浅谈湖南省加里东期花岗岩地球化学特征及其成矿作用

浅谈湖南省加里东期花岗岩地球化学特征及其成矿作用
作者：盛丹张锦煦陈剑锋
来源：《国土资源导刊》2020年第03期
摘要湖南省内形成于加里东期的花岗岩为省内花岗岩的重要组成部分，年代学资料显示其形成于加里东晚期。

在对近年来省内加里东期花岗岩类的研究进展进行调研与野外资料的基础上，本文总结了省内加里东期花岗岩的特征，列举了一系列与之有成因联系的矿床。

省内加里东期花岗岩依据矿物学和岩石学等特征可划分为两个亚类，其中第二类花岗岩越城岭岩体、苗儿山岩体，万洋山岩体和彭公庙岩体具有相似的地球化学特征，且岩体内产出有形成于加里东期的钨（锡）矿床，显示了优越的成钨能力，表明省内加里东期第二类花岗岩岩体的形成与其内部广泛的钨（锡）金属矿床存在直接联系。

关键词加里东期花岗岩;钨（锡）成矿作用;地球化学特征;湖南
中图分类号：P588.12 文献标识码：A
文章编号：1672-5603（2020）03-18-7
Abstract： Granites formed in Caledonian period are a very important component of granites in Hunan. The geochronological data show that they were formed in the late Caledonian. Based on some newly discovered Caledonian granitic intrusions，and field data accumulated in recent years， the characteristics of Caledonian granites in Hunan are summarized， and a series of genetic related deposits listed. Caledonian granites in Hunan are divided into two subtypes on the basis of its petrological and mineralogical peculiarities.The second subtype， with very similar geological and geochemical characteristics， and good capacity of tungsten mineralization， including Yuechengling， Miaoershan Wanyangshan and Penggongmiao granites， shows superior tungsten mineralization capacity. It indicates that the widespread tungsten（tin） metal deposits related directly with Caledonian granites in Hunan.
Keywords： Caledonian granites; tungsten（tin）; mineralization; geochemistry characteristics; Hunan
以南岭为核心的华南地区是我国乃至世界上有色金属、稀有金属和稀土等矿产资源最丰富的地区，大规模的成矿作用主要与燕山期花岗岩有密切的成因关系[5]。

近年来，南岭地区乃至整个湖南省内与印支期花岗岩有关的成矿作用已有较多报道[1][2]，其印支期的成矿年龄多介于215～225Ma之间。

加里东期花岗岩类在出露规模上仅次于燕山期花崗岩，在省内占有重要地位。

湖南省境内出露的加里东期花岗岩主要有白马山、苗儿山、越城岭、宏厦桥、板杉铺、万洋山、彭公庙、诸广山北体等岩基及东风、小毛坪、宝岭、雷公仙、益将、流溪等岩株。

在早期关于是否存在加里东期花岗岩钨锡成矿作用一度是许多学者长期争论的一个重要问题。

最近，在彭公庙岩体以及越城岭岩体周边或内部陆续发现了一系列钨锡矿床[10]，张文兰等（2011）通过对彭公庙岩体张家垅白钨矿岩相学和电子探针的研究，证实产于细晶岩脉中白钨矿为岩浆成因，并获得细晶岩脉的锆石U-Pb年龄为426.5Ma。

陈文迪等（2016）对位于苗儿山-越城岭岩体北东部的钨铜矿床的研究显示，白钨矿的Sm-Nd定年结果为417±35Ma;Chen et al （2019）获得苗儿山岩体西北部的平滩白钨矿床的辉钼矿Re-Os年龄为427.0±5.4Ma。

这些成果对研究省内加里东期花岗岩成岩成矿作用具有十分重要的意义。

根据前人对省内加里东期花岗岩的研究成果，笔者归纳了湖南省内出露的加里东期花岗岩岩石学特征，并列举了一系列与之有成因联系的矿床（点），提出加里东期花岗岩与钨锡等矿床的形成具有密切成因关系的观点。

1 地质特征
在湖南省境内，加里东期花岗岩主要分布于其西南部与东部地区（图1），岩体侵入于前奥陶纪地层，与泥盆纪及其以后地层呈沉积接触关系。

如位于雪峰山造山带的白马山岩体和位于南岭成矿带西部的苗儿山岩体、越城岭岩体与青白口系、南华系-奥陶系呈侵入接触关系，
与泥盆系呈沉积接触[8];位于华夏地块北缘的宏夏桥和板杉铺岩体大部分侵入于新-中元古代浅变质的冷家溪群中，板杉铺岩体东南缘与泥盆-石炭系和侏罗-白垩系呈正断层接触关系[7];位于华夏地块西缘茶陵-郴州断裂东侧的万洋山岩体和彭公庙岩体侵入于寒武系-奥陶系浅变质砂、板岩中，并被泥盆纪跳马涧组沉积岩覆盖[1][2][6]。

2 形成时代
近年来，前人对湖南省内加里东期的花岗岩体进行了大量研究，积累了一批可靠的数据（表1），统计发现加里东期花岗岩大多由多期次花岗质岩浆活动构成的复式岩体的组成部分，如白马山岩体、万洋山岩体和诸广山南体均有加里东期、印支期和燕山期的花岗岩出露[3][8];苗儿山岩体、越城岭岩体均由加里东期和印支期的花岗岩构成[3]。

湖南省境内加里东期花岗岩的形成年龄基本集中分布在410～440 Ma之间。

已有的研究将华南加里东期花岗岩划分为早晚两期，其侵入时限分别为460～440 Ma、440～410 Ma[9]。

由此可见，湖南省境内加里东期花岗岩应归类于晚期花岗岩。

3 加里东期花岗岩岩石学特征
與南岭其它地区花岗岩类似，湖南省境内加里东期花岗岩类整体上属于中酸性-酸性岩类，主要岩性为花岗闪长岩和二长花岗岩。

基于野外地质观察，结合岩石学、矿物学特征以及（Na2O+K2O）-SiO2图解（图2），本文将湖南省内加里东期花岗岩类划分为两个亚类：第一类以白马山、宏夏桥、板杉铺、诸广山、益将等岩体为代表，岩性为石英（或英云）闪长岩-花岗闪长岩-二长花岗岩组合，以花岗闪长岩为主，石英闪长岩和英云闪长岩次之，含少量的二长花岗岩，多为中粒斑状结构，斑晶含量一般>15%，发育钾长石斑晶组成的线理。

岩体内广泛分布着细粒暗色闪长质包体，通常少于1%，但局部可达2%～5%。

包体的形态以浑圆状、长条椭圆状为主，长轴常与寄主岩的钾长石斑晶排列方向一致。

主要造岩矿物为石英、斜长石、钾长石、角闪石和黑云母。

第二类以苗儿山、越城岭、彭公庙、万洋山、雪花顶等岩体为代表，岩性为花岗闪长岩-二长花岗岩组合，以二长花岗岩为主，花岗闪长岩次之，多为中粒少斑-斑状结构。

主要造岩矿物为石英、斜长石、钾长石和黑云母，含少量角闪石。

早期次花岗闪长岩或二长花岗岩中分布着一定数量的细粒暗色闪长质包体，形态以浑圆状、长条椭圆状为主[6]，二长花岗岩中常见绿泥石、绿帘石交代黑云母现象[1][2]，局部往往可见长石斑晶长轴方向呈定向排列。

晚期细粒二云母花岗岩多以补充侵入体散布于前两类岩石中，其突出特征是次生白云母含量增高，多呈细小鳞片状交代长石。

4 讨论
4.1 岩石成因与物质来源
已有的研究表明，华南早古生代的大面积花岗岩以准铝质-过铝质的S型花岗岩为主，具有相对较低的εNd（t）和εHf（t）值[10]。

但近年来对湖南省加里东期花岗岩矿物学和地球化学研究显示，区内加里东期花岗岩有S和I型两类。

其中宏夏桥和板杉铺这两个岩体均为I型的钙碱性花岗闪长岩，在C/MF-A/MF图解中（图3），形成花岗闪长岩的原岩很可能是下地壳变英云闪长岩和变玄武岩;越城岭岩体、万洋山岩体、雪花顶加里东期花岗岩岩体为以壳源为主的壳-幔混合成因的花岗岩，早期花岗岩属于I型花岗岩，中晚期属于S型花岗岩，I 型花岗岩主要由变中-基性火成岩部分熔融形成，S 型花岗岩的源区主要为变杂砂岩、变质泥岩[6];苗儿山与彭公庙加里东期主体花岗岩属S型花岗岩，且源岩为中、上地壳变质砂、泥质岩石[1]。

4.2 形成构造环境
在Maniar et al. （1989）和Pearce et al. （1984）提出的主要化学组成的构造环境判别图解中（图4），第二类花岗岩中的苗儿山岩体、越城岭岩体、万洋山岩体、彭公庙岩体和雪花顶岩体清楚显示为后造山花岗岩类（POG）。

在微量元素构造环境判别图中（图5），第二类花岗岩的岩石样品投点总体位于火山弧花岗岩（VAG）和同碰撞花岗岩（Syn- COLG）区的边缘，紧邻板内花岗岩（WPG）区，暗示了这类花岗岩形成于碰撞造山向非造山转化过渡的后造山环境，说明湖南省加里东期花岗岩体第二类花岗岩可能形成于后造山环境的，而第一类花岗岩宏夏桥岩体、板杉铺岩体反映了弧花岗岩（VAG）的信息[7]。

4.3加里东期花岗岩的成矿作用
近年来，笔者通过研究相关资料，发现省内加里东期第二类花岗岩与下述金属矿床的成矿作用的关系不容忽视。

主要包括：
（1）苗儿山花岗岩岩体及有关的钨（锡）矿床
湖南省地调院在苗儿山岩体西侧发现了蚀变花岗岩型白钨矿-白钨矿化石英脉，将其命名为平滩钨矿。

通过对其矿体蚀变围岩（苗儿山岩体第二侵入次的粗-中粒斑状黑云母二长花岗岩）进行了锆石U-Pb定年以及与钨矿共生的辉钼矿的Re-Os定年（Chen et al.， 2019）显示，平滩钨矿的成矿年龄（426.9±5.4Ma）与围岩花岗岩（430.8±2.4Ma）的形成年龄基本一致。

此外，在距平滩矿区东约1 km处新发现的沙溪斑岩型钨矿与落家冲石英脉型钨（锡）矿，对其赋矿围岩苗儿山第六侵入次的细粒黑云母二长花岗岩的锆石U-Pb定年数据为413 Ma （杜云等，待刊），落家冲石英脉型钨矿的白钨矿Sm-Nd年龄结果为401 Ma（杜云等，待刊），也表明白钨矿成矿作用与苗儿山黑云母二长花岗岩有成因关系。

（2）越城岭花岗岩及相关的钨矿床
位于越城岭岩体北东部的界牌（独石岭）矿床为目前正在开采的铜-钨多金属矿，其成因类型为蚀变岩型和矽卡岩型，陈文迪等（2016）对其进行的研究成果显示，白钨矿Sm-Nd等时线年龄为417±35 Ma，与白钨矿共生的热液榍石年龄为425～423Ma，表明矿区内白钨矿与围岩花岗岩（420～423 Ma）同形成于加里东晚期。

此外，李晓峰等（2016）对矿区内辉钼矿开展Re-Os定年，获得Re-Os等时线年龄为423±4 Ma，为加里东期的成矿作用提供了佐证。

（3）万洋山花岗岩及相关的钨矿床
万洋山岩体西部加里东期第四侵入次中细粒黑云母二长花岗岩中发现了梨树洲钨矿，为白钨矿化石英脉（Chen et al.， 2019），白钨矿主要产于石英脉及与之接触的蚀变围岩中，钨矿矿化较好，多个样品分析结果其WO3含量达1%以上，显示出了十分良好的找矿前景。

此外，在万洋山岩体中部第四侵入次中细粒黑云母二长花岗岩中偶见有碎裂蚀变带中明显不成规模白钨矿化，预示钨的成矿作用与万洋山岩体有成因联系。

（4）彭公庙花岗岩及相关的钨（锡）矿床
湖南省境内加里东期花岗岩的形成年龄基本集中分布在410～440 Ma之間。

已有的研究将华南加里东期花岗岩划分为早晚两期，其侵入时限分别为460～440 Ma、440～410 Ma[9]。

由此可见，湖南省境内加里东期花岗岩应归类于晚期花岗岩。

3 加里东期花岗岩岩石学特征
与南岭其它地区花岗岩类似，湖南省境内加里东期花岗岩类整体上属于中酸性-酸性岩类，主要岩性为花岗闪长岩和二长花岗岩。

基于野外地质观察，结合岩石学、矿物学特征以及（Na2O+K2O）-SiO2图解（图2），本文将湖南省内加里东期花岗岩类划分为两个亚类：第一类以白马山、宏夏桥、板杉铺、诸广山、益将等岩体为代表，岩性为石英（或英云）闪长岩-花岗闪长岩-二长花岗岩组合，以花岗闪长岩为主，石英闪长岩和英云闪长岩次之，含少量的二长花岗岩，多为中粒斑状结构，斑晶含量一般>15%，发育钾长石斑晶组成的线理。

岩体内广泛分布着细粒暗色闪长质包体，通常少于1%，但局部可达2%～5%。

包体的形态以浑圆状、长条椭圆状为主，长轴常与寄主岩的钾长石斑晶排列方向一致。

主要造岩矿物为石英、斜长石、钾长石、角闪石和黑云母。

第二类以苗儿山、越城岭、彭公庙、万洋山、雪花顶等岩体为代表，岩性为花岗闪长岩-二长花岗岩组合，以二长花岗岩为主，花岗闪长岩次之，多为中粒少斑-斑状结构。

主要造岩矿物为石英、斜长石、钾长石和黑云母，含少量角闪石。

早期次花岗闪长岩或二长花岗岩中分布着一定数量的细粒暗色闪长质包体，形态以浑圆状、长条椭圆状为主[6]，二长花岗岩中常见绿泥石、绿帘石交代黑云母现象[1][2]，局部往往可见长石斑晶长轴方向呈定向排列。

晚期
细粒二云母花岗岩多以补充侵入体散布于前两类岩石中，其突出特征是次生白云母含量增高，多呈细小鳞片状交代长石。

4 讨论
4.1 岩石成因与物质来源
已有的研究表明，华南早古生代的大面积花岗岩以准铝质-过铝质的S型花岗岩为主，具有相对较低的εNd（t）和εHf（t）值[10]。

但近年来对湖南省加里东期花岗岩矿物学和地球化学研究显示，区内加里东期花岗岩有S和I型两类。

其中宏夏桥和板杉铺这两个岩体均为I型的钙碱性花岗闪长岩，在C/MF-A/MF图解中（图3），形成花岗闪长岩的原岩很可能是下地壳变英云闪长岩和变玄武岩;越城岭岩体、万洋山岩体、雪花顶加里东期花岗岩岩体为以壳源为主的壳-幔混合成因的花岗岩，早期花岗岩属于I型花岗岩，中晚期属于S型花岗岩，I 型花岗岩主要由变中-基性火成岩部分熔融形成，S 型花岗岩的源区主要为变杂砂岩、变质泥岩[6];苗儿山与彭公庙加里东期主体花岗岩属S型花岗岩，且源岩为中、上地壳变质砂、泥质岩石[1]。

4.2 形成构造环境
在Maniar et al. （1989）和Pearce et al. （1984）提出的主要化学组成的构造环境判别图解中（图4），第二类花岗岩中的苗儿山岩体、越城岭岩体、万洋山岩体、彭公庙岩体和雪花顶岩体清楚显示为后造山花岗岩类（POG）。

在微量元素构造环境判别图中（图5），第二类花岗岩的岩石样品投点总体位于火山弧花岗岩（VAG）和同碰撞花岗岩（Syn- COLG）区的边缘，紧邻板内花岗岩（WPG）区，暗示了这类花岗岩形成于碰撞造山向非造山转化过渡的后造山环境，说明湖南省加里东期花岗岩体第二类花岗岩可能形成于后造山环境的，而第一类花岗岩宏夏桥岩体、板杉铺岩体反映了弧花岗岩（VAG）的信息[7]。

4.3加里东期花岗岩的成矿作用
近年来，笔者通过研究相关资料，发现省内加里东期第二类花岗岩与下述金属矿床的成矿作用的关系不容忽视。

主要包括：
（1）苗儿山花岗岩岩体及有关的钨（锡）矿床
湖南省地调院在苗儿山岩体西侧发现了蚀变花岗岩型白钨矿-白钨矿化石英脉，将其命名为平滩钨矿。

通过对其矿体蚀变围岩（苗儿山岩体第二侵入次的粗-中粒斑状黑云母二长花岗岩）进行了锆石U-Pb定年以及与钨矿共生的辉钼矿的Re-Os定年（Chen et al.， 2019）显示，平滩钨矿的成矿年龄（426.9±5.4Ma）与围岩花岗岩（430.8±2.4Ma）的形成年龄基本一致。

此外，在距平滩矿区东约1 km处新发现的沙溪斑岩型钨矿与落家冲石英脉型钨（锡）矿，对其
赋矿围岩苗儿山第六侵入次的细粒黑云母二长花岗岩的锆石U-Pb定年数据为413 Ma （杜云等，待刊），落家冲石英脉型钨矿的白钨矿Sm-Nd年龄结果为401 Ma（杜云等，待刊），也表明白钨矿成矿作用与苗儿山黑云母二长花岗岩有成因关系。

（2）越城岭花岗岩及相关的钨矿床
位于越城岭岩体北东部的界牌（独石岭）矿床为目前正在开采的铜-钨多金属矿，其成因类型为蚀变岩型和矽卡岩型，陈文迪等（2016）对其进行的研究成果显示，白钨矿Sm-Nd等时线年龄为417±35 Ma，与白钨矿共生的热液榍石年龄为425～423Ma，表明矿区内白钨矿与围岩花岗岩（420～423 Ma）同形成于加里东晚期。

此外，李晓峰等（2016）对矿区内辉钼矿开展Re-Os定年，获得Re-Os等时线年龄为423±4 Ma，为加里东期的成矿作用提供了佐证。

（3）万洋山花岗岩及相关的钨矿床
万洋山岩体西部加里东期第四侵入次中细粒黑云母二长花岗岩中发现了梨树洲钨矿，为白钨矿化石英脉（Chen et al.， 2019），白钨矿主要产于石英脉及与之接触的蚀变围岩中，钨矿矿化较好，多个样品分析结果其WO3含量达1%以上，显示出了十分良好的找矿前景。

此外，在万洋山岩体中部第四侵入次中细粒黑云母二长花岗岩中偶见有碎裂蚀变带中明显不成规模白钨矿化，预示钨的成矿作用与万洋山岩体有成因联系。

（4）彭公庙花岗岩及相关的钨（锡）矿床。