DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2016.07.026

海南琼西地区燕山期花岗岩类岩石学和地球化学特征及其成矿专属性

熊瑛，朱自强，鲁光银，胡祥昭

(中南大学 地球科学与信息物理学院，

有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室，湖南 长沙，410083)

摘要：通过对海南琼西多金属矿区燕山期花岗岩类的主量元素、微量元素以及稀土元素的系统分析和综合研究，探讨岩体的成因、演化以及成矿专属性，研究区内主要岩浆岩的成矿专属性。研究结果表明：琼西地区多金属矿区燕山期主要的花岗岩类为黑云母花岗岩、花岗斑岩、花岗闪长岩及钾长花岗岩，属于准铝质—过铝质钙性—高钾钙碱性岩类；岩石稀土总量偏低，明显富集大离子亲石元素，亏损高场强元素；琼西地区多金属矿区花岗岩体经历了较高程度的结晶分异作用，其中花岗斑岩、钾长花岗岩属于S型花岗岩，而花岗闪长岩、黑云母花岗岩属于I型花岗岩；本区花岗闪长岩、黑云母花岗岩是区内寻找金矿床(化)的有利岩体，花岗斑岩为钼矿化母岩。

关键词：岩石学；地球化学；成矿专属性；琼西

中图分类号：P611.1          文献标志码：A         文章编号：1672-7207(2016)07-2366-09

Geological and geochemical characteristics and metallogenic specialization of the yanshanian granite in the polymetallic ore deposit of the west part of Hainan Province

XIONG Ying, ZHU Ziqiang, LU Guangyin, HU Xiangzhao

(Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals and Geological Environment Monitoring,

Ministry of Education, School of Geoscience and Info-Physics, Central South University, Changsha 410083, China)

Abstract: Based on the analysis of the major elements, trace elements and rare earth elements of the Yanshanian granite in the west part of Hainan Province, the petro genesis and evolution of intrusion and metallogenic specialization were discussed. Based on the analysis of the geochemical characteristics, metallogenic specialization of the granitic rock was discussed. The results show that the major granitites are biotite-granite, granite porphyry, granodiorite and K-feldspar granite belonging to quasi-aluminous rock—Peraluminous calcic rock—high kalium calc alkalic rock. The rocks are enriched in large ion lithophile element and depleted in high field strength element, with relatively low rare earth elements contents. The rock body of polymetallic ore deposit in this area experiences a high degree of crystallization differentiation. Furthermore, granite porphyry and K-feldspar granite are S-type granite, while granodiorite and biotite-granite are I-type granite. The granodiorite, biotite-granite is the favorable rock for looking for gold deposits in the region, and granite porphyry is for molybdenum deposits in the region.

Key words: petrology; geochemistry; metallogenic specialization; the west part of Hainan Province

海南琼西地区大地构造位置位于五指山褶皱带西部，构造活动长期而剧烈，岩浆活动异常频繁，区内最老的侵入岩体为抱板群中的片麻状花岗闪长岩和二长花岗岩(时代为长城纪^[1])；花岗岩类侵入体主要以海西、印支和燕山期为主，岩性主要有花岗闪长岩、二长花岗岩及正长花岗岩、花岗斑岩等。中生代陆相火山岩主要以燕山期为主，酸性和中酸性火山岩与多种矿化有关，其中岩浆—火山热液型金矿化和金银多金属矿化比较发育。岩浆岩与许多矿产在空间和成因上有密切的联系^[2]。区内近年来陆续发现数个金属矿床，如东方市踏王山金铅锌矿区、安定县芒花岭银金铅锌矿区、保亭县高峰金矿区、高通岭钼矿等^[3-4]，显示了本区巨大的成矿潜力。前人对海南岛晚古生代—中生代的火成岩(如基性岩脉、花岗岩类及各类火山岩)进行了大量研究^[5-10]，如LI等^[6]认为海南岛二叠世花岗岩为同碰撞型花岗岩；谢才富等^[8]通过对海南岛西南部尖峰岭复式岩基和南端三亚地体中地区的一些石榴石霓辉石正长岩的研究，认为三叠纪时期海南岛晚燕山期火成岩形成于弧后环境；葛小月等^[9]通过对白垩纪琼中和琼南基性岩脉的系统研究，认为华南(包括海南岛)在中晚侏罗世时就已经进入后造山—非造山的陆内岩石圈伸展阶段；云平等^[10]认为海南岛屯昌地区晚燕山期侵入岩是壳幔岩浆混合作用的产物，可能形成于伸展—减薄的构造背景中。但目前人们对本区出露的花岗岩类研究较少，特别是对其岩石学分类、地球化学特征更没有进行系统研究，这也严重制约了本区的进一步找矿，更难以总结出本区成矿规律。为此，本文作者在对区内的花岗岩类系统的岩石学、地球化学特征进行详细研究基础上，探讨花岗岩类的成矿专属性。

1  区域地质背景及岩体地质

矿区地处华南褶皱系五指山褶皱带的西部，区域上受东西向昌江—琼海深大断裂带和尖峰—吊罗深大断裂带及次级北东东向构造控制。区内出露奥陶系上统山坡群，岩性主要为页岩、石英砂岩、砂砾岩、黑色页岩；下石炭统岩性主要为碳质粉砂质千枚岩、绢云母石英片岩、石英片岩；白垩系鹿母湾群，岩性为长石石英砂岩、粉砂质页岩、砂砾岩。地层呈北东向展布，成带状分布。区内海西—印支期的花岗岩类岩体较多，有40余个，主要的岩石类型有花岗闪长岩、黑云母二长花岗岩、花岗斑岩、二长花岗岩、黑云母花岗岩和钾长花岗岩、角闪黑云二长花岗岩、角闪黑云钾长花岗岩、石英闪长岩、英云闪长岩。区内燕山期花岗岩出露面积仅次于海西—印支期花岗岩，但绝大多数为中小岩体，与矿化有关的主要岩性为花岗闪长岩、花岗斑岩、黑云母花岗岩及钾长花岗岩。

1) 花岗斑岩：主要分布在芒花岭矿区，呈不规则岩墙状—宽脉状侵入，总出露面积约0.6 km²，岩石呈肉粉色，具有斑状结构。该岩体为银铅锌矿化母岩，斑晶与基质中均有。

2) 钾长花岗岩：主要出露在乌波矿区中部，呈岩株状产出出露面积约10 km²。岩石主要为肉红色，花岗结构，块状构造。岩石蚀变强烈，主要有硅化、钾长石化等，是矿区钼钨矿化母岩。

3) 黑云母花岗岩：主要分布在踏王山矿区，呈不规则岩株状侵入，总出露面积大约6 km²，为燕山中晚期产物。岩体与本区金银矿化关系密切是矿区矿化母岩。

4) 花岗闪长岩：主要分布在黄京岭矿区的中部与北部、西北部，呈不规则岩株状侵入，总面积约20 km²，与周围岩体呈侵入接触。该岩体控制了矿区铜矿化产出，是铜矿化母岩。

2  样品采集和分析方法

本次花岗岩样品主要采自花岗闪长岩、花岗斑岩、黑云母花岗岩、钾长花岗岩，并选择新鲜样品测试。全岩的主量元素、微量元素和稀土元素在广州澳实矿物实验室完成。按要求制备定量样品(0.2 g)，加入到0.90 g LiBO₂ 熔剂中，混合均匀，在1 000 ℃的熔炉中熔化。熔液冷却后，溶解于100 mL 4%的硝酸中，采用质谱仪进行分析。其中主量元素的分析方法为X线光熔片法。微量元素和稀土元素分析采用HF+HNO₃密封溶解，加入Rh内标溶液后转化为质量分数为  1% HNO₃介质，以ICP-MS测定。使用的仪器为PE Elan6000型电感耦合等离子质谱计。

3  地球化学特征

3.1  主量元素特征

琼西地区花岗岩类主量元素以及特征参数见表1。从表1可以看出：琼西地区花岗岩类SiO₂质量分数w为65.04%~76.33%，总体变化趋势由大至小的岩石大致为花岗闪长岩、黑云母花岗岩、花岗斑岩和钾长花岗岩，其中钾长花岗岩SiO₂质量分数平均为73.59%，高于中国花岗岩及世界花岗岩质量分数平均值(71.63%和71.30%)^[11]，属于超酸性花岗岩类。区内花岗岩类全碱w(Na₂O+K₂O)偏低，为3.34%~8.59%，其中K₂O质量分数变化范围为2.08%~8.24%，几乎所有样品的w(K₂O)＞w(Na₂O)。区内花岗岩类里特曼指数σ在1.75~2.53之间，平均为2.18，属于钙碱性花岗岩类；碱度率为1.58~5.15，碱铝指数为0.44~0.93，平均值为0.69。在TAS图中，落入亚碱性系列，其中钾长花岗岩落在花岗岩区，其他岩类主要落在花岗闪长岩区(图1)，说明琼西地区花岗岩类侵入体是以偏碱性的花岗岩为主。

表1  琼西地区花岗岩类主量元素及其特征值(质量分数)

Table 1  Compositions of major elements and characteristic value of granites in the west part of Hainan Province       %

区内花岗岩类A_CNK(其含义见表1中注释)变化值较大，其中花岗闪长岩、黑云母花岗岩的A_CNK平均值(0.908，0.989)小于1.100，为弱过铝质；而花岗斑岩、钾长花岗岩的平均值(1.205，1.233)大于1.100。在A_NK-A_CNK图解中(图2(a))中，花岗闪长岩、黑云母花岗岩落在准铝质区域；而花岗斑岩、钾长花岗岩落入过铝质区域内。多数的花岗闪长岩、黑云母花岗岩样品中CIPW标准矿物中不出现刚玉分子；花岗斑岩、钾长花岗岩中CIPW标准矿物中均出现刚玉分子，质量分数均大于1%，与典型的强过铝S型花岗岩^[14]一致。在花岗岩岩石类型判别图解中(图2(b))，花岗闪长岩、黑云母花岗岩落入I型花岗岩中，而花岗斑岩、钾长花岗岩落入S型花岗岩中。这进一步说明花岗闪长岩、黑云母花岗岩为I型花岗岩，花岗斑岩、钾长花岗岩为S型花岗岩。

图1  琼西地区花岗岩类TAS图解

Fig. 1  SiO₂ vs. K₂O and Na₂O diagram of granites in the west part of Hainan Province

3.2  稀土元素特征

图2  琼西地区花岗岩类A_NK-A_CNK图解

Fig. 2  A_NK-A_CNK diagram of granites in the west part of Hainan Province

表2  琼西地区区花岗岩稀土元素分析结果(质量分数)

Table 2  Analytical results of rare earth elements of granites in the west part of Hainan Province ×10^-6

琼西地区主要花岗岩类样品的稀土元素分析结果及特征参数见表2。从表2可以看出区内花岗岩稀土元素具有以下特征：

1) 琼西地区岩浆岩类总体的稀土元素总质量分数偏低，其中花岗闪长岩稀土总质量分数平均值为160.22×10^-6；花岗斑岩稀土总质量分数平均值为153.23×10^-6；黑云母花岗岩总质量分数平均值为140.27×10^-6；钾长花岗岩稀土总质量分数平均值为168.39×10^-6；所有花岗岩类稀土总质量分数低于上地壳总质量分数平均值(210.27×10^-6)。

2) 区内岩浆岩总体上轻稀土质量分数远大于重稀土质量分数，其中花岗闪长岩w(LREE)/w(HREE)为平均值为10.07；花岗斑岩w(LREE)/w(HREE)平均值为11.52；黑云母花岗岩w(LREE)/w(HREE)平均值为17.50；钾长花岗岩w(LREE)/w(HREE)平均值为15.91；均远高于一般花岗岩的平均值(1.0~1.2)，具有明显的轻稀土富集特征。

3) 区内各主要岩浆岩类δw(Eu)为0.23~0.84，均表现Eu负异常，其中花岗斑岩、钾长花岗岩Eu亏损明显比黑云母花岗岩和花岗岩闪长岩的大。δw(Eu)亏损反映了成岩过程中斜长石分离结晶作用明显^[17]。δw(Ce)变化范围为0.88~1.07，多数样品为微弱的Ce负异常，属于Ce亏损型。实验结果表明岩浆过程不可能产生Ce异常，样品的Ce负异常可能是具有Ce负异常的沉积物俯冲所致，反映了还原的海相环境。

4) 区内主要岩浆岩类的稀土配分模式图见图3。从图3可以看出：所有岩类的数据均呈现出右倾倾斜型特征，其中花岗闪长岩、黑云母花岗岩分布曲线显示出同熔型型花岗岩特征，而花岗斑岩、钾长花岗岩表现为陆壳改造型花岗岩特征。

3.3  微量元素特征

琼西地区花岗岩类的微量元素分析结果见表3。从表3可以看出花岗斑岩、钾长花岗岩具有相对较低的Ba和Sr质量分数(平均值分别为630.85×10^-6和34.78×10^-6)，而Rb质量分数相对较高(平均值为342.57×10^-6)；花岗闪长岩、黑云母花岗岩具有相对较高的Ba和Sr质量分数(平均值分别为670.44×10^-6和502.11×10^-6)，而Rb质量分数相对较低(平均值为159.96×10^-6)。壳型花岗岩类Ba和Sr质量分数低，Rb质量分数高，而幔源型或壳幔同熔型花岗岩的Ba和Sr质量分数高，且贫Rb^[18]，由此可见花岗斑岩、钾长花岗岩为壳型花岗岩，而花岗闪长岩、黑云母花岗岩具有幔源性质。

图3  琼西地区花岗岩类稀土元素球粒陨石标准化配分模式

Fig. 3  Chondrite-normalized REE distribution patterns of granites in the west part of Hainan Province

表3  琼西地区花岗岩微量元素分析结果(质量分数)

Table 3  Analytical results of trace elements of granites in the west part of Hainan Province 10^-6

本区花岗岩类具有较低的w(Nb)/w(Ta)，其中，花岗斑岩w(Nb)/w(Ta)平均值为9.72；钾长花岗岩w(Nb)/w(Ta)平均值为10.60；这2类花岗岩略低于后太古代大陆地壳的平均值11^[19]，说明花岗斑岩、钾长花岗岩以壳源物质占主要成分。而花岗闪长岩w(Nb)/w(Ta)平均值为17.15，黑云母花岗岩w(Nb)/w(Ta)平均值为12.57，这2类花岗岩的w(Nb)/w(Ta)均高于后太古代大陆地壳的平均值11，说明花岗闪长岩、黑云母花岗岩具有幔源物质参与成岩作用。

区内岩浆岩微量元素蛛网图见图4。从图4可以看出：本区各类岩浆岩中明显富集Rb，Th，U和K等大离子亲石元素，亏损高场强元素Ba，Nb，Sr，P和Ti。大离子亲石元素的富集表明花岗岩形成过程中，上地壳物质的参与作用。Ba和Sr的亏损说明斜长石作为熔融残留相或结晶分离相存在。P和Ti的亏损与磷灰石、钛铁矿的分离结晶密切相关。

4  讨论

4.1  岩石成因

研究结果表明，区内花岗斑岩、钾长花岗岩具有典型“S”型花岗岩的地球化学特征，CIPW标准矿物中出现刚玉(C)，A_CNK=1.034~1.389，里特曼指数σ= 1.83~2.26，为强过铝质钙碱性岩石系列；稀土元素球粒陨石标准化型式为Eu负异常明显的右倾型，轻稀土明显富集，Ba和Sr质量分数低，Rb质量分数高，w(Nb)/w(Ta)低于后太古代大陆地壳的平均值11，总体反映岩浆主要来源于上地壳物质。而花岗闪长岩、黑云母花岗岩具有典型的“I”型花岗岩地球化学特征，CIPW标准矿物中不出现刚玉分子，A_CNK=0.892~ 1.013，里特曼指数σ=1.75~2.75，为弱过铝质钙碱性岩石系列；Ba和Sr质量分数高，且贫Rb，w(Nb)/w(Ta)高于后太古代大陆地壳的平均值11.00，总体反映了幔源物质的贡献，体现出幔源物质参与成岩过程。

图4  琼西地区花岗岩微量元素球粒陨石标准化蛛网图

Fig. 4  Chondrite-normalized trace element spider diagram for granites in the west part of Hainan Province

从微量元素地球化学特征看，岩石富集大离子亲石元素(LILE)，亏损高场强元素(HFSE)，壳源特征清楚^[20]。另外，源于岩石圈地幔(CLM)受其混染后的岩浆w(La)/w(Ta)迅速增大，一般在25.00以上，但w(La)/w(Sm)变化不大，但若混染了地壳物质，则w(La)/w(Sm)迅速增大，一般在5.00以上。本区花岗斑岩、钾长花岗岩的w(La)/w(Ta)为17.17~98.64，平均值为54.20，远大于25.00；同时，w(La)/ w(Sm)范围为6.36~15.39，平均值为9.36，均大于5.00。根据岩石的w(La)/w(Ta)和w(La)/w(Sm)可以判断，尽管花岗斑岩、钾长花岗岩其源区主要为上地壳物质，但也存在幔源物质混染。

4.2  成矿专属性研究

区内岩浆岩类型主要为中酸性岩浆岩，与这类侵入岩有关的矿产种类繁多，它们既与黑色金属、有色金属有关，又与稀有稀土元素以及放射性矿产有密切关系。

1) 王成辉等^[21]通过研究与金矿床有关的花岗岩类的地球化学特征发现：① SiO₂质量分数为63.00%~ 72.86%，大多数为65.00%~72.00%，属于中酸性；全碱质量分数为5.34%~8.78%；Na₂O质量分数较高，w(Na₂O)/w(K₂O)为0.53~4.08，一般大于0.80；A_CNK为0.91~1.34，通常小于1.10，全岩化学成分属于正常系列或者弱铝过饱和系列；② 稀土总量变化较大，为55.95~211.49；轻重稀土比值较高，为9.23~22.46；δw(Eu)＞0.3，Eu亏损中等到不明显；稀土配方曲线呈向右倾斜的平滑线；w(La)/w(Yb)＞10.00(为10.18~ 62.60)；③ Ti，V，Cr，Mn，Co和Ni等亲铁元素以及Sr和Ba等质量分数明显偏高，碱性元素Li和Rb等质量分数明显偏低，Pb质量分数也偏低，Zn质量分数与其他相当，w(Rb)/w(Sr)为0.32~33.60，绝大多数为1.00~10.00；w(Ba)/w(Sr)为1.20~37.5，常常大于3.00。

通过分析可知：本区花岗闪长岩、黑云母花岗岩的地球化学特征均与上述与金矿化有关花岗岩相类似，因此，这几类岩体是区内寻找金矿床(化)的有利岩体。

2) 研究认为与岩浆岩有关的铁、铜、钨矿床含矿性最重要、最有效的化学参数是Na₂O，K₂O和SiO₂的质量分数以及它们之间的相关性^[22-25]，通过扎氏岩石化学参数a-b图(图5(a))以及s-a图(图5(b))可看出(其中，s为硅原子质量分数，a为碱性长石的碱金属原子质量分数，b为组成暗色矿物金属原子质量分数)，与铁铜矿床有关的绝大多数岩浆岩的a均比戴里相应岩石的a大。由此看见碱质偏高是成矿的重要标志，与铁矿有关的岩浆岩a(平均为14.95)略大于与铜矿有关的岩浆岩a(平均为13.31)。钾长花岗岩的a明显比戴里相应岩石的低，反映出这类花岗岩与形成铁铜矿床关系不大。而花岗闪长岩、花岗斑岩、黑云母花岗岩均有样品落在戴里曲线之上，体现了这3类岩类有一定的形成铜铁矿床的潜力。

图5  与铁、铜矿床有关的扎氏特征值投影图

Fig. 5  Magmatic rock a-b and s-a related to iron and copper deposits

5  结论

1) 琼西地区燕山期花岗岩与矿化有关的主要岩性为花岗闪长岩、花岗斑岩、黑云母花岗岩及钾长花岗岩，均属于钙碱性花岗岩类，其中花岗闪长岩、黑云母花岗岩属于准铝质花岗岩，为I型花岗岩；而花岗斑岩、钾长花岗岩属于强过铝质花岗岩，为S型花岗岩。

2) 所有花岗岩类稀土总量低于上地壳平均值，明显富集轻稀土，均表现Eu负异常；多数样品为微弱的Ce负异常，属于Ce亏损型；区各类岩浆岩中明显富集Rb，Th，U和K等大离子亲石元素，亏损高场强元素Ba，Nb，Sr，P和Ti。

3) 本区花岗闪长岩、黑云母花岗岩是区内寻找金矿床(化)的有利岩体；钾长花岗岩与形成铁铜矿床关系不大，而花岗闪长岩、花岗斑岩、黑云母花岗岩这3类岩类有一定的形成铜铁矿床的潜力。

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(编辑  陈灿华)

收稿日期：2015-11-10；修回日期：2016-01-12

基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(41174061, 41374120) (Projects(41174061, 41374120) supported by the National Natural Science Foundation of China)

通信作者：鲁光银，博士，教授，从事地球物理勘探方面的研究；E-mail: 307745092@qq.com