摘要
由于富含不相容元素（Li、Rb、Cs、Nb、Ta等）和助熔元素（F、B、Cl、Li、P、Na等），高分异花岗岩和伟晶岩具有独特的岩石成因和潜在经济价值。湖南道县正冲铷多金属矿床（以下简称“正冲矿床”）位于南岭成铷带中段，是一个与高分异花岗岩有关的以铷资源为主的超大型稀有金属矿床。正冲矿床成矿地质体为云英斑岩体，岩体即矿体，且勘查程度较高，是开展稀有金属成矿研究的理想对象。研究区云英斑岩呈斑状结构，斑晶为石英、铁锂云母和黄玉，其中赋矿矿物为铁锂云母。然而，对于该云英斑岩的成因还存在较大争议:岩浆成因或是交代成因？它与金鸡岭花岗岩岩基之间的成因关系也尚不清楚，且岩浆结晶分异作用或岩浆-热液作用对该区稀有金属成矿的贡献仍是一个谜。基于野外地质调查、室内岩矿测试、地球化学分析及模拟等综合研究工作，本论文主要取得以下认识: （1）证明正冲矿区云英斑岩是岩浆成因，而非云英岩化产物。主要证据有:a.云英斑岩和花岗岩（或花岗斑岩）接触界线的矿物比例呈突变特征，不论是宏观上还是微观上，几乎观察不到接触晕，且存在花岗岩捕掳体;b.云英斑岩具有典型的斑状结构，斑晶多呈自形，常见矿物-熔体包裹体，石英斑晶在阴极发光（CL）图像中显示原生生长环带;c.云英斑岩中石英Al元素含量较均一,显示相对稳定的岩浆结晶环境，其Ti元素平均含量高达22.1 μg/g,记录的结晶温度（453.3～607.2℃，平均519.5℃）与伟晶岩体系相近（液相线约650℃,固相线＜500℃），或接近于花岗质冷岩浆储库温度（474～561℃）,但明显高于研究区热液石英结晶温度（258.1～365.9℃,平均311.4℃）;d.云英斑岩中的云母几乎全为铁锂云母，白云母少见，且铁锂云母F元素含量较高，黄玉中F元素含量较低，两者显示岩浆成因特征;e.细粒云英斑岩中独居石Th元素平均含量高达7.0 wt.％,且具有岩浆成因特征的Th/Ce、Y/LREE、Ca/Ce、Si/Ce比值，且均可得出较好的一致年龄;f.从金鸡岭花岗岩、螃蟹木花岗岩、花岗斑岩到云英斑岩，全岩Rb、Cs和F等不相容元素或挥发性元素持续富集，符合结晶分异作用地球化学模型，而非岩浆-热液蚀变作用特征，且云英斑岩全岩Y/Ho比值接近球粒陨石的比值范围（24＜Y/Ho＜34），显示纯硅酸盐熔体中微量元素地球化学行为受电荷和离子半径控制(CHARAC场)的特征;g.绝大多数云英斑岩样品全岩稀土四分组效应TE1-3小于1.1，Nb/Ta比值大于5,不同于存在岩浆-热液蚀变作用的花岗质岩石地球化学特征。 (2)通过对研究区花岗质岩石中副矿物独居石的组分分析和U-Pb同位素测年，重建了金鸡岭复式岩体这一高分异长英质岩浆系统的精确年代学框架:第一、二幕次花岗质岩浆活动分别形成了金鸡岭花岗岩体(156～153 Ma)、螃蟹木花岗岩体(152～151 Ma)，构成金鸡岭复式岩体岩基;花岗斑岩形成于第三次花岗质岩浆活动(～150 Ma);云英斑岩和Rb-Li-Cs稀有金属矿体形成于第四次花岗质岩浆活动(150～149Ma)。正冲矿床Rb-Li-Cs成矿年龄稍晚于南岭地区与高分异花岗岩有关的晚侏罗世W-Sn-U-Na-Ta-Li-Be成矿年龄(集中在155 Ma左右)，可能代表了更晚一期的稀有金属成矿事件。正冲矿区云英斑岩中独居石具有较高[Th/U]N(13～20)、[Gd/Lu]N(100～200)和[Eu/Eu*]N(＞0.01)值，可作为该区 Rb-Li-Cs稀有金属找矿的矿物勘查标识。 (3)根据地球化学模拟结果，我们排除了平衡结晶作用、分离结晶(瑞利分离)作用作为金鸡岭复式岩体结晶分异作用的主要方式，而单次的原地结晶作用地球化学模型需要极端的结晶程度(高达98.3％)，才能使剩余熔体中不相容元素和助熔元素超级富集。这与热力学模拟结果不符，且不符合该区岩浆幕次活动的特征。结合岩浆晶粥系统理论，提出了“多级原地结晶作用岩浆蒸馏塔”假说:复式花岗质岩体分异程度最高的花岗质岩石可能经历了多级原地结晶作用，即每一次岩浆活动或晶粥体再活化都发生了一次原地结晶作用，发生在岩浆储库中对流的高熔体比岩浆储层中;并假设下一次原地结晶作用的岩浆挥发份相和不相容元素初始浓度，近似于上一次原地结晶作用的最终浓度，是以上升的熔体反应流(reactive melt flow)为载体运移的。多级原地结晶作用可通过多次累积使岩浆挥发份相和不相容元素超级富集，因此不再需要花岗质岩浆发生极端结晶程度(接近100％)的假设，有助于理解岩浆晶粥系统演化过程的地球化学分异和岩浆蒸馏塔(distillation columns)概念。 基于此假说和已有地球化学数据，建立了金鸡岭复式岩体三次原地结晶作用地球化学模型:金鸡岭花岗岩经历了约80％结晶程度的原地结晶作用，螃蟹木花岗岩和花岗斑岩分别经历了约70％结晶程度的原地结晶作用，而云英斑岩可能也经历了约70％结晶程度的原地结晶作用。三次原地结晶作用叠加，使正冲矿床云英斑岩中不相容元素超级富集，即Rb-Li-Cs稀有金属成矿。
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