粵北大寶山礦區加里東期火山巖的厘定及其地質意義*

伍靜 王廣強,2 梁華英 黃文婷,2 林書平,2 鄒銀橋,2 孫衛東 王要武

1. 中國科學院廣州地球化學研究所，中國科學院礦物學與成礦學重點實驗室，廣州 5106402. 中國科學院大學，北京 1000493. 廣東大寶山礦業有限公司，韶關 512218

華南地區是我國重要花崗巖成礦省。國內外學者(中國科學院地球化學研究所, 1979；莫柱蓀等，1980；南京大學地質系，1981; 陳毓川等，1989；毛景文等，2004；華仁民等，2005；孫濤，2006；周新民，2007；Li and Li，2007；Lietal., 2009a, b; 李獻華等，2007；Zhuetal., 2009，2010；Heetal., 2010，Wangetal., 2013)對華南地區中酸性巖及相關礦床的時空分布規律作了大量的工作。過去工作主要集中在燕山期花崗巖及相關礦床上(王登紅等，2003；華仁民等，2003；李獻華等，2007；Huetal., 2008；Sunetal., 2010, 2013)，近年來加里東期及印支期花崗巖和有關礦床也引起了人們的廣泛關注(徐夕生等，2003；王岳軍等，2005；蔡明海等，2006；楊鋒等，2009；伍靜等，2010；張文蘭等，2011；Wuetal., 2012)。

本文系統觀察大寶山層狀火成巖的顯微結構特征，在厘清其成因屬性的基礎上，分析層狀火成巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡及分析其形成動力學背景。

1 粵北大寶山礦區層狀火成巖特征

粵北大寶山礦區層狀火成巖主要出露于礦區中部九典嶺-大寶山-徐屋及礦區東北側丘壩一帶，前人稱之為“次英安斑巖或英安巖”(圖1)。九典嶺-大寶山-徐屋一帶與層狀Fe-Cu-Pn-Zn礦化關系密切火成巖長約3000m，寬100～500m，為層狀，走向北西，傾向北東，傾角60°～65°，向深部傾角變緩，和下伏的灰黑色碳質頁巖及上部的變凝灰巖、頁巖及大理巖產狀基本一致(葛朝華和韓發，1987)(圖2)。大寶山礦區7個鉆孔觀察及前人資料表明，大寶山礦區層狀火成巖厚度較大，達數十至數百米；多個鉆孔觀察發現，層狀火成巖中夾有1～3層厚數米的被認為屬熱水沉積成因的微晶鉀長石巖(葛朝華和韓發，1987)。大寶山-九曲嶺一帶層狀火成巖因受后期斑巖成礦作用的影響，發生強烈蝕變,礦區外圍丘壩一帶火成巖則后期蝕變較弱。

圖1 大寶山礦區地質簡圖(據葛朝華和韓發，1987修改)1-下侏羅統金雞組；2-泥盆系；3-寒武系八村群；4-中基性火山巖；5-層狀火成巖；6-花崗斑巖；7-鐵帽；8-斷層線；9-觀察巖芯及采樣位置;10-27號勘探線Fig.1 Simplified geological map of the Dabaoshan mining area in northern Guangdong Province(modified after Ge and Han, 1987)

圖2 大寶山層狀礦化27勘探線剖面圖(據葛朝華和韓發，1987修改)1-坡積褐鐵礦；2-風化中基性火山巖、頁巖；3-變凝灰巖、頁巖、大理巖；4-硅化凝灰熔巖夾熱水沉積巖；5-凝灰熔巖；6-頁巖、次硬砂巖；7-銅-磁黃鐵礦礦體；8-銅-黃鐵礦礦體；9-鉛鋅礦體；10-黃鐵礦；11-菱鐵礦層及熱液沉積巖；12-斷層Fig.2 Profile along the No.27 exploration line in the Dabaoshan mining area(after Ge and Han, 1987)

多個鉆孔觀察發現大寶山燕山期鉬鎢礦化花崗斑巖與層狀火成巖呈侵入接觸關系，在鉆孔中普遍見賦浸染狀鉬礦化斑巖體插入層狀火成巖中。野外及顯微觀察發現，大寶山及丘壩一帶層狀火成巖都為似斑狀巖石組成，具斑狀結構，塊狀構造，局部發育條帶狀及流動構造(圖3a)。葛朝華和韓發(1987)也曾提到火成巖具流動構造。

圖3 大寶山、丘壩火成巖特征(a)-大寶山ZK6601孔608m處具流動構造的流紋熔巖，晶屑主要為石英及黃鐵礦；(b)-大寶山ZK6001孔942m處流紋質角礫熔巖，晶屑為鉀長石和石英，基質亦為鉀長石和石英；(c)-丘壩巖體(樣品位置：N 24°33′51.22″，E113°44′51.16″)英安質凝灰熔巖中的晶屑主要為斜長石及角閃石，斜長石已絹云母化，角閃石邊緣綠泥石化；(d)-具流動構造特征英安質凝灰熔巖，見后期石英脈穿插.Plag-斜長石；Q-石英；Kfs-鉀長石；Py-黃鐵礦; Amph-角閃石Fig.3 Photos showing characteristics of the Dabaoshan and Qiuba igneous rock

大寶山和丘壩層狀火成巖中的斑晶主要為棱角明顯的晶屑。大寶山不同鉆孔中火成巖晶屑主要為石英、斜長石、鉀長石(圖3a, b)。個別樣品中見黃鐵礦晶屑(圖3a)。丘壩一帶火成巖晶屑組成和大寶山的存在一定差異，見角閃石、黑云母及石英晶屑而無鉀長石出現(圖3c)，與大寶山火成巖相比，巖性相對更基性。大寶山和丘壩火成巖中的斜長石晶一般粒度較細，多小于2mm；石英晶屑分布最廣，呈聚晶或單晶，大多同時出現，石英晶屑粒度變化較大，絕大部分小于2mm，部分樣品晶屑粒度大于2mm。葛朝華和韓發(1987)在火成巖中發現巖屑?；鸪蓭r基質礦物為粒度極細的石英、鉀長石、絹云母及白云母，少黑云母。大寶山火成巖和丘壩火成巖基質粒度有一定的差異，大寶山火成巖基質粒度極細，多為霏細結構，而丘壩火成巖的基質粒徑小于0.1mm，為等粒全晶質結構。

大寶山礦區7個鉆孔(ZK5002、ZK5802、ZK5804、ZK5805、ZK5809、ZK6001、ZK6601)巖芯觀察發現，層狀火成巖在成分上具一定的分帶性，上部相含較多斜長石晶屑，而下部則相對較多石英及鉀長石晶屑。

2 大寶山礦區層狀火成巖成因類型及形成環境

過去多認為層狀火成巖為英安巖或英安斑巖(古菊云等，1984；劉姤群等，1985；葛朝華和韓發，1987；湯吉方等，1992；邱世強，1981；楊振強，1997)。該火成巖含大量火山碎屑(主要是晶屑，見到巖屑)，層狀火成巖產狀和下伏碳質頁巖及上部變凝灰巖、頁巖及大理巖產狀一致，具流動構造及層紋狀構造。這表明其為火山巖而不是淺成侵入巖，因此，該巖石不應屬于淺成的英安斑巖?；鸪蓭r中含大量火山碎屑(晶屑)，基質為霏細結構(大寶山)或等粒全晶質結構(丘壩)，未見玻璃質，因此我們認為其應屬于火山碎屑熔巖類。據火山碎屑粒度多小于2mm，我們提出火成巖主體為凝灰熔巖，中夾少量角礫熔巖。

根據礦物組成及結構特征，我們認為大寶山火成巖主要為英安質凝灰熔巖、流紋質凝灰熔巖及角礫熔巖(僅見于ZK6001孔926m及946m處)；大寶山礦區上部熔巖以流紋英安質及英安質為主，下部更多流紋質。丘壩一帶火成巖主要為英安質凝灰熔巖。

2.1 基礎內分泌水平與一般資料對比 兩組的體質量指數、不孕時間等比較差異無統計學意義(P>0.05)，兩組血清FSH與E2水平比較差異也無統計學意義(P>0.05)，見表1。

凝灰熔巖主要形成于較富氣體和有較強爆發性的中酸性熔巖噴發或水下噴發過程?？紤]到大寶山礦區熔巖和下伏為碳質頁巖整合接觸，和上伏頁巖及灰巖也整合接觸，加上火山巖中夾有具熱水沉積特征微晶鉀長石巖(葛朝華和韓發，1987)，顯示水下環境，因此，有理由認為大寶山的凝灰熔巖為水下噴發的產物，形成于海相環境。

3 樣品采集及分析方法

為了確定熔巖的形成時代，我們首先通過系統薄片觀察，確定層狀火成巖主要巖石類型。在確定巖類型的基礎上，選取具代表性的主要巖石為型：大寶山新鮮流紋質凝灰熔巖(ZK5802孔489m處巖芯)及丘壩英安質凝灰熔巖(QB-1，位置N 24°33′51.22″，E113°44′51.16″)作鋯石定年分析。大寶山凝灰熔巖具流動構造特征(圖3d)，見其被后期石英小脈穿插。丘壩英安質凝灰熔巖(QB-1)具斑狀結構、塊狀構造，晶屑主要為棱角明顯的斜長石及石英(圖3c)，基質主要為石英、斜長石、鉀長石等。

分析樣品重約1kg，將樣品破碎過篩，經磁選及重液的分離，再經手選。將精選的鋯石裝入環氧樹脂中，然后拋光，用光學顯微鏡及掃描電子顯微鏡陰極發光(CL)觀察，選出晶形較好、沒有裂紋及包裹體不發育的鋯石晶體進行測定。鋯石的U-Pb年齡分析在中國科學院廣州地球化學研究所ICP-MS實驗室完成，分析過程及參數見文獻(涂湘林等，2011)。為了減少繼承鉛、鉛丟失等對年齡的影響，在206Pb/238U-207Pb/235U圖中諧和度低于90%的年齡數據點在計算年齡時將被排除。LA-ICP-MS法速度快，測得的數據點較多，可用累積概率統計圖對數據進行處理。在累積概率圖上，主群組年齡多沿直線分布，其年齡代表巖體鋯石年齡，位于直線上方的被認為繼承鉛，位于直線下方的多被認為是鉛丟失(Allenetal., 2004；Liangetal., 2007)。為了獲得更精確的年齡，在計算巖體年齡時，只計算主群組鋯石年齡，年齡計算及諧和圖的繪制用Isoplot軟件完成。

4 大寶山及丘壩熔巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡分析結果及討論

4.1 分析結果

大寶山凝灰熔巖及丘壩英安質凝灰熔巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素組成分別見表1、表2及圖4。

4.2 討論

4.2.1 熔巖形成時代

大寶山及丘壩凝灰熔巖鋯石韻律環帶發育(圖5)，測定鋯石Th/U比值較大，在0.30～0.96之間(表1、表2)，均顯示巖漿鋯石特征，因此，分析的鋯石是巖漿結晶作用過程中形成的，其主群鋯石U-Pb年齡代表巖漿侵位年齡。

圖4 粵北丘壩英安質熔巖(a)及大寶山(b)凝灰熔巖鋯石U-Pb年齡諧和圖內插為累積概率統計圖Fig.4 Concordia plots showing the zircon U-Pb analyses of the Qiuba dacitic lava (a) and the Dabaoshan tuff lava (b) in north Guangdong ProvinceThe insets are probability plots

圖5 大寶山流紋熔巖鋯石陰極發光圖鋯石顆粒中圓圈為分析點Fig.5 Cathodoluminescence (CL) images of zircons from the Dabaoshan rhyolitic lavaThe circle on the zircon grains represents the analyzed point

用Isoplot處理23個分析點獲得年齡為434.2±14.9Ma，MSWD=15.7。其MSWD值很大，表明其中含有不易區分的繼承鋯石或鉛丟失鋯石，為了獲得更加精確的鋯石U-Pb年齡，我們用累積概率統計圖處理這23個鋯石年齡。在累積概率統計圖上(圖4內插圖)，有18個數據點呈一條直線分布，而有2個較大的及3個較小的數據點分別分布在直線的上方及下方，把年齡較大的2個點視作繼承鉛，年齡較小的3個點視作鉛丟失，其余18個點代表的主群鋯石，用Isoplot處理獲得的年齡為436.4±4.1Ma，MSWD=0.94。巖漿巖主群鋯石U-Pb年齡代表巖漿結晶的年齡(Harrisetal., 2004; Liangetal., 2007)，因此，大寶山凝灰熔巖形成時代為436.4±4.1Ma。

丘壩英安質凝灰熔巖共作了25顆鋯石的U-Pb同位素組成分析，一個分析點的諧和度<90%，在計算年齡時排除，另一個分析點的U-Pb年齡很大，其207Pb/206Pb年齡為1710.2±75.0Ma，該分析點鋯石被視為繼承鋯石，在計算年齡時排除。其余23個分析點鋯石U-Pb年齡集中于407.2～499.9Ma之間。丘壩英安質凝灰熔巖鋯石U-Pb年齡也比較集中，其主群鋯石年齡也具充分代表性。

Isoplot處理23個分析點獲得年齡為430.1±7.1Ma，MSWD=7.5。其MSWD值較大，表明其中含有不易區分的繼承鋯石或鉛丟失鋯石(Liangetal., 2006)，為了獲得更加精確的鋯石U-Pb年齡，我們用累積概率統計圖處理這23個點鋯石年齡。在累積概率統計圖上(圖4a內插圖)，丘壩凝灰熔巖年齡較大的1個點及年齡較小的6個點和其它16個點不在一條直線上分布，把年齡最大的1個點視作繼承鉛，年齡較小的6個點視作鉛丟失，其余16個點代表的主群鋯石，用Isoplot處理獲得的U-Pb年齡為434.1±4.4Ma，MSWD=1.9。因此，丘壩凝灰熔巖形成時代434.1±4.4Ma。

大寶山凝灰熔巖形成時代(436.4±4.1Ma)和丘壩英安質凝灰熔形成時代(434.1±4.4Ma)在誤差圍內基本一致，是加里東期形成的海相火山熔巖。

4.2.2 華南加里東期火山作用及動力學背景

據鉆孔觀察大寶山礦區火山熔巖厚達數百米，鉆孔中見火山巖夾有最多三層具熱水沉積特征厚達數米的微晶鉀長石巖(葛朝華和韓發，1987)，據此推斷粵北大寶山一帶加里東期海相火山熔巖是多幕火山作用形成的，粵北大寶山礦區在加里東期發生了多幕海相火山活動。近年來巫建華等(2012)在粵北-江西交界地區司前-南逕一帶識別出一套加里東期火山巖，其鋯石SHRIMP U-Pb年齡(443.6±5.Ma)，略大于大寶山一帶海相火山熔巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡(434～436Ma)。因此，華南地區粵北-江西一帶在加里東期發生至少發生了兩期火山作用。

華南加里東期花崗巖較發育，出露巖體多達100多個，總面積約22000km2(Zhuetal., 2009; Faureetal., 2009; Charvetetal., 2010; Wangetal., 2013; 趙芝等, 2012)，占華南花崗巖總面積的13%(趙芝等, 2012)，活動時代主要集中在420～460Ma之間(Wangetal., 2013)。大寶山凝灰熔巖形成時代在434～437Ma之間，和花崗巖活動時代基本一致。

過去一般認為華南加里東期花崗巖形成于較封閉的非伸展環境，沒發育同期火山巖和超淺成侵入體(舒良樹，2006；周新民，2003)及相關的火山塊狀硫化物礦床(舒良樹，2006)。華南在加里東期巖漿形成于較封閉的非伸展環境，那么為什么在粵北大寶山及司前一帶發生火山活動？大寶山一帶火山熔巖下伏碳質頁巖，上部見灰巖，顯示海相環境，這表明粵北一帶在晚奧陶至早志留紀存在古殘留洋。大寶山礦區一帶火山巖位于吳川-四會深大斷帶，該深大斷裂形成于加里東期，深達上地幔，沿斷裂帶發育眾多地幔物質混染的巖體、擠壓破碎帶、以糜棱巖為中心的熱變質帶并伴隨著強烈的巖漿侵入活動(廣東省地質礦產局，1988)。形成于擠壓背景的深大斷裂活動，可在局部區域產生伸展環境，誘發火山作用及淺成超淺成侵入巖漿活動，如藏東地區新生代鉀質堿性巖及玉龍斑巖銅礦帶(Leloupetal., 1995; Zhang and Scharer, 1999; Wangetal., 2001; Liangetal., 2007, 2008)。因此，我們認為粵北地區加里東期火山活動可能和穿過粵北晚奧陶至早志留紀存在古殘留洋的吳川-四會深大斷裂活動，誘發的巖漿活動有關。

4.2.3 地質意義

過去多認為大寶山礦床的賦礦地層為泥盆系地層，礦層底部碳質頁巖為侏羅系地層，賦礦泥盆系地層被推覆至侏羅系碳質泥巖之上。但區內未見較大規模的推覆構造(葛朝華和韓發，1987)，很難想象僅在大寶山礦區發生了數百數厚熔巖被推覆至侏羅系碳質泥巖之上，而在區內則未見有關的構造痕跡。

我們獲得的最新同位素年齡表明，賦礦圍巖為志留紀海底火山碎屑熔巖，熔巖和下伏碳質泥巖整合接觸，熔巖上部礦化層中也含有薄層碳質頁巖(葛朝華和朝發，1987)?；鹕剿樾既蹘r可視為地層的一部分，因此，我們認為大寶山礦區的賦礦地層應為志留系而不是泥盆系。下伏碳質泥巖中缺失孢粉，顯示碳質泥巖不是中生代地層(葛朝華和韓發，1987)，也為碳質泥巖屬古生代地層提供了佐證?；鹕剿樾既蹘r下伏的灰黑色碳質頁巖和粵西肇慶一帶發現下志留統連灘組深灰黑色頁巖(廣東省地質礦產局，1988)相似，而和粵北韶關地區泥盆系地層的碎屑巖及碳酸鹽巖明顯(廣東省地質礦產局，1988)不同，這也表明賦礦地層更可能是志留系地層。

廣東過去僅在粵西肇慶一帶發現了志留系碳質頁巖(廣東省地質礦產局，1988)，我們的初步工作表明在粵北地區大寶山礦區一帶也可能發育志留系碳質頁巖，廣東地區志留系地層分布范圍遠比原來認識到的更為廣闊。大寶山一帶加里東期海相火山巖的發現，顯示粵北一帶在志留紀早期存在古殘留洋。過去已有不少學者提出大寶山層狀Fe-Cu-Pb-Zn礦床為海西期海底噴流沉積成因(葛朝華和韓發，1987；邱世強，1981；楊振強，1997；Guetal., 2007)。我們的研究結果表明，大寶山層狀火成巖是加里東期海相火山熔巖?？紤]到大寶山層狀Fe-Cu-Pb-Zn礦體位于加里東期火山熔巖的上部，礦層與下伏火山熔巖產狀完全一致，與圍巖同步褶曲(葛朝華和韓發，1987)，顯示礦化與下伏熔巖有一定的聯系，因此，初步推測位于加里東期海相火山熔巖上部層狀Fe-Cu-Pb-Zn礦床與加里東期海底火山火動有關，為海底火山塊狀硫化物礦床。

5 結論

通過上述分析，我們得出下列認識：

(1)粵北大寶山礦區一帶層狀火成巖含大量火山碎屑，為火山碎屑熔巖類，主要為流紋質及英安質凝灰熔巖及少量角礫熔巖，大寶山礦區熔巖與下伏為碳質頁巖及上部頁巖夾灰巖整合接觸，形成于海相環境。

(2)粵北大寶山一帶凝灰熔巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡為434～436Ma，是加里東期形成的海相火山熔巖，華南粵北一帶加里東期至少發生了兩期次多幕火山活動，火山活動可能和吳川-四會深大斷裂活動有關；粵北大寶山層狀Fe-Cu-Pb-Zn礦化可能和加里東期海底火山作用有關。

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