江西大雾塘钨矿岩石地球化学特征及其意义

江超强，张　勇，潘家永，江青霞

（东华理工大学地球科学学院，江西南昌330013）

江西大雾塘钨矿岩石地球化学特征及其意义

江超强*，张勇，潘家永，江青霞

（东华理工大学地球科学学院，江西南昌330013）

我国是世界上最重要的钨矿集中区之一，而且我国的钨矿资源主要集中在华南。近几年在大湖塘地区取得了重大突破，成为世界级超大型钨矿。主要对大雾塘矿区燕山期斑状花岗岩主微量元素地球化学特征进行研究。结果表明：①大雾塘燕山期斑状花岗岩具高硅、高钾、碱性、强过铝质特征，为高分异的S型花岗岩，其源区应以泥质岩为主。②强蚀变斑状花岗岩具明显的富铝贫硅特征，强云英岩化为黑钨矿、白钨矿的形成提供了必要的成矿条件。③大雾塘燕山期斑状花岗岩属于同碰撞花岗岩，应该是在挤压构造背景下，通过地壳重熔而形成。

地球化学特征；斑状花岗岩；钨矿；大雾塘

大雾塘矿床是最近几年才发现的大型钨多金属矿矿床，是以细脉浸染型白钨矿为主，兼有石英大脉型、云英岩型及隐爆角砾岩型钨（锡、钼、铜）矿等共生的矿床。大型细脉浸染型白钨矿的发现，有别于以往传统的单一石英大脉型黑钨矿，这种找矿类型的转变，引起了人们极大的关注。由于大雾塘矿区仍在勘探的过程中，其研究程度相对较低，资料较为缺乏，对大雾塘矿床细脉浸染型岩石（含矿）进行主微量元素方面的分析，有助于我们更深一步了解矿床元素地球化学特征，对指导已有矿山资源的开发利用和未知矿区的找矿勘查具有一定的意义。

1　地质背景

大雾塘矿区处于大湖塘矿集区的中心部位，其北部为石门寺超大型钨多金属矿床，南部为狮尾洞及昆山矿床，地理位置为赣西北地区武宁、修水、靖安三县交界处，大地构造位置处于扬子板块东南缘江南地块中段，长江中下游成矿带南侧，九岭—障公山隆起区西部与武宁—宜丰北北东向断裂带北东段的交接处，属大湖塘—同安钨（锡）、钽铌多金属矿带的北段（图1），具有优越的成矿地质背景［1-3］。

大雾塘矿区除第四系松散堆积物之外，未发现其它地层。矿区广泛发育着晋宁期花岗闪长岩和燕山期花岗岩：晋宁期花岗闪长岩以岩基产出，成岩年龄约为828Ma，岩石具中粗粒结构，似斑状构造；燕山期花岗岩以岩株岩脉产出，成岩年龄为（134～150）Ma。蒋少涌等人（2015）认为燕山期花岗岩主要有两期，早期为斑状花岗岩，成岩年龄约144Ma，晚期为中细粒花岗岩或花岗斑岩，成岩年龄约（135～130）Ma［4］。区域褶皱构造为九岭复式褶皱中的靖林—操兵场次级背斜东延部分，轴向呈北北东向；断裂构造主要有近东西（北东东）、北东—北北东向，其次为北西和南北向四组，早期以压扭性为主，晚期张性破碎强烈［1-2］。

2　岩石学特征

根据野外观察，大雾塘矿区岩石主要由晋宁期花岗闪长岩和燕山期似斑状花岗岩组成，燕山期似斑状花岗岩暗色矿物较少而呈灰白色，而晋宁期花岗闪长岩含较多的黑云母，含量约为15%，颜色更深，因而在野外较容易区分出这2种岩体。部分岩石已发生了不同程度的蚀变和矿化。侧重研究燕山期斑状花岗岩的岩石学特征，样品取于大雾塘矿区ZK68、ZK77不同深度的7块花岗岩样品，采样位置如表1所示。

表1　大雾塘样品采样位置与描述

在显微镜下对燕山期斑状花岗岩的观察，ZK68岩石具似斑状结构，斑晶多由石英、斜长石、钾长石和白云母组成。主要矿物组成有石英（33%～45%）、斜长石（13%～30%）、钾长石（12%～25%）、白云母（5%～18%），含少量黑云母，基质矿物成分与斑晶成分基本一致，副矿物可见锆石。ZK68花岗岩发生了较弱的蚀变作用，蚀变类型有斜长石绢云母化、钾长石化、硅化等。ZK77花岗岩发生了强蚀变作用，显微镜下已看不到黑云母、钾长石与斜长石等矿物，主要蚀变类型有白云母部分绢云母化及云英岩化。

3　元素地球化学特征

为研究大雾塘矿区燕山期斑状花岗岩主微量元素地球化学特征，对2个钻孔的7件具有代表性样品进行主微量元素测试分析。主微量元素分析测试工作在北京地质研究院分析测试中心完成，分析结果见表2及表3。

3.1主量元素

从表2中可看出，ZK68花岗岩分析样品的烧失量均小于3%，说明样品较为新鲜，元素组成基本没有受到蚀变作用的影响。ZK68花岗岩在主量元素组成上具有富硅富碱的特征，该钻孔4个样品的SiO2含量变化是72.68%～74.8%，平均含量为73.995%；K2O+ Na2O=6.91%～9.05%，且相对富钾。铝饱和指数（A/ CNK）为1.10～1.35，平均为1.21，而A/NK的变化范围是1.27～1.53（平均为1.34），花岗岩样品全部落在过强铝质区域内（图2），表明岩体属于过铝质花岗岩。根据钻孔ZK68样品的岩石化学成份，计算相关参数投影到TAS分类图（图3），均位于花岗岩范围内。K2O/Na2O比值高（0.95～1.63，平均为1.2），大于1.1。花岗岩样品具较高的碱度率，A.R.值为2.84～3.82（平均为3.36），将样品投到SiO2-A.R.图解中，样品均落在碱性区域内（图4）。综合上述，大雾塘ZK68斑状花岗岩具有高硅、高钾、碱性、强过铝质的特征。又由于SiO2含量变化是72.68%～74.8%；K2O/Na2O的比值高，平均为1.2，大于1.1；A/CNK为1.10～1.35，平均1.21，因此可以初步判断ZK68斑状花岗岩为S型花岗岩。

图2　大雾塘花岗岩A/CNK-A/NK图解

图3　大雾塘花岗岩类SiO2-（K2O+Na2O）图解

根据表2数据（烧失量大于3%）及岩矿鉴定，ZK77岩石受到了热液的强烈蚀变作用，从而使岩石具有非常明显的贫硅富铝的特征，该钻孔3个样品的SiO2含量变化是45.5%～65.45%，平均含量为55.30%；Al2O3含量变化为19.51%～27.48%，平均含量为24.05%；FeO+ Fe2O3（2.12%～11.3%）、MgO（0.20%～3.83%）、K2O （6.61%～7.84%）及MnO（0.09%～0.467%）的含量较高，而Na2O（0.34%～3.55%）的含量较低。

图4　AR-SiO2岩石系列判别图解

3.2微量元素

对于燕山期斑状花岗岩的微量元素含量方面，只对大雾塘钨铜多金属矿床中岩石较为新鲜的ZK68样品进行测试分析。从表3中可看出，大雾塘钨铜多金属矿微弱蚀变岩石样品稀土元素总量变化范围相对较小，含量较低，ΣREE为（22.79～47.95）×10-6，平均值为33.15×10-6；轻稀土元素相对重稀土元素富集（图5），LREE/HREE值为4.63～9.03，表明稀土元素分异程度较大；稀土配分曲线斜率（La/Yb）N值为5.38～14.14，其配分图样式为向右倾斜的深“V”型（图5），属于高度演化的花岗岩；Eu强亏损（Eu/Eu＊=0.13～0.39），可能由于源区部分熔融时残留斜长石导致了Eu的强烈负异常［3］；δCe为0.98～1.00，Ce基本无负异常，表明岩石基本未受到低温蚀变作用的影响；（Ce/Yb）N值变化于16.0～31.3，平均23.8，说明其结晶分异程度非常高。轻稀土元素分馏度（La/Sm）N值变化于3.27～4.80，平均值4.09大于1，指示分馏程度较好，比值越大其分馏程度越好，轻稀土越富集，而岩石的La-（La/ Sm）N呈明显的正相关线性关系，揭示了其岩浆过程主要受部分熔融作用控制［5］。

表2　大雾塘矿区燕山期花岗岩主量元素分析结果（单位：%）

由大雾塘斑状花岗岩微量元素原始地幔标准化蛛网图（图6）及表3可知，本区燕山期花岗岩以富集大离子亲石元素Rb、U为特征，强烈亏损Ba、Ti，轻微亏损Sr、Zr，与大湖塘石门寺花岗岩体［5］、狮尾洞花岗斑岩［3］等过铝质花岗岩基本一致。高场强元素Ti强烈亏损以及Zr的轻微亏损，可能与钛铁矿晶出或岩浆源区存在金红石有关；而Ba的强烈亏损可能由于斜长石在源区残留导致的；由于Sr强烈富集于斜长石中，当岩浆源区存在斜长石的残留或者发生了斜长石的分离结晶作用时，Sr则于重熔的岩浆表现出强烈的亏损；而Rb的强烈富集与K的轻微富集可能是由于岩浆源区云母发生了脱水熔融作用［5］。

4　讨论

表3　大雾塘矿区斑状花岗岩微量元素分析结果（μg/g）

4.1蚀变与成矿

为了了解燕山期斑状花岗岩在受到成矿热液蚀变后，岩石在主量元素的迁移变化规律，将大雾塘ZK77蚀变花岗岩主量元素与狮尾洞矿区无矿化且未蚀变的燕山期斑状花岗岩进行对比分析（图7）。结合表2数据及图7，可以发现，ZK77花岗岩主量元素Al、Fe、Mg、 K、Mn的含量显著增高，而Si、Na的含量明显降低，Ca、Ti、P的含量不稳定，有较大的波动。据显微镜下观察所知，ZK77燕山期花岗岩受到了强烈的绢云母化与云英岩化。Al、Mg、K元素的升高，Si、Na元素的降低是主要是由于岩石发生了云英岩化、绢云母化的结果，浅色云母（白云母）首先交代了原岩中的黑云母等暗色矿物，再交代钾长石、斜长石，有时甚至也与石英互为交代，使原岩中的Fe、K、Ca、Na、Si元素大量析出，导致了Si、Na元素的降低；云英岩化形成的浅色云母中Al、K的含量极高，也含有较高的Mg元素，从而导致了Al、K、Mg显著增高。析出的Fe2+、Ca2+离子中，一部分可与富含WO42-离子的成矿流体相结合，发生沉淀而形成黑钨矿、白钨矿。因此，花岗岩云英岩化、绢云母化释放出Fe、Ca主量元素，为钨矿的形成提供了必要的条件。

图5　大湖塘燕山期花岗岩微量元素原始地幔标准化蛛网图

图6　大湖塘燕山期花岗岩稀土元素球粒陨石标准化分布形式图

4.2岩浆源区

大雾塘ZK68燕山期花岗岩的A/CNK值为1.10～1.35，平均为1.21，是过铝质花岗岩，且每个样品的A/ CNK值都≥1.1，具有强过铝的性质。实验表明，不同源区部分熔融产生的S型花岗岩，其CaO/Na2O比值极其不同［3］。根据Sylvester（1998）研究表明，泥质岩生成的强过铝质花岗岩所含的CaO/Na2O比值一般较小（＜0.3），而砂屑岩所生成的强过铝质花岗岩所含的CaO/ Na2O比值一般大于0.3。ZK68花岗岩的CaO/Na2O变化范围在0.11～0.25（平均值为0.18），都小于0.3，表明其源区可能以泥质岩为主。另外，将大湖塘燕山期花岗岩微量元素Rb/Sr、Rb/Ba比值投在源岩Rb/Sr-Rb/Ba判别图解中，它们的比值均落在“富粘土的源区”上（图8）。而且，大雾塘燕山斑状花岗岩中的高场强元素Ce、Zr、Y和Nb含量都偏低，Ce+Zr+Y+Nb的总和为（55.0～80.5）×10-6，远低于A花岗岩的下限值（350×10-6）［8］，根据（K2O+Na2O）/CaO与（Ce+Zr+Y+Nb）判别图解进行投图，均落入分异型的长英质花岗岩区域（图9），因此，大湖塘斑状花岗岩应该是一种高分异的S型花岗岩。

图7　大雾塘ZK77与狮尾洞花岗岩主量元素对比分析折线图（%）

图8　大湖塘燕山期花岗岩源岩判别图解

4.3环境判别

微量元素和稀土元素的地球化学行为，对于研究花岗岩形成的构造环境具有重要意义［6］。在w（Nb）-w （Y）构造判别图上，大雾塘ZK67样品均落入同碰撞花岗岩区和岛弧花岗岩区（图10a），而在w（Rb）-w（Y+ Nb）构造判别图上，样品均落入同碰撞花岗岩区（图10b），表明大雾塘燕山期斑状花岗岩应属于同碰撞花岗岩，是在挤压构造背景下，造山带岩石圈加厚引起的地壳重熔而形成；项新葵（2015）对大湖塘狮尾洞较晚期的花岗斑岩在构造判别图解上进行投图，认为该花岗斑岩在后碰撞伸展环境下形成；燕山期斑状花岗岩成岩年龄约为144Ma，燕山期花岗斑岩成岩年龄约为134Ma［3］，综合上述，说明大湖塘矿集区构造背景经历了从挤压造山阶段到拉张伸展阶段的演化过程。

图9　（K2O+Na2O）/CaO与（Ce+Zr+Y+Nb）判别图

5　结论

通过对大雾塘矿区两个钻孔（ZK68、ZK77）燕山期花岗岩的显微镜岩矿鉴定及主微量元素地球化学特征进行研究，得出以下结论：

（1）大雾塘燕山期花岗岩具高硅、高钾、碱性、强过铝质特征，为过铝质的高分异的S型花岗岩。

（2）根据花岗岩的CaO/Na2O比花岗岩源区投图，表明大雾塘燕山期花岗岩源区可能以泥质岩为主。

图10　（a）Nb-Y构造判别图；（b）Rb-（Y+Nb）构造判别图（据Pearce，1984）

（3）强蚀变花岗岩具非常明显的富铝贫硅特征，云英岩化析出大量的Fe2+、Ca2+离子，为黑、白钨矿的形成提供了必要的成矿条件。

（4）大雾塘燕山期斑状花岗岩属于同碰撞花岗岩，应该是在挤压构造背景下，造山带岩石圈加厚引起的地壳重熔而形成。

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A

1004-5716（2016）05-0175-06

2016-01-20

2016-01-21

江超强（1987-），男（汉族），广西藤县人，东华理工大学地球科学学院在读硕士研究生，研究方向：矿产普查与勘探。