江蘇欽杭成礦帶雅山巖體地球化學(xué)特征及其成因探討

中國南方以多花點(diǎn)花崗巖為主要特征，它與淡啤酒、錫、鋯、鋯、稀土等金屬礦床密切相關(guān)。因此，花崗巖的起源及其成礦關(guān)系一直是該地區(qū)地質(zhì)調(diào)查的中心問題。前人進(jìn)行了長期的科學(xué)研究，取得了良好的成果。例如，在初步研究中，這些稀有多金屬礦化的花崗巖的起源類型可分為陸上地殼改造類型（xuetal，1984）?；◢弾r巖漿的異質(zhì)化對成礦有重要的限制作用（徐克勤等，1989；陳軍等，2008）。隨后眾多學(xué)者提出沿欽杭成礦帶(楊明桂等,1997)發(fā)育的一些鎢錫稀有多金屬礦床的成礦巖體(如柿竹園、騎田嶺、靈山等)在成因類型上應(yīng)歸為A型花崗巖(趙振華等,2000;柏道遠(yuǎn)等,2005;章平等,2005;蔣少涌等,2008;Jiangetal.,2006;Zhaoetal.,2012),且不同稀有金屬礦化花崗巖的演化程度各不相同(陳駿等,2008),因此,花崗巖的成因與演化及其對稀有多金屬成礦的制約仍是華南備受關(guān)注的研究課題。江西雅山巖體構(gòu)造上處于欽杭成礦帶東段(萍鄉(xiāng)-紹興結(jié)合帶)的西端(圖1a),是宜春鉭鈮礦(或“414”鉭鈮礦)的成礦母巖,前人從不同角度對該巖體及相關(guān)Ta、Nb成礦作用進(jìn)行過不同程度的研究(Schwartz,1992;Yinetal.,1995;Belkasmietal.,2000;Huangetal.,2002;黃小娥等,2005;喻良桂,2007;李潔等,2013),取得了許多重要研究進(jìn)展,但對雅山巖體的成巖年齡、源區(qū)組成及巖體成因與演化的研究相對薄弱,對成礦機(jī)制的認(rèn)識不一,存在巖漿分異(徐克勤等,1989;Yinetal.,1995;Huangetal.,2002)、堿質(zhì)交代(胡受奚等,1983;王成發(fā),1986)和巖漿高程度分異—富揮發(fā)分流體交代復(fù)合成因(趙振華等,1992)等多種觀點(diǎn)。為此,本文以雅山巖體為對象,在詳細(xì)的巖相學(xué)觀察和全巖地球化學(xué)研究基礎(chǔ)上,闡明了巖體的成因類型歸屬,并結(jié)合鋯石U-Pb定年和Hf同位素,以及全巖Nd同位素組成,探討了巖漿源區(qū)組成與演化過程及其對成礦制約的可能機(jī)理。1巖石學(xué)和礦物學(xué)特征江西宜春雅山巖體位于武功山混合巖化花崗巖隆起區(qū)的東北部,北面與萍樂海西印支期坳陷帶相鄰接(圖1b),為燕山期多階段侵入的復(fù)式巖體,出露面積約9.5km2。礦區(qū)出露的地層包括新元古界板溪群、震旦系和寒武系(Yinetal.,1995),巖性主要為千枚巖和變質(zhì)砂巖。巖體侵入于震旦系松山群的老虎塘組淺變質(zhì)巖中,受北東和北西兩組斷裂控制,長軸呈北西向展布(圖1c)。根據(jù)巖相學(xué)特征及成分變化,雅山巖體可劃分為五個侵入階段,從早至晚依次為:①中粗粒黑鱗云母-白云母花崗巖;②細(xì)粒斑狀白云母花崗巖;③中粒白云母花崗巖;④鋰云母花崗巖;⑤黃玉鋰云母花崗巖(Schwartz,1992;Yinetal.,1995)。其中僅①、④及⑤出露于地表,其余兩者則為隱伏小巖株,僅見于礦坑道中。中粗粒黑鱗云母-白云母花崗巖為雅山巖體的主體部分,占巖體出露總面積的60%(圖1c);黃玉鋰云母花崗巖分布于巖體最上部分,屬雅山巖體晚階段高程度分異演化的產(chǎn)物,具有較強(qiáng)的Nb、Ta礦化,為開采的主要礦體。黑鱗云母-白云母花崗巖呈灰白色,似斑狀結(jié)構(gòu),斑晶粒徑約1~20mm,主要造巖礦物為堿性長石(30%~35%)、石英(30%~35%)、斜長石(25%~30%)、黑鱗云母(2%~3%)和白云母(3%~5%),礦物多呈半自形—他形(圖2a),堿性長石不同程度泥化,黑云母部分綠泥石化,并見鋯石、磷灰石等副礦物包裹其中。斑狀白云母花崗巖的斑晶(~25%)主要為鉀長石和少量石英,基質(zhì)由石英、鉀長石、斜長石、白云母組成;中粒白云母花崗巖礦物組成與斑狀白云母花崗巖類似,但粒度略粗;鋰云母花崗巖中除他形石英(35%~40%)、泥化較強(qiáng)的鉀長石(20%~25%)之外,還有較多板條狀鈉長石(~25%)及鋰云母(10%~15%)出現(xiàn)(圖2b,c),副礦物主要有鋯石、鈮鉭錳礦和金紅石等;最上部的黃玉鋰云母花崗巖則呈白色,并且由于大量鋰云母的出現(xiàn)而略帶紫色,主要由石英(20%~25%)、鈉長石(50%~60%)、鋰云母(15%~20%)和少量鉀長石(<5%)組成,此外還可見黃玉(1%~2%)和螢石,長石泥化不明顯,石英斑晶通常較大,常包裹有呈環(huán)狀排列的板條狀鈉長石而形成特征的雪球結(jié)構(gòu)(圖2d),這一結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外含鉭花崗巖中十分普遍,通常被認(rèn)為與富F殘余巖漿結(jié)晶有關(guān)(孫世華等,1990)。巖體與變質(zhì)沉積巖圍巖之間還存在一薄層似偉晶巖殼(圖1c),這是華南含鉭礦化花崗巖體的重要標(biāo)志。2相帶巖石地球化學(xué)本次研究主要選取雅山巖體地表出露的三個相帶巖石,即中粗粒黑鱗云母-白云母花崗巖、鋰云母花崗巖和黃玉鋰云母花崗巖,進(jìn)行年代學(xué)與元素和Nd-Hf同位素組成測定。2.1分析方法及過程在嚴(yán)格避免污染的條件下,對全巖樣品進(jìn)行破碎、淘洗和磁選,分離出鋯石精樣,然后在雙目鏡下挑選出較大的鋯石排列于雙面膠上,并注入環(huán)氧樹脂膠結(jié),待其固結(jié)后拋光至鋯石核部出露,制成樣品靶。在測試之前先對鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極發(fā)光(CL)照相,以作為測試時選點(diǎn)的依據(jù)。CL照相在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室采用安裝有MonoCL3+型(Gatan,U.S.A.)陰極熒光探頭的掃描電鏡(Quanta400FEG)完成,除CL圖像外,其他測試項(xiàng)目(鋯石U-Pb年齡和Hf同位素,以及全巖主量、微量、稀土元素和Nd同位素)均在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。鋯石U-Pb年齡測定首先采用NewWave213nm激光系統(tǒng)取樣,激光束斑直徑為25μm,隨后利用與取樣系統(tǒng)連接的Aglient7500a型ICP-MS進(jìn)行測試,并利用澳大利亞鋯石標(biāo)樣GEMOC/GS-1(207Pb/206Pb年齡為608.5±1.5Ma,Jacksonetal.,2004)為外標(biāo)進(jìn)行同位素質(zhì)量分餾校正,采用MudTank(732±5Ma,Blacketal.,1978)為內(nèi)標(biāo)控制分析精度。樣品的同位素比值及元素含量計算采用Glitter(ver4.0)軟件,并使用嵌入Excel的ComPbCorr#3-15G程序(Andersen,2002)進(jìn)行普通鉛校正,年齡諧和圖用Isoplot(ver2.49,Ludwig,2001)繪制。鋯石原位Lu-Hf同位素組成分析是在LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年的基礎(chǔ)上,參照鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像,選擇在原年齡測定點(diǎn)位置或附近進(jìn)行,所用儀器為NewWaveUP193激光剝蝕系統(tǒng)及與其相連接的ThermoNeptunePlus多接收等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS),以He作為載氣,分析中使用的激光束斑直徑為35μm,剝蝕頻率為8Hz,剝蝕時間為26s,采用鋯石91500和MT作為外部標(biāo)樣,本次實(shí)驗(yàn)獲得的上述2個標(biāo)樣的176Hf/177Hf比值分別為0.282279±0.000016(n=12,2σ)和0.282475±0.000008(n=23,2σ),詳細(xì)分析方法見Yuan等(2008)。2.2稀土元素及微量元素地球化學(xué)主量元素采用XRF方法測定,測試儀器為ThermoScientificARL9900型X射線熒光光譜儀,使用Li2B4O7和LiBO2(67∶33)為助熔劑,通過加拿大Glaisse高溫自動燃?xì)馊蹣訖C(jī)制樣,X射線工作電壓為50kV,電流為50mA,相對于標(biāo)準(zhǔn)樣品的測定值,相對誤差在元素豐度>1.0%時為±1%,元素豐度<1.0%時為±10%。微量及稀土元素則采用德國生產(chǎn)的FinniganElementII型電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)測定,樣品用濃HF和濃HNO3溶解,同時在測試的過程中采用F-基體匹配分析技術(shù),有效地解決了Nb、Ta、Zr、Hf等元素在稀硝酸介質(zhì)中不穩(wěn)定問題。對USGS國際標(biāo)準(zhǔn)樣品(BHVO-2)的測定結(jié)果表明,樣品測定值和推薦值的相對誤差小于10%,且絕大多數(shù)值在5%以內(nèi)(高劍峰等,2003)。Nd同位素組成采用ThermoScientificNeptunePlus多接收等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)測定。將樣品烘干后稱取50mg,完全溶解于HF+HNO3的混合酸中,采用BioRad50WX8陽離子交換樹脂分離提純出Nd,詳細(xì)的分析流程參考濮巍等(2004,2005)。Nd同位素比值采用146Nd/144Nd=0.7219進(jìn)行質(zhì)量分餾校正,實(shí)驗(yàn)過程測定的標(biāo)樣JNdi-1的143Nd/144Nd=0.512074±11(n=11,2σ)。3結(jié)果3.1巖石學(xué)和成巖年齡本次盡管對地表出露的三個階段巖石均進(jìn)行了鋯石U-Pb年齡測定,但晚期的黃玉鋰云母花崗巖因其鋯石Th/U比值太低(約0.01~0.06),未能獲得合理結(jié)果,因此,表1僅列出地表分布最廣的二個巖相,即黑鱗云母-白云母花崗巖(YS-1)和鋰云母花崗巖(YS-2)二件樣品的鋯石U-Pb定年結(jié)果,圖3為被測鋯石的陰極發(fā)光(CL)圖像及測定點(diǎn)位和206Pb/238U視年齡,圖4為U-Pb年齡諧和圖。二件被測樣品的鋯石多為淺黃色,透明—半透明,柱狀或長柱狀,自形程度高,長徑100~200μm,長寬比多為1.5∶1~3∶1,其中黑鱗云母-白云母花崗巖中的鋯石普遍大于鋰云母花崗巖中的鋯石,CL圖像均可見清晰的韻律環(huán)帶,Th/U比值也普遍較高,表明它們均為典型巖漿結(jié)晶鋯石。對YS-1樣品,本次共獲得16個有效測試點(diǎn)數(shù)據(jù)。在206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖中,樣品點(diǎn)都落在諧和線上或靠近諧和線(圖4a),表明被測鋯石未遭受明顯的后期熱事件的影響。它們的206Pb/238U年齡介于147~152Ma之間,經(jīng)計算獲得的206Pb/238U年齡統(tǒng)計權(quán)重平均值為150.1±1.0Ma(MSWD=0.35,2σ)。對YS-2樣品共獲得15個有效測試點(diǎn)數(shù)據(jù),在206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖上,該樣品部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)沿水平方向不同程度地偏離諧和線(圖4b),這可能與鋯石中存在微量普通鉛有關(guān),但精度較高的206Pb/238U年齡仍可以準(zhǔn)確地反映成巖年齡(Yuanetal.,2003),這15個鋯石測定點(diǎn)的206Pb/238U年齡介于147~157Ma之間,經(jīng)計算獲得其加權(quán)平均年齡為150.2±1.4Ma(MSWD=1.5,2σ)。樓法生等(2005)曾報道雅山巖體的鋯石U-Pb年齡為161.0±1.0Ma,由于這一年齡是采用單顆粒鋯石全溶法測定,當(dāng)被測鋯石中含有老的繼承鋯石核時,獲得的往往是混合年齡,因而尚不能將其視為精確的成巖年齡。本次測定獲得2件樣品的鋯石U-Pb年齡在測試范圍內(nèi)基本一致,說明結(jié)果有較高的準(zhǔn)確性,因此,雅山巖體成巖年齡應(yīng)為150Ma左右。這一年齡與贛南大吉山細(xì)粒白云母花崗巖(含鉭花崗巖)的成巖年齡(=151.7±1.6Ma,張文蘭等,2006)十分接近,也可與南嶺一些重要稀有多金屬礦床成礦巖體的年齡相對比,如與湘南柿竹園鎢-錫-鉬-鉍多金屬礦床有關(guān)千里山巖體的年齡為150.3±3.6~152.9±4.1Ma(毛景文等,1998),贛南漂塘鎢礦成礦巖體年齡為161.8±1~153.3±1.9Ma(張文蘭等,2009),贛南九龍腦鎢錫鉛鋅礦集區(qū)成礦巖體年齡為158.7±3.9~154.9±2.2Ma(郭春麗等,2011),它們均位于華南中生代成礦大爆發(fā)峰期年齡(170~150Ma)范圍內(nèi)。3.2a/cnk-a/nk圖.表2列出了雅山巖體中粗粒黑鱗云母-白云母花崗巖、鋰云母花崗巖和黃玉鋰云母花崗巖典型樣品的主量元素分析結(jié)果及相關(guān)參數(shù),這些樣品代表了該巖體的三個不同演化階段。由表中數(shù)據(jù)可看出,雅山巖體在主量元素組成上具以下特征:①SiO2含量較高,尤其是早期的黑鱗云母-白云母花崗巖,巖體的主體巖性均落在典型花崗巖區(qū)(圖5a)。②富鋁(Al2O3=13.66%~18.57%),鋁飽和指數(shù)(A/CNK值)普遍在1.20以上,CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物組成中均出現(xiàn)剛玉分子(>3%),與S型花崗巖強(qiáng)烈富鋁(A/CNK>1.10,CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物中剛玉分子含量>1%,Chappelletal.,1992)的特征一致。③堿含量中等,K2O+Na2O=7.55%~8.99%,過堿指數(shù)(AKI值)均低于0.80,在A/CNK-A/NK圖解中,樣品點(diǎn)全部投影于亞堿強(qiáng)過鋁區(qū)域(圖5b)。④貧鐵、鎂、鈣、鈦、錳,分異指數(shù)(DI值)均在92以上,表明巖體經(jīng)歷了高程度的分異演化。⑤磷含量較高,P2O5均在0.15%以上,特別是晚期的黃玉鋰云母花崗巖,P2O5含量可高于0.50%,與I型和A型花崗質(zhì)熔體P2O5含量普遍較低(約0.1%,Watsonetal.,1981;Harrisonetal.,1984)的特點(diǎn)明顯有別。黃玉等礦物的出現(xiàn)說明巖漿體系富氟,劉昌實(shí)等(1999)將該花崗巖體歸為富氟高磷花崗巖。3.3稀土元素特征稀土元素組成上,雅山巖體各階段巖石的稀土含量均較低,尤其是演化晚階段的黃玉鋰云母花崗巖,稀土總量(ΣREE)僅為1.31×10-6(表3);不同階段的巖石均出現(xiàn)較顯著的銪負(fù)異常(δEu=0.04~0.25),球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分型式均呈“海鷗型”(圖6a)。雅山巖體稀土元素組成的另一重要特征是存在不同程度的四分組效應(yīng)(TE1,3=1.05~1.87,圖6a),尤以演化晚期的黃玉鋰云母花崗巖表現(xiàn)最為明顯。華南許多含鉭花崗巖體均具有類似的稀土元素組成特征,如廣西栗木礦化花崗巖的ΣREE<10×10-6,δEu<0.30(林德松,1993);江西大吉山含鉭花崗巖(細(xì)粒白云母花崗巖)的ΣREE=32.34×10-6,δEu=0.02(邱檢生等,2004),它們均表現(xiàn)出顯著的四分組效應(yīng)。據(jù)研究,巖漿演化晚期流體—熔體的相互作用是形成稀土元素四分組效應(yīng)的主要原因,可作為識別稀有金屬礦化花崗巖的重要標(biāo)志(趙振華等,1992;Bau,1997),雅山巖體晚期巖相所表現(xiàn)出的顯著稀土元素四分組效應(yīng),表明其成礦應(yīng)受到高分異演化熔體和富揮發(fā)分(主要是F,Cl)流體共同作用的制約。微量元素組成上,雅山巖體富集Cs、Rb、Th、U、Pb、Nb、Ta等元素,虧損Ba、Sr、Ti(圖6b),具有華南高演化花崗巖的普遍特征,且從早期到晚期,Rb/Sr、Rb/Ba比值急劇增大,指示晚期的黃玉鋰云母花崗巖經(jīng)歷了強(qiáng)烈的分異演化。研究表明,高分異演化花崗質(zhì)巖漿的Zr常飽和,因此可以運(yùn)用鋯石飽和溫度計(Watsonetal.,1983)估算巖漿結(jié)晶溫度,計算結(jié)果表明,雅山巖體的鋯石飽和溫度為625~704℃(表3),明顯低于一般I型和S型花崗巖鋯石飽和溫度的平均值(分別為781℃和764℃,Kingetal.,1997),且隨著分異演化程度的增高,結(jié)晶溫度不斷降低,這與An-Or-Ab體系中,隨著F含量的增高,熔體結(jié)晶溫度逐漸降低的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致(圖7)。3.4雅山巖體nd同位素組成表4列出了雅山巖體黑鱗云母-白云母花崗巖和鋰云母花崗巖樣品的Sm-Nd同位素組成測定結(jié)果,該巖體晚階段的黃玉鋰云母花崗巖由于Nd含量太低(僅為0.04×10-6,表3),未能獲得有效測定結(jié)果。由表中數(shù)據(jù)可看出,雅山巖體的εNd(t)值較低(=-9.5~-10.7),與南嶺強(qiáng)過鋁花崗巖(如贛南西華山巖體:εNd(t)=-10.4~-11.3,Guoetal.,2012;閩西南紅山巖體:εNd(t)=-7.9~-11.7,Yuetal.,2007)相似,較之華南一些目前被認(rèn)為屬A型花崗巖的稀有金屬礦化巖體(如千里山巖體:εNd(t)=-6.4~-8.6,毛景文等,1998;騎田嶺巖體:εNd(t)=-5.5~-7.6,Zhaoetal.,2012;密坑山巖體:εNd(t)=-3.6~-5.1,邱檢生等,2005)相對偏低。在t-εNd(t)關(guān)系圖上,這些強(qiáng)過鋁花崗巖的樣品點(diǎn)均落在南嶺前寒武地殼演化域內(nèi),但較靠近成熟度低的地殼演化線(圖8)。雅山巖體二階段Nd模式年齡(TDM2=1.79~1.81Ga)較之華夏地塊基底變質(zhì)巖的Nd模式年齡(主要為1.8~2.2Ga,陳江峰等,1999)略低,上述Nd同位素組成特征說明雅山巖體成巖物質(zhì)主要為古老的基底地殼,但也可能存在少量幔源組分或初生地殼物質(zhì)的加入。對雅山巖體已做鋯石U-Pb定年的二件樣品進(jìn)行了原位Hf同位素組成測定,表5列出了測試結(jié)果及根據(jù)年齡計算的有關(guān)參數(shù)。由表中數(shù)據(jù)可看出,黑鱗云母-白云母花崗巖樣品(YS-1)鋯石的176Hf/177Hf變化于0.282267~0.282589之間,相應(yīng)的εHf(t)值為-3.4~-14.8(圖9a),二階段Hf模式年齡TDM2(Hf)為1.41~2.12Ga(圖9b);鋰云母花崗巖樣品(YS-2)鋯石的176Hf/177Hf變化于0.282288~0.282704,εHf(t)值為0.7~-14.1(圖9c),TDM2(Hf)為1.15~2.08Ga(圖9d)。Hf同位素組成的共同特點(diǎn)是εHf(t)值變化范圍較大,變化幅度均在10個ε單位之上,在t-εHf(t)關(guān)系圖上,多數(shù)樣品點(diǎn)落在下地殼演化線之上(圖10),Hf同位素組成較明確指示雅山巖體有幔源或初生地殼組分參與成巖。4討論4.1雅山巖體的成礦制約南嶺是世界上最重要的鎢錫鈮鉭成礦集中區(qū),由于W、Sn、Nb、Ta具有相似的地球化學(xué)性質(zhì),因此許多花崗巖體往往同時形成W-Sn、Nb-Ta礦化,且在復(fù)式巖體中,W-Sn礦化常與早階段花崗巖有關(guān),而Nb-Ta礦化總是與演化最晚階段的花崗巖有關(guān),典型實(shí)例如江西大吉山(邱檢生等,2004;張文蘭等,2006)、湖南鄧阜仙(蔡楊等,2011)和廣西栗木(張懷峰等,2013)等。這類花崗巖一般統(tǒng)稱為含鎢錫鈮鉭花崗巖(徐克勤等,1989;陳駿等,2008),在20世紀(jì)基本被認(rèn)為是陸殼熔融改造的產(chǎn)物,按目前國際上使用最為廣泛的I-S-M-A花崗巖分類方案,它們主要被劃歸為S型。近10余年以來,越來越多的學(xué)者注意到,這些稀有多金屬花崗巖的部分巖體具有A型花崗巖特征,它們主要分布在欽杭成礦帶上,如與柿竹園鎢錫鉬鉍多金屬有關(guān)的千里山巖體(趙振華等,2000;Jiangetal.,2006)、與芙蓉錫礦有關(guān)的騎田嶺巖體(柏道遠(yuǎn)等,2005;蔣少涌等,2008;Zhaoetal.,2012),以及與葛源鉭鈮礦有關(guān)的靈山巖體(章平等,2005)等。國內(nèi)外其他地區(qū)也先后報道了許多稀有多金屬礦化與A型花崗巖有關(guān),如蘇州鉭、鈮礦床(汪建明等,1993),新疆拜城鈮、鉭礦床(劉春花等,2012),尼日利亞Jos高原的錫(鈮、鎢、鋅)礦床(Hossainetal.,1983)和巴西北部的Pitinga錫(鋯、鈮、鉭、釔、稀土)礦床(Lenharoetal.,2003)等。雅山巖體在構(gòu)造位置上處于欽杭成礦帶東段萍鄉(xiāng)-紹興結(jié)合帶的西端,其是否也可歸為A型花崗巖,抑或?qū)儆谄渌愋?這是探討巖體演化對成礦制約首先需要討論的問題。前述巖石學(xué)和元素地球化學(xué)特征綜合指示雅山巖體經(jīng)歷了高程度的分異演化,由于高分異的S型花崗巖的某些地球化學(xué)特點(diǎn)與A型花崗巖相似,因此,對這類巖體成因類型的判定尤其需要謹(jǐn)慎。就雅山巖體而言,其各階段花崗巖的104×Ga/Al比值均較高,普遍在2.60以上,按Whalen等(1987)基于Ga/Al比值提出的花崗巖成因類型判別標(biāo)準(zhǔn),它們可歸屬到A型花崗巖,但該巖體在其他許多特征上與A型花崗巖又明顯有別,如:①巖體的A/CNK值普遍大于1.10,屬于強(qiáng)過鋁花崗巖,盡管20世紀(jì)90年代后期以來,陸續(xù)有學(xué)者認(rèn)為A型花崗巖的鋁含量可以較高,進(jìn)而提出“鋁質(zhì)A型花崗巖”(aluminousA-typegranite)的概念(Kingetal.,1997),但鋁質(zhì)A型花崗巖的A/CNK值一般在1.0~1.1之間(邱檢生等,2000),即主要為弱過鋁花崗巖,因此,雅山巖體強(qiáng)過鋁的特征指示其與S型花崗巖具有更近的親緣性。②巖體的堿含量相對偏低,過堿指數(shù)(AKI值)基本均低于0.80,而A型花崗巖的AKI值一般應(yīng)大于0.85(Whalenetal.,1987)。③雅山巖體相對貧鐵,FeOt/MgO比值較低,而A型花崗巖多顯著富鐵,以致部分學(xué)者認(rèn)為這類花崗巖應(yīng)稱為鐵質(zhì)花崗巖(Frostetal.,2011)。Eby(1990)認(rèn)為,采用SiO2-FeOt/MgO關(guān)系圖,可以有效地將A型花崗巖與分異的I型和S型花崗巖相區(qū)分,在該判別圖中,雅山巖體樣品基本均落在分異的I型與S型花崗巖區(qū),尤其是早階段占主體的黑鱗云母-白云母花崗巖樣品(圖11)?？紤]其強(qiáng)過鋁特征明顯有別于I型花崗巖,因此,這一特征說明雅山巖體應(yīng)歸為分異的S型花崗巖。④雅山巖體P2O5含量較高,基本均在0.15%以上,且隨著分異演化程度的增高,其P2O5含量遞增。大量的實(shí)驗(yàn)研究表明(Watsonetal.,1981;Harrisonetal.,1984),在準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)(A/CNK<1.1)的I型和A型花崗巖漿中,P2O5含量很低,大約只有0.1%,且隨著巖漿的分異演化而降低;而在強(qiáng)過鋁質(zhì)的S型花崗巖漿中,P2O5含量較高,且隨A/CNK的增加而呈線形增加,如當(dāng)A/CNK為1.3時,P2O5可高達(dá)0.63%(Wolfetal.,1994)。雅山巖體自早至晚,巖石的A/CNK值增大,P2O5含量遞增,這一特征也與S型花崗巖明顯相似。⑤雅山巖體稀土總量偏低,尤其是演化晚期的花崗巖,而A型花崗巖除Eu外,其余稀土元素的含量均較高(Whalenetal.,1987)。雅山巖體除Nb因與Ta有相似地球化學(xué)特性而含量較高外,其余一些用于判別A型花崗巖的特征元素(如Zr、Ce、Y等)均顯著偏低,巖石的Zr+Nb+Ce+Y含量均低于A型花崗巖的下限值(=350×10-6,Whalenetal.,1987)。⑥雅山巖體的鋯石飽和溫度低,為625~704℃(表3),平均662℃,明顯有別于A型花崗巖常具高的鋯石飽和溫度特征(>800℃,劉昌實(shí)等,2003)。綜上所述,盡管雅山巖體Ga/Al比值較高而表現(xiàn)出與A型花崗巖有一定的相似性,但巖石的總體特征表明該巖體應(yīng)歸為分異的S型花崗巖。4.2雅山巖體巖漿源區(qū)及巖漿形成機(jī)制前面已經(jīng)論述,雅山巖體屬強(qiáng)過鋁的S型花崗巖,一般認(rèn)為,強(qiáng)過鋁花崗巖是陸—陸碰撞擠壓背景下由源區(qū)變質(zhì)沉積巖經(jīng)部分熔融的產(chǎn)物(Pearceetal.,1984;Harrisetal.,1986),但隨后的研究發(fā)現(xiàn),大量原來認(rèn)為是同碰撞的強(qiáng)過鋁花崗巖卻為碰撞后(post-collisional)成因(Sylvester,1998),形成于碰撞高峰期后的巖石圈伸展背景(Williamsonetal.,1996;Kalsbeek,etal.,2001),同時幔源巖漿也可能參與了一些S型花崗巖的形成(Clemens,2003)。雅山巖體低的εNd(t)值(=-9.5~-10.7)說明其源區(qū)主要為古老的基底地殼。實(shí)驗(yàn)研究表明,源區(qū)巖石不同,生成的強(qiáng)過鋁花崗巖有不同特征,特別是巖石的CaO/Na2O比值存在明顯區(qū)別。泥質(zhì)巖部分熔融生成的強(qiáng)過鋁花崗巖的CaO/Na2O比值一般較小,而砂屑巖所生成的強(qiáng)過鋁花崗巖的CaO/Na2O比值一般大于0.3(Sylvester,1998)。雅山巖體主體巖性———黑鱗云母-白云母花崗巖的CaO/Na2O比值均低于0.3(圖12),演化晚階段的鋰云母花崗巖和黃玉鋰云母花崗巖的CaO/Na2O比值更低,指示雅山巖體的源區(qū)應(yīng)為變質(zhì)泥質(zhì)巖。研究表明,華南變質(zhì)基底較之中國東部其他地區(qū),具有最高的W、Sn、Nb、Ta等成礦元素豐度(鄢明才等,1997;馬東升,2008),且泥質(zhì)沉積巖通常富集F、Cl等元素(Rudnicketal.,2003;陳駿等,2005),因此,區(qū)內(nèi)變質(zhì)泥質(zhì)沉積巖的部分熔融可以為雅山巖體成礦提供重要的物質(zhì)基礎(chǔ)(包括成礦元素Ta、Nb及礦化劑元素F等)。但雅山巖體的二階段Nd模式年齡較之華夏地塊基底變質(zhì)巖相對偏低,指示成巖過程中可能存在少量幔源或初生地殼組分,鋯石Hf同位素組成散布范圍較大(εHf(t)=0.68~-17.76)的特點(diǎn)更明確指示成巖過程中有幔源組分參與。雅山巖體在構(gòu)造位置上緊鄰欽杭結(jié)合帶(圖1a),該結(jié)合帶是一條新元古代碰撞對接帶,在中晚侏羅世再次活化,于表殼顯示出一種先擠壓后伸展的環(huán)境(毛景文等,2011),這一伸展拉張背景有利于地幔物質(zhì)參與帶內(nèi)花崗巖的形成,因此,雅山巖體主要起源于基底變質(zhì)泥質(zhì)巖的熔融,但在成巖過程中有幔源組分的加入,即極可能遭受了殼幔巖漿混合過程。雅山巖體SiO2含量較高,富Cs、Rb、Th、U,虧損Ba、Sr、Ti及稀土元素,并具較強(qiáng)的Eu負(fù)異常,同時,在Harker圖解上,SiO2與主要氧化物及Rb、Th、Hf、Ta、Y、ΣREE之間均具有較明顯的協(xié)變關(guān)系(圖13),這些特征表明雅山巖體的初始巖漿隨后經(jīng)歷了一系列分異演化作用。與一般花崗質(zhì)巖漿的分異演化不同,雅山巖體SiO2含量隨演化程度增強(qiáng)逐漸降低,這主要是由于F的富集對熔體的演化具有決定性作用。實(shí)驗(yàn)研究表明,F含量的升高會使石英穩(wěn)定域擴(kuò)大,長石穩(wěn)定域縮小(Manning,1981),在富F花崗質(zhì)熔體中,礦物結(jié)晶順序?yàn)槭?堿性長石-云母-螢石,石英的首先分離晶出導(dǎo)致了體系中SiO2含量的下降,隨著結(jié)晶分異作用的進(jìn)行,使得花崗質(zhì)巖漿最終演化成貧硅過鋁富氟的熔體(李福春等,2003)。雅山巖體全鐵含量逐漸降低,說明分離結(jié)晶的礦物中應(yīng)含有黑云母或其他鎂鐵礦物,巖體顯著的Ti虧損可能與鈦鐵礦的分離有關(guān),Sr、Ba、Eu的虧損指示成巖過程中發(fā)生了斜長石和鉀長石的分離結(jié)晶(Hanson,1978;Greenetal.,1986)。按Rayleigh分離結(jié)晶方程,經(jīng)模擬計算獲得有關(guān)元素分離結(jié)晶協(xié)變圖解(圖14),由圖可看出,雅山巖體Sr、Ba的強(qiáng)烈虧損及Rb的富集基本上是由于長石的分離結(jié)晶而引起,受黑云母的影響很少,在Ba-Sr圖解中,樣品點(diǎn)的分布趨勢更靠近鉀長石演化線,說明鉀長石在分離結(jié)晶過程中應(yīng)起主導(dǎo)作用,而斜長石較為次要。副礦物方面,(La/Yb)N-La圖解表明雅山巖體還經(jīng)歷了獨(dú)居石和褐簾石的分離結(jié)晶,稀土總量的變化趨勢也支持這一認(rèn)識,因?yàn)楠?dú)居石的溶解度在過鋁質(zhì)熔體中通常不高(Wolfetal.,1995),且隨鋁含量的增多、溫度的降低而降低。雅山巖體隨演化程度的升高,A/CNK值逐漸上升,溫度逐漸降低,熔體中獨(dú)居石結(jié)晶析出,殘余熔體中REE含量減少,另一方面,受獨(dú)居石分離晶出的影響,巖體Nd、Th、Th/U比值也明顯下降。過鋁質(zhì)富F花崗巖通常經(jīng)歷兩階段演化:巖漿的結(jié)晶分異階段及隨后殘余流體-熔體的共同作用,第二階段通常以較強(qiáng)的四分組效應(yīng)(TE1,3>1.2),較低的K/Rb(<50)、Zr/Hf(<25)以及Nb/Ta(<5)(Dostaletal.,1995;Irber,1999)等地球化學(xué)特征為標(biāo)志。雅山巖體演化程度最高的黃玉鋰云母花崗巖四分組效應(yīng)較強(qiáng)(TE1,3=1.44),K/Rb=6.10,Zr/Hf=5.22,Nb/Ta=0.32(表3),這些特征表明雅山巖體在經(jīng)歷充分的結(jié)晶分異演化之后,晚期還經(jīng)歷了強(qiáng)烈的流體-熔體作用,巖體的高程度分異演化及晚期強(qiáng)烈的流體-熔體相互作用是導(dǎo)致其成礦的重要前提。4.3含巖石組構(gòu)特征及漿結(jié)晶分異如前所述,雅山巖體為典型的過鋁質(zhì)S型花崗巖,巖體經(jīng)歷高程度分異演化,顯著富集Cs、Rb、Th、U,以及F、P等元素,可歸為富氟高磷花崗巖(劉昌實(shí)等,1999),巖體演化晚階段出現(xiàn)明顯的稀土元素四分組效應(yīng),指示晚期存在較強(qiáng)烈的熔體-流體相互作用。由于該巖體最晚階段的黃玉鋰云母花崗巖Ta、Nb含量最高并富集成礦,因而部分學(xué)者認(rèn)為該花崗巖的Ta、Nb富集主要是受流體交代作用的影響,礦化是由于熱液流體淋濾下部巖體的成礦元素,并在巖漿演化后期向上運(yùn)移富集于巖體頂部形成的(胡受奚等,1983;王成發(fā),1986);而另一些學(xué)者則主張?jiān)搸r體Ta、Nb的富集主要受巖漿分異演化所控制,流體作用的影響很小(Xuetal.,1984;Yinetal.,1995;Huangetal.,2002)。考慮到雅山巖體既經(jīng)歷了高程度的分異演化,晚期又疊加了流體-熔體相互作用的影響,因此,趙振華等(1992)提出雅山Ta、Nb礦應(yīng)為巖漿高程度分異—富揮發(fā)分流體交代復(fù)合成因。根據(jù)對巖體地質(zhì)地球化學(xué)特征的全面分析,結(jié)合有關(guān)實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)研究成果,我們認(rèn)為雅山Ta、Nb成礦盡管受到巖漿高程度分異演化和晚期流體-熔體相互作用的綜合影響,但總體而言,前者應(yīng)是控制Ta、Nb成礦的主要因素,主要證據(jù)有:①在雅山巖體礦化程度最高的黃玉鋰云母花崗巖中發(fā)育有特征的“雪球結(jié)構(gòu)”,即石英斑晶中包裹有同心環(huán)狀排列的板條狀鈉長石(圖2d),眾多研究表明,這種特殊結(jié)構(gòu)為石英和鈉長石同時從巖漿中結(jié)晶所致,屬巖漿成因(孫世華等,1990;Schwartz,1992),流體交代作用無法解釋如此規(guī)整結(jié)構(gòu)的形成,因此,含鉭花崗巖發(fā)育“雪球結(jié)構(gòu)”指示Ta、Nb富集主要受巖漿結(jié)晶分異控制。②稀土元素的四分組效應(yīng)主要是由于稀土元素與流體中F、Cl等揮發(fā)分形成的配合物分配系數(shù)具有一定差異而產(chǎn)生(Irber,1999),它的出現(xiàn)指示存在強(qiáng)烈的流體-熔體相互作用。但實(shí)驗(yàn)研究表明,在流體-熔體相互作用體系中,絕大部分Nb、Ta都富集于熔體,流體中所占比例極低,如Chevychelov等(2004)測得在100MPa的過鋁質(zhì)熔體中,Nb、Ta的流體/熔體分配系數(shù)分別為:DNb流體/熔體=0.005~0.008,DTa流體/熔體=0.002~0.08,另一些學(xué)者所測得的流體中Ta、Nb含量甚至遠(yuǎn)低于檢測限(Keppler,1996),這些數(shù)據(jù)說明,在熔體-流體相互作用體系中,Ta、Nb