稀土元素地球化學研究論文范文

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1區域地質背景

老君山成礦區大地構造處于華夏地塊、江南造山帶、揚子地塊、三江造山帶等幾大構造單元接合部位(圖1)。研究區主要出露寒武系、奧陶系和泥盆系，其中早、中寒武統為主要賦礦層位；中部為老君山燕山期S型復式花崗巖體，出露面積約153km2；緊鄰老君山花崗巖體形成了一套穹窿狀變形變質巖系，被稱為“老君山變質核雜巖”（李東旭和許順山，2000；Yanetal.,2005，2006；），變形-變質作用的峰期為印支期（約235Ma）（劉玉平等，2007a；馮佳睿等，2011）。成礦區受到多期地質作用疊加(早加里東期、印支期、燕山期)，成礦過程十分復雜。區內都龍超大型錫多金屬礦床在20世紀60年代被探明，由于礦床緊鄰老君山花崗巖體，且巖體富含錫、鎢等成礦物質，該礦床最初被認為是典型的花崗巖巖漿熱液型礦床（宋煥斌，1989；安保華，1990；忻建剛和袁奎榮，1993）。20世紀末期至今，隨著區內新寨、南秧田等礦床的發現，有關該區礦床的認識也取得了新的進展，由于主礦體呈層狀或似層狀與地層整合產出，塊狀硫化物礦石中發現了大量鮞狀結構、層紋條帶狀構造等典型特征，并通過地層和礦石的稀土、微量元素分析證實了加里東期海底（火山）噴流沉積成礦作用的存在（羅君烈，1995b；周建平和徐克勤，1997；曾志剛等，1999；賈福聚，2010a；石洪召等，2011；戴婕等，2011）。王學焜通過對新寨錫礦床、南秧田白鎢礦床S，Pb同位素測試，測得成礦年齡為200Ma，與區域變質年齡接近，提出印支期變質熱液改造成礦的觀點（王學焜，1994）。劉玉平通過都龍錫鋅礦床錫石和鋯石U-Pb年代學研究，測得該礦床存在大量燕山期成礦年齡，證明該區存在大規模花崗巖成巖、成礦事件（劉玉平等，2007b）。縱觀以往研究成果，該區礦床應為多期復合疊加成礦模式，與成礦相關的地質作用主要包括加里東期火山噴流沉積成礦作用、印支期區域變質作用和燕山期花崗巖疊加改造成礦作用。

2主要巖類及礦床類型

老君山燕山期花崗巖體按照其演化順序大致可分為三期（馮佳睿等，2011）：第一亞期占巖體出露總面積的三分之二，為灰白色含斑中粗粒二云母花崗巖，組成礦物有斜長石、微斜長石、黑云母、白云母、石英，為似斑狀花崗結構、塊狀構造。第二亞期約占該巖體總面積的三分之一，為灰白色中細粒二云母花崗巖，呈巖株狀侵入于第一期巖體中，主要礦物為微斜長石、更長石、石英、黑云母、白云母，具細?；◢徑Y構，塊狀構造。第三亞期為灰白色花崗斑巖，呈巖枝及巖脈穿插于早期花崗巖及變質巖系中，斑晶主要為鉀長石、石英，次為黑云母、斜長石，具斑狀結構、塊狀構造。經野外實地調研及綜合分析，都龍、南秧田礦區出露的第三期花崗巖斑巖脈對錫鎢等元素的富集具有積極意義（賈福聚等，2010b）。老君山成礦區主要變質巖類型包括：（1）片巖類，主要有綠泥石片巖、角閃片巖、云母片巖、云母石英片巖、石英電氣石片巖、長石云母片巖等，在研究區普遍發育；（2）大理巖類，有方解石大理巖、白云石大理巖、含碳質大理巖、含礫鈣泥質大理巖，與其它變質巖呈互層狀產出；（3）混合片麻巖類，包括眼球狀花崗片麻巖、條痕狀花崗片麻巖，在南秧田地區發育較廣；（4）夕卡巖是成礦區內主要的賦礦巖石，根據組成礦物組合及復雜程度，可分為簡單夕卡巖及復雜夕卡巖兩類。簡單夕卡巖主要礦物為透輝石、綠簾石、陽起石、斜黝簾石、普通角閃石、石英、長石、黑云母，及少許磁鐵礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦等，層位穩定，呈似層狀、層狀分布，厚度小，一般小于40m，延長小于40km。復雜夕卡巖由十余種硅酸鹽礦物組成，主要有透輝石、鈣鐵輝石、斜黝簾石、綠簾石、綠泥石、陽起石、石榴子石等，其次有石英、云母、方解石、電氣石、鈉長石、螢石，普遍含金屬硫化物，呈囊狀、透鏡狀、似層狀產出，厚度一般小于60m，走向延伸超過10km以上。復雜夕卡巖是成礦區最重要的賦礦圍巖，都龍、新寨、南秧田等超大型、大型礦床均產于復雜夕卡巖層位中。老君山成礦區礦床類型包括簡單夕卡巖型錫礦床，片巖、復雜夕卡巖型錫鎢多金屬礦床，和與花崗巖有關的石英脈、偉晶巖型鎢錫礦床，賦礦圍巖主要為花崗巖及變質巖類。簡單夕卡巖型錫礦床分布于成礦區的北東部，礦體產出地層為中寒武統田蓬組（2t），層狀含礦簡單夕卡巖廣泛分布，長達30余公里（巷香寨—茅草坪—三水），普遍發育錫礦化，礦物組合簡單，一般不超過四種非金屬礦物，主要金屬礦物有錫石、黃鐵礦，脈石礦物有透輝石、綠泥石、陽起石等，典型礦化點有茅草坪、三水等。片巖、復雜夕卡巖型礦床可分為錫石多金屬硫化物礦床及白鎢礦床兩類，是老君山成礦區的主要礦床類型。錫石多金屬硫化物礦床主要分布于花崗巖體南西部的都龍及北東部的新寨，賦礦地層為中寒武統田蓬組（2t），礦體產出于碎屑巖與碳酸鹽巖過渡帶，礦體走向長幾十米至2000余米，厚度數米至數十米，傾斜延伸幾十米至數百米；主要金屬礦物有錫石、鐵閃鋅礦、磁鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦、黃鐵礦、毒砂；脈石礦物有鈣鐵輝石、透輝石、綠泥石、陽起石、石榴石、透閃石、綠簾石、石英、白云母、螢石、方解石等。白鎢礦礦床分布于花崗巖體東部的南秧田，賦礦地層為下寒武統沖莊組（1ch）淺灰綠色云母石英片巖、透輝石片巖、陽起石片巖，下部礦層多為似層狀、層狀礦體展布，走向長10余公里，厚度數米至10余米，傾斜延伸百余米至千余米，白鎢礦顆粒細小，上部礦層有脈狀、透鏡狀礦體穿插，脈狀礦體中白鎢礦顆粒粗大；主要金屬礦物有白鎢礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦、毒砂、黃銅礦及少量錫石，脈石礦物有石英、長石、云母、透輝石、透閃石、陽起石、斜黝簾石。與花崗巖有關的石英脈、偉晶巖型鎢錫礦床位于老君山成礦區中心近花崗巖體部位，典型礦點有花石頭、戈嶺、老寨等。礦體呈脈狀產出于花崗巖體內部、及其與圍巖的接觸帶中，組成礦脈的主要礦物有錫石、黑鎢礦、綠柱石、黃鐵礦、黃銅礦、石英、長石、云母、電氣石、石榴子石、綠泥石。

3稀土元素地球化學特征

老君山成礦區與成礦密切相關的巖類主要有海相火山噴流沉積巖，花崗巖及變質巖，根據前人研究成果和已有認識（王中剛等，1989；邱家驤，1991），各巖類的稀土元素地球化學特征分述如下。

3.1海相火山沉積巖

海底火山活動形成的海相火山巖，可以涵蓋從基性到酸性各類復雜的巖石類型（韓宗珠等，2005），總體以玄武巖類為主。按照玄武巖形成的構造環境可分為大洋中脊玄武巖、洋島玄武巖、島弧玄武巖和活動大陸邊緣玄武巖等，其中島弧玄武巖及活動大陸邊緣玄武巖，形成于大洋板塊俯沖和大陸邊緣裂解的環境下，伴隨深源成礦物質的上涌往往形成金屬礦床，如黑礦型礦床。大洋中脊拉斑玄武巖與島弧拉斑玄武巖，由稀土元素虧損的地幔巖較高程度（15%~30%）的熔融形成，稀土總量低，輕稀土表現為弱異常或無異常，稀土配分模式曲線總體近于平坦，Eu常表現為正異常。洋島堿性玄武巖由地幔巖較低程度（5%）的熔融形成，輕稀土優先進入熔融體，造成了其輕稀土元素的富集和稀土總量的明顯提高。

3.2花崗巖

根據成巖物質來源和成巖機制，花崗巖可分為幔源型、過渡型地殼重熔型和陸殼改造型三類（徐克勤和涂光熾，1984）。其中幔源型花崗巖稀土配分模式曲線為平滑的右傾斜型，輕稀土富集，LREE/HREE=3.93~4.13，一般無Eu異常，δEu=0.94~1.00；過渡型地殼重熔型花崗巖稀土配分模式曲線亦為平滑的右傾斜型，輕稀土富集更強烈，LREE/HREE=5.00~10.00,具弱Eu異常，δEu=0.7~1.1；陸殼改造型花崗巖中的混合巖化花崗巖輕稀土相對富集，Eu呈中等負異常，陸殼改造型花崗巖中的陸殼重熔再生花崗巖則重稀土明顯富集，LREE/HREE=1.00~3.00，Eu負異常加劇，δEu<0.4（王中剛等，1989）。

3.3變質巖

在低級變質作用過程中，由于稀土熔點與沸點很高、化學性質穩定等特點，稀土元素組成及含量基本保持不變。在區域變質作用過程中，由于沒有外來物質的大量參與，其對原巖稀土元素組成的影響應與低級變質作用過程類似（陳德潛和陳剛，1990）。在與交代作用有關的中、高級變質作用過程中，隨著元素組分的帶入與帶出，稀土總量及組成往往發生變化。個舊燕山期花崗巖體交代圍巖發生的夕卡巖化研究（趙一鳴和李大新，1987）表明，夕卡巖較原巖稀土總量常有較大增高，其中輕稀土總量變化大，且多表現為增高，而重稀土含量基本穩定，輕、重稀土比值（ΣLREE/ΣHREE）明顯增大。對廣西平英花崗巖交代基性雜巖形成的蝕變分帶進行的系統研究（毛景文等，1988）顯示，圍繞巖體自下往上形成了鉀長石巖帶→黑云母巖帶→青盤巖帶→電英巖帶→石英脈帶→碳酸巖脈帶，隨著蝕變程度的降低，稀土總量依次降低，且負Eu異常亦逐漸減弱，反映了花崗巖對基性圍巖稀土配分模式的影響程度依次降低。

4成礦系列的厘定

根據野外地質調研和已有資料的綜合分析，認為影響研究區礦床形成的地質作用主要包括：加里東期海底火山噴流沉積成礦作用、印支期區域變質作用和燕山期花崗巖侵入地質作用。在火山噴流沉積時期形成了分布廣泛的多金屬塊狀硫化物礦石和礦源層；區域變質期火山噴流沉積物質普遍變質、成礦物質得到改造和富集；老君山花崗巖體中成礦元素豐富，在侵位過程中不但形成了多處石英脈、偉晶巖型礦床，對周邊大型多金屬硫化物礦床的形成也具有一定的疊加改造作用。結合成礦區不同地質體的成礦作用特點，研究區可劃分為3大成礦系列，分述如下。1）加里東期海底火山噴流沉積-印支期變質成礦系列,分布在老君山花崗巖體北東的外圍區域，成礦以海底火山噴流沉積作用、區域變質作用為主，形成簡單夕卡巖型錫礦床，賦礦圍巖主要為區域變質巖，典型礦點有茅草坪、三水等。2）加里東期海底火山噴流沉積-印支期區域變質-燕山期花崗巖熱液疊加改造成礦系列,該系列礦床與加里東早期海底火山活動密切相關，海相火山噴流沉積成礦作用形成了礦源層或礦體，并受到印支期區域變質作用和燕山期花崗巖熱液作用的的影響，成礦物質遷移、疊加而富化，形成片巖、復雜夕卡巖型礦床，可分為錫石多金屬硫化物礦床及白鎢礦礦床兩類，典型礦床有都龍錫多金屬硫化物礦床、新寨錫多金屬硫化物礦床和南秧田白鎢礦床。3）燕山期花崗巖熱液成礦系列,老君山花崗巖體及接觸帶中形成了一系列的石英脈型鎢、錫礦床，和偉晶巖型鈹、錫礦床，這些礦床的形成與花崗巖體的侵位密不可分，典型礦床有花石頭石英脈型錫鎢礦床、瓦渣含鈹偉晶巖型礦床。

5樣品選取、分析與測試結果

稀土元素分析樣品包括3件簡單夕卡巖取自茅草坪（MCP-1,MCP-2,MCP-3），1件相關礦石中的方鉛礦編號K14。6件復雜夕卡巖分別取自都龍（DL-1,DL-2）、新寨（XZ-1,XZ-2）和南秧田（NYT-1,NYT-2），2件相關礦石中的方鉛礦編號K15、毒砂編號K16。3件花崗巖來自都龍北部老君山巖體（G-1,G-2,G-3），2件相關礦石中的黃鐵礦編號K23和K24。稀土元素由宜昌地質礦產研究所電感藕合等離子體質譜法（ICP-MS）測定，分析精度5％~10％，稀土分布模式圖采用Boynton（1984）球粒隕石推薦值標準化，分析結果見表1，稀土配分模式圖見圖2。取自茅草坪的3件簡單夕卡巖，稀土總量（ΣREE）較低，均值為47.33×10-6。輕重稀土比值（ΣLREE/ΣHREE）也比較低，均值為6.30。樣品同時具有Eu正異常和Ce負異常。簡單夕卡巖稀土元素配分模式與島弧拉斑玄武巖基本一致。與簡單夕卡巖相關的方鉛礦，稀土總量（ΣREE）為1.26，輕重稀土比值（ΣLREE/ΣHREE）為9.69，亦同時具有Eu正異常和Ce負異常，簡單夕卡巖和相關方鉛礦具有相似的稀土配分模式，說明二者具有同源性。都龍、新寨和南秧田的6件復雜夕卡巖樣品稀土元素總量變化性較大，變化范圍為31.20×10-6~295.98×10-6。輕重稀土比值變化性也比較大，變化范圍為5.06~10.94。6件樣品均具有弱的Ce負異常特征，其中4件樣品表現為Eu負異常，2件樣品Eu正異常。Eu正異常樣品稀土總量低（ΣREE均值為41.58×10-6），分布在稀土配分模式曲線的下部，Eu負異常樣品稀土總量高（ΣREE均值為241.24×10-6），位于稀土配分模式曲線的上部。與復雜夕卡巖相關的金屬硫化物方鉛礦和毒砂，均具有弱Ce負異常特征，其中Eu呈正異常的方鉛礦，稀土總量低（ΣREE為0.83×10-6），Eu呈負異常的毒砂，稀土總量高（ΣREE為4.36×10-6）。取自老君山花崗巖體的5件花崗巖及其相關礦石中的黃鐵礦，稀土總量(ΣREE)高，均值為97.19×10-6。輕重稀土比值(ΣLREE/ΣHREE)也較高，均值為11.46。5件樣品均為Eu負異常，其中4件樣品表現為Ce弱正異常，1件樣品表現為Ce弱負異常。老君山花崗巖稀土元素配分模式曲線與地殼重熔型花崗巖相吻合?；◢弾r及其相關礦石中的黃鐵礦具有相似的稀土配分模式，說明金屬硫化物的形成源自于花崗巖巖漿熱液。所有樣品均具輕稀土富集、重稀土虧損的特征，ΣLREE/ΣHREE值變化范圍為2.78~11.95。各類巖石稀土元素配分模式與相關礦石中的金屬硫化物具有相似的稀土元素配分模式，說明各含礦巖系的成巖與成礦具有相似的地質作用過程。

6討論

6.1加里東期海底火山噴流沉積-印支期變質成礦系列的稀土元素特征

茅草坪的簡單夕卡巖及礦石樣品，稀土總量較低，同時具有Eu正異常和Ce負異常，稀土配分模式與島弧拉斑玄武巖相類似。Eu正異常代表成礦流體具有較高的溫度和相對還原的性質，Ce負異常代表海水的參與（ElderfieldandGreaves.,1982；Shikazono,1999），還原、高溫熱水流體不具明顯的Ce負異常，而海水不發育Eu正異常，單靠熱水流體的簡單傳導冷卻，不會使流體發育Ce負異常，而從海水正常沉淀出的物質也很少發育Eu的正異常，因此二者同時在礦石中出現，應指示在海底火山噴流沉積成礦時相對高溫的熱水流體和較低溫的海水在海底發生了對流混合（Barrettetal.,1990；Hofmann,1997）。

6.2加里東期海底火山噴流沉積-印支期區域變

質-燕山期花崗巖熱液疊加改造成礦系列的稀土元素特征都龍、新寨和南秧田地區夕卡巖及相關礦石稀土元素分析表明，稀土總量低的樣品與茅草坪地區簡單夕卡巖稀土元素配分模式類似，同時具有Eu正異常和Ce負異常，其原巖屬于海底火山噴流沉積成因。其它稀土總量高的樣品，Eu和Ce元素均表現為負異常，推測是是由花崗巖熱液的疊加改造作用引起的?；◢弾r熱液疊加改造作用過程使巖石輕稀土含量具有明顯增加，輕重稀土比值（ΣLREE/ΣHREE）得到提高，同時造成了稀土總量的增加和Eu的明顯負異常，鎢、錫、鋅等成礦元素得到了進一步富集。本成礦系列變質巖及礦石的稀土配分模式：Eu正異常的樣品稀土總量低，稀土配分模式曲線位于下部，Eu負異常的樣品稀土總量高、稀土配分模式曲線位于上部，這種現象在其它地區火山沉積-疊加變質巖類中也較普遍（圖3）。該現象在南秧田礦區被認為是層狀礦體與脈狀礦體稀土配分模式的區別（曾志剛和李朝陽，1998；王冠等，2012）。推測這種稀土配分組合模式可作為火山噴流沉積-花崗巖熱液疊加改造復合成礦模式的判別標志。6.3燕山期花崗巖熱液成礦系列的稀土元素特征老君山花崗巖及相關礦石中的黃鐵礦，Eu表現為強烈的負異常，稀土總量高，輕重稀土比值（ΣLREE/ΣHREE）也較高，顯示了花崗巖體分異程度較高，其稀土配分模式與地殼重熔花崗巖相吻合。

7結論

通過綜合分析眾多前人研究成果，結合不同礦床地質特征，認為老君山成礦區礦床的形成是主要受加里東期海底火山噴流沉積、印支期區域變質和燕山期花崗巖侵位三期地質作用的制約。結合不同類型礦床的稀土元素地球化學特征，在老君山成礦區厘定出3大成礦系列。1）加里東期海底火山噴流沉積-印支期變質成礦系列，位于研究區的最外圍，距離巖體較遠。該類礦床樣品稀土總量較低，同時具有Eu正異常和Ce負異常，具有海相火山噴流沉積巖特征，巖石樣品稀土元素配分模式與島弧拉斑玄武巖類似。相關礦石樣品稀土元素配分特征與圍巖一致，反映了二者具有同源性。2）加里東期海底火山噴流沉積-印支期區域變質-燕山期花崗巖熱液疊加改造成礦系列，分布于老君山花崗巖體外圍空間，距離巖體較近。該類礦床Eu為正異常、Ce為負異常的樣品，稀土總量低，具有海底火山噴流沉積巖（島弧拉斑玄武巖）的特征；Eu和Ce元素均表現為負異常的樣品，稀土總量高，反映了花崗巖熱液疊加改造的特征。3）燕山期花崗巖熱液成礦系列，分布于老君山花崗巖體及其接觸帶。該類礦床，稀土總量高，Eu為負異常，Ce以弱負異常為主，與地殼重熔型花崗巖稀土元素配分模式一致?？梢?，在受多期地質作用影響地區，通過不同成礦系列稀土元素組成的對比研究，可以分析各期地質作用對成礦的影響，從而驗證成礦系列劃分的合理性。

作者：賈福聚念紅良李星伍偉燕永鋒劉曉瑋郭躍進單位：昆明理工大學國土資源工程學院云南省有色地質局317地質隊云南省有色地質局地質勘查院云南冶金集團股份有限公司云南省國土資源規劃設計研究院云南華聯礦產勘探有限責任公司