粤北地区钨矿成矿环境与成矿物质来源研究粤北石人嶂钨矿床稀土元素地球化学特征及其指示意义

粤北地区钨矿成矿环境与成矿物质来源研究粤北石人嶂钨矿床稀土元素地球化学特征及其指示意义

石雕高塔是从一小型半隐形的高温热液中填充的黑岩矿床。位于广东省北部七兴县南部。作为著名的脉状钨矿“五层楼”矿化模式发源地,前人对石人嶂钨矿床作了大量的矿床地质研究[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10],但是稀土元素地球化学研究仍较薄弱。本文通过对矿区花岗岩、云英岩、钨矿脉系统开展稀土元素特征分析对比,查明不同地质体的稀土元素含量变化及配分模式的异同,以探讨成岩、成矿环境变化及成矿物质来源。1矿床岩石学特征研究区位于湘赣粤加里东隆起南西缘,粤中海西坳陷北东端,粤北山字型构造东侧,瑶岭复背斜东部,面积共计2.6km2(图1)。矿区赋矿地层为寒武系和奥陶系的浅变质砂岩、砂质板岩,局部出露有中下泥盆统桂头群和第四系残坡积层。区内断裂主要有北西向、北东向及北北东向3组。岩浆活动较为发育,燕山晚期发育隐伏莲花山花岗岩体,包括中-细粒二长花岗岩和细粒白云母花岗岩。在空间上,钨矿化常表现出良好的分带性,其垂向上主要位于“五层楼”模式的薄脉组及上、下过渡带中。围岩蚀变主要是硅化、云英岩化,其次为角岩化、绢云母化、毒砂化、黄铁矿化、萤石化等。石人嶂矿床矿石类型主要为石英-黑钨矿型,矿石矿物主要以黑钨矿为主,在矿脉中可见锡石、白钨矿、毒砂及黄铜矿、黄铁矿等金属硫化物;脉石矿物主要为石英、正长石、白云母、方解石、绢云母、绿泥石、萤石、电气石等。矿石多为浸染状构造和细脉状构造。2样品采集和分析方法系统采集石人嶂矿区样品共计39件:花岗岩22件,云英岩6件(表1),钨矿脉11件(表2)。其中,包括11组组合样,即在同一地点同时采集了6组花岗岩和旁侧云英岩样品,5组钨矿脉、云英岩和旁侧花岗岩样品。绝大多数样品送广东澳实矿物实验室分析,采用熔融法电感耦合等离子质谱仪,另有3件花岗岩样送国家地质实验测试中心分析,采用ICP-MS等离子质谱仪。所测样品的稀土元素包含Y等15项,测试结果(表1、2)达到精度要求。3稀土元素的组成特征3.1隐伏发矿岩石矿区深部隐伏莲花山花岗岩体空间垂向分带明显,自上而下可划分为斑状细粒二云母花岗岩、细粒二长花岗岩、中-中细粒二长花岗岩、细粒白云母花岗岩4种类型。其稀土元素含量及特征值统计(表3)显示,位于顶部的斑状细粒二云母花岗岩类稀土元素组成独特,ΣREE平均高达230.99×10-6,ΣCe/ΣY值9.88~11.77,平均10.86,均远大于其他3类花岗岩,显示轻稀土强烈富集的特点;轻稀土及重稀土内部的分馏也比较明显,LaN/SmN=3.34~3.56,平均3.44;GdN/YbN=1.93~2.37,平均2.19;δEu为0.28~0.35,也均高于其他3类花岗岩。而其他3类花岗岩的稀土元素特征值比较相似,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,平均值为0.95~1.01,重稀土分馏相对不显著;δEu仅有0.06~0.23,平均0.14;其中的中-中细粒二长花岗岩的各项含量和比值相对较高。莲花山岩体的稀土总量平均值(198×10-6),介于华南花岗岩(208.77×10-6)与华南含钨锡花岗岩(191.46×10-6)之间,ΣCe/ΣY、LaN/SmN、GdN/YbN、δEu值也介于两者之间,但与华南含钨锡花岗岩更相近(表3)。但莲花山花岗岩较华南含钨锡花岗岩更富集轻稀土,δCe值在1.01~1.12,平均值为1.05,基本无铈异常,显示花岗岩的成岩环境主要为还原环境;δEu值在0.06~0.35,平均值为0.18,均显示出强烈的铕亏损,表明岩浆在分异演化过程中具有显著的斜长石持续分离结晶作用,后期花岗岩的斜长石含量减少。上述特征表明该岩体具有部分熔融成因,与高度演化分异的花岗岩岩浆结晶晚期流体-熔体的相互作用有关,显示其壳源花岗岩的稀土特征。矿区隐伏莲花山岩体稀土元素组成可分为明显不同的两种类型,即浅部花岗岩类(斑状细粒二云母花岗岩类)和深部花岗岩类(细粒二长花岗岩、中-细粒二长花岗岩和白云母花岗岩)。浅部花岗岩类的ΣREE、ΣCe/ΣY、LaN/SmN、GdN/YbN、δEu均明显高于深部花岗岩;浅部花岗岩的稀土配分型式呈“V”形向右陡倾斜型,而深部花岗岩的稀土配分型式也呈“V”形,但向右呈缓倾斜(图2),这表明研究区可能存在两期岩浆侵入活动。深部3类花岗岩从早到晚,即从中粒-中细粒二长花岗岩→细粒二长花岗岩→细粒白云母花岗岩,∑Ce/∑Y值逐步减小,反映出同源岩浆演化特征;而斑状细粒二云母花岗岩不服从这一演化规律。对4类花岗岩的LREE、MREE、HREE进行计算(表3),LREE占∑REE比例达60.39%~88.19%、MREE比例占9.57%~25.06%、HREE比例占2.24%~14.55%。从平均值看,由斑状细粒二云母花岗岩→中粒-中细粒二长花岗岩→细粒二长花岗岩→细粒白云母花岗岩,LREE比例逐步减小,MREE和HREE比例逐步增大;三角图(图3)投点同样发现这一规律,4类花岗岩的落点有逐步向MREE、HREE端头靠近的趋势。显示晚期的白云母花岗岩和细粒二长花岗岩的中、重稀土元素相对富集,反映了花岗岩浆分异程度逐渐增强,高度结晶分异后的岩浆熔体多形成浅色花岗岩,与成矿岩浆分异演化趋势相吻合。稀土元素与主量元素相关分析表明,花岗岩的LREE、ΣCe/ΣY、LaN/YbN、LaN/SmN、GdN/YbN、δEu与SiO2及W呈明显负相关,相关系数为-0.55~-0.85(置信度为95%时的相关临界值为0.532,下同),∑REE与CaO、TiO2、Al2O3、TFe、MnO、P2O5等呈正相关,相关系数高达0.58~0.95,这是因为黑云母、长石的稀土元素含量较高,石英、黑钨矿的稀土元素含量较低。3.2在热液蚀变作用下成矿物质来源云英岩是一种花岗岩类经高温气水热液蚀变后的产物。矿区云英岩分为脉侧云英岩、面型云英岩和脉型云英岩3种类型。其中,脉侧云英岩是石人嶂矿区最主要的围岩蚀变岩,按蚀变强度不同,即根据云母矿物含量又可分为石英云英岩或硅化云英岩、正常云英岩、云母云英岩、云母岩。本次主要研究矿区普遍分布的脉侧云英岩和面型云英岩的6组样品稀土元素组成特征(表4),并与钨矿脉及花岗岩原岩进行对比分析。面型云英岩的ΣREE、ΣCe/ΣY、LaN/YbN、δEu等稀土特征值均明显高于脉侧云英岩(2~6组)。云英岩稀土元素组成特征主要受控于蚀变原岩,而云英岩化过程及后期的成岩、构造演化影响很小。从稀土元素球粒陨石标准化分布型式看,两类云英岩也存在很大差异,面型云英岩呈陡的右倾型,而脉侧云英岩大多呈缓的右倾型,特别是含矿云母岩呈平缓型(图4)且HREE明显富集,说明两者是在不同时期、不同性质的热液蚀变作用下形成的,这可能与面型云英岩是岩浆期后热液受硅质砂岩、板岩围岩的圈闭作用,使得稀土元素在岩体边部富集,且酸性岩的次生蚀变即能容纳原岩分解释放出的所有三价稀土元素,还可以接纳热液本身携带的三价稀土元素及铕,因而表现为蚀变岩中稀土总量较高;这也是造成面型云英岩的δEu值大于其他脉侧云英岩(除含矿云母岩外)的原因;亦表明了面型云英岩的成岩母岩是二云母花岗岩,而不是下伏隐伏的二长花岗岩。总体上,各类脉侧云英岩的稀土元素组成和稀土模式很相近,但也存在稍许差异,从石英云英岩→正常云英岩→云母岩,ΣREE、δEu有逐步增加的趋势,LREE比例逐步减小,MREE和HREE比例逐步增大;但其他稀土比值变化不大,说明脉侧云英岩均为同一成矿期的热液蚀变作用产物,但经受蚀变程度不同,其中石英逐步减少,云母逐步增多,从而推断脉侧云英岩的成矿物质可能源于本期花岗岩。不同脉侧云英岩的稀土元素组成存在细微差异,说明热液蚀变作用对稀土元素组成也有一定影响,而含矿云英岩的ΣREE比不含矿云英岩的含量减小,可能是钨矿物和其他金属硫化物的稀土元素含量很低所致。由表4可知,第1、3、5、6组的δEu为云英岩<花岗岩<钨矿脉;第3、5、6组的δCe为花岗岩>云英岩>钨矿脉,而第1组的δCe为花岗岩>钨矿脉>云英岩;第2、4组的δEu、δCe均满足花岗岩<云英岩。总体上,脉侧云英岩的稀土元素特征值ΣREE、ΣCe/ΣY、LaN/SmN、GdN/YbN均比旁侧花岗岩的高,δEu、δCe则是花岗岩>云英岩,但差别不大,而含矿云母云英岩的情况则正好相反;各类脉侧云英岩的稀土模式十分相似,但含矿云母岩明显不同,主要体现在ΣREE、δEu及重稀土富集程度上,其ΣREE、δEu值较其他脉侧云英岩大,且GdN/YbN值很小,只有0.47,其他云英石都≥0.79;在LREE-MREE-HREE稀土元素组合三角图解中(图5),脉侧云英岩与旁侧花岗岩稀土元素分布形式比较相近,1、2、5组均以云英岩的轻稀土富集程度高于旁侧花岗岩为特征,而3、4、6组的情况相反。稀土元素与主量元素相关分析表明,云英岩的HREE和δEu值与BaO、Fe2O3、MnO、K2O、A12O3、MgO、TiO2、Na2O、CaO存在一定的正相关关系,相关系数一般为0.73~0.97(置信度为95%时的相关临界值为0.811,下同);而与SiO2存在较强的负相关关系(相关系数分别为-0.82、-0.90);∑REE和LREE与TiO2、MgO、CaO具有一定的正相关,相关系数为0.57~0.91;与SiO2呈微弱的负相关,相关系数分别为-0.47和-0.16;δCe与Fe2O3和MnO具弱的正相关,相关系数分别为0.66和0.71;其他相关性不明显。3.3稀土元素特征由于11件石英脉样品采自不同中段、不同矿脉,而且矿脉中的金属矿物组合及含量都不同,所以稀土元素含量及其特征值变化幅度较大(表5),稀土总量在(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比例为79.58%~87.59%(个别68.16%)、MREE比例占8.97%~15.25%、HREE比例占3.43%~6.34%(个别16.59%),与花岗岩和云英岩相比,石英脉表现为相对富集轻稀土而重稀土贫化的特点;LaN/YbN平均值11.93,LaN/SmN平均值6.12,表现为稀土元素,特别是轻稀土分馏程度强烈。11件钨矿脉样品的稀土配分模式曲线(图6)均成锯齿状特点;钨矿脉多数具有明显的正铕异常,少数呈不明显的负铕异常,这与花岗岩、云英岩具有高的负铕异常明显不同。就分布范围和平均值而言,钨矿脉→花岗岩→云英岩的稀土总量呈明显增高趋势,LREE比例逐步减小,MREE和HREE比例逐步增大;LREE-MREE-HREE三角图(图7)投点也显示同样的规律,即花岗岩和云英岩相对富集中、重稀土,矿脉相对富集轻稀土,可能是轻稀土在成矿阶段更容易进入热液,从而使重稀土残留下来。稀土元素与微量元素相关分析表明(置信度为95%时的相关临界值为0.602),Nb、W、Cr、U、Th与HREE呈正相关(相关系数为0.45~0.80),而与ΣCe/ΣY、LaN/YbN、GdN/YbN呈负相关(相关系数为-0.40~-0.73),说明石英脉中发育钨矿化、放射性矿化和稀土矿化有利于重稀土富集。钨矿脉的负铕异常较花岗岩高,但晚期阶段(即相对富含硫化物的钨矿脉)铕亏损变弱或出现铕富集,这可能为随着成矿时间的推移,其成矿环境由还原到相对氧化环境的转变。跟晚期的白云母花岗岩重稀土元素富集特征相似,与区域石英脉钨矿床的成矿物质来源研究结果吻合,即石人嶂钨矿床成矿流体主要来源于岩浆水和大气降水,成矿物质来源与晚期富钨的白云母花岗岩关系密切。钨矿脉的稀土元素配分模式差异大,且在三角图解中分布零散,这是由于不同矿脉具有不同的矿物组合以及成矿物质来源有差异所致。4岩浆岩结晶分异(1)莲花山隐伏花岗岩体的稀土元素组成存在两种明显不同的类型,显示两期岩浆侵入特点,与矿区存在两期热液活动与矿化叠加作用相吻合;