哀牢山帶大皮甲巖體的地質地球化學特征及形成構造環境

劉繼順，吳自成,，董 新,，劉文恒

(1. 中南大學 有色金屬成礦預測教育部重點實驗室，長沙 410083；2. 中南大學 地球科學與信息物理學院，長沙 410083；3. 甘肅有色金屬地質研究所，蘭州 730000)

大皮甲巖體位于云南省元陽縣境內，距縣城約 8 km(見圖1)。其大地構造上處于哀牢山深變質帶中段，夾持于哀牢山縫合帶與紅河剪性深大斷裂帶之間[1]，產于下元古界哀牢山群變質巖中。巖體東側即為菲莫銅鉬多金屬礦床。而哀牢山變質帶作為全球特提斯成礦域的一部分，是極具潛力的銅金多金屬找礦遠景區[2]。大紅山大型(鐵)銅礦床，龍脖河大型銅礦床，老王寨、冬瓜林、金廠和大坪4個大型金礦床，金平銅廠銅鉬多金屬礦床等均產于此帶，且對它們的成因、物質來源及構造環境均有大量研究和論述。唯菲莫銅鉬多金屬礦床及其與大皮甲巖體在成因上的聯系則鮮有論證，這不僅不利于菲莫銅多金屬礦床的找礦思路的拓展，而且會影響哀牢山成礦帶的認識深度和找礦預測工作。本文作者對哀牢山變質帶大皮甲巖體的巖石化學、地球化學、構造環境和巖石成因等進行較深入的研究，有助于哀牢山帶高級變質地體演化歷史的研究，同時將有助于該區銅鉬金多金屬礦床找礦思路的拓寬和找礦模型的確立[3]。

圖1 哀牢山帶大皮甲巖體區域地質略圖(據1:200 000元陽幅?大鹿馬幅區域地質圖修編)：1—上第三系；2—白堊系下統；3—侏羅系下統；4—三疊系上統；5—三疊系中統；6—三疊系下統；7—二疊系上統；8—二疊系下統；9—志留系中統；10—奧陶系下統；11—下元古界哀牢山群烏都坑組；12—下元古界哀牢山群鳳港組；13—下元古界哀牢山群阿龍組上巖組；14—下元古界哀牢山群阿龍組下巖組；15—下元古界哀牢山群小羊街組；16—喜山期花崗巖；17—燕山期斜長花崗巖；18—印支期花崗斑巖；19—印支期花崗巖；20—區域變質矽線石帶；21—區域變質石榴石?十字石帶；22—區域變質黑云母帶；23—銅礦；24—鉛鋅礦；25—錫礦；26—鐵礦；27—錳礦Fig. 1 Area geological sketch map of Dapijia rockbody in Ailaoshan zone (Modified from 1:200 000 geological map of Yuanyang—Daluma area): 1—Tertiary; 2—Lower Cretaceous; 3—Lower Jurassic; 4—Upper Triassic; 5—Middle Triassic; 6—Lower Triassic; 7—Upper Permian; 8—Lower Permian; 9—Middle Silurian; 10—Lower Ordovician; 11—Paleoproterozoic Ailaoshan group Wudukeng formation; 12—Paleoproterozoic Ailaoshan group Fenggang formation; 13—Paleoproterozoic Ailaoshan group upper Along formation; 14—Paleoproterozoic Ailaoshan group lower Along formation; 15—Paleoproterozoic Ailaoshan group Xiao-yangjie formation; 16—Himalayan granite; 17—Yanshanian plagiogranite; 18—Indosinian granite porphyry;19—Indosinian granite; 20—Regional metamorphic sillimanite zone; 21—Regional metamorphic garnet-staurolite zone; 22—Regional metamorphic biotite zone; 23—Cu deposit; 24—Zn-Pb deposit; 25—Sn deposit; 26—Fe deposit; 27—Mn deposit

1 地質背景和巖體特征

哀牢山中深變質巖帶大致呈北西—南東向，由南西向北東變質程度逐漸加深，依次可劃分為黑云母帶、石榴石?十字石帶及夕線石帶(見圖1)。帶內巖漿活動發育，大皮甲巖體即位于其深變質巖帶。其圍巖為下元古界哀牢山群阿龍組下巖組，巖性為一套深變質巖，主要有黑云斜長變粒巖、黑云斜長透輝巖、黑云斜長片麻巖和透輝石大理巖等。巖體與圍巖接觸帶具弱蝕變。礦區內斷裂構造十分發育，具多期活動的特點。一級構造主要有紅河深大斷裂的派生斷裂——者那河斷裂，具有多期壓扭性的構造特征；二級構造主要有NW、NE及近EW向的次級斷裂，NW向構造與巖體及礦體在空間上的展布關系密切。

大皮甲巖體由3個小巖體組成，面積約9.6 km2，大致呈透鏡狀產出，長軸方向為北西西向，最長者約7 km，短者約1 km(見圖1)。其巖性為二云二長花崗巖：呈灰白色，花崗結構，塊狀構造，主要礦物約占99% (質量分數)，成分主要為鉀長石、斜長石和石英，少量為黑云母和白云母，礦物之間呈鑲嵌狀。鉀長石含量約為36%，粒度0.2～3 mm，自形；斜長石含量約為30%，粒度0.2～2.5 mm，半自形；石英含量約為25%，粒度0.2～2.5 mm，它形；黑云母含量約為5%，粒度0.1～0.2 mm，片狀；白云母含量約為3%，粒度0.1～0.5 mm，片狀。副礦物含量約為1%左右，成分為磁鐵礦和磷灰石，磁鐵礦的含量約為1%，粒度≤0.5 mm，微粒狀，不透明；磷灰石微量，粒度≤0.15 mm，半自形柱粒狀。

2 地球化學特征

用于測試的 FM-10、FM-11、FM-18和 FM-20 4件二云二長花崗巖樣品均采自大皮甲巖體的不同部位，其中：FM-10和FM-11采自地表露頭，FM-18和FM-20采自平硐；而FM-1、FM-2和FM-33件深變質巖樣品均采自平硐中巖體圍巖。

2.1 主量元素特征

大皮甲巖體的 SiO2含量約為 72.42%，高于中國花崗巖平均值(71.36%)[4]。在花崗巖 QAP圖解(見圖2)上投點均落在二長花崗巖和普通花崗巖區。巖體的全堿含量 ALK(Na2O+K2O)在 7.31%～10.9%之間；K2O/Na2O為1.29～2.96，平均值為2.18，富鉀；低TiO2(平均值為0.104%)；MgO和CaO含量低，平均值分別為 0.182%和 1.267% (世界花崗巖的平均值分別為0.71%和1.84%)；鋁飽和指數A/CNK值Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)為 1.05～1.29，平均值為 1.17，大于 1.1，具陸殼重熔型花崗巖的特 點；NK/A((Na2O+K2O)/Al2O3)值為 0.64～0.88，平均值為 0.79(見表 1)。分異演化程度較高，分異指數DI介于90～92之間。大皮甲花崗巖的里特曼指數值為1.76～4.19，平均值為3.02，其中：2件小于3.3，1件略大于3.3，屬于鈣堿性系列，略偏堿鈣性。

2.2 稀土元素特征

圖2 大皮甲巖體的QAP圖解：1—富石英花崗巖；2—堿性長石花崗巖；3—花崗巖(a)和二長花崗巖(b)；4—花崗閃長巖；5—英云閃長巖Fig. 2 QAP diagram of Dapijia rockbody: 1—Quartz-rich granite; 2—Alkaline feldspar granite; 3—Granite (a) and adamellite (b); 4—Granodiorite; 5—Tonalite

表1 大皮甲巖體主量元素成分Table 1 Major element contents of Dapijia rockbody

大皮甲巖體的稀土元素總量相差較大，為103.34×10?6～247.39×10?6，平均值 188.29×10?6(表 2)，略低于一般花崗巖稀土元素總量。巖體富輕稀土元素，w(LREE)/w(HREE)=1.16～7.45 ， (La/Yb)N=1.69～15.76(La/Sm)N=3.14～5.69，(Gd/Yb)N=0.37～1.07，輕稀土的分餾程度較重稀土為高；具較小的鈰負異常(δ(Ce)=0.83～0.91)及輕微銪正異常，稀土元素配分曲線呈右傾斜型(見圖3[5])，上述特征與下地殼重熔型花崗巖一致，這也在ACF圖解(見圖4)中得到了印證，以及與圍巖黑云斜長變粒巖、黑云斜長透輝巖具有相似的蛛網線趨勢，均表明該類花崗巖體主要是由上地幔及下地殼不同程度熔融而形成的[6]。

2.3 微量元素特征

大皮甲巖體在微量元素蛛網圖顯示，K、Rb、Ba、Th和U強烈富集，Nb、P和Ti顯著虧損(見圖5[7])，w(Rb)/w(Sr)較高，為 1.74～4.22(見表 3)，明顯高于中國上地殼值(0.45)。上述特征表明，巖石為高程度演化巖漿結晶的產物，其Nb、P和Ti顯著虧損的特征顯示巖漿經歷了較強的斜長石、磷灰石和鈦鐵礦的分離結晶作用。w(Nb)/w(Ta)為5.09～8.77，平均值為7.11，w(Zr)/w(Nb)為7.99～31.73，平均值為15.61。

在利用花崗巖類微量元素來研究成巖特性時，常用 Nb*=2NbN/(KN+LaN)，Sr*=2SrN/(CeN+NdN)，P*=2PN/(NdN+HfN)，Ti*= 2TiN/(SmN+TbN)參數值探討成巖物質來源及巖體之下的地幔特性；用Zr*=2ZrN/(SmN+TbN)，Hf*=2HfN/(SmN+TbN)，K*=2KN/(TaN+LaN)參數值特征探討成巖物質來源，成巖所處的構造環境及巖體之下的地幔特性[8]。大皮甲巖體Nb*平均為0.05，Sr*平均為0.58，P*平均為0.02，Ti*平均為0.15，其值均小于1，表明花崗巖體成巖物質主要來源于地殼，巖體之下為貧鈦的虧損地幔；巖體Zr*的平均值為1.46，Hf*的平均值為1.80，K*的平均值為6.85，其參數值均大于1，同樣表明巖體成巖物質主要來源于下地殼，且同化混雜幔源物質，巖體之下為虧損地幔。

表2 大皮甲巖體稀土元素成分Table 2 Rare earth element contents of Dapijia rockbody

圖 3 大皮甲巖體和圍巖稀土元素配分模式圖(球粒隕石數據據文獻[5])Fig. 3 Chondrite-normalized REE patterns of Dapijiarockbody and its wallrocks (Chondrite data from Ref. [5])

圖4 大皮甲巖體的ACF圖解Fig. 4 ACF diagram of Dapijia rockbody

圖 5 大皮甲巖體和圍巖原始地幔標準化微量元素蛛網圖(原始地幔數據引自文獻[7])Fig. 5 Primitive mantle-normalized trace element spider diagram of Dapijia rockbody and its wallrocks (Primitive mantle data from Ref. [7])

3 巖石成因和構造環境

大皮甲巖體在花崗巖成因分類 ACF圖解中樣點多落入“I”型花崗巖區，少量落入“S”型花崗巖區，稀土元素特征具弱銪正異常，說明其巖漿來源主要為幔源及下地殼[9?10]。巖體的A/CNK＞1.1、富輕稀土元素、高的 Rb、Ba、K、Th和 U及低的 Nb、P和 Ti等特征表明巖體同時具有地殼重熔物質加入[6]。從特征參數Nb*、Sr*和 Ti*均小于 1及 Zr*、Hf*和K*均大于 1的特點也可以得出相同的結論[8]，因此，根據地質和地球化學特征大皮甲巖體可確定為殼幔混熔型花崗巖體，為殼幔物質不同程度混熔的產物。其幔源物質可能為下地殼基性火山物質，孟良義[11]也認為顯生宙與銅金有關的花崗巖的原巖即為下地殼基性火山物質，具有與基性火山巖相似的稀土元素分布模式，本區的銅金銀鉬多金屬成礦也是上述觀點有力的佐證。從近年研究成果來看，大多數地質學家均認同巖漿巖組合和巖石成分與大地構造環境有著密切的關系[12?19]。許多學者從不同的角度提出了大量有效的構造環境判別圖解，在 WHIRT和 CHAPPELL[12]的w(Nb)/w(Y)、w(Ta)/w(Yb)、w(Rb)/w(Y+Nb)和 w(Rb)/w(Yb+Ta)花崗巖判別圖解中，樣點大部分落在同碰撞花崗巖區(見圖6)，圖解表明大皮甲巖體具有同碰撞花崗巖的特點。在MANIAR和PICCOLI[13]的4組圖解中所有樣點幾乎全部落入后造山花崗巖區(見圖7)，說明巖體在構造演化階段上部分形成于大洋閉合后的擠壓造山階段。其形成機制可能為：新生代印度板塊向北碰撞，造成古特提斯洋消失，碰撞造山過程中由地殼加厚熱導致上地幔及下地殼等深部物質部分熔融，后碰撞階段紅河、哀牢山走滑斷裂[20]導致的熱流值上升引起的深熔作用導致地殼深部物質進一步熔融，后沿紅河、哀牢山走滑斷裂帶兩側次級斷裂上侵而形成。綜合前面的分析，大皮甲巖體形成的構造環境為“碰撞造山”。

表3 大皮甲巖體微量元素成分Table 3 Trace element contents of Dapijia rockbody

4 結論

1) 大皮甲巖體的巖石類型主要為二長花崗巖，具有富鉀、過鋁、鈣堿性殼幔混熔型花崗巖特征。

2) 大皮甲巖體的常量元素、稀土元素和微量元素特征顯示其成巖物質主要來源于上地幔或下地殼。

圖 6 花崗巖 w(Nb)—w(Y) (a)、w(Ta)—w(Yb) (b)、w(Rb)—w(Y+Nb) (c)和 w(Rb)—w(Yb+Ta) (d)判別圖解[11]：Syn?COLG—同碰撞花崗巖；VAG—火山弧花崗巖；WPG—板內花崗巖；ORG—洋中脊花崗巖Fig. 6 w(Nb)—w(Y) (a), w(Ta)—w(Yb) (b), w(Rb)—w(Y+Nb) (c) and w(Rb)—w(Yb+Ta) (d) discrimination diagrams of granites[11]: Syn-COLG—Syn-collisional granite; VAG—Volcanic arc granite; WPG—Within plate granite; ORG—Ocean ridge granite

圖7 大皮甲巖體形成構造環境判別圖解[12](w(FeO*)=w(FeO)+w(Fe2O3))：IAG—島弧花崗巖類；RRG—裂谷花崗巖類；CAG—大陸弧花崗巖類；OP—大洋斜長花崗巖類；CEUG—與大陸的造陸抬升有關的花崗巖；CCG—大陸碰撞花崗巖類；POG—后碰撞花崗巖類Fig. 7 Diagrams for discrimination of tectonic setting of Dapijia small rockbody[12](w(FeO*)=w(FeO)+w(Fe2O3)): (a) w(K2O)—w(SiO2); (b) w(Al2O3)—w(SiO2); (c) w(FeO*)/[w(FeO*)+w(MgO)]—w(SiO2); (d) [w(FeO*)+w(MgO)]—w(CaO); IAG—Island arc granite; RRG—Rift granite; CAG—Continent arc granite; OP—Ocean plagiogranite; CEUG—Continent epeirogenic uplift granite;CCG—Continent collisional granite; POG—Postcollisional granite

3) 多種氧化物與微量元素構造環境判別圖解分析結果表明，大皮甲巖體同時具有碰撞期與后造山花崗巖的特點，為新生代印度板塊向北碰撞，造成古特提斯洋消失，碰撞造山過程中由地殼加厚熱導致上地幔及下地殼等深部物質部分熔融，后碰撞階段紅河、哀牢山走滑斷裂導致的熱流值上升引起的深熔作用導致地殼深部基性火山物質進一步熔融，后沿紅河、哀牢山走滑斷裂帶兩側次級斷裂上侵而形成。

4) 大皮甲巖體為“碰撞造山”構造環境下，經碰撞造山作用形成的侵入巖。

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