阮林森，劉忠，周皓宇，陳海峰

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊(duì)，安徽六安 237010)

0 引言

碳酸鹽類(lèi)巖石是自然界常見(jiàn)巖石，有沉積、熱液、巖漿流體三種成因，其中的巖漿流體成因又被稱(chēng)為碳酸巖（造山帶），具有指示地幔流體的性質(zhì)、地幔交代作用、殼幔相互作用以及碳酸巖在成巖、成礦等方面的特殊性與重要性[1]。碳酸巖一般與堿性巖（如正長(zhǎng)巖、霞石正長(zhǎng)巖和霞石巖等）共同構(gòu)成碳酸巖–堿性（環(huán)狀）雜巖體，中國(guó)秦嶺造山帶就有多處碳酸巖出露，如小秦嶺的黃龍埔[2]和華陽(yáng)川，南秦嶺的殺熊洞和廟埡[3]，東秦嶺的河南黃水庵[4]等。

2021 年313 地質(zhì)隊(duì)在野外踏勘中發(fā)現(xiàn)安徽金寨響洪甸堿性雜巖體中有呈數(shù)10 條脈狀產(chǎn)出的富含石英的碳酸鹽脈。其是否為火成碳酸巖？本文從其地質(zhì)特征、稀土微量元素地球化學(xué)方面對(duì)其成因進(jìn)行初步探討。

1 地質(zhì)背景

響洪甸堿性雜巖體出露面積約為48 km2，呈北北西向展布于大別造山帶的東北緣及郯廬斷裂帶西側(cè)。雜巖體包括堿性火山巖與堿性侵入巖，侵位于上元古界青白口系佛子嶺群的片巖中[5]。巖體形態(tài)明顯受金寨斷裂控制，呈北西向帶狀分布。侵入巖和火山巖的成分及成因類(lèi)型類(lèi)似，具有明顯的同源演化特征[6]。周邊已發(fā)現(xiàn)的礦床點(diǎn)有：汞洞沖鉛鋅礦（中型）、同興寺鉬礦、響洪甸鈾礦、東沖鈾礦、竹園莊鉛鋅礦點(diǎn)等。

響洪甸堿性侵入巖體位于響洪甸堿性雜巖體的中部（圖1），出露面積約為9.1 km2。侵入體一般呈巖株、巖枝狀產(chǎn)出，最大約為3 km2，最小僅為0.1 km2。巖體主要呈北西向帶狀分布，與佛子嶺群變質(zhì)巖及響洪甸組火山巖呈侵入接觸。巖體主要呈北西向分布，明顯受北西向斷裂控制[7]。堿性侵入巖體主要由霓輝正長(zhǎng)巖、霞石正長(zhǎng)巖和（假）白榴石正長(zhǎng)巖三個(gè)不同巖相組成[8]。

圖1 響洪甸堿性雜巖體地質(zhì)圖Figure 1. Geological map of the Xianghongdian alkaline complex

2 碳酸鹽脈的產(chǎn)出狀況

碳酸鹽呈脈狀產(chǎn)出在霞石正長(zhǎng)巖中，南東為霓輝正長(zhǎng)巖，在50 m 露頭范圍內(nèi)有11 條脈體。主脈體走向?yàn)楸北蔽飨?，傾角較陡，厚為1～3.5 m，被后期同向斷層切割；其他脈體總體走向?yàn)楸北蔽飨?，脈厚為10～25 cm，傾角為70°～85°，局部脈體傾角為40°～50°，脈體有分支復(fù)合現(xiàn)象。脈體與圍巖接觸界線清晰，未見(jiàn)明顯蝕變現(xiàn)象。北部緩傾斜脈體中軟-硬錳礦較多。主脈體礦物以粗粒碎裂結(jié)構(gòu)為主，無(wú)定向構(gòu)造，其他脈體礦物呈細(xì)粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)。主要礦物為碳酸鹽，次為石英，少量鉀長(zhǎng)石，偶見(jiàn)磷灰石。金屬礦物主要為軟-硬錳礦、磁鐵礦。主脈體碳酸鹽顆粒較粗，顆粒多見(jiàn)波狀消光（圖2），局部破碎充填于裂隙分布；石英顆粒大小不等，見(jiàn)交代碳酸鹽現(xiàn)象，有的呈長(zhǎng)粒狀分布于碳酸鹽脈中，有的粒徑較細(xì)小，多呈碎粉充填于裂隙中；鉀長(zhǎng)石呈他形粒狀，僅見(jiàn)分布于石英、碳酸鹽混合脈中，呈交代殘余；磁鐵礦呈自形粒狀，已被赤鐵礦交代呈假象；赤鐵礦呈顯微粒狀交代磁鐵礦呈其假象；軟-硬錳礦呈毛發(fā)、束狀分布。

圖2 響洪甸碳酸鹽脈鏡下礦物特征Figure 2. Micrographic features of minerals of the Xianghongdian carbonate veins

3 巖石化學(xué)成分特征

共采集4 件碳酸鹽脈樣品，1 件霓輝正長(zhǎng)巖樣品。主量元素分析由安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室完成（化學(xué)分析），薄片制備和巖相學(xué)研究、稀土元素分析由安徽地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所（國(guó)土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心）完成（ICP-MS），微量元素分析由澳實(shí)分析檢測(cè)（廣州）有限公司完成（ME-MS81）。

3.1 主量元素

2 件樣品主量元素分析結(jié)果如下：SiO2含量為5.95%～29.44%，CaO 含量為33.98%～50.51%，MnO含量為2.8%～3.10%，TiO2含量為0.03%～0.1%，K2O和Na2O 含量分別為0.24%～0.65%和0.25%～0.37%。CaO/ (CaO+MgO+FeO+Fe2O3+MnO)的值為91%～94%, 按照Samoilov[9]統(tǒng)計(jì)的碳酸巖主要元素范圍，其與方解石碳酸巖類(lèi)一致。與世界鈣質(zhì)碳酸巖平均值相比，響洪甸碳酸鹽脈富SiO2、Na2O 和MnO，貧MgO和P2O5，其他成分大致相當(dāng)(表1）。

3.2 稀土元素

稀土總量（不含Y）變化較大，碳酸鹽脈稀土總量介于圍巖霞石正長(zhǎng)巖和霓輝正長(zhǎng)巖之間，含量為33.5×10-6～192.51×10-6（表2）。其中，輕稀土LRRE含量為 22.18×10-6～171.91×10-6，重稀土 HRRE 含量為8.21×10-6～20.6×10-6，LRRE/HRRE 為1.96～8.35，(La/Yb)N為2.37～10.98，與圍巖、全球碳酸巖及國(guó)內(nèi)其他地區(qū)堿性雜巖體共生的碳酸巖（如陜西黃龍鋪、湖北廟埡、川西木洛[10]等）配分模式類(lèi)似，均為L(zhǎng)REE 富集型（圖3），輕重稀土分餾程度較圍巖和其他地區(qū)碳酸巖要弱；(La/Sm)N為2.67～7.01，輕稀土分餾與圍巖和其他地區(qū)碳酸巖類(lèi)似；(Gd/Yb)N為0.98～1.35，重稀土分餾程度與圍巖及東秦嶺黃龍鋪碳酸巖更為接近；δEu 值為0.73～0.85，與其他地區(qū)碳酸巖類(lèi)似具有負(fù)異常；δCe值為0.76～0.93，為Ce中等-弱負(fù)異常，與其他地區(qū)碳酸巖Ce 正異?；驘o(wú)異常有差別，可能是因?yàn)槌雎兜乇硎茱L(fēng)化作用影響。

圖3 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（標(biāo)準(zhǔn)化據(jù)Boynton，1984）Figure 3. Chondrite-normalized spider diagram of REEs(after Boynton,1984）

表2 響洪甸及其他地區(qū)碳酸巖、堿性巖稀土元素含量(10-6)Table 2. Contents of rare earth elements in carbonatites and alkaline rocks in Xianghongdian and other areas (10-6)

響洪甸碳酸鹽脈與華北板塊北緣中部河北（豐寧）無(wú)堿性雜巖體共生的永利碳酸巖[11]相比，無(wú)論是稀土總量配分還是輕重稀土分餾程度均有明顯區(qū)別。與沉積碳酸鹽相比，響洪甸碳酸鹽脈具有稀土含量高、輕稀土更為富集的特征，且無(wú)沉積碳酸鹽明顯Eu虧損。Eu/Sm 值為0.24～0.36，與全球碳酸巖平均值0.3相當(dāng)，比沉積碳酸鹽0.15要高[12]。

3.3 微量元素

碳酸鹽脈中微量元素與圍巖相比，Ba、Rb、Th、K、Zr、Hf 含量均較低。從微量元素蛛網(wǎng)圖（圖4）可以看出，圍巖正長(zhǎng)巖相對(duì)強(qiáng)烈富集Th、Zr、Hf，響洪甸碳酸鹽脈則相對(duì)虧損。與其他地區(qū)碳酸巖相比，響洪甸碳酸鹽脈微量元素與川西木洛碳酸巖、陜西黃龍鋪碳酸巖類(lèi)似，相對(duì)富集大離子親石元素Sr、K、LREE，強(qiáng)烈虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti、Zr、P。而與湖北廟埡、世界碳酸巖微量元素相對(duì)強(qiáng)烈富集Th、Nb有所不同；與河北永利碳酸巖微量元素特征差異明顯。

圖4 微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（標(biāo)準(zhǔn)化據(jù)McDonough等，1992）Figure 4. Primitive mantle-normalized spider diagram of trace elements (after McDonough et al.，1992）

4 響洪甸碳酸鹽脈成因

（1）響洪甸碳酸鹽脈呈脈狀，與堿性正長(zhǎng)巖空間上密切共生，稀土元素含量明顯高于中國(guó)東部（22.58×10-6）[13]和世界沉積碳酸鹽，Eu 異常也遠(yuǎn)低于沉積碳酸鹽，Eu/Sm 值為0.24~0.36 也高于沉積碳酸鹽。響洪甸一帶并無(wú)富鈣質(zhì)的碳酸鹽地層，因此不大可能是沉積成因或熱液接觸交代成因。

（2）響洪甸碳酸鹽脈與圍巖霞石正長(zhǎng)巖和霓輝正長(zhǎng)巖有類(lèi)似的稀土元素含量、稀土分配模式，均為輕稀土富集型，(La/Sm)N、(Gd/Yb)N具有類(lèi)似的特征，均具有Eu 和Ce 負(fù)異常，尤其與霓輝正長(zhǎng)巖幾乎有一致的稀土特征，因此響洪甸碳酸鹽脈物質(zhì)來(lái)源與圍巖堿性巖體具有同源性。Bau 等在對(duì)德國(guó)Tannenboden 礦床和Beihilfe礦床中螢石和碳酸鹽的REE地球化學(xué)過(guò)程進(jìn)行研究后指出，同源脈石礦物的Y/Ho-La/Ho 大體呈水平分布[14]。對(duì)響洪甸碳酸鹽脈和堿性巖體進(jìn)行Y/Ho-La/Ho投圖判別（圖5），可以看出Y/Ho-La/Ho大體呈水平分布，因此進(jìn)一步確定響洪甸碳酸鹽脈與圍巖堿性侵入巖具有同源性。前人研究認(rèn)為響洪甸堿性巖體形成于早白堊世后碰撞的伸展環(huán)境[7]，巖漿來(lái)源于地幔物質(zhì)部分熔融，同時(shí)受到地殼物質(zhì)的混染。因此，響洪甸碳酸鹽脈很可能具有幔源來(lái)源。

圖5 碳酸巖和堿性巖Y/Ho-La/Ho圖解（據(jù)Bau M，1995）Figure 5. Y/Ho-La/Ho diagram of carbonatite and alkaline rock (after Bau M，1995）

（3）響洪甸碳酸鹽脈具有與其他地區(qū)巖漿碳酸巖類(lèi)似的稀土特征，重稀土分餾程度與東秦嶺黃龍鋪碳酸巖更為接近，與湖北廟埡碳酸巖和川西木洛碳酸巖類(lèi)似。Moller等[15]根據(jù)不同成因碳酸鹽的稀土元素研究發(fā)現(xiàn)，碳酸巖、熱液碳酸鹽（方解石）和灰?guī)r中Yb/Ca和Yb/La 比值有明顯區(qū)別，因此用Yb/Ca-Yb/La 圖來(lái)判斷碳酸巖和碳酸鹽成因的形成和演化（圖6）。從圖6可以看出，響洪甸碳酸鹽主脈體落入巖漿成因，次要脈體落入巖漿成因和熱液成因之間，均遠(yuǎn)離沉積區(qū)。因此，初步判斷響洪甸碳酸鹽脈以巖漿成因?yàn)橹?，后期可能有熱液改造?/p>

圖6 碳酸鹽或方解石成因Yb/Ca-Yb/La圖解（據(jù)Moller等，1980）Figure 6. Yb/Ca-Yb/La diagram for the genesis of carbonate or calcite (after Moller et al., 1980）

（4）世界碳酸巖公認(rèn)的來(lái)源有三種：①直接來(lái)源于富CO2巖石圈或軟流圈地幔橄欖巖的低程度部分熔融；②富CO2的堿性硅酸鹽巖漿的不混溶作用；③富CO2的硅酸鹽巖漿強(qiáng)烈的結(jié)晶分異作用[16]。碳酸巖的形成可能經(jīng)歷了從巖漿結(jié)晶至熔體流體相的分離至富堿金屬流體相的交代作用（圍巖蝕變）等各個(gè)階段[17]。響洪甸堿性侵入巖是富集地幔部分熔融的產(chǎn)物，碳酸巖與其具有同源性?？紤]到響洪甸碳酸鹽脈具有方解石交代鉀長(zhǎng)石、石英交代方解石的特征，筆者認(rèn)為響洪甸碳酸鹽脈可能來(lái)源于地幔源的部分熔融作用，后期有殘余熔體分異出的以CO2為主要成分的揮發(fā)分加入到巖漿熱液中疊加交代圍巖形成。

5 結(jié)論與討論

（1）響洪甸堿性侵入巖中的碳酸鹽脈與霞石正長(zhǎng)巖和霓輝正長(zhǎng)巖密切共生，富SiO2、Na2O，稀土含量明顯高于殼源的沉積成因碳酸鹽；與圍巖霞石正長(zhǎng)巖和霓輝正長(zhǎng)巖有類(lèi)似的稀土元素含量、稀土分配模式，二者具有同源性；稀土元素和微量元素具有巖漿碳酸巖特征。初步判斷響洪甸碳酸鹽脈可能以巖漿成因?yàn)橹?，?lái)源于交代地幔源的直接部分熔融作用，后期可有殘余巖漿熱液疊加改造。

（2）碳酸巖的成因目前是全球研究的熱點(diǎn)，它被認(rèn)為是揭示地幔地球化學(xué)的“探針巖石”。東秦嶺和南秦嶺一帶均發(fā)現(xiàn)了與堿性雜巖體內(nèi)碳酸巖有關(guān)的鉬（鉛）、稀有和內(nèi)生稀土礦床。安徽大別山區(qū)目前還未有與堿性雜巖體有關(guān)的碳酸巖相關(guān)報(bào)道，響洪甸的碳酸鹽脈具有巖漿碳酸巖特征，進(jìn)一步的成因研究還需要年代學(xué)和流體包裹體、同位素學(xué)等測(cè)試分析佐證。

（3）霓長(zhǎng)巖化的正長(zhǎng)巖一般分布在碳酸巖體和堿性巖體與圍巖的接觸帶，形成一套含有霓石、鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、鈉輝石、鈉閃石、金云母等礦物為主的霓長(zhǎng)巖化帶或霓長(zhǎng)巖，與碳酸巖漿活動(dòng)密切相聯(lián)，可以作為指示碳酸巖漿作用的可靠標(biāo)志，是原地堿質(zhì)交代作用所形成的堿質(zhì)交代蝕變巖[18]。響洪甸碳酸鹽脈與霓輝正長(zhǎng)巖共存，干河沖單元呈巖株或巖枝狀產(chǎn)出的霓輝正長(zhǎng)巖是否為高級(jí)霓長(zhǎng)巖化作用結(jié)果？是否與碳酸巖有關(guān)？有必要進(jìn)一步深入研究二者之間的成因聯(lián)系，以進(jìn)一步鑒別確定響洪甸碳酸鹽脈的成因、性質(zhì)和物源。