南岭岩浆岩的成矿专属性

南岭岩浆岩的成矿专属性

岩浆岩的专业研究已经经历了半个多世纪（文光和文荣，1973；张安迪和徐德焕，1980；文光，1981年；王庆喜，1987；吕伯西等，1993）。随着地质和资料的积累，关于岩浆岩的性质的讨论不仅成为了以往的“结论”，也成为了固定不变的“真理”。相反，他们为违反“属性”的现象带来了许多新的理解、新的观点和问题。如新疆阿尔泰、西藏冈底斯和南岭都有大面积花岗岩出露,成矿特点却截然不同,阿尔泰以伟晶岩型稀有金属著名,冈底斯以斑岩铜矿为主,南岭则以石英脉型钨矿等为特点。这是什么原因呢?南岭地区矿产资源十分丰富(本文所述南岭范围为东经107°~117°,北纬22°40′~26°40′,涵盖60个1∶20万标准地质图幅),与岩浆岩的成因联系也非常复杂,不同的矿产资源与不同类型的岩浆岩之间存在不同的成因联系(即通常所说的成矿专属性),如钒钛磁铁矿与基性岩有关,钨锡钼铋矿与酸性岩有关。但是,为什么南岭有大量的钨锡矿床,而冈底斯却是斑岩铜矿呢?同处于南岭地区,为什么东段以钨矿为主而西段又以锡矿为主呢?近年来我们通过“南岭岩浆岩成矿专属性”等课题的研究,将南岭的主要矿产分为钨、锡、钼、铋、铅锌、金、铀、稀土、萤石等几个矿种组合,探讨了与其具有成因联系的岩浆岩的岩石学、矿物学、岩石地球化学、同位素地球化学等方面的特征,分析了二者之间的内在成因联系,总结了矿床和岩体的时空分布规律、成矿要素和找矿标志,形成系列研究成果,在《大地构造与成矿学》杂志上发表(黄凡等,2014;方贵聪等,2014;赵正等,2014;王成辉等,2014;赵芝等,2014;陈振宇等,2014;何晗晗等,2014,等等),以抛砖引玉。1低矿矿与成矿时代及含矿地质关系南岭的矿产资源,以有色、稀有和铀矿的研究成果最为丰富(陈毓川等,1989;地矿部南岭花岗岩专题组,1989),贵金属和非金属也有研究,但明显偏弱。相应地,对以花岗岩为主的酸性侵入岩研究程度最高,著述甚丰(陈国达,1978;贵阳地球化学研究所,1979;徐克勤等,1984),而对基性岩的研究很少。实际上,类似于铂族元素矿床和钒钛磁铁矿这样的与基性超基性岩有关的矿床在南岭也是存在的(表1),而基性岩变质、蚀变之后形成的宝玉石矿床、蛇纹石矿床等在南岭及其外围也有发现,如贵州东南部与广西西北部交界处的罗甸软玉矿(支颖雪等,2011)和广西融水的荣塘等大中型蛇纹石矿床。此类矿床在广西西部二叠纪基性岩出露地区也可能出现,甚至可能找到铂族元素矿床。目前已经确认的独立铂族元素矿床出现在赣南地区,主要与元古代变质基性岩有关,但其具体的成岩时代、成矿背景、含矿性等问题均未得到深入研究,影响到地质找矿的突破。与元古代基性超基性有关的铜镍硫化物矿床出现在桂北的九万大山和元宝山一带,如大坡岭、池峒、红岗山、地苏、九黄大山等镍钴(铂钯)矿产,并与蛇纹岩等一起构成一个成矿亚系列(陈毓川等,1995)。中生代期间形成的幔源基性超基性侵入岩,规模不大但分布很广,许多超大型金属矿床分布地区都可以找到(如湖南郴州柿竹园钨锡钼铋矿区的辉绿岩岩墙,广西大厂锡多金属矿区的闪长玢岩岩墙,广东韶关铅锌矿区的辉绿岩脉,下庄铀矿区的基性岩脉等。梁婷等,2008),甚至跟矿体存在空间上的直接联系(如湖南邓埠仙钨-稀有金属矿区的煌斑岩)。江西赣州留龙金矿的矿体(成矿年龄为157.4Ma。王登红等,2010a)分布于两条产状较陡的辉绿岩脉之间,而安远的路迳似金伯利岩通过锆石U-Pb定年属于燕山晚期(128.7~135.4Ma。王登红等,2012),为深入认识燕山期成矿的大地构造背景及进一步寻找金刚石等幔源矿产提供了新的切入点。尤其值得注意的是,福建长基大型镍-铬-铜-滑石-蛇纹石矿床与侵入到晚侏罗世南园组第二段(J3nb)流纹质晶屑凝灰岩中的燕山晚期超基性岩(Σ53a)有关,值得南岭其他地区注意。南岭是我国乃至于世界上钨锡钼铋矿产资源最为集中的地区,与燕山期的花岗岩类具有密切的时空联系,这已经成为规律性的认识。但是,越来越多的事实表明,钨矿床既可以与酸性的黑云母花岗岩有关,也可以与偏中性的花岗闪长岩、石英二长岩有关。如,众所周知的西华山钨矿直接产于黑云母花岗岩岩体之中,钨与高酸度的花岗岩具有成因联系。但是,除了钨之外,西华山也是一个锡、钼、铜、铅锌乃至于重稀土同样富集成矿的矿床,这就成了一个岩体对应于多个矿种,而一个矿种可以对应于不同岩性岩浆岩的局面,从而使得在判断成矿物质来源的“专属性”时出现了多解性。类似地,广西的珊瑚矿区,除了钨锡富集成矿之外,Nb、Ta、Sc等稀有金属、稀土元素也很重要。这说明,岩浆岩与成矿物质富集之间的关系是复杂的,不见得是唯一的。对南岭地区而言,钨锡与酸性岩有关,铜铅锌金银与中酸性岩有关,独立的金矿和离子吸附型的稀土矿可能不存在岩浆岩成分专属性,铀矿与花岗岩类的空间专属性明显但成矿物质不一定是花岗岩直接提供的。也就是说,花岗岩的成矿专属性有时候起到的是“有利的成矿围岩”的作用,即物质专属性不如空间专属性来得明显。2含矿围岩的性质从南岭广泛分布的铀矿以及新发现的产于骑田岭岩体内部的芙蓉锡矿来看,花岗岩完全可以作为成矿的围岩,而不仅仅是成矿的母岩,也就是说存在空间专属性。那么,什么是空间专属性呢?岩浆岩成矿的空间专属性就是指一定类型的矿床其空间产出与岩浆岩体之间存在一定的空间联系,这种联系,既包括具有成因联系的,也包括不具有成因联系的,即,岩体可能是矿床的成矿母岩,也可能仅仅是含矿围岩。不论是作为成矿母岩还是作为含矿围岩,岩浆岩成矿的空间专属性大致可以分为三种自然组合关系,即,矿体产于岩体内部,矿体产于岩体外部,矿体产于岩体接触带(表2、图1)。其中,产于岩体内部的矿床以往只关注铀矿、钨矿和锡矿,铀矿以蚀变破碎带中热液充填为特征,但成矿时代明显晚于岩体,而钨锡矿往往定位为斑岩型。近年来还发现有非斑岩型的锡矿(如湘南的芙蓉锡矿)以及石英脉型的钨矿、脉状萤石矿以及脉状钼矿可普遍产于岩体中的现象,从而打破了“不到岩体中去找矿”的惯例,深化了花岗岩成矿空间专属性的认识,拓展了找矿空间,建立了“五层楼+地下室”的模式和“体中体”的模式。尤其是“体中体”模式的构建,实际上就是专指岩浆岩侵入到岩浆岩体中的情况,即早期岩体作为晚期岩体的围岩。在骑田岭、诸广山这样的著名岩体,以往在“多旋回、岩相分带、单元超单元”等方面研究较为深入,但对于多期次成矿却认识不足,甚至把作为围岩的花岗岩当作成矿的主要动因,从而影响到对真正的成矿母岩的追踪。3长6月以来成矿专属性研究总体上,南岭及邻区不同时代的岩浆岩对应于不同的成矿作用,其中,以分布最广泛的花岗岩来看,雪峰期和加里东期花岗岩与金矿有关,印支期花岗岩与少数锡矿化有关,燕山早期花岗岩常有强烈的钨、锡、铍、金矿化,燕山中-晚期花岗岩常形成独立的锡矿床及铌、钽、铍等交代蚀变花岗岩矿床(徐克勤等,1984)。本次研究对南岭花岗岩类作了大量的同位素定年工作(王登红等,2014),主要目的就是为了准确查明各个岩体的成岩时代。只有把岩体的侵位时代搞清楚了,才可能深入讨论成矿专属性问题。应该说,对于岩浆岩的物质成分,在以往50年的工作中积累了丰富的资料;对于岩体与矿体的空间关系,大体上通过编图也可以“一目了然”;对于岩体的时代,则一方面依赖于野外对接触关系的宏观判断,另一方面也依赖于同位素年代学的准确测定。需要指出的是,以往认为南岭的钨锡矿都形成于燕山期,但近年来测定广西德保铜锡矿形成于加里东期(王永磊等,2012),桂东北栗木一带与金竹源花岗岩有关的稀有金属则形成于印支期(李晓峰等,2012),而闽西的紫金山和桂中的龙头山金矿均形成于燕山晚期(王成辉等,2014),即便是雪峰山地区的金矿也包括了印支期和燕山期等多个时代(铲子坪和大坪金矿形成于204.8~205.6Ma,沈家垭金矿形成于90.6Ma。王登红等,2010b),并不局限于雪峰期和加里东期,从而大大拓展了成矿岩浆岩的时代范畴。同样地,可以形成风化壳离子吸附型的岩体不局限于燕山期的花岗岩,加里东期、印支期乃至于更早期的混合岩化花岗岩也可以(赵芝等,2014)。此外,时代专属性还可能跟成分专属性具有密切的联系,如图2所见,赣南粤北岩体中,随着时代变新,花岗岩类的K2O含量趋于增大。因此,在考虑岩浆岩的成矿专属性时需要分析各个岩体的形成时代,这是因为随着地壳的演化,成熟度越来越高,花岗岩乃至于表壳其他类型岩石的钾含量普遍趋于升高。因此,花岗岩的钾、钠含量及其比值变化一方面与地壳演化有关,另一方面又会影响到利用岩石化学参数判断含矿性的可信度和可比性。4相关主题讨论4.1锆石th/u比值对于岩浆岩成矿的构造专属性问题,早期的文献中很少涉及,但随着花岗岩类地球化学图解法等研究方法的普遍应用(Pitcher,1983;洪大卫等,1995),无疑得到了广泛推广。此处仅就锆石定年过程中得到的一些信息加以分析。通过对从南岭东段北部90多个岩体中分离出来的1653个锆石颗粒的分析测试,绝大多数锆石颗粒给出的时代为中生代,而这些中生代锆石普遍以Th、U强烈富集为特点,锆石Th/U最大比值为7.04(兴国幅茶山径灰色中粗粒含斑黑云二长花岗岩,157.5Ma,与铅锌金银关系密切),最小比值接近于0(兴国幅乌石下灰黑色纤闪石化辉长岩180Ma、255Ma),平均值0.64。井冈山幅淋洋岩体粗粒含斑花岗岩的锆石Th/U比值也低至0.01。一般来说,岩浆成因锆石Th/U比值大于0.4,变质成因锆石Th/U比值一般小于0.1(HoskinandSchaltegger,2003),而赣南花岗岩类锆石的Th/U比值实际上是连续变化的,可能意味着从变质重熔到岩浆分异结晶是一个连续的演化过程。事实上,所谓的Th/U<0.1的变质成因花岗岩基本上出现在年龄小于5亿年的显生宙,而不是前寒武纪;而年龄大于15亿年的老锆石多数Th/U>0.5。这可能意味着赣南地壳处于长期的“再生”状况,即15亿年的地壳经历过一个岩浆作用的历史过程,而显生宙以来,南岭处于长期热事件的影响下,老地壳不断被“改造”,重熔成因再生花岗岩不断涌现,促进了各种成矿物质的聚集。这与长期以来,我国科学家对于南岭与花岗岩有关钨锡钼铋多金属矿床的成因认识是一致的。换句话说,单一的构造碰撞作用或者俯冲作用可能有利于铜铅锌等地壳丰度比较高的元素聚集成矿,而钨、锡、钼、铋这样的地壳丰度只有百万分之几的元素,的确需要一个长期演化的过程。4.2成矿作用及成矿组合岩浆岩成矿的物质专属性也相当于成分专属性,具体来说又可以分为化学成分的专属性和矿物成分的专属性。对于物质成分的专属性,一直是成矿专属性研究的基本工作,也是最初得出“专属性”认识的根源,所积累的成果、资料、数据也最为丰富,但往往也是争论最大的(王登红,2011)。将整个南岭地区的花岗岩岩石化学分析资料与阿尔泰、藏南等其他花岗岩进行对比(图3),清楚可见,三个地区宏观上并没有太大的区别,只是阿尔泰的样品点更加分散(这跟阿尔泰花岗岩类与变质岩存在密切的成因联系有关,即二者可能是过渡的)。从成矿作用的角度,藏南已发现的矿产资源无论是在种类上还是在成矿作用的强度、空间分布的广度上均还难以与南岭相比。宏观上,南岭与藏南在SiO2、K2O、Na2O及相关参数上相差不大,但平均下来有区别:SiO2含量:在南岭为72.17%,在阿尔泰为69.40%,在藏南为68.79%;K2O+Na2O含量:在南岭为7.85%,在阿尔泰为7.14%,在藏南为7.32%;K2O/Na2O比值:在南岭为1.42,在阿尔泰为0.92,在藏南为1.11。可见,南岭更加酸性、也更偏碱性。这与其钨锡钼铋稀有金属更加富集的趋势是一致的,也即符合钙碱性岩浆岩成矿专属性的一般规律(闻广和闻辂,1963)。实际上,花岗岩类与不同矿种的矿床或成矿组合之间的关系,除了受到形成花岗岩类的原岩或母体含矿物质多少的影响外,也与围岩、挥发分、碱度及岩浆多次活动等因素有关(王清廉,1987)。显然,酸碱度及岩浆岩其他物质成分与成矿作用是否发生、聚集哪一类成矿物质、形成什么样的矿床、成矿强度大小、矿床保存好坏等之间的联系,实际上是非常复杂的,是多种因素在起作用。如云南个旧锡矿区,花岗岩中挥发分的含量与Sn储量之间具有明显的相关性,当挥发分含量大于2000µg/g时,锡矿就好;当挥发分含量小于1500µg/g时,锡矿就差①。因此,成矿专属性的研究由酸度、碱度单一指标向多元化指标演变已经成为新的、必然的趋势。4.3成矿岩体的定位一般来说,成矿母岩指的是提供成矿物质并且对矿床的最终形成、定位起到决定性作用的岩浆岩(体),而容矿围岩可能提供成矿物质也可能没有提供成矿物质,只是由于其物理性质有利而提供了容矿空间,谈不上起决定性的成矿作用。那么,对于岩浆岩的成矿专属性也就需要重新认识。只有那些既提供了成矿物质(主体部分)又容矿于岩体中的岩浆岩才相当于传统意义上的成矿岩体。为了进一步区分上述两种情况,一般也将成矿物质由岩体提供、矿体本身又包容在岩体之中的矿床称为岩体型矿床,把成矿物质主要由岩体提供、矿体定位于接触带的矿床称为接触带型矿床。这两种都显示岩浆岩是具有成矿专属性的。也就是说,首先要把没有提供成矿物质、对其内部或其接触带的矿床没有起决定性作用的岩体,与提供了成矿物质并对矿床的形成起决定性作用的岩体区分开,才能进一步讨论岩浆岩的成矿专属性问题。然而,对于某一具体的含矿岩体,如何判断其是成矿母岩还是仅仅作为围岩呢?这就需要深入研究,不能只看表面现象,而成矿年代学的研究无疑有助于解决这一重大的科学问题。本文倾向于将成岩成矿没有时间差(或者时间差在合理的范围之内)、并且对矿床的形成起决定性作用的岩体,定义为成矿岩体,而只有成矿岩体才具备研究其成矿专属性的前提。但是,实际情况又是比较复杂的,比如说,对于只提供成矿物质来源的岩体如何定位,还需要深入研究。另外,从找矿的角度,重点关注的主要是岩体与矿体的空间关系而不是成矿物质的供给关系,是不是存在成岩成矿的时差也并不影响找矿工作的部署。因此,成矿专属性与找矿专属性应该是两个概念,而对于找矿而言,岩浆岩的空间专属性是至关重要的。4.4碱质成矿的成矿专属性对于绝大部分矿床来说,尤其是热液矿床,成矿作用离不开成矿流体,而成矿流体留下的记录就是“蚀变围岩”。因此,围岩蚀变的研究,实质上也是成矿专属性研究的具体内容之一。前人研究指出,碱质交代作用常有明显的成矿专属性(黄宗理和张良弼主编,2005)。碱质交代作用是指内生含碱质(如钾和钠等)的成矿溶液对围岩所进行的各种交代作用。在这种作用过程中,形成由碱性长石(钾长石、钠长石)、碱性角闪石、碱性辉石、云母、方柱石、霞石等碱性硅酸盐矿物组成的交代蚀变岩石,表现出碱质在溶液及其交代过程中的积极作用。根据碱金属的不同,可分为钾质交代和钠质交代两大类。钾质交代,包括钾长石化、云母化、云英岩化、绢英岩化等;钠质交代,包括钠质辉石化、钠质角闪石化、钠长石化、钠长-更长石化、霞石化、方柱石化及部分沸石化等。不同性质的蚀变对应于不同的成矿作用,如与钾质交代最密切的矿床是钨、锡、钼、铜、金、钽、铌、重稀土、铷、铯和硼等;与钠质交代最有关的是铁、钒、黄铁矿、轻稀土、钴、钼和某些金、铀等矿床。可见,仅仅就钾质和钠质交代作用的不同也可以建立起围岩蚀变的专属性,或者进一步建立“流体的成矿专属性”、“成矿流体的专属性”。其根本目的就是要明确,什么样的蚀变围岩对应于寻找什么样的矿床,因而,蚀变围岩的成矿专属性实际上也是“找矿专属性”的具体体现(表3)。但是,蚀变围岩种类繁多,不但取决于流体的性质、成分、交代作用发生的程度等等因素,也取决于被交代原岩的性质与成分。因此,要查明蚀变围岩的找矿专属性,仍然离不开原岩(尤其是岩浆岩)的成矿专属性。换句话说,找矿专属性的研究必须建立在成矿专属性研究的基础之上。4.5岩石化学特征南岭地区的骑田岭岩体可以说是一个典型例子,它既是新田岭等钨锡铅锌多金属矿床的成矿母岩,又是芙蓉锡矿的容矿围岩。因此,骑田岭岩体不同部位的岩石样品的岩石学特征和地球化学特征是明显不同的(王登红等,2003),而骑田岭岩体与千里山岩体之间究竟有什么区别又是一个十分有趣的科学问题,因为千里山岩体目前来说只是柿竹园式矽卡岩-云英岩复合型钨锡多金属矿床的成矿母岩,其本身是否含矿或者说千里山岩体内部是否也能找到芙蓉式的锡矿,值得探讨。对比骑田岭岩体和千里山岩体的岩石化学成分(图4)明显可见,千里山岩体明显比骑田岭岩体富含S