朱章顯，楊振強，胡 鵬

（中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，湖北 武漢430223）

蘇門答臘島巴東－明古魯?shù)貐^(qū)（下稱：研究區(qū)）位于印尼蘇門答臘島中部，古生代以來的火山－巖漿活動十分強烈，近代活火山也很發(fā)育，是印度－澳大利亞板塊俯沖于巽他陸架之下的結(jié)果（圖1）。該島前古近紀和古近紀火山巖有比較詳細的綜合性描述[1－3]。產(chǎn)于辛卡拉湖以東及其東南狹長地帶的火山巖是富含金屬和貴金屬的層位。長期以來，該地帶是普查找礦的重要靶區(qū)[4－5]。因此，研究該區(qū)火山－侵入巖的含礦性及其大地構(gòu)造環(huán)境，具有重要的經(jīng)濟價值和科學意義。

本文是中國／印度尼西亞國際合作研究項目的初步成果。中國／印度尼西亞首輪地學合作研究項目始于2010年，合作項目名稱為“中－印合作印度尼西亞巴東－明古魯?shù)貐^(qū)1∶25萬地質(zhì)地球化學調(diào)查”。筆者根據(jù)在研究區(qū)野外實地地質(zhì)工作期間所采集的40多個樣品的巖石化學分析結(jié)果，并參考研究區(qū)周圍火山－侵入巖的（蘇里安埃達克質(zhì)花崗巖和Madina Regency安山－閃長花崗巖）[6]巖石化學分析數(shù)據(jù)（表1、表2），應用 PetroGraph 2beta和Minpet2.0巖漿巖地球化學作圖軟件[7－8]，對上述分析數(shù)據(jù)進行處理，判別和解釋其地球化學－構(gòu)造環(huán)境，獲得比較滿意的結(jié)果。本文目的在于分析研究區(qū)和對比鄰區(qū)的火山巖構(gòu)造環(huán)境，從而對該區(qū)火山活動及成礦作用提出新的成因解釋和觀點，以便為進一步研究和總結(jié)該區(qū)的成礦規(guī)律提供理論基礎。

圖1 印尼板塊構(gòu)造示意圖

表1 研究區(qū)含礦火成巖主量元素（wt%）分析結(jié)果表

表2 含礦火成巖微量元素（10×10－6）統(tǒng)計表

1 地質(zhì)構(gòu)造背景和含礦性

1.1 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)呈NW－SE向延伸，在構(gòu)造上隸屬于西蘇門答臘斷塊。西蘇門答臘斷塊是在海西期從印支板塊東南邊緣裂解出的小板片，在印支期與“暹緬馬蘇（Sibumasu）”地塊碰撞、拼合成為巽他大陸的西南邊緣（圖1）。

西蘇門答臘斷塊呈NW－SE向分布，是海西－燕山期以來的巖漿活動帶[2]，其中包括有石炭－二疊紀火山－侵入巖（290～256Ma）帶、晚三疊－早侏羅世火山－侵入巖帶（224～180Ma）、中侏羅世－白堊紀（沃伊拉群）火山巖帶（169～75Ma）和新生代火山巖帶（65～1.6Ma）。斷塊基底由石炭－二疊紀淺變質(zhì)巖系組成，沉積蓋層為海相三疊系和中、新生代火山－沉積巖系。中生代火山巖由大洋島弧火山巖（本塔洛?。⑽忠晾╓oyla）增生復合體（洋殼和大洋底沉積物質(zhì)）組成。沃伊拉群及其加積復合體中的成礦作用，與燕山早期巽他古陸邊緣古裂谷的海底擴張，以及洋殼俯沖、洋島與大陸之間的碰撞引發(fā)的超基性巖漿活動和熱水作用有關。

研究區(qū)位于巴東縣以東，分布范圍北起帕亞孔布，向南東經(jīng)辛卡拉湖－索洛克－PadangAro－雙溪帕努，為一呈NW－SE向展布的狹長地帶，構(gòu)造上位于蘇門答臘大斷裂帶內(nèi)，屬蘇門答臘島弧的弧間盆地范圍。區(qū)內(nèi)出露地層為石炭－二疊紀關丹組淺變質(zhì)板巖、灰?guī)r和中二疊統(tǒng)泗綸康組火山巖系（248 Ma）；侵入巖有：海西－印支期的翁比林（Ombilin）花崗巖（206～257Ma）、錫朱瓊 （Sijunjung）花崗巖（247Ma）、蘇里安（Surian）花崗巖和燕山期至喜山期的拉西（Lassi）花崗巖（122Ma，56～57Ma）。因此，研究區(qū)屬海西－印支期巖漿－褶皺帶的一部分，為大陸邊緣火山弧環(huán)境，是海西期古印度洋殼俯沖于巽他古陸之下的結(jié)果。

1.2 地球化學異常

2011～2012年度，項目工作開展了研究區(qū)北部索洛克圖幅1∶25萬水系沉積物測量工作，經(jīng)檢測分析和初步異常圈定，劃分出研究區(qū)地球化學異常帶。該異常帶從研究區(qū)北部的索洛克圖幅向南東延伸至派南圖幅，位于區(qū)域上NW－SE向分布的Cu－Au（Ag）－Pb（Zn）－Cr－Co（Ni）地球化學異常帶內(nèi)。

銅元素的檢測結(jié)果范圍為2～164ppm，平均值為23.0ppm，可以被視為銅異常區(qū)。鉛的檢測結(jié)果顯示區(qū)內(nèi)波動較大，從5～1940ppm（平均值為23.2ppm），與較老的火山巖、侵入巖、廢棄礦山和東南角的基底與高鉛值非常相關。鋅元素的值從5～956ppm，Pb和Zn硫化物共生是導致Pb、Zn區(qū)重合的原因。Ag高值似乎與高鉛值相關。鈷元素值范圍從2～97ppm（平均值為19.1ppm），高于背景值數(shù)據(jù)范圍（7.8～36.5ppm），認為是Co高值，其區(qū)域分布為NW－SE向延伸的區(qū)帶，沿著蘇門答臘大斷裂帶和東巴厘散（Barisan）構(gòu)造線（EBFZ）分布，可能與超基性巖的產(chǎn)出有關。鎳值范圍從2～1600ppm（平均值為29.6ppm），其高值區(qū)明顯與基底巖石中的超基性蛇紋巖的分布相關。鉻值范圍在小于5～3220ppm之間（平均值為75.9ppm），Cr的高值與Ni高值非常吻合，與超基性巖分布相關，但是Cr高值也在帕拉帕特（Palepat）火山巖組中出現(xiàn)。鐵元素值的檢測結(jié)果范圍從0.6ppm到26.7%（算術平均值為5.03%），高值點都位于EBFZ構(gòu)造線線，尤其是在北部，鐵有沿高Cr區(qū)分布的趨勢。鉀值范圍較寬從200～60200ppm（平均值為14462ppm），最高的鉀值與EBFZ構(gòu)造線東側(cè)侏羅紀花崗巖的露頭相關。EBFZ構(gòu)造線的西側(cè)鉀－鋰綜合異常更明顯的與侏羅紀以后的花崗巖侵入體相關。總之，銅、鈷和鐵異常與蘇門答臘斷裂帶和EBFZ斷裂帶相關。Cr－Ni地球化學異常的范圍與蘇門答臘斷裂帶東側(cè)的超基性帶非常一致。

1.3 含礦火山－侵入巖

研究區(qū)出露的晚古生代火山－侵入巖巖石類型包括二長花崗巖、花崗閃長巖、閃長巖巖體和輝石粗安巖、安山巖、輝石?；采綆r、石英斑巖。研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的石炭－二疊紀泗綸康組／帕拉帕特組火山巖系由玄武－安山巖、火山凝灰?guī)r及灰?guī)r組成，屬于拉斑玄武巖和鈣堿性系列。泗綸康組微量元素蛛網(wǎng)圖表現(xiàn)為MORB模式，而帕拉帕特組具有OIB島弧型火山巖的特征[8]，兩者應該形成于靠近縫合線的陸緣火山弧和洋島環(huán)境。

中生代沃伊拉群火山巖（包括薩林、本塔洛、打巴端和納巴納等火山巖組），其巖石類型顯示為拉斑玄武巖系列和鈣堿性系列。少數(shù)的沃伊拉群火山巖（中侏羅－早白堊統(tǒng)）的K2O含量較高，為橄欖玄粗巖系列，形成于陸緣火山弧和島弧環(huán)境[4－5]。在巴東地區(qū)NE方向的納塔爾巖石剖面上，由許多疊置的塊狀灰?guī)r、蛇紋巖、火山碎屑巖以及少量混積巖、枕狀玄武巖、放射蟲燧石和混雜巖組成兩個火山巖組（帕倫姆蓬甘組和納巴納巖組）。前者為非典型的火山弧碎片[1]，后者含有多孔的細碧巖，并被橄欖巖脈侵入，其巖石化學成分與世界各地的火山變質(zhì)細碧巖相似，為陸緣裂谷火山巖。在南蘇門答臘的明古魯?shù)貐^(qū)和古邁山一帶，由前陸盆地、侵入－火山?。ㄖ匈_－早白堊世）和巖漿侵入巖?。ㄍ戆讏资溃┑葐卧M成。

蘇門答臘島上的新生代火山巖，以鈣堿性巖漿類型為主，多數(shù)為島弧型，與研究區(qū)內(nèi)含礦火山巖和火山凝灰質(zhì)沉積巖類型一致。少數(shù)為橄欖粗玄巖系列和富Na變種，但也出現(xiàn)Y含量和重稀土元素（HREE）較低的火山巖。Bellon等（2004）鑒定出許多新生代埃達克侵入體（56～15Ma）[9]，與本研究結(jié)果十分吻合。眾所周知，埃達克巖和高鉀橄欖玄粗巖系列是世界級淺成低溫熱液金礦和超大型斑巖銅－金礦的母巖，與銅－金礦床有密切的成因關系[10－13]。顯然，研究區(qū)具備形成埃達克巖和橄欖粗玄巖的地質(zhì)構(gòu)造條件。

區(qū)內(nèi)出露的含礦火山巖和淺成侵入巖有埃達克質(zhì)花崗巖、安山巖、蝕變安山巖、石英斑巖、綠泥巖質(zhì)火山角礫巖、晶屑玻屑凝灰?guī)r、硅化含火山角礫凝灰?guī)r和火山凝灰質(zhì)巖等等，還見有含礦碎裂巖等。其中，礦化巖石主要為火山凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)巖。脈巖比較單調(diào)，為晚期含礦石英脈。

1.4 含礦性

晚古生代變沉積巖和變火山巖是層控型銅－鉛（鋅）－金（銀）含礦層位。礦床成因可能與翁比林花崗巖、錫朱瓊花崗巖、蘇利特河（Sulit Air）、蘇里安花崗巖和拉西花崗巖侵入活動以及蘇門答臘大斷裂帶和EBFZ構(gòu)造線的熱液活動有關。區(qū)域上的喜山晚期巖漿弧Au－Ag成礦帶呈NW－SE向分布，分成兩條互相平行的次級成礦帶：一條是分布在薩立達（Sadida）－哥打阿貢（Kotaagung）的聯(lián)線上，稱為外金礦帶（蘇門答臘大斷層的兩側(cè)）；另一條分布在曼加尼和丹絨加蘭（Tanjungkarang）聯(lián)線上，稱為內(nèi)金礦帶（蘇門答臘大斷層的東側(cè)）。喜山晚期的Au礦類型可分為低硫型、高硫型和層控型三類[3]。

研究區(qū)銅礦化類型包括斑巖型、矽卡巖型、石英脈型（低溫熱液交代）。Timbulan銅礦點為斑巖型，1991年采集的一個氧化礦石樣品含銅22%，含金485ppb，含銀1340ppm。圍巖的花崗巖類的礦物被蝕變?yōu)槭ⅲL石－綠簾石以及伴生的硫化物礦物組合，推定為斑巖型礦化類型。斑巖型礦化可能與蘇利特河巖體和蘇里安花崗巖的巖漿侵入活動有關。

研究區(qū)內(nèi)巖石不同程度受到銅、金、銀、鉻、鎳、鋅、鐵礦化，以銅、金礦化為主。金含量可達0.1～0.9×10－6。個別巖石樣品為含鉻、鎳的鐵礦石（6＃樣品），可能由鎂鐵超基性巖演變而成。

2 含礦火成巖的地球化學特征

區(qū)內(nèi)火成巖SiO2含量（42.68%～95.49%）和MgO 含量 （0.02% ～2.68%）變化很大，低鈦（0.012%～1.14%）。火山凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)沉積巖SiO2的含量為42.68%～85.06%，以低鈦和低鎂含量為特征。在SiO2－K2O判別圖上，大多數(shù)樣品落在拉斑玄武巖系列范圍，少數(shù)落在鈣堿性巖石系列中（圖2（a））。而在F－A－M 圖解上，大多數(shù)含礦火成巖的巖石樣品落在拉斑玄武巖范圍內(nèi)（圖2（c）），屬于拉斑玄武巖系列，只有個別為高鉀鈣堿性系列。研究區(qū)沒有出現(xiàn)鉀玄系列，與區(qū)域的巖石系列類型略有差別。在ANK－ACNK圖解上，中酸性巖為過鋁花崗巖，火山凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)沉積巖為偏鋁花崗巖（圖2（d））。K2O含量在Harker圖解上與SiO2含量略成反比關系（圖2（a））。

圖2 火成巖的地球化學－構(gòu)造環(huán)境判別圖解

含礦火成巖的微量元素不富集親石元素Rb，也不富集高場強元素Th、Hf。Sr含量變化很大（3.88×10－6～679×10－6），其中含礦凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)沉積巖、石英脈巖、鐵鎂質(zhì)超基性等巖石的Sr含量與安山巖一樣，Sr含量較低。少數(shù)凝灰?guī)r和安山巖可達到976×10－6以上；火成巖的Th含量變化于0.09×10－6～11.6×10－6之間。因此，含礦火成巖在微量元素蛛網(wǎng)圖上顯示為 Rb、Ba、K、Ta、Nb、Sr、Tr低谷（圖2b，沒有明顯的Th高峰，顯示與富集地幔成因關系不太密切。含礦火成巖的Sr／Y比值較低，一般為0.74～9.01，個別可達41.22。鎂鐵超基性巖（鐵礦石）具有最高的Sr／Y比值（Sr／Y＝193）。在Harker圖解上，Sr、Y和Yb含量與SiO2含量略成反比關系（圖2（a））。Sr／Y的比值似乎也與SiO2含量略成反比關系（圖2（b））。

研究區(qū)內(nèi)火山－侵入巖的Y含量變化很大（Y＝1.16×10－6～16.4×10－6），少數(shù)巖石樣品 Y含量可達27.5×10－6～34×10－6。Yb含量也很低（Yb＝0.11×10－6～2.02×10－6，少數(shù)巖石樣品可達3.5310－6～4.11×10－6）。 研 究 區(qū) 內(nèi) 蘇 里 安（Surian）花崗巖為新發(fā)現(xiàn)的埃達克巖。還見有一個埃達克質(zhì)凝灰質(zhì)頁巖（19＃樣品）和一個埃達克質(zhì)變質(zhì)巖（11＃樣品），其Yb含量小于19×10－6。在La／Yb－Yb的圖解上顯示，落在C－型和O－型埃達克質(zhì)巖范圍內(nèi)（圖3（f））。

圖3 火山巖的Harker圖解（圖例同圖2）

含礦火成巖的REE配分曲線可劃分為兩種類型：右傾型和平緩型。石英脈巖的∑REE含量較低，一般的La／Yb比值為1.28～8.47，REE配分曲線呈平緩展布，屬于MORB或島弧型曲線類型（圖2（e））。少數(shù)凝灰質(zhì)頁巖的巖石樣品La／Yb比值可達14.88～35.46，其REE為∑LREE富集型，配分曲線類型屬右傾鏟狀，沒有Eu負異常，與.Surian的C－型埃達克質(zhì)花崗巖和Regency花崗閃長巖配分曲線類型相似。

鐵礦石的REE配分曲線平緩，與泗綸康組／帕拉帕特組火山巖系的島弧型REE配分曲線相似。個別鐵礦石有明顯的正Eu異常，顯示火山噴氣（熱水沉積）成因的特征（圖2（e）），因為REE的正Eu異常是硫化物礦床火山噴氣（熱水沉積）成因的標識[14]。

3 含礦火成巖的構(gòu)造環(huán)境與成因

微量元素 Th－Nb－Zr和 Th－Ta－Hf圖解及其比值是區(qū)分板塊匯聚帶（陸緣島弧及陸緣火山?。┗鹕綆r和大陸板內(nèi)火山巖有效標志。一般來說，前者Nb／Zr比值＜0.04和 Ta／Hf＜0.1，而后者的 Nb／Zr比值＞0.04（Th／Nb比值＞0.11）和 Ta／Hf＞0.1（Th／Nb比值＞1.6）[15－16]。

研究區(qū)內(nèi)的含礦火成巖巖石樣品在Th－Ta－Hf／3圖解（圖略）和在 Rb－（Yb＋ Ta）圖解（圖2（f））上比較集中在火山島弧巖區(qū)范圍內(nèi)。但是，Th－Ta－Hf／3圖解的缺點是未能區(qū)分出?。懪鲎矌Ц浇ń缬趰u弧和大陸板塊之間）的成分，而Th／Zr－Nb／Zr圖解可彌補這個缺陷。后者可更詳細地區(qū)別出板塊匯聚帶（包括洋島弧、陸緣島弧、大洋板內(nèi)、大陸板內(nèi)、和地幔柱）各環(huán)境（圖4（a））。該圖解上，研究區(qū)內(nèi)大多數(shù)含礦火成巖，與Regena花崗閃長巖樣品一樣，其Nb／Zr比值集中在0.04附近的陸緣島弧范圍內(nèi)，另一些石英脈巖樣品則為大陸板內(nèi)碰撞帶和拉張帶初始裂谷環(huán)境，個別為陸緣裂谷環(huán)境（Nb／Zr＝0.18～0.28；Ta／Hf＝0.1～0.39），顯示研究區(qū)內(nèi)巖漿巖及其含礦巖石樣品，落在板塊匯聚邊緣的陸緣島弧、陸緣火山弧及其附近的大陸板內(nèi)拉張帶和裂谷（或弧后盆地）范圍內(nèi)。

圖4 火成巖的Th／Zr－Nb／Zr（a）和 Th／Yb－Ta／Yb（b）構(gòu)造環(huán)境判別圖解

該區(qū)火山－侵入巖的樣品在微量元素Th／Yb－Ta／Yb圖解（圖4（b））和 Th／Ta－Yb圖解（圖略）上，主要落在活動大陸邊緣（ACM）構(gòu)造環(huán)境，為大陸邊緣火山弧。

在Harker圖解上，可以看出本區(qū)火山－侵入巖樣品的Yb、Y含量與SiO2含量略呈正比關系，表明埃達克質(zhì)巖和非埃達克巖的成因與洋殼板塊俯沖和部分熔融作用有關（圖3（d）、圖3（e））。表明巖漿源的深度可達100～110km，已達俯沖板片的殘留相，屬于高壓礦物相地幔楔之下，或者解釋為地幔楔交代和下地殼底部混染MASH（熔融－混染－儲存－均一化）作用，巖漿來源區(qū)應該為受混染的地幔楔。在該圖解上還顯示K2O以及Sr含量與SiO2含量均為反比關系，表明俯沖板塊部分熔融作用以外，巖漿源區(qū)還有強烈的斜長石的結(jié)晶分離作用。

另一方面，從Zr／Nb－MgO圖解（圖5（a））上可以看出，大多數(shù)樣品的Zr／Nb比值小于40，落在MORB及以下的范圍內(nèi)，其物質(zhì)源區(qū)受俯沖的洋殼板片局部熔融的作用十分強烈。本區(qū)只有一個侵入巖樣品具有較高的Zr／Nb比值（＝39），并且 MgO含量較低，顯示地幔揳受到較弱的交代作用。一些Zr／Nb比值位于小于30～20之間（位于N－MORB＝20～40）的含礦火成巖樣品，其 MgO含量（3.07%～3.86%），顯然，其物質(zhì)源區(qū)是來自被交代作用的地幔揳附近，暗示俯沖巖層局部熔融的物質(zhì)和熱水對地幔揳的稀釋作用。而MgO含量小于2%的樣品則代表俯沖的洋殼板片局部熔融為的作用。由此可見，本區(qū)乃至西蘇門答臘地體遭受洋殼板片局部熔融的作用比地幔揳交代作用更加強烈。

圖5 火成巖的Zr／Nb－MgO圖解（a）（圖式仿Crow，2005）[1]和Zr／Nb－Zr（b）圖解（b）（圖式仿 Maulana，1995）[19]

在Zr／Nb－Zr圖解（圖5（b））上，則明顯地顯示出一種強烈的俯沖洋殼板片局部熔融的演化趨勢（左箭頭）和來源于上地殼分離結(jié)晶（右箭頭）相對較弱的演化趨勢，分別代表兩種不同的巖漿巖源區(qū)。由此可見本區(qū)含礦火成巖是兩種不同源區(qū)的巖漿作用結(jié)果：前者為洋殼板片局部熔融疊加地幔揳混染作用成因，后者則為上地殼分離結(jié)晶作用的結(jié)果。

5 結(jié)論

研究區(qū)內(nèi)含礦地層為石炭－二疊紀關丹組淺變質(zhì)巖、灰?guī)r和泗綸康組火山巖系。礦化類型包括層控型（火山－噴氣）、矽卡巖型、石英脈型（低溫熱液交代）。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)含礦火山巖的地球化學特征及其構(gòu)造環(huán)境的判別，筆者以下結(jié)論。

1）含礦火山－侵入巖、火山凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)沉積巖形成于陸緣火山弧及其相鄰大陸板內(nèi)（弧后擴張）環(huán)境。

2）鐵礦產(chǎn)出構(gòu)造環(huán)境為島弧型和弧后盆地，屬于火山噴氣（熱水沉積）成因。

3）含礦和無礦石英脈樣品地球化學特征反映其形成于大陸邊緣初始裂谷（弧后盆地）環(huán)境，為上地殼分離結(jié)晶作用和晚期巖漿侵入活動的產(chǎn)物。

4）根據(jù)Zr／Nb－Zr圖解（圖5（b）），本區(qū)火成巖來源于強烈的俯沖洋殼板片局部熔融和較弱的地幔揳交代作用的巖漿巖源區(qū)以及上地殼分離結(jié)晶作用的巖漿巖源區(qū)。

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