江西馬荃盆地火山巖地球化學(xué)特征及成因分析

昝芳，朱建林，李棟，雷煉，張恒

(江西省地質(zhì)局第六地質(zhì)大隊(duì)，江西 鷹潭 335001)

馬荃火山盆地位于江西鷹潭市余江區(qū)，屬欽杭成礦帶，贛杭火山巖鈾成礦帶，地跨江西、浙江兩省，長(zhǎng)約600km2[1-5]，分布數(shù)十個(gè)大小不等的火山盆地、火山穹窿。其中馬荃火山盆地面積約200km2，處于余江-廣豐、宜黃及安遠(yuǎn)-鷹潭三條深斷裂交匯處。已發(fā)現(xiàn)1處鈾礦床、3處鈾礦點(diǎn)及4個(gè)鈾礦化點(diǎn)[6-7]。已往學(xué)者對(duì)馬荃盆地研究多集中在鈾成礦規(guī)律及成礦前景預(yù)測(cè)，本文從火山巖巖相學(xué)、地球化學(xué)、大地構(gòu)造背景、巖石成因等展開(kāi)討論，豐富該區(qū)成礦火山巖特征及成因機(jī)制等研究成果。

圖1 馬荃火山盆地區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)內(nèi)部資料)

1 樣品采集及測(cè)試

1.1 火山巖分布及樣品采集

馬荃盆地內(nèi)廣泛發(fā)育火山碎屑巖夾火山熔巖，據(jù)已有資料，粗安巖厚度30m～260m，未見(jiàn)底，鈾礦化主要產(chǎn)于鵝湖嶺組第三段火山熔巖(安山質(zhì)角礫熔巖、粗安巖)中，研究所采集的樣品主要為12件鉆孔取樣，巖性為粗安巖和安山質(zhì)角礫熔巖。

1.2 樣品測(cè)試

馬荃盆地火山巖主微量元素(包括稀土元素)由中礦(天津)巖礦檢測(cè)有限公司完成。主量元素測(cè)試采用的方法為濕化學(xué)(偏差優(yōu)于1%)和ICP-AES，測(cè)試儀器為JY38S型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀。微量元素(包括稀土元素)采用實(shí)驗(yàn)的方法為ICP-MS，測(cè)試儀器為德國(guó)生產(chǎn)的高分辨率電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Finnegan Element ⅡHR ICP-MS)。主量元素、微量元素分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 馬荃盆地火山巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)

2 巖石學(xué)特征

粗安巖呈深紫紅色，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為斜長(zhǎng)石6%及暗色礦物2%，基質(zhì)由斜長(zhǎng)石65%，半自形板狀，長(zhǎng)徑0.5mm～1.2mm，普遍碳酸鹽化；角閃石呈半自形柱狀或菱柱狀，長(zhǎng)徑0.7mm～1.5mm，見(jiàn)暗化邊，碳酸鹽化；黑云母呈半自形片狀，片徑0.5mm～0.8mm，見(jiàn)暗化邊?；|(zhì)為黃褐色玻璃質(zhì)，呈玻晶交織結(jié)構(gòu)，其間分布斜長(zhǎng)石微晶、正長(zhǎng)石微晶及角閃石、磁鐵礦等。巖石見(jiàn)較多不規(guī)則形氣孔及杏仁體，粒徑0.1～0.35mm，個(gè)別0.5mm～1mm，充填物為碳酸鹽、綠泥石，部分為螢石(圖2a、2b)。

圖2 馬荃火山盆地火山巖鏡下照片

安山質(zhì)角礫熔巖呈青灰色、磚紅色，火山角礫40%，火山巖屑20%，膠結(jié)物：安山巖27%?；鹕浇堑[呈棱角狀-次棱角狀，礫徑2mm～10mm，為杏仁狀安山巖，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為玻晶交織結(jié)構(gòu)。杏仁體充填物為碳酸鹽、玉髓，邊緣為細(xì)小石英顆粒。巖屑呈棱角狀-棱角狀，局部見(jiàn)圓化，粒徑0.5mm～2mm，成分與火山角礫基本相同。膠結(jié)物為熔巖(安山巖)，具斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)玻晶交織結(jié)構(gòu)。斑晶為斜長(zhǎng)石(粘土化)，局部見(jiàn)角閃石(碳酸鹽化)，見(jiàn)較多杏仁體，充填物為玉髓。另見(jiàn)較多點(diǎn)狀或粉末狀鐵質(zhì)散染分布(圖2c、2d)。

3 火山巖地球化學(xué)特征及構(gòu)造背景

3.1 主量元素地球化學(xué)特征

馬荃盆地火山巖巖石地球化學(xué)分析結(jié)果見(jiàn)表1。12件樣品中，SiO2含量(wt)53.18%～63.47%，屬中性巖類(lèi)?；鹕綆rTAS圖解(圖3)，樣品均落在玄武粗安巖-粗安巖區(qū)域，結(jié)合手標(biāo)本以及巖石特征，可以判斷12個(gè)火山巖樣品為玄武粗安巖、粗安巖。從SiO2-K2O判別圖上(圖4)，樣品均落在鉀玄巖系列區(qū)域，屬于鉀玄巖系列。鋁飽和指數(shù)A/CNK，A/CNK最大1.88，最小1.02，平均值為1.37，屬過(guò)鋁質(zhì)巖石。

圖3 馬荃盆地火山巖TAS圖解

3.2 微量元素地球化學(xué)特征

巖體微量元素原始地幔蛛網(wǎng)圖(圖5)顯示，高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ba、Ti存在明顯負(fù)異常，表明有地殼物質(zhì)參與[9]。蛛網(wǎng)圖中可見(jiàn)顯著的Sr負(fù)異常和P負(fù)異常，總體表現(xiàn)殼源弧巖漿巖特征[10-11]；K元素呈明顯負(fù)異常，指示相較于原始地幔，火山巖經(jīng)歷熱液蝕變作用。巖石Rb/Sr為0.11～0.72，平均值0.25；Rb/Ba為0.06～0.34，平均值0.16，遠(yuǎn)高于原始地幔相應(yīng)比值(Rb/Sr=0.029、Rb/Ba=0.088)，指示火山巖可能來(lái)源于一種高度分異演化的巖漿[12]。

圖5 馬荃盆地火山巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖

3.3 稀土元素地球化學(xué)特征

根據(jù)圖1分析結(jié)果，巖石稀土總量高(∑REE=230.49×10-6～943.25×10-6，平均418.82×10-6)，LREE/HREE=0.32～3.60，(La/Yb)N=0.65～10.33，平均3.02>1，屬于輕稀土富集型，具較強(qiáng)的輕重稀土分異特點(diǎn)。δEu為0.80～0.88，平均0.84<1，銪具負(fù)異常，為銪虧損型[13-14]。說(shuō)明巖漿演化過(guò)程中發(fā)生了較強(qiáng)的斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶作用[15]。

巖石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分配模式圖呈“V”字狀(圖6)，LREE一側(cè)較陡，樣品分異一致性較好，富集明顯，HREE分餾不明顯，大部分樣品富集明顯，部分樣品不明顯[16]，表現(xiàn)出區(qū)內(nèi)不同地段火山巖可能為同源火山巖[17]。部分樣品表現(xiàn)的不一致性，結(jié)合取樣位置及巖心特征，顯示不同巖性的樣品其稀土富集趨勢(shì)不同，總之贛杭鈾成礦帶資料表明，鈾元素的含量和重稀土富集有直接關(guān)系，鈾元素含量越高，重稀土越富，反之則越貧。

圖6 馬荃盆地火山巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化型式圖

3.4 火山巖成因分析

華南地區(qū)至少經(jīng)歷了4期區(qū)域規(guī)模的大陸動(dòng)力學(xué)過(guò)程，除新元古代和晚中生代具活動(dòng)陸緣背景外，均在板塊內(nèi)部發(fā)生完成[18]。其中，中生代地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)生與演化與區(qū)域成礦關(guān)系最密切，其主體為古大陸邊緣再造至陸內(nèi)構(gòu)造[19]，構(gòu)造形式以拉張和擠壓運(yùn)動(dòng)為主，且拉張較為頻繁[20]。中侏羅世晚期，華南地區(qū)以擠壓運(yùn)動(dòng)為主，表現(xiàn)為大規(guī)模褶皺且地殼加厚[21]。白堊紀(jì)基本處于拉張構(gòu)造環(huán)境中。形成一套長(zhǎng)英質(zhì)火山巖，包括流紋巖、粗面巖、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)凝灰?guī)r和火山角礫巖等[22]。通過(guò)相關(guān)構(gòu)造判別圖(圖7、圖8)，馬荃盆地火山巖樣品均落在陸內(nèi)玄武巖拉張區(qū)域，判定為碰撞后的陸內(nèi)伸展(拉張)環(huán)境。

大量資料表明，安山巖成分變化較大，成因機(jī)制也較為復(fù)雜，玄武質(zhì)巖漿結(jié)晶分異作用可形成安山質(zhì)巖石；玄武質(zhì)巖漿結(jié)晶分異及同化混染作用相結(jié)合也可形成安山巖(AFC模式)；玄武質(zhì)巖漿與流紋質(zhì)巖漿通過(guò)巖漿混合作用也可以形成安山質(zhì)巖石。馬荃火山盆地火山巖地層與下伏地層接觸部位巖性完整，在下伏巖石中隱約可見(jiàn)受烘烤而形成的退色薄邊，有時(shí)有圍巖捕虜體。結(jié)合地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析，K元素嚴(yán)重虧損，認(rèn)為火山巖在巖漿結(jié)晶分異過(guò)程中，與圍巖存在同化混染作用，即AFC模式。

此外，通過(guò)對(duì)馬荃盆地火山巖進(jìn)行以上研究，馬荃盆地火山巖屬于鉀玄巖系列、過(guò)鋁質(zhì)粗面安山質(zhì)-粗面英安質(zhì)火山熔巖，巖漿來(lái)源為高分異演化的殼源弧巖漿巖，且都為同源巖漿巖。區(qū)內(nèi)火山巖屬于與島弧-同碰撞有關(guān)的大地構(gòu)造環(huán)境。在正常地殼厚度或者加厚地殼背景下，陸殼巖石由中上部部分熔融花崗質(zhì)(流紋質(zhì))巖漿，而在加厚地殼底部形成粗面巖(正長(zhǎng)巖)巖漿[25]。馬荃盆地火山巖不僅是早白堊世早期陸內(nèi)伸展(拉張)構(gòu)造環(huán)境下的產(chǎn)物，也是早白堊世早期加厚地殼背景中形成。贛杭構(gòu)造帶在晚中生代有大量的火山侵入活動(dòng)，構(gòu)成了一系列的火山盆地(馬荃盆地就是其中之一)，形成于大陸弧后拉張環(huán)境[26]；贛杭鈾成礦帶早白堊世(140Ma～100Ma)處于大陸弧向弧后拉張過(guò)渡期，晚白堊世(100Ma～80Ma)已完全處于弧后拉張環(huán)境[27]。華南地區(qū)伸展構(gòu)造起始時(shí)代約137Ma[28]，結(jié)合馬荃火山盆地大地構(gòu)造位置及巖體產(chǎn)出的構(gòu)造背景，推斷馬荃盆地內(nèi)火山巖是揚(yáng)子板塊和華夏板塊碰撞帶火山作用的產(chǎn)物[29-30]。

4 結(jié) 論

(1)馬荃火山盆地火山巖為一套鉀玄巖系列、過(guò)鋁質(zhì)玄武粗安巖、粗安巖系列，屬于粗面安山質(zhì)-粗面英安質(zhì)火山熔巖。其巖漿來(lái)源為高分異演化的殼源巖漿巖。

(2)馬荃盆地火山巖成因模式為殼源巖漿上升到近地表，結(jié)晶分異和同化混染作用同時(shí)進(jìn)行，為AFC模式。

(3)馬荃盆地火山巖是早白堊世早期陸內(nèi)伸展(拉張)構(gòu)造環(huán)境下的產(chǎn)物，是早白堊世早期加厚地殼背景中形成的，是揚(yáng)子板塊和華夏板塊碰撞帶火山作用的產(chǎn)物。