河南省光山縣潑河巖體地質(zhì)地球化學(xué)特征、成因分析及找礦潛力

劉文毅，何美香，孫宏偉，王良，李曉姣

(1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)大隊(duì)， 河南 鄭州 450016; 2.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測(cè)工程技術(shù)研究中心， 河南 鄭州 450016; 3.河南省自然資源科技創(chuàng)新中心(多源遙感應(yīng)用研究)， 河南 鄭州 450016)

0 引言

大別山地處中國(guó)大陸中東部，西接秦嶺造山帶，夾持于華北和揚(yáng)子板塊之間，在中生代最終聚合形成(張國(guó)偉等，2001)。前人在大別山地區(qū)開(kāi)展了大量地質(zhì)找礦與研究工作(符光宏，1994；潘成榮，1999；袁要偉等，2018；李莉等，2019；何美香，2020；索忠連等，2020；王巧玲等，2021；張玉明，2022)，對(duì)區(qū)域內(nèi)與金、銀、鉬多金屬礦成礦關(guān)系密切的地層(丁莉等，2006)、構(gòu)造(馬昌前等，2003；李海龍等，2017)、巖漿巖(王超等，2010；陳偉等，2013；高昕宇等，2013；孟芳，2013；萬(wàn)俊等，2017；武昱東等，2017)等方面進(jìn)行了較為全面的研究，取得了一系列成果，尤其是光山縣陳沖巖體及譚沖巖體形成于133.1 Ma，指示早白堊世巖漿活動(dòng)及巖漿起源于揚(yáng)子北緣古老地殼物質(zhì)部分熔融，母巖漿形成深度和壓力較大，可能形成于加厚下地殼環(huán)境(朱江等，2019)。但是對(duì)于臨近的潑河巖體的研究卻鮮有報(bào)道，這制約了我們對(duì)該地區(qū)成巖成礦的認(rèn)識(shí)。本文通過(guò)對(duì)潑河巖體地質(zhì)特征、巖石地球化學(xué)、副礦物以及蝕變礦化的研究，分析巖體成因及找礦潛力，以期為本區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)研究及找礦工作提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)

研究區(qū)處在新縣斷裂與桐—商斷裂交匯處東北部約5 km(圖1)，基本構(gòu)造格架表現(xiàn)為高壓—超高壓變質(zhì)帶被低緩伸展滑脫片麻理帶所改造而形成的片麻巖穹窿帶，后期巖漿活動(dòng)及混合巖化作用強(qiáng)烈，地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜(楊繼兵等，2016)。區(qū)域出露地層主要為中上元古界滸灣巖組(Pt2+3h)、震旦系—下奧陶系統(tǒng)肖家廟巖組(Z-O1x)、泥盆系南灣組(Dn)、白堊系(K)及第四系(Q)等(何美香，2020)。其中，滸灣巖組(Pt2+3h)主要巖性為中基性—酸性火山巖，肖家廟巖組(Z-O1x)主要巖性為泥砂質(zhì)碎屑巖夾碳酸鹽巖，南灣組(Dn)主要巖性為黑云石英片巖，白堊系(K)主要巖性為安山玢巖。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖(據(jù)楊澤強(qiáng), 2007)

2 潑河巖體特征

2.1 潑河巖體及圍巖特征

研究區(qū)內(nèi)潑河巖體位于潑陂河鎮(zhèn)西南部(圖2)，北起陳沖，南至傅馬沖，東臨潑河水庫(kù)，西接獨(dú)山寨，出露面積約2.5 km2。呈帽形巖株?duì)?，長(zhǎng)軸方向北北東，北東端寬度較小，南西端較大，巖體兩側(cè)沿北西西向多有分叉的巖枝，以南西端最突出。明顯反映巖體形態(tài)受北北東、北西西兩組構(gòu)造所制約。巖體與圍巖界限清楚，傾向不定，北東端上部?jī)A向北東，下部轉(zhuǎn)向北西，傾角70°～75°。

圖2 光山縣潑河巖體區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)貢二辰等，2016②修改)1—第四系；2—白堊系周家灣組/陳棚組；3—泥盆系南灣組三段/二段；4—震旦系—下奧陶系統(tǒng)肖家廟巖組四巖段/三巖段；5—中上元古界滸灣巖組；6—下白堊統(tǒng)周灣獨(dú)立單元石英閃長(zhǎng)巖/潑河花崗斑巖；7—下白堊統(tǒng)譚沖二長(zhǎng)花崗巖/新縣序列第二單元中粒二長(zhǎng)花崗巖；8—王母觀片麻狀輝長(zhǎng)巖/夏泉片麻狀堿長(zhǎng)花崗巖；9—花崗斑巖脈/花崗巖脈；10—正斷層/逆斷層；11—區(qū)域性韌性剪切帶/火山角礫巖筒；12—研究區(qū)位置

潑河巖體的巖石類型有黑云斜長(zhǎng)花崗斑巖或斜長(zhǎng)花崗斑巖、花崗斑巖、爆破角礫巖(角礫主要成分為(黑云)斜長(zhǎng)花崗斑巖、花崗斑巖)等(圖3)，以爆破角礫巖為主。局部有石英閃長(zhǎng)玢巖的捕虜體。不同巖石類型之間一般均無(wú)明顯界限，呈漸變過(guò)渡關(guān)系(曾繁實(shí)，1982①)。各類巖石的主要礦物組合及特征如表1。

圖3 潑河巖體不同巖性正交偏光照片(×11)(曾繁實(shí)，1982①)

表1 潑河巖體各類巖石的礦物組分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造統(tǒng)計(jì)表

爆破角礫巖的角礫成分不一，角礫大小不等，角礫化程度不同，主體巖性也有差異。其中，爆破角礫巖的巖漿巖角礫成分主要為黑云斜長(zhǎng)花崗斑巖和花崗斑巖，前者角礫含量5%～15%，礫徑多小于l cm，礫徑大小較均一；后者角礫含量不等，一般為5%～10%，最多可達(dá)40%，礫徑相差懸殊，自0.5～50 cm。爆破角礫巖的圍巖角礫主要有兩種，與前述巖漿巖角礫相對(duì)應(yīng)，圍巖角礫分別為黑云變粒巖、絹云石英片巖。

潑河巖體侵入的圍巖主要為泥盆系南灣組(Dn)(圖4)。界限清楚，巖體邊部有近東西向呈蟹爪狀的脈體，侵入南灣組中。巖體北西部被白堊系陳棚組(K1c)火山巖超覆(圖4)。巖體中可見(jiàn)圍巖捕虜體。

圖4 光山縣潑河巖體地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)曾繁實(shí)，1982①修改)1—第四系；2—陳棚組安山玢巖；3—南灣組黑云石英片巖；4—花崗巖；5—爆破角礫巖；6—斜長(zhǎng)花崗斑巖；7—鉆孔位置及編號(hào)；8—片理產(chǎn)狀

(1)泥盆系南灣組(Dn)：分布于潑河水庫(kù)一帶，呈北西西—南東東向帶狀展布。南灣組地層巖性相對(duì)簡(jiǎn)單，變質(zhì)程度較低，構(gòu)造變形相對(duì)簡(jiǎn)單，總體上為一套快速沉降、低成熟度陸源碎屑建造。主要由黑云石英片巖、絹云斜長(zhǎng)片巖、斜長(zhǎng)變粒巖、斑點(diǎn)狀黑云斜長(zhǎng)變粒巖、黑云斜長(zhǎng)片巖、綠簾(綠泥)斜長(zhǎng)變粒巖夾角閃方柱石英巖、斜長(zhǎng)角閃片巖薄層組成。

(2)下白堊統(tǒng)陳棚組(K1c)：主要分布在潑陂河西、東部，其巖性主要為安山玢巖、晶屑凝灰?guī)r、熔結(jié)凝灰?guī)r、火山凝灰?guī)r、安山巖。

2.2 蝕變與礦化特征

潑河巖體的蝕變較強(qiáng)，有黃鐵礦化、絹云母化、硅化、碳酸鹽化、黑云母化、高嶺土化。以前三者較普遍。地表的次生礦化，僅在巖體的東部五里墩采石場(chǎng)見(jiàn)有次生孔雀石。除此，僅局部(如林場(chǎng)東)見(jiàn)瀝青狀褐鐵礦，及普遍存在的斑點(diǎn)狀褐鐵礦化。巖體深部的原生礦化蝕變，據(jù)鉆孔巖心資料，由表至里黃鐵礦化普遍，局部可見(jiàn)黃銅礦、輝鉬礦，其品位均低于工業(yè)要求。

3 樣品實(shí)驗(yàn)方法

本文樣品的主量、微量元素的測(cè)試分析(表2、表3)在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心完成。其中，爆破角礫巖樣品測(cè)試的角礫為巖漿巖角礫。采用Philips PW2404 X熒光光譜儀測(cè)試主量元素，經(jīng)過(guò)烘樣、秤樣、燒蝕樣品、冷卻樣品，最后再燒蝕后稱重，計(jì)算出燒失量，精度優(yōu)于5%。采用Finnigan-MAT有限公司制造的ELEMENT-1等離子質(zhì)譜儀測(cè)定微量元素，樣品首先溶解在高壓悶罐中，再稱取40 mg樣品進(jìn)行初溶，置195 ℃烘箱內(nèi)加熱48 h，然后進(jìn)行復(fù)溶，將復(fù)溶的樣品稀釋1000倍，最后測(cè)試，精度優(yōu)于10%。

表2 潑河巖體各類巖石的化學(xué)成分及扎氏數(shù)值特征表

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.1 主量元素

潑河巖體中SiO2含量為66.96%～74.76%，K2O 含量變化于 4.51%～5.35%，K2O+Na2O 含量變化于 8.02%～9.24%之間，K2O/Na2O 比值變化于1.10～1.93，A/CNK為1.44～1.91，里特曼指數(shù)σ為2.03～3.48，萊特堿度率A.R為2.28～3.25，分異指數(shù)DI為84.59～93.30，固結(jié)指數(shù)SI為0.93～10.34。根據(jù)戴里花崗巖與花崗閃長(zhǎng)巖的巖石化學(xué)成分組成特征(劉振聲和汪之明，1966)，從巖石化學(xué)成分與扎氏數(shù)值特征(表2)等資料可以看出：黑云斜長(zhǎng)花崗斑巖的巖石化學(xué)成分介于戴里的花崗巖與花崗閃長(zhǎng)巖之間。差異表現(xiàn)在K2O>Na2O，鉀鈉高、鈣低，扎氏特征值反映a值大，c值小，硅飽和，a:c值大，說(shuō)明斜長(zhǎng)石偏酸性。補(bǔ)充參數(shù)中出現(xiàn)a＇，巖石屬鋁過(guò)飽和系列。SiO2過(guò)飽和富于堿。花崗斑巖與戴里值相較硅稍高，鉀、鈉偏高，鈣鎂偏低。與黎彤等人的花崗巖平均值(黎彤和饒紀(jì)龍，1963)相較硅、鉀稍高，鈉接近，鈣鎂偏低。基本特征是硅、鉀高，鈣鎂低。扎氏數(shù)值特征b、c值小，硅飽和，a:c值大，同樣表明富酸、堿，有a＇值，巖石屬鋁過(guò)飽和系列。爆破角礫巖的巖漿巖角礫之巖石化學(xué)成分大體接近黑云斜長(zhǎng)花崗斑巖，特征是貧鎂。

4.2 微量元素

光譜測(cè)定微量元素之平均值如表3。黑云斜長(zhǎng)花崗斑巖中Mn、Ti、Be等微量元素18項(xiàng)，除Mn、Be、B、Y低于維氏值外(雷慈坤等，2014)，其它均高于維氏值。其中Cu高4倍、Pb高2倍、Mo高13倍、Ag高7倍、Cr高2倍、Au高32倍。以Ag、Mo高、含Au為其特征；爆破角礫巖測(cè)定18項(xiàng)，除Mn、Be、Y、Zr低外，其它均高。其中Pb高1.4倍、Ag高2倍、Cr高3倍、Au高26倍。以Ag高、含Au為其特征。

表3 潑河巖體各類巖石微量元素分析成果對(duì)照表

5 討論

5.1 巖體時(shí)代

潑河巖體上部為白堊紀(jì)火山巖超覆，通過(guò)鋯石U-Pb定年得出火山巖的同位素年齡值為 99.4 Ma；巖體本身的同位素年齡值為110 Ma(曾繁實(shí)，1982①)。潑河巖體周邊的其他巖體，呈巖株?duì)罘植?，沿著桐—商斷裂兩?cè)不規(guī)則展布，其中，通過(guò)鋯石U-Pb定年得出鄭塆巖體同位素年齡為110～105 Ma、寶安寨巖體同位素年齡為115 Ma、大銀尖巖體同位素年齡為108 Ma、大帽嶺巖體同位素年齡為85 Ma(曾繁實(shí)，1982①)。西大別山地區(qū)譚沖和陳沖巖體的鋯石U-Pb年齡分別為(133.1±1.5) Ma 和(133.1±0.8) Ma(朱江等，2019)。潑河巖體巖石地質(zhì)地球化學(xué)特征、巖性礦物組合與陳沖巖體類似(朱江等，2019)，因此，認(rèn)為潑河巖體可能與陳沖巖體屬于同時(shí)期侵入巖體，可能屬于燕山晚期侵入成巖。

圖5 潑河巖體 FeO/(FeO+MgO)-SiO2圖解(底圖據(jù) Frost et al., 2001)

5.2 巖石成因類型

目前，以源區(qū)性質(zhì)等劃分的I型、S型、A型和M型花崗巖分類是最常用的花崗巖分類方案(吳福元等，2007)。

前述巖石地球化學(xué)特征顯示，潑河巖體中SiO2含量變化于66.96%～74.76%；在SiO2-AR圖解中(圖6)，潑河巖體分析樣品落入堿性—鈣堿性巖區(qū)域；K2O 含量變化于4.51%～5.35%，在SiO2-K2O圖解(圖7a)落入巖體屬于鉀玄巖—高鉀鈣堿性系列；K2O+Na2O 含量變化于 8.02%～9.24%之間，A/NK-A/CNK圖解中落入過(guò)鋁質(zhì)區(qū)域，指示巖體屬于過(guò)鋁質(zhì)巖石(圖7b)；K2O/Na2O 比值較高，為1.10～1.93，顯示鉀質(zhì)花崗巖特征；里特曼指數(shù)σ為2.03～3.48，屬于堿性—鈣堿性巖。這與I型花崗巖的高硅、弱過(guò)鋁、鈣堿和高鉀等特征不完全吻合(劉文毅等，2019)，巖石的過(guò)鋁質(zhì)特征(A/CNK>1.1)與S型花崗巖相符，但潑河巖體中P2O5含量不高(0.032%～0.150%)，且SiO2含量與P2O5含量整體呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)(圖8)與S型花崗巖不相符(高奕霖等，2019)。并且潑河巖體中，CIPW計(jì)算結(jié)果剛玉含量多小于1%，排除了S型花崗巖的可能。根據(jù)圖5所示，大部分?jǐn)?shù)據(jù)投到鎂質(zhì)花崗巖區(qū)域，排除了A型花崗巖的可能。

圖6 潑河巖體SiO2-AR圖解(底圖據(jù)Wright, 1969)

圖7 潑河巖體K2O-SiO2 (a)和A/NK-A/CNK(b)圖解(圖a，據(jù)Peccerillo and Taylor, 1976；圖b, 據(jù)Ewart, 1982)

綜上所述，除了巖石的過(guò)鋁質(zhì)特征外，潑河巖體基本上與I型花崗巖特征相吻合。強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)特征并不適用于巖相變化大的分異型花崗巖(朱江等，2019)，結(jié)合潑河巖體的礦物組成、巖石地球化學(xué)特征認(rèn)為，潑河巖體具有高硅、過(guò)鋁質(zhì)、鈣堿—堿性和高鉀等分異型I型花崗巖巖石特征。

5.3 巖石演化特征

巖體的演化特征可以通過(guò)分異指數(shù)(DI)來(lái)分析，分異指數(shù)是巖漿分離結(jié)晶程度和巖漿基性程度的標(biāo)志，是一種重要的巖石化學(xué)參數(shù)。分異指數(shù)越大，說(shuō)明巖漿分離結(jié)晶作用越強(qiáng)烈，酸性程度越高。分異指數(shù)(DI)=Qz+Or+Ab+Ne+Lc+Kp，通過(guò)該計(jì)算式可以求出潑河巖體巖漿的分異指數(shù)，從而確定母巖漿的分異程度(刀艷，2016)。潑河巖體的分異指數(shù)較高(DI=84.59～93.30)，表明巖漿有較強(qiáng)的分異作用。根據(jù)表2可以計(jì)算得出，花崗斑巖的固結(jié)指數(shù)界于0.93～3.18之間，斜長(zhǎng)花崗斑巖固結(jié)指數(shù)界于2.23～10.27之間，爆破角礫巖固結(jié)指數(shù)為1.10。因此，潑河巖體內(nèi)原始巖漿的固結(jié)指數(shù)變化較大，巖體巖相變化大。根據(jù)潑河巖體礦物組分(表1)、P2O5-SiO2關(guān)系圖解(圖8)以及哈克圖解(圖9)投圖數(shù)據(jù)可以得出：隨著巖漿分異演化及SiO2含量提高，P2O5含量降低，表明有磷灰石分離結(jié)晶；Al2O3+CaO/Na2O含量降低，表明有斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶；MgO、Fe2O3含量降低，表明有黑云母等暗色礦物分離結(jié)晶；TiO2含量降低，表明有金紅石分離結(jié)晶。

圖8 潑河巖體 P2O5-SiO2關(guān)系圖解

圖9 潑河巖體的哈克圖解

5.4 成因探討

潑河巖體呈小巖株?duì)睿鼙北睎|、北西西兩組構(gòu)造所制約，呈巖枝狀貫入圍巖，圍巖因受擠壓、沖擊較破碎。巖體的巖石類型為中酸性—酸性，具有高硅、過(guò)鋁質(zhì)、鈣堿—堿性和高鉀等分異型I型花崗巖巖石特征。巖體巖相變化大，主要以爆破角礫巖形式產(chǎn)出，構(gòu)成一個(gè)爆破角礫巖(角礫巖成分主要為同期花崗斑巖和(黑云)斜長(zhǎng)花崗斑巖)為主體的淺成—超淺成巖(曾繁實(shí)，1982①)。

隨著巖漿分異演化及SiO2含量提高，巖漿發(fā)生了較強(qiáng)的分異作用，經(jīng)歷斜長(zhǎng)石、磷灰石、金紅石以及暗色礦物(黑云母等)分離結(jié)晶作用。顯然這種演化過(guò)程不是一次完成的，而是在脈動(dòng)條件下多次上侵演變的結(jié)果(郭軍，2021)。這點(diǎn)從巖體本身巖石類型的多變，所具復(fù)式巖體的特點(diǎn)等均可佐證。巖漿的上侵、演化基本是在構(gòu)造控制的條件下進(jìn)行的，因此有利于保持一些深成巖漿的特征，并同時(shí)在構(gòu)造發(fā)育或交匯的部位成巖。

5.5 找礦潛力

研究區(qū)內(nèi)分布于林場(chǎng)一帶的黑云斜長(zhǎng)花崗斑巖體有銅、鉬、金的原生暈組合異常。另外，潑河巖體中(表3)金含量高于同類巖石平均值的32倍，銅高4倍，銀高7倍，南部與東部有激電異常，鉛、鋅原生暈異常。單礦物分析結(jié)果顯示黑云母含銅 1000～5000 ppm，磷灰石含銅30～100 ppm，金紅石含銅50～100 ppm。根據(jù)研究區(qū)地表探槽揭露以及深部鉆孔驗(yàn)證情況，研究區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)金多金屬礦(化)體18條，細(xì)脈狀黃鐵礦化蝕變與金多金屬礦關(guān)系密切，說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)有找金多金屬礦的潛力。

6 結(jié)論

(1)潑河巖體屬于燕山晚期侵入成巖，主要巖石類型有：花崗斑巖、(黑云)斜長(zhǎng)花崗斑巖、爆破角礫巖。以爆破為主要成巖形式，構(gòu)成一個(gè)爆破角礫巖為主體的淺成一超淺成巖。

(2)潑河巖體巖石類型為中酸性—酸性，具有高硅、過(guò)鋁質(zhì)、鈣堿—堿性和高鉀等分異型I型花崗巖巖石特征。

(3)潑河巖體內(nèi)原始巖漿的分異DI指數(shù)變化較大，經(jīng)歷斜長(zhǎng)石、磷灰石、金紅石以及暗色礦物(黑云母等)分離結(jié)晶作用。

(4)潑河巖體中金多金屬背景值高，區(qū)內(nèi)有找金多金屬礦的潛力。

注 釋

① 曾繁實(shí).1982.河南省新縣蘇家河至光山縣潑河一帶1:5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)報(bào)告[R].鄭州：河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊(duì).

② 貢二辰,劉文毅,李玉芹,王偉,陳曉明,王學(xué)貞,余智慧,何美香,王巧玲,貢宇龍,袁要偉,王曉黎.2016.河南省光山縣陳沖巖體巖石學(xué)及地球化學(xué)研究報(bào)告[R].鄭州：河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)大隊(duì).