朱章显，杨振强，胡 鹏

（中国地质调查局武汉地质调查中心，湖北 武汉430223）

苏门答腊岛巴东－明古鲁地区（下称：研究区）位于印尼苏门答腊岛中部，古生代以来的火山－岩浆活动十分强烈，近代活火山也很发育，是印度－澳大利亚板块俯冲于巽他陆架之下的结果（图1）。该岛前古近纪和古近纪火山岩有比较详细的综合性描述[1－3]。产于辛卡拉湖以东及其东南狭长地带的火山岩是富含金属和贵金属的层位。长期以来，该地带是普查找矿的重要靶区[4－5]。因此，研究该区火山－侵入岩的含矿性及其大地构造环境，具有重要的经济价值和科学意义。

本文是中国／印度尼西亚国际合作研究项目的初步成果。中国／印度尼西亚首轮地学合作研究项目始于2010年，合作项目名称为“中－印合作印度尼西亚巴东－明古鲁地区1∶25万地质地球化学调查”。笔者根据在研究区野外实地地质工作期间所采集的40多个样品的岩石化学分析结果，并参考研究区周围火山－侵入岩的（苏里安埃达克质花岗岩和Madina Regency安山－闪长花岗岩）[6]岩石化学分析数据（表1、表2），应用 PetroGraph 2beta和Minpet2.0岩浆岩地球化学作图软件[7－8]，对上述分析数据进行处理，判别和解释其地球化学－构造环境，获得比较满意的结果。本文目的在于分析研究区和对比邻区的火山岩构造环境，从而对该区火山活动及成矿作用提出新的成因解释和观点，以便为进一步研究和总结该区的成矿规律提供理论基础。

图1 印尼板块构造示意图

表1 研究区含矿火成岩主量元素（wt%）分析结果表

表2 含矿火成岩微量元素（10×10－6）统计表

1 地质构造背景和含矿性

1.1 地质构造

研究区呈NW－SE向延伸，在构造上隶属于西苏门答腊断块。西苏门答腊断块是在海西期从印支板块东南边缘裂解出的小板片，在印支期与“暹缅马苏（Sibumasu）”地块碰撞、拼合成为巽他大陆的西南边缘（图1）。

西苏门答腊断块呈NW－SE向分布，是海西－燕山期以来的岩浆活动带[2]，其中包括有石炭－二叠纪火山－侵入岩（290～256Ma）带、晚三叠－早侏罗世火山－侵入岩带（224～180Ma）、中侏罗世－白垩纪（沃伊拉群）火山岩带（169～75Ma）和新生代火山岩带（65～1.6Ma）。断块基底由石炭－二叠纪浅变质岩系组成，沉积盖层为海相三叠系和中、新生代火山－沉积岩系。中生代火山岩由大洋岛弧火山岩（本塔洛弧）、沃伊拉（Woyla）增生复合体（洋壳和大洋底沉积物质）组成。沃伊拉群及其加积复合体中的成矿作用，与燕山早期巽他古陆边缘古裂谷的海底扩张，以及洋壳俯冲、洋岛与大陆之间的碰撞引发的超基性岩浆活动和热水作用有关。

研究区位于巴东县以东，分布范围北起帕亚孔布，向南东经辛卡拉湖－索洛克－PadangAro－双溪帕努，为一呈NW－SE向展布的狭长地带，构造上位于苏门答腊大断裂带内，属苏门答腊岛弧的弧间盆地范围。区内出露地层为石炭－二叠纪关丹组浅变质板岩、灰岩和中二叠统泗纶康组火山岩系（248 Ma）；侵入岩有：海西－印支期的翁比林（Ombilin）花岗岩（206～257Ma）、锡朱琼 （Sijunjung）花岗岩（247Ma）、苏里安（Surian）花岗岩和燕山期至喜山期的拉西（Lassi）花岗岩（122Ma，56～57Ma）。因此，研究区属海西－印支期岩浆－褶皱带的一部分，为大陆边缘火山弧环境，是海西期古印度洋壳俯冲于巽他古陆之下的结果。

1.2 地球化学异常

2011～2012年度，项目工作开展了研究区北部索洛克图幅1∶25万水系沉积物测量工作，经检测分析和初步异常圈定，划分出研究区地球化学异常带。该异常带从研究区北部的索洛克图幅向南东延伸至派南图幅，位于区域上NW－SE向分布的Cu－Au（Ag）－Pb（Zn）－Cr－Co（Ni）地球化学异常带内。

铜元素的检测结果范围为2～164ppm，平均值为23.0ppm，可以被视为铜异常区。铅的检测结果显示区内波动较大，从5～1940ppm（平均值为23.2ppm），与较老的火山岩、侵入岩、废弃矿山和东南角的基底与高铅值非常相关。锌元素的值从5～956ppm，Pb和Zn硫化物共生是导致Pb、Zn区重合的原因。Ag高值似乎与高铅值相关。钴元素值范围从2～97ppm（平均值为19.1ppm），高于背景值数据范围（7.8～36.5ppm），认为是Co高值，其区域分布为NW－SE向延伸的区带，沿着苏门答腊大断裂带和东巴厘散（Barisan）构造线（EBFZ）分布，可能与超基性岩的产出有关。镍值范围从2～1600ppm（平均值为29.6ppm），其高值区明显与基底岩石中的超基性蛇纹岩的分布相关。铬值范围在小于5～3220ppm之间（平均值为75.9ppm），Cr的高值与Ni高值非常吻合，与超基性岩分布相关，但是Cr高值也在帕拉帕特（Palepat）火山岩组中出现。铁元素值的检测结果范围从0.6ppm到26.7%（算术平均值为5.03%），高值点都位于EBFZ构造线线，尤其是在北部，铁有沿高Cr区分布的趋势。钾值范围较宽从200～60200ppm（平均值为14462ppm），最高的钾值与EBFZ构造线东侧侏罗纪花岗岩的露头相关。EBFZ构造线的西侧钾－锂综合异常更明显的与侏罗纪以后的花岗岩侵入体相关。总之，铜、钴和铁异常与苏门答腊断裂带和EBFZ断裂带相关。Cr－Ni地球化学异常的范围与苏门答腊断裂带东侧的超基性带非常一致。

1.3 含矿火山－侵入岩

研究区出露的晚古生代火山－侵入岩岩石类型包括二长花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩岩体和辉石粗安岩、安山岩、辉石玻基安山岩、石英斑岩。研究区内发育的石炭－二叠纪泗纶康组／帕拉帕特组火山岩系由玄武－安山岩、火山凝灰岩及灰岩组成，属于拉斑玄武岩和钙碱性系列。泗纶康组微量元素蛛网图表现为MORB模式，而帕拉帕特组具有OIB岛弧型火山岩的特征[8]，两者应该形成于靠近缝合线的陆缘火山弧和洋岛环境。

中生代沃伊拉群火山岩（包括萨林、本塔洛、打巴端和纳巴纳等火山岩组），其岩石类型显示为拉斑玄武岩系列和钙碱性系列。少数的沃伊拉群火山岩（中侏罗－早白垩统）的K2O含量较高，为橄榄玄粗岩系列，形成于陆缘火山弧和岛弧环境[4－5]。在巴东地区NE方向的纳塔尔岩石剖面上，由许多叠置的块状灰岩、蛇纹岩、火山碎屑岩以及少量混积岩、枕状玄武岩、放射虫燧石和混杂岩组成两个火山岩组（帕伦姆蓬甘组和纳巴纳岩组）。前者为非典型的火山弧碎片[1]，后者含有多孔的细碧岩，并被橄榄岩脉侵入，其岩石化学成分与世界各地的火山变质细碧岩相似，为陆缘裂谷火山岩。在南苏门答腊的明古鲁地区和古迈山一带，由前陆盆地、侵入－火山弧（中侏罗－早白垩世）和岩浆侵入岩弧（晚白垩世）等单元组成。

苏门答腊岛上的新生代火山岩，以钙碱性岩浆类型为主，多数为岛弧型，与研究区内含矿火山岩和火山凝灰质沉积岩类型一致。少数为橄榄粗玄岩系列和富Na变种，但也出现Y含量和重稀土元素（HREE）较低的火山岩。Bellon等（2004）鉴定出许多新生代埃达克侵入体（56～15Ma）[9]，与本研究结果十分吻合。众所周知，埃达克岩和高钾橄榄玄粗岩系列是世界级浅成低温热液金矿和超大型斑岩铜－金矿的母岩，与铜－金矿床有密切的成因关系[10－13]。显然，研究区具备形成埃达克岩和橄榄粗玄岩的地质构造条件。

区内出露的含矿火山岩和浅成侵入岩有埃达克质花岗岩、安山岩、蚀变安山岩、石英斑岩、绿泥岩质火山角砾岩、晶屑玻屑凝灰岩、硅化含火山角砾凝灰岩和火山凝灰质岩等等，还见有含矿碎裂岩等。其中，矿化岩石主要为火山凝灰岩和凝灰质岩。脉岩比较单调，为晚期含矿石英脉。

1.4 含矿性

晚古生代变沉积岩和变火山岩是层控型铜－铅（锌）－金（银）含矿层位。矿床成因可能与翁比林花岗岩、锡朱琼花岗岩、苏利特河（Sulit Air）、苏里安花岗岩和拉西花岗岩侵入活动以及苏门答腊大断裂带和EBFZ构造线的热液活动有关。区域上的喜山晚期岩浆弧Au－Ag成矿带呈NW－SE向分布，分成两条互相平行的次级成矿带：一条是分布在萨立达（Sadida）－哥打阿贡（Kotaagung）的联线上，称为外金矿带（苏门答腊大断层的两侧）；另一条分布在曼加尼和丹绒加兰（Tanjungkarang）联线上，称为内金矿带（苏门答腊大断层的东侧）。喜山晚期的Au矿类型可分为低硫型、高硫型和层控型三类[3]。

研究区铜矿化类型包括斑岩型、矽卡岩型、石英脉型（低温热液交代）。Timbulan铜矿点为斑岩型，1991年采集的一个氧化矿石样品含铜22%，含金485ppb，含银1340ppm。围岩的花岗岩类的矿物被蚀变为石英－长石－绿帘石以及伴生的硫化物矿物组合，推定为斑岩型矿化类型。斑岩型矿化可能与苏利特河岩体和苏里安花岗岩的岩浆侵入活动有关。

研究区内岩石不同程度受到铜、金、银、铬、镍、锌、铁矿化，以铜、金矿化为主。金含量可达0.1～0.9×10－6。个别岩石样品为含铬、镍的铁矿石（6＃样品），可能由镁铁超基性岩演变而成。

2 含矿火成岩的地球化学特征

区内火成岩SiO2含量（42.68%～95.49%）和MgO 含量 （0.02% ～2.68%）变化很大，低钛（0.012%～1.14%）。火山凝灰岩和凝灰质沉积岩SiO2的含量为42.68%～85.06%，以低钛和低镁含量为特征。在SiO2－K2O判别图上，大多数样品落在拉斑玄武岩系列范围，少数落在钙碱性岩石系列中（图2（a））。而在F－A－M 图解上，大多数含矿火成岩的岩石样品落在拉斑玄武岩范围内（图2（c）），属于拉斑玄武岩系列，只有个别为高钾钙碱性系列。研究区没有出现钾玄系列，与区域的岩石系列类型略有差别。在ANK－ACNK图解上，中酸性岩为过铝花岗岩，火山凝灰岩和凝灰质沉积岩为偏铝花岗岩（图2（d））。K2O含量在Harker图解上与SiO2含量略成反比关系（图2（a））。

图2 火成岩的地球化学－构造环境判别图解

含矿火成岩的微量元素不富集亲石元素Rb，也不富集高场强元素Th、Hf。Sr含量变化很大（3.88×10－6～679×10－6），其中含矿凝灰岩、凝灰质沉积岩、石英脉岩、铁镁质超基性等岩石的Sr含量与安山岩一样，Sr含量较低。少数凝灰岩和安山岩可达到976×10－6以上；火成岩的Th含量变化于0.09×10－6～11.6×10－6之间。因此，含矿火成岩在微量元素蛛网图上显示为 Rb、Ba、K、Ta、Nb、Sr、Tr低谷（图2b，没有明显的Th高峰，显示与富集地幔成因关系不太密切。含矿火成岩的Sr／Y比值较低，一般为0.74～9.01，个别可达41.22。镁铁超基性岩（铁矿石）具有最高的Sr／Y比值（Sr／Y＝193）。在Harker图解上，Sr、Y和Yb含量与SiO2含量略成反比关系（图2（a））。Sr／Y的比值似乎也与SiO2含量略成反比关系（图2（b））。

研究区内火山－侵入岩的Y含量变化很大（Y＝1.16×10－6～16.4×10－6），少数岩石样品 Y含量可达27.5×10－6～34×10－6。Yb含量也很低（Yb＝0.11×10－6～2.02×10－6，少数岩石样品可达3.5310－6～4.11×10－6）。 研 究 区 内 苏 里 安（Surian）花岗岩为新发现的埃达克岩。还见有一个埃达克质凝灰质页岩（19＃样品）和一个埃达克质变质岩（11＃样品），其Yb含量小于19×10－6。在La／Yb－Yb的图解上显示，落在C－型和O－型埃达克质岩范围内（图3（f））。

图3 火山岩的Harker图解（图例同图2）

含矿火成岩的REE配分曲线可划分为两种类型：右倾型和平缓型。石英脉岩的∑REE含量较低，一般的La／Yb比值为1.28～8.47，REE配分曲线呈平缓展布，属于MORB或岛弧型曲线类型（图2（e））。少数凝灰质页岩的岩石样品La／Yb比值可达14.88～35.46，其REE为∑LREE富集型，配分曲线类型属右倾铲状，没有Eu负异常，与.Surian的C－型埃达克质花岗岩和Regency花岗闪长岩配分曲线类型相似。

铁矿石的REE配分曲线平缓，与泗纶康组／帕拉帕特组火山岩系的岛弧型REE配分曲线相似。个别铁矿石有明显的正Eu异常，显示火山喷气（热水沉积）成因的特征（图2（e）），因为REE的正Eu异常是硫化物矿床火山喷气（热水沉积）成因的标识[14]。

3 含矿火成岩的构造环境与成因

微量元素 Th－Nb－Zr和 Th－Ta－Hf图解及其比值是区分板块汇聚带（陆缘岛弧及陆缘火山弧）火山岩和大陆板内火山岩有效标志。一般来说，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]。

研究区内的含矿火成岩岩石样品在Th－Ta－Hf／3图解（图略）和在 Rb－（Yb＋ Ta）图解（图2（f））上比较集中在火山岛弧岩区范围内。但是，Th－Ta－Hf／3图解的缺点是未能区分出弧－陆碰撞带附近（界于岛弧和大陆板块之间）的成分，而Th／Zr－Nb／Zr图解可弥补这个缺陷。后者可更详细地区别出板块汇聚带（包括洋岛弧、陆缘岛弧、大洋板内、大陆板内、和地幔柱）各环境（图4（a））。该图解上，研究区内大多数含矿火成岩，与Regena花岗闪长岩样品一样，其Nb／Zr比值集中在0.04附近的陆缘岛弧范围内，另一些石英脉岩样品则为大陆板内碰撞带和拉张带初始裂谷环境，个别为陆缘裂谷环境（Nb／Zr＝0.18～0.28；Ta／Hf＝0.1～0.39），显示研究区内岩浆岩及其含矿岩石样品，落在板块汇聚边缘的陆缘岛弧、陆缘火山弧及其附近的大陆板内拉张带和裂谷（或弧后盆地）范围内。

图4 火成岩的Th／Zr－Nb／Zr（a）和 Th／Yb－Ta／Yb（b）构造环境判别图解

该区火山－侵入岩的样品在微量元素Th／Yb－Ta／Yb图解（图4（b））和 Th／Ta－Yb图解（图略）上，主要落在活动大陆边缘（ACM）构造环境，为大陆边缘火山弧。

在Harker图解上，可以看出本区火山－侵入岩样品的Yb、Y含量与SiO2含量略呈正比关系，表明埃达克质岩和非埃达克岩的成因与洋壳板块俯冲和部分熔融作用有关（图3（d）、图3（e））。表明岩浆源的深度可达100～110km，已达俯冲板片的残留相，属于高压矿物相地幔楔之下，或者解释为地幔楔交代和下地壳底部混染MASH（熔融－混染－储存－均一化）作用，岩浆来源区应该为受混染的地幔楔。在该图解上还显示K2O以及Sr含量与SiO2含量均为反比关系，表明俯冲板块部分熔融作用以外，岩浆源区还有强烈的斜长石的结晶分离作用。

另一方面，从Zr／Nb－MgO图解（图5（a））上可以看出，大多数样品的Zr／Nb比值小于40，落在MORB及以下的范围内，其物质源区受俯冲的洋壳板片局部熔融的作用十分强烈。本区只有一个侵入岩样品具有较高的Zr／Nb比值（＝39），并且 MgO含量较低，显示地幔揳受到较弱的交代作用。一些Zr／Nb比值位于小于30～20之间（位于N－MORB＝20～40）的含矿火成岩样品，其 MgO含量（3.07%～3.86%），显然，其物质源区是来自被交代作用的地幔揳附近，暗示俯冲岩层局部熔融的物质和热水对地幔揳的稀释作用。而MgO含量小于2%的样品则代表俯冲的洋壳板片局部熔融为的作用。由此可见，本区乃至西苏门答腊地体遭受洋壳板片局部熔融的作用比地幔揳交代作用更加强烈。

图5 火成岩的Zr／Nb－MgO图解（a）（图式仿Crow，2005）[1]和Zr／Nb－Zr（b）图解（b）（图式仿 Maulana，1995）[19]

在Zr／Nb－Zr图解（图5（b））上，则明显地显示出一种强烈的俯冲洋壳板片局部熔融的演化趋势（左箭头）和来源于上地壳分离结晶（右箭头）相对较弱的演化趋势，分别代表两种不同的岩浆岩源区。由此可见本区含矿火成岩是两种不同源区的岩浆作用结果：前者为洋壳板片局部熔融叠加地幔揳混染作用成因，后者则为上地壳分离结晶作用的结果。

5 结论

研究区内含矿地层为石炭－二叠纪关丹组浅变质岩、灰岩和泗纶康组火山岩系。矿化类型包括层控型（火山－喷气）、矽卡岩型、石英脉型（低温热液交代）。根据研究区内含矿火山岩的地球化学特征及其构造环境的判别，笔者以下结论。

1）含矿火山－侵入岩、火山凝灰岩和凝灰质沉积岩形成于陆缘火山弧及其相邻大陆板内（弧后扩张）环境。

2）铁矿产出构造环境为岛弧型和弧后盆地，属于火山喷气（热水沉积）成因。

3）含矿和无矿石英脉样品地球化学特征反映其形成于大陆边缘初始裂谷（弧后盆地）环境，为上地壳分离结晶作用和晚期岩浆侵入活动的产物。

4）根据Zr／Nb－Zr图解（图5（b）），本区火成岩来源于强烈的俯冲洋壳板片局部熔融和较弱的地幔揳交代作用的岩浆岩源区以及上地壳分离结晶作用的岩浆岩源区。

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