丁 俊,張術根,韓世禮,徐忠發(fā),秦新龍
(1. 中南大學 有色金屬成礦預測教育部重點實驗室,長沙 410083;2. 中南大學 地球科學與信息物理學院,長沙 410083;3. 有色金屬華東地質勘查局,南京 210007)
根據(jù)陳國達所創(chuàng)立的殼體構造理論[1],印度尼西亞蘇拉群島(Sula Islands)位于東南亞陸緣殼體北緣與東亞陸緣殼體南西緣、澳大利亞殼體和菲律賓海殼體的交接部位,歸屬北伊利安地槽區(qū)南部邊緣部分,靠近該地槽區(qū)與班達海地槽區(qū)、蘇拉威西海地槽區(qū)的交接過渡部位,是環(huán)太平洋成礦帶的組成部分,同時也是東南亞錫鐵成礦帶的延伸,成礦地質條件極為有利。地理范圍約為東經 124°~126°30′,南緯 1°30′~2°30′。東南亞陸緣殼體的大地構造環(huán)境極其復雜,古地磁資料及區(qū)域地質地球物理資料[2?9]表明:它的南端部分是由岡瓦納大陸北部邊緣在古生代至中生代分裂出一系列微陸塊,逐漸向北漂移,經過從古生代到新生代的一系列構造活動,分別發(fā)生碰撞和縫合而形成的。蘇拉群島則是在新生代由澳大利亞殼體中分離而來的小碎塊,該群島地質工作程度低,僅由國外地質調查機構完成1∶250 000區(qū)域地質調查工作。塔里亞布島是蘇拉群島的主要島嶼之一,2007年以來,經有色華東地勘局的勘探,確定存在大型鐵多金屬礦田,伴生Zn、Bi、Sn和Cu等礦產,成因類型以礦漿貫入型和接觸交代型為主。該島西端大面積出露的花崗巖是該礦田主要的成礦物質來源和控礦因素,礦化主要分布于花崗巖體與圍巖接觸帶附近。因此,該花崗巖的巖石成因、構造環(huán)境對研究印尼東部大地構造演化,總結所屬成礦區(qū)域的成礦事件和成礦規(guī)律具有重要意義。但該花崗巖的形成年代、地質地球化學特征尚無人研究。本文作者根據(jù)巖石學、Rb-Sr年代學、巖石化學及稀土微量元素地球化學,對塔里亞布島花崗巖體的侵入時代、地球化學特征及地質意義進行詳細探討。
圖1 早石炭世(a)、早二疊世(b)、中晚二疊世(c)及晚三疊世(d)特提斯區(qū)域古地理恢復圖(據(jù)文獻[10],部分修改):NC—華北;SC—華南; I—印度支那;T—塔里木;C—伊朗中部;EM—東馬來西亞;S—滇緬馬蘇;L—拉薩;Q—羌塘;WB—西緬甸;K—外高加索;EI—新幾內亞島Fig. 1 Paleogeographic reconstruction of Tethyan region of Early Carboniferous (a), Early Permian (b), Middle to Late Permian (c)and Late Trassic (d) (After Ref. [10], partly modified)
圖 1所示為早石炭世、早二疊世、中?晚二疊世及晚三疊世的特提斯區(qū)域古地理恢復圖。石炭紀(290 Ma)前,新幾內亞島(New Guinea Island,舊稱伊里安島)與澳大利亞東部同屬塔斯曼造山帶。早二疊世(280 Ma)時,澳大利亞大陸殼體位于岡瓦納(Gondwana)大陸南東部,新幾內亞島則處在澳大利亞大陸殼體的北東緣,其地理位置在南緯 40°附近,其北是基梅里(Cimmerian)次大陸(從西至東包括外高加索、伊朗中部、拉薩和滇緬馬蘇等殼塊)?;防锎未箨懸员睘楣盘靥崴寡?。中?晚二疊世(255 Ma)時,基梅里次大陸從岡瓦納大陸北緣裂解,逐漸往北漂移,古特斯洋逐漸閉合,而基梅里次大陸以南的新特提斯洋由東往西逐漸擴張,此次裂解事件使新幾內亞島在印支期內一直處于拉張裂谷環(huán)境。侏羅紀時,澳大利亞大陸殼體與岡瓦納大陸裂解,逐漸往北漂移,一直處于海相的新幾內亞島逐漸隆起,以沉降與隆升動蕩交替運動為特色。至50 Ma時,新幾內亞島完全成為陸地,這是澳大利亞大陸殼體一次陸殼增生的過程。在整個晚第三紀,由于喜馬拉雅運動的緣故,澳大利亞大陸殼體向北持續(xù)漂移,逐漸靠近歐亞板塊,印尼東部和澳大利亞殼體北緣一直都在和繼承性島弧系碰撞,白堊紀-早第三紀班達海海床張開,使新幾內亞島北緣部分裂離形成多個微陸塊。至 15 Ma時,蘇朗斷裂(Sorong fault)的產生使其中一部分微陸塊往西漂移,最終形成現(xiàn)今的蘇拉群島、布魯島、布敦島及米蘇爾島(見圖2),成為現(xiàn)今東南亞陸緣殼體的組成部分。
塔里亞布島花崗巖呈巖基產出,局部呈巖枝狀,出露面積約 330 km2。巖體主要沿北北西斷裂侵入石炭系地層及石炭?二疊系火山巖,局部沿北東向斷裂侵入,侏羅系、白堊系、第三系及第四系地層不整合覆蓋于巖體上(見圖 2)。接觸帶圍巖受烘烤及熱變質作用強烈,出現(xiàn)重結晶和角巖化等現(xiàn)象。巖體與碳酸鹽巖接觸地段矽卡巖化強烈,出現(xiàn)金云母化、透閃石化、硅灰石化、透輝石化、綠簾石化及石榴子石化等現(xiàn)象。巖體內部可見析離體及少量頂垂體和捕擄體。巖體內部及周邊發(fā)育少量正長巖脈、石英閃長巖脈及輝綠巖脈等中基性巖脈。
圖2 印度尼西亞蘇拉群島區(qū)域地質略圖(右下圖據(jù)文獻[8])Fig. 2 Regional geological sketch map of Sula islands, Indonesia (Lower right map after Ref. [8])
巖石類型以肉紅色?淺肉紅色二長花崗巖為主。中?中粗?;◢徑Y構,個別似斑狀結構,塊狀構造。礦物主要組成如下:石英呈不規(guī)則狀、渾圓狀、破布狀、它形粒狀及港灣狀,粒徑0.6~2.2 mm,含量22%~30%(質量分數(shù)),個別含量超過50%;正長石(鉀長石)呈它形及半自形板柱狀,長徑 0.4~3.2 mm,含量40%~47%。卡氏雙晶,鈉長石化多呈不規(guī)則短脈狀發(fā)育;斜長石呈半自行柱狀至它形,長徑0.4~3.4 mm,含量20%~33%。多具聚片雙晶及貫穿雙晶;黑云母多呈葉片狀、半自形及它形,邊界參差不齊,長徑0.1~1.4 mm,含量3%~5%,常交代斜長石或為石英及長石等礦物交代;白云母含量低,呈片狀,常交代正長石,偶可見微斜長石。副礦物以鋯石和磁鐵礦為主。
在塔里亞布島西端的花崗巖體內部采集新鮮代表性樣品。全巖樣品研磨至 75 μm后進行分析。Rb-Sr等時線年齡測試由宜昌地質礦產研究所完成,儀器型號:MAT261型固體質譜儀,檢測依據(jù):DZ/T0184.4—1997,采用的衰變常數(shù)為 1.42×10?11a?l。主量元素分析由湖南建材非金屬測試利用研究所完成,測試依據(jù):GB/T14506.7—1993硅酸鹽巖石化學分析方法。稀土及微量元素地球化學分析由長沙核工業(yè)230研究所完成,檢測依據(jù):DZ/T0223—2001電感耦合等離子體質譜(ICP?MS)方法通則。研究區(qū)全巖Rb-Sr等時線見圖3, 花崗巖Rb-Sr同位素地球化學分析數(shù)據(jù)見表1,主量元素、稀土及微量元素地球化學分析數(shù)據(jù)見表2。
對表1所列數(shù)據(jù)進行等時線擬合發(fā)現(xiàn),各樣品數(shù)據(jù)具有較高的相關性,表明這些巖石在形成后未發(fā)生明顯的改變,來源于相同的同位素體系。擬合所得全巖Rb-Sr等時線直線方程為y=0.003 23+0.716 67x,
圖3 塔里亞布島花崗巖全巖Rb-Sr等時線Fig. 3 Whole rock Rb-Sr isotopic isochron of Taliabu granite
計算結晶年齡為(227±2) Ma,屬印支期的中晚三疊世。該花崗巖侵入的最新地層為石炭系,因此,其Rb-Sr全巖等時線年齡與實際地質情況吻合。塔里亞布島花崗巖的ISr值(0.716 67±0.002 40)顯著高于幔源花崗巖(0.706)[11],為高初始比值的花崗巖,由硅鋁質地殼的局部熔融而形成,屬殼源(大陸殼古老硅鋁質巖石)S型花崗巖。
主量元素中SiO2含量較高,達75.92%~77.38%,Al2O3含量為 12.66%~77.38%。全堿含量(Na2O+K2O)>7%,K2O含量>Na2O含量,相對富鉀貧鈉。基性組分 MnO、MgO、FeO、TiO2、Fe2O3、CaO和 P2O5等含量較低,其中,TiO2和P2O5的含量非常低。SiO2除與MnO、TiO2和P2O5相關性不好外,與其他組分呈負相關。里特曼指數(shù)σ<3.3,屬中等鈣堿性系列,A/CNK 值較高,1.168~1.321>1.0,屬過鋁花崗巖,分異指數(shù)DI較高,為90.39~92.32,表明演化分異充分。因此,塔里亞布島花崗巖具多硅過鋁富堿、貧鎂鐵、貧基性組分的特點,經歷了高度的演化分異過程,具地殼重熔型巖漿特征。
表1 塔里亞布島花崗巖Rb-Sr同位素地球化學分析數(shù)據(jù)Table 1 Rb-Sr isotopic geochemical analysis data of Taliabu granite
表2 塔里亞布島花崗巖主量元素、稀土及微量元素地球化學分析數(shù)據(jù)Table 2 Major, rare-earth and trace elements data for Taliabu granite
5.2 稀土及微量元素
稀土元素總量∑REE 較高,為 188.38×10?6~596.29×10?6。LREE/HREE 為 1.45~2.52,屬輕稀土富集、重稀土弱虧損的中等分餾型。各樣品的稀土元素配分模式(見圖4)非常相似,總體為右傾斜曲線,傾斜程度不高。在輕稀土一側為向右緩傾斜的曲線, 重稀土一側為近乎平行的曲線, 表現(xiàn)出輕稀土分餾明顯、重稀土分餾不明顯的特征。稀土元素配分曲線中銪谷十分明顯,δ(Eu)低至 0.04~0.07,具殼源花崗巖的負銪異常特征,表明其源區(qū)以斜長石為殘留相,在巖漿演化過程中經歷明顯的斜長石分離結晶作用。Ce負異常也較明顯,表明在結晶分異過程中,氧化作用較強。根據(jù)稀土元素地球化學性質,地幔本身不存在 Ce虧損,幔源巖石在巖漿過程中難以產生 Ce負異常,因此,這種Ce虧損只能源于地殼。
圖 4 塔里亞布島花崗巖稀土元素配分曲線(球粒隕石平均值來自文獻[12])Fig. 4 Chondrite-normalized REE diagrams of Taliabu granite (Chondrite REE values from Ref. [12])
在微量元素蛛網圖(見圖5)中,各樣品的微量元素分布型式基本相似,屬右傾曲線。表現(xiàn)為Ba、Sr、Ti和P等元素強烈負異常,大離子親石元素Rb和K及高場強元素Th、U、Ta和Nb等出現(xiàn)一定程度的富集。Sr的強烈負異??赡芘c巖漿分異或巖漿中鈣含量偏低有關,表明巖漿發(fā)生了明顯的長石分離結晶。強不容元素Rb強烈富集表明,巖漿分異作用進行得很徹底,
花崗巖在形成過程中經歷高度演化。Rb/Sr比值變化于 14.13~56.52,遠高于全球上地殼平均值(0.32)[14],富銣貧鍶的特征十分明顯。Ti負異常則可能是鈦鐵氧化物分離結晶的結果,表明分離結晶完全。Ba的強烈虧損具有非造山花崗巖的特征,也反映有強烈分異的分離結晶作用存在。Al/Ga比值(3 318~4 048)低于花崗巖平均值(2 000~8 000)[15]。相對于Ga,Al更易進入鈣長石的結構中,因此,Al/Ga比值低也進一步指示富鈣斜長石可能是塔里亞布花崗巖的源區(qū)殘留相。
圖 5 塔里亞布島花崗巖微量元素原始地幔標準化蛛網圖(原始地幔標準值據(jù)文獻[13])Fig. 5 Primitive mantle normalized trace elements spider diagram of Taliabu granite (Primitive mantle values from Ref. [13])
塔里亞布島花崗巖ISr=0.716 6>0.710 0,是典型的S型花崗巖,其巖漿源于地殼,源巖應是沉積巖或變質巖[16]。在花崗巖鍶同位素演化圖解中(見圖6),樣品數(shù)據(jù)點十分接近大陸殼增長線,因此,該花崗巖體的巖漿基本源于上部大陸殼?;◢弾r CaO/Na2O在0.27~0.37之間,集中在 0.30左右,表明源巖中泥質成分和砂質成分同時存在[17]。Rb/Sr—Rb/Ba圖解(見圖7)中,樣品數(shù)據(jù)點均分布在富黏土源巖區(qū),因此,本區(qū)花崗巖的源巖應以泥質巖為主,砂質成分處于次要地位。泥質源巖或砂質源巖占優(yōu)勢的花崗巖反映了增生地殼塊體的成熟度[18],區(qū)內以泥質源巖為主的花崗巖表明它是成熟地塊經深熔作用和巖漿分離結晶作用的結果。
圖 6 塔里亞布島花崗巖鍶同位素演化圖解(底圖據(jù)文獻[11],部分修改)Fig. 6 Diagram of Sr isotope evolution of Taliabu granite(Base diagram partly modified from Ref. [11])
圖7 塔里亞布島花崗巖Rb/Ba—Rb/Sr圖(底圖據(jù)文獻[17])Fig. 7 Rb/Ba—Rb/Sr diagram of Taliabu granite (Base diagram modified from Ref. [17])
綜上所述,印支期內基梅里次大陸已開始從岡瓦納大陸裂解,古特提斯洋逐漸閉合,新特提斯洋逐漸擴張,該區(qū)域巖石圈的拉張?伸展剛剛開始。塔里亞布島花崗巖正是在這一構造運動時期內的巖漿活動產物((227±2) Ma)。在圖8中,樣品數(shù)據(jù)點集中分布在擠壓區(qū)與伸展區(qū)的界線附近,暗示該花崗巖巖漿形成于擠壓向伸展轉變的動力學環(huán)境。在圖9中,樣品點主要落在大陸碰撞花崗巖區(qū)域,但均偏向板內花崗巖,表明巖體形成于后碰撞向板內環(huán)境的地殼伸展轉換階段。塔里亞布島花崗巖屬高鉀鈣堿性系列巖漿巖,這種巖漿巖是后碰撞巖漿活動的主要特征之一[21],指示大陸會聚向離散轉折的構造體制變化[22]。但單純通過地殼熔融作用產生高鉀鈣堿性巖漿作用的可能性不大,因此,該區(qū)域應存在地幔物質的上涌,為上部地殼熔融作用形成高鉀鈣堿性巖漿提供熱源,由于鎂鐵質巖漿的底侵作用或內侵作用,使地溫梯度進一步升高,導致地殼內部的廣泛重熔形成花崗巖漿?;詭r脈通常被作為大洋和大陸伸展構造的標志[23],塔里亞布島及蘇拉群島西側島嶼存在小規(guī)模輝長巖脈、輝綠玢巖脈及輝綠巖等鐵鎂質巖漿的活動產物,這種基性活動也表明該時期區(qū)域存在幔源巖漿底侵或內侵至上部地殼,但由于巖石圈剛剛開始,這種地幔物質上涌、基性巖漿底侵的拉張?伸展是十分局部和有限的。
圖 8 lg[w(CaO)/w(K2O+Na2O)]—w(SiO2)圖解(底圖據(jù)文獻[19])Fig. 8 lg[w(CaO)/w(K2O+Na2O)]—w(SiO2) diagram (Base diagram modified from Ref. [19])
圖 9 塔里亞布島花崗巖 w(Rb)—w(Yb+Nb)(a)和 w(Rb)—w(Yb+Ta)(b)構造環(huán)境判別圖(底圖據(jù)文獻[20])Fig. 9 w(Rb)—w(Yb+Nb) (a) and w(Rb)—w(Yb+Ta) (b)diagrams for structural setting discrimination of Taliabu granite(Base diagram modified from Ref. [20])
蘇拉群島是從處于澳大利亞殼體邊緣的新幾內亞島經構造運動分離而來,而澳大利亞殼體成分多為深變質巖,這些深變質巖一般嚴重貧H2O,只有在某些特殊的地質環(huán)境中(如高熱流的拉張環(huán)境)才可能重熔形成花崗巖漿。二疊?三疊紀之前,蘇拉群島所屬新幾內亞島與東澳大利亞、西緬甸、滇緬馬蘇等均為尚未分離的岡瓦納大陸北東緣地槽的組成部分,靠近泛大洋邊緣。而在二疊?三疊紀期間,因為泛大洋洋殼型殼體向西運動,與岡瓦納大陸陸殼型殼體北東邊緣碰撞,俯沖至岡瓦納陸殼之下,并使岡瓦納陸殼向東相對運動。這次匯聚式碰撞事件導致基梅里次大陸與岡瓦納大陸殼體的裂解,岡瓦納大陸北東緣地槽全面褶皺回返,岡瓦納陸殼邊緣內部出現(xiàn)拉張環(huán)境,斷裂特別是沿新特提斯洋、泛大洋邊界的斷裂發(fā)育,地幔上升提供熱能,導致上部地殼部分熔融形成巖漿,出現(xiàn)強烈的陸殼重熔型花崗巖類巖漿侵入活動,從而沿構造通道上侵分離結晶成巖,在現(xiàn)今澳大利亞東部、新幾內亞島中西部及蘇拉群島發(fā)育北西向展布的巖漿巖帶[24],而滇緬馬蘇殼塊雖然已漂移至新特提斯洋北側與印支半島、東馬來西亞等殼塊拼貼,但也出現(xiàn)了大量印支期花崗巖巖基。
根據(jù)塔里亞布島花崗巖的形成年代((227±2) Ma),參考鄰區(qū)澳大利亞東部及巴布亞新幾內亞晚三疊世花崗巖[24]、馬來西亞花崗巖((250±4)~(225±5) Ma)、泰國西部花崗巖((201±22)~(244±28) Ma)、老撾桑怒及萬象一帶花崗巖(240~220 Ma)等的形成年代[25],證明這些地區(qū)花崗巖的形成時間大致相同,都與印支期構造?巖漿熱事件密切相關。這些巖體在形成時均處于岡瓦納大陸靠近新特提斯洋或泛大洋的邊緣,區(qū)域位置接近,與塔里亞布島花崗巖具有類似的源區(qū)特征與構造環(huán)境,因此,巖石學及地球化學特征也較一致,大多數(shù)都經歷了強烈的巖漿演化分異過程,這種特點使其攜帶大量的成礦物質(Sn、W、Fe、Pb、Zn、Bi、Cu、Au等)能夠在巖漿演化晚期富集成礦,因此形成大量與印支期巖漿活動相關的金屬礦床,屬同一古大陸邊緣成礦體系。由于原生錫礦化趨向于和地球化學特征上表現(xiàn)出與高度演化的花崗巖相伴出現(xiàn),因此,這些礦床多以錫礦為主或存在錫礦化[24?25]。因此,此次碰撞造山作用是東南亞—澳大利亞東部鐵鎢錫多金屬成礦帶形成的重要構造?巖漿?成礦事件,尤其是印支期花崗巖類,為該成礦帶的重要母巖。但由于強烈的喜馬拉雅地殼構造運動,使得幾大殼塊在東南亞區(qū)域內的大范圍分裂、碰撞,研究區(qū)的區(qū)域大地構造格局變得非常復雜,這條成礦帶在現(xiàn)今構造格局中的分布并不連續(xù),東段成為澳大利亞東部鎢錫多金屬成礦帶,而包括塔里亞布島鐵多金屬礦田在內的西段則與東南亞鐵鎢錫多金屬成礦帶相接。
1) 塔里亞布島花崗巖形成于中晚三疊世((227±2)Ma),屬印支期的殼源 S型花崗巖,其源巖為上部地殼古老硅鋁質巖石。由于泛大洋洋殼對岡瓦納大陸陸殼北東緣的俯沖碰撞后所帶來的初始拉張?伸展動力學環(huán)境,岡瓦納陸殼北東緣中以泥質為主的源巖受上地幔上涌所帶來的熱能影響重熔,從而出現(xiàn)起強烈的花崗質巖漿活動。
2) 塔里亞布島花崗巖以二長花崗巖為主,富硅、堿和鉀,貧鈣、鎂和鐵。稀土及微量元素方面富Rb、K、Th、U、Ta和Nb,貧Ba、Sr、P、Ti和Cr,具強烈的銪負異常及鈰負異常,經歷過徹底的巖漿演化分異和斜長石分離結晶過程,有利于成礦物質在巖漿演化晚期的富集。
3) 塔里亞布島花崗巖體與該島大型鐵多金屬礦田是本次印支期構造?巖漿?成礦事件的共同產物。塔里亞布島所屬蘇拉群島與東澳大利亞、新幾內亞島、滇緬馬蘇在印支期屬同一古大陸邊緣成礦系統(tǒng),構成了東南亞—澳大利亞東部鐵鎢錫多金屬成礦帶,但由于喜馬拉雅地殼構造運動的影響在現(xiàn)今構造格局中斷續(xù)分布。
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