湖南七寶山石英斑巖地球化學特征及其與成礦的關系

胡俊良，徐德明，張 鯤

（武漢地質礦產研究所，武漢 430205）

欽杭成礦帶是在欽杭結合帶的基礎上提出的。欽杭結合帶是指揚子與華夏兩大古陸塊于晉寧期碰撞拼貼形成的巨型板塊結合帶，但是自從這一概念產生以來，其邊界在哪里等一系列問題仍然未有定論，同時也是欽杭結合帶飽受爭議的原因。然而，近十多年來，王德滋、萬天豐、周新民、王劍、李昌年、章邦桐、汪慶華、洪大衛、孫樞、李繼亮、舒良樹、丁鵬飛等一大批地質工作者分別從巖石學、大地構造學、地球化學、地球物理等不同學科對欽杭結合帶進行了探討，取得了一系列新的認識。楊明桂等[1-4]對欽杭結合帶進行了較系統的研究，進一步明確了“欽州灣至杭州灣為揚子古板塊與華夏古板塊的結合帶（簡稱欽杭結合帶）”的認識。欽杭結合帶及其旁側是華南地區最為重要的Cu-Pb-Zn-Au和W-Sn-Mo-Bi多金屬成礦帶，長達1500 km，分布著一大批特大型銅金鉛鋅鉭鈾礦床[5-9]。2009年，這一成礦帶正式成為全國二十個重要成礦帶之一。對這一成礦帶具體礦床進行系統全面的研究對了解這一區域礦產分布情況、對比區域礦床成因等具有重要意義，并對下一步在該成礦帶內找礦探礦具有非常重要的指導意義。

湖南瀏陽七寶山銅多金屬礦床位于欽杭成礦帶西南段，是湘東北規模較大的銅硫多金屬礦床，對其進行詳細地研究，對弄清欽杭成礦帶西南段礦床成因機制以及類似礦床的對比工作具有十分重要的意義。從構造上講，礦區位于新華夏構造體系第二隆起帶南部西側湘東隆起的瀏陽—衡東凸起與揚子江E-W向構造帶的復合地段，即湘東醴陵—瀏陽S型構造的次級NW向永和—橫山向斜的東端。并發育與成礦關系密切的石英斑巖（也有學者定名為花崗斑巖）侵入體，據研究，該巖體具有很高的成礦元素含量[10]。因此，筆者對七寶山多金屬礦床進行采樣分析，其中重點對石英斑巖體進行了系統采樣，希望能較為詳盡地揭示該巖體的地球化學特征并對它與成礦的關系進行探討。

1 礦區地質概況

七寶山礦床至今已有五十多年勘探研究歷史，包括從最初認為的鐵礦到后來詳細勘探的以S、Cu、Pb、Zn 為主，并伴有 Au、Ag、Ga、In、Te、Cd、Mo、Bi和U等有用元素的大型多金屬礦床。礦區位于新華夏構造體系第二隆起帶南部西側湘東隆起的瀏陽—衡東凸起與揚子江東西向構造帶的復合地段，即湘東醴陵—瀏陽S型構造的次級NW向永和—橫山向斜的東端。區內地層出露較全，斷裂褶皺發育，巖漿活動頻繁，非金屬及有色金屬礦產均非常豐富。

礦區內出露地層簡單，由老至新依次為前震旦系冷家溪群（Ptln）、震旦系蓮沱組（Z1l）、下石炭統大塘階（C1d），以及中上石炭統壺天群（C2+3h）。冷家溪群為一套經區域淺變質的淺海相變質巖系，分布在礦區的南北兩側；蓮沱組分布在礦區北側邊緣，為一套淺變質砂巖、砂質板巖，與下伏冷家溪群呈角度不整合接觸。大塘階為灰白色石英礫巖，零星分布于礦區北側；壺天群為灰白色厚層狀白云質灰巖、白云巖，廣布于礦區的中部及西部，石炭紀地層與下伏地層呈明顯的角度不整合接觸。

礦區構造復雜，總體構造為一倒轉向斜，該向斜西部開闊，東部狹窄，軸向近E-W，往南傾，北翼傾角約30°，南翼傾角約60°。向斜軸部由中上石炭統壺天群白云質灰巖組成，兩翼分別由震旦系蓮沱組及冷家溪群組成。礦區斷裂構造發育，其中古港—橫山斷裂從礦區中南部通過，該斷裂E-W走向，往南傾，是一多期活動的區域性大斷裂。

近礦圍巖蝕變主要為矽卡巖化，次為硅化、碳酸鹽化、綠泥石化和鐵錳碳酸鹽化。

礦區巖漿活動頻繁，時間持續長，其活動期次明顯地分為三期:雪峰期、加里東期和印支－燕山期，其中以雪峰期巖體的規模最大。但與礦床成因密切相關的石英斑巖侵入體，出露于礦區中部，早期研究[11]認為其屬印支—燕山早期產物（如圖1，包含圖中和）。該期巖體為一個多次侵入的復式巖體，侵入于中、上石炭統及元古代地層中，受構造控制明顯，呈巖枝狀產出。

圖1 七寶山礦區地質略圖(據陸玉梅等[11]修改)Fig.1 Simplified geological map of miningarea in Qibaoshan deposit

2 巖石地球化學特征

本次研究的重點是礦區內石英斑巖體，共采集巖體樣品9件，進行了室內巖相學分析，主、微量分析。另外采集黃鐵礦礦石、矽卡巖、板巖等樣品13件，進行了微量元素分析。主、微量元素測試在武漢地質礦產研究所測試中心進行。主量元素用X-射線熒光光譜法（XRF）測試，微量元素使用ICP-MS測試。XRF分析精度為2%，ICP-MS的精度高于5%。

2.1 巖體形態、產狀及年齡

石英斑巖體地表出露形態十分復雜，總體為一蘑菇狀產出的巖株，主巖體東西長6 km，南北寬20～1000 m，出露面積約2 km2。巖體中見大量的灰巖捕擄體和殘留體。巖體剖面上為一筒狀體。巖體與圍巖呈突變侵入接觸關系，接觸面陡，但形狀復雜。巖體頂部具明顯爆破特征，爆破角礫巖及由爆破產生的裂隙網脈很多。

石英斑巖中磷灰石U-Pb年齡為227 Ma[12]，胡祥昭等[10]所做的全巖Rb-Sr等時線年齡為195 Ma。可見該巖體為燕山早期產物。

2.2 巖相學特征

石英斑巖主要礦物成分為正長石、石英、斜長石，有少量黑云母，同時也含有少量磷釔礦、鋯石、磷灰石等副礦物。

石英呈斑晶及基質產出。石英斑晶粒徑一般為3 mm左右，斑晶普遍受到溶蝕，大多被溶蝕呈渾圓狀及港灣狀，基質石英無色透明，大多為它形粒狀，粒徑一般小于0.2 mm。正長石呈少量斑晶及基質產出。斑晶正長石多為半自形，粒徑為2～4 mm，卡斯巴雙晶發育，基質正長石粒徑大多小于0.02 mm，均蝕變強烈，大多已蝕變為高嶺石等粘土礦物。斜長石斑晶一般為半自形板狀，粒徑一般為3 mm，常見聚片雙晶；基質斜長石粒徑均在0.01 mm以下，且已大多蝕變為絹云母。

2.3 巖石化學特征

七寶山石英斑巖體的主量元素分析結果見表1。本文所采樣品均相對較新鮮，而因為礦區內石英斑巖均有少量黃鐵礦化及蝕變，故有個別樣品存在黃鐵礦化（QB-10）或者蝕變（QB26），但并不影響本次研究的整體可靠性。根據測試數據和前人研究資料[10-11]，七寶山礦區石英斑巖在化學成分上具有以下特征:

(1)SiO2含量較低。本區石英斑巖SiO2含量變化范圍為53.86%～69.6%，低于華南花崗巖及世界花崗巖中SiO2的平均值，與銅礦化母巖中的SiO2含量接近，這一點從微量元素表（表2）的前三項中也可以看出，巖石中Cu、Pb、Zn的含量均比較高。說明本區礦化與石英斑巖密切相關。

表1 七寶山石英斑巖主量元素質量分數(%)Table 1 Major element contents from quartz-porphyry in Qibaoshan deposit

(2)堿含量低。本區石英斑巖堿含量w(Na2O+K2O)總體偏低，低于華南及世界花崗巖的含量。在TAS分類圖[13]上，樣品大多落在 O2、O3范圍內，少量在S2、S3，即為粗面安山巖—安山巖—英安巖巖石組合，且大多數均在堿性與亞堿性分界線的下方（圖2），為亞堿性系列巖石。

圖2 SiO2－(Na2O+K2O)圖(TAS分類圖)[13]Fig.2 Petrological classification and silica-alkali diagramofthe quartz-porphyry in Qibaoshan deposit

圖3 七寶山礦區石英斑巖SiO2-K2O關系圖[14]Fig.3 SiO2vs.K2Odiagram of the quartz-porphyry in Qibaoshan miningarea

(3)富鉀貧鈉。其中除個別樣品（QB-15）外，本區石英斑巖的w(K2O)/w(Na2O)為5.6～13.6，說明巖石K2O含量遠大于Na2O含量。在SiO2-K2O關系圖上[14]，樣品在鈣堿性巖系區、高鉀鈣堿性巖系區、橄欖安粗巖系區均有分布，但其中有6個樣品均在橄欖安粗巖系區（圖3），屬于一種高鉀質系列巖石。

(4)富鋁。w(Al2O3)為13.76%～21.06%，遠大于w(Na2O+K2O)，且 A/CNK值 1.13～ 3.32，明顯地顯示了鋁過飽和現象。

(5)貧鈣貧鎂。w(CaO2)為0.294% ～1.72%；w(MgO2)為0.604%～3.64%，均普遍低于世界花崗巖平均值。

可見，根據氧化物含量，巖石總體上屬高鉀鋁飽和亞堿性到弱堿性巖石，絕大部分屬亞堿性巖石。

2.4 微量元素特征

七寶山礦區石英斑巖的微量元素分析結果見表2。石英斑巖具有富輕稀土(LREE)和大離子親石元素（LILE）（Ba，K等），以及貧重稀土元素（HREE）的特點（圖 4），同時富集 Cu，Pb，Zn 等成礦元素，是華南花崗巖平均值的數十倍（表2）。Ba、K等大離子親石元素明顯富集，其含量相當于原始地幔的數十至數百倍，明顯高于大陸地殼的平均值[15]，說明巖石成分并非大陸地殼成分熔融而成；但是Sr含量除少數兩個超過100外，其他均在30左右，與地殼豐度（38）非常相近，且Ce/Nb的比值較高（均＞1），又反映其成分與大陸地殼非常相似，說明七寶山礦區的石英斑巖的巖石組分中包含地殼組分，但又不全是地殼組分。

巖石稀土元素總體含量較低，∑REE為65.78×10-6～ 222.11×10-6，低于華南花崗巖的稀土元素總量，而與銅礦床母巖的較為接近[16]。但LREE分餾顯著，(La/Gd)N=4.70～10.23；HREE弱分餾，(Dy/Yb)N=2.10～2.82，這種明顯的右傾型稀土配分模式與常規幔源巖石（如洋脊玄武巖）常具有的重稀土富集的分布模式存在不同之處[17]，說明其源區并非單一的原始地幔或虧損地幔；在REE分布模式圖上（圖5）表現為LREE較富集、Eu弱異常的右傾分布型式，LREE/HREE=10.15～ 16.66，(La/Yb)N=21.09～57.87，類似于洋島玄武巖（OIB）[18]，但比 OIB更具右傾趨勢，說明其具有部分幔源特征。樣品的Eu負異常不明顯，δEu為0.51～0.83，可能與其經歷了較為強烈的分異作用有關[19]。

圖4 七寶山礦區石英斑巖微量元素原始地幔標準化圖Fig.4 Primitive mantle-normalized spidergrams of trace elements of the quartz-porphyr yin Qibaoshan deposit

圖5 七寶山礦區石英斑巖稀土元素球粒隕石標準化圖Fig.5 Chondrite-nomalized REE distribution patterns ofthe quartz-porphyry in Qibaoshan deposit

表2 七寶山石英斑巖微量元素含量（×10-6）Table 2 Trace element contents from the quartz-porphyry in Qibaoshan deposit

3 七寶山礦區石英斑巖與成礦的關系討論

3.1 巖石成因分析

前文對七寶山礦區石英斑巖體的微量元素地球化學特征分析得到其巖石成分包含大陸地殼組分，但部分元素又說明它具有部分幔源特征，這里我們就對其巖石成因進行具體分析。一般而言，幔源巖漿（M型）的Al2O3/TiO2比值一般在30左右，而沉積巖部分熔融所形成火成巖（S型）此比值較大，有些甚至可達100以上[20]，七寶山礦區石英斑巖的Al2O3/TiO2比值在28.54～45.28之間，在30附近，說明巖漿源具有幔源特征，但相對純幔源巖石較大，又說明巖石可能有殼源物質存在。

然而，我們將七寶山礦區石英斑巖進行Pb-Pb/Ce關系投圖（圖6），樣品點均在海洋沉積物范圍或其附近，遠離洋脊玄武巖（MORB）源區、洋島玄武巖（OIB）源區，說明巖石源區為沉積巖源區，為沉積巖部分熔融所成。另外對巖石進行花崗巖類型判別（圖7），除QB-15落在I型花崗巖區域外，其他全部落在S型花崗巖范圍內。而S型花崗巖是一種以殼源沉積物質為源巖，經過部分熔融、結晶而產生的花崗巖。由此看來，七寶山礦區石英斑巖的巖漿源區主要為沉積巖部分熔融，而其具有幔源性質的稀土配分模式和其他部分元素特征，說明在巖漿熔融的過程中有幔源物質的加入，屬殼幔同熔型花崗巖。

3.2 成礦元素特征

七寶山礦區石英斑巖體雖然∑REE乃至微量元素總體較低，絕大部分微量元素含量也均低于其相應的維氏平均值，但是一些成礦元素W、Bi、Ag、Cu、Pb、Zn、Au 等高出維氏值數倍至數十倍（表 3）。表3中列舉了本次研究所采9個石英斑巖巖石樣品的平均值，同時也列舉了本次實驗一起所采的圍巖地層——蓮沱組板巖進行對比分析（由于該板巖采自礦體不遠處，受到了少量礦化影響，所以其金屬元素含量應該較未受礦化影響高一些，但是仍然具有對比意義）。從表中可以看出，除Zn、Ni、Mn外，巖體平均值比板巖中的成礦元素均要高出許多，跟維氏值比更是高了很多倍，說明七寶山多金屬礦體的成礦元素很有可能是來自于礦區內的石英斑巖體。

圖6 七寶山礦區石英斑巖Pb/Ce-Pb關系圖[21]Fig.6 Pb/Ce vs.Pb diagram of the quartz-porphyr yin Qibaoshan deposit

圖7 七寶山礦區石英斑巖Na2O-K2O圖解[22]Fig.7 Na2Ovs K2Odiagram of the quartz-porphyryin Qibaoshan miningarea

表3 七寶山礦區石英斑巖及板巖主要成礦元素含量（×10-6）Table 3 Major minerogenetic elements of the quartz-porphyry and the slate in Qibaoshan mining area(ppm)

由此，石英斑巖體中含量很高的成礦元素為七寶山多金屬礦體提供了物質基礎，同時也說明本區的成礦作用與巖漿作用在地球化學上是緊密聯系的，胡祥昭[23]通過對成礦流體的研究也證明了成礦流體就是來源于巖漿熱液。

3.3 與成礦的關系

七寶山石英斑巖體在空間上均與七寶山礦體相伴出現。絕大多數礦體分布在離巖體侵入中心1 km的范圍內（圖8）。主礦體中淺部的頂板及部分底板均為石英斑巖（或花崗斑巖），矽卡巖型礦體就賦存于巖體與圍巖的接觸帶中，部分小礦體直接賦存在巖體中。巖體與圍巖底層的接觸構造包括捕擄體接觸、舌狀體接觸、平緩超覆接觸、穿插接觸等，這些接觸構造使得巖體與圍巖接觸面積最大化，為礦體的形成提供了更有利的條件。并且當礦體遠離巖體時就變薄或尖滅，在巖體2 km之外，基本無礦體。

圖8 七寶山礦區石英斑巖與圍巖接觸關系示意圖Fig.8 Sketch map showing the contact plane of the quartz-porphyry and adjoining rock in Qibaoshan miningarea

上一節中分析得到石英斑巖體比圍巖板巖中的成礦元素要富集得多，濃集系數也很大；且胡祥昭[24]按照Holmes-Houtermans模式[25]求得礦床鉛模式年齡為195 Ma左右，與石英斑巖體年齡非常吻合；結合前人對礦體和巖體中的δO18研究結果，礦液中的δO18與巖漿熱水中的δO18基本一致，均約為11.2‰[26]，這些都說明了巖漿侵位確實為礦體的形成提供了成礦元素物質來源，同時成礦作用與巖漿作用在地球化學上也是緊密聯系的。

石英斑巖體的成因是由地殼物質和地幔源物質共同作用的殼幔同熔花崗巖，其地球動力學過程應為地幔物質受到擠壓熔融，并形成巖漿，然后在構造的作用下巖漿開始侵位上升，而在上升過程中不斷吞噬地殼物質，最后在近地表位置冷卻形成巖體。所以巖體地球化學特征表現出殼源和幔源的雙重特性。同時我們對成礦元素的分析認為地殼中不具有如此之高的金屬成礦元素，而該成礦元素就應該來自于地幔。巖漿作為載體攜帶成礦元素從地幔到近地表，整個上升過程不停進行了各種地球化學作用，并且在構造裂隙等各種導礦構造作用下充填交代成礦。因此，該礦床為同源伴生型礦床，其成因類型屬巖漿期后熱液充填交代型礦床。根據以上過程，結合礦床生成的時間、空間、構造[27]和成礦流體[23,26]的研究，建立了七寶山多金屬礦床的成礦模式（圖9）。

圖9 七寶山銅多金屬礦床成礦模式圖（據陸玉梅等[11]修改）Fig.9 Cartoon showing the mineralization modal in Qibaoshan Cu-polymetal deposit

4 結論

（1）七寶山銅鉛鋅多金屬礦床內與礦產成因密切相關的石英斑巖體為一個多次侵入的復式巖體；前人所做年齡為227-195 Ma，屬燕山早期產物。

（2）石英斑巖是一套高鉀（K2O＞＞Na2O）、富鋁、貧硅的粗面安山巖—安山巖—英安巖組合，總體上屬高鉀鋁飽和亞堿性到弱堿性巖石，絕大部分屬亞堿性巖石。

（3）地球化學上顯示了富輕稀土(LREE)、大離子親石元素（LILE）（Ba，K 等）、成礦元素（Cu、Pb、Zn等），以及貧重稀土元素（HREE）特征。針對具體元素分析認為七寶山礦區石英斑巖的巖漿源區主要為沉積巖部分熔融，而熔融的過程中有幔源物質的加入，屬殼幔同熔型花崗巖。

（4）經過對石英斑巖中成礦元素、斑巖體與礦體的接觸關系、形成年齡、成因聯系等逐項分析認為七寶山礦床的形成與礦區內大量燕山早期的石英斑巖關系密切；其模式極大可能是殼幔同熔成因的石英斑巖作為載體攜帶成礦元素從地幔到近地表，整個上升過程不停進行了各種地球化學作用，并且在構造裂隙等各種導礦構造作用下充填交代成礦。

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