广东省翁源县丘屋矿区地球化学分析及大地构造意义

陈志柠

（广东省地质局第三地质大队，广东 韶关 512029）

在1 比5 万隘子幅区调中，在翁源县丘屋地区金竹坑发现出露安山岩、粗安岩、流纹英安岩、次流纹斑岩、次英安斑岩等中酸性火山岩。丘屋地区可能存在古火山口，且丘屋矿区存在金矿化异常区，金矿化与火山岩有较密切的成因联系。本次论文对安山岩其主微量元素的分析研究，初步探讨其成因及大地构造环境。

1 区域地质背景

丘屋地区位于广东省翁源县新江镇北约8km,其区域位置处于华南加里东褶皱带、加里东后期湘南—粤北海西—印支凹陷区内，地处北江断裂与大东山—贵东东西向构造岩浆带的复合部位。

2 安山岩岩相学特征

丘屋地区安山岩，呈浅紫灰色，斑状结构，风化面见清晰的定向流动构造。斑晶主要为石英（约5% ～7%）、碱性长石（约5%）、斜长石等（约7%），粒径在0.5mm ～1.5mm之间，均为浅灰白色，呈被熔蚀外形。基质成分主要为微晶—隐晶质的长英质和暗色矿物组成，暗色矿物主要为黑云母，约占10%；偶见直径1mm的紫苏辉石。

岩石在镜下：主要由粒径0.26mm ～1mm 的他形石英、半自形板状钾长石、斜长石为斑晶和粒径0.008mm ～0.08mm 隐晶—微晶长英质与细鳞片状黑云母、白云母、微量不透明矿物分别聚集形成的平行相间定向排列的基质组成，构成斑状结构，基质为显微鳞片显微嵌晶结构，流动构造。其中：石英斑晶含约3% ～5%，半自形粒状，分散分布。钾长石斑晶含约8%，半自形板状，表面泥化混浊状。斜长石斑晶含约8%，半自形板状，发育聚片双晶，弱绢云母化。基质含约80%，主要为石英、长石（约22%）、黑云母（约30%）、白云母（约6%）。石英（约20%），或以细小添隙物形式填充于长石之间，或包裹包裹细小长石微晶；与条带状黑云母、白云母平行相间定向排列。少量不透明矿物分散分布在黑云母条带中。

3 安山岩地球化学特征

丘屋地区地表岩石风化强，本次只采集了1 块微弱风化无蚀变的样品，由湖南省矿产测试利用研究所分析。

3.1 主量元素特征

安山岩主量元素质量分数和CIPW标准矿物计算结果见表1。其中，SiO2（62.66%），Al2O3（16.75%），K2O （3.13%），Na2O（3.33%），K2O+Na2O（6.46%）的特征和MgO（3.02%），Mg#=49.7，铝指数A/CNK=1.519，N（K2O）/N（Na2O）=0.62<1，碱度率（AR）为2.13<3.3，显示为过铝质钙碱性安山岩。

用上述分析数据进行投点。图1 为火山岩全碱－硅（TAS）分类图投点，样品落在安山岩区内。图2 为AFM 图解，样品落在低镁钙碱性区域内。图3 为岩石系列K2O-SiO2图解，样品落在高钾钙碱性系列。因此，样品为过铝质高钾钙碱性系列安山岩。

图1 火山岩全碱－硅（TAS）分类图

图2 AFM 图解

表1 主量元素（%）、CIPW 矿物分析

表2 安山岩稀土元素分析结果（10-6）

表3 安山岩微量元素分析结果（10-6）

图3 岩石系列K2O -SiO2 图解

3.2 稀土元素特征

丘屋地区的高钾钙碱性安山岩的稀土元素（表2）的总丰度很高，ΣREE=501.70×10-6；轻稀土富集，LREE/HREE=19.14，轻重稀土分馏程度高；δEu= 0.7805，δCe= 0.85，显示出有弱铕亏损、铈亏损。La含量高达132.6×10-6，LaN/LuN 比值很高，为81.44。

3.3 微量元素特征

丘屋地区安山岩微量元素（表3）特征表现为大离子富集大离子亲石元素（LILE）K、Rb、U、Th 及轻稀土元素，而亏损高场强元素（HFSE）Nb、Ta、P、Sr、Ti，弱亏损Y、Yb ；Rb为正异常。

4 岩浆源区性质、成因大地构造背景

岛弧安山岩具有：ω（SiO2）=50 ～66%，FeO*/MgO<2.0， K2O/ Na2O<0.6(K2O 向大陆方向变大）；以低钾安山岩为主，英安岩、流纹岩少，高铝玄武岩多，火山碎屑较少。丘屋地区高钾安 山 岩，具 有ω（SiO2）=62.66%，FeO*/MgO=2.038>2.0， K2O/ Na2O=0.94>0.6，说明丘屋地区火山岩与活动陆缘环境关系密，而且形成于往大陆方向。

据李昌年的研究，丘屋地区的高钾安山岩轻稀土富集程度高，LaN/LuN 比值很高（为81.44），重稀土含量很低说明石榴石分离出熔体，也说明安山岩浆不是玄武岩浆分离结晶作用形成的，与俯冲作用有关的活动大陆边缘的构造背景有关。

Atherton 等提出下地壳铁镁质岩石直接部分熔岩形成的岩浆，由于未与地幔相互作用，Mg#值小于45 ； Rapp 认为单纯的基性岩石部分熔岩Mg#值也不会超过45 ； Kelemen 则提出Mg#>60 和Ni>100×10-6的高镁安山质岩浆很可能与地幔橄榄石是平衡的，代表了地幔熔体。丘屋地区安山岩的Mg#为49.7（大于45 而小于60），Ni 为11.27×10-6，远小于100×10-6，表明丘屋地区安山岩源区可能为向下俯冲板片岩石，而未与地幔相互作用。丘屋地区安山岩的Th/U 比值分别为5.07，而附近大宝山次英安斑岩的Th/U 比值为5.14~5.49，二者比值非常接近，而且均为钙碱性系列火成岩，富集大离子亲石元素（如Rb、Th、U、La、Ce、Pb 等) 和轻稀土元素, 相对亏损Sr、Ba 和重稀土。由此可初步判断安山岩与次英安斑岩为同源岩浆分异产物。王磊通过U-Pb 法测定次英安斑岩年龄，其上限值177 ～175Ma，指示出次英安斑岩真实侵入年龄。因此丘屋地区安山岩应该形成于早侏罗世。

微量元素特征显示丘屋地区安山岩与岛弧火山岩有一定的相似性，如大离子富集大离子亲石元素K、Rb、U、Th 及轻稀土元素，而亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti ；Rb 为正异常，低Yb、Y ；但也有不同的特征，岛弧的为高Sr 含量和高Sr/Y 和低Rb/Sr 比值。利用Nakamura 等研究成果，丘屋地区安山岩K* 为0.93<1，显示安山岩浆有微弱的岛弧性，火山岩所在处距离岛弧较远；并且Sr* 为0.06，说明安山岩浆的形成发生明显的斜长石结晶分离，安山岩形成与削减作用关系不大。图4 Rittmann logτ与logσ 投影图解、图5 Batchelor R2 － R1 花岗岩成因分类图解，说明安山岩形成于晚造山期的火成岩；图6 通过Pearce 构造环境Rb － Y+Nb 判别图显示，丘屋地区安山岩形成于岛弧环境；图7 Pearce 玄武岩构造环境判别图解(Th/Yb—Ta/Yb) 对安山岩进一步划分，火成岩形成于活动大陆边缘（陆缘弧）地区。以上说明，安山岩的形成于活动大陆边缘（陆缘弧）的环境。

图4 Rittmann 方法投影，用logτ 与logσ 投影图解

图5 Batchelor R2 － R1 花岗岩成因分类图解

图6 花岗岩构造环境Rb － Y+Nb 判别图

图7 Pearce 玄武岩构造环境判别图解(Th/Yb-Ta/Yb)

5 安山岩成因探讨

综合上述数据分析，丘屋地区的安山岩形成于俯冲作用的活动大陆边缘的陆缘弧环境。由于高角度俯冲作用，大洋岩石圈消减带（贝尼奥夫带）向下俯冲至约100km的深处，含水矿物发生强烈的脱水反应，水进入高温地幔楔形区（为大陆岩石圈板块）。这样高温的含水地幔楔形区，起始熔融的温度大大降低，使得地幔局部熔融，可能熔融了榴辉岩，形成富含LREE 的岩浆。在经历早期的俯冲，形成造山运动；随着进一步俯冲作用，摩擦诱发的上地幔对流发展到670km 时将全部或大部分被反折形成向上的环流，引发弧后扩张，岩石圈拉张- 减薄，并引发岩浆侵入、喷出等活动。在弧后扩张机制及所处陆缘弧环境的条件下，岩浆上升过程经过结晶分异，最终形成高钾钙碱性安山岩岩浆并喷出地表。

丘屋地区安山岩形成于早侏罗世，粤北处于弧后扩张引发地壳伸展- 减薄的大地构造背景，安山岩产于活动大陆边缘（陆缘弧），可能与板块俯冲的大陆边缘（陆缘弧）的弧后扩张有关。其岩浆主要为壳源，并混染了交代地幔的熔体。早侏罗世造山运动形成丘屋地区火山岩，随后火山喷发的晚期进入喷发松弛阶段，中性岩浆（次英安斑岩）沿断裂上涌，带来大量的成矿热液，是丘屋地区成矿活动重要的岩浆活动。