南岭燕山期复式花岗岩体中补体的成因及其与钨锡多金属成矿的关系

Traditionally, formation of the late-stage granite stocks and polymetallic deposits in the Nanling Yanshannian granite family is thought to have been related with the extremely fractionation of the major-phase granite plutons. We, however, found that some late-stage granite stocks cannot be formed by this process based on our recent studies on the Guposhan and Qianlishan plutons, and that polymetallc deposits are genenically linked to the late-stage A-type granites. To verify this model and its general mode, we plan to choose some other granite plutons in Nanling, and do research as below: (1) determine the age framwork of late-stage granite, major-phase granite and mineralization, and trace the origin of the late-stage granite stocks using isotopic tracer study and geochemical modeling, (2) study the compositional zoning of typical minerals such as fluorite and garnet, and to evaluate the melt-country rock interaction process and its impact on magma compositions, and (3) determine the origins of W and Sn and of fluids based on studies on fluid inclusions and the abundance of W and Sn in late-stage granites and country rocks. This project is of significance to understanding the origin of the Nanling Yanshanian granites, the crustal evolution and relationship with polymetallic mineralization.

虽然传统一直认为南岭燕山期复式花岗岩的补体和钨锡多金属矿床的形成与主体高度分离结晶作用有关，但申请人最近对姑婆山和千里山复式岩体的研究表明，有些补体无法通过主体分离结晶而形成，而成矿作用与具有典型A型花岗岩特征的补体关系更密切。为了验证该模式，并查明其是否具有普遍性，本项目选择南岭其它典型的含矿复式花岗质岩体，进行如下研究：(1)确定补体与主体和成矿作用的年代框架，利用同位素示踪和微量元素模拟计算，查明补体是主体分离结晶或新的部分熔融事件的产物，(2)测量补体A型花岗岩中的特征矿物(如萤石、锰铝榴石和钙铝榴石等)的成分环带特征，并结合萤石Nd-Sr同位素和全岩微量元素，研究补体与围岩相互作用及其对岩浆房成分的影响，(3)研究补体A型花岗岩容易成矿的原因和机制，结合流体包裹体同位素研究，查明成矿物质和成矿流体是否来自围岩。本项目对重新认识南岭花岗岩成因及其与成矿作用的关系等问题具有重要意义。

本项目通过对华南典型含矿花岗岩，如姑婆山岩体、骑田岭岩体、千里山岩体和赣北大湖塘、朱溪矿区岩体的进行系统的岩浆-水热体系研究，取得重要研究成果：(a) 查明了复式花岗岩中补体（二云母花岗岩）与主体（黑云母花岗岩）的成因联系。提出补体并不是传统认为的由主体经历分离结晶作用的残余岩浆，而是新的热事件导致下地壳部分熔融而形成。补体高硅花岗岩的源区是变质沉积岩经历深熔作用抽取黑云母花岗岩之后的残余体（由富Ti黑云母、石榴石/斜方辉石、石英和钾长石等组成）再发生部分熔融而形成；由于源区是麻粒岩相“干”体系，其深熔需要地幔岩浆底侵加热，所以是在超高温麻粒岩相条件下再熔而成，形成高温、小体积的高硅花岗质岩浆（熔融程度较低）。(b)高硅花岗岩的富F等挥发分可能来自地幔岩浆交代，而挥发分改变了岩浆的物理性质（降低粘度和固相线温度，增加流体溶解度），致使该高温岩浆发生极端演化，并与围岩和流体强烈相互作用，此过程解释了高硅花岗岩的特殊地球化学性质，如REE四分组效应、微量元素non-CHARAC性质等；另外，由于斜长石在早期熔融过程中与黑云母一起消失殆尽(形成opx,gt等)，解释了高硅花岗岩的贫CaO、Sr、MgO而富FeO、Al2O3的性质。(c)岩石学和Li同位素研究表明，高硅花岗岩虽然与矿化关系密切，但岩浆晚期流体出溶很有限，可能不是矿化流体的主要来源，成矿流体可能是同期的变质流体和被高硅花岗岩活化的围岩流体，成矿物质来自这些流体对围岩的萃取作用（即成矿金属也不是来自岩体）。该模式不同于传统认为的成矿流体和金属都来自岩体的晚期出溶，将对成矿理论突破和矿产勘查具有重要指导意义。这得到我们对白钨矿、黄铜矿等矿石矿物的直接Nd-Sr-S同位素测量的证实，流体的硫同位素比值较高（d34S‰ = 2-12)，远高于岩浆硫，是围岩层间循环水被高分异花岗岩长时间加热获并与围岩相互作用的结果；大湖塘白钨矿具有异常高的初始87Sr/86Sr比值(0.7230～0.7657，高于包括华南在内的全球绝大多数花岗岩)，这反映白钨矿的成矿流体来源不是岩体，而主要是来自变质沉积岩。(d)对高硅花岗岩的锆石定年研究表明，由于体系的高F，导致该岩体与流体有强烈作用（熔-流体作用）而富含Th、U等，其中锆石因此具有较高的U、Th含量，并发生蜕晶质作用，这导致其U-Pb年龄偏离协和线，不能准确反映其结晶年龄。