湖南新田岭白钨矿床花岗岩地球化学特征研究

杨梧，戴塔根，张蒙龙

（1.贵州理工学院 资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550004；2.中南大学地球科学与信息物理学院，湖南 长沙 410083）

湖南新田岭白钨矿床花岗岩地球化学特征研究

杨梧1，戴塔根2，张蒙龙2

（1.贵州理工学院 资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550004；2.中南大学地球科学与信息物理学院，湖南 长沙 410083）

新田岭钨矿为南岭成矿带中一处超大型钨矿床。大地构造位置上处于扬子板块和华夏板块间的钦杭结合带，南岭NE向构造—岩浆—成矿带的北缘。岩相学和岩石地球化学研究表明，黑云母花岗岩与成矿关系密切，后期花岗斑岩为铝过饱和，其演化程度较高，地球化学特征具I或S型花岗岩特征。构造判别图解显示，区内花岗岩为同碰撞花岗岩；Sm/Nd、Eu/Sm、Nb/Ta和Zr/Hf显示花岗岩来源于地壳，以上说明该地区花岗岩源于与幔源底侵作用有关的地壳重熔S型花岗岩，形成于同碰撞造山环境，地幔岩浆上侵主要为地壳重熔提供了热能；稀土元素特征显示：轻稀土元素富集，强烈的铕负异常，成“V”字形的稀土元素配分模式。新田岭钨矿成矿物质来源主要来源于花岗岩体，同时，石磴子组灰岩亦提供了部分成矿物质。

新田岭；花岗岩；微量元素；稀土元素

新田岭矿区发现于20世纪50年代，80年代初查明为一处特大型接触带矽卡岩型白钨矿床，是南岭成矿多金属带重要的组成部分，前人仅从含钨花岗岩特征、同位素特征两个方面进行了研究（蔡明海等，2008；毕承思等，1988；胡加斌，2012），研究程度相对于南岭成矿带其他矿区相对薄弱。新田岭白钨矿为新田岭钨矿的一部分，本文从新田岭白钨矿岩体、矿体和围岩的微量和稀土元素地球化学特征入手，分析新田岭白钨矿的成矿物质来源和矿床成因，同时为新田岭矿区的矿床成因提供一定的数据依据。

1 矿区地质

新田岭矿区位于骑田岭花岗岩体北端东侧，茶陵—郴州—临武NE向构造岩浆带与郴州—邵阳NW向构造岩浆带的交汇部位。矿区出露地层简单，主要为上古生界石炭系一套浅海相碳酸盐岩—砂页岩（含煤）组合，自下而上岩性组成为：石炭系下统孟公坳组云质灰岩夹砂页岩，厚约300 m；石磴子组下部含燧石结核灰岩及上部泥质条带灰岩，厚约280 m；测水组石英砂岩、页岩夹煤层，并发育有1～3层扁豆状灰岩，厚约150 m；梓门桥组白云质灰岩、白云岩，厚约30 m；石炭系中统壶天群白云质灰岩，厚约240 m。其中石磴子组不纯灰岩为区内白钨矿的主要赋矿地层。

图1 湘南W-Sn多金属属矿集区地质矿产略图(据湖南地质矿产局湘南地质勘查院,2002修改）Fig.1 Geological sketch map of the W-Sn polymetallic ore concentration area of southern Hunan (modifed from Geological Surveyof South Hunan, Hunan Bureau of Geology and Mineral Resources, 2002)

2 地球化学特征

本次研究在新田岭矿区及外围共采取了4件围岩、5件矿体和7件岩浆岩等共计16件样品，其中岩浆岩样品均采自与成矿关系密切的同一岩体，XTL01为黑云母花岗岩，XTL02为细粒钾长花岗岩，XTL03、XTL04和XTL06为一般花岗岩，以上样品均为未蚀变花岗岩，但位于不同岩相带；而XTL05为矽卡岩化花岗岩，XTL07为含灰岩和石英细脉花岗岩，灰岩样品均采自石磴子组灰岩；XTL10和XTL11为远离矿体的未蚀变灰岩，XTL09为矿体边部弱蚀变灰岩，XTL08为弱矽卡岩化灰岩；矿石样品分为两种，XTL13为花岗岩体内的石英脉型钨矿，其他样品为外矽卡岩带矽卡岩型钨矿。并将样品送澳实分析检测（广州）有限公司进行微量和稀土元素测试，各样品微量和稀土元素特征见表1。

新田岭地区未蚀变花岗岩的轻稀土元素总量LREE=154.58×10-6～370.04×10-6，重稀土元素总量HREE=10.39×10-6～23.32×10-6，稀土元素总量ΣREE=164.97×10-6～393.36×10-6，轻重稀土比LREE/HREE=13.37～15.87，轻稀土相对富集，LaN/YbN=15.10～22.81，轻重稀土分异明显，δEu=0.57～0.71，Eu呈现负异常，δCe=0.96～1.01，Ce基本无异常，Y/Ho=29.06～30.93，Rb/Sr=0.54～1.46，Zr/Hf=30.59～38.48，Nb/Ta=8.43～13.19，Sm/Nd= 0.17～0.19，Rb/Ba=0.18～0.28。根据花岗岩稀土元素配分模式图可知，其稀土元素配分曲线呈现右倾型，具弱的Eu负异常；矽卡岩化花岗岩轻稀土元素总量LREE=307.53×10-6，重稀土元素HREE=42.4×10-6，稀土元素总量ΣREE=349.93×10-6，轻重稀土比LREE/ HREE=7.25，轻稀土相对富集，LaN/YbN=6.12，轻重稀土分异明显，δEu=0.10，具强Eu负异常，δCe=1.05，Ce呈弱正异常，Y/Ho=30.37，Rb/Sr=6.98，Zr/Hf=24.31，Nb/Ta=6.96，Sm/ Nd=0.22，Rb/Ba=6.17。根据花岗岩稀土元素配分模式图可知，其稀土元素配分曲线呈现右倾型，相比未蚀变花岗岩右倾程度减弱具有明显的Eu负异常；含灰岩和石英细脉花岗岩轻稀土元素总量LREE=42.36×10-6， 重稀土元素HREE=20.57×10-6，稀土元素总量ΣREE=62.93×10-6，轻重稀土比LREE/HREE=2.06，轻稀土相对富集，LaN/YbN=1.16，轻重稀土分异明显，δEu=0.37，具强Eu负异常，δCe=1.02，Ce呈弱正异常，Y/ Ho=28.30，Rb/Sr=7.13，Zr/Hf=16.06，Nb/Ta=6.29，Sm/Nd=0.35，Rb/Ba=3.98。根据花岗岩稀土元素配分模式图可知，其稀土元素配分曲线呈平坦型，具有明显的Eu负异常，微量元素蜘蛛网图显示，该地区花岗岩亏损Ba、Ta、Zr、Y元素，富集Th、Ce、Sm。

表1 新田岭矿区花岗岩、灰岩和矿体微量、稀土元素含量表Table 1 Main elements and Trace elements of granite inXintianling deposit, Hunan

新田岭地区石磴子组未蚀变灰岩的轻稀土元素总量LREE=27.69×10-6～28.53×10-6，重稀 土元素总量HREE=2.88×10-6～3.19×10-6，稀土元素总量ΣREE=30.57×10-6～31.72×10-6，轻重稀土比LREE/HREE=8.94～9.61，轻稀土相对富集，LaN/YbN=9.83～19.81，轻重稀土分异明显，δEu=0.38～0.81，Eu呈现负异常，δCe=0.98～0.99，Ce基本无异常，Y/Ho=29.41～36.25，Rb/Sr=0.03～0.10，Zr/Hf=31.25～46.67，Nb/Ta=10～12，Sm/Nd=0.21，Rb/Ba=0.57～0.73。根据其稀土元素配分模式图可知，稀土元素曲线为右倾型，轻稀土元素相对富集，Eu异常变化较大；石磴子组蚀变灰岩的轻稀土元素LREE=67.57×10-6～175.75×10-6，重稀土元素HREE=5.72×10-6～16.41×10-6，稀土元素总量ΣREE=73.29×10-6～192.16×10-6，轻重稀土比LREE/HREE=10.71～11.81，轻稀土相对富集，LaN/YbN=10.78～12.16，轻重稀土分异明显，δEu=0.40～0.55，Eu呈现负异常，δCe=1.01～1.03，Ce基本无异常，Y/Ho=26.77～27.5，Rb/Sr=2.15～5.11，Zr/Hf=37.14～40.88，Nb/Ta=11～11.64，Sm/ Nd=0.18～0.20，Rb/Ba=0.29～0.93。根据其稀土元素配分模式图可知，稀土元素曲线为右倾型，轻稀土元素相对富集，具明显的Eu负异常。

新田岭矿区矿体的轻稀土元素总量LREE=12.73×10-6～61.73×10-6，重稀土元素总量HREE=2.92×10-6～15.83×10-6，稀土元素总量ΣREE=15.65×10-6～77.56×10-6，轻重稀土比LREE/HREE =2.85～9.39，轻稀土相对富集，LaN/ YbN=1.14～9.12，轻重稀土分异明显，δ Eu=0.60～1.54，Eu变化较大，δ Ce=0.93～1.14，Ce异常不明显，Y/ Ho=24～40.83，Rb/Sr=0.01～6.67，Zr/Hf=27.50～36.6，Nb/Ta=5.63～28，Sm/Nd=0.20～0.31。根据其稀土元素配分模式图可知，XTL12-XTL14稀土元素曲线为右倾型，XTL15和XTL16为平坦型。

由花岗岩、灰岩与矿体的稀土元素配分曲线可知，花岗岩和矿体两者具有一致性，灰岩稀土元素配分曲线与矿体稀土元素配分曲线较为一致，结合微量元素分布特征，推测其三者具有同源关系。

3 讨论

3.1 花岗岩类型和构造判别

从该地区未蚀变花岗岩的稀土元素和微量元素特征可知，花岗岩的稀土元素配分曲线的左翼较陡，右翼较平缓，且具有不深的Eu谷，这与国内S型花岗岩的特征相似（吴锁平等，2007），Rb/Sr=0.54-1.46，平均0.95， Rb/ Ba=0.18-0.58，平均0.32，接近于我国S型花岗岩的Rb/Sr值1.55和Rb/Ba值0.46（陶继雄等，2003；肖庆辉等，2002），在Nb-Y花岗岩构造判别图解中，样品主要落入同碰撞花岗岩和火山弧花岗岩共有区域，（Yb+Ta）-Rb构造判别图显示，区内花岗岩为同碰撞花岗岩，这表明该区花岗岩为同碰撞造山带中的S型花岗岩。

图2 （a） 花岗岩稀土元素配分模式图；（b）灰岩和矿体稀土元素配分模式图Fig.2 Chondrite-normalized REE patterns in Xintianling deposit, Hunan: (a)granite; (b)Limestone and ore body

图3 （a）花岗岩微量元素蜘蛛网图；（b）灰岩和矿体微量元素蜘蛛网图Fig.3 Primitive mantle-normalized spider diagram of traceelements in Xintianling ore feld, Hunan: (a)granite;(b)Limestone and ore body

3.2 成岩物质来源

前人研究表明，一些微量元素比值能够很好地指示岩体的物质来源。如Sm/Nd不但可以反映稀土元素的分馏程度，还可以在一定程度上指示岩石成因（刘大为等，2011），Eu/Sm在不同地质体中有明显的差别，可作为判断岩石成因和物质来源的重要指标，IU.A.Balashov总结了不同类型地质体的 Eu/Sm 比值（王中刚等，1989），Nb和Ta、Zr和Hf具有相同的电荷数，离子半径相似（Green T H,1995），在岩体金红石或低Mg#角闪石较少时，Nb/Ta比值几乎不受分离结晶和部分熔融作用的影响（Foley et al,2002; Foley et al., 2000），而Zr/Hf受单斜辉石的结晶分异影响有一定变化（严再飞等，2011；Pf.nder et al, 2007），通常情况变化较小，因此，Nb/Ta和Zr/Hf可作为指示壳—幔体系地球化学作用的指标（Eby G N,1998）。新田岭矿区与成矿有关的未蚀变花岗岩样品的Eu/ Sm=0.16～0.19，平均0.18，接近于地壳和壳源花岗岩的Eu/Sm值0.16，Sm/Nd=0.17～0.19，平均0.18，远低于地幔Sm/Nd值（0.260～0.375），位于壳源花岗岩Sm/Nd值范围内（小于0.3），Zr/Hf=30.59～38.48，平均34.95，位于地壳和幔源岩石之间的Zr/Hf比值范围内（33～36.3）（Taylor et al, 1985），表明该地区岩浆演化可能与地幔活动有关（袁顺达等，2012）；Nb/ Ta=8.43～13.19，平均10.61，接近于地壳的Nb/ Ta值8.3（Rudnick et al, 2003），远低于亏损地幔的Nb/Ta值17.7（Sun SS et al，1989），以上表明该地区花岗岩可能来源于与幔源底侵作用有关的地壳重熔花岗岩，地幔岩浆上侵主要为地壳重熔提供了热能。由花岗岩、灰岩与矿体的稀土元素配分曲线可知，花岗岩和矿体两者具有一致性，灰岩稀土元素配分曲线与矿体稀土元素配分曲线较为一致，结合微量元素分布特征，推测其三者具有同源关系。

图4 （a）Nb-Y构造判别图（据Pearce et al，1984）；（b）（Yb+Ta）-Rb构造判别图（据Pearce，1996）Fig.4 (a) w(Nb)-(Y), (b) (Yb+Ta)-Rb discrimination diagrams of granties: VAG- Volcanic arc granite; syn-COLG-syn collisional granite;WPG-Within plate granite;ORG-Ocean ridge granite

4 结论

（1）未蚀变花岗岩的稀土元素和微量元素特征显示，新田岭矿区与成矿关系密切的岩体为同碰撞造山带中的S型花岗岩；

（2）新田岭矿区与成矿关系密切的岩体为与幔源底侵作用有关的地壳重熔花岗岩，地幔岩浆上侵主要为地壳重熔提供了热能；

（3）新田岭白钨矿的成矿物质来源主要来源于花岗岩体，同时，石磴子组灰岩亦提供了部分成矿物质。

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Research on Geochemical Characteristics of Xintianling Tungsten Deposit in Hunan

Yang Wu1, Dai Tagen2, Zhang Menglong2
(1.School of Resources and Environmental engineering ,Guizhou Institute of Technology, Guiyang Guizhou 550004; 2.School of Geosciences and Info-Physics, Central South University, Changsha Hunan 410083)

Xintianling tungsten deposit is a super-large tungsten deposit in Nanling tungsten-tin mineralization belt.It lies in the central segment of the Qin-Hang junction zone and north-center of the east tectonic-magma-minerogenic belt.Ore body is mainly located in the internal contact zone, the surrounding rock is the limestone.Rocks of the Biotite granite are high K-calc-alkaline and weakly peraluminous.These rocks are depleted in Nb, Ta, P, Ti, Sr, but enriched in Rb, K, Pb, Th.it has a nearly “V” type REE pattern characterized and clear negative Eu anomalies.Late granite porphyry is supersaturated aluminum, it has a higher evolution degree and the geochemical features is likely S type granite.Chondrite normalized REE patterns with good consistency suggest the same or similar magma source and evolutionary history.Tectonic settings discriminating of trace element of granite shows the rock may be formed during the period of collisionorogeny and intraplate, especially in the conversion period both of them, in an extensional environment.

Xintianling; granite; trace element; rare earth element

P618.67

A

1672-5603（2016）04-008-6

贵州省普通高等学校创新人才团队项目（黔教合人才团队字[2015]56号）。

*第一作者简介 杨梧，男，1989年生，工学博士，研究方向为元素地球化学。

2016-10-16；改回日期：2016-11-14。