吳限，江曉龍，劉駒先，袁瓊，韋龍明，謝淑萍，連參軍

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石人嶂鎢礦花崗巖稀土元素地球化學特征及物質(zhì)來源

吳限1，江曉龍2，劉駒先1，袁瓊1，韋龍明1，謝淑萍3，連參軍3

（1.桂林理工大學地球科學學院，廣西 桂林 541000；2.福建省煤田地質(zhì)勘查院，福建 福州 364021； 3. 華北油田公司第二采油廠，河北 霸州 065700）

在分析總結(jié)前人科研、勘探、生產(chǎn)資料的基礎(chǔ)上，通過大量野外觀察、樣品采集及室內(nèi)綜合對比研究認為，廣東石人嶂鎢礦區(qū)隱伏花崗巖體稀土元素含量遠比世界的平均水平要低，輕稀土元素相對于重稀土元素富集，隨著巖漿的分異演化，負銪異常慢慢增強，并向下有增強趨勢；且該區(qū)花崗巖類具有高的δ18O值；因而該巖體應(yīng)為同源巖漿結(jié)晶分異的產(chǎn)物，具有相同的物質(zhì)來源，巖漿在結(jié)晶過程中存在著顯著的斜長石分離結(jié)晶作用，礦區(qū)花崗巖類巖漿為地殼熔融產(chǎn)物。

花崗巖；稀土元素；物質(zhì)來源；石人嶂

花崗巖巖漿的上侵定位是大陸地殼增生最主要的方式之一，絕大多數(shù)稀有元素礦床空間上都與花崗巖類有關(guān)（龔昶行，1974），花崗巖的分布區(qū)域往往有許多極為重要金屬礦富集其中，就礦床規(guī)模和產(chǎn)量而言,許多規(guī)模宏大,產(chǎn)量豐富的礦床,大都集中于粵北、贛南和湘東南這個三角地帶（康永孚，1959）。本文所研究的區(qū)域是粵北的石人嶂,前人對石人嶂鎢礦床做過大量的礦床地質(zhì)研究[1-10]，但是對于稀土元素地球化學研究方面仍然比較薄弱，本文從稀土元素特征入手，配合氧同位素特征分析，在前人研究的基礎(chǔ)上，通過對不同時期花崗巖體稀土元素值進行分析與對比，伴隨著巖漿分異演化的趨勢，判斷巖體之間是否具有相同的物質(zhì)來源，為后續(xù)的成礦作用研究方面提供良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)概況

粵北是著名的華南鎢礦成礦域的重要組成部分, 其大地構(gòu)造位置屬于華南湘贛粵鎢礦成礦區(qū)的中段[11]。石人嶂鎢礦地處中國東南湘粵贛三省交界處的粵北韶關(guān)市（圖1），是我國建礦較早、生產(chǎn)規(guī)模較大的鎢礦山之一，是粵北山區(qū)礦業(yè)經(jīng)濟的支柱企業(yè)之一，在國際與國內(nèi)鎢業(yè)界有較大影響力[12]。石人嶂鎢礦區(qū)區(qū)內(nèi)褶皺發(fā)育，斷裂錯綜復雜，巖漿活動頻繁持久，礦區(qū)深部有隱伏的蓮花山花崗巖體，北面有洞口山石英斑巖體和嶂下花崗閃長巖體，南部有柑子園白云母花崗巖小巖株，都坑英安玢巖體以及沿近東西向梧桐窩斷裂產(chǎn)出的閃斜煌斑巖巖脈。在數(shù)次的巖漿活動改造下，致使該地區(qū)形成了豐富的鎢礦礦產(chǎn)。

圖1南嶺大地構(gòu)造位置示意圖

在緩慢悠長的地質(zhì)運動過程中，石人嶂礦區(qū)內(nèi)發(fā)生了頻繁的巖漿活動，巖漿以基性、中酸性為主。形成了包括加里東期、印支期以及燕山期在內(nèi)的花崗巖體。在這些巖體之中燕山期花崗質(zhì)巖漿活動最為強烈且與鎢礦成礦最為密切[13]，根據(jù)礦區(qū)開采資料顯示，工作區(qū)內(nèi)主要的巖漿活動可分為兩個期次，燕山早期侵入的花崗巖體主要包括：石英斑巖巖體（礦區(qū)北面洞口山區(qū)域）、斑狀白云母花崗巖巖體(礦區(qū)南東面橘子園區(qū)域)、閃斜煌斑巖巖脈（礦區(qū)南面梧桐窩斷裂及其附近區(qū)域），燕山晚期與成礦密切相關(guān)的蓮花山花崗巖體則潛藏在工作區(qū)底部。工作區(qū)內(nèi)巖漿巖具有多期、繁復的特性，在導致區(qū)內(nèi)花崗巖中成礦元素長久分異聚集的同時，也為金屬礦產(chǎn)的形成提供了良好的環(huán)境。因而探尋花崗巖成礦物質(zhì)來源與分異演化特征，為總結(jié)礦床成因提供了依據(jù)，也為礦山的可持續(xù)開發(fā)利用給予了保障。

2 巖石學特征

蓮花山花崗巖體主要由兩期巖漿侵入體構(gòu)成，分別為早期斑狀細粒二云母花崗巖體和晚期二長花崗巖體，二者之間呈侵入接觸關(guān)系。結(jié)合巖石巖相學研究成果，晚期二長花崗巖體在垂向上自上而下又可細分為細粒二長花崗巖、中粒-中細粒二長花崗巖、細粒白云母花崗巖三種巖石類型，均呈漸變接觸，與早期斑狀細粒二云母花崗巖共同構(gòu)成礦區(qū)隱伏巖體的垂向分布模式[14]。根據(jù)鏡下以及野外手標本實測做Q-P-A圖解（圖2）如下。

圖2 蓮花山隱伏花崗巖巖體分類投影圖

2.1斑狀細粒二云母花崗巖

該巖體產(chǎn)出范圍較小，淺灰色似斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶含量約20%，斑晶主要成分為鉀長石，斜長石和石英次之。鉀長石為肉紅色短柱狀，半自形-自形結(jié)構(gòu)，含量在10%左右；斜長石為乳白色它形粒狀晶形，含量約5%，具有少量的綠泥石化；石英含量約占5%?；|(zhì)為顯晶質(zhì)，其成分包括：斜長石、鉀長石、石英、白云母、黑云母、綠泥石及輝石、角閃石、磁鐵礦等組成。

根據(jù)鏡下觀察（圖3），基質(zhì)中可見鉀長石被白云母、石英局部交代，含量在20%~25%之間；斜長石局部可見被石英、條紋長石交代，含量在20%~25%左右；石英呈填隙狀分布，常交代長石，含量約25%；微斜長石含量<1%；白云母含量約為5%；黑云母含量約為5%。副礦物可見鋯石、金紅石、獨居石等，次生礦物主要為絹云母、高嶺土、綠泥石等。巖石呈現(xiàn)出較弱的綠泥石化以及綠簾石化。

圖3 斑狀細粒二云母花崗巖（1.斜長石，2.鉀長石，3.石英，4.黑云母，5.白云母）

2.2細粒二長花崗巖

細粒二長花崗巖與上部沉積巖和斑狀細粒二云母花崗巖呈侵入接觸關(guān)系，散布廣闊。巖石以灰白色為主，局部呈現(xiàn)淺灰綠色，等粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。所含主要礦物包括鉀長石、斜長石、石英，另含有少量的白云母與暗色礦物。鉀長石呈肉紅色，局部具有少量的高嶺土化，晶形表現(xiàn)為它形粒狀，含量約35%；斜長石為它形粒狀晶形，乳白色，含量約30%；石英含量約25%，呈他形圓粒狀晶形；白云母呈現(xiàn)出細小的鱗片狀，零星分布，含量少于5%；黑云母含量低于5%。巖石具有弱綠泥石化蝕變。

圖4 細粒二長花崗巖（1.斜長石，2.鉀長石，3.石英）

通過鏡下觀察（圖4）：斜長石（無色）含量在30%~35%之間，呈半自形-自形板狀，少數(shù)呈它形粒狀，具有鈉長石雙晶和聚片雙晶，邊部可見白云母、石英、鉀長石交代；鉀長石，雜亂分布，部分填隙狀分布，可見卡斯巴雙晶，表面有裂紋，具有高嶺土化，含量約在35%~40%之間；石英，它形粒狀，表面有裂紋，含量約占25%~30%；白云母含量在2%左右。黑云母含量在2%~5%左右。副礦物可見金紅石、鋯石、獨居石、磷釔礦，另有高嶺土、絹云母、碳酸鹽、綠泥石等次生礦物。

2.3中粒-中細粒二長花崗巖

中粒-中細粒二長花崗巖隱伏于上部細粒二長花崗巖之下，呈漸變侵入接觸，與上部巖層相比所含礦物粒度明顯較大，主要為中細粒二長花崗巖，其粒度向下有逐漸減小的趨勢。

巖石具有較強的蝕變，內(nèi)部新鮮斷面呈灰白色，塊狀構(gòu)造，中粒等?；◢徑Y(jié)構(gòu)。所含主要礦物成分與上覆巖體基本一致，斜長石含量在30%~35%之間；鉀長石有明顯的風化蝕，呈灰白色，它形粒狀，雜亂分布于巖石中，含量在30%左右；石英鑲嵌分布于巖體內(nèi)，另有少量石英以集合體分布，含量約為25%；白云母含量約2%；綠泥石含量約為2%。暗色礦物以黑云母和角閃石為主，黑云母含量約占2%~3%，角閃石含量約為2%。

圖5 中粒-中細粒二長花崗巖（1.斜長石，2.鉀長石，3.石英，4.白云母）

鏡下圖片見圖5，與上部巖體相比黑云母相對減少，白云母相對增多。鉀長石，絕大多數(shù)已蝕變形成高嶺土，局部可見其被石英、斜長石和云母等礦物交代，含量在25%~35%之間。斜長石，相對于鉀長石粒徑較小，可在晶體中心見絹云母化蝕變，含量在40%~45%之間。石英含量約25%~30%。黑云母，多數(shù)呈綠泥石化或碳酸鹽化蝕變，含量在2%左右。白云母，含量為2%~5%。巖石綠泥石化明顯，副礦物以鋯石、獨居石、磷釔礦為主，絹云母、高嶺土、綠泥石、綠簾石、螢石是主要的次生礦物。

2.4細粒白云母二長花崗巖

通過深部鉆探可確定，細粒白云母二長花崗巖的頂界面在80~120m左右，與上部細粒二長花崗巖呈漸變侵入接觸，礦物粒度與上覆巖層相比明顯降低，白云母含量逐步上升，黑云母含量則與之成相反趨勢不斷降低。

細粒白云母二長花崗巖表現(xiàn)為細粒等粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。以石英、鉀長石、斜長石、白云母為主要礦物成分，暗色礦物含量稀少。鉀長石分布極為雜亂，含量在35%~40%之間；斜長石多以填隙狀分布在礦物之間的間隙內(nèi)，含量在30%左右；石英含量約為25%；白云母含量較少，約5%。暗色礦物主要為黑云母，含量約占2%；另有磁鐵礦、輝石、角閃石等副礦物，含量約占總量的3%。

經(jīng)鏡下觀察（圖6）：巖石所含礦物中石英、鉀長石、斜長石、白云母為主要成分，黑云母含量極少。鉀長石分布雜亂，含量約為30%；斜長石，無色，含量約27%，無明顯分布規(guī)律；石英含量約占30%；白云母含量約7~8%。黑云母，含量在1%左右。巖石副礦物與上覆巖體基本相似，以鋯石、獨居石為主。

圖6 細粒白云母花崗巖，細?；◢徑Y(jié)構(gòu)（1.斜長石，2.鉀長石，3.石英，4.白云母）

3 稀土元素地球化學特征

選擇并采集石人嶂鎢礦區(qū)不同花崗巖相帶中的17件樣品，在過200目篩后，由廣東澳實礦物實驗室進行測試，通過熔融法電感耦合等離子質(zhì)譜檢測，測試所得成果精度符合要求，測試成果見表1。

稀土元素作為地球化學指示劑，稀土元素之間的分餾作用、通過研究稀土元素之間，分餾作用，研究其特殊地球化學行為化學行為的探究與分析，探討巖石物質(zhì)來源、形成機制、以及成巖過程中分異演化特征的研究有著極為重要作用。

周旻玥等人曾對該區(qū)隱伏巖體及鎢礦脈的稀土地球化學特征做過部分研究，認為成礦物質(zhì)主要來源于白云母花崗巖[14]，本文通過石人嶂鎢礦隱伏巖體的稀土元素分析結(jié)果（表1）觀察出以下特征：

表1 廣東石人嶂鎢礦隱伏花崗巖稀土元素值表

注：數(shù)據(jù)來源:廣東澳實礦物實驗室、國家地質(zhì)實驗測試中心

1）早期斑狀細粒二云母花崗巖總稀土元素含量值較高，稀土元素總含量的平均值為206×10-6，輕重稀土元素含量比值平均為10.89，（La/Yb）N平均13.95，（La/Sm）N平均為3.53，（Gd/Yb）N平均值：2.25，LREE聚集，相對于重稀元素土而言，輕稀土元素的分餾特征更為明顯；δEu值在0.28~0.35之間，Eu負異常明顯，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[15]。

2）與早期斑狀細粒二云母花崗巖相比，晚期二長花崗巖巖體中，自上而下ΣREE、LREE/HREE、（La/Yb）N、（La/Sm）N、（Gd/Yb）N以及異常指數(shù)δEu趨于減少。在整個二長花崗巖體內(nèi)，上部細粒二長花崗巖與中粒-中細粒二長花崗巖ΣREE大致相同，ΣREE平均值分別為144.27×10-6和151.71×10-6，深部細粒白云母花崗巖巖體ΣREE最小，ΣREE在66.24×10-6~151.87×10-6之間，平均130.47×10-6，表明早期到晚期，巖漿演化分異過程中，稀土元素的分異由強變?nèi)?。LREE/HREE比值較小，LREE相對減少，HREE相對富集，顯示由相對富LREE到相對富重HREE元素方向演化。晚期二長花崗巖巖體（La/Yb）N平均值自上而下由2.52→3.73→3.34，和于早期的斑狀細粒二云母花崗巖相比明顯減小，表明稀土分餾程度相對減弱，（La/Sm）N與（Gd/Yb）N平均值明顯偏低，亦表明巖石HREE相對富集。巖體異常指數(shù)δEu平均值分別為0.13、0.16、0.15，δEu虧損相對增強。二長花崗巖巖體稀土元素配分曲線整體呈現(xiàn)銪虧損、輕稀土富集。

3）結(jié)合以上分析，蓮花山隱伏花崗巖體各組成部分稀土元素總量介于100×10-6~200×10-6之間，明顯小于世界花崗巖體稀土元素總量的平均值（250×10-6~280×10-6）。巖體之間稀土特征較為相似，LREE相對HREE富集，輕、重稀土分餾明顯，具有稀土元素特殊的四分組效應(yīng)[16]，δEu隨著巖漿的分異演化負異常逐漸增強。這些特征共同表明該復式巖體之間具有相同的物質(zhì)來源，應(yīng)為同源巖漿結(jié)晶分異的產(chǎn)物，具有部分熔融成因，與高度演化分異花崗巖巖漿結(jié)晶晚期流體-熔體的相互作用有關(guān)（趙振華等，1999；Irber，1999）。稀土元素總量由上到下有減少趨勢，一方面由于富含稀土的造巖礦物黑云母逐漸減少，另一方面是由于鋯石、獨居石、磷釔礦等副礦物的結(jié)晶分異所引起（華仁民等，2007）。LREE相對HREE極度富集可能因為原巖中有微量的石榴石和鋯石存在，這與電子顯微鏡下觀察礦物一致。Eu元素強烈虧損，并且向下有增強趨勢，表明巖漿在結(jié)晶過程中存在著顯著的斜長石分離結(jié)晶作用[15]。LREE相對減少、HREE相對增加反映了花崗巖漿分異演化的總趨勢，高度結(jié)晶分異后的巖漿熔體多形成淺色的花崗巖[17,18]，極大的豐富了成礦元素，為后續(xù)大規(guī)模的成礦作用提供了非常良好的物質(zhì)來源。

表2 石人嶂鎢礦及鄰區(qū)花崗巖巖體氧同位素組成(據(jù)於崇文等，1987)

4 氧同位素特征

依據(jù)南嶺地區(qū)區(qū)域地球化學研究的資料（1987，於崇文等），石人嶂鎢礦及鄰區(qū)紅嶺鎢礦熱水巖體、龍脛鎢礦巖體的氧同位素組成如下表表2所示。

火成巖中共存礦物之間δ18O值按固定順序遞降，這種順序與礦物的晶體的化學性質(zhì)有關(guān)。一般變化的順序為：石英（8.9~10.3）→堿長石（7.0~9.1）→斜長石（6.5~9.3）→白云母、角閃石（5.9~6.9）→黑云母（4.4~6.6）→磁鐵礦（1.0~3.0）。由表2可見，礦區(qū)花崗巖巖體巖石中的石英、鉀長石中的δ18O與上列順序一致，表明巖體氧同位素之間已基本達到了交換平衡，δ18O屬于正常序列（丁悌平，1980）。

根據(jù)觀察到的數(shù)據(jù)，石人嶂鎢礦及鄰區(qū)鎢礦全巖δ18O值位于9.3~10.5‰?yún)^(qū)間內(nèi)，依據(jù)Taylor花崗巖類巖石δ18O分類法則（陳衍景，1996）可知其值全部落入高組和最高組之間（最高組δ18O≥10.3‰，高組δ18O‰為8.4~10.2‰）（丁悌平，1980），表明本區(qū)花崗巖類具有高的δ18O值。而巖石的δ18O值高可作為花崗巖由硅鋁質(zhì)地殼部分熔融而成的證據(jù)。據(jù)此，可以推斷礦區(qū)花崗巖類巖漿為地殼熔融產(chǎn)物，與前述稀土元素組成模式所得結(jié)論相一致。

5 結(jié)論

1）與成礦密切相關(guān)的蓮花山隱伏花崗巖體按照巖性的不同可被劃分為：細粒二長花崗巖、中粒-中細粒二長花崗巖、細粒白云母二長花崗巖，其上部被斑狀細粒二云母花崗巖覆蓋。

2）蓮花山隱伏花崗巖體各組成部分稀土元素含量遠比世界的平均水平要低的多，各期次有著近似的變化特征，隨著巖漿的分異演化，負銪異常慢慢增強，輕稀土元素和重稀土元素之間分餾特征明顯，相較而言輕稀土元素更為富集，有著稀土元素的四分組效應(yīng)，分異演化程度高，相似的變化規(guī)律特性顯示各巖體應(yīng)為同源巖漿結(jié)晶分異的產(chǎn)物，并且后續(xù)大規(guī)模的成礦作用提供了良好的物質(zhì)來源。

3）礦區(qū)花崗巖巖體巖石中的石英、鉀長石中的δ18O與上列順序一致，表明巖體氧同位素之間已基本達到了交換平衡，本區(qū)花崗巖中有著高δ18O值，因而推斷礦區(qū)花崗巖類巖漿為地殼熔融產(chǎn)物。

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REE Geochemistry and Material Sources of the Granite in the Shirenzhang W Deposit in Guangdong

WU Xian1JIANG Xiao-long2LIU Ju-xian1YUAN Qiong1WEI Long-ming1XIE Shuping3LIAN Canjun3

(1- College of Earth Sciences, Guilin University of Technology, Guilin, Guangxi 541000; 2-Fujian Institute of Coal Geological Exploration, Fuzhou 364021; 3-The Second Exploit Factary, Huabei Oilfield Company, Bazhou, Hebei 065700)

The study indicates that buried granite intrusion in the Shirenzhang W Deposit in Guangdong contains ΣREE lower mean value in the world with LREE enrichment and negative Eu anomaly increasing downward. The δ18O value is higher. The granite intrusion resulted from crust melting.

granite; REE; negative Eu anomaly; material source; Shirenzhang, Guangdong

2017-10-04

國家深部探測計劃專項研究課題（SinoProbe-03-01）全國危機礦山接替資源勘查項目（200644089）

吳限（1993-），男，湖北潛江人，在讀碩士研究生，地質(zhì)資源與地質(zhì)工程專業(yè)

韋龍明（1959 -），男，博士，教授，礦物學、巖石學、礦床學專業(yè)

P588.1

A

1006-0995（2018）01-0046-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.01.009