江西马荃盆地火山岩地球化学特征及成因分析

2023-08-14昝芳朱建林李栋雷炼张恒

云南地质 2023年2期

昝芳，朱建林，李栋，雷炼，张恒

(江西省地质局第六地质大队，江西鹰潭 335001)

马荃火山盆地位于江西鹰潭市余江区，属钦杭成矿带，赣杭火山岩铀成矿带，地跨江西、浙江两省，长约600km2[1-5]，分布数十个大小不等的火山盆地、火山穹窿。其中马荃火山盆地面积约200km2，处于余江-广丰、宜黄及安远-鹰潭三条深断裂交汇处。已发现1处铀矿床、3处铀矿点及4个铀矿化点[6-7]。已往学者对马荃盆地研究多集中在铀成矿规律及成矿前景预测，本文从火山岩岩相学、地球化学、大地构造背景、岩石成因等展开讨论，丰富该区成矿火山岩特征及成因机制等研究成果。

图1 马荃火山盆地区域地质图(据内部资料)

1 样品采集及测试

1.1 火山岩分布及样品采集

马荃盆地内广泛发育火山碎屑岩夹火山熔岩，据已有资料，粗安岩厚度30m～260m，未见底，铀矿化主要产于鹅湖岭组第三段火山熔岩(安山质角砾熔岩、粗安岩)中，研究所采集的样品主要为12件钻孔取样，岩性为粗安岩和安山质角砾熔岩。

1.2 样品测试

马荃盆地火山岩主微量元素(包括稀土元素)由中矿(天津)岩矿检测有限公司完成。主量元素测试采用的方法为湿化学(偏差优于1%)和ICP-AES，测试仪器为JY38S型电感耦合等离子体质谱仪。微量元素(包括稀土元素)采用实验的方法为ICP-MS，测试仪器为德国生产的高分辨率电感耦合等离子体质谱仪(Finnegan Element ⅡHR ICP-MS)。主量元素、微量元素分析结果见表1。

表1 马荃盆地火山岩地球化学数据

2 岩石学特征

粗安岩呈深紫红色，斑状结构，斑晶为斜长石6%及暗色矿物2%，基质由斜长石65%，半自形板状，长径0.5mm～1.2mm，普遍碳酸盐化；角闪石呈半自形柱状或菱柱状，长径0.7mm～1.5mm，见暗化边，碳酸盐化；黑云母呈半自形片状，片径0.5mm～0.8mm，见暗化边。基质为黄褐色玻璃质，呈玻晶交织结构，其间分布斜长石微晶、正长石微晶及角闪石、磁铁矿等。岩石见较多不规则形气孔及杏仁体，粒径0.1～0.35mm，个别0.5mm～1mm，充填物为碳酸盐、绿泥石，部分为萤石(图2a、2b)。

图2 马荃火山盆地火山岩镜下照片

安山质角砾熔岩呈青灰色、砖红色，火山角砾40%，火山岩屑20%，胶结物：安山岩27%。火山角砾呈棱角状-次棱角状，砾径2mm～10mm，为杏仁状安山岩，斑状结构，基质为玻晶交织结构。杏仁体充填物为碳酸盐、玉髓，边缘为细小石英颗粒。岩屑呈棱角状-棱角状，局部见圆化，粒径0.5mm～2mm，成分与火山角砾基本相同。胶结物为熔岩(安山岩)，具斑状结构，基质玻晶交织结构。斑晶为斜长石(粘土化)，局部见角闪石(碳酸盐化)，见较多杏仁体，充填物为玉髓。另见较多点状或粉末状铁质散染分布(图2c、2d)。

3 火山岩地球化学特征及构造背景

3.1 主量元素地球化学特征

马荃盆地火山岩岩石地球化学分析结果见表1。12件样品中，SiO2含量(wt)53.18%～63.47%，属中性岩类。火山岩TAS图解(图3)，样品均落在玄武粗安岩-粗安岩区域，结合手标本以及岩石特征，可以判断12个火山岩样品为玄武粗安岩、粗安岩。从SiO2-K2O判别图上(图4)，样品均落在钾玄岩系列区域，属于钾玄岩系列。铝饱和指数A/CNK，A/CNK最大1.88，最小1.02，平均值为1.37，属过铝质岩石。

图3 马荃盆地火山岩TAS图解

3.2 微量元素地球化学特征

岩体微量元素原始地幔蛛网图(图5)显示，高场强元素Nb、Ba、Ti存在明显负异常，表明有地壳物质参与[9]。蛛网图中可见显著的Sr负异常和P负异常，总体表现壳源弧岩浆岩特征[10-11]；K元素呈明显负异常，指示相较于原始地幔，火山岩经历热液蚀变作用。岩石Rb/Sr为0.11～0.72，平均值0.25；Rb/Ba为0.06～0.34，平均值0.16，远高于原始地幔相应比值(Rb/Sr=0.029、Rb/Ba=0.088)，指示火山岩可能来源于一种高度分异演化的岩浆[12]。

图5 马荃盆地火山岩微量元素原始地幔标准化蛛网图

3.3 稀土元素地球化学特征

根据图1分析结果，岩石稀土总量高(∑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，属于轻稀土富集型，具较强的轻重稀土分异特点。δEu为0.80～0.88，平均0.84<1，铕具负异常，为铕亏损型[13-14]。说明岩浆演化过程中发生了较强的斜长石分离结晶作用[15]。

岩石稀土元素球粒陨石标准化分配模式图呈“V”字状(图6)，LREE一侧较陡，样品分异一致性较好，富集明显，HREE分馏不明显，大部分样品富集明显，部分样品不明显[16]，表现出区内不同地段火山岩可能为同源火山岩[17]。部分样品表现的不一致性，结合取样位置及岩心特征，显示不同岩性的样品其稀土富集趋势不同，总之赣杭铀成矿带资料表明，铀元素的含量和重稀土富集有直接关系，铀元素含量越高，重稀土越富，反之则越贫。

图6 马荃盆地火山岩稀土元素球粒陨石标准化型式图

3.4 火山岩成因分析

华南地区至少经历了4期区域规模的大陆动力学过程，除新元古代和晚中生代具活动陆缘背景外，均在板块内部发生完成[18]。其中，中生代地质构造的发生与演化与区域成矿关系最密切，其主体为古大陆边缘再造至陆内构造[19]，构造形式以拉张和挤压运动为主，且拉张较为频繁[20]。中侏罗世晚期，华南地区以挤压运动为主，表现为大规模褶皱且地壳加厚[21]。白垩纪基本处于拉张构造环境中。形成一套长英质火山岩，包括流纹岩、粗面岩、流纹质熔结凝灰岩、流纹质凝灰岩和火山角砾岩等[22]。通过相关构造判别图(图7、图8)，马荃盆地火山岩样品均落在陆内玄武岩拉张区域，判定为碰撞后的陆内伸展(拉张)环境。

大量资料表明，安山岩成分变化较大，成因机制也较为复杂，玄武质岩浆结晶分异作用可形成安山质岩石；玄武质岩浆结晶分异及同化混染作用相结合也可形成安山岩(AFC模式)；玄武质岩浆与流纹质岩浆通过岩浆混合作用也可以形成安山质岩石。马荃火山盆地火山岩地层与下伏地层接触部位岩性完整，在下伏岩石中隐约可见受烘烤而形成的退色薄边，有时有围岩捕虏体。结合地球化学数据分析，K元素严重亏损，认为火山岩在岩浆结晶分异过程中，与围岩存在同化混染作用，即AFC模式。

此外，通过对马荃盆地火山岩进行以上研究，马荃盆地火山岩属于钾玄岩系列、过铝质粗面安山质-粗面英安质火山熔岩，岩浆来源为高分异演化的壳源弧岩浆岩，且都为同源岩浆岩。区内火山岩属于与岛弧-同碰撞有关的大地构造环境。在正常地壳厚度或者加厚地壳背景下，陆壳岩石由中上部部分熔融花岗质(流纹质)岩浆，而在加厚地壳底部形成粗面岩(正长岩)岩浆[25]。马荃盆地火山岩不仅是早白垩世早期陆内伸展(拉张)构造环境下的产物，也是早白垩世早期加厚地壳背景中形成。赣杭构造带在晚中生代有大量的火山侵入活动，构成了一系列的火山盆地(马荃盆地就是其中之一)，形成于大陆弧后拉张环境[26]；赣杭铀成矿带早白垩世(140Ma～100Ma)处于大陆弧向弧后拉张过渡期，晚白垩世(100Ma～80Ma)已完全处于弧后拉张环境[27]。华南地区伸展构造起始时代约137Ma[28]，结合马荃火山盆地大地构造位置及岩体产出的构造背景，推断马荃盆地内火山岩是扬子板块和华夏板块碰撞带火山作用的产物[29-30]。