿的來(lái)源(DePaolo et al.,2000)，源于軟流圈地幔的巖漿La/Nb比一般穩(wěn)定在0.7左右，Zr/Ba比一般>0.2；La/Nb比變化較大、Zr/Ba比<0.2的巖漿則可能主要來(lái)源于巖石圈地幔(Ormerod et al.,1988)。楊沖里輝石閃長(zhǎng)巖與二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的La/Nb比變化較大，分別為2.80～4.30和1.70～2.40，Zr/Ba比分別為0.13～0.27和0.02～0.03，因此認(rèn)為這兩個(gè)巖體均起源于巖石圈地幔。

研究區(qū)內(nèi)輝石閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖表現(xiàn)出了相似的稀土和微量元素配分模式，富集大離子親石元素而虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素，具有較高的Sr、Ba含量，相對(duì)較低的Rb含量，兩類侵入巖的Rb/Y和Nb/Y比值具有明顯的相關(guān)性(圖6)，其線性特征總體上與地殼混染或俯沖帶富集相一致，由此認(rèn)為楊沖里礦區(qū)的原始巖漿可能起源于巖石圈地幔，中生代的板塊俯沖作用可能對(duì)其源區(qū)有一定的改造作用，或是巖漿在上升過(guò)程中與地殼發(fā)生了混染(謝建成等，2012)。

圖6 楊沖里侵入巖Rb/Y-Nb/Y圖解(二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖數(shù)據(jù)據(jù)Duan et al.,2017)Fig. 6 Rb/Y-Nb/Y diagram of the intrusive rocks from Yangchongli (monzodiorite data after Duan et al.,2017)

哈克圖解(圖7)顯示，輝石閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的SiO2與Fe2O3、CaO、MgO、P2O5、TiO2呈明顯的線性關(guān)系，總體為負(fù)相關(guān)，這一特征表明巖漿可能發(fā)生了結(jié)晶分異作用，磷灰石、榍石、黑云母等副礦物在巖漿演化過(guò)程中結(jié)晶分離。

圖7 楊沖里金礦含礦巖體巖石地球化學(xué)哈克圖解(二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖數(shù)據(jù)據(jù)Duan et al.,2017)Fig. 7 Harker diagram of petrogeochemistry of ore-bearing rock mass in the Yangchongli gold deposit(monzodiorite data after Duan et al.,2017)

La/Sm值與La的線性關(guān)系可以顯示巖漿的演化特征，部分熔融呈正相關(guān)，分離結(jié)晶作用表現(xiàn)為水平關(guān)系，在La/Sm-La圖解(圖8a)上，樣品La/Sm比值與La含量在部分熔融演化線上呈明顯的線性增加趨勢(shì)，說(shuō)明不同程度的部分熔融是控制區(qū)內(nèi)兩類巖體巖漿成分變化的因素。

巖石Th/Nb-Ce/Nb、La/Yb-Nb/Ta、Ta/Yb-Th/Yb的比值是反映同化混染作用的指示標(biāo)志(圖8b、c、d)(MacDonald et a1.,2001)，一般來(lái)說(shuō)，如果存在同化混染作用，則通常會(huì)表現(xiàn)出明顯的正相關(guān)性(袁峰等，2010)。楊沖里輝石閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的La/Yb-Nb/Ta等比值呈現(xiàn)正相關(guān)性，由此判斷楊沖里地區(qū)的巖漿經(jīng)歷了同化混染。

圖8 楊沖里金礦含礦巖體巖漿部分熔融、同化混染的地球化學(xué)判別圖解(二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖數(shù)據(jù)據(jù)Duan et al.,2017)Fig. 8 Geochemical discriminate diagram of partial melting and contamination in ore-bearing rock mass in the Yangchongli gold deposit(monzodiorite data after Duan et al.,2017)

結(jié)合前人的研究認(rèn)為，下地殼受到來(lái)自富集地幔的堿性玄武質(zhì)巖漿的底侵作用而發(fā)生部分熔融，形成了初始深部巖漿房，部分混染程度低的玄武質(zhì)巖漿直接侵位到淺部形成楊沖里輝石閃長(zhǎng)巖，另有部分玄武質(zhì)巖漿與偏酸性巖漿發(fā)生混合作用形成該區(qū)域的二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖。

5 結(jié) 論

(1)楊沖里金礦輝石閃長(zhǎng)巖屬于鉀玄巖系列與高鉀鈣堿性系列，富集大離子親石元素而虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素，稀土配分模式顯示主要為向右傾斜的輕稀土富集型，輕重稀土分異明顯。

(2)輝石閃長(zhǎng)巖在演化過(guò)程中發(fā)生結(jié)晶分異作用，不同程度的部分熔融是其巖漿成分變化的主要因素。

(3)楊沖里金礦輝石閃長(zhǎng)巖由混染程度低的幔源堿性玄武質(zhì)巖漿經(jīng)結(jié)晶分異侵位到淺部形成，二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的巖漿則是由少量玄武質(zhì)巖漿注入到下地殼深位巖漿房與偏酸性巖漿發(fā)生混合而形成。