赣西北九岭中北部早白垩世高分异S型花岗岩成矿专属性分析

廖圣兵， 褚平利， 段 政， 黄文成， 朱延辉， 舒徐洁

（中国地质调查局南京地质调查中心，南京 210016）

众多学者对赣西北九岭中北部石门楼地区矿床进行了成岩-成矿时代和大地构造背景等方面的研究［1-5］，为此区域花岗岩类钨等金属成矿专属性与成矿潜力研究提供了参考对象和对比基础. 钨矿床通过岩浆热液作用富集成矿，且钨锡矿化与由下地壳的早—中元古代岩石重熔形成演化程度较高的S型花岗岩关系密切［6-9］.本文对研究区内早白垩世黑云母花岗岩和二云母花岗岩开展了岩石地球化学、锆石和黑云母矿物化学研究，并对黑云母花岗岩进行了锆石U-Pb年代学研究，为该期岩体提供了年代学制约，分析了其岩浆来源、氧逸度、分异演化程度及形成的大地构造背景，并主要与区内以钨为主的金属成矿花岗岩类进行对比，探讨其成矿物质、时代及空间专属性和成矿潜力.

1 地质背景

研究区位于江西省西北部九岭山脉中段北部修水、武宁及靖安三县交界. 大地构造位置处于扬子地块东南缘，隶属江南造山带中段的II级构造单元九岭—障公山隆起（图1），南邻萍乡—上高拗褶带，北为修水—武宁滑覆拗褶带，东邻鄱阳湖坳陷. 区域构造位于赣北NE向构造带之九岭—官帽山复式背斜与武宁—宜丰NNE向走滑冲断-伸展构造的复合部位. 成矿区划属下扬子成矿省江南地块中生代钨铜钼金银铅锌成矿带之九岭NNE向钨钼铜多金属成矿带，北邻长江中下游成矿带的九瑞铜多金属矿集区［1］.

图1 研究区大地构造位置（a）和地质简图（b）Fig.1 Geotectonic location（a）and simplified geological map（b）of the study area

2 分析方法

分别采集早白垩世岩体主要岩性3件黑云母花岗岩和2件二云母花岗岩全岩样品，采样地点于岩体中基本均匀分布. 岩石样品主量、微量与稀土元素分析在国土资源部华东矿产资源监督检测中心完成，主量元素采用XFD-1500测定，微量元素和稀土元素用Finnigan MAT公司生产的双聚焦高分辨ICP-MS测定. 为确定早白垩世黑云母花岗岩体成岩年龄，本次于研究区南东部采集1件（TW6334-3-5，采样位置见图1）样品进行LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年，锆石U-Pb定年分析在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室采用激光烧蚀电感耦合等离子质谱仪（LA-ICP-MS）完成.

3 分析结果

3.1 全岩主微量元素地球化学特征

3.1.1 主量元素特征 早白垩世黑云母花岗岩和二云母花岗岩主量元素均具高硅（黑云母花岗岩SiO2含量介于70.16%～72.78%，平均71.24%；二云母花岗岩SiO2含量介于72.76%～73.80%，平均73.28%）、高铝（黑云母花岗岩Al2O3含量介于14.36%～16.45%，平均15.17%；二云母花岗岩Al2O3含量介于16.21%～16.72%，平均16.47%）、（相对）富碱且较富钾（黑云母花岗岩Na2O+K2O含量介于4.82%～6.30%，平均5.81%；K2O/Na2O介于1.51～11.03，平均7.25；二云母花岗岩Na2O+K2O 含量介于6.99%～7.61%，平均7.30%；K2O/Na2O 介于1.04～1.63，平均1.34），（相对）贫（钙）、铁（Fe2O3）、镁、磷、锰、钛的特征. CIPW刚玉分子含量（黑云母花岗岩和二云母花岗岩分别介于3.76%～10.02%和6.06%～8.00%）均大于1%. 二者A/CNK 值为1.30～2.67，平均2.12，均属于强过铝质高钾钙碱性系列岩石.

3.1.2 稀土元素特征 样品稀土总量低（黑云母花岗岩SREE 为58.14×10-6～115.20×10-6，平均81.17×10-6，二云母花岗岩SREE 为18.19×10-6～18.97×10-6），轻重稀土分馏程度较低，富轻稀土（黑云母花岗岩（La/Yb）N为5.60～15.05，平均10.38，二云母花岗岩（La/Yb）N为5.28～5.30）. 球粒陨石标准化分布曲线呈较平缓右倾型（图2a），轻稀土（LREE）较中稀土（MREE）稍富集（黑云母花岗岩（La/Sm）N=2.48～3.56，平均3.02，二云母花岗岩（La/Sm）N=2.23～2.44），MREE 相对重稀土（HREE）轻微富集（黑云母花岗岩（Gd/Yb）N=1.44～3.47，平均2.29，二云母花岗岩（Gd/Yb）N=1.43～1.62）. 均显示Eu 负异常（黑云母花岗岩Eu/Eu*=0.36～0.60，平均0.56，二云母花岗岩Eu/Eu*=0.07）.

3.1.3 微量元素特征 样品富集大离子亲石元素（LILE）Cs、Rb、Th、U、K、Pb，相对亏损Ba，明显亏损Sr、高场强元素（HFSE）Ti，相对亏损Nb，而相对富集Ta（图2b）. 具低Ba、Sr，高Rb花岗岩的特征. 与黑云母花岗岩相比，二云母花岗岩以强烈亏损Ba、Sr、Ti，更亏损REE，相对富集Nb、Ta为特征.

图2 早白垩世黑云母花岗岩和二云母花岗岩球粒陨石标准化稀土元素配分图（a）和原始地幔标准化微量元素蛛网图（b）Fig.2 Chondrite-normalized rare earth element patterns（a）and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams（b）of Early Cretaceous biotite granite and two-mica granite in the study area

3.2 锆石U-Pb同位素年代学特征

研究区早白垩世黑云母花岗岩1件样品（TW6334-3-5）的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄明显可分为两组.一组锆石206Pb/238U 表面年龄介于142～146 Ma，加权平均年龄为143.Ma7±2.4 Ma（MSWD=0.21），代表岩体东南部中细粒黑云母花岗岩成岩年龄；另外一组锆石206Pb/238U 表面年龄介于819～820 Ma，为捕获锆石，其年龄代表了新元古代晋宁期岩浆活动的捕获锆石（图3）.

图3 黑云母花岗岩锆石U-Pb年龄谐和图、加权平均年龄图Fig.3 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordant diagrams，weighted average age diagrams from Early Cretaceous biotite granite in the study area

4 岩石成因类型

研究区早白垩世花岗岩岩石主微量元素地球化学特征与华南典型强过铝质壳源型花岗岩地球化学特征相似［11］；岩石CaO/Na2O 比值（黑云母花岗岩和二云母花岗岩分别介于0.03～0.46 和0.01）低，与澳大利亚Lachlan 褶皱带壳源型强过铝花岗岩类似［12］. 黑云母花岗岩和二云母花岗岩中黑云母的Mg/Fe比值低，属铁质黑云母，岩浆来源应为地壳物质.

花岗岩成因类型ACF 判别图（图4）中，数据点均落于S 型花岗岩的强过铝质区域.高场强元素Ce、Zr、Y和Nb含量都偏低，早白垩世黑云母花岗岩和二云母花岗岩的Zr+Nb+Ce+Y 分别为136.26×10-6～152.47×10-6和94.48×10-6～117.90×10-6，均远低于A 花岗岩的下限值（350×10-6）［13］.

Sr-Rb-Ba 判别图解（图5a）和（Na2O+K2O）/CaO-Zr+Nb+Ce+Y判别图解（图5b）中，数据点主体分别落于高分异花岗岩和A 型花岗岩区域，进一步显示该岩体应属于高分异S型花岗岩，发生了强烈的结晶分异作用，高分异性质使其具有部分类似A 型花岗岩的特征［16］.

图4 研究区早白垩世黑云母花岗岩和二云母花岗岩A（Al-Na-K）-C（Ca）-F（Mg+Fe2+）成因类型判别图解（底图据文献［13］）Fig.4 A（Al-Na-K）-C（Ca）-F（Mg+Fe2+）genetic type discrimination diagram of Early Cretaceous biotite granite and two-mica granite in the study area

图5 研究区早白垩世黑云母花岗岩和二云母花岗岩岩石成因类型判别图解Fig.5 Genetic type discrimination diagrams of Early Cretaceous biotite granite and two-mica granite in the study area

5 岩浆岩成矿专属性

5.1 物质专属性

早白垩世黑云母花岗岩和二云母花岗岩具有过铝质和过碱性的特征，地壳深部重熔型岩浆花岗岩与钨、锡成矿具密切关系，该类花岗岩均具过碱性和过铝质特征，且通常演化程度较高. 我国最重要的钨锡稀有金属成矿区的南岭成矿带中大多数含钨花岗岩具高分异强过铝质S型花岗岩特征，而含锡花岗岩普遍为准铝质-弱过铝质较低分异演化的铝质A型花岗岩［6］.

5.1.1 岩石化学成分 过铝质花岗质熔体可使W大量分配进入热液相，而准铝质或过碱质熔体则使W分散贫化于熔体中［7］. 研究区早白垩世黑云母花岗岩和二云母花岗岩A/CNK分别介于1.30～2.67和1.58～1.87（＞1.1），均属强过铝质花岗岩，利于W从岩浆分配进入热液形成含矿热液.

研究区早白垩世黑云母花岗岩和二云母花岗岩Rb 含量分别介于145×10-6～378×10-6（平均290×10-6）和758×10-6～1000×10-6（平均879×10-6），接近于大湖塘富钨花岗斑岩（350×10-6～570×10-6）和与钨成矿有关的似斑状白云母花岗岩的Rb含量（571×10-6～707×10-6）二云母花岗岩较黑云母花岗岩相对更具富钨特征，可能主要因其岩浆分异程度较高，还可能与其低Zr、高Rb更富黏土矿物的变质沉积岩源区有关.

5.1.2 氧化还原程度 磁铁矿系列花岗岩氧化程度较高，与铜、金、铅锌、钼、铀、白钨矿成矿有关［17］，钛铁矿系列花岗岩氧化程度较低，与锡、黑钨矿成矿有关［18］. 采用全岩或矿物中的变价元素即可定性或定量指示岩浆氧化还原程度，如常利用变价主量元素铁的Fe2O3/FeO比值作为岩浆氧逸度高低的指标.

研究区早白垩世黑云母花岗岩和二云母花岗岩Fe2O3/FeO 比值介于0.17～0.18，属钛铁矿系列花岗岩（图6b），在Fe2O3/FeO-Rb/Sr 图（图6a）中位于W（-Mo）、Sn 与Sn±W 成矿花岗岩之间，于Fe2O3/FeO-SiO2图（图6b）中亦处于Sn-W成矿花岗岩范围内. 故初步认为早白垩世黑云母花岗岩和二云母花岗岩均属中等还原的钛铁矿系列花岗岩，具W-Sn成矿专属性，其中黑云母花岗岩和二云母花岗岩分别相对更具W（-Mo）和Sn±W成矿专属性.

图6 早白垩世黑云母花岗岩和二云母花岗岩Fe2O3/FeO-Rb/Sr图（底图据文献［19］）（a）和Fe2O3/FeO-SiO2图（底图据文献［17］）（b）Fig.6 Fe2O3/FeO-Rb/Sr diagram（a）and Fe2O3/FeO-SiO2 diagram（b）of Early Cretaceous biotite granite and two-mica granite

5.1.3 分异演化程度 研究区早白垩世黑云母花岗岩Eu/Eu*值（介于0.36～0.60，平均0.50）中等，Rb/Sr比值（介于2.7～23.8，平均12.2）和（Na2O+K2O）/CaO比值（介于4～302，平均116，＞28）相对较高，反映岩浆结晶分异程度相对较高，属分异岩浆岩［13，19］.

二云母花岗岩Eu/Eu*值（介于0.071～0.073）小，Rb/Sr 比值（介于133.2～361.0，平均247.1）、（Na2O+K2O）/CaO比值（介于188～228，平均208，＞28）较高，反映岩浆结晶分异程度高［13，19］，属高分异岩浆岩［19］，具类似A型花岗岩特征.

5.1.4 岩浆物质来源 研究区早白垩世黑云母花岗岩中继承/捕获锆石均为新元古代岩浆锆石，与研究区内新元古代花岗岩时代接近，却未见老于新元古代的年龄（＞830 Ma），而双桥山群中继承/捕获锆石含有大量老于830 Ma的年龄，表明其可能不是源于中元古代地层的部分熔融，而更可能是由新元古代花岗岩的重熔再造作用形成.

5.2 时代专属性

研究区岩体东南部中细粒黑云母花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果显示其成岩年龄为143.7 Ma±2.4 Ma，属早白垩世早期. 属于九岭矿集区燕山期岩浆活动时限（135～150 Ma），该时期亦为赣北地区钨多金属矿床成岩成矿的重要时期，且处于江南古陆钨矿带中与钨矿有关花岗岩成岩时代年龄范围（138～153 Ma）.

5.3 空间专属性

S型花岗岩或强过铝质花岗岩被认为是同构造或同碰撞挤压环境产物，有学者认为亦可能形成于拉张（伸展）构造背景［20］. 早白垩世黑云母花岗岩和二云母花岗岩主量元素均具高硅富碱特征，属高钾钙碱性强过铝质花岗岩，REE配分曲线呈弱右倾型，为造山带地壳演化晚期产物，与华南白垩纪高分异花岗岩特征类似，而后者形成于古太平洋板块向华南板块俯冲后伸展背景.

6 结论

1）研究区南东部中细粒黑云母花岗岩年龄为早白垩世早期，成岩年龄为143.7 Ma，属于大湖塘地区和江南古陆与钨矿有关花岗岩类年龄范围，且与研究区内大湖塘和石门寺矿矿区与成矿关系密切花岗岩类成岩年龄（142.0～148.3 Ma）接近.

2）研究区早白垩世早期黑云母花岗岩和二云母花岗岩具形成钨（钼铜）或钨（锡）矿床的成矿物质、时代及空间专属性和成矿可能性，与区内存在多处不同规模钨成矿作用与早白垩世早期花岗岩类有关的现象反映一致，该认识对区内进一步找矿工作具有指导意义，同时对区域成矿远景预测工作亦具参考价值.