桂東北苗兒山-越城嶺南西部巖基-晚期巖體地球化學特征及其地質意義

嶺南成礦帶是世界上最重要的呈螺旋狀、鋯類成礦帶。國內外科學家對中國南方最重要花崗巖和礦床的時空分布規(guī)律做了大量工作[1.26]。然而，過去的工作主要集中在嶺南中部和東部，而嶺南西部的工作相對較少。嶺南-成礦帶的組建受到高度重視，關于形成印支帶的起源尚不多。越城嶺-成礦帶重建后的巖體是嶺南成礦帶西端出露面積最大的巖石。近年來，在整個巖體及其內部和外部接觸區(qū)域發(fā)現(xiàn)了大量的優(yōu)質錫和銅錫金屬礦床（圖1），這些堡壘圍繞著巖體形成礦集區(qū)。目前，對于該巖體沒有精確的學年進行采集。許多科學家認為，它是嘉靖和嘉昌時期的產物。然而，對于整個南巖帶內的巖石和相關礦床的精確數量，有必要分析巖石形成和礦床形成之間的關系，全面了解嶺南成礦帶成礦帶的成礦發(fā)育，分析苗兒山-越城嶺復合體內部和外部接觸帶的成因。1地質特征及構造苗兒山-越城嶺巖體是南嶺成礦帶西段出露面積最大巖體,出露面積超過3000km2.巖體分布于復式背斜的軸部,呈橢圓形,巖體長軸方向呈北北東向展布,與區(qū)域構造線方向基本一致(圖1).苗兒山-越城嶺巖體是一個多期次多階段巖漿活動形成的復式巖體,早期為巖基,晚期巖體規(guī)模相對較小,主要以小巖體、巖脈或巖株等分布于巖基中及其邊部(圖1).在苗兒山-越城嶺巖體內外接觸帶發(fā)育一系列W-SnMo-Pb-Zn-Cu礦床,形成礦集區(qū)(圖1).研究區(qū)位于苗兒山-越城嶺巖基南西部,早期巖體樣品采自苗兒山巖體西南側的引水隧洞口,地理坐標:26°04′11.5″N,110°24′20.2″E.通過約2km地下引水隧洞及地表約2km地質剖面觀察,發(fā)現(xiàn)早期巖基為灰白色,風化后黃灰、棕灰色;巖性變化不大,以中粒斑狀黑云母花崗巖為主,局部有中粒斑狀黑云母二長花崗巖,似斑狀結構、塊狀構造.斑晶礦物粒度在2~30mm之間,基質礦物粒度多小于2mm.斑晶雜亂分布于基質中,斑晶和基質礦物組成基本相同.主要礦物有斜長石(22%~27%)、鉀長石(32%~34%)、石英(33%~39%)、黑云母(8%~11%).副礦物為鋯石,磷灰石及獨居石.晚期巖體樣品采自苗兒山-越城嶺南西部和云頭界W-Mo礦床關系密切的小巖體,樣品地理坐標:26°03′48″N,110°23′01″E.晚期巖體與早期巖體具明顯的侵入接觸關系(圖2).晚期巖體與早期巖體接觸部位見冷凝邊,靠近早期巖體接觸界線附近巖石礦物粒度明顯較細,遠離接觸帶礦物粒度增大,顯示接觸帶附近相對降溫較快,晚期巖體是在早期巖體冷卻后侵位的.晚期巖體主要為細粒白云母二長花崗斑巖、細粒電氣石白云母花崗斑巖及中粒含黑云母的白云母二長花崗巖.巖石為淺白色,塊狀構造,斑狀結構及粒狀結構.斑狀結構者斑晶主要為白云母、斜長石、石英,大小在0.5~2mm之間,基質成分和斑晶的相同,其主要礦物為:條紋長石(19%~27%)、斜長石(19%~27%)、石英(32%~50%)、白云母(4%~8%)及少量黑云母;副礦物主要為鋯石.巖石多發(fā)生鈉長石化,絹云母化及綠泥-綠簾石化.云頭界鎢鉬礦床位于苗兒山-越城嶺巖體的南西端,鎢金屬量預計可達萬噸,達中型鎢礦床規(guī)模.云頭界鎢鉬礦床礦化主要為脈狀及浸染狀產于晚期的細粒白云母花崗斑巖中及其與早期中粗粒斑狀黑云母花崗巖體的接觸帶內;礦區(qū)已發(fā)現(xiàn)了5個礦體(圖1).礦體長100~200m,脈寬20~30cm.礦化具一定分帶性,上部以鎢礦化為主,下部為鎢鉬礦化,由上往下鉬的含量明顯增加.云頭界鎢鉬礦床礦金屬礦物主要為黑鎢礦、白鎢礦、輝鉬礦及少量的黃銅礦、閃鋅礦及黃鐵礦等,脈石礦物主要為石英及電氣石,蝕變主要有云英巖化及電氣石化等.2鋯石u-pb年齡輝鉬礦6個樣品分別采自云頭界礦區(qū)的(1)號礦脈(圖1),每個樣品重約1kg.先對樣品進行挑選,輝鉬礦是用刀片等工具直接從手標本上挑選的,從手標本上剝離后在顯微鏡下做進一步的檢查與選純至純度達99%以上.輝鉬礦Re-Os同位素組成在中國科學院廣州地球化學研究所實驗測試中心完成.采用Carius管封閉溶樣分解樣品,樣品分解以及Re和Os的分離等化學處理過程參見文獻,質譜分析儀器是美國熱電公司生產的X7型ICPMS,采用Ir和Os天然豐度進行在線監(jiān)測和校正儀器測試過程中的Re和Os同位素分餾.鋯石選自巖石新鮮樣品,分析樣品重約1kg,將樣品破碎過篩,經磁選及重液的分離,再經手選.將精選的鋯石裝入環(huán)氧樹脂中,然后拋光.用光學顯微鏡及掃描電子顯微鏡陰極發(fā)光(CL)觀察,選出晶形較好、沒有裂紋及包裹體不發(fā)育的鋯石晶體進行測定.鋯石的U-Pb年齡分析在中國科學院廣州地球化學研究所ICP-MS實驗室完成.采用美國Resonetics公司生產的RESOlutionM-50激光剝蝕系統(tǒng)和Agilent7500a型的ICP-MS聯(lián)機,并帶有一個獨特的可以減少樣品分餾的雙室(two-volumecell)樣品室和一個平滑激光剝蝕脈沖的Squid系統(tǒng).測試時使用Ar和He作為載氣,激光能量為80mJ,剝蝕斑束直徑31uf06dm,頻率8Hz.每個樣品分別測試25粒鋯石.測定一個點的時間為60s,其中前20s關閉激光,后40s打開激光.為了減少繼承鉛、鉛丟失等對年齡的影響,在206Pb/238U-207Pb/235U圖中諧和度低于90%的年齡數據點在計算年齡是將被排除掉.此外,如果分析點La含量或P含量較高,表明激光熔樣點含有磷灰石包裹體,由于磷灰石含有較多普通鉛,這些分析數據點也要排除.LA-ICP-MS法速度快,測得的數據點較多,可用累積概率統(tǒng)計圖對數據進行處理.在累積概率圖上,主群組年齡多沿直線分布,其年齡代表巖體鋯石年齡,位于直線上方的被認為繼承鉛,位于直線下方的多被認為是鉛丟失.為了獲得更精確的年齡,在計算巖體年齡時,只計算主群組鋯石年齡,一般來說主群組鋯石年齡的MSWD多小于2.0.年齡計算及諧和圖的繪制用Isoplot軟件完成.3結果與討論3.1賦礦巖體鋯石u-pb同位素南嶺西段苗兒山-越城嶺巖基、巖基中云頭界晚期賦礦巖體鋯石LA-ICP-MSU-Pb同位素年齡見表1,表2及圖3;云頭界鎢鉬礦床輝鉬礦Re-Os同位素年齡分析結果見表3.3.2主群鋯石u-pb年齡(ⅰ)苗兒山-越城嶺巖基形成時代.苗兒山-越城嶺南西部早期巖基及晚期賦礦巖體鋯石韻律環(huán)帶發(fā)育(圖4),顯示巖漿鋯石特征,加上測定鋯石Th/U比值較大,在0.10~2.24之間,也顯示巖漿鋯石特征,因此,分析鋯石為巖漿結晶作用過程中形成的鋯石,主群鋯石U-Pb年齡代表巖漿侵位年齡.苗兒山巖基樣品(YSD-1)共做25顆鋯石U-Pb同位素組成分析,其中3個分析點諧和度<90%,在計算年齡時被排除,另2個分析點的U-Pb年齡較大,一個點的年齡為450.7±15.6Ma,另一個點的年齡為1378.8±34.7Ma.其余20個點的年齡在211~245Ma之間.年齡較大的2個分析點鋯石為繼承鋯石,不代表巖漿巖結晶年齡,在統(tǒng)計巖體年齡時不予考慮.用ISOPLOT處理20個分析點獲得年齡為225.0±4.8Ma,MSWD=5.5.其MSWD值較大,表明其中含有不易分別的繼承鋯石或鉛丟失鋯石,為了獲得更加精確的鋯石U-Pb年齡,我們用累積概率統(tǒng)計圖處理鋯石年齡.如前所述,在累積概率圖上,主群組年齡多沿直線分布,其年齡代表巖體鋯石年齡,位于直線上方的被認為繼承鉛,位于直線下方的多被認為是鉛丟失.在累積概率統(tǒng)計圖上(圖3(a)內插圖),苗兒山-越城嶺巖基鋯石年齡較小的5個點及年齡最大的1個點和其他點不在一條直線上分布,把年齡最大1個點視作繼承鉛,年齡較小的5個點視作鉛丟失,則其余14個點代表的主群鋯石年齡U-Pb年齡為228.7±4.1Ma,MSWD=2.49.巖漿巖主群鋯石U-Pb代表巖漿結晶年齡,因此,苗兒山-越城嶺巖基南西部似斑狀二云母花崗巖的侵位時代為228.7±4.1Ma,是印支期形成的,而不是過去認為的加里東期形成的.該認識對今后分析南嶺西段成巖成礦演化有著非常重要的意義.(ⅱ)云頭界賦礦巖體鋯石U-Pb年齡特征.云頭界賦礦白云母花崗巖樣品(Y-21)共做25顆鋯石U-Pb同位素組成分析,其中3個點的諧和度低于90%,在計算年齡時被排除.4個分析點鋯石LA-ICP-MSU-Pb年齡在318~430Ma之間,其余18個分析點鋯石年齡在202~251Ma之間(表2).鋯石U-Pb年齡大于318Ma鋯石(圖4中4,7,10和15)視為繼承鋯石,不代表主要巖漿期形成時代.用ISOPLOT處理該19個分析點鋯石U-Pb同位素組成,獲得鋯石U-Pb年齡為232.5±8.7Ma,MSWD=11.5(圖3(b)).其MSWD值很大,誤差也較大,顯示年齡精度較差.為了獲取主群鋯石年齡,我們用累積概率統(tǒng)計圖分析其年齡分布特征,在累積概率統(tǒng)計圖上(圖3(b)內插圖),18個分析點中可分為斜率明顯不同的兩組,第一組8個點,第二組9個點.用ISOPLOT分別計算兩組年齡,第一組鋯石U-Pb年齡為216.8±4.9Ma,MSWD=1.44,第二組鋯石U-Pb年齡為243.0±5.8Ma,MSWD=2.62(圖3(b)).云頭界賦礦巖體和苗兒山-越城嶺巖基具有侵入接觸關系且接觸處發(fā)育冷凝邊(圖2),其侵位時代應晚于巖基,鋯石U-Pb年齡應小于巖基鋯石U-Pb年齡.第一組8顆鋯石(圖4中2,3,5,8,14,19,21和23)具有韻律環(huán)帶結構,為巖漿結晶作用形成的鋯石.因此,我們認為第一組鋯石年齡(216.8±4.9Ma,MSWD=1.44)代表云頭界賦礦巖體巖漿侵位年齡,云頭界W-Mo礦化巖體是印支期形成的,而不是過去認為的燕山期形成的.云頭界賦礦巖體第二組鋯石U-Pb年齡243.0±5.8Ma,MSWD=2.62,年齡值比較集中,鋯石晶形較好,具韻律環(huán)帶結構(圖4中的1,9,13,16,17,20,22,24和25)及較大的Th/U比值,在0.1~1.5之間,與變質成因鋯石明顯不同[35~37],而具巖漿鋯石的特征.因而認為第二組鋯石主要是巖漿作用形成的.鋯石晶形較好,未見殘留鋯石所常見的增生邊,因此,推斷其可能是成礦巖漿在上升過程中捕獲的早期巖體的鋯石.該鋯石U-Pb年齡可能代表苗兒山-越城嶺巖基早期巖漿巖侵位年齡,但由于目前在地表還未發(fā)現(xiàn)該鋯石U-Pb年齡的巖漿石,該期巖漿活動有待進一步證實.結合我們在苗兒山-越城嶺巖基地表處樣品鋯石U-Pb年齡(228.7±4.1Ma,MSWD=2.49),我們認為苗兒山-越城嶺巖基南西部在印支期可能發(fā)生了兩期巖漿事件,除了定位時代約為228Ma的侵入巖漿活動外,還可能發(fā)育243Ma左右的侵入巖漿活動.(ⅲ)云頭界W-Mo礦床形成時代.云頭界W-Mo礦床輝鉬礦Re-Os同位素組成見表3,輝鉬礦Re含量在0.76~2.96uf06dg/g之間,遠低于斑巖型銅鉬礦床輝鉬礦Re含量,具殼源特征.6個輝鉬礦樣品模式年齡在218~220Ma之間.6個輝鉬礦樣品同位素組成具很好的線性關系,采用ISOPLOT軟件對所獲得的數據進行等時線年齡計算,取187Re衰變常數1.666×10-11a-1,獲得Re-Os等時線年齡為216.8±7.5Ma,MSWD=11.3(圖5).云頭界W-Mo礦床輝鉬礦等時線年齡和樣品的模式年齡基本一致.云頭界鎢鉬礦床輝鉬礦Re-Os等時線年齡表明礦床是印支期形成的.云頭界W-Mo礦床輝鉬礦等時線年齡和賦礦巖體第一組主群鋯石U-Pb年齡(216.8±4.9Ma,MSWD=1.44)一致.這一方面說明我們獲得的年齡的可靠性,另一方面也表明成礦作用主要和云頭界賦礦巖體有關,賦礦巖體和礦床都是印支期形成的.(ⅳ)苗兒山-越城嶺巖基內外接觸帶礦床形成與找礦方向.苗兒山-越城嶺巖體內外接觸帶發(fā)育一系列熱液礦床,圍曉巖體形成礦集區(qū)(圖1).礦集區(qū)礦床分布具有一定的分帶性,巖體及其內接觸帶中W-Mo-Sn礦床相對發(fā)育,巖體外接觸帶及附近圍巖中Pb-Zn礦床相對發(fā)育.分析礦床與不同期次巖漿活動的關系對了解該區(qū)巖漿形成演化與礦床形成的關系及指導找礦都有著重要的意義.目前對巖基內外接觸帶中的礦床與巖體的成因關系工作不多,生產部門多認為礦床和巖基有成因聯(lián)系.苗兒山-越城嶺巖基內外接觸帶礦床以W-Sn礦床為主,多為高溫巖漿熱液礦床.巖漿熱液礦床主要是由巖漿形成演化過程中出溶揮發(fā)相[32,38,39,40,41,42,43,44,45,46]或與巖漿體系有物質和能量交換形成高溫流體溶解的成礦元素在巖體周圍沉淀析出形成的礦床.如果巖漿巖在形成演化過程中發(fā)生過成礦作用,在巖體周圍會發(fā)生蝕變及成礦元素異常.苗兒山-越城嶺巖基南西部資源縣一帶與圍巖接觸界線清楚,未見蝕變,而穿過巖基內外接觸帶3條化探剖面也未見成礦元素異常(另文發(fā)表).這表明苗兒山-越城嶺巖基巖漿活動時未發(fā)生成礦元素富集作用.苗兒山-越城嶺巖基圍巖接觸帶礦床多和巖基中的晚期巖體有緊密的空間關系,而巖基南西部云頭界W-Mo礦床同位素年齡分析表明,云頭界W-Mo礦床和晚期巖體有關而和早期巖基沒有成因關系.綜上所述,我們認為,苗兒山-越城嶺巖基內外接觸帶中的礦床和早期巖基沒有內在成因聯(lián)系,而主要與晚期的巖漿活動有關.既然早期巖基內外接觸帶中的礦床和巖基沒有內在成因聯(lián)系,為什么巖基內外接觸帶礦床特別發(fā)育?我們認為礦床之所以沿著巖基內外接觸帶分布,主要是由下列因素造成的:(1)早期巖基與圍巖接觸帶是構造脆弱部位,為后期成礦巖漿的侵位提供了良好的通道;(2)早期巖基與圍巖接觸帶是巖性突變部位,有利于與后期巖漿有關的成礦流體與圍巖發(fā)生交換反應,因而有利于成礦元素沉淀析出形成礦床.目前在巖體內外接觸帶及附近圍巖地層中發(fā)育鉛鋅礦床(點),鉛鋅礦床形成溫度多低于巖體及其接觸帶內和后期成礦巖體緊密共生的W-Sn礦床.如果這些鉛鋅礦床(點)和W-Sn等高溫熱液礦床空間距離不大,則兩者可能屬于同一成巖成礦系統(tǒng)的產物,是成礦熱液遷至外圍溫度較低時發(fā)生成礦元素沉淀析出形成的.如果鉛鋅礦床(點)單獨出現(xiàn),其可能是巖漿熱液成礦系統(tǒng)的頂端,則應注意尋找其深部與高溫巖漿熱液有關的W-Mo-Sn(Cu)礦床.(ⅴ)華南印支期成礦討論及找礦探討.南嶺成礦帶是與中酸性巖漿有關礦床的重要產地,過去工作多集中在燕山期礦床上,而對華南印支期成礦則相對工作不多.華南在中生代經歷了印支運動及燕山運動,東特提斯洋在245Ma左右關閉,Sibumasu地塊與印支板塊-華南板塊在258±6Ma~243±5Ma發(fā)生了以碰撞增生為代表的印支構造運動.華南和華北地塊在印支運動時發(fā)生碰撞,印支運動把印支、華南和華北地塊連成一體,形成了統(tǒng)一的東亞大陸,是中國東部地殼構造發(fā)展史上一個重大的轉折點.印支運動在華南分布廣泛(表4),華南二疊-三疊紀沉積環(huán)境的突然變化,我國福建、湖南、江西、廣東、廣西及海南等地發(fā)育印支期花崗巖,浙江及臺灣則有印支期變質事件記錄(表4),而本文的工作表明,苗兒山-越城嶺巖基南西部主要是印支期形成的.我國華南多個地區(qū)印支期花崗巖的發(fā)現(xiàn)及印支期變質事件記錄,表明我國華南地區(qū)在印支期經歷了廣泛而強烈的構造巖漿事件.華南燕山期花崗巖漿有關的W-Sn-Nb-Ta-REE礦床發(fā)育,形成世界重要稀有稀土金屬成礦帶,表明華南基底富集有關成礦元素.在理論上,富稀有稀土元素的華南基底在印支期發(fā)生熔融形成的花崗巖漿在侵位及結晶分異過程中也可出溶揮發(fā)相,發(fā)生稀有稀土元素富集形成礦床.我們的工作及前人的贛南鵝仙塘錫礦床、湘南荷花坪錫礦床及桂東栗木錫鈮礦床同位素年齡證實華南印支期發(fā)生成礦作用.因此,可以認為華南具有在印支期形成大規(guī)模礦床的動力學條件.綜上所述,我們認為華南不但經歷了人們所熟悉的燕山期成礦作用,也經歷了印支期的成礦作用,有更好的找礦前景,今后應注意華南印支期礦床的找礦工作.中酸性巖漿熱液礦床多發(fā)育于巖漿房的上部及其邊緣,由于印支期發(fā)生Sibumasu地塊與印支板塊-華南板塊碰撞,華南地區(qū)在印支期發(fā)生了大規(guī)模抬升而被大量剝蝕,如