福建政和地区熊山岩体锆石U-Pb定年、地球化学特征及其成矿意义

时间：2024-09-03

王剑平，王会胜，唐秀念，李绪俊

1.吉林大学地球科学学院，长春 130061；2.福建省政和县宏坤矿业有限公司，福建政和 353600

0 引言

浅成热液型金矿床是目前世界上最重要的金矿床类型之一，近年来在其分类、演化和成矿时代研究等方面均取得了重要进展[1-3]，然而在该类金矿床与成矿岩体(包括脉岩类)的关系方面存在着较大的认识分歧。如紫金山金矿床被认为与早白垩世花岗岩体有关[4-5]；黑龙江省金厂金矿的成矿岩体，一部分学者认为其与花岗斑岩活动有关[6-8]，另一部分学者认为其与闪长岩或闪长玢岩的活动关系密切[9-10]。张敬陆[11]则认为岩浆热液型金矿床与闪长岩类为同源岩浆不同阶段的产物。大药坑金矿产于熊山岩体中，为福建政和地区一个十分重要的中型规模的金银矿床，前人研究认定为浅成热液型矿床[12-13]，但是，矿床的直接围岩—熊山岩体是简单的围岩还是成矿岩体[14]，其形成的岩浆来源等方面研究较少。笔者通过熊山岩体岩石学、地球化学及锆石U-Pb年龄测定来厘定岩体的成岩年龄，探讨岩体成岩岩浆来源，分析岩体与金矿成矿之间的时空和成因联系，为大药坑金矿床的成因研究提供依据。

1 区域地质背景

福建政和地区在大地构造位置上属环太平洋中新生代构造岩浆带西带[13]，华南褶皱系东部的闽中裂谷带中西部。区域上，研究区位于NNE向政和—大埔断裂带、NW向宁德三都澳—浦城观前断裂带和SN向浦城富岭—永泰嵩口断裂带的交汇地段(图1a)[15]。出露地层主要有中、新元古界马面山群东岩组、大岭组和龙北溪组；震旦系稻香组，岩石类型以浅变质的泥质岩类为主；中生界侏罗系梨山组、南园组，白垩系石帽山群寨下组，以各种碎屑沉积岩类和火山喷出岩类为主(图1b)。

区域内岩浆侵入和喷出活动较强，自晋宁期至燕山期均有活动，但以燕山期为主，具多旋回活动特征。区内矿产资源丰富，以金为主，其次为银、铜、铅、锌、萤石及硫铁矿等(图1b)。

2 熊山岩体地质特征

熊山岩体位于政和县熊山镇附近，产于区域性NE向政和—大埔断裂带的北段,总体上呈NE向板状沿政和—大埔断裂带展布,出露面积约15 km2(图1b)。熊山岩体为黄树峰(1987)[16]命名,此前曾被认定为一套喷出成因的安山玢岩和安山岩类。熊山岩体浅部呈岩墙状产出，为结晶分异不明显的细粒辉长岩和辉绿玢岩等。岩体深部出现闪长岩和花岗闪长岩类，其结晶颗粒较粗大，呈岩株状产出，侵入到早期细粒辉长岩之中。岩体中糜棱岩叶理、片理带和片理化带十分发育，绿泥石化、绿帘石化和碳酸盐化较强。

3 样品采集与分析方法

本次研究采集了熊山岩体细粒辉长岩(252-215-2)、粗粒闪长岩(252P-7)和花岗闪长岩(252P-9)等3件样品，分析了其主量、微量和稀土元素，并对样品252-215-2和252P-7进行了LA-ICP-MS 锆石U-Pb法测年。

图1 研究区构造纲要图(a)及区域地质简图(b)[15]Fig.1 Structure outline map (a) and geological sketch map (b) of the studied area

细粒辉长岩(252-215-2)是岩体中最主要的岩石类型，细粒结晶结构，块状构造，主要由斜长石和辉石组成，斜长石含量约55%，粒径0.2～0.5 mm，板状，含少量斜长石斑晶，斑晶大小0.5～1 mm，斑晶含量<5%；辉石含量约40%。岩石中含少量角闪石(图2a、b)，绿帘石化、绿泥石化较强，同时还含有磁铁矿、赤铁矿和磷灰石等微量矿物。

粗粒闪长岩(252P-7)为岩体深部所见的主要岩石类型，粗粒结构，块状构造。主要组成矿物为斜长石、角闪石，含少量钾长石及石英(图2c)等。斜长石含量约50%，粒径约1～2 mm，双晶发育，弱绢云母化和泥化；角闪石含量约35%，板柱状，强烈蚀变；石英含量约10%，粒径约1 mm，呈他型集合体，波状消光；钾长石含量<5%，粒径约1 mm，见卡式双晶。岩石总体上蚀变微弱。

Pl.斜长石；Q.石英；Ep.绿帘石；Kfs.钾长石。图2 细粒辉长岩(a、b)、粗粒闪长岩(c)及花岗闪长岩(d)显微照片Fig.2 Micro photographs of fine gabbro (a and b), coarse diorite (c) and granodiorite (d)

花岗闪长岩(252P-9)呈不等粒花岗结构(图2d)，块状构造。主要组成矿物为斜长石、钾长石及石英，含少量角闪石。斜长石含量约50%，为较大颗粒的板柱状，粒径1～2 mm，双晶发育，弱泥化和绢云母化；钾长石含量约20%，呈不规则他型粒状，粒径约1 mm，绢云母化和泥化均较强；石英含量约15%，他型粒状集合体，粒径约1 mm，波状消光明显，角闪石含量约15%，强烈蚀变。

测年样品在河北省区域地质调查所实验室进行锆石分选，北京锆年领航科技有限公司进行制靶和阴极发光(CL)图像的采集。LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析在自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室进行，具体测试方法、详细分析步骤参见文献[17]。

岩石样品的主量、微量和稀土元素分析测试由澳实分析检测(广州)有限公司完成。主量元素采用X-荧光光谱仪(XRF)分析，分析精度为0.01%，稀土和微量元素则采用等离子质谱仪(ME-MS81)定量分析，分析精度为0.01×10-6。

4 分析结果

4.1 岩石锆石U-Pb测年结果

熊山岩体细粒辉长岩(252-215-2)中所见锆石主要为细粒淡褐色短柱状自形晶(图3a)，环带发育，且环带宽度较大，锆石Th/U比值为0.48～1.17，呈岩浆锆石特征。样品谐和率较高，15个测点的锆石206Pb/238U年龄值分布在474.2～461.3 Ma之间，加权平均年龄结果为(465.7±6.1)Ma(n=15，MSWD=0.12)(图3a)，代表细粒辉长岩的结晶年龄为中奥陶世。

熊山岩体粗粒闪长岩(252P-7)中所见锆石主要为细粒褐色短柱状自型晶(图3b)，其长宽比为1～2。环带发育，Th/U比值为0.53～1.04，呈岩浆锆石特征。样品数据点大多集中在谐和线附近，谐和率较高。15个测点的锆石206Pb/238U年龄值分布在472.3～453.6 Ma，加权平均年龄结果为(463.9±6.2)Ma(n=15，MSWD=0.16)(图3b)，代表粗粒闪长岩的结晶年龄为中奥陶世。

图3 细粒辉长岩(a)与粗粒闪长岩(b)锆石阴极发光图、U--Pb年龄谐和曲线图Fig.3 Cathodoluminescence image of zircon and U--Pb concordia diagrams of fine gabbro(a) and coarse diorite (b)

4.2 岩石地球化学

细粒辉长岩(252-215-2)的SiO2含量为44.49%，Al2O3含量为14.36%，TFe2O3含量为14.28%，K2O含量为0.20%，Na2O含量为2.65%，CaO含量为8.26%，MgO含量7.48%，Mg#为50.90，铝指数A/CNK为0.73，属于准铝质系列，全碱(Na2O+K2O)含量为2.85%，里特曼指数为5.45，在SiO2-K2O图解中(图4a)投影在拉斑系列范围内，在TAS图解(图4b)中投影在辉长岩范围内。前人测试结果(表1)与样品252-215-2中的各主量元素含量比较接近， SiO2的含量为45.00%～50.04%，CaO的含量为7.70%～13.04%，TFe2O3含量为10.60%～12.45%，MgO含量为5.50%～8.11%，全碱(Na2O+K2O)为2.07%～4.03%，均表现为基性岩特征。

本次测试的样品252P-7与252P-9中SiO2含量分别为62.46%和64.01%，Al2O3含量为16.28%和15.94%，TFe2O3含量为4.85%和4.78%，K2O含量为1.36%和1.50%，Na2O含量为5.34%和4.67%，CaO含量为3.36%和3.34%，MgO含量2.18%和2.13%，Mg#为47.08和46.86，铝指数A/CNK为0.99和1.04，属于准铝质-过铝质系列，全碱(Na2O+K2O)含量为6.70%和6.17%，里特曼指数为2.30和1.81。在SiO2-K2O图解中(图4a)投影在钙碱性系列范围内，在TAS图解(图4b)中，样品252P-7投影在闪长岩范围内，样品252P-9投影在花岗闪长岩范围内。

根据野外地质研究、前人工作成果以及本次测试结果，可以认为熊山岩体地表和近地表主体为基性岩类，地下深部出现少量偏中酸性的侵入岩类。在TAS图解(图4b)中，本次测试与收集数据的样品大多数投影至辉长岩的成分范围内，少数投影在闪长岩及花岗闪长岩范围内，印证了上述结论。

图4 熊山岩体SiO2-K2O图解(a)及TAS图解(b)[18]Fig.4 SiO2-K2O diagram(a) and TAS diagram(b) of Xiongshan intrusion

本次测试的细粒辉长岩样品(252-215-2)的稀土元素分析结果与前人数据较为接近，稀土总量为63.80×10-6，(La/Yb)N比值为1.08，LREE/HREE比值为1.94，δEu为0.83，为较弱的负异常，δCe为0.92，无明显异常。其球粒陨石标准化稀土元素配分曲线较为平缓(图5a)，样品中稀土总量和各种分异参数基本上与N-MORB基本一致。

根据前人岩体稀土元素分析结果[18](表1)，细粒辉长岩类样品的稀土总量为39.58×10-6～63.80×10-6，LREE/HREE比值为1.82～2.13，(La/Yb)N比值为1.08～1.64，轻重稀土分馏不明显，δEu为0.85～1.05，表现为较弱的负Eu异常。

表1 熊山岩体及大药坑金矿(成矿期石英正长斑岩(239--1--11)、成矿后闪长玢岩(252--215--1))主量元素(10-2)，稀土(10-6)和微量元素(10-6)分析

图5 熊山岩体球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(a)[18]及熊山岩体原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)Fig.5 Chondrite normalized REE distribution patterns (a) and primitive mantle normalized trace element spider diagrams (b) of Xiongshan intrusion

δCe为0.89～1.02，表现为较弱的负异常。在球粒陨石标准化稀土元素配分模式图中(图5a)，所有样品的球粒陨石标准化曲线均较平缓，分布于相对不大的范围之内。

本次测试的粗粒闪长岩(252P-7)和花岗闪长岩(252P-9)样品的稀土总量分别为79.23×10-6和76.38×10-6，(La/Yb)N比值为8.68和8.91，LREE/HREE比值为8.60和8.50，轻重稀土分馏明显，δEu为0.95和0.87，为较弱的负异常，δCe为0.96和0.99，无明显负异常。两个岩石样品的球粒陨石标准化曲线基本一致，整体呈右倾，与细粒辉长岩类有较明显的差别(图5a)。

熊山岩体细粒辉长岩样品(252-215-2)中Ba含量为41.40×10-6，Cs含量为0.64×10-6，Rb含量为5.90×10-6，Sr的含量为166.00×10-6，Nb含量为5.60×10-6，Nb/Ta比值为18.67，U的含量为0.19×10-6，Th的含量为0.45×10-6。在原始地幔标准化蛛网图(图5b)中，细粒辉长岩样品(252-215-2)中各微量元素分馏相对较弱，其分布曲线较为平缓，也类似于洋中脊玄武岩(N-MORB)微量元素原始地幔标准化曲线。样品中LILE(K、Sr、Ba)含量较低，HFSE(U、Zr、Nb)和Ti表现为较弱的正异常。

粗粒闪长岩 (252P-7) 和花岗闪长岩(252P-9)样品的微量元素原始地幔标准化曲线较接近，整体呈右倾趋势。其中Ba含量为707.00×10-6和502.00×10-6，Cs含量为3.83×10-6和6.85×10-6，Rb含量为42.70×10-6和67.40×10-6，Sr的含量为746.00×10-6和397.00×10-6，Nb含量为5.3×10-6和4.7×10-6，Nb/Ta比值为10.6和9.4，U的含量均为1.39×10-6，Th的含量为6.42×10-6和6.47×10-6。从其原始地幔标准化曲线看，相对富集LILE(Rb、Ba、K、Sr)，亏损HFSE(U、Th、Nb)、Ti和P。综合岩体中微量元素含量及其比值、原始地幔标准化曲线分析，熊山岩体地表早期细粒辉长岩(252-215-2)与岩体晚期深部粗粒闪长岩(252P-7)和花岗闪长岩(252P-9)之间微量元素的含量和分布特征差别较大，分馏较明显，说明熊山岩体细粒辉长岩与粗粒闪长岩和花岗闪长岩的岩浆来源可能存在一些差异，后者中地壳物质可能加入较多。

5 讨论

5.1 熊山岩体成岩时代

由熊山岩体锆石U-Pb年龄测试结果可知，粗粒闪长岩(252P-7)和细粒辉长岩(252-215-2)中岩浆结晶锆石的加权平均年龄分别为(463.9±6.2)Ma和(465.7±6.1)Ma。两个样品的测定值在误差范围内基本一致，据此推断熊山岩体的就位和结晶年龄为465.7～463.9 Ma。任胜利等人[18]曾给出过(585.7±30)Ma的Sm/Nd同位素年龄，虽然与本次测试的年龄数据差别较大，但也表明熊山岩体为古生代岩浆旋回的产物。综合分析认为熊山岩体的成岩年龄为465.7～463.9 Ma。

5.2 熊山岩体岩浆来源

古-中元古代以来，闽中裂谷带经历了古陆块的形成、裂解和拼合，被动大陆边缘，进而最终演化为活动大陆边缘的长期演变过程[12]。晋宁—加里东期，伴随着全球性裂谷活动，古陆裂解，之后陆块之间聚合碰撞。在碰撞闭合过程中，基性岩浆侵入并形成基性岩体(熊山岩体等)。

在Mg#-SiO2图解(图6a)中，熊山岩体早期细粒辉长岩类投影在与地幔橄榄岩反应的板片熔体区内，而较晚期的粗粒闪长岩和花岗闪长岩类则投影在变玄武岩和榴辉岩实验熔体区。这表明熊山岩体早期岩浆来自于较深部的地幔橄榄岩，含富铁镁质的组分；而晚期岩浆主要投影在玄武质和榴辉岩熔体区内，其来源较浅，所形成的岩浆相对富硅、铝，贫铁镁等。将收集的熊山岩体的前人数据在铅结构模式图解(图6b)中投影，样品分布在地幔演化线与造山带演化线之间，这也表明熊山岩体早期岩浆主要来自于上地幔，造山带对其成分有一定的影响。

图6 熊山岩体岩石Mg#-SiO2图解(a) [19]及铅构造模式图(b)[20]Fig.6 Mg#-SiO2 diagram(a)[19] and plumbotectonic model diagram(b)[20] of Xiongshan intrusion

5.3 岩体与成矿

熊山岩体是大药坑金矿的含矿围岩，如前所述，其成岩年龄为465.7～463.9 Ma。与金矿密切相关的成矿期石英正长斑岩的成岩年龄为(119.3±2.5)Ma，成矿后脉岩成岩年龄为(107.7±7.0)Ma，表明大药坑金矿成矿年龄为119～107 Ma(另文发表)。熊山岩体的成岩年龄明显早于金矿的成矿年龄，是不同大地构造环境下的产物。因此推断，熊山岩体不可能是大药坑金矿的成矿岩体。

但是，从矿脉和熊山岩体主要岩石类型的稀土元素配分曲线来看，含矿石英脉和成矿期石英正长斑岩的稀土配分曲线(图略)与熊山岩体早期细粒辉长岩稀土配分曲线相似。而产于熊山岩体粗粒闪长岩外接触带附近的含金较差的含方铅矿石英脉的稀土配分曲线则与熊山岩体粗粒闪长岩和花岗闪长岩的稀土配分曲线除Eu外十分相似，这说明大药坑金矿脉的稀土元素特征与熊山岩体的稀土特征具有一定的相似性。从微量元素含量看，成矿期石英正长斑岩、成矿前闪长玢岩、熊山细粒辉长岩、支脉含矿石英脉中一些重要微量元素的含量也有相似之处。矿石中的铅同位素比值和熊山岩体中很接近(图略)。这些均表明大药坑金矿的成矿物质可能与熊山岩体有一定关联。岩体内围岩蚀变较强，片理化发育，局部黄铁矿含量较高，可作为熊山岩体中成矿物质曾被汲取的有力证据。