广西桂西北地区花岗岩岩体地球化学特征对比及其地质意义

王展宇，陈远荣，刘奕志

(桂林理工大学 地球科学学院，广西 桂林 541006)

0 引言

摩天岭岩体与元宝山岩体位于华夏地块以西、扬子地块以南的江南构造带西南缘(图1)。前人对摩天岭岩体与铀矿的关系进行了相关研究[1-2]，此外，研究发现该区中元古代晚期的岩浆岩属过渡型-矿化花岗岩，利于Ni、Th、Sn、W等岩浆型矿床形成[3]。而对元宝山花岗岩岩体分析研究表明，它是桂北地区重要的锡多金属成矿区，岩体中发育大量的电英岩包体[4]。虽然前人对桂西北地区花岗岩体进行了不同程度的研究[5]。但是从主量元素，微量元素和烃类组分等多方地球化学信息着手，对摩天岭岩体与元宝山岩体进行对比分析的研究则相对缺乏。因此，本文从多元地球化学特征的角度，通过对比分析成因演化特征，就其区域矿产进行探讨。

1 区域地质

广西位于特提斯构造域与环太平洋构造域的交汇处，地质构造演化异常复杂，自中元古代以来经历了多次构造运动，尤以四堡期、加里东期、印支期和燕山期构造运动最为强烈[6-9]。

摩天岭与元宝山地理位置上属于桂北，构造上位于扬子地块东南缘九万大山隆起。区内发育完整的新元古代地层和古生代地层，地层走向NE—SW向，由老至新依次为中元古界四堡群(鱼西组)、新元古界丹洲群(白竹组、合桐组和拱洞组)和南华系，古生代地层有泥盆系。

四堡群指角度不整合或平行不整合伏于丹洲群之下的一套浅变质的砂泥质岩夹基性火山岩。岩性主要是灰、浅灰、灰绿色中厚—厚层石英绢云千枚岩、粉砂质千枚岩和变质石英粉—细砂岩。根据岩性组合特征可进一步划分为文同组、鱼西组和唐柳岩组。

图1摩天岭与元宝山地区地质略图(据刘家远，1994修改)

Fig.1 Geological sketch map of Motianling and Yuanbaoshan area

1—黑云母花岗岩 2—花岗闪长岩 3—泥盆系 4—寒武系 5—震旦系 6—新元古界丹州群； 7—中元古界四堡群 8—地层界线 9—地层不整合界线 10—断层

丹洲群指整合于长安砂岩之下，角度不整合或平行不整合与四堡群之上的一套浅变质岩。广泛发育的新元古代花岗岩均侵入四堡群变质地层之中，其中摩天岭与元宝山地区岩体出露面积较大，具有代表性。丹洲群自下而上分别为白竹组、合桐组、三门街组和拱洞组，各组间均为整合接触；南华系为一套极浅变质的含砾泥岩夹细砂岩和粉砂岩，与下伏丹洲群整合接触；泥盆系主要为砾岩、含砾砂岩、粉砂岩、生物碎屑灰岩和白云岩，与下伏南华系呈角度不整合接触。

2 岩体地质特征

虽然区域内岩浆活动发育，有众多的岩体，本文主要对比研究的是摩天岭岩体与元宝山岩体，它们主要特征如下：

2.1 摩天岭岩体特征

出露于融水县三防—摩天岭一带，侵入于四堡群组成的三防复式背斜核部，区内出露面积约940 km2。岩体侵入晚青白口世第三次侵入的本洞岩体及新元古界四堡群，围岩热接触变质主要为角岩化，局部具同化混染现象，岩性主要为粗—中粒斑状黑云母二长花岗岩。二长花岗岩风化面呈土黄色，新鲜面呈灰白色；主要矿物组成为石英(35%～40%)+长石(30%～35%)+云母(25%±)，长石有严重的绢云母化，黑云母呈脉状穿切石英，石英呈现波状消光(图2a)。岩体受后期断裂构造叠加改造，局部(沿断裂带)具片麻状构造，由于岩浆活动规模巨大，岩浆分异程度普遍较高，且有多期次的岩浆侵入，岩石蚀变强烈，普遍发育白云母—绢云母化、钠长石化、电气石化、云英岩化、电英岩化、硅化等，局部伴有锡矿化，为广西锡矿主要成矿岩体之一。

2.2 元宝山岩体特征

分布于融水县四荣元宝山一带，面积约300 km2。侵入四堡群，并侵入晚青白口世香粉英云闪长岩体，围岩角岩化，岩性主要为中粗粒(斑状)黑云母二长花岗岩。岩石风化面呈黄灰色，块状构造；矿物组成为石英(30%～35%)+长石(50%±)+黑云母和绢云母(17%±)，长石的绢云母化、聚片双晶和复合双晶，石英波状消光(图2b)。普遍发育白云母—绢云母化、钠长石化、电气石化、云英岩化、电英岩化、硅化等，局部伴有钨、锡矿化。

3 地球化学特征对比

3.1 主量元素特征

摩天岭与元宝山地区岩体的主量元素分析结果见表1。

图2 摩天岭与元宝山地区花岗岩类显微照片Fig.2 Microphotographs of franites in Motianling and Yuanbaoshan area Qtz—石英 Kfs—钾长石 Pl—斜长石 Bi—云母

表1 摩天岭与元宝山花岗岩主量元素分析结果Table 1 Analysis results of major elements for granite in Motianling and Yuanbaoshan area

3.1.1 摩天岭主量元素特征

摩天岭岩体岩石w(SiO2)为73.21%～75.21%，平均值为74.44%，在TAS图解(图2a)中，摩天岭样品均投影于花岗岩区域内。w(Al2O3)为11.77%～14.65%，平均值为12.93%(<13.78%，华南花岗岩平均值)，根据ANK - ACNK图解(图2c)，岩体花岗岩属于过铝质。w(K2O)>w(Na2O)，w(K2O)为4.76%～6.24%，平均值为5.41%；w(Na2O)为0.34%～2.90%，平均值为1.82%，在岩石的碱度率图解(图2b)中，样品落入碱性—钙碱性系列范围内，表明摩天岭花岗岩岩体具有富碱特点，同时偏钾。w(TFe)(即FeO+Fe2O3，下同)为2.65%～4.89%，平均值为3.48%，富铁特征较明显。岩体中w(CaO)和w(MgO)的平均值分别为0.22%和0.34%，具有贫钙镁的特征。在Al2O3- SiO2图解(图2d)中，投点主要落在POG区(后造山花岗岩类)。

3.1.2 元宝山主量元素特征

元宝山岩体岩石w(SiO2)的平均值为73.81%(71.99%～76.76%)。w(Al2O3)的平均值为13.15%(11.92%～14.6%)，在ANK - ACNK图解(图2c)中，属于过铝质。w(K2O)的平均值为5.15%(4.36%～6.91%)，w(Na2O)的平均值为1.85%(1.14%～2.53%)，w(TFe)的平均值为4.02%(2.43%～5.41%)，w(CaO)的平均值为0.32%(0.06%～1.00%)，w(MgO)的平均值为0.41%(0.14%～0.85%)，表现为富碱、富铁和偏钾的特点。在Al2O3- SiO2图解(图2d)中，元宝山花岗岩投点全部落在POG区(后造山花岗岩类)。

综上，摩天岭与元宝山花岗岩岩体都是强过铝质花岗岩类，推测两个岩体源区物质可能都为铝质地壳物质，而样品间含量的差异表明源区的物质组成并非完全相同；根据SiO2和MgO含量对比发现两者的成岩物质来源的深度存在差异，且摩天岭的结晶演化分异程度更高一些；两个地区岩石样品为碱性—钙碱性高钾花岗岩，该花岗岩的形成与碰撞造山作用有关，都形成于后造山环境[7]，为典型S型花岗岩类(图2e)。

3.2 微量元素特征

3.2.1 微量元素富集及分异特征与物源指示讨论

摩天岭与元宝山花岗岩的微量元素分析结果列于表2。据表2可知，在摩天岭岩体中W、Sn、Pb、Bi 4个元素明显富集(浓度克拉克值分别为3.11、7.63、2.50、19.48)，Bi为强分异元素(变异系数为2.31)，Pb、W、Sn为弱分异元素(变异系数分别为0.34、0.36、0.58)。在元宝山岩体中同样以W、Sn、Pb、Bi 4个元素富集最为明显(浓度克拉克值分别为2.94、3.95、2.94、2.97)，Bi为强分异元素(变异系数为1.16)，其余都为弱分异元素。

研究区的Cu、Co、Ni、Cr等亲铜元素含量低于克拉克值，处于分散状态，但元宝山岩含量相对较高。根据元素地球化学行为，Cu、Co、Ni、Cr等元素主要在中下地壳富集，而W、Pb、Sn、Bi等元素主要在中上地壳富集。因此，根据微量元素特征，两个岩体的物质来源明显存在区别。其中元宝山岩体的物质来源相对较深，为中地壳偏下；而摩天岭岩体物质来源相对较浅，为中上地壳。

表2 摩天岭与元宝山花岗岩微量元素平均值Table 2 Average of trace elements for the granite in Motianling and Yuanbaoshan area

综上，元宝山物质来源较深，为中地壳偏下，分异相对较差，与其有关的周围地区难以形成矿化体或较大矿化体；而摩天岭物质来源较浅，为中上地壳，分异相对较好，与其周围有关区域可形成规模较大的W、Sn、Pb、Bi等矿床。

3.2.2 微量元素组合特征

对两个岩体的元素分析结果(经对数变换)做R型聚类分析(图3、图4)，在相关系数为4的水平上，摩天岭花岗岩的元素组合：① W-Sn-Co-Ni-Cu；② Zn-Pb-Cr；③ Mn-Ti；④ Bi-Mo-Au；⑤ Ag。元宝山花岗岩的元素组合：① W-Sn-Co-Ni；② Zn-Pb-Cr-Cu；③ Mn-Ti；④ Bi-Mo-Au；⑤ Ag。

综上，研究区两个岩体的元素组合都分为5个族群，其中后3个族群完全相同，依次为 ③ Mn-Ti；④ Bi-Mo-Au；⑤ Ag。区别在于第一和第二个族群，摩天岭的元素组合为 ① W-Sn-Co-Ni-Cu；② Zn-Pb-Cr；元宝山的元素组合为 ① W-Sn-Co-Ni；② Zn-Pb-Cr-Cu。通常来说，W、Sn为上地壳富集的元素，Co、Ni为下地壳富集的元素，Zn、Pb为中地壳富集的元素，Cu为中下地壳富集的元素。两者的组合特征表明，两个岩体的形成物质在上升过程中都发生了不同程度的混染作用。从元素组合来看，摩天岭的元素组合是上中地壳元素混染为主的结果，而元宝山的元素组合是以中下地壳元素混染为主的结果。因此，元宝山的成矿物质来源较深。

3.3 稀土元素对比

摩天岭与元宝山花岗岩的稀土元素测试数据来源于前人[5]，分析结果见表3。两个岩体的稀土元素球粒陨石标准化分布型式图呈现明显向右略微倾斜的“V”字型(图5)。桂西北地区的黑云母花岗岩呈岩系列出现，可分为早阶段主岩体(主体)和晚阶段补岩体(补体)。据研究表明：① δEu值大的花岗岩多由地壳深部较基性的岩石经重熔作用或基性岩浆分异作用形成，而δEu值小的则是地壳浅部岩石经重熔作用形成；② Ce/Nd(或La/Y)：比值越大物源越浅。

摩天岭岩体的稀土元素总量偏低且变化较大，为76.58×10-6～121.90×10-6，平均值为99.24×10-6；LREE/HREE比值为0.81～1.61，平均值为1.21，岩体相对富集轻稀土元素；(La/Yb)N值为1.95～5.31，平均值为3.63；Ce/Nd值为2.37～2.69，平均值为2.53；Eu显著亏损，δEu值为0.15～0.41。

图3 摩天岭与元宝山花岗岩TAS图解(a，据Middemos，1994)、碱度率图解(b，据J.B.Wright，1969)、

图4 摩天岭(a)与元宝山(b)花岗岩微量元素聚类分析图Fig.4 Cluster analysis of trace elements in Motianling granite (a) and Yuanbaoshan granite(b)

表3 摩天岭与元宝山花岗岩稀土元素分析结果Table 3 Analysis results of REE for the granite in Motianling and Yuanbaoshan area

元宝山岩体的稀土元素总量相对摩天岭岩体较高，为82.90×10-6～145.37×10-6，平均值为114.14×10-6；LREE/HREE比值为0.86～1.28，平均值为1.07，岩体轻重稀土差别不大；(La/Yb)N值为2.90～4.37，平均值为3.64；Ce/Nd值为1.57～1.75，平均值为1.66；Eu显著亏损，δEu值为0.32～0.43。

图5 摩天岭与元宝山花岗岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式图Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns of the Motianling and Yuanbaoshan granite

综上，两个岩体都是壳源花岗岩，且富集LREE，在两个岩体的形成过程中都经历了多次分馏、广泛交代作用及多阶段分离结晶。两个岩体的(La/Yb)N和(Gd/Yb)N值从早阶段到晚阶段都明显减少，且摩天岭的早阶段(La/Yb)N和(Gd/Yb)N值更高，说明早阶段的过程中摩天岭的稀土分馏程度相对较强且在后期的演化过程中分馏程度都是相对减弱的。此外，两个岩体的Eu元素都强烈亏损，并且从早阶段到晚阶段的过程中亏损程度持续增强且摩天岭更强，表明两者岩浆在结晶过程中都存在着显著的斜长石分离结晶作用且摩天岭的分离结晶作用更强，以此推测摩天岭及其周围地区的成矿的可能性及规模都应该大于元宝山。

4 烃类组分特征

根据前人研究，发现烃类组分是有机质在成矿流体演化过程中的重要伴生气体组分，在大多数地质体上均不同程度地存在烃类气体的反映，并且具有性质稳定、运移距离远、影响范围大等优点。所以，研究烃类组分在不同地质体上的特征，有利于成矿流体来源性质、成矿特征和成矿模式的理论研究。

此外，为了将烃类气体各组分间相关特征和配分规律中隐含的微弱信息变得显著和直观，选取具有幔源流体特征的峨眉山玄武岩作为烃类组分的标准化背景值[10]，对数据进行标准化处理，归一化值是将样品中烃类组分的标准化值分别除以它们的标准化累加总值。目的是在宏观上对烃类组分含量进行对比的基础上，从烃类组分的微观结构进行对比。

从宏观上来看(图6)，摩天岭花岗岩总烃含量、烃类组分各个分量(甲烷至丙烯)均高于元宝山花岗岩；从微观结构上看(图7、图8)，摩天岭花岗岩与元宝山花岗岩标准化和归一化的曲线结构有一定的相似性，局部存在差异。

综上，摩天岭岩体与元宝山岩体的曲线结构相似，表明两个岩体的成矿物质来源于相近的层位；但摩天岭岩体烃类组分含量明显较高，表明摩天岭岩体在演化过程中有大量的有机物参与，对于成矿物质的迁移与富集均有重要作用，与其周围区域形成较大规模矿化体的可能性较大；而元宝山岩体烃类组分含量相对较低，与其周围区域的成矿或大规模成矿的可能性较低。

图6 摩天岭与元宝山烃类组分总含量图Fig.6 Total content of hydrocarbon components in Motianling and Yuanbaoshan granite

图7 摩天岭与元宝山烃类组分标准化图Fig.7 Standardization of hydrocarbon components in Motianling and Yuanbaoshan granite

图8 摩天岭与元宝山烃类组分归一化图Fig.8 Normalization of hydrocarbon components in Motianling and Yuanbaoshan granite

5 特征对比讨论

区内摩天岭与元宝山花岗岩岩体具有以下特征：富硅 [w(SiO2)>71.99%]，富碱，偏钾 [w(K2O)>w(Na2O)]，铝饱和指数较高，全部样品的A/CNK值大于1.1，在图2c中，样品投点于过铝质区域。两个岩体具有高K2O/Na2O值(摩天岭与元宝山分别平均为4.47、3.10)，低钙镁含量，较高的K、Pb等大离子亲石元素含量及较低的Eu等元素含量，符合S型花岗岩的特征。在图2e中，样品均落入S型花岗岩的区域。

根据前人研究表明，过铝质花岗岩主要是地壳物质的部分熔融形成及壳幔岩浆混合[11-12]。结合微量元素(Cu元素主要靠下地壳富集，W、Pb、Sn、Bi元素主要靠上地壳富集，Co、Ni、Cr元素主要靠下地壳—地幔富集)的元素地球化学特征行为、稀土元素配分模式图及稀土元素特征指数、烃类组分含量特征(烃类组分微观结构曲线相似)，表明两个花岗岩岩体的演化过程相似。摩天岭花岗岩岩体的烃类组分含量明显较高，由于有机物在深部的变化程度更深，所以它的含量会更少。通过以上特征对比发现，虽然摩天岭与元宝山岩体都是壳源花岗岩，但是元宝山的物质来源于中地壳偏下，而摩天岭物质来源于中上地壳；摩天岭的微量元素分异性相对较好且稀土元素分馏程度相对较强。

此外，总结前人研究发现，大量的强过铝质花岗岩主要形成于后碰撞构造环境[13]。后碰撞环境下的构造减压能引发地壳熔融产生过铝质花岗岩，如喜马拉雅淡色花岗岩。在主量元素Al2O3- SiO2图解(图2d)中，本文两地区样品点主要落在POG区附近(后造山花岗岩类)。

在微量元素中，摩天岭与元宝山岩体均有如下表现：均有W(Sn、Pb、Bi)等元素富集、Bi为强分异元素、其余为弱分异元素的相同特征；但相对而言，摩天岭岩体的分异性较好。另外，它们的元素组合特征相似，表明它们可能形成相同的多金属矿床，但是成矿潜力不同，摩天岭相对较好。

综上，元宝山物质来源较深，为中地壳偏下，分异相对较差，与其有关的周围地区难以形成矿化体或较大矿化体；而摩天岭物质来源较浅，为中上地壳，分异相对较好，与其周围有关区域可形成规模较大的W、Sn、Pb、Bi等矿床。

6 结论

通过以上对比研究，可以得出以下几点主要结论：

1)摩天岭花岗岩与元宝山花岗岩都形成于后构造环境，为典型的S型花岗岩。

2)主量元素、稀土元素地球化学特征表明摩天岭与元宝山花岗岩都属于强过铝质花岗岩类，成矿物质来源存在差异，摩天岭花岗岩的结晶分异程度更高，具有更高的成矿可能性。

3)主量元素、微量元素和烃类组分含量地球化学特征显示摩天岭岩体成矿元素及伴生元素富集，物质来源较浅，元素分异性相对较好，表明其周围有关区域可能形成较大规模的W、Sn、Pb、Bi矿床；而元宝山岩体虽然也富集成矿元素，但是物源较深，烃类组分含量较低，表明该岩体的成矿潜力相对较差，难以形成矿化体或较大矿化体。