朱溪矿集区张家坞花岗闪长斑岩地球化学特征及其意义

王和平,陈 祺,欧阳永棚,王淼林,饶建锋,魏 锦

(1.江西省地质矿产勘查开发局 九O一地质大队,江西 萍乡 337000; 2.江西省地质矿产勘查开发局 九一二大队,江西 鹰潭 335001)

江西省朱溪矿集区位于扬子板块与华夏板块碰撞拼接的钦杭结合带东端,横跨了扬子板块下扬子地块江南东部隆起带九岭逆冲隆起和钦杭结合带北段萍(乡)万(年)叠覆带萍乡—乐平拗陷[1],处于滨太平洋成矿域下扬子成矿亚省江南隆起东段Au-Ag-Pb-Zn-W-Mn-V-萤石成矿带,横跨九岭—鄣公山隆起Cu-Pb-Zn-W-Sn-Au成矿亚带和萍乡—乐平燕山期Cu-Pb-Zn-Au-Ag-Co-煤-高岭土成矿亚带,主体隶属于塔前—清华Cu-Au多金属成矿远景区[2]。

近年来江西省地质矿产勘查开发局在该区域开展了地质矿产调查和矿产勘查,在张家坞地区发现含铜花岗闪长斑岩,该区良好的区域成矿背景指示了张家坞地区具有较大成矿潜力。

本文通过对张家坞地区黄铜矿化花岗闪长斑岩开展岩相学和地球化学特征研究,探讨其动力学背景及其成矿潜力,以期为下一步在朱溪矿集区的找矿工作提供理论依据。

1 区域地质背景

朱溪矿集区地质简图如图1所示(据文献[3]修改)。

图1 朱溪矿集区地质简图

研究区大地构造位置处于扬子板块与华夏板块碰撞拼接的钦杭结合带江西段[1-2],属扬子地层区的一部分。区内地层具有典型的二元结构,由变质基底和沉积盖层组成。基底地层为新元古代万年群,为一套深海盆地相夹浊流沉积的泥砂质建造。沉积盖层主要由泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系和第四系组成。

地表出露的岩浆岩规模相对较小,其形态多呈脉状,少数呈岩株、岩瘤状产出,属浅成-超浅成相。岩浆岩类型从超基性-基性至中酸性-酸性均有产出,但以中酸性-酸性岩浆岩为主。此外,在新元古代万年群浅变质岩中亦见有变质海相火山岩,岩性主要为变细碧岩(青盘岩化)-石英角斑岩系的变质熔岩和变质火山碎屑岩(变余)沉凝灰岩、变余凝灰质砂岩等。

2 岩石学特征

花岗闪长斑岩侵入体位于华子峰、岩口以东,张家坞以北,零星状产出,面积0.63 km2,呈不规则葫芦状或不规则状,其野外特征及岩相学特征如图2所示。朱溪矿集区张家坞花岗闪长斑岩QAP图解如图3所示。

Afs—碱性长石 Bt—黑云母 Qz—石英 Pl—斜长石 Py—黄铁矿 Clp—黄铜矿

图3 朱溪矿集区张家坞花岗闪长斑岩QAP图

该花岗闪长斑岩地表主体侵位于石炭纪—二叠纪地层中,深部亦可见其侵位于新元古界万年群。岩体周围发生了明显的接触热变质作用和接触交代作用。其中热变质作用主要包括大理岩化和角岩化,大理岩化过程中形成了大理岩及大理岩化灰岩,角岩化过程则形成了角岩及角岩化岩石,主要分布于侵入体南接触带,热变质范围最大宽约125 m,北接触带热变质作用微弱。接触交代作用主要形成矽卡岩化岩石,甚至矽卡岩,分布于二叠纪碳酸盐岩地层中,多呈透镜状捕虏体出现,与黄铜、黄铁矿化关系密切,岩体边部发生强烈的同化混染作用。

花岗闪长斑岩呈浅灰色,斑状结构,块状构造(图2b)。斑晶主要为斜长石(30%～35%)、石英(15%～20%)、碱性长石(5%～8%)及少量黑云母(5%～8%),在QAP图解中,落入花岗闪长岩区域。斜长石斑晶呈板柱状和粒状,半自形-它形,粒径约1.0～2.0 mm,具聚片双晶和环带结构,有泥化(图2c)。石英斑晶呈它形粒状,粒径约0.5～1.5 mm,无色透明,正低突起,无解理,一级灰白干涉色(图2c)。碱性长石斑晶呈板柱状和粒状,半自形-它形,粒径约0.5～1.0 mm,主要为正长石,具卡氏双晶,有泥化(图2c)。黑云母斑晶呈片状,较自形,粒径约0.3～1.0 mm,大部分已蚀变退色并析出铁质,部分有绿泥石化(图2c)。基质主要为微粒状长石和石英。岩石具黄铁矿化和黄铜矿化(图2d),黄铁矿呈细粒状和微粒状,它形,在薄片中黑色不透明,在反射光下呈浅黄色;黄铜矿呈微粒状,它形。

花岗闪长斑岩侵入体中局部见石英闪长玢岩、石英正长斑岩,与花岗闪长斑岩呈渐变过渡关系,岩性特征基本相似,仅矿物成分有异,分布无规律。

3 岩石地球化学特征

主量和微量、稀土元素分析在江西省地质矿产勘查开发局九一二大队实验室完成。主量元素采用X射线荧光光谱方法分析完成,微量、稀土元素采用电感耦合等离子体质谱仪完成。

张家坞花岗闪长斑岩主量元素质量分数分析结果见表1所列,稀土、微量元素分析结果见表2所列,A/CNK-A/NK图解如图4所示(底图据文献[4])，稀土元素球粒陨石标准化配分曲线如图5所示,微量元素原始地幔标准化蛛网图如图6所示,标准化数据来源于文献[5]。

表1 张家坞花岗闪长斑岩主量元素质量分数分析结果 %

表2 张家坞花岗闪长斑岩稀土、微量元素质量分数分析结果

续表

注:各元素、ΣREE、ΣLREE、ΣHREE的数值均乘以10-6后为对应项目的质量分数。

图4 张家坞花岗闪长斑岩A/CNK-A/NK图解 图5 张家坞花岗闪长斑岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线

图6 张家坞花岗闪长斑岩微量元素原始地幔标准化蛛网图

(1) 主量元素特征。由主量元素质量分数分析结果可知，w(SiO2)为66.60%～66.84%,w(Al2O3) 为15.64%～16.70%,w(TiO2) 为0.43%～0.47%,w(MgO) 为1.11%～1.29%,w(CaO) 为3.70%～4.62%,w(K2O) 为5.28%～5.94%,w(Na2O) 为3.23～3.66%,w(K2O+Na2O)为8.76%～9.60%,A/CNK值为1.18～1.27,A/NK值为1.65～1.83,在A/CNK-A/NK图解中,显示为过铝质花岗闪长岩。

(2) 稀土、微量元素特征。稀土元素(rare earth element,REE)总质量分数ΣREE为(85.55～101.77)×10-6,平均为92.98×10-6;轻稀土元素(light rare earth element,LREE)总质量分数ΣLREE为(69.89～82.65)×10-6,平均为75.64×10-6;重稀土元素(heavy rare earth element,HREE)总质量分数ΣHREE为(15.26～20.62)×10-6,平均为17.34×10-6;轻重稀土元素总质量分数比值(ΣLREE/ΣHREE)为3.94～4.61,(La/Yb)N值为9.86～16.72,表明轻重稀土元素分馏明显。δEu值为0.81～0.92,表现出Eu的负异常。8个岩石样品球粒陨石标准化曲线变化一致,表现为明显的右倾曲线。

从图6可以看出,花岗闪长斑岩样品微量元素总体配分模式基本一致。花岗闪长斑岩富集Rb、Th、U、K等大离子亲石元素,亏损Ta、Nb、P、Ti等元素。P元素的亏损说明在岩浆演化过程中可能有磷灰石等含磷矿物的分离结晶作用,Ti元素的亏损说明在岩浆演化过程中可能存在钛铁矿、榍石等含钛矿物的分离结晶。

4 讨 论

4.1 岩石成因

张家坞花岗闪长斑岩主量、微量元素分析结果表明,w(SiO2)为66.60%～66.84%(平均66.71%),w(Al2O3) 为15.64%～16.70%(平均16.10%),w(MgO) 为1.11%～1.29%(平均1.21%),w(Sr) 为(382.9～529.4)×10-6(平均433.8×10-6),w(Y)为(7.32～14.33)×10-6(平均9.54×10-6),w(Yb) 为(0.54～1.04)×10-6(平均0.70×10-6),具有高Si、高Al,相对低Mg、高Sr,低Y 、Yb,LREE富集等特征,这些地球化学特征与埃达克(质)岩地球化学特征(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,本文认为张家坞花岗闪长斑岩为埃达克岩。

目前,学术界对于埃达克岩的成因还存在争议,综合各种岩石学研究来看,主要有以下5种观点:① 来源于俯冲大洋板块的部分熔融[6];② 来源于加厚下地壳部分熔融[7-10];③ 来源于拆沉下地壳的部分熔融[7-9];④ 来源于在石榴石稳定和/或含水或角闪石脱水熔融条件下玄武质岩石的部分熔融[11-13];⑤ 来源于幔源镁铁质岩浆与壳源长英质岩浆混合[14]。

张家坞花岗闪长斑岩具有低Mg、Ni及Cr特征;在显微镜下观察以及追溯野外露头,并未发现暗色包体。从地球化学特征分析,其A/CNK值为1.18～1.27,平均大于1.10,为过铝质花岗岩;w(Nb)/w(Ta)为9.84～23.90,平均为16.04,略高于地壳值(11.00～13.00)[15-16];w(Zr)/w(Hf)为31.91～36.39,平均为33.76,接近壳源岩石(约33.00)[17];w(Nb)/w(U)为2.77～3.44,平均为3.13,明显低于原始地幔(30.00)。以上特征说明,张家坞花岗闪长斑岩原始岩浆无幔源岩浆参与,可排除原始岩浆来源于幔源镁铁质岩浆与壳源长英质岩浆混合和来源于拆沉下地壳的可能性。不同于来源俯冲大洋板块部分熔融岩浆形成的长江中下游埃达克(质)岩(低K),张家坞花岗闪长斑岩为富K的C型埃达克(质)岩,另外由俯冲熔融形成的埃达克岩往往具有低的w(Rb)/w(Sr)比值[18],而张家坞花岗闪长斑岩具有相对高的w(Rb)/w(Sr)(0.37～0.55),因此,可排除俯冲大洋板块的部分熔融。

张家坞花岗闪长斑岩SiO2-MgO图解如图7所示(底图引自文献[19])。

图7 张家坞花岗闪长斑岩SiO2-MgO图

张家坞花岗闪长斑岩具有高Si、富K、低Mg等特征，与来源于加厚下地壳部分熔融产生的埃达克(质)岩特征相符合,在SiO2-MgO图解中,所有花岗闪长斑岩样品落入增厚下地壳熔融形成的埃达克(质)岩中。因此,本文认为张家坞花岗闪长斑岩岩浆来源于加厚下地壳部分熔融。

4.2 动力学背景

塔前—大游山地区构造活动频繁,在漫长的地壳演化历史进程中,主要经历了四堡-晋宁期强烈褶皱作用、加里东期褶皱叠加和北东向韧性变形作用、印支-华力西期陆内变形及陆内造山作用和燕山-喜山期陆内造山及伸展作用等[1-2]。

文献[20]通过激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪开展锆石U-Pb定年,测得张家坞花岗闪长斑岩成岩年龄为(155.6±1.9) Ma,形成于中侏罗世。在燕山期,研究区内正经历陆内造山及伸展作用。由于张家坞花岗闪长斑岩来源于加厚下地壳的部分熔融,表明研究区已完成陆内造山作用,正经历岩石圈伸展作用。中-晚侏罗世(165～155 Ma)是华南地区全面走向伸展-裂解时期,软流圈上涌导致玄武质岩浆底侵的背景下同时形成了晚中生代大花岗岩省[21-23]。文献[24-28]通过研究华南变质核杂岩、花岗岩,认为在中生代华南地区存在岩石圈伸展减薄事件。综合以上研究成果,本文认为由于受岩石圈伸展作用的影响,软流圈上涌,对下地壳产生底劈作用,为下地壳岩石的熔融提供热量使下地壳发生部分熔融,岩浆沿构造向上运移,形成张家坞花岗闪长斑岩。

4.3 成矿潜力分析

一般认为,斑岩成矿来源于俯冲洋壳部分熔融形成[29-31],全球大型斑岩铜矿多分布于岛弧和大陆边缘弧环境,但是在我国华南出现大量陆内斑岩型铜矿,与岩石圈伸展作用有关[32],成矿期集中在180～170 Ma[22,33]、165～155 Ma[21,23]、105～90 Ma[33]。塔前—大游山地区大地构造位置位于钦杭成矿带上,在成矿带上分布德兴铜矿、永平铜矿、东乡铜矿、红山铜矿等斑岩型铜矿,在张家坞地段附近更是发现了朱溪钨铜多金属矿床。张家坞花岗闪长斑岩在年代学上处于华南重要的铜成矿期,具有岩石圈伸展构造背景。以上研究结果表明,张家坞地段在成矿区域地质背景和成矿年代学上均具有形成铜矿优势。

文献[34]对横路—赋春成矿带内浅变质岩进行研究时,测得Cu等成矿元素在新元古界万年群浅变质岩中含量是地壳元素丰度值的几倍至几十倍。塔前—大游山地区基底地层为新元古代万年群浅变质岩,具备为铜矿化提供初始成矿物质的基础条件。研究区经历了多期多阶段的构造运动,出露脆性断裂构造、韧性剪切系统、推滑覆构造,这些广泛发育的构造可以成为良好的导矿通道。

有关岩石学研究表明,压力越高,金属元素越容易储存在流体中,在岩浆从深处往浅处运移的过程中,岩浆流体将出熔,由于压力的释放,金属元素将进入到岩浆流体中[35-37],顺着导矿构造迁移,富集成矿。花岗闪长斑岩来源于加厚的下地壳部分熔融,意味着岩浆来源于相对高温、高压环境下,具有较强的携带成矿物质迁移能力。同时在显微镜下观察可见黄铜矿化,佐证了成岩岩浆中携带Cu元素。另外,相关研究发现,在华南地区,与斑岩铜矿成矿作用有关的岩石具有高钾钙碱性特征,与Cu-Mo-Au 矿床有关的花岗岩稀土配分呈右倾的陡倾斜,δEu分馏不明显,大多数与成矿有关的花岗岩均呈亏损 Nb、Ta、Ti等特征[38]。这与本次发现的花岗闪长斑岩岩石地球化学特征相似。

综上所述,本文认为塔前—大游山地区具有良好的斑岩型铜矿成矿潜力。

5 结 论

(1) 张家坞花岗闪长斑岩具高Si、高Al、高碱等特征;稀土元素数据显示轻重稀土元素分馏明显,Eu呈负异常,球粒陨石标准化曲线表现出明显的右倾趋势;富集Rb、Th、U、K等大离子亲石元素,亏损Ta、Nb、P、Ti等元素;具高Sr,低Y、Yb,LREE富集等特征。这些地球化学特征与埃达克(质)岩地球化学特征类似。

(2) 花岗闪长斑岩具有高Si,富K,低Mg,低Ni、Cr等特征,与来源于加厚下地壳部分熔融产生的埃达克(质)岩地球化学特征相符合。对于成岩时的动力学背景,本文认为由于受岩石圈伸展作用的影响,软流圈上涌,对下地壳产生底劈作用,为下地壳岩石的熔融提供热量，使加厚的下地壳发生部分熔融,进而导致岩石圈减薄。

(3) 张家坞花岗闪长斑岩在年代学上处于华南重要的成矿期,具有岩石圈伸展构造背景;基底地层具有较高的Cu元素丰度值;发育较多的脆性断裂构造、韧性剪切系统、推滑覆构造;花岗岩具有与华南地区成矿花岗岩相似的地球化学特征。本文认为塔前—大游山地区具有良好的斑岩型铜矿成矿潜力。