福建省溫屋盆地火山巖地球化學特征及構(gòu)造環(huán)境分析

廖劍鋒

（福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，福州 350013）

福建省溫屋盆地位于紫金山銅金礦床西北部，火山巖-侵入巖序列保存完整。區(qū)內(nèi)火山巖建造（巖石組合）有早白堊世黃坑組紫紅色粗碎屑巖與中（中基）性火山熔巖組合和寨下組雜色粗碎屑巖與酸性火山熔巖-火山碎屑巖組合，構(gòu)成兩個完整沉積-火山噴發(fā)旋回[1]。黃坑組分為兩段，下段由復成分礫巖、凝灰質(zhì)砂礫巖和砂巖構(gòu)成；上段主要由紫色英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、粗安巖、英安巖和安山巖等構(gòu)成。寨下組可分為上下兩段，下段主要由復成分礫巖、凝灰質(zhì)砂礫巖和凝灰?guī)r構(gòu)成；上段主要由流紋-英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、熔結(jié)凝灰?guī)r、斜長流紋巖和凝灰質(zhì)砂巖等構(gòu)成。本文對研究區(qū)內(nèi)典型的火山巖進行巖相學、鋯石年齡、地球化學等方面的研究，以反映本區(qū)巖漿演化特征及構(gòu)造環(huán)境。

1 樣品采集及測試

1.1 樣品采集

溫屋盆地內(nèi)廣泛發(fā)育火山碎屑巖夾火山熔巖，研究所采集的樣品主要為寨下組流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r（3 件）及斜長流紋巖（4 件）。

1.2 樣品測試

鋯石U-Pb年齡測定采用Agilent 7500a 型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS），在南京大學國家重點實驗室完成，儀器工作參數(shù)為：氬氣（Ar）流量1 L/min，氦氣（He）流量0.9～1.2 L/min?；鹕綆r主微量元素及稀土元素測試由廣州奧實分析檢測中心完成，微量元素和稀土元素分析儀器為Finnigan Element2 型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）。

2 巖石學特征

流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r呈灰白色，成分主要為石英、長石、黑云母。長石以堿性長石為主，含量占晶屑的30%。石英在斑晶中出現(xiàn)較多，含量占晶屑的40%。黑云母含量占晶屑的30%?；|(zhì)成分主要為長石、石英黑云母。主要發(fā)生碳酸鹽化、硅化和絹云母化。斜長流紋巖呈深綠色，主要成分有石英、長石、黑云母。基質(zhì)出現(xiàn)明顯的流紋構(gòu)造，其中片柱狀礦物（如黑云母等）多圍繞石英等斑晶顆粒定向排列。基質(zhì)多數(shù)結(jié)晶成細粒，以火山灰為主，成分不可見。溫屋盆地火山巖鏡下照片如圖1所示。

3 火山巖鋯石U-Pb年齡

流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r中，鋯石有清晰的韻律環(huán)帶，為巖漿成因，如圖2（a）所示。流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r232Th 的含量為281～1 179 mg/kg，238U 的含量為275～608 mg/kg，Th/U 值為1.02～1.94。經(jīng)過流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r鋯石的U-Pb 分析，結(jié)合采樣位置，繪制U-Pb年齡諧和圖，如圖3（a）所示，得到流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r的加權(quán)平均年齡為101.8 Ma±1.6 Ma。

圖2 溫屋盆地火山巖代表性鋯石陰極發(fā)光圖像

圖3 溫屋盆地火山巖鋯石U-Pb年齡諧和圖

斜長流紋巖中，鋯石為淺、深棕黃色，如圖2（b）所示。陰極發(fā)光圖像顯示，鋯石有清晰的韻律環(huán)帶。 鋯石中232Th 的含量為354～1 246 mg/kg，238U 的含量為482～961 mg/kg，具有較高的Th/U 值（0.76～1.32），這指示其為巖漿成因鋯石。ICP-MS鋯石U-Pb 同位素定年結(jié)果如圖3（b）所示，加權(quán)平均年齡為99.9 Ma±1.1 Ma，并且分析的點位均投影在協(xié)和線上，因此99.9 Ma±1.1 Ma 代表該巖體的形成年齡。

4 火山巖地球化學特征及構(gòu)造背景

4.1 主量元素地球化學特征

流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)rSiO2含量為72.23%～75.85%，K2O+Na2O含量為5.98%～7.70%，K2O含量為5.09%～6.12%，Na2O 含量為0.04%～2.61%，Al2O3含量為14.31%～17.02%，CaO 含量為0.05%～0.35%，巖石具有富Al、K 的特征，鋁過飽和指數(shù)為1.37～2.22，流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r在鉀玄巖系類的范圍。

斜長流紋巖SiO2含量為72.67%～77.62%，K2O+Na2O含量為4.96%～5.04%，K2O 含量為3.84%～4.32%，Na2O 含量為2.98%～3.82%，Al2O3含量為12.88%～15.12%，CaO 含量為0.34%～1.10%，巖石具有富Al特征，鋁過飽和指數(shù)為1.17～3.33，斜長流紋巖在高鉀鈣堿性系類的范圍。

4.2 微量元素地球化學特征

流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r總體上表現(xiàn)出Rb、K 富集，Th、U、Zr、Hf 中度富集，Nb、Ta、Ti、Sr、P 等元素虧損的特征。虧損的高場強元素為Nb、Ta、Ti，Zr/Hf 值為34.3～38.7，Nb/Ta 值為11.3～16.3，Sr/Y 值為1.0～10.8，表現(xiàn)出典型島弧火山巖的微量元素特征。

斜長流紋巖總體上表現(xiàn)出Rb、Ba、K 富集，Th、U、Zr、Hf 中度富集，Nb、Ta、Ti 等元素虧損，Sr 異常不明顯的特征。虧損的高場強元素為Nb、Ta、Ti，Zr/Hf 值為38.0～39.8，Nb/Ta 值為10.4～11.0，Sr/Y值為39.7～50.8，表現(xiàn)出典型島弧火山巖的微量元素特征。

4.3 稀土元素地球化學特征

流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r稀土總量為154.9～209.6 mg/kg，輕稀土的總量為140.0～179.3 mg/kg，重稀土的總量為14.9～32.3 mg/kg。它屬于輕稀土富集型，輕重稀土分異較小。它具有強烈的Eu 負異常，部分具有Ce負異常。

斜長流紋巖稀土總量為168.8～185.5 mg/kg，輕稀土的總量為152.6～168.2 mg/kg，重稀土的總量為16.2～20.2 mg/kg。它屬于輕稀土富集型，輕重稀土分異較小。它具有輕微的Eu 負異常。

4.4 大地構(gòu)造背景巖化

我國華南地區(qū)因欽杭Cu-Au-Pb-Zn-Ag成礦帶、南嶺W-Sn-Nb-Ta 成礦帶和沿海地區(qū)Au-Ag-Cu-Pb-Zn 成礦帶的存在而備受相關學者的關注[2-3]，而成礦主要集中發(fā)生于晚中生代。對于華南地區(qū)晚中生代大地構(gòu)造演化的前人觀點，WANG 等[4]進行較完整的總結(jié)。主要觀點可以分為3 種。一是碰撞模型；二是地幔柱模型；三是古太平洋或Izanagi 板塊俯沖模型。其中，被學者廣為接受的是古太平洋板塊俯沖模型。

考慮到上述動力學模型并不能妥善解釋我國華南陸塊及沿海地區(qū)硅質(zhì)大火成巖省的時空分布框架、板塊俯沖開始時間以及俯沖板塊的漂移方向，WANG 等[4]提出一種三階段的動力學模型。第一階段（140～170 Ma），少量島弧火山巖沿著我國福建省和廣東省境內(nèi)的政和-大浦斷裂帶分布，這表明華南陸塊下方的Izanagi 板塊最初朝北西向發(fā)生俯沖的時間大約在中侏羅世；第二階段（110～140 Ma），浙江省與福建省北部普遍發(fā)育長英質(zhì)火山巖系，這表明該段時期內(nèi)Izanagi 板塊繼續(xù)朝北西向俯沖，并在早白堊世形成寬廣的俯沖帶；第三階段（90～110 Ma），華南陸塊及沿海地區(qū)晚白堊世巖漿活動以普遍發(fā)育雙峰式火山巖或侵入巖為特征，這表明俯沖板塊開始向東回撤，從而導致當時的構(gòu)造環(huán)境為弧后環(huán)境。

Rb-Hf-Ta 的構(gòu)造判別三角圖如圖4所示，由此可以區(qū)分火山弧、同碰撞和弧后的構(gòu)造環(huán)境?？傮w上看，溫屋盆地白堊紀的火山巖處于火山弧的構(gòu)造環(huán)境，這也與其巖石富集大離子親石元素和虧損高場強元素的火山弧巖漿特征相符。形成最晚的斜長流紋巖表現(xiàn)出弧后環(huán)境，暗示拉長和抬升的構(gòu)造過程，同時期的上杭火山巖盆地也廣泛發(fā)育拉長環(huán)境的正斷層。溫屋盆地火山巖所表現(xiàn)的構(gòu)造演化與紫金山礦區(qū)的主要構(gòu)造相吻合。這預示著北西方向的斷裂最容易在成礦過程中再活化或者打開，這與紫金山礦區(qū)中廣泛分布的北西向控礦構(gòu)造相一致。溫屋盆地晚白堊世的大地構(gòu)造演化表現(xiàn)出先為火山弧環(huán)境，在晚期演化為弧后的拉升環(huán)境的演化趨勢，這也與晚中生代華南地區(qū)的構(gòu)造演化模式相符[5]。

圖4 溫屋盆地火山巖構(gòu)造環(huán)境演化

5 結(jié)論

溫屋盆地中酸性火山巖ICP-MS 鋯石U-Pb 測年結(jié)果顯示，火山噴發(fā)時代為99.9～101.8 Ma，表明火山巖形成于晚白堊世。地球化學特征表明，溫屋盆地火山巖富集Rb、K，中度富集Th、U、Zr、Hf，Nb、Ta、Ti、Sr、P 等元素呈現(xiàn)虧損。虧損的高場強元素為Nb、Ta、Ti，Zr/Hf 值為34.3～38.7，Nb/Ta 值為11.3～16.3，Sr/Y 值為1.0～10.8，表現(xiàn)出典型的島弧火山巖特征。溫屋盆地火山巖是晚白堊世陸內(nèi)伸展（拉張）構(gòu)造環(huán)境的產(chǎn)物，是晚白堊世加厚地殼背景中形成的，是太平洋俯沖帶火山作用的產(chǎn)物。