栗木地区花岗岩成因分析

栗木地区花岗岩成因分析

岭南花岗岩带是中国的重要构造带。该地区的许多岩体都是复合岩体，采矿产量类型因岩石发育阶段和侵蚀期而异。其中,含钽铌矿花岗岩是该区重要的成矿母岩之一,栗木含矿岩体被认为是与钨锡钽铌矿形成关系密切的富Li-F花岗岩。栗木铌钽稀有金属矿自20世纪60年代发现以来,矿区的研究重点从钨锡有色金属矿的勘查转变为对含铌钽稀有金属花岗岩的研究,对花岗岩的岩石学、地球化学、同位素年代学等的研究也随着科技水平的提高而不断深入,但对花岗岩的形成年龄划分以及成岩成矿序列的建立还不够完善。1岩石学和矿物特征栗木矿床是南岭中段重要的钨锡、稀土多金属矿床之一,位于桂东北坳陷北东段,处于栗木—莲花复式向斜北端扬起部位。区内出露地层主要是寒武纪浅变质砂岩、板岩、泥质灰岩,泥盆纪砂岩、页岩、白云质灰岩、砾岩和石炭纪下统灰岩、白云质灰岩及硅质页岩。岩体周围出露的褶皱基底由寒武系组成,盖层由泥盆系和石炭系组成。区内断裂构造主要有SN向和EW向2组,次为NNE向、NE向。矿区的矿体(点)多达十余处,与花岗岩有关的主要矿床类型包括花岗伟晶岩脉型铌钽矿、花岗岩型含锡钽铌矿,主要分布在老虎头、水溪庙和金竹源等处。矿化集中发育在SN向与EW向构造汇合处,铌钽矿矿体一般呈似层状产于晚期花岗岩顶部及其边缘凸起部位。本区主要有锰钽铌铁矿、黑钨矿、钨锰矿、白钨矿等矿石矿物;脉石矿物主要有长石、石英,其次为云母、黄玉、萤石等。锂云母-萤石化、硅化、钠长石化、云英岩化和黄玉化与矿化关系密切。2花岗岩特征2.1岩石结构及含矿岩体栗木花岗岩以南北向岩株状侵入本区出露地层中,出露面积约1.5km2,隐伏岩体面积约8km2。岩体矿物学变化主要体现在云母和长石上:云母类型有铁白云母、锂铁白云母、铁锂云母,云母中Li、F、Si和Fe的含量增加,Al含量则降低;钾长石含量依次减少,斜长石含量则显著增多,钠长石的Ab的n值由小(n<1/3)变大(n>3)。从早期到晚期,岩石结构由细粒变化为中粒,与南岭地区成锡花岗岩结构的演变相反;此外,含矿花岗岩具有区别不含矿岩体的似胶状结构。根据岩石学和地层侵入关系,栗木花岗岩体由早到晚可划分为3阶段:第一阶段为细粒铁白云母花岗岩,被第二阶段花岗岩切割、包围,见图1;第二阶段为中(粗)粒含锂铁白云母花岗岩,有云英蚀变边;第三阶段为中粒含锂云母钠长花岗岩,切割第二阶段岩体,见图2。2.2岩石化学和地球化学2.2.1高钾钙碱岩石栗木花岗岩与南岭主要含锡矿花岗岩的岩石化学特征相同,具有富硅(SiO2>72%)、贫铁镁钙(<2.04%)、低P2O5(≤0.327%)和TiO2(≤0.02%)和过铝质(>72%)的特征,属于高钾钙碱性花岗岩,见表1。岩石分异指数高(DI>90),并在晚期增大,显示该区蚀变花岗岩强烈分异结晶作用的特征。随着岩浆的演化,岩石中的SiO2、Na2O、CaO有明显增加,Na2O与K2O有明显反消长现象,而Fe2O3、MgO、TiO2、MnO、P2O5等氧化物的含量则降低,可能与金属矿物的大量析出有关。2.2.2新岩石学特征前人对栗木地区花岗岩的稀土元素特征进行了大量研究[10,11,12,13,14,15],其最主要的特征是总含量偏低且变化范围大,平均含量为(44～66)×10-6,属于重稀土相对富集的稀土亏损型花岗岩。岩体的稀土总量变化具有一定规律性:一方面随岩浆的演化程度增加而逐渐降低,至第三阶段,含矿花岗岩的稀土总量甚至低于10×10-6;另一方面,稀土总量在垂向上也随岩体深度降低而渐低;不含矿花岗岩的稀土配分模式呈“V”字形对称分布,晚期含矿岩体则有右倾趋势。岩石具有强烈Eu负异常,符合岩浆高度分异的特征(δ(Eu)<0.2)。第三阶段钠长石化花岗岩类δ(Eu)剧增而呈现正异常,表明在栗木岩浆演化的晚期除了结晶分异作用,还发生了不混溶作用。以上特征表明,栗木岩体主要来源于高度分异演化的壳源岩浆,岩浆的演化类型可能并不全是结晶分异作用所致。2.2.3不同构造岩石学特征就微量元素而言,栗木岩石总体富挥发性元素Rb、F、Li,贫Sr、Ba,见表2。但成矿元素Ta、Nb、W、Sn、Zn的平均含量普遍远高于华南花岗岩均值。除了钨锡矿大量产出的金竹源地区的W元素稍低以外,栗木其他地区的微量元素含量均明显高于无工业矿床形成的泡水岭地区,表明微量元素随岩浆演化明显增加最终富集成矿,这与F、Bi等挥发组分在晚期逐渐富集关系密切,因为在岩浆分异演化过程中,挥发组分常与有色、稀有金属元素组成络合物使得成矿元素发生运移并在一定条件下富集成矿,这也是富F型含W、Sn多金属花岗岩的特征之一。表2栗木矿田不同阶段岩石微量元素含量×10−6表2栗木矿田不同阶段岩石微量元素含量×10-6根据花岗岩岩石地球化学特征,可将栗木岩体从早期到晚期划分为3个期次:第一期以泡水岭地区为例,除Na2O、Nb、Ta、Sn、Sr低于其他地区外,该区地球化学元素的含量普遍高于后期岩体,部分差距不大;金竹源地区的岩体可以划分为2期,第二期岩石地球化学的各个元素含量一般均介于第一期和第三期之间,但Sn、W、Nb、Ta元素含量较低,明显区别于另两期岩体;第三期分布于金竹源、老虎头、水溪庙地区,该区W、Sn、Nb、Ta等稀有金属元素含量均很高,而老虎头地区的Ta元素含量为本次测样中最高,水溪庙地区的W元素含量最高、金竹源的Sn含量最高。3成岩时代和岩浆活动的探讨在上世纪80—90年代,前人使用传统锆石U-Pb法、Rb-Sr法和K-Ar法等手段进行栗木岩体的岩浆结晶年龄研究,判定本区花岗岩为印支晚期—燕山早期岩浆活动产物。但上述结果年龄跨度较大,且测试结果因测试方法不同而有明显差异。栗木地区成矿年代学的研究要比成岩年代学晚10a左右。一般对成岩成矿时间顺序主要是根据岩石地球化学进行判断,如曹瑞欣通过水溪庙钾长石的微量元素分析,得出花岗伟晶岩脉的形成时代是与岩体同时或稍晚于岩体。同位素年代学理论和技术的发展为精确厘定栗木岩体的成岩和成矿作用关系提供了可能,近期研究成果显示,泡水岭地区成岩年代为(201±4)Ma,牛栏坪地区成岩年代为(204±7)Ma,三个黄牛、金竹源地区的成岩年龄分别为(214.0±5.0)Ma和(218.3±2.4)Ma,即栗木岩体是形成于印支晚期岩浆活动。结合其岩石特征、侵入接触关系将花岗岩的岩浆结晶年龄划分为上述3个阶段,各阶段岩浆活动端元间隔时间约为2.0～17.7Ma。杨峰采用白云母40Ar/39Ar法测得栗木老虎头矿区的成矿年代为(214.1±1.9)Ma、(214.3±4.5)Ma,这与同是花岗岩型稀有金属矿的三个黄牛地区成岩年龄数据几乎一致。可以推测,栗木地区第三阶段岩体及矿床的形成均受到印支晚期岩浆活动的后碰撞伸展体制作用,矿床形成与岩体的形成密切相关,成矿作用同时或稍晚于成岩作用发生。4成岩年龄及成矿时代综上所述,栗木岩体形成于印支期晚阶段的髙钾钙碱系列岩体。该区岩浆活动的高度分异演化对成矿有关键作用,W、Sn、Nb、Ta等主要成矿元素随着岩浆演化逐渐富集至最终成矿。根据侵入接触关系、岩石地球化学特征和同位素年代学测试结果,岩体可划分为3个阶段:第一阶段为泡水岭地区的细粒铁白云母花岗岩,成岩年龄为(201±4)Ma,成矿元素含量较低,无明显矿化;第二阶段为中粗粒含锂铁白云母花岗岩,分布在金竹源和牛栏坪一带,有弱钨锡矿化,成岩年龄为(204±7)