江西花山洞鎢礦床晉寧期巖體地球化學特征及其成因探討

陳浩文，劉志軍，王 高，溫小明，邱雙雙

（1.江西省地質局工程地質大隊，江西 南昌 330029；2.贛州鑫宇礦冶有限公司，江西 贛州 341000；3.江西省地質調查勘查院基礎地質調查所，江西 南昌 330001）

江西花山洞鎢礦床位于修水縣程坊鄉境內，東距大湖塘礦集區60 km。有別于華南地區與燕山期巖漿活動有密切關系的鎢礦床，通過對該礦床與成礦作用關系密切的花崗閃長巖和輝鉬礦年代學研究，分別獲得了花崗閃長巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 同位素加權平均年齡為863±18 Ma、輝鉬礦Re-Os 同位素加權平均年齡為805±5 Ma，表明花山洞鎢礦床是晉寧期巖漿活動的產物[1]。目前，對九嶺地區成礦巖體的研究多集中于燕山期酸性淺成侵入巖體[2-5]，對晉寧期侵入巖體亦進行了大量地質學、地質年代學的研究，探討了其巖性特征、演化、侵入關系、巖漿構造及侵位機制，為判斷揚子地塊東南緣花崗巖漿作用時代、物源等提供了信息[6-7]。本文在充分研究、類比前人研究、翔實巖相學觀察的基礎上，對花山洞晉寧期各期次侵入巖體展開了較為全面的主量元素、微量元素及稀土元素的研究工作，探討了該巖體地球化學特征、巖石成因構造背景等，對礦區下一步地質勘查及研究具有一定參考意義。

1 區域地質背景

花山洞鎢礦床地處下揚子地塊江南東部隆起帶之九嶺隆起（圖1），位于下揚子成礦亞區江南中部鎢錫銅金成礦帶九嶺中段。區域上廣泛出露新元古界基底地層——雙橋山群安樂林組、修水組，沉積蓋層主要為南華系—奧陶系一整套完整發育的地層。其中雙橋山群安樂林組、修水組出露面積最大，為一套厚度巨大、由泥砂質及火山碎屑物為主的復理石建造，是鎢錫銅金成礦的重要背景條件[8]。

圖1 九嶺地區地質構造略圖[10]Fig.1 Geological structure sketch map of Jiiuling region

區域地質構造極為復雜，自元古代以來，華夏古陸由南向北不斷俯沖，后期板塊運動由俯沖轉為仰沖，形成一系列走向北東—北東東向斷層構造，并伴隨有網結狀韌性剪切帶及同斜倒轉褶皺；中生代歷經九嶺南緣逆沖推覆構造的改造，形成了一系列東西向逆沖推覆斷裂。區域褶皺構造為一系列近東西向復式變質基底褶皺，基底褶皺變形強烈，褶皺形態緊閉，后期局部剪切疊加改造，蓋層褶皺變緩[9]。

區域內經歷了從元古代到新生代以來的各旋回構造運動，巖漿活動強烈，產生了從新元古代至白堊紀的多次巖漿活動，形成了廣泛分布的花崗巖體，以晉寧期九嶺巖基為主，大規模酸性巖漿侵入于新元古界青白口系雙橋山群淺變質巖系中，形成了包括本區在內的面積巨大的黑云母花崗閃長巖巖基，大致呈東西向展布，以CaO 含量高為特點。晚侏羅世至早白堊世，區內巖漿活動又開始頻繁，發生多次巖漿侵入活動，侵入體為規模較小的巖株、巖瘤、巖床，侵入于九嶺巖基或雙橋山群地層中，巖性主要有似斑狀黑云母花崗巖、黑云母花崗巖、白云母花崗巖、黑云母花崗斑巖等。到晚白堊世，本區只有小規模的巖漿活動，巖性主要為花崗斑巖，呈巖脈或巖枝產出。

區域內分布的礦產主要有：鎢、錫、金、銅、鉛、鋅等。主要鎢礦床有香爐山夕卡巖型白鎢礦床、大湖塘超大型鎢礦床、陽儲嶺斑巖型鎢礦床等。這些礦床都有雙橋山群淺變質巖，晉寧期重熔型花崗巖或燕山期構造巖漿活動作為重要的成礦背景[4-5]。

2 花山洞隱伏巖體地質特征

花山洞鎢礦床地表分布大片雙橋山群變質巖，未見巖漿巖出露，但雙橋山群變質巖之下560～800 m 揭露到隱伏巖體，控制面積約為0.18 km2，其走向大致呈北東東向轉為北北東向，東距山口-漫江巖株5.2 km，西距李陽斗巖瘤7.7 km，主要巖性為花崗閃長巖。根據花山洞礦區鉆孔揭露的穿插關系和巖性變化特征（圖2），將花山洞隱伏巖體初步劃分為兩期次三個侵入階段：第一期次為英云閃長巖（γδo23-1a）和花崗閃長巖（γδ23-1b），二者屬于漸變關系，英云閃長巖為邊緣相，花崗閃長巖為中心相；第二期次為二云母二長花崗巖（ηγ23-2a），其與第一期次的花崗閃長巖呈脈動接觸關系。從英云閃長巖到花崗閃長巖，再到二云母二長花崗巖形成了一個由中酸性到酸性的完整的巖漿巖演化序列，與區域晉寧期九嶺序列、石花尖序列基本相似[11-12]。

圖2 花山洞晉寧期巖體期次接觸關系示意圖Fig.2 Schematic diagram of period contact relationship of Jinningian granite in Huashandong

3 花崗巖巖石礦物學特征

花山洞各期次侵入巖的主要礦物成分為斜長石、石英和鉀長石，其次為黑云母、白云母（圖3）。其中石英多呈他形粒狀，粒徑0.2～1.8 mm，各類巖石中含量大多在20 %～30 %之間，部分巖石中可見石英顆粒與鉀長石共結形成文象結構，少數可見石英顆粒生長在斜長石顆粒中；斜長石呈半自形板狀，粒徑在0.8～2 mm 之間。在英云閃長巖和花崗閃長巖中含量在多為36 %～53 %，而在二云母二長花崗巖中，斜長石含量明顯減少至30 %左右；鉀長石主要存在于花崗巖閃長巖類和二云母二長花崗巖內，花崗閃長巖類往往含有15 %左右鉀長石；二云母二長花崗巖中鉀長石的含量大于30 %，個別能達到39 %。區內隱伏巖體中白云母含量較高，部分白云母為蝕變產生的，整體含量在6 %～9 %。呈半自形片狀，片徑0.5～0.8 mm 之間，花山洞隱伏巖體中高白云母含量特征是區別于區域內漫江—山口巖體的主要特征[13]。從早期到晚期巖石色率明顯降低，黑云母含量減少，鉀長石含量升高，斜長石含量降低（表1）。同時礦物粒徑略有變粗，斑晶含量升高，巖漿結晶更充分[14]。

表1 花山洞晉寧期巖體巖石學特征表Tab.1 Petrological characteristics of Jinningian granite in Huashandong

圖3 花山洞晉寧期巖體接觸關系及鏡下照片Fig.3 Contact relationship and microscope photos of Jinningian granite in Huashandong

4 花崗巖地球化學特征

4.1 主量元素地球化學特征

本次研究對花山洞晉寧巖體各期次的主量元素分析測定結果見表2。

表2 花山洞晉寧期巖體常量元素組成Tab.2 Major elements composition of Jinningian granite in Huashandong

（1）英云閃長巖（γδo23-1a）酸度整體較低，SiO2含量為67.50 %～69.79 %，平均含量為68.35 %；Al2O3含量較高為14.72 %～15.74 %，平均15.20 %；K2O+Na2O 含量為5.65 %～6.54 %，平均5.96 %；A/CNK 為1.10～1.47，平均1.26，CaO、MgO、MnO、TiO2、TFe2O3平均含量分別為2.23 %、1.46 %、0.10 %、0.50 %、4.31 %。

（2）花崗閃長巖（γδ23-1b）酸度整體較低，SiO2含量為67.84 %～70.83 %，平均含量為69.72 %；Al2O3含量較高為14.28 %～17.07 %，平均15.29 %；K2O+Na2O 含量為6.27 %～6.96 %，平均6.54 %；A/CNK 為1.10～1.52，平均1.28，CaO、MgO、MnO、TiO2、TFe2O3平均含量分別為1.61 %、1.15 %、0.10 %、0.38 %、2.99 %。

（3）二云母二長花崗巖（ηγ23-2a）酸度整體較高，SiO2含量為 71.41 %～74.83 %，平均含量為73.02 %；Al2O3含量相對較低為12.33 %～14.43 %，平均13.49 %；K2O+Na2O 含量為5.15 %～6.24 %，平均5.85 %；A/CNK 為1.16～1.2，平均1.19；CaO、MgO、MnO、TiO2、TFe2O3平均含量分別為1.80 %、0.90 %、0.09 %、0.26 %、2.55 %。

由表2 可知，花山洞隱伏巖體平均化學成分含量具有低硅、貧鉀、富鈉鐵鎂等特征，晉寧各期次巖體SiO2含量變化較大且總體含量較高，堿質總量較低，K2O+Na2O 一般在5.15 %～6.96 %之間，且K2O 的含量普遍低于Na2O 的含量，表現出相對貧鉀富鈉的特點；MgO、TFe2O3值較高，高于黎氏平均值，說明富含鐵鎂等暗色礦物，巖體中云母類含量高；鋁質含量較高，均為鋁過飽和型，A/CNK 基本大于1.2，里特曼指數在0.83～1.91 之間，巖石屬于鈣堿性巖類；固結指數5.54～14.27，固結指數較低；分異指數在70.77～83.29 之間，分異指數較高，表明巖漿分異結晶程度較高，固結程度低[15]。

各期次巖體SiO2含量變化較大且總體含量較高，在A/CNK-A/NK 圖上各期花崗巖均落入過鋁質區間（圖4），晉寧期巖體總體屬鈣堿性及過鋁質花崗巖，在K2O-SiO2圖解中巖石為高鉀鈣堿性巖石和鈣堿性巖石（圖5）。在（K2O+Na2O）-SiO2圖解中，各期次巖體分別落于花崗巖及花崗閃長巖區（圖6）。從早到晚英云閃長巖（γδo23-1a）到二長花崗巖（ηγ23-2a）SiO2含量明顯增加，隨著SiO2含量的增加，MgO、MnO、TiO2、TFe2O3等均呈規律減少，K2O 和Na2O 無明顯變化，反映可能為同源同時代的產物固結指數變小而分異指數增大。整體反映一個從英云閃長巖-花崗閃長巖-二長花崗巖的向富硅、貧鎂鐵方向逐漸演化過程。

圖4 鋁質-準鋁質A/NK-A/CNK 判別圖解[16-17]Fig.4 A/NK-A/CNK discrimination diagram

圖5 巖體SiO2-K2O 圖解[16, 18]Fig.5 SiO2-K2O diagram

圖6 巖體（K2O+Na2O）-SiO2 圖解[16, 19]Fig.6 （K2O+Na2O）-SiO2 diagram

4.2 微量元素地球化學特征

花山洞晉寧期各單元巖體微量元素含量總體較高（表3），與維氏值相比其Cr 含量略低，富集系數0.49～1.16 不等，平均為0.74；Co、Ni、Pb、Zn含量與維氏值大致相當，其富集系數分別為1.11、1.16、1.40、1.03；Mn、Cu、W 的含量明顯偏高，且鎢的含量尤為顯著，平均富集系數為62.77，最高富集系數可達409.33。

表3 花山洞晉寧期巖體微量元素含量及特征表Tab.3 Compositions and features of trace elements of Jinningian granite in Huashandong

從早到晚各巖石單元中，Co、Ni 含量略有升高，其平均含量分別由4.36×10–6、6.54×10–6增加到5.46×10–6、13.95×10–6；而Cr、Mn、Cu、Zn、Pb等成礦元素含量變化不明顯；W 的含量變化最大，其在花崗閃長巖（γδ23-1b）中最為富集，平均富集系數可達129.63，在英云閃長巖（γδo23-1a）中平均富集系數為30.49，而在花崗閃長巖（γδ23-1b）中含量最低，平均富集系數僅為5.92。結果顯示晉寧巖體中，第一期次的花崗閃長巖（γδ23-1b）和英云閃長巖（γδo23-1a）往往有利于W 元素富集，局部可富集成礦?；ㄉ蕉磿x寧巖體的Rb/Sr 比值在0.58～3.21 之間，平均值為1.42，大于0.90，表明區內巖漿巖源較為成熟；Nb/Ta 的值在7.13～11.46 之間，平均值為9.09，基本小于平均地殼值11，Zr/Hf 的值在22.43～31.44 之間，平均值為27.67，均小于平均地殼值37，說明區內巖石以殼源為主。兩者均說明區內各類巖石都起源自成熟度較高的陸殼物質。

4.3 稀土元素地球化學特征

花山洞晉寧期巖體樣品的稀土元素含量及特征值見下表（表4），其特征總體表現為稀土總量不高，ΣREE 變化于89.94×10–6～113.50×10–6之間，輕重稀土比重LREE/HREE 在5.98～7.78 之間，（La/Yb）N值變化范圍較大，多在6.24～9.80 之間。在球粒隕石標準化的稀土元素配分模式圖上（圖7），稀土元素表現出曲線較為平緩，整體向右傾斜的配分特征，反映樣品輕稀土相對富集且輕、重稀土分餾明顯，可能是由于磷灰石和鋯石的結晶分離分別引起MREE 和HREE 的降低。巖體樣品具有較強的Eu 負異常，δEu 值在0.50～0.81 之間，平均為0.65，指示在部分熔融過程中源區有較多的斜長石殘留或在巖漿演化過程中有較多斜長石結晶分異，導致了Eu 的強烈負異常。區內各期次巖體樣品在稀土元素標準化配分圖中曲線形態總體一致，說明了區內各巖石具有同源巖漿演化的特征。

表4 花山洞晉寧期巖體稀土元素含量及特征表Tab.4 Compositions and features of rare earth elements of Jinningian granite in Huashandong

圖7 花山洞晉寧期巖體稀土元素配分模式圖[20]Fig.7 Chondrite-normalized REE distribution pattern of Jinningian granite in Huashandong

5 討 論

5.1 巖漿巖的巖石成因類型

花山洞晉寧巖體樣品的SiO2含量變化為67.5 %～74.83 %，堿含量較低（5.15 %～6.96 %），巖體分異指數較高而固結指數較低，A/CNK 平均值大于1.2，為強過鋁質花崗巖類。微量元素中稀土總量不高，配分模式呈右傾型，輕重稀土分餾明顯，有強烈的Eu 負異常，這些地球化學特征與典型的九嶺殼源型花崗巖的地球化學特征基本相同[14]。且在Zr+Nb+Ce+Y- (K2O+Na2O)/CaO 圖解中（圖8），巖石均落入非分異I 或S 型花崗巖區內，在TiO2-Zr圖解中（圖9），結果亦顯示其為S 型花崗巖。綜上所述，我們認為花山洞晉寧巖體在巖石成因上屬于強過鋁質的S 型花崗巖。

圖9 巖石分類Zr-TiO2 圖解[16, 21]Fig.9 Zr-TiO2 discrimination diagram

5.2 巖漿巖的起源及成因

Sylvester[22]指出，不同源區部分熔融產生的強過鋁質花崗巖其CaO/Na2O 的比值極不同，通過其比值可判斷花崗巖的源區物質成分：CaO/ Na2O＞0.3 表示源區屬于砂質巖成分；CaO/Na2O＜0.3，表示源區屬于泥質巖成分?；ㄉ蕉磿x寧各期次巖體的CaO/Na2O 比值除一個樣品（0.21）小于0.3 外，其余樣品（0.44～1.04）均大于0.3，反映其源巖以砂質成分為主，含少量泥質成分。巖石化學元素特征值A/MF-C/MF 圖解顯示（圖10），樣品大都落入變質砂巖部分熔融區，少部分落在變質泥巖部分熔融區內，表明區內巖石主要起源于變質砂巖的部分熔融，可能還有部分變質泥巖。而Al2O3/ TiO2-CaO/Na2O 圖解（圖11）亦顯示其源區來自砂屑源區，據此我們判斷，花山洞晉寧巖體的源巖主要是由含少量泥質的砂質巖組成。

圖10 巖石源區判別A/MF-C/MF 圖解[23]Fig.10 A/MF-C/MF diagram for source area

圖11 巖石源區判別CaO/Na2O-Al2O3/TiO2圖解[16, 22]Fig.11 CaO/Na2O-Al2O3/TiO2 diagram for source area

5.3 巖漿巖形成的構造環境

研究表明，巖石化學成分是反映構造環境的一個重要標志。里特曼[24]提出的里特曼指數（σ）與戈蒂尼指數（τ）對數坐標判別圖可以較好地劃分出造山和非造山的構造環境。由Logσ-Logτ圖（圖12）可知，研究區內巖漿巖的成分投影點都落在B 區，顯示了造山帶火山巖的特征，說明本區晉寧巖體形成與相對擠壓（造山）的構造環境。常量元素R1-R2構造環境判別圖解（圖13）顯示，區內大多數巖體為同碰撞花崗巖，也有少量的板塊碰撞前花崗巖，顯示當時的大地構造環境較為復雜。

圖12 logσ-logτ 圖解[16, 24]Fig.12 logσ-logτ diagrams

圖13 R1-R2 構造環境判別圖解[16, 25]Fig.13 R1-R2 diagram for tectonic settings

基于微量元素Y-Nb 以及（Yb+Ta）-Rb 的環境判別圖解（圖14、圖15）表明，樣品投影點大多落入火山弧-同碰撞花崗巖區域，與常量元素判別圖解得出的結論一致，指示擠壓構造環境。由此可知，區內巖體為一系列板塊碰撞活動所形成的產物。

圖14 Y-Nb 構造環境判別圖解[16][26]Fig.14 Y-Nb diagrams for tectonic settings

圖15 （Yb+Ta）-Rb 構造環境判別圖解[16, 22]Fig.15 （Yb+Ta）-Rb diagrams for tectonic settings

前人資料表明[27]，中元古代早期，揚子陸塊與華夏地塊分離，兩者被華南洋分隔，揚子陸塊大陸邊緣為被動大陸邊緣。處于揚子陸塊東段的江西北部在沉降階段早期，以發育基性和中酸性火山熔巖、火山碎屑沉積巖為其重要特征。在其變質凝灰質砂巖、凝灰質板巖、變凝灰巖及石英角斑巖中，Pb、W 等元素的豐度，遠高于地殼平均值，因此贛北揚子陸塊早期沉降階段的基性、中酸性熔巖及其碎屑沉積巖，構成了江西重要的含礦火山-碎屑沉積建造。中元古代末至新元古代早期（1 000～900 Ma）古華南洋開始關閉，使雙橋山群褶皺變質，固結為陸殼。由于強烈擠壓，華南地塊向揚子陸塊發生俯沖，隨著俯沖的不斷發展，華南洋逐漸縮小，華南地塊與揚子地塊逐漸接近，并產生由東向西發生碰撞和拼貼。形成銅鼓-靖安褶皺系、修水-武寧盆地及九嶺巖漿帶。致使該地區地層褶皺變質、陸殼加厚，在深部發生重熔，形成初生陸殼改造花崗巖類侵位（九嶺等同碰撞期花崗巖體818～846 Ma）。最終形成了江西最古老的晉寧期九嶺富斜花崗巖基[28]。

6 結 論

（1）花山洞晉寧期巖體為兩期次三階段侵入，從英云閃長巖到花崗閃長巖，再到二云母二長花崗巖為一個由中酸性到酸性的完整的巖漿巖演化序列。從早期到晚期巖石色率明顯降低，黑云母含量減少，鉀長石含量升高，斜長石含量降低，同時礦物粒徑略有變粗，斑晶含量升高，巖漿結晶更充分。

（2）花山洞晉寧巖體主量元素地球化學特征顯示，其具有低硅、貧鉀、富鈉鐵鎂等特征，堿質總量較低，且表現出相對貧鉀富鈉的特點，分異結晶程度較高而固結程度低。巖體以過鋁質為主，屬于高鉀鈣堿性和鈣堿性系列，整體為一個向富硅、貧鈣鎂鐵方向逐漸演化過程。稀土地球化學特征顯示，三階段巖體具有同源巖漿演化的特征。

（3）綜合區內地質特征、巖漿起源成因及其形成時代構造環境表明：花山洞晉寧期隱伏巖體為區內的變質砂巖，在揚子和華南板塊之間的擠壓碰撞作用下，經重熔作用所形成的強過鋁質S 型花崗巖。