赣西北九岭中北部晚侏罗世S型花岗岩成矿专属性分析

图1 研究区大地构造位置(a)和地质简图(b)

Fig.1 Tectonic position (a) and geological sketch(b) of the study area

研究区地层有新元古界、古生界、中生界及新生界,其中以新元古界和古生界最发育(图1b)。构造主要表现为晋宁期和燕山期强烈的褶皱和断裂,断裂主要为近EW向(NEE向)、NE-NNE向及NW向3组(图1b),其中NE-NNE向滑冲断裂带控制了岩体和矿床的分布,是区内主要的储岩储矿构造。岩浆岩分布极广,以中酸性、酸性花岗岩类为主,主要为新元古代晋宁期九岭复式岩基和燕山期较小规模侵入体(图1b),晋宁晚期青白口纪仅伴随有小规模的陆相火山角砾岩。

2 黑云母二长花岗(斑)岩地质学特征

研究区黑云母二长花岗岩体在昆山、新安里、燕子崖等地出露,面积约9.3 km²,岩性为黑云母二长花岗岩和黑云母二长花岗斑岩在中部石门楼附近见黑云母二长花岗岩呈倒贯脉穿入新元古代中粗粒黑云母花岗闪长岩之中。黑云母二长花岗岩,呈灰白色、浅肉红色,中—中细粒似斑状—斑状结构,块状构造,主要由斜长石、钾长石、石英及黑云母组成,似斑晶主要为斜长石、钾长石及石英、斜长石;黑云母二长花岗斑岩,呈浅灰色,中细粒斑状结构,块状构造,斑晶为石英、钾长石、斜长石及少量黑云母,基质为隐晶质。

3 分析测试

为确定晚侏罗世黑云母二长花岗岩体成岩年龄,于研究区南部(样品TW5787-1-5,中细粒黑云母二长花岗岩)和东部(样品TW6328-2-6和TW6331-1-5,岩性分别为中粒黑云母二长花岗斑岩和中细粒黑云母二长花岗岩)共采集3件样品进行LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年、微量元素测试,采样位置见图1。锆石U-Pb定年和微量元素含量分析在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室进行。黑云母电子探针成分测试在中冶山东地质实验室分析测试研究所完成,所用仪器型号为JXA-8100。6件晚侏罗世黑云母二长花岗岩全岩样品在国土资源部华东矿产资源监督检测中心进行了主微量元素地球化学测试。

3.1 锆石U-Pb 同位素年代学特征

研究区晚侏罗世黑云母二长花岗岩3件样品LA-ICP-MS锆石U-Pb测年分析结果见表1。南部中细粒黑云二长花岗岩(TW5787-1-5)中共分析了15颗锆石。9颗锆石具岩浆锆石特征,加权平均年龄为145.6±1.4 Ma(MSWD=0.05)(图2a),属晚侏罗世晚期,代表成岩年龄;1颗锆石表面年龄为175±4.5 Ma,应属源自中侏罗世岩浆活动产物的捕获锆石;1颗锆石表面年龄为414 Ma,应属源自加里东期早泥盆世岩浆活动产物的捕获锆石;4颗锆石属岩浆锆石,表面年龄分别为744 Ma、754 Ma、821 Ma和823 Ma,属源自晋宁期岩浆事件的捕获锆石。

表1 研究区晚侏罗世黑云母二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb分析数据

Table 1 Analysis data of LA-ICP-MS zircon U-Pb in the Late Jurassic biotite monzogranite in the study area

分析点号	元素含量/10^-6		Th/U	同位素比值						同位素年龄/Ma
分析点号	Th	U	Th/U	²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb	1σ	²⁰⁷Pb/²³⁵U	1σ	²⁰⁶Pb/²³⁸U	1σ	²⁰⁷Pb/²³⁵U	1σ		²⁰⁶Pb/²³⁸U		1σ		²⁰⁸Pb/²³²Th		1σ
南部中细粒黑云二长花岗岩(样品TW5787-1-5)
1*	129	883	0.15	0.0594	0.0014	0.5491	0.0167	0.0664	0.0013	444		11		414		8		323		16
2	101	1687	0.06	0.0465	0.0019	0.1481	0.0060	0.0229	0.0004	140		5		146		2		119		14
3	653	2712	0.24	0.0483	0.0011	0.1538	0.0037	0.0228	0.0002	145		3		145		2		181		7
4	698	2041	0.34	0.0520	0.0012	0.1660	0.0040	0.0228	0.0003	156		4		146		2		148		5
5*	66	173	0.38	0.0639	0.0022	1.2019	0.0402	0.1358	0.0024	801		19		821		14		834		35
6*	335	303	1.10	0.0500	0.0036	0.1832	0.0114	0.0275	0.0007	171		10		175		5		165		10
7	367	714	0.51	0.0492	0.0020	0.1570	0.0063	0.0229	0.0004	148		6		146		3		131		7
8	507	2186	0.23	0.0486	0.0014	0.1570	0.0047	0.0229	0.0003	148		4		146		2		145		6
9	378	1288	0.29	0.0501	0.0018	0.1601	0.0063	0.0229	0.0006	151		6		146		4		147		7
10*	72	405	0.18	0.0636	0.0016	1.1045	0.0269	0.1240	0.0015	756		13		754		9		808		35
11*	56	370	0.15	0.0639	0.0029	1.0888	0.0465	0.1223	0.0019	748		23		744		11		786		48
12*	67	944	0.07	0.0667	0.0016	1.2760	0.0452	0.1361	0.0034	835		20		823		19		776		50
13	227	1435	0.16	0.0470	0.0019	0.1464	0.0051	0.0228	0.0003	139		5		145		2		152		6
14	1181	3106	0.38	0.0492	0.0015	0.1555	0.0052	0.0227	0.0004	147		5		145		2		148		5
15	652	3257	0.20	0.0488	0.0013	0.1552	0.0052	0.0229	0.0005	146		5		146		3		134		5
东部中粒黑云母二长花岗斑岩(样品TW6328-2-6)
1	1182	825	1.43	0.0563	0.0027	0.1818	0.0101	0.0231	0.0006	170		9		147		4		157		6
2*	119	366	0.33	0.0631	0.0015	1.1994	0.0280	0.1360	0.0015	800		13		822		9		858		29
3	470	1457	0.32	0.0517	0.0015	0.1689	0.0048	0.0235	0.0003	158		4		150		2		180		7
4*	73	417	0.17	0.0650	0.0016	1.1186	0.0292	0.1239	0.0018	762		14		753		11		854		31
5*	228	461	0.49	0.0642	0.0015	1.2129	0.0287	0.1360	0.0016	807		13		822		9		906		31
6*	75	406	0.19	0.0650	0.0017	1.1213	0.0312	0.1241	0.0018	764		15		754		10		788		31
7☆	418	882	0.47	0.0820	0.0062	0.2752	0.0294	0.0230	0.0009	247		24		147		6		217		19
8	6037	3342	1.81	0.0563	0.0016	0.1789	0.0051	0.0231	0.0005	167		4		147		3		136		7
9*	223	689	0.32	0.0617	0.0014	0.6553	0.0201	0.0760	0.0016	512		12		472		10		546		19
10	321	692	0.46	0.0496	0.0037	0.1559	0.0108	0.0230	0.0006	147		10		147		4		147		8
11*	38	380	0.10	0.0641	0.0018	1.2072	0.0316	0.1359	0.0020	804		15		821		12		1126		68
12	355	402	0.88	0.0484	0.0027	0.1548	0.0090	0.0230	0.0006	146		8		147		4		164		10
13☆	927	434	2.14	0.0755	0.0043	0.2457	0.0141	0.0235	0.0006	223		12		150		4		129		6
14*	70	761	0.09	0.0648	0.0013	1.2337	0.0273	0.1362	0.0016	816		12		823		9		780		29
15	66	255	0.26	0.0546	0.0052	0.1701	0.0137	0.0232	0.0009	159		12		148		6		185		24
东部中细粒黑云母二长花岗岩(样品TW6331-1-5)
1	1001	1183	0.85	0.0569	0.0100	0.1747	0.0249	0.0225	0.0010	163		22		144		6		85.7		6
2	418	916	0.46	0.0524	0.0025	0.1677	0.0075	0.0230	0.0005	157		7		147		3		145		8
3☆	624	421	1.48	0.0783	0.0066	0.2803	0.0227	0.0260	0.0007	251		18		166		4		175		9
4*	42	359	0.12	0.0672	0.0026	1.2518	0.0457	0.1338	0.0018	824		21		809		10		806		59
5	623	1629	0.38	0.0484	0.0028	0.1529	0.0080	0.0227	0.0004	144		7		145		3		139		7
6*	38	332	0.11	0.0673	0.0017	1.2872	0.0353	0.1365	0.0019	840		16		825		11		836		42
7	453	1665	0.27	0.0546	0.0024	0.1752	0.0075	0.0229	0.0003	164		7		146		2		176		11
8☆	1095	6438	0.17	0.1291	0.0042	0.4139	0.0181	0.0224	0.0004	352		13		143		2		716		29
9*	56	194	0.29	0.0674	0.0040	1.2900	0.0914	0.1350	0.0030	841		41		816		17		1106		99
10*	66	639	0.10	0.0671	0.0015	1.2812	0.0303	0.1361	0.0019	837		14		823		11		875		35
11	384	400	0.96	0.0493	0.0023	0.1563	0.0073	0.0228	0.0004	147		6		145		2		158		6
12*	199	628	0.32	0.0655	0.0018	1.2375	0.0319	0.1349	0.0016	818		15		816		9		836		25
13	629	931	0.68	0.0598	0.0028	0.1898	0.0073	0.0229	0.0005	176		6		146		3		167		8
14	615	827	0.74	0.0514	0.0022	0.1623	0.0062	0.0228	0.0004	153		5		146		2		148		6
15*	176	731	0.24	0.0496	0.0020	0.1991	0.0080	0.0287	0.0005	184		7		182		3		195		12

注:标*者为捕获/继承锆石,标☆者同位素年龄谐和度低

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图2

图2 黑云母二长花岗岩锆石U-Pb年龄谐和图及加权平均年龄示意

Fig.2 Harmonic map of zircon U-Pb age and weighted average diagram of biotite monzogranite

东部中粒黑云母二长花岗斑岩(TW6328-2-6)中共分析了15颗锆石。8颗锆石具岩浆锆石特征,除去2颗谐和度低者,剩余6颗锆石加权平均年龄为148.4±2.4 Ma(MSWD=0.23)(图2b),属晚侏罗世晚期,代表成岩年龄;1颗锆石表面年龄为472±9.8 Ma,应属源自加里东期早奥陶世岩浆活动产物的捕获锆石;6颗锆石中的2颗锆石表面年龄为753 Ma和754 Ma,4颗锆石表面年龄介于821~823 Ma,该类晋宁期捕获锆石年龄组合与样品TW5187-1-5中的继承锆石类似。

东部中细粒黑云母二长花岗岩(TW6331-1-5)中共分析15颗锆石,其中2颗锆石测点偏离谐和线较远,其余13颗锆石测点年龄位于谐和线上或附近。7颗锆石具岩浆锆石特征,加权平均年龄为145.7±2.9 Ma(MSWD=0.23)(图2c),属晚侏罗世晚期,代表成岩年龄;1颗锆石表面年龄为182±3.1 Ma,属源自早侏罗世岩浆活动产物的捕获锆石;5颗锆石表面年龄介于809~825 Ma,属源自晋宁期岩浆事件的捕获锆石。

3.2 锆石微量元素特征

依据锆石所测年龄可将其划分为岩浆锆石和捕获/继承锆石,岩浆锆石年龄代表岩体形成年龄,对应所测锆石的微量元素数据见表2。

表2 黑云母二长花岗岩锆石微量元素分析数据及计算参数

Table 2 Analysis data and calculation parameters of zircon trace elements of biotite monzogranite10^-6

分析点号	Ti		La		Ce	Pr		Nd	Sm	Eu		Gd	Tb		Dy		Ho	Er		Tm		Yb	Lu		Y
南部中细粒黑云二长花岗岩(样品TW5787-1-5)
1^*	6.37		0.02		2.46	0.03		0.68	3.25	0.19		27.2	11.9		153		56	261		55		593	101		1916
2	14.06		0.54		5.19	0.30		2.01	1.47	0.26		11.1	4.3		72		31	161		39		471	83		1068
3	0		0.13		16.24	0.09		1.19	3.65	0.44		23.5	9.1		119		45	212		45		493	82		1500
4	8.65		2.52		19.59	1.07		7.55	9.13	1.57		45.5	15.3		182		64	294		60		643	105		2172
5^*	9.81		0		0.99	0.04		0.93	3.18	0.17		20.9	8.1		113		46	226		47		522	93		1488
6^*	6.08		1.56		16.00	0.76		7.99	10.12	2.63		44.9	13.1		144		49	218		43		447	75		1621
7	8.41		1.37		22.26	0.72		5.30	6.96	1.49		36.3	12.3		155		56	259		52		556	91		1894
8	2.20		1.51		16.15	0.76		4.77	5.10	0.64		30.0	10.6		133		47	216		45		473	76		1579
9	35.72		0.49		14.50	0.36		3.12	5.53	0.82		29.3	10.3		130		46	213		45		489	76		1561
10^*	140.30		0.32		2.79	0.16		1.80	4.24	0.43		28.1	11.7		161		64	306		63		689	116		2137
11^*	7.63		0.13		0.70	0.10		1.09	3.09	0.09		24.7	10.7		151		57	270		56		595	102		1922
12^*	8.22		0.14		2.73	0.10		0.82	2.08	0.19		19.5	9.7		150		61	321		76		921	165		2080
13	8.78		0.11		10.48	0.17		1.69	3.59	0.53		21.7	8.4		111		42	205		44		500	82		1434
14	11.70		1.56		25.50	1.08		8.61	12.02	1.77		65.3	21.6		248		85	385		77		802	126		2923
15	3.87		0.60		24.57	0.60		4.23	6.21	1.14		35.1	13.5		177		66	311		66		720	115		2230
东部中粒黑云母二长花岗斑岩(样品TW6328-2-6)
1	11.25		3.42		58.74	3.02		29.12	29.07	6.92		99.0	26.6		283		91	402		80		874	139		3225
2^*	3.92		0.02		2.85	0.07		1.96	5.19	0.31		41.0	16.9		237		94	464		94		1018	172		3266
3	9.50		7.86		41.55	3.23		17.78	7.99	1.88		24.9	7.6		92		33	158		33		369	61		1171
4^*	35.70		0.73		3.15	0.47		3.26	5.10	0.12		42.9	19.5		280		105	487		92		961	149		3881
5^*	0		0.15		1.89	0.32		5.49	14.04	0.28		101.1	39.1		524		198	906		174		1774	277		7170
6^*	13.35		0.06		0.59	0.08		1.17	4.46	0.07		36.5	15.2		205		77	358		73		793	127		2667
7^☆	8.53		18.09		34.24	3.33		17.58	9.17	1.99		31.8	10.0		111		39	181		36		403	65		1353
8	29.49		8.37		126.28	4.78		29.19	22.44	3.63		86.2	26.4		297		100	427		80		811	123		3492
9^*	6.43		0.18		5.54	0.20		2.47	5.15	0.37		35.6	13.9		187		72	348		70		765	126		2524
10	9.82		0.08		23.27	0.34		4.98	10.86	4.39		49.5	15.4		153		41	151		25		244	32		1472
11^*	2.61		0.32		1.41	0.11		0.81	1.77	0.12		17.9	8.3		122		47	240		53		635	111		1699
12	7.84		6.51		47.09	1.61		10.10	6.44	1.55		27.6	8.5		106		39	180		36		394	66		1351
13^☆	7.66		11.00		62.06	4.14		26.77	22.00	2.94		60.1	15.0		143		43	174		31		311	48		1426
14^*	6.69		0.06		0.72	0.02		0.73	3.41	0.05		34.5	18.7		264		87	346		60		581	86		3479
15	9.02		0.02		2.69	0.02		0.65	1.63	0.32		6.1	1.5		13		4	12		3		29	4		121
东部中细粒黑云母二长花岗岩(样品TW6331-1-5)
1	16.80		8.28		73.48	5.25		34.10	16.70	5.13		51.9	13.3		151		52	230		46		475	75		1801
2	2.13		2.44		20.03	1.44		9.52	8.68	1.10		36.6	11.6		136		50	224		46		489	76		1625
3^☆	10.39		57.36		180.78	23.79		119.54	37.68	3.57		67.1	14.4		131		39	154		28		276	45		1251
4^*	4.97		0.02		0.69	0.03		0.61	2.43	0.13		23.5	10.8		154		60	289		61		651	114		2050
5	10.06		0.08		35.23	0.36		4.61	9.59	1.99		41.3	14.0		166		57	250		52		564	89		1927
6^*	2.58		0.01		0.34	0.03		0.67	3.07	0.08		25.2	11.3		154		57	266		56		597	100		1959
7	12.08		3.47		25.28	1.57		9.26	7.99	1.10		36.5	12.4		145		53	247		50		528	88		1822
8^☆	119.18		7.91		56.09	6.35		37.19	22.75	4.72		62.7	22.0		270		92	434		93		1020	158		3169
9^*	7.94		0.05		1.16	0.02		1.32	5.38	0.12		32.5	11.3		156		61	284		58		616	106		1994
10^*	8.49		0.02		0.60	0.04		0.74	3.52	0.14		32.5	16.0		237		95	480		105		1150	195		3314
11	11.65		0.14		25.17	0.42		6.38	10.00	2.57		43.4	12.2		136		44	195		37		389	63		1478
12^*	0		0.15		3.08	0.10		1.41	6.72	0.24		46.6	20.3		293		114	544		107		1086	182		3925
13	23.29		0.37		23.38	0.44		4.28	7.75	1.39		34.4	10.9		125		43	195		38		390	64		1446
14	12.17		0.22		26.61	0.44		7.05	12.11	2.64		55.3	16.7		192		66	291		57		584	93		2166
15^*	2.16		0.01		4.07	0.03		0.53	1.52	0.23		8.8	3.4		41		14	64		14		150	24		484
点号		谐和度		²⁰⁶Pb/²³⁸U			Ce⁴⁺/Ce³⁺		(Ce/Ce^*)_N		(Ce/Ce^*)_D			(Eu/Eu^*)_N		T/℃			lg(fO₂)_D		ΔFMQ_D			ΔIW_D
南部中细粒黑云二长花岗岩(样品TW5787-1-5)
1^*		93%		414			44		27		60			0.06		705			-14.8		1.9			6.2
2		96%		146			66		3		89			0.20		779			-9.6		5.3			9.4
3		99%		145			158		37		209			0.15
4		93%		146			22		3		29			0.24		732			-16.1		-0.1			4.1
5^*		97%		821			14				19			0.07		744			-17.1		-1.3			2.9
6^*		97%		175			12		4		16			0.38		701			-20.0		-3.2			1.1
7		98%		146			39		5		51			0.29		730			-14.1		1.9			6.1
8		98%		146			34		4		45			0.16		621			-20.9		-1.9			2.6
9		96%		146			43		8		57			0.20		881			-6.9		6.0			9.9
10^*		99%		754			21		3		28			0.12		1074			-3.1		6.8			10.4
11^*		99%		744			8		2		12			0.03		721			-19.9		-3.6			0.6
12^*		98%		823			83		6		115			0.09		728			-11.2		5.0			9.2
13		95%		145			78		19		103			0.18		734			-11.3		4.7			8.9
14		98%		145			23		5		30			0.19		761			-14.6		0.8			4.9
15		99%		146			68		10		89			0.24		664			-15.7		2.1			6.5
东部中粒黑云母二长花岗斑岩(样品TW6328-2-6)
1		86%		147			14		4		19			0.40		757			-16.4		-1.0			3.1
2^*		97%		822			29		19		41			0.06		665			-18.5		-0.7			3.6
3		94%		150			28		2		36			0.41		741			-14.9		0.9			5.1
4^*		98%		753			19		1		27			0.02		881			-9.7		3.1			7.0
5^*		98%		822			4				7			0.02
6^*		98%		754			8		2		12			0.02		774			-17.3		-2.3			1.8
7^☆		49%		147			20		1		27			0.36		731			-16.5		-0.4			3.8
8		87%		147			37		5		47			0.25		859			-8.5		4.8			8.7
9^*		91%		472			40		7		55			0.08		706			-15.1		1.5			5.8
10		99%		147			21		34		27			0.58		744			-15.8		0.0			4.1
11^*		97%		821			51		2		73			0.07		634			-18.3		0.3			4.8
12		99%		147			60		4		78			0.36		723			-12.9		3.3			7.6
13^☆		60%		150			10		2		13			0.25		721			-19.6		-3.3			0.9
14^*		99%		823			14		5		20			0.01		709			-18.7		-2.1			2.2
15		92%		148			15		31		20			0.30		736			-17.4		-1.5			2.7
东部中细粒黑云母二长花岗岩(样品TW6331-1-5)
1		87%		144			18		3		23			0.53		797			-13.8		0.7			4.8
2		93%		147			24		3		32			0.19		619			-22.4		-3.2			1.3
3^☆		59%		166			5		1		7			0.22		749			-20.5		-4.9			-0.7
4^*		98%		809			26		7		38			0.05		684			-17.7		-0.5			3.8
5		99%		145			81		51		107			0.31		746			-10.5		5.2			9.3
6^*		98%		825			9		6		13			0.03		633			-24.7		-6.0			-1.6
7		88%		146			36		3		47			0.20		764			-12.7		2.5			6.7
8^☆		15%		143			17		2		23			0.38		1047			-4.7		5.5			9.2
9^*		96%		816			12		9		18			0.03		724			-18.3		-2.1			2.1
10^*		98%		823			21		5		31			0.04		731			-15.9		0.2			4.4
11		98%		145			32		26		42			0.38		760			-13.3		2.1			6.2
12^*		99%		816			39		6		55			0.04
13		81%		146			54		14		70			0.26		832			-8.1		5.7			9.7
14		95%		146			35		21		46			0.31		765			-12.7		2.5			6.6
15^*		98%		182			103		70		139			0.19		620			-16.8		2.3			6.8

注:标*者为捕获/继承锆石,标☆者同位素年龄谐和度低,“\”表示因部分元素含量低于检测限而未计算得到相关参数;T/℃据Ferry and Watson (2007)^[4] 提出的锆石温度计公式计算,下标N表示由球粒陨石标准化所得的Ce异常值以及以之计算的参数,下标D表示根据晶格应变模型计算所得的Ce异常值以及以之计算的参数,氧化还原缓冲剂公式FMQ(铁橄榄石-磁铁矿-石英)据Myers and Eugster (1983)^[5]或O’Neill (1987)^[6],IW(自然铁-方铁矿)据Myers and Eugster (1983)^[5]。

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总体来看,晚侏罗世岩浆锆石Th和U含量及Th/U比值较高,REE含量和重轻稀土分馏程度(HREE/LREE)较低,Eu负异常((Eu/Eu^*)_N)不甚显著,而Ce正异常((Ce/Ce^*)_N)相对显著;中侏罗世早期和早侏罗世晚期的捕获/继承锆石微量元素组成特征与晚侏罗世岩浆锆石相似,其中早侏罗世捕获/继承锆石氧逸度较高。新元古代晋宁期捕获/继承锆石Th和U含量及Th/U比值较低,REE含量和重轻稀土分馏程度(HREE/LREE)较高,Eu负异常((Eu/Eu^*)_N)显著,而Ce正异常((Ce/Ce^*)_N)不显著;早泥盆世和早奥陶世捕获/继承锆石微量元素组成特征与新元古代晋宁期捕获/继承岩浆锆石更为相似,其中早泥盆世捕获/继承锆石氧逸度相对较高。另从不同岩性和空间位置来看,中粒黑云母二长花岗斑岩岩浆锆石REE含量、重轻稀土分馏程度及岩浆氧逸度均相对较低;中细粒黑云母二长花岗岩岩浆锆石REE含量、重轻稀土分馏程度及岩浆氧逸度均相对较高,其中南部岩浆锆石REE含量和分馏程度相对更高,而东部岩浆氧逸度相对更高。

3.3 全岩主、微量元素地球化学特征

3.3.1 主量元素特征

黑云母二长花岗岩全岩样品主量、稀土及微量元素分析结果见表3。由表3可知:高硅(SiO₂含量介于72.37~73.33%,平均72.87%)、高铝(Al₂O₃含量介于14.37~15.41%,平均14.94%)、富碱且富钾(Na₂O+K₂O含量介于6.66~7.45%,平均 7.07%;K₂O/Na₂O介于1.51~2.26,平均1.75),贫铁(Fe₂O₃)、镁、磷、锰、钛;里特曼指数(σ)为1.51~1.89,平均1.68(<1.8),属钙性岩,莱特碱度率A.R.=2.50~2.67,平均2.67,属钙碱性系列;全碱硅图中数据点均落于花岗岩区域(图3a),K₂O-SiO₂图解中均落入高钾钙碱性系列区域(图3b);A/CNK值为1.23~1.47,平均1.31,A/NK-A/CNK图中(图3c)均落入强过铝质区域,属强过铝质高钾钙碱性系列岩石。

表3 黑云母二长花岗岩主量、稀土及微量元素分析结果

Table 3 Analysis results of biotite monzogranite main elements, rare earth and trace elements

样品编号	H5787-1-2	H6328-2-3	H6331-1-2	H6135-1-3	H6140-2-4	H6143-1-3
SiO₂	73.24	72.78	72.42	73.33	72.37	73.08
Al₂O₃	14.02	14.96	15.06	14.69	14.61	15.05
Fe₂O₃	0.17	0.15	0.04	0.29	0.44	0.26
FeO	0.97	0.84	0.21	1.62	2.50	1.47
MgO	0.63	0.68	0.73	0.67	0.91	0.60
CaO	1.10	1.47	1.30	1.46	0.87	1.09
Na₂O	2.70	2.91	2.61	2.72	2.04	2.62
K₂O	4.16	4.39	4.84	4.33	4.62	4.50
P₂O₅	0.16	0.12	0.13	0.11	0.18	0.10
MnO	0.06	0.04	0.04	0.04	0.07	0.03
TiO₂	0.35	0.33	0.34	0.33	0.38	0.30
La	24.40	27.50	25.20	23.60	13.90	22.50
Ce	50.00	53.90	47.80	46.40	30.70	44.10
Pr	5.39	5.54	5.04	4.84	3.42	4.51
Nd	18.60	18.10	16.90	15.90	12.30	14.60
Sm	3.56	3.21	2.95	2.79	2.92	2.63
Eu	0.50	0.52	0.59	0.50	0.47	0.47
Gd	3.32	2.42	2.33	2.79	3.00	1.97
Tb	0.46	0.29	0.30	0.34	0.49	0.24
Dy	2.58	1.44	1.55	1.56	2.52	1.15
Ho	0.48	0.24	0.26	0.28	0.36	0.19
Er	1.26	0.60	0.65	0.69	0.79	0.49
Tm	0.18	0.08	0.08	0.09	0.10	0.07
Yb	1.22	0.57	0.54	0.53	0.59	0.45
Lu	0.17	0.07	0.07	0.08	0.08	0.06
Sc	4.02	3.87	4.03	3.69	6.84	3.43
V	23.10	24.30	25.80	24.50	33.90	21.50
Cr	5.55	9.49	7.71	5.85	12.00	8.08
Co	3.07	3.22	3.34	3.03	5.20	3.16
Ni	2.88	3.46	3.53	3.38	10.90	2.75
Cu	5.76	17.00	40.80	49.30	32.10	8.10
Zn	43.90	46.60	36.40	64.60	47.40	41.50
Ga	17.40	18.00	17.90	17.30	13.80	18.40
Rb	232.00	199.00	224.00	201.00	188.00	198.00
Sr	94.40	124.00	132.00	113.00	44.40	113.00
Y	11.30	6.70	6.97	5.39	10.90	5.04
Zr	133.00	137.00	135.00	133.00	141.00	132.00
Nb	10.10	5.42	5.53	5.33	5.77	5.27
Cs	21.50	17.50	24.30	16.20	32.20	15.80
Ba	141.00	287.00	326.00	288.00	161.00	315.00
Hf	4.60	5.20	4.60	3.80	4.60	4.40
Ta	1.73	0.86	0.82	0.72	0.92	0.95
Pb	21.70	26.30	26.80	26.60	21.70	27.40
Th	15.10	17.20	15.20	15.10	6.45	15.30
U	5.01	2.68	2.49	2.62	2.41	3.21

注:氧化物含量单位为%,其余为10^-6

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图3

图3 黑云母二长花岗岩岩石化学分类图

Fig.3 Lithochemistry classification map of biotite monzogranite

3.3.2 稀土元素特征

样品稀土总量较低(表3),REE为(82.54~123.42)×10^-6,平均107.10×10^-6,轻重稀土分馏明显,显著富轻稀土,(La/Yb)_N为(13.48~33.71)×10^-6,平均26.18×10^-6。球粒陨石标准化分布曲线呈右倾型(图4a),轻稀土(LREE)较中稀土(MREE)稍富集,(La/Sm)_N=(2.99~5.39)×10^-6(平均4.80×10^-6),MREE相对重稀土(HREE)略富集,(Gd/Yb)_N=(2.20~4.25)×10^-6(平均3.50×10^-6)。均显示Eu负异常((Eu/Eu^*)_N=0.44~0.63,平均0.56),指示研究区晚侏罗世黑云母二长花岗(斑)岩岩浆结晶分异过程中斜长石结晶分异作用较强。

图4

图4 黑云母二长花岗岩球粒陨石标准化稀土元素配分图

Fig.4 Chondrites standardized rare earth element distribution diagram of biotite monzogranite

3.3.3 微量元素特征

样品富集大离子亲石元素(LILE)Cs、Rb、Th、U、K、Pb,相对亏损Ba,明显亏损高场强元素(HFSE)Nb、Sr、Ti,相对轻微富集Zr和Hf(表3、图4b),具典型的低Ba、Sr,高Rb花岗岩的特征。

4 岩石成因类型

研究区黑云母二长花岗岩体的岩石化学成分中SiO₂和Al₂O₃含量高(分别介于72.37%~73.33%和14.37%~15.41%),较富碱和钾(Na₂O+K₂O=6.66%~7.45%,K₂O/Na₂O介于1.51~2.26,>1),相对贫钠(Na₂O=2.06%~2.95%,<3.2%)和钙;A/CNK值(1.23~1.47)>1.1,属强过铝质花岗岩,CIPW刚玉分子含量(3.08%~5.15%)>1%。岩石REE含量较低,配分曲线右倾,轻重稀土分馏明显,具中等负Eu异常((Eu/Eu^*)_N介于0.44~0.69),富集Rb、Th、U等大离子亲石元素,亏损Nb、Sr、Ti等高场强元素,与华南典型强过铝质壳源型花岗岩地球化学特征相似。岩石CaO/Na₂O比值(介于0.41~0.54,平均0.46)较低,亦与澳大利亚Lachlan褶皱带壳源型强过铝花岗岩比较类似。黑云母二长花岗岩中的黑云母化学成分分析Mg/Fe比值低,属铁质黑云母,岩浆来源应为地壳物质(图5)。据Ferry and Watson修改后的锆石Ti温度计公式^[4],选取晚侏罗世岩浆锆石数据(去除捕获/继承锆石),计算得岩浆温度T_锆石Ti介于619~881 ℃,平均750 ℃,显示岩体属“冷”花岗岩,成岩温度较低。

花岗岩成因类型ACF判别图(图5)中,数据点均落于S型花岗岩的强过铝质区域。高场强元素Ce、Zr、Y和Nb含量都偏低,Zr+Nb+Ce+Y的总和为(186.41~204.40)×10^-6,远低于A花岗岩的下限值(350×10^-6)。

图5

图5 黑云母二长花岗岩A(Al-Na-K)-C(Ca)-F(Mg+Fe²⁺)成因类型判别图解

(底图据White and Chappell, 1977)^[9]

Fig.5 A (Al-Na-K)-C (Ca)-F (Mg+Fe²⁺)Genesis type discriminant illustrationof biotite monzogranite

(Base image according to White and Chappell, 1977)^[9]

Rb-Ba-Sr判别图解(图6a)和Zr+Nb+Ce+Y-(Na₂O+K₂O)/CaO判别图解(图6b)中,数据点主体均落于普通花岗岩或非A型的未分异花岗岩区域,进一步印证岩体应属于普通花岗岩,未发生强烈的分异结晶作用。综上所述,本文认为研究区晚侏罗世黑云母二长花岗岩岩石成因类型属强过铝质较低分异的普通S型花岗岩。

图6

图6 黑云母二长花岗岩岩石成因类型判别图解

Fig.6 Illustration of rocks genetic types of biotite monzogranite

5 成矿专属性讨论

基于实测的锆石U-Pb测年数据、全岩地球化学数据、锆石矿物地球化学数据,以及岩浆来源、氧逸度、演化度、分异度的分析,可以得出如下结论:

1) 赣西北九岭中北部石门楼地区黑云母二长花岗岩、黑云母二长花岗斑岩形成于晚侏罗世晚期,岩石属强过铝质高钾钙碱性系列、较低分异的普通S型花岗岩。

2) 岩石属中等还原的钛铁矿列花岗岩,为强演化岩浆,成岩温度较低(平均750 ℃),属低分异岩浆。岩浆源区为上地壳富砂屑源区,由起源于早中元古代地壳物质(双桥山群)演化程度更高的新元古代花岗岩类源岩重熔再造作用形成。

3) 岩石具钨(锡)成矿物质专属性和成矿可能性,但相对高Ca、低Sr特征,可能源于岩浆较低分异程度和以富砂屑变质沉积岩为岩浆源区,与区内与钨成矿有关花岗岩类(如大湖塘和昆山矿区)高分异程度和以双桥山群富泥质变质沉积岩为岩浆源区的特征存在差异,指示成矿潜力欠佳。

结合岩石成矿专属性的讨论,对以上3点结论进行进一步的阐述和说明。

5.1 物质专属性

许多研究发现S型花岗岩与钨成矿具密切关系,该类花岗岩均具过碱性和过铝质特征,且通常演化程度较高^[12,13]。W是一种强不相容的亲石元素,在岩浆源区、部分熔融作用、岩浆结晶分异作用、岩浆出溶热液等过程中,通过成矿金属元素在矿物-熔体或溶液-熔体之间不同的分配行为,使元素发生富集或贫化,从而制约是否能够伴随特定岩浆形成成矿热液,并最终沉淀成矿。形成成矿热液最重要环节为溶液-熔体分配贡献的金属元素含量。以上过程中影响金属迁移的主要控制因素有岩浆温度、铝饱和度、挥发性组分(如Cl、F等)、氧逸度等。

5.1.1 矿物组成

含钨花岗岩岩性以二云母花岗岩和白云母花岗岩为主,Fe-Ti氧化矿物以钛铁矿为主,副矿物以锰铝榴石、独居石、磷钇矿、黑钨矿、富钨金红石等为特征;榍石、磁铁矿、黑云母为含锡花岗岩的成矿能力的有效标志^[14]。研究区晚侏罗世黑云母二长花岗岩含钛铁矿、石榴石、独居石、金红石等副矿物,指示该岩石可能具钨成矿能力。

5.1.2 岩石化学成分

本文晚侏罗世黑云母二长花岗岩CaO含量(0.87%~1.47%)则相对偏高,相对不利于钨成矿。高Rb低Sr含量是许多与钨成矿有关花岗岩的重要特征,研究区晚侏罗世黑云母二长花岗岩Rb含量介于(188~232)×10^-6,远低于大湖塘富钨花岗斑岩((350~570)×10^-6)和与钨成矿有关的似斑状白云母花岗岩的Rb含量((571~707)×10^-6)。对大湖塘富钨花岗斑岩地球化学特征研究认为,低Ba/Rb值、高Rb/Zr值为富钨花岗岩所具特征,以Ba/Rb=0.6、Rb/Zr=6可作为划分富钨与贫钨花岗岩的界限。而研究区晚侏罗世黑云母二长花岗岩Ba/Rb介于0.6~1.6,平均1.2(>0.6),Rb/Zr介于1.3~1.7,平均1.5(<6),均显示贫钨花岗岩特征。以上差别可能因为晚侏罗世黑云母二长花岗岩属普通花岗岩,而大湖塘富钨或与钨成矿有关的花岗岩类属高分异花岗岩,二者分异程度差别较大所致^[3,21]。

5.1.3 岩浆温度

晚侏罗世黑云母二长花岗岩成岩温度(T_锆石Ti介于619~881 ℃,平均750 ℃)较低,从而利于W随岩浆出溶流体迁移进入热液,形成含矿热液。

5.1.4 氧化还原程度

黑云母二长花岗岩Fe₂O₃/FeO比值介于0.18~0.19,属钛铁矿系列花岗岩(图7b),于Fe₂O₃/FeO-Rb/Sr图(图7a)中位于W与Sn±W成矿花岗岩之间,于Fe₂O₃/FeO-SiO₂图(图7b)中亦处于Sn-W成矿花岗岩范围内,认为该岩石属中等还原的钛铁矿系列花岗岩,具W-Sn成矿专属性。

图7

图7 Fe₂O₃/FeO-Rb/Sr图(底图据Blevin^[15])(a) 和Fe₂O₃/FeO-SiO₂图(底图据Lehmann^[16])(b)

Fig.7 Fe₂O₃/FeO-Rb/Sr diagram(a) and Fe₂O₃/FeO-SiO₂ diagram(b)

当岩浆SiO₂含量>72wt%或TFeO含量<2wt%时,Fe₂O₃/FeO比值会显著增加而难以反映真实的岩浆氧逸度,需使用其他方法衡量岩浆氧化还原程度^[20]。研究区晚侏罗世黑云母二长花岗岩SiO₂含量介于72.37wt%~73.33wt%,TFeO含量介于0.25wt%~2.90wt%,平均1.47wt%。故本文进一步采用Ballard等提出的间接确定锆石Ce⁴⁺/Ce³⁺比值的方法^[17]来表征岩浆的相对氧逸度;并采用Trail 等^[18]和Trail et al ^[19]提出的经验公式(适用于过铝质硅酸盐熔体),通过标定锆石Ce异常、温度及氧逸度之间的关系来计算岩浆的绝对氧逸度lg( $f_{O_{2}}$ ),公式中热力学温度T(K)使用Ferry and Watson ^[4]考虑了硅和钛活度影响提出的锆石Ti含量地质温度计获得。

研究区黑云母二长花岗岩岩浆氧逸度相对较高,晚侏罗世岩浆锆石Ce⁴⁺/Ce³⁺比值介于14~158,平均45,与相对较高的Ce正异常((Ce/Ce^*)_N介于2~51,平均13;(Ce/Ce^*)_D介于19~209,平均59)和较弱的Eu负异常((Eu/Eu^*)_N介于0.15~0.58,平均0.29)一致;结晶温度相对较低T_锆石Ti介于619~881 ℃,平均750 ℃,lg(fO₂)_D介于-22.4~-6.9,平均-13.8,ΔFMQ_D介于-3.2~6.0,平均1.9,ΔIW_D介于1.3~9.9,平均6.1(表2)。

5.1.5 分异度与演化度

研究区黑云母二长花岗岩(Eu/Eu^*)_N值(介于0.44~0.69,平均0.56)中等,Rb/Sr比值(介于1.6~4.2,平均2.3)、(Na₂O+K₂O)/CaO比值(介于4.8~7.7,平均6.0,<7)、FeO^T/MgO比值(0.3~3.2,平均2.1,<4)及10⁴×Ga/Al比值(介于1.8~2.3,平均2.2,<2.6)均较低,反映岩浆结晶分异程度相对较低^[11,12],属低分异岩浆岩^[15]。岩浆可能存在一定程度的(低牌号)斜长石和钾长石的结晶分离作用,使岩石Sr和Ba含量有显著降低,并呈现中等负Eu异常,而Rb含量变化较小,并存在较强烈的褐帘石、独居石、磷灰石的分离结晶作用,使岩石LREE呈现较显著的降低。

W-Sn成矿多与高度演化的S型花岗岩有关^[15],与Mo、Sn、黑钨矿成矿有关的花岗岩K/Rb比值一般<200^[20],Fe₂O₃/FeO-Rb/Sr图(图7a)中亦位于W与Sn±W成矿花岗岩之间,可见研究区晚侏罗世黑云母二长花岗岩亦利于钨成矿。

5.1.6 岩浆来源

晚侏罗世黑云母二长花岗岩中的黑云母属富铁质黑云母,其成岩物质来源于上地壳。

由岩浆岩成矿物质专属性总体来看,研究区晚侏罗世黑云母二长花岗岩含钛铁矿、石榴石、独居石、金红石等副矿物,属强过铝质中等还原(氧逸度高于IW-3.6)的钛铁矿系列花岗岩,为强演化岩浆,且源岩演化程度亦较高,成岩温度较低,均显示岩石具钨(锡)成矿可能,为贫钨花岗岩特征,其可能因结晶分异作用和岩浆源区差异引起。然而有矿床实例显示^[21],较低分异程度的普通S型花岗岩类亦可作为钨成矿岩浆岩,只是成矿规模相对较小,且该岩石源岩为演化程度更高的新元古代花岗岩类则亦利于钨成矿,只是可能成矿潜力欠佳。

5.2 时代专属性

研究区东部和南部中细粒黑云母二长花岗岩和东部中粒黑云母二长花岗斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果显示其成岩年龄介于145.6~148.4 Ma,三个年龄在误差范围内一致,均属晚侏罗世晚期,属于九岭矿集区燕山期岩浆活动时限(135~150 Ma),该时期亦为赣北地区钨多金属矿床成岩成矿的重要时期^[22]。

5.3 空间专属性

S型花岗岩或强过铝质花岗岩被认为是同构造或同碰撞挤压环境产物,有学者认为亦可能形成于拉张(伸展)构造背景。舒良树^[23]对华南的构造演化研究认为,华南钨成矿作用主要与晚中生代中-晚侏罗世东亚地区从特提斯构造域向古太平洋构造域转换阶段相对应。

研究区内晚侏罗世晚期的黑云母二长花岗(斑)岩具形成钨矿床的成矿物质、时代及空间专属性和成矿可能性,与区内存在多处不同规模钨成矿作用与晚侏罗世花岗岩类有关的现象反映一致,但成矿规模可能相对偏小。

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