湘東北地區幕阜山燕山早期黑云母二長花崗巖地球化學特征與成巖機制探討

李昌元

（中化地質礦山總局湖南地質勘查院，湖南 長沙 410119）

華南內陸在中生代經歷了強烈的構造-巖漿-成礦事件，是世界上著名的稀有金屬礦產地[1-5]。傳梓源礦床是位于幕阜山巖體南部的一個中型的鈮鉭鋰礦床。基于對鈮、鉭、鋰三種成礦元素氧化物的化學平衡研究，鈮、鉭、鋰等元素主要呈單礦物形式賦存在偉晶巖脈各帶中[3]。傳梓源偉晶巖型鈮鉭礦脈受外接觸帶的北西向和北東向斷裂裂隙控制，偉晶巖礦脈成群成組產出，其中以北西向礦脈最發育[1]。鈮、鉭、鋰、鈹、銣等稀有礦產主要產于晚期蝕變分帶較好的偉晶巖脈中，多賦存于脈體中部的粗粒帶或塊體帶。偉晶巖脈的結晶分異愈好，稀有金屬礦化則愈強。傳梓源偉晶巖型鈮鉭鋰礦床與燕山期花崗巖關系密切，礦脈主要賦存在巖體和圍巖的外接觸帶，偉晶巖脈與成礦巖體具有相似的化學成分，時、空關系密切[1]，礦床類型為偉晶巖型稀有金屬礦床，礦床為巖漿-交代作用形成。鈮、鉭、鈹礦化的鈉長石偉晶巖和鋰、銣礦化的鋰輝石偉晶巖的形成主要于巖漿演化過程中的不混溶作用有關，兩種不同類型的礦化分別對應鈉長石交代作用及鉀長石交代作用[3]。本區鈮鉭鋰礦化偉晶巖和幕阜山黑云母二長花崗巖體的微量元素和稀土組成具有較強的相似性，二者具有密切的成因聯系[1]。

1 巖體地質特征

在傳梓源礦區外圍的北東部發育大面積的花崗巖，其中以幕阜山巖體規模最大，占該區域巖漿巖面積的80%以上。雪峰期巖漿巖主要分布于團山—梅仙和鐘洞—傳梓源—三墩一帶，共有大小巖體10余個，呈巖株或巖滴狀產出，侵入于冷家溪群淺變質巖系中。燕山早期巖體為幕阜山巖體的主體，構成了幕阜山巖體的基本形態。巖體的直接圍巖為冷家溪群，外接觸帶中巖石常具硅化、片巖化、混合巖化等。燕山早期巖體巖性簡單，分為3個巖性帶，即片麻狀粗中粒斑狀黑云母二長花崗巖帶、粗中粒斑狀黑云母二長花崗巖帶和粗中粒斑狀二云母二長花崗巖帶。

2 巖石化學特征

選取研究區北緣的與成礦有成因聯系的幕阜山黑云母二長花崗巖體為研究對象，選定有代表性的新鮮樣品，測試單位為廣州澳實礦物實驗室。

2.1 巖相學特征

黑云母二長花崗巖的新鮮面主要呈灰白色，中粒花崗結構，塊狀構造，造巖礦物主要為石英（含量35%）、鉀長石（含量35%）、斜長石（含量15%）、黑云母（含量5%），副礦物有鋯石、獨居石、磷灰石、鈦鐵礦、銳鈦礦、金紅石、石榴石、電氣石、磁鐵礦等。

2.2 巖石地球化學特征

2.2.1 主量元素

測試分析方法為X熒光光譜分析，巖石化學成分分析結果及特征值見表1。本區巖體常量元素特征如下：（1）SiO2含量為71.50%～73.67%，平均含量為72.37%，屬酸性巖類。貧Mg（MgO=0.31～0.61%），貧 鈣（CaO=0.96～2.01%），巖石富鈣率CaO/（CaO+MgO+FeO+MnO+Fe2O3））在0.30～0.43之間，平均值為0.38。（2）巖石堿總量（Na2O+K2O）為7.54%～8.39%之間，平均值為7.79%，其中，K2O含量在3.96%～5.33%之間，平均值為4.43%，Na2O/K2O值為0.57～0.94，平均值為0.77，巖石相對富鉀。堿度率AR在2.64～3.26之間，平均值為2.87；里特曼組合指數（σ）在1.85～2.36之間，平均值為2.06。樣品點在K2O-SiO2圖解中投影于高鉀鈣堿性系列內（圖1a）；（3）巖體的鋁飽和指數A/CNK的平均值為1.14，樣品點在A/NK-A/CNK圖解中落入過鋁質范圍內（圖1b）。

表1 幕阜山巖體常量元素分析結果及特征值（wt%）

圖1 幕阜山巖體K2O-SiO2圖解(a)和A/NK-A/CNK圖解(b)

2.2.2 稀土元素

測試方法為ME-ICP61質譜儀定量分析，幕阜山巖體稀土元素含量及特征值見表2，巖體中輕稀土元素/重稀土元素比值（LREE/HREE）的變化范圍為12.97～28.99之間（平均值=21.96），屬輕稀土富集型，呈現稀土配分曲線具有右傾的特征，與典型A型花崗巖的稀土元素配分型式類似（圖2a）。稀土總量（ΣREE）在93.63×10-6～147.92×10-6之間（平均值=112.79×10-6），其中輕稀土元素的總量為86.93×10-6～142.33×10-6（平均值=107.69×10-6），相比之下，重稀土元素的含量偏低，其變化范圍為3.74×10-6～6.70×10-6（平均值=5.10×10-6）（Ce/Yb）N值在1.87～3.37之間，平均為2.39；（La/Sm）N值范圍為2.35×10-6～3.34×10-6，平均為2.84×10-6，顯示巖漿的輕稀土發生強烈的分餾。（Gd/Yb）N值范圍為225.95～314.71，平均為270.33，遠大于（La/Sm）N平均值，這表明幕阜山花崗質巖漿的重稀土元素的分餾程度明顯比輕稀土元素強烈。銪異常值（δEu）的變化范圍為0.48～0.83，呈現出銪的弱虧損，相對而言，鈰異常（δCe）明顯弱于銪異常（δCe=0.91～0.98）。

圖2 幕阜山巖體稀土元素配分圖(a)和微量元素蛛網圖(b)

表2 幕阜山巖體稀土元素含量表（wt/10-6）

2.2.3 微量元素

測試方法為ME-ICP61質譜儀定量分析，根據分析結果（表3）做巖體微量元素蛛網圖，從微量元素蛛網圖（圖2b）上可以看出，幕阜山巖體顯著富集Ba、U等元素，而強烈虧損Nb、Ta、Rb、Th、Sr等元素，巖體中Ga元素的含量相對較高，104×Ga/Al比值變化于2.80～3.24，平均值為3.03。高場強元素Zr、Ce、Y等含量均較高，其中Zr為 23.6×10-6～125×10-6，Ce 為 40.7×10-6～71.2×10-6，Zr+Nb+Ce+Y為93.7×10-6～187.5×10-6，平均值為142.34×10-6，Rb/Nb比值為27.17～33.33，平均值為30.25，Rb/Sr比值為0.75～1.72，平均值為1.23，Nb/Ta比7.13～9.13，平均值為7.99。

表3 幕阜山巖體微量元素含量表（wt/10-6）

3 成巖機制探討

3.1 巖體成因類型

本區巖體的主量元素具有高硅（71.50%～73.67%，平均含量為72.37%），貧Mg（MgO=0.31～0.61%），貧鈣（CaO=0.96～2.01%），高FeO＊/MgO值（3.39～4.87，平均值為4.34），富堿（Na2O+K2O=7.54%～8.39%，平均值為7.79%）等特征，與產于裂谷帶和穩定大陸板塊內部的A型花崗巖（A type granite）的特征符合[7]。巖體中Ga元素的含量相對較高，104×(Ga/Al)比值變化于2.80～3.24，平均值為3.03，接近于Whalen et al建議的A型花崗巖平均值（3.75）[8-9]。巖體中高場強元素Zr、Nb、Ce、Y等含量均較高，其 中 Zr為 23.6×10-6～125×10-6，Ce為 40.7×10-6～71.2×10-6，Zr+Nb+Ce+Y為93.7×10-6～160.4×10-6，平均值為1 4 2.3 4×1 0-6。幕阜山巖體的樣品點在w(Zr+Ce+Y+Nb)-[(Ga/Al)×104]（圖3a）和[w（Na2O）+w(K2O)]/[(Ga/Al)×104]（圖3b）組合指標圖解中，幕阜山巖體的樣品點也均落入“A”型花崗巖的區域內，表明其成因類型為A型花崗巖。

圖3 幕阜山巖體w(Zr+Ce+Y+Nb)-[(Ga/Al)×104](a)和[w(Na2O)+w(K2O)]/w(CaO)-[(Ga/Al)×104](b)組合指標圖解

3.2 巖漿源區性質

幕阜山巖體的Rb/Nb比為21.65～33.33，平均值為26.52，該值明顯地比陸殼Rb/Nb比值高（2.2～4.7），這表明地殼物質對成巖影響較大，從而導致了Rb含量的增加[10]。Nb/Ta比7.13～9.13，平均值為7.99，低于原始地幔的Nb/Ta比17.5±2.0[11]，與鋁質A型花崗巖的Nb/Ta比類似（5.70～16.36）[12]，且Nb出現低谷，說明源區受地殼組分的影響較大。各期花崗巖的La/Yb-∑REE圖（圖4a），幕阜山巖體點落入鈣質泥巖區域附近，部分測點落于該區域外，說明花崗巖的成巖物質來源較復雜，但具有淺部地殼來源的屬性。在（La/Yb）N-δEu變異圖解中（圖4b），巖體樣品投影點在殼型和殼幔型范圍內均有分布，這表明巖漿具有幔源和殼源的混合的屬性。

圖4 花崗巖La/Yb-∑REE圖

3.3 成巖動力學背景

傳梓源稀有金屬礦床地處幕阜山巖體的南西緣（江南造山帶中段），具有多期復雜的構造-巖漿-變質演化歷史。對于“A”型花崗巖，Whalen認為其可以產于全球構造的不同環境[8-9]，但這類巖石無一例外均與拉張構造背景有關。普遍接受的是A型花崗巖形成于造山后和/或非造山巖石圈伸展的構造環境[13-14]。在Y-Nb圖解及Yb-Ta圖解（圖5）上，樣品點落入投影點均落入火山弧花崗巖區域，具有典型島弧火山巖的性質，反映了擠壓環境。在R1-R2圖解上（圖6），幕阜山巖體的投影點基本落于同碰撞期的區域。綜合發現，本區巖體形成具有擠壓和拉張環境的雙重性質，可能處于擠壓和拉張的過渡環境，因此，認為幕阜山巖體形成可能與古太平洋板塊俯沖作用有關，是板塊俯沖作用晚期擠壓-伸展轉換環境下的產物，對比上述區域上已有研究資料，認為本區成巖發生的動力學背景為與古太平洋板塊俯沖有關的弧后拉張背景[15-16]。

圖5 幕阜山巖體Yb-Ta及Y-Nb關系圖（底圖據Pearce，1984）

圖6 巖體構造環境R1-R2判別圖解

4 結論

（1）幕阜山燕山早期黑云母二長花崗巖呈現出富硅，富輕稀土，而貧鎂，貧鈣，且強烈虧損Nb、Ta、Rb、Th、Sr等高場強元素和大離子親石元素的特征，屬于鈣堿性過鋁質巖石，其巖石成因類型為A型花崗巖；

（2）幕阜山燕山早期黑云母二長花崗巖的地質-地球化學特征指示其具有殼幔混合來源的屬性，可能形成于與古太平洋板塊向歐亞大陸之下俯沖有關的弧后拉張背景，是板塊俯沖作用晚期擠壓向伸展轉換環境下的產物