浙赣皖相邻区燕山期花岗质岩类含矿性及其氧逸度特征*

李鹏举，余心起，邱骏挺，李红英，周 翔

(中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院，北京 100083)

浙西、赣东北和皖南地区(简称浙赣皖相邻区)在地质构造上属于新元古代弧-陆碰撞型造山带(即江南造山带)的东段，它位于江绍断裂带北侧、扬子地块东南缘，是我国重要的铜金银铅锌钨铀成矿区，闻名遐迩的德兴铜金矿集区就位于研究区内。大量的研究表明，研究区的绝大部分矿床与燕山期构造-岩浆活动有着成因上的密切联系[1-3]。因此，研究区的燕山期花岗岩具有非常重要的研究价值，并成为众多地质工作者研究的热点。早在上个世纪，就有学者对研究区内的花岗岩体进行了分类，认为它们可分为同熔型花岗岩和重熔型花岗岩[4]。近十几年来，随着岩石地球化学和同位素地球化学分析方法和技术的革新，研究区花岗岩的研究取得了长足进展，并取得了一些比较公认的认识，研究区燕山期花岗岩大致可分为燕山早期(180～145 Ma)和燕山晚期(<140 Ma)两类；燕山晚期A型花岗岩大规模出露[5-8]。戚建中等[1]更是论述了研究区铜金资源的潜力，并认为铜、金矿化主要与燕山早期I型中酸性花岗岩类有关。

研究区的铜金钼矿床具有非常明显的分布特点：① 受NNE、NE和NW向3组断裂的控制定位；② 绝大部分矿床形成于燕山早期，与燕山早期花岗闪长岩紧密相关(矿床形成时间见表1)；③ 与燕山晚期花岗岩关系不大。本文通过测定燕山早期和燕山晚期花岗岩体的Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mo、W、Sn等成矿元素的含量，并结合岩体的岩石、地球化学特征、形成时代、氧逸度，试图讨论两期岩体含矿性的差异，继而揭露造成这种成矿差异的主要原因，以期对实际的找矿工作带来些许启示。

表1 浙赣皖地区及邻区铜金钼等矿床成矿时间Table 1 Metallogenic time of the Cu, Au, Mo deposits in the intersection area of Zhejiang, Jiangxi, and Anhui provinces

1 花岗质侵入体概况

如图1所示，研究区内分布着大大小小上百个花岗质侵入体，分别形成于晋宁期和燕山期。晋宁期形成的有休宁、歙县、许村等花岗闪长岩体和灵山、莲花山、石耳山花岗(斑)岩体。而在燕山期，浙赣皖相邻区经历了规模最大，最强烈的一次岩浆侵入活动，所形成的花岗岩体无论在岩体个数、面积和岩类发育程度诸方面均远超晋宁期。研究区绝大多数内生金属矿床，如铅、锌、钨、钼、铜、金、银等无不与本期的岩浆侵入活动有关，是最重要的一次成矿期。如上文所述，研究区燕山期花岗岩可分为两期，一种形成于燕山早期，如铜厂、富家坞、逍遥、东源、太平、桐村等岩体；另一种形成于燕山晚期，如大茅山、三清山、黄山、九华山、铜山、白菊花尖等岩体。

图1 浙赣皖相邻区花岗质岩类分布图(据[25]修改)Fig.1 Distribution of the granitoid rocks in the intersection area of Zhejiang, Jiangxi, and Anhui provinces (Modified from[25])

2 岩石学和地球化学特征

燕山早期主要岩石类型为花岗闪长岩，新鲜面呈灰白色，其矿物组合包括角闪石、斜长石、钾长石、石英、黑云母等，斜长石偏中性；SiO2含量较低，一般低于70%，铝饱和指数较低，多数显示为准铝质或弱过铝质；稀土元素配分图呈右倾型，Eu没有明显的异常；富集大离子亲石元素，相对亏损高场强元素，显示较强的Nb，Ta负异常(图2a, b)。在Y-Nb和Yb-Ta构造判别图解上(图3a, b)，燕山早期花岗岩落入火山弧环境，暗示该期花岗岩的形成可能受到板块俯冲的影响。在以104×Ga/Al值为基础的判别图解上，燕山早期花岗岩具有I或S型花岗岩的特点(图3c, d)。

燕山晚期花岗岩体的主要岩石类型是花岗岩或花岗斑岩，与燕山早期岩体有显著区别，其矿物组合包括钾长石、斜长石、石英、黑云母，斜长石偏酸性；SiO2含量一般高于75%，铝饱和指数较高，一般属于过铝质；轻重稀土分馏不明显，Eu呈强烈负异常，反映了斜长石的分离结晶，稀土配分曲线呈海鸥型；相对富集Rb、Th、U、Nb、Ta等元素，强烈亏损Ba、Sr、P、Ti(图2a, b)。在Y-Nb和Yb-Ta图解上(图3a, b)，燕山晚期花岗岩落入板内环境；在以104×Ga/Al值为基础的判别图解上，燕山晚期花岗岩具有A型花岗岩的特点(图3c, d)。说明进入白垩纪后，研究区构造环境发生改变，形成的花岗岩与板内伸展环境有关。

图2 燕山期花岗岩球粒陨石标准化[26]稀土配分图(a)和原始地幔标准化[27]蛛网图(b) (数据来源：[25])Fig.2 Chondrite-normalized [26] REE diagrams (a) and primitive mantle-normalized [27] spider diagram (b) for the Yanshanian granites (The data are from [25])

图3 燕山期花岗岩Y-Nb(a)和Yb-Ta(b)图解[28]; 10 000×Ga/Al vs. Nb图解(c)和10 000×Ga/Al vs. Zr图解(d) (数据来源同图2)Fig.3 The Y-Nb(a) and Yb-Ta(b) diagram of the Yanshanian granites[28]; 10 000×Ga/Al vs. Nb(c) and 10 000×Ga/Al vs. Zr(d) (The data are from [25])

3 岩石含矿性差异

花岗质岩石与许多重要的内生金属矿产具有密切的时空和成因联系。前人的研究表明，不同类型的花岗岩往往具有不同的成矿专属性。例如，S型或A型花岗岩多与钨、锡矿化有关；I型花岗岩多与铜、钼、金等矿床有关[1]。本文对浙赣皖相邻区多个燕山期花岗岩的成矿元素进行了测定，结果如表2。我们发现燕山早期花岗岩具有相对较高的金(0.74～4.33 ng/g)、银(74.43～1 041.49 ng/g)、铜(31.86～165.3 μg/g)、钼(0.99～21.99 μg/g)、镍(2.07～82.29 μg/g)平均含量，而燕山晚期花岗岩的这些元素含量相对较低：金(0.3～1.07 ng/g)、银(47～338.42 ng/g)、铜(1.8～28.88 μg/g)、钼(0.27～2.8 μg/g)、镍(1.03～4.69 μg/g)。在铅、锌、钨、锡元素的含量方面，燕山早期花岗质侵入体与晚期花岗质侵入体的区别不大。因此，两期花岗岩成矿元素的差异可以解释研究区的铜、钼、金矿床多形成于燕山早期的原因。

矿床中的成矿元素主要来自于地层还是花岗质侵入体一直是众多地质工作者争论的焦点。有的学者认为矿床中的铜、金等元素主要来自岩浆，只有少量来自围岩，如金章东等[29]提出了德兴铜厂斑岩铜矿体系金属物质的正岩浆来源，认为铜与侵入岩浆为单一体系，铜主要来自岩浆本身，围岩矿质仅小量掺入于斑岩体上盘下部的低品位区；而有的学者则认为围岩可提供相当巨量的成矿元素，认为围岩是德兴斑岩铜矿的矿源层[30]。通过本文对成矿元素的测定可以发现，燕山早期花岗质侵入体铜金等成矿元素含量要远高于燕山晚期花岗质侵入体，并且形成的大中型铜金钼矿床主要集中于燕山早期，因此本文支持“矿床中铜、金等元素主要来自岩浆”的说法。

表2 燕山期花岗质侵入体成矿元素含量平均值Table 2 The average content of metallogenic elements in the Yanshanian granites

1)本文成矿元素测试分析由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所完成。年龄数据来自于[25]；(1) 胡永和等.浙江省铜矿成矿地质条件与找矿前景，1993。

4 氧逸度及其对成矿的影响

Ballard等[34]最早使用锆石成分来反映岩浆氧化还原程度，他们将北智利的超大型斑岩铜矿作为研究对象，以锆石中的Ce4+/Ce3+比值探讨成矿的氧化状态。在氧化条件下，锆石中的Zr4+容易被Ce4+离子取代，因此，可以通过Ce4+/Ce3+比值来判断岩浆氧逸度的相对高低。锆石中Ce4+/Ce3+的关系表达式为：

[Ce4+/Ce3+]锆石=

结果显示，具斑岩铜矿化的花岗质侵入体的Ce4+/Ce3+值>300(氧逸度高)，不含矿的花岗质侵入体小于此值。该计算方法在我国实际中的应用很多，如玉龙斑岩铜矿、邦铺钼(铜)矿床、德兴斑岩铜矿、冈底斯斑岩铜矿带、云南金平铜厂铜钼矿，通过对上述矿床的锆石氧逸度进行计算，得出这些富矿花岗质侵入体都具有高的Ce4+/Ce3+值(即高的氧逸度)，研究区德兴铜矿的Ce4+/Ce3+值更是高达830～1 600，这与全球第二大的丘基卡马塔斑岩铜矿的高氧逸度具有相同的特征[35-38]。但是通过Ce4+/Ce3+比值只能反映岩体的氧逸度的相对高低，不能求出氧逸度的绝对值。

Trail et al.[39]通过标定锆石Ce异常、温度、氧逸度之间的关系，给出如下经验公式，可以直接测定岩体的氧逸度：

其中fO2是氧逸度，T是绝对温度。

前期工作中，我们利用Trail的经验公式通过锆石中的Ce异常计算了浙西地区燕山早期花岗岩和燕山晚期花岗岩的氧逸度。其中，燕山早期样品采自开化县桐村花岗斑岩，其锆石U-Pb年龄165 Ma左右，辉钼矿Re-Os年龄163.9 ± 1.9 Ma。通过对样品成矿元素的含量分析，发现桐村花岗斑岩具有非常高的铜金钼等元素含量(表2)，相应形成了铜钼矿床，据估测可达到中型矿床规模。使用Trail et al.[39]的计算方法确定含矿岩体的氧逸度范围介于FMQ(铁橄榄石-磁铁矿-石英缓冲对)和MH(磁铁矿-赤铁矿缓冲对)之间，平均值为FMQ+2.7，氧逸度较高。燕山晚期的花岗岩样品采自桐村花岗斑岩附近的上界首细粒花岗岩，其锆石U-Pb年龄139.9 Ma。成矿元素的含量分析结果显示，上界首细粒花岗岩铜金钼等深源元素含量低，在实际找矿中也未发现明显矿化。计算得到上界首细粒花岗岩的氧逸度小于FMQ，平均值为FMQ-1.1[40]。

总之，燕山早期花岗岩的氧逸度较高，铜金钼等成矿元素含量也高；燕山晚期花岗岩的氧逸度较低，相应的这些岩体的铜金钼等成矿元素含量也低，即高氧逸度于铜金钼成矿更为有利。近年来，由于锆石成分分析的普及，对于地质工作者来说，获得锆石中的稀土微量元素含量越来越便利。因此，利用锆石中稀土元素的含量来计算岩浆的氧逸度具有非常广阔的应用前景。

图4 桐村、上界首岩体的岩浆氧化状态(a)和岩浆氧逸度(b)(数据来自[40])Fig.4 Magma oxygen states of the Tongcun,Shangjieshou pluton (a) and magma oxygen fugacities of Tongcun, Shangjieshou pluton (b) (The data are from [40])

5 结 论

1) 浙赣皖相邻区在燕山期出露两期花岗质岩类，燕山早期岩石类型多属花岗闪长岩，地球化学特征显示其具有I或S型花岗岩的特点，可能形成于火山弧环境；燕山晚期花岗岩偏酸性，岩石类型一般为花岗岩或花岗斑岩，具有A型花岗岩的特点，其形成可能与板内伸展环境有关。

2) 燕山早期花岗质侵入体具有较高的氧逸度，而晚期氧逸度偏低，与之对应燕山早期的花岗质岩类更富含金、银、铜、钼、镍等深源元素，而燕山晚期岩体的铜金钼含量偏低，故高氧逸度于铜金钼成矿更为有利。使用锆石中稀土元素的含量可以有效计算岩浆的氧逸度。

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