安徽铜陵矿集区杨冲里金矿岩浆岩地球化学特征与成因

2021-10-30肖福权黄杰杰陈志永

地质学刊 2021年3期

肖福权，黄杰杰，陈志永，万秋

(1.铜陵有色金属集团股份有限公司矿产资源中心，安徽铜陵 244000；2.湖南省湘南地质勘察院，湖南郴州 423000；3.安徽省地质调查院，安徽合肥 230001；4.安徽省地质科学研究所，安徽合肥 230001)

0 引言

安徽铜陵矿集区位于长江中下游成矿带，该地区经济价值高，地质勘探程度高，研究密集，是“层控矽卡岩矿床”理论的诞生地(常印佛等，1991；聂桂平等，2007；刘经华等，2009；包亮亮等，2017；杜建国等，2019；施珂等，2019a)。杨冲里金矿为区内舒家店地区近年来新发现的新型矿床(段留安等，2013)，矿体产自志留纪地层中，为构造蚀变岩型金矿床。

前人对杨冲里的成岩成矿年代、岩石地球化学、成矿物质来源及成矿流体等开展过一定的研究工作(Wang et al.,2016；Duan et al.,2017；施珂等，2019b)。在总结前人工作的基础上，对该地区的岩浆起源、演化及岩浆岩成因进行初步探讨，丰富研究区的成岩、成矿理论，为区内找矿工作提供依据。

1 区域地质背景

铜陵矿集区位于长江中下游成矿带中部(图1a)，又称铜陵隆起，区内除缺失下、中泥盆统地层外，志留—三叠系地层层序齐全，发育较为完整，其中广泛发育的二叠—三叠纪碳酸盐岩为区内主要赋矿层位。铜陵地区发生了广泛的褶皱变形及断裂作用，晋宁期以来，经历了从稳定到活动的构造演变。北东向背斜、向斜平行斜列组成褶皱轴面(或者轴向)形态呈S形的褶皱，浅层断裂发育有北东向、南北向以及北西向3组方向。

燕山期的岩浆活动是区内广泛发育岩浆岩的主要成因，区内发育大小70多个岩体，形成年代主要在150～130 Ma之间，岩体形态受区内断裂控制明显，主要呈东西向或北东向(图1b)。矿区的成矿年龄主要在145～135 Ma之间，与岩浆岩的形成时间基本一致，H、O、S、Pb等同位素研究也表明，燕山期的岩浆活动对区内Cu-Au等多金属矿床的形成有着重要的影响，不仅提供了大量热源，也是区内Cu-Au等多金属矿床的主要成矿流体和成矿物质来源(施珂等，2019a；Shi et al.,2020)。

区内矿产资源极其丰富，各类矿种均有发现，累计发现矿床200余处，金属矿床主要以铜、金矿化为主，其次为铅锌矿化(图1b)，形成铜官山、狮子山、新桥—舒家店、凤凰山、姚家岭5个矿田(施珂等，2019a)，矿床成因类型、矿化组合等见表1。

表1 铜陵地区金属矿床分类Table 1 Classification of metal ore deposits in Tongling region

图1 铜陵矿集区地质略图(据Xie et al.，2012)Fig. 1 Geological sketch map of the Tongling metallogenic area(after Xie et al.,2012)

2 矿床地质特征

杨冲里金矿位于舒家店斑岩型铜矿南侧1 km左右。该区域地层志留—三叠系均有出露(图2a)，其中以中志留统坟头组地层最为发育，岩性主要为灰-青灰色砂质页岩、青灰-浅灰色粉砂岩及砂岩等，岩层产状一般较缓。

图2 杨冲里地区区域地质简图(a)和杨冲里金矿剖面示意图(b)(据Duan et al.,2017)Fig. 2 Geological sketch map of Yangchongli area (a)and the drilling geological profile of the Yangchongli gold deposit (b)(after Duan et al.,2017)

区内褶皱、断裂构造发育，主要由舒家店背斜及一系列北东、北西向断裂组成，其中舒家店背斜呈北西向线状分布，背斜北东端被九榔断裂带切割，与繁昌火山凹陷相接。区内北东及北西向2组断裂发育：北东向断裂主要表现为压性冲断裂及破碎带，约NE40°，与区域性高角度压性断裂一致，为该区域主要控岩、控矿构造；北西向断裂多与背斜呈切割关系。

与区内铜金矿密切相关的是舒家店岩体，出露面积约为4 km2，该岩体产于舒家店背斜近轴部，呈岩筒产出，接触面陡立。该岩体有2期侵入：第一期为辉石闪长岩，在(139.2±2.1)～(144.8±1.4)Ma之间(王世伟等，2011；赖小东等，2012；李名则等，2016)；第二期为二长闪长岩，(140.7±1.8)Ma(Duan et al.，2017)，二者在深部为侵入接触，接触界线明显(陈四新等，2014)。

目前矿区发现矿带5条，矿区中部由南向北等距平行排列Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ矿带，东部为Ⅴ号矿带。矿化带中分布有50多个金矿体(图2b)，其中1、2、4、21、31、41、52号矿体为主要矿体。金矿(化)体主要赋存于二长闪长岩和志留系坟头组地层的碎裂岩中，走向北东，倾角较陡(70°～80°)，形态主要为似层状、透镜状等(Duan et al.，2017)。

金属矿物以黄铁矿为主，有少量方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、辉钼矿；原生金矿石中硫化物质量分数较高，一般在8%左右，为硫化物型金银矿矿石。脉石矿物主要为石英，其次含少量绢云母、长石、绿泥石、方解石、角闪石等。

3 样品特征与分析方法

3.1 样品特征

在杨冲里金矿ZK1601钻孔中采集10件辉石闪长岩样品进行全岩地球化学分析，样品较新鲜，呈灰白色，块状构造，中-细粒结构，矿物组分主要有斜长石(60%～70%)、钾长石(10%)、角闪石(10%～15%)、石英(10%)及辉石(约5%)等(图3)。

图3 杨冲里金矿辉石闪长岩显微镜照片Pl-斜长石；Kfs-钾长石；Prx-辉石；Hbl-角闪石；Q-石英Fig. 3 Microscopic photographs of pyroxene diorite from the Yangchongli gold deposit

3.2 分析方法

主量元素的分析采用X射线荧光光谱仪(荷兰PANalytical PW2424 型)，熔融法制样；微量元素的分析采用电感耦合等离子体发射光谱仪(美国Varian VISTA)和电感耦合等离子体质谱仪(Agilent 7700x)，方法见文献Shi et al.,2020。

3.3 分析结果

3.3.1 主量元素 10件辉石闪长岩样品的主量元素分析结果(表2)显示：辉石闪长岩的SiO2质量分数在49.81%～52.29%之间；全碱(Na2O+K2O)质量分数在5.97%～7.25%之间，其中K2O质量分数在1.84%～3.68%之间；Al2O3质量分数为15.98%～17.20%(>15%)，具高铝特征；碱铝比A/NK=w(Al2O3)/w(K2O+Na2O)，在1.63～1.96之间，铝过饱和度A/CNK=w(Al2O3)/w(CaO+K2O+Na2O)，在0.58～0.68之间。

表2 杨冲里金矿辉石闪长岩主量、微量及稀土元素分析结果Table 2 Test results of major,trace and rare earth elements from the Yangchongli gold deposit

续表2

TAS图解(图4a)显示，辉石闪长岩样品主要落于二长辉长岩和二长闪长岩区域，属碱性系列；二长闪长岩落于闪长岩内，属亚碱性系列。AFM图(图4b)显示，选取的辉石闪长岩样品均落在AF一侧，远离FM一侧，二长闪长岩相对于辉石闪长岩更具富碱性。硅钾图(图4c)显示，辉石闪长岩样品大部分落入钾玄岩系列与高钾钙碱性系列交会处，二长闪长岩大部分落入高钾钙碱性系列。

图4 TAS图解(a)、AFM图解(b)和K2O-SiO2岩石序列图解(c)(二长闪长岩数据据Duan et al.，2017)1-橄榄辉长岩；2a-碱性辉长岩；2b-亚碱性辉长岩；3-辉长闪长岩；4-闪长岩；5-花岗闪长岩；6-花岗岩；7-硅英岩；8-二长辉长岩；9-二长闪长岩；10-二长岩；11-石英二长岩；12-正长岩；13-副长石辉长岩；14-副长石二长闪长岩；15-副长石二长正长岩；16-副长正长岩；17-副长深成岩；18-霓方钠岩、磷霞岩、粗白榴岩Fig. 4 TAS diagram (a),AFM diagram (b)and K2O-SiO2 rock sequence diagram (c)(monzodiorite data after Duan et al.,2017)

3.3.2 微量元素 10件辉石闪长岩样品微量元素分析结果见表2。微量元素原始地幔标准化曲线(图5a)显示，4个岩体的配分曲线大部分一致，富集大离子亲石元素(LILE)Ba、Sr、Th等，亏损高场强元素(HFSE)Nb、Y、Yb等，前者表明成岩物质可能与富集上地幔的部分熔融有关，后者揭示壳源物质的混染导致高场强元素的亏损。显著的Nb亏损通常被认为是俯冲带火山岩或典型陆壳岩石的标志，并可能与岩浆演化过程中大陆物质通过地幔源区发生混染作用有关。高Sr值是幔源金伯利岩、大陆碱性玄武岩和橄榄玄武岩等高钾岩石的特征，暗示辉石闪长岩原始岩浆可能主要为幔源碱性玄武质岩浆。

图5 杨冲里金矿辉石闪长岩微量元素原始地幔蜘蛛图(a)和球粒陨石标准化稀土元素配分曲线(b)(二长闪长岩数据据Duan et al.,2017)Fig. 5 Primitive mantle-normalized spider diagram of trace elements (a)and chondrite-normalized rare earth element allocation pattern (b)from the Yangchongli gold deposit (monzodiorite data after Duan et al.,2017)

与辉石闪长岩相比，二长闪长岩具有类似的微量元素配分特征，但后者具有更明显的Zr、Hf和Ti负异常，暗示在岩浆结晶的早期有大量的锆石和金红石结晶分异。

3.3.3 稀土元素 10件辉石闪长岩样品的稀土元素分析结果见表2。球粒陨石标准化稀土配分模式(图5b)显示主要为向右倾斜的轻稀土富集型，稀土总量在205～268 mg/kg之间，平均值为232 mg/kg；LREE/HREE比值在12.34～15.28之间，平均值为13.78，侵入岩岩石的轻重稀土分异明显；(La/Yb)N在17.36～22.27之间，平均值为19.59。二长闪长岩的稀土分布基本相似，稀土元素含量为101～146 mg/kg(平均值为127 mg/kg)；(La/Yb)N比值为13.82～18.28，略低于辉石闪长岩。

4 讨论

微量元素的La/Nb比和Zr/Ba比可用于判定岩浆的来源(DePaolo et al.,2000)，源于软流圈地幔的岩浆La/Nb比一般稳定在0.7左右，Zr/Ba比一般>0.2；La/Nb比变化较大、Zr/Ba比<0.2的岩浆则可能主要来源于岩石圈地幔(Ormerod et al.,1988)。杨冲里辉石闪长岩与二长闪长岩的La/Nb比变化较大，分别为2.80～4.30和1.70～2.40，Zr/Ba比分别为0.13～0.27和0.02～0.03，因此认为这两个岩体均起源于岩石圈地幔。

研究区内辉石闪长岩和二长闪长岩表现出了相似的稀土和微量元素配分模式，富集大离子亲石元素而亏损高场强元素，具有较高的Sr、Ba含量，相对较低的Rb含量，两类侵入岩的Rb/Y和Nb/Y比值具有明显的相关性(图6)，其线性特征总体上与地壳混染或俯冲带富集相一致，由此认为杨冲里矿区的原始岩浆可能起源于岩石圈地幔，中生代的板块俯冲作用可能对其源区有一定的改造作用，或是岩浆在上升过程中与地壳发生了混染(谢建成等，2012)。

图6 杨冲里侵入岩Rb/Y-Nb/Y图解(二长闪长岩数据据Duan et al.,2017)Fig. 6 Rb/Y-Nb/Y diagram of the intrusive rocks from Yangchongli (monzodiorite data after Duan et al.,2017)

哈克图解(图7)显示，辉石闪长岩和二长闪长岩的SiO2与Fe2O3、CaO、MgO、P2O5、TiO2呈明显的线性关系，总体为负相关，这一特征表明岩浆可能发生了结晶分异作用，磷灰石、榍石、黑云母等副矿物在岩浆演化过程中结晶分离。

图7 杨冲里金矿含矿岩体岩石地球化学哈克图解(二长闪长岩数据据Duan et al.,2017)Fig. 7 Harker diagram of petrogeochemistry of ore-bearing rock mass in the Yangchongli gold deposit(monzodiorite data after Duan et al.,2017)

La/Sm值与La的线性关系可以显示岩浆的演化特征，部分熔融呈正相关，分离结晶作用表现为水平关系，在La/Sm-La图解(图8a)上，样品La/Sm比值与La含量在部分熔融演化线上呈明显的线性增加趋势，说明不同程度的部分熔融是控制区内两类岩体岩浆成分变化的因素。

岩石Th/Nb-Ce/Nb、La/Yb-Nb/Ta、Ta/Yb-Th/Yb的比值是反映同化混染作用的指示标志(图8b、c、d)(MacDonald et a1.,2001)，一般来说，如果存在同化混染作用，则通常会表现出明显的正相关性(袁峰等，2010)。杨冲里辉石闪长岩和二长闪长岩的La/Yb-Nb/Ta等比值呈现正相关性，由此判断杨冲里地区的岩浆经历了同化混染。

图8 杨冲里金矿含矿岩体岩浆部分熔融、同化混染的地球化学判别图解(二长闪长岩数据据Duan et al.,2017)Fig. 8 Geochemical discriminate diagram of partial melting and contamination in ore-bearing rock mass in the Yangchongli gold deposit(monzodiorite data after Duan et al.,2017)

结合前人的研究认为，下地壳受到来自富集地幔的碱性玄武质岩浆的底侵作用而发生部分熔融，形成了初始深部岩浆房，部分混染程度低的玄武质岩浆直接侵位到浅部形成杨冲里辉石闪长岩，另有部分玄武质岩浆与偏酸性岩浆发生混合作用形成该区域的二长闪长岩。