安徽銅陵礦集區楊沖里金礦巖漿巖地球化學特征與成因

肖福權，黃杰杰，陳志永，萬 秋

(1.銅陵有色金屬集團股份有限公司礦產資源中心，安徽 銅陵 244000；2.湖南省湘南地質勘察院，湖南 郴州 423000；3.安徽省地質調查院，安徽 合肥 230001；4.安徽省地質科學研究所，安徽 合肥 230001)

0 引 言

安徽銅陵礦集區位于長江中下游成礦帶，該地區經濟價值高，地質勘探程度高，研究密集，是“層控矽卡巖礦床”理論的誕生地(常印佛等，1991；聶桂平等，2007；劉經華等，2009；包亮亮等，2017；杜建國等，2019；施珂等，2019a)。楊沖里金礦為區內舒家店地區近年來新發現的新型礦床(段留安等，2013)，礦體產自志留紀地層中，為構造蝕變巖型金礦床。

前人對楊沖里的成巖成礦年代、巖石地球化學、成礦物質來源及成礦流體等開展過一定的研究工作(Wang et al.,2016；Duan et al.,2017；施珂等，2019b)。在總結前人工作的基礎上，對該地區的巖漿起源、演化及巖漿巖成因進行初步探討，豐富研究區的成巖、成礦理論，為區內找礦工作提供依據。

1 區域地質背景

銅陵礦集區位于長江中下游成礦帶中部(圖1a)，又稱銅陵隆起，區內除缺失下、中泥盆統地層外，志留—三疊系地層層序齊全，發育較為完整，其中廣泛發育的二疊—三疊紀碳酸鹽巖為區內主要賦礦層位。銅陵地區發生了廣泛的褶皺變形及斷裂作用，晉寧期以來，經歷了從穩定到活動的構造演變。北東向背斜、向斜平行斜列組成褶皺軸面(或者軸向)形態呈S形的褶皺，淺層斷裂發育有北東向、南北向以及北西向3組方向。

燕山期的巖漿活動是區內廣泛發育巖漿巖的主要成因，區內發育大小70多個巖體，形成年代主要在150～130 Ma之間，巖體形態受區內斷裂控制明顯，主要呈東西向或北東向(圖1b)。礦區的成礦年齡主要在145～135 Ma之間，與巖漿巖的形成時間基本一致，H、O、S、Pb等同位素研究也表明，燕山期的巖漿活動對區內Cu-Au等多金屬礦床的形成有著重要的影響，不僅提供了大量熱源，也是區內Cu-Au等多金屬礦床的主要成礦流體和成礦物質來源(施珂等，2019a；Shi et al.,2020)。

區內礦產資源極其豐富，各類礦種均有發現，累計發現礦床200余處，金屬礦床主要以銅、金礦化為主，其次為鉛鋅礦化(圖1b)，形成銅官山、獅子山、新橋—舒家店、鳳凰山、姚家嶺5個礦田(施珂等，2019a)，礦床成因類型、礦化組合等見表1。

表1 銅陵地區金屬礦床分類Table 1 Classification of metal ore deposits in Tongling region

圖1 銅陵礦集區地質略圖(據Xie et al.，2012)Fig. 1 Geological sketch map of the Tongling metallogenic area(after Xie et al.,2012)

2 礦床地質特征

楊沖里金礦位于舒家店斑巖型銅礦南側1 km左右。該區域地層志留—三疊系均有出露(圖2a)，其中以中志留統墳頭組地層最為發育，巖性主要為灰-青灰色砂質頁巖、青灰-淺灰色粉砂巖及砂巖等，巖層產狀一般較緩。

圖2 楊沖里地區區域地質簡圖(a)和楊沖里金礦剖面示意圖(b)(據Duan et al.,2017)Fig. 2 Geological sketch map of Yangchongli area (a)and the drilling geological profile of the Yangchongli gold deposit (b)(after Duan et al.,2017)

區內褶皺、斷裂構造發育，主要由舒家店背斜及一系列北東、北西向斷裂組成，其中舒家店背斜呈北西向線狀分布，背斜北東端被九榔斷裂帶切割，與繁昌火山凹陷相接。區內北東及北西向2組斷裂發育：北東向斷裂主要表現為壓性沖斷裂及破碎帶，約NE40°，與區域性高角度壓性斷裂一致，為該區域主要控巖、控礦構造；北西向斷裂多與背斜呈切割關系。

與區內銅金礦密切相關的是舒家店巖體，出露面積約為4 km2，該巖體產于舒家店背斜近軸部，呈巖筒產出，接觸面陡立。該巖體有2期侵入：第一期為輝石閃長巖，在(139.2±2.1)～(144.8±1.4)Ma之間(王世偉等，2011；賴小東等，2012；李名則等，2016)；第二期為二長閃長巖，(140.7±1.8)Ma(Duan et al.，2017)，二者在深部為侵入接觸，接觸界線明顯(陳四新等，2014)。

目前礦區發現礦帶5條，礦區中部由南向北等距平行排列Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ礦帶，東部為Ⅴ號礦帶。礦化帶中分布有50多個金礦體(圖2b)，其中1、2、4、21、31、41、52號礦體為主要礦體。金礦(化)體主要賦存于二長閃長巖和志留系墳頭組地層的碎裂巖中，走向北東，傾角較陡(70°～80°)，形態主要為似層狀、透鏡狀等(Duan et al.，2017)。

金屬礦物以黃鐵礦為主，有少量方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、輝鉬礦；原生金礦石中硫化物質量分數較高，一般在8%左右，為硫化物型金銀礦礦石。脈石礦物主要為石英，其次含少量絹云母、長石、綠泥石、方解石、角閃石等。

3 樣品特征與分析方法

3.1 樣品特征

在楊沖里金礦ZK1601鉆孔中采集10件輝石閃長巖樣品進行全巖地球化學分析，樣品較新鮮，呈灰白色，塊狀構造，中-細粒結構，礦物組分主要有斜長石(60%～70%)、鉀長石(10%)、角閃石(10%～15%)、石英(10%)及輝石(約5%)等(圖3)。

圖3 楊沖里金礦輝石閃長巖顯微鏡照片Pl-斜長石；Kfs-鉀長石；Prx-輝石；Hbl-角閃石；Q-石英Fig. 3 Microscopic photographs of pyroxene diorite from the Yangchongli gold deposit

3.2 分析方法

主量元素的分析采用X射線熒光光譜儀(荷蘭PANalytical PW2424 型)，熔融法制樣；微量元素的分析采用電感耦合等離子體發射光譜儀(美國Varian VISTA)和電感耦合等離子體質譜儀(Agilent 7700x)，方法見文獻Shi et al.,2020。

3.3 分析結果

3.3.1 主量元素 10件輝石閃長巖樣品的主量元素分析結果(表2)顯示：輝石閃長巖的SiO2質量分數在49.81%～52.29%之間；全堿(Na2O+K2O)質量分數在5.97%～7.25%之間，其中K2O質量分數在1.84%～3.68%之間；Al2O3質量分數為15.98%～17.20%(>15%)，具高鋁特征；堿鋁比A/NK=w(Al2O3)/w(K2O+Na2O)，在1.63～1.96之間，鋁過飽和度A/CNK=w(Al2O3)/w(CaO+K2O+Na2O)，在0.58～0.68之間。

表2 楊沖里金礦輝石閃長巖主量、微量及稀土元素分析結果Table 2 Test results of major,trace and rare earth elements from the Yangchongli gold deposit

續表2

TAS圖解(圖4a)顯示，輝石閃長巖樣品主要落于二長輝長巖和二長閃長巖區域，屬堿性系列；二長閃長巖落于閃長巖內，屬亞堿性系列。AFM圖(圖4b)顯示，選取的輝石閃長巖樣品均落在AF一側，遠離FM一側，二長閃長巖相對于輝石閃長巖更具富堿性。硅鉀圖(圖4c)顯示，輝石閃長巖樣品大部分落入鉀玄巖系列與高鉀鈣堿性系列交會處，二長閃長巖大部分落入高鉀鈣堿性系列。

圖4 TAS圖解(a)、AFM圖解(b)和K2O-SiO2巖石序列圖解(c)(二長閃長巖數據據Duan et al.，2017)1-橄欖輝長巖；2a-堿性輝長巖；2b-亞堿性輝長巖；3-輝長閃長巖；4-閃長巖；5-花崗閃長巖；6-花崗巖；7-硅英巖；8-二長輝長巖；9-二長閃長巖；10-二長巖；11-石英二長巖；12-正長巖；13-副長石輝長巖；14-副長石二長閃長巖；15-副長石二長正長巖；16-副長正長巖；17-副長深成巖；18-霓方鈉巖、磷霞巖、粗白榴巖Fig. 4 TAS diagram (a),AFM diagram (b)and K2O-SiO2 rock sequence diagram (c)(monzodiorite data after Duan et al.,2017)

3.3.2 微量元素 10件輝石閃長巖樣品微量元素分析結果見表2。微量元素原始地幔標準化曲線(圖5a)顯示，4個巖體的配分曲線大部分一致，富集大離子親石元素(LILE)Ba、Sr、Th等，虧損高場強元素(HFSE)Nb、Y、Yb等，前者表明成巖物質可能與富集上地幔的部分熔融有關，后者揭示殼源物質的混染導致高場強元素的虧損。顯著的Nb虧損通常被認為是俯沖帶火山巖或典型陸殼巖石的標志，并可能與巖漿演化過程中大陸物質通過地幔源區發生混染作用有關。高Sr值是幔源金伯利巖、大陸堿性玄武巖和橄欖玄武巖等高鉀巖石的特征，暗示輝石閃長巖原始巖漿可能主要為幔源堿性玄武質巖漿。

圖5 楊沖里金礦輝石閃長巖微量元素原始地幔蜘蛛圖(a)和球粒隕石標準化稀土元素配分曲線(b)(二長閃長巖數據據Duan et al.,2017)Fig. 5 Primitive mantle-normalized spider diagram of trace elements (a)and chondrite-normalized rare earth element allocation pattern (b)from the Yangchongli gold deposit (monzodiorite data after Duan et al.,2017)

與輝石閃長巖相比，二長閃長巖具有類似的微量元素配分特征，但后者具有更明顯的Zr、Hf和Ti負異常，暗示在巖漿結晶的早期有大量的鋯石和金紅石結晶分異。

3.3.3 稀土元素 10件輝石閃長巖樣品的稀土元素分析結果見表2。球粒隕石標準化稀土配分模式(圖5b)顯示主要為向右傾斜的輕稀土富集型，稀土總量在205～268 mg/kg之間，平均值為232 mg/kg；LREE/HREE比值在12.34～15.28之間，平均值為13.78，侵入巖巖石的輕重稀土分異明顯；(La/Yb)N在17.36～22.27之間，平均值為19.59。二長閃長巖的稀土分布基本相似，稀土元素含量為101～146 mg/kg(平均值為127 mg/kg)；(La/Yb)N比值為13.82～18.28，略低于輝石閃長巖。

4 討 論

微量元素的La/Nb比和Zr/Ba比可用于判定巖漿的來源(DePaolo et al.,2000)，源于軟流圈地幔的巖漿La/Nb比一般穩定在0.7左右，Zr/Ba比一般>0.2；La/Nb比變化較大、Zr/Ba比<0.2的巖漿則可能主要來源于巖石圈地幔(Ormerod et al.,1988)。楊沖里輝石閃長巖與二長閃長巖的La/Nb比變化較大，分別為2.80～4.30和1.70～2.40，Zr/Ba比分別為0.13～0.27和0.02～0.03，因此認為這兩個巖體均起源于巖石圈地幔。

研究區內輝石閃長巖和二長閃長巖表現出了相似的稀土和微量元素配分模式，富集大離子親石元素而虧損高場強元素，具有較高的Sr、Ba含量，相對較低的Rb含量，兩類侵入巖的Rb/Y和Nb/Y比值具有明顯的相關性(圖6)，其線性特征總體上與地殼混染或俯沖帶富集相一致，由此認為楊沖里礦區的原始巖漿可能起源于巖石圈地幔，中生代的板塊俯沖作用可能對其源區有一定的改造作用，或是巖漿在上升過程中與地殼發生了混染(謝建成等，2012)。

圖6 楊沖里侵入巖Rb/Y-Nb/Y圖解(二長閃長巖數據據Duan et al.,2017)Fig. 6 Rb/Y-Nb/Y diagram of the intrusive rocks from Yangchongli (monzodiorite data after Duan et al.,2017)

哈克圖解(圖7)顯示，輝石閃長巖和二長閃長巖的SiO2與Fe2O3、CaO、MgO、P2O5、TiO2呈明顯的線性關系，總體為負相關，這一特征表明巖漿可能發生了結晶分異作用，磷灰石、榍石、黑云母等副礦物在巖漿演化過程中結晶分離。

圖7 楊沖里金礦含礦巖體巖石地球化學哈克圖解(二長閃長巖數據據Duan et al.,2017)Fig. 7 Harker diagram of petrogeochemistry of ore-bearing rock mass in the Yangchongli gold deposit(monzodiorite data after Duan et al.,2017)

La/Sm值與La的線性關系可以顯示巖漿的演化特征，部分熔融呈正相關，分離結晶作用表現為水平關系，在La/Sm-La圖解(圖8a)上，樣品La/Sm比值與La含量在部分熔融演化線上呈明顯的線性增加趨勢，說明不同程度的部分熔融是控制區內兩類巖體巖漿成分變化的因素。

巖石Th/Nb-Ce/Nb、La/Yb-Nb/Ta、Ta/Yb-Th/Yb的比值是反映同化混染作用的指示標志(圖8b、c、d)(MacDonald et a1.,2001)，一般來說，如果存在同化混染作用，則通常會表現出明顯的正相關性(袁峰等，2010)。楊沖里輝石閃長巖和二長閃長巖的La/Yb-Nb/Ta等比值呈現正相關性，由此判斷楊沖里地區的巖漿經歷了同化混染。

圖8 楊沖里金礦含礦巖體巖漿部分熔融、同化混染的地球化學判別圖解(二長閃長巖數據據Duan et al.,2017)Fig. 8 Geochemical discriminate diagram of partial melting and contamination in ore-bearing rock mass in the Yangchongli gold deposit(monzodiorite data after Duan et al.,2017)

結合前人的研究認為，下地殼受到來自富集地幔的堿性玄武質巖漿的底侵作用而發生部分熔融，形成了初始深部巖漿房，部分混染程度低的玄武質巖漿直接侵位到淺部形成楊沖里輝石閃長巖，另有部分玄武質巖漿與偏酸性巖漿發生混合作用形成該區域的二長閃長巖。

5 結 論

(1)楊沖里金礦輝石閃長巖屬于鉀玄巖系列與高鉀鈣堿性系列，富集大離子親石元素而虧損高場強元素，稀土配分模式顯示主要為向右傾斜的輕稀土富集型，輕重稀土分異明顯。

(2)輝石閃長巖在演化過程中發生結晶分異作用，不同程度的部分熔融是其巖漿成分變化的主要因素。

(3)楊沖里金礦輝石閃長巖由混染程度低的幔源堿性玄武質巖漿經結晶分異侵位到淺部形成，二長閃長巖的巖漿則是由少量玄武質巖漿注入到下地殼深位巖漿房與偏酸性巖漿發生混合而形成。