贛北大湖塘超大型鎢礦多期似斑狀花崗巖巖漿作用、成因及意義

吳顯愿，張智宇,鄭遠川，戴佳良，樊獻科，盛俞策

(1. 中國地質大學 地球科學與資源學院， 北京 100083； 2. 中國地質科學院 地質研究所， 北京 100037)

大湖塘地區是近年查明的一個世界級超大型鎢礦產地。該區燕山期花崗巖的巖性多樣，且與成礦關系密切，主要由似斑狀花崗巖、細粒黑云母花崗巖、中細粒白云母花崗巖、中粗粒二云母花崗巖以及花崗斑巖等組成。其中，似斑狀花崗巖與巨量鎢的富集密切相關(彭花明等， 2016； Weietal., 2018； Zhangetal., 2019)。多年來，前人對大湖塘花崗巖做了系統性研究(黃蘭椿等， 2013； 左全獅等， 2014； 張志輝等， 2014； 項新葵等， 2015； 葉澤宇等， 2016； Maoetal., 2015； Songetal., 2018)，但對多種花崗巖形成的精確年齡、巖漿序列、成因等問題依然存在爭議和不足。

就似斑狀花崗巖而言，前人已查明有兩期巖漿作用，分別是北區石門寺似斑狀黑云母花崗巖和南區獅尾洞似斑狀白云母花崗巖，認為北區似斑狀黑云母花崗巖形成于150.0～147.3 Ma(毛志昊， 2016； 葉海敏等， 2016； 潘大鵬等， 2017)，是上地殼巖石在陸內拼貼擠壓環境下熔融演化而成的S型花崗巖(項新葵等， 2012)。而南區似斑狀白云母花崗巖的成巖年齡為144.2±1.3 Ma，是富泥質巖石在拉張構造環境下通過部分熔融形成的強過鋁質S型花崗巖(黃蘭椿等， 2012)。筆者在地質調研中，識別出南區似斑狀二云母花崗巖，其巖漿結晶年齡明顯晚于上述兩期巖漿作用。南、北區似斑狀花崗巖是否屬于同一巖石單元？巖漿源區及構造環境有何異同？這些問題還沒有一個定論，限制了對大湖塘地區燕山期巖漿序列及其成因的認識。

本文在前人研究的基礎上，對大湖塘南區似斑狀二云母花崗巖進行了精細的獨居石和鋯石U-Pb同位素年齡測定，開展了巖相學、巖石地球化學及鋯石Hf同位素研究，并對比研究了南、北區似斑狀花崗巖的巖石成因、物質來源、構造背景及意義。該研究對深化理解大湖塘鎢礦巖漿序列及礦床成因有重要意義。

1 地質背景與巖石學

大湖塘鎢銅礦集區位于江西省九嶺山脈中段北部三縣(武寧、修水、靖安)交界區域。研究區地處揚子地塊東南緣，屬于江南造山帶中段，北鄰長江中下游成礦帶九瑞銅多金屬礦集區(圖1a)(蔣少涌等， 2015)，區域構造位于贛北北東向構造帶的九嶺-官帽山復式背斜與武寧-宜豐北北東向走滑沖斷-伸展構造的復合部位，屬九嶺北北東向鎢銅鉬多金屬成礦帶(林黎等， 2006a， 2006b)。

區域地層為新元古代雙橋山群淺變質巖(Wangetal., 2008； 高林志等， 2008， 2012)，為一套斷陷環境下形成的深海火山-碎屑巖沉積建造(徐國輝等， 2013)。巖性以變余云母細砂巖為主，其次為板巖、千枚狀頁巖，是成礦的主要圍巖(徐國輝等， 2013)。

區域構造十分發育，褶皺構造為九嶺復式褶皺中的靖林-操兵場次級背斜東延部分，斷裂構造按走向可分為近東西向(或北東東向)、北東-北北東向、近南北向、北西向4組，其中，近東西向和北東-北北東向兩組斷裂最為重要，為區內主要的控巖控礦斷裂構造(徐國輝等， 2013)。

區域內侵入巖主要為晉寧期黑云母花崗閃長巖和燕山期巖漿巖。晉寧期黑云母花崗閃長巖呈巖基產出，是九嶺巖基的重要組成部分，侵入于雙橋山群中(彭花明等， 2016)。燕山期花崗巖體主要呈巖株、巖瘤及巖枝狀產出，大部分侵入黑云母花崗閃長巖基中，少數侵入于雙橋山群中，是主要的成礦母巖(彭花明等， 2016)。巖性主要為似斑狀花崗巖、細粒黑云母花崗巖、中細粒白云母花崗巖、中粗粒二云母花崗巖以及花崗斑巖。

圖 1 大湖塘地區區域大地構造位置[a， 據楊明桂等(2004)改編]及地質簡圖[b， 據項新葵等(2012a)、左全獅等(2014)改編]Fig.1 Location and tectonic setting (a, modified after Yang Minggui et al., 2004) and geological sketch map (b, modified after Xiang Xinkui et al., 2012a; Zuo Quanshi et al., 2014) of the Dahutang area

根據目前勘探和開采現狀，可將大湖塘礦集區劃分為3個區，即北區石門寺礦區、大霧塘礦區和南區獅尾洞礦區(圖1b)，本次研究工作主要集中在獅尾洞礦區(圖2)。獅尾洞礦區出露地層為新元古代雙橋山群淺變質巖，以粉砂質板巖和變余粉砂巖為主。出露的巖漿巖主要為晉寧期黑云母花崗閃長巖。鉆孔及坑道工程揭露的燕山期巖漿巖有中細粒黑云母花崗巖、細粒白云母花崗巖、似斑狀二云母花崗巖以及花崗斑巖等，呈巖瘤、巖株或巖枝產出。礦區構造十分發育，主要的控巖控礦構造為3條規模較大的斷裂F4、F5、F6(蔣少涌等， 2015)。

圖 2 獅尾洞礦床地質簡圖[據蔣少涌等(2015)改編]Fig.2 Geological map of the Shiweidong ore deposit (modified after Jiang Shaoyong et al., 2015)

本次研究樣品采自獅尾洞礦區的3個鉆孔： ZK0-15、ZK1-13、ZK5-8，巖性均為似斑狀二云母花崗巖(圖3)，巖石呈灰白色，似斑狀結構，塊狀構造，由斑晶(～55%)和基質(～45%)組成。斑晶主要為石英(40%～45%)、斜長石(30%～35%)和鉀長石(20%～25%)。其中，石英呈煙灰色，它形粒狀，粒徑3～8 mm；斜長石呈灰白色，板狀或粒狀，粒徑2～4 mm；鉀長石呈淺肉紅色，它形粒狀為主，次為半自形板柱狀，粒徑1～2 mm。基質具有花崗結構，主要由石英(30%～35%)、斜長石(20%～25%)、鉀長石(15%～20%)、白云母(15%～20%)及黑云母(～15%)組成。石英與斑晶中的石英類似，粒徑1 mm左右；斜長石呈灰白色，它形粒狀，粒徑0.5～1 mm；鉀長石呈淺肉紅色，它形粒狀，粒徑0.5～1 mm；白云母呈白色，鱗片狀，大小0.5～1 mm；黑云母呈黑色，片狀，大小0.5～1 mm。副礦物(<2%)主要為鈦鐵礦、磷灰石、鋯石、獨居石等。巖石較新鮮，蝕變很弱，僅見斑晶中鉀長石局部被白云母交代。

2 分析方法

用于鋯石和獨居石U-Pb同位素年代學測定的似斑狀二云母花崗巖(鋯石樣品16K4-G1、16K12-G、獨居石樣品16K4-G1)經過破碎、浮選和電磁選等方法后制作成靶，進行鏡下透射光、反射光照相及陰極發光(CL)分析，根據陰極發光分析結果選擇合適的測定區域進行測年分析。鋯石U-Pb定年及其微量元素分析在北京科薈測試技術有限公司完成，采用的激光剝蝕系統為ESI NWR 193 nm，電感耦合等離子體質譜儀是AnalytikJena PlasmaQuant MS Elite ICP-MS。激光束斑的剝蝕孔徑為25 μm，剝蝕時間60 s，激光脈沖重復頻率6 Hz，能量密度約為2.5 J/cm，詳細實驗測試過程可參見侯可軍等(2009)。對分析數據的離線處理采用軟件ICPMSDataCal(Liuetal., 2010)完成，鋯石年齡諧和圖用Isoplot程序獲得。鋯石微量元素含量利用SRM610作為外標、Si作內標的方法定量計算(Liuetal., 2010)。獨居石U-Pb同位素年代學測定在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室采用激光剝蝕電感耦合等離子體質譜儀(LA-ICP-MS)完成。分析過程中激光束斑直徑為16 μm，并采用標準獨居石91500作標樣進行校正，實驗原理和詳細的測試方法見文獻(Jacksonetal., 2004)，同位素比值、年齡和誤差采用軟件ICPMSDataCal計算獲得，普通鉛校正采用Andersen(2002)的方法進行，年齡計算和諧和圖的繪制用Isoplot程序完成(Ludwig, 2003)。

巖石的主量、微量及稀土元素測試在核工業北京地質研究院分析測試中心完成。主量元素分析采用X射線熒光光譜法(XRF)，所用儀器為飛利浦PW2404 X射線熒光光譜儀，元素的測定精度可達0.01%，分析誤差<5%。微量元素分析采用HR-ICPMS(Element Ⅰ)儀器，測試方法參照DZ/T0223-2001[電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)]方法，微量元素含量大于10 μg/g時相對誤差小于5%，小于10 μg/g的相對誤差小于10%。利用Geokit軟件對分析數據進行巖石地球化學數據處理(路遠發， 2004)。

鋯石Hf同位素測試在北京科薈測試技術有限公司采用LA-MC-ICP-MS微區原位分析方法完成，測試儀器為193 nm激光多接收等離子質譜儀(MC-ICP-MS)。實驗過程中，采用氦氣作為剝蝕樣品物質載氣，剝蝕直徑為50 μm，采用鋯石國際標樣GJ-1作為參考標準，測試點與鋯石U-Pb測年分析點位于同一顆鋯石的相同或相鄰位置。相關儀器運行條件及實驗分析流程見文獻 ( 侯可軍等, 2007) 。計算時176Lu的衰變常數采用1. 867×10-11/a (吳福元等, 2007)； 球粒隕石的176Lu /177Lu=0. 033 2，176Hf /177Hf = 0. 282 772 ( Bouvieretal. , 2008)，虧損地幔的176Hf /177Hf = 0. 283 25和176Lu /177Lu=0. 038 4 ( Vervoortetal., 1999 )，平均地殼的176Lu /177Hf=0. 015 ( Griffinetal., 2002) 。

3 分析結果

3.1 鋯石特征、稀土元素特征及U-Pb定年

兩件似斑狀二云母花崗巖樣品中，16K4-G1(圖4a)的鋯石透明，呈淺黃色，大部分鋯石結晶較好，為長柱狀自形晶體，長50～120 μm，長寬比大多為2∶1～5∶1。鋯石在陰極發光(CL)圖像中呈黑色，環帶不明顯，這可能是受該鋯石中高U、Th含量的影響。樣品16K12-G(圖4b)的鋯石為無色透明或淺黃色，自形程度較好，長40～100 μm，長寬比大多在1∶1～4∶1。樣品中有部分鋯石在CL圖像中呈黑色，環帶不明顯，也有部分鋯石具有明顯的內部結構及典型的巖漿振蕩環帶，符合巖漿鋯石特點。

兩件似斑狀二云母花崗巖樣品的鋯石原位稀土元素分析結果見表1。由表1可知，鋯石稀土元素總量ΣREE為1 236×10-6～39 387×10-6，平均5 824×10-6，LREE/HREE值變化于0～4.4之間，(La/Yb)N均值為0.15。如圖5所示，鋯石稀土元素配分曲線總體較陡，呈左傾型，表現為輕稀土元素虧損、重稀土元素富集的特征，Eu/Eu*值為0.02～0.11，Ce/Ce*值為0.84～10.78，具有明顯的Ce正異常和Eu負異常，屬典型的巖漿成因鋯石。

兩件似斑狀二云母花崗巖樣品(16K4-G1、16K12-G)的鋯石U-Pb同位素測試結果列于表2。樣品16K4-G1和16K12-G各測試了25個點，分別有11和13個測試點由于信號積分區間太窄或諧和度較低不可用。樣品16K4-G1諧和度>90%的樣品點有14個，該樣品的14個測點的Th含量變化于128×10-6～3 827×10-6之間, U含量變化于2 841×10-6～34 704×10-6之間, Th/U值為0.01～0.16，在諧和圖上年齡點較為集中,206Pb/238U加權平均年齡為130.0±2.2 Ma(圖6a)；樣品16K12-G諧和度>90%的樣品點有12個，該樣品的12個測點的Th含量變化于50.2×10-6～1 184×10-6之間, U含量變化于238×10-6～25 886×10-6之間,Th/U值為0.01～0.30，在諧和圖上年齡點較為集中,206Pb/238U加權平均年齡為128.6±2.3 Ma(圖6b)。

圖 4 獅尾洞似斑狀二云母花崗巖中鋯石陰極發光圖像(實線圈代表U-Pb年齡測試點，虛線圈代表Lu-Hf同位素測試點)Fig. 4 Cathodoluminescence (CL) images of zircons from porphyritic two-mica granite in Shiweidong (The solid circle represents the U-Pb age test point, and the dotted circle represents the Lu-Hf isotope test point)

樣號LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLuδEuδCe(La/Yb)NLREE/HREEΣREE16K4-G1 似斑狀二云母花崗巖18.63 21.00 2.04 9.50 13.30 0.69 70.4 56.9 830 294 1 295 296 2 652 371 0.06 1.17 0.00 0.01 5 920.52 22.32 8.35 0.97 6.18 6.84 0.34 30.6 28.9 424 151 713 191 1 972 301 0.06 1.34 0.00 0.01 3 837.26 30.84 5.74 1.00 8.84 15.60 0.71 62.0 49.1 746 271 1 223 283 2 610 367 0.06 1.30 0.00 0.01 5 644.42 410.60 27.50 3.03 16.70 18.70 0.87 77.3 59.0 893 312 1 324 306 2 779 392 0.06 1.15 0.00 0.01 6 219.39 64.11 18.20 2.54 13.40 9.23 0.54 41.2 26.4 368 138 650 180 1 746 261 0.07 1.32 0.00 0.01 3 458.28 7939.00 1 712.00 203.00 793.00 176.00 2.86 234.0 84.1 1 006 359 1 511 370 3 212 467 0.04 0.90 0.20 0.53 11 067.35 90.19 1.26 0.20 3.23 13.30 0.53 85.5 60.0 843 307 1 319 314 2 753 381 0.04 1.37 0.00 0.00 6 081.51 108 063.00 14 589.00 1 597.00 6 471.00 1 360.00 13.90 1 091.0 167.0 1 193 339 1 318 286 2 555 345 0.03 0.92 2.13 4.40 39 386.77 121.00 5.94 1.26 9.08 17.50 0.67 101.00 64.1 910 336 1 467 354 3 194 458 0.04 1.08 0.00 0.01 6 918.06 170.58 2.74 0.74 8.78 18.8 0.73 124 78.9 1 127 415 1 834 442 3 986 572 0.03 0.85 0.00 0.00 8 611.49 190.00 1.08 0.05 1.76 7.36 0.16 52.0 25.8 313 112 482 113 1 056 160 0.02 7.05 0.00 0.00 2 324.40 21992.00 1 869.00 225.00 969.00 211.00 2.19 198.00 45.1 418 136 558 128 1 142 168 0.03 0.92 0.59 1.53 7 062.39 225.76 23.40 4.12 23.30 21.40 0.88 53.90 27.5 338 116 526 145 1 539 233 0.08 1.11 0.00 0.03 3 057.62 253.10 19.30 3.04 18.50 24.40 0.97 104.00 59.3 820 288 1228 296 2 617 356 0.05 1.37 0.00 0.01 5 837.18 16K12-G 似斑狀二云母花崗巖50.45 3.91 0.56 4.03 4.51 0.46 23.8 16.7 212 79.0 324 81755 105 0.11 1.61 0.00 0.01 1 611.09 61 114.00 1 985.00 231.00 958.00 174.00 3.08 165.0 36.4 340 109 433 91 870 116 0.05 0.90 0.86 2.07 6 625.67 752.30 103.00 9.73 40.20 17.30 0.75 63.7 31.5 387 142 592 162 1 424 213 0.06 1.03 0.02 0.07 3 239.30 80.02 0.91 0.06 1.44 7.51 0.30 55.0 28.0 352 125 523 122 1 139 168 0.03 4.25 0.00 0.00 2 522.31 120.08 5.29 0.46 3.84 8.84 0.54 44.7 17.6 192 60 248 56 523 76 0.07 3.26 0.00 0.02 1 235.74 130.00 1.05 0.07 1.99 8.61 0.27 54.9 23.1 259 90 384 90 825 123 0.03 4.54 0.00 0.01 1 862.11 140.58 3.43 0.19 1.62 6.73 0.39 64.2 40.2 506 174 715 170 1 583 226 0.04 2.48 0.00 0.00 3 490.72 160.04 0.64 0.07 1.45 6.10 0.42 46.6 26.4 318 110 473 114 1 009 150 0.05 2.26 0.00 0.00 2 255.30 210.04 4.10 0.10 1.99 7.32 0.58 49.9 21.7 258 89 359 80 723 114 0.07 10.78 0.00 0.01 1 709.13 220.30 2.97 0.15 1.74 4.40 0.31 33.7 17.5 233 84 354 83 788 112 0.06 3.40 0.00 0.01 1 714.77 23193.00 321.00 39.80 174.00 55.80 1.00 139.0 68.0 884 303 1 310 302 2 721 359 0.03 0.84 0.05 0.13 6 870.51 250.01 0.41 0.02 0.74 4.13 0.12 37.6 25.1 343 130 566 142 1 413 193 0.02 4.38 0.00 0.00 2 853.56

注： 表中點號與鋯石U-Pb定年點號一一對應。

圖 5 獅尾洞似斑狀二云母花崗巖鋯石稀土元素標準化配分曲線(球粒隕石標準值引Boynton, 1984)Fig.5 Standardized partition curve of zircon REE from porphyritic two-mica granite in Shiweidong (after Boynton,1984)

3.2 獨居石特征及U-Pb定年

鋯石因其礦物穩定性高，富含U、Th，低普通Pb，是U-Pb同位素定年的首選對象。然而，研究表明，與鎢錫礦有關的高分異花崗巖，其鋯石U含量普遍較高(U>2 000 μg/g)，容易發生鋯石蛻晶化，使得鋯石原位U-Pb年齡散亂、誤差較大(Lietal., 2013)。大湖塘地區與鎢礦有關的花崗巖多屬于此類高U鋯石(黃蘭椿等， 2012， 2013)，且鋯石顆粒較小，長寬比大，這可能是導致鋯石U-Pb年齡測試中有較多測點信號積分區間太窄或諧和度低的主要原因。獨居石作為一種常見于高分異酸性巖中的副礦物，富含Th、U，初始普通Pb含量較低，且不易發生蛻晶化，是Th-Pb和U-Pb同位素定年的理想對象(Harrisonetal., 2002； Seydoux-Guillaumeetal., 2002； Lietal., 2013)。因此，本文又對似斑狀二云母花崗巖進行了獨居石U-Pb定年，對成巖年齡進行約束，提高其可靠性，同時，還能了解“高U效應”對鋯石U-Pb同位素測年結果的影響。

圖 6 獅尾洞似斑狀二云母花崗巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig. 6 Concordia diagrams showing zircon U-Pb data of the Shiweidong porphyritic two-mica granite

樣品16K4-G1(圖7)的獨居石呈淺黃色，透明，半自形到自形，為短柱狀、近等軸狀，自形狀，粒度較鋯石大，在80～120 μm之間，在CL圖像中呈灰黑色，具有明顯的巖漿環帶。

1件似斑狀二云母花崗巖樣品(16K4-G1)的獨居石U-Pb同位素測試結果列于表3。測試結果中，樣品16K4-G1諧和度>90%的樣品點有16個，其206Pb/238U加權平均年齡為128.3±1.7 Ma(圖8)。

3.3 巖石地球化學特征

獅尾洞似斑狀二云母花崗巖代表性樣品的主、微量元素測試結果列于表4。

由表4可知，獅尾洞似斑狀二云母花崗巖SiO2含量為72.83%～74.59%，平均為73.86%；K2O/Na2O值變化于1.16～1.32之間，平均為1.24；(Na2O+K2O)含量在7.67%～8.7%，平均為8.13%；Al2O3含量為14.10%～15.03%，平均為14.51%；CaO含量極低，為0.67%～0.80%，平均為0.73%；MgO含量也低，在0.23%～0.29%，平均為0.27%。巖石表現為富硅、富堿，貧鈣、貧鎂的特征。在硅堿圖(圖9a)上，巖石樣品均落在亞堿性系列；在巖石系列K2O-SiO2圖解(圖9b)中，絕大多數點均投影于高鉀鈣堿性系列，而北區個別點落于鉀玄巖系列；在A/NK-A/CNK圖中投點均落在過鋁質區域(圖9c)。南區似斑狀二云母花崗巖和似斑狀白云母花崗巖A/CNK值基本上相同，分別為1.17～1.23和1.16～1.24(黃蘭椿等， 2012)，整體上高于北區似斑狀黑云母花崗巖(A/CNK=1.09～1.16)(項新葵等， 2012； 彭花明等， 2016)，表明南區較北區似斑狀花崗巖的過鋁質程度更高。

圖 7 獅尾洞似斑狀二云母花崗巖中獨居石陰極發光圖像Fig. 7 Cathodoluminescence (CL) images of monazites from porphyritic two-mica granite in Shiweidong

圖 8 獅尾洞似斑狀二云母花崗巖獨居石U-Pb年齡諧和圖Fig.8 Concordia diagrams showing monazite U-Pb data of the porphyritic two-mica granite in Shiweidong

獅尾洞似斑狀二云母花崗巖的稀土元素組成特征總體表現為稀土元素總量較低，ΣREE變化于51.02×10-6～58.67×10-6之間，這可能是由于鋯石和磷灰石結晶分離和(或)在巖漿演化階段的晚期REE隨著F-REE、Cl-REE的絡合物進入流體引起的(Tayloretal., 1981； Irber, 1999)。在稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖(圖10a)上，稀土元素表現出右傾斜的配分特征。南區似斑狀二云母花崗巖LREE/HREE為6.32～7.36，(La/Yb)N為7.72～9.29，Eu/Eu*在0.33～0.46，而似斑狀白云母花崗巖LREE/HREE為9.88～11.7，(La/Yb)N為15.1～19.0，Eu/Eu*在0.13～0.24(黃蘭椿等， 2012)；北區似斑狀黑云母花崗巖LREE/HREE為8.84～14.81，(La/Yb)N為11.9～28.4，Eu/Eu*在0.13～0.63(項新葵等， 2012； 彭花明等， 2016)。總體上，南北區樣品均富集輕稀土元素，輕重稀土元素分餾明顯，但北區似斑狀花崗巖的輕重稀土元素分餾較南區更顯著，南區似斑狀白云母花崗巖較似斑狀二云母花崗巖分餾更顯著，這可能是由于鋯石和磷灰石的結晶分離分別引起MREE和HREE含量的降低。均具有強烈的Eu負異常，可能由于源區部分熔融時殘留斜長石導致了Eu的強烈負異常。

在微量元素的原始地幔標準化圖解(圖10b)中，大湖塘似斑狀花崗巖的微量元素配分曲線均呈右傾趨勢，且表現出富集Rb、Th、U等大離子親石元素(LILE)，貧Ba、Nb、Sr、Ti等元素的特征。其中，南區似斑狀二云母花崗巖Nb含量為5.56×10-6～18.6×10-6，Rb/Sr值為7.6～15.9， 似斑狀白云母花崗巖Nb含量為16.6×10-6～19.6×10-6， Rb/Sr值為19.3～26.3(黃蘭椿等， 2012)；北區似斑狀黑云母花崗巖Nb含量為5.6×10-6～16×10-6，Rb/Sr值為5.1～17.2(項新葵等， 2012； 彭花明等， 2016)。整體來說，南北區巖石均表現出Nb負異常和高Rb/Sr特征，且南區似斑狀白云母花崗巖和北區似斑狀黑云母花崗巖較南區似斑狀二云母花崗巖Nb負異常更顯著，Rb/Sr值更高。

表 4 獅尾洞似斑狀二云母花崗巖主量(wB/%)、微量和稀土元素(wB/10-6)組成及相關參數Table 4 Major(wB/%), trace and rare earth element(wB/10-6)content and related geochenical parameters of the Shiweidong porphyritic two-mica granite

續表 4 Continued Table 4

圖 9 大湖塘似斑狀花崗巖的TAS圖解(a， 據Middlemost， 1994)、K2O-SiO2巖石系列判別圖(b， 據Le Maitre等， 1989)和巖石鋁飽和指數判別圖解(c， 據Rollinson， 1993)Fig.9 TAS diagram (a, after Middlemost, 1994) , K2O-SiO2 diagram (b, after Le Maitre et al. , 1989) and A/NK-A/CNK diagram (c, after Rollinson，1993) for the porphyritic granite in Dahutang

圖 10 大湖塘似斑狀花崗巖稀土元素球粒隕石標準化配分曲線(a)及微量元素原始地幔標準化蜘蛛網圖(b)Fig.10 Chondrite-normalized REE patterns(a) and primitive mantle-normalized trace element spidergrams(b) for the Dahutang porphyritic granite球粒隕石標準化值據Boynton(1984)，原始地幔標準化值據McDonough和Sun(1995)normalized values for chondrite after Boynton(1984); primitive mantle after McDonough and Sun(1995)

3.4 鋯石Hf同位素特征

獅尾洞似斑狀二云母花崗巖樣品的鋯石Lu-Hf同位素分析結果見表5。由表可知，兩件獅尾洞似斑狀二云母花崗巖樣品(16K4-G1、16K12-G)的鋯石初始176Hf /177Hf值較一致，介于0.282 488～0.282 730之間，均值為0.282 570；以相對應的鋯石分析點的207Pb/206Pb年齡值計算，得出εHf(t)值為-7.31～0.58，絕大多數小于-2.24，均值為-4.56；Hf同位素二階段模式年齡(tDM2)變化于1 652.65～1 147.41 Ma之間，均值為1 475.88 Ma。

4 討論

4.1 成巖年齡及其區域意義

大湖塘地區燕山期花崗巖巖性繁多，區域上產出有似斑狀花崗巖、白云母花崗巖、黑云母花崗巖及花崗斑巖，不同種類的花崗巖按礦物含量或粒度又可分為多種巖性，巖漿期次極其復雜。前人對該地區燕山期巖漿巖的成巖年齡做過一系列研究，林黎等(2006a, 2006b)通過黑云母K-Ar同位素測年得出大湖塘燕山期巖漿巖年齡為150～134 Ma，并將燕山早期的巖漿活動粗略地劃分成燕山早期3個侵入期次；Song 等(2018)認為大湖塘燕山期巖漿作用與成礦作用主要發生在兩個時期，即晚侏羅世(約153～147 Ma)和晚侏羅世至早白堊世(約146～130 Ma)。對于與成礦密切相關的似斑狀花崗巖，在北區石門寺和南區獅尾洞都有產出，葉海敏等(2016)利用獨居石 LA-ICP-MS U-Pb定年方法測得北區似斑狀黑云母花崗巖的成巖年齡為150.0±0.7 Ma，這一年齡是比較可信的，是晚侏羅世時代巖漿作用的產物；黃蘭椿等(2012)通過鋯石U-Pb定年獲得南區似斑狀白云母花崗巖的成巖年齡為144.2±1.3 Ma。而本文對南區似斑狀二云母花崗巖分別開展了鋯石和獨居石LA-ICP-MS U-Pb定年工作，兩件似斑狀二云母花崗巖鋯石的巖漿結晶年齡分別為130.0±2.2 Ma和128.6±2.3 Ma，與獨居石U-Pb定年給出的結果(128.3±1.7 Ma)基本吻合，均在128 Ma左右，這一年齡代表了似斑狀二云母花崗巖的成巖年齡，形成于早白堊世，明顯晚于似斑狀黑云母花崗巖及似斑狀白云母花崗巖巖漿作用的時間。這一結果表明，大湖塘地區似斑狀花崗巖在燕山期至少有3期，從早到晚依次為石門寺似斑狀黑云母花崗巖、獅尾洞似斑狀白云母花崗巖和似斑狀二云母花崗巖。

表 5 獅尾洞似斑狀二云母花崗巖鋯石Lu-Hf同位素分析結果Table 5 Lu-Hf isotopic data of the Shiweidong porphyritic two-mica granite

4.2 區域似斑狀花崗巖成因對比及成礦意義

前人研究表明，大湖塘南區似斑狀白云母花崗巖在巖石成因上屬于強過鋁質的S型花崗巖，其源巖很可能是來自于雙橋山群中的富泥質巖石(黃蘭椿等， 2012)。北區似斑狀黑云母花崗巖是內陸拼貼環境下形成的S型花崗巖，由上地殼巖石熔融、同源演化而成(項新葵等， 2012； 彭花明等， 2016)。南區似斑狀二云母花崗巖具有高的SiO2、Al2O3、K2O，低TiO2、MnO和CaO的特征，K2O+Na2O變化范圍為7.67%～8.7%，K2O/Na2O=1.16～1.32；CaO/Na2O=0.17～0.23，鋁飽和指數A/CNK=1.17～1.23，屬高鉀鈣堿性花崗巖(圖9a、9b)。

巖石的鋁飽和指數A/CNK均大于1，顯示其為強過鋁質花崗巖(圖9c)。稀土元素配分模式圖(圖10a)顯示，巖石富集輕稀土元素，輕重稀土元素分餾明顯，北區似斑狀花崗巖的輕重稀土元素分餾較南區更顯著；巖石呈現出明顯的Eu負異常特征，是典型的過鋁質花崗巖的稀土元素特征。Miller(1985)研究表明，強過鋁質花崗巖的礦物學標志是比黑云母更富鋁的礦物(如白云母、石榴石等)的出現。大湖塘似斑狀花崗巖富含白云母，南區白云母含量明顯多于北區，這也表明大湖塘似斑狀花崗巖均屬過鋁質花崗巖，且南區巖石過鋁質程度高于北區。

前人通過Sr-Nd同位素研究推測獅尾洞似斑狀白云母花崗巖的源區很可能來源于雙橋山群的富泥質巖石(黃蘭椿等， 2012)。鋯石Hf同位素作為有力的地球化學示蹤技術已廣泛應用于揭示地殼演化和巖漿源區判別(吳福元等， 2007)。獅尾洞似斑狀二云母花崗巖和石門寺似斑狀黑云母花崗巖的鋯石176Hf /177Hf值分別介于0.282 488～0.282 730和0.282 435～0.282 590(Weietal., 2018)之間，εHf(t)值分別介于-7.31～0.58和-8.60～-3.10 (Weietal., 2018)之間，二階段模式年齡(tDM2)均值分別為1 475.88 Ma和1 579.88 Ma，均與雙橋山群地層的年齡值(<1.8 Ga)相符(周效華等， 2012； Weietal., 2018)，指示似斑狀花崗巖的源區可能來源于古老下地殼物質的重熔(圖11)，顯示出S型花崗巖的源區特征(Allègre and Ben Othman, 1980; Chappell, 1999； Peter and Roland, 2003)。獅尾洞似斑狀二云母花崗巖有1個測點的εHf(t)值相對較高，為0.58，暗示巖石在形成過程中可能有少量新生物質的參與(侯可軍等， 2007； 吳福元， 2007)。此外，獅尾洞似斑狀二云母花崗巖內鋯石微量元素具有較高的ΣREE(1 236×10-6～39 387×10-6，平均為5 824×10-6)和明顯的Ce正異常(Ce/Ce*=0.84～10.78)及強烈的Eu負異常(Eu/Eu*=0.02～0.11)，顯示出殼源巖漿鋯石的稀土元素特征(Lietal., 2000)。

圖 11 大湖塘似斑狀花崗巖εHf(t)-t年齡圖Fig.11 The plots of the εHf(t) versus t age diagram for the zircon of the Dahutang porphyritic granite

野外地質調查發現，大湖塘地區區域地層主要為新元古代雙橋山群淺變質巖，在南北區均有雙橋山群地層出露，但南區出露面積較北區更大，更富泥質，這為大湖塘燕山期花崗巖巖漿的形成提供了物質基礎。實驗表明，不同沉積巖(如泥質巖和雜砂巖)通過部分熔融產生的熔體差別較大(Sylvester, 1998； Douce, 1999)。因此，可以通過研究巖石的某些特征參數來反推源區特征，巖石CaO/Na2O值已被廣泛應用于識別過鋁質S型花崗巖的源區特征。一般地，CaO/Na2O<0.3時為泥質巖石的部分熔融，CaO/Na2O>0.3時為雜砂巖的部分熔融(Patino-Douce and Johnston, 1991； Skjerlie and Johnston, 1996)。大湖塘南區獅尾洞似斑狀二云母花崗巖和似斑狀白云母花崗巖CaO/Na2O值相差不大，分別為0.17～0.26和0.16～0.25，均小于0.3，顯示出相同的物質來源，均為富泥質巖石部分熔融而成；而北區石門寺似斑狀黑云母花崗巖CaO/Na2O=0.15～0.4，平均為0.28，顯示出泥質巖和雜砂巖共同參與部分熔融的結果。總體上南區似斑狀花崗巖較北區有更低的CaO/Na2O值，指示獅尾洞似斑狀花崗巖的源巖比石門寺更富泥質，這與我們野外觀察到的南區雙橋山群地層較北區更富泥質相吻合。

在原始地幔標準化的微量元素蛛網圖上(圖10b)，所有樣品均表現出富集Rb、Th和U等大離子親石元素(LILE)，貧Ba、Nb、Ta、Sr、Ti等元素的特征。所有樣品的Rb=360×10-6～707×10-6，均高于花崗巖的平均值(200×10-6)；Sr(21.7×10-6～74.2×10-6)和Ba(45.2×10-6～234×10-6)均明顯低于花崗巖的平均值(Sr=300×10-6，Ba=830×10-6)。Ba和Sr虧損反映巖漿經歷了較高程度的巖漿演化，較低的Nb/Ta(2.04～6.54)和Zr/Hf(24.58～35.56)值反映巖石發生了明顯的分異，可能與云母和鋯石的分離結晶有關；而Rb、Th和U等大離子親石元素富集，Nd和Ta虧損反映巖漿的源巖為陸殼物質(李正輝等， 2013)。此外，前人在大湖塘似斑狀黑云母花崗巖頂部發現了似偉晶巖殼(張智宇等， 2015)。似偉晶巖殼的出現，指示巖漿經歷了高度分異作用，這表明大湖塘似斑狀花崗巖是高分異花崗巖。綜合以上信息可知，大湖塘似斑狀花崗巖是雙橋山群富泥質巖石部分熔融形成的強過鋁質S型花崗巖，母巖漿在演化過程中經歷了高度分異作用。

高分異花崗巖具有成礦專屬性，與W、Sn等金屬礦化密切相關(吳福元等， 2017)。華南古老基底雙橋山群的W含量高達9.16×10-6，相對平均地殼(W平均含量為1.0×10-6)富集9倍(Erteletal., 1996； Rudnick and Gao, 2004； Arevalo and McDonough, 2008； 彭花明等， 2016)。在早燕山期，大湖塘地區區域地殼增厚，處于地殼深處的雙橋山群發生脫水，并在隨后的熱松弛作用下進一步發生深熔作用而產生巖漿，且在部分熔融過程中，源巖中的W趨于進入巖漿(Erteletal., 1996； 彭花明等， 2016)。這為地殼部分熔融后成礦流體的演化提供了物質基礎。大湖塘似斑狀花崗巖樣品中W的平均含量為119×10-6，大約是源巖雙橋山群富泥質巖石的13倍，反映了成礦元素W在源巖部分熔融時，大量地轉移到似斑狀花崗巖巖漿中。巖漿的高度分異作用，可以使殘余巖漿中的W得到進一步富集(Fogliataetal., 2012)，而大湖塘南區似偉晶巖殼代表了高分異花崗質巖漿系統早期出溶的富水流體，反映了早期高溫、高δ18O、富堿金屬元素、低氧逸度的酸性流體(Zhangetal., 2019)，這種特殊性質的流體可以攜帶W向圍巖遷移，進而在圍巖有利的容礦部位中富集成礦。

4.3 巖漿構造環境

S型花崗巖或強過鋁質花崗巖曾被認為是同碰撞或同構造的產物(Pearceetal., 1984)，然而伸展構造對于花崗巖形成的重要性同樣得到了廣泛的認識(Pearce, 1996； Healyetal., 2004)，甚至部分學者認為所有花崗巖均為伸展(拉張)構造環境下形成(Sylvester, 1998)，但是仍有學者將花崗巖母巖漿的產生和侵位歸因于碰撞擠壓環境(Liégeois, 1998； Chenetal., 2000； Atherton and Ghani, 2002； Sheppardetal., 2003)。

九嶺花崗巖體北臨長江中下游成礦帶，南為十杭成礦帶(黃蘭椿等， 2012)。構造研究表明，進入燕山期后，華南板塊內部在中侏羅世發生強烈的巖漿活動，形成大面積火成巖且集中產于十萬大山-杭州裂谷帶(Gilderetal., 1996; 侯增謙等， 2007)。十杭帶南西段南嶺地區含鎢花崗巖的成巖年齡主要為160～150 Ma(Zhuetal., 2008, 2009； Fengetal., 2012)，北東段(贛杭帶)燕山晚期火山侵入雜巖的成巖年齡主要集中在135～125 Ma，且十杭帶整個燕山期花崗巖都被認為是在減壓伸展的構造環境下形成的(Wongetal., 2009； Wangetal., 2011； Yangetal., 2012)。長江中下游成礦帶于燕山期演變為造山帶內部的火山-沉積盆地，在經歷后造山伸展和碎屑巖建造沉積后，于晚侏羅世至早白堊世發育強烈的巖漿活動，在地殼大規模伸展的構造環境下形成長江中下游中酸性花崗巖侵入巖帶(侯增謙等， 2007)。由此可知，位于長江中下游成礦帶和十杭成礦帶之間的九嶺燕山期巖漿巖也應該形成于伸展的構造環境。

此外，研究表明，高分異花崗巖主要與后造山事件及其伴隨的大型伸展構造伴生(吳福元等， 2017)。大湖塘似斑狀花崗巖含鋁指數A/CNK>1，且分異程度高，屬典型的高分異過鋁質S型花崗巖，其成巖年齡分布在150～128 Ma之間，正處于區域伸展構造環境時期。因此，我們認為大湖塘3期似斑狀花崗巖處于相同的構造背景，是在后造山期陸內伸展構造環境下形成的。在常量元素綜合指數R2-R1圖解(圖12)中，大湖塘似斑狀花崗巖絕大多數投點落在造山晚期區域，這也證實了大湖塘似斑狀花崗巖主要形成于伸展構造環境。

圖 12 大湖塘似斑狀花崗巖形成構造環境的主量元素R2-R1因子判別圖(據Batchelor and Bowden, 1985)Fig.12 R2-R1 diagram of major elements for tectonic discrimination of the Dahutang porphyritic granite (after Batche-lor and Bowden, 1985)①—地幔分異產物; ②—板塊碰撞前; ③—板塊碰撞后隆起期; ④—造山晚期; ⑤—非造山環境; ⑥—同碰撞; ⑦—造山期后①—mantle fractionates; ②—pre-plate collision; ③—post-collision uplift; ④—late-orogenic; ⑤—anorogenic; ⑥—syn-collision; ⑦—post-orogenic

5 結論

(1) 兩件獅尾洞似斑狀二云母花崗巖的鋯石給出的巖漿結晶年齡分別為130.0±2.2 Ma和128.6±2.3 Ma，與獨居石U-Pb定年結果(128.3±1.7 Ma)基本吻合，表明獅尾洞似斑狀二云母花崗巖形成于早白堊世，明顯晚于似斑狀白云母花崗巖和似斑狀黑云母花崗巖的成巖年齡(分別為144.2 Ma和150.0 Ma)，表明大湖塘地區在燕山期至少有3次似斑狀花崗質巖漿侵入活動。

(2) 大湖塘3期似斑狀花崗巖均為高鉀鈣堿性的S型花崗巖，南區兩期似斑狀花崗巖具有相似的地球化學特征。南、北區似斑狀花崗巖主要來源于古老下地殼的重熔，南區巖石有少量新生物質的參與。較低的CaO/Na2O值指示大湖塘似斑狀花崗巖的源巖主要為富泥質巖石，南區似斑狀花崗巖較北區有更低的CaO/Na2O值，推測南北區似斑狀花崗巖的源巖分別為富泥質巖石和富泥質夾雜砂巖巖石。

(3) 大湖塘3期似斑狀花崗巖是雙橋山群中的富泥質或泥質夾雜砂巖巖石在后造山伸展構造環境下經部分熔融后分異演化而成。

致謝野外工作得到江西省贛西北地質大隊占崗樂、但小華等工程師的幫助與支持，鋯石和獨居石定年測試分別得到北京鋯年領航科技有限公司和中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室胡兆初教授和羅濤博士的幫助，巖石主微量元素測試得到核工業北京地質研究院袁建、張彥輝工程師的幫助，審稿人和主編認真審閱了本文，并提出了寶貴的修改意見，在此一并表示感謝！