大悟县娘娘顶钨铍矿区隐伏中性岩体锆石U-Pb年龄、地球化学特征及地质意义

钟石玉， 杨 成， 李书涛， 石先滨， 胡太平， 秦志军

(湖北省地质调查院，湖北 武汉 430034)

娘娘顶钨铍矿区位于湖北省大悟县大新店地区，行政区划隶属于广水市广水镇和大悟县大新店镇管辖。在大地构造位置上处于秦岭—大别造山带桐柏段东部，桐柏—红安造山带的结合部位，区域性北西向新(城)—黄(陂)断裂带与北东向澴水断裂带交汇的北西部(图1)[1-2]。

区域上前寒武纪变质地层出露广泛，岩浆活动频繁、广泛分布，岩石类型多样，其中以燕山晚期酸性岩浆活动最为频繁[3]，与钨、铍、钼成矿关系极为密切[4-6]。区域内构造发展与地质演化相一致，经历多期次构造活动，深大断裂发育，表现为北西向与北东向网格状断裂构造系统[7-8]。前人研究认为区域上燕山晚期鸡公山岩体南缘接触带两侧是钨铍矿产找矿潜力较大的地区[6]。

娘娘顶矿区钨铍矿由两个矿点组成，分别为王家屋脊白钨矿点和杨新岩铍矿点。矿区内铍矿点发现较早，1961—1963年期间，湖北省地质局701队对杨新岩铍矿点进行了概略性矿点检查与评价。2013年实施的“湖北广水—大悟地区矿产地质调查”项目对杨新岩铍矿点进行了重点矿产检查，初步估算铍矿体334资源量为BeO 130 t。近两年来，湖北省地质局第六地质大队在矿区开展了铍钨多金属矿预普查工作，于杨新岩铍矿点圈出了2个铍矿体，均产于娘娘顶花岗岩体与红安岩群黄麦岭组地层接触界面附近。前人将矿区内娘娘顶花岗岩的成岩时代归为晚白垩世，且普遍认为铍矿体的形成与娘娘顶花岗岩密切相关[9]。但近年来，湖北省地质调查院等单位针对娘娘顶黑云母二长花岗岩进行了系统的采样定年测试，取得了(747±11)～(741±11) Ma的成岩年龄数据(暂未发表)，为南华纪侵入岩。

为探明铍矿体在深部的延伸状态，矿区内开展的预普查工作施工有ZK0001、ZK1501两个钻孔(图1)，于ZK1501中发现有隐伏的中性岩体，其呈岩枝状穿插于娘娘顶黑云母二长花岗岩之中，显示该岩体成岩时间明显晚于娘娘顶花岗岩(图2-a、图2-b)。

图1 娘娘顶钨铍矿区地质图[1-2]

图2 侵入于娘娘顶岩体中的二长闪长岩(a)和二长岩(b)

为查明该隐伏中性岩体成岩时代、地球化学特征等，本文通过激光剥蚀多接收器电感耦合等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)技术对隐伏中性岩体的锆石进行了U-Pb年代测定，确定了其具体年龄，并进行了系统的岩石学和岩石地球化学研究，探讨了隐伏岩体的岩石成因及其形成环境。这对约束该铍矿的成矿物质来源与成矿作用过程以及下一步找矿工作有着重要作用，对研究桐柏—大别构造带的地质演化亦有着重要意义。

1 矿区地质特征

1.1 地层

矿区出露地层主要为新元古界红安岩群黄麦岭岩组、天台山岩组低角闪岩相—高绿片岩相区域变质岩系，岩石类型以白云钠长片麻岩、白云浅粒岩、石榴钠长角闪片岩、钠长角闪片岩及白云石英片岩等为主，呈近南北向展布，地层倾向从北东、东转向南东，倾角大小为30°～50°。在矿区河谷两带、河谷两侧低丘地区分布着少量第四系全新统残坡积层和冲积层(图1)。

1.2 构造

矿区内最主要构造为NE向、NW向、NNE向断裂破碎带以及发生在破碎带内的次级构造裂隙。北东向与北西向构造带的复合部位是岩体侵位的有利空间，同时这些断裂的次级裂隙中矿化现象明显，与成矿关系密切。

1.3 岩浆岩

矿区岩浆岩具有多次侵入的特点，按时代主要分为新元古代基性侵入岩、酸性侵入岩和中生代酸性侵入岩。侵入岩体主要有王大山岩体、鸡公山岩体和娘娘顶岩体，此外还发育有大量脉岩如花岗斑岩脉、花岗岩脉及石英脉等。

新元古代王大山岩体整体呈近东西向长条状、不规则状分布，侵入新元古代红安岩群中，其北部被鸡公山岩体侵入，南东部与娘娘顶岩体呈侵入接触关系。王家屋脊白钨矿(化)体产于该岩体中(图1)。岩体中及外围石英脉、花岗岩脉、伟晶岩脉等发育，并可见大量大理岩捕虏体及斜长角闪岩捕虏体、包体等。岩性为辉长岩，岩石呈深灰绿色，中细粒半自形粒状结构，块状构造。矿物成分主要有辉石、角闪石、斜长石和黑云母，其次含有少量副矿物磁铁矿、褐帘石、钛铁矿等。

鸡公山岩体出露面积较大，呈岩基状产出，平面上沿区域构造线方向呈北西向带状展布，与新元古代红安岩群、王大山岩体呈侵入接触关系。岩体内含有大量围岩，岩体中常发育有细伟晶岩脉、石英脉、钾长石脉，也可见有斜长角闪岩捕虏体和包体。鸡公山岩体岩性具有分带现象，从岩体中心向外依次为细—中粒斑状黑云母二长花岗岩、细粒二长花岗岩、片麻状花岗岩及花岗质混杂岩。相带之间岩性呈过渡关系，各相带岩石中矿物成分相近，主要有斜长石、钾长石和石英等，并含有少量副矿物磁铁矿、锆石、榍石、磷灰石等。

娘娘顶岩体呈岩株状，大致呈北北西向展布，岩性为黑云母二长花岗岩，受区域动力变质作用影响，多具糜棱岩化特征。岩石呈浅肉红色，细粒花岗结构，块状构造。矿物主要成分为钾长石、石英、斜长石，黑云母次之。杨新岩铍矿体产于该岩体与黄麦岭组地层接触界面附近(图1)。

1.4 杨新岩铍矿体特征

杨新岩铍矿点共圈出2个矿体，其中Ⅰ号主矿体长约190 m，宽3～8.6 m，形态较为复杂，总体呈向南凸出的扁豆状作弧形展布，走向约307°，BeO品位为0.34%～0.53%；Ⅱ号矿体规模较小，长约10～20 m，宽2 m，整体呈透镜状向南产出。

由于后期高温气液作用，围岩蚀变强烈，主要有钾长石化、钠长石化、云英岩化、绿泥石化、方解石化以及硅化等。接触界面附近的娘娘顶花岗岩强烈风化，钠化程度较深，形成钠化花岗岩。铍矿石主要产自钠化带内，矿石类型主要为日光榴石钠长石化型。大部分铍矿石可见皮壳状构造，明显分为内外两个部分，铍矿石内部为灰白色钠化花岗岩，外部为黑褐色铁锌锰质皮壳。铍矿石的矿石矿物为锌日光榴石，脉石矿物主要成分为钠长石、方解石、石英，次要成分为锰铝榴石、绿泥石、白云母、褐锰矿、褐铁矿等。

2 隐伏岩体岩石学特征

根据室内薄片鉴定结果，隐伏中性岩体一共可区分出四种岩性，分别为弱蚀变斑状石英二长岩、弱蚀变斑状正长岩、蚀变二长岩、蚀变二长闪长岩。

(1) 弱蚀变斑状石英二长岩，灰色，似斑状结构，块状构造。岩石主要由斜长石(40%～45%)、碱性长石(30%±)、石英(5%～10%)、绿泥石(5%～10%)、黑云母(5%±)、方解石(3%±)、绢云母(2%±)等矿物组成。斜长石斑晶呈半自形板柱状，板长一般0.8～1.2 mm；基质呈板柱状、糖粒状(钠长石)，粒径一般0.06～0.2 mm不等，局部定向分布，斜长石晶内普遍粘土岩化，少数碳酸岩化、绢云母化。零星的条纹长石斑晶呈半自形板柱状，粒径0.8 mm；基质粒径一般0.1～0.2 mm。他形粒状的石英分布于长石间，粒径一般0.2～0.5 mm。绿泥石呈放射状纤维集合体、片状集合体交代角闪石，常有金属矿物伴生(2%±)。方解石呈他形粒状交代或充填于岩石显微裂隙中。榍石(0.5%±)、磷灰石(1%±)等副矿物呈粒状、柱状零散分布。

(2) 弱蚀变斑状正长岩，绿灰色带肉红色调，具有似斑状结构、交代结构，块状构造。岩石主要由碱性长石(65%±)、斜长石(10%±)、石英(3%±)和绿泥石(10%±)、黑云母(3%±)、方解石(5%±)等矿物组成。长石表面普遍具弱粘土岩化(<1%)，斜长石斑晶呈半自形板柱状，粒径一般0.8～1.5 mm，部分斜长石双晶纹产生错动变形，表明具弱绢云母化(1%±)；碱性长石呈板柱状，粒径一般1～2 mm，条纹结构发育。基质为半自形细粒状结构，长石基质呈板柱状、板粒状分布，粒径一般0.2～0.5 mm。他形粒状的石英分布于长石间。绿泥石呈片状集合体，方解石呈他形粒状交代于原岩中的暗色矿物，局部可见柱状的假象残余，细板状的金属矿物(1%±)常与之伴生分布。榍石(≤1%)、锆石(0.1%±)、磷灰石(0.5%±)等副矿物呈粒状、柱状零散分布。

(3) 蚀变二长岩，绿灰色，半自形粒状结构、交代结构，块状构造。岩石主要由斜长石(40%～45%)、碱性长石(20%～25%)、角闪石(10%±)、石英(3%±)、绿泥石(8%～10%)、方解石(3%±)、绢云母(3%±)以及金属矿物(1%±)等组成。斜长石和碱长石呈半自形板柱或板粒状分布，个别交生。斜长石粒径一般0.6～1.2 mm±，晶内普遍绢云母化；碱长石粒径一般0.8～1.6 mm，发育格状双晶，表面土化。角闪石粒径一般0.2～0.4 mm，呈柱状分布，局部具有定向性。绿泥石呈片状集合体，方解石呈他形粒状交代角闪石，部分保留柱状假象，边缘有不透明的金属矿物伴生分布。石英呈他形粒状嵌布于长石晶间，粒径一般0.2～0.4 mm。榍石(0.5%±)、磷灰石(1%±)及褐帘石(0.1%±)等副矿物呈粒状、柱状集中或零散分布。

(4) 蚀变二长闪长岩，半自形粒状结构、交代结构，块状构造。岩石主要由斜长石(50%±)、碱性长石(15%±)、角闪石(10%±)、绿泥石(15%±)、石英(1%～2%)、方解石(5%±)等矿物组成。斜长石和碱性长石呈半自形板柱状，晶内普遍粘土岩化。斜长石粒径一般0.5～1 mm±，少数双晶纹变形；碱性长石粒径一般0.8～1.2 mm，条纹结构发育;角闪石粒径一般为0.2～0.4 mm，呈柱状分布，局部弱定向，相当一部分已被绿泥石化，晶内常有析铁和不透明的金属矿物(1%);石英呈他形粒状嵌布于长石晶间，粒径一般0.1 mm±;榍石(0.5%±)、磷灰石(2%±)及褐帘石(0.1%±)等副矿物呈粒状、柱状零散分布。

本次研究工作于ZK1501钻矿岩芯柱中采集了样品ZK1501/U-Pb-1(正长岩)、ZK1501/U-Pb-2(二长岩)，用于开展LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄测试研究；采集有ZK1501-YQ1～YQ6等六件样品用于开展岩石主微量稀土等地球化学特征研究。

3 锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄结果

岩石样品逐级粉碎后，经人工分选淘洗，在双目镜下挑选出晶形完好的锆石颗粒。将选出的锆石置于环氧树脂中，研磨抛光至一半，使锆石内部暴露[10]。锆石的阴极发光和背散射电子图像分析以及锆石 U-Pb 测年分别在湖北省地质实验测试中心的电子探针实验室、LA-MC-ICP-MS 实验室完成。样品的锆石U-Pb同位素年龄测试结果见表1、表2。

3.1 锆石特征和成因

正长岩样品ZK1501/U-Pb-1锆石为较好的自形—半自形双锥长柱状，长宽比在1.0～3.0之间。锆石CL图像显示出较清晰的振荡环带(图3)，具岩浆成因特征[11-14]。二长岩样品ZK1501/U-Pb-2锆石具独特的长柱状，长宽比为3.0～5.0，也显示出较清晰的振荡环带(图4)，具典型的中性岩浆锆石特征。

图3 矿区隐伏正长岩锆石阴极发光(CL)图像

图4 矿区隐伏二长岩锆石阴极发光(CL)图像

正长岩样品ZK1501/U-Pb-1锆石U和Th的含量及Th/U比值分别为293～926 μg/g、146～1 111 μg/g和0.46～1.88；二长岩样品ZK1501/U-Pb-2锆石U和Th的含量及Th/U比值分别为93～756 μg/g、75～706 μg/g和0.56～1.76，二者Th和U之间具有明显的正相关性，且具有高的Th/U比值，均显示岩浆成因锆石特征。

表1 矿区隐伏正长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学分析结果

表2 矿区隐伏二长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学分析结果

3.2 锆石U-Pb年龄

由表1、表2可以看出，正长岩样品ZK1501/U-Pb-1锆石的206Pb/238U年龄较为集中分布，变化范围为(132.6±2.3)～(126.0±2.8) Ma，加权平均年龄为(128.9±1.0) Ma(MSWD=0.31)(图5)；二长岩样品ZK1501/U-Pb-2锆石的206Pb/238U年龄亦集中分布，变化范围为(133.2±2.5)～(128.8±2.9) Ma，加权平均年龄为(129.7±1.3) Ma(MSWD=0.103)(图6)。以上加权平均年龄代表了岩体的结晶年龄，即该隐伏中性岩体为燕山晚期产物。

图5 隐伏正长岩锆石U-Pb年龄谐和图

图6 隐伏二长岩锆石U-Pb年龄谐和图

4 元素地球化学特征

样品的主量元素和痕量元素分析在湖北省地质实验测试中心完成。样品新鲜，磨至200 目以下，主量元素分析采用 X 射线荧光光谱仪分析(ME-XRF26d)完成，微量元素含量分析采用熔融法电感耦合等离子质谱仪分析(ME-MS81)完成，分析误差均<5%[15]。隐伏中性岩类的主量、微量、稀土数据分别列于表3-表5。

4.1 主量元素

主量元素测试分析结果(表3)表明，不同岩石的SiO2含量范围为53.86%～63.63%，属中性岩。在岩浆岩系统全碱—硅(TAS)分类图(图7)上，样品ZK1501-YQ1落入正长岩区域，样品ZK1501-YQ2、YQ3与YQ4落入二长岩区域，样品ZK1501-YQ5落入二长闪长岩区域，样品ZK1501-YQ6落入石英二长岩区域，与室内薄片鉴定结果相一致。除一件样品外，其他样品均落于Ir-Irvine 分界线上方，为碱性岩石。各中性岩里特曼指数σ值大小为3.04～7.16，整体上为碱性岩石，铝饱和指数A/CNK为0.559～0.834，均为准铝质岩石(见图8)。以上研究结果表明，各隐伏中性岩属于准铝质的碱性花岗岩。

各中性岩石CaO含量范围为3.16%～8.66%，平均含量为5.26%；MgO含量范围为1.56%～4.52%，平均含量为3.24%，表明岩石具有较高的CaO、MgO含量；K2O含量范围为0.14%～4.57%，平均为1.82%；Na2O含量范围为4.17%～9.21%，平均为6.50%；全碱K2O+Na2O含量范围为7.12%～9.35%，平均为8.32%。

图7 矿区隐伏中性岩Alk-SiO2(TAS)分类图解

图8 矿区隐伏中性岩A/NK-A/CNK图解

二长闪长岩分异指数DI为60.16，二长岩分异指数DI平均值为66.42，正长岩分异指数DI平均值为77.37，石英二长岩分异指数DI平均值为81.82，说明岩浆有向酸性演化的趋势。

隐伏中性岩样品的Harker图解(图9)显示，除K2O以外，随着岩浆的演化，总体上Na2O、Al2O3随SiO2含量的增加而呈递增的趋势，CaO、TFeO、MgO、P2O5、TiO2含量则逐渐降低，表明二长闪长岩、二长岩、正长岩、石英二长岩为同源岩浆不同演化阶段的产物。

4.2 微量元素

在原始地幔标准化的岩石微量元素蛛网图中(图10)，各中性岩微量元素以Zr、Hf、Ga、U含量较高为特征，而相对亏损Sr、Ti、Nb、Ta等元素，这可能与斜长石(对应于Sr、Nb)、钛铁矿或榍石或角闪石(TiO2)等的分异有关。

岩石中K/Rb平均值大小为353.81，比值较高，表明这些岩石具有不同于由强烈分异形成的碱性岩的特征(K/Rb比值低)。此外，Rb/Sr值对研究花岗质岩石的物质来源具有重要的意义，地球上部陆壳Rb/Sr值大约为0.32，大陆壳平均值为0.24，矿区各中性岩石其Rb/Sr值介于0.007～0.104之间，平均值为0.049，远小于大陆壳平均值0.24，表明成岩物质主要为幔源。

保护的作用.漏电保护器的功能检测；为了经常检查漏电保护器的动作性能，漏电保护器装有实验按钮，在漏电保护器开关闭合后，按下实验按钮 SB，如果开关断开，则证明漏电保护器正常.一般一月应检查一次.

各中性岩石微量曲线形态相似，微量元素丰度相近，基本上呈同步消长关系，反映了同源岩浆的演化特征。

图9 矿区隐伏中性岩Harker图解

图10 矿区隐伏中性岩微量元素蛛网图

4.3 稀土元素

由稀土元素分析研究结果(表5)可知，各中性岩石稀土元素总量∑REE为193.69～275.79 μg/g，LREE含量为181.03～256.16 μg/g，HREE含量为12.66～29.08 μg/g，LREE/HREE比值大小为6.52～17.76，(La/Yb)N比值大小为7.34～36.73，显示轻稀土富集而重稀土亏损的特征。除一个二长岩样品具较强铕负异常(δEu=0.60)外，其它岩石均具弱的负铕异常(δEu为0.79～0.88)，表明可能经历了长石一定程度的分异。各中性岩石稀土元素配分曲线均为右倾型斜线(图11)，并呈现出轻稀土分馏明显、重稀土分馏较弱的特征。总体上，各中性岩稀土元素特征与幔源型花岗岩相类似。

表4 矿区隐伏中性岩微量元素地球化学分析结果(单位：μg/g)

图11 矿区隐伏中性岩稀土元素配分曲线图

此外，各中性岩稀土元素Sm/Nd比值介于0.18～0.22，低于陆壳平均值0.23，表明其侵位过程中可能有壳源物质的混入[16]。

5 讨论

5.1 岩石成因类型

在(K2O+Na2O)/CaO对Zr+Nb+Ce+Y，K2O+Na2O对1 000×Ga/Al，Nb对1 000×Ga/Al，Y对1 000×Ga/Al等花岗岩判别图解中(图12)，各隐伏中性岩石整体上落入A型花岗岩区域。

表5 矿区隐伏中性岩稀土元素地球化学分析结果(单位：μg/g)

A型花岗岩的形成与拉张构造背景有关[17]，而各中性岩Rb/Sr值与Sm/Nd比值指示其成岩物质主要为幔源，侵位过程中可能有壳源物质的混入，说明各中性岩为地幔玄武质岩浆在伸展环境下上侵经分异演化形成，不同岩石类型为地幔岩浆不同演化阶段的产物。

5.2 岩石形成构造环境

在Nb-Y和Rb-(Y+Nb)构造环境判别图解(图13)上，各隐伏中性岩投影点均落入火山弧花岗岩和板内花岗岩交界处，显示具有碰撞后花岗岩的特征。

以上说明，各隐伏中性岩形成于造山作用之后的伸展环境。白垩纪早期130 Ma左右，造山带碰撞造山后由挤压向拉张伸展转换，加厚造山带发生拉张垮塌，地幔物质上涌，并在拉张伸展的构造背景下侵入下地壳，经演化形成该矿区隐伏的各类中性岩。

图13 矿区隐伏中性岩Nb-Y和Rb-(Y+Nb)构造背景判别图解

5.3 对成矿找矿的指示意义

中国花岗岩型稀有金属矿床大多分布在南岭及其邻区，成矿时代基本上都属于燕山期，并且主要集中在103～174 Ma范围内[20]。中国的稀有矿床从元古宙至中生代都有产出，不过燕山期是稀有、稀土矿床的主要成矿时代。燕山期是中国稀有金属矿床爆发式产出的时期，该时期产出的稀有金属矿床不仅矿床数量多而且矿床类型几乎也涵盖了所有的稀有金属矿床类型(花岗岩型、碱性岩及碱性花岗岩型、火山热液型、伟晶岩型等)[21]。因此，笔者有理由认为矿区内铍成矿作用主要发生于燕山期。

据前文所述，娘娘顶黑云母二长花岗岩成岩时间为南华纪，而杨新岩铍矿体产于娘娘顶花岗岩体与黄麦岭组地层接触界面附近，严格受控于钠化、云英岩化等后期高温气液等围岩蚀变。娘娘顶花岗岩很可能仅为赋矿围岩，燕山期隐伏中性岩体的存在揭示了娘娘顶花岗岩体之下很可能还存有隐伏的与Be成矿关系紧密的燕山晚期小花岗岩体，如小岩株等，为铍矿的形成提供了成矿热液与成矿物质。

矿区铍成矿事件应发生于燕山期，成因类型为岩浆热液型，杨新岩铍矿点可归于交代成因，而结晶分异成因的铍矿体未见发现或出露，可能与高度分异演化的燕山期岩体隐伏于娘娘顶花岗岩体之下有关。

需要特别指出的是，桐柏—大别山地区燕山期岩浆热液在老岩体中的稀有金属交代成矿作用在以往的地质找矿工作中没有受到应有的重视。今后可以加大在燕山期花岗岩株周围新元古代岩体中寻找铍等稀有金属矿床(点)的力度。

6 结论

(1) 隐伏中性岩体成岩时间为燕山晚期，属于准铝质的碱性A型花岗岩。

(2) 白垩纪早期130 Ma左右，造山带碰撞造山后由挤压向拉张伸展转换，加厚造山带发生拉张垮塌，地幔物质上涌，并在拉张伸展的构造背景下侵入下地壳，经演化形成隐伏的各中性岩石。

(3) 杨新岩铍矿体产于娘娘顶花岗岩体与黄麦岭组地层接触界面附近，严格受控于钠化、云英岩化等后期高温气液等围岩蚀变。娘娘顶花岗岩成岩时间为南华纪，很可能仅为赋矿围岩。杨新岩铍矿点归于岩浆热液交代成因。

(4) 矿区铍成矿事件应发生于燕山期，娘娘顶花岗岩体之下很可能还存在有隐伏的与Be成矿关系紧密的燕山晚期小花岗岩体，为铍矿的形成提供了成矿热液与成矿物质。

(5) 今后可以加大在燕山期花岗岩株周围新元古代岩体中寻找铍等稀有金属矿床(点)的力度。