朱溪矿集区黑云母石英二长斑岩年代学、地球化学特征及其地质意义*

李艳红，唐 炜，陈 祺，邹 静，饶建锋，欧阳永棚，武 彬

（1江西省矿产资源保障服务中心，江西南昌 330025；2江西省地质局九一二大队，江西鹰潭 335001；3中国地质调查局南京地质调查中心，江苏南京 210016）

岩浆活动为内生金属矿床的形成提供成矿物质来源、流体来源、热能等。朱溪矿集区地处扬子板块与华夏板块碰撞拼接的钦杭结合带，岩浆活动强烈且频繁。已有年代学数据表明，朱溪矿集区在晋宁晚期（万浩章等，2015）、华力西期（刘战庆，2016）、燕山早期（李岩等，2014；刘善宝等，2014；刘战庆等，2014；王先广等，2015；胡正华等，2015；Chen et al.,2016；霍海龙等，2018；Song et al.,2018；Pan et al.,2018；饶建锋等，2020）、燕山晚期（刘战庆等，2016；刘经纬等，2016）等均有岩浆活动事件。近日，笔者在朱溪矿集区枣林地段新发现黑云母石英二长斑岩，通过对其开展年代学和地球化学特征研究，发现其具埃达克质岩的特征。近些年来，埃达克岩的形成环境由年轻的、热的洋壳熔融产生扩大至各种构造环境，包括俯冲带、大陆板块、碰撞造山带等（Defant,2002；Castillo,2006），可以为区域地球动力学提供部分指示意义。研究表明，埃达克岩与铜、金成矿具密切联系（Oyarzun et al.,2001；Zhang et al.,2006；Hou et al.,2006；王 元 龙 等，2003；张 旗 等，2004；汪洋等，2004）。朱溪矿集区内已探明多处铜矿床或矿点，如朱溪钨铜矿床、横路铜矿点、张家坞铜矿点、弹岭铜铅锌矿点、杨草尖铜矿点等。因此，本文基于新发现的黑云母石英二长斑岩年代学和地球化学数据，探讨其成因，为朱溪矿集区160 Ma时的构造环境研究提供参考，进而分析区域铜矿的成矿潜力。

1 区域地质背景

朱溪矿集区位于钦杭结合带萍乐坳陷带东端，赣东北深大断裂北西侧（Shu et al.,2008；杨明桂等，2009）。

地层具二元结构，由浅海台地相碳酸盐岩和含煤碎屑岩组成的石炭纪—三叠纪沉积盖层，以及深海盆地相夹浊流沉积相泥砂质建造间夹海底火山喷发物的新元古代万年群变质基底组成（杨明桂等，2012）（见图1）。沉积盖层主要呈走向NE、倾向NW的单斜构造展布，不整合于万年群之上，石炭系主要由白云质灰岩、白云岩、灰岩等组成；二叠系中下统主要由灰岩组成，上统由煤系与灰岩组成；三叠系下统由碳酸盐岩组成。变质基底发育有紧闭褶皱，局部见韧性剪切及片理化。

图1 朱溪矿集区大地构造位置图（a）及区域地质简图（b）（修编自吴美仁等，2019）1—第四系；2—白垩系；3—侏罗系；4—三叠系；5—二叠系；6—石炭系；7—新元古界万年群；8—白垩纪花岗细晶岩；9—白垩纪细粒花岗岩；10—白垩纪花岗斑岩；11—白垩纪花岗闪长斑岩；12—白垩纪辉绿岩；13—白垩纪辉长岩；14—石英脉；15—流纹斑岩；16—闪长（玢）岩二长岩；17—煌斑岩；18—碧玄岩；19—不整合接触界线；20—地质界线；21—逆冲推覆断层；22—实（推）测断层；23—岩层产状；24—倒转岩层产状；25—研究区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

朱溪矿集区基本构造框架表现为“两单斜夹一块”，即塔前-赋春单斜与横路-大游山单斜夹有杨草尖变质岩块、涌山构造岩片；“两断裂”为塔前-赋春逆冲推覆断裂带与横路-大游山逆冲推覆深断裂带（欧阳永棚等，2019）。

岩浆活动较为强烈，以燕山期为主，岩性以中酸性为主，包括花岗闪长（斑）岩、花岗（斑）岩、钠长花岗岩等，地表展布受NE向断裂控制，主要呈小型岩脉、岩株、岩墙等产出，朱溪、月形等矿区钻孔揭露出深部存在黑云母花岗岩、二长花岗岩、花岗斑岩等（Chen et al.,2016）。

2 岩石学特征

黑云母石英二长斑岩见于朱溪矿集区科山乡枣林村附近推覆构造断层带中，出露面积较小，沿北东向大致顺层侵入于黄龙组细晶灰岩中（图2a），岩体内部及周围未见矿化现象。

黑云母石英二长斑岩具浅灰色，斑状结构，块状构造（图2b）。斑晶主要为石英（4%±）、长石（18%±）和黑云母（4%±），在QAP图解（图3）中，落入二长花岗岩中。石英斑晶呈粒状，他形，粒径约0.30～1.2 mm，无色透明，低正突起，无解理，一级灰白干涉色，部分石英斑晶被熔蚀呈浑圆状（图2c、d）；长石斑晶呈板柱状和粒状，半自形和他形，粒径约0.30～1.5 mm（图2d），长石斑晶主要是碱性长石和斜长石，有较强的碳酸盐化和绢云母化；黑云母斑晶呈片状，较自形，粒径约0.20～0.80 mm，多色性明显，浅黄色至黄褐色，正中突起，解理极完全，平行消光，二级干涉色（图2c、d）。基质主要由微粒状长石和少量石英、云母等矿物组成，含量74%左右；基质中长石未见绢云母化；石英无色透明，低正突起，无解理，一级灰白干涉色；云母呈细小鳞片状，无色，鲜艳二级干涉色。岩石中有碳酸盐化，碳酸盐矿物呈微粒状，他形，无色，具闪突起，高级白干涉色，碳酸盐矿物主要交代长石斑晶，部分交代基质中长石。

图2 黑云母石英二长斑岩野外（a）、手标本（b）及岩相学（c、d）特征Qz—石英，Bi—黑云母，Pl—斜长石Fig2 Outcrop views（a）,hand specimen（b）,photomicrographs（c,d）of biotite quartz monzonite porphyryQz—Quartz;Bi—Biotite;Pl—Plagioclase

图3 黑云母石英二长斑岩QAP图解Fig.3 The QAPdiagram of biotite quartz monzonite porphyry

3 测试结果

本次研究共采集5件黑云母石英二长斑岩样品（ZL-YQ11、ZL-YQ12、ZL-YQ13、ZL-YQ14、ZLYQ15）开展主量、微量、稀土元素地球化学特征及年代学研究，采样点见图1。

全岩主量和微量元素分析在江西省地质矿产勘查开发局九一二实验室完成，所有样品均碎至200目以下。主量元素采用X射线荧光光谱法（XRF）分析完成，分析相对误差小于1%；微量元素分析采用酸溶方法对样品进行前处理，采用Agilent 7500a等离子质谱仪（ICP-MS）测定，分析精度优于5%。

锆石的分选、内部结构阴极发光（CL）图像在廊坊市诚信地质服务有限公司完成。锆石U-Pb同位素年龄测试在中国冶金地质总局山东局测试中心进行，测试仪器为激光剥蚀器（GeoProLas 193nmArF准分子）+电感耦合等离子体质谱仪（ThermoX2），仪器测试条件：束斑直径25μm，频率10 Hz，载气（He）流速760 mL/min，能量密度10 mJ/cm2，Nebuliser：0.56 L/min，SamplingDepth：180。同位素质量分馏校正采用国际标准锆石91500，样品的同位素比值及元素含量计算采用ICPMSDataCal软件（Liu et al.,2008），年龄数据使用ComPbCorr#3_15G程序进行普通铅校正，年龄及谐和图绘制采用Isoplot（Lud‐wig,2001）程序。

3.1 主量元素地球化学特征

黑云母石英二长斑岩样品主量元素特征见表1。

表1 黑云母石英二长斑岩主量元素分析结果(w(B)/%)Table 1 Major element composition(w(B)/%)of biotite quartz monzonite porphyry

经标准化处理后的岩体主量元素组成为（表2）：w（SiO2）介于68.67%～69.27%之间，平均为68.84%；w（Al2O3）介于15.78%～16.54%之间，平均为16.2%；w（TiO2）介于0.33%～0.38%之间，平均为0.35%；w（MgO）介于1.93%～2.09%之间，平均为2.02%；w（CaO）介于3.86%～4.13%之间，平均为4.03%；w（K2O）介于3.69%～3.88%之间，平均为3.81%；w（Na2O）介于1.82～1.96%之间，平均为1.87%；全碱w（K2O+Na2O）为5.51%～5.84%，平均为5.68%；A/CNK值为1.61～1.74，平均为1.67；A/NK值为2.79～2.94，平均为2.85。样品具高Si、Al、K特征。w（SiO2）-w（K2O）图解（图4a）指示岩石为高钾钙碱性系列，A/CNK-A/NK图解中岩石总体显示其具有过铝质特征（图4b）。

图4 黑云母石英二长斑岩SiO2-K 2O（a）和A/CNK-A/NK（b）图解（底图来源于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 黑云母石英二长斑岩标准化后主量元素组成(w(B)/%)Table 2 Normalized major element composition(w(B)/%)of biotite quartz monzonite porphyry

3.2 微量、稀土元素地球化学特征

黑云母石英二长斑岩样品微量、稀土元素特征见表3。本次研究5件样品具相似的稀土元素配分曲线及微量元素原始地幔标准化图解（图5）。稀土元素总量∑REE=205.21×10-6～213.13×10-6，具明显弱负Eu异常（δEu=0.73～0.81），∑LREE/∑HREE=19.10～20.93，轻稀土元素相对富集，重稀土元素相对亏损，（La/Yb）N为19.10～20.93。微量元素特征表明岩石具Ba、U、K、Pb、Sr正异常，Nb、Ta、P、Ti负异常，具岛弧岩浆的特点。样品具高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比值为47.96～59.85，具埃达克质岩特征。在Sr/Y-Y图解中，样品投点落入埃达克岩范围内（图6）。

图5 黑云母石英二长斑岩稀土元素配分曲线图（a）和微量元素蛛网图（b）（标准化数据来源于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）

图6 黑云母石英二长斑岩Sr/Y-Y图解Fig.6 Sr/Y-Y diagram of biotite quartz monzonite porphyry

表3 黑云母石英二长斑岩微量元素、稀土元素组成(w(B）/10-6）Table 3 Trace element and REE composition（w（B）/10-6）of biotite quartz monzonite porphyry

3.3 锆石U-Pb年龄测定结果

黑云母石英二长斑岩15颗锆石U-Pb测试点位及其结果见表4，样品典型锆石CL图像见图7。锆石粒径长轴多为100～300μm，为长柱状或短柱状，长宽比为1.5∶1～5∶1，呈自形到半自形。阴极发光图显示清晰的韵律环带结构，具岩浆结晶锆石特征。锆石w（U）为160.90×10-6～1182.19×10-6，w（Th）为78.10×10-6～787.02×10-6，Th/U比值相对较高（0.24～0.78），显示出锆石具有岩浆成因（吴元保等，2004）。

图7 黑云母石英二长斑岩锆石CL图Fig.7 Cathodoluminescence images of zircons in biotite quartz monzonite porphyry

表4 黑云母石英二长斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年结果Table 4 LA-ICP-MSzircon U-Pb isotope dating for biotite quartz monzonite porphyry

黑云母石英二长斑岩15个测试点位，除去D181022-02、D181022-04、D181022-10点的谐和性较差，其余12个点位相关性均较好，在206Pb/238U-207Pb/235U谐和图上（图8），数据点具有良好的谐和性，皆落在谐和线上或其附近，加权平均年龄为（157±1）Ma，代表了黑云母石英二长斑岩的成岩年龄。

图8 黑云母石英二长斑岩部锆石U-Pb年龄谐和图Fig.8 U-Pb Concordia diagramsof zircons in biotite quartz monzonite porphyry

4 讨论

4.1 岩浆源区特征

埃达克质岩的源区通常被认为来源于俯冲大洋板块部分熔融（Defant et al.,1990）、富集地幔来源的基性玄武质岩浆与壳源酸性长英质岩浆发生岩浆混合作用（Chen et al.,2013）、富集地幔来源的玄武质岩浆经同化混染和结晶分异作用（Rapp et al.,1999；Moyen et al.,2012；Martin et al.,2005）形成，也有学者认为与拆沉下地壳部分熔融（Atherton et al.,1993；Gao et al.,2004）或者加厚下地壳部分熔融（Atherton et al.,1993；Gao et al.,2004；Xu et al.,2002；张旗等，2001）有关。

实验岩石学研究表明，基性岩部分熔融的产物通常富Na（Rapp et al.,1995），而研究区样品富钾，因此，源区特征可排除玄武质岩浆来源、玄武质岩浆与长英质岩浆混合作用来源。样品Rb/Sr值为0.27～0.38，远高于典型俯冲洋壳部分熔融生成的埃达克岩Rb/Sr值＜0.05（Huang et al.,2009）；Nb/Ta值为5.84～17.09，平 均为10.63，接 近于 地 壳 值（11～13（Barth et al.,2000；Green et al.,1995））；Nb/U值为2.39～3.04，平均为2.7，明显低于原始地幔值。拆沉下地壳部分熔融由于在上升过程中必须要与上地幔橄榄岩熔浆物质的注入，因此，常具相对高的MgO、Cr、Ni等 特 征（Rapp et al.,1999；Prouteau et al.,2001），与本次研究样品低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。

通常源区残留有石榴子石或角闪石或者两者在岩浆演化过程中分离结晶造成埃达克质岩地球化学特征（Rapp et al.,2002；1995）。在加厚下地壳的部分熔融过程中，石榴子石常作为残留相矿物存在，可强烈分异中-重稀土元素，不仅可以导致岩浆强烈亏损Y及HREE，还具有异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。本次样品Y/Yb值为11.13～12.24，（Dy/Yb）N值为1.97～2.17，（Gd/Yb）N值为6.11～7.12。在（La/Yb）N-YbN图解（图9）中（Defant et al.,1990），样品与含25%石榴子石的石榴角闪岩趋势图一致，表明源区可能有小部分石榴子石作为残留相，在Nb/Ta-Zr/Sm图解（图10）中（Xiong et al.,2005），样品靠近角闪岩熔融区域。因此，样品的源区残留相以角闪岩相为主，次为石榴子石（Qian et al.,2013），形成深度较深。经过以上分析，笔者认为朱溪矿集区枣林黑云母石英二长斑岩的源区来源于加厚下地壳。

图9 黑云母石英二长斑岩（La/Yb）N-YbN图解Fig.9（La/Yb）N-YbN diagram of biotite quartz monzonite porphyry

图10 黑云母石英二长斑岩Zr/Sm-Nb/Ta图解Fig.10 Zr/Sm-Nb/Ta diagram of biotite quartz monzonite por‐phyry

4.2 岩石成因

具高Sr/Y值的华南中生代花岗岩形成于挤压后松弛构造背景，常常可作为区域遭受陆内挤压变形导致地壳增厚的标志（Chen et al.,2004；Liu et al.,2012；Wang et al.,2012；Li et al.,2013；Mao et al.,2014）。在微量元素判别图解w（Rb）-w（Yb+Nb）中（图11）（Pearce et al.,1984），样品均落入弧岩浆构造环境中。

图11 黑云母石英二长斑岩w（Rb）-w（Yb+Ta）图解Fig.11 w（Rb）-w（Yb+Nb）diagram of biotite quartz monzo‐nite porphyry

目前，主流观点认为华南在中生代经历了特提斯构造域向西太平洋构造域的体制转换（任纪舜，1984；舒良树等，2002；李三忠等，2013）。太平洋板块俯冲至欧亚板块之下，Mao等（2021）发现东南沿海地区与大陆边缘弧岩浆有关的171～153 Ma斑岩-矽卡岩-热液脉型铜矿带与弧后地区的165～150 Ma南岭钨矿带成对同时形成，反映为古太平洋板块向大陆斜低角度俯冲的产物。同属赣东北地区的德兴石英闪长玢岩、船坑-铜山成矿岩体皆为埃达克质岩，表明在约170 Ma区域上存在同构造挤压的地壳增厚事件（毛建仁等，2014），由于研究区内受多板块汇聚作用影响，伴随着大规模推覆构造运动（徐先兵等，2009；Li et al.,2014；毛建仁等，2014；张岳桥等，2009），受古太平洋板块向大陆斜低角度俯冲的影响，软流圈上涌，底侵加厚的下地壳，导致下地壳部分熔融，生成具埃达克质岩特征的黑云母石英二长斑岩岩浆。

4.3 区域成矿潜力分析

在朱溪矿集区内，燕山早期（160 Ma）爆发了大规模岩浆活动，产出一系列中酸性岩体，包括约160 Ma的塔前似斑状花岗闪长斑岩（刘善宝等，2014；胡正华等，2015）、约160 Ma的弹岭花岗闪长斑岩（刘战庆等，2016）、约161 Ma的张家坞花岗闪长斑岩株（霍海龙等，2018）、160 Ma左右的月形花岗闪长斑岩墙群（刘战庆，2016）、160 Ma的朱溪闪长玢岩（饶建锋等，2020）、160 Ma的朱溪煌斑岩脉（刘战庆等，2014）、160 Ma的绢云母化黑云母花岗岩（李宁，2017）及本次在枣林地区发现的黑云母石英二长斑岩。且在塔前、弹岭、月形、张家坞、横路等地均发现有与160 Ma岩浆活动密切相关的铜多金属矿床（点），类型以斑岩型、矽卡岩型和热液脉型为主。

斑岩型铜矿与中酸性钙碱性岩浆密不可分，它们可以产出于活动岛弧、大陆边缘、后碰撞环境及板内环境（毛景文等，2014）。形成斑岩型含矿母岩浆需具备富水、富S、高氧逸度等特征（侯增谦，2004）。在华南地区不仅有与大陆边缘弧岩浆有关的斑岩-矽卡岩-热液脉状铜矿床，包括德兴、永平、龙头岗、桐村、岭后、峰岩、丁家山、古田、玉水、新寮洞、钟丘洋、鹅地、官田、鸿沟山、旗鼓岭等（Mao et al.,2021），而且有沿华夏地块与扬子地块结合部位发育的171～152 Ma的斑岩-矽卡岩-热液脉性铜矿带，通常称为钦杭成矿带，包括德兴、永平、东乡、水口山、宝山、铜山岭、大宝山、圆珠顶、旗鼓岭等（毛景文等，2011），钦杭铜成矿带可能由于低角度俯冲板片沿华夏与扬子地块结合部位的“伤疤”处撕裂而熔融及与地壳发生相互作用的产物（Mao et al.,2013；2018）。这2个铜矿带在赣东北地区相交，包括德兴、永平、东乡以及塔前、弹岭、月形、张家坞、横路和枣林等，表明在朱溪钨矿一带具有寻找铜矿的潜力，值得进一步开展地质调查和研究。

5 结论

（1）朱溪矿集区枣林黑云母石英二长斑岩锆石U-Pb年龄为（157±1）Ma。

（2）朱溪矿集区枣林黑云母石英二长斑岩属于高钾钙碱性系列、具过铝质特征，具Ba、U、K、Pb、Sr正异常，Nb、Ta、P、Ti负异常，显示岛弧岩浆特征。且岩石地球化学特征与埃达克（质）岩相吻合。

（3）朱溪矿集区枣林黑云母石英二长斑岩形成于弧岩浆构造环境，源区残留相以角闪岩相为主，次为石榴子石，来源深度较深，可能来源于加厚下地壳的部分熔融，受古太平洋板块向大陆斜低角度俯冲的影响，生成具埃达克质岩特征的黑云母石英二长斑岩岩浆。

（4）朱溪矿集区约在160 Ma发生了大规模岩浆活动，分析区域上同时代的煌斑岩、埃达克质岩，笔者认为朱溪矿集区具较好的斑岩型铜矿成矿潜力。