呂 科, 王 勇＊, 肖 劍

(1.東華理工大學(xué),江西撫州 344000;2.江西有色地質(zhì)勘查局,江西南昌 330001)

西華山復(fù)式花崗巖株地球化學(xué)特征及構(gòu)造環(huán)境探討

呂 科1, 王 勇1＊, 肖 劍2

(1.東華理工大學(xué),江西撫州 344000;2.江西有色地質(zhì)勘查局,江西南昌 330001)

西華山復(fù)式花崗巖株位于南嶺東段,在廣泛分布于華南地區(qū)的與鎢礦床有關(guān)的燕山期花崗巖中,西華山復(fù)式花崗巖株具有一定的典型意義。西華山復(fù)式花崗巖株第一期為斑狀中粒黑云母花崗巖 (γ)與斑狀中細(xì)粒黑云母花崗巖(γ),第二期為中粒黑云母花崗巖(γ)與細(xì)粒石榴子石-二云母花崗巖 (γ),第三期為花崗斑巖(γ)。花崗巖均具有高硅,高堿,貧鈦、鐵、鎂、鈣、磷等特點(diǎn),均屬強(qiáng)過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性巖系,ACNK值都大于 1.1,顯示出 S型花崗巖的特征。花崗巖鋯石U-Pb年齡為 150～153Ma。各階段花崗巖ΣREE平均值為 237.15×10-6,可以看出西華山地區(qū)花崗巖的稀土總量平均值要高于南嶺花崗巖平均值 229.68×10-6。其中γ,γ,γ屬于輕稀土富集型巖石,γ,γ屬于重稀土富集型巖石。各階段花崗巖都表現(xiàn)出明顯的 Eu虧損。地球化學(xué)特征及區(qū)域構(gòu)造演化背景等表明巖石形成于后造山陸內(nèi)環(huán)境。

花崗巖;鎢礦床;地球化學(xué)特征;構(gòu)造環(huán)境;西華山

西華山復(fù)式花崗巖株位于南嶺東段、江西省大余縣城西北約 9 km處,長約 7 km,寬約 5.5 km。在廣泛分布于華南地區(qū)的與鎢礦床有關(guān)的燕山期花崗巖中,西華山復(fù)式花崗巖株具有一定的典型意義。西華山復(fù)式花崗巖株聚集了西華山鎢礦床、蕩坪鎢礦床、生龍口鎢礦床、牛孜石鎢礦床、羅坑鎢礦床、下鑼鼓山鎢礦床等眾多的鎢礦床,西華山鎢礦床是我國及世界著名的黑鎢礦產(chǎn)地——贛南地區(qū)最早發(fā)現(xiàn)的鎢礦床,從 1907年發(fā)現(xiàn)至今,已有百余年的開采歷史。長沙勘探公司 201隊(duì) (1955)①長沙勘探公司 201隊(duì).1955.西華山鎢礦地質(zhì)勘探總結(jié)報告書 [R].大余:西華山鎢礦.、江西省地質(zhì)局 908隊(duì) (1966)②江西省地質(zhì)局 908.1966.西華山花崗巖多階段侵入與多次成礦作用研究[R].南昌:江西地質(zhì)局、吳永樂等 (1987)、李華芹等(1993)、劉家齊 (1989)、肖劍 (2009)③王勇,肖劍,洪應(yīng)龍,等.2009.江西省大余縣西華山鎢礦接替資源勘查專題研究報告[R].撫州:東華理工大學(xué).先后對西華山花崗巖株及與鎢成礦的關(guān)系進(jìn)行了研究。在“全國危機(jī)礦山接替資源勘查之典型礦床及成礦規(guī)律總結(jié)研究”的資助下,筆者在上述研究的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)對西華山復(fù)式花崗巖中第一期第二階段的斑狀中細(xì)粒黑云母花崗巖 (γ)、第二期第二階段的細(xì)粒石榴子石-二云母花崗巖 (γ)和第三期的花崗斑巖(γ)及與鎢礦的關(guān)系進(jìn)行了進(jìn)一步的研究,并對花崗巖體的構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行了探討。對深化西華山花崗巖株成巖與鎢成礦的研究及華南花崗巖脈型鎢礦床研究具有重要意義。

1 地質(zhì)背景

西華山復(fù)式花崗巖株在大地構(gòu)造上,位于華南加里東褶皺地槽區(qū)中的贛南后加里東隆起區(qū),南嶺東西向構(gòu)造帶的東段北側(cè)。該區(qū)出露地層從老到新為中—上寒武統(tǒng) (∈2-3)、中泥盆統(tǒng) (D2)、上白堊統(tǒng) (K2)和第四系全新統(tǒng) (Qh)。中—上寒武統(tǒng)在本區(qū)分布最廣,由淺變質(zhì)長石石英砂巖、粉砂巖、條帶狀砂質(zhì)板巖、碳質(zhì)板巖、板巖組成巨厚的類復(fù)理石沉積。中泥盆統(tǒng)以石英砂質(zhì)礫巖為主,呈風(fēng)化殘余出露于山峰或山脊部位,不整合覆蓋于寒武系之上。上白堊統(tǒng)紅砂巖、砂質(zhì)礫巖分布于城區(qū)東南部北東向的斷陷盆地中。區(qū)域外圍尚有震旦系(Z)分布,由淺變質(zhì)砂巖、板巖、千枚巖、凝灰質(zhì)礫巖、沉凝灰?guī)r和硅質(zhì)板巖組成類復(fù)理石建造,是江西南部出露最古老的地層。

本區(qū)巖漿巖有海西期石英閃長巖、片麻狀花崗巖和燕山期花崗巖。海西期石英閃長巖鉀氬年齡為 274Ma(貴陽地化所,1965),片麻狀花崗巖氬年齡為 242～255 Ma(莫柱蓀等,1980),海西期石英閃長巖呈巖株、巖瘤排列成南北向的帶狀分布于區(qū)域中部。燕山期花崗巖鋯石 SHR I MP年齡和鋯石LA-I CP-MS U-Pb年齡為 150～153 Ma(數(shù)據(jù)待發(fā)表),燕山期花崗巖于區(qū)域西南部的西華山、蕩平一帶呈巖株產(chǎn)出,出露面積 19.12 km2。西華山巖株向北東延展而成兩條北東一北北東向的花崗巖脊,隱沒于地表以下的變質(zhì)沉積巖之中。根據(jù)鉆孔和坑道揭露,巖脊向上突起形成巖峰的部位,往往是鎢礦床分布所在。

西華山巖株為燕山期花崗巖漿多次侵入形成的復(fù)式巖體(圖 1)。歷史上地質(zhì)前輩對西華山復(fù)式巖體侵入期次有多種劃分方法,其中比較有代表性的劃分方法有:長沙勘探公司 201隊(duì) (1955)分為三期、江西省地質(zhì)局 908隊(duì) (1966)②分為五個侵入階段、南京大學(xué)地質(zhì)系 (1966)分為三期六個侵入階段、吳永樂等 (1987)分為兩期四個階段六次侵入,劉家齊(1989)則認(rèn)為是兩期侵入的結(jié)果。王勇等 (2009)③將西華山復(fù)式花崗巖分為三期五個階段。均不約而同地強(qiáng)調(diào)西華山花崗巖多次成巖的特征及其與鎢成礦不可分割的成生聯(lián)系,筆者在前人研究的基礎(chǔ)上,與課題組成員一同在地球化學(xué)特征方面進(jìn)一步完善三期五階段的劃分方案。

圖1 西華山花崗巖及其鎢礦田地質(zhì)略圖Fig.1 Sketch geologicalm ap of Xihuashan tungsten ore field

2 巖石學(xué)特征

西華山鎢礦區(qū)第一次侵入的斑狀中粒黑云母花崗巖 (γ25-1a)分布于巖株東、西及南部邊緣,并在中部呈殘留頂蓋產(chǎn)出。巖石似斑狀結(jié)構(gòu),斑晶以條紋長石為主,其次為奧-中長石,較自形。石英、鉀長石、斜長石,基本上各占 30%;第一次侵入的斑狀中-細(xì)粒黑云母花崗巖 (γ)分布于復(fù)式巖株的北部,與寒武系接觸處常見花崗巖化變質(zhì)沉積巖的捕獲體。γ的礦物成分與γ相同,但粒度較細(xì),斜長石亦較酸性。第二次侵入的中粒黑云母花崗巖(γ2-2a)呈小巖株?duì)町a(chǎn)出,分布于復(fù)式巖株的南部,與γ接觸處常形成鉀長石帶。巖石呈中?；◢徑Y(jié)構(gòu),造巖礦物較均一,主要為石英、鉀長石、斜長石,基本上各占 30%。兩期花崗巖中石英含量都很高,暗色礦物主要以黑云母為主。第三次侵入的花崗斑巖(γ)呈北西向德巖墻裝貫穿于巖株中。在γ巖體中,斑晶以石英為最多 (10%～20%),其次為鉀長石(5%～12%)、斜長石(5%～11%),以及少量黑云母(1%～2%)。上述三次侵入的花崗巖最顯著的區(qū)別在于巖石結(jié)構(gòu)的不同,但礦物成分則十分相似。西華山各期次花崗巖的主要礦物成分有:鉀長石、斜長石、石英等,三種礦物的含量較為接近;暗色礦物以黑云母為主,部分巖體含有白云母、石榴子石較多。西華山復(fù)式巖體的副礦物常見的有 28種,含量較多的有石榴石、磷灰石、鋯石、獨(dú)居石、硅鈹釔礦、螢石等。

表1 西華山花崗巖侵入期次劃分表Tab.1 Stage divisi on of the compound intrusion

表 2 西華山復(fù)式花崗巖株侵入期次劃分表Tab.2 Stage division of the compound intrusi on ti m e deli m its the chronometer

3 巖石地球化學(xué)特征

3.1 主量元素

樣品在北京核工業(yè)地質(zhì)研究院用飛利浦PW2404 X射線熒光光譜儀測試,測試方法為 GB/T14506.28-93硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法 X射線熒光光譜法,分析結(jié)果見表 3。(1)斑狀中粒黑云母花崗巖 (γ)SiO2含量為 72.39%～76.26%,平均含量為 74.43%,Al2O3含量為 11.95%～12.99%,平均含量為 12.39%,K2O5+Na2O含量為 8.34～8.68,平均值為 8.49,K2O5/Na2O在 1.33～1.51之間,平均為 1.42,CaO含量為 0.67%～1.51%,平均含量為 1.15%,ACNK值為 1.25～1.31,平均值為 1.28,MgO含量0.11%～1.01%,平均值為 0.394%。

表 3 西華山花崗巖巖體常量元素分析結(jié)果Tab.3 Analysis ofmajor elements of Xihuashan granites

(2)斑狀中細(xì)粒黑云母花崗巖 (γ2-1b5)SiO2含量為 74.63% ～77.03%,平均含量為 75.7%,Al2O3含量為 11.58%～12.51%,平均含量為12.15%,K2O5+Na2O含量為 8.69～9.31,平均值為 8.95,K2O5/Na2O在 1.13～1.36之間,平均為1.23,CaO含量為 0.48%～0.73%,平均含量為0.63%,ACNK值為 1.2～1.32,平均值為 1.27,MgO含量 0.04%～0.09%,平均值為 0.07%。

(3)中粒黑云母花崗巖 (γ2-2a5)SiO2含量在76.39%～79.18%,平均值為 77.33%,Al2O3含量在 10.4%～11.5%,平均值為11.04%,K2O+Na2O含量在 7.48～8.66,平均值為 8.22,K2O5/Na2O在0.64～0.98,平均值為 0.84,CaO含量在 0.2%～0.79%,平均值為 0.5%,ACNK值在 1.17～1.34,平均值為1.27,MgO含量在0.082%～0.1%,平均值為0.09%。

(4)細(xì)粒石榴子石二云母花崗巖 (γ5)S iO2平均含量為 76.11%,Al2O3平均含量為 12.4%,K2O5+Na2O平均含量為 8.56,K2O/Na2O平均為1.04,CaO平均含量為 0.49%,ACNK平均為 1.36,MgO平均含量0.2%。

圖2 西華山花崗巖TAS圖Fig.2 TAS diagram s fo r Xihuashan granite

在圖 2中各期花崗巖的點(diǎn)都落在亞堿性系列中,并且都落在流紋巖區(qū)內(nèi)。在圖 3上五個階段花崗巖均落入過鋁質(zhì)區(qū)間,在圖 4中所有點(diǎn)都落入高鉀鈣堿性系列范圍內(nèi)。根據(jù)各巖石化學(xué)圖解所示西華山花崗巖系列為過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性巖性。與成礦關(guān)系密切的幾階段花崗巖 (γ,γ,γ)都有富酸、堿、揮發(fā)組分及成礦元素,貧鈦、鐵、鎂的演化趨勢。堿金屬和揮發(fā)組分是極為活躍的礦化劑,對成礦元素的溶解、遷移和富集起著重要的作用,而鈦、鐵、鎂等的降低,則充分限制了成礦元素的類質(zhì)同象分散。

圖3 花崗巖ANK-ACNK圖解Fig.3 D iscrm i ination diagram s ofANK-ACNK

3.2 微量及稀土元素地球化學(xué)研究

樣品在北京核工業(yè)地質(zhì)院的 Finnigan MATHRI CP-MS(ElementⅠ)上完成測試,測試方法與依據(jù)為DZ/T0223-2001電感耦合等離子體質(zhì)譜 (ICPMS),測試溫度為 20℃,相對濕度為 30%。對巖石樣進(jìn)行了分析,其分析結(jié)果如表 4,表5。

從圖 5可以直觀的看出,各階段花崗巖的微量元素含量特征有許多共同之處,例如 Rb,Th,U,K,Nb,Nd,P,Zr,Hf等各期次花崗巖的含量差別不大,各階段花崗巖的Ba,Sr,P,Ti具有明顯的負(fù)異常,這可能是由于斜長石、磷灰石和鈦鐵礦等礦物的分離結(jié)晶作用所致。但各階段花崗巖也有一些明顯的差異,如表 4γ的成礦元素W,Sn,Mo,Bi平均值分別為 7.29×10-6,46.4×10-6,8.02×10-6,8.04×10-6,γ的成礦元素W,Sn,Mo,Bi平均值分別為 15.5×10-6,64.3×10-6,9.6×10-6,15.2×10-6,γ25-2a的成礦元素W,Sn,Mo,Bi平均值分別為 160.87×10-6,31.8×10-6,2.4×10-6,6.04×10-6,γ的成礦元素W,Sn,Mo,Bi平均值分別為 16.3×10-6,26×10-6,6.09×10-6,16.7×10-6,的成礦元素W,Sn,Mo,Bi分別為 3.42×10-6,21.8×10-6,0.9×10-6,0.8×10-6,(表 4)由此得出西華山地區(qū)花崗巖富集成礦元素,說明燕山早期的巖漿熱液是該地區(qū)鎢成礦主要的物質(zhì)來源,并且γ的W含量要明顯高于其它幾期,說明這階段花崗巖對鎢成礦作用更有利,這與實(shí)地調(diào)研情況相符。

圖4 西華山花崗巖 SiO2-K2OFig.4 Si O2-K2O diagram for Xihuashan granite

表 4 西華山花崗巖體微量元素含量表Tab.4 Contents of trace elem ents in Xihuashan granites 10-6

續(xù)表

表 5 西華山花崗巖體稀土元素含量及特征表Tab.5 Contents of REE and characteristic param eters of Xihuashan granites

圖5 西華山原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.5 Pri mordialm antle-nor m alized trace element patterns of Xihuashan

圖 6 西華山稀土元素配分模式圖Fig.6 REE distributi ons partterns of Xihuashan

4 構(gòu)造環(huán)境判別

利用花崗巖類巖石、礦物學(xué)特征和主量元素化學(xué)特征將花崗巖類形成的構(gòu)造環(huán)境劃分為造山花崗巖類和非造山花崗巖類兩大類。造山花崗巖又可分為:①島弧花崗巖類 (I AG);②大陸弧花崗巖類(CAG);③大陸碰撞花崗巖類(CCG);④后造山花崗巖類(POG);非造山花崗巖可分為:①與裂谷有關(guān)的花崗巖類(RRG);②大陸的造陸抬升花崗巖類(CEUG);③大洋斜長花崗巖類(OP)。

西華山巖體各單元均屬高鉀鈣堿性巖石系列,這就基本上可以排除非造山的(OP)大洋斜長花崗巖類型。因?yàn)?OP)大洋斜長花崗巖類型是屬于偏鋁質(zhì)和過鋁質(zhì)的巖石系列。在 SiO2-Al2O3及 SiO2-(TFeO)/[(TFeO)+(MgO)]構(gòu)造環(huán)境判別圖解中 (圖 7),西華山花崗巖體絕大部分落在后造山花崗巖類(POG)區(qū)內(nèi)。

圖 7 研究區(qū)花崗巖形成的構(gòu)造環(huán)境判別圖Fig.7 D ifferentiating diagram of the structure environm entwhere the granitoids in the research area formed

江西根(2006)研究表明,鐵鎂質(zhì)侵入巖、A型花崗巖和雙峰式火山巖是在地殼減薄過程中與區(qū)域性巖漿底侵有關(guān)的伸展作用的產(chǎn)物。西華山燕山早期花崗巖 (150～153 Ma)與華南鐵鎂質(zhì)侵入巖、A型花崗巖和雙峰式火山巖形成年代相似,這可能代表該區(qū)花崗巖形成于陸內(nèi)拉張構(gòu)造時期,這一假設(shè)得到了 lg[CaO/(Na2O+K2O)]-SiO2圖(圖 9)的支持。在 lg[CaO/(Na2O +K2O)]-Si O2圖解中西華山燕山早期花崗巖大部分投在伸展型構(gòu)造環(huán)境中。

圖 8 Rb-(Y+Nb)和Rb-(Yb+Ta)圖解Fig.8 The Rb-(Y+Nb)and Rb-(Yb+Ta)diagram s

圖 9 lg[CaO/(Na2O+K2O)]-Si O2圖解Fig.9 lg[CaO/(Na2O +K2O)]-Si O2diagram s

西華山復(fù)式花崗巖體中三期花崗巖的投影點(diǎn)在(Y+Nb)-Rb圖解中(圖 8)均分布在同碰撞花崗巖(syn-COLG)與板內(nèi)花崗巖(WPG)的分界線上,而在(Yb-Ta)圖解中(圖 8),均投在板內(nèi)花崗巖分布區(qū)內(nèi)?？紤]到本區(qū)所處的地球動力學(xué)背景,本區(qū)花崗巖更接近于板內(nèi)花崗巖(WPG)。

近些年來的大量研究 (朱金初等,2003;陳培榮等,1998,2004;趙振華等,1998,2000;李獻(xiàn)華等,1999,2001;王岳軍等,2001,2004;范春方等,2001;孔興功等,2000;陳志剛等,2003;包志偉等,2000;王強(qiáng)等,2002;邱瑞照等,2003)已表明華南地區(qū)在燕山早期即侏羅紀(jì)時巖石圈便發(fā)生了伸展作用,且一般認(rèn)為其深層機(jī)制與巖石圈拆沉、地幔上涌、殼幔作用等有關(guān),即直接受制于陸內(nèi)造山期后的地球動力學(xué)過程。眾多的研究還表明南嶺地區(qū)燕山早期的大規(guī)模成礦作用與殼幔作用或深部幔源物質(zhì)的參與有關(guān) (鄧晉福等,1999;華仁民等,1999;謝桂青等,2001;趙軍紅等,2001)。筆者在Maniar and Piccoli(1989)提出的多組主元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解中,以及 Pearce(1984)的微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解中,幾乎全部明確顯示為“后造山”環(huán)境而非“大陸裂谷”環(huán)境。

綜上所述,西華山復(fù)式花崗巖體形成于后造山陸內(nèi)環(huán)境,巖石圈減薄和伸展的構(gòu)造背景下。

5 結(jié)論

(1)西華山復(fù)式花崗巖株第一期第一階段為斑狀中粒黑云母花崗巖 (γ);第一期第二階段為斑狀中細(xì)粒黑云母花崗巖 (γ);第二期第一階段為中粒黑云母花崗巖 (γ);第二期第二階段為細(xì)粒石榴子石 -二云母花崗巖 (γ);第三期為花崗斑巖 ()。

(2)西華山復(fù)式花崗巖株各階段花崗巖均具有高硅、高堿、貧鈦、鐵、鎂、鈣、磷的特點(diǎn),ACNK值都大于 1.1,屬強(qiáng)過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性巖系,顯示出 S型花崗巖的特征。各階段花崗巖都表現(xiàn)出明顯的Ba,Sr,P,Ti負(fù)異常和高場強(qiáng)元素 U,Ta,Nd的正異常,稀土總量比南嶺地區(qū)平均值高。各階段花崗巖ΣREE平均值為 237.15×10-6,與南嶺花崗巖平均值 229.68×10-6相近。其中γ,γ,γ屬于輕稀土富集型巖石,γ,屬于重稀土富集型巖石。各階段花崗巖都表現(xiàn)出明顯的 Eu虧損。

(3)西華山復(fù)式花崗巖株富含成礦元素 W,Sn,Mo,Bi,說明燕山早期的巖漿熱液是該地區(qū)鎢成礦主要的物質(zhì)來源,并且γ的成礦元素W的含量要明顯高于其它幾個階段,說明這一階段花崗巖對成礦作用更有利,這對西華山地區(qū)的找礦找礦工作有一定的指導(dǎo)意義。

(4)西華山復(fù)式花崗巖株形成于后造山陸內(nèi)環(huán)境,巖石圈減薄和伸展的構(gòu)造地質(zhì)背景下。通過對西華山地區(qū)花崗巖的地球化學(xué)特征及構(gòu)造環(huán)境的研究,為解決贛南地區(qū)花崗巖的演化提供了重要依據(jù)。

在工作過程中承蒙西華山鎢礦周玉振高級工程師、韓志新高級工程師、洪應(yīng)龍高級工程師、溫龍輝工程師和江西有色金屬冶勘二隊(duì)的謝明璜工程師、李東明工程師、沈浩等的大力支持,在此一并致謝。

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Geochem istry Characteristics of Xihuashan Granite and Structural EnvironmentD iscussion

LV ke1, WANG Yong1, XI AO jian2
(1.East China Institute of Technology,Fuzhou,JX 344000,China;2.Jiangxi Research Institute ofNonferrous Metals Geology andMineral Resource Exploration,Nanchang,JX 330001,China)

There are five granitic intrusionswhich are biotite monzogranite in the district of Xihuashan.They are divided into three phases,show high Si,alkaline,poor Ti,Fe,Mg,Ca,P,belong to strongly-peraluminous high-K calc-alkaline series,ACNK>1.1.All this imply that the granites are S-type granite.Zircon U-Pb dating age is(150～153)Ma.The average of TREE is237.15×10-6,higher thanNaling granite(229.68×10-6).,γ,represent a LREE-rich curve whileγ,show a HREE-rich curv,but Eu negative anomaly are obvious in all granites.The granites geochemical characteristics and regional tectonic evolution background indicate that the rockswere formed in a post-orogenic extension environment,lithospheric thinning and extension tectonic background.

granite;tungsten deposit;geochemistry characteristics;tectonic setting;xihuashan;

P618.67

A

1674-3504(2011)02-117-12

10.3969/j.issn.1674-3504.2011.02.004

2011-03-23

全國危機(jī)礦山接替資源找礦項(xiàng)目“贛南地區(qū)鎢礦床成礦規(guī)律總結(jié)及高溫?zé)嵋撼傻V機(jī)制研究”(20089947)

呂 科 (1984—),男,碩士研究生,從事礦床地質(zhì)研究。＊

王 勇(1962—),男,博士,教授,主要從事礦床地球化學(xué)研究。