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1、稀土元素地球化學(xué)研究論文 稀土元素地球化學(xué)研究論文 2015/02/11 1區(qū)域地質(zhì)背景 老君山成礦區(qū)大地構(gòu)造處于華夏地塊、江南造山帶、揚(yáng)子地塊、三江造山帶等幾大構(gòu)造單元接合部位(圖1)。研究區(qū)主要出露寒武系、奧陶系和泥盆系，其中早、中寒武統(tǒng)為主要賦礦層位；中部為老君山燕山期S型復(fù)式花崗巖體，出露面積約153km2；緊鄰老君山花崗巖體形成了一套穹窿狀變形變質(zhì)巖系，被稱為“老君山變質(zhì)核雜巖”（李東旭和許順山，2000；Yanetal.,2005，2006；），變形-變質(zhì)作

2、用的峰期為印支期（約235Ma）（劉玉平等，2007a；馮佳睿等，2011）。成礦區(qū)受到多期地質(zhì)作用疊加(早加里東期、印支期、燕山期)，成礦過程十分復(fù)雜。區(qū)內(nèi)都龍超大型錫多金屬礦床在20世紀(jì)60年代被探明，由于礦床緊鄰老君山花崗巖體，且?guī)r體富含錫、鎢等成礦物質(zhì)，該礦床最初被認(rèn)為是典型的花崗巖巖漿熱液型礦床（宋煥斌，1989；安保華，1990；忻建剛和袁奎榮，1993）。20世紀(jì)末期至今，隨著區(qū)內(nèi)新寨、南秧田等礦床的發(fā)現(xiàn)，有關(guān)該區(qū)礦床的認(rèn)識也取得了新的進(jìn)展，由于主礦體呈層狀或似層狀與地層整合產(chǎn)出，塊狀硫化物礦石中發(fā)現(xiàn)了大量鮞狀結(jié)構(gòu)、層紋條帶狀構(gòu)造等典型特征，并通過地層和礦石的稀土、微量元素分析證

3、實(shí)了加里東期海底（火山）噴流沉積成礦作用的存在（羅君烈，1995b；周建平和徐克勤，1997；曾志剛等，1999；賈福聚，2010a；石洪召等，2011；戴婕等，2011）。王學(xué)焜通過對新寨錫礦床、南秧田白鎢礦床S，Pb同位素測試，測得成礦年齡為200Ma，與區(qū)域變質(zhì)年齡接近，提出印支期變質(zhì)熱液改造成礦的觀點(diǎn)（王學(xué)焜，1994）。劉玉平通過都龍錫鋅礦床錫石和鋯石U-Pb年代學(xué)研究，測得該礦床存在大量燕山期成礦年齡，證明該區(qū)存在大規(guī)?；◢弾r成巖、成礦事件（劉玉平等，2007b）?？v觀以往研究成果，該區(qū)礦床應(yīng)為多期復(fù)合疊加成礦模式，與成礦相關(guān)的地質(zhì)作用主要包括加里東期火山噴流沉積成礦作用、印支期區(qū)

4、域變質(zhì)作用和燕山期花崗巖疊加改造成礦作用。 2主要巖類及礦床類型 老君山燕山期花崗巖體按照其演化順序大致可分為三期（馮佳睿等，2011）：第一亞期占巖體出露總面積的三分之二，為灰白色含斑中粗粒二云母花崗巖，組成礦物有斜長石、微斜長石、黑云母、白云母、石英，為似斑狀花崗結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。第二亞期約占該巖體總面積的三分之一，為灰白色中細(xì)粒二云母花崗巖，呈巖株?duì)钋秩胗诘谝黄趲r體中，主要礦物為微斜長石、更長石、石英、黑云母、白云母，具細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。第三亞期為灰白色花崗斑巖，呈巖枝及巖脈穿插于早期花崗巖及變質(zhì)巖系中，斑晶主要為鉀長石、石英，次為黑云母、斜長石，具斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。經(jīng)野外實(shí)地

5、調(diào)研及綜合分析，都龍、南秧田礦區(qū)出露的第三期花崗巖斑巖脈對錫鎢等元素的富集具有積極意義（賈福聚等，2010b）。老君山成礦區(qū)主要變質(zhì)巖類型包括：（1）片巖類，主要有綠泥石片巖、角閃片巖、云母片巖、云母石英片巖、石英電氣石片巖、長石云母片巖等，在研究區(qū)普遍發(fā)育；（2）大理巖類，有方解石大理巖、白云石大理巖、含碳質(zhì)大理巖、含礫鈣泥質(zhì)大理巖，與其它變質(zhì)巖呈互層狀產(chǎn)出；（3）混合片麻巖類，包括眼球狀花崗片麻巖、條痕狀花崗片麻巖，在南秧田地區(qū)發(fā)育較廣；（4）夕卡巖是成礦區(qū)內(nèi)主要的賦礦巖石，根據(jù)組成礦物組合及復(fù)雜程度，可分為簡單夕卡巖及復(fù)雜夕卡巖兩類。簡單夕卡巖主要礦物為透輝石、綠簾石、陽起石、斜黝簾石、

6、普通角閃石、石英、長石、黑云母，及少許磁鐵礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦等，層位穩(wěn)定，呈似層狀、層狀分布，厚度小，一般小于40m，延長小于40km。復(fù)雜夕卡巖由十余種硅酸鹽礦物組成，主要有透輝石、鈣鐵輝石、斜黝簾石、綠簾石、綠泥石、陽起石、石榴子石等，其次有石英、云母、方解石、電氣石、鈉長石、螢石，普遍含金屬硫化物，呈囊狀、透鏡狀、似層狀產(chǎn)出，厚度一般小于60m，走向延伸超過10km以上。復(fù)雜夕卡巖是成礦區(qū)最重要的賦礦圍巖，都龍、新寨、南秧田等超大型、大型礦床均產(chǎn)于復(fù)雜夕卡巖層位中。老君山成礦區(qū)礦床類型包括簡單夕卡巖型錫礦床，片巖、復(fù)雜夕卡巖型錫鎢多金屬礦床，和與花崗巖有關(guān)的石英脈、偉晶巖型鎢錫礦床，賦

7、礦圍巖主要為花崗巖及變質(zhì)巖類。簡單夕卡巖型錫礦床分布于成礦區(qū)的北東部，礦體產(chǎn)出地層為中寒武統(tǒng)田蓬組（2t），層狀含礦簡單夕卡巖廣泛分布，長達(dá)30余公里（巷香寨—茅草坪—三水），普遍發(fā)育錫礦化，礦物組合簡單，一般不超過四種非金屬礦物，主要金屬礦物有錫石、黃鐵礦，脈石礦物有透輝石、綠泥石、陽起石等，典型礦化點(diǎn)有茅草坪、三水等。片巖、復(fù)雜夕卡巖型礦床可分為錫石多金屬硫化物礦床及白鎢礦床兩類，是老君山成礦區(qū)的主要礦床類型。錫石多金屬硫化物礦床主要分布于花崗巖體南西部的都龍及北東部的新寨，賦礦地層為中寒武統(tǒng)田蓬組（2t），礦體產(chǎn)出于碎屑巖與碳酸鹽巖過渡帶，礦體走向長幾十米至2000余米，厚度數(shù)米至數(shù)十米

8、，傾斜延伸幾十米至數(shù)百米；主要金屬礦物有錫石、鐵閃鋅礦、磁鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦、黃鐵礦、毒砂；脈石礦物有鈣鐵輝石、透輝石、綠泥石、陽起石、石榴石、透閃石、綠簾石、石英、白云母、螢石、方解石等。白鎢礦礦床分布于花崗巖體東部的南秧田，賦礦地層為下寒武統(tǒng)沖莊組（1ch）淺灰綠色云母石英片巖、透輝石片巖、陽起石片巖，下部礦層多為似層狀、層狀礦體展布，走向長10余公里，厚度數(shù)米至10余米，傾斜延伸百余米至千余米，白鎢礦顆粒細(xì)小，上部礦層有脈狀、透鏡狀礦體穿插，脈狀礦體中白鎢礦顆粒粗大；主要金屬礦物有白鎢礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦、毒砂、黃銅礦及少量錫石，脈石礦物有石英、長石、云母、透輝石、透閃石、陽起石、斜

9、黝簾石。與花崗巖有關(guān)的石英脈、偉晶巖型鎢錫礦床位于老君山成礦區(qū)中心近花崗巖體部位，典型礦點(diǎn)有花石頭、戈嶺、老寨等。礦體呈脈狀產(chǎn)出于花崗巖體內(nèi)部、及其與圍巖的接觸帶中，組成礦脈的主要礦物有錫石、黑鎢礦、綠柱石、黃鐵礦、黃銅礦、石英、長石、云母、電氣石、石榴子石、綠泥石。 3稀土元素地球化學(xué)特征 老君山成礦區(qū)與成礦密切相關(guān)的巖類主要有海相火山噴流沉積巖，花崗巖及變質(zhì)巖，根據(jù)前人研究成果和已有認(rèn)識（王中剛等，1989；邱家驤，1991），各巖類的稀土元素地球化學(xué)特征分述如下。 3.1海相火山沉積巖 海底火山活動(dòng)形成的海相火山巖，可以涵蓋從基性到酸性各類復(fù)雜的巖石類型（韓宗珠等，2005），總

10、體以玄武巖類為主。按照玄武巖形成的構(gòu)造環(huán)境可分為大洋中脊玄武巖、洋島玄武巖、島弧玄武巖和活動(dòng)大陸邊緣玄武巖等，其中島弧玄武巖及活動(dòng)大陸邊緣玄武巖，形成于大洋板塊俯沖和大陸邊緣裂解的環(huán)境下，伴隨深源成礦物質(zhì)的上涌往往形成金屬礦床，如黑礦型礦床。大洋中脊拉斑玄武巖與島弧拉斑玄武巖，由稀土元素虧損的地幔巖較高程度（15%~30%）的熔融形成，稀土總量低，輕稀土表現(xiàn)為弱異?；驘o異常，稀土配分模式曲線總體近于平坦，Eu常表現(xiàn)為正異常。洋島堿性玄武巖由地幔巖較低程度（5%）的熔融形成，輕稀土優(yōu)先進(jìn)入熔融體，造成了其輕稀土元素的富集和稀土總量的明顯提高。 3.2花崗巖 根據(jù)成巖物質(zhì)來源和成巖機(jī)制，花崗巖

11、可分為幔源型、過渡型地殼重熔型和陸殼改造型三類（徐克勤和涂光熾，1984）。其中幔源型花崗巖稀土配分模式曲線為平滑的右傾斜型，輕稀土富集，LREE/HREE=3.93~4.13，一般無Eu異常，δEu=0.94~1.00；過渡型地殼重熔型花崗巖稀土配分模式曲線亦為平滑的右傾斜型，輕稀土富集更強(qiáng)烈，LREE/HREE=5.00~10.00,具弱Eu異常，δEu=0.7~1.1；陸殼改造型花崗巖中的混合巖化花崗巖輕稀土相對富集，Eu呈中等負(fù)異常，陸殼改造型花崗巖中的陸殼重熔再生花崗巖則重稀土明顯富集，LREE/HREE=1.00~3.00，Eu負(fù)異常加劇，δEu3.3變質(zhì)巖 在低級變質(zhì)作用過程中

12、，由于稀土熔點(diǎn)與沸點(diǎn)很高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，稀土元素組成及含量基本保持不變。在區(qū)域變質(zhì)作用過程中，由于沒有外來物質(zhì)的大量參與，其對原巖稀土元素組成的影響應(yīng)與低級變質(zhì)作用過程類似（陳德潛和陳剛，1990）。在與交代作用有關(guān)的中、高級變質(zhì)作用過程中，隨著元素組分的帶入與帶出，稀土總量及組成往往發(fā)生變化。個(gè)舊燕山期花崗巖體交代圍巖發(fā)生的夕卡巖化研究（趙一鳴和李大新，1987）表明，夕卡巖較原巖稀土總量常有較大增高，其中輕稀土總量變化大，且多表現(xiàn)為增高，而重稀土含量基本穩(wěn)定，輕、重稀土比值（ΣLREE/ΣHREE）明顯增大。對廣西平英花崗巖交代基性雜巖形成的蝕變分帶進(jìn)行的系統(tǒng)研究（毛景文等，1988

13、）顯示，圍繞巖體自下往上形成了鉀長石巖帶→黑云母巖帶→青盤巖帶→電英巖帶→石英脈帶→碳酸巖脈帶，隨著蝕變程度的降低，稀土總量依次降低，且負(fù)Eu異常亦逐漸減弱，反映了花崗巖對基性圍巖稀土配分模式的影響程度依次降低。 4成礦系列的厘定 根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)研和已有資料的綜合分析，認(rèn)為影響研究區(qū)礦床形成的地質(zhì)作用主要包括：加里東期海底火山噴流沉積成礦作用、印支期區(qū)域變質(zhì)作用和燕山期花崗巖侵入地質(zhì)作用。在火山噴流沉積時(shí)期形成了分布廣泛的多金屬塊狀硫化物礦石和礦源層；區(qū)域變質(zhì)期火山噴流沉積物質(zhì)普遍變質(zhì)、成礦物質(zhì)得到改造和富集；老君山花崗巖體中成礦元素豐富，在侵位過程中不但形成了多處石英脈、偉晶巖型礦床，對

14、周邊大型多金屬硫化物礦床的形成也具有一定的疊加改造作用。結(jié)合成礦區(qū)不同地質(zhì)體的成礦作用特點(diǎn)，研究區(qū)可劃分為3大成礦系列，分述如下。1）加里東期海底火山噴流沉積-印支期變質(zhì)成礦系列,分布在老君山花崗巖體北東的外圍區(qū)域，成礦以海底火山噴流沉積作用、區(qū)域變質(zhì)作用為主，形成簡單夕卡巖型錫礦床，賦礦圍巖主要為區(qū)域變質(zhì)巖，典型礦點(diǎn)有茅草坪、三水等。2）加里東期海底火山噴流沉積-印支期區(qū)域變質(zhì)-燕山期花崗巖熱液疊加改造成礦系列,該系列礦床與加里東早期海底火山活動(dòng)密切相關(guān)，海相火山噴流沉積成礦作用形成了礦源層或礦體，并受到印支期區(qū)域變質(zhì)作用和燕山期花崗巖熱液作用的的影響，成礦物質(zhì)遷移、疊加而富化，形成片巖、復(fù)

15、雜夕卡巖型礦床，可分為錫石多金屬硫化物礦床及白鎢礦礦床兩類，典型礦床有都龍錫多金屬硫化物礦床、新寨錫多金屬硫化物礦床和南秧田白鎢礦床。3）燕山期花崗巖熱液成礦系列,老君山花崗巖體及接觸帶中形成了一系列的石英脈型鎢、錫礦床，和偉晶巖型鈹、錫礦床，這些礦床的形成與花崗巖體的侵位密不可分，典型礦床有花石頭石英脈型錫鎢礦床、瓦渣含鈹偉晶巖型礦床。 5樣品選取、分析與測試結(jié)果 稀土元素分析樣品包括3件簡單夕卡巖取自茅草坪（MCP-1,MCP-2,MCP-3），1件相關(guān)礦石中的方鉛礦編號K14。6件復(fù)雜夕卡巖分別取自都龍（DL-1,DL-2）、新寨（XZ-1,XZ-2）和南秧田（NYT-1,NYT-2

16、），2件相關(guān)礦石中的方鉛礦編號K15、毒砂編號K16。3件花崗巖來自都龍北部老君山巖體（G-1,G-2,G-3），2件相關(guān)礦石中的黃鐵礦編號K23和K24。稀土元素由宜昌地質(zhì)礦產(chǎn)研究所電感藕合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測定，分析精度5％~10％，稀土分布模式圖采用Boynton（1984）球粒隕石推薦值標(biāo)準(zhǔn)化，分析結(jié)果見表1，稀土配分模式圖見圖2。取自茅草坪的3件簡單夕卡巖，稀土總量（ΣREE）較低，均值為47.3310-6。輕重稀土比值（ΣLREE/ΣHREE）也比較低，均值為6.30。樣品同時(shí)具有Eu正異常和Ce負(fù)異常。簡單夕卡巖稀土元素配分模式與島弧拉斑玄武巖基本一致。與簡單夕卡巖相

17、關(guān)的方鉛礦，稀土總量（ΣREE）為1.26，輕重稀土比值（ΣLREE/ΣHREE）為9.69，亦同時(shí)具有Eu正異常和Ce負(fù)異常，簡單夕卡巖和相關(guān)方鉛礦具有相似的稀土配分模式，說明二者具有同源性。都龍、新寨和南秧田的6件復(fù)雜夕卡巖樣品稀土元素總量變化性較大，變化范圍為31.2010-6~295.9810-6。輕重稀土比值變化性也比較大，變化范圍為5.06~10.94。6件樣品均具有弱的Ce負(fù)異常特征，其中4件樣品表現(xiàn)為Eu負(fù)異常，2件樣品Eu正異常。Eu正異常樣品稀土總量低（ΣREE均值為41.5810-6），分布在稀土配分模式曲線的下部，Eu負(fù)異常樣品稀土總量高（ΣREE均值為241.2410

18、-6），位于稀土配分模式曲線的上部。與復(fù)雜夕卡巖相關(guān)的金屬硫化物方鉛礦和毒砂，均具有弱Ce負(fù)異常特征，其中Eu呈正異常的方鉛礦，稀土總量低（ΣREE為0.8310-6），Eu呈負(fù)異常的毒砂，稀土總量高（ΣREE為4.3610-6）。取自老君山花崗巖體的5件花崗巖及其相關(guān)礦石中的黃鐵礦，稀土總量(ΣREE)高，均值為97.1910-6。輕重稀土比值(ΣLREE/ΣHREE)也較高，均值為11.46。5件樣品均為Eu負(fù)異常，其中4件樣品表現(xiàn)為Ce弱正異常，1件樣品表現(xiàn)為Ce弱負(fù)異常。老君山花崗巖稀土元素配分模式曲線與地殼重熔型花崗巖相吻合?；◢弾r及其相關(guān)礦石中的黃鐵礦具有相似的稀土配分模式，說明金

19、屬硫化物的形成源自于花崗巖巖漿熱液。所有樣品均具輕稀土富集、重稀土虧損的特征，ΣLREE/ΣHREE值變化范圍為2.78~11.95。各類巖石稀土元素配分模式與相關(guān)礦石中的金屬硫化物具有相似的稀土元素配分模式，說明各含礦巖系的成巖與成礦具有相似的地質(zhì)作用過程。 6討論 6.1加里東期海底火山噴流沉積-印支期變質(zhì)成礦系列的稀土元素特征 茅草坪的簡單夕卡巖及礦石樣品，稀土總量較低，同時(shí)具有Eu正異常和Ce負(fù)異常，稀土配分模式與島弧拉斑玄武巖相類似。Eu正異常代表成礦流體具有較高的溫度和相對還原的性質(zhì)，Ce負(fù)異常代表海水的參與（ElderfieldandGreaves.,1982；Shikaz

20、ono,1999），還原、高溫?zé)崴黧w不具明顯的Ce負(fù)異常，而海水不發(fā)育Eu正異常，單靠熱水流體的簡單傳導(dǎo)冷卻，不會(huì)使流體發(fā)育Ce負(fù)異常，而從海水正常沉淀出的物質(zhì)也很少發(fā)育Eu的正異常，因此二者同時(shí)在礦石中出現(xiàn)，應(yīng)指示在海底火山噴流沉積成礦時(shí)相對高溫的熱水流體和較低溫的海水在海底發(fā)生了對流混合（Barrettetal.,1990；Hofmann,1997）。 6.2加里東期海底火山噴流沉積-印支期區(qū)域變 質(zhì)-燕山期花崗巖熱液疊加改造成礦系列的稀土元素特征都龍、新寨和南秧田地區(qū)夕卡巖及相關(guān)礦石稀土元素分析表明，稀土總量低的樣品與茅草坪地區(qū)簡單夕卡巖稀土元素配分模式類似，同時(shí)具有Eu正異常和C

21、e負(fù)異常，其原巖屬于海底火山噴流沉積成因。其它稀土總量高的樣品，Eu和Ce元素均表現(xiàn)為負(fù)異常，推測是是由花崗巖熱液的疊加改造作用引起的。花崗巖熱液疊加改造作用過程使巖石輕稀土含量具有明顯增加，輕重稀土比值（ΣLREE/ΣHREE）得到提高，同時(shí)造成了稀土總量的增加和Eu的明顯負(fù)異常，鎢、錫、鋅等成礦元素得到了進(jìn)一步富集。本成礦系列變質(zhì)巖及礦石的稀土配分模式：Eu正異常的樣品稀土總量低，稀土配分模式曲線位于下部，Eu負(fù)異常的樣品稀土總量高、稀土配分模式曲線位于上部，這種現(xiàn)象在其它地區(qū)火山沉積-疊加變質(zhì)巖類中也較普遍（圖3）。該現(xiàn)象在南秧田礦區(qū)被認(rèn)為是層狀礦體與脈狀礦體稀土配分模式的區(qū)別（曾志剛和

22、李朝陽，1998；王冠等，2012）。推測這種稀土配分組合模式可作為火山噴流沉積-花崗巖熱液疊加改造復(fù)合成礦模式的判別標(biāo)志。6.3燕山期花崗巖熱液成礦系列的稀土元素特征老君山花崗巖及相關(guān)礦石中的黃鐵礦，Eu表現(xiàn)為強(qiáng)烈的負(fù)異常，稀土總量高，輕重稀土比值（ΣLREE/ΣHREE）也較高，顯示了花崗巖體分異程度較高，其稀土配分模式與地殼重熔花崗巖相吻合。 7結(jié)論 通過綜合分析眾多前人研究成果，結(jié)合不同礦床地質(zhì)特征，認(rèn)為老君山成礦區(qū)礦床的形成是主要受加里東期海底火山噴流沉積、印支期區(qū)域變質(zhì)和燕山期花崗巖侵位三期地質(zhì)作用的制約。結(jié)合不同類型礦床的稀土元素地球化學(xué)特征，在老君山成礦區(qū)厘定出3大成礦系列

23、。1）加里東期海底火山噴流沉積-印支期變質(zhì)成礦系列，位于研究區(qū)的最外圍，距離巖體較遠(yuǎn)。該類礦床樣品稀土總量較低，同時(shí)具有Eu正異常和Ce負(fù)異常，具有海相火山噴流沉積巖特征，巖石樣品稀土元素配分模式與島弧拉斑玄武巖類似。相關(guān)礦石樣品稀土元素配分特征與圍巖一致，反映了二者具有同源性。2）加里東期海底火山噴流沉積-印支期區(qū)域變質(zhì)-燕山期花崗巖熱液疊加改造成礦系列，分布于老君山花崗巖體外圍空間，距離巖體較近。該類礦床Eu為正異常、Ce為負(fù)異常的樣品，稀土總量低，具有海底火山噴流沉積巖（島弧拉斑玄武巖）的特征；Eu和Ce元素均表現(xiàn)為負(fù)異常的樣品，稀土總量高，反映了花崗巖熱液疊加改造的特征。3）燕山期花崗

24、巖熱液成礦系列，分布于老君山花崗巖體及其接觸帶。該類礦床，稀土總量高，Eu為負(fù)異常，Ce以弱負(fù)異常為主，與地殼重熔型花崗巖稀土元素配分模式一致?？梢?，在受多期地質(zhì)作用影響地區(qū)，通過不同成礦系列稀土元素組成的對比研究，可以分析各期地質(zhì)作用對成礦的影響，從而驗(yàn)證成礦系列劃分的合理性。 作者：賈福聚念紅良李星伍偉燕永鋒劉曉瑋郭躍進(jìn)單位：昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院云南省有色地質(zhì)局317地質(zhì)隊(duì)云南省有色地質(zhì)局地質(zhì)勘查院云南冶金集團(tuán)股份有限公司云南省國土資源規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院云南華聯(lián)礦產(chǎn)勘探有限責(zé)任公司