石人嶂钨矿花岗岩稀土元素地球化学特征及物质来源

吴限，江晓龙，刘驹先，袁琼，韦龙明，谢淑萍，连参军



石人嶂钨矿花岗岩稀土元素地球化学特征及物质来源

吴限1，江晓龙2，刘驹先1，袁琼1，韦龙明1，谢淑萍3，连参军3

（1.桂林理工大学地球科学学院，广西 桂林 541000；2.福建省煤田地质勘查院，福建 福州 364021； 3. 华北油田公司第二采油厂，河北 霸州 065700）

在分析总结前人科研、勘探、生产资料的基础上，通过大量野外观察、样品采集及室内综合对比研究认为，广东石人嶂钨矿区隐伏花岗岩体稀土元素含量远比世界的平均水平要低，轻稀土元素相对于重稀土元素富集，随着岩浆的分异演化，负铕异常慢慢增强，并向下有增强趋势；且该区花岗岩类具有高的δ18O值；因而该岩体应为同源岩浆结晶分异的产物，具有相同的物质来源，岩浆在结晶过程中存在着显著的斜长石分离结晶作用，矿区花岗岩类岩浆为地壳熔融产物。

花岗岩；稀土元素；物质来源；石人嶂

花岗岩岩浆的上侵定位是大陆地壳增生最主要的方式之一，绝大多数稀有元素矿床空间上都与花岗岩类有关（龚昶行，1974），花岗岩的分布区域往往有许多极为重要金属矿富集其中，就矿床规模和产量而言,许多规模宏大,产量丰富的矿床,大都集中于粤北、赣南和湘东南这个三角地带（康永孚，1959）。本文所研究的区域是粤北的石人嶂,前人对石人嶂钨矿床做过大量的矿床地质研究[1-10]，但是对于稀土元素地球化学研究方面仍然比较薄弱，本文从稀土元素特征入手，配合氧同位素特征分析，在前人研究的基础上，通过对不同时期花岗岩体稀土元素值进行分析与对比，伴随着岩浆分异演化的趋势，判断岩体之间是否具有相同的物质来源，为后续的成矿作用研究方面提供良好的物质基础。

1 地质概况

粤北是著名的华南钨矿成矿域的重要组成部分, 其大地构造位置属于华南湘赣粤钨矿成矿区的中段[11]。石人嶂钨矿地处中国东南湘粤赣三省交界处的粤北韶关市（图1），是我国建矿较早、生产规模较大的钨矿山之一，是粤北山区矿业经济的支柱企业之一，在国际与国内钨业界有较大影响力[12]。石人嶂钨矿区区内褶皱发育，断裂错综复杂，岩浆活动频繁持久，矿区深部有隐伏的莲花山花岗岩体，北面有洞口山石英斑岩体和嶂下花岗闪长岩体，南部有柑子园白云母花岗岩小岩株，都坑英安玢岩体以及沿近东西向梧桐窝断裂产出的闪斜煌斑岩岩脉。在数次的岩浆活动改造下，致使该地区形成了丰富的钨矿矿产。

图1南岭大地构造位置示意图

在缓慢悠长的地质运动过程中，石人嶂矿区内发生了频繁的岩浆活动，岩浆以基性、中酸性为主。形成了包括加里东期、印支期以及燕山期在内的花岗岩体。在这些岩体之中燕山期花岗质岩浆活动最为强烈且与钨矿成矿最为密切[13]，根据矿区开采资料显示，工作区内主要的岩浆活动可分为两个期次，燕山早期侵入的花岗岩体主要包括：石英斑岩岩体（矿区北面洞口山区域）、斑状白云母花岗岩岩体(矿区南东面橘子园区域)、闪斜煌斑岩岩脉（矿区南面梧桐窝断裂及其附近区域），燕山晚期与成矿密切相关的莲花山花岗岩体则潜藏在工作区底部。工作区内岩浆岩具有多期、繁复的特性，在导致区内花岗岩中成矿元素长久分异聚集的同时，也为金属矿产的形成提供了良好的环境。因而探寻花岗岩成矿物质来源与分异演化特征，为总结矿床成因提供了依据，也为矿山的可持续开发利用给予了保障。

2 岩石学特征

莲花山花岗岩体主要由两期岩浆侵入体构成，分别为早期斑状细粒二云母花岗岩体和晚期二长花岗岩体，二者之间呈侵入接触关系。结合岩石岩相学研究成果，晚期二长花岗岩体在垂向上自上而下又可细分为细粒二长花岗岩、中粒-中细粒二长花岗岩、细粒白云母花岗岩三种岩石类型，均呈渐变接触，与早期斑状细粒二云母花岗岩共同构成矿区隐伏岩体的垂向分布模式[14]。根据镜下以及野外手标本实测做Q-P-A图解（图2）如下。

图2 莲花山隐伏花岗岩岩体分类投影图

2.1斑状细粒二云母花岗岩

该岩体产出范围较小，浅灰色似斑状结构，斑晶含量约20%，斑晶主要成分为钾长石，斜长石和石英次之。钾长石为肉红色短柱状，半自形-自形结构，含量在10%左右；斜长石为乳白色它形粒状晶形，含量约5%，具有少量的绿泥石化；石英含量约占5%。基质为显晶质，其成分包括：斜长石、钾长石、石英、白云母、黑云母、绿泥石及辉石、角闪石、磁铁矿等组成。

根据镜下观察（图3），基质中可见钾长石被白云母、石英局部交代，含量在20%~25%之间；斜长石局部可见被石英、条纹长石交代，含量在20%~25%左右；石英呈填隙状分布，常交代长石，含量约25%；微斜长石含量<1%；白云母含量约为5%；黑云母含量约为5%。副矿物可见锆石、金红石、独居石等，次生矿物主要为绢云母、高岭土、绿泥石等。岩石呈现出较弱的绿泥石化以及绿帘石化。

图3 斑状细粒二云母花岗岩（1.斜长石，2.钾长石，3.石英，4.黑云母，5.白云母）

2.2细粒二长花岗岩

细粒二长花岗岩与上部沉积岩和斑状细粒二云母花岗岩呈侵入接触关系，散布广阔。岩石以灰白色为主，局部呈现浅灰绿色，等粒结构，块状构造。所含主要矿物包括钾长石、斜长石、石英，另含有少量的白云母与暗色矿物。钾长石呈肉红色，局部具有少量的高岭土化，晶形表现为它形粒状，含量约35%；斜长石为它形粒状晶形，乳白色，含量约30%；石英含量约25%，呈他形圆粒状晶形；白云母呈现出细小的鳞片状，零星分布，含量少于5%；黑云母含量低于5%。岩石具有弱绿泥石化蚀变。

图4 细粒二长花岗岩（1.斜长石，2.钾长石，3.石英）

通过镜下观察（图4）：斜长石（无色）含量在30%~35%之间，呈半自形-自形板状，少数呈它形粒状，具有钠长石双晶和聚片双晶，边部可见白云母、石英、钾长石交代；钾长石，杂乱分布，部分填隙状分布，可见卡斯巴双晶，表面有裂纹，具有高岭土化，含量约在35%~40%之间；石英，它形粒状，表面有裂纹，含量约占25%~30%；白云母含量在2%左右。黑云母含量在2%~5%左右。副矿物可见金红石、锆石、独居石、磷钇矿，另有高岭土、绢云母、碳酸盐、绿泥石等次生矿物。

2.3中粒-中细粒二长花岗岩

中粒-中细粒二长花岗岩隐伏于上部细粒二长花岗岩之下，呈渐变侵入接触，与上部岩层相比所含矿物粒度明显较大，主要为中细粒二长花岗岩，其粒度向下有逐渐减小的趋势。

岩石具有较强的蚀变，内部新鲜断面呈灰白色，块状构造，中粒等粒花岗结构。所含主要矿物成分与上覆岩体基本一致，斜长石含量在30%~35%之间；钾长石有明显的风化蚀，呈灰白色，它形粒状，杂乱分布于岩石中，含量在30%左右；石英镶嵌分布于岩体内，另有少量石英以集合体分布，含量约为25%；白云母含量约2%；绿泥石含量约为2%。暗色矿物以黑云母和角闪石为主，黑云母含量约占2%~3%，角闪石含量约为2%。

图5 中粒-中细粒二长花岗岩（1.斜长石，2.钾长石，3.石英，4.白云母）

镜下图片见图5，与上部岩体相比黑云母相对减少，白云母相对增多。钾长石，绝大多数已蚀变形成高岭土，局部可见其被石英、斜长石和云母等矿物交代，含量在25%~35%之间。斜长石，相对于钾长石粒径较小，可在晶体中心见绢云母化蚀变，含量在40%~45%之间。石英含量约25%~30%。黑云母，多数呈绿泥石化或碳酸盐化蚀变，含量在2%左右。白云母，含量为2%~5%。岩石绿泥石化明显，副矿物以锆石、独居石、磷钇矿为主，绢云母、高岭土、绿泥石、绿帘石、萤石是主要的次生矿物。

2.4细粒白云母二长花岗岩

通过深部钻探可确定，细粒白云母二长花岗岩的顶界面在80~120m左右，与上部细粒二长花岗岩呈渐变侵入接触，矿物粒度与上覆岩层相比明显降低，白云母含量逐步上升，黑云母含量则与之成相反趋势不断降低。

细粒白云母二长花岗岩表现为细粒等粒结构，块状构造。以石英、钾长石、斜长石、白云母为主要矿物成分，暗色矿物含量稀少。钾长石分布极为杂乱，含量在35%~40%之间；斜长石多以填隙状分布在矿物之间的间隙内，含量在30%左右；石英含量约为25%；白云母含量较少，约5%。暗色矿物主要为黑云母，含量约占2%；另有磁铁矿、辉石、角闪石等副矿物，含量约占总量的3%。

经镜下观察（图6）：岩石所含矿物中石英、钾长石、斜长石、白云母为主要成分，黑云母含量极少。钾长石分布杂乱，含量约为30%；斜长石，无色，含量约27%，无明显分布规律；石英含量约占30%；白云母含量约7~8%。黑云母，含量在1%左右。岩石副矿物与上覆岩体基本相似，以锆石、独居石为主。

图6 细粒白云母花岗岩，细粒花岗结构（1.斜长石，2.钾长石，3.石英，4.白云母）

3 稀土元素地球化学特征

选择并采集石人嶂钨矿区不同花岗岩相带中的17件样品，在过200目筛后，由广东澳实矿物实验室进行测试，通过熔融法电感耦合等离子质谱检测，测试所得成果精度符合要求，测试成果见表1。

稀土元素作为地球化学指示剂，稀土元素之间的分馏作用、通过研究稀土元素之间，分馏作用，研究其特殊地球化学行为化学行为的探究与分析，探讨岩石物质来源、形成机制、以及成岩过程中分异演化特征的研究有着极为重要作用。

周旻玥等人曾对该区隐伏岩体及钨矿脉的稀土地球化学特征做过部分研究，认为成矿物质主要来源于白云母花岗岩[14]，本文通过石人嶂钨矿隐伏岩体的稀土元素分析结果（表1）观察出以下特征：

表1 广东石人嶂钨矿隐伏花岗岩稀土元素值表

注：数据来源:广东澳实矿物实验室、国家地质实验测试中心

1）早期斑状细粒二云母花岗岩总稀土元素含量值较高，稀土元素总含量的平均值为206×10-6，轻重稀土元素含量比值平均为10.89，（La/Yb）N平均13.95，（La/Sm）N平均为3.53，（Gd/Yb）N平均值：2.25，LREE聚集，相对于重稀元素土而言，轻稀土元素的分馏特征更为明显；δEu值在0.28~0.35之间，Eu负异常明显，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[15]。

2）与早期斑状细粒二云母花岗岩相比，晚期二长花岗岩岩体中，自上而下ΣREE、LREE/HREE、（La/Yb）N、（La/Sm）N、（Gd/Yb）N以及异常指数δEu趋于减少。在整个二长花岗岩体内，上部细粒二长花岗岩与中粒-中细粒二长花岗岩ΣREE大致相同，ΣREE平均值分别为144.27×10-6和151.71×10-6，深部细粒白云母花岗岩岩体ΣREE最小，ΣREE在66.24×10-6~151.87×10-6之间，平均130.47×10-6，表明早期到晚期，岩浆演化分异过程中，稀土元素的分异由强变弱。LREE/HREE比值较小，LREE相对减少，HREE相对富集，显示由相对富LREE到相对富重HREE元素方向演化。晚期二长花岗岩岩体（La/Yb）N平均值自上而下由2.52→3.73→3.34，和于早期的斑状细粒二云母花岗岩相比明显减小，表明稀土分馏程度相对减弱，（La/Sm）N与（Gd/Yb）N平均值明显偏低，亦表明岩石HREE相对富集。岩体异常指数δEu平均值分别为0.13、0.16、0.15，δEu亏损相对增强。二长花岗岩岩体稀土元素配分曲线整体呈现铕亏损、轻稀土富集。

3）结合以上分析，莲花山隐伏花岗岩体各组成部分稀土元素总量介于100×10-6~200×10-6之间，明显小于世界花岗岩体稀土元素总量的平均值（250×10-6~280×10-6）。岩体之间稀土特征较为相似，LREE相对HREE富集，轻、重稀土分馏明显，具有稀土元素特殊的四分组效应[16]，δEu随着岩浆的分异演化负异常逐渐增强。这些特征共同表明该复式岩体之间具有相同的物质来源，应为同源岩浆结晶分异的产物，具有部分熔融成因，与高度演化分异花岗岩岩浆结晶晚期流体-熔体的相互作用有关（赵振华等，1999；Irber，1999）。稀土元素总量由上到下有减少趋势，一方面由于富含稀土的造岩矿物黑云母逐渐减少，另一方面是由于锆石、独居石、磷钇矿等副矿物的结晶分异所引起（华仁民等，2007）。LREE相对HREE极度富集可能因为原岩中有微量的石榴石和锆石存在，这与电子显微镜下观察矿物一致。Eu元素强烈亏损，并且向下有增强趋势，表明岩浆在结晶过程中存在着显著的斜长石分离结晶作用[15]。LREE相对减少、HREE相对增加反映了花岗岩浆分异演化的总趋势，高度结晶分异后的岩浆熔体多形成浅色的花岗岩[17,18]，极大的丰富了成矿元素，为后续大规模的成矿作用提供了非常良好的物质来源。

表2 石人嶂钨矿及邻区花岗岩岩体氧同位素组成(据於崇文等，1987)

4 氧同位素特征

依据南岭地区区域地球化学研究的资料（1987，於崇文等），石人嶂钨矿及邻区红岭钨矿热水岩体、龙胫钨矿岩体的氧同位素组成如下表表2所示。

火成岩中共存矿物之间δ18O值按固定顺序递降，这种顺序与矿物的晶体的化学性质有关。一般变化的顺序为：石英（8.9~10.3）→碱长石（7.0~9.1）→斜长石（6.5~9.3）→白云母、角闪石（5.9~6.9）→黑云母（4.4~6.6）→磁铁矿（1.0~3.0）。由表2可见，矿区花岗岩岩体岩石中的石英、钾长石中的δ18O与上列顺序一致，表明岩体氧同位素之间已基本达到了交换平衡，δ18O属于正常序列（丁悌平，1980）。

根据观察到的数据，石人嶂钨矿及邻区钨矿全岩δ18O值位于9.3~10.5‰区间内，依据Taylor花岗岩类岩石δ18O分类法则（陈衍景，1996）可知其值全部落入高组和最高组之间（最高组δ18O≥10.3‰，高组δ18O‰为8.4~10.2‰）（丁悌平，1980），表明本区花岗岩类具有高的δ18O值。而岩石的δ18O值高可作为花岗岩由硅铝质地壳部分熔融而成的证据。据此，可以推断矿区花岗岩类岩浆为地壳熔融产物，与前述稀土元素组成模式所得结论相一致。

5 结论

1）与成矿密切相关的莲花山隐伏花岗岩体按照岩性的不同可被划分为：细粒二长花岗岩、中粒-中细粒二长花岗岩、细粒白云母二长花岗岩，其上部被斑状细粒二云母花岗岩覆盖。

2）莲花山隐伏花岗岩体各组成部分稀土元素含量远比世界的平均水平要低的多，各期次有着近似的变化特征，随着岩浆的分异演化，负铕异常慢慢增强，轻稀土元素和重稀土元素之间分馏特征明显，相较而言轻稀土元素更为富集，有着稀土元素的四分组效应，分异演化程度高，相似的变化规律特性显示各岩体应为同源岩浆结晶分异的产物，并且后续大规模的成矿作用提供了良好的物质来源。

3）矿区花岗岩岩体岩石中的石英、钾长石中的δ18O与上列顺序一致，表明岩体氧同位素之间已基本达到了交换平衡，本区花岗岩中有着高δ18O值，因而推断矿区花岗岩类岩浆为地壳熔融产物。

[1] 孔凡乾, 韦龙明, 王莉. 广东石人嶂钨矿床黑钨矿铁锰成分的变化规律初步研究[J]. 科学技术与工程,2016, 16(15):47-53.

[2] 孔凡乾, 孙宁, 田野, 等. 广东石人嶂钨矿床流体包裹体特征与矿床成因[J]. 矿床地质, 2014, 33(S1):517-518.

[3] 王莉, 张广辉, 朱文凤, 等. 广东石人嶂钨矿床黑钨矿中铁锰比值初探[J]. 矿物学报, 2013,33(S2):968.

[4] 韦龙明, 黄朝柱, 张广辉, 等. 广东石人嶂钨矿床深部找矿及其启示[J]. 矿物学报,2013,33(S2):973.

[5] 覃日贤, 田野, 韦龙明. 广东石人嶂钨矿云英岩型矿化初步研究[J]. 矿物学报, 2013, 33(S2):491.

[6] 田野, 周旻玥, 韦龙明. 广东石人嶂钨矿14~#脉流体特征初探[J]. 矿物学报, 2013, 33(S2):494-495.

[7] 江晓龙, 马志举, 韦龙明, 等. 广东石人嶂钨矿花岗岩的岩性划分及其与成矿关系[J]. 矿物学报, 2015,35(S1):128.

[8] 韦龙明, 王莉, 张广辉, 等. 广东石人嶂钨矿床中的晶质铀矿研究[J]. 地质学报, 2014, 88(4):805-813.

[9] 李明君, 张广辉, 陈杨, 等. 广东石人嶂钨矿莲花山隐伏花岗岩体初步研究[J]. 矿物学报, 2013,33(S2):160-161.

[10] 王潇潇, 赵霞, 张广辉, 等. 广东石人嶂钨矿床晶质铀矿研究进展简述[J]. 矿物学报, 2013,33(S2):253.

[11] 严成文, 李文铅, 李社宏, 等. 粤北石人嶂钨矿成矿机理及成矿构造背景[J]. 中国钨业.2009,24（1）:12-15+28.

[13] 严成文, 李文铅, 孔唐荣, 等. 石人嶂钨矿岩浆与成矿作用对中国东部燕山期构造响应浅谈[J]. 中国钨业, 2008,23(2):8-12.

[13] 龚晶晶, 李方林, 张爽, 崔放. 基于元素组合特征的相似性系数法圈定异常——以南岭地区为例[J]. 地质与勘探. 2015，51(02):312-322

[14] 周旻玥, 黄朝柱, 韦龙明. 粤北石人嶂钨矿床稀土元素地球化学特征及其指示意义[J]. 桂林理工大学学报, 2014,34(03):431-438.

[15] 付建明, 马昌前, 谢才富, 等. 湖南金鸡岭铝质A型花岗岩的厘定及构造环境分析[J]. 地球化学, 2005,34(3):215-226.

[16] 赵振华,熊小林,等. 花岗岩稀土元素四分组效应形成机理探讨—以千里山和巴尔哲花岗岩为例[J]. 中国科学(D辑:地球科学), 1999,29(4):331-338.

[17] 林伟圣. 江西省石英脉型钨矿床黑钨矿中稀土元素的组成特点[J]．地质与勘探，1988 ( 2) : 17 -22．

[18] 华仁民，张文兰，顾晟彦，等． 南岭稀土花岗岩、钨锡花岗岩及其成矿作用的对比[J]．岩石学报，2007，23( 10) : 2321-2328.

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

国家深部探测计划专项研究课题（SinoProbe-03-01）全国危机矿山接替资源勘查项目（200644089）

吴限（1993-），男，湖北潜江人，在读硕士研究生，地质资源与地质工程专业

韦龙明（1959 -），男，博士，教授，矿物学、岩石学、矿床学专业

P588.1

A

1006-0995（2018）01-0046-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.01.009