昆士兰东北部矿化花岗岩的地球化学,四方谈微信公众号文章

1970年，澳洲专业人员开始了对昆士兰东北部酸性火成岩的地球化学研究，目的在于研究花岗岩地球化学与其矿化类型之间的相互关系，藉以找到适用于圈定潜在矿化区的可能的地球化学标志。所选择的研究区内存在着多种酸性侵入岩和喷出岩，并伴随着较广泛的具经济价值的金、锡、铜、铅、锌、银、钥、钨、秘、锑及少量铀、钽的矿化。

首先，对大约600个酸性火成岩样品中的大部分样品作了主要元素和微量元素的分析。包括Si、Ti、Al、Fe、Mn、Mg、Ca、Na、K、P、Rb、Sr、Pb和Th(用X萤光分析)以及Li、Be、Cr、Co、Ni、Cu、Zn和Sn(用原子吸收光谱)，Fe+2、H2O、CO2、F系由澳洲成矿实验室测定。

其次对花岗岩及矿脉中的铁镁矿物(以黑云母为主)也作了分析。

【花岗岩地质】本区酸性火成岩的形成时代自前寒武纪至二叠纪。表1中列出了主要花岗岩的大致年龄以及所伴生的有经济意义的矿化。

最老的花岗岩构成福赛思岩基，它包括了从花岗岩到石英闪长岩的多种岩类。

艾斯迈腊达花岗岩是灰色中粒至粗粒的黑云母石英二长岩，它切穿花岗岩。推测它是在喷出岩盖层下固结的浅成侵人体。

栋巴诺与迪多花岗闪长岩的时代均属志留——泥盆纪，前者以浅灰至肉红色中粒斑状黑云母石英二长岩为主，后者主要由含角闪石及黑云母的云英闪长岩及石英闪长岩组成。

上古生代酸性火成岩的面积达30000平方公里，系由石英二长岩、次花岗岩、花岗闪长岩及少量闪长岩和辉长岩所组成，皆属浅成侵人，估计多半在盖层下仅150——600米深处固结而成。

下述五种上古生界的花岗岩研究得较为详细。

伊利莎白湾花岗岩形成巨大的岩基和岩株，最普遍的是肉红色黑云母石英二长岩，具有矿化的花岗岩，萤石为其特征的副矿物，且云英岩化很普遍。与伊利莎白湾花岗岩有关的最重要的具有经济意义的矿物是锡、钼、钨矿物。海比汤锡场(Heberton Tin field)是经济上最为重要的地区。原生矿床包括花岗岩中的云英岩脉、绿泥石——锡石脉、石英——锡石脉及含锡石的硫化矿脉。

海比特河花岗岩在成分上系以灰色黑云母石英二长岩为主，并有从黑云母花岗岩至角闪石——黑云母花岗闪长岩等一系列岩石。

阿耳马登花岗岩以角闪石——黑云母花岗闪长岩为特征，也赋存有石英二长岩、石英闪长岩和石英辉长岩。铜、铅、锌矿化通常与这类花岗岩有关，这些矿床为接触交代矿脉，产于灰岩或断层接触带中。

马里巴花岗岩包括好几个大侵入体和许多较小的岩株，以灰色斑状黑云母石英二长岩和二云母石英二长岩最普遍，也赋存有淡色花岗岩和花岗闪长岩，电气石是常见的副矿物，云英岩十分普遍。有锡、钨、铜的矿化。

芬莱桑花岗岩为中一粗粒斑状黑云母石英二长岩和花岗岩，常含电气石。云英岩及石英——电气石矿床中的锡矿化与芬莱桑花岗岩有关。

【花岗岩的地球化学】艾斯迈腊达花岗岩成分变化范围很有限，虽K2O和FeO偏高，Na2O和MgO相对偏低，但其最主要成分之图解，仍属正常钙——碱系列。微量元素丰度多半接近于分馏花岗岩的平均值，但Rb以及一定程度上的Li、Th相对偏高，Cr、Ni、Cu、Sr则偏低(表2)。K/Rb和Mg/Li的比值低，Sn、Pb、Zn含量高于图尔基安和韦德波耳(Turekian，Wedepoh，1961)所计算的低钙花岗岩的丰度值，亦高于泰勒(Taylor，1968)所计算的花岗岩的丰度值。

栋巴诺花岗岩与迪多花岗闪长岩在化学方面略有差异。由于样品划不出平缓的变化曲线，估计其成岩作用似乎至少存在着两种母岩浆。

迪多石英闪长岩的微量元素(sn、Pb、Zn)丰度接近于图尔基安和韦德波耳和泰勒所计算的相应岩类(花岗岩或花岗闪长岩的平均值)。除迪多石英闪长岩外，铜都低，在花岗闪长岩和英云闪长岩中尤低。除一个样品外，其余的Sn都在4ppm以下的范围。

上古生界火成岩在地球化学上属于同源的岩群，主要元素与微量元素在侵入岩和喷出岩中显示出类似的变化趋势和丰度，这正是视为同源岩浆假设的依据。

侵入岩的组分变化范围较为局限，主成分的化学变化趋势类似于其它许多钙碱侵入系列。大多数微量元素随着分异作用的进行而有规律地变化，即Sr、Cr、Co、Ni、Cu、Zn减少，Pb、Th、U、Li、Fe、Rd富集。

分异程度最高的花岗岩，包括伊利莎白湾、马里巴的一部分及芬莱桑花岗岩，都相对贫Fe、Mn、Mg、Ca、Ti、Sr、Cr、Ni、Co和Cu，而富Si、K、Pb、Li、Rb和Th(表2)。K/Rb和Mg/L1比值都低，尼格里k值高而mg值低。

阿尔马登花岗岩相对贫Li、Rb、Pb、Th，但在其花岗闪长宕中上Li、Rb、Pb、Th近于正常值。

海比特河花岗岩则具有相当于阿尔马登与伊利莎白湾花岗岩之间的平均成分。惟伊利莎白湾、马里巴、芬莱桑花岗岩中锡的平均含量大大高于4ppm的检出极限值。

【矿化的地球化学关系】

锡：艾斯迈腊达、伊利莎白湾、马里巴和芬莱桑等含锡花岗岩为分异的花岗岩或石英二长岩，其中云英岩化普遍，尼格里k值相对偏高(>0.4)，mg值偏低(常<0.32)(图1)，但这些系数都不是潜在锡矿化的重要标志，因为某些非含锡花岗岩也以k值高、mg值低为特征(例如海比特河和栋巴诺花岗岩的某些台相)。

由岩浆分异作用而富集起来的微量元素(特别是Li、Rb及伊利莎白湾花岗岩中的Th)含量高，故K/Rb、Mg/Li值低，值得注意的是萤石或电气石的出现表明了挥发份元素的高度富集。

锡矿床与晚期淡色与普通富钾花岗岩共生已为许多学者所论证。挥发份的意义也颇受重视。达乌松等(Tauson et al，1968)指出:高含量的挥发份势必导致稀有元素(如L1、Be、Sn、W、Nb、Ta)富集于岩体之顶部，这些学者认为富含挥发份的浅成侵入体矿化最为有利。

图1 尼格里K值与Mg值关系图

a.前寒武纪和志留一泥盆纪花岗岩;

b.二迭——石炭纪花岗岩。

唯独具锡矿化的花岗岩类，其含锡量大大高于4ppm这个检出极限(图3)。所研究的含锡花岗岩中，除芬莱桑外，没有一个是含锡高的，即个别样品锡含量低于检出极限。含锡花岗岩中锡含量不均匀的意义以及满足于统计所需样品等问题曾为比尤斯(Beus)等所重视，欲对一个侵入体的含锡能力作切实的评价，试样必须具有广泛的代表性，锡含量大大高于背景值的情况下，锡的不均匀分布似乎是潜在锡矿化的一个重要标志，当然，如果锡含量普遍地高，也是有意义的。

铜：就昆士兰东北部花岗岩而言，铜含量与铜矿化之间并无明显的关系，对于正常分异趋势的各种侵入岩，其铜含量之变化是预料中的——大多数分馏的岩石含铜低，难于证明铜矿化究竟与哪种花岗岩(花岗闪长岩、石英二长岩或花岗岩)密切相关。仅有少数铜矿化与艾斯迈腊达花岗岩有关，其铜含量接近于图尔基安和韦德波耳(1961)所计算的低钙花岗岩的平均值(表2)。

栋巴诺花岗岩与迪多花岗闪长岩中铜普遍低，除迪多花岗闪长岩中有3个石英闪长岩样品中铜含量相对较高外，未见有价值的铜矿化，看来某些铜矿化与伊利莎白湾及海比特河花岗岩有亲缘关系。但这些花岗岩的铜含量亦很低。伴有铜矿化的马里巴花岗岩，其平均铜含量略高于伊利莎白湾花岗岩，但仍接近于图尔基安与韦德波尔所计算的低钙花岗岩的平均值。

阿耳马登花岗岩，有极重要的铜矿化，但花岗岩中铜含量仍低于花岗闪长岩之平均值。

铅和锌：与非矿化花岗岩作比较，在矿化花岗岩中，铅或锌都没有明显富集或分散的证据。

【讨论与结论】昆士兰东北部花岗岩的地球化学与铜或铅、锌的矿化之间没有相关关系。伴随有铜、铅、锌矿化的花岗岩，并不表明Cu、Pb、Zn在此花岗岩中有任何规律性的富集或分散。然而，伴有锡矿化的花岗岩却具有非常清晰的地球化学特征，与世界其它地方的锡花岗岩一样，都是富于挥发份(如B、Be、Li、F)的受强烈分馏的浅成花岗岩和石英二长岩，并以锡含量大大高于非锡矿化的花岗岩为特征，虽然本区锰花岗岩中锡的平均浓度低于已知的其它地方的许多锡花岗台。伴有锡矿化的花岗岩的特点在于样品中含锡量大大高于背景值者所占的比率高。

当一个地区存在着时代相距很远、成因又虽然不同的两种含锡花岗岩时是值得注意的。前寒武纪的艾斯迈腊达花岗岩可能由地壳硅铝层的深熔作用而形成，硅铝层就可能是锡和其它金属的源泉。然而，同位素证据表明，上古生代含锡花岗岩及伴有其它金属矿化的花岗岩可能来源于更深的部位。

在此情况下，伴随消失带而产生岩浆是一种最可能的机制(Mitchell等，1972)。按他们的意见，像Cu、Pb、Zn这些金属可能来源于消失的洋底地壳，而诺贝尔(Noble，1970)在研究美国西部金属省的分布时推论这些金属来源于地幔。诺贝尔认为火成侵入对于矿化的作用仅仅是一种构造控制而不是什么矿质的来源。

如果把矿化看作岩浆自己的副产品而不是分异作用的直接结果，就不能解释为什么有铅、锌或铜矿化的酸性侵入体中这些金属的丰度是没有规律的。所以，侵入体中Cu、Pb和Zn的含量与伴生有这些金属的具有经济价值的矿床之间缺乏一般的相关性。用上述观点才能阐明。布拉克等（Black et al，1972)的同位素研究，对这一概念作了有力的论证。他们发现，铅矿床虽然在空间上与阿耳马登花岗岩伴生，其实并无直接的关系。

舒林(Schuiling，1967)曾指出，世界上有经济价值的锡矿床皆局限分布在特定的"锡省"。从而反映了该金属在地壳中分布的不均匀性。他进而指出，地壳可能就是锡的主要来源地。

莱特等(Wright and McCurry，1973)提出，在地壳或上地幔中存在有“地球化学积聚点“(Geochemical culmination)。

弗林特(Flinter，1971)等曾强调过形成含锡花岗岩岩石组分来源的重要性。无论在地壳中还是在地幔中存在着地球化学不均匀性，可藉以解释昆土兰东北部隐伏了10亿年以上的含锡花岗岩。一个“锡省”内不是所有的花岗者(甚至是分馏花岗岩)都会伴生锡矿化。显然多种因素的综合，包括富锡的岩源、完善的岩浆分异作用以及挥发份的存在等，是形成有经济意义的锡矿床所不可缺少的。

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