何晗晗，李建康，李 超，蘇曉云，趙 芝，張怡軍，王國瑞

(1.中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所，北京100037；2.中國地質(zhì)大學(北京)地球科學與資源學院，北京100083；3.國家地質(zhì)實驗測試中心，北京 100037； 4.湖南省湘南地質(zhì)勘察院，湖南 郴州 423000)

湘南騎田嶺礦集區(qū)位于南嶺成礦帶[1]，區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，礦種繁多，現(xiàn)已查明的金屬礦產(chǎn)鉛、鋅、銅、鎢、鉬、鉍、(錫)，非金屬硫、螢石，伴生貴金屬銀等[2]，已有瑤崗仙鎢礦、柿竹園鎢錫鉬鉍礦、芙蓉錫礦、寶山鉛鋅礦、香花嶺錫多金屬礦、黃沙坪鉛鋅礦等眾多礦床。前人對這些礦床的成因、成礦條件及找礦前景的研究由來已久[3-9]。例如對柿竹園超大型鎢多金屬礦床的研究中，楊超群[4]、毛景文[6]等認為其形成基于三期高度分異花崗質(zhì)巖漿的先后疊加，是發(fā)生了脈動成礦作用的結(jié)果[4]；對于黃沙坪鉛鋅礦[3]，礦體受斷裂控制，與隱伏花崗斑巖密切相關(guān)，近年來在黃沙坪礦區(qū)深部又新發(fā)現(xiàn)了受斷裂控制的矽卡巖型鎢鉬多金屬礦體，具有良好的找礦前景。為了進一步探索這種深部找礦問題，自2008年以來國家深部探測專項設立專題，在騎田嶺礦集區(qū)布置了白石渡—飛仙鎮(zhèn)地質(zhì)-地球化學-地球物理綜合地質(zhì)剖面研究，旨在為區(qū)域深部找礦提供地質(zhì)依據(jù)。

本文在對該剖面地質(zhì)特征作一總結(jié)的基礎上，通過電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)技術(shù)對剖面上各地質(zhì)單元的稀土元素含量進行分析，旨在發(fā)現(xiàn)不同地質(zhì)單元(如騎田嶺花崗巖與花崗巖風化殼)甚至相同地質(zhì)單元(如騎田嶺巖體兩側(cè)灰?guī)r)中稀土元素含量的變化規(guī)律或差異；再者，對于騎田嶺巖體，作為剖面上最主要的地質(zhì)單元，它有著獨特的稀土元素分配特征，本文從稀土元素的角度對騎田嶺花崗巖的成巖物質(zhì)來源進行推測，進而初步探討騎田嶺巖體是否具有形成風化殼型稀土資源的成礦條件。

1 白石渡—飛仙鎮(zhèn)剖面的地質(zhì)特征

白石渡—飛仙鎮(zhèn)剖面位于湖南省郴州市，西端位于桂陽縣飛仙鎮(zhèn)，東端位于宜章縣白石渡，走向300°方位，全長83 km(見圖1和圖2)。

圖1 騎田嶺區(qū)域地質(zhì)圖[根據(jù)湖南省湘南地質(zhì)隊(1991)資料編制]

圖2 湖南省郴州騎田嶺礦集區(qū)地質(zhì)剖面圖

剖面東側(cè)橫穿騎田嶺巖體，以巖體為界，巖體西側(cè)出露地層以晚古生界為主，包括泥盆紀佘田橋組、錫礦山組、孟公坳組的泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、石英砂巖及紫紅色頁巖；下石炭統(tǒng)馬欄邊組、天鵝坪組、石磴子組、測水組、梓門橋組的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、鈣質(zhì)頁巖、粉砂巖、石英砂巖；二疊紀龍?zhí)督M、當沖組、棲霞組的粉砂巖、頁巖、硅質(zhì)巖、白云質(zhì)灰?guī)r等。巖體東側(cè)以中生界為主，為白堊系紫紅色砂巖和含礫砂巖。剖面自西向東共穿過35條斷裂，斷裂產(chǎn)狀各異。軸線為北東-北北東向的中小型褶皺在剖面中也較為常見。

騎田嶺巖體，出露面積約530 km2，侵位于石炭系-三疊系碳酸鹽巖和碎屑巖中，黃革非[10]按同源巖漿演化序列理論，將騎田嶺巖體歸并為菜嶺、芙蓉兩個超單元，10個單元。菜嶺超單元以二長花崗巖為主，有少量正長花崗巖，暗色礦物含量較高，芙蓉超單元中二長花崗巖和正長花崗巖大致相等，大都含有黑云母和角閃石。巖石大部分呈似斑狀結(jié)構(gòu)，少量為斑狀結(jié)構(gòu)，具似斑狀結(jié)構(gòu)的巖石中，基質(zhì)以中粒為主，細粒次之，斑晶含量在30%左右，由鉀長石和斜長石組成。鉀長石呈自形-半自形斑狀，表面因風化而呈混濁的灰色，具泥化和絹云母化，卡氏雙晶偶見。斜長石呈自形-半自形斑狀，可見細密且平直的聚片雙晶。基質(zhì)含量65%～95%，主要由石英、鉀長石、斜長石、黑云母、角閃石組成。巖體南側(cè)為芙蓉錫礦田，礦床規(guī)模巨大，并具有很好的找礦潛力。芙蓉錫礦田以花崗巖的強烈綠泥石化為特點[7]。礦化主要發(fā)育在巖體接觸帶，騎田嶺巖體接觸帶可見矽卡巖化、角巖化等，接觸帶附近的二疊紀龍?zhí)督M含煤巖系多變質(zhì)為石墨，可形成石墨礦。

表1 各地質(zhì)體稀土元素的平均含量

2 樣品特征及ICP-MS分析

樣品采自白石渡—飛仙鎮(zhèn)剖面深20 m的淺鉆，類型包括沉積地層、騎田嶺巖體巖屑和風化殼樣品，共計1967件。對于巖屑樣品，本文選擇鉆孔最底部的作為測試對象，經(jīng)過曬干破碎再加工至74 μm(200目)。稀土元素測試由國家地質(zhì)實驗測試中心完成，采用X-Series型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS，美國Thermo公司)測定其中的134件樣品，具體測試方法參見文獻[11](羅彥等，2001)。

3 稀土元素地球化學特征

白石渡—飛仙鎮(zhèn)剖面以騎田嶺巖體為界，東西兩側(cè)剖面地層中稀土元素含量存在較大差異，即使同側(cè)地層，不同巖性的稀土含量差異依舊較大，為此將剖面整體劃分為5種類型(灰?guī)r巖屑、砂巖巖屑、第四紀殘破積黏土、花崗巖風化殼、花崗巖巖屑)，對它們各自的稀土含量特征進行對比分析。樣品的稀土元素測試結(jié)果見表1。

(1)灰?guī)r巖屑。騎田嶺巖體西側(cè)二疊紀馬欄邊組、石磴子組及泥盆紀佘田橋組灰?guī)r巖屑的稀土元素總量變化范圍較大，ΣREEs介于8.2×10-6～405.7×10-6之間，均值154.3×10-6。在球粒隕石標準化的配分圖解中(圖3)，曲線呈右傾式，輕重稀土分餾較明顯(ΣLREEs/ΣHREEs=4.5～11.8)，顯示弱的銪負異常(δEu=0.3～0.7)。騎田嶺巖體東側(cè)石炭紀石磴子組灰?guī)r巖屑的稀土元素總量(36.5×10-6)偏低，稀土配分曲線為右傾式，輕重稀土分餾較明顯(ΣLREE/ΣHREE=7.6～9.7)，顯示弱的銪負異常(δEu=0.56～0.66，見圖4)。

(2)砂巖巖屑。騎田嶺巖體西側(cè)地層晚古生代砂巖巖屑的稀土元素總量變化范圍亦較大，ΣREEs介于22.6×10-6～272.4×10-6之間，均值220.6×10-6，略低于砂巖豐度值(250×10-6，K·圖爾基安等，1961)。在球粒隕石標準化的配分圖解中(圖5)，曲線呈右傾式，ΣLREEs/ΣHREEs比值變化大，介于5.0～13.1之間，負銪異常較弱(δEu=0.5～0.7)。騎田嶺巖體東側(cè)兩個白堊紀砂巖巖屑樣品的稀土元素總量分別為15.7×10-6、511.8×10-6，負銪異常較明顯(δEu分別為0.2、0.6，見圖4)。

圖3 騎田嶺巖體西側(cè)地層灰?guī)r的稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖

圖4 騎田嶺巖體東側(cè)地層的稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖

圖5 騎田嶺巖體西側(cè)地層砂巖的稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖

(3)第四紀殘坡積黏土。騎田嶺巖體西側(cè)地層第四紀殘坡積黏土的稀土元素總量相對灰?guī)r較高，ΣREEs均值為235.4×10-6。在球粒隕石標準化的配分圖解中(圖6)，曲線表現(xiàn)為輕稀土段向右緩傾，重稀土段近于平坦，ΣLREEs/ΣHREEs比值介于6.4～11.2之間，顯示弱的銪負異常(δEu=0.6～0.7)。騎田嶺巖體東側(cè)第四紀殘坡積黏土的稀土元素總量變化不大，相對較集中，均值為186.2×10-6，δEu=0.6，局部出現(xiàn)鈰的正異常。

(4)騎田嶺花崗巖風化殼?；◢弾r風化殼的稀土元素含量較高，ΣREEs介于391×10-6～907×10-6之間，均值605×10-6。在球粒隕石標準化的配分圖解中(圖7)，呈“海鷗型”，輕稀土部分右緩傾，重稀土部分接近水平，略左緩傾，ΣLREEs/ΣHREEs比值為6.1～13.4，具有明顯的負銪異常(δEu=0.05～0.42)，局部顯示鈰的正異常。

圖6 騎田嶺巖體西側(cè)地層黏土的稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖

圖7 騎田嶺巖體花崗巖風化殼的稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖

(5)騎田嶺巖體花崗巖巖屑?；◢弾r巖屑的稀土元素總量變化為180×10-6～1169×10-6，均值582×10-6，除3件樣品低于400×10-6之外，其余均在405.80×10-6～1169.02×10-6之間，相比李曉敏等[12]、徐惠長等[13]、鄭基儉等[14]所測的數(shù)據(jù)偏高，亦遠高于維諾格拉多夫(1962)世界酸性巖的稀土豐度(292×10-6)。LREEs/HREEs比值介于4.4～16.7，均值10.0，δEu介于0.12～0.45之間，均值0.29，與花崗巖風化殼具有相似的球粒隕石標準化配分曲線(圖8)。

圖8 騎田嶺巖體花崗巖巖屑的稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖

4 白石渡—飛仙鎮(zhèn)剖面的稀土元素特征分析

通過白石渡—飛仙鎮(zhèn)剖面各地質(zhì)單元的稀土元素含量對比分析，不難發(fā)現(xiàn)明顯存在的“差異性”特征，這種差異性不僅表現(xiàn)在不同地質(zhì)體之間，在相同巖性之間亦有較明顯的顯示。至于造成這種差異的原因，騎田嶺巖體的所在應當是主要原因，而對于騎田嶺巖體本身，其輕重稀土分異明顯，再者稀土元素的ΣREEs-Y/ΣREEs圖解及ΣREEs-δEu圖解從另一個方面表明了騎田嶺巖體花崗巖的幔源物質(zhì)作用。

4.1 白石渡—飛仙鎮(zhèn)剖面稀土元素的差異性及原因

白石渡—飛仙鎮(zhèn)剖面中，各地質(zhì)體間的稀土配分曲線均為輕稀土富集型，但稀土總量存在顯著的差異，騎田嶺花崗巖風化殼的稀土含量最高(ΣREEs均值為605×10-6)，灰?guī)r的稀土含量最低(騎田嶺巖體東西兩側(cè)地層的ΣREEs均值分別為36.5×10-6、154.3×10-6)。相同巖石類型的巖性，稀土總量也存在著較大差異，如灰?guī)r的稀土總量最高可達405.7×10-6，最低僅為8.2×10-6。

綜上，稀土元素的差異性表現(xiàn)在兩個方面：①不同地質(zhì)體之間的差異。如騎田嶺巖體花崗巖與巖體兩側(cè)灰?guī)r的稀土含量存在明顯的差異；②相同巖性的差異。如灰?guī)r的稀土含量變化較大。對于第一種情況，騎田嶺巖體富稀土副礦物，如榍石[15-16]、褐簾石、鋯石、獨居石[10]等含量較高，稀土元素分散在這些副礦物或造巖礦物中，或呈獨立礦物的形式存在。對于第二種情況，考慮到兩個方面的因素：①時代不同。所采灰?guī)r樣品為二疊紀馬欄邊組、石磴子組及泥盆紀佘田橋組灰?guī)r。一般來說，REEs含量不受成巖作用的影響[17]，所以時代因素對于稀土含量的影響應當不大；②所處位置不同，往往越靠近巖體的部位稀土元素含量越高?；?guī)r的稀土含量最高的樣品為ZK2581，采自騎田嶺巖體西側(cè)邊緣，稀土含量最低的樣品為ZK3139，采自離巖體較遠的方元水庫方丘附近(具體位置見圖1中的鉆孔編號，每隔100 m打一個鉆孔)。稀土含量分配數(shù)據(jù)見表2，在31件灰?guī)r樣品中，有11件樣品的稀土總量超過100×10-6，最高達到463×10-6，而在這11件樣品中7個是靠近騎田嶺巖體西側(cè)邊緣，可見灰?guī)r中異常高的稀土含量與騎田嶺巖體是密切相關(guān)的。其次，騎田嶺巖體西側(cè)灰?guī)r的稀土含量(均值154.3×10-6)高于桂北地區(qū)灰?guī)r的稀土平均含量(36.8×10-6 [18])的4倍有余，而巖體東側(cè)灰?guī)r的稀土含量接近于桂北地區(qū)灰?guī)r的稀土平均含量，這可能是騎田嶺巖體自南東向西北侵入造成的，即西側(cè)地層灰?guī)r中富集的稀土可能是巖漿巖侵位的前緣流體擴散、滲入到圍巖中的結(jié)果。

4.2 騎田嶺花崗巖的稀土元素特征及巖石成因

對于稀土元素來說，輕稀土的堿性較強，重稀土的堿性較弱，隨著巖漿作用從早期到晚期的演化，ΣCe/ΣY比值逐漸增大[17]。由圖9b可見，ΣCe/ΣY與ΣREEs有著一定的正相關(guān)關(guān)系，表明隨著巖漿的演化，ΣREEs含量逐漸增加，δEu亦有逐漸增大的趨勢(圖9c)；相反，重稀土的含量則逐漸減少(圖9d)。這反映了成巖過程中LREEs曾發(fā)生了較強烈的分餾，其富集可能與花崗巖中的一些副礦物有關(guān)，如巖體內(nèi)常見的褐簾石、獨居石、鋯石等[10]；或者是在成巖過程中有富HREEs的相存在于部分熔融的殘留相或分離結(jié)晶作用中的結(jié)晶相中，如騎田嶺花崗巖中普遍存在的副礦物石榴石[14]。

圖9 騎田嶺花崗巖巖屑的稀土元素圖解

在ΣREEs-Y/ΣREEs圖解及ΣREEs-δEu圖解中(圖10)，騎田嶺巖體花崗巖樣品大部分落于幔源成因花崗巖范圍之內(nèi)，花崗巖中發(fā)育的暗色微粒包體和由暗色礦物組成的團塊或條帶[19]，顯示出殼幔巖漿的混合作用。李超等[20]對黃沙坪—廖家灣綜合探測剖面上的花崗巖Os同位素示蹤結(jié)果同樣表明，花崗巖具有幔源特征(Os同位素初始比值為0.3543～1.728)。地球物理探測表明，騎田嶺巖體深部存在著地幔物質(zhì)上涌的通道[21]。由此推測，騎田嶺花崗巖中混入了較多的幔源物質(zhì)。騎田嶺巖體南部為芙蓉錫礦田。蔡錦輝等[8]對芙蓉錫礦田的礦床進行鉛同位素研究，發(fā)現(xiàn)南嶺燕山期錫多金屬礦床的鉛同位素比值組成投影點的分布相對比較集中，接近造山帶或下地殼，由此推測礦床可能是地殼深部(或下地殼)幔質(zhì)巖石(火山巖或深成巖)和大陸地殼(沉積碎屑)巖漿經(jīng)深部混熔結(jié)晶分異作用的產(chǎn)物。

圖10 騎田嶺花崗巖巖屑ΣREEs-Y/ΣREEs和ΣREEs-δEu圖解

4.3 騎田嶺花崗巖風化殼中稀土元素特征及對稀土成礦意義

以往研究認為騎田嶺巖體與鎢、錫成礦有關(guān)，沒有考慮稀土的成礦作用，而且由于風化殼型稀土礦床與熱液型鎢錫礦床的形成環(huán)境、條件、時間空間等差異顯著，導致二者往往并不共生[22]，更沒有人關(guān)注騎田嶺巖體是否存在風化殼型的稀土礦床。華仁民等[22]將南嶺地區(qū)風化殼型稀土礦床成礦母巖的花崗巖類巖石主要歸納為三種：印支期準鋁質(zhì)花崗巖、燕山中-晚期花崗巖以及燕山期A型花崗巖。騎田嶺巖體被認為是A型花崗巖[24-27]，加之原巖較高的稀土元素含量(表2)，所以騎田嶺巖體應當可以成為風化殼型稀土有利的成礦母巖。

本次對巖體花崗巖風化殼中稀土元素含量測試結(jié)果表明(見表1)，稀土配分類型為輕稀土型，繼承了基巖的配分類型。稀土普遍偏高(含量介于390.7×10-6～907.0×10-6之間)，與基巖相比，發(fā)生了顯著富集，其平均含量(RE2O3848.6×10-6)超過了離子吸附型礦床的邊界品位(重稀土RE2O30.05%，輕稀土0.07%[28])，這也是一個新的發(fā)現(xiàn)。但稀土是否以離子吸附態(tài)存在，能否形成離子吸附型稀土礦床還要進一步的實驗驗證。

5 結(jié)語

白石渡—飛仙鎮(zhèn)剖面是我國深部探測專項工作實施的重點剖面之一，騎田嶺巖體是該剖面上最重要的構(gòu)造單元。本文運用ICP-MS分析技術(shù)獲得了騎田嶺巖體花崗巖類巖石稀土元素的含量，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①剖面上各地質(zhì)單元的稀土元素含量存在一定的差異，包括不同地質(zhì)體之間的差異以及相同巖性之間的差異兩種情況，造成該差異性的最主要原因應當是騎田嶺巖體本身，一般情況下，距離巖體越近，這種差異性會越明顯。②ΣREE-Y/ΣREE及ΣREE-δEu圖解顯示，騎田嶺花崗巖與幔源花崗巖具有一定的相似性。該認識與黃沙坪—廖家灣綜合探測剖面上的花崗巖Os同位素示蹤研究得到的認識是一致的，即花崗巖中混有幔源物質(zhì)。地球物理探測也表明騎田嶺巖體深部存在著地幔物質(zhì)上涌的通道。由此推測，騎田嶺花崗巖中混入了較多的幔源物質(zhì)。

騎田嶺巖體作為稀土元素含量較高的A型花崗巖體，應當可以成為風化殼型稀土有利的成礦母巖。再者，直接測試結(jié)果表明騎田嶺巖體風化殼樣品的稀土元素平均含量已經(jīng)超過了離子吸附型稀土礦床的邊界品位，值得高度重視，但稀土是否以離子吸附狀態(tài)存在，以及能否構(gòu)成離子吸附型稀土工業(yè)礦床還需要進一步評價。

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