广西恭城栗木锡钨铌矿床花岗岩成因分析

广西恭城栗木锡钨铌矿床花岗岩成因分析

林木矿区位于广西巩城县。这是一座具有近80年历史的老矿区。在老虎头、水溪寺、金竹源等花岗岩锡禄齿锆矿床相继发现。本区矿床主要与花岗岩有关,因此对花岗岩的进一步分析与研究有助于完善现有矿山矿床成矿机理、规律。通过与典型淡花岗岩的岩石学和地球化学特征对比,栗木花岗岩体属淡色花岗岩,是地壳重熔形成的,作为一种特殊的岩石,它有助于解决本区花岗岩形成的构造环境等问题,同时初步探讨一下源区性质、成因。1主、副构造格架及构造环境本区位于江南古陆东南缘的桂东北坳陷区的海洋山褶断带中,次级恭城复向斜的北端扬起部位,南扬子板块和华夏板块对接带西侧(图1)。矿区内出露地层主要有:寒武系边溪组浅变质砂岩、砂页岩、板岩和泥质灰岩、泥盆系碳酸盐岩、粉砂岩、砂页岩和砾岩、下石炭统碳酸盐岩、硅质页岩、粉砂岩及第四系。栗木矿区主干构造线为SN向、EW向褶皱和断裂组成的基本构造格架,其次为NE、NW和NNE向断裂。其中,近SN向的恭城—栗木断裂为主要的控岩控矿断裂。栗木花岗岩呈岩株状产出,侵入寒武纪浅变质细碎屑岩、泥盆纪和下石炭统碎屑岩和碳酸盐岩中,多隐伏于矿区深部。岩体地表出露面积1.5km2,产于SN向、NE向断裂的复合部位,为燕山早期三个阶段形成的复式岩体。此外,还发育有花岗斑岩脉、花岗伟晶岩脉等,沿断裂破碎带侵入。第一阶段花岗岩,分布于泡水岭一带,岩性为细粒斑状铁白云母花岗岩,被第二阶段花岗岩切割、包裹,基本不含矿;第二阶段花岗岩,分布于牛栏岭、香檀岭、金竹源等地,岩性为中粗粒锂白云母花岗岩,矿化以钨为主,伴生锡;第三阶段花岗岩,分布于老虎头、水溪庙和金竹源,岩性为中细粒含锂白云母钠长石化花岗岩,矿化以锡、钽、铌为主,伴生钨。2矿物组成矿物花岗岩呈灰白—浅肉红色,为中细(似斑状)—中粗粒结构,岩体顶部至深部,岩石结构趋于变粗,并且普遍遭受自变质交代作用和晚期热液蚀变作用。主要造岩矿物为石英(30%~35%)、钾长石(微斜长石、微条纹长石(15%~25%)、斜长石(更钠长石、钠长石,30%~35%)、含云母(3%~6%)以及黄玉(2%~12%)。副矿物有氟磷铁锰矿、萤石、磷灰石、锆英石、锡石、黑钨矿、白钨矿、钽铌锰矿、毒砂、黝锡矿、黄铁矿等。钾长石(微斜长石及微条纹长石):半自形—自形,卡氏双晶,三斜度0.76~0.92,有序度0.90~0.97,基本属有序型,Or为88.4%~94.9%,属富钾型钾长石。斜长石:主要为钠长石,少量更钠长石,后者多见于早期呈半自形板状、板状,受后期蚀变影响,晶体大多残缺不全,前者多见于晚期呈小板条状、细粒状,晶形较完整、自形,有序度大于0.90,An为0.2%,定为低温钠长石。3地球化学特征3.1主微量元素和稀土元素本研究所采集的岩石样品均为钻孔岩芯样,经观察后选择的具代表性的样品,分布于鱼菜、三个黄牛和水溪庙矿床,并进行了主量元素、微量和稀土元素分析。主量元素、微量和稀土元素测试在国土资源部中南矿产资源监督检测中心完成。主量元素采用XRF方法(国家标准GB/T14506.28-1993监控)在X荧光光谱仪上测定;稀土和微量元素采用MS-ICP进行测定(标准DZ/T0223-2001监控),含量>10×10-6的元素分析精度优于5%,含量<10×10-6的元素分析精度优于10%。岩石地球化学数据处理及作图采用路远发的Geokit软件。3.2高钾钙碱性岩的地球化学特征化学成分特征是确定花岗岩所属岩系及岩性定名的主要依据。栗木花岗岩的岩石化学分析结果及其主要CIPW标准矿物组成和有关的岩石化学参数列于表2。从表2可见栗木花岗岩(SiO2=72.30%~75.45%)具有以下岩石化学特征:(1)具高钾钙碱性系列特征。岩石富碱,全碱(Na2O+K2O)含量高,平均值为7.77%;富钠,K2O/Na2O值<1,Na2O含量偏高,K2O含量偏低,CIPW标准矿物Ab25.47%~39.85%,Or18.91%~25.88%;在K2O-SiO2图(图2)上的投影点落人高钾钙碱性岩系列,在R1-R2花岗岩分类图解(图3)上的投影点落入正长花岗岩区域,综合考虑岩体的地球化学图解、野外特征及矿物镜下特征,将其定名碱(正)长花岗岩。(2)与典型淡色花岗岩相比(表1),栗木花岗岩具淡色花岗岩的特征。岩石高铝高硅碱(表2),Al2O3含量高,平均值为14.51%,ASI>1.1,CIPW标准矿物刚玉(C)2.43%~4.75%,SiO2含量高,平均值为74.43%,全碱(Na2O+K2O)含量高,平均值为7.77%;地球化学特征方面,花岗岩稀土总量明显较低(3.68×10-6~16.48×10-6),轻稀土弱富集(L/H为1.71~2.81),δEu值低(0.01~0.21)。由以上可以看出,栗木花岗岩表现出高钾钙碱性系列特征,对比典型淡色花岗岩,其岩石学和地球化学特征两者基本一致。据CIPW标准矿物,可将岩石进一步命名为刚玉淡色花岗岩。3.3地壳地球化学特征从栗木花岗岩微量元素及稀土元素测定结果(表3)可以看出,该区花岗岩的主要地球化学特征是:(1)稀土总量明显偏低,特别是第三阶段花岗岩,变化范围为3.68×10-6~16.48×10-6,平均值为9.57×10-6;轻稀土弱富集,轻重稀土比值(ΣLREE/ΣHREE)为1.71~2.81,在稀土元素球粒陨石标准化配分型式图中(图4),表现出略微向右倾,反映出弱轻稀土元素富集,表明具地壳重熔型花岗岩特征。La/Yb(<2)和Ce/Yb(<2)比值明显偏低,以及Y值和重稀土元素丰度偏低,均指示源区地壳物质的存在。此外,稀土元素组成表现出明显的M型四重效应,TE1.3=0.68~1.57,且随着挥发份F含量的增加而增大,花岗岩的稀土四重效应与富含挥发份流体相的存在密切相关。(2)栗木花岗岩表现出明显负Eu异常(δEu=0.01~0.21),Eu强烈亏损,反映了花岗岩熔浆分异程度高且成岩物质来源于陆壳的特征,具有典型S型花岗岩特征;通常认为,负Eu异常指示在部分熔融中可能有斜长石相残留,但由岩石化学参数(表2)计算出的长石晶体结果,表明斜长石含量牌号很低(大部分<5%),与岩石化学结果和钠长石有序度较高的结果一致,表明负Eu异常应该是源区岩浆性质的反映。(3)由表3可知,微量元素以富含Li、Rb贫Sr、Ba为特征,而高Rb、Li、Cs含量被认为是云母分解的特征。Rb/Sr、Rb/Ba比值均很高,均值分别为512.69、120.97,而K/Rb比值很低,均值仅为17.94,这反映了本区花岗岩是一种分异度高的岩浆岩或岩浆可能经历了充分的结晶分异作用。(4)花岗岩Nb/Ta比值明显低于正常花岗岩中比值(约11),且Nb/Ta比值随着岩体形成从早至晚依次减少,可能与富F成分的流体导致元素的分馏有关,即富F流体的作用促使Ta的含量升高。栗木第三阶段花岗岩的Nb/Ta比值与第一阶段相比明显降低,说明前者经历了更大比例流体改造。4叶-木-c-3-演自20世纪70年代以来,人们开始利用岩浆岩的岩石化学和地球化学特征来反映其形成的大地构造背景。虽然对该方法的适用性和可靠性等仍然存在异议,但从统计意义上来看,火成岩的岩石化学和地球化学特征能够反映其形成的区域构造的整体特征。本次对栗木花岗岩形成的构造环境采用如下判别方案。首先,采纳常用的花岗岩R1-R2因子判别图解(图5),可见样品点主要落在造山晚期(后碰撞)区域,少部分为同碰撞区域。其次,应用Strcekeben(1978)提出的QAP矿物三元图解(图6),可见样品点分别落入花岗岩和后造山花岗岩(POG)、大陆碰撞花岗岩(CCG)和大陆弧花岗岩(CAG)的重叠区域内。最后,采用Pearce等(1984)提出的Nb-Y和Rb-(Y+Nb)微量元素判别图解(图7),可见大多数样品点分别投影于火山弧+同碰撞和同碰撞区域之内。以上构造判别图解得出的结论比较一致,显示本区花岗岩构造属性为碰撞造山带,指示挤压构造环境。据Condie(1982)提供的估算地壳厚度的经验公式:C(地壳厚度)=18.2×K60+0.45,结合栗木花岗岩K2O-SiO2图解(图2)中各系列的分区边界关键点,通过内插获得边界线的K60,从而得到花岗岩的地壳厚度≥30km。前人的研究认为,栗木花岗岩浆形成深度约20km,因此,暗示本区可能曾发生推土机式的水平缩短而增厚,与碰撞造山带(加厚的陆壳)有良好的对应关系。5逆冲构造带的陆壳与构造环境南岭区内中生代存在两种重要的大地构造体制:古特提斯构造域和中、新生代太平洋活动陆缘带,进一步可划分为碰撞或后碰撞造山过程、构造体制大转折晚期和岩石圈大规模减薄3种地球动力学背景。与此相对应的,在中晚三叠世、中侏罗世、早白垩世发生过3次岩浆活动:晚三叠世花岗岩主要为S型强过铝花岗岩,年龄228~205Ma,形成于造山同碰撞或后碰撞环境;中(晚)侏罗世花岗岩主要以钾玄岩、A型花岗岩和碱性正长岩为特色,形成于非造山板内伸展―拉张环境,此时期已存在幔源岩浆活动;早白垩世花岗岩主要以高钾钙碱―钙碱性花岗岩为主,形成于挤压―拉张共存在环境。栗木淡色花岗岩为S型强过铝花岗岩,形成于与碰撞造山带有关的挤压环境,结合前人的花岗岩年龄,属印支晚期―燕山早期的产物,由此判断,本区岩浆活动主要受(东)古特提斯构造域控制。目前,大多数人认为淡色花岗岩是大陆(俯冲)晚碰撞阶段,俯冲陆壳内逆冲构造带局部高温/低压(或低温/高压)变质条件下陆壳部分熔融的产物,它可以由变沉积岩源岩经含水矿物(白云母或和黑云母)的脱水熔融形成。在K2O-SiO2图解(图8)中,投影点均落入大陆花岗岩区,与前述花岗岩的岩石化学、地球化学特征相一致,反映了成岩物质来源于陆壳岩石重熔改造形成的,具有典型S型花岗岩特征。在Rb/Ba-Rb/Sr源区判别图(图9)中,数据点全部位于富粘土源区,显示是由泥质岩派生的花岗岩。另外,数据点距离贫粘土源的砂岩区较远,表明源岩的性质较为单一。研究表明,CaO/Na2O比值也可以用来判断岩浆源区特征(Sylvester,1998)。泥岩生成的过铝花岗岩所含CaO/Na2O比值大小主要依赖斜长石/粘土比值,CaO/Na2O比值一般小于0.3,而碎屑岩生成的过铝花岗岩所含CaO/Na2O比值一般大于0.3。另外,脱水熔融实验研究表明(Sylvester,1998),Al2O3/TiO2比值主要依赖温度,为岩浆形成的温度提供了重要标志,上述比值高者为低温(825℃~900℃),低者为高温(900℃~950℃)。栗木花岗岩CaO/Na2O比值(0.04~0.15)小于0.3,Al2O3/TiO2值(862~2898)均大于100,反映其岩浆源区岩石成分主要为变泥质岩,岩浆是在相对较低温度的条件下形成的,这可能与含Li、F的流体有关,它们可以大大降低花岗岩的熔融温度。由此推断,本区花岗岩为陆壳变泥质岩类重熔改造形成的,可能主要为前寒武系或寒武系深层位的泥砂质碎屑岩在相对高压低温的条件下经部分熔融形成。在区域大地构造上,栗木矿区位于南扬子板块东南缘。南岭地区中生代早期晚三叠世之后,构造运动主要表现为陆内汇聚、剪切挤压及逆冲推覆等造成陆壳及岩石圈加厚的陆内后继造山,从造山演化的客观规律来看,栗木淡色花岗岩应该是印支期的陆壳增厚作用之后而发生的伸展减薄的产物,因此将其形成的构造环境厘定为陆―陆碰撞造山的后碰撞环境是合理的。那么,现在我们可以设想,受印支期构造运动影响,栗木矿区所处的地壳发生了推土机式的水平缩短而增厚,同时也使地壳深部的前寒武系或寒武系深层位