文春華， 羅小亞， 陳劍鋒， 林碧海， 李勝苗

(1.湖南省地質(zhì)調(diào)查院，長(zhǎng)沙 410116； 2.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083)

0 引言

華夏板塊和揚(yáng)子板塊在元古宙碰撞、拼合后形成華南板塊[1-5]。湖南省東北部地區(qū)(簡(jiǎn)稱(chēng)湘東北地區(qū))是華南板塊重要的稀有金屬偉晶巖成礦區(qū)，經(jīng)歷了加里東期、印支期和燕山期強(qiáng)烈的構(gòu)造-巖漿熱事件[6-9]，發(fā)育了大量火成巖[10-14]。燕山期巖漿活動(dòng)形成了幕阜山復(fù)式花崗巖體及偉晶巖脈，組成了湘東北地區(qū)偉晶巖型稀有金屬礦集區(qū)。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，學(xué)者們相繼開(kāi)展了花崗巖和偉晶巖地質(zhì)特征研究[15-18]，同時(shí)對(duì)幕阜山巖體的隆升和演化進(jìn)行探討[19-21]。此外，對(duì)傳梓源礦區(qū)開(kāi)展了野外地質(zhì)調(diào)查工作及礦物巖石地球化學(xué)研究[22-24]，對(duì)仁里礦床的地質(zhì)特征及成礦作用開(kāi)展初步研究[25-26]，對(duì)幕阜山地區(qū)稀有金屬成礦規(guī)律取得了一定認(rèn)識(shí)[27-29]。雖然前人對(duì)幕阜山地區(qū)花崗巖及偉晶巖已有深入認(rèn)識(shí)，但缺乏對(duì)該區(qū)巖漿演化與稀有金屬成礦關(guān)系的研究。

自從實(shí)施“我國(guó)三稀資源戰(zhàn)略調(diào)查研究”計(jì)劃項(xiàng)目[30]和“華南稀有、稀土、稀散礦產(chǎn)資源調(diào)查評(píng)價(jià)”項(xiàng)目以來(lái)，在偉晶巖成礦作用方面，尤其是四川甲基卡地區(qū)鋰輝石偉晶巖礦床取得了突破性進(jìn)展，認(rèn)為巖漿演化與偉晶巖成礦密切相關(guān)[31-34]。因此，本文對(duì)湘東北幕阜山地區(qū)花崗巖和偉晶巖開(kāi)展年代學(xué)和地球化學(xué)研究，進(jìn)一步查明該區(qū)偉晶巖成礦作用與巖漿演化的關(guān)系。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

湘東北幕阜山—連云山褶皺基底是江南古陸的組成部分,是華南地區(qū)最古老的陸殼之一，主要由中新元古代強(qiáng)變形弱變質(zhì)的淺變質(zhì)巖、新元古代花崗巖和少量鎂鐵質(zhì)巖石組成[35-36]。根據(jù)《中國(guó)區(qū)域地質(zhì)志·湖南志》[37]，該區(qū)主要經(jīng)歷了武陵—喜山運(yùn)動(dòng)多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。武陵運(yùn)動(dòng)為造山運(yùn)動(dòng)，使該區(qū)新元古界冷家溪群褶皺造山，形成褶皺基底，并發(fā)生區(qū)域淺變質(zhì)作用； 印支期—燕山期運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)了以擠壓、逆沖走滑為主的多形式造山運(yùn)動(dòng)疊加改造，形成該區(qū)基本構(gòu)造格架，形成的NE向、NNE向和NW向斷裂控制巖體、巖脈及礦床的展布(圖1)。自北西向南東，研究區(qū)分布汨羅斷陷盆地、幕阜山—望湘斷隆、長(zhǎng)沙—平江斷陷盆地、瀏陽(yáng)—衡東斷隆和醴陵—攸縣斷陷盆地，形成“兩隆三盆”雁列式“盆-嶺”構(gòu)造框架[35]。

1.第四系—白堊系； 2.三疊系—泥盆系； 3.志留系—震旦系； 4.新元古界板溪群； 5.新元古界冷家溪群； 6.古元古界—太古宇？； 7.燕山期花崗巖； 8.印支期花崗巖； 9.加里東期花崗巖； 10.元古宙花崗巖； 11.斷裂； 12.韌性剪切帶； 13.稀有金屬礦床(點(diǎn))； 14.華夏地塊與揚(yáng)子地塊分界線； 15.省界； Ⅰ.汨羅斷陷盆地； Ⅱ.幕阜山—望湘斷隆； Ⅲ.長(zhǎng)沙—平江斷陷盆地； Ⅳ.瀏陽(yáng)—衡東斷??； Ⅴ.醴陵—攸縣斷陷盆地； NCC.華北克拉通； QD.秦嶺—大別造山帶

圖1 湘東北區(qū)域地質(zhì)圖[35]

Fig.1RegionalgeologicalmapofNortheastHunan[35]

2 花崗巖和偉晶巖地質(zhì)特征

2.1 花崗巖地質(zhì)特征

幕阜山巖體出露面積2 440 km2，是湘東北地區(qū)出露面積最大的巖體，橫跨湖南省東北部、江西省西部及湖北省南部。幕阜山花崗巖經(jīng)歷了燕山早期和燕山晚期巖漿侵位活動(dòng)，形成了多期次疊加復(fù)式巖體(圖2)，從早到晚依次為閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、黑云母二長(zhǎng)花崗巖、二云母二長(zhǎng)花崗巖和二云母花崗巖。從空間分布看，閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖主要分布在幕阜山巖體東部，范圍較?。?黑云母二長(zhǎng)花崗巖主要分布在幕阜山巖體西北部和中南部，范圍較廣； 二云母二長(zhǎng)花崗巖主要分布在幕阜山巖體北部和西南部，范圍較廣； 二云母花崗巖呈小巖體零散分布在幕阜山巖體中部和南部，范圍較小(圖2)。

圖2 幕阜山花崗巖年齡及稀有金屬礦床(點(diǎn))分布[28，38-43]

前人對(duì)幕阜山花崗巖和偉晶巖成巖時(shí)代開(kāi)展了一系列年代學(xué)研究[38-43]，獲得了大量年齡數(shù)據(jù)(表1)。閃長(zhǎng)巖和二云母花崗巖成巖年齡為154～92 Ma，存在多期次巖漿活動(dòng)。幕阜山地區(qū)偉晶巖成巖時(shí)代研究相對(duì)薄弱，僅李鵬等[28]對(duì)斷峰山鈮鉭礦床和大興紅柱石礦床中的白云母開(kāi)展測(cè)年工作，認(rèn)為該礦床的成礦時(shí)代分別為(127.7±0.9) Ma和(130.5±0.9) Ma。

幕阜山不同階段花崗巖稀有金屬元素含量見(jiàn)表2。從花崗閃長(zhǎng)巖到二云母花崗巖，稀有金屬元素含量呈規(guī)律性變化： 花崗閃長(zhǎng)巖Li、Be、Ta、Nb、Rb、Cs含量較低，二云母二長(zhǎng)花崗巖Li、Be、Ta、Nb、Rb、Cs含量最高。二云母二長(zhǎng)花崗巖的成巖年齡與偉晶巖礦床的成礦年齡相近，暗示稀有金屬偉晶巖成礦作用與二云母二長(zhǎng)花崗巖密切相關(guān)。

表1 幕阜山花崗巖和偉晶巖成巖時(shí)代統(tǒng)計(jì)

表2 幕阜山不同階段花崗巖稀有金屬元素和揮發(fā)分測(cè)試結(jié)果

注： 測(cè)試單位為中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院國(guó)家測(cè)試中心。

在幕阜山地區(qū)不同階段花崗巖揮發(fā)分(F)與稀有金屬元素關(guān)系圖(圖3)中，隨揮發(fā)分F含量增加，稀有金屬元素呈線性變化。從花崗閃長(zhǎng)巖到二云母花崗巖，Li、Ta、Nb、Rb含量與F呈正相關(guān)，而Zr、Sr含量與F含量呈負(fù)相關(guān)，表明揮發(fā)分F對(duì)稀有金屬元素富集和遷移具有重要作用，F(xiàn)-稀有金屬絡(luò)合物在巖漿演化晚期富集。

(a) F-Li關(guān)系 (b) F-Ta關(guān)系

(c) F-Nb關(guān)系 (d) F-Rb關(guān)系

(e) F-Zr關(guān)系 (f) F-Sr關(guān)系

圖3 幕阜山不同階段花崗巖F與稀有金屬元素關(guān)系

Fig.3RelationshipbetweenFandraremetalelementsofgranitesindifferentstagesinMufushanarea

2.2 偉晶巖地質(zhì)特征

幕阜山偉晶巖極其發(fā)育，在花崗巖體內(nèi)及外接觸帶片巖中廣泛分布偉晶巖脈。從空間分布看，偉晶巖集中分布在幕阜山巖體和巖體外接觸帶。巖體中的偉晶巖主要沿黑云母二長(zhǎng)花崗巖和二云母二長(zhǎng)花崗巖的張裂隙分布(圖4(a))，偉晶巖脈走向不規(guī)則，脈體大小不一，成群分布，形成偉晶巖密集區(qū)； 巖體接觸帶的偉晶巖往往形成大脈(圖4(b))，甚至形成偉晶巖體，平面上圍繞巖體邊緣展布，偉晶巖脈寬幾十米，走向數(shù)千米； 巖體外圍的偉晶巖產(chǎn)狀平穩(wěn)(圖4(c))，走向NW，偉晶巖脈寬一般幾米，少數(shù)寬十余米，走向長(zhǎng)一般幾十米至幾百米。

文春華[27]將幕阜山南緣地區(qū)偉晶巖由北向南劃分為5個(gè)巖性類(lèi)型。鉀長(zhǎng)石偉晶巖(Ⅰ類(lèi)型)呈多組平行或斜交，沿花崗巖張裂隙呈平直狀產(chǎn)出，偉晶巖脈主要為板脈狀(圖4(a))，主要分布在賀家山地區(qū)； 斜長(zhǎng)石偉晶巖(Ⅱ類(lèi)型)距幕阜山巖體0～1 km，偉晶巖沿幕阜山巖體外接觸帶呈斜交或穿插接觸(圖4(b))，產(chǎn)在花崗巖外接觸帶周?chē)蜓匕鍘r地層板理或?qū)永碚共?，以脈狀為主，分布在梅仙和仁里地區(qū)； 斜長(zhǎng)石-鈉長(zhǎng)石偉晶巖(Ⅲ類(lèi)型)距幕阜山巖體1～2 km，偉晶巖主要產(chǎn)于板巖地層中，沿板理、裂隙呈脈狀分布，分布在瑚珮地區(qū)； 鈉長(zhǎng)石偉晶巖(Ⅳ類(lèi)型)距幕阜山巖體3～4 km，偉晶巖產(chǎn)在板巖和片巖地層中，沿層理裂隙、板理及節(jié)理呈脈狀分布(圖4(c))，分布在三墩地區(qū)； 鈉長(zhǎng)石-鋰輝石偉晶巖(Ⅴ類(lèi)型)距幕阜山巖體4～5 km，偉晶巖產(chǎn)在板巖地層中，呈板脈狀或脈狀展布，分布在傳梓源地區(qū)。

(a) 偉晶巖沿黑云母二長(zhǎng)花崗巖張裂隙分布 (b) 偉晶巖圍繞黑云母二長(zhǎng)花崗巖邊緣展布

(c) 巖體外圍產(chǎn)狀平穩(wěn)的偉晶巖 (d) 鈹?shù)V

(e) 鈮鉭礦(f) 鋰輝石礦

圖4 幕阜山南緣地區(qū)偉晶巖類(lèi)型及稀有金屬礦

Fig.4PegmatitetypeandraremetaloresinsouthernMufushanarea

幕阜山北緣斷峰山地區(qū)偉晶巖脈主要分布在花崗巖體和圍巖接觸變質(zhì)帶內(nèi)，呈近EW向展布。根據(jù)副礦物特征，將偉晶巖分為電氣石偉晶巖、電氣石-綠柱石偉晶巖和綠柱石偉晶巖和鈮鉭鐵礦-綠柱石偉晶巖[44]。

幕阜山巖體內(nèi)偉晶巖中的稀有金屬礦以鈹?shù)V為主，幕阜山巖體接觸帶及外圍片巖中的稀有金屬礦依次為鈹?shù)V(圖4(d))、鈮鉭礦(圖4(e))和鋰輝石礦(圖4(f))，最遠(yuǎn)處為熱液脈型鈹?shù)V。由北向南，即從賀家山—傳梓源，幕阜山南緣偉晶巖中稀有金屬元素Li、Be、Nb、Ta明顯富集(圖5)。

圖5 幕阜山南緣偉晶巖Nb、Ta、Li、Be含量變化

3 巖漿演化與稀有金屬成礦的關(guān)系

3.1 稀有金屬礦床(點(diǎn))分布

自湖南省地質(zhì)局[22]開(kāi)展幕阜山稀有金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查工作以來(lái)，近幾年湖南省地質(zhì)調(diào)查院、湖南省核工業(yè)地質(zhì)局311地質(zhì)隊(duì)、湖南省有色地質(zhì)勘查局247地質(zhì)隊(duì)等單位發(fā)現(xiàn)了一批花崗巖型、偉晶巖型及砂礦型稀有、稀土金屬礦床(點(diǎn))(圖2、表3)。

幕阜山稀有金屬礦床(點(diǎn))具礦化分帶性。李鵬等[28]根據(jù)幕阜山復(fù)式花崗巖的巖漿分異程度，由東至西，將稀有金屬礦化分帶依次分為Be→Be+Nb+Ta→Be+Nb+Ta+Li→Be+Nb+Ta+Li+Cs等4個(gè)帶。李兆麟等[48]對(duì)幕阜山巖體稀有金屬偉晶巖礦床中的綠柱石進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)熔融包裹體溫度為640～990 ℃，氣液包裹體均一溫度為180～340 ℃。筆者獲得了幕阜山南緣梅仙鈮鉭鈹?shù)V區(qū)(距幕阜山巖體0～1 km)流體包裹體主體溫度為220～380 ℃(未發(fā)表)； 仁里鉭鈮礦區(qū)(距幕阜山巖體1～3 km)流體包裹體主體溫度為190～320 ℃； 傳梓源鋰鈮鉭礦區(qū)(距幕阜山巖體3～5 km)流體包裹體主體溫度為140～250 ℃[49]，反映幕阜山地區(qū)稀有金屬礦床成礦流體溫度由巖體向外接觸帶逐漸降低。通過(guò)統(tǒng)計(jì)幕阜山稀有金屬礦床(點(diǎn))(圖2)，發(fā)現(xiàn)稀有金屬礦床(點(diǎn))呈規(guī)律性分帶變化： 以巖體為中心，廣泛發(fā)育花崗巖型和偉晶巖型鈹?shù)V帶(圖2)； 從巖體接觸帶向外圍0～3 km發(fā)育偉晶巖型鈮鉭礦帶(斷峰山鈮鉭礦床、仁里鈮鉭礦床)，距離巖體3～5 km發(fā)育偉晶巖型鋰鈮鉭礦帶(傳梓源鋰鈮鉭礦床)，距離巖體5～10 km發(fā)育石英脈型鈹?shù)V帶(天井山鈹?shù)V床、虎形山鎢鈹?shù)V床)，形成了以巖體為中心，礦帶圍繞巖體周?chē)共嫉沫h(huán)狀格局，也表明成礦流體溫度控制了稀有金屬礦物組合的空間分帶性。

表3 幕阜山地區(qū)部分稀有金屬礦床(點(diǎn))統(tǒng)計(jì)

3.2 幕阜山巖體演化對(duì)成礦的制約

湘東北地區(qū)燕山期發(fā)生大規(guī)模巖漿侵位事件，強(qiáng)烈的擠壓作用導(dǎo)致上覆巖層增厚、隆升。由表1可知，幕阜山巖體在154 Ma左右侵位至冷家溪板巖中，進(jìn)入快速隆升階段。鄒慧娟等[20]計(jì)算出幕阜山花崗閃長(zhǎng)巖最小上升速率達(dá)170 m/a，反映了拉張的構(gòu)造環(huán)境。

隆升之后，巖體在區(qū)域構(gòu)造演化過(guò)程中遭受了不同程度的風(fēng)化剝蝕。彭和求等[19]認(rèn)為九嶺—幕阜山地區(qū)自中新生代以來(lái)經(jīng)歷了3次(132～120 Ma、81.1～55.6 Ma和47.0～30.0 Ma)強(qiáng)烈的隆升和剝蝕過(guò)程。自晚白堊世持續(xù)隆升以來(lái)，幕阜山巖體經(jīng)歷的平均剝蝕厚度約4 800 m[21]。由于幕阜山巖體經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的隆升和剝蝕過(guò)程，巖體隆升導(dǎo)致圍巖破裂，產(chǎn)生大量裂隙，偉晶巖在巖漿演化晚期沿裂隙充填結(jié)晶，形成沿地層平整接觸的偉晶巖脈。巖體隆升之后，伴隨長(zhǎng)期的剝蝕過(guò)程，偉晶巖出露地表，形成具有工業(yè)意義的偉晶巖型稀有金屬礦床。

稀有金屬元素在地殼中含量稀少，能否形成獨(dú)立的礦物或礦床，主要取決于稀有金屬元素在巖漿中的豐度及物理化學(xué)條件。從早期的閃長(zhǎng)巖到晚期的二云母花崗巖，幕阜山巖體不同階段花崗巖中的稀有金屬元素(Nb、Ta、Li、Be、Rb)逐漸富集。早期閃長(zhǎng)巖中Nb、Ta豐度較低，可能因Nb、Ta分散到黑云母、鈦鐵礦中[50]。在幕阜山巖體多期次巖漿演化過(guò)程中，含水揮發(fā)分對(duì)稀有金屬元素的親和性使成礦元素不斷富集； 李鵬等[28]認(rèn)為幕阜山巖體的多期次活動(dòng)和成礦可用復(fù)式巖體的“體中體”模式解釋?zhuān)删哂型绰?lián)系的多個(gè)單一侵入體相繼侵位構(gòu)成“體中體”，而成礦巖體則多數(shù)為其中較晚期、較小規(guī)模的巖體，其演化到晚期在小巖株中富集稀有金屬元素，形成稀有金屬礦床。

3.3 稀有金屬成礦作用

湘東北地區(qū)以NE向長(zhǎng)沙—平江斷裂和新寧—灰湯斷裂為主(圖1)，受NE向區(qū)域大斷裂走滑作用影響，在周邊發(fā)育一系列次級(jí)NW向斷裂，造成冷家溪群板巖破碎，層間裂隙發(fā)育。幕阜山巖體在154 Ma左右?guī)r漿開(kāi)始侵位上升，受斷裂控制分布于長(zhǎng)沙—平江斷裂和新寧—灰湯斷裂之間。在幕阜山花崗巖主巖體形成后，富稀有金屬元素的花崗質(zhì)巖漿沿裂隙充填結(jié)晶，偉晶巖中稀有金屬元素通過(guò)巖漿結(jié)晶分異作用逐漸富集[51-52]。巖漿侵位上升過(guò)程中，揮發(fā)分與稀有金屬元素絡(luò)合物快速遷移至巖體頂部富集，隨著溫度下降，巖漿不混溶作用導(dǎo)致Na、Li與K分離[53]，最終形成富鈮鉭和鋰的稀有金屬礦床。如仁里和傳梓源礦床偉晶巖脈總體走向?yàn)镹W向，偉晶巖脈沿層理張裂隙產(chǎn)出，接觸面平整，表明偉晶巖形成于伸展構(gòu)造環(huán)境。造山之后，相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境和利于巖漿結(jié)晶分異的時(shí)空條件，有利于形成超大型礦床[54-55]。

幕阜山巖體經(jīng)歷了巖體侵位隆升后，區(qū)域構(gòu)造作用強(qiáng)烈，巖體遭受剝蝕。南方多雨濕潤(rùn)的氣候條件加速了幕阜山花崗巖的風(fēng)化剝蝕速度。風(fēng)化剝蝕后的獨(dú)居石、鈮鉭礦等重礦物隨雨水匯入河流并被搬運(yùn)，最終在河流下游低洼區(qū)域沉淀，形成規(guī)模巨大的獨(dú)居石砂礦床或鈮鉭礦砂礦床。

4 結(jié)論

(1)幕阜山地區(qū)偉晶巖分布在花崗巖張裂隙及地層裂隙中，空間上具有含礦分帶性，形成了以鈹、鈮鉭、鋰為主的偉晶巖型稀有金屬礦集區(qū)。偉晶巖成礦年齡為130～127 Ma，與二云母二長(zhǎng)花崗巖成巖年齡(137～129 Ma)相近。從花崗閃長(zhǎng)巖演化至二云母二長(zhǎng)花崗巖，稀有金屬元素含量達(dá)到最高，表明二云母二長(zhǎng)花崗巖與偉晶巖成礦密切相關(guān)。

(2)幕阜山地區(qū)偉晶巖形成于伸展構(gòu)造環(huán)境。偉晶巖成礦作用受成礦流體溫度影響，由巖體向外圍成礦流體溫度逐漸降低，形成了“巖體內(nèi)偉晶巖型鈹?shù)V帶—距巖體0～3 km偉晶巖型鈮鉭礦帶—距巖體3～5 km偉晶巖型鋰鈮鉭礦帶—距巖體5～10 km石英脈型鈹?shù)V帶”的環(huán)狀分布格局。