赣西石竹山硅灰石矿床石榴子石特征及其地质意义

张鹏浩,王先广,2,丁 枫,范宇航,王骏怡,邹 婧,孙培均,李文韬

(1.成都理工大学 地球科学学院, 四川 成都 610059; 2.江西省矿产资源保障服务中心, 江西 南昌 330009)

石榴子石作为矽卡岩中的代表性矿物,在生长过程中如果没有发生强烈的构造变形,一般都能生长成良好的晶型,且常发育明显的韵律环带(Jamtveitetal., 1993),环带的成分变化与结构特征受晶体自身性质、外部物质供给和流体物理化学条件变化的影响,由于其晶体粒间元素扩散速度缓慢,可以有效记录石榴子石结晶过程中热液的物理化学条件的变化,反映流体中的地质信息,指示流体成分变化以及金属矿化过程等(Jamtveit and Hervig, 1994; Gasparetal., 2008; Feietal., 2019; Jiangetal., 2020; Yangetal., 2020; 郁凡等, 2022)。同时,石榴子石常被应用于矽卡岩型矿床的识别与勘探。因此,研究石榴子石的化学成分、晶体结构对研究矽卡岩期成矿热液的时空演化规律以及伴生金属矿化的成矿潜力具有重要意义。

钦杭成矿带是我国华南地区最重要的中生代斑岩型-矽卡岩型铜铅锌多金属成矿带(毛景文等, 2011; 赵海杰等, 2021),发育有大量的矽卡岩型多金属矿床,如华南宝山铜钼多金属矿床(路远发等, 2006),柿竹园、香炉山钨多金属矿床(吴胜华等, 2020)和朱溪钨(铜)矿床(刘经纬等, 2017)。萍乐坳陷带位于钦杭成矿带东段,在构造位置上位于扬子板块和华夏板块的拼合带内(图1a),由南至北划分为三大构造体系(图1b): 南部的武功山隆起、北部的九岭隆起以及中部的构造对接带。区域内矿产十分丰富,发育有W、Sn、Pb、Zn、Fe、Mn、Ag、Au等矿产(Maoetal., 2013; 郁凡等, 2022)。

图1 石竹山地区区域地质简图

赣西石竹山硅灰石矿床是近年新发现的世界上资源储量规模最大的硅灰石矿床(付经刚等, 2018; 陈铖等, 2018; 王先广等, 2019; 肖秋香等, 2019),矿区以层控热接触变质型矿体为主,其次还发现延伸稳定、厚度较大的接触交代型矿体(图2)(王先广等, 2019)。该矿床是蒙山地区的典型矿床之一,其形成与蒙山岩体密切相关(廖明和, 2012)。区域资料显示蒙山地区人工重砂矿物中存在锡石和黑钨矿,自然重砂中W、Sn等矿物含量也普遍较高,且矿区内主要岩体内部的W、Sn、Mo、Cu等金属元素含量远大于维氏值(王先广等, 2019),蒙山岩体与碳酸盐岩的接触带还具有绿帘石化、绿泥石化→云英岩化→矽卡岩化→矽卡岩化大理岩→大理岩→大理岩化灰岩的典型的斑岩-矽卡型矿床蚀变分带的特征(王先广等, 2019),蒙山地区的石竹山、石山、新坊硅灰石等多个矿区发现了多个透镜状接触交代型铜多金属矿体,显示出蒙山地区具有寻找接触交代型金属矿的潜力。前人对石竹山矿区的研究,主要集中于硅灰石矿床接触变质成因分析或岩浆岩结晶年代判定、对成矿作用的研究仅限于接触变质的成矿作用(游正义等, 2006; 钟玉芳等, 2011; 付经刚等, 2018; 王先广等, 2019),对接触交代作用及其产生的金属矿化研究较为薄弱,限制了区内非金属矿床接触交代成因铜多金属成矿潜力评价及后续找矿工作的开展。

为此,本文通过对石榴子石环带的微区原位成分分析,测定了其主微量元素含量,并据此探讨了石竹山石榴子石的生长环境,揭示了石榴子石微量元素对矽卡岩型矿床矿化金属类型的指示作用,并为石竹山矿区及其外围下一步找矿工作提供方向。

1 区域地质特征

赣西石竹山硅灰石矿床位于华南地区,大地构造位置属于扬子板块与华夏板块碰撞拼接带(图1a),属于华南褶皱系的过渡地带,次级构造单元为萍乐坳陷带西段中部的构造对接带(图1b)。区域出露地层从老到新依次为下石炭统梓山组(C1z)、上石炭统黄龙组(C2h)、上石炭统船山组(C2c)、下二叠统栖霞组(P1q)、中二叠统茅口组(P2m)、上二叠统乐平组(P3l)、下侏罗统水北组(J1s)和第四系等(图1c),总体上主要为二叠系的一套碳酸盐岩建造,岩性主要为灰岩夹硅质岩、煤层等,次为石炭系的砂页岩夹白云岩和侏罗系的石英砂岩。受北部九岭逆冲推覆构造和南部武功滑覆构造挤压作用影响,区内发育近东西向的隔挡式复式褶皱,多呈背斜狭窄,向斜宽缓形态,同时,按走向将区内断裂构造划分为北北东-近南西向、北东-南西向、北北西-北西向三组(王先广等, 2019)。蒙山岩体是区域内唯一出露的岩浆岩,呈岩株状侵入碳酸盐岩地层中,形成大量围岩蚀变,其中大理岩化和矽卡岩化是区域中最重要的围岩蚀变(廖明和, 2012)。

2 矿床及矿体地质特征

如图2所示,石竹山硅灰石矿区主要出露地层由老到新依次为中二叠统茅口组(P2m)、上二叠统乐平组(P3l)不同岩性段的砂岩、粉砂岩、泥岩、泥灰岩等,第四系(Q)等(图1c)。其中,茅口组灰岩含燧石结核、燧石条带灰岩、大理岩化灰岩,是硅灰石主要赋矿地层。矿区处于近东西向、北东向及北西向等多组构造复合部位(蒙智宇等, 2017),构造较为复杂,褶皱、断裂发育,区内主要发育近东西向,次为北东向和南北向的断裂构造(王先广等, 2019)。矿区内岩浆岩属蒙山花岗岩体的一部分,印支期斑状花岗岩作为蒙山岩体的主体,同时伴随有燕山期花岗斑岩脉侵入,是多阶段岩浆活动的产物(钟玉芳等, 2011)。

硅灰石矿体赋存于中二叠统茅口组沉积岩地层中,形态受原岩沉积建造的控制,呈似层状、透镜状产出,矿体走向与地层走向基本一致,倾向南,倾角20°～50°。矿区共发现12条硅灰石矿体,按产出部位分为两种类型: 距岩体50 m外为接触变质型矿体(Ⅰ～Ⅹ号矿体),与围岩界线较清晰,距岩体50 m内为接触交代型矿体Ⅺ～Ⅻ号矿体),与围岩界线较模糊(图3)。矿区矿石矿物成分主要为硅灰石,其次是透辉石、石榴子石、方解石和石英,另有少量黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、辉钼矿等金属矿化,多分布于矽卡岩中。矿区石榴子石主要分布于接触交代型矿体附近矽卡岩中,与接触交代型硅灰石都为干矽卡岩期阶段形成的早期矽卡岩矿物。根据矿物组合差异从岩体到围岩可以划分为似斑状花岗岩→内矽卡岩(石榴子石矽卡岩)→外矽卡岩(透辉石矽卡岩)→大理岩(图4)。

图3 赣西石竹山硅灰石矿区A—A’东西向剖面图(据刘少华等, 2021)

图4 石竹山硅灰石矿床典型钻孔柱状图及采样位置

表 1 赣西石竹山硅灰石矿床矿物生成顺序表

根据石竹山硅灰石矿床野外地质特征和镜下矿物共生组合特征、脉体穿插和矿物分带关系,将石竹山硅灰石矿床的成矿过程按早晚顺序划分为: 接触变质期、矽卡岩期和石英硫化物期3期(表1)。岩浆侵入围岩,大量热量散失并发生热扩散,围岩发生热变质,进入接触变质期,形成大量接触变质型硅灰石、方解石、石英;随后岩浆开始结晶分异,流体出溶,随裂隙扩散至围岩并发生接触交代作用,成矿阶段进入矽卡岩期和石英硫化物期。矽卡岩期包括以接触交代型硅灰石的主要生成阶段的早矽卡岩阶段和以退变质作用为主的晚矽卡岩阶段,根据硅灰石与浅绿色石榴子石和透辉石的共生关系(图5a、5b)推测早矽卡岩阶段主要生成硅灰石、石榴子石、透辉石等,其中GrtⅠ和GrtⅡ先后产出;晚矽卡岩阶段则主要生成生成绿帘石、透闪石等含水硅酸盐矿物。石英硫化物期主要产出绿泥石、绿帘石、萤石、石英、方解石等矿物,此外,矽卡岩带或切穿矽卡岩带的石英脉中可见大量晶型好的黄铁矿、粒状黄铜矿、斑铜矿和片状辉钼矿等,黄铜矿与斑铜矿紧密共生(图5c～5f、图7f); 接触变质期主要为接触变质型硅灰石、方解石、石英。

图5 石竹山硅灰石矿床矿石矿化特征

3 矿相学特征

石竹山硅灰石矿床中石榴子石分布较广,多为粒状,晶形较完整,常呈单独紫色、墨绿色粒状或粒状集合体形式分布于矽卡岩或矽卡岩与大理岩接触带中(图6a、6b),大量斑铜矿和黄铁矿产于矽卡岩带中(图6c～6f),石榴子石作为主要矽卡岩矿物与纤维状、针状硅灰石共生(图5a,图7d、7e)。根据石榴子石野外产状及镜下光学特征,可将其划分为两类。① 早期形成GrtⅠ石榴子石: 振荡环带发育(图7a),颜色为浅红褐色,自形-半自形粒状结构,粒度较大,粒径一般在0.5～1 cm,最大者可达2.5 cm,以菱形十二面体为主,四角三八面体次之,切面多为六边形,颗粒较GrtⅡ更完整。单偏光下呈棕色,正极高突起,正交偏光下具有一级灰至一级白异常干涉色,具有明显的同心环带,另见异常的扇形消光。② 晚期GrtⅡ石榴子石: 颜色为墨绿色、浅绿色、浅棕色,半自形-他形粒状结构,粒径大小不一,一般为0.2～0.8 cm,最小者约0.1 cm,最大者约1.5 cm,以菱形十二面体为主。单偏光下为浅褐色,正极高突起,呈均质性。表面较粗糙,裂纹发育较多,颗粒较破碎,发育不规则环带或者边部可见少量环带,GrtⅡ多呈脉状侵于GrtⅠ石榴子石中,同时主要分布于大理岩附近,可见明显方解石环边(图7b、7c)。两种石榴子石退化蚀变发育,可见石榴子石核部或边缘被绿帘石、绿泥石、方解石等交代。

4 样品采集和分析测试

选取矿区东部典型钻孔1902钻孔、1602钻孔和3902钻孔不同深度的样品进行测试(图3),样品ZK1902-H1、ZK3902-H1、ZK1602-H1选自离岩体较远的外矽卡岩带,带内主要发育Grt Ⅱ,表现为墨绿色、红棕色,粒径较小,晶型破碎,多裂纹;样品ZK3902-H5、ZK3902-H10、ZK3902-H12选自离岩体较近的内矽卡岩带,带内主要发育GrtⅠ,表现为红褐色,粒径较大,环带清晰,晶型完整。所有样品新鲜,表面干净无杂质,未发育明显蚀变。

电子探针主量元素分析在西南石油大学地球科学与技术学院电子探针实验室完成。电子探针型号为JEOL-JXA-8230,配备有4道波谱仪。先将样品镀上尽量均匀的厚度约20 nm的碳膜。电子探针工作条件为: 加速电压15 kV,加速电流20 nA,束斑直径10 μm。所有测试数据均进行了ZAF校正处理。所使用的国际SPI标样如下: Na(NaAlSi3O8)、Mg(MgCaSi2O6)、Al(NaAlSi3O8)、Si(NaAlSi3O8)、K(KAlSi3O8)、Ca(MgCaSi2O6)、Fe(FeCr2O4)、Cr(FeCr2O4)、Ti(TiO2)、Mn(CaMnSi2O6)。石榴子石原位微量元素分析在南京宏创地质勘查技术服务有限公司使用激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICPMS)完成。激光剥蚀平台采用Resolution SE型193 nm深紫外激光剥蚀进样系统(Applied Spectra,美国),质谱仪采用Agilent 7900型电感耦合等离子体质谱仪(Agilent,美国)。在束斑直径50 μm、剥蚀频率10 Hz、能量密度4 J/cm2的激光条件下分析样品。数据处理采用Iolite程序,NIST 610作为校正标样,BCR-2G、BIR-1G作为监测标样,通常采集20 s的气体空白,35～40 s的信号区间进行数据处理,29Si作为内标计算微量元素含量,内标值采用电子探针数据平均值。

5 分析结果

5.1 主量元素

石竹山硅灰石矿床两期石榴子石电子探针分析结果见表2,两期石榴子石均属于钙铝榴石-钙铁榴石固溶体系列(图8)。对于早期石榴子石GrtⅠ, SiO2含量变化范围为34.37%～35.85%(平均35.29%),CaO变化范围为32.22%～33.56%(平均33.03%),FeO变化范围为24.32%～29.87%(平均27.33%),Al2O3含量较低,变化范围为1.04%～4.67%(平均2.67%)。总体上,GrtⅠ端员组分主要为钙铁榴石(77.89%～95.02%,平均87.21%),其次为钙铝榴石(0.4%～18.28%,平均8.09%),另有少量铁铝榴石(平均3.48%)和极少量锰铝榴石(平均0.78%)、镁铝榴石(平均0.35%)。

表 2 石竹山矿区石榴子石主量成分表

图8 石竹山硅灰石矿床石榴子石端员组分三角图解

对于晚期石榴子石GrtⅡ,SiO2含量为34.24%～35.19%(平均34.69%),CaO含量为32.5%～33.89%(平均33.02%),FeO含量为23.01%～29.09%(平均27.19%),Al2O3含量为0.10%～4.98%(平均1.52%)。钙铁榴石含量为75.98%～95.88%(平均91.71%),钙铝榴石含量为0.03～21.02%(平均4.88%),另有少量铁铝榴石(平均1.04%),锰铝榴石(平均0.51%)、镁铝榴石(平均1.71%)。两个类型的石榴子石都比较富铁,但相比于GrtⅠ,整体上GrtⅡ铁含量较低。另外,在GrtⅠ和GrtⅡ中选取了有代表性的石榴子石进行主量元素分析,绘制成分变化示意图(图9)。结果显示,从石榴子石的核部到边部,大多数颗粒成分变化不明显(图9c,9d),部分呈现钙铁榴石端员组分逐渐减少的趋势(图9a,9b)。

5.2 微量元素

石竹山硅灰石矿床石榴子石的微量及稀土元素分析结果见表3。与石榴子石基本特征一致,石竹山GrtⅠ和GrtⅡ石榴子石都亏损大离子亲石元素K、Rb、Ba、Sr等,而Nb、Ta、Zr等高场强元素相对含量较高,U含量与∑REE成正比。GrtⅡ石榴子石K(0～139×10-6)、Zr(0.8×10-6～48.4×10-6)、Ti(61×10-6～921.3×10-6)明显高于GrtⅠ石榴子石K(0～60×10-6)、Zr(1.84×10-6～33.13×10-6)、Ti(16.8×10-6～324.6×10-6),且变化较大,不稳定(图10a)。对于稀土元素特征,GrtⅠ和GrtⅡ石榴子石差距较大,GrtⅡ的∑REE较低(12.92×10-6～21.12×10-6),具有较平坦的稀土配分模式,轻微富集轻稀土元素,如Ce、Pr、Nd、Sm,微弱负铕异常。GrtⅠ的∑REE较高(13.78×10-6～73.52×10-6),相较GrtⅡ更富集轻稀土元素,如Ce、Pr、Nd、Sm,稀土元素配分模式图呈右倾型,负铕异常明显,同时,LaN/YbN(0.09～5.8)较GrtⅡ(1.46～2.84)更大(图10b)。

图10 石竹山硅灰石矿床石榴子石微量元素蛛网图(a)和稀土元素配分图解(b)(标准化值引自Sun and McDonough, 1989)

6 讨论

6.1 石榴子石生长时热液的物理化学条件

6.1.1 氧逸度

矽卡岩矿床中石榴子石在不同的形成环境中会有不同的化学成分,可据此反演其形成时的物理化学条件(Jamtveit and Hervig, 1994; Gasparetal., 2008; Yangetal., 2020; Jiangetal., 2020)。已有研究表明,在相对氧化的条件下,石榴子石中的Fe主要以Fe3+为主,并可占据三价位的Y3+进入石榴子石晶格(X3Y2[SiO4]3)形成钙铁榴石(化学式Ca3Fe2[SiO4]3),此外,在氧化条件下,还可形成透辉石(化学式CaMg[Si2O6]);而在还原条件下,则主要形成钙铝榴石(化学式Ca3Al2[SiO4]3)和含Fe2+的钙铁辉石(化学式CaFe[Si2O6])(朱乔乔等,2014; 刘晓菲等, 2014; Xieetal., 2015; 赵盼捞等, 2018; 边晓龙等, 2019)。石竹山硅灰石矿床的两期石榴子石都比较富铁,端员组分以富含Fe3+的钙铁榴石为主,且矽卡岩中富含透辉石,极少见富含Fe2+的钙铁辉石,表明石竹山矿床的石榴子石主要形成于高氧逸度的氧化条件下。此外,GrtⅠ石榴子石从核部到边缘,呈现振荡环带的特征,反应流体的物理化学条件不断变化(高雪等, 2014; 边晓龙等, 2019),总体上,钙铁榴石含量高于钙铝榴石,指示GrtⅠ石榴子石生长于高氧逸度条件。

值得注意的是,对于同一类型的石榴子石,可结合其U元素的含量来判别其生长过程中氧逸度的变化过程(Shannon, 1976; Smithetal., 2004; Gasparetal., 2008; 赵盼捞等, 2018; 边晓龙等, 2019)。石竹山硅灰石矿床的U元素含量与∑REE含量具有明显的正相关关系,这表明U元素与REE一起进入石榴子石,并受到相似因素控制(Smithetal., 2004)。而REE主要以类质同像形式替换菱形十二面体上的X2+(主要为Ca2+)进入石竹山石榴子石晶格,该过程主要受到晶体化学因素制约,因此,U进入石榴子石也主要受到类似的晶体化学因素制约。据Shannon(1976)和Smith等(2004)的研究,U4+离子比U6+离子更接近X2+的离子半径,因此也更容易进入石榴子石晶格。而U元素在流体中的价态主要受氧逸度的影响,当流体氧逸度相对较低时,U在流体中主要以U4+离子形式存在,有利于U进入石榴子石晶格(Zhaietal., 2013; 赵盼捞等, 2018)。总体来看,GrtⅠ石榴子石核部U含量较低,而在中部U含量显著增加,边部U含量相比中部大幅降低,说明GrtⅠ石榴子石在结晶过程中,氧逸度先降低后增加。

综上,石竹山硅灰石矿床矽卡岩阶段热液的氧逸度演化过程为:石榴子石结晶早期,热液体系氧逸度较高,有利于钙铁榴石形成,随着钙铁榴石不断析出,Fe3+含量降低,导致热液氧逸度降低;中期伴随着岩浆出溶热液的氧逸度变化,整个流体体系氧逸度增加,钙铁榴石的含量再次增加,生成GrtⅠ石榴子石,而结晶晚期流体体系趋于平衡,在一个较稳定的高氧逸度条件下析出GrtⅡ石榴子石。

表 3 石竹山石榴子石LA-ICP-MS分析数据 wB/10-6

6.1.2 酸碱性

6.2 石榴子石物质来源分析

元素Y和Ho具有相同的价态和近乎相同的离子半径(分别为10.19 nm和10.15 nm, Shannon, 1976),具有相同的地球化学性质和行为,在许多地质过程中Y/Ho值常被用于示踪成矿物质来源与演化过程(岳维好等, 2022)。Bau和Dulski(1995)通过研究认为同源脉石矿物的Y/Ho-La/Ho大致呈水平分布。本文将石竹山矿床的围岩样品和石榴子石样品的Y/Ho、La/Ho值分别计算并投图(图11,表4)。从图中可以看出,内矽卡岩与外矽卡岩的Y/Ho值有一定差距,暗示两者的主要物质来源有较大差别,内矽卡岩的物质来源更主要为花岗岩,而外矽卡岩受大理岩影响较大。此外,GrtⅠ石榴子石与GrtⅡ石榴子石的物源有一定差异,GrtⅡ与外矽卡岩有明显的同源性,暗示其可能与外矽卡岩相似,与大理岩有一定物质交换,而GrtⅠ的物质来源则更偏向于岩浆岩。

图11 石竹山硅灰石矿床样品Y/Ho-La/Ho图解

6.3 热液交代方式及水岩比值

石榴子石的生长过程能反映热液交代过程中流体交代方式和水岩比值。当系统处于开放状态下,且水岩比值较高时,氯化物络合物作为元素迁移的主要形式,交代方式以渗滤交代为主;当系统处于封闭状态下,且水岩比值较低时,交代方式以扩散交代为主(Bau, 1991; Gasparetal., 2008; 李静婷, 2018; 边晓龙等, 2019)。一般来讲,渗滤交代过程中,矿物结晶速度较快,扩散交代过程则较慢。

石竹山硅灰石矿床石榴子石中,GrtⅠ发育振荡环带,含较多包裹体,且部分石榴子石生长晶面发生变化,说明其多形成于相对振荡、开放、高水岩比值的环境(Jamtveit and Andersen, 1992; Smithetal., 2004; 赵珊茸, 2004; 纪敏等, 2018; 边晓龙等, 2019),通过渗滤交代形成;GrtⅡ有复杂环带生成,多发育菱形十二面体晶形,表明其形成于相对稳定、封闭、低水岩比值的环境下,通过扩散交代形成。

距离岩体较近的内矽卡岩带(石榴子石矽卡岩)发育大量红褐色的石榴子石(GrtⅠ),结晶程度较高,晶型完整,环带发育,厚度较大;而距离岩体较远部位的外矽卡岩带(透辉石矽卡岩带)主要发育墨绿色、红棕色石榴子石(GrtⅡ),结晶程度较差,晶型较破碎,部分发育解理,厚度较小,石榴子石常与透辉石、方解石、硅灰石等共生,常见碎裂结构。结合石竹山矿区野外地质情况和两期石榴子石分布特征,早期渗滤交代可能发生在花岗岩与碳酸盐岩接触带上,相比于GrtⅡ距离热源较近,由于所处位置既有充足物质又有合适的热量,且由于灰岩发育裂隙较多,使体系相对较为开放,水岩比值较高,接触交代方式以渗滤交代占主导,生成震荡环带发育的GrtⅠ石榴子石(图12a);随着热液向围岩迁移,物质和热量耗散,且由于在早期渗滤交代同时发生的重结晶作用充填了部分裂隙,使得体系由相对开放转为相对封闭,水岩比值降低,交代方式由渗滤交代转为扩散交代占主导,生成Grt Ⅱ复杂环带的石榴子石(图12b)。

表 4 石竹山硅灰石矿床样品Y/Ho-La/Ho测试结果

6.4 石榴子石与矿化关系

石榴子石在矽卡岩型矿床的形成过程中起到重要作用,尤其是矽卡岩内带。石榴子石化过程有利于脆性裂隙的发育和热液流体的运移,促进热液与围岩发生充分反应,并为高品位矿石硫化物沉淀提供容矿空间。因此,石榴子石化是成矿作用的准备阶段,也是矽卡岩较斑岩岩体中更富集金属硫化物的原因之一(Somarin, 2004, 2010; 应立娟等, 2012; 高雪等, 2014)。

许多地质研究和单矿物成分测定显示不同类型的接触交代型金属矿床具有一定的石榴子石成分特征,反映矽卡岩矿床中石榴子石成分与金属矿化之间存在一定的关系(赵一鸣等, 1990; 林文蔚等, 1990; Somarin, 2004, 2010; Tianetal., 2019; Jiangetal., 2020)。Meinert(1992)收集了世界不同类型矽卡岩矿床中石榴子石的成分数据,并绘制了不同类型矽卡岩矿床中石榴子石的端员成分分布图(图13),将石竹山石榴子石与之对比可以看出,石竹山硅灰石矿床石榴子石投点均落于Fe、Cu区域,与Mo区域重叠较大,但石榴子石的投点也有部分落在W矿区域,而Meinert 的分布图不能解决是否存在成W矿潜力的问题。Jiang等(2020)总结了前人的不足,建立了一种新的根据微量元素判断矿化类型的方式——lgCe-lgU与lg(Ce+Hf)-lgU图解,并指出lgCe-lgU可以区分接触交代型Cu、Pb-Zn、W和W-Sn矿床,lg(Ce+Hf)-lgU可以区分接触交代型Cu、Cu-Mo、Fe-Zn、Pb-Zn和W矿床。将石竹山矿床石榴子石进行投点(图14),可以看见石榴子石在lgCe-lgU图解和lg(Ce+Hf)-lgU图解上大部分落在Cu矿床、Cu-Mo矿床、Fe-Zn矿床范围内,仅两点落在W-Sn矿床范围内;在lg(Ce+Hf)-lgU图解上则主要落在Cu矿床、Fe-Zn矿床范围内,另有少量落在Cu-Mo矿床范围内。整体上,石竹山石榴子石微量元素指标所反映的潜在矿床类型与主量元素指标基本一致,都指示Cu、Fe、Mo矿化。结合矿区常见的黄铜矿化、斑铜矿化和黄铁矿化,偶见辉钼矿化的现象(图5c～5f,图6c～6f),认为石竹山石榴子石系列与Cu、Fe、Mo矿化密切相关。钦杭成矿带内发育了大量斑岩型-矽卡岩型铁、铜、金、钼矿床,如:江西德兴Cu矿床,朱溪Cu-W矿床,漓渚Mo-Fe矿床等,在这些矿床中,石榴子石中的端员组合和元素含量能够指示潜在伴生金属类型(郁凡等, 2022)。

图13 石竹山硅灰石矿床与世界不同类型矽卡岩矿床中石榴子石的成分对比(底图据Meinert, 1992)

图14 石竹山矿床石榴子石lgCe-lgU和lg(Ce+Hf)-lgU图解(底图据Jiang et al., 2020)

综上,石竹山石榴子石的主量元素特征和微量元素特征显示其与Cu、Fe、Mo矿化密切相关,暗示该矿区有较大的成Cu多金属矿床的潜力,对该矿区的进一步勘探应重点考量Cu、Fe、Mo多金属矿化。

7 结论

(1)石竹山硅灰石矿床石榴子石主要形成于450～600℃的低压环境,属于钙铁榴石-钙铝榴石系列,以钙铁榴石为主,可细分为早、晚两期。早期石榴子石GrtⅠ形成于相对振荡、开放、高水岩比值的环境,通过渗滤作用形成,主要产出于内矽卡岩带;晚期石榴子石Grt Ⅱ,形成于相对稳定、封闭、低水岩比值的环境下,通过扩散交代形成,主要产出于外矽卡岩带。

(2)两期石榴子石都亏损大离子亲石元素K、Rb、Ba、Sr等,而Nb、Ta、Zr等高场强元素相对含量较高,富集轻稀土元素(Ce、Pr、Nd、Sm),显示负铕异常特征。GrtⅡ的∑REE、δEu值相比GrtⅠ的较低。

(3)石榴子石化过程有利于脆性裂隙的发育和热液流体的运移,是成矿作用的准备阶段。石竹山石榴子石系列与Cu、Fe、Mo矿化密切相关。

致谢电子探针实验得到了西南石油大学地球科学与技术学院电子探针实验室陈曦老师的帮助,野外调研得到江西省国土空间调查规划研究院高级工程师胡正华的帮助,匿名审稿专家为本文提出了宝贵的意见,在此致以诚挚的感谢!