河南省光山縣潑河巖體地質地球化學特征、成因分析及找礦潛力

劉文毅，何美香，孫宏偉，王良，李曉姣

(1.河南省有色金屬地質礦產局第七地質大隊， 河南 鄭州 450016; 2.河南省有色金屬礦產探測工程技術研究中心， 河南 鄭州 450016; 3.河南省自然資源科技創新中心(多源遙感應用研究)， 河南 鄭州 450016)

0 引言

大別山地處中國大陸中東部，西接秦嶺造山帶，夾持于華北和揚子板塊之間，在中生代最終聚合形成(張國偉等，2001)。前人在大別山地區開展了大量地質找礦與研究工作(符光宏，1994；潘成榮，1999；袁要偉等，2018；李莉等，2019；何美香，2020；索忠連等，2020；王巧玲等，2021；張玉明，2022)，對區域內與金、銀、鉬多金屬礦成礦關系密切的地層(丁莉等，2006)、構造(馬昌前等，2003；李海龍等，2017)、巖漿巖(王超等，2010；陳偉等，2013；高昕宇等，2013；孟芳，2013；萬俊等，2017；武昱東等，2017)等方面進行了較為全面的研究，取得了一系列成果，尤其是光山縣陳沖巖體及譚沖巖體形成于133.1 Ma，指示早白堊世巖漿活動及巖漿起源于揚子北緣古老地殼物質部分熔融，母巖漿形成深度和壓力較大，可能形成于加厚下地殼環境(朱江等，2019)。但是對于臨近的潑河巖體的研究卻鮮有報道，這制約了我們對該地區成巖成礦的認識。本文通過對潑河巖體地質特征、巖石地球化學、副礦物以及蝕變礦化的研究，分析巖體成因及找礦潛力，以期為本區基礎地質研究及找礦工作提供參考。

1 區域地質

研究區處在新縣斷裂與桐—商斷裂交匯處東北部約5 km(圖1)，基本構造格架表現為高壓—超高壓變質帶被低緩伸展滑脫片麻理帶所改造而形成的片麻巖穹窿帶，后期巖漿活動及混合巖化作用強烈，地質構造比較復雜(楊繼兵等，2016)。區域出露地層主要為中上元古界滸灣巖組(Pt2+3h)、震旦系—下奧陶系統肖家廟巖組(Z-O1x)、泥盆系南灣組(Dn)、白堊系(K)及第四系(Q)等(何美香，2020)。其中，滸灣巖組(Pt2+3h)主要巖性為中基性—酸性火山巖，肖家廟巖組(Z-O1x)主要巖性為泥砂質碎屑巖夾碳酸鹽巖，南灣組(Dn)主要巖性為黑云石英片巖，白堊系(K)主要巖性為安山玢巖。

圖1 研究區大地構造位置圖(據楊澤強, 2007)

2 潑河巖體特征

2.1 潑河巖體及圍巖特征

研究區內潑河巖體位于潑陂河鎮西南部(圖2)，北起陳沖，南至傅馬沖，東臨潑河水庫，西接獨山寨，出露面積約2.5 km2。呈帽形巖株狀，長軸方向北北東，北東端寬度較小，南西端較大，巖體兩側沿北西西向多有分叉的巖枝，以南西端最突出。明顯反映巖體形態受北北東、北西西兩組構造所制約。巖體與圍巖界限清楚，傾向不定，北東端上部傾向北東，下部轉向北西，傾角70°～75°。

圖2 光山縣潑河巖體區域地質簡圖(據貢二辰等，2016②修改)1—第四系；2—白堊系周家灣組/陳棚組；3—泥盆系南灣組三段/二段；4—震旦系—下奧陶系統肖家廟巖組四巖段/三巖段；5—中上元古界滸灣巖組；6—下白堊統周灣獨立單元石英閃長巖/潑河花崗斑巖；7—下白堊統譚沖二長花崗巖/新縣序列第二單元中粒二長花崗巖；8—王母觀片麻狀輝長巖/夏泉片麻狀堿長花崗巖；9—花崗斑巖脈/花崗巖脈；10—正斷層/逆斷層；11—區域性韌性剪切帶/火山角礫巖筒；12—研究區位置

潑河巖體的巖石類型有黑云斜長花崗斑巖或斜長花崗斑巖、花崗斑巖、爆破角礫巖(角礫主要成分為(黑云)斜長花崗斑巖、花崗斑巖)等(圖3)，以爆破角礫巖為主。局部有石英閃長玢巖的捕虜體。不同巖石類型之間一般均無明顯界限，呈漸變過渡關系(曾繁實，1982①)。各類巖石的主要礦物組合及特征如表1。

圖3 潑河巖體不同巖性正交偏光照片(×11)(曾繁實，1982①)

表1 潑河巖體各類巖石的礦物組分、結構、構造統計表

爆破角礫巖的角礫成分不一，角礫大小不等，角礫化程度不同，主體巖性也有差異。其中，爆破角礫巖的巖漿巖角礫成分主要為黑云斜長花崗斑巖和花崗斑巖，前者角礫含量5%～15%，礫徑多小于l cm，礫徑大小較均一；后者角礫含量不等，一般為5%～10%，最多可達40%，礫徑相差懸殊，自0.5～50 cm。爆破角礫巖的圍巖角礫主要有兩種，與前述巖漿巖角礫相對應，圍巖角礫分別為黑云變粒巖、絹云石英片巖。

潑河巖體侵入的圍巖主要為泥盆系南灣組(Dn)(圖4)。界限清楚，巖體邊部有近東西向呈蟹爪狀的脈體，侵入南灣組中。巖體北西部被白堊系陳棚組(K1c)火山巖超覆(圖4)。巖體中可見圍巖捕虜體。

圖4 光山縣潑河巖體地質簡圖(據曾繁實，1982①修改)1—第四系；2—陳棚組安山玢巖；3—南灣組黑云石英片巖；4—花崗巖；5—爆破角礫巖；6—斜長花崗斑巖；7—鉆孔位置及編號；8—片理產狀

(1)泥盆系南灣組(Dn)：分布于潑河水庫一帶，呈北西西—南東東向帶狀展布。南灣組地層巖性相對簡單，變質程度較低，構造變形相對簡單，總體上為一套快速沉降、低成熟度陸源碎屑建造。主要由黑云石英片巖、絹云斜長片巖、斜長變粒巖、斑點狀黑云斜長變粒巖、黑云斜長片巖、綠簾(綠泥)斜長變粒巖夾角閃方柱石英巖、斜長角閃片巖薄層組成。

(2)下白堊統陳棚組(K1c)：主要分布在潑陂河西、東部，其巖性主要為安山玢巖、晶屑凝灰巖、熔結凝灰巖、火山凝灰巖、安山巖。

2.2 蝕變與礦化特征

潑河巖體的蝕變較強，有黃鐵礦化、絹云母化、硅化、碳酸鹽化、黑云母化、高嶺土化。以前三者較普遍。地表的次生礦化，僅在巖體的東部五里墩采石場見有次生孔雀石。除此，僅局部(如林場東)見瀝青狀褐鐵礦，及普遍存在的斑點狀褐鐵礦化。巖體深部的原生礦化蝕變，據鉆孔巖心資料，由表至里黃鐵礦化普遍，局部可見黃銅礦、輝鉬礦，其品位均低于工業要求。

3 樣品實驗方法

本文樣品的主量、微量元素的測試分析(表2、表3)在核工業北京地質研究院分析測試研究中心完成。其中，爆破角礫巖樣品測試的角礫為巖漿巖角礫。采用Philips PW2404 X熒光光譜儀測試主量元素，經過烘樣、秤樣、燒蝕樣品、冷卻樣品，最后再燒蝕后稱重，計算出燒失量，精度優于5%。采用Finnigan-MAT有限公司制造的ELEMENT-1等離子質譜儀測定微量元素，樣品首先溶解在高壓悶罐中，再稱取40 mg樣品進行初溶，置195 ℃烘箱內加熱48 h，然后進行復溶，將復溶的樣品稀釋1000倍，最后測試，精度優于10%。

表2 潑河巖體各類巖石的化學成分及扎氏數值特征表

4 實驗結果

4.1 主量元素

潑河巖體中SiO2含量為66.96%～74.76%，K2O 含量變化于 4.51%～5.35%，K2O+Na2O 含量變化于 8.02%～9.24%之間，K2O/Na2O 比值變化于1.10～1.93，A/CNK為1.44～1.91，里特曼指數σ為2.03～3.48，萊特堿度率A.R為2.28～3.25，分異指數DI為84.59～93.30，固結指數SI為0.93～10.34。根據戴里花崗巖與花崗閃長巖的巖石化學成分組成特征(劉振聲和汪之明，1966)，從巖石化學成分與扎氏數值特征(表2)等資料可以看出：黑云斜長花崗斑巖的巖石化學成分介于戴里的花崗巖與花崗閃長巖之間。差異表現在K2O>Na2O，鉀鈉高、鈣低，扎氏特征值反映a值大，c值小，硅飽和，a:c值大，說明斜長石偏酸性。補充參數中出現a＇，巖石屬鋁過飽和系列。SiO2過飽和富于堿?；◢彴邘r與戴里值相較硅稍高，鉀、鈉偏高，鈣鎂偏低。與黎彤等人的花崗巖平均值(黎彤和饒紀龍，1963)相較硅、鉀稍高，鈉接近，鈣鎂偏低?；咎卣魇枪?、鉀高，鈣鎂低。扎氏數值特征b、c值小，硅飽和，a:c值大，同樣表明富酸、堿，有a＇值，巖石屬鋁過飽和系列。爆破角礫巖的巖漿巖角礫之巖石化學成分大體接近黑云斜長花崗斑巖，特征是貧鎂。

4.2 微量元素

光譜測定微量元素之平均值如表3。黑云斜長花崗斑巖中Mn、Ti、Be等微量元素18項，除Mn、Be、B、Y低于維氏值外(雷慈坤等，2014)，其它均高于維氏值。其中Cu高4倍、Pb高2倍、Mo高13倍、Ag高7倍、Cr高2倍、Au高32倍。以Ag、Mo高、含Au為其特征；爆破角礫巖測定18項，除Mn、Be、Y、Zr低外，其它均高。其中Pb高1.4倍、Ag高2倍、Cr高3倍、Au高26倍。以Ag高、含Au為其特征。

表3 潑河巖體各類巖石微量元素分析成果對照表

5 討論

5.1 巖體時代

潑河巖體上部為白堊紀火山巖超覆，通過鋯石U-Pb定年得出火山巖的同位素年齡值為 99.4 Ma；巖體本身的同位素年齡值為110 Ma(曾繁實，1982①)。潑河巖體周邊的其他巖體，呈巖株狀分布，沿著桐—商斷裂兩側不規則展布，其中，通過鋯石U-Pb定年得出鄭塆巖體同位素年齡為110～105 Ma、寶安寨巖體同位素年齡為115 Ma、大銀尖巖體同位素年齡為108 Ma、大帽嶺巖體同位素年齡為85 Ma(曾繁實，1982①)。西大別山地區譚沖和陳沖巖體的鋯石U-Pb年齡分別為(133.1±1.5) Ma 和(133.1±0.8) Ma(朱江等，2019)。潑河巖體巖石地質地球化學特征、巖性礦物組合與陳沖巖體類似(朱江等，2019)，因此，認為潑河巖體可能與陳沖巖體屬于同時期侵入巖體，可能屬于燕山晚期侵入成巖。

圖5 潑河巖體 FeO/(FeO+MgO)-SiO2圖解(底圖據 Frost et al., 2001)

5.2 巖石成因類型

目前，以源區性質等劃分的I型、S型、A型和M型花崗巖分類是最常用的花崗巖分類方案(吳福元等，2007)。

前述巖石地球化學特征顯示，潑河巖體中SiO2含量變化于66.96%～74.76%；在SiO2-AR圖解中(圖6)，潑河巖體分析樣品落入堿性—鈣堿性巖區域；K2O 含量變化于4.51%～5.35%，在SiO2-K2O圖解(圖7a)落入巖體屬于鉀玄巖—高鉀鈣堿性系列；K2O+Na2O 含量變化于 8.02%～9.24%之間，A/NK-A/CNK圖解中落入過鋁質區域，指示巖體屬于過鋁質巖石(圖7b)；K2O/Na2O 比值較高，為1.10～1.93，顯示鉀質花崗巖特征；里特曼指數σ為2.03～3.48，屬于堿性—鈣堿性巖。這與I型花崗巖的高硅、弱過鋁、鈣堿和高鉀等特征不完全吻合(劉文毅等，2019)，巖石的過鋁質特征(A/CNK>1.1)與S型花崗巖相符，但潑河巖體中P2O5含量不高(0.032%～0.150%)，且SiO2含量與P2O5含量整體呈現出負相關(圖8)與S型花崗巖不相符(高奕霖等，2019)。并且潑河巖體中，CIPW計算結果剛玉含量多小于1%，排除了S型花崗巖的可能。根據圖5所示，大部分數據投到鎂質花崗巖區域，排除了A型花崗巖的可能。

圖6 潑河巖體SiO2-AR圖解(底圖據Wright, 1969)

圖7 潑河巖體K2O-SiO2 (a)和A/NK-A/CNK(b)圖解(圖a，據Peccerillo and Taylor, 1976；圖b, 據Ewart, 1982)

綜上所述，除了巖石的過鋁質特征外，潑河巖體基本上與I型花崗巖特征相吻合。強過鋁質特征并不適用于巖相變化大的分異型花崗巖(朱江等，2019)，結合潑河巖體的礦物組成、巖石地球化學特征認為，潑河巖體具有高硅、過鋁質、鈣堿—堿性和高鉀等分異型I型花崗巖巖石特征。

5.3 巖石演化特征

巖體的演化特征可以通過分異指數(DI)來分析，分異指數是巖漿分離結晶程度和巖漿基性程度的標志，是一種重要的巖石化學參數。分異指數越大，說明巖漿分離結晶作用越強烈，酸性程度越高。分異指數(DI)=Qz+Or+Ab+Ne+Lc+Kp，通過該計算式可以求出潑河巖體巖漿的分異指數，從而確定母巖漿的分異程度(刀艷，2016)。潑河巖體的分異指數較高(DI=84.59～93.30)，表明巖漿有較強的分異作用。根據表2可以計算得出，花崗斑巖的固結指數界于0.93～3.18之間，斜長花崗斑巖固結指數界于2.23～10.27之間，爆破角礫巖固結指數為1.10。因此，潑河巖體內原始巖漿的固結指數變化較大，巖體巖相變化大。根據潑河巖體礦物組分(表1)、P2O5-SiO2關系圖解(圖8)以及哈克圖解(圖9)投圖數據可以得出：隨著巖漿分異演化及SiO2含量提高，P2O5含量降低，表明有磷灰石分離結晶；Al2O3+CaO/Na2O含量降低，表明有斜長石分離結晶；MgO、Fe2O3含量降低，表明有黑云母等暗色礦物分離結晶；TiO2含量降低，表明有金紅石分離結晶。

圖8 潑河巖體 P2O5-SiO2關系圖解

圖9 潑河巖體的哈克圖解

5.4 成因探討

潑河巖體呈小巖株狀，受北北東、北西西兩組構造所制約，呈巖枝狀貫入圍巖，圍巖因受擠壓、沖擊較破碎。巖體的巖石類型為中酸性—酸性，具有高硅、過鋁質、鈣堿—堿性和高鉀等分異型I型花崗巖巖石特征。巖體巖相變化大，主要以爆破角礫巖形式產出，構成一個爆破角礫巖(角礫巖成分主要為同期花崗斑巖和(黑云)斜長花崗斑巖)為主體的淺成—超淺成巖(曾繁實，1982①)。

隨著巖漿分異演化及SiO2含量提高，巖漿發生了較強的分異作用，經歷斜長石、磷灰石、金紅石以及暗色礦物(黑云母等)分離結晶作用。顯然這種演化過程不是一次完成的，而是在脈動條件下多次上侵演變的結果(郭軍，2021)。這點從巖體本身巖石類型的多變，所具復式巖體的特點等均可佐證。巖漿的上侵、演化基本是在構造控制的條件下進行的，因此有利于保持一些深成巖漿的特征，并同時在構造發育或交匯的部位成巖。

5.5 找礦潛力

研究區內分布于林場一帶的黑云斜長花崗斑巖體有銅、鉬、金的原生暈組合異常。另外，潑河巖體中(表3)金含量高于同類巖石平均值的32倍，銅高4倍，銀高7倍，南部與東部有激電異常，鉛、鋅原生暈異常。單礦物分析結果顯示黑云母含銅 1000～5000 ppm，磷灰石含銅30～100 ppm，金紅石含銅50～100 ppm。根據研究區地表探槽揭露以及深部鉆孔驗證情況，研究區內發現金多金屬礦(化)體18條，細脈狀黃鐵礦化蝕變與金多金屬礦關系密切，說明研究區內有找金多金屬礦的潛力。

6 結論

(1)潑河巖體屬于燕山晚期侵入成巖，主要巖石類型有：花崗斑巖、(黑云)斜長花崗斑巖、爆破角礫巖。以爆破為主要成巖形式，構成一個爆破角礫巖為主體的淺成一超淺成巖。

(2)潑河巖體巖石類型為中酸性—酸性，具有高硅、過鋁質、鈣堿—堿性和高鉀等分異型I型花崗巖巖石特征。

(3)潑河巖體內原始巖漿的分異DI指數變化較大，經歷斜長石、磷灰石、金紅石以及暗色礦物(黑云母等)分離結晶作用。

(4)潑河巖體中金多金屬背景值高，區內有找金多金屬礦的潛力。

注 釋

① 曾繁實.1982.河南省新縣蘇家河至光山縣潑河一帶1:5萬區域地質礦產報告[R].鄭州：河南省地質礦產勘查開發局區域地質調查隊.

② 貢二辰,劉文毅,李玉芹,王偉,陳曉明,王學貞,余智慧,何美香,王巧玲,貢宇龍,袁要偉,王曉黎.2016.河南省光山縣陳沖巖體巖石學及地球化學研究報告[R].鄭州：河南省有色金屬地質礦產局第七地質大隊.