閩西南地區天池塘花崗閃長巖地質年代學和地球化學特征：對區域成礦作用的指示

周 延，范飛鵬，康叢軒，趙希林，肖 凡，徐敏成，沈莽庭，朱意萍

(1.中國地質調查局南京地質調查中心，江蘇 南京 210016；2.環太平洋戰略礦產資源聯合研究中心，江蘇 南京 210016)

0 引 言

中國東南沿海是東亞大陸邊緣的重要組成部分，中生代發生了大規模的巖漿活動[1-6]，形成了眾多內生金屬礦床[7-13]。晚侏羅世以來，形成諸如紫金山銅金礦、悅洋銀礦、馬坑鐵礦、梅仙鉛鋅礦、冷水坑銀鉛鋅礦床和巖背斑巖型錫礦等一系列大型礦床[14-16]。閩西南地區地處華夏地塊內部，位于武夷晉寧期變質陸核、贛南加里東褶皺帶、閩粵贛海西凹陷帶和閩東燕山期巖漿活動帶的復合部位，也是東南沿海地區中生代巖漿作用十分強烈的地區之一[17-18]，成礦作用獨特，有著名的紫金山高硫化型淺成低溫熱液型-斑巖型銅金鉬礦床和馬坑層控矽卡巖型鐵礦。與紫金山式銅金礦床有關的花崗閃長(斑)巖體形成于110～95 Ma[19-22]，而與馬坑式鐵多金屬礦床相關的花崗質巖體形成于130 Ma左右[23-27]，二者形成閩西南地區兩類不同的成礦系統。紫金山和馬坑的成礦巖體分別是前人認為的中生代古太平洋板塊俯沖擠壓-伸展轉換期(145～125 Ma)和俯沖帶后撤的后造山伸展期(125～90 Ma)兩個不同的構造演化階段的產物[2，8，14，18]，因此對晚中生代中酸性巖漿作用特征的研究是理解閩西南地區成礦機制的關鍵。紫金山火山盆地和閩西南坳陷之間的過渡地帶與成礦相關的巖體特征及相關成礦作用還不明晰，制約了區域成礦潛力評價，位于該地區的天池塘花崗閃長巖與其外圍的矽卡巖型鐵銅礦床具有成因聯系，是探索和對比區域巖漿成礦作用的典型巖體。

天池塘巖體位于福建省龍巖市北西，距離西側紫金山礦田約25 km，距離南東側馬坑鐵礦床約30 km，巖體外接觸帶分布著5處矽卡巖型鐵銅礦床(點)，如天池塘鐵銅礦、大東坑鐵礦和秀東坑鐵礦等，具有一定的找礦潛力。前人認為天池塘巖體是印支期內培斜巖體的邊緣相或是加里東期巖漿作用的產物[28-29]，沈莽庭[30]在內培斜巖體南端獲得兩個鋯石U-Pb年齡分別為(147.98±0.86)Ma和(143.0±1.1)Ma。顯示研究區巖漿作用復雜，具有多期多階段活動特征。

本次研究的天池塘花崗閃長巖與前人研究的內培斜巖體中的黑云母正長花崗巖和二云母花崗巖有很大差別，但與紫金山礦田的四坊花崗閃長巖和羅卜嶺花崗閃長巖等成礦巖體具有相似特征，并顯示出矽卡巖型礦床的成礦潛力。筆者擬對其開展鋯石U-Pb年代學、巖相學及巖石地球化學研究，據此分析巖石成因及其構造環境；進一步與區域成礦巖體進行對比，以深化對區域成礦作用的認識。

1 地質背景與巖體特征

在漫長的地質構造演化過程中，閩西南地區中上地殼受到多期構造事件強烈改造，形成不同時期的區域性隆起和坳陷。經歷了前泥盆紀基底變質、蓋層沉積及構造活化三大階段，形成了多類型沉積建造、多旋回構造-巖漿活動和多期成礦作用。

天池塘巖體總體位于區域性北東向政和—大埔斷裂帶與北西向上杭—云霄等斷裂帶的交匯部位，次級構造單元位于閩西南拗陷中部的胡坊—永定隆起帶南端，屬大田—龍巖復向斜構造體系(圖1)。出露地層主要為晚古生代淺海、濱海相、海陸交互相及陸相的蓋層巖系(圖2)，其中上泥盆統以石英砂礫巖、石英砂巖為主的陸相碎屑巖建造；下石炭統—上二疊統以細碎屑巖、碳酸鹽巖-含煤系碎屑巖為主的淺海-濱海相沉積建造；林地組、經畬組、船山組和棲霞組碎屑巖與碳酸鹽巖相過渡處見層狀和似層狀Fe、Cu、Pb和Zn多金屬礦化層[31]。受區域構造影響，形成了以北東向構造線為主的基本構造格架，構造形變以脆性斷裂為主，主要為北東走向，北西向、東西向和南北向次之。受宣和復背斜影響，各種次級褶皺也比較發育。已有的同位素年齡數據將閩西南地區巖漿作用劃分為加里東期、海西期、印支期、燕山早期和燕山晚期[18-19，23]。巖體主要沿北東向或北西向構造線展布，且多為復式巖體(圖1)。燕山晚期局部出現火山噴發活動，形成白堊紀火山盆地。

圖1 閩西南地區地質構造略圖(據文獻[18]修改)Fig.1 Geotectonic sketch map of southwestern Fujian region (modified from ref.[18])

圖2 福建省龍巖市天池塘巖體地質略圖(據文獻[32]修改)Fig.2 Geological map of the Tianchitang intrusion in Longyan city，Fujian Province(after reference [32])

天池塘巖體整體呈彎月狀南北向展布，南北長約10 km，東西最寬約2.5 km，面積約20 km2(圖2)。巖體東南側與內培斜二長花崗巖連成一片，二者呈侵入接觸關系，并被晚期斑巖脈穿插。巖石類型以花崗閃長巖為主，花崗閃長斑巖次之。巖相分帶明顯，由中心向外粒度由中粗粒變為中細粒。巖體與晚古生代晚泥盆世—中二疊世地層呈侵入接觸關系。與含鈣地層接觸帶常發育少量矽卡巖型鐵銅礦化，形成矽卡巖型鐵銅礦體，礦體呈似層狀、透鏡狀或不規則狀，具明顯的熱液交代特征(圖3(a)—(c)和(e))。當圍巖為陸源碎屑物時，則沿構造破碎帶形成熱液充填型條帶狀或角礫狀礦(化)體(圖3(d))。有用礦物包括磁鐵礦、鏡鐵礦及少量黃銅礦等，熱液蝕變見矽卡巖化、硅化、角巖化、黃鐵礦化和絹云母化等。

圖3 天池塘鐵銅礦8號勘探線剖面及礦體、礦石特征Fig.3 Profile of No.8 prospecting line and characteristics of the Tianchitang Fe-Cu orebodies and ores (a)磁鐵礦體交代早期透輝石石榴石矽卡巖；(b)晚期方解石交代磁鐵礦體；(c)含鏡鐵礦方解石脈交代早期矽卡巖；(d)角礫狀鏡鐵礦石；(e)8號勘探線顯示花崗閃長巖外接觸帶矽卡巖型礦體；Cal.方解石；Ig.鏡鐵礦；Mt.磁鐵礦；Sk.矽卡巖；Ss.砂巖

2 樣品信息與測試方法

樣品采樣地點見圖2。樣品D205-TW1采集于巖體南側公路壁，樣品D207-TW1采集于巖體北側天池塘礦區外圍新開挖的基巖露頭。樣品新鮮無蝕變，巖石地球化學樣品與鋯石樣品采集位置樣品相近。樣品巖性均為花崗閃長巖(圖4(a)—(e))。巖石總體呈中細?；◢徑Y構，塊狀構造。主要由石英(25%)、斜長石(50%)、鉀長石(15%)、黑云母(5%)和角閃石(5%)等組成；鉀長石呈自形板狀，粒徑0.4～4.0 mm，主要為正長石和微斜長石；斜長石呈自形長柱狀，粒徑0.4～4.0 mm；石英呈半自形-它形粒狀，粒徑0.4～3.0 mm；黑云母呈葉片狀，粒徑0.1～2.5 mm。局部見長石斑晶，粒徑可達1 cm。

圖4 天池塘花崗閃長巖野外露頭及巖石學特征Fig.4 Photos of outcrops and petrologic characteristics of the Tianchitang granodiorite(a)(b)樣品D205-TW1野外宏觀露頭及鏡下特征(正交偏光)；(c)樣品D207-TW1野外宏觀露頭以及花崗閃長巖與地層之間的侵入接觸關系；(d)(e)樣品D207-TW1手標本及鏡下特征(正交偏光)；Bt.黑云母；Kf.鉀長石；Pl.斜長石；Qz.石英

鋯石礦物分選在河北省廊坊市誠信地質服務有限公司完成，鋯石制靶和陰極發光圖像拍攝在北京鋯年領航科技有限公司完成。鋯石測年實驗在合肥工業大學LA-ICP-MS 實驗室完成，采用的儀器型號為Agilent 7500a，激光剝蝕系統為Geo Las 2005。數據處理使用ICPMSDataCal軟件[31-33]，年齡計算利用ISOPLOT(3.00版)軟件[34]。

樣品主量、微量和稀土元素的測試在國土資源部華東礦產資源監測檢測中心完成。主量元素采用原子熒光光譜儀(AFS-2202a)結合滴定法測定，樣品的含量由36種涵蓋硅酸鹽樣品范圍的參考標準物質雙變量擬合的工作曲線確定。稀土元素和微量元素分析則采用電感耦合等離子體質譜儀(ELEMENT2)，分析精度相對誤差符合DZ/T0130—2006行業標準。

3 分析結果

3.1 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡

樣品D205-TW1多為柱狀自形晶。鋯石長80～180 μm，寬50～ 90 μm，長寬比多在1:1～1:3之間。內部結構清晰，見少量包裹體，多具有明顯的振蕩式生長環帶(圖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，具有巖漿成因特征[35]。206Pb /238U單點年齡分布區間為103.0～96.4 Ma，加權平均年齡為(100.7±1.0)Ma(MSWD=1.4，n=17)(圖6(a))，指示巖體形成于晚白堊世早期。

圖5 天池塘花崗閃長巖鋯石陰極發光圖像(標示年齡為鋯石206Pb/238U年齡)Fig.5 Cathodoluminescence (CL)images and dating position of zircons from the Tianchitang granodiorite(the zircon 206Pb/238U ages are indicated)

圖6 天池塘花崗閃長巖鋯石U-Pb諧和曲線圖(a)(b)和206Pb/238U年齡柱狀圖(c)(d)Fig.6 Zircon U-Pb concordia (a)(b)and weighted average (c)(d)diagrams of the Tianchitang granodiorite

樣品D207-TW1多為柱狀自形晶。鋯石長約80～170 μm，寬50～80 μm，長寬比多在1:1～1:3之間。內部結構清晰，見少量包裹體，具有明顯的振蕩式生長環帶(圖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)，除一顆鋯石外，均大于0.1，具有巖漿成因特征[35]。206Pb /238U單點年齡區間(103.0～97.8)Ma，加權平均年齡為(99.6±0.7)Ma(MSWD=0.8，n=18)(圖6(b))，指示巖體形成于晚白堊世早期。

3.2 全巖元素組成

3.2.1 主量元素

主量元素分析結果見表2。SiO2含量為59.52%～66.45%，平均為62.58%，屬于中性巖；Al2O3含量13.79%～16.34%，平均值15.55%；K2O含量為3.86%～4.43%，平均值4.20%；巖石全堿含量(Na2O+K2O)為6.49%～7.23%，平均值6.96%；K2O/Na2O含量為1.31～1.99，平均值1.55，相對富鉀。里特曼指數(σ)為1.80～ 2.81，平均值為2.53，屬鈣堿性巖；鋁指數(A/NCK)為0.85～1.56，平均為1.07，屬準鋁質-過鋁質；堿度率(AR)為1.96～2.31，平均值為2.14，屬鈣堿性。

在SiO2-AR變異圖(圖7(a))中樣品全部落入鈣堿性系列區；在SiO2-K2O圖解(圖7(b))中樣品落入高鉀鈣堿性系列區和鉀玄巖系列區；在A/NCK-A/NK圖解(圖7(c))中樣品落入偏鋁質-過鋁質區。與紫金山礦田成礦巖體-四坊花崗閃長(斑)巖和羅卜嶺花崗閃長(斑)巖對比，都具有高鋁、低鈦和相對富鉀的特點，均屬于鉀玄巖-高鉀鈣堿性系列，具有陸緣弧特征。

圖7 天池塘花崗閃長巖及紫金山礦體成礦巖體主量元素判別圖解Fig.7 Granite discrimination diagrams for major elements of the Tianchitang granodiorite and the ore-forming plutons in the Zijinshan deposit(a)AR-SiO2圖解(底圖據文獻[36])；(b)SiO2-K2O圖解(底圖據文獻[37])；(c)A/CNK-A/NK圖解(底圖據文獻[38])

3.2.2 稀土元素和微量元素

稀土元素總量在193.32×10-6～231.04×10-6之間(表3)，(La/Yb)N為14.06～ 22.13，說明巖石發生了輕、重稀土的強烈分餾，呈輕稀土高度富集的分布模式，(Gd/Yb)N值在1.93～ 2.43之間，Y/Yb值在9.44～ 11.72之間，接近球粒隕石的Y/Yb值(Y/Yb=10)，說明樣品的重稀土元素分餾程度中等。Eu/Eu*為0.61～ 0.84，平均值為0.75，顯示弱負異常。在天池塘花崗閃長巖樣品稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖(圖8(a))中，配分曲線表現出右傾特征，輕稀土部分較陡，重稀土部分相對平緩的右傾型式，反映受源區制約明顯。

表3 天池塘花崗閃長巖與紫金山礦田成礦巖體稀土和微量元素含量(10-6)

圖8 稀土元素球粒隕石標準化配分圖(a)(球粒隕石標準化數據引自文獻[39])和微量元素MORB標準化圖(b)(MORB指大洋中脊，其標準化數據引自文獻[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])

天池塘花崗閃長巖微量元素K/Rb平均值為215.62，Rb/Sr平均值為0.34，Sr/Ba平均值為0.68，Nb/La比值在0.27～0.41。在微量元素MORB標準化圖(圖8(b))上，所有樣品均虧損Nb、Ta、Sr、Ti和P等高場強元素，富集Rb、Th、Zr和Hf等大離子親石元素，同時具有較高的相容元素含量，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的虧損指示存在磷灰石和鈦鐵礦的結晶分離作用。稀土和微量元素特征與紫金山礦田成礦巖體基本一致，但天池塘巖體相對更富集相容元素以及La、Ce等輕稀土元素。

4 討 論

4.1 巖石成因與構造環境

天池塘花崗閃長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(100.7±1.0)Ma和(99.6± 0.7)Ma，即晚白堊世早期。巖石地球化學特征顯示出準鋁質-過鋁質特征，富集輕稀土和大離子親石元素，虧損高場強元素，主量元素相對貧硅、富鉀和鎂，稀土和微量元素呈現Nb、Ta、Ti和Y負異常，低Nb/La值且無明顯Eu負異常，以上特征與島弧/活動大陸邊緣鈣堿性巖石相似[23]。Nb/Ta比值大部分在大陸地殼范圍(Nb/Ta=10～14)[41]，表明巖漿源區以殼源為主，源區或受到了俯沖組分的影響，可能有地幔組分的加入[42]。在Pearce等[43]提出的花崗巖構造環境判別圖上，天池塘花崗閃長巖與紫金山成礦巖體樣品大多數投影于火山弧花崗巖區域，個別樣品落于同碰撞花崗巖區(圖9)。

圖9 (Y+Nd)-Rb(a)和(Yb+Ta)-Rb(b)構造環境判別圖解(底圖據文獻[43])Fig.9 Granite tectonic discrimination diagrams of (Y+Nd)vs. Rb (a)and (Yb+Ta)vs. Rb (b)(modified from ref.[43])VAG.火山弧花崗巖；ORG.洋脊花崗巖；Syn-COLG.同碰撞花崗巖；WPG.板內花崗巖

東南沿海地區中生代動力體制經歷了從東西向構造為主的特提斯構造域向NNE—NE向構造為主的濱太平洋構造域的轉換，170～150 Ma是特提斯構造體系向環太平洋活動邊緣構造體系轉換的時期[44-51]。燕山早期以后東南沿海已經開始受到古太平洋板塊俯沖的影響[52-53]。燕山晚期花崗巖以鈣堿性花崗巖為主，白堊紀晚期出現A型花崗巖[1，44，54]，標志著燕山期造山作用的結束[55]。在150～100 Ma，中國東南部受太平洋動力學體系的影響，造成沿海地區拉張伸展，地殼變薄，地幔上隆，地幔來源玄武質巖漿底侵，并使下部地殼部分熔融形成花崗質巖漿，形成了中國東南部地質歷史上規模最大的花崗質火山-侵入雜巖[1，44]。閩西南地區是特提斯構造域向環太平洋大陸邊緣構造域轉換的典型地區，受大地構造背景控制，區內多期構造演化形成了復雜多變的構造單元格局和多種成巖成礦環境。巖漿巖作為深部過程的物質響應在該區廣泛分布。在230～200 Ma形成了碰撞-擠壓環境下的殼源型花崗巖，如形成于222 Ma起源于古老的變質沉積巖的小陶巖體[56]。中晚侏羅世(170～150 Ma)，發育殼源型過鋁-弱過鋁的花崗巖和二長花崗巖，過鋁花崗巖形成的主要年齡集中在 159～156 Ma[57]，以湯泉巖體(162～156 Ma)和古田巖體(161 Ma)為代表，其巖漿源區主要由殼源物質組成，同時該時期已經有在伸展構造背景下形成的巖漿活動記錄[58-60]。自早白堊世，殼?；旌献饔瞄_始顯現，底侵作用使得地幔在“成分”和“熱”兩方面為巖體的形成提供條件。早白堊世晚期，隨著伸展作用的進一步增強，巖石圈繼續減薄背景下，地幔組分在花崗質巖漿的形成過程中貢獻進一步增大[61-62]，形成130 Ma左右的馬坑大洋和莒舟巖體[42，62]，以及100 Ma左右的紫金山礦田四坊巖體(108～105 Ma)、羅卜嶺礦床賦礦花崗閃長斑巖(103～ 97 Ma)、浸銅湖礦床花崗斑巖((101.1±1.9)Ma)和天池塘花崗閃長巖(100～99 Ma)[21-22，63]。

目前，對于閩西南地區早-晚白堊世更替時期巖漿作用的報道僅限于紫金山地區，而本次發現的天池塘巖體位于紫金山早白堊世火山盆地與閩西南晚古生代坳陷的過渡地帶，表明100 Ma左右與成礦相關的花崗閃長巖在閩西南地區是普遍發育的，為該區中生代花崗巖漿作用及其與成礦關系研究提供了新的思路。

4.2 區域成礦作用啟示

前人研究表明，紫金山礦田主體成礦時代與晚白堊世早期花崗閃長巖類的成巖時代一致或稍后(表4)，花崗閃長(斑)巖是紫金山礦田最重要的成礦巖體[13，24，64-67]。天池塘花崗閃長巖與紫金山礦田成礦巖體，如四坊花崗閃長巖、羅卜嶺賦礦花崗閃長斑巖等具有相似的成巖時代和地球化學特征(表2和表3)，并表現出一定的成礦潛力。但與紫金山成礦作用不同的是，天池塘地區形成規模較小的矽卡巖型鐵礦(伴生銅)。而紫金山礦田則形成規模巨大的世界級斑巖-淺成低溫熱液成礦系統[68-70]。二者成礦作用差別顯著，其控制因素值得進一步探討。

表4 紫金山礦田成礦巖體年齡及相關成礦年齡

天池塘巖體與紫金山礦田成礦巖體地球化學特征和年齡相似，分異程度以及氧化性亦差別不大(圖10)，Fe2O3/FeO值在0.8左右，Rb/Sr值在0.2～0.6之間，顯示與Cu-Au成礦的親緣性[71]，但天池塘巖體更加富集高場強元素、相容元素以及輕稀土元素，指示這些礦床應屬于同一個成礦系列，但不同的局部構造環境中巖漿演化的細微差別造成了礦化類型的差異。

圖10 巖體氧化態(Fe2O3/FeO)-分異程度(Rb/Sr)判別圖解(底圖據文獻[71])Fig.10 Diagram of the oxidation state(Fe2O3/FeO)vs.degree of fractionation(Rb/Sr)for intrusive rocks(basemap modified from ref.[71])

晚侏羅世之后，閩西南區域背景逐漸轉入引張狀態，出現受北西向深大斷裂控制的火山斷陷盆地。紫金山礦田受北西向上杭—云霄斷裂帶控制，火山-侵入巖漿活動頻繁，構成了一個比較完整的中酸性火山-侵入巖系列，發育晚白堊世火山洼地。紫金山地區火山巖地層幾乎剝蝕殆盡，位于構造中心的英安玢巖小侵入體剛露出地表，則見到紫金山礦田典型的石英-明礬石型銅金礦床。石帽山群下部火山巖、潛火山巖頸、爆破角礫巖及花崗閃長斑巖(大多數隱伏于深部)構成的彎狀火山構造構成了銅金礦床控礦構造[24]，深部的羅卜嶺斑巖型銅鉬礦則直接賦存于花崗閃長斑巖頂部。在抬升剝蝕劇烈的部位，斑巖體根部露出，則顯露出類似鐘騰銅鉬礦的斑巖型礦床。

天池塘地區總體則受北東向構造控制，發育北東向斷裂及背斜褶皺，不發育同期火山巖，缺少類似紫金山的巖漿熱液分離的物理化學條件、熱液流體運移的通道和礦物質卸載和存儲的空間等。天池塘巖體周圍主要發育產在晚古生代含鈣質地層中的矽卡巖型鐵銅礦化，礦石礦物以磁鐵礦為主，可能反映巖體侵位較深，成礦溫度較高。

基于以上認識，我們在以往研究基礎上建立了閩西南地區銅多金屬成礦模式圖(圖11)。在今后的找礦工作中應充分考慮巖漿成礦潛力以及局部構造環境雙重因素，著重關注矽卡巖型或斑巖型鐵銅礦化，將100 Ma左右的花崗閃長巖類作為閩西南地區找礦勘查的重要成礦要素和預測標志。

圖11 閩西南地區銅多金屬礦區域成礦模式Fig.11 Schematic model for the regional Cu polymetallic mineralization in southwestern Fujian Province

5 結 論

(1)天池塘花崗閃長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(100.7±1.0)Ma和(99.6±0.7)Ma，為晚白堊世早期。

(2)巖石具有高鋁、低鈦和相對富鉀，準鋁質型-過鋁質和富大離子親石元素以及虧損高場強元素等地球化學特征，可歸屬于鉀玄質-高鉀鈣堿性系列。

(3)天池塘花崗閃長巖與紫金山礦田成礦巖體可能形成于區域伸展構造背景，受到洋板片俯沖組分改造或影響的巖石圈地幔組分與中下地殼物質部分熔融形成的花崗質巖漿混合作用的結果。

(4)100 Ma左右的花崗閃長巖是閩西南地區銅多金屬礦主要成礦巖體，與之相關的斑巖型、矽卡巖型等成礦類型屬于同一成礦系列，應作為區域銅金礦床重要成礦要素和預測標志。

致謝：感謝中國地質調查局南京地質調查中心毛建仁研究員及陳世忠研究員對論文編寫提出的寶貴意見，鋯石U-Pb年齡測試得到合肥工業大學LA-MC-ICP-MS實驗室閆峻教授、李全忠教授的悉心指導和無私幫助，編輯老師和匿名審稿人提出了建設性意見，在此一并表示感謝！