桂中地区昆仑关与十万大山花岗岩地球化学特征对比

吴田波，陈远荣，白宇航，刘奕志，方贵聪，苏博龙

(桂林理工大学 地球科学学院，广西 桂林 541006)

关键字：花岗岩；地球化学特征；烃类组分；昆仑关；十万大山

0 引言

桂中地区位于广西中部，在大地构造上位于扬子板块和华夏板块的结合部位。从中元古代到印支期，区域内构造-岩浆活动频繁，形成了一系列的花岗岩体和多金属矿床[1-2]。昆仑关花岗岩体和十万大山花岗岩体是广西中部典型的岩基，前人对南丹—昆仑关花岗岩带北西段南丹地区的研究程度较高，对南东段昆仑关地区研究较少，有学者认为昆仑关花岗岩为S型花岗岩，岩浆来自于深部地壳的部分熔融[3]；也有学者认为该带为一条Nd型A型花岗岩带，形成于后碰撞阶段的张性构造环境[4]。十万大山花岗岩位于大容山—十万大山花岗岩带北西段，十万大山—大容山花岗岩带含有过铝质矿物—堇青石和石榴石，因此被认为是典型的S型花岗岩带，岩体的形成时代为海西期或印支期[5-7]。区域内矿床类型分布多样，成矿规律复杂[8]。

虽然前人在该区域开展了不同程度的研究工作，但对于昆仑关与十万大山花岗岩体在地球化学特征，特别是烃类地球化学特征及对比研究相对较少。因此，本文通过对昆仑关与十万大山花岗岩体开展详细的地球化学、特别是烃类组分对比研究，拟从地球化学角度探讨两个花岗岩体的成因类型、成岩物质来源、成矿环境。

1 岩体地质特征

研究区位于广西中部，在大地构造上位于扬子板块东南和江南造山带西南。桂中地区受晋宁构造运动和印支期构造运动影响，褶皱变形构造发育，以NE向和NW向断裂为主，地层时代完整，主要出露有古生代—中生代地层，区域内岩浆活动频繁，发育有大量的古生代花岗岩体(图1)。

图1 桂中—桂东南地区区域地质简图

昆仑关花岗岩体主要出露于上林、宾阳、笆宁、武鸣四县交界区域，出露面积约为341 km2，岩体呈岩基状产出，是南丹—宾阳成矿带内出露面积最大的花岗岩体[2]。在昆仑关花岗岩体不同剖面采集7个新鲜的岩石样品，样品以中—细粒斑状角闪黑云二长花岗岩和黑云母花岗岩为主，主要矿物为石英、斜长石、碱性长石、黑云母等，含有少量磷灰石、磁铁矿及锆石等副矿物。

十万大山花岗岩体位于大容山—十万大山花岗岩带北西边缘带，呈NE向延伸，长112 km，宽20 km。在十万大山台马岩体东北部不同剖面采集9个新鲜的岩石样品。样品为碎斑堇青紫苏花岗斑岩，呈灰色，主要矿物为石英、斜长石、钾长石和黑云母，含有少量石榴子石、紫苏辉石、白云母等。基质由粒径0.1～1 mm的钾长石、石英组成，具有显微文象结构，充填于斑晶之间。

2 岩石地球化学特征对比

2.1 主量元素特征

昆仑关与十万大山花岗岩的主量元素分析结果见表1。

2.1.1 昆仑关岩体主量元素特征

花岗岩中w(SiO2)(64.96%～74.44%，平均69.09%)略低，w(Al2O3)(13.63%～16.41%，平均14.48%)较高，w(Fe2O3)(1.73%～4.09%，平均3.40%)和w(MgO)(0.17%～1.37%，平均1.06%)较高，全碱w(K2O+Na2O)(5.97%～7.76%，平均7.24%)较低，w(CaO)(0.23%～1.53%，平均0.91%)较低。在TAS图解中，5个投于花岗闪长岩区，2个岩石样品投于花岗岩岩区(图2a)。铝饱和指数A/CNK值较高(>1)，为过铝质特征。

2.1.2 十万大山岩体主量元素特征

十万大山花岗岩的w(SiO2)(67.67%～72.76%，平均70.86%)略低，w(Al2O3)(12.49%～16.07%，平均13.69%)中等，w(Fe2O3)(2.64%～4.85%，平均3.48%)较高，w(MgO)(0.33%～1.05%，平均0.59%)较低，全碱w(K2O+Na2O)(5.35%～7.36%，平均6.57%)较低，w(CaO)(0.33%～1.92%，平均1.03%)较低。在TAS图解中，5个岩石样品投于花岗岩岩区，3个投于花岗闪长岩区(图2b)。

表1 昆仑关与十万大山花岗岩主量元素分析结果Table 1 Analysis data of main elements of granite in Kunlunguan and Shiwandashan areas

图2 昆仑关与十万大山花岗岩TAS图解Fig.2 TAS diagram of granite in Kunlunguan and Shiwandashan areas

在SiO2- AR(碱度率)图解(图3)和SiO2- K2O图解(图4)中，昆仑关花岗岩与十万大山花岗岩样品都落入碱性和高钾钙碱性系列区，两大岩体都是高钾钙碱性花岗岩。十万大山花岗岩的SiO2含量明显高于昆仑关，而昆仑关花岗岩的MgO含量明显高于十万大山。综上，表明十万大山花岗岩的成岩物质来源更浅。

2.2 微量元素特征与物源指示讨论

昆仑关与十万大山花岗岩微量元素分析结果见表2。由表2可知，昆仑关花岗岩岩体Pb、W、Sn、Ag、Bi元素明显富集(浓度克拉克值分别为3.08、5.90、3.41、3.43、5.47)，Ti、Co、Au、Mn、Ni等元素明显亏损(浓度克拉克值分别为0.36、0.27、0.16、0.37、0.18)，Ag、Cu为强分异元素(变异系数分别为1.77和1.47)。在十万大山花岗岩中Sn、Pb元素富集(浓度克拉克值分别为2.5和5.17)，Zn、Bi、W、Ag元素略微富集(浓度克拉克值分别为1.21、1.82、1.73、1.28)，Ni、Ti、Co、Cu、Mn、Bi、Au等元素亏损(浓度克拉克值分别为0.16、0.40、0.30、0.30、0.34、1.82和0.25)，Pb为强分异元素(变异系数分别为1.09)。

图3 昆仑关与十万大山花岗岩SiO2 - AR(碱度率)图解

图4 昆仑关与十万大山花岗岩SiO2 - K2O图解Fig.4 SiO2 - K2O diagram of granite in Kunlunguan and Shiwandashan areas

表2 昆仑关与十万大山花岗岩微量元素分析结果Table 2 Analysis data of trace elements of granite in Kunlunguan and Shiwandashan areas

上述数据表明，昆仑山花岗岩元素分异好于十万大山，昆仑山周围可能有银矿，十万大山周围可能有铅矿，昆仑山周围成矿潜力可能大于十万大山。

两个岩体的Cu、Co、Ni、Cr等亲铜元素均低于克拉克值(昆仑光岩体的Cr元素除外)，且昆仑关岩体相对较高。研究表明，Cu、Co、Ni、Cr等元素大都在中下地壳富集，W、Pb、Sn、Bi等元素为中上地壳富集。因此，根据微量元素特征可知两个岩体的物质来源存在差异，但不明显。其中昆仑光岩体物质来源较深，为中地壳；十万大山岩体物质来源相对较浅，为中地壳偏上。

综上，昆仑关岩体物源较深，分异相对较好，与其有关的周围区域可形成较大规模的铜、银等矿床；十万大山岩体物质来源相对较浅，分异相对较差，但是亦能形成一定规模的铅矿床。

2.3 稀土元素特征

昆仑关与十万大山花岗岩的稀土元素数据[5-6]分析结果见表3。昆仑关花岗岩的稀土元素配分曲线向右倾(图5a)，稀土元素总量w(∑REE)在176.32×10-6～275.23×10-6之间，平均值为239.0×10-6；w(LREE)在151.41×10-6～230.93×10-6之间，平均值为201.06×10-6；w(HREE)在11.61×10-6～20.10×10-6之间，平均值为17.10×10-6；LREE/HREE值在11.27～13.04之间，平均值为11.93；(La/Yb)N值在12.61～18.11之间，平均值为14.85。表明LREE的分馏程度小于HREE，LREE相对富集，岩浆演化晚期更富轻稀土。δEu值为0.51～0.53，平均值为0.52，显示Eu负异常。

十万大山花岗岩的稀土元素配分曲线向右倾(图5b)，稀土元素总量w(∑REE)在265.15×10-6～295.44×10-6之间，平均值为284.33×10-6；w(LREE)在194.98×10-6～216.67×10-6之间，平均值为208.68×10-6；w(HREE)在28.17×10-6～31.47×10-6之间，平均值为30.24×10-6；LREE/HREE值在6.88～6.92之间，平均值为6.90；(La/Yb)N值在7.50～7.63之间，平均值为7.57。表明重稀土分馏程度较昆仑关分馏程度低，轻稀土相对富集，表明其岩浆演化分异程度较昆仑关的低。δEu值为0.38～0.46，平均值为0.42，具明显的Eu负异常。

表3 昆仑关花岗岩和十万大山花岗岩稀土元素分析结果Table 3 Analysis data of rare earth elements of granite in Kunlunguan and Shiwandashan areas

图5 昆仑关花岗岩与十万大山花岗岩稀土元素配分图Fig.5 REE distribution pattern diagram of granite in Kunlunguan and Shiwandashan areas

综上，昆仑关花岗岩与十万大山花岗岩的稀土元素配分曲线变化趋势相似，呈Eu负异常，总体呈“海鸥”型，昆仑关花岗岩呈弱右倾平坦式，十万大山花岗岩呈弱右倾状，较昆仑关陡。

昆仑关与十万大山岩体均为壳源花岗岩，都富集LREE。昆仑关岩体的(La/Yb)N值相对较高，表明其在演化过程中分馏程度相对较强。此外，两个岩体的Eu元素都强烈亏损，且昆仑关更强，表明其在岩浆结晶过程中斜长石的分离结晶作用更强。据此推断，与其有关的周围地区的成矿可能性及规模都会略大于十万山岩体与其周围区域。

2.4 烃类组分特征

有机质是地球演化与生命发展中必不可少的一部分，无论在元素的原始富集、活化迁移、富集成矿的过程中，存在着有机质的参与。在成矿过程中，有机质不仅仅作为成矿物质的介质与催化剂，而且在一定程度上因为扩张与逸散形成成矿流体运移的通道[10-11]。烃类组分是各类地质环境的有效载体，同一地质体中的所有烃类组分都应该满足其本身所具有函数方程的关系、相关特征以及配分关系。各烃类组分相互之间所呈的配比关系可以反映出地质环境的变化特征[12-13]。

本文采取以云南鲁甸峨眉山玄武岩为标准化背景的烃类组分玄武岩标准化的方法[14]，对昆仑关与十万大山的烃类组分进行测试分析。由图6可知，昆仑关花岗岩和十万大山花岗岩的烃类组分归一化曲线变化趋势大致相似，局部略有差异，其中乙烷的归一化值均为最高。上述研究表明，昆仑关花岗岩与十万大山花岗岩具有相似的烃类曲线结构，表明它们可能具有相似的地壳物质来源并且有着相似的演化特征。与此同时，它们都具有乙烷的归一化指数明显高于甲烷的特点，这预示着这两个地区的烃类组分作为岩浆的伴生气体组分都经历过热演化史，为深部来源，具有指示成矿作用的功能。由图7可知，昆仑关花岗岩比十万大山花岗岩烃类组分含量相对较高，对成矿物质的迁移与富集的作用更加明显，成矿潜力也相对较大。

3 花岗岩成因类型及构造环境

根据前文对昆仑关花岗岩和十万大山花岗岩的地球化学研究，两者都富Si、富碱、贫Ca。昆仑关花岗岩中Na2O/K2O比值为0.58(<1)，w(Na2O)约为2.8%，Ga/Al比值为3.8(>2.6)，稀土元素(除Eu外)含量高，为轻稀土元素富集，表现出A型花岗岩的特征(图8a)。十万大山花岗岩Na2O/K2O比值为0.40(<1)，Na2O含量比昆仑关岩体更低，饱和铝指数为1.80，Ga/Al值为2.51(<2.6)，表现为S型花岗岩特征(图8b)，与前人在该地区的研究结果一致[5-6]。结合Maniar and Piccoli花岗岩构造环境判别图解[15](图9)，昆仑关花岗岩样品落入造山构造环境区域，主要落入造山的岛弧花岗岩类、大陆岛弧花岗岩类和大陆碰撞花岗岩类(IAG+CAG+CCG)中；十万大山花岗岩样品主要落入后造山构造环境区域(POG)中，少量样品落入岛弧、大陆岛弧和大陆碰撞造山(IAG+CAG+CCG)和裂谷、大陆造陆抬升(RRG+CEIG)中。表明昆仑关花岗岩主要形成于陆-陆碰撞造山的构造环境，十万大山花岗岩主要形成于后造山构造环境。

图6 昆仑关花岗岩与十万大山花岗岩烃类组分归一化图Fig.6 Normalization diagram of hydrocarbon composition ofgranite in Kunlunguan and Shiwandashan areas

图7 昆仑关花岗岩与十万大山花岗岩烃类组分含量图Fig.7 Hydrocarbon content of granite inKunlunguan and Shiwandashan areas

图8 昆仑关与十万大山花岗岩K2O - Na2O图解Fig.8 K2O - Na2O diagrams of granite in Kunlunguan and Shiwandashan areas

图9 昆仑关花岗岩与十万大山花岗岩构造环境判别图解[15]Fig.9 Discriminant diagram of tectonic environment of granite in Kunlunguan and Shiwandashan areas [15]RRG—与裂谷有关花岗岩 CEUG—大陆抬升花岗岩类 IAG—岛弧花岗岩CAG—大陆岛弧花岗岩类 CCG—大陆碰撞造山花岗岩类 POG—后造山花岗岩类

4 结论

1)昆仑关花岗岩为A型花岗岩，十万大山花岗岩为S型花岗岩。

2)通过两个岩体的主、微量元素、稀土元素和烃类组分特征，可知昆仑关与十万大山岩体的物质来源存在微小差异，均与老基底有关，但昆仑关岩体物质来源相对较深，且成矿潜力较大。

3)岩石地球化学和烃类组分特征显示昆仑关花岗岩体及其周围区域形成铜、银等矿床的可能性及规模相对较大，而十万大山花岗岩体及其周围区域形成矿床的可能性及规模相对较小。

4)综合两个岩体的岩浆-构造、岩石、地球化学特征，分析总结得出：昆仑关花岗岩形成于古太平洋板块和欧亚板块陆-弧后碰撞阶段的伸展过程，十万大山花岗岩为晚印支期中三叠世地壳熔融岩浆产物，形成于扬子陆块和华夏碰撞后造山挤压环境。