湘东北连云山地区上伏矿床伟晶岩地球化学特征、流体包裹体特征及其对矿床成因的约束

doi:10.13745/j.esf.sf.2023.5.7

地学前缘 ›› 2023, Vol. 30 ›› Issue (5): 298-313.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.7

湘东北连云山地区上伏矿床伟晶岩地球化学特征、流体包裹体特征及其对矿床成因的约束

黄小强¹(), 柳清琦¹, 李鹏², 刘翔³, 曾乐¹, 张立平¹, 石威科⁴, 黄志飚¹, 范鹏飞⁵, 万海辉¹, 林跃¹, 汪宣民¹, 蔡偿¹

1.湖南省地质灾害调查监测所, 湖南长沙 410100
2.中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室, 北京 100037
3.湖南省生态环境事务中心, 湖南长沙 410014
4.湖南省地质院, 湖南长沙 410000
5.核工业二三○研究所, 湖南长沙 410007

收稿日期:2022-11-29 修回日期:2022-12-14 出版日期:2023-09-25 发布日期:2023-10-20
作者简介:黄小强(1987—),男,高级工程师,地质工程专业,主要从事矿产勘查与研究工作。E-mail: 530282680@qq.com
基金资助:
国家重点研发计划项目(2019YFC0605202);湖南省重点领域研发计划项目(2019SK2261);湖南省自然资源厅科研项目(2018-02,湘自资科[2022]2号);中国地质调查局地质大调查项目(DD20221684);国家自然科学基金项目(42002109)

Pegmatites of Shangfu deposits, Lianyunshan, northeastern Hunan: Geochemical characteristics, fluid inclusions, and genetic constraints

HUANG Xiaoqiang¹(), LIU Qingqi¹, LI Peng², LIU Xiang³, ZENG Le¹, ZHANG Liping¹, SHI Weike⁴, HUANG Zhibiao¹, FAN Pengfei⁵, WAN Haihui¹, LIN Yue¹, WANG Xuanmin¹, CAI Chang¹

1. Hunan Institute of Geological Disaster Investigation and Monitoring, Changsha 410100, China
2. MNR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
3. Hunan Eco-environmental Affairs Center, Changsha 410014, China
4. Geological Bureau of Hunan Province, Changsha 410000, China
5. Nuclear Industry 230 Research Institute, Changsha 410007, China

Received:2022-11-29 Revised:2022-12-14 Online:2023-09-25 Published:2023-10-20

摘要/Abstract

摘要：

湘东北连云山岩体上伏地区新发现铌钽矿化较富的3号伟晶岩脉,显示该区具有良好的找矿前景。本文选取上伏矿床伟晶岩为研究对象,开展伟晶岩地球化学、流体包裹体研究,探讨矿床成因,以丰富区域稀有金属成矿机制研究。研究表明:上伏矿床伟晶岩具硅含量较高(w(SiO₂)为65.05%~79.15%)、高铝(w(Al₂O₃)为11.38%~19.64%)、低钙镁铁、相对富碱(w(Na₂O+K₂O)为5.62%~9.87%)、(中钾)钙碱性及过铝质特征;微量元素总体富集Nb、Ta、Zr、Hf、U等高场强元素(HFSE),相对亏损Ba、Sr等大离子亲石元素(LILE);稀土元素总量(ΣREE含量)为(11.74~29.40)×10^-6,轻稀土元素富集,重稀土元素亏损,具壳源特征。包裹体类型为气液两相的盐水溶液包裹体,均一温度为159~443 ℃,盐水溶液盐度为3.06%~6.74%,包裹体捕获压力均值约为190 MPa,成矿流体为中高温低盐度流体,C、H、O同位素测试结果显示成矿流体与深部岩浆活动有关,可能混入少量建造水。稀有金属成矿受岩浆的分异演化控制,区内二云母二长花岗岩与伟晶岩具有相同的物质来源,为铌钽成矿提供成矿物质和成矿流体来源。

关键词: 地球化学, 成矿流体, 流体包裹体, 上伏伟晶岩, 连云山

Abstract:

The recent discovery of the Nb/Ta-rich, No.3 pegmatite vein in Shangfu area, Lianyunshan intrusion, northeastern Hunan, shows a good prospect for rare-metal deposits in this area. In this paper, the geochemistry of the Shangfu pegmatite and fluid inclusions in host minerals are studied, and the genesis of the pegmatite deposit is discussed to enrich the understanding of rare-metal mineralization in the region. The Shangfu pegmatite is characterized by high silicon (w(SiO₂), 65.05%-79.15%), high aluminum (w(Al₂O₃), 11.38%-19.64%) and low Ca, Mg, Fe contents, and is relatively rich in alkali (w(Na₂O+K₂O), 5.62%-9.87%), (medium potassium) calc alkaline and peraluminous. The pegmatite is distinctively enriched in Nb, Ta, Zr, Hf and U, and relatively depleted in Ba and Sr; ∑REE ranges between (11.74-29.40)×10^-6, with enriched LREE and depleted HREE, consistent with a crustal origin. The fluid inclusion type is gas-liquid two-phase brine solution; the homogenization temperature of the fluid inclusions is between 159-443 ℃; the salinity of brine solution is 3.06%-6.74%; and the average trapping pressure of the fluid inclusions is 190 MPa. The ore-forming fluid is characterized by medium-high temperature and low salinity; and C, H, O isotopic analysis shows that the ore-forming fluid is related to deep magmatic activity and may be mixed with a small amount of formation water. The rare-metal mineralization is controlled by magmatic differentiation and evolution. The mica monzonitic granite and pegmatite in the area have the same material source which provides the source material and ore-forming fluid responsible for Nb/Ta mineralization.

Key words: geochemistry, ore-forming fluid, fluid inclusion, Shangfu pegmatite, Lianyunshan

中图分类号:

黄小强, 柳清琦, 李鹏, 刘翔, 曾乐, 张立平, 石威科, 黄志飚, 范鹏飞, 万海辉, 林跃, 汪宣民, 蔡偿. 湘东北连云山地区上伏矿床伟晶岩地球化学特征、流体包裹体特征及其对矿床成因的约束[J]. 地学前缘, 2023, 30(5): 298-313.

HUANG Xiaoqiang, LIU Qingqi, LI Peng, LIU Xiang, ZENG Le, ZHANG Liping, SHI Weike, HUANG Zhibiao, FAN Pengfei, WAN Haihui, LIN Yue, WANG Xuanmin, CAI Chang. Pegmatites of Shangfu deposits, Lianyunshan, northeastern Hunan: Geochemical characteristics, fluid inclusions, and genetic constraints[J]. Earth Science Frontiers, 2023, 30(5): 298-313.

图/表 16

图1 连云山地区地质矿产简图(据文献[24]) 1—第四系;2—下白垩统砂砾岩;3—上三叠统;4—中二叠统;5—上泥盆统;6—新元古界冷家溪群板岩;7—新元古界冷家溪群片岩;8—走滑断裂中的含方铅矿花岗质糜棱岩;9—花岗质片麻岩;10—新元古代花岗岩;11—燕山期二云母正长花岗岩(晚阶段);12—燕山期二云母二长花岗岩(早阶段);13—断层/推测断层;14—地质界线;15—铍矿床(点);16—铌钽矿床(点);17—铜铅锌矿床(点);18—铅锌矿床(点);19—钨矿床(点)。

Fig.1 Geological and mineral resource map of Lianyunshan. Adapted from [24].

图2 连云山地区上伏矿床地质简图 1—燕山早期黑(二)云母二长花岗岩;2—新元古代冷家溪群片岩;3—混合岩化片岩;4—花岗伟晶岩脉;5—水系沉积物地化异常;6—航磁异常。

Fig.2 Geological sketch map of the Shangfu deposit

图3 上伏矿床γρ3号伟晶岩脉野外露头(a,b)及素描图(c) 1—冷家溪群片岩;2—中粗粒钠长石伟晶岩;3—中粒含石榴子石白云母钠长石伟晶岩;4—产状;5—取样位置及样品编号。

Fig.3 (a, b) Outcropping of and (c) internal zonation in No.3 pegmatite vein

图4 上伏矿床伟晶岩手标本及显微镜镜下照片 a—中粒含石榴子石白云母钠长石伟晶岩;b—中粗粒钠长石伟晶岩;c—l—显微镜镜下照片(透射);Grt—石榴子石;Qtz—石英;Ab—钠长石;Kfs—钾长石;Ms—白云母;Bt—黑云母。

Fig.4 Macro and microscopic features of the Shangfu pegmatite

表1 本次样品分析测试项目

Table 1 Whole-rock analysis outline

样品号	岩性	分析测试项目	脉体编号
SF-WJY1-H01	中粗粒钠长石伟晶岩	岩矿鉴定,主量、微量、稀土元素测试,流体包裹体测温、激光拉曼及C-H-O同位素分析	γρ₃
SF-WJY1-H02	中粒含石榴子石白云母钠长石伟晶岩	岩矿鉴定,主量、微量、稀土元素测试	γρ₃
SF-WJY2-H01	中粗粒白云母钠长石伟晶岩	主量、微量、稀土元素测试	γρ₃
SF-WJY2-H02	中粗粒白云母钠长石伟晶岩	主量、微量、稀土元素测试,流体包裹体测温、激光拉曼及C-H-O同位素分析	γρ₃
SF-WJY3-H01	微斜长石伟晶岩	岩矿鉴定,主量、微量、稀土元素测试	γρ₂
QHD-HP-H01	片岩	岩矿鉴定,主量、微量、稀土元素测试
TLW-HGY-H01	中粒似斑状二云母花岗岩	主量、微量、稀土元素测试

表2 上伏矿床伟晶岩样品全岩主量元素分析结果

Table 2 Results of whole-rock major element analysis of the Shangfu pegmatite

图5 上伏矿床伟晶岩样品SiO2-K2O图解(a)和A/CNK-A/NK图解(b)(图a据文献[26];图b据文献[27];花岗岩2数据引自文献[1])

Fig.5 (a) SiO2-K2O (after [26]) and (b) A/CNK-A/NK (after [27])plots for the Shangfu pegmatite (Granite-2 data from [1])

表3 上伏矿床伟晶岩样品微量元素分析结果

Table 3 Results of trace element analysis of the Shangfu pegmatite

图6 上伏矿床伟晶岩原始地幔微量元素标准化蛛网图(a)和球粒陨石标准化稀土元素配分图(b)(a图中标准化数值据文献[28];b图中标准化数值据文献[28];花岗岩样品数据BS001-BS008引自文献[1])

Fig.6 (a) Primitive mantle-normalized trace element pattern and (b) chondrite-nomalized REE pattern of the Shangfu pegmatite. Normalization values are from [28]; granite data from [1].

图7 上伏矿床伟晶岩脉中的流体包裹体

Fig.7 Fluid inclusions in quartz from the Shangfu pegmatite vein

表4 上伏矿床伟晶岩原生流体包裹体测温结果及部分参数

Table 4 Properties of primary fluid inclusions in the Shangfu pegmatite

包裹体类型	宿主矿物	观测的包裹体个数	均一温度/℃	冰点温度/℃	盐度(w(NaCl))/%
气液两相包裹体	SF-WJY-H01石英	20	203~443	-1.8~-4.2	3.06~6.74
气液两相包裹体	SF-WJY-H02石英	11	159~306	-2.0~-3.6	3.39~5.86

图8 上伏矿床流体包裹体的均一温度(a)和盐度(b)直方图

Fig.8 Histograms of homogeneous temperature (a) and salinity (b) of fluid inclusions

图9 盐水溶液包裹体的捕获压力估算图解(据文献[30]修改)

Fig.9 Estimation of capturing pressure of brine inclusions. Modified after [30].

图10 上伏矿床石英中包裹体的拉曼光谱图

Fig.10 Raman spectra of fluid inclusions in quartz from the Shangfu deposit

表5 矿物包裹体水的氢、氧、碳和石英的氧同位素组成

Table 5 Isotopic compositions (H, O, C) of aqueous inclusions and hosting quartz

样品号	矿物	δD_V-SMOW/‰	δ¹⁸O_V-PDB/‰	δ¹⁸O_V-SMOW/‰	δ¹⁸ $O H 2 O - S M O W$ /‰	δ¹³C_V-PDB/‰
SF-WJY1-H01	石英	-64.5	-14.5	15.9	7.6	-9.8
SF-WJY1-H02	石英	-62.5	-15.8	14.6	6.3	-13.3

表5 矿物包裹体水的氢、氧、碳和石英的氧同位素组成

Table 5 Isotopic compositions (H, O, C) of aqueous inclusions and hosting quartz

样品号	矿物	δD_V-SMOW/‰	δ¹⁸O_V-PDB/‰	δ¹⁸O_V-SMOW/‰	δ¹⁸ $O H 2 O - S M O W$ /‰	δ¹³C_V-PDB/‰
SF-WJY1-H01	石英	-64.5	-14.5	15.9	7.6	-9.8
SF-WJY1-H02	石英	-62.5	-15.8	14.6	6.3	-13.3

图11 上伏矿床石英中包裹体水的δD-δ18O 的组成(底图据文献[32])

Fig.11 δD-δ18O plot for aqueous inclusions in quartz from the Shangfu deposit (basemap after [32])

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