闽西南地区天池塘花岗闪长岩地质年代学和地球化学特征：对区域成矿作用的指示

2024-01-19范飞鹏康丛轩赵希林徐敏成沈莽庭朱意萍

现代地质 2023年6期

周延，范飞鹏，康丛轩，赵希林，肖凡，徐敏成，沈莽庭，朱意萍

(1.中国地质调查局南京地质调查中心，江苏南京 210016；2.环太平洋战略矿产资源联合研究中心，江苏南京 210016)

0 引言

中国东南沿海是东亚大陆边缘的重要组成部分，中生代发生了大规模的岩浆活动[1-6]，形成了众多内生金属矿床[7-13]。晚侏罗世以来，形成诸如紫金山铜金矿、悦洋银矿、马坑铁矿、梅仙铅锌矿、冷水坑银铅锌矿床和岩背斑岩型锡矿等一系列大型矿床[14-16]。闽西南地区地处华夏地块内部，位于武夷晋宁期变质陆核、赣南加里东褶皱带、闽粤赣海西凹陷带和闽东燕山期岩浆活动带的复合部位，也是东南沿海地区中生代岩浆作用十分强烈的地区之一[17-18]，成矿作用独特，有著名的紫金山高硫化型浅成低温热液型-斑岩型铜金钼矿床和马坑层控矽卡岩型铁矿。与紫金山式铜金矿床有关的花岗闪长(斑)岩体形成于110～95 Ma[19-22]，而与马坑式铁多金属矿床相关的花岗质岩体形成于130 Ma左右[23-27]，二者形成闽西南地区两类不同的成矿系统。紫金山和马坑的成矿岩体分别是前人认为的中生代古太平洋板块俯冲挤压-伸展转换期(145～125 Ma)和俯冲带后撤的后造山伸展期(125～90 Ma)两个不同的构造演化阶段的产物[2，8，14，18]，因此对晚中生代中酸性岩浆作用特征的研究是理解闽西南地区成矿机制的关键。紫金山火山盆地和闽西南坳陷之间的过渡地带与成矿相关的岩体特征及相关成矿作用还不明晰，制约了区域成矿潜力评价，位于该地区的天池塘花岗闪长岩与其外围的矽卡岩型铁铜矿床具有成因联系，是探索和对比区域岩浆成矿作用的典型岩体。

天池塘岩体位于福建省龙岩市北西，距离西侧紫金山矿田约25 km，距离南东侧马坑铁矿床约30 km，岩体外接触带分布着5处矽卡岩型铁铜矿床(点)，如天池塘铁铜矿、大东坑铁矿和秀东坑铁矿等，具有一定的找矿潜力。前人认为天池塘岩体是印支期内培斜岩体的边缘相或是加里东期岩浆作用的产物[28-29]，沈莽庭[30]在内培斜岩体南端获得两个锆石U-Pb年龄分别为(147.98±0.86)Ma和(143.0±1.1)Ma。显示研究区岩浆作用复杂，具有多期多阶段活动特征。

本次研究的天池塘花岗闪长岩与前人研究的内培斜岩体中的黑云母正长花岗岩和二云母花岗岩有很大差别，但与紫金山矿田的四坊花岗闪长岩和罗卜岭花岗闪长岩等成矿岩体具有相似特征，并显示出矽卡岩型矿床的成矿潜力。笔者拟对其开展锆石U-Pb年代学、岩相学及岩石地球化学研究，据此分析岩石成因及其构造环境；进一步与区域成矿岩体进行对比，以深化对区域成矿作用的认识。

1 地质背景与岩体特征

在漫长的地质构造演化过程中，闽西南地区中上地壳受到多期构造事件强烈改造，形成不同时期的区域性隆起和坳陷。经历了前泥盆纪基底变质、盖层沉积及构造活化三大阶段，形成了多类型沉积建造、多旋回构造-岩浆活动和多期成矿作用。

天池塘岩体总体位于区域性北东向政和—大埔断裂带与北西向上杭—云霄等断裂带的交汇部位，次级构造单元位于闽西南拗陷中部的胡坊—永定隆起带南端，属大田—龙岩复向斜构造体系(图1)。出露地层主要为晚古生代浅海、滨海相、海陆交互相及陆相的盖层岩系(图2)，其中上泥盆统以石英砂砾岩、石英砂岩为主的陆相碎屑岩建造；下石炭统—上二叠统以细碎屑岩、碳酸盐岩-含煤系碎屑岩为主的浅海-滨海相沉积建造；林地组、经畲组、船山组和栖霞组碎屑岩与碳酸盐岩相过渡处见层状和似层状Fe、Cu、Pb和Zn多金属矿化层[31]。受区域构造影响，形成了以北东向构造线为主的基本构造格架，构造形变以脆性断裂为主，主要为北东走向，北西向、东西向和南北向次之。受宣和复背斜影响，各种次级褶皱也比较发育。已有的同位素年龄数据将闽西南地区岩浆作用划分为加里东期、海西期、印支期、燕山早期和燕山晚期[18-19，23]。岩体主要沿北东向或北西向构造线展布，且多为复式岩体(图1)。燕山晚期局部出现火山喷发活动，形成白垩纪火山盆地。

图1 闽西南地区地质构造略图(据文献[18]修改)Fig.1 Geotectonic sketch map of southwestern Fujian region (modified from ref.[18])

图2 福建省龙岩市天池塘岩体地质略图(据文献[32]修改)Fig.2 Geological map of the Tianchitang intrusion in Longyan city，Fujian Province(after reference [32])

天池塘岩体整体呈弯月状南北向展布，南北长约10 km，东西最宽约2.5 km，面积约20 km2(图2)。岩体东南侧与内培斜二长花岗岩连成一片，二者呈侵入接触关系，并被晚期斑岩脉穿插。岩石类型以花岗闪长岩为主，花岗闪长斑岩次之。岩相分带明显，由中心向外粒度由中粗粒变为中细粒。岩体与晚古生代晚泥盆世—中二叠世地层呈侵入接触关系。与含钙地层接触带常发育少量矽卡岩型铁铜矿化，形成矽卡岩型铁铜矿体，矿体呈似层状、透镜状或不规则状，具明显的热液交代特征(图3(a)—(c)和(e))。当围岩为陆源碎屑物时，则沿构造破碎带形成热液充填型条带状或角砾状矿(化)体(图3(d))。有用矿物包括磁铁矿、镜铁矿及少量黄铜矿等，热液蚀变见矽卡岩化、硅化、角岩化、黄铁矿化和绢云母化等。

图3 天池塘铁铜矿8号勘探线剖面及矿体、矿石特征Fig.3 Profile of No.8 prospecting line and characteristics of the Tianchitang Fe-Cu orebodies and ores (a)磁铁矿体交代早期透辉石石榴石矽卡岩；(b)晚期方解石交代磁铁矿体；(c)含镜铁矿方解石脉交代早期矽卡岩；(d)角砾状镜铁矿石；(e)8号勘探线显示花岗闪长岩外接触带矽卡岩型矿体；Cal.方解石；Ig.镜铁矿；Mt.磁铁矿；Sk.矽卡岩；Ss.砂岩

2 样品信息与测试方法

样品采样地点见图2。样品D205-TW1采集于岩体南侧公路壁，样品D207-TW1采集于岩体北侧天池塘矿区外围新开挖的基岩露头。样品新鲜无蚀变，岩石地球化学样品与锆石样品采集位置样品相近。样品岩性均为花岗闪长岩(图4(a)—(e))。岩石总体呈中细粒花岗结构，块状构造。主要由石英(25%)、斜长石(50%)、钾长石(15%)、黑云母(5%)和角闪石(5%)等组成；钾长石呈自形板状，粒径0.4～4.0 mm，主要为正长石和微斜长石；斜长石呈自形长柱状，粒径0.4～4.0 mm；石英呈半自形-它形粒状，粒径0.4～3.0 mm；黑云母呈叶片状，粒径0.1～2.5 mm。局部见长石斑晶，粒径可达1 cm。

图4 天池塘花岗闪长岩野外露头及岩石学特征Fig.4 Photos of outcrops and petrologic characteristics of the Tianchitang granodiorite(a)(b)样品D205-TW1野外宏观露头及镜下特征(正交偏光)；(c)样品D207-TW1野外宏观露头以及花岗闪长岩与地层之间的侵入接触关系；(d)(e)样品D207-TW1手标本及镜下特征(正交偏光)；Bt.黑云母；Kf.钾长石；Pl.斜长石；Qz.石英

锆石矿物分选在河北省廊坊市诚信地质服务有限公司完成，锆石制靶和阴极发光图像拍摄在北京锆年领航科技有限公司完成。锆石测年实验在合肥工业大学LA-ICP-MS 实验室完成，采用的仪器型号为Agilent 7500a，激光剥蚀系统为Geo Las 2005。数据处理使用ICPMSDataCal软件[31-33]，年龄计算利用ISOPLOT(3.00版)软件[34]。

样品主量、微量和稀土元素的测试在国土资源部华东矿产资源监测检测中心完成。主量元素采用原子荧光光谱仪(AFS-2202a)结合滴定法测定，样品的含量由36种涵盖硅酸盐样品范围的参考标准物质双变量拟合的工作曲线确定。稀土元素和微量元素分析则采用电感耦合等离子体质谱仪(ELEMENT2)，分析精度相对误差符合DZ/T0130—2006行业标准。

3 分析结果

3.1 LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄

样品D205-TW1多为柱状自形晶。锆石长80～180 μm，宽50～ 90 μm，长宽比多在1:1～1:3之间。内部结构清晰，见少量包裹体，多具有明显的振荡式生长环带(图5(a))，Th含量24.1×10-6～57.1×10-6，U含量56.9×10-6～125.0×10-6，Th/U=0.38～ 0.58，具有岩浆成因特征[35]。206Pb /238U单点年龄分布区间为103.0～96.4 Ma，加权平均年龄为(100.7±1.0)Ma(MSWD=1.4，n=17)(图6(a))，指示岩体形成于晚白垩世早期。

图5 天池塘花岗闪长岩锆石阴极发光图像(标示年龄为锆石206Pb/238U年龄)Fig.5 Cathodoluminescence (CL)images and dating position of zircons from the Tianchitang granodiorite(the zircon 206Pb/238U ages are indicated)

图6 天池塘花岗闪长岩锆石U-Pb谐和曲线图(a)(b)和206Pb/238U年龄柱状图(c)(d)Fig.6 Zircon U-Pb concordia (a)(b)and weighted average (c)(d)diagrams of the Tianchitang granodiorite

样品D207-TW1多为柱状自形晶。锆石长约80～170 μm，宽50～80 μm，长宽比多在1:1～1:3之间。内部结构清晰，见少量包裹体，具有明显的振荡式生长环带(图5(b))，Th含量19.8×10-6～70.4×10-6，U含量62.5×10-6～375.0×10-6，Th/U=0.09～ 0.53(表1)，除一颗锆石外，均大于0.1，具有岩浆成因特征[35]。206Pb /238U单点年龄区间(103.0～97.8)Ma，加权平均年龄为(99.6±0.7)Ma(MSWD=0.8，n=18)(图6(b))，指示岩体形成于晚白垩世早期。

3.2 全岩元素组成

3.2.1 主量元素

主量元素分析结果见表2。SiO2含量为59.52%～66.45%，平均为62.58%，属于中性岩；Al2O3含量13.79%～16.34%，平均值15.55%；K2O含量为3.86%～4.43%，平均值4.20%；岩石全碱含量(Na2O+K2O)为6.49%～7.23%，平均值6.96%；K2O/Na2O含量为1.31～1.99，平均值1.55，相对富钾。里特曼指数(σ)为1.80～ 2.81，平均值为2.53，属钙碱性岩；铝指数(A/NCK)为0.85～1.56，平均为1.07，属准铝质-过铝质；碱度率(AR)为1.96～2.31，平均值为2.14，属钙碱性。

在SiO2-AR变异图(图7(a))中样品全部落入钙碱性系列区；在SiO2-K2O图解(图7(b))中样品落入高钾钙碱性系列区和钾玄岩系列区；在A/NCK-A/NK图解(图7(c))中样品落入偏铝质-过铝质区。与紫金山矿田成矿岩体-四坊花岗闪长(斑)岩和罗卜岭花岗闪长(斑)岩对比，都具有高铝、低钛和相对富钾的特点，均属于钾玄岩-高钾钙碱性系列，具有陆缘弧特征。

图7 天池塘花岗闪长岩及紫金山矿体成矿岩体主量元素判别图解Fig.7 Granite discrimination diagrams for major elements of the Tianchitang granodiorite and the ore-forming plutons in the Zijinshan deposit(a)AR-SiO2图解(底图据文献[36])；(b)SiO2-K2O图解(底图据文献[37])；(c)A/CNK-A/NK图解(底图据文献[38])

3.2.2 稀土元素和微量元素

稀土元素总量在193.32×10-6～231.04×10-6之间(表3)，(La/Yb)N为14.06～ 22.13，说明岩石发生了轻、重稀土的强烈分馏，呈轻稀土高度富集的分布模式，(Gd/Yb)N值在1.93～ 2.43之间，Y/Yb值在9.44～ 11.72之间，接近球粒陨石的Y/Yb值(Y/Yb=10)，说明样品的重稀土元素分馏程度中等。Eu/Eu*为0.61～ 0.84，平均值为0.75，显示弱负异常。在天池塘花岗闪长岩样品稀土元素球粒陨石标准化配分模式图(图8(a))中，配分曲线表现出右倾特征，轻稀土部分较陡，重稀土部分相对平缓的右倾型式，反映受源区制约明显。

表3 天池塘花岗闪长岩与紫金山矿田成矿岩体稀土和微量元素含量(10-6)

图8 稀土元素球粒陨石标准化配分图(a)(球粒陨石标准化数据引自文献[39])和微量元素MORB标准化图(b)(MORB指大洋中脊，其标准化数据引自文献[40])Fig.8 Chondrite-normalized REE pattern(a)(chondrite-normalizing values from reference [39])and MORB-normalized trace element pattern(b)(MORB-normalizing values from reference [40])

天池塘花岗闪长岩微量元素K/Rb平均值为215.62，Rb/Sr平均值为0.34，Sr/Ba平均值为0.68，Nb/La比值在0.27～0.41。在微量元素MORB标准化图(图8(b))上，所有样品均亏损Nb、Ta、Sr、Ti和P等高场强元素，富集Rb、Th、Zr和Hf等大离子亲石元素，同时具有较高的相容元素含量，Cr平均值55.48×10-6，Co平均值14.72×10-6，Ni平均值26.46×10-6。Ti、P的亏损指示存在磷灰石和钛铁矿的结晶分离作用。稀土和微量元素特征与紫金山矿田成矿岩体基本一致，但天池塘岩体相对更富集相容元素以及La、Ce等轻稀土元素。

4 讨论

4.1 岩石成因与构造环境

天池塘花岗闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(100.7±1.0)Ma和(99.6± 0.7)Ma，即晚白垩世早期。岩石地球化学特征显示出准铝质-过铝质特征，富集轻稀土和大离子亲石元素，亏损高场强元素，主量元素相对贫硅、富钾和镁，稀土和微量元素呈现Nb、Ta、Ti和Y负异常，低Nb/La值且无明显Eu负异常，以上特征与岛弧/活动大陆边缘钙碱性岩石相似[23]。Nb/Ta比值大部分在大陆地壳范围(Nb/Ta=10～14)[41]，表明岩浆源区以壳源为主，源区或受到了俯冲组分的影响，可能有地幔组分的加入[42]。在Pearce等[43]提出的花岗岩构造环境判别图上，天池塘花岗闪长岩与紫金山成矿岩体样品大多数投影于火山弧花岗岩区域，个别样品落于同碰撞花岗岩区(图9)。

图9 (Y+Nd)-Rb(a)和(Yb+Ta)-Rb(b)构造环境判别图解(底图据文献[43])Fig.9 Granite tectonic discrimination diagrams of (Y+Nd)vs. Rb (a)and (Yb+Ta)vs. Rb (b)(modified from ref.[43])VAG.火山弧花岗岩；ORG.洋脊花岗岩；Syn-COLG.同碰撞花岗岩；WPG.板内花岗岩

东南沿海地区中生代动力体制经历了从东西向构造为主的特提斯构造域向NNE—NE向构造为主的滨太平洋构造域的转换，170～150 Ma是特提斯构造体系向环太平洋活动边缘构造体系转换的时期[44-51]。燕山早期以后东南沿海已经开始受到古太平洋板块俯冲的影响[52-53]。燕山晚期花岗岩以钙碱性花岗岩为主，白垩纪晚期出现A型花岗岩[1，44，54]，标志着燕山期造山作用的结束[55]。在150～100 Ma，中国东南部受太平洋动力学体系的影响，造成沿海地区拉张伸展，地壳变薄，地幔上隆，地幔来源玄武质岩浆底侵，并使下部地壳部分熔融形成花岗质岩浆，形成了中国东南部地质历史上规模最大的花岗质火山-侵入杂岩[1，44]。闽西南地区是特提斯构造域向环太平洋大陆边缘构造域转换的典型地区，受大地构造背景控制，区内多期构造演化形成了复杂多变的构造单元格局和多种成岩成矿环境。岩浆岩作为深部过程的物质响应在该区广泛分布。在230～200 Ma形成了碰撞-挤压环境下的壳源型花岗岩，如形成于222 Ma起源于古老的变质沉积岩的小陶岩体[56]。中晚侏罗世(170～150 Ma)，发育壳源型过铝-弱过铝的花岗岩和二长花岗岩，过铝花岗岩形成的主要年龄集中在 159～156 Ma[57]，以汤泉岩体(162～156 Ma)和古田岩体(161 Ma)为代表，其岩浆源区主要由壳源物质组成，同时该时期已经有在伸展构造背景下形成的岩浆活动记录[58-60]。自早白垩世，壳幔混合作用开始显现，底侵作用使得地幔在“成分”和“热”两方面为岩体的形成提供条件。早白垩世晚期，随着伸展作用的进一步增强，岩石圈继续减薄背景下，地幔组分在花岗质岩浆的形成过程中贡献进一步增大[61-62]，形成130 Ma左右的马坑大洋和莒舟岩体[42，62]，以及100 Ma左右的紫金山矿田四坊岩体(108～105 Ma)、罗卜岭矿床赋矿花岗闪长斑岩(103～ 97 Ma)、浸铜湖矿床花岗斑岩((101.1±1.9)Ma)和天池塘花岗闪长岩(100～99 Ma)[21-22，63]。

目前，对于闽西南地区早-晚白垩世更替时期岩浆作用的报道仅限于紫金山地区，而本次发现的天池塘岩体位于紫金山早白垩世火山盆地与闽西南晚古生代坳陷的过渡地带，表明100 Ma左右与成矿相关的花岗闪长岩在闽西南地区是普遍发育的，为该区中生代花岗岩浆作用及其与成矿关系研究提供了新的思路。

4.2 区域成矿作用启示

前人研究表明，紫金山矿田主体成矿时代与晚白垩世早期花岗闪长岩类的成岩时代一致或稍后(表4)，花岗闪长(斑)岩是紫金山矿田最重要的成矿岩体[13，24，64-67]。天池塘花岗闪长岩与紫金山矿田成矿岩体，如四坊花岗闪长岩、罗卜岭赋矿花岗闪长斑岩等具有相似的成岩时代和地球化学特征(表2和表3)，并表现出一定的成矿潜力。但与紫金山成矿作用不同的是，天池塘地区形成规模较小的矽卡岩型铁矿(伴生铜)。而紫金山矿田则形成规模巨大的世界级斑岩-浅成低温热液成矿系统[68-70]。二者成矿作用差别显著，其控制因素值得进一步探讨。

表4 紫金山矿田成矿岩体年龄及相关成矿年龄

天池塘岩体与紫金山矿田成矿岩体地球化学特征和年龄相似，分异程度以及氧化性亦差别不大(图10)，Fe2O3/FeO值在0.8左右，Rb/Sr值在0.2～0.6之间，显示与Cu-Au成矿的亲缘性[71]，但天池塘岩体更加富集高场强元素、相容元素以及轻稀土元素，指示这些矿床应属于同一个成矿系列，但不同的局部构造环境中岩浆演化的细微差别造成了矿化类型的差异。

图10 岩体氧化态(Fe2O3/FeO)-分异程度(Rb/Sr)判别图解(底图据文献[71])Fig.10 Diagram of the oxidation state(Fe2O3/FeO)vs.degree of fractionation(Rb/Sr)for intrusive rocks(basemap modified from ref.[71])

晚侏罗世之后，闽西南区域背景逐渐转入引张状态，出现受北西向深大断裂控制的火山断陷盆地。紫金山矿田受北西向上杭—云霄断裂带控制，火山-侵入岩浆活动频繁，构成了一个比较完整的中酸性火山-侵入岩系列，发育晚白垩世火山洼地。紫金山地区火山岩地层几乎剥蚀殆尽，位于构造中心的英安玢岩小侵入体刚露出地表，则见到紫金山矿田典型的石英-明矾石型铜金矿床。石帽山群下部火山岩、潜火山岩颈、爆破角砾岩及花岗闪长斑岩(大多数隐伏于深部)构成的弯状火山构造构成了铜金矿床控矿构造[24]，深部的罗卜岭斑岩型铜钼矿则直接赋存于花岗闪长斑岩顶部。在抬升剥蚀剧烈的部位，斑岩体根部露出，则显露出类似钟腾铜钼矿的斑岩型矿床。

天池塘地区总体则受北东向构造控制，发育北东向断裂及背斜褶皱，不发育同期火山岩，缺少类似紫金山的岩浆热液分离的物理化学条件、热液流体运移的通道和矿物质卸载和存储的空间等。天池塘岩体周围主要发育产在晚古生代含钙质地层中的矽卡岩型铁铜矿化，矿石矿物以磁铁矿为主，可能反映岩体侵位较深，成矿温度较高。

基于以上认识，我们在以往研究基础上建立了闽西南地区铜多金属成矿模式图(图11)。在今后的找矿工作中应充分考虑岩浆成矿潜力以及局部构造环境双重因素，着重关注矽卡岩型或斑岩型铁铜矿化，将100 Ma左右的花岗闪长岩类作为闽西南地区找矿勘查的重要成矿要素和预测标志。