伍靜 苑宏偉 甘能儉 韋紹成 廖娟 張健 梁華英
1. 廣西大學(xué)資源環(huán)境與材料學(xué)院,南寧 5300042. 中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所,礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州 5106403. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 1000494. 南寧師范大學(xué),北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南寧 5100011.
廣西丹池成礦帶發(fā)育多個(gè)大型超大型錫多金屬礦床,是我國(guó)重要錫生產(chǎn)基地。丹池成礦帶從北西往南東由麻陽(yáng)、芒場(chǎng)、大廠、北香及五圩等礦田組成(圖1a)。前人對(duì)丹池成礦帶大廠礦田及五圩礦田成巖成礦作用開展了較多研究(陳毓川等,1993;王登紅等,2004;Caietal., 2007;梁婷等,2011;王新宇等,2015; Guoetal., 2018a;Zhangetal., 2018;Zhaoetal., 2018;伍靜等,2018;Huangetal., 2019;Wangetal., 2019;張健等,2019),發(fā)現(xiàn)大廠礦田成巖成礦時(shí)代多在85~92Ma之間,而對(duì)礦帶內(nèi)其它礦田巖漿活動(dòng)時(shí)代及巖漿特征卻了解不多,因而妨礙了對(duì)丹池成礦帶時(shí)空分布的認(rèn)識(shí)。此外,大廠礦田龍箱蓋黑云母花崗巖和矽卡巖型鋅銅礦床緊密共生,而遠(yuǎn)離錫石硫化物礦床(張健等,2019),由于銅和錫在巖漿中地球化學(xué)不同,前者多和高氧化巖漿作用有關(guān),而后者多和還原巖漿作用有關(guān),龍箱蓋黑云母花崗巖是否為錫成礦巖體還存爭(zhēng)議,因而對(duì)丹池成礦帶錫礦化巖體特征還了解不多。
芒場(chǎng)礦田位于大廠礦田北西約40km處,礦田內(nèi)出露一系列巖脈及在礦田深部發(fā)育和礦化關(guān)系密切的隱伏花崗巖體(魏彭壽等,1986),為進(jìn)一步分析整個(gè)礦帶巖漿作用時(shí)空分布及了解錫成礦巖體地球化學(xué)特征提供了條件。目前對(duì)芒場(chǎng)礦田巖漿巖源區(qū)特征及形成時(shí)代了解不多,僅在二十世紀(jì)八十年代用絹云母Rb-Sr及全巖Rb-Sr法分析了巖脈同位素年齡(魏彭壽等,1986)。由于未見原始數(shù)據(jù)或等時(shí)線,難以評(píng)價(jià)年齡數(shù)據(jù)的可靠性及精度。
為了深入了解芒場(chǎng)礦田內(nèi)巖漿特征及成礦帶巖漿作用時(shí)空分布特征,本文分析了花崗斑巖脈鋯石U-Pb年齡及花崗斑巖脈和白云母花崗斑巖脈的主、微量元素組成,以此探討錫礦成礦巖體源區(qū)特征及形成稀有礦床潛力。
芒場(chǎng)礦田位于丹池成礦帶大廠礦田北西方位約40km處(圖1a),礦田內(nèi)發(fā)育大型錫鋅礦床1處(大山),中型鋅鉛銀礦床1處(馬鞍山)及一系列小型礦床及礦化點(diǎn)(圖1b)。礦田內(nèi)出露地層主要為泥盆系砂巖、泥巖、泥灰?guī)r、灰?guī)r及硅質(zhì)巖,石炭系泥灰?guī)r、灰?guī)r及白云巖,二疊系砂巖、泥巖、硅質(zhì)巖及凝灰?guī)r,三疊系粉砂巖、泥巖、灰?guī)r、硅質(zhì)巖等。礦田內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育,主要有NW向、NE及近SN向三組,其中NW向及NE向較發(fā)育(圖1b)。礦體主要以脈狀產(chǎn)于中泥盆統(tǒng)羅富組碳酸鹽化角巖中及以網(wǎng)脈狀產(chǎn)于中泥盆統(tǒng)納標(biāo)組上段石英砂巖中。礦石礦物主要有鐵閃鋅礦、錫石、黃鐵礦、方鉛礦及磁黃鐵礦等, 脈石礦物主要為石英、方解石、菱錳礦、菱鐵礦、白云石、陽(yáng)起石、透輝石、石榴子石等(鄒錫青和王思源,1993)。
圖1 丹池成礦帶(a)及芒場(chǎng)礦田地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)(據(jù)魏彭壽等, 1986修改)1-二疊系; 2-石炭系; 3-泥盆系; 4-安山玢巖脈; 5-花崗斑巖脈; 6-白云母花崗斑巖脈; 7-地層界線; 8-斷層;9-背斜; 10-礦田; 11-錫鋅礦床; 12-鉛銀礦床; 13-鉛鋅礦床; 14-采樣位置Fig.1 Geological sketch map of the Danchi metallogenic belt (a) and the Manchang ore field (b) (modified after Wei et al., 1986)
芒場(chǎng)礦田巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈,在背斜軸部匯龍坳一帶深部工程揭示深部發(fā)育隱伏細(xì)?;◢弾r和斑狀花崗巖及在地表出露一系列巖脈(魏彭壽等,1986)。隱伏細(xì)粒花崗巖與成礦關(guān)系密切,圍繞該巖體發(fā)育從高溫至低溫的熱變質(zhì)作用及高溫的錫鉬、高中溫的錫鋅、中低溫的銀鉛鋅及低溫的銻汞等礦床或礦化(魏彭壽等,1986)。隱伏斑狀花崗巖呈巖株產(chǎn)出,礦化蝕變較弱(魏彭壽等,1986)。礦田內(nèi)巖脈侵入泥盆紀(jì)及石炭紀(jì)地層中, 主要為酸性巖脈及中性巖脈。巖脈走向多為SN或NW向,巖脈厚<1米至數(shù)米,長(zhǎng)者延長(zhǎng)達(dá)數(shù)千米(圖1b)(魏彭壽等,1986)。中性巖脈分布于礦田中西部,主要為石英安山玢巖和石英閃長(zhǎng)玢巖(魏彭壽等,1986);酸性巖脈主要分布于礦區(qū)中部,主要為花崗斑巖及白云母花崗斑巖?;◢彴邘r脈為隱伏斑狀花崗巖上延部分(魏彭壽等,1986),分布于礦區(qū)中東部,巖脈厚2~20m,長(zhǎng)超過(guò)1000m?;◢彴邘r脈為淺灰色,具斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,斑晶礦物粒度較大,長(zhǎng)石長(zhǎng)軸多在5~10mm之間,主要由石英、斜長(zhǎng)石及黑云母組成(圖2a, b), 基質(zhì)為顯晶質(zhì),礦物組成和斑晶相似。花崗斑巖脈切割白云母花崗斑巖脈,表明其形成時(shí)代晚于白云母花崗斑巖脈。白云母花崗斑巖脈見于礦田中部大山礦床西側(cè),為隱伏細(xì)?;◢弾r的上延部分(魏彭壽等,1986)。白云母花崗斑脈長(zhǎng)約4000m,厚2~10m,巖石灰白色,斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,斑晶主要由石英和白云母及少量長(zhǎng)石組成,粒度較小,斑晶粒徑主要在1~2mm之間,基質(zhì)為顯晶質(zhì),礦物組成和斑晶基本一致(圖2c, d)。
樣品分別采自花崗斑巖脈及白云母花崗斑巖脈,其中,鋯石U-Pb定年樣品采樣位置分別(圖1b): 25°7′47″N、107°28′43″E(花崗斑巖脈)和25°8′3″N、107°28′59″E(白云母花崗斑巖脈);主、微量元素分析的樣品采自鋯石定年樣品附近100m范圍內(nèi)。
圖2 花崗斑巖脈(a、b)和白云母花崗斑巖脈(c、d)特征Q-石英;Ms-白云母;Bi-黑云母;Pl-斜長(zhǎng)石Fig.2 Photos showing the characteristics of granite porphyry (a, b) and muscovite granite porphyry (c, d)
鋯石選自約1kg花崗斑巖脈(MAS2-2)和1kg白云母花崗斑巖脈(MAS3-2)。樣品經(jīng)碎樣、磁選及重液選等方法選出鋯石后,在顯微鏡下挑選鋯石顆粒,后裝入環(huán)氧樹脂中并磨光。用光學(xué)顯微鏡及掃描電鏡陰極發(fā)光CL觀察,選出晶形較好、沒(méi)裂紋及包裹體不發(fā)育的鋯石晶體點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定。鋯石LA-ICP-MS分析在中國(guó)科學(xué)院礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成,分析儀器Agilent 7500a ICP-MS,激光熔樣點(diǎn)直徑31μm,分析方法和流程見Lietal. (2016)。為了減少鋯石繼承鉛和鉛丟失等對(duì)計(jì)算年齡的影響,在207Pb/235U-206Pb/238U中諧和度低于85%的年齡數(shù)據(jù)在計(jì)算最終年齡時(shí)被排除。為了獲得較精確的年齡值,我們用累積概率統(tǒng)計(jì)分析鋯石年齡。同一巖漿作用結(jié)晶鋯石年齡為正態(tài)分布,正態(tài)分布數(shù)據(jù)在累積概率統(tǒng)計(jì)圖上是一條斜率為正值的直線,分布在直線延伸方向上方較大年齡被視為繼承鋯石年齡,分布在直線延伸方向下方的年齡則被視為鉛丟失鋯石年齡(Liangetal., 2006;Zouetal., 2017)。
巖石主微量元素分析樣品選自顯微鏡下觀察后蝕變較弱的巖石,在中國(guó)科學(xué)院同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室分析,主量元素組成用X-射線熒光光譜法(XRF)進(jìn)行測(cè)試;微量元素采用ICP-MS法測(cè)定,分析儀器為Perkin-Elmer Sciex ELAN 6000,分析方法見Lietal. (2016)。主量元素組成XRF分析精度在1%~2%之間,微量元素組成ICP-MS測(cè)試精度高于5%~10%。
芒場(chǎng)礦田花崗斑巖脈鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡見表1。我們也分析了白云母花崗斑巖脈鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素組成,但分析15個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)諧和度都小于80%,未獲得白云母花崗斑巖脈鋯石U-Pb諧和年齡?;◢彴邘r脈共作了25個(gè)點(diǎn)鋯石U-Pb同位素組成分析。在諧和度>85%的20個(gè)分析點(diǎn)中,3個(gè)點(diǎn)年齡值在733~1475Ma之間,和其它17個(gè)點(diǎn)的年齡不同,在計(jì)算主群鋯石統(tǒng)計(jì)年齡時(shí)排除。其余17個(gè)分析點(diǎn)年齡在83~102 Ma之間,統(tǒng)計(jì)年齡為92.3±2.7Ma (MSWD=27.9)。用累積概率統(tǒng)計(jì)圖處理年齡數(shù)據(jù),把位于統(tǒng)計(jì)圖上方非線性分布6個(gè)點(diǎn)視為繼承鉛,下方一個(gè)點(diǎn)視為鉛丟失。10個(gè)成線性分布點(diǎn)獲得年齡為89.1±0.9Ma (MSWD=1.74) (圖3)。
圖3 花崗斑巖脈鋯石U-Pb諧和年齡圖Fig.3 Diagram of zircon U-Pb concordant age of granite porphyry dyke
白云母花崗斑巖脈具高SiO2(73.70%~74.86%)、低TiO2(<0.10%)特征,在SiO2-(K2O+Na2O)巖石化學(xué)分類圖(TAS)上位于花崗巖區(qū)域 (圖4a),為高鉀鈣堿性巖石(圖4b)。芒場(chǎng)白云母花崗斑巖脈和大廠龍箱蓋黑云母花崗巖相比,相對(duì)更富Al2O3(前者15.93%~16.16%,后者<14.41%)。白云母花崗斑巖脈稀土元素含量較低,(REE在13.4×10-6~21.6×10-6之間,低于花崗斑巖脈(202×10-6~216 ×10-6)。
白云母花崗斑巖脈富Sn (49×10-6~70×10-6)、W (35×10-6~58×10-6)、Ta (32.0×10-6~35.8×10-6)、Nb (133×10-6~144×10-6)和Rb (1045×10-6~1135×10-6),高于礦田內(nèi)花崗斑巖脈Sn (<19×10-6)、W (<25×10-6)、Ta (<6.4×10-6)、Nb (<65.8×10-6)和Rb (<446×10-6)及大廠礦田龍箱蓋黑云母花崗巖Sn (<21×10-6)、W (<25×10-6)、Ta (<18.8×10-6)、Nb (<63.3×10-6)和Rb(429×10-6~851×10-6)等元素的含量。
表1 花崗斑巖脈鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素組成表
表2 芒場(chǎng)礦田白云母花崗斑巖脈和花崗斑巖脈主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)組成
續(xù)表2
前人據(jù)絹云母Rb-Sr及全巖Rb-Sr法獲得礦田內(nèi)巖脈同位素年齡在81~95Ma之間(魏彭壽等,1986)。但由于僅報(bào)道結(jié)果而未見具體數(shù)據(jù),難以評(píng)估年齡數(shù)據(jù)可靠性及精度。我們獲得花崗斑巖脈鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡為89.1±0.9Ma (MSWD=1.74) (圖3),略大于前人獲得的全巖Rb-Sr年齡(84Ma)?;◢彴邘r脈切割和成礦關(guān)系密切白云母花崗斑巖脈,表明白云母花崗巖脈及其深部隱伏細(xì)?;◢彴邘r以及相關(guān)礦化的形成時(shí)代應(yīng)大于89Ma?;◢彴邘r脈鋯石年齡(~89Ma)和大廠礦田巖漿活動(dòng)時(shí)代(88~92Ma) (王登紅等,2004;梁婷等,2011; Guoetal., 2018a;Huangetal., 2019)在誤差范圍內(nèi)近似一致。表明丹池成礦帶巖漿作用時(shí)代主要都在90Ma左右。丹池成礦帶巖漿作用時(shí)代和華南西南部一帶錫多金屬及鎢、鎢-銅、銅-鉬礦床成巖成礦時(shí)代基本一致,主要集中于90~95Ma之間(Cheng and Mao, 2010; Guoetal., 2018b; Huangetal., 2019; Wangetal., 2019),顯示其形成于同一動(dòng)力學(xué)背景。
芒場(chǎng)礦田花崗斑巖脈切穿白云母花崗斑脈(圖1b),表明前者形成時(shí)代晚于后者,但對(duì)兩者是否為同一巖漿房結(jié)晶分異的產(chǎn)物則了解不多。
圖4 芒場(chǎng)礦田白云母花崗斑巖和大廠龍箱蓋黑云母花崗巖元素組成特征(底圖分別據(jù)Middlemost, 1994; Rickwood, 1989; Maniar and Piccoli, 1989; Chappell, 1999)圖5、圖9和圖10圖例同此圖Fig.4 Elemental composition characteristics of muscovite granite porphyry in Mangchang ore field and the Longxianggai biotite granite in Dachang ore field (base map after Middlemost, 1994; Rickwood, 1989; Maniar and Piccoli, 1989; Chappell, 1999, respectively)
圖5 芒場(chǎng)礦田白云母花崗斑巖脈和花崗斑巖脈及龍箱蓋黑云母花崗斑巖Nb/Ta-Zr/Hf 關(guān)系圖Fig.5 Nb/Ta vs. Zr/Hf diagram of the granite porphyry dyke and the muscovite granite porphyry dyke in the Mangchang ore field and the Longxianggai biotite granite in the Dachang ore field
白云母花崗斑巖脈含S型花崗巖特征礦物白云母和具高的A/CNK值(2.69~2.88),遠(yuǎn)大于過(guò)鋁質(zhì)花崗巖的值(1.1)(表2、圖4c),加上其在Rb-Th圖上沿S型花崗巖趨勢(shì)線分布,和大廠礦田龍箱蓋黑云母花崗巖的一致(圖4d),表明其為強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)S型花崗巖,為變質(zhì)沉積巖部分熔融形成的(Harrisonetal., 1999; Kalsbeek,2001;Kingetal., 2011)。芒場(chǎng)礦田花崗斑巖脈由于LOI值較大,顯然受后期地質(zhì)作用影響而使其主量元素發(fā)生變化,因而不能用A/NK和A/CNK關(guān)系討論其為過(guò)鋁質(zhì)或過(guò)堿質(zhì)。芒場(chǎng)礦田花崗斑巖具較高的Zr/Hf和Nb/Ta值(圖5),表明其不屬高分異花崗巖類。芒場(chǎng)礦田花崗斑巖脈Al2O3含量較高(13.12%~14.77%),和大廠礦田龍箱蓋黑云母花崗巖的相似(Huangetal., 2019;Wangetal., 2019),表明其屬過(guò)鋁質(zhì)花崗巖;該花崗斑巖脈稀土元素模型為向右傾斜線,具強(qiáng)烈的Eu負(fù)異常(圖6),顯示殼源花崗巖特征,加上其微量元素組成和礦田內(nèi)白云母花崗斑巖脈及大廠礦田龍箱蓋S型黑云母花崗巖(Huangetal., 2019;Wangetal., 2019)的相似(圖6),也支持其為殼源花崗巖。因此,我們認(rèn)為芒場(chǎng)礦田花崗斑巖脈也為S型花崗巖。
圖6 芒場(chǎng)礦田花崗斑巖脈(a、b)和白云母花崗斑巖脈(c、d)及大廠礦田龍箱蓋黑云母花崗巖(e、f)微量及稀土元素模型Fig.6 Trace and rare earth element models of the granite porphyry dike (a, b), the muscovite granite porphyry dyke (c, d) in the Mangchang ore field and the Longxiangai biotite granite in the Dachang ore field (e, f)
圖7 芒場(chǎng)礦田白云母花崗斑巖脈和花崗斑巖脈及大廠礦田龍箱蓋黑云母花崗巖Harker圖圖例同圖4、圖5Fig.7 The Harker diagrams of the muscovite granite porphyry dyke and the granite porphyry dyke in the Mangchang ore field and the Longxianggai biotite granite in the Dachang ore field
芒場(chǎng)礦田白云母花崗斑巖脈Rb含量在1045×10-6~1135×10-6之間,其Rb2O含量在0.23% ~0.25%之間,超過(guò)含鋰云母的堿性長(zhǎng)石花崗巖類與偉晶巖類Rb礦床最低工業(yè)品位(0.1%~0.2%)。白云母花崗斑巖脈長(zhǎng)約4000m,厚2~10m(魏彭壽等,1986), Rb2O儲(chǔ)量很大,具有潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,可視為花崗巖型銣礦床。
圖8 芒場(chǎng)礦田白云母花崗斑巖脈和花崗斑巖脈及大廠礦田龍箱蓋黑云母花崗巖主、微量元素關(guān)系圖圖例同圖4、圖5;礦物結(jié)晶與元素變化趨勢(shì)線據(jù) Huang and Jiang, 2014Fig.8 Diagrams showing major element and trace element relation of the muscovite granite porphyry dyke and the granite porphyry dyke in the Mangchang ore field and Longxianggai biotite granite in the Dachang ore field
白云母花崗斑巖脈含較高的Sn (49×10-6~70×10-6)、Nb (132×10-6~144×10-6)和Ta (32×10-6~36×10-6),高于S型花崗巖Sn含量(11×10-6) (Williamsonetal., 2010)及大廠礦田龍箱蓋巖體Sn (10×10-6~19 ×10-6)、Nb (62.30×10-6~65.38×10-6)和Ta (5.90×10-6~6.40×10-6)的含量。這也表明白云母花崗斑巖巖漿相對(duì)富集稀有金屬元素,有利于形成Sn等稀有金屬礦床,具有良好的形成稀有金屬礦床潛力。
圖9 芒場(chǎng)礦田白云母花崗斑巖脈和龍箱蓋黑云母花崗巖在Rb-Ba-Sr組成圖(據(jù)El Bouseily and El Sokkary 1975)Fig.9 Distribution domains of the muscovite granite dyke in the Mangchang ore field and the Lonxianggai biotite granite in the Rb-Ba-Sr diagram (after El Bouseily and El Sokkary, 1975)
圖10 芒場(chǎng)礦田白云母花崗巖脈和大廠龍箱蓋黑云母花崗巖Rb/Ba-Rb/Sr圖 (據(jù)Sylvester, 1998)Fig.10 Composition variation of muscovite granite porphyry dyke in the Mangchang ore field and the Longxianggai biotite granite in the Rb/Ba vs. Rb/Sr diagram (after Sylvester, 1998)
白云母花崗斑巖脈Nb/Ta和Zf/Hf比值較小(圖5),具稀土元素四分組模型(圖6),在Rb-Ba-Sr圖(圖9)上分布于高分異花崗巖附近,顯示高分異花崗巖特征(Breiteretal., 2014;Ballouardetal., 2016;吳福元等,2017)。稀有金屬為不相容元素,隨著結(jié)晶分異而富集,白云母花崗斑巖脈富稀有金屬既可能是源區(qū)富稀有金屬所致,也可能為巖漿高分異所致或兩者復(fù)合所致。大廠龍箱蓋巖體和芒場(chǎng)礦田白云母花崗斑巖脈具相近的Nb/Ta比值(圖5、表2),在Rb-Ba-Sr圖上位于高分異花崗巖區(qū)(圖9),也為高分異花崗巖,但其Sn、Nb和Ta含量卻遠(yuǎn)小于芒場(chǎng)礦田白云母花崗斑巖脈的相關(guān)元素含量(表2),因此,芒場(chǎng)礦田白云母花崗斑巖脈源區(qū)可能更富稀有金屬。
強(qiáng)風(fēng)化作用使巖石形成富粘土質(zhì)礦物,導(dǎo)致巖石丟失Na、Ca、Sr、Pb,而Li、K、Rb、Cs、Sn(W)被粘土礦物吸附或進(jìn)入粘土礦物,經(jīng)再搬運(yùn)沉積會(huì)形成富粘土質(zhì)、堿金屬(Li、K、Rb、Cs)及稀有金屬(Sn(W))源區(qū)(Romer and Kroner, 2016)。芒場(chǎng)礦田白云母花崗斑巖脈富K貧Na(K2O/Na2O: 28~30)及富Rb、Cs、Sn等元素,在Rb/Ba-Rb/Sr圖上位于富粘土源區(qū)(圖10),表明白云母花崗斑巖脈為富粘土富稀有金屬沉積變質(zhì)基底部分熔融形成的。
芒場(chǎng)礦田白云母花崗斑巖脈主微量元素組成特征表明,研究區(qū)基底發(fā)育富粘土質(zhì)富稀有金屬元素沉積變質(zhì)巖。華南西南緣及越南北部地區(qū)發(fā)育一系列錫礦床(Huangetal., 2019),都可能與基底發(fā)育富粘土質(zhì)富稀有金屬元素沉積變質(zhì)巖有關(guān)。
通過(guò)上述分析, 我們獲得下列結(jié)論:
(1)芒場(chǎng)礦田花崗斑巖脈鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡約89Ma,和大廠礦田巖漿作用時(shí)代基本一致,表明丹池成礦帶成礦巖漿作用主要在90Ma左右;
(2)芒場(chǎng)礦田花崗斑巖脈和白云母花崗斑巖脈為不同成分沉積變質(zhì)巖源區(qū)部分熔融的產(chǎn)物;
(3)芒場(chǎng)礦田白云母花崗斑巖脈主要為富粘土質(zhì)富稀有金屬源區(qū)部分熔融形成的,研究區(qū)基底發(fā)育富粘土質(zhì)富稀有金屬源區(qū),華南西南地區(qū)發(fā)育一系列大型超大型錫礦床都可能與基底發(fā)育富粘土質(zhì)富錫源區(qū)有關(guān)。