黃小強(qiáng),李 鵬,張立平,劉 翔,黃志飚,柳清琦,李建康,周芳春,蘇俊男,曾 樂,萬海輝,陳 虎
(1湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三一一大隊(duì),湖南長(zhǎng)沙 410100;2中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所自然資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100037;3湖南省生態(tài)環(huán)境事務(wù)中心,湖南長(zhǎng)沙 410014)
中國(guó)東部中生代發(fā)生了多幕次強(qiáng)烈構(gòu)造活動(dòng),伴隨有廣泛的巖漿活動(dòng)和大規(guī)模成礦作用(毛景文等,1999;2000;華仁民等,1999)。華南是重要的稀有金屬、鎢、錫多金屬成礦帶,自早中生代以來強(qiáng)烈的板塊運(yùn)動(dòng)及相伴隨的巖漿活動(dòng),對(duì)內(nèi)生稀有元素成礦起著主要作用。華南地區(qū)中生代大規(guī)模成礦作用主要發(fā)生在170~150 Ma、140~125 Ma和110~80 Ma三個(gè)時(shí)間段中(毛景文等,2004;2007)。偉晶巖型稀有金屬礦床一般產(chǎn)于構(gòu)造演化的穩(wěn)定階段,且愈到構(gòu)造旋回的晚期,礦床的規(guī)模愈大;造山后相對(duì)穩(wěn)定階段為花崗質(zhì)巖漿充分分異演化成礦提供了必要的條件,易于形成超大型礦床(王登紅等,2004)。
幕阜山地區(qū)區(qū)域構(gòu)造演化經(jīng)歷了前加里東構(gòu)造拼合→印支期俯沖匯聚→燕山早期匯聚走滑→燕山晚期離散走滑的構(gòu)造發(fā)展過程(傅昭仁等,1999;李建威等,1999;黃志飚等,2018;劉翔等,2018)。區(qū)域多期次巖漿活動(dòng)為幕阜山地區(qū)白堊紀(jì)稀有金屬成礦提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)(李鵬等,2017),在巖體西南緣巖漿演化中心形成了仁里稀有金屬礦田,以仁里鈮鉭稀有多金屬偉晶巖型礦床為主體。礦田內(nèi)沿巖體內(nèi)外接觸帶附近分布有大小數(shù)百條偉晶巖脈,稀有金屬成礦具有明顯的分帶性(李鵬等,2017;劉翔等,2019;周芳春等,2019a),礦化以外接觸帶(如5號(hào)脈)脈體規(guī)模大、內(nèi)部結(jié)構(gòu)分帶明顯、含礦性好。近年來,專家學(xué)者對(duì)仁里礦田(床)成礦特征、成礦作用與成礦時(shí)代等方面開展了較多研究(黃志飚等,2018;劉翔等,2018;2019;李鵬等,2017;2019a;2019b;Li et al.,2019;2020;周芳春等,2019a;2019b;2020;王臻等,2019;石威科等,2020;Li et al.,2019),劉翔等(2018)提出了仁里礦床受大型層狀構(gòu)造與燕山期巖漿巖聯(lián)合控礦,含鈮鉭的偉晶巖脈形成于區(qū)域后造山構(gòu)造環(huán)境的伸展構(gòu)造體制。多期造山與燕山期陸內(nèi)活化是仁里礦田稀有金屬成礦的有利地質(zhì)背景,多階段的伸展作用導(dǎo)致幕阜山地區(qū)多期大規(guī)模的多金屬成礦作用發(fā)生(劉翔等,2019)。周芳春等(2019b)初步建立了仁里礦床成礦模型,認(rèn)為仁里礦床是多期次巖漿演化“共(源)巖漿補(bǔ)余分異”的結(jié)果;礦床經(jīng)歷了巖漿-熱液2階段成礦作用,導(dǎo)致了仁里高品位礦床的形成(劉翔等,2019;王臻等;2019)。劉翔等(2019)對(duì)傳梓源礦床106號(hào)脈白云母40Ar-39Ar測(cè)年數(shù)據(jù)為130.8 Ma,李鵬等(2019a)和Li等(2020)對(duì)仁里礦床5號(hào)脈鋰云母40Ar-39Ar、鈮鉭鐵礦U-Pb測(cè)年結(jié)果分別為125.7 Ma和133.0 Ma,周芳春等(2020)的仁里礦床5號(hào)脈輝鉬礦Re-Os同位素測(cè)年數(shù)據(jù)為130.5 Ma,相關(guān)研究表明,仁里礦田為白堊紀(jì)稀有金屬成礦高峰期作用的產(chǎn)物。
由于巖體外接觸帶偉晶巖往往鈮鉭礦化較好、規(guī)模較大,因此,前人研究側(cè)重于巖體外接觸帶片巖地層中的含礦偉晶巖,而對(duì)產(chǎn)于巖體內(nèi)的含礦偉晶巖涉及極少,巖體內(nèi)接觸帶偉晶巖成礦特征、成礦時(shí)代等有待進(jìn)一步總結(jié)、厘定。本次選取產(chǎn)于巖體內(nèi)規(guī)模較大、品位最好的36號(hào)含鈮鉭偉晶巖為研究對(duì)象,對(duì)其進(jìn)行全巖主量、微量、稀土元素及成礦年代測(cè)定,分析偉晶巖地球化學(xué)特征,厘定巖體內(nèi)含礦偉晶巖形成時(shí)代,探討巖體內(nèi)外接觸帶偉晶巖的成礦差異性,以豐富區(qū)域稀有金屬成礦機(jī)制研究。
幕阜山地區(qū)位于揚(yáng)子陸塊與華夏陸塊的交接部位——江南新元古代造山帶之湘東北中生代構(gòu)造巖漿隆起帶(圖1a、b)。區(qū)域內(nèi)出露冷家溪群片巖、千枚巖及板巖,震旦系的砂巖、頁巖及灰?guī)r,寒武系的灰?guī)r、頁巖、碳質(zhì)頁巖,少量的古近系古新統(tǒng)和始新統(tǒng)紫紅色砂礫巖、砂巖及礫巖,其中,新元古界冷家溪群是稀有金屬主要賦礦層位。區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育,以N(N)E向、NW向?yàn)橹?,局部發(fā)育EW向構(gòu)造,NE向構(gòu)造為區(qū)內(nèi)重要的控巖控礦構(gòu)造。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈,以酸性、中酸性侵入巖為主,大面積出露晚侏羅世—早白堊世花崗巖,巖性包括黑云母花崗巖閃長(zhǎng)巖體、石英二長(zhǎng)巖體、黑云母二長(zhǎng)花崗巖體、二云母二長(zhǎng)花崗巖體、白云母二長(zhǎng)花崗巖體,構(gòu)成幕阜山巖體主體,呈巨大舌狀巖基產(chǎn)出。幕阜山巖體為巖漿多期次活動(dòng)形成的復(fù)式巖體(劉翔等,2018;2019;周芳春等,2019a;2019b;李鵬等,2019a)。在幕阜山巖體西南部出露有新元古代花崗巖,以梅仙、三墩巖體為代表,巖體規(guī)模小。
圖1 幕阜山大地構(gòu)造位置(a)及地質(zhì)礦產(chǎn)簡(jiǎn)圖(b)(據(jù)李鵬等,2017)Fig.1 Map showing the tectonic setting(a)and simplified geology and mineral deposits/occurrences(b)of the Mufushan area(after Li et al.,2017)
仁里稀有金屬礦田位于幕阜山復(fù)式花崗巖體西南緣偉晶巖密集區(qū)(圖2)。礦田內(nèi)普遍出露冷家溪群片巖,礦田北部為幕阜山巖體,出露主要巖性為片麻狀/似斑狀粗中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖和中細(xì)粒二云母二長(zhǎng)花崗巖,燕山期幕阜山花崗巖屬陸殼改造“S型”花崗巖。礦田構(gòu)造主要以NE向(或NNE向)構(gòu)造為主,復(fù)合構(gòu)造NW向及近EW向構(gòu)造,NE向(或NNE向)和NW向(或近EW向)構(gòu)造呈立交橋式的構(gòu)造格局,控制了花崗巖和偉晶巖的分布(劉翔等,2019)。礦田偉晶巖十分發(fā)育,總體分布于巖體內(nèi)外接觸帶附近數(shù)公里范圍內(nèi),以北西、北東向?yàn)橹?,多成群成帶產(chǎn)出,主要沿節(jié)理、層理或在接觸面侵入,形成脈狀、透鏡狀、囊狀等形態(tài)不一的巖脈。按偉晶巖特征性礦物組成,由巖體內(nèi)接觸帶→外接觸帶片巖區(qū)域,偉晶巖可分為微斜長(zhǎng)石型(巖體內(nèi))、微斜長(zhǎng)石鈉長(zhǎng)石型(距巖體0~2.5 km)、鈉長(zhǎng)石型(距巖體2.5~3.0 km)和鈉長(zhǎng)石鋰輝石型偉晶巖(距巖體>3.0 km),4種類型偉晶巖脈從NE向→SW向呈帶狀分布(劉翔等,2018;周芳春等,2019b)。按云母種類劃分,礦田偉晶巖脈由巖體內(nèi)接觸帶往巖體外接觸帶(10 km),由黑云母?jìng)ゾr→二云母?jìng)ゾr→白云母?jìng)ゾr→鋰云母?jìng)ゾr→鋰輝石白云母?jìng)ゾr過渡,形成了較完整的稀有金屬演化序列:無礦化→Be→Be+Nb+Ta→Be+Nb+Ta+Li→Be+Nb+Ta+Li+Cs(李鵬等,2017;劉翔等,2019)。
圖2 仁里礦床地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)李鵬等,2019a修改)1—第四系;2—冷家溪群;3—細(xì)粒花崗閃長(zhǎng)巖;4—細(xì)粒二云母二長(zhǎng)花崗巖;5—中粒二云母二長(zhǎng)花崗巖;6—粗中粒似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖;7—粗中粒片麻狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖;8—新元古代二云母斜長(zhǎng)花崗巖;9—偉晶巖脈及主要脈體編號(hào);10—主要斷裂;11—偉晶巖類型分帶界線;12—偉晶巖分帶類型:Ⅰ—微斜長(zhǎng)石型;Ⅱ—微斜長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石型;Ⅲ—鈉長(zhǎng)石型;Ⅳ—鈉長(zhǎng)石鋰輝石型;13—重砂異常暈;14—采樣點(diǎn)Fig.2 Simplified geologic map of the Renli deposit(modified after Li et al.,2019a)1—Quaternary alluvium;2—Lengjiaxi Group;3—fine-grained granodiorite;4—Fine-grained two-micamonzogranite;5—Medium-grained twomica monzogranite;6—Coarse to medium-grained porphyritic biotite monzogranite;7—Coarse to medium-grained gneissic biotite monzogranite;8—Neoproterozoic two-mica plagioclase granite;9—Pegmatite and its number;10—Major faults;11—Boundary of pegmatite zones;12—Pegmatitetypes:Ⅰ—Microclinetype;Ⅱ—Microcline albitetype;Ⅲ—Albitetype;Ⅳ—Albite spodumenetype;13—Anomaliesof heavy minerals;14—Samplelocation
仁里礦田內(nèi)97%的鈮鉭礦資源集中在巖體外接觸帶片巖地區(qū),主要為2、3、5、6號(hào)礦脈,又以5號(hào)偉晶巖脈規(guī)模最大,NW走向,傾向SW,傾向198°~215°,傾角17°~56°,脈長(zhǎng)4040 m,厚度10~156 m,延伸大于756 m。礦脈長(zhǎng)度2560 m,由3個(gè)礦體組成,礦體呈似層狀產(chǎn)出,5號(hào)礦脈Ta2O5及Nb2O5資源量約占全礦區(qū)總資源量的67%(劉翔等,2019;周芳春等,2019a)。
位于外接觸帶片巖地區(qū)的偉晶巖脈往往分帶性良好、礦化更好。如5號(hào)脈由圍巖至脈體核部分別為:片巖→文象偉晶巖帶→粗粒微斜長(zhǎng)石鈉長(zhǎng)石帶→中粒白云母鈉長(zhǎng)石帶→細(xì)粒含石榴子石鈉長(zhǎng)石帶→鋰云母石英核部(李鵬等,2019a),鈮鉭等稀有金屬礦化常賦存于白云母鈉長(zhǎng)石帶、含石榴子石鈉長(zhǎng)石帶,核部可見鋰礦化。5號(hào)脈邊部至核部分異演化程度逐漸升高,并顯示出稀有金屬巖漿-熱液2階段成礦的特征(劉翔等,2019;王臻等,2019),但其化學(xué)指數(shù)與花崗巖圍巖相比表現(xiàn)出明顯的突變關(guān)系,推斷圍巖二云母花崗巖并非稀有金屬偉晶巖的母巖(李鵬等,2019a)。外接觸帶偉晶巖成礦受大型層狀構(gòu)造和燕山期巖漿巖聯(lián)合控礦(劉翔等,2018)。
巖體內(nèi)接觸帶偉晶巖脈長(zhǎng)約150~670 m,厚度0.56~6.92 m,局部膨脹部位厚度較大。受巖體內(nèi)次級(jí)構(gòu)造、裂隙控制,偉晶巖脈成群出現(xiàn),其產(chǎn)狀無明顯規(guī)律。分異演化程度較高、白云母化、鈉長(zhǎng)石化強(qiáng)烈的偉晶巖往往具較富鈮鉭礦化。巖體內(nèi)接觸帶偉晶巖整體上較外接觸帶片巖地區(qū)偉晶巖規(guī)模要小、礦化連續(xù)性要差。
36號(hào)偉晶巖脈位于仁里礦床北部微斜長(zhǎng)石-鈉長(zhǎng)石帶中,是巖體內(nèi)接觸帶一條頗具規(guī)模、鈮鉭礦化品位較富的偉晶巖脈(圖3a~c),沿巖體內(nèi)裂隙充填,產(chǎn)狀復(fù)雜,呈脈狀、透鏡體狀或不規(guī)則狀展布,地表出露長(zhǎng)約420 m,總體走向NE東,傾向170°~190°,傾角約58°~69°,脈寬1.95~6.72 m。偉晶巖主要為中粗粒二云母二長(zhǎng)偉晶巖;主要礦物為鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英、少量黑云母、白云母,次要礦物為綠柱石、石榴子石、黑色電氣石、鈮鉭鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦等。偉晶巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)分帶不明顯,根據(jù)巖性組合大致可分為微斜長(zhǎng)石鈉長(zhǎng)石帶及鈉長(zhǎng)石石英帶,鈮鉭鐵礦主要為針狀,賦存于鈉長(zhǎng)石石英帶中。礦體規(guī)模暫未有效控制,礦體厚度6.72 m,Ta2O5品位0.054%、Nb2O5品位0.066%、Rb2O品位0.08%。
鏡下鑒定顯示(圖4a~h):中粗粒二云母二長(zhǎng)偉晶巖為灰白色,偉晶結(jié)構(gòu),局部呈不等粒半自形粒狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物包括鉀長(zhǎng)石(35%)、鈉長(zhǎng)石(30%)、石英(20%)、黑云母(10%)、白云母(5%)。其中,鉀長(zhǎng)石可見絹云母化,有時(shí)可形成明顯的顆粒;斜長(zhǎng)石絹云母化,個(gè)別顆粒內(nèi)部可見大量蠕蟲狀礦物,為硅化所致;石英,呈他形粒狀;黑云母顆粒較小,多呈一向延長(zhǎng)的形狀,完全節(jié)理明顯,干涉色可達(dá)二級(jí);并可見綠泥石化。
圖4 36號(hào)偉晶巖手標(biāo)本及顯微鏡鏡下照片a.微斜長(zhǎng)石鈉長(zhǎng)石帶;b~d.鈉長(zhǎng)石石英帶;e~h.顯微鏡鏡下照片(正交偏光、透射)Kfs—鉀長(zhǎng)石;Pl—斜長(zhǎng)石;Qz—石英;Bt—黑云母;Chl—綠泥石Fig.4 Hand specimen and microscopic photographs of the No.36 pegmatitea.Microclinealbite belt zone:b~d.Albitequartz belt zone:e~h.Microscopic photographs(orthogonal polarization,transmission)Kfs—K-feldspar;Pl—Plagioclase;Qz—Quartz;Bt—Biotite;Chl—Chlorite
36號(hào)偉晶巖圍巖為燕山期中粗粒片麻狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖,灰白色-淺肉紅色,弱片麻狀花崗結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物為鉀長(zhǎng)石(35%~38%)、斜長(zhǎng)石(28%)、石英(25%)、黑云母(7%)、白云母(2%);副礦物有鋯石、磷灰石、黃鐵礦等。其中,鉀長(zhǎng)石為肉紅色,半自形板柱狀,他形粒狀,鏡下可見格子雙晶;斜長(zhǎng)石為半自形粒狀,鏡下可見聚片雙晶;長(zhǎng)石石英多具碎裂化,長(zhǎng)石中常包裹蠕蟲狀石英;黑云母、白云母定向排列,黑云母多具綠泥石化(李鵬,2017)。
本文選取36號(hào)偉晶巖脈地表新鮮露頭進(jìn)行刻槽取樣3件,刻槽深度10 cm,樣槽寬10 cm,并從中挑選白云母進(jìn)行年齡測(cè)定。HS36-1為微斜長(zhǎng)石鈉長(zhǎng)石帶,HS36-2和HS36-3為鈉長(zhǎng)石石英帶。
樣品主量、微量元素、稀土量元素及氣體成分分析在國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心進(jìn)行,其中,主量元素檢測(cè)方法依據(jù)為JY/T015-1996、GB/T14506.2-2010,GB/T14506.14-2010、LY/T1253-1999,測(cè)試儀器為X射線熒光光譜儀(PW440)。微量、稀土元素檢測(cè)方法依據(jù)GB/T14506.30-2010,測(cè)試儀器為等離子質(zhì)譜儀(PE300D)。CO2、B、F測(cè)試方法分別依據(jù)NY/T 86-1988、DZ/T0223-2001、DZG20.10-1990;B檢測(cè)儀器為等離子光譜儀(PE8300),F(xiàn)檢測(cè)儀器為離子選擇性電極。主量元素分析精度優(yōu)于2%;微量元素分析精度優(yōu)于3%。實(shí)驗(yàn)操作流程參考Liu等(2015)。
40Ar/39Ar同位素定年測(cè)試分析在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所氬氬實(shí)驗(yàn)室完成。選取純的白云母(純度>99%)用超聲波清洗,清洗后的樣品被封存進(jìn)石英瓶中送核反應(yīng)堆中接受中子照射,照射工作是在中國(guó)原子能科學(xué)研究院的“游泳池堆”中進(jìn)行的。樣品升溫階段用石墨爐進(jìn)行加熱,每個(gè)階段加熱10 min,凈化20 min。質(zhì)譜分析是在多接收稀有氣體質(zhì)譜儀Helix MC上進(jìn)行的,每個(gè)峰值均采集20組數(shù)據(jù),所有數(shù)據(jù)在回歸到時(shí)間零點(diǎn)值后再進(jìn)行質(zhì)量歧視校正、大氣氬校正、空白校正和干擾元素同位素校正。中子照射過程中所產(chǎn)生的干擾同位素校正系數(shù)通過分析照射過的K2SO4和CaF2來獲得。37Ar經(jīng)過放射性衰變校正,40K衰變常數(shù)λ=5,543×10-10年-1,用ISOPLOT程序計(jì)算坪年齡及正、反等時(shí)線(Ludwig,2001),坪年齡誤差以2σ給出。測(cè)試方法及詳細(xì)實(shí)驗(yàn)流程參考陳文等(2006)和張彥等(2006)。
本次分析測(cè)試結(jié)果(表1)顯示,36號(hào)偉晶巖總體表現(xiàn)出高硅,w(SiO2)為72.87%~76.21%,平均值74.14%;高鋁,w(Al2O3)為13.69%~15.14%,平均值14.54%;相對(duì)富堿,w(Na2O+K2O)為6.59%~8.33%,平均值7.46%;低鈣(w(CaO)為0.22%~1.38%,平均值0.61%)、鎂(w(MgO)為0.07%~0.12%,平均值0.09%)、鐵(w(Fe2O3+FeO)為0.42%~0.77%,平均值0.62%);HS36-2號(hào)和HS36-3號(hào)樣品由于鉀礦物(微斜長(zhǎng)石和白云母)含量較高(約36%),w(K2O)較高。36號(hào)偉晶巖A/NK值1.38~1.53,平均1.48;鋁飽和指數(shù)A/CNK比值1.19~1.45,平均1.32;為高鉀鈣堿性系列(圖5a)。在A/CNK-A/NK圖(圖5b)中,表現(xiàn)出過鋁質(zhì)巖漿巖性質(zhì),與圍巖中粗粒片麻狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖一致,但A/CNK值比圍巖略高。
圖5 36號(hào)偉晶巖樣品SiO2-K 2O圖解(a,據(jù)Peccerillo et al.,1976)和A/CNK-A/NK圖解(b,據(jù)Maniar et al.,1989;花崗巖樣品數(shù)據(jù)RLG4-1~4-3引自李鵬,2017)Fig.5 SiO2-K 2O diagram(a,after Peccerillo et al.,1976)and A/CNK-A/NK diagram(b,after Maniar et al.,1989;RLG41~4-3 data of granite samples are after Li,2017)of the No.36 pegmatite
表1 36號(hào)偉晶巖樣品全巖主量元素分析結(jié)果Table 1 Whole rock major elementsdata of the No.36 pegmatite
通過微量元素分析結(jié)果(表2)及原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖6a)可知,36號(hào)偉晶巖總體上富集Nb、Ta、Hf、U等高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE),相對(duì)虧損Ba、Sr等離子親石元素(LILE)。Rb/Sr比值1.17~28.83,Nb/Ta比值1.60~6.27,Rb/Cs比值9.12~13.33,Zr/Hf比值0.08~34.27,稀堿總量(334.9~1002.4)×10-6。不相容元素Rb、Cs、Nb、Ta、Hf等的富集,表明巖漿分異演化程度較高。由于不相容元素在巖漿演化晚期流體中聚集,因此,鈉長(zhǎng)石石英帶中Nb、Ta含量較微斜長(zhǎng)石鈉長(zhǎng)石帶要高,且在巖漿演化過程中鋯石的Zr與Hf、Th、U、Y等元素的置換比例增大(?ernyet al.,1985;Wang et al.,2003),導(dǎo)致鈉長(zhǎng)石石英帶與微斜長(zhǎng)石鈉長(zhǎng)石帶中Zr、Hf、Th、U元素含量的差異性。Ti的虧損暗示了鈦鐵礦可能已發(fā)生明顯的分離結(jié)晶或源區(qū)存在寄生礦物的殘留(李鵬等,2019a)。
表2 36號(hào)偉晶巖樣品微量元素分析結(jié)果Table 2 Whole rock trace elements data of the No.36 pegmatite
偉晶巖稀土元素總量(ΣREE)為13.95×10-6~71.63×10-6,平均33.50×10-6,稀土元素總量較低,表現(xiàn)為輕稀土元素富集,重稀土元素虧損,輕、重稀土元素比值介于4.65~19.41。在稀土元素配分型式圖(圖6b)中,樣品曲線形態(tài)基本相似,HS36-2號(hào)樣品可能受到稀土礦物的干擾(李鵬,2017),總體為右微傾斜曲線??傮w來看,稀土元素較圍巖黑云母二長(zhǎng)花崗巖低,36號(hào)偉晶巖中鈉長(zhǎng)石石英帶稀土元素含量低于微斜長(zhǎng)石鈉長(zhǎng)石帶。
圖6 36號(hào)脈偉晶巖原始地幔微量元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(a,標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值據(jù)Sun et al.,1989)和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(b,標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值據(jù)Sun et al.,1989,花崗巖樣品數(shù)據(jù)RLG4-1~4-3引自李鵬,2017;巖體內(nèi)帶偉晶巖樣品數(shù)據(jù)H4引自劉翔等,2019)Fig.6 Primitive mantle normalized trace element spider diagram(a,normalization values after Sun et al.,1989)and chondrite normalized REEpatterns(b,normalization values after Sun et al.,1989)of the No.36 pegmatite
本次研究選取了仁里礦床36號(hào)偉晶巖HS36-1樣品中的白云母進(jìn)行Ar-Ar同位素定年測(cè)試,樣品的階段加熱40Ar-39Ar同位素分析結(jié)果列于表3,相應(yīng)的表觀年齡譜及反等時(shí)線年齡見圖7a、b。
本次Ar-Ar同位素定年測(cè)試共11個(gè)加熱階段,溫度變化區(qū)間為700~1400℃,其低溫釋熱階段的視年齡較小,可能是由于礦物低溫晶格缺陷或礦物邊部少量Ar丟失所致(邱華寧等,1997;袁順達(dá)等,2010),而在高溫釋熱階段構(gòu)成了很好的年齡坪。樣品總氣體年齡為136.6 Ma,在780~1090℃的8個(gè)加熱階段析出39Ar占總量的98.71%,區(qū)間內(nèi)各加熱階段給出的年齡變化于136.6~139.1 Ma,構(gòu)成了穩(wěn) 定的年齡坪,為(136.6±1.4)Ma(圖7a);相應(yīng)的36Ar/40Ar-39Ar/40Ar反等時(shí)線年齡為(136.3±1.4)Ma(MSWD=1.85),初始40Ar/36Ar值為(306.9±9.7)Ma(圖7b)。從分析結(jié)果可以看出,樣品的總氣體年齡、坪年齡、相應(yīng)的反等時(shí)線年齡在誤差范圍內(nèi)完全一致,樣品的坪年齡可以代表其結(jié)晶年齡,為早白堊世(136.6±1.4)Ma。
圖7 36號(hào)偉晶巖白云母40Ar-39Ar坪平年齡圖(a)和反等時(shí)線年齡圖(b)Fig.7 40Ar-39Ar plateau age(a)and inverse isochron age(b)of muscovite from the No.36 pegmatite
36號(hào)偉晶巖具高硅、高鋁、相對(duì)富堿、過鋁質(zhì)巖漿巖性質(zhì),微量元素表現(xiàn)出Cs、Rb、Nb、Ta、Hf富集,Ba、Ti虧損,輕稀土元素富集、重稀土元素虧損,與圍巖花崗巖及仁里礦床外接觸帶主礦脈5號(hào)偉晶巖脈類似(周芳春等,2019a;李鵬,2017;李鵬等,2019a)。36號(hào)偉晶巖全巖地球化學(xué)特點(diǎn)與華南、川西、藏南及國(guó)外重熔型、淺成型及淺色花崗巖模式相近,而與幔源型和交代型花崗巖的特點(diǎn)不同,說明偉晶巖和黑云母二長(zhǎng)花崗巖具有相同的物質(zhì)來源,屬于地殼重熔的結(jié)果(李鵬,2017)。
鈉長(zhǎng)石石英帶(HS36-2、HS36-3)較微斜長(zhǎng)石鈉長(zhǎng)石帶(HS36-1)具較高的Rb、Cs、Nb、Ta等稀有金屬元素含量,這是因?yàn)榛◢弬ゾr中的Rb、Cs為不相容元素常在巖漿演化晚期流體中聚集,Nb、Ta除鈮鉭礦物外,主要分散于云母、石榴子石、鈦鐵礦、鋯石和電氣石中(劉英俊等,1984),故鈉長(zhǎng)石石英(含白云母)帶Rb、Cs、Nb、Ta含量較高。偉晶巖中指示成巖成礦流體分異演化程度的Rb/Cs、Zr/Hf、Nb/Ta值由微斜長(zhǎng)石鈉長(zhǎng)石帶至鈉長(zhǎng)石石英帶降低,A/CNK值則表現(xiàn)出增大的趨勢(shì),A/CNK指數(shù)與Nb、Ta等稀有金屬元素的含量呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)。這些巖石化學(xué)指數(shù)變化趨勢(shì)與過鋁質(zhì)花崗巖和偉晶巖的分異演化趨勢(shì)一致,表現(xiàn)出稀有金屬元素的富集程度與花崗巖分異演化程度的良好相關(guān)性,說明稀有金屬成礦嚴(yán)格受巖漿的分異演化控制。
花崗偉晶巖的形成過程是一個(gè)從巖漿到熱液的演化過程(盧煥章等,1996),有殘余熔漿結(jié)晶成因及交代成因2種觀點(diǎn)(朱金初等,2000),但熱液階段作用往往對(duì)成礦起到重要作用,如新疆阿爾泰3號(hào)偉晶巖及四川甲基卡308號(hào)偉晶巖(朱金初等,2000;代鴻章等;2018)。仁里礦田位于巖體外接觸帶片巖地層中的主礦脈(如5號(hào)脈)具有良好的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分帶及分異演化規(guī)律,各分帶礦物生成順序及各分帶巖石化學(xué)指數(shù)變化反映了脈體的分異演化程度及稀有金屬礦化順序,即巖漿分異演化程度增高,稀有金屬析出順序大致為Be→Nb→Li→Cs+Ta,脈體由邊部至核部主要的堿性元素組合類型大致由K→K+Na→Na+Li→Li+Cs規(guī)律變化,與稀有金屬演化順序相對(duì)應(yīng)(李鵬等,2019a),表明仁里礦床偉晶巖經(jīng)歷了充分的分異演化,并存在巖漿-熱液2階段成礦作用(周芳春等,2019a;王臻等,2019;李鵬等,2019a)。仁里礦床偉晶巖脈普遍白云母化及鈉長(zhǎng)石化,36號(hào)脈也不例外,脈體中出現(xiàn)的鈉長(zhǎng)石化以及局部出現(xiàn)的方鉛礦、閃鋅礦化及綠泥石化,暗示著熱液作用的存在,說明其亦經(jīng)歷了巖漿結(jié)晶分異晚期熱液階段的成礦作用。
本次對(duì)仁里礦床36號(hào)偉晶巖白云母40Ar-39Ar測(cè)年數(shù)據(jù)為136.6 Ma,可代表巖體內(nèi)部偉晶巖成礦時(shí)代,同時(shí)也是鈮鉭成礦時(shí)代。
稀有金屬偉晶巖的成巖成礦與巖漿活動(dòng)密切相關(guān),幕阜山地區(qū)巖漿巖活動(dòng)最早始于新元古代,晚侏羅世活動(dòng)達(dá)到高峰,直至白堊紀(jì)早期結(jié)束(傅昭仁等,1999;李鵬等,2017;彭和求等,2004;李鵬春,2006;許德如等,2017)。晚侏羅世—早白堊世花崗巖區(qū)域分布廣泛,包括黑云母花崗閃長(zhǎng)巖體、石英二長(zhǎng)巖體、黑云母二長(zhǎng)花崗巖體、二云母二長(zhǎng)花崗巖體及白云母二長(zhǎng)花崗巖體,各巖體依次侵入、演化程度逐步增高(李鵬等,2017)。前人在幕阜山花崗巖成巖時(shí)代開展的年代學(xué)研究表明(表4),幕阜山巖體從閃長(zhǎng)巖到二云母花崗巖年齡為侏羅紀(jì)—白堊紀(jì),存在多期次巖漿活動(dòng)。幕阜山早期巖體閃長(zhǎng)巖年齡為149~154 Ma(湖南省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測(cè)量隊(duì),1978;湖北省地質(zhì)調(diào)查院,2013;Wang et al.,2014;Ji et al.,2017;2018)。黑云母二長(zhǎng)花崗巖年齡為140~151 Ma(湖南省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測(cè)量隊(duì),1978;Wang et al.,2014;Ji et al.,2017;2018;許暢等,2019;李鵬等,2020;湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三一一大隊(duì),2020)。二云母二長(zhǎng)花崗巖年齡為131~139 Ma(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,2013;Ji et al.,2017;2018;張?chǎng)H等,2017;湖南省地質(zhì)調(diào)查院,2017;湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三一一大隊(duì),2020)。晚期二云母花崗巖小巖株年齡為98~117 Ma(Ji et al.,2018;湖南省地質(zhì)調(diào)查院,2017)。根據(jù)野外觀察、鏡下鑒定巖性特征及成巖年齡,可將幕阜山巖體期次大致劃分為:①燕山早期(154~145 Ma),巖性主要為花崗閃長(zhǎng)巖、粗中粒似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖;②燕山晚期第一次(145~140 Ma),巖性主要為片麻狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖;③燕山晚期第二次(140~130 Ma),巖性主要為中細(xì)粒二云母二長(zhǎng)花崗巖;④燕山晚期第三次(117~98 Ma),巖性主要為細(xì)粒二云母二長(zhǎng)花崗巖。與巖漿連續(xù)結(jié)晶分異成因的偉晶巖模型相似,仁里礦田內(nèi)偉晶巖由巖體內(nèi)接觸帶往巖體外接觸帶形成了完整的演化序列,由黑云母?jìng)ゾr→二云母?jìng)ゾr→白云母?jìng)ゾr→鋰云母?jìng)ゾr→鋰輝石白云母?jìng)ゾr過渡,形成了較完整的稀有金屬演化序列:無礦化→Be→Be+Nb+Ta→Be+Nb+Ta+Li→Be+Nb+Ta+Li+Cs(李鵬等,2017;劉翔等;2019)。
表4 幕阜山花崗巖同位素測(cè)年結(jié)果表Table 4 Isotopic dating results of the Mufushan granite
結(jié)合幕阜山地區(qū)偉晶巖的年代學(xué)研究數(shù)據(jù)(表5),李鵬等(2017)斷峰山鈮鉭礦床中白云母和大興綠柱石礦床中白云母40Ar-39Ar測(cè)年數(shù)據(jù)(127.7 Ma和130.5 Ma)和李鵬等(2019a)仁里5號(hào)脈鋰云母40Ar-39Ar測(cè)年數(shù)據(jù)(125.7 Ma),認(rèn)為該年齡代表了區(qū)域巖漿分異演化晚階段,近熱液體系中稀有金屬聚集成礦的時(shí)代,仁里礦床鈮鉭鐵礦U-Pb測(cè)年數(shù)據(jù)為133.0 Ma(Li et al.,2020)。劉翔等(2019)得出傳梓源礦床106號(hào)脈白云母40Ar-39Ar年齡為130.8Ma。周芳春等(2020)仁里礦床5號(hào)脈輝鉬礦Re-Os同位素年齡為130.5 Ma。傳梓源礦床206號(hào)脈白云母40Ar-39Ar測(cè)年數(shù)據(jù)為135.4 Ma(湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三一一大隊(duì),2020)。虹橋含綠柱石白云母?jìng)ゾr中的輝鉬礦Re-Os測(cè)年結(jié)果為145.8 Ma(湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三一一大隊(duì),2020)。綜上可知,幕阜山地區(qū)偉晶巖的形成與區(qū)域花崗巖礦床的成礦年齡應(yīng)介于125~145 Ma,位于早白堊世,早期以Be礦化為主,如幕阜山虹橋地區(qū)含綠柱石白云母?jìng)ゾr,主成礦階段為135~125 Ma,仁里礦床的5號(hào)脈、傳梓源礦床106、206號(hào)脈等主礦脈成礦年齡均屬于此階段,偉晶巖由早到晚經(jīng)歷了充分的分異演化,并在分異演化最完善的偉晶巖核部出現(xiàn)了晚期熱液階段稀有金屬成礦作用,富含Be、Nb、Ta、Li、Cs礦化。此成礦階段(135~125 Ma)亦可大致對(duì)應(yīng)仁里礦田稀有金屬成礦熱液疊加導(dǎo)致大規(guī)模成礦作用階段,形成了高品位仁里鈮鉭礦床。本次對(duì)仁里礦床36號(hào)脈白云母40Ar-39Ar測(cè)年數(shù)據(jù)為136.6 Ma,可對(duì)應(yīng)燕山晚期早階段黑云母二長(zhǎng)花崗巖成巖成礦作用,為巖漿連續(xù)分異演化的中間階段產(chǎn)物,屬幕阜山仁里礦田稀有金屬大規(guī)模成礦作用的早階段,礦化以Be、Nb、Ta為主。
表5 幕阜山地區(qū)稀有金屬成礦年齡統(tǒng)計(jì)表Table 5 Metallogenic age of rare metals of Mufushan granite
中侏羅世以來,主要受古太平洋板塊向西俯沖-弧后伸展和陸內(nèi)深部構(gòu)造作用,華南地塊形成了NNE向斷裂系統(tǒng)以及盆嶺相間的盆山體系(毛景文等,2004;2007;舒良樹等,2004;2006;彭和求等,2004;劉翔等,2019),爆發(fā)了華南地區(qū)中生代大規(guī)模成礦作用(毛景文等,2004)。幕阜山地區(qū)定位于二級(jí)構(gòu)造單元過渡部位形成的中生代構(gòu)造巖漿隆起帶,經(jīng)歷了先擠壓后伸展的構(gòu)造環(huán)境,含鈮鉭礦偉晶巖脈形成于區(qū)域后造山構(gòu)造環(huán)境的伸展構(gòu)造體制,多期造山與燕山期陸內(nèi)活化是仁里礦田稀有金屬成礦的有利地質(zhì)背景,多階段的伸展作用導(dǎo)致幕阜山地區(qū)多期大規(guī)模的多金屬成礦作用發(fā)生(劉翔等,2018;2019),形成了一批鈮鉭鋰鈹、銅鉛鋅、金、鈾等多金屬礦床。早白堊紀(jì)為稀有金屬成礦高峰期,以仁里超大型鈮鉭多金屬礦床為代表。
仁里礦田偉晶巖空間分布顯示,偉晶巖距幕阜山花崗巖由近及遠(yuǎn)呈現(xiàn)出規(guī)律的類型分帶,表明其形成與幕阜山關(guān)系密切。根據(jù)偉晶巖與花崗巖形成機(jī)理,幕阜山地區(qū)偉晶巖與各酸性巖體間有2種關(guān)系(李鵬,2017):一是偉晶巖是各酸性巖體侵位后,深部巖漿房繼續(xù)演化再次侵位形成各類偉晶巖脈,如仁里礦床5號(hào)脈;二是偉晶巖是各酸性巖漿、特別是晚期酸性巖漿侵位后結(jié)晶殘余巖漿結(jié)晶分異的產(chǎn)物,如幕阜山巖體中部黃泥洞-三岔鍋地區(qū)的偉晶巖。
根據(jù)本次野外觀察、鏡下特征及室內(nèi)測(cè)試的結(jié)果可知,36號(hào)偉晶巖與圍巖黑云母二長(zhǎng)花崗巖在地質(zhì)特征與礦物組成上具相似性,產(chǎn)于黑云母二長(zhǎng)花崗巖中的偉晶巖與巖體在物質(zhì)組成上呈繼承關(guān)系,總體具有相似的地球化學(xué)特征,高硅、高鋁、相對(duì)富堿、過鋁質(zhì)巖漿巖性質(zhì)。
云母和鉀長(zhǎng)石的K/Rb比值可以指示花崗巖和偉晶巖的分異演化程度(London.,2008),由于Rb在自然界主要以分散形式存在,不形成單獨(dú)礦物,巖漿作用中的Rb,在鉀礦物中都可以形成廣泛的類質(zhì)同像,且花崗巖漿分異作用過程中Rb與K緊密相關(guān),具有成因關(guān)系的花崗巖系列中K/Rb比值變化不大(劉英俊等,1984)。由幕阜山花崗巖K-Rb關(guān)系曲線(圖8a)可知,從中粗粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖到中細(xì)粒二云母二長(zhǎng)花崗巖再到稀有金屬偉晶巖(5、2、36號(hào)偉晶巖)Rb含量逐漸升高,指示成巖成礦流體分異演化程度的Nb/Ta、Zr/Hf值逐漸降低(圖8b),黑云母二長(zhǎng)花崗巖與二云母二長(zhǎng)花崗巖具有較為一致的線性趨勢(shì)線,暗示了兩者在成因上相關(guān),可看作幕阜山復(fù)式巖體中的同源多次侵入體。從巖石化學(xué)指數(shù)變化趨勢(shì)圖(圖9)中可以看出,36號(hào)偉晶巖與圍巖黑云母二長(zhǎng)花崗巖具有一致的變化趨勢(shì),從花崗巖到偉晶巖,A/CNK值逐漸增大,Rb/Cs、Nb/Ta比值減小,稀堿總量增加,與典型的花崗巖-偉晶巖演化規(guī)律一致,可解釋為稀有金屬偉晶巖與黑云母二長(zhǎng)花崗巖有著成因上的關(guān)系,后者可能為前者成礦母巖。偉晶巖與黑云母二長(zhǎng)花崗巖之間良好的熔體化學(xué)演化關(guān)系,暗示圍巖及脈體是同源巖漿連續(xù)分異演化并最終導(dǎo)致成礦;兩者具成因關(guān)系在年齡上也表現(xiàn)出了相關(guān)的證據(jù):36號(hào)偉晶巖白云母坪年齡(136.6±1.4)Ma,與黑云母二長(zhǎng)花崗巖鋯石U-Pb年齡(140.2±0.3)Ma(李鵬,2017)接近,由于富揮發(fā)分和稀堿金屬會(huì)造成固結(jié)溫度降低,這個(gè)時(shí)間間隔完全合理。這一現(xiàn)象與仁里礦床5號(hào)脈不一致,仁里礦床地表出露的花崗巖與5號(hào)偉晶巖脈稀有金屬含量存在較大的差距,表現(xiàn)出一種突變關(guān)系,且年齡上存在明顯差距,李鵬等(2019a;2020)推測(cè)花崗巖與5號(hào)偉晶巖形成于同源的共巖漿房,為巖漿連續(xù)分異演化的中間階段侵入體,并非直接分異出稀有金屬偉晶巖的母巖。
圖8 幕阜山花崗巖及稀有金屬偉晶巖特征元素K-Rb(a)及Nb/Ta-Zr/Hf(b)變化趨勢(shì)圖(花崗巖樣品數(shù)據(jù)引自李鵬,2017;5號(hào)偉晶巖數(shù)據(jù)引自李鵬等,2019a;2號(hào)偉晶巖數(shù)據(jù)引自劉翔等,2019)Fig.8 Characteristic elements K-Rb(a)and Nb/Ta-Zr/Hf(b)trend chart of granite and rare metal pegmatite from the Mufushan area(the data of granite samples are from Li,2017;No.5 pegmatite data are from Liet al.,2019a;No.2 pegmatite data are from Liu et al.,2019)
圖9 仁里礦床花崗巖-偉晶巖巖石化學(xué)指數(shù)變化趨勢(shì)圖Fig.9 Petrochemical index trends of the granites and pegmatites from the Renlideposit
綜上可知,36號(hào)偉晶巖與圍巖黑云母二長(zhǎng)花崗巖在地質(zhì)特征與礦物組成上相似,在物質(zhì)組成上呈繼承關(guān)系,全巖地球化學(xué)特征顯示二者之間良好的熔體化學(xué)演化關(guān)系,表明圍巖及脈體是同源巖漿連續(xù)分異演化并最終導(dǎo)致成礦。36號(hào)偉晶巖為圍巖黑云母二長(zhǎng)花崗巖巖漿侵位后殘余巖漿結(jié)晶分異的產(chǎn)物,兩者具成因關(guān)系。
區(qū)域后造山構(gòu)造環(huán)境的伸展體制下,相對(duì)穩(wěn)定、封閉的環(huán)境有利于花崗質(zhì)巖漿的長(zhǎng)時(shí)間分異演化。仁里礦田冷家溪群云母片巖中發(fā)育的片理及其本身的韌性為偉晶巖漿侵入提供了較為封閉的就位空間,再加上片巖中高含量云母使得偉晶巖漿冷卻速率減慢,富含揮發(fā)分的低黏度花崗偉晶巖熔體在運(yùn)移或侵位于圍巖地層裂隙時(shí),運(yùn)移距離及時(shí)間較長(zhǎng),花崗偉晶巖熔體能夠較充分交代早期偉晶巖及圍巖中一些早期形成的礦物,使一些有用元素(如Li、Be、Nb、Ta等稀有元素)進(jìn)一步富集(李名則等,2008),外接觸帶云母片巖地層更有利于稀有金屬的富集成礦。而產(chǎn)于巖體內(nèi)的36號(hào)脈為花崗質(zhì)巖漿分離出的偉晶巖熔體沿巖體張性構(gòu)造裂隙向外運(yùn)移過程中發(fā)生結(jié)晶分異作用形成,但由于在巖體內(nèi)部裂隙中運(yùn)移和侵位的距離較短,從而時(shí)間也較短,缺乏長(zhǎng)期相對(duì)封閉穩(wěn)定空間,結(jié)晶分異過程中殘余熔體不易富集揮發(fā)性組分和稀有金屬,結(jié)晶分異不完整,發(fā)生交代作用強(qiáng)度不夠,導(dǎo)致偉晶巖分帶性、規(guī)模及含礦性較片巖地層偉晶巖差,礦化往往以Be或Be、Nb、Ta為主,與5號(hào)脈有較明顯區(qū)別,野外觀察現(xiàn)象及地球化學(xué)特征亦可證明。36號(hào)偉晶巖由于受巖體構(gòu)造裂隙控制,形態(tài)更復(fù)雜,與巖體外接觸帶片巖地層中受層狀構(gòu)造控制的偉晶巖不一致。
仁里礦田巖體內(nèi)接觸帶以黑云母?jìng)ゾr、二云母?jìng)ゾr為主,有較強(qiáng)的鈉長(zhǎng)石化地段可見鈮鉭礦化,以尋找Be、Nb、Ta為主;巖體外接觸帶以二云母?jìng)ゾr、白云母?jìng)ゾr為主,該類型偉晶巖普遍鈉長(zhǎng)石化,具有較強(qiáng)的鈮鉭等稀有金屬礦化,最外側(cè)可見鋰輝石白云母?jìng)ゾr,見有鋰礦化,外接觸帶稀有金屬礦化強(qiáng)、規(guī)模大,以尋找Be、Nb、Ta、Li、Cs為主。
(1)仁里礦田巖體內(nèi)接觸帶36號(hào)偉晶巖具有具高硅、高鋁、低鈣鎂鐵、相對(duì)富堿,(高鉀)鈣堿性及過鋁質(zhì)特征;微量元素總體上富集Nb、Ta、Hf、U等高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE),相對(duì)虧損Ba、Sr等離子親石元素(LILE),不相容元素Rb、Cs、Nb、Ta、Hf等的富集,表明巖漿分異演化程度較高;稀土元素總量較低,輕稀土元素富集,重稀土元素虧損,顯示具殼源特征。
(2)36號(hào)偉晶巖白云母Ar-Ar坪年齡為(136.6±1.4)Ma,表明其成礦作用發(fā)生在早白堊紀(jì),為仁里礦田稀有金屬大規(guī)模成礦作用的早階段產(chǎn)物。
(3)地球化學(xué)及礦物學(xué)特征顯示,36號(hào)偉晶巖與花崗巖圍巖具有良好的演化關(guān)系,結(jié)合野外觀察現(xiàn)象及成巖年齡,認(rèn)為36號(hào)偉晶巖為花崗質(zhì)巖漿侵位后殘余巖漿結(jié)晶分異的產(chǎn)物,母巖為中粗粒片麻狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖。
致 謝感謝審稿專家對(duì)本文提出的寶貴修改意見,在此表示誠摯的謝意。