南岭中—晚侏罗世含铜铅锌与含钨花岗岩及其矽卡岩成矿作用 ——以铜山岭和魏家矿床为例

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花岗岩及其相关成矿作用一直是全球地质学家高度关注的热点科学问题。过去十年,大量高水平研究工作的开展大大加深了对花岗岩及其相关成矿作用的认识。这些工作主要集中于如下几个方面:花岗岩起源与演化、花岗岩与矿床的时空和成因联系、岩浆-热液演化过程中成矿元素的地球化学行为、描述性矿床地质研究和构造分析、成矿物质和流体来源、成矿过程物理化学演化、热液流体动力学、数值模拟和成矿机制等。毋庸置疑,花岗岩相关的成矿作用是花岗岩源区、部分熔融、岩浆-热液演化、外来物质影响、成矿流体迁移、水岩反应和构造控制等多种因素综合作用的结果。南岭地区是全球最著名的多金属成矿带之一,尤其以大规模的钨锡成矿作用闻名于世。中-晚侏罗世是南岭地区最重要的花岗质岩浆活动和成矿作用时期。尽管前人对南岭地区中-晚侏罗世含矿花岗岩及其相关成矿作用已做了大量研究,但尚有许多争议和问题仍未解决,尤其是含铜铅锌与含钨花岗岩的起源及其矽卡岩成矿作用。根据暗色包体的存在和地球化学研究,前人普遍认为含铜铅锌花岗岩为壳幔混合起源的I型花岗岩。然而,这些暗色包体并不存在可靠的岩浆混合证据,其锆石Hf同位素组成与寄主花岗岩一致,都具有典型的壳源特征。虽然含钨花岗岩一般被认为是高分异S型花岗岩,但也有部分学者认为它们是高分异I型花岗岩。这两类含矿花岗岩之间是否存在成因联系尚不清楚。尽管大量年代学和地球化学研究都证明南岭地区中-晚侏罗世矽卡岩矿床在成因上和花岗岩有关,但它们之间的构造联系过程却鲜有问津,值得进一步研究。南岭地区中-晚侏罗世矽卡岩铜铅锌矿床常呈现出成矿元素(例如Cu、Mo、Pb、Zn、Ag等)和不同成矿类型(例如矽卡岩型、碳酸盐交代型和硫化物-石英脉型等)的复杂分带,其形成机制尚未明确。全球范围内的矽卡岩钨矿绝大多数都是钙质矽卡岩钨矿,赋存在镁质矽卡岩中的钨矿鲜有报道。然而,南岭地区晚侏罗世魏家超大型镁质矽卡岩钨矿的发现揭示和突出了镁质矽卡岩对钨成矿作用的重要性。镁质矽卡岩钨矿的形成过程和控制因素尚不清楚,亟待研究。基于前人研究工作,关于南岭地区中-晚侏罗世含铜铅锌与含钨花岗岩及其矽卡岩成矿作用方面,提出以下科学问题:(1)南岭地区中-晚侏罗世含铜铅锌与含钨花岗岩的成因差异和联系。(2)南岭地区中-晚侏罗世含矿花岗岩与相关矽卡岩矿床的构造联系。(3)南岭地区中-晚侏罗世矽卡岩铜铅锌矿床中不同成矿类型之间的成因联系和复杂分带的形成机制。(4)控制南岭地区晚侏罗世镁质矽卡岩钨矿形成的关键因素。本文选取南岭西段湘南铜山岭-魏家地区为研究区域,以该区域内中-晚侏罗世的铜山岭矽卡岩铜铅锌矿床和魏家矽卡岩钨矿床为主要研究对象,对两类含矿花岗岩及其矽卡岩成矿作用开展了详细研究。主要研究内容和相关研究方法包括:(1)铜山岭含铜铅锌花岗闪长岩与魏家含钨花岗岩的成因,南岭中-晚侏罗世含铜铅锌与含钨花岗岩的对比:锆石U-Pb定年和Hf同位素分析、全岩主微量元素和Sr-Nd同位素分析、前人已发表数据的统计分析;(2)铜山岭花岗闪长岩中暗色微粒包体的成因和形成过程:岩相学观察、EMP(电子探针)矿物主量元素分析、LA-ICP-MS(激光剥蚀电感耦合等离子体质谱)矿物微量元素分析、矿物温压计;(3)铜山岭-魏家地区的区域构造特征,铜山岭铜铅锌矿床中由岩浆侵位引起的对矽卡岩化的构造控制:构造和变形解析、碳酸盐岩RSCM(含碳物质拉曼光谱)温度计、方解石EBSD(电子背散射衍射)面扫;(4)铜山岭铜钼铅锌银矽卡岩矿田的分带和成因:矿床地质研究、岩相学观察、石榴子石和榍石U-Pb定年、辉钼矿Re-Os定年、硫化物S和Pb同位素分析、石英H-O同位素分析;(5)魏家矽卡岩钨矿床的成矿过程,控制魏家镁质矽卡岩钨成矿作用的关键因素:矿床地质研究、岩相学观察、碳酸盐岩RSCM温度计、全岩主微量元素分析、SEM(扫描电镜)能谱面扫、EMP矿物主量元素分析、LA-ICP-MS矿物微量元素分析。作为东亚大陆的主要构成组分,华南板块经历了复杂的构造演化历史。普遍认为,华南板块通过扬子板块和华夏板块的拼贴作用形成于新元古代(1.0-0.8 Ga),江南造山带作为两者的缝合带介于其间。扬子和华夏板块拼贴之后,华南板块在800-690Ma经历了一次区域尺度的伸展作用,导致裂谷盆地、硅质碎屑沉积物和双峰式火山岩的形成。之后,华夏板块在震旦纪到早古生代(690-460 Ma)经历了一个稳定的板内浅海-半深海沉积阶段,导致巨厚硅质碎屑沉积物的形成。早古生代(460-390Ma),华南板块经历了一期强烈的陆内造山事件,具体表现为志留系地层的缺失或中泥盆统和志留系地层之间的角度不整合、普遍的挤压变形和高级变质作用。此后,华南板块在晚古生代(390-240 Ma)处于一个稳定的板内滨浅海沉积环境,形成了一系列碳酸盐岩。早中生代(240-200 Ma),华南板块经历了一期陆内挤压变形事件,具体表现为晚三叠纪角度不整合、褶皱、逆冲断层、韧性剪切和变质作用。晚中生代华南板块的构造体制主要受控于古太平洋板块的俯冲作用。对应于上述多期构造事件,华南地区广泛发育有新元古代、早古生代、三叠纪、侏罗纪和白垩纪的多时代花岗岩和相关多金属矿床。其中,晚中生代的花岗岩和相关矿床占绝对主导地位。一般认为,古太平洋板块俯冲引起软流圈上涌和玄武质岩浆底侵,促使地壳发生部分熔融,从而导致晚中生代的大规模花岗质岩浆活动和成矿大爆发。在南岭地区,中-晚侏罗世(165-150 Ma)是最重要的花岗质岩浆活动和成矿作用时期。根据成矿元素组合、岩相学和地球化学特征,南岭地区中-晚侏罗世含矿花岗岩可以分为含钨、含锡、含铌钽和含铜铅锌花岗岩四类。含钨花岗岩主要为壳源S型二云母、白云母和黑云母花岗岩,而锡矿化主要和铝质A型(A2型)黑云母花岗岩有关。含铌钽花岗岩多为高度分异演化的钠长石花岗岩。铜铅锌矿化主要和含角闪石的I型准铝质钙碱性花岗闪长岩有关。不同花岗岩具有明显不同的成矿专属性。湘南铜山岭-魏家地区位于桂林向东120 km处,地处道县、江永和江华三县交界带。除了志留系和上二叠统到下三叠统地层缺失以外,奥陶系到三叠系地层在本区域都有出露。其中,泥盆系和石炭系地层占主导地位。中泥盆统棋梓桥组、上泥盆统佘田桥组和锡矿山组和上石炭统大塘阶石蹬子段是铜山岭-魏家地区的主要含矿层位。区域构造格架总体上呈南-北到南西-北东向。褶皱变质的奥陶系地层和下泥盆统与上奥陶统地层之间的角度不整合记录了华南地区早古生代的陆内造山事件。三叠纪的陆内挤压变形导致该区域内泥盆系和石炭系地层褶皱和逆冲断层以及上三叠统和下伏地层之间角度不整合的形成。中-晚侏罗世,铜山岭花岗闪长岩和魏家花岗岩分别呈岩株状和岩瘤、岩滴岩脉和岩枝状侵入于泥盆系和石炭系地层中,并导致了铜铅锌和钨成矿作用。围绕铜山岭岩体分布的铜山岭铜铅锌矿床、江永铅锌银矿床和玉龙钼矿床共同构成了铜山岭铜钼铅锌银矿田。魏家钨矿床位于铜山岭多金属矿田东北15 km处。尽管前人对南岭地区中-晚侏罗世含铜铅锌与含钨花岗岩已做了大量研究,但产生这两类含矿花岗岩差异的机制尚不清楚。一般认为含钨花岗岩主要来自古老变质沉积基底的部分熔融,但含铜铅锌花岗岩的成因尚有很大争议。对于含铜铅锌花岗岩的起源,主要存在以下三种观点:(1)源岩主要为亏损地幔部分熔融形成的玄武岩,并混入了古老的地壳物质;(2)主要源自变质沉积基底的部分熔融,并混入了幔源玄武质岩浆;(3)主要源自下地壳镁铁质岩石的部分熔融。南岭地区这两类含矿花岗岩虽然都集中形成于中-晚侏罗世,但含钨花岗岩的形成稍晚于含铜铅锌花岗岩,时差的存在该如何解释。两类含矿花岗岩是否同一母岩浆在不同演化阶段先后结晶的产物。这些问题有待进一步研究。铜山岭花岗闪长岩为含角闪石的准铝质钙碱性花岗岩,形成于160-164 Ma,分异演化程度较低。其Sr-Nd-Hf同位素组成具有典型的壳源特征,(87Sr/86Sr)i比值为0.708955-0.710682,εNd(t)值为-6.9--4.2,锆石εHf(t)值为-11.6--6.3。Ⅰ型花岗岩的特征指示铜山岭花岗闪长岩源自镁铁质下地壳的部分熔融。魏家花岗岩属于高硅过铝质的碱性系列花岗岩,形成于158 Ma左右,为高分异花岗岩。其Nd-Hf同位素组成具有壳源特征,εNd(t)值为-4.6--1.7,锆石εHf(t)值为-5.4--4.5。S型花岗岩的特征指示魏家花岗岩源自中-上地壳变质沉积物的部分熔融。南岭地区中-晚侏罗世含铜铅锌与含钨花岗岩的矿物学和地球化学特征截然不同。含铜铅锌花岗岩主要为准铝质含角闪石的花岗闪长岩,具有较高的CaO/(Na2O+K2O)比值、LREE/HREE(轻/重稀土)比值和δEu(Eu异常指数)值,较低的Rb/Sr比值,Ba、Sr、P、Ti轻微亏损,分异演化程度较低,显示出I型花岗岩的特征。而含钨花岗岩为高分异演化的过铝质S型花岗岩,其CaO/(Na2O+K2O)比值、LREE/HREE 比值和δEu值较低,Rb/Sr比值较高,Ba、Sr、P、Ti强烈亏损。含铜铅锌与含钨花岗岩的(87Sr/86Sr)i 比值分别为0.708-0.712和0.712以上,εNd(t)值分别为-10--2(峰值-7--6)和-14--7(峰值-10--9),锆石 εHf(t)值分别为-13--7(峰值-11--10)和-14--8(峰值-13--12),都具有典型的壳源特征,说明两类含矿花岗岩都是地壳物质部分熔融的产物。两类含矿花岗岩的年龄统计表明,含铜铅锌花岗岩主要形成于155.2-167.0 Ma,峰值为160.6 Ma,而含钨花岗岩主要形成于151.1-161.8 Ma,峰值为155.5 Ma,两者存在约5 Ma的时差。在湘南铜山岭含铜铅锌和魏家含钨花岗岩系统研究的基础上,结合南岭地区中-晚侏罗世含铜铅锌与含钨花岗岩的对比,提出了两类含矿花岗岩的成因模式。古太平洋板块俯冲导致软流圈上涌和玄武质岩浆底侵。底侵玄武质岩浆加热促使下地壳的镁铁质角闪岩相基底首先发生部分熔融,形成与铜铅锌矿化有关的花岗闪长质岩浆。随着玄武质岩浆底侵,中-上地壳的富白云母变质沉积基底随后发生部分熔融,形成与钨矿化有关的花岗质岩浆。花岗岩源区成分的差异导致花岗岩成矿专属性不同。含铜铅锌与含钨花岗岩之间5 Ma左右的侵位时差是由于源区深度不同,由玄武质岩浆底侵引发的部分熔融时间先后所致。暗色包体因其对寄主花岗岩具有重要的成因指示意义而受到广泛关注。南岭地区中-晚侏罗世含铜铅锌花岗闪长岩中暗色包体普遍存在。前人认为此类暗色包体及其寄主花岗闪长岩是幔源镁铁质岩浆和壳源长英质岩浆混合的产物。然而,最近的研究表明南岭地区中-晚侏罗世含铜铅锌花岗闪长岩主要源自镁铁质下地壳的部分熔融。以上两种观点主要基于地球化学和年代学证据。本文对铜山岭花岗闪长岩及其暗色包体开展了详细的岩相学和矿物学研究,为岩石成因机制提供了全新的结构和成分制约。铜山岭花岗闪长岩中的暗色包体具有闪长质成分,主要由他形至半自形的斜长石、角闪石和黑云母组成。暗色包体的Sr-Nd和锆石Hf同位素成分与寄主花岗闪长岩一致。淬冷边、岩浆流动构造、石英眼斑和钾长石环斑结构等支持岩浆起源和岩浆混合的现象在暗色包体中并不存在。然而,镁铁质矿物团块、继承锆石、变质锆石和富钙斜长石核等残留物质在暗色包体中大量存在,指示其为残留包体。铜山岭花岗闪长岩及其暗色包体中存在三类不同的角闪石:岩浆角闪石、变质角闪石和岩浆改造的变质角闪石。岩浆角闪石呈包裹体状和自形孤立状,仅出现于花岗闪长岩中。其Al和Si含量分别为1.34-2.12 apfu(单位化学式中的原子数)和6.25-6.88 apfu,∑REE(总稀土)含量为307-764 ppm。变质角闪石呈聚集状,以花岗变晶三联点结构相接,主要分布于暗色包体内,少量出现于花岗闪长岩中。此类角闪石具有阳起石质成分,其Al和Si含量分别为0.31-0.81 apfu和7.33-7.72 apfu,不相容元素含量明显较低(ΣREE:99-146 ppm)。岩浆改造的变质角闪石具有介于岩浆角闪石和变质角闪石之间的过渡成分。其Al和Si含量分别为0.81-1.59 apfu和6.71-7.35 apfu,ΣREE含量为317-549 ppm。暗色包体内的角闪石大部分是岩浆改造的变质角闪石。暗色包体中环带状富角闪石团块的内部颜色较浅,并具有花岗变晶结构,而外部颜色较深,具有他形粒状结构。从团块内部到外部以及其中角闪石颗粒的核部到边部,角闪石成分上都显示出A1含量增高和Si含量降低的变化规律。富角闪石团块为源区部分熔融后的富辉石残留物经岩浆改造而形成。暗色包体中锆石的岩浆边由低ThO2+UO2含量和高Zr/Hf比值的内部和高ThO2+UO2含量和低Zr/Hf 比值的外部组成,分别由残留包体中的初始熔体和演化的寄主岩浆结晶形成,记录了寄主岩浆改造残留包体的过程。暗色包体中岩浆斜长石边与花岗闪长岩中斜长石一致的成分,包体中斜长石斑晶的反应边结构以及嵌晶状钾长石和石英的存在都反映了寄主岩浆对残留包体的改造。因此,铜山岭花岗闪长岩中的暗色包体为岩浆改造的残留包体。这一结论得到矿物温压计计算结果的进一步支持。基于改造残留包体和寄主花岗闪长岩的特征以及前人的部分熔融实验结果认为铜山岭花岗闪长岩源自镁铁质下地壳中角闪岩的脱水熔融。华夏地块古元古代角闪岩的出露进一步证明了这一成因机制的合理性。南岭地区中-晚侏罗世含铜铅锌花岗闪长岩具有一致的矿物学和地球化学特征,典型的壳源同位素组成指示其更可能源自镁铁质下地壳的角闪岩脱水熔融而非壳幔混合。南岭地区角闪岩相源区中丰富的成矿元素有利于含铜铅锌花岗闪长岩的形成。作为许多金属元素的主要成矿类型之一,矽卡岩矿床一直受到地质学家的广泛关注。前人对矽卡岩矿床的研究主要集中于交代蚀变、分带性、矽卡岩矿物学、地球化学和岩石成因等方面。然而,构造对矽卡岩化的控制很少涉及,尤其是岩浆侵位引起的构造控制。岩浆侵位引起的构造控制对理解矽卡岩矿床的形成过程和进一步找矿勘探具有重要意义。本文以铜山岭铜铅锌矿床为例,利用构造分析、RSCM温度计和EBSD面扫等手段,对岩浆侵位引起的对矽卡岩化的构造控制开展了详细研究。铜山岭地区泥盆系和石炭系地层中发育的断层总体上呈南-北到南西-北东走向,大部分是向东到南东逆冲的断层和走滑断层,只有少数是正断层。无论是位于铜山岭岩体东部还是西部的正断层,其走向都和逆冲断层一致,倾向都一致向西到北西。正断层附近的碳酸盐岩除了脆性破裂以外没有任何变形。正断层面上分布有两期不同的方解石:早期方解石粒度较小,硬度较大,可包含围岩角砾;晚期方解石呈自形,粒度较大,硬度较小,相对比较纯净。铜山岭地区的逆冲断层和走滑断层形成于三叠纪陆内挤压变形时期,正断层很可能形成于晚三叠世到早侏罗世的减压作用,而与中-晚侏罗世铜山岭花岗闪长岩的侵位无关。在铜山岭岩体和围岩的接触带上,碳酸盐岩发生了强烈的大理岩化和变形。重结晶的方解石晶体大部分呈现出拉长的形态。在北东部接触带上,变形围岩的面理以更陡的倾角切穿层理,倾向北到北东,表现为正向移动。从接触带向外,大理岩化的强度和面理的密度逐渐降低,过渡到未变质变形的碳酸盐岩。相对于北东部接触带,南部接触带的围岩具有更强的大理岩化和变形程度以及更高的面理密度。在南部接触带上,靠近岩体处的围岩层理不可见,面理发生揉皱。值得注意的是,南部接触带上变形围岩的面理随着岩体边界旋转并始终与接触带保持平行。相对于北东部接触带,南部接触带上变形围岩的面理具有更大的倾角。RSCM测温结果显示,从接触带向外,变质温度由620℃左右逐渐降低到约300℃。EBSD面扫结果表明,接触带上的变形方解石呈现出强烈的SPO(形态择优取向)和CPO(晶体择优取向)。根据上述地质现象和RSCM测温与EBSD面扫结果得出,铜山岭花岗闪长岩的侵位始于南部并引起了接触带上围岩的强烈大理岩化和变形。铜山岭铜铅锌矿床中的外矽卡岩脉和硫化物-石英脉具有和接触带上变形围岩的面理一致的产状,同样以更陡的倾角切穿层理。外矽卡岩脉附近的变形大理岩具有和地表接触带上的变形大理岩类似的RSCM测温(595-619℃)与EBSD面扫结果。外围的硫化物-石英脉为矽卡岩体系演化到晚期的产物,其围岩的大理岩化温度相对较低(500-547℃),围岩中方解石的CPO较弱,无SPO。大理岩化过程中方解石的重结晶会显著降低围岩的渗透性。铜山岭花岗闪长岩的侵位深度为10 km左右(根据角闪石A1压力计计算)。如此深度下,未破裂的大理岩几乎是不可渗透的。然而,裂隙的产生可以极大增加围岩的渗透性。因此,岩浆侵位引起的围岩变形显著增加了围岩的渗透性,促进岩浆流体沿着变形裂隙渗透,从而在构造上控制了外矽卡岩脉和硫化物-石英脉的形成。不同成矿元素和成矿类型的空间组合与分带在自然界的岩浆-热液体系中常见。南岭地区中-晚侏罗世的铜铅锌矿床,比如铜山岭、宝山、水口山、黄沙坪和大宝山矿床,都以多种成矿元素和成矿类型的空间组合与分带为特征。这些成矿类型主要包括矽卡岩型、硫化物-石英脉型、碳酸盐交代型和斑岩型等,其间是否具有成因联系尚不清楚。铜山岭多金属矿田发现于1958年,自1977年开始被开采,总共蕴含金属量铜5.3万吨(平均品位1.23 wt.%)、钼0.6万吨(平均品位0.30 wt.%)、铅12.6万吨(平均品位2.58 wt.%)、锌13.8万吨(平均品位3.95 wt.%)和银780吨(平均品位144克/吨)。此外,还有伴生的铋0.6万吨(平均品位0.16 wt.%)、镉1900吨(平均品位0.016 wt.%)、硒195吨(平均品位0.001 wt.%)和碲95吨(平均品位0.003 wt.%)。铜山岭多金属矿田由铜山岭岩体北东部的铜山岭铜铅锌矿、北西部的江永铅锌银矿和南部的玉龙钼矿组成。铜山岭铜铅锌矿床显示出复杂的蚀变和成矿分带,从岩体向外依次为近端的团块状内矽卡岩铜矿体、近端的脉状外矽卡岩铜铅锌矿体、外围灰岩中的硫化物-石英脉铜铅锌矿体和远端的层状矽卡岩铜铅锌矿体。此外,在近端还分布有少量晚期的铅锌硫化物-石英脉和碳酸盐交代型铅锌硫化物脉。江永铅锌银矿床和玉龙钼矿床分别以碳酸盐交代型和脉状矽卡岩型成矿为主。对铜山岭铜铅锌矿床中近端外矽卡岩内的石榴子石进行LA-ICP-MS U-Pb定年得出162.0±3.7 Ma 的 207Pb/235U-206Pb/238U谐和年龄,其加权平均 206Pb/238U 年龄为 162.4±4.2 Ma。铜山岭铜铅锌矿床近端内矽卡岩、近端外矽卡岩和远端矽卡岩中的辉钼矿具有一致的Re-O模式年龄,其加权平均值为161.9±1.1 Ma,由这些不同成矿类型的辉钼矿共同构成的187Re-187Os等时线年龄为161.8±1.7 Ma。玉龙钼矿矽卡岩中辉钼矿的187Re-187Os等时线年龄为160.0±5.8 Ma,其加权平均模式年龄为160.1±0.8 Ma。蚀变花岗闪长岩中热液榍石的LA-ICP-MS U-Pb定年分别在Wetherill和Tera-Wasserburg谐和图解中得出155.5±3.1 Ma和155.6±3.1 Ma的下交点年龄,其206Pb/238U年龄的加权平均值为154.4±1.9 Ma。结合前人的定年结果得出铜山岭矿田的三个矿床几乎同时形成于160-162 Ma,和铜山岭花岗闪长岩(160-164 Ma)一致。较年轻的热液榍石U-Pb年龄指示了一期较晚的热液事件,可能与铜山岭矿区晚期的碳酸盐交代成矿作用有关。S,Pb和H-O同位素研究表明铜山岭矿区的成矿物质和成矿流体都来源于铜山岭岩体。Cu和Zn很可能通过部分熔融来自镁铁质角闪岩相下地壳,然而,Pb为上升的花岗闪长质岩浆对上地壳萃取所得。基于矿床地质、年代学和同位素地球化学研究认为,铜山岭矿区的不同成矿类型和矿床在成因上相互关联,是同一个和铜山岭花岗闪长质岩体有关的矽卡岩系统演化和分带的产物。南岭地区中-晚侏罗世铜铅锌矿床与钨矿床的对比显示花岗质岩浆是铜铅锌与钨成矿作用中重要的成矿物质和成矿流体来源。两类矿床中的硫化物具有一致的上地壳铅同位素成分。钨矿床的上地壳铅同位素特征可能继承自含钨花岗岩的中-上地壳源区,而铜铅锌矿床的上地壳铅同位素特征可能指示了下地壳来源的含矿岩浆对上地壳铅的萃取。值得注意的是,铜铅锌矿床的辉钼矿Re-Os年龄集中于153.8-166.0 Ma,峰值为159.9 Ma,而钨矿床的辉钼矿Re-Os年龄集中于146.9-160.0 Ma,峰值为154.5 Ma。两者存在约5 Ma的时差,与含铜铅锌与含钨花岗岩之间约5 Ma的时差一致,进一步证明了两类含矿花岗岩分别形成于镁铁质角闪岩相下地壳和由富白云母变质沉积物组成的中-上地壳的依次部分熔融。钨矿床中辉钼矿的低Re含量(0.003-14.6 ppm)与含钨花岗岩的中-上地壳起源吻合,而铜铅锌矿床中辉钼矿的高Re含量(16.3-1841 ppm)与含铜铅锌花岗岩的镁铁质下地壳起源有关,不一定通过壳幔混合形成。世界上镁质矽卡岩钨矿的例子极少。相对于钙质矽卡岩钨矿,镁质矽卡岩钨矿的规模一般较小,通常不具有重要的经济价值。前人普遍认为,白云岩虽然有利于铁、锡、金的矽卡岩成矿作用,却趋向于阻碍含钨矽卡岩的形成。然而,以镁质矽卡岩为主的超大型魏家钨矿的发现颠覆了前人的认识,揭示了镁质矽卡岩对钨成矿作用的重要性。魏家钨矿的WO3资源量为30万吨(边界品位0.12 wt.%),其中镁质矽卡岩钨矿占24万吨,平均品位为0.18 wt.%,钙质矽卡岩钨矿占6万吨,平均品位为0.24 wt.%。另外,魏家钨矿还含有大量的萤石资源。一般矽卡岩钨矿的含矿花岗岩为深部侵位的粗粒花岗岩,而魏家钨矿和高分异花岗斑岩有关,该花岗斑岩显示出和次火山岩相花岗岩类似的岩相学特征。如此特殊的矽卡岩钨矿为进一步理解钨成矿作用提供了绝佳的机会。魏家花岗斑岩的基质具有霏细-细粒结构,六方双锥状石英斑晶常具有港湾状结构,微文象结构在钾长石中常见,一些钾长石斑晶的边缘可见特殊的“珠边”结构。矽卡岩矿体附近的花岗岩普遍被蚀变,镁质矽卡岩附近的花岗岩比钙质矽卡岩附近的花岗岩具有更强的蚀变程度。岩体顶部发育大量长英质网脉,主要包括第一期钾长石-石英伟晶岩脉、第二期(钾长石)-石英脉或细脉和第三期网状石英细脉。镁质矽卡岩矿体呈顺层状产于棋梓桥组中段白云岩中,埋深200-900 m。镁质矽卡岩呈网状细脉产于白云岩的裂隙中,主要由蛇纹石和金云母构成。钙质矽卡岩矿体呈团块状或层状产于棋梓桥组上段灰岩中,埋深小于300 m。硅灰石、石榴子石和辉石是主要的钙质矽卡岩矿物。白钨矿呈浸染状分布于镁质和钙质矽卡岩中。矽卡岩矿石的WO3和CaF2品位呈明显的正相关。根据详细的矿床地质观察、RSCM测温学、全岩地球化学和矿物学研究得出以下主要认识:魏家花岗岩由富氟岩浆结晶形成。花岗质熔体的高氟活度导致低岩浆粘度,从而促进花岗质岩浆的分离结晶和钨富集。随着温度逐渐降低,最终魏家花岗斑岩在水饱和条件下形成。岩浆到热液演化过程中,首先富氟水盐熔体通过液态不混溶作用分离,之后是贫氟热液流体的分离。富氟水盐熔体和贫氟热液流体都可以把钨从岩浆搬运到围岩中。镁质矽卡岩的形成温度明显低于钙质矽卡岩的形成温度。镁质矽卡岩化过程中相对较低的温度和较高的氟活度不利于无水进变质矽卡岩矿物(镁橄榄石和尖晶石等)的形成,却可以导致特殊的富氟石榴子石的形成。矽卡岩矿石中WO3和CaF2品位的正相关性主要受控于钙对氟和钨的同时沉淀。钙质矽卡岩矿石比镁质矽卡岩矿石具有更高的WO3品位是由于灰岩矽卡岩化过程比白云岩矽卡岩化过程具有更高的钙活度。控制南岭地区晚侏罗世镁质矽卡岩钨矿形成的关键因素主要包括:富集源区的存在、富氟岩浆的形成、高度结晶分异和富氟水盐熔体的分离。本文主要结论总结如下:(1)南岭地区中-晚侏罗世含铜铅锌与含钨花岗岩分别以分异程度较低的准铝质I型含角闪石花岗闪长岩和高分异过铝质的S型花岗岩为主。这两类含矿花岗岩分别源自下地壳镁铁质角闪岩相基底和中-上地壳富白云母变质沉积基底的非同时部分熔融。花岗岩源区成分的差异导致花岗岩成矿专属性不同,源区部分熔融的时间先后导致了含铜铅锌与含钨花岗岩之间存在5 Ma左右的时差。(2)南岭地区中-晚侏罗世含铜铅锌花岗闪长岩中暗色包体普遍存在。铜山岭花岗闪长岩中的暗色包体含有大量的镁铁质矿物团块、继承锆石、变质锆石和富钙斜长石核等残留物质,为残留体和寄主岩浆反应形成的改造残留包体。富角闪石团块为源区部分熔融后的富辉石残留物经岩浆改造而形成。铜山岭花岗闪长岩源自镁铁质下地壳中角闪岩的脱水熔融。南岭地区角闪岩相源区中丰富的成矿元素有利于含铜铅锌花岗闪长岩的形成。(3)铜山岭地区的正断层很可能形成于晚三叠世到早侏罗世的减压作用,而与中-晚侏罗世铜山岭花岗闪长岩的侵位无关。根据构造分析、RSCM温度计和EBSD面扫研究得出铜山岭花岗闪长岩的侵位始于南部并引起了接触带上围岩的强烈大理岩化和变形。岩浆侵位引起的围岩变形显著增加了围岩的渗透性,促进岩浆流体沿着变形裂隙渗透,从而在构造上控制了外矽卡岩脉和硫化物-石英脉的形成。(4)地质年代学研究揭示铜山岭多金属矿区的三个矿床几乎同时形成于160-162 Ma,和铜山岭花岗闪长岩(160-164Ma)一致。S,Pb和H-O同位素研究表明铜山岭矿区的成矿物质和成矿流体都来源于铜山岭岩体。Cu和Zn很可能通过部分熔融来自镁铁质角闪岩相下地壳,然而,Pb为上升的花岗闪长质岩浆对上地壳萃取所得。铜山岭矿区的不同成矿类型和矿床在成因上相互关联,是同一个和铜山岭花岗闪长质岩体有关的矽卡岩系统演化和分带的产物。(5)魏家花岗岩由经历了长期结晶分异和钨富集的富氟低粘度岩浆结晶形成。岩浆到热液演化过程中富氟水盐熔体通过液态不混溶作用的分离对钨的搬运起到重要作用。镁质矽卡岩化过程中相对较低的温度和较高的氟活度不利于无水进变质矽卡岩矿物的形成。钙作为氟和钨共同的沉淀剂导致了矽卡岩矿石的WO3和CaF2品位呈现明显的正相关。灰岩矽卡岩化过程比白云岩矽卡岩化过程具有更高的钙活度,导致钙质矽卡岩矿石比镁质矽卡岩矿石具有更高的WO3品位。
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