湖南桃林鉛鋅礦區花崗巖地球化學特征及其與成礦的關系

張 鯤，胡俊良，徐德明

（武漢地質礦產研究所，武漢 430205）

桃林鉛鋅礦位于湖南省東北部臨湘市境內，是湖南主要鉛鋅礦基地之一，也是欽杭成礦帶[1-2]上的典型鉛鋅礦床之一。關于桃林鉛鋅礦的成因，早期認為該礦床控礦條件以斷裂構造為主，地層巖石對成礦的控制作用不大，屬中溫熱液裂隙充填型礦床。張九齡等人[3-4]認為，該礦床的形成不僅受斷裂構造、巖體熱能條件的控制，而且還嚴格受地層層位、巖性組合等條件的控制，屬于沉積—熱液改造層控型螢石鉛鋅礦床，并利用H、O同位素分析測得成礦熱液中的水主要來自于雨水，認為幕阜山花崗巖體不富集成礦元素，屬于非巖漿成因。譚漢光[5]通過總結前人S同位素數據認為，該礦床成礦熱液復雜，為多源熱液充填礦床。傅昭仁等人[6-8]認為，桃林斷裂為剝離斷層，幕阜山巖體為變質核雜巖體，成礦作用與伸展型薄皮構造密切相關。筆者在前人研究的基礎上，通過對礦區出露的花崗巖地球化學特征的研究，特別是微量元素地球化學特征研究，探討礦區花崗巖與桃林鉛鋅礦的成因關系。

1 地質構造背景

桃林鉛鋅礦區位于欽杭結合帶西段（欽杭結合帶屬于揚子與華夏兩個古陸塊于晉寧期所形成的碰撞拼接帶）區域褶皺斷裂發育，構造復雜。礦區處于土馬坳扇形背斜東緣、次一級大云山復背斜北翼；背斜軸部主要為燕山期幕阜山花崗巖體。礦區地層從老到新為元古界冷家溪群變質巖、白堊系—新近系紅色礫巖和第四系沖坡積物地層組成[9]。

桃林鉛鋅礦體主要控礦構造為桃林大斷裂。斷裂上盤主要由中元古界冷家溪群千枚狀板巖、板巖、變質砂巖組成。其西部則為上白堊統—新近系所覆蓋，斷裂下盤主要由燕山期花崗巖組成。桃林鉛鋅礦體呈大的“板狀”產于幕阜山花崗巖體西北緣200～300 m寬的巖體與圍巖接觸破碎帶內。礦區東起邱平坳、經杜家沖、銀孔山、上塘沖、官山，西止斷山洞（圖1），東西長約13 km。礦體產狀和形態受斷層控制，礦體形態簡單，以脈狀為主，其次為似層狀、透鏡狀及扁豆狀。

桃林鉛鋅礦區花崗巖（圖1）位于幕阜山花崗巖體西北緣，后者呈大巖基狀分布于湘、鄂、贛三省交界，其侵入主體面積達2530 km2，與元古界冷家溪群淺變質巖系呈侵入接觸。幕阜山花崗巖具早晚兩期四次侵入。燕山早期侵入體巖性主要為黑云母二長花崗巖；晚期三次侵入體巖性分別為:中粗粒二云母二長花崗巖，中粒黑云母二長花崗巖，細粒二云母二長花崗巖[9]。

2 花崗巖的地球化學特征

我們在對桃林鉛鋅礦區花崗巖體地質及其巖石學礦物學特征詳細解剖的基礎上，采集了5件花崗巖元素分析樣品。其中，TL3-2、TL3-3、TL3-4花崗巖樣品賦存在硅化斷裂破碎帶里。破碎帶主要由硅化蝕變角礫巖、糜棱巖化花崗巖和花崗質角礫巖組成，螢石、石英脈發育。破碎帶以鉛鋅礦化為主，次為銅礦化。巖性為中粒似片麻狀二云花崗巖，中粒結構，片麻狀構造，具硅化、白云母化蝕變，主要礦物有鉀長石、斜長石、石英、白云母和黑云母。花崗巖糜棱巖化，也稱為花崗質糜棱巖。TL4-1、TL4-2花崗巖樣品位于巖體內部，為一人工采石場，離礦化點有一定的距離，樣品新鮮，蝕變不強，巖性為中粗粒黑云母二長花崗巖，斑狀結構，塊狀構造，斑晶主要為鉀長石。主要礦物有鉀長石、斜長石、石英和黑云母。據巖石學和礦物學特征，桃林鉛鋅礦區花崗巖是燕山晚期巖漿活動的產物。

主、微量元素測試在中南礦產資源監督檢測中心進行（前者用X-射線熒光光譜法XRF，后者用ICP-MS法），結果見表 1、2。

2.1 主量元素特征

桃林鉛鋅礦區花崗巖主量元素（表1）具有以下特征:

花崗巖SiO2含量較高（﹥70%），Al2O3含量較穩定（14.04%～14.98%），鋁飽和指數（A/CNK）值為(1.05～1.37)，屬弱過鋁質；堿含量 w(Na2O+K2O)變化范圍為6.66%～8.42%，在Middlemost[10-11]全堿-SiO2（即TAS）巖石分類圖解上，屬亞堿性花崗巖系列（圖2）；貧鈣鎂。斷裂帶附近蝕變花崗巖較之巖體內部中粗粒黑云母二長花崗巖具有較高的SiO2、灼失量和較低的CaO、MgO，這可能與花崗巖蝕變有關。

在巖石系列SiO2-K2O圖解上[12]（圖3），TL4-1、TL4-2 落在高鉀鈣堿性巖系；TL3-2、TL3-3、TL3-4落在鉀玄巖系列和高鉀鈣堿性系列之間，推測為花崗巖白云母化等蝕變導致了K等元素含量發生變化。桃林鉛鋅礦區花崗巖應屬于弱過鋁質高鉀鈣堿性系列。

圖1 桃林鉛鋅礦區地質圖Fig.1 Geologic map ofTaolin Pb-Zn deposit

表1 桃林礦區花崗巖主量元素（wt%）分析結果表Table 1 Major element contents of the granite from Taolin deposit

圖2 桃林礦區花崗巖TAS巖石分類圖解Fig.2 TAS diagram for the granite fromTaolin deposit

2.2 微量元素特征

桃林鉛鋅礦區花崗巖的微量元素分析結果（表2）表明，花崗巖具有富輕稀土元素（LREE）和大離子親石元素（LILE），以及貧重稀土元素（HREE）和高場強元素（Nb、Ti）的特征，Ba、U、K、Pb 等大離子親石元素明顯富集（圖4），其含量相當于原始地幔的數十至數百倍。Ti、Nb元素虧損，前者與鈦鐵礦的分離結晶有關，后者顯示源區巖石以陸殼組分為主[13-15]。低的Nb/Ta比值（5～6.03），表明其屬于殼源成因類型（球粒隕石和原始地幔Nb/Ta比值為17.5）。

圖3 桃林礦區花崗巖K2O-SiO2關系圖Fig.3 K2O-SiO2diagram for the granite from Tao lin deposit

從稀土元素球粒隕石標準化配分圖上來看，巖體內部中粗粒黑云母二長花崗巖、斷裂帶蝕變花崗巖具有類似的特點，不同之處在于中粗粒黑云母二長花崗巖具有Eu弱正異常，蝕變花崗巖和糜棱巖化花崗巖具有Eu負異常，可能與斜長石的蝕變有關。花崗巖體稀土元素含量較低，∑REE為56.37×10-6～ 183.84×10-6，平均為 114.92×10-6，低于華南花崗巖的稀土元素總量平均值。球粒隕石標準化的REE配分模式為右傾斜配分模式（圖 5），LREE/HREE為 7.8～23.29，(La/Yb)N=12.21～45.38，LREE 分餾顯著，(La/Gd)N=5.2～ 13.89；HREE弱分餾，(Dy/Yb)N=1.36～1.94。這種右傾斜稀土配分模式，不同于基性巖漿分異成因，與殼幔混熔型花崗巖類似。

表2 桃林礦區花崗巖微量元素分析結果表（×10-6）Table 2 Trace element contents of the granite from Taolin Granite

圖4 桃林礦區花崗巖微量元素原始地幔標準化蛛網圖Fig.4 Primitive mantle-normalized trace element diagram for the granite from Tao lin deposit

圖5 花崗巖稀土元素球粒隕石標準化分布模式Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns for the granite from Taolin deposit

3 討論

通過對礦區花崗巖地球化學特征研究，得出了花崗巖具有殼源成因花崗巖特征，其HREE弱分餾，LREE分餾顯著，稀土配分為右傾斜稀土配分模式，又與殼幔混熔成因花崗巖類似。

3.1 巖石類型及源區

高Sr/Y和La/Yb比值是埃達克質巖漿典型判別特征[17]。桃林鉛鋅礦區中粗粒黑云母二長花崗巖Sr含量高（＞400×10-6），貧Yb和Y（Yb≤1.9×10-6，Y≤18 ×10-6），在 Defant[18]Sr/Y-Y 和(La／Yb)N-YbN圖解上（圖6），中粗粒黑云母二長花崗巖均落在了埃達克巖范圍內，與經典的島弧巖石明顯不同。且中粗粒黑云母二長花崗巖富鋁（Al2O3含量接近15%），富鉀（Na2O/K2O＜1），正Eu異常，虧損HREE，符合中國東部埃達克巖（C型埃達克巖）特征[19-20]。

因為Sr元素對于石榴石和輝石是強不相容元素，而HREE和Y對于石榴子石是強相容元素，而Sr元素主要賦存在斜長石和鉀長石中，Eu元素也主要存在于斜長石中。中粗粒黑云母二長花崗巖，具高的Sr含量，低的Yb和Y含量，高比值Sr/Y和La/Yb、以及高Al2O3含量，HREE平坦型的分布，暗示源區可能有角閃石殘留（石榴子石、輝石、角閃石），沒有斜長石，形成花崗質熔體后殘留相為角閃榴輝巖或含角閃石的輝石巖。

圖6 桃林礦區花崗巖(La／Yb)N/YbN和Sr／Y投影圖[18]Fig.6 Diagrams of Sr/Yvs and(La/Yb)Nvs YbNfor the granite

3.2 花崗巖成因與成巖構造背景

花崗巖地球化學特征還可以反映其源區的構造環境，利用Nb-Y、Ta-Yb圖解（圖7）對樣品進行投圖，均落在了同碰撞花崗巖區域。欽杭結合帶在大地構造位置上屬于揚子和華夏板塊碰撞拼接帶，盡管揚子和華夏板塊在新元古代完成了拼接，但該帶在中侏羅世復活[21]，桃林鉛鋅礦大地構造位置剛好位于欽杭結合帶上。

毛景文等[21]在根據華南金屬礦產最早形成時間及其動力學特點，推測伊澤奈奇大洋板塊大約在175 Ma開始從SE向NW往中國東部大陸板塊俯沖，導致地殼加厚，中國東部大陸邊緣成為了活動大陸邊緣，沿欽杭古板塊焊接帶發生俯沖板片重熔，甚至裂開。隨著大洋板塊持續低角度俯沖，大陸地殼不斷加厚，在碰撞帶弧后地區出現一系列NE向巖石圈伸展帶和深大斷裂，欽杭結合帶正好是這一大規模成巖成礦的西部邊界。

欽杭結合帶在伊澤奈奇大洋板塊向中國東部大陸板塊北西俯沖背景下發生了活化，板片裂開，成為重要的巖漿活動中心帶。由于桃林地區處在弧后伸展構造背景下，碰撞加厚的地殼部分熔融，發育了一系列中酸性侵入巖，即形成了幕阜山花崗巖。

3.3 花崗巖與成礦關系探討

中粗粒黑云母二長花崗巖和蝕變花崗巖的主要礦物有鉀長石、斜長石、石英和黑云母，礦物組分大致相同，不同之處在于后者還可見絹云母，綠泥石等新生蝕變礦物。中粗粒黑云母二長花崗巖和蝕變花崗巖具有大致相同的地球化學特征，部分元素含量的變化，可能與靠近斷裂花崗巖受動力變質作用糜棱巖化、蝕變作用絹云母化等的影響。推測蝕變花崗巖原巖應為中粗粒黑云母二長花崗巖。

圖7 幕阜山花崗巖構造環境判別圖解Fig.7 Discrimination diagrams of tectonic settings for the Mu fushan granites syn-COLG:同碰撞花崗巖；VGA:火山弧花崗巖；ORG:洋脊花崗巖；WPG:板內花崗巖

花崗巖樣品微量元素測試結果顯示其富集Cu、Pb、Zn等成礦元素，5個花崗巖樣品的成礦元素Cu+Pb+Zn平均含量301.28×10-6，其中斷裂帶花崗巖體成礦元素Cu+Pb+Zn平均含量為376.6×10-6，巖體內部成礦元素Cu+Pb+Zn平均含量為186.85×10-6，都高于酸性巖的成礦元素 Cu、Pb、Zn克拉克值之和140×10-6，說明了礦區花崗巖體可能是其成礦元素的一種來源。

在白堊系中有幕阜山花崗巖主體的礫石，而白堊紀地層中又有其晚期小巖體侵入[5]，可見成巖時間持續較長，對成礦十分有利。

桃林大斷裂為一深大斷裂，切割深，表現為韌性剪切斷裂，礦區大多沿該斷裂呈等距分布（如圖1），斷層中發育有一套經過韌性變形動力變質巖，在其分支斷裂（張性小斷裂和巖體接觸帶等）還可以見到一套脆性變形的斷裂角礫巖，礦體主要賦存在脆性變形的斷裂角礫巖中。

在伸展構造背景下，桃林大斷裂開始活動，表現為韌性剪切斷裂，與其呈角度相交配套的分支小斷裂表現為張性斷裂。伴隨著巖漿侵入沿斷裂帶形成熱液流體，靠近斷裂帶的中粗粒黑云母二長花崗巖發生蝕變。退變質作用下又形成了變質水。在熱液流體沿著斷裂帶運移至淺部，地下水參與混合，至此，巖漿水、地下水和變質水混合迭加，在配套的分支脆性小斷裂和巖體接觸帶等成礦有利部位沉淀成礦（圖8）。桃林大斷裂即是容礦構造也是導礦構造。推測成礦年齡應該在中粗粒黑云母二長花崗巖成巖之后，桃林鉛鋅礦應該為多源熱液充填礦床。

圖8 桃林礦區礦體形態剖面示意圖Fig.8 Generalized section showingthe ore-bodyshape in Taolin deposit

4 結論

桃林鉛鋅礦區中粗粒黑云母二長花崗巖為一套弱過鋁質高鉀鈣堿性系列的花崗巖，符合中國東部埃達克巖（C型埃達克巖）特征，高Sr低Yb型，Eu弱正異常，HREE平坦型分布，為同碰撞成因，來源于加厚地殼的底部。花崗巖體富集Cu、Pb、Zn等成礦元素，可能是桃林鉛鋅礦成礦的一種物質來源。

欽杭結合帶在中侏羅世的活化裂開，并隨著大洋板塊持續低角度俯沖，大陸地殼不斷加厚。弧后地區出現一系列NE向巖石圈伸展帶和深大斷裂。在伸展構造的背景下，幕阜山花崗巖侵入，早期侵入為黑云母二長花崗巖，晚期在桃林大斷裂附近侵入中粗粒黑云母二長花崗巖。由于巖漿繼續侵入，以及桃林大斷裂活動，形成的熱液沿著斷裂帶運移，中粗粒黑云母二長花崗巖發生蝕變，熱液遭受地下水和變質水混合疊加，在分支脆性斷裂破碎帶和巖體接觸帶等成礦有利部位充填成礦。桃林鉛鋅礦為多源熱液充填礦床，其形成時間晚于中粗粒黑云母二長花崗巖。

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