江西馬荃盆地火山巖地球化學特征及成因分析

昝芳，朱建林，李棟，雷煉，張恒

(江西省地質局第六地質大隊，江西 鷹潭 335001)

馬荃火山盆地位于江西鷹潭市余江區，屬欽杭成礦帶，贛杭火山巖鈾成礦帶，地跨江西、浙江兩省，長約600km2[1-5]，分布數十個大小不等的火山盆地、火山穹窿。其中馬荃火山盆地面積約200km2，處于余江-廣豐、宜黃及安遠-鷹潭三條深斷裂交匯處。已發現1處鈾礦床、3處鈾礦點及4個鈾礦化點[6-7]。已往學者對馬荃盆地研究多集中在鈾成礦規律及成礦前景預測，本文從火山巖巖相學、地球化學、大地構造背景、巖石成因等展開討論，豐富該區成礦火山巖特征及成因機制等研究成果。

圖1 馬荃火山盆地區域地質圖(據內部資料)

1 樣品采集及測試

1.1 火山巖分布及樣品采集

馬荃盆地內廣泛發育火山碎屑巖夾火山熔巖，據已有資料，粗安巖厚度30m～260m，未見底，鈾礦化主要產于鵝湖嶺組第三段火山熔巖(安山質角礫熔巖、粗安巖)中，研究所采集的樣品主要為12件鉆孔取樣，巖性為粗安巖和安山質角礫熔巖。

1.2 樣品測試

馬荃盆地火山巖主微量元素(包括稀土元素)由中礦(天津)巖礦檢測有限公司完成。主量元素測試采用的方法為濕化學(偏差優于1%)和ICP-AES，測試儀器為JY38S型電感耦合等離子體質譜儀。微量元素(包括稀土元素)采用實驗的方法為ICP-MS，測試儀器為德國生產的高分辨率電感耦合等離子體質譜儀(Finnegan Element ⅡHR ICP-MS)。主量元素、微量元素分析結果見表1。

表1 馬荃盆地火山巖地球化學數據

2 巖石學特征

粗安巖呈深紫紅色，斑狀結構，斑晶為斜長石6%及暗色礦物2%，基質由斜長石65%，半自形板狀，長徑0.5mm～1.2mm，普遍碳酸鹽化；角閃石呈半自形柱狀或菱柱狀，長徑0.7mm～1.5mm，見暗化邊，碳酸鹽化；黑云母呈半自形片狀，片徑0.5mm～0.8mm，見暗化邊。基質為黃褐色玻璃質，呈玻晶交織結構，其間分布斜長石微晶、正長石微晶及角閃石、磁鐵礦等。巖石見較多不規則形氣孔及杏仁體，粒徑0.1～0.35mm，個別0.5mm～1mm，充填物為碳酸鹽、綠泥石，部分為螢石(圖2a、2b)。

圖2 馬荃火山盆地火山巖鏡下照片

安山質角礫熔巖呈青灰色、磚紅色，火山角礫40%，火山巖屑20%，膠結物：安山巖27%。火山角礫呈棱角狀-次棱角狀，礫徑2mm～10mm，為杏仁狀安山巖，斑狀結構，基質為玻晶交織結構。杏仁體充填物為碳酸鹽、玉髓，邊緣為細小石英顆粒。巖屑呈棱角狀-棱角狀，局部見圓化，粒徑0.5mm～2mm，成分與火山角礫基本相同。膠結物為熔巖(安山巖)，具斑狀結構，基質玻晶交織結構。斑晶為斜長石(粘土化)，局部見角閃石(碳酸鹽化)，見較多杏仁體，充填物為玉髓。另見較多點狀或粉末狀鐵質散染分布(圖2c、2d)。

3 火山巖地球化學特征及構造背景

3.1 主量元素地球化學特征

馬荃盆地火山巖巖石地球化學分析結果見表1。12件樣品中，SiO2含量(wt)53.18%～63.47%，屬中性巖類。火山巖TAS圖解(圖3)，樣品均落在玄武粗安巖-粗安巖區域，結合手標本以及巖石特征，可以判斷12個火山巖樣品為玄武粗安巖、粗安巖。從SiO2-K2O判別圖上(圖4)，樣品均落在鉀玄巖系列區域，屬于鉀玄巖系列。鋁飽和指數A/CNK，A/CNK最大1.88，最小1.02，平均值為1.37，屬過鋁質巖石。

圖3 馬荃盆地火山巖TAS圖解

3.2 微量元素地球化學特征

巖體微量元素原始地幔蛛網圖(圖5)顯示，高場強元素Nb、Ba、Ti存在明顯負異常，表明有地殼物質參與[9]。蛛網圖中可見顯著的Sr負異常和P負異常，總體表現殼源弧巖漿巖特征[10-11]；K元素呈明顯負異常，指示相較于原始地幔，火山巖經歷熱液蝕變作用。巖石Rb/Sr為0.11～0.72，平均值0.25；Rb/Ba為0.06～0.34，平均值0.16，遠高于原始地幔相應比值(Rb/Sr=0.029、Rb/Ba=0.088)，指示火山巖可能來源于一種高度分異演化的巖漿[12]。

圖5 馬荃盆地火山巖微量元素原始地幔標準化蛛網圖

3.3 稀土元素地球化學特征

根據圖1分析結果，巖石稀土總量高(∑REE=230.49×10-6～943.25×10-6，平均418.82×10-6)，LREE/HREE=0.32～3.60，(La/Yb)N=0.65～10.33，平均3.02>1，屬于輕稀土富集型，具較強的輕重稀土分異特點。δEu為0.80～0.88，平均0.84<1，銪具負異常，為銪虧損型[13-14]。說明巖漿演化過程中發生了較強的斜長石分離結晶作用[15]。

巖石稀土元素球粒隕石標準化分配模式圖呈“V”字狀(圖6)，LREE一側較陡，樣品分異一致性較好，富集明顯，HREE分餾不明顯，大部分樣品富集明顯，部分樣品不明顯[16]，表現出區內不同地段火山巖可能為同源火山巖[17]。部分樣品表現的不一致性，結合取樣位置及巖心特征，顯示不同巖性的樣品其稀土富集趨勢不同，總之贛杭鈾成礦帶資料表明，鈾元素的含量和重稀土富集有直接關系，鈾元素含量越高，重稀土越富，反之則越貧。

圖6 馬荃盆地火山巖稀土元素球粒隕石標準化型式圖

3.4 火山巖成因分析

華南地區至少經歷了4期區域規模的大陸動力學過程，除新元古代和晚中生代具活動陸緣背景外，均在板塊內部發生完成[18]。其中，中生代地質構造的發生與演化與區域成礦關系最密切，其主體為古大陸邊緣再造至陸內構造[19]，構造形式以拉張和擠壓運動為主，且拉張較為頻繁[20]。中侏羅世晚期，華南地區以擠壓運動為主，表現為大規模褶皺且地殼加厚[21]。白堊紀基本處于拉張構造環境中。形成一套長英質火山巖，包括流紋巖、粗面巖、流紋質熔結凝灰巖、流紋質凝灰巖和火山角礫巖等[22]。通過相關構造判別圖(圖7、圖8)，馬荃盆地火山巖樣品均落在陸內玄武巖拉張區域，判定為碰撞后的陸內伸展(拉張)環境。

大量資料表明，安山巖成分變化較大，成因機制也較為復雜，玄武質巖漿結晶分異作用可形成安山質巖石；玄武質巖漿結晶分異及同化混染作用相結合也可形成安山巖(AFC模式)；玄武質巖漿與流紋質巖漿通過巖漿混合作用也可以形成安山質巖石。馬荃火山盆地火山巖地層與下伏地層接觸部位巖性完整，在下伏巖石中隱約可見受烘烤而形成的退色薄邊，有時有圍巖捕虜體。結合地球化學數據分析，K元素嚴重虧損，認為火山巖在巖漿結晶分異過程中，與圍巖存在同化混染作用，即AFC模式。

此外，通過對馬荃盆地火山巖進行以上研究，馬荃盆地火山巖屬于鉀玄巖系列、過鋁質粗面安山質-粗面英安質火山熔巖，巖漿來源為高分異演化的殼源弧巖漿巖，且都為同源巖漿巖。區內火山巖屬于與島弧-同碰撞有關的大地構造環境。在正常地殼厚度或者加厚地殼背景下，陸殼巖石由中上部部分熔融花崗質(流紋質)巖漿，而在加厚地殼底部形成粗面巖(正長巖)巖漿[25]。馬荃盆地火山巖不僅是早白堊世早期陸內伸展(拉張)構造環境下的產物，也是早白堊世早期加厚地殼背景中形成。贛杭構造帶在晚中生代有大量的火山侵入活動，構成了一系列的火山盆地(馬荃盆地就是其中之一)，形成于大陸弧后拉張環境[26]；贛杭鈾成礦帶早白堊世(140Ma～100Ma)處于大陸弧向弧后拉張過渡期，晚白堊世(100Ma～80Ma)已完全處于弧后拉張環境[27]。華南地區伸展構造起始時代約137Ma[28]，結合馬荃火山盆地大地構造位置及巖體產出的構造背景，推斷馬荃盆地內火山巖是揚子板塊和華夏板塊碰撞帶火山作用的產物[29-30]。

4 結 論

(1)馬荃火山盆地火山巖為一套鉀玄巖系列、過鋁質玄武粗安巖、粗安巖系列，屬于粗面安山質-粗面英安質火山熔巖。其巖漿來源為高分異演化的殼源巖漿巖。

(2)馬荃盆地火山巖成因模式為殼源巖漿上升到近地表，結晶分異和同化混染作用同時進行，為AFC模式。

(3)馬荃盆地火山巖是早白堊世早期陸內伸展(拉張)構造環境下的產物，是早白堊世早期加厚地殼背景中形成的，是揚子板塊和華夏板塊碰撞帶火山作用的產物。