武夷山成礦帶燕山期巖漿巖地質(zhì)年代學(xué)研究
——以天華山盆地鵝湖嶺組及打鼓頂組年齡為例

劉 濤， 向 蜜， 田世洪

(1. 東華理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，江西 南昌 330013；2.東華理工大學(xué) 核資源與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330013)

武夷山成礦帶是我國十九個(gè)成礦帶之一，同時(shí)也是環(huán)太平洋成礦帶重要組成部分，區(qū)內(nèi)發(fā)育大量鉛鋅銀類礦床，是華南中、新生代巖漿巖的重要成礦區(qū)之一。其獨(dú)特的地質(zhì)條件和成礦優(yōu)越性，一直是國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)(毛建仁等，2011；邢光福等，2017)。武夷山成礦帶位于中國東南沿海活動(dòng)大陸邊緣內(nèi)側(cè)，揚(yáng)子板塊與華夏地塊的陸緣造山帶內(nèi)(圖1)。行政區(qū)劃包括浙江西南部、江西東部、福建中西部、廣東東北部。成礦帶內(nèi)具有華南最大面積的前泥盆紀(jì)變質(zhì)巖和多期次火成巖，是研究古構(gòu)造演化的理想?yún)^(qū)域。成礦帶北側(cè)是以紹興-江山-萍鄉(xiāng)斷裂為界與贛杭成礦帶接壤，西以鷹潭-安遠(yuǎn)斷裂為界與羅霄山相接，東以政和-大浦?jǐn)嗔褞榻缗c東南沿海火山巖帶相隔，南部以佛岡-五華斷裂為界與廣東蓮花山相鄰(王淼等，2007)。

圖1 武夷山成礦帶大地構(gòu)造示意圖(邢光福等，2017)Fig.1 Geotectonic diagram of Wuyishan metallogenic belt ①紹興-江山-萍鄉(xiāng)斷裂；②鷹潭-安遠(yuǎn)斷裂；③政和-大浦?jǐn)嗔眩虎芊饘?五華斷裂；⑤吳川-四會(huì)斷裂

獨(dú)特的大地構(gòu)造背景之下形成了復(fù)雜的構(gòu)造-巖漿-成礦演化史。自晚太古代以來，成礦帶內(nèi)各個(gè)地質(zhì)歷史時(shí)期均有巖漿活動(dòng)的痕跡。巖漿活動(dòng)由老至新可以劃分為7個(gè)主要階段(陳世忠等，2013)：古元古代巖漿巖(2 500～1 800 Ma)、中元古代巖漿巖(1 800～1 000 Ma)、新元古代巖漿巖(1 000～800 Ma)、加里東期巖漿巖(570～375 Ma)、海西-印支期巖漿巖(375～208 Ma)、燕山早期(208～145 Ma)和燕山晚期巖漿巖(145～65 Ma)。其中燕山期巖漿活動(dòng)具有范圍廣、作用強(qiáng)和明顯的多階段特征，與帶內(nèi)大多數(shù)金屬礦床成因息息相關(guān)。燕山期巖漿活動(dòng)可進(jìn)一步細(xì)分為中-晚侏羅世和早白堊世兩個(gè)巖漿活動(dòng)最為強(qiáng)烈的時(shí)期，同時(shí)也是帶內(nèi)多金屬元素成礦峰值期，形成了一系列的晚中生代大型、超大型金屬礦床，如冷水坑銀鉛鋅礦，生米坑、焦塘等鉛鋅礦床。故帶內(nèi)巖漿巖演化史對(duì)于認(rèn)識(shí)帶內(nèi)多金屬成礦機(jī)制及大地構(gòu)造背景具有重要意義。

筆者重點(diǎn)關(guān)注武夷山北坡燕山期巖漿巖年代學(xué)研究進(jìn)展，通過對(duì)該區(qū)年代學(xué)數(shù)據(jù)的分析及研究成果簡單整理，并以此為基礎(chǔ)在前人認(rèn)識(shí)上歸納了一些新認(rèn)識(shí)及對(duì)其中產(chǎn)生的問題進(jìn)行綜合論述。

1 武夷山成礦帶巖漿巖年代學(xué)研究現(xiàn)狀

巖漿巖因缺乏生物化石及生物遺跡，確定其相對(duì)年齡較為困難，一般要采用同位素年齡方法獲得精確年代學(xué)信息(楊海斌等，2015)。在巖漿巖年代學(xué)研究早期主要采用Ar-Ar法、Rb-Sr法、Sm-Nd法等進(jìn)行定年研究，但該類方法容易受到后期熱液活動(dòng)的影響，無法獲得精確的成巖年齡；而后隨著鋯石微區(qū)原位定年技術(shù)(鋯石SHRIMP U-Pb、鋯石LA-ICP-MS U-Pb以及鋯石SIMS U-Pb)的出現(xiàn)，可以更精確地確定鋯石的形成年齡和蝕變年齡，為精確研究巖漿巖年代提供了可能(陳文等，2011)，從而促使一大批巖漿巖成巖及成礦年齡的重新厘定。但鋯石微區(qū)原位定年也受鋯石放射性損傷及重結(jié)晶等因素的影響，這就要求在挑選鋯石時(shí)要遵循一定的鋯石挑選原則。

武夷山成礦帶的巖漿巖年代學(xué)研究一直是學(xué)者所關(guān)注的焦點(diǎn)。區(qū)內(nèi)斑巖與多金屬礦床的形成有著緊密的聯(lián)系，斑巖常作為賦礦巖體或者賦礦圍巖存在于礦床之中，故帶內(nèi)巖漿巖年代學(xué)研究對(duì)于揭示礦床形成具有重要意義。然而，由于定年方法不同，學(xué)者對(duì)于武夷山成礦帶內(nèi)的花崗斑巖及火山巖測年結(jié)果不盡相同，且存在較大爭議?？傮w存在以下觀點(diǎn)：如早期由戚建中等(1986)利用全巖、鉀長石的K-Ar法測得天華山盆地內(nèi)花崗斑巖年齡為125 Ma，并由此判斷其形成與火山活動(dòng)時(shí)間相近，把其歸類于早白堊世次火山巖類；孟祥金等(2007)也對(duì)該盆地花崗斑巖使用全巖Rb-Sr等時(shí)線定年測得年齡為131 Ma。但不少學(xué)者對(duì)該類方法測出的年齡提出質(zhì)疑，有的認(rèn)為采用K-Ar、Rb-Sr等方法易受后期熱液蝕變影響，無法得出較為準(zhǔn)確的成巖年齡(孟祥金等，2009；蘇慧敏等，2013)；有的利用鋯石SHRIMP U-Pb與鋯石LA-ICPMS U-Pb法測得盆地內(nèi)花崗斑巖年齡為156.4～162 Ma，認(rèn)為花崗斑巖時(shí)代屬于晚侏羅世(孟祥金等，2012；左立艷等，2010；狄永軍等，2013；余明剛等，2015；龔雪婧等，2019)。

同時(shí)，帶內(nèi)火山碎屑巖年齡也存在較大的爭議，與上述斑巖產(chǎn)生年齡差異原因所不同的是火山碎屑巖幾乎都是采用最新的微區(qū)原位定年技術(shù)，但年齡仍存在較大的差異。如邱駿挺等(2013)、張家菁等(2009)、羅平等(2009)測得天華山盆地內(nèi)打鼓頂組及鵝湖嶺組的火山碎屑巖鋯石年齡為137.5～146.6 Ma，為早白堊世巖層；孟祥金等(2012)、狄永軍等(2013)、余明剛等(2015)對(duì)同一地層的鋯石進(jìn)行微區(qū)原位定年，測得鋯石年齡為157.2～161.3 Ma，為一套晚侏羅世地層。

2 武夷山成礦帶燕山期斑巖存在的地質(zhì)問題

武夷山成礦帶內(nèi)各個(gè)火山盆地均發(fā)育大量火山巖(安山巖、粗面巖、流紋巖等)、次火山巖(花崗斑巖、石英正長斑巖、流紋斑巖、堿長花崗斑巖等)及火山碎屑巖(熔結(jié)凝灰?guī)r、晶屑凝灰?guī)r、層凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)角礫巖、火山角礫巖等)。區(qū)域上燕山期的巖漿巖與成礦作用關(guān)系最為密切，盆地內(nèi)斑巖為主要賦礦圍巖。戴盼等(2018)根據(jù)斑巖特征劃分成礦類型，將武夷山地區(qū)在燕山期成礦作用均劃分為早期(165～150 Ma)的斑巖-矽卡巖型Cu、Mo、Pb、Zn、Ag、W成礦作用和晚期(140～125 Ma)的斑巖-熱液脈以及火山-次火山熱液型Pb、Zn、Mo、Ag成礦作用。由此可見斑巖時(shí)代及成礦類型的確定對(duì)于帶內(nèi)礦床成礦機(jī)制具有重要意義。帶內(nèi)花崗斑巖主要分布于贛南-閩西南以及閩西北的部分地區(qū)，位于武夷山脈兩側(cè)，標(biāo)志性巖體有閩西南一帶的武平、白石崗、才溪、紫金山、虎崗等(邢光福等，2017)，存在于天華山火山盆地內(nèi)的花崗斑巖也是該階段的產(chǎn)物。

2.1 武夷山成礦帶燕山期花崗斑巖年代學(xué)問題

武夷山火山巖帶存在大量的侵入巖，由于早期測年技術(shù)的限制，前人測得天華山盆地中4種侵入巖年齡相仿，認(rèn)為是同一期次的產(chǎn)物。如戚建中等(1986)結(jié)合巖體的穿插關(guān)系，采用全巖、鉀長石的K-Ar測年方法測得石英正長斑巖為136 Ma，花崗斑巖為125 Ma，流紋斑巖為115 Ma、堿長花崗斑巖為109 Ma，并認(rèn)為這4種巖體均侵入火山巖層中，統(tǒng)一歸類于次火山巖；孟祥金等(2007)也對(duì)該盆地4種侵入巖使用全巖Rb-Sr等時(shí)線定年測得花崗斑巖為131 Ma、流紋斑巖為130 Ma、堿長花崗斑巖為128 Ma、石英正長斑巖為121 Ma。前人研究成果表明武夷山成礦帶內(nèi)天華山等盆地大量發(fā)育絹云母化、綠泥石化、碳酸鹽化、硅化和黃鐵礦化等蝕變。而K-Ar、Rb-Sr等方法易受后期熱液蝕變影響，故使用該類方法得到年齡往往為蝕變年齡，并不能代表成巖的真實(shí)年齡。故前人以此年齡為基礎(chǔ)所定巖層時(shí)代需要重新思考。

從現(xiàn)今大量高精度原位定年數(shù)據(jù)來看，前人所測年齡具有較大的偏差，帶內(nèi)各火山盆地的花崗斑巖年齡多顯示為160 Ma左右。如蘇慧敏等(2013)、龔雪婧等(2019)測得天華山盆地內(nèi)含礦花崗斑巖年齡為150.3～168.09 Ma；而帶內(nèi)石英正長斑巖、堿長花崗斑巖、流紋斑巖年齡為137.0～144.0 Ma(表1)?；◢彴邘r與其他類型的斑巖具有20 Ma左右的年齡差，屬于不同地質(zhì)時(shí)代的產(chǎn)物?；◢彴邘r應(yīng)為侏羅紀(jì)的一套侵入巖，其成礦模式應(yīng)劃分為斑巖-矽卡巖型Pb、Zn、Cu、Mo、Ag、W成礦；其他類型斑巖可按前人歸類于白堊紀(jì)的一套次火山巖，其成礦模式為火山-次火山熱液型Pb、Zn、Mo、Ag成礦機(jī)制，兩者屬不同地質(zhì)時(shí)代，不同成礦模式。

表1 武夷山火山盆地燕山期斑巖的年齡Table 1 The age of Yanshanian granite-porphyry in Wuyishan volcanic basin

按前人所遵從的地質(zhì)事實(shí)應(yīng)該是花崗斑巖同其他次火山巖體侵入于火山巖，那么花崗斑巖年齡為160 Ma左右，則火山巖年齡應(yīng)該更早，而今測得鵝湖嶺組火山碎屑巖的年齡為140 Ma左右(后文進(jìn)行時(shí)代確定具體描述)，為白堊紀(jì)的一套巖層，所測年代學(xué)數(shù)據(jù)與前人所描述地質(zhì)事實(shí)并不相符。此外，筆者在查閱天華山盆地相關(guān)文獻(xiàn)中并未見到花崗斑巖侵位到打鼓頂組和鵝湖嶺組火山巖地層的實(shí)質(zhì)性證據(jù)。然而，蘇慧敏等(2013)觀察到存在于冷水坑礦田鉆孔中的鵝湖嶺組晶屑凝灰?guī)r和花崗斑巖有較為清晰的界線(圖2a)，并且晶屑凝灰?guī)r中包含有疑似花崗斑巖“捕虜體”，“捕虜體”的顏色、礦物成分、顆粒大小、結(jié)構(gòu)都與花崗斑巖極為相似，可初步判斷為花崗斑巖角礫。從圖2b中可以看出在花崗斑巖和流紋斑巖接觸部位形成了一個(gè)構(gòu)造破碎帶，同樣右邊的流紋斑巖中也有花崗斑巖角礫。從野外照片顯示出的地質(zhì)現(xiàn)象可以推斷花崗斑巖是早于流紋斑巖形成的，流紋斑巖成巖年齡為早白堊世140 Ma左右和本區(qū)火山巖幾乎是同時(shí)形成的，同時(shí)推斷出花崗斑巖形成于火山碎屑巖之前。

圖2 天華山盆地巖漿巖野外照片(蘇慧敏等，2013)Fig.2 Field photos of magmatic rocks in the Tianhuashan basina.晶屑凝灰?guī)r中含有花崗斑巖角礫；b.流紋斑巖與花崗斑巖的接觸面

2.2 武夷山成礦帶燕山期花崗斑巖類型重新劃分

由于早期測年手段的制約，前人所采用K-Ar、Rb-Sr法進(jìn)行花崗斑巖測年易受蝕變作用的影響，所測花崗斑巖的年齡并不準(zhǔn)確。后期的高精度U-Pb定年的數(shù)據(jù)使得花崗斑巖時(shí)代歸屬發(fā)生較大的變化，所以不能簡單地將花崗斑巖同其他三種次火山巖歸于同一類型。由上述的年代學(xué)數(shù)據(jù)、野外地質(zhì)事實(shí)及巖體產(chǎn)出特征三方面來看，存在于天華山盆地的花崗斑巖與該盆地白堊世早期的火山巖及次火山巖不是同一階段的產(chǎn)物，花崗斑巖應(yīng)從傳統(tǒng)的次火山巖分類中剝離，歸類于侏羅紀(jì)的一套侵入巖；其內(nèi)白堊紀(jì)的一套次火山巖如石英正長斑巖、堿長花崗斑巖、流紋斑巖等，其年齡與盆地火山碎屑巖中的早白堊世早期的鋯石年齡一致，表明該巖體是同火山巖一起或者稍后所產(chǎn)生的一套次火山巖，這是符合次火山巖的概念，因而可以延續(xù)前人分類。

3 武夷山成礦帶燕山期火山碎屑巖年齡

3.1 天華山盆地火山碎屑巖年代學(xué)研究現(xiàn)狀

近年來華南大部分打鼓頂組和鵝湖嶺組火山巖地層的年代歸屬有了新的定義，如相山盆地火山巖系鵝湖嶺組和打鼓頂組歸屬于早白堊世(張萬良等，2007；何觀生等，2009；楊水源等，2012；郭福生等，2016)；浙東火山巖均歸類于早白堊世(劉飛宇等，2009；李祥輝等，2011；Liu et al.,2012)。在此基礎(chǔ)上巫建華等(2019)進(jìn)行歸納提出江西及廣東北部不存在晚侏羅世地層，贛東北地區(qū)鵝湖嶺組時(shí)代均為早白堊世的結(jié)論。

天華山火山盆地是武夷山成礦帶內(nèi)主要的火山盆地之一，盆地內(nèi)發(fā)育一套打鼓頂組和鵝湖嶺組中酸性火山巖及與之伴生的次火山巖(圖3)，在火山碎屑巖及侵入巖內(nèi)形成了冷水坑超大型Ag-Pb-Zn礦。同時(shí)，很多學(xué)者也對(duì)武夷山火山盆地中的鵝湖嶺組和打鼓頂組火山巖的時(shí)代歸屬提出了異議，對(duì)傳統(tǒng)定年方法(如K-Ar法、Rb-Sr法)測年結(jié)果表示懷疑，進(jìn)而對(duì)該盆地開展新的年代學(xué)工作，希望由此對(duì)盆地鵝湖嶺組與打鼓頂組年代進(jìn)行重新厘定。如邱駿挺等(2013)運(yùn)用鋯石LA-ICP-MS U-Pb測得打鼓頂組熔結(jié)凝灰?guī)r形成于(160.8±1.9) Ma，而鵝湖嶺組流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r則具有間歇性和多期噴發(fā)特點(diǎn)，其最初活動(dòng)時(shí)間為159 Ma，而主體形成于(146.6±2.2) Ma，火山碎屑巖多形成于侏羅紀(jì)；蘇慧敏等(2013)對(duì)天華山盆地內(nèi)的冷水坑礦床的火山巖進(jìn)行LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb定年研究，得出打鼓頂組下段晶屑凝灰?guī)r年齡為(144±1) Ma，鵝湖嶺組第一段的層狀凝灰?guī)r為(140±1) Ma，第三段火山-沉積旋回的流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r為(137±1) Ma，這一套火山碎屑巖地質(zhì)時(shí)代均屬早白堊世早期。在使用相同的鋯石微區(qū)原位定年也產(chǎn)生了較大的年齡差異，其造成年齡差異原因值得學(xué)者考慮。

圖3 武夷山成礦帶天華山盆地火山巖地層柱狀圖(據(jù)蘇慧敏等，2013)Fig.3 Volcanic stratigraphic histogram of Tianhuashan basin in the metallogenic belt of Wuyishan1.熔結(jié)凝灰?guī)r;2.流紋巖;3.粗晶屑凝灰?guī)r;4.層凝灰?guī)r;5.安山巖;6.凝灰質(zhì)粉砂巖;7.石英正長質(zhì)凝灰角礫巖;8.火山角礫巖;9.灰?guī)r;10.石英砂巖，粉砂巖;11.片巖,片麻巖;12.花崗斑巖;13.石英正長斑巖;14.流紋斑巖;15.堿長花崗斑巖

3.2 火山碎屑巖測年所存在的問題

由前文可知，存在于天華山盆地的鵝湖嶺組與打鼓頂組的火山碎屑巖年齡仍存在較大的異議，這一套火山碎屑巖既有晚侏羅世年齡也存在早白堊世年齡。對(duì)此不同學(xué)者給出不同解釋，邱駿挺等(2013)認(rèn)為造成年齡差異的原因可能是巖體不同部位的冷卻速率造成，先結(jié)晶鋯石年齡自然老于后結(jié)晶的鋯石年齡；余明剛等(2015)則認(rèn)為天華山盆地存在三期火山活動(dòng)，打鼓頂組與鵝湖嶺組不同年齡的鋯石源于火山不同期次的噴發(fā)；巫建華等(2019)認(rèn)為存在兩個(gè)年齡段原因在于前人研究時(shí)獲得晚侏羅世鋯石U-Pb年齡的樣品可能為熔結(jié)凝灰?guī)r、凝灰?guī)r之類的火山碎屑巖，完全有可能是火山碎屑巖中巖屑的鋯石年齡(即捕獲鋯石的年齡)，并不能代表火山巖的年齡。

筆者在對(duì)前人測年成果進(jìn)行整理時(shí)也發(fā)現(xiàn)當(dāng)研究者進(jìn)行采樣測年時(shí)，采樣地點(diǎn)離花崗斑巖較近時(shí)，其所測火山碎屑巖年齡會(huì)偏大或者與花崗斑巖年齡較為相近。如孟祥金等(2012)對(duì)冷水坑銀鉛鋅礦床進(jìn)行系統(tǒng)采樣，所采LSK-38、LSK-39樣品均接近于花崗斑巖巖體，測年數(shù)據(jù)顯示年齡變化范圍為140～160 Ma，這指示鋯石的多來源。在圖2中可以觀察到晶屑凝灰?guī)r內(nèi)含花崗斑巖“捕虜體”野外地質(zhì)現(xiàn)象，這可能預(yù)示著火山碎屑巖形成之初，花崗斑巖體受力破碎混入碎屑中，后期經(jīng)沉積作用固結(jié)成巖，從而產(chǎn)生火山碎屑巖中既有原生鋯石年齡又有后來捕獲的花崗斑巖鋯石年齡的現(xiàn)象。同時(shí)，對(duì)定年樣品的巖性進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)打鼓頂組與鵝湖嶺組年齡與巖性存在一定聯(lián)系，當(dāng)巖性為噴出相的晶屑凝灰?guī)r時(shí)，定年結(jié)果變化范圍較大，在140～160 Ma皆有分布；當(dāng)巖性為流紋質(zhì)或者安山質(zhì)噴出相時(shí)，其年齡較為統(tǒng)一，大多數(shù)為140 Ma左右(表2)。這從另一方面證明了上述猜想，火山碎屑巖噴出時(shí)可能捕獲大量花崗斑巖的鋯石，而溢流相次火山巖形成條件更為穩(wěn)定，較少地捕獲圍巖鋯石，故更能代表火山巖形成的年齡。由此可以判斷出天華山盆地的鵝湖嶺組與打鼓頂組火山碎屑巖的兩組年齡中160 Ma為捕獲花崗斑巖的鋯石年齡，代表不了火山巖及地層的實(shí)際年齡；而存在于噴出、溢流相巖體的140 Ma鋯石年齡更能代表巖層形成的實(shí)際年齡。正如表2中年齡與巖性之間的關(guān)系，溢流相的火山碎屑巖大多數(shù)都是呈現(xiàn)140 Ma的年齡群。

表2 武夷山火山盆地火山碎屑巖年齡Table 2 Age of pyroclastic rocks in volcanic basin of Wuyishan metallogenic belt

綜上所述，天華山盆地的打鼓頂組與鵝湖嶺組的火山碎屑巖年齡為140 Ma更為符合地質(zhì)事實(shí)，與華東地區(qū)大多數(shù)火山盆地形成年齡較為一致，應(yīng)該形成于早白堊世，而160 Ma年齡段是捕獲花崗斑巖的鋯石年齡。因此在對(duì)火山碎屑巖進(jìn)行年代學(xué)研究時(shí)應(yīng)注意，當(dāng)對(duì)類似火山巖定年時(shí)，應(yīng)該選噴出溢流相的流紋質(zhì)及安山質(zhì)巖體內(nèi)鋯石更為可靠。如果無法避免對(duì)噴出相的火山碎屑巖進(jìn)行定年，也要在挑選樣品時(shí)盡量選擇小的、晶形差的、環(huán)帶不明顯的鋯石進(jìn)行定年工作。因?yàn)橄衲規(guī)r等類似的火山碎屑巖鋯石在噴出過程中冷卻結(jié)晶時(shí)間較短，往往晶型較差、形態(tài)較小，而那些晶形好的、環(huán)帶清晰的鋯石往往為花崗巖巖屑的鋯石(巫建華等，2017)。

4 結(jié)論

通過上述前人研究成果獲得以下認(rèn)識(shí)：

(1) 天華山盆地的花崗斑巖應(yīng)從先前白堊紀(jì)的次火山巖分類中剝離，重新厘定為侏羅紀(jì)的一套侵入巖。

(2) 與華東地區(qū)大多數(shù)火山盆地形成年齡較為一致，天華山盆地內(nèi)的打鼓頂組及鵝湖嶺組的火山巖年齡為140 Ma更為可靠，同屬于早白堊世。

(3) 對(duì)火山巖定年時(shí)，應(yīng)該選噴出溢流相的流紋質(zhì)及安山質(zhì)巖體內(nèi)的鋯石更為可靠，或者在鋯石樣品選擇時(shí)應(yīng)該選擇小的、晶形差的、環(huán)帶不明顯的鋯石更能代表火山碎屑巖的形成年代。