桂东南燕山期花岗岩地球化学特征及其对稀土成矿的指示.pdf
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1、2023年 7月CHINESEJOURNALOFGEOLOGY地质科学DOI:10.12017/dzkx.2023.04958(3):8909098赵永山890桂东南燕山期花岗岩地球化学特征及其对稀土成矿的指示*赵永山1周云1许成1,2蔡永丰1,3韩志轩1方贵聪1韩正超1(1.桂林理工大学广西隐伏金属矿产勘查重点实验室 广西桂林541004;2.北京大学地球与空间科学学院,造山带与地壳演化教育部重点实验室 北京100871;3.有色金属矿产勘查与资源高效利用省部共建协同创新中心 广西桂林541004)摘要为探讨桂东南地区离子吸附型稀土矿的成矿条件,本文对桂东南岑溪一带分布的花岗岩进行了详细的年
2、代学、地球化学及稀土矿物学研究。锆石 UPb年代学研究显示,花岗岩的形成时代为 1550.85 Ma,为燕山期岩浆活动的产物;花岗岩具有高硅富碱的特征,表现出与 A型花岗岩相似的地球化学属性,样品的 Sr、P、Ti、Eu负异常明显,显示出高分异演化特征。岩石富含独居石、氟碳钙铈矿、锆石、磷灰石等稀土矿物,其中,独居石和氟碳钙铈矿的稀土氧化物总量分别达 58.07%67.66%和 64.25%64.59%;结合该区域高温高湿、降雨充沛、风化作用强烈等外生条件,推测该地区具有离子吸附型稀土矿的成矿潜力。关键词花岗岩锆石 UPb定年岩石地球化学离子吸附型稀土矿桂东南中图分类号:P597,P618.7
3、文献标识码:A文章编号:05635020(2023)0389020稀土元素(REE)包含镧系元素和钪、钇共 17种元素,因其具有优良的磁、光、电等特性,被广泛应用于冶金、军事、交通、医疗等多个领域,被誉为“21世纪黄金”、“万能之土”(黄小卫等,2004;Xiao et al.,2013;Weng et al.,2015)。根据稀土元素的赋存状态,稀土矿被分为矿物型和离子型两类。矿物型稀土矿中稀土元素以离子化合物的形式赋存,如鲁西南微山伟晶岩型稀土矿(蓝廷广等,2011)、川西冕宁德昌碳酸盐型稀土矿(舒小超等,2019)、蒙南白云鄂博混合稀土矿(李潇雨等,2021)等。离子型稀土矿中稀土元素以
4、离子态富集于黏土矿物、铁锰氧化物等次生矿物表面,故又称“离子吸附型稀土矿”(Tian et al.,2011;Xu et al.,2017;梁晓亮等,2022);该类矿床的初期勘察主要分布于我国南方 7省(赣、闽、浙、湘、粤、桂和滇),目前已扩大至 11 个省份(付伟等,2022)。离子吸附型稀土矿配分齐全、储量丰富、分布广泛,具有很高的战略价值和研究意义。*广 西 重 点 研 发 计 划 项 目(编 号:桂 科 AB22035045)、广 西 自 然 科 学 基 金 创 新 研 究 团 队 项 目(编 号:2020GXNSFGA297003)和广西自然科学基金项目(编号:2022GXNSFA
5、A035620,2022GXNSFFA035025)资助。赵永山,男,1998年生,硕士研究生,矿物岩石学专业。Email:周云,女,1988年生,博士,副教授,岩石地球化学专业。本文通讯作者。Email:2023-01-16收稿,2023-02-18改回。8赵永山3期赵永山等:桂东南燕山期花岗岩地球化学特征及其对稀土成矿的指示891广西的稀土矿产资源勘查时间较晚,探明程度也相对不高。广西地矿局在 20世纪80年代末对全区开展了稀土矿产资源普查,并在 67个花岗岩类岩体的风化壳中发现了离子吸附型稀土矿(郜兆典等,2009)。广西离子吸附型稀土矿主要分布于防城港中部,经钦州北部、玉林北部、贵港南
6、部,延伸至梧州中南部一带(杨铁铮等,2018)。近年来,随着广西稀土勘探工作的陆续开展,在桂东南大容山十万大山一带圈定出了一些离子吸附型稀土矿的成矿潜力区。因此,本文选取桂东南梧州岑溪地区花岗岩作为研究对象,在详细的野外地质调查基础上,开展锆石 UPb年代学、主微量和稀土元素研究以及能谱分析,探讨其对离子吸附型稀土矿的指示意义,为下一步桂东南离子吸附型稀土矿的详勘和开发利用提供参考。1区域地质背景桂东南地区位于钦杭结合带的西南段(图 1),其大地构造位置特殊,处于太平洋构造域和特提斯构造域两大构造域的交汇部分。该区构造演化复杂,其形成受制于华夏、扬子与印支 3大地块的相互作用。图 1桂东南大地
7、构造位置(a)及区域地质图(b)(据田梦宇,2021修改)Fig.1Tectonic location(a)and regional geological map(b)of Southeast Guangxi(modified from Tian,2021)彩页8918赵永山地质科学2023年892区内地层受后期构造运动影响,出露不连续。古生界出露浅变质复理石砂页岩、碳酸盐岩、浅海相碎屑岩等;中生界出露岩性有粉砂泥岩、粉砂岩、砂岩、砾岩等;新生界出露岩性有泥岩、粉砂岩、砂岩、砂砾岩等(蔡明海,2002;安国英等,2012a,2012b)。本区经历了加里东期、印支期、燕山期等多期构造运动,形成了
8、一系列不同方向、规模和性质的断裂带。区域性大断裂呈北北东向展布,自西向东主要有灵山藤县断裂、博白岑溪断裂以及吴川四会断裂。区内岩浆活动频繁,在加里东期、印支期、燕山期等多个地质时期都形成了相应的岩浆岩。加里东期岩浆岩主要分布于大瑶山东南缘、吴川四会与博白岑溪两大断裂之间的云开地区,岩性有花岗片麻岩、花岗闪长岩等(覃小锋等,2006);印支期岩浆岩以十万大山六万大山大容山岩体为代表,亦被称之为“大容山花岗岩套”,主要分布于博白岑溪与灵山藤县两大断裂所挟持的区域,主要岩性为含堇青石花岗岩等(张旭波等,2017);燕山期岩浆岩沿区内断裂分布,数量多,规模小,岩石类型主要有黑云母花岗岩、石英二长岩、二
9、长花岗岩等(李献华等,1999)。2样品及分析方法2.1样品采集及岩相学特征本文研究的花岗岩样品主要采集于广西梧州市岑溪地区。岩石具粗粒结构,块状构造,新鲜面颜色呈肉红色(图 2a、图 2b),含长石(40%)、石英(35%)和黑云母(20%)等主要矿物(图 2c、图 2d),锆石、独居石、磷灰石等副矿物(5%)(图 3)。2.2分析方法本文依托桂林理工大学广西隐伏金属矿产勘查重点实验室,对采集的花岗岩样品进行了主量元素、微量元素及稀土元素含量的测定,副矿物扫描电镜能谱分析以及锆石 UPb年龄分析。岩石主量元素分析方法为 X射线荧光光谱法,仪器选择分析精度为 2%5%的 X射线荧光光谱仪(ZS
10、X Primus),具体的分析和测试过程参考李献华等(2002);岩石微量、稀土元素分析方法为酸溶法,仪器选择分析精度优于 5%的多接收电感耦合等离子质谱仪(Neptune Plus MCICPMS),完整的测试分析方法参考刘颖等(1996);副矿物扫描电镜能谱分析仪器选择场发射扫描电子显微镜(IGMA),加速电压 EHT为 15 kV,工作距离 WD 为 9.4 mm,放大倍数范围 Mag介于 121 000 000,探测器 Signal A 为 NTSBSD。锆石的分选与制靶工作完成于河北廊坊诚信地质服务有限公司。首先对新鲜未风化的岩石样品进行初步破碎清洗,以去除多余轻矿物,再运用磁分离技
11、术选出适宜锆石,锆石选择应无裂隙,清晰透明。随后将选定锆石与标准锆石固定于环氧树脂靶,最后对锆石进行抛光打磨至露出一半晶面,锆石靶制作完成后,对其进行锆石阴极发光图像(CL)分析、透反射光显微照相,以备锆石 UPb定年分析。8928赵永山3期赵永山等:桂东南燕山期花岗岩地球化学特征及其对稀土成矿的指示893图 2桂东南岑溪地区花岗岩野外露头(a、b)及显微照片(c、d)Bt.黑云母;Kfs.钾长石;Pl.斜长石;Qtz.石英Fig.2Photos of outcrops(a,b)and photomicrographs(c,d)of granite in Cenxi area,Southeas
12、t Guangxi图 3桂东南岑溪地区花岗岩扫描电镜图像Ab.钠长石;Ap.磷灰石;Bt.黑云母;Kfs.钾长石;Mnz.独居石;Par.氟碳钙铈矿;Pl.斜长石;Qtz.石英;Zrn.锆石图中黄色圈代表能谱分析位置,数字代表能谱分析编号,字母代表矿物名称Fig.3SEM images of granite in Cenxi area,Southeast Guangxi8938赵永山地质科学2023年894锆石 UPb 定年分析仪器选择激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LAICPMS),TEM 为标准样品,GJ1为检测标准样品,锆石实验数据校正与分析选用 ICPMSDataCal(Ver.10.
13、9),年龄谐和图与均值图的制作选用 Isoplot(Ver.4.15)。3分析结果3.1锆石 UPb年龄本文对样品 CX1A 进行了锆石年代学研究,测试结果见表 1。CL 图像见图 4a,锆石多呈长柱短柱状,部分破碎,长约 180240 m,宽约 100180 m,振荡环带明显。20颗锆石测试点的 Th/U比值介于 0.180.57,平均值为 0.35,大部分大于 0.20,结合锆石振荡环带特征,判断其具有岩浆锆石特征。20个测试点中有 18个测试点落于谐和线附近,206Pb/238U 加权平均年龄为 1550.85 Ma(MSWD=0.66)(图 4b),代表了其形成年龄;2个测试点偏离谐和
14、线,可能与后期变质事件的影响有关。3.2岩石地球化学特征花岗岩样品主量元素组成见表 2。样品的 SiO2含量较高,介于 74.52%75.30%,平均值为 75.06%(图 5a),(Na2O+K2O)含量变化较小,介于 8.38%8.58%,平均值为8.48%,K2O/Na2O 比值介于 1.431.51,平均值为 1.48,表明其相对富钾,属于高钾钙碱性系列(图 5b);铝饱和指数介于 1.001.03,平均值为 1.01,属准铝质弱过铝质花岗岩(图 5c)。样品的分异指数(DI)较高(表 2),介于 90.8591.37,平均值达 91.19,固结指数(SI)较低,介于 1.191.47
15、,平均值为 1.31,显示出高分异花岗岩特征;在RbBaSr图解(图 5d)中,样品均落于高分异花岗岩区域。微量元素测试结果显示(表 2,图 6a),岩石相对富集 U、Rb、Th、Ta 等元素,相图 4桂东南岑溪地区花岗岩代表性锆石阴极发光图(a)、UPb年龄谐和图及均值图(b、c)Fig.4Representative zircon cathodeluminescences(a),UPb age harmonization andmean value(b,c)of granites in Cenxi area,Southeast Guangxi8948赵永山3期赵永山等:桂东南燕山期花岗岩地
16、球化学特征及其对稀土成矿的指示895表 1桂东南岑溪地区花岗岩 LAICPMS锆石 UPb同位素测试结果Table 1LAICPMS zircon UPb isotope results of granite in Cenxi area,Southeast Guangxi点号样品 CX1A0102030405060708091011121314151617181920Th/U0.210.360.310.470.180.240.360.540.340.370.310.330.310.300.370.340.570.400.290.39同位素比值207Pb/206Pb0.04850.05790.0
17、4830.05190.05750.04730.05280.05170.04820.05380.04820.04850.04690.05050.04960.05130.05350.04970.05090.051210.0010.0090.0010.0030.0020.0010.0020.0040.0030.0020.0020.0010.0010.0010.0020.0010.0030.0020.0020.003207Pb/235U0.16360.16990.16190.17390.11920.15960.13430.16960.16120.17790.16080.16430.15900.1700
18、0.17020.17420.17610.16870.16880.167610.0040.0080.0040.0120.0050.0040.0070.0120.0080.0070.0060.0040.0040.0040.0080.0050.0110.0050.0070.009206Pb/238U0.02440.02420.02430.02440.01500.02450.01850.02410.02450.02410.02420.02450.02460.02440.02480.02460.02370.02460.02410.024210.00030.00040.00030.00040.00030.
19、00020.00050.00040.00040.00030.00030.00020.00030.00020.00030.00030.00030.00030.00050.0005年龄/Ma207Pb/206Pb124528122280509613202721223651091244321717625435018923525616236459156816311016111389-97616350102641377494125207Pb/235U154159152163114150128159152166151154150159160163165158158157147410446107664437
20、410568206Pb/238U156154155155961561181541561531541561571551581561511571531541232321332222212222338958赵永山地质科学2023年896表 2桂东南岑溪地区花岗岩主量元素/%和稀土、微量元素/10-6分析结果Table 2Analysis results of major elements/%and rare earth and trace elements/10-6ofgranite in Cenxi area,Southeast GuangxiSiO2TiO2Al2O3Fe2O3TMgOCaOK2
21、ONa2OMnOP2O5烧失量总量FeOT钛铁矿(Il)磷灰石(Ap)分异指数(DI)固结指数(SI)K2O+Na2OK2O/Na2OA/NKA/CNKAlPTi10000Ga/AlLaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYb74.520.1212.861.590.160.975.013.400.040.020.6199.301.450.230.0590.851.388.411.471.171.006.9088.407293.7154.4011313.0547.8011.000.4811.601.8812.202.417.011.056.5475.130.1212.861.540.17
22、0.905.003.500.040.020.5899.861.400.230.0591.371.478.501.431.151.006.8687.907243.5345.0087.0010.3036.807.870.507.791.257.771.594.540.654.2675.080.1113.051.470.150.955.043.340.050.030.5799.831.330.210.0791.021.318.381.511.191.036.961246613.3747.7792.0010.7429.378.400.547.421.407.771.554.030.704.6175.3
23、00.1112.991.490.140.945.143.410.040.030.631001.350.210.0791.341.198.551.511.161.016.911316783.3948.6291.5410.8729.818.730.547.501.447.861.564.200.714.6375.260.1113.061.490.140.935.133.450.040.030.371001.340.210.0791.371.228.581.491.161.016.941266593.3648.4592.2610.6730.088.790.557.581.437.861.604.18
24、0.704.6975.060.1112.961.520.150.945.063.420.040.030.5599.801.370.220.0691.191.318.481.481.171.016.911116903.4748.8595.1611.1334.778.960.528.381.488.691.744.790.764.95样品号CX1ACX3ACX3BCX3CCX3D平均值8968赵永山3期赵永山等:桂东南燕山期花岗岩地球化学特征及其对稀土成矿的指示897对亏损 Sr、P、Ti等元素,P 负异常表明在岩浆结晶分异过程中存在磷灰石的分离结晶作用,Ti负异常表明在岩浆结晶分异过程中存在钛铁
25、矿物的分离结晶作用,这与 CIPW标准矿物成分含量分析得出的磷灰石、钛铁矿含量低相一致。花岗岩的(Zr+Nb+Ce+Y)含量介于 35110-644510-6,平均为 37810-6,10 000Ga/Al 值为 3.363.53,平均为3.47,这些地球化学特征类似于 A型花岗岩。稀土元素测试结果见表 2,样品稀土元素总量(REE,文中均包括 Y)达 26010-634910-6,平均为 27910-6,轻稀土元素总量(LREE)在 18710-624010-6,平均为19910-6,重稀土元素总量(HREE,文中均包括 Y)在 71.0810-610910-6,平均为79.0910-6,轻
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