朱溪礦集區(qū)張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖地球化學(xué)特征及其意義

王和平,陳 祺,歐陽(yáng)永棚,王淼林,饒建鋒,魏 錦

(1.江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 九O一地質(zhì)大隊(duì),江西 萍鄉(xiāng) 337000; 2.江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 九一二大隊(duì),江西 鷹潭 335001)

江西省朱溪礦集區(qū)位于揚(yáng)子板塊與華夏板塊碰撞拼接的欽杭結(jié)合帶東端,橫跨了揚(yáng)子板塊下?lián)P子地塊江南東部隆起帶九嶺逆沖隆起和欽杭結(jié)合帶北段萍(鄉(xiāng))萬(wàn)(年)疊覆帶萍鄉(xiāng)—樂(lè)平拗陷[1],處于濱太平洋成礦域下?lián)P子成礦亞省江南隆起東段Au-Ag-Pb-Zn-W-Mn-V-螢石成礦帶,橫跨九嶺—鄣公山隆起Cu-Pb-Zn-W-Sn-Au成礦亞帶和萍鄉(xiāng)—樂(lè)平燕山期Cu-Pb-Zn-Au-Ag-Co-煤-高嶺土成礦亞帶,主體隸屬于塔前—清華Cu-Au多金屬成礦遠(yuǎn)景區(qū)[2]。

近年來(lái)江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局在該區(qū)域開(kāi)展了地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查和礦產(chǎn)勘查,在張家塢地區(qū)發(fā)現(xiàn)含銅花崗閃長(zhǎng)斑巖,該區(qū)良好的區(qū)域成礦背景指示了張家塢地區(qū)具有較大成礦潛力。

本文通過(guò)對(duì)張家塢地區(qū)黃銅礦化花崗閃長(zhǎng)斑巖開(kāi)展巖相學(xué)和地球化學(xué)特征研究,探討其動(dòng)力學(xué)背景及其成礦潛力,以期為下一步在朱溪礦集區(qū)的找礦工作提供理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

朱溪礦集區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖如圖1所示(據(jù)文獻(xiàn)[3]修改)。

圖1 朱溪礦集區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

研究區(qū)大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子板塊與華夏板塊碰撞拼接的欽杭結(jié)合帶江西段[1-2],屬揚(yáng)子地層區(qū)的一部分。區(qū)內(nèi)地層具有典型的二元結(jié)構(gòu),由變質(zhì)基底和沉積蓋層組成。基底地層為新元古代萬(wàn)年群,為一套深海盆地相夾濁流沉積的泥砂質(zhì)建造。沉積蓋層主要由泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系和第四系組成。

地表出露的巖漿巖規(guī)模相對(duì)較小,其形態(tài)多呈脈狀,少數(shù)呈巖株、巖瘤狀產(chǎn)出,屬淺成-超淺成相。巖漿巖類型從超基性-基性至中酸性-酸性均有產(chǎn)出,但以中酸性-酸性巖漿巖為主。此外,在新元古代萬(wàn)年群淺變質(zhì)巖中亦見(jiàn)有變質(zhì)海相火山巖,巖性主要為變細(xì)碧巖(青盤(pán)巖化)-石英角斑巖系的變質(zhì)熔巖和變質(zhì)火山碎屑巖(變余)沉凝灰?guī)r、變余凝灰質(zhì)砂巖等。

2 巖石學(xué)特征

花崗閃長(zhǎng)斑巖侵入體位于華子峰、巖口以東,張家塢以北,零星狀產(chǎn)出,面積0.63 km2,呈不規(guī)則葫蘆狀或不規(guī)則狀,其野外特征及巖相學(xué)特征如圖2所示。朱溪礦集區(qū)張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖QAP圖解如圖3所示。

Afs—堿性長(zhǎng)石 Bt—黑云母 Qz—石英 Pl—斜長(zhǎng)石 Py—黃鐵礦 Clp—黃銅礦

圖3 朱溪礦集區(qū)張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖QAP圖

該花崗閃長(zhǎng)斑巖地表主體侵位于石炭紀(jì)—二疊紀(jì)地層中,深部亦可見(jiàn)其侵位于新元古界萬(wàn)年群。巖體周圍發(fā)生了明顯的接觸熱變質(zhì)作用和接觸交代作用。其中熱變質(zhì)作用主要包括大理巖化和角巖化,大理巖化過(guò)程中形成了大理巖及大理巖化灰?guī)r,角巖化過(guò)程則形成了角巖及角巖化巖石,主要分布于侵入體南接觸帶,熱變質(zhì)范圍最大寬約125 m,北接觸帶熱變質(zhì)作用微弱。接觸交代作用主要形成矽卡巖化巖石,甚至矽卡巖,分布于二疊紀(jì)碳酸鹽巖地層中,多呈透鏡狀捕虜體出現(xiàn),與黃銅、黃鐵礦化關(guān)系密切,巖體邊部發(fā)生強(qiáng)烈的同化混染作用。

花崗閃長(zhǎng)斑巖呈淺灰色,斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造(圖2b)。斑晶主要為斜長(zhǎng)石(30%～35%)、石英(15%～20%)、堿性長(zhǎng)石(5%～8%)及少量黑云母(5%～8%),在QAP圖解中,落入花崗閃長(zhǎng)巖區(qū)域。斜長(zhǎng)石斑晶呈板柱狀和粒狀,半自形-它形,粒徑約1.0～2.0 mm,具聚片雙晶和環(huán)帶結(jié)構(gòu),有泥化(圖2c)。石英斑晶呈它形粒狀,粒徑約0.5～1.5 mm,無(wú)色透明,正低突起,無(wú)解理,一級(jí)灰白干涉色(圖2c)。堿性長(zhǎng)石斑晶呈板柱狀和粒狀,半自形-它形,粒徑約0.5～1.0 mm,主要為正長(zhǎng)石,具卡氏雙晶,有泥化(圖2c)。黑云母斑晶呈片狀,較自形,粒徑約0.3～1.0 mm,大部分已蝕變退色并析出鐵質(zhì),部分有綠泥石化(圖2c)。基質(zhì)主要為微粒狀長(zhǎng)石和石英。巖石具黃鐵礦化和黃銅礦化(圖2d),黃鐵礦呈細(xì)粒狀和微粒狀,它形,在薄片中黑色不透明,在反射光下呈淺黃色;黃銅礦呈微粒狀,它形。

花崗閃長(zhǎng)斑巖侵入體中局部見(jiàn)石英閃長(zhǎng)玢巖、石英正長(zhǎng)斑巖,與花崗閃長(zhǎng)斑巖呈漸變過(guò)渡關(guān)系,巖性特征基本相似,僅礦物成分有異,分布無(wú)規(guī)律。

3 巖石地球化學(xué)特征

主量和微量、稀土元素分析在江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局九一二大隊(duì)實(shí)驗(yàn)室完成。主量元素采用X射線熒光光譜方法分析完成,微量、稀土元素采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀完成。

張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖主量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析結(jié)果見(jiàn)表1所列,稀土、微量元素分析結(jié)果見(jiàn)表2所列,A/CNK-A/NK圖解如圖4所示(底圖據(jù)文獻(xiàn)[4])，稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線如圖5所示,微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖如圖6所示,標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)來(lái)源于文獻(xiàn)[5]。

表1 張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖主量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析結(jié)果 %

表2 張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖稀土、微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析結(jié)果

續(xù)表

注:各元素、ΣREE、ΣLREE、ΣHREE的數(shù)值均乘以10-6后為對(duì)應(yīng)項(xiàng)目的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

圖4 張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖A/CNK-A/NK圖解 圖5 張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線

圖6 張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖

(1) 主量元素特征。由主量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析結(jié)果可知，w(SiO2)為66.60%～66.84%,w(Al2O3) 為15.64%～16.70%,w(TiO2) 為0.43%～0.47%,w(MgO) 為1.11%～1.29%,w(CaO) 為3.70%～4.62%,w(K2O) 為5.28%～5.94%,w(Na2O) 為3.23～3.66%,w(K2O+Na2O)為8.76%～9.60%,A/CNK值為1.18～1.27,A/NK值為1.65～1.83,在A/CNK-A/NK圖解中,顯示為過(guò)鋁質(zhì)花崗閃長(zhǎng)巖。

(2) 稀土、微量元素特征。稀土元素(rare earth element,REE)總質(zhì)量分?jǐn)?shù)ΣREE為(85.55～101.77)×10-6,平均為92.98×10-6;輕稀土元素(light rare earth element,LREE)總質(zhì)量分?jǐn)?shù)ΣLREE為(69.89～82.65)×10-6,平均為75.64×10-6;重稀土元素(heavy rare earth element,HREE)總質(zhì)量分?jǐn)?shù)ΣHREE為(15.26～20.62)×10-6,平均為17.34×10-6;輕重稀土元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值(ΣLREE/ΣHREE)為3.94～4.61,(La/Yb)N值為9.86～16.72,表明輕重稀土元素分餾明顯。δEu值為0.81～0.92,表現(xiàn)出Eu的負(fù)異常。8個(gè)巖石樣品球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線變化一致,表現(xiàn)為明顯的右傾曲線。

從圖6可以看出,花崗閃長(zhǎng)斑巖樣品微量元素總體配分模式基本一致?；◢忛W長(zhǎng)斑巖富集Rb、Th、U、K等大離子親石元素,虧損Ta、Nb、P、Ti等元素。P元素的虧損說(shuō)明在巖漿演化過(guò)程中可能有磷灰石等含磷礦物的分離結(jié)晶作用,Ti元素的虧損說(shuō)明在巖漿演化過(guò)程中可能存在鈦鐵礦、榍石等含鈦礦物的分離結(jié)晶。

4 討 論

4.1 巖石成因

張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖主量、微量元素分析結(jié)果表明,w(SiO2)為66.60%～66.84%(平均66.71%),w(Al2O3) 為15.64%～16.70%(平均16.10%),w(MgO) 為1.11%～1.29%(平均1.21%),w(Sr) 為(382.9～529.4)×10-6(平均433.8×10-6),w(Y)為(7.32～14.33)×10-6(平均9.54×10-6),w(Yb) 為(0.54～1.04)×10-6(平均0.70×10-6),具有高Si、高Al,相對(duì)低Mg、高Sr,低Y 、Yb,LREE富集等特征,這些地球化學(xué)特征與埃達(dá)克(質(zhì))巖地球化學(xué)特征(w(SiO2)≥56%,w(MgO)<3%,w(Sr)≥400×10-6,w(Y)≤18×10-6,w(Yb)≤1.9×10-6,w(Sr)/w(Y)≥40)[5]吻合。因此,本文認(rèn)為張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖為埃達(dá)克巖。

目前,學(xué)術(shù)界對(duì)于埃達(dá)克巖的成因還存在爭(zhēng)議,綜合各種巖石學(xué)研究來(lái)看,主要有以下5種觀點(diǎn):① 來(lái)源于俯沖大洋板塊的部分熔融[6];② 來(lái)源于加厚下地殼部分熔融[7-10];③ 來(lái)源于拆沉下地殼的部分熔融[7-9];④ 來(lái)源于在石榴石穩(wěn)定和/或含水或角閃石脫水熔融條件下玄武質(zhì)巖石的部分熔融[11-13];⑤ 來(lái)源于幔源鎂鐵質(zhì)巖漿與殼源長(zhǎng)英質(zhì)巖漿混合[14]。

張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖具有低Mg、Ni及Cr特征;在顯微鏡下觀察以及追溯野外露頭,并未發(fā)現(xiàn)暗色包體。從地球化學(xué)特征分析,其A/CNK值為1.18～1.27,平均大于1.10,為過(guò)鋁質(zhì)花崗巖;w(Nb)/w(Ta)為9.84～23.90,平均為16.04,略高于地殼值(11.00～13.00)[15-16];w(Zr)/w(Hf)為31.91～36.39,平均為33.76,接近殼源巖石(約33.00)[17];w(Nb)/w(U)為2.77～3.44,平均為3.13,明顯低于原始地幔(30.00)。以上特征說(shuō)明,張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖原始巖漿無(wú)幔源巖漿參與,可排除原始巖漿來(lái)源于幔源鎂鐵質(zhì)巖漿與殼源長(zhǎng)英質(zhì)巖漿混合和來(lái)源于拆沉下地殼的可能性。不同于來(lái)源俯沖大洋板塊部分熔融巖漿形成的長(zhǎng)江中下游埃達(dá)克(質(zhì))巖(低K),張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖為富K的C型埃達(dá)克(質(zhì))巖,另外由俯沖熔融形成的埃達(dá)克巖往往具有低的w(Rb)/w(Sr)比值[18],而張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖具有相對(duì)高的w(Rb)/w(Sr)(0.37～0.55),因此,可排除俯沖大洋板塊的部分熔融。

張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖SiO2-MgO圖解如圖7所示(底圖引自文獻(xiàn)[19])。

圖7 張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖SiO2-MgO圖

張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖具有高Si、富K、低Mg等特征，與來(lái)源于加厚下地殼部分熔融產(chǎn)生的埃達(dá)克(質(zhì))巖特征相符合,在SiO2-MgO圖解中,所有花崗閃長(zhǎng)斑巖樣品落入增厚下地殼熔融形成的埃達(dá)克(質(zhì))巖中。因此,本文認(rèn)為張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖巖漿來(lái)源于加厚下地殼部分熔融。

4.2 動(dòng)力學(xué)背景

塔前—大游山地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)頻繁,在漫長(zhǎng)的地殼演化歷史進(jìn)程中,主要經(jīng)歷了四堡-晉寧期強(qiáng)烈褶皺作用、加里東期褶皺疊加和北東向韌性變形作用、印支-華力西期陸內(nèi)變形及陸內(nèi)造山作用和燕山-喜山期陸內(nèi)造山及伸展作用等[1-2]。

文獻(xiàn)[20]通過(guò)激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀開(kāi)展鋯石U-Pb定年,測(cè)得張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖成巖年齡為(155.6±1.9) Ma,形成于中侏羅世。在燕山期,研究區(qū)內(nèi)正經(jīng)歷陸內(nèi)造山及伸展作用。由于張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖來(lái)源于加厚下地殼的部分熔融,表明研究區(qū)已完成陸內(nèi)造山作用,正經(jīng)歷巖石圈伸展作用。中-晚侏羅世(165～155 Ma)是華南地區(qū)全面走向伸展-裂解時(shí)期,軟流圈上涌導(dǎo)致玄武質(zhì)巖漿底侵的背景下同時(shí)形成了晚中生代大花崗巖省[21-23]。文獻(xiàn)[24-28]通過(guò)研究華南變質(zhì)核雜巖、花崗巖,認(rèn)為在中生代華南地區(qū)存在巖石圈伸展減薄事件。綜合以上研究成果,本文認(rèn)為由于受巖石圈伸展作用的影響,軟流圈上涌,對(duì)下地殼產(chǎn)生底劈作用,為下地殼巖石的熔融提供熱量使下地殼發(fā)生部分熔融,巖漿沿構(gòu)造向上運(yùn)移,形成張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖。

4.3 成礦潛力分析

一般認(rèn)為,斑巖成礦來(lái)源于俯沖洋殼部分熔融形成[29-31],全球大型斑巖銅礦多分布于島弧和大陸邊緣弧環(huán)境,但是在我國(guó)華南出現(xiàn)大量陸內(nèi)斑巖型銅礦,與巖石圈伸展作用有關(guān)[32],成礦期集中在180～170 Ma[22,33]、165～155 Ma[21,23]、105～90 Ma[33]。塔前—大游山地區(qū)大地構(gòu)造位置位于欽杭成礦帶上,在成礦帶上分布德興銅礦、永平銅礦、東鄉(xiāng)銅礦、紅山銅礦等斑巖型銅礦,在張家塢地段附近更是發(fā)現(xiàn)了朱溪鎢銅多金屬礦床。張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖在年代學(xué)上處于華南重要的銅成礦期,具有巖石圈伸展構(gòu)造背景。以上研究結(jié)果表明,張家塢地段在成礦區(qū)域地質(zhì)背景和成礦年代學(xué)上均具有形成銅礦優(yōu)勢(shì)。

文獻(xiàn)[34]對(duì)橫路—賦春成礦帶內(nèi)淺變質(zhì)巖進(jìn)行研究時(shí),測(cè)得Cu等成礦元素在新元古界萬(wàn)年群淺變質(zhì)巖中含量是地殼元素豐度值的幾倍至幾十倍。塔前—大游山地區(qū)基底地層為新元古代萬(wàn)年群淺變質(zhì)巖,具備為銅礦化提供初始成礦物質(zhì)的基礎(chǔ)條件。研究區(qū)經(jīng)歷了多期多階段的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),出露脆性斷裂構(gòu)造、韌性剪切系統(tǒng)、推滑覆構(gòu)造,這些廣泛發(fā)育的構(gòu)造可以成為良好的導(dǎo)礦通道。

有關(guān)巖石學(xué)研究表明,壓力越高,金屬元素越容易儲(chǔ)存在流體中,在巖漿從深處往淺處運(yùn)移的過(guò)程中,巖漿流體將出熔,由于壓力的釋放,金屬元素將進(jìn)入到巖漿流體中[35-37],順著導(dǎo)礦構(gòu)造遷移,富集成礦。花崗閃長(zhǎng)斑巖來(lái)源于加厚的下地殼部分熔融,意味著巖漿來(lái)源于相對(duì)高溫、高壓環(huán)境下,具有較強(qiáng)的攜帶成礦物質(zhì)遷移能力。同時(shí)在顯微鏡下觀察可見(jiàn)黃銅礦化,佐證了成巖巖漿中攜帶Cu元素。另外,相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),在華南地區(qū),與斑巖銅礦成礦作用有關(guān)的巖石具有高鉀鈣堿性特征,與Cu-Mo-Au 礦床有關(guān)的花崗巖稀土配分呈右傾的陡傾斜,δEu分餾不明顯,大多數(shù)與成礦有關(guān)的花崗巖均呈虧損 Nb、Ta、Ti等特征[38]。這與本次發(fā)現(xiàn)的花崗閃長(zhǎng)斑巖巖石地球化學(xué)特征相似。

綜上所述,本文認(rèn)為塔前—大游山地區(qū)具有良好的斑巖型銅礦成礦潛力。

5 結(jié) 論

(1) 張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖具高Si、高Al、高堿等特征;稀土元素?cái)?shù)據(jù)顯示輕重稀土元素分餾明顯,Eu呈負(fù)異常,球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線表現(xiàn)出明顯的右傾趨勢(shì);富集Rb、Th、U、K等大離子親石元素,虧損Ta、Nb、P、Ti等元素;具高Sr,低Y、Yb,LREE富集等特征。這些地球化學(xué)特征與埃達(dá)克(質(zhì))巖地球化學(xué)特征類似。

(2) 花崗閃長(zhǎng)斑巖具有高Si,富K,低Mg,低Ni、Cr等特征,與來(lái)源于加厚下地殼部分熔融產(chǎn)生的埃達(dá)克(質(zhì))巖地球化學(xué)特征相符合。對(duì)于成巖時(shí)的動(dòng)力學(xué)背景,本文認(rèn)為由于受巖石圈伸展作用的影響,軟流圈上涌,對(duì)下地殼產(chǎn)生底劈作用,為下地殼巖石的熔融提供熱量，使加厚的下地殼發(fā)生部分熔融,進(jìn)而導(dǎo)致巖石圈減薄。

(3) 張家塢花崗閃長(zhǎng)斑巖在年代學(xué)上處于華南重要的成礦期,具有巖石圈伸展構(gòu)造背景;基底地層具有較高的Cu元素豐度值;發(fā)育較多的脆性斷裂構(gòu)造、韌性剪切系統(tǒng)、推滑覆構(gòu)造;花崗巖具有與華南地區(qū)成礦花崗巖相似的地球化學(xué)特征。本文認(rèn)為塔前—大游山地區(qū)具有良好的斑巖型銅礦成礦潛力。