云南富乐铅锌矿床含矿层中火山岩地球化学特征及构造意义

张承楠， 李 波， 梁星宇

(昆明理工大学国土资源工程学院，昆明 650093)

富乐铅锌矿床位于川滇黔多金属成矿域东南部[1-5]。在此成矿域中有大量的火山岩覆盖，火山岩的地球化学特征携带了大量信息，更有效直接的反应了岩浆演化及构造特征。前人关于区域上的地表火山岩研究集中于此成矿域东北部[6]，南部关于火山岩的研究比较薄弱。此次在富乐铅锌矿床的含矿层位发现火山岩，笔者对此处火山岩地质特征、岩石学特征及地球化学特征进行分析，讨论其形成的岩浆演化和构造环境，为后续研究区工作者提供详细的火山岩研究资料。

1 研究区地质背景

矿区大地构造位置位于扬子地台西南缘，位于由SN向小江深断裂带、NW向紫云-垭都深断裂带及NE向弥勒-师宗深断裂带所围成的“三角区”内的南端[7]。

矿区内出露地层较简单，以二叠系阳新组(P2y)、峨眉山玄武岩组(βP2)、宣威组(P3x)，三叠系飞仙关组(T1f)、个旧组(T2g)以及第四系浮土沉积物(Q)为主(图1)，富乐铅锌矿床赋存于阳新组中上部，矿体最顶端距上覆峨眉山玄武岩最小垂距不到50m，矿区含矿层(P2y)之下地层不完整，因加里东运动的影响，缺失寒武系到泥盆系。

矿区内构造性质一般多属平缓张开褶皱及SNN向的逆断层为主，其中近SN、NE和NW向断裂对区域内锌铅矿的形成、分布、富集都起着十分重要的控制作用。富乐矿床中NE和NW向断裂发育，次级断裂常见(图1)，在印支-燕山叠加矿化期，矿体常沿断裂带的隆起部分产出。地质作用形成的小背斜，构造平缓，地层岩石覆盖面积较大，地层出露少。

A:①怒江断裂；②金沙江-红河断裂；③鲜水河断裂；④龙口山断裂；⑤小金河-中甸断裂；⑥安宁河-绿汁江断裂；⑦菁河-程海断裂；⑧小江断裂；⑨康定-奕良-水城断裂；⑩弥勒-师宗-水城断裂；Ⅲ1.会理-昆明裂陷带；Ⅲ2.康漬断隆带；Ⅲ3.盐津-丽江裂陷带；1.峨眉山玄武岩；2.构造应力方向；3.板块结合带；4.走滑断裂

矿区内未发现出露有侵入岩，但二叠纪峨眉山玄武岩大面积分布。峨眉山玄武岩喷发期为大概为256～262Ma[8-9]。在矿区，地表玄武岩分布于矿区中部，贯穿整个矿区，在玄武岩底部发现玄武质角砾岩、凝灰质砂岩、凝灰岩分布。本次在二叠系阳新组铅锌矿含矿层位发现有火山岩分布，其含角砾较多，角砾成分多为玄武质，角砾周围有大量黄铁矿化。本次采集火山岩样品来自于富乐铅锌矿区含矿层位所发现的火山岩。

2 岩石学特征

玄武岩多呈灰绿色-灰黑色，斜长结构(图2a)，杏仁角砾状构造，主要由斜长石(Pl)、钾长石、玻璃质组成，其中还见少量绿泥石(Chl)、方解石(Cal)裂隙充填(图2b)，杏仁体较少，0.1～0.3mm，里面主要为硅质及绿泥石(图2c)。斜长石：<0.2mm，主要呈针状、长条状，少量呈自形板柱状，双晶发育，具有弱的绿泥石化、钠黝帘石化，杂乱排列。钾长石：<0.2mm，主要呈板柱状，分布于斜长石之间，有弱绿泥石化、 弱绿帘石化。 玻璃质： <0.1mm， 主要呈它形粒状，具弱绿泥石化、局部具硅化， 分布于斜长石之间。方解石：灰白色，晶面见明显两组极完全解理，垂直于裂隙充填。

a：斜长结构(-) b：方解石、绿泥石裂隙充填(-) c：杏仁体：绿泥石充填(-)

3 地球化学特征

3.1 主量元素特征

富乐铅锌矿床含矿层之中火山岩主量元素分析结果去除烧失量后如表1所示，SiO2含量为45.40%～50.80%，Al2O3含量为7.33%～14.05%，CaO含量为5.25%～13.35%，MgO含量为0.89%～4.86%，K2O含量为0.82%～2.80%，Na2O含量为0.01%～3.28%，TFe2O3含量为10.84%～20.90%，P2O5含量为0.36%～5.06%，MnO含量为0.01%～0.26%，TiO2含量为1.70%～4.80%，烧失量含量为1.54%～6.80%。

表1 富乐铅锌矿床含矿层位火山岩主量元素测试数据

将火山岩实验所得的SiO2、Na2O+K2O含量进行岩浆岩TAS图解投图(图3)分析，发现火山岩全部分布于玄武岩范围内，确定此处火山岩为玄武岩，样品的里特曼指数(σ)范围为0.75～3.25，都小于3.3，满足TAS图解之中的投点区域，均为亚碱性岩。从岩浆系列判别图(图4)中可看出，玄武岩在钾玄岩系列和钙碱性系列之中都有分布，由此可知此处火山岩为钙碱性及钾玄岩系列。计算玄武岩的Mg#为10.42%～40.47%，Mg#值均相对较低，表明原始岩浆(原始岩浆Mg#=67%～70%)经历了分异作用才形成母岩浆[6]。

Pc-苦橄玄武岩；B-玄武岩；O1-玄武安山岩；O2-安山岩；O3-英安岩；R-流纹岩；S1-粗面玄武岩；S2-玄武质粗面安山岩；S3-粗面安山岩；T-粗面岩、粗面英安岩；F-副长石岩；U1-碱玄岩、碧玄岩；U2-响岩质碱玄岩；U3-碱玄质响岩；Ph-响岩。Ir分界线，上方为碱性，下方为亚碱性

图4 富乐铅锌矿床含矿层位火山岩岩浆系列判别图[11]

3.2 微量元素特征

选定研究区火山岩微量元素地球化学数据(表2)投图，得到火山岩微量元素MORB标准化蛛网图(图5)。通过富乐火山岩微量元素MORB标准化蛛网图可以直观看出所有样品的微量元素都有一定程度的浮动，大离子亲石元素K、Sr、Ba波动范围较大，Ba、Sr强烈亏损，部分样品Ba元素还出现了正异常，可能是岩浆在上升过程中与围岩发生同化混染作用，而U、La、P、Sm富集变化幅度较大，结合镜下观察分析可能为岩石发生了蚀变，也有可能为早期岩浆的同化混染作用造成的。但是其总体而言与区域上玄武岩地球化学特征和典型的与地幔柱或热点岩浆作用有关的玄武岩有类似之处。

表2 富乐铅锌矿床含矿层位火山岩微量元素测试数据

图5 富乐铅锌矿床含矿层位火山岩微量元素MORB标准化蛛网图[12]

3.3 稀土元素特征

富乐铅锌矿床含矿层位玄武岩的稀土元素数据(表3)，稀土元素特征展现出重稀土元素(HREE)相对亏损，轻稀土元素(LREE)富集，轻重稀土元素分馏特征明显，(∑REE=148.44×10-6～266.11×10-6，∑LREE为133.30×10-6～232.26×10-6，∑HREE为15.14×10-6～33.85×10-6，∑LREE/∑HREE=6.22～9.88)。处理后进行稀土元素球粒陨石标准化分布模式图投图(图6)，不同元素组成曲线斜率总体未发生变化，稀土元素配分模式表现出一致的陡右倾型，说明他们可能来自于同一源区，并且经历相似的岩浆演化过程。铕异常异常不明显，δEu=0.9～1.05，表明起源于富集地幔的玄武岩浆沿断裂通道运移至地表的过程中，只有少量长石被分离结晶出来，未经历明显分异或与其他物质的相互作用。所有岩浆岩所表现出来特征为少量Ce负异常，说明低温蚀变作用对此处岩浆岩演变产生过影响[13]，薄片之中所见的绿泥石化就是明显的标志。

图6 富乐铅锌矿床含矿层位火山岩稀土元素原始地幔标准化分布型式图[14]

表3 富乐铅锌矿床含矿层位火山岩稀土元素测试数据

4 讨论

4.1 岩浆起源及源区性质

大多数学者都认为，玄武岩起源于深部软流圈地幔的低程度熔融[15]。从稀土元素Sm和Yb丰度看，研究区玄武岩具有较高Sm/Yb值(Sm/Yb=2.61～5.26)，表明源区存在石榴石的残留[16]；另外岩石有较大的重稀土元素分馏(LaN/YbN)为8.17～20.97，也指示其源区应为石榴石橄榄岩地幔[17]，这些现象表明富乐铅锌矿区玄武岩起源深度较大，结合富集轻稀土元素特征，判断岩浆可能来源于富集地幔或软流圈地幔的部分熔融。

4.2 地壳混染

亲石元素配分曲线会受到岩浆混染的影响而不规则波动[18]。不同元素在不同的矿物中的相容性也不同，随着岩浆结晶作用，早期结晶相中的不相容元素会逐渐富集，而早期结晶之中的相容元素会逐渐亏损。但是总分配系数相同或相近的元素比值不会因结晶作用而改变。因此，根据总分配系数相同或相近，对同化混染作用很敏感的元素比值(Th/Yb、Ta/Yb)间的协变关系(图7)，可以检验是否存在同化混染作用，判断其混染程度，富乐铅锌矿区岩浆岩的Th/Yb和Ta/Yb表现出较为明显的正相关，暗示该玄武岩有明显的同化混染作用。富乐铅锌矿区岩浆岩没有见明显的Eu异常，但是上地壳物质Eu负异常非常显著，所以由此判断岩浆被上地壳同化混染的可能性很低。

图7 富乐铅锌矿床含矿层位火山岩同化混染判别图

岩浆上升过程中，根据矿物元素性质不同都会受到地壳物质不同混染作用的影响。高场强元素及不相容元素的比值较为稳定，可以作为岩浆岩石成因和源区性质的良好标识[19]。岩浆源区性质可以从(Nb/La)N数据之中看出，富乐铅锌矿区岩浆岩的ω(Nb)为17.3～63.1，表明岩浆主要来源于地幔，只受到少部分的地壳混染，Nb、Ta未发生负异常的现象也与此结论相一致。Nb/U、Ta/U、Ce/Pb比值可指示岩浆是否发生混染[20]，富乐铅锌矿区岩浆岩的Nb/U，Ta/U比值相对于全球MORB和OIB比值(Nb/U≈47，Ta/U≈2.7)而言更低，而Ce/Pb比值较全球MORB和OIB比值(Ce/Pb≈25)则高低都有，富乐铅锌矿区岩浆岩P负异常的特征较为显著，Ta/La比值比原始地幔比值(Ta/La=0.06)略低。由于地壳物质组成特点为高Th低Nb，所以地壳物质混染会使得Th、 Nb呈现负相关关系[21]。富乐铅锌矿区岩浆岩出现轻微Nb负异常，也表明其存在少量的地壳混染。综上所述， 研究区玄武岩所表现的微量元素地球化学特征暗示其可能存在少量的下地壳混染作用。

4.3 构造环境

微量元素中的Nb、Zr 和 Y不会随着岩浆分离结晶程度和部分熔融程度的改变而改变，也不会受到风化蚀变和交代等作用而改变，性质较稳定，可以作为判别其构造环境的标志[22]。利用Zr/Y-ω(Zr)(图8)中，富乐铅锌矿区岩浆岩主要分布在板内玄武岩范围内，由此可知富乐铅锌矿区含矿层位火山岩是由板内拉张作用引起的岩浆喷发所形成，为板内玄武岩。

图8 富乐铅锌矿床含矿层位火山岩构造环境判别模式图[23]

5 结论

1)富乐铅锌矿区含矿层位火山岩主量元素显示其为玄武岩，与区域内峨眉山玄武岩有相似的特征。

2)富乐铅锌矿区含矿层位火山岩稀土元素展现出重稀土元素(HREE)相对亏损，轻稀土元素(LREE)富集，轻重稀土元素分馏特征明显，配分曲线展现出陡右倾型。

3)富乐铅锌矿区含矿层位火山岩来源于富集地幔或软流圈地幔的部分熔融，并且在上升演化过程中受到下地壳同化混染作用。

4)富乐铅锌矿区含矿层位火山岩构造环境判别图显示其形成板内拉张环境，属于板内玄武岩。