黃 迪， 黃旭棟， 章榮清， 陸建軍， 吳勁薇， 黃 玉

(1. 內生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室， 江蘇南京210023；2. 南京大學地球科學與工程學院， 江蘇南京210023)

0 引 言

江南造山帶是華南乃至世界重要鎢錫成礦帶之一，由揚子地塊和華夏地塊在新元古代碰撞拼貼而成(圖1a)(王孝磊等，2017)，先后經(jīng)歷了新元古代、早古生代、早中生代、侏羅紀和白堊紀等多期構造-巖漿活動(舒良樹，2012；Li et al., 2016)，發(fā)育大量多時代花崗巖和鎢錫多金屬礦床，絕大多數(shù)鎢錫礦床在時空上與花崗巖密切相關(張迪等，2015；陳文迪等，2016；Xiang et al., 2018；Song et al., 2019；Xie et al., 2019；Zhang et al., 2019)。

九嶺巖體位于江南造山帶西段(圖1a)，出露面積>4 000 km2，是華南最大的花崗質巖基之一，主要由新元古代(約占90%)和晚中生代(約占10%)花崗巖組成(圖1b)。九嶺復式花崗巖基中發(fā)現(xiàn)的大湖塘鎢礦是全球最大的鎢礦之一，在成因上與晚中生代花崗巖密切相關(Song et al., 2018)，在九嶺西緣新發(fā)現(xiàn)的花山洞鎢礦(圖1b)很可能與新元古代花崗巖有成因聯(lián)系。劉進先等(2015)報道花山洞鎢礦的輝鉬礦Re-Os年齡為(805±5)Ma，羅剛等(2016)獲得的花山洞花崗巖的鋯石U-Pb年齡為(807±8)Ma，成巖成礦年齡一致。

圖1 九嶺地區(qū)地質簡圖(a、b)及花山洞礦區(qū)平面地質圖(c)(圖a、b據(jù)Zhao et al.，2013修改；圖c據(jù)江西省地質工程(集團)公司,2018)Fig. 1 Geological sketch of Jiuling area (a, b) andplanar geological map of Huashandong mining area (c)(figures a, b modified from Zhao et al., 2013; figure c after Jiangxi Geological Engineering (Group) Company, 2018)

前人的研究表明，九嶺新元古代花崗巖形成于830～800 Ma，為典型的S型花崗巖，由不同批次的花崗質巖漿累積侵位相互混合而成(Zhao et al., 2013；王迪，2017；Xin et al., 2017；Rong et al., 2018；段政等，2019；張智博等，2019)。花山洞花崗巖的形成年代與九嶺花崗巖一致，但在大面積出露的九嶺花崗巖中目前并沒有發(fā)現(xiàn)新元古代鎢礦，具體原因有待研究。

通過花山洞與九嶺花崗巖的對比分析，包括巖相學觀察、掃描電鏡能譜分析和巖石地球化學研究，揭示兩者巖漿分異演化程度的不同并探討其鎢成礦潛力的差異。

1 地質背景

1.1 區(qū)域地質

九嶺地區(qū)位于江西西北部，區(qū)內出露的早新元古代地層(圖1b)為雙橋山群，厚度巨大(>4 km)，主要由淺變質泥砂質沉積巖夾少量火山碎屑巖組成，自下而上可分為橫涌組、計林組、安樂林組和修水組(王迪，2017；段政等，2019)。這些地層普遍具緊閉褶皺，構成下伏基底，上覆蓋層為寬緩褶皺的晚新元古代地層，兩者以區(qū)域性角度不整合為界(周金城等，2014；王孝磊等，2017)。九嶺新元古代花崗巖侵入雙橋山群安樂林組和修水組中，大致呈近東西—北東東向展布(圖1b)，巖性主要為黑云母花崗閃長巖，其中常見暗色包體，并可見典型的過鋁質礦物堇青石和石榴子石(Rong et al., 2017；孫克克等，2017)。

1.2 礦床地質

花山洞鎢礦位于修水縣城西南方向25 km處，為新近發(fā)現(xiàn)的一新元古代中型鎢礦。礦區(qū)出露地層為雙橋山群安樂林組第四段和第五段(圖1c)，第四段巖性主要為變質砂巖、粉砂巖夾板巖，第五段巖性主要為板巖夾變質砂巖、粉砂巖。礦區(qū)內未見巖漿巖出露，但經(jīng)鉆孔揭露，在距地表560 m以下存在隱伏巖體(圖2a、b)，其形態(tài)大致呈北東向突起，巖性為細粒花崗閃長巖(劉進先等，2015)。

圖2 花山洞鎢礦303線(a)、300線(b)和204線(c)地質剖面圖(據(jù)江西省地質工程(集團)公司，2018；勘探線位置見圖1c)Fig. 2 Geological profiles of lines 303 (a), 300 (b) and 204 (c) of the Huashandong tungsten mine(after Jiangxi Geological Engineering (Group) Company, 2018; location of the exploration lines seen in figure 1)

花山洞鎢礦存在4種成礦類型，在空間上從巖體接觸帶向外依次為蝕變花崗巖型、外接觸帶云英巖型、熱液角礫巖型和石英脈型(圖1c、圖2)：① 蝕變花崗巖型以巖體內接觸帶中的浸染狀白鎢礦為特征，蝕變類型包括云英巖化、絹云母化和綠泥石化等；② 外接觸帶云英巖型以地層中強烈的云英巖化和電氣石化為特征，也存在綠泥石化和碳酸鹽化，白鎢礦呈浸染狀產(chǎn)出；③ 礦區(qū)自東向西依次發(fā)育Ⅰ號、Ⅱ號、Ⅲ號3個熱液角礫巖筒(圖1c、圖2)，角礫成分即為云英巖化、電氣石化地層，膠結物為石英，角礫和膠結物中均有白鎢礦產(chǎn)出，少量黑鎢礦出現(xiàn)于膠結物中；④ 石英脈主要分布于Ⅱ號角礫巖筒西側(圖2c)和礦區(qū)東部(圖1c)，脈壁可見云英巖化，礦石礦物主要為白鎢礦，其次為黑鎢礦。

2 樣品采集和分析方法

共采集了10件花崗巖樣品，包括九嶺4件、花山洞6件。其中,2件九嶺花崗巖樣品(DHT22、DHT23)采自大湖塘礦區(qū)附近下山路上的地表露頭，2件(HSD14、HSD27)采自靠近花山洞鎢礦的漫江地區(qū)；花山洞花崗巖樣品全部采自鉆孔(ZK12-32、ZK12-40、ZK16-3-17、ZK16-3-18、ZK16-3-19、ZK20-2)巖芯(圖1c、圖2)。

(1)礦物掃描電鏡能譜分析。掃描電鏡型號為Carl Zeiss Supra 55，能譜儀型號為Oxford Aztec X-Max 150。分析條件：加速電壓15 kV，束流20 nA，工作距離8.0～8.5 mm。

(2)全巖主量元素分析。成分分析使用帕納科AxiosmAXXRF儀，處理流程：① 將粒徑0.076 mm(200目)的粉末樣品烘干后置于馬弗爐中高溫加熱，待樣品冷卻至400 ℃時轉移至干燥皿中，待冷卻至室溫后稱量并計算燒失量；② 分別稱取6.000 0 g助熔劑和0.600 0 g烘干樣品，混勻后倒入鉑金坩堝，置于熔樣爐中1 100 ℃熔融，待其冷卻制成玻璃片以備測試。樣品分析的精密度和準確度滿足《硅酸鹽巖石化學分析方法 第28部分：16個主次成分量測定》(GB/T 14506.28—2010)的要求。

(3)微量元素分析。使用Agilent 7700x ICP-MS儀測定成分。處理流程：稱取40 mg粉末樣品置于聚四氟乙烯溶樣罐中，加入0.5 mL濃硝酸與1.0 mL氫氟酸，將溶樣罐用鋼套密封后放入195 ℃烘箱內加熱72 h，待樣品被徹底消解后加入稀釋劑以備測試。采用美國地質調查局(USGS)標準物質BHVO-2、AGV-2、W-2、GSP-2為質控盲樣，分析結果與德國馬普學會地質與環(huán)境標物數(shù)據(jù)庫(GeoReM)進行比對，固體含量為10～50 g/t的微量元素分析誤差在±10%以內，固體含量>50 g/t的微量元素分析誤差在±5%以內。

3 結 果

3.1 巖相學

3.1.1 九嶺花崗巖 呈灰白色，暗色礦物較多，具中粗粒結構(圖3a、b)。造巖礦物主要為中-更長石(35%～55%)、石英(25%～35%)、鉀長石(10%～20%)和黑云母(5%～15%)(圖4a)。副礦物包括鋯石、磷灰石、榍石、石榴子石(圖4b)、堇青石(圖4c)和鈦鐵氧化物等。斜長石可見絹云母化，黑云母較新鮮，部分發(fā)生綠泥石化(圖4a)。值得注意的是，部分樣品(DHT22、DHT23)中存在許多聚合狀黑云母團塊，其中偶見石榴子石(圖4b)。

3.1.2 花山洞花崗巖 呈淺灰白色，暗色礦物較少，具細粒結構(圖3c、d)。造巖礦物主要為鈉長石(40%～60%)、石英(30%～40%)、鉀長石(5%～10%)、黑云母(3%～5%，已蝕變?yōu)榫G泥石)和白云母(3%～5%)(圖4d、e)。副礦物包括鋯石、氟磷灰石、富F榍石、含W金紅石和硫化物等(圖4f，礦物成分據(jù)掃描電鏡能譜分析結果)?；ㄉ蕉椿◢弾r普遍經(jīng)歷了熱液蝕變，包括云英巖化、絹云母化和綠泥石化等，盡量選擇蝕變程度較弱的樣品用于全巖地球化學分析。

圖3 九嶺花崗巖(a、b)和花山洞花崗巖(c、d)標本Fig. 3 Photographs of the hand specimens of the Jiuling granite (a，b) and the Huashandong granite (c，d)

圖4 九嶺花崗巖和花山洞花崗巖巖相學顯微照片(a) 九嶺花崗巖(正交偏光)，主要由中-更長石、石英、鉀長石和黑云母組成；(b) 九嶺花崗巖中的聚合狀黑云母團塊(單偏光)，其中可見石榴子石；(c) 九嶺花崗巖中的堇青石(正交偏光)；(d)、(e) 花山洞花崗巖(正交偏光)，主要由鈉長石、石英、鉀長石、黑云母(已綠泥石化) 和白云母組成；(f) 花山洞花崗巖中的富F榍石、含W金紅石和磁黃鐵礦(掃描電鏡能譜分析結果)，BSE圖像Ap-磷灰石；Bt-黑云母；Chl-綠泥石；Crd-堇青石；Grt-石榴子石；Kfs-鉀長石；Ms-白云母；Pl-斜長石；Po-磁黃鐵礦；Qz-石英；Rt-金紅石；Ttn-榍石Fig. 4 Lithographic micrographs of the Jiuling granite and the Huashandong granite(a) Jiuling granite (orthogonal polarization), mainly composed of andesine-oligoclase, quartz, potash feldspar and biotite; (b) Polymeric biotite masses in the Jiuling granite (single polarization), in which garnet is visible; (c) Cordierite from the Jiuling granite (orthogonal polarization); (d) and (e) Huashandong granite (orthogonal polarization), mainly composed of albite, quartz, potash feldspar, biotite (chlorinated) and muscovite; (f) F-rich titanite, W-bearing rutile and pyrrhotite in the Huashandong granite (according to SEM energy spectrum analysis), BSE image

3.2 斜長石牌號

對九嶺、花山洞花崗巖樣品(各3件)中的斜長石進行掃描電鏡能譜分析，結果(圖5)顯示：① 九嶺花崗巖中的斜長石具有中-更長石成分(An12—An47)，從核部到邊部，斜長石牌號逐漸降低，核部為中長石(An27—An47)，邊部為更長石(An12—An29)；② 花山洞花崗巖中的斜長石主要為鈉長石，不存在明顯的成分分帶，其中ZK16-3-17和ZK16-3-18孔的斜長石牌號絕大多數(shù)<5，ZK20-2孔的斜長石牌號相對較高，大多數(shù)<10，最高為17。

圖5 九嶺花崗巖和花山洞花崗巖斜長石牌號Fig. 5 Mass fraction of An in the Jiuling and Huashandong granites

3.3 全巖主微量元素

九嶺和花山洞花崗巖的主微量元素分析結果(表1)顯示，相對于九嶺花崗巖，花山洞花崗巖中質量分數(shù)較高的為SiO2(分別為65.45%～68.44%、68.37%～71.11%)和Na2O(分別為1.88%～3.31%、3.29%～5.30%)，質量分數(shù)較低的為Al2O3(分別為14.97%～17.34%、14.02%～15.60%)、FeOT(分別為3.41%～5.30%、2.70%～3.76%)、MgO(分別為1.77%～1.94%、1.01%～1.23%)和TiO2(分別為0.48%～0.76%、0.35%～0.61%)(圖6)。TAS分類圖解(圖7a)顯示，二者均落于花崗閃長巖區(qū)域，屬于強過鋁質花崗巖，九嶺花崗巖比花山洞花崗巖具有更高的鋁飽和指數(shù)(ACNK值分別為1.23～1.57、1.08～1.23)(圖7b)。

圖6 九嶺花崗巖和花山洞花崗巖主量元素哈克圖解Fig. 6 Haker diagram of major elements in the Jiuling and Huashandong granites

微量元素蛛網(wǎng)圖(圖8a)顯示，九嶺和花山洞花崗巖均表現(xiàn)出明顯的Ba、Nb、Ta、Sr、P、Ti虧損。相對于九嶺花崗巖，花山洞花崗巖具有更低的Zr+Nb+Ce+Y含量(分別為268～576、187～269 g/t)和Th/U比值(分別為5.06～6.73、3.55～4.47)(圖9a、表1)。在稀土元素配分圖(圖8b)上，兩者呈現(xiàn)輕稀土相對富集、重稀土相對虧損的特征，花山洞花崗巖比九嶺花崗巖具有更低的稀土元素含量和更弱的Eu負異常(ZK20-2孔的Eu負異常明顯)(圖9b)。

圖8 九嶺花崗巖和花山洞花崗巖微量元素蛛網(wǎng)圖(a)和稀土元素配分圖(b)(原始地幔標準值據(jù)Sun et al., 1989;球粒隕石標準值據(jù)Boynton，1984)Fig. 8 Spider web of trace elements (a) and distribution diagram of rare earth elements (b) in the Jiuling and Huashandong granites(primitive mantle standard value after Sun et al., 1989; chondrite standard value after Boynton, 1984)

圖9 九嶺花崗巖和花山洞花崗巖Th/U-(Zr+Nb+Ce+Y)圖解(a)、δEu-ΣREE圖解(b)Fig. 9 Th/U-(Zr+Nb+Ce+Y) diagram (a) and δEu-ΣREE diagram (b) in the Jiuling and Huashandong granites

九嶺和花山洞花崗巖的稀土含量ΣREE分別為142～250、95.3～121 g/t。含聚合狀黑云母團塊的2件九嶺花崗巖樣品(DHT22、DHT23)比其他樣品具明顯更高的Zr+Nb+Ce+Y和ΣREE含量(表1)。

4 討 論

4.1 巖漿分異演化程度

相對于九嶺花崗巖，花山洞花崗巖的暗色礦物含量明顯更低，斜長石牌號明顯更小，SiO2、Na2O含量更高，F(xiàn)eOT、MgO、TiO2含量更低，Zr+Nb+Ce+Y和ΣREE含量以及Th/U比值更低。以上特征都表明，花山洞花崗巖比九嶺花崗巖具有更高的巖漿分異演化程度，經(jīng)歷了更強烈的鎂鐵質礦物、斜長石和鋯石等副礦物的分離結晶作用。

通常情況下，花崗巖的ACNK值隨著巖漿分異演化程度的加強而增大(蔡楊，2013)，然而，相對于花山洞花崗巖，分異演化程度更低的九嶺花崗巖卻具有明顯更大的ACNK值(圖7b),這是由于九嶺花崗巖中存在一定量的強過鋁質礦物堇青石和石榴子石(ACNK值無窮大)(Zen，1988)。另外，部分九嶺花崗巖樣品中可見許多聚合狀黑云母團塊，偶見石榴子石(圖4b)。Rong等(2017)研究表明，九嶺花崗巖中的黑云母團塊是由來自源區(qū)的轉熔石榴子石在巖漿結晶晚期通過與含水熔體進行逆反應而成。黑云母團塊的存在說明花崗巖中含有較多的源區(qū)殘留物質，如難熔的副礦物等。因此，含黑云母團塊的2件九嶺花崗巖樣品具有很高的Zr+Nb+Ce+Y和ΣREE含量(表1)。同時，源區(qū)殘留物質較多也說明九嶺花崗巖的巖漿分異演化程度較低(Chappell et al., 1987)。

表1 九嶺和花山洞花崗巖主量元素和微量元素分析結果Table 1 Analysis results of major elements and trace elements of the Jiuling and Huashandong granites

表1(續(xù))

圖7 九嶺花崗巖和花山洞花崗巖TAS分類圖解(a)和ANK-ACNK圖解(b)(圖a底圖據(jù)Middlemost，1994)Fig. 7 TAS classification diagram (a) and ANK-ACNK diagram (b) in the Jiuling and Huashandong granites(base graph of figure a after Middlemost, 1994)

4.2 鎢成礦潛力的差異

花山洞花崗巖含有氟磷灰石和富F榍石，九嶺花崗巖中的磷灰石和榍石并不富含F(xiàn)，表明花山洞花崗巖由相對富F的花崗質巖漿形成。F的存在可以顯著降低硅酸鹽熔體的黏度和最低液相線溫度(Manning, 1981)，從而延長巖漿分異演化的過程，促進殘余熔體中W的富集(Audétat et al., 2000)，有利于鎢礦的形成。大多數(shù)鎢礦與富F花崗巖有關(Wang et al., 2021)。此外，不同于九嶺花崗巖，花山洞花崗巖中還存在含W金紅石(圖4f)。這些礦物學特征都指示花山洞花崗巖更容易形成鎢礦。

雖然黑鎢礦和白鎢礦可在巖漿階段結晶(Che et al., 2013；Wang et al., 2020)，但絕大多數(shù)鎢礦形成于熱液階段，與矽卡巖化、云英巖化和絹云母化等熱液蝕變密切相關，說明巖漿-熱液流體對W的富集和遷移發(fā)揮著重要作用(Hulsbosch et al., 2016；Wang et al., 2020)?；ㄉ蕉椿◢弾r普遍經(jīng)歷了云英巖化、絹云母化和綠泥石化等蝕變，蝕變程度明顯強于九嶺花崗巖，說明相對于九嶺花崗巖，花山洞花崗巖巖漿的含水量明顯更高，巖漿-熱液流體的活動更加強烈，鎢成礦潛力更大。

5 結 論

(1)與九嶺花崗巖相比，花山洞花崗巖暗色礦物更少，斜長石牌號更小，SiO2、Na2O含量更高，F(xiàn)eOT、MgO、TiO2含量更低，Zr+Nb+Ce+Y和ΣREE含量以及Th/U比值更低，表明其巖漿分異演化程度更高。

(2)分異演化程度更高的花山洞花崗巖含有氟磷灰石、富F榍石和含W金紅石，經(jīng)歷了更強烈的熱液蝕變，顯示出比九嶺花崗巖更大的鎢成礦潛力。