李艷紅,唐 煒,陳 祺,鄒 靜,饒建鋒,歐陽永棚,武 彬
(1江西省礦產(chǎn)資源保障服務(wù)中心,江西南昌 330025;2江西省地質(zhì)局九一二大隊,江西鷹潭 335001;3中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心,江蘇南京 210016)
巖漿活動為內(nèi)生金屬礦床的形成提供成礦物質(zhì)來源、流體來源、熱能等。朱溪礦集區(qū)地處揚子板塊與華夏板塊碰撞拼接的欽杭結(jié)合帶,巖漿活動強烈且頻繁。已有年代學(xué)數(shù)據(jù)表明,朱溪礦集區(qū)在晉寧晚期(萬浩章等,2015)、華力西期(劉戰(zhàn)慶,2016)、燕山早期(李巖等,2014;劉善寶等,2014;劉戰(zhàn)慶等,2014;王先廣等,2015;胡正華等,2015;Chen et al.,2016;霍海龍等,2018;Song et al.,2018;Pan et al.,2018;饒建鋒等,2020)、燕山晚期(劉戰(zhàn)慶等,2016;劉經(jīng)緯等,2016)等均有巖漿活動事件。近日,筆者在朱溪礦集區(qū)棗林地段新發(fā)現(xiàn)黑云母石英二長斑巖,通過對其開展年代學(xué)和地球化學(xué)特征研究,發(fā)現(xiàn)其具埃達克質(zhì)巖的特征。近些年來,埃達克巖的形成環(huán)境由年輕的、熱的洋殼熔融產(chǎn)生擴大至各種構(gòu)造環(huán)境,包括俯沖帶、大陸板塊、碰撞造山帶等(Defant,2002;Castillo,2006),可以為區(qū)域地球動力學(xué)提供部分指示意義。研究表明,埃達克巖與銅、金成礦具密切聯(lián)系(Oyarzun et al.,2001;Zhang et al.,2006;Hou et al.,2006;王 元 龍 等,2003;張 旗 等,2004;汪洋等,2004)。朱溪礦集區(qū)內(nèi)已探明多處銅礦床或礦點,如朱溪鎢銅礦床、橫路銅礦點、張家塢銅礦點、彈嶺銅鉛鋅礦點、楊草尖銅礦點等。因此,本文基于新發(fā)現(xiàn)的黑云母石英二長斑巖年代學(xué)和地球化學(xué)數(shù)據(jù),探討其成因,為朱溪礦集區(qū)160 Ma時的構(gòu)造環(huán)境研究提供參考,進而分析區(qū)域銅礦的成礦潛力。
朱溪礦集區(qū)位于欽杭結(jié)合帶萍樂坳陷帶東端,贛東北深大斷裂北西側(cè)(Shu et al.,2008;楊明桂等,2009)。
地層具二元結(jié)構(gòu),由淺海臺地相碳酸鹽巖和含煤碎屑巖組成的石炭紀(jì)—三疊紀(jì)沉積蓋層,以及深海盆地相夾濁流沉積相泥砂質(zhì)建造間夾海底火山噴發(fā)物的新元古代萬年群變質(zhì)基底組成(楊明桂等,2012)(見圖1)。沉積蓋層主要呈走向NE、傾向NW的單斜構(gòu)造展布,不整合于萬年群之上,石炭系主要由白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、灰?guī)r等組成;二疊系中下統(tǒng)主要由灰?guī)r組成,上統(tǒng)由煤系與灰?guī)r組成;三疊系下統(tǒng)由碳酸鹽巖組成。變質(zhì)基底發(fā)育有緊閉褶皺,局部見韌性剪切及片理化。
圖1 朱溪礦集區(qū)大地構(gòu)造位置圖(a)及區(qū)域地質(zhì)簡圖(b)(修編自吳美仁等,2019)1—第四系;2—白堊系;3—侏羅系;4—三疊系;5—二疊系;6—石炭系;7—新元古界萬年群;8—白堊紀(jì)花崗細晶巖;9—白堊紀(jì)細?;◢弾r;10—白堊紀(jì)花崗斑巖;11—白堊紀(jì)花崗閃長斑巖;12—白堊紀(jì)輝綠巖;13—白堊紀(jì)輝長巖;14—石英脈;15—流紋斑巖;16—閃長(玢)巖二長巖;17—煌斑巖;18—碧玄巖;19—不整合接觸界線;20—地質(zhì)界線;21—逆沖推覆斷層;22—實(推)測斷層;23—巖層產(chǎn)狀;24—倒轉(zhuǎn)巖層產(chǎn)狀;25—研究區(qū)Fig.1 Tectonic location(a)and simplified regional geologic map(b)of the Zhuxiore concentration area(modified after Wu et al.,2019)1—Quaternary;2—Cretaceous;3—Jurassic;4—Triassic;5—Permian;6—Carboniferous;7—Neoproterozoic Wannian Group;8—Cretaceous granitic aplite;9—Cretaceous fine-grained granite;10—Cretaceous granite porphyry;11—Cretaceous granodiorite porphyry;12—Cretaceous diabase;13—Cretaceousgabbro;14—Quartz vein;15—Rhyolitic porphyry;16—Porphyrite monzonite;17—Lamprophyre;18—Basanite;19—Unconformity boundary;20—Geological boundary;21—Thrust nappefracture;22—Measured/Inferred fracture;23—Stratum attitude;24—Theattitudeof overturned strata;25—Study area
朱溪礦集區(qū)基本構(gòu)造框架表現(xiàn)為“兩單斜夾一塊”,即塔前-賦春單斜與橫路-大游山單斜夾有楊草尖變質(zhì)巖塊、涌山構(gòu)造巖片;“兩斷裂”為塔前-賦春逆沖推覆斷裂帶與橫路-大游山逆沖推覆深斷裂帶(歐陽永棚等,2019)。
巖漿活動較為強烈,以燕山期為主,巖性以中酸性為主,包括花崗閃長(斑)巖、花崗(斑)巖、鈉長花崗巖等,地表展布受NE向斷裂控制,主要呈小型巖脈、巖株、巖墻等產(chǎn)出,朱溪、月形等礦區(qū)鉆孔揭露出深部存在黑云母花崗巖、二長花崗巖、花崗斑巖等(Chen et al.,2016)。
黑云母石英二長斑巖見于朱溪礦集區(qū)科山鄉(xiāng)棗林村附近推覆構(gòu)造斷層帶中,出露面積較小,沿北東向大致順層侵入于黃龍組細晶灰?guī)r中(圖2a),巖體內(nèi)部及周圍未見礦化現(xiàn)象。
黑云母石英二長斑巖具淺灰色,斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造(圖2b)。斑晶主要為石英(4%±)、長石(18%±)和黑云母(4%±),在QAP圖解(圖3)中,落入二長花崗巖中。石英斑晶呈粒狀,他形,粒徑約0.30~1.2 mm,無色透明,低正突起,無解理,一級灰白干涉色,部分石英斑晶被熔蝕呈渾圓狀(圖2c、d);長石斑晶呈板柱狀和粒狀,半自形和他形,粒徑約0.30~1.5 mm(圖2d),長石斑晶主要是堿性長石和斜長石,有較強的碳酸鹽化和絹云母化;黑云母斑晶呈片狀,較自形,粒徑約0.20~0.80 mm,多色性明顯,淺黃色至黃褐色,正中突起,解理極完全,平行消光,二級干涉色(圖2c、d)?;|(zhì)主要由微粒狀長石和少量石英、云母等礦物組成,含量74%左右;基質(zhì)中長石未見絹云母化;石英無色透明,低正突起,無解理,一級灰白干涉色;云母呈細小鱗片狀,無色,鮮艷二級干涉色。巖石中有碳酸鹽化,碳酸鹽礦物呈微粒狀,他形,無色,具閃突起,高級白干涉色,碳酸鹽礦物主要交代長石斑晶,部分交代基質(zhì)中長石。
圖2 黑云母石英二長斑巖野外(a)、手標(biāo)本(b)及巖相學(xué)(c、d)特征Qz—石英,Bi—黑云母,Pl—斜長石Fig2 Outcrop views(a),hand specimen(b),photomicrographs(c,d)of biotite quartz monzonite porphyryQz—Quartz;Bi—Biotite;Pl—Plagioclase
圖3 黑云母石英二長斑巖QAP圖解Fig.3 The QAPdiagram of biotite quartz monzonite porphyry
本次研究共采集5件黑云母石英二長斑巖樣品(ZL-YQ11、ZL-YQ12、ZL-YQ13、ZL-YQ14、ZLYQ15)開展主量、微量、稀土元素地球化學(xué)特征及年代學(xué)研究,采樣點見圖1。
全巖主量和微量元素分析在江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九一二實驗室完成,所有樣品均碎至200目以下。主量元素采用X射線熒光光譜法(XRF)分析完成,分析相對誤差小于1%;微量元素分析采用酸溶方法對樣品進行前處理,采用Agilent 7500a等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)測定,分析精度優(yōu)于5%。
鋯石的分選、內(nèi)部結(jié)構(gòu)陰極發(fā)光(CL)圖像在廊坊市誠信地質(zhì)服務(wù)有限公司完成。鋯石U-Pb同位素年齡測試在中國冶金地質(zhì)總局山東局測試中心進行,測試儀器為激光剝蝕器(GeoProLas 193nmArF準(zhǔn)分子)+電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ThermoX2),儀器測試條件:束斑直徑25μm,頻率10 Hz,載氣(He)流速760 mL/min,能量密度10 mJ/cm2,Nebuliser:0.56 L/min,SamplingDepth:180。同位素質(zhì)量分餾校正采用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500,樣品的同位素比值及元素含量計算采用ICPMSDataCal軟件(Liu et al.,2008),年齡數(shù)據(jù)使用ComPbCorr#3_15G程序進行普通鉛校正,年齡及諧和圖繪制采用Isoplot(Lud‐wig,2001)程序。
黑云母石英二長斑巖樣品主量元素特征見表1。
表1 黑云母石英二長斑巖主量元素分析結(jié)果(w(B)/%)Table 1 Major element composition(w(B)/%)of biotite quartz monzonite porphyry
經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的巖體主量元素組成為(表2):w(SiO2)介于68.67%~69.27%之間,平均為68.84%;w(Al2O3)介于15.78%~16.54%之間,平均為16.2%;w(TiO2)介于0.33%~0.38%之間,平均為0.35%;w(MgO)介于1.93%~2.09%之間,平均為2.02%;w(CaO)介于3.86%~4.13%之間,平均為4.03%;w(K2O)介于3.69%~3.88%之間,平均為3.81%;w(Na2O)介于1.82~1.96%之間,平均為1.87%;全堿w(K2O+Na2O)為5.51%~5.84%,平均為5.68%;A/CNK值為1.61~1.74,平均為1.67;A/NK值為2.79~2.94,平均為2.85。樣品具高Si、Al、K特征。w(SiO2)-w(K2O)圖解(圖4a)指示巖石為高鉀鈣堿性系列,A/CNK-A/NK圖解中巖石總體顯示其具有過鋁質(zhì)特征(圖4b)。
圖4 黑云母石英二長斑巖SiO2-K 2O(a)和A/CNK-A/NK(b)圖解(底圖來源于Le Maitre,1989)Fig.4 w(SiO2)-w(K 2O)(a)and A/CNK-A/NK(b)diagram of biotite quartz monzonite porphyry(base map from Le Maitre,1989)
表2 黑云母石英二長斑巖標(biāo)準(zhǔn)化后主量元素組成(w(B)/%)Table 2 Normalized major element composition(w(B)/%)of biotite quartz monzonite porphyry
黑云母石英二長斑巖樣品微量、稀土元素特征見表3。本次研究5件樣品具相似的稀土元素配分曲線及微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解(圖5)。稀土元素總量∑REE=205.21×10-6~213.13×10-6,具明顯弱負Eu異常(δEu=0.73~0.81),∑LREE/∑HREE=19.10~20.93,輕稀土元素相對富集,重稀土元素相對虧損,(La/Yb)N為19.10~20.93。微量元素特征表明巖石具Ba、U、K、Pb、Sr正異常,Nb、Ta、P、Ti負異常,具島弧巖漿的特點。樣品具高Sr(366×10-6~474×10-6)、低Y(7.26×10-6~8.89×10-6)和Yb(0.62×10-6~0.73×10-6)特征,Sr/Y比值為47.96~59.85,具埃達克質(zhì)巖特征。在Sr/Y-Y圖解中,樣品投點落入埃達克巖范圍內(nèi)(圖6)。
圖5 黑云母石英二長斑巖稀土元素配分曲線圖(a)和微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)來源于Sun et al.,1989)Fig.5 Chondrite-normalized REEpatterns(a)and primitive mantle-normalized trace element spider diagram(b)of biotite quartz monzonite porphyry(normalizing date after Sun et al.,1989)
圖6 黑云母石英二長斑巖Sr/Y-Y圖解Fig.6 Sr/Y-Y diagram of biotite quartz monzonite porphyry
表3 黑云母石英二長斑巖微量元素、稀土元素組成(w(B)/10-6)Table 3 Trace element and REE composition(w(B)/10-6)of biotite quartz monzonite porphyry
黑云母石英二長斑巖15顆鋯石U-Pb測試點位及其結(jié)果見表4,樣品典型鋯石CL圖像見圖7。鋯石粒徑長軸多為100~300μm,為長柱狀或短柱狀,長寬比為1.5∶1~5∶1,呈自形到半自形。陰極發(fā)光圖顯示清晰的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu),具巖漿結(jié)晶鋯石特征。鋯石w(U)為160.90×10-6~1182.19×10-6,w(Th)為78.10×10-6~787.02×10-6,Th/U比值相對較高(0.24~0.78),顯示出鋯石具有巖漿成因(吳元保等,2004)。
圖7 黑云母石英二長斑巖鋯石CL圖Fig.7 Cathodoluminescence images of zircons in biotite quartz monzonite porphyry
表4 黑云母石英二長斑巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年結(jié)果Table 4 LA-ICP-MSzircon U-Pb isotope dating for biotite quartz monzonite porphyry
黑云母石英二長斑巖15個測試點位,除去D181022-02、D181022-04、D181022-10點的諧和性較差,其余12個點位相關(guān)性均較好,在206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖上(圖8),數(shù)據(jù)點具有良好的諧和性,皆落在諧和線上或其附近,加權(quán)平均年齡為(157±1)Ma,代表了黑云母石英二長斑巖的成巖年齡。
圖8 黑云母石英二長斑巖部鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.8 U-Pb Concordia diagramsof zircons in biotite quartz monzonite porphyry
埃達克質(zhì)巖的源區(qū)通常被認為來源于俯沖大洋板塊部分熔融(Defant et al.,1990)、富集地幔來源的基性玄武質(zhì)巖漿與殼源酸性長英質(zhì)巖漿發(fā)生巖漿混合作用(Chen et al.,2013)、富集地幔來源的玄武質(zhì)巖漿經(jīng)同化混染和結(jié)晶分異作用(Rapp et al.,1999;Moyen et al.,2012;Martin et al.,2005)形成,也有學(xué)者認為與拆沉下地殼部分熔融(Atherton et al.,1993;Gao et al.,2004)或者加厚下地殼部分熔融(Atherton et al.,1993;Gao et al.,2004;Xu et al.,2002;張旗等,2001)有關(guān)。
實驗巖石學(xué)研究表明,基性巖部分熔融的產(chǎn)物通常富Na(Rapp et al.,1995),而研究區(qū)樣品富鉀,因此,源區(qū)特征可排除玄武質(zhì)巖漿來源、玄武質(zhì)巖漿與長英質(zhì)巖漿混合作用來源。樣品Rb/Sr值為0.27~0.38,遠高于典型俯沖洋殼部分熔融生成的埃達克巖Rb/Sr值<0.05(Huang et al.,2009);Nb/Ta值為5.84~17.09,平 均為10.63,接 近于 地 殼 值(11~13(Barth et al.,2000;Green et al.,1995));Nb/U值為2.39~3.04,平均為2.7,明顯低于原始地幔值。拆沉下地殼部分熔融由于在上升過程中必須要與上地幔橄欖巖熔漿物質(zhì)的注入,因此,常具相對高的MgO、Cr、Ni等 特 征(Rapp et al.,1999;Prouteau et al.,2001),與本次研究樣品低Cr(12.28×10-6~18.70×10-6)、Ni(4.71×10-6~7.09×10-6)的特征不相符合。
通常源區(qū)殘留有石榴子石或角閃石或者兩者在巖漿演化過程中分離結(jié)晶造成埃達克質(zhì)巖地球化學(xué)特征(Rapp et al.,2002;1995)。在加厚下地殼的部分熔融過程中,石榴子石常作為殘留相礦物存在,可強烈分異中-重稀土元素,不僅可以導(dǎo)致巖漿強烈虧損Y及HREE,還具有異常高的中重稀土元素比值(Richards et al.,2007),如Y/Yb>20,(Dy/Yb)N>2.9,(Gd/Yb)N>6。本次樣品Y/Yb值為11.13~12.24,(Dy/Yb)N值為1.97~2.17,(Gd/Yb)N值為6.11~7.12。在(La/Yb)N-YbN圖解(圖9)中(Defant et al.,1990),樣品與含25%石榴子石的石榴角閃巖趨勢圖一致,表明源區(qū)可能有小部分石榴子石作為殘留相,在Nb/Ta-Zr/Sm圖解(圖10)中(Xiong et al.,2005),樣品靠近角閃巖熔融區(qū)域。因此,樣品的源區(qū)殘留相以角閃巖相為主,次為石榴子石(Qian et al.,2013),形成深度較深。經(jīng)過以上分析,筆者認為朱溪礦集區(qū)棗林黑云母石英二長斑巖的源區(qū)來源于加厚下地殼。
圖9 黑云母石英二長斑巖(La/Yb)N-YbN圖解Fig.9(La/Yb)N-YbN diagram of biotite quartz monzonite porphyry
圖10 黑云母石英二長斑巖Zr/Sm-Nb/Ta圖解Fig.10 Zr/Sm-Nb/Ta diagram of biotite quartz monzonite por‐phyry
具高Sr/Y值的華南中生代花崗巖形成于擠壓后松弛構(gòu)造背景,常??勺鳛閰^(qū)域遭受陸內(nèi)擠壓變形導(dǎo)致地殼增厚的標(biāo)志(Chen et al.,2004;Liu et al.,2012;Wang et al.,2012;Li et al.,2013;Mao et al.,2014)。在微量元素判別圖解w(Rb)-w(Yb+Nb)中(圖11)(Pearce et al.,1984),樣品均落入弧巖漿構(gòu)造環(huán)境中。
圖11 黑云母石英二長斑巖w(Rb)-w(Yb+Ta)圖解Fig.11 w(Rb)-w(Yb+Nb)diagram of biotite quartz monzo‐nite porphyry
目前,主流觀點認為華南在中生代經(jīng)歷了特提斯構(gòu)造域向西太平洋構(gòu)造域的體制轉(zhuǎn)換(任紀(jì)舜,1984;舒良樹等,2002;李三忠等,2013)。太平洋板塊俯沖至歐亞板塊之下,Mao等(2021)發(fā)現(xiàn)東南沿海地區(qū)與大陸邊緣弧巖漿有關(guān)的171~153 Ma斑巖-矽卡巖-熱液脈型銅礦帶與弧后地區(qū)的165~150 Ma南嶺鎢礦帶成對同時形成,反映為古太平洋板塊向大陸斜低角度俯沖的產(chǎn)物。同屬贛東北地區(qū)的德興石英閃長玢巖、船坑-銅山成礦巖體皆為埃達克質(zhì)巖,表明在約170 Ma區(qū)域上存在同構(gòu)造擠壓的地殼增厚事件(毛建仁等,2014),由于研究區(qū)內(nèi)受多板塊匯聚作用影響,伴隨著大規(guī)模推覆構(gòu)造運動(徐先兵等,2009;Li et al.,2014;毛建仁等,2014;張岳橋等,2009),受古太平洋板塊向大陸斜低角度俯沖的影響,軟流圈上涌,底侵加厚的下地殼,導(dǎo)致下地殼部分熔融,生成具埃達克質(zhì)巖特征的黑云母石英二長斑巖巖漿。
在朱溪礦集區(qū)內(nèi),燕山早期(160 Ma)爆發(fā)了大規(guī)模巖漿活動,產(chǎn)出一系列中酸性巖體,包括約160 Ma的塔前似斑狀花崗閃長斑巖(劉善寶等,2014;胡正華等,2015)、約160 Ma的彈嶺花崗閃長斑巖(劉戰(zhàn)慶等,2016)、約161 Ma的張家塢花崗閃長斑巖株(霍海龍等,2018)、160 Ma左右的月形花崗閃長斑巖墻群(劉戰(zhàn)慶,2016)、160 Ma的朱溪閃長玢巖(饒建鋒等,2020)、160 Ma的朱溪煌斑巖脈(劉戰(zhàn)慶等,2014)、160 Ma的絹云母化黑云母花崗巖(李寧,2017)及本次在棗林地區(qū)發(fā)現(xiàn)的黑云母石英二長斑巖。且在塔前、彈嶺、月形、張家塢、橫路等地均發(fā)現(xiàn)有與160 Ma巖漿活動密切相關(guān)的銅多金屬礦床(點),類型以斑巖型、矽卡巖型和熱液脈型為主。
斑巖型銅礦與中酸性鈣堿性巖漿密不可分,它們可以產(chǎn)出于活動島弧、大陸邊緣、后碰撞環(huán)境及板內(nèi)環(huán)境(毛景文等,2014)。形成斑巖型含礦母巖漿需具備富水、富S、高氧逸度等特征(侯增謙,2004)。在華南地區(qū)不僅有與大陸邊緣弧巖漿有關(guān)的斑巖-矽卡巖-熱液脈狀銅礦床,包括德興、永平、龍頭崗、桐村、嶺后、峰巖、丁家山、古田、玉水、新寮洞、鐘丘洋、鵝地、官田、鴻溝山、旗鼓嶺等(Mao et al.,2021),而且有沿華夏地塊與揚子地塊結(jié)合部位發(fā)育的171~152 Ma的斑巖-矽卡巖-熱液脈性銅礦帶,通常稱為欽杭成礦帶,包括德興、永平、東鄉(xiāng)、水口山、寶山、銅山嶺、大寶山、圓珠頂、旗鼓嶺等(毛景文等,2011),欽杭銅成礦帶可能由于低角度俯沖板片沿華夏與揚子地塊結(jié)合部位的“傷疤”處撕裂而熔融及與地殼發(fā)生相互作用的產(chǎn)物(Mao et al.,2013;2018)。這2個銅礦帶在贛東北地區(qū)相交,包括德興、永平、東鄉(xiāng)以及塔前、彈嶺、月形、張家塢、橫路和棗林等,表明在朱溪鎢礦一帶具有尋找銅礦的潛力,值得進一步開展地質(zhì)調(diào)查和研究。
(1)朱溪礦集區(qū)棗林黑云母石英二長斑巖鋯石U-Pb年齡為(157±1)Ma。
(2)朱溪礦集區(qū)棗林黑云母石英二長斑巖屬于高鉀鈣堿性系列、具過鋁質(zhì)特征,具Ba、U、K、Pb、Sr正異常,Nb、Ta、P、Ti負異常,顯示島弧巖漿特征。且?guī)r石地球化學(xué)特征與埃達克(質(zhì))巖相吻合。
(3)朱溪礦集區(qū)棗林黑云母石英二長斑巖形成于弧巖漿構(gòu)造環(huán)境,源區(qū)殘留相以角閃巖相為主,次為石榴子石,來源深度較深,可能來源于加厚下地殼的部分熔融,受古太平洋板塊向大陸斜低角度俯沖的影響,生成具埃達克質(zhì)巖特征的黑云母石英二長斑巖巖漿。
(4)朱溪礦集區(qū)約在160 Ma發(fā)生了大規(guī)模巖漿活動,分析區(qū)域上同時代的煌斑巖、埃達克質(zhì)巖,筆者認為朱溪礦集區(qū)具較好的斑巖型銅礦成礦潛力。