安徽金寨響洪甸堿性雜巖體中碳酸鹽脈成因初探

阮林森，劉忠，周皓宇，陳海峰

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊，安徽六安 237010)

0 引言

碳酸鹽類巖石是自然界常見巖石，有沉積、熱液、巖漿流體三種成因，其中的巖漿流體成因又被稱為碳酸巖（造山帶），具有指示地幔流體的性質(zhì)、地幔交代作用、殼幔相互作用以及碳酸巖在成巖、成礦等方面的特殊性與重要性[1]。碳酸巖一般與堿性巖（如正長巖、霞石正長巖和霞石巖等）共同構(gòu)成碳酸巖–堿性（環(huán)狀）雜巖體，中國秦嶺造山帶就有多處碳酸巖出露，如小秦嶺的黃龍埔[2]和華陽川，南秦嶺的殺熊洞和廟埡[3]，東秦嶺的河南黃水庵[4]等。

2021 年313 地質(zhì)隊在野外踏勘中發(fā)現(xiàn)安徽金寨響洪甸堿性雜巖體中有呈數(shù)10 條脈狀產(chǎn)出的富含石英的碳酸鹽脈。其是否為火成碳酸巖？本文從其地質(zhì)特征、稀土微量元素地球化學(xué)方面對其成因進行初步探討。

1 地質(zhì)背景

響洪甸堿性雜巖體出露面積約為48 km2，呈北北西向展布于大別造山帶的東北緣及郯廬斷裂帶西側(cè)。雜巖體包括堿性火山巖與堿性侵入巖，侵位于上元古界青白口系佛子嶺群的片巖中[5]。巖體形態(tài)明顯受金寨斷裂控制，呈北西向帶狀分布。侵入巖和火山巖的成分及成因類型類似，具有明顯的同源演化特征[6]。周邊已發(fā)現(xiàn)的礦床點有：汞洞沖鉛鋅礦（中型）、同興寺鉬礦、響洪甸鈾礦、東沖鈾礦、竹園莊鉛鋅礦點等。

響洪甸堿性侵入巖體位于響洪甸堿性雜巖體的中部（圖1），出露面積約為9.1 km2。侵入體一般呈巖株、巖枝狀產(chǎn)出，最大約為3 km2，最小僅為0.1 km2。巖體主要呈北西向帶狀分布，與佛子嶺群變質(zhì)巖及響洪甸組火山巖呈侵入接觸。巖體主要呈北西向分布，明顯受北西向斷裂控制[7]。堿性侵入巖體主要由霓輝正長巖、霞石正長巖和（假）白榴石正長巖三個不同巖相組成[8]。

圖1 響洪甸堿性雜巖體地質(zhì)圖Figure 1. Geological map of the Xianghongdian alkaline complex

2 碳酸鹽脈的產(chǎn)出狀況

碳酸鹽呈脈狀產(chǎn)出在霞石正長巖中，南東為霓輝正長巖，在50 m 露頭范圍內(nèi)有11 條脈體。主脈體走向為北北西向，傾角較陡，厚為1～3.5 m，被后期同向斷層切割；其他脈體總體走向為北北西向，脈厚為10～25 cm，傾角為70°～85°，局部脈體傾角為40°～50°，脈體有分支復(fù)合現(xiàn)象。脈體與圍巖接觸界線清晰，未見明顯蝕變現(xiàn)象。北部緩傾斜脈體中軟-硬錳礦較多。主脈體礦物以粗粒碎裂結(jié)構(gòu)為主，無定向構(gòu)造，其他脈體礦物呈細粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)。主要礦物為碳酸鹽，次為石英，少量鉀長石，偶見磷灰石。金屬礦物主要為軟-硬錳礦、磁鐵礦。主脈體碳酸鹽顆粒較粗，顆粒多見波狀消光（圖2），局部破碎充填于裂隙分布；石英顆粒大小不等，見交代碳酸鹽現(xiàn)象，有的呈長粒狀分布于碳酸鹽脈中，有的粒徑較細小，多呈碎粉充填于裂隙中；鉀長石呈他形粒狀，僅見分布于石英、碳酸鹽混合脈中，呈交代殘余；磁鐵礦呈自形粒狀，已被赤鐵礦交代呈假象；赤鐵礦呈顯微粒狀交代磁鐵礦呈其假象；軟-硬錳礦呈毛發(fā)、束狀分布。

圖2 響洪甸碳酸鹽脈鏡下礦物特征Figure 2. Micrographic features of minerals of the Xianghongdian carbonate veins

3 巖石化學(xué)成分特征

共采集4 件碳酸鹽脈樣品，1 件霓輝正長巖樣品。主量元素分析由安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊實驗室完成（化學(xué)分析），薄片制備和巖相學(xué)研究、稀土元素分析由安徽地質(zhì)實驗研究所（國土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心）完成（ICP-MS），微量元素分析由澳實分析檢測（廣州）有限公司完成（ME-MS81）。

3.1 主量元素

2 件樣品主量元素分析結(jié)果如下：SiO2含量為5.95%～29.44%，CaO 含量為33.98%～50.51%，MnO含量為2.8%～3.10%，TiO2含量為0.03%～0.1%，K2O和Na2O 含量分別為0.24%～0.65%和0.25%～0.37%。CaO/ (CaO+MgO+FeO+Fe2O3+MnO)的值為91%～94%, 按照Samoilov[9]統(tǒng)計的碳酸巖主要元素范圍，其與方解石碳酸巖類一致。與世界鈣質(zhì)碳酸巖平均值相比，響洪甸碳酸鹽脈富SiO2、Na2O 和MnO，貧MgO和P2O5，其他成分大致相當(dāng)(表1）。

3.2 稀土元素

稀土總量（不含Y）變化較大，碳酸鹽脈稀土總量介于圍巖霞石正長巖和霓輝正長巖之間，含量為33.5×10-6～192.51×10-6（表2）。其中，輕稀土LRRE含量為 22.18×10-6～171.91×10-6，重稀土 HRRE 含量為8.21×10-6～20.6×10-6，LRRE/HRRE 為1.96～8.35，(La/Yb)N為2.37～10.98，與圍巖、全球碳酸巖及國內(nèi)其他地區(qū)堿性雜巖體共生的碳酸巖（如陜西黃龍鋪、湖北廟埡、川西木洛[10]等）配分模式類似，均為LREE 富集型（圖3），輕重稀土分餾程度較圍巖和其他地區(qū)碳酸巖要弱；(La/Sm)N為2.67～7.01，輕稀土分餾與圍巖和其他地區(qū)碳酸巖類似；(Gd/Yb)N為0.98～1.35，重稀土分餾程度與圍巖及東秦嶺黃龍鋪碳酸巖更為接近；δEu 值為0.73～0.85，與其他地區(qū)碳酸巖類似具有負異常；δCe值為0.76～0.93，為Ce中等-弱負異常，與其他地區(qū)碳酸巖Ce 正異?；驘o異常有差別，可能是因為出露地表受風(fēng)化作用影響。

圖3 稀土元素球粒隕石標準化蛛網(wǎng)圖（標準化據(jù)Boynton，1984）Figure 3. Chondrite-normalized spider diagram of REEs(after Boynton,1984）

表2 響洪甸及其他地區(qū)碳酸巖、堿性巖稀土元素含量(10-6)Table 2. Contents of rare earth elements in carbonatites and alkaline rocks in Xianghongdian and other areas (10-6)

響洪甸碳酸鹽脈與華北板塊北緣中部河北（豐寧）無堿性雜巖體共生的永利碳酸巖[11]相比，無論是稀土總量配分還是輕重稀土分餾程度均有明顯區(qū)別。與沉積碳酸鹽相比，響洪甸碳酸鹽脈具有稀土含量高、輕稀土更為富集的特征，且無沉積碳酸鹽明顯Eu虧損。Eu/Sm 值為0.24～0.36，與全球碳酸巖平均值0.3相當(dāng)，比沉積碳酸鹽0.15要高[12]。

3.3 微量元素

碳酸鹽脈中微量元素與圍巖相比，Ba、Rb、Th、K、Zr、Hf 含量均較低。從微量元素蛛網(wǎng)圖（圖4）可以看出，圍巖正長巖相對強烈富集Th、Zr、Hf，響洪甸碳酸鹽脈則相對虧損。與其他地區(qū)碳酸巖相比，響洪甸碳酸鹽脈微量元素與川西木洛碳酸巖、陜西黃龍鋪碳酸巖類似，相對富集大離子親石元素Sr、K、LREE，強烈虧損高場強元素Nb、Ta、Ti、Zr、P。而與湖北廟埡、世界碳酸巖微量元素相對強烈富集Th、Nb有所不同；與河北永利碳酸巖微量元素特征差異明顯。

圖4 微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖（標準化據(jù)McDonough等，1992）Figure 4. Primitive mantle-normalized spider diagram of trace elements (after McDonough et al.，1992）

4 響洪甸碳酸鹽脈成因

（1）響洪甸碳酸鹽脈呈脈狀，與堿性正長巖空間上密切共生，稀土元素含量明顯高于中國東部（22.58×10-6）[13]和世界沉積碳酸鹽，Eu 異常也遠低于沉積碳酸鹽，Eu/Sm 值為0.24~0.36 也高于沉積碳酸鹽。響洪甸一帶并無富鈣質(zhì)的碳酸鹽地層，因此不大可能是沉積成因或熱液接觸交代成因。

（2）響洪甸碳酸鹽脈與圍巖霞石正長巖和霓輝正長巖有類似的稀土元素含量、稀土分配模式，均為輕稀土富集型，(La/Sm)N、(Gd/Yb)N具有類似的特征，均具有Eu 和Ce 負異常，尤其與霓輝正長巖幾乎有一致的稀土特征，因此響洪甸碳酸鹽脈物質(zhì)來源與圍巖堿性巖體具有同源性。Bau 等在對德國Tannenboden 礦床和Beihilfe礦床中螢石和碳酸鹽的REE地球化學(xué)過程進行研究后指出，同源脈石礦物的Y/Ho-La/Ho 大體呈水平分布[14]。對響洪甸碳酸鹽脈和堿性巖體進行Y/Ho-La/Ho投圖判別（圖5），可以看出Y/Ho-La/Ho大體呈水平分布，因此進一步確定響洪甸碳酸鹽脈與圍巖堿性侵入巖具有同源性。前人研究認為響洪甸堿性巖體形成于早白堊世后碰撞的伸展環(huán)境[7]，巖漿來源于地幔物質(zhì)部分熔融，同時受到地殼物質(zhì)的混染。因此，響洪甸碳酸鹽脈很可能具有幔源來源。

圖5 碳酸巖和堿性巖Y/Ho-La/Ho圖解（據(jù)Bau M，1995）Figure 5. Y/Ho-La/Ho diagram of carbonatite and alkaline rock (after Bau M，1995）

（3）響洪甸碳酸鹽脈具有與其他地區(qū)巖漿碳酸巖類似的稀土特征，重稀土分餾程度與東秦嶺黃龍鋪碳酸巖更為接近，與湖北廟埡碳酸巖和川西木洛碳酸巖類似。Moller等[15]根據(jù)不同成因碳酸鹽的稀土元素研究發(fā)現(xiàn)，碳酸巖、熱液碳酸鹽（方解石）和灰?guī)r中Yb/Ca和Yb/La 比值有明顯區(qū)別，因此用Yb/Ca-Yb/La 圖來判斷碳酸巖和碳酸鹽成因的形成和演化（圖6）。從圖6可以看出，響洪甸碳酸鹽主脈體落入巖漿成因，次要脈體落入巖漿成因和熱液成因之間，均遠離沉積區(qū)。因此，初步判斷響洪甸碳酸鹽脈以巖漿成因為主，后期可能有熱液改造。

圖6 碳酸鹽或方解石成因Yb/Ca-Yb/La圖解（據(jù)Moller等，1980）Figure 6. Yb/Ca-Yb/La diagram for the genesis of carbonate or calcite (after Moller et al., 1980）

（4）世界碳酸巖公認的來源有三種：①直接來源于富CO2巖石圈或軟流圈地幔橄欖巖的低程度部分熔融；②富CO2的堿性硅酸鹽巖漿的不混溶作用；③富CO2的硅酸鹽巖漿強烈的結(jié)晶分異作用[16]。碳酸巖的形成可能經(jīng)歷了從巖漿結(jié)晶至熔體流體相的分離至富堿金屬流體相的交代作用（圍巖蝕變）等各個階段[17]。響洪甸堿性侵入巖是富集地幔部分熔融的產(chǎn)物，碳酸巖與其具有同源性?？紤]到響洪甸碳酸鹽脈具有方解石交代鉀長石、石英交代方解石的特征，筆者認為響洪甸碳酸鹽脈可能來源于地幔源的部分熔融作用，后期有殘余熔體分異出的以CO2為主要成分的揮發(fā)分加入到巖漿熱液中疊加交代圍巖形成。

5 結(jié)論與討論

（1）響洪甸堿性侵入巖中的碳酸鹽脈與霞石正長巖和霓輝正長巖密切共生，富SiO2、Na2O，稀土含量明顯高于殼源的沉積成因碳酸鹽；與圍巖霞石正長巖和霓輝正長巖有類似的稀土元素含量、稀土分配模式，二者具有同源性；稀土元素和微量元素具有巖漿碳酸巖特征。初步判斷響洪甸碳酸鹽脈可能以巖漿成因為主，來源于交代地幔源的直接部分熔融作用，后期可有殘余巖漿熱液疊加改造。

（2）碳酸巖的成因目前是全球研究的熱點，它被認為是揭示地幔地球化學(xué)的“探針巖石”。東秦嶺和南秦嶺一帶均發(fā)現(xiàn)了與堿性雜巖體內(nèi)碳酸巖有關(guān)的鉬（鉛）、稀有和內(nèi)生稀土礦床。安徽大別山區(qū)目前還未有與堿性雜巖體有關(guān)的碳酸巖相關(guān)報道，響洪甸的碳酸鹽脈具有巖漿碳酸巖特征，進一步的成因研究還需要年代學(xué)和流體包裹體、同位素學(xué)等測試分析佐證。

（3）霓長巖化的正長巖一般分布在碳酸巖體和堿性巖體與圍巖的接觸帶，形成一套含有霓石、鉀長石、鈉長石、鈉輝石、鈉閃石、金云母等礦物為主的霓長巖化帶或霓長巖，與碳酸巖漿活動密切相聯(lián)，可以作為指示碳酸巖漿作用的可靠標志，是原地堿質(zhì)交代作用所形成的堿質(zhì)交代蝕變巖[18]。響洪甸碳酸鹽脈與霓輝正長巖共存，干河沖單元呈巖株或巖枝狀產(chǎn)出的霓輝正長巖是否為高級霓長巖化作用結(jié)果？是否與碳酸巖有關(guān)？有必要進一步深入研究二者之間的成因聯(lián)系，以進一步鑒別確定響洪甸碳酸鹽脈的成因、性質(zhì)和物源。