長江中下游金屬成礦帶燕山成礦階段同位素年代學及地球化學研究進展

陳麗蓉

（東華理工大學，江西 南昌 330013）

長江中下游地區是中國東部重要的多金屬成礦帶，其巖漿巖主要形成于早白堊世早期和中期。根據地理位置，長江中下游成礦帶是從湖北鄂城到江蘇鎮江，依次經過七個大型礦集區。其中，棲霞—廬樅為主要的金屬成礦帶，主要有大龍山式—晚燕山早期（126～100Ma），丁家山式—早燕山早期（195～175Ma）。該成礦帶位于長江中下游火山巖帶，總體呈NE向展布，帶內有寧蕪和廬樅火山盆地礦化集中區（巫建華等，2017）。

到目前為止，前人對長江中下游成礦帶的研究很多，但針對其金屬成礦帶的研究相對而言較少。但金屬礦作為一種重要的戰略資源，對其形成于規律與勘查技術的研究具有重大意義。本文主要對近年來長江中下游金屬成礦帶與金屬礦相關的成巖成礦同位素年代學、巖石地球化學的研究成果進行了總結，并提出了一些目前還存在的一些問題，旨在對長江中下游金屬成礦帶感興趣的研究者提供有意義的參考價值。

1 地質背景

長江中下游地區位于揚子克拉通北緣，以華北地塊和秦嶺-大別造山帶為分界線（圖1a）。主要受到北西向的襄廣(襄樊-廣濟)、北東向的郯廬(郯城-廬江)和北東東向的陽常(陽新-常州)大斷裂和其他走滑斷層的限制（圖1b）。地質歷史發展演化分別為基底發育階段、蓋層沉積階段和板內變形階段。區內發育了沿長江兩側分布的斷陷型火山巖盆地，主要有金牛、懷寧、廬樅、繁昌、滁州、寧蕪、溧水和溧陽盆地（圖1b）。根據火山巖/潛火山巖的地球化學性質，這些火山巖盆地可分為：①寧蕪、廬樅和溧水盆地的橄欖玄粗巖系列火山巖盆地；②金牛、繁昌、滁州和溧陽盆地的高鉀鈣堿性系列火山巖盆地。從空間上來看，第一類主要位于盆地帶的內側，而第二類則主要位于其周邊（圖1b）。

圖1 長江中下游成礦帶主要巖漿巖分布略圖（據張贊贊等，2018修改）

區域內火山巖盆地的下伏基底分為克拉通基底和震旦紀以來的沉積蓋層兩個部分。目前，揚子克拉通區域內的太古代巖石仍只見于湖北宜昌一帶，但從一些火山巖中捕獲的鋯石以及沉積巖中碎屑鋯石等的U-Pb年齡以及顯生宙花崗巖類侵入巖的Nd同位素模式年齡發現，揚子克拉通內存在著太古宙或古元古宙的基底（薛懷民等，2010）。通過同位素年齡資料，證明了揚子克拉通經歷過一次最強烈的構造－巖漿－熱事件是在約700～825Ma的新元古代。揚子克拉通之上的沉積蓋層主要是陸表海環境下沉積的陸源碎屑巖或碳酸鹽以及大別山造山帶局部沉積的陸相碎屑巖。

2 成巖成礦同位素年代學研究進展

成巖成礦同位素年代學的研究是探索成礦規律以及成礦作用的關鍵，同時也是礦床學研究的熱點。礦床精確定年主要是利用，通過鋯石U-Pb年齡對成巖成礦時限進行精細約束。近年來，隨著巖漿巖SHRIMP和LA-ICPMS鋯石U-Pb定年技術的不斷提高以及對長江中下游成礦帶巖漿活動研究的不斷深入，目前已有部分代表性的定年數據（表1）。

表1 長江中下游巖漿巖形成時代

2.1 廬樅火山盆地

該盆地位于長江中下游成礦帶中部（圖1b），是重要的成礦區域及主要的賦含金屬礦區域之一。燕山期大規模巖漿活動主要集中在早白堊世，形成了大量的橄欖安粗質火山巖、次火山巖和侵入巖，在130～123Ma之間，盆地內形成了雙廟和浮山旋回的火山巖及富堿正長巖和“A型”花崗巖類巖石，并形成了相關的礦床（張贊贊等，2018）。侵入巖可分為早期侵入巖—盆地北部的閃長（玢）巖（138～134Ma）（汪晶等，2014）、二長巖（134～130Ma）（周濤發，2017），與龍門院、磚橋旋回火山活動密切相關；晚期侵入巖—盆地南部的正長巖（129～123Ma）、“A型”花崗巖類（126～23Ma）。目前在該盆地發現的與金屬礦有關的巖石主要有：“A型”花崗巖。

2.1.1 “A型”花崗巖

廬樅火山巖礦集區成礦作用時期為145～124Ma，在火山-巖漿活動期間，形成了脈狀銅金礦系列及與富堿侵入巖有關的金屬成礦系列（如“黃梅尖式”、“陶家巷式”）。前人對該區“A型”花崗巖與礦床的關系進行研究，認為盆地東南部鐵、金屬礦床與“A型”花崗巖有關。在126～123Ma之間，長江中下游成礦帶發生巖漿侵入活動，此時的伸展構造背景已占主導地位。而經研究，該階段發育的礦化主要為金-金屬等多金屬礦化，如廬樅盆地南緣系列的金金屬礦床(點)均位于“A型”花崗巖的內部，其形成時代為126～123Ma左右（周濤發等，2017）。

黃梅尖巖體以石英正長巖為主，其次為正長巖、正長斑巖以及少量細粒正長花崗巖，是熱液型金屬礦床的產出巖體。巖體東側侵入到中侏羅統的象山群長石石英砂巖中，西側侵入于廬樅盆地的火山巖；在巖體北部與圍巖接觸帶附近（外接觸帶的象山群砂巖中）有熱液型金屬礦床產出。薛懷民等(2016)對廬樅盆地南側的鉀質侵入巖帶進行了SHRIMP和LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年：其形成時間在130～123Ma之間，峰值約126Ma，其中正長巖和石英正長巖的形成時間稍早，其侵位年齡為130±1Ma。該地區已知并具有工業意義的金屬礦化成礦期為：130Ma、110Ma、66Ma，110Ma為主成礦期。而大龍山巖體的圍巖為侏羅系的長石石英砂巖，圍巖普遍受到熱接觸變質而發生角巖化，局部并發生有接觸交代現象（如硅化、電氣石化、鉀長石化等）。在巖體西南部與圍巖（象山群砂巖呈頂垂體）接觸帶附近有熱液型金屬礦床產出，其侵位年齡為128.2±1.3Ma；而大龍山石英正長巖的成巖年齡為126.7±2.1 Ma(薛懷民等,2016)。

2.1.2 隱伏巖體

根據近年來隱伏巖體的LA-ICP-MS，U-Pb同位素定年結果，大部分隱伏巖體為磚橋旋回產物。如盆地北部隱伏二長-正長質侵入巖鋯石LA-ICP-MS，U-Pb同位素定年為：清水塘133.2±1.4Ma、牛頭山131.2±1.2Ma、劉墩131.3±1.3Ma、喬沖131.0±1.4Ma、牛頭山131.2±1.2Ma、李家莊130.9±1.2Ma；錢鋪深部隱伏正長－二長巖鋯石LA-ICP-MS鋯 石U-Pb年 齡 分 別 為132.6±1.2Ma、133.28±0.4Ma；盆地中北部的小嶺地區隱伏侵入巖LAICP-MS，U-Pb同位素年齡：正長巖132.6±1.9Ma、二長巖132.5±0.6Ma；東顧山隱伏花崗巖的年齡為96.7±1.3Ma；磚橋地區巖石的LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb定年：粗安巖、正長巖和黑云母二長巖年齡分別是131.29±0.85Ma，130.95±0.56Ma，130.88±0.41Ma（范裕等，2014；張舒等，2017；張贊贊等，2018）。

2.2 寧蕪火山盆地

寧蕪盆地位于長江中下游成礦帶東部（圖1b），盆地內白堊系陸相巖漿巖廣泛發育，盆地內發育了龍王山、大王山、姑山和娘娘山4期火山噴發旋回。高精度鋯石U-Pb定年結果顯示龍王山巖漿巖年齡為135～131Ma，大王山巖漿巖年齡為132～127Ma，姑山巖漿巖年齡為132～128Ma，娘娘山巖漿巖年齡為131～119Ma，4個組的巖漿巖年齡在誤差范圍內幾乎一致，均為早白堊世(楊潁鶴等，2015)。此外，該盆地火山巖漿活動時限（約135～119Ma）與侵入巖的形成時間基本相同。長江中下游地區巖漿巖的形成時代分期集中于145～136Ma，135～127Ma和126～120Ma，以寧蕪盆地為代表的斷凹區火山巖主要屬于第二期巖漿作用產物（周濤發等，2011）?？梢娺@些火山巖盆地的形成可能受到統一的動力學背景控制，但目前對其研究較少。

3 含礦巖體地球化學特征

長江中下游地區火山巖在地球化學性質上以相對富堿、高鉀、明顯富集銣、釷等強不相容元素和輕稀土元素，虧損高場強元素鈮、鉭、鈦為特征。這也使得長江中下游金屬成礦帶的含礦巖體（以廬樅火山盆地、寧蕪火山盆地為主），具有類似的同位素地球化學特征。

薛懷民等（2016）對廬樅盆地內的中生代火山/潛火山巖進行同位素地球化學研究，該區火山巖具有富堿和高鉀的特征，地球化學上表現為富集銣、釷、鉀等強不相容元素和輕稀土元素，屬典型的橄欖玄粗巖系列；并且對盆地南緣的富鉀侵入巖進行研究也同樣發現：該鉀質侵入巖帶以高鉀、富堿、富集銣、釷、鉀等強不相容元素和輕稀土元素、虧損高場強元素鈮、鉭、鈦為特征。該富鉀侵入巖地球化學上都具有明顯的大陸弧的特征，與盆地內的火山雜巖一樣，暗示它們的巖漿源區可能形成于俯沖帶環境，意味著揚子地塊北緣先前（推測為古元古代晚期）曾發生過俯沖作用，上地幔的交代富集可能就與這次的俯沖作用有關。該巖帶內SiO2含量的變化范圍較大（62.67%～73.32%），以中酸性和酸性巖類為主，中性巖占的比例相對較少，巖石化學上以富堿和高鉀為特征。在SiO2-K2O關系圖上，除個別樣品外，主要位于高鉀鈣堿性系列和橄欖玄粗巖系列區域。張舒等(2017)在分析隱伏巖體地球化學特征時發現：巖漿巖同樣上述地球化學特征，表明了隱伏巖體為橄欖玄粗質巖石，同時結合Sr-Nd同位素特征，推測出巖漿源區可能為EMI型富集地幔。

4 總結

長江中下游地區作為我國東部重要的多金屬成礦帶，對其成礦帶內成巖成礦的研究較多，但主要集中于含銅、鐵、金等巖石及其礦體形成的年代學研究，相比而言對金屬礦成巖成礦的研究較少。雖然也有少部分研究者對與金屬礦化密切相關的“A型”花崗巖進行了相關報道，但部分巖體研究缺乏精確的實驗數據支撐、成巖物質來源和形成環境存在爭議等有待進一步系統的深入研究。對于長江中下游金屬礦帶成礦年代學與地球化學的研究存在的問題主要有以下幾個方面：

（1）與金屬礦相關的成巖成礦年代學數據不足：雖然前人對該區“A型”花崗巖的研究進行了相關的工作，但仍有部分巖體的形成時代沒有精準的年代學數據約束。前人對江北“A型”花崗巖帶大龍山巖體熱冷卻和熱液金屬礦化成因開展了研究，得到的石英正長巖全巖Rb-Sr等時線年齡為133.9±6.1Ma和136±5Ma，之后與大龍山巖體成巖有關的年齡鮮有報道，不利于指導長江中下游深部找礦工作。

（2）關于區內“A型”花崗巖的巖漿源區及形成環境存在爭議，缺乏巖體系統性的研究：關于長江中下游地區“A型”花崗巖的巖漿源區和形成環境，不同的學者研究得到的結果也存在分歧：對于巖漿源區討論，有人認為該區“A型”花崗巖來源富集地幔，由堿性玄武巖漿分異演化的正長巖漿經歷顯著的地殼物質混染形成的；而有人認為地殼是巖漿主要來源。對于形成環境探討，有人認為是板內剪切產生的拉張環境；有人依據花崗巖空間分布認為是洋脊俯沖形成的板片窗伸展；部分學者結合區域周邊地質特征提出古太平洋板片后撤的模式或三疊紀華北和華南碰撞后伸展。綜上所述，目前對于長江中下游金屬成礦帶的成巖成礦年代學、“A型”花崗巖的巖漿源區及其形成環境還存在一些問題，有待于進一步研究。