湖南锡田富稀土碱长花岗岩的发现及地质意义.pdf

第 69 卷增刊 1Vol.69Supp.12023 年6 月Jun.,2023地质论评GEOLOGICALREVIEW31湖南锡田富稀土碱长花岗岩的发现及地质意义一陈迪1,2)，赵葵东2)，孟德保1)，罗鹏1)1)湖南省地质调查所，长沙，410014；2）中国地质大学（武汉）资源学院，武汉，430074注：本文为 2023 年度湖南省科学技术厅、湖南省自然资源厅联合基金资助项目（编号：2023JJ60165）的成果。收稿日期：2023-04-10；改回日期：2023-04-30；责任编辑：刘志强。DOI：10.16509/j.georeview.2023.s1.012作者简介:陈迪，男，1985 年生，博士研究生，高级工程师，主要从事岩石地球化学及岩浆成矿研究；Email：。关键词：关键词：湖南锡田；富碱花岗岩；富稀土；关键矿产；燕山期湖南锡田 Sn、W 多金属矿是 1999 年国土资源部启动新一轮国土资源大调查以来继骑田岭 Sn 矿取得重大找矿突破后的又一重大发现，近年来备受国内外研究者关注（苏红中等，2015；章邦桐等，2012），特别是著者近来发现锡田碱长花岗岩成稀土矿、岩浆作用成 Sn、W 多金属矿成为南岭地区W、Sn、Li、Nb、Ta、稀土等成矿岩体的典型代表之一（徐慢等，2020；张迪等，2015）。锡田地区岩浆作用成矿显著、岩体北西与成 W、Li、Nb、Ta矿的邓阜仙岩体毗邻，加强锡田地区岩浆作用与成矿关系研究，有望在新一轮找矿突破战略行动中在Li、Nb、Ta、稀土等关键矿产中取得突破，实现资源增储上产，提升战略资源的安全保障能力。1区域背景与岩体特征1.1区域背景简介湖南锡田岩体位于南岭中段，属扬子板块和华夏板块间的钦（州）一杭（州）钨锡多金属成矿带的中部，该地区广泛出露中生代花岗岩，其中不仅有大面积的 S 型、I 型花岗岩，还有不少 A 型花岗岩，同时伴随有碱性正长岩的形成，湖南锡田岩体属该地区的成矿 A 型花岗岩体之一。岩体出露于区域性北东南西向茶陵至郴州深大断裂东侧，呈哑铃状，中间部位是成矿的最优区域，为印支期（228.52.5 Ma、230.42.3 Ma）、燕山期（155.51.7 Ma、15124 Ma）侵入的复式花岗岩岩体。1.2锡田岩体特征锡田岩体印支期花岗岩为高钾质（K2O：4.03%5.63%）、亚碱性、过铝质的（ASI：0.091.31）碱钙性岩石，且 LREE 富集，在稀土元素球粒陨石配分模式图中表现为右倾模式；燕山期花岗岩为高钾质（K2O：4.03%5.33%）、亚碱性、过铝质（ASI：1.021.31）的碱钙性岩石，稀土元素的轻重分异程度不明显，在球粒陨石配分模式图中曲线较平坦，呈海鸥型分布。岩体中部出露有燕山期的碱长花岗岩，长石矿物主要为条纹长石，具富硅、富碱，稀土含量高的特点。印支期、燕山期花岗岩微量元素均表现为Rb、Th、U 富集，Ba、Sr、Nb和Ti亏损，Nb*值为负异常及Nb相对于K 和La 亏损，其岩石地球化学特征显示为A 型花岗岩。锡田岩体燕山期花岗岩中发育岩浆成因的暗色微粒包体，为细粒结构，包体中发育淬冷边、反向脉，存在多种不平衡结构和矿物组合；岩石地球化学特征表明包体与其寄主岩具有相似的稀土元素配分曲线和微量元素蛛网图以及获得寄主岩及包体年龄分别为 150.040.52 Ma、145.090.63 Ma，认为锡田岩体燕山期花岗岩在形成过程中发生了岩浆混合作用。2碱长花岗岩与稀土成矿特征2.1碱长花岗岩特征锡田岩体富稀土碱长花岗岩主要出露于岩体中部，多呈岩株状产出，岩石多呈浅肉红色，为中细粒花岗结构，块状构造。主要矿物为条纹长石、石英和斜长石（斜长石小于 12%），含少量黑云母。副矿物见磁铁矿和锆石。富稀土碱长花岗岩的主量、微量及稀土元素数据见表 1。花岗岩的 SiO2的含量 67.63%78.07%，均值 73.27%；K2O 的含量 4.28%5.63%，均值4.89%；Al2O3的 含 量 12.58%15.65%，均 值13.71%,ASI 值为 0.991.17，均值为 1.05，显示花岗岩富硅、富钾、过铝的特点。花岗岩的全碱（ALK）含量 7.55%9.47%，均值 8.47%；NKA 值为 0.69地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1320.93，均值为 0.82，富稀土花岗岩 ALK 值远大于华南花岗岩的值 6.71 及 NKA0.8 显示为碱长花岗岩的岩石地球化学特征。碱长花岗岩的 Rb 含量为 249.110-6880.010-6，Cs 含量为 20.410-666.010-6，Rb、Cs 含量高于华南花岗岩的值（Rb：17010-6；Cs：5.810-6），显示碱长花岗岩富 Rb、Cs 特征，尤其是Rb 含量多大于 27010-6，显示碱长花岗岩经历高度分异的特点。富轻稀土碱长花岗岩的 Sr 含量为41.410-6316.410-6，Ba 含量为 146.610-6735.110-6;富重稀土碱长花岗岩的 Sr 含量为 4.710-635.810-6，Ba 含量为 6.310-689.410-6，显示碱长花岗岩中 Sr、Ba 含量低，尤其是富重稀土碱长花岗岩中 Sr、Ba 极低的特点。Ba 一般在俯冲带流体中富集，Sr10010-6为非常低的花岗岩，锡田碱长花岗岩低 Ba、Sr 特征可能是在较高的压力下、由下地壳麻粒岩部分熔融形成。2.2稀土成矿特征锡田花岗岩的 REE 含量为 360.310-6625.410-6，远大于华南花岗岩的 REE 含量 197.510-6，李世超等（2016）认为基岩中稀土丰度大于 15010-6即可形成稀土矿化，锡田碱长花岗岩高的 REE含量显示富集稀土成矿的特征。锡田碱长花岗岩有富轻稀土（LREE 含量为 337.410-6520.910-6）和富重稀土（HREE 含量为 238.210-6381.210-6）两类，按稀土矿的工业指标，锡田富轻稀土、富重稀土碱长花岗岩的 LREE、HREE 含量超过离子吸附型花岗岩的边界品味，甚至达工业品味，锡田碱长花岗岩成稀土矿是著者近年在南岭地区岩浆作用成矿研究中的重要发现。锡田富轻稀土碱长花岗岩的 LREE/HREE 为2.778.80；Eu 为 0.130.72，均值为 0.45；富重稀土碱长花岗岩的 LREE/HREE 为 0.360.34；Eu 为 0.010.04，均值为 0.02。锡田碱长花岗岩稀土元素球粒陨石配分模式图显示，富轻稀土碱长花岗岩的配分模式图呈右倾，Eu 为弱负异常（图1a）；富重稀土碱长花岗岩的配分模式图呈平坦的海鸥型，Eu 为强烈的负异常（图 1b），与华南花岗岩的配分模式图进行对比其富轻稀土、富重稀土的特征明显（图 1）。3岩浆作用与稀土成矿锡田碱长花岗岩的 REE 含量较高（REE：360.310-6625.410-6），且轻重稀土元素分异明显，有轻稀土富集（LREE/HREE 为 2.778.80）和重稀土富集（LREE/HREE 为 0.360.34）两类，稀土配分型式有右倾型（富轻稀土）和平坦、铕强烈亏损型（富重稀土）。应用稀土元素四分组效应判别计算公式得到碱长花岗岩的 TE1,3值为 0.691.13。在判别四分组效应关键元素比值特征图中，锡田碱长花岗岩大部分样品具有四分组效应，尤其是富重稀土的碱长花岗岩（图 2）；在/Rb-TE1,3图解中，投点低于正常花岗岩（图 2a），在/Ba-TE1,3图解中，投点则高于正常花岗岩（图 2b），显示碱长花岗岩中大离子亲石元素、Rb、Ce 富集以及 Ba 亏损受热液流体交代作用影响的特征。锡田岩体是一个发育岩浆型 Sn、W 矿稀土矿化的碱长花岗岩体（A型花岗岩），利用锆石饱和温度计得到锡田花岗岩体的锆石饱和温度 tZr在 681.1831.7，显示碱长花岗岩具有较高的结晶温度，并伴有、Rb、Ce富集。一般而言随着结晶分异的进行，残余岩浆向富碱、富挥发份的方向演化，富碱流体可将早期结晶的含钙矿物中的稀土元素置换出来，F 等卤素可显著提高高场强元素矿物在热液中的溶解度，导致岩浆期后热液阶段发生稀土元素的活化、迁移，在富碱、过铝的高分异花岗岩中形成稀土矿化甚至成矿。锡田岩体是由印支期和燕山期花岗岩组成的复式岩体，成矿部位在锡田岩体中部，成矿与燕山期花岗岩产出的空间位置密切相关，均位于岩体中部，锡田岩体的 W、Sn 成矿年龄（1502.7 Ma）、A 型花岗岩年龄（15124 Ma155.51.7 Ma）、碱长花岗岩年龄（151.62.8 Ma）基本吻合，年龄数据显示为燕山期岩浆作用成矿。区域上，锡田岩体燕山期成矿时代与南岭地区的成岩、成矿大爆发时限（150160 Ma）一致，岩体是在华南板块伸展减薄，大规模燕山期花岗岩侵位的背景下，形成岩浆型 Sn、W 矿稀土矿化的富碱花岗岩体。锡田岩体燕山期花岗岩具岩浆混合成因，为高温的富碱、A 型花岗岩，其充分的结晶及高度分异在岩浆期后热液作用下，成矿物质再次活化以致稀土矿化甚至富集成矿。本次工作尽管未查明锡田稀土矿化或富集的程度及规模，但通过与江西龙南、赣南寨背稀土矿的对比，锡田碱长花岗岩成稀土矿的潜力巨大，在新一轮找矿突破战略行动中可作为重点选区对其稀土矿产资源综合评价并期待获得新的找地质论评 2023 年 69 卷 增刊 133矿突破。参考文献/References李世超,李永飞,王兴安.2016.大兴安岭中段晚三叠世四分组效应花岗岩的厘定及其地质意义.岩石学报,32(9):27932806.苏红中,郭春丽,伍式崇.2015.锡田印支燕山期复式花岗质岩浆热液活动时限和物质来源.地质学报,89(10):18531872.徐慢,段晓侠,陈斌.2020.岩浆分异过程的证据:锆石微量元素以湘南三叠纪王仙岭花岗岩体研究为例.地质论评,66(3):665685.张迪,张文兰,王汝成.2015.桂北苗儿山地区高岭印支期花岗岩及石英脉型钨成矿作用.地质论评,61(4):817834.章邦桐,吴俊奇,凌洪飞.2012.南岭花山和姑婆山花岗岩基属印支期侵位来自花岗岩熔体冷却结晶和放射成因热计算的依据.地质学报,86(7):10311046.CHEN Di，ZHAO Kuidong，MENG Debao，LUO Peng：Discovery and geological significance about rich rare earthelements of alkali feldspar granite in Xitian of HunanProvinceKeywords：Xitian of Hunan Province；alkali feldspargranite；rich rare earth elements；key minerals；Yanshanian表 1 湖南锡田碱长花岗岩的岩石主量元素（10-2）、稀土（10-6）、微量（10-6）元素数据编号BT-2-2HGY-14HGY-132801D0028YM-11S112S113S1HGY-9B-1类别富轻稀土花岗岩富重稀土花岗岩华南花岗岩SiO269.0573.9373.5867.6370.9573.0578.0776.1874.9775.2965.58Al2O314.8613.213.3615.6514.1713.6912.5812.8813.5613.215.36Na2O2.943.012.873.353.32.873.973.824.114.53.11K2O5.985.325.634.834.94.684.384.665.364.283.6ALK8.928.338.58.188.27.558.358.489.478.786.71ASI1.061.111.061.030.991.171.051.041.001.020.95NKA0.760.810.810.690.760.710.900.880.930.910.59La147.586.9489.1584.1887.3144.9912.827.521.821.8737Ce242.1171.5172.3156.4157.899.9719.962.954.146.1370Pr27.1720.1619.519.1218.1214.374.32106.797.4788.08Nd89.7972.1867.6369.5563.162.0968.93533.132.0730.9Sm12.3514.9312.3410.089.1622.4810.1517.1510.814.416.1Eu1.9690.5891.0581.621.8620.3220.050.080.090.1340.98Gd8.9813.329.207.016.0625.1116.0520.113.5515.775.4Tb1.22.3221.50.940.8984.9533.714.353.323.5880.8Dy6.12114.188.6934.914.62832.0127.228.823.324.255.8Ho1.1732.811.57410.8996.6256.155.824.834.8271.22Er3.4588.1144.672.932.83920.3521.118.916.5514.883.12Tm0.5581.3620.7430.470.4613.7483.353.182.872.8910.53Yb3.6398.8994.813.373.30826.5323.923.621.121.062.21Lu0.5531.2910.6690.560.4923.9363.723.653.183.1930.38Y33.4979.744.7125.4527.79257.9220189151147.725REE580.1498.3438.5387.6384.7625.4441.3450.0366.4360.3197.5LREE520.9366.3362.0341.0337.4244.2116.1152.6126.7122.1153.1HREE59.2132.076.646.647.4381.2325.2297.4239.7238.244.5LREE/HREE8.802.774.737.317.120.640.360.510.530.513.44Eu0.550.130.290.560.720.040.010.010.020.030.51TE1，30.951.031.040.940.981.030.691.131.091.070.95Zr275.8163.5173237.6221.436.22361086775.6160Rb300.5478.6444.1317.1249.1609.5520820880769.7170Cs43.7735.9124.8466.0342.7765.9820.459.732.433.745.8Sr193.241.448.6316.4246.617.24.75.435.88345Ba655.3146.6296735.1671.189.46.46.349.167.4669K/Rb165921051261636470475146175K/Ba7630115855614345680613990652744地质论评 2023 年 69 卷 增刊 134图 1 锡田富轻稀土（a）、富重稀土（b）碱长花岗岩的稀土元素球粒陨石配分模式图图 2 锡田富稀土碱长花岗岩四分组效应的关键元素比值特征(四分组效应花岗岩；非四分组效应花岗岩)(b)(a)