福建省温屋盆地火山岩地球化学特征及构造环境分析

廖剑锋

（福建省地质调查研究院，福州 350013）

福建省温屋盆地位于紫金山铜金矿床西北部，火山岩-侵入岩序列保存完整。区内火山岩建造（岩石组合）有早白垩世黄坑组紫红色粗碎屑岩与中（中基）性火山熔岩组合和寨下组杂色粗碎屑岩与酸性火山熔岩-火山碎屑岩组合，构成两个完整沉积-火山喷发旋回[1]。黄坑组分为两段，下段由复成分砾岩、凝灰质砂砾岩和砂岩构成；上段主要由紫色英安质晶屑凝灰岩、粗安岩、英安岩和安山岩等构成。寨下组可分为上下两段，下段主要由复成分砾岩、凝灰质砂砾岩和凝灰岩构成；上段主要由流纹-英安质晶屑凝灰岩、熔结凝灰岩、斜长流纹岩和凝灰质砂岩等构成。本文对研究区内典型的火山岩进行岩相学、锆石年龄、地球化学等方面的研究，以反映本区岩浆演化特征及构造环境。

1 样品采集及测试

1.1 样品采集

温屋盆地内广泛发育火山碎屑岩夹火山熔岩，研究所采集的样品主要为寨下组流纹质晶屑凝灰岩（3 件）及斜长流纹岩（4 件）。

1.2 样品测试

锆石U-Pb年龄测定采用Agilent 7500a 型电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS），在南京大学国家重点实验室完成，仪器工作参数为：氩气（Ar）流量1 L/min，氦气（He）流量0.9～1.2 L/min。火山岩主微量元素及稀土元素测试由广州奥实分析检测中心完成，微量元素和稀土元素分析仪器为Finnigan Element2 型电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）。

2 岩石学特征

流纹质晶屑凝灰岩呈灰白色，成分主要为石英、长石、黑云母。长石以碱性长石为主，含量占晶屑的30%。石英在斑晶中出现较多，含量占晶屑的40%。黑云母含量占晶屑的30%。基质成分主要为长石、石英黑云母。主要发生碳酸盐化、硅化和绢云母化。斜长流纹岩呈深绿色，主要成分有石英、长石、黑云母。基质出现明显的流纹构造，其中片柱状矿物（如黑云母等）多围绕石英等斑晶颗粒定向排列。基质多数结晶成细粒，以火山灰为主，成分不可见。温屋盆地火山岩镜下照片如图1所示。

3 火山岩锆石U-Pb年龄

流纹质晶屑凝灰岩中，锆石有清晰的韵律环带，为岩浆成因，如图2（a）所示。流纹质晶屑凝灰岩232Th 的含量为281～1 179 mg/kg，238U 的含量为275～608 mg/kg，Th/U 值为1.02～1.94。经过流纹质晶屑凝灰岩锆石的U-Pb 分析，结合采样位置，绘制U-Pb年龄谐和图，如图3（a）所示，得到流纹质晶屑凝灰岩的加权平均年龄为101.8 Ma±1.6 Ma。

图2 温屋盆地火山岩代表性锆石阴极发光图像

图3 温屋盆地火山岩锆石U-Pb年龄谐和图

斜长流纹岩中，锆石为浅、深棕黄色，如图2（b）所示。阴极发光图像显示，锆石有清晰的韵律环带。 锆石中232Th 的含量为354～1 246 mg/kg，238U 的含量为482～961 mg/kg，具有较高的Th/U 值（0.76～1.32），这指示其为岩浆成因锆石。ICP-MS锆石U-Pb 同位素定年结果如图3（b）所示，加权平均年龄为99.9 Ma±1.1 Ma，并且分析的点位均投影在协和线上，因此99.9 Ma±1.1 Ma 代表该岩体的形成年龄。

4 火山岩地球化学特征及构造背景

4.1 主量元素地球化学特征

流纹质晶屑凝灰岩SiO2含量为72.23%～75.85%，K2O+Na2O含量为5.98%～7.70%，K2O含量为5.09%～6.12%，Na2O 含量为0.04%～2.61%，Al2O3含量为14.31%～17.02%，CaO 含量为0.05%～0.35%，岩石具有富Al、K 的特征，铝过饱和指数为1.37～2.22，流纹质晶屑凝灰岩在钾玄岩系类的范围。

斜长流纹岩SiO2含量为72.67%～77.62%，K2O+Na2O含量为4.96%～5.04%，K2O 含量为3.84%～4.32%，Na2O 含量为2.98%～3.82%，Al2O3含量为12.88%～15.12%，CaO 含量为0.34%～1.10%，岩石具有富Al特征，铝过饱和指数为1.17～3.33，斜长流纹岩在高钾钙碱性系类的范围。

4.2 微量元素地球化学特征

流纹质晶屑凝灰岩总体上表现出Rb、K 富集，Th、U、Zr、Hf 中度富集，Nb、Ta、Ti、Sr、P 等元素亏损的特征。亏损的高场强元素为Nb、Ta、Ti，Zr/Hf 值为34.3～38.7，Nb/Ta 值为11.3～16.3，Sr/Y 值为1.0～10.8，表现出典型岛弧火山岩的微量元素特征。

斜长流纹岩总体上表现出Rb、Ba、K 富集，Th、U、Zr、Hf 中度富集，Nb、Ta、Ti 等元素亏损，Sr 异常不明显的特征。亏损的高场强元素为Nb、Ta、Ti，Zr/Hf 值为38.0～39.8，Nb/Ta 值为10.4～11.0，Sr/Y值为39.7～50.8，表现出典型岛弧火山岩的微量元素特征。

4.3 稀土元素地球化学特征

流纹质晶屑凝灰岩稀土总量为154.9～209.6 mg/kg，轻稀土的总量为140.0～179.3 mg/kg，重稀土的总量为14.9～32.3 mg/kg。它属于轻稀土富集型，轻重稀土分异较小。它具有强烈的Eu 负异常，部分具有Ce负异常。

斜长流纹岩稀土总量为168.8～185.5 mg/kg，轻稀土的总量为152.6～168.2 mg/kg，重稀土的总量为16.2～20.2 mg/kg。它属于轻稀土富集型，轻重稀土分异较小。它具有轻微的Eu 负异常。

4.4 大地构造背景岩化

我国华南地区因钦杭Cu-Au-Pb-Zn-Ag成矿带、南岭W-Sn-Nb-Ta 成矿带和沿海地区Au-Ag-Cu-Pb-Zn 成矿带的存在而备受相关学者的关注[2-3]，而成矿主要集中发生于晚中生代。对于华南地区晚中生代大地构造演化的前人观点，WANG 等[4]进行较完整的总结。主要观点可以分为3 种。一是碰撞模型；二是地幔柱模型；三是古太平洋或Izanagi 板块俯冲模型。其中，被学者广为接受的是古太平洋板块俯冲模型。

考虑到上述动力学模型并不能妥善解释我国华南陆块及沿海地区硅质大火成岩省的时空分布框架、板块俯冲开始时间以及俯冲板块的漂移方向，WANG 等[4]提出一种三阶段的动力学模型。第一阶段（140～170 Ma），少量岛弧火山岩沿着我国福建省和广东省境内的政和-大浦断裂带分布，这表明华南陆块下方的Izanagi 板块最初朝北西向发生俯冲的时间大约在中侏罗世；第二阶段（110～140 Ma），浙江省与福建省北部普遍发育长英质火山岩系，这表明该段时期内Izanagi 板块继续朝北西向俯冲，并在早白垩世形成宽广的俯冲带；第三阶段（90～110 Ma），华南陆块及沿海地区晚白垩世岩浆活动以普遍发育双峰式火山岩或侵入岩为特征，这表明俯冲板块开始向东回撤，从而导致当时的构造环境为弧后环境。

Rb-Hf-Ta 的构造判别三角图如图4所示，由此可以区分火山弧、同碰撞和弧后的构造环境。总体上看，温屋盆地白垩纪的火山岩处于火山弧的构造环境，这也与其岩石富集大离子亲石元素和亏损高场强元素的火山弧岩浆特征相符。形成最晚的斜长流纹岩表现出弧后环境，暗示拉长和抬升的构造过程，同时期的上杭火山岩盆地也广泛发育拉长环境的正断层。温屋盆地火山岩所表现的构造演化与紫金山矿区的主要构造相吻合。这预示着北西方向的断裂最容易在成矿过程中再活化或者打开，这与紫金山矿区中广泛分布的北西向控矿构造相一致。温屋盆地晚白垩世的大地构造演化表现出先为火山弧环境，在晚期演化为弧后的拉升环境的演化趋势，这也与晚中生代华南地区的构造演化模式相符[5]。

图4 温屋盆地火山岩构造环境演化

5 结论

温屋盆地中酸性火山岩ICP-MS 锆石U-Pb 测年结果显示，火山喷发时代为99.9～101.8 Ma，表明火山岩形成于晚白垩世。地球化学特征表明，温屋盆地火山岩富集Rb、K，中度富集Th、U、Zr、Hf，Nb、Ta、Ti、Sr、P 等元素呈现亏损。亏损的高场强元素为Nb、Ta、Ti，Zr/Hf 值为34.3～38.7，Nb/Ta 值为11.3～16.3，Sr/Y 值为1.0～10.8，表现出典型的岛弧火山岩特征。温屋盆地火山岩是晚白垩世陆内伸展（拉张）构造环境的产物，是晚白垩世加厚地壳背景中形成的，是太平洋俯冲带火山作用的产物。