广西大瑶山中生代龙头山金矿床的时代、成因及其与区域岩石圈演化关系的地球化学研究
摘要
包括华北和华南在内的中国东部金矿的形成时代以中生代为主，而与全球以太古宙为峰期的金矿形成时间不同。中国东部金矿的形成在空间上常与花岗岩类共生，并严格受到区域深大断裂的控制。因此认识中国东部金矿的形成与中生代华北和华南区域岩石圈的演化及与岩浆作用的关系具有重要意义。本文介绍了对南岭地区广西贵港大瑶山成矿带西段的中生代龙头山金矿床及周边典型岩浆岩单元的同位素年代学和地球化学研究工作，探讨了燕山期区域岩石圈的构造性质及演化，并对矿床的成因及其与区域岩石圈演化的关系进行了分析。锆石U-Pb年代学研究表明，马山杂岩体形成于燕山早期的158±2Ma。马山杂岩体包括了辉长岩、花岗岩及基性火山岩，极低的SiO2指示辉长岩(37.4％)和一件基性火山岩样品(GG07-11，35.1％)属堆晶成因，无Nb、Ta亏损表明它们形成时没有受到明显的地壳物质混染，因此其+4.45和4.23的εNd(158Ma)值反映了岩浆来自中度亏损的地幔源区，是对幔源物质亏损程度的最大估计；其余的5件基性岩样品受到了地壳物质的混染，其εNd(158Ma)值相对较低(+1.79-+1.68)，类似于OIB、无Nb、Ta亏损的微量元素特征指示它们形成于板内环境；唯一的一件花岗岩样品具有相对与华南多数中生代花岗岩较小的εNd(158Ma)负值(-1.84)，指示了幔源物质的加入，其A型花岗岩的岩性特征同样指示了岩浆作用的板内构造环境。因此，马山杂岩体反映了燕山早期区域岩石圈在板内拉张环境下，由中等亏损程度地幔源区和下地壳物质部分熔融作用导致的岩浆作用产物，而同时代侵入和喷出岩系在空间上的密切共生，指示了区域地壳的显著抬升作用。平天山岩体形成于燕山晚期的96.2±0.4Ma(锆石U-Pb数据)，岩性上属高钾钙碱性岩系列，少数样品(PTS0602)具有A型花岗岩特征，而大多数样品表现出与典型A型花岗岩呈过渡性质的I-S型花岗岩特征；平天山样品的A/CNK值具有准铝质-过铝质的过渡特点，其它主量元素组成也表现为S型和Ⅰ型花岗岩的过渡性质。构造背景判别图中，平天山样品显示出沿岛弧型-同碰撞型-板内花岗岩的共同边界附近分布的趋势，同样指示了其非典型的过渡性质。相对华南大多数中生代花岗岩，平天山岩体具较低的εNd负值(-7.38－-6.88)和较年轻的亏损地幔Nd同位素模式年龄t2DM值(1.43-1.50Ga)，与前人提出的在华南地区存在的几条低tDM带中的花岗岩具有类似的Nd同位素特征，揭示了岩浆组成中除地壳岩石外还存在不同程度的幔源物质加入。因此，平天山岩体虽然形成于燕山晚期，但其形成构造背景与马山杂岩体类似，为陆内拉张环境下，壳-幔混源岩浆作用的产物。龙头山次火岩体与平天山岩体具有误差范围内一致的形成年龄(96.1±3Ma)，但其锆石中稀土元素相对于平天山样品具有较明显的Ce正异常(Ce/Ce*=9.0-298)、程度相对较弱的Eu负异常(Eu/Eu*=0.24-0.74)、轻稀土分异明显(LaN/SmN＜0.03)且总含量相对较低；影响锆石中稀土元素特征的因素包括流体源区、组成和环境的氧逸度等，龙头山和平天山锆石中稀土特征的区别揭示它们来自不同的源区，并非同一源区演化的结果。这一认识进一步得到龙头山次火山岩强不相容元素含量明显低于平天山岩体的现象支持。相对明显的Ce正异常和弱化的Eu负异常指示了龙头山次火山形成环境的氧逸度相对平天山高。而同时代深成侵入岩体(平天山岩体)和浅成次火山岩体(龙头山次火山岩体)在空间上的密切共生，指示了区域地壳的快速抬升，与氧逸度提高的环境相吻合。龙头山次火山锆石中识别出三粒具有岩浆锆石成因的古生代锆石，年龄小于岩体的围岩(寒武纪地层)，指示了区内地壳自古生代晚期以来(包括马山杂岩体为代表的燕山早期)发生了持续的岩浆事件，而这些多次发生的岩浆事件及其诱发产生的流体，有利于区域地壳中的Au和其他成矿元素在热液中富集，为燕山晚期成矿提供条件。龙头山次火山岩与平天山岩体类似的Nd同位素特征和相对较大范围的高初始Sr比值(0.7158-0.7225)，较低的总碱含量(0.5％-0.9％)以及异常高的铝饱和指数，均指示了龙头山次火山的形成过程中有来自深部、流经多种围岩的热液流体的参与。对与Au同属铂族元素的Os的研究表明，金矿中硫化物的187Os/188Os均高于各种地幔端元而小于平均大陆地壳，反应了壳-幔混源的特征，与Nd同位素指示的有幔源物质加入的认识一致。Au的实验学研究表明，急剧的温度下降和硫化物沉淀，是导致金沉淀成矿的重要因素。而马山杂岩体和平天山-龙头山岩体指示的区域地壳的快速抬升，对高温热液的突然冷却和成矿具有重要意义，而区域内的深大断裂及其次级断裂是促进流体运移并沿有限空间集中成矿的另一控制因素。总结对比华北东部和华南东部中生代金矿的形成时代和构造背景表明，虽然华南地区相对华北地区的成矿作用峰期稍年轻，且导致岩石圈发生减薄作用的机制也可能不同，但两克拉通中生代矿床具有类似的矿床成因类型(以造山带型和热液型为主)，空间上常与中生代花岗岩密切共生，代表了伸展环境下地幔物质上涌、区域热流值升高、有大量流体参与的成矿作用的产物，区域深大断裂及其次级断裂的广泛发育及区域地壳的快速隆升对矿床的形成具有重要影响。