粵北地區(qū)鎢礦成礦環(huán)境與成礦物質(zhì)來源研究粵北石人嶂鎢礦床稀土元素地球化學(xué)特征及其指示意義

粵北地區(qū)鎢礦成礦環(huán)境與成礦物質(zhì)來源研究粵北石人嶂鎢礦床稀土元素地球化學(xué)特征及其指示意義

石雕高塔是從一小型半隱形的高溫?zé)嵋褐刑畛涞暮趲r礦床。位于廣東省北部七興縣南部。作為著名的脈狀鎢礦“五層樓”礦化模式發(fā)源地,前人對石人嶂鎢礦床作了大量的礦床地質(zhì)研究[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10],但是稀土元素地球化學(xué)研究仍較薄弱。本文通過對礦區(qū)花崗巖、云英巖、鎢礦脈系統(tǒng)開展稀土元素特征分析對比,查明不同地質(zhì)體的稀土元素含量變化及配分模式的異同,以探討成巖、成礦環(huán)境變化及成礦物質(zhì)來源。1礦床巖石學(xué)特征研究區(qū)位于湘贛粵加里東隆起南西緣,粵中海西坳陷北東端,粵北山字型構(gòu)造東側(cè),瑤嶺復(fù)背斜東部,面積共計2.6km2(圖1)。礦區(qū)賦礦地層為寒武系和奧陶系的淺變質(zhì)砂巖、砂質(zhì)板巖,局部出露有中下泥盆統(tǒng)桂頭群和第四系殘坡積層。區(qū)內(nèi)斷裂主要有北西向、北東向及北北東向3組。巖漿活動較為發(fā)育,燕山晚期發(fā)育隱伏蓮花山花崗巖體,包括中-細(xì)粒二長花崗巖和細(xì)粒白云母花崗巖。在空間上,鎢礦化常表現(xiàn)出良好的分帶性,其垂向上主要位于“五層樓”模式的薄脈組及上、下過渡帶中。圍巖蝕變主要是硅化、云英巖化,其次為角巖化、絹云母化、毒砂化、黃鐵礦化、螢石化等。石人嶂礦床礦石類型主要為石英-黑鎢礦型,礦石礦物主要以黑鎢礦為主,在礦脈中可見錫石、白鎢礦、毒砂及黃銅礦、黃鐵礦等金屬硫化物;脈石礦物主要為石英、正長石、白云母、方解石、絹云母、綠泥石、螢石、電氣石等。礦石多為浸染狀構(gòu)造和細(xì)脈狀構(gòu)造。2樣品采集和分析方法系統(tǒng)采集石人嶂礦區(qū)樣品共計39件:花崗巖22件,云英巖6件(表1),鎢礦脈11件(表2)。其中,包括11組組合樣,即在同一地點同時采集了6組花崗巖和旁側(cè)云英巖樣品,5組鎢礦脈、云英巖和旁側(cè)花崗巖樣品。絕大多數(shù)樣品送廣東澳實礦物實驗室分析,采用熔融法電感耦合等離子質(zhì)譜儀,另有3件花崗巖樣送國家地質(zhì)實驗測試中心分析,采用ICP-MS等離子質(zhì)譜儀。所測樣品的稀土元素包含Y等15項,測試結(jié)果(表1、2)達(dá)到精度要求。3稀土元素的組成特征3.1隱伏發(fā)礦巖石礦區(qū)深部隱伏蓮花山花崗巖體空間垂向分帶明顯,自上而下可劃分為斑狀細(xì)粒二云母花崗巖、細(xì)粒二長花崗巖、中-中細(xì)粒二長花崗巖、細(xì)粒白云母花崗巖4種類型。其稀土元素含量及特征值統(tǒng)計(表3)顯示,位于頂部的斑狀細(xì)粒二云母花崗巖類稀土元素組成獨特,ΣREE平均高達(dá)230.99×10-6,ΣCe/ΣY值9.88~11.77,平均10.86,均遠(yuǎn)大于其他3類花崗巖,顯示輕稀土強烈富集的特點;輕稀土及重稀土內(nèi)部的分餾也比較明顯,LaN/SmN=3.34~3.56,平均3.44;GdN/YbN=1.93~2.37,平均2.19;δEu為0.28~0.35,也均高于其他3類花崗巖。而其他3類花崗巖的稀土元素特征值比較相似,ΣREE平均114.45×10-6~227.21×10-6,ΣCe/ΣY值2.00~6.24,平均3.34~4.15;LaN/SmN=1.19~3.06,平均1.88~2.42;GdN/YbN=0.77~1.20,平均值為0.95~1.01,重稀土分餾相對不顯著;δEu僅有0.06~0.23,平均0.14;其中的中-中細(xì)粒二長花崗巖的各項含量和比值相對較高。蓮花山巖體的稀土總量平均值(198×10-6),介于華南花崗巖(208.77×10-6)與華南含鎢錫花崗巖(191.46×10-6)之間,ΣCe/ΣY、LaN/SmN、GdN/YbN、δEu值也介于兩者之間,但與華南含鎢錫花崗巖更相近(表3)。但蓮花山花崗巖較華南含鎢錫花崗巖更富集輕稀土,δCe值在1.01~1.12,平均值為1.05,基本無鈰異常,顯示花崗巖的成巖環(huán)境主要為還原環(huán)境;δEu值在0.06~0.35,平均值為0.18,均顯示出強烈的銪虧損,表明巖漿在分異演化過程中具有顯著的斜長石持續(xù)分離結(jié)晶作用,后期花崗巖的斜長石含量減少。上述特征表明該巖體具有部分熔融成因,與高度演化分異的花崗巖巖漿結(jié)晶晚期流體-熔體的相互作用有關(guān),顯示其殼源花崗巖的稀土特征。礦區(qū)隱伏蓮花山巖體稀土元素組成可分為明顯不同的兩種類型,即淺部花崗巖類(斑狀細(xì)粒二云母花崗巖類)和深部花崗巖類(細(xì)粒二長花崗巖、中-細(xì)粒二長花崗巖和白云母花崗巖)。淺部花崗巖類的ΣREE、ΣCe/ΣY、LaN/SmN、GdN/YbN、δEu均明顯高于深部花崗巖;淺部花崗巖的稀土配分型式呈“V”形向右陡傾斜型,而深部花崗巖的稀土配分型式也呈“V”形,但向右呈緩傾斜(圖2),這表明研究區(qū)可能存在兩期巖漿侵入活動。深部3類花崗巖從早到晚,即從中粒-中細(xì)粒二長花崗巖→細(xì)粒二長花崗巖→細(xì)粒白云母花崗巖,∑Ce/∑Y值逐步減小,反映出同源巖漿演化特征;而斑狀細(xì)粒二云母花崗巖不服從這一演化規(guī)律。對4類花崗巖的LREE、MREE、HREE進(jìn)行計算(表3),LREE占∑REE比例達(dá)60.39%~88.19%、MREE比例占9.57%~25.06%、HREE比例占2.24%~14.55%。從平均值看,由斑狀細(xì)粒二云母花崗巖→中粒-中細(xì)粒二長花崗巖→細(xì)粒二長花崗巖→細(xì)粒白云母花崗巖,LREE比例逐步減小,MREE和HREE比例逐步增大;三角圖(圖3)投點同樣發(fā)現(xiàn)這一規(guī)律,4類花崗巖的落點有逐步向MREE、HREE端頭靠近的趨勢。顯示晚期的白云母花崗巖和細(xì)粒二長花崗巖的中、重稀土元素相對富集,反映了花崗巖漿分異程度逐漸增強,高度結(jié)晶分異后的巖漿熔體多形成淺色花崗巖,與成礦巖漿分異演化趨勢相吻合。稀土元素與主量元素相關(guān)分析表明,花崗巖的LREE、ΣCe/ΣY、LaN/YbN、LaN/SmN、GdN/YbN、δEu與SiO2及W呈明顯負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.55~-0.85(置信度為95%時的相關(guān)臨界值為0.532,下同),∑REE與CaO、TiO2、Al2O3、TFe、MnO、P2O5等呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.58~0.95,這是因為黑云母、長石的稀土元素含量較高,石英、黑鎢礦的稀土元素含量較低。3.2在熱液蝕變作用下成礦物質(zhì)來源云英巖是一種花崗巖類經(jīng)高溫氣水熱液蝕變后的產(chǎn)物。礦區(qū)云英巖分為脈側(cè)云英巖、面型云英巖和脈型云英巖3種類型。其中,脈側(cè)云英巖是石人嶂礦區(qū)最主要的圍巖蝕變巖,按蝕變強度不同,即根據(jù)云母礦物含量又可分為石英云英巖或硅化云英巖、正常云英巖、云母云英巖、云母巖。本次主要研究礦區(qū)普遍分布的脈側(cè)云英巖和面型云英巖的6組樣品稀土元素組成特征(表4),并與鎢礦脈及花崗巖原巖進(jìn)行對比分析。面型云英巖的ΣREE、ΣCe/ΣY、LaN/YbN、δEu等稀土特征值均明顯高于脈側(cè)云英巖(2~6組)。云英巖稀土元素組成特征主要受控于蝕變原巖,而云英巖化過程及后期的成巖、構(gòu)造演化影響很小。從稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式看,兩類云英巖也存在很大差異,面型云英巖呈陡的右傾型,而脈側(cè)云英巖大多呈緩的右傾型,特別是含礦云母巖呈平緩型(圖4)且HREE明顯富集,說明兩者是在不同時期、不同性質(zhì)的熱液蝕變作用下形成的,這可能與面型云英巖是巖漿期后熱液受硅質(zhì)砂巖、板巖圍巖的圈閉作用,使得稀土元素在巖體邊部富集,且酸性巖的次生蝕變即能容納原巖分解釋放出的所有三價稀土元素,還可以接納熱液本身攜帶的三價稀土元素及銪,因而表現(xiàn)為蝕變巖中稀土總量較高;這也是造成面型云英巖的δEu值大于其他脈側(cè)云英巖(除含礦云母巖外)的原因;亦表明了面型云英巖的成巖母巖是二云母花崗巖,而不是下伏隱伏的二長花崗巖?？傮w上,各類脈側(cè)云英巖的稀土元素組成和稀土模式很相近,但也存在稍許差異,從石英云英巖→正常云英巖→云母巖,ΣREE、δEu有逐步增加的趨勢,LREE比例逐步減小,MREE和HREE比例逐步增大;但其他稀土比值變化不大,說明脈側(cè)云英巖均為同一成礦期的熱液蝕變作用產(chǎn)物,但經(jīng)受蝕變程度不同,其中石英逐步減少,云母逐步增多,從而推斷脈側(cè)云英巖的成礦物質(zhì)可能源于本期花崗巖。不同脈側(cè)云英巖的稀土元素組成存在細(xì)微差異,說明熱液蝕變作用對稀土元素組成也有一定影響,而含礦云英巖的ΣREE比不含礦云英巖的含量減小,可能是鎢礦物和其他金屬硫化物的稀土元素含量很低所致。由表4可知,第1、3、5、6組的δEu為云英巖<花崗巖<鎢礦脈;第3、5、6組的δCe為花崗巖>云英巖>鎢礦脈,而第1組的δCe為花崗巖>鎢礦脈>云英巖;第2、4組的δEu、δCe均滿足花崗巖<云英巖。總體上,脈側(cè)云英巖的稀土元素特征值ΣREE、ΣCe/ΣY、LaN/SmN、GdN/YbN均比旁側(cè)花崗巖的高,δEu、δCe則是花崗巖>云英巖,但差別不大,而含礦云母云英巖的情況則正好相反;各類脈側(cè)云英巖的稀土模式十分相似,但含礦云母巖明顯不同,主要體現(xiàn)在ΣREE、δEu及重稀土富集程度上,其ΣREE、δEu值較其他脈側(cè)云英巖大,且GdN/YbN值很小,只有0.47,其他云英石都≥0.79;在LREE-MREE-HREE稀土元素組合三角圖解中(圖5),脈側(cè)云英巖與旁側(cè)花崗巖稀土元素分布形式比較相近,1、2、5組均以云英巖的輕稀土富集程度高于旁側(cè)花崗巖為特征,而3、4、6組的情況相反。稀土元素與主量元素相關(guān)分析表明,云英巖的HREE和δEu值與BaO、Fe2O3、MnO、K2O、A12O3、MgO、TiO2、Na2O、CaO存在一定的正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)一般為0.73~0.97(置信度為95%時的相關(guān)臨界值為0.811,下同);而與SiO2存在較強的負(fù)相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)分別為-0.82、-0.90);∑REE和LREE與TiO2、MgO、CaO具有一定的正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.57~0.91;與SiO2呈微弱的負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.47和-0.16;δCe與Fe2O3和MnO具弱的正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.66和0.71;其他相關(guān)性不明顯。3.3稀土元素特征由于11件石英脈樣品采自不同中段、不同礦脈,而且礦脈中的金屬礦物組合及含量都不同,所以稀土元素含量及其特征值變化幅度較大(表5),稀土總量在(1.91~4.95)×10-6,平均2.97×10-6,ΣCe/ΣY的值在2.78~10.15,平均6.95,LREE占∑REE比例為79.58%~87.59%(個別68.16%)、MREE比例占8.97%~15.25%、HREE比例占3.43%~6.34%(個別16.59%),與花崗巖和云英巖相比,石英脈表現(xiàn)為相對富集輕稀土而重稀土貧化的特點;LaN/YbN平均值11.93,LaN/SmN平均值6.12,表現(xiàn)為稀土元素,特別是輕稀土分餾程度強烈。11件鎢礦脈樣品的稀土配分模式曲線(圖6)均成鋸齒狀特點;鎢礦脈多數(shù)具有明顯的正銪異常,少數(shù)呈不明顯的負(fù)銪異常,這與花崗巖、云英巖具有高的負(fù)銪異常明顯不同。就分布范圍和平均值而言,鎢礦脈→花崗巖→云英巖的稀土總量呈明顯增高趨勢,LREE比例逐步減小,MREE和HREE比例逐步增大;LREE-MREE-HREE三角圖(圖7)投點也顯示同樣的規(guī)律,即花崗巖和云英巖相對富集中、重稀土,礦脈相對富集輕稀土,可能是輕稀土在成礦階段更容易進(jìn)入熱液,從而使重稀土殘留下來。稀土元素與微量元素相關(guān)分析表明(置信度為95%時的相關(guān)臨界值為0.602),Nb、W、Cr、U、Th與HREE呈正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為0.45~0.80),而與ΣCe/ΣY、LaN/YbN、GdN/YbN呈負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為-0.40~-0.73),說明石英脈中發(fā)育鎢礦化、放射性礦化和稀土礦化有利于重稀土富集。鎢礦脈的負(fù)銪異常較花崗巖高,但晚期階段(即相對富含硫化物的鎢礦脈)銪虧損變?nèi)趸虺霈F(xiàn)銪富集,這可能為隨著成礦時間的推移,其成礦環(huán)境由還原到相對氧化環(huán)境的轉(zhuǎn)變。跟晚期的白云母花崗巖重稀土元素富集特征相似,與區(qū)域石英脈鎢礦床的成礦物質(zhì)來源研究結(jié)果吻合,即石人嶂鎢礦床成礦流體主要來源于巖漿水和大氣降水,成礦物質(zhì)來源與晚期富鎢的白云母花崗巖關(guān)系密切。鎢礦脈的稀土元素配分模式差異大,且在三角圖解中分布零散,這是由于不同礦脈具有不同的礦物組合以及成礦物質(zhì)來源有差異所致。4巖漿巖結(jié)晶分異(1)蓮花山隱伏花崗巖體的稀土元素組成存在兩種明顯不同的類型,顯示兩期巖漿侵入特點,與礦區(qū)存在兩期熱液活動與礦化疊加作用相吻合;