0 引言

相山铀矿田位于江西省中部，是目前中国最大的火山岩型铀矿田（魏欣等，2021）。矿田内地层简单，基底主要为青白口系变质岩。盖层由下白垩统打鼓顶组和鹅湖岭组组成。其中，打鼓顶组下段为沉积岩，上段则是流纹英安岩；鹅湖岭组主要以流纹质碎斑熔岩组成（陈正乐等，2012；张万良，2014； 金腾瑞等，2018；魏欣等，2022）。流纹英安岩形成时间略早于碎斑熔岩（范洪海等，2001；杨水源等， 2009），因此碎斑熔岩多覆于流纹英安岩上部。但在相山西部存在一种奇特的地质现象，即从地表向深部火山岩地层顺序为“碎斑熔岩-流纹英安岩-碎斑熔岩-流纹英安岩”。

火山岩层间界面是相山控矿因素之一（许健俊等，2020），理清类似“倒转地层”现象的成因将有助于相山下一步的铀矿找矿工作。本文通过对不同层位碎斑熔岩和流纹英安岩的结构构造特征、化学组成研究，结合对上、下两层流纹英安岩中锆石 U-Pb同位素年龄测定，推测了这种不正常倒转地层的形成原因。

1 “倒转地层”的形态及特征

就相山矿田来看，目前仅西部存在“倒转地层” 现象。“倒转地层”规模较大，从河元背经居隆庵过李家岭入鹏姑山地区，东西长约数公里，从西往东整体似直线状展布，经过芜头—小披断裂后产生滑转，发生错断，但延伸趋势稳定（图1，图2）。

各层碎斑熔岩和流纹英安岩厚度并不相同，埋深亦差别较大，部分地段下层流纹英安岩暂未揭穿，厚度及埋深不详。其厚度及各地层底板标高见表1、图3。

从岩石结构上看，上、下层碎斑熔岩均具有典型的碎斑结构，斑晶组成相似，主要有斜长石、黑云母、钾长石、石英等（图4）。基质均呈隐晶质。相比较花岗斑岩，上、下层碎斑熔岩结晶度都远低于花岗斑岩（显晶质），同时基质中也未发育花岗斑岩基质中常见的显微文象结构（又称花斑结构）（周肖华和王祝宁，2012）。

上、下两层流纹英安岩也是典型的斑状结构、流纹构造，斑晶组成相似，主要有斜长石、黑云母、钾长石、石英等。基质均为隐晶质。化学成分基本相同，均具有暗红色赤铁矿条带，这被认为是相山西部流纹英安岩所具有的典型特征。

2 相山西部“倒转地层”成因的探讨

2.1 前人研究成果

“倒转地层”现象在相山西部以前就有揭露并被重视，不同学者提出过不同的见解：①两层碎斑熔岩是同期同源的火山岩，它们之间的流纹英安岩是晚于碎斑熔岩形成的浅成侵入岩，因此又称“流纹英安斑岩”，以区别于下层火山岩－流纹英安岩。通过对如意亭—白云水库剖面的两套流纹英安岩的同位素年龄测定，显示出早期年龄为（158.1± 0.2）Ma，晚期年龄为（134.3±3. 0）Ma，结合地层产状、岩石学等特征分析后认为流纹英安斑岩是晚期形成的产物（吴仁贵等，2003；何观生等，2009；杨水源等，2010；邵飞等，2013；郭福生等，2017）。②两层流纹英安岩是同期同源的火山岩。通过对主、微、稀土元素特征分析测定认为，相山西部流纹英安岩和“流纹英安斑岩”具有高度相似的岩浆过程，岩浆作用均主要受到部分熔融作用的制约，且源岩可能均为上地壳物质，具有相似的源区，两者应属于同期次岩浆活动的产物（贾伟和王正其，2017）。 ③流纹英安岩是同期同源的火山岩，下层的碎斑熔岩是后期侵入形成的超浅成次火山岩。通过测定济河口地区从浅入深碎斑熔岩和流纹英安岩锆石 U-Pb同位素年龄发现，上层碎斑熔岩形成时间约为 135.3 Ma，而上层流纹英安岩形成时间约为 139.7 Ma，下层碎斑熔岩形成时间约为 129.9 Ma，下层流纹英安岩并未取到样品进行分析（彭中用等， 2018）。

1—第四系冲积层；2—上白垩统紫红色砂砾岩；3—下白垩统鹅湖岭组上段碎斑熔岩；4—下白垩统鹅湖岭组下段砂岩、晶屑凝灰岩；5—下白垩统打鼓顶组上段流纹英安岩；6—下白垩统打鼓顶组下段砾岩、砂岩；7—上三叠统砂岩夹煤层；8—青白口系变质岩；9—斑状花岗斑岩；10—花岗斑岩；11—加里东期花岗岩；12—倒转地层位置；13—实、推测盖层断裂；14—推测基底断裂

2.2 “倒转地层”成因探讨

本文通过采集鹏姑山地区上、下层流纹英安岩及正常层序喷出的流纹英安岩原岩做锆石 U-Pb同位素年龄测定，结合前人的研究成果，提出一种解释观点以供学者探讨：上、下两层流纹英安岩同时形成，形成后有短暂的间歇，天空中广袤的火山灰屑沉积在流纹英安岩之上形成凝灰岩或凝灰质砂岩。但间歇时间较短（综合前人测定的流纹英安岩和碎斑熔岩年龄数据，前后两次喷发的间歇期不超过 10 Ma），随后碎斑熔岩岩浆开始喷发，由于喷发规模大，携带出基底变质岩岩屑，喷发后岩浆房形成空腔，原本冷凝并不完全的流纹英安岩开始塌落，但浅成地表的流纹英安岩由于温、压骤降快速结晶冷凝，具有一定的固结承载力，因此并未完全塌落；形成类似“盖子”而捂住深部熔浆，深部熔浆因顶部“盖子”的保温加压导致温度仍较高，呈熔融态，固结程度较低而发生塌落，此时喷出的碎斑熔岩岩浆先充填塌落部分，充满后则喷出地表形成现有的地层倒转现象（图5）。

（1）无论是前人的研究还是此次的分析，都认为上、下两层碎斑熔岩结构构造特征以及化学成分基本一致。上、下两层流纹英安岩的结构构造特征以及化学成分也基本相同（表2）。

（2）浅部火山岩界面附近的碎斑熔岩内角砾含量明显增加多，成分为基底变质岩（图6），碎斑熔岩和流纹英安岩之间夹有薄层的凝灰质砂岩。这种现象在相山西部常见，被认为是喷出岩的有利佐证。流纹英安岩溢出冷凝固结的过程中，天空中的火山灰屑飘落固结形成薄层的凝灰质砂岩，随后碎斑熔岩岩浆喷涌，携带基底的变质岩迸裂而出，变质岩落入岩浆后未被完全熔融，最后幸存在碎斑熔岩岩浆底部与碎斑熔岩岩浆一起固结成岩。而下层的碎斑熔岩和下层的流纹英安岩界面附近也有凝灰质砂岩出露，砂岩厚度更薄（图7）。在该界面附近的碎斑熔岩也可见角砾含量增多，但粒径大小比之浅部碎斑熔岩要小得多，且含量不如浅部界面附近的碎斑熔岩。这说明下层的碎斑熔岩也是喷出岩，也有火山灰飘落后附在其表面固结成岩，而崩裂出的变质岩经过更长时间、更高温压的熔融后在下层深部已所剩无几，偶见几个还颗粒较小。

1 —下白垩统鹅湖岭组上段碎斑熔岩；2—下白垩统打鼓顶组上段流纹英安岩；3—实、推测地质界线；4—构造；5—钻孔

1 —下白垩统鹅湖岭组上段碎斑熔岩；2—下白垩统鹅湖岭组下段砾岩、砂岩；3—下白垩统打鼓顶组上段流纹英安岩；4—花岗斑岩

（3）本研究还采集了鹏姑山地区上、下两层流纹英安岩及正常层序的流纹英安岩原岩做锆石 U-Pb同位素年龄测定，取样位置如图8所示。选取的流纹英安岩（图9、图10、图11）经过破碎、待浮选和电磁选等方法处理后，通过淘洗挑选出单颗粒锆石。锆石样品的分离和挑选由廊坊市岩拓地质服务有限公司完成，手工挑选出晶型好、颗粒大的锆石，用环氧树脂固定于样品靶上。样品锆石靶表面经研磨至锆石晶体近中心并抛光，对靶上锆石进行镜下透射光、反射光照相，然后在武汉上谱分析科技有限责任公司实验室用高真空扫描电子显微镜 （JSM-IT100）完成锆石阴极发光（CL）照射图像分析。该显微镜配备有 GATAN MINICL 系统，工作电场电压为 10. 0～13. 0 kV，钨灯丝电流为 80～85 μA。最后根据结果图像选择典型的岩浆锆石进行锆石U-Pb测年分析。

锆石 U-Pb同位素定年和微量元素含量测试在武汉上谱分析科技有限责任公司利用 LA-ICP-MS 同时分析完成。详细的仪器参数和分析流程见宗客清等（2015）。 GeolasPro 激光剥蚀系统由 COMPexPro 102 ArF193 nm 准分析激光器和 MicroLas 光学系统组成，ICP-MS 型号为 Agilent 7700e。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，二者在进入ICP之前通过一个T 型接头混合，激光剥蚀系统配置有信号平滑装置。本次分析的激光束斑和频率分别为 24 μm 和 5 Hz。 U-Pb 同位素定年和微量元素含量处理采用锆石标准 91500 和玻璃标准物质 NIST610 作外标分别进行同位素和微量元素分馏校正。每个时间分辨分析数据包括大约 20～30 s 空白信号和 50 s 样品信号。对分析数据的离线处理（包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及 U-Pb 同位素比值和年龄计算）采用软件ICPMSDataCal完成。锆石样品的U-Pb 年龄谐和图绘制和年龄加权平均计算采用 Isoplot/Ex_ver3完成。

a—上层碎斑熔岩；b—下层碎斑熔岩；c—上层流纹英安岩；d—下层流纹英安岩； Kfs—钾长石；Qtz—石英；Pl—斜长石；Cal—方解石

1 — 下白垩统鹅湖岭组上段碎斑熔岩；2—下白垩统鹅湖岭组下段砾岩、砂岩；3—下白垩统打鼓顶组上段流纹英安岩

从锆石的 CL 图像可以看出（图12~图14），上、下两层流纹英安岩和正常层序流纹英安岩中的锆石多为无色透明，晶形较好，呈长柱或短柱状，多发育典型的岩浆震荡环带，少部分锆石的 CL 图像偏黑。定年结果除少数锆石具有古老年龄外，绝大部分样品中的测试点分析结果都较集中地分布在谐和线上（表3，图15）。

测试结果表明上、下两层及正常层序的流纹英安岩形成年龄约在 141 Ma，在误差范围内属于同一期次火山喷发形成的原岩。流纹英安岩形成年龄约在 141 Ma 的结果也与其他学者对相山西部流纹英安岩年龄运用各类方法测定的结果一致（张树明等，2012）。这说明无论上层还是下层的流纹英安岩都不是后期喷发侵入的次火山岩。

上层的流纹英安岩厚度基本不超过 500 m，从河元背—鹏姑山东西长有数公里，范围如此大则厚重而难以承载应最终塌落。其实这种“倒转地层” 的现象规模并不大，由北向南突出的“舌状体”基本不足 100 m，因此下层的流纹英安岩能够顶托住上层的流纹英安岩（图16）。

至于为何相山只有此地有此现象且近似呈线状展布，这可能和基底的东西向大断裂相关。在相山中部和北部基底存在两条东西向的大规模断裂 （张金带，2005；林锦荣等，2012；郭建等，2014），中部的基底断裂由西向东横贯整个相山盆地，西部基底断裂的位置与“倒转地层”的位置基本一致。当碎斑熔岩岩浆喷发时，岩浆房空虚，加上基底断裂使得岩石破碎承载力差，上部的流纹英安岩部分陷落；而地表浅部的流纹英安岩由于温、压骤降，冷凝固结较好而未塌落，形成了与基底断裂位置基本一致的“舌状体”。由于主火山口在东南部，东南方向的岩浆房空腔规模更大，更易塌落，后期的碎斑熔岩岩浆也由东南方向迎面“涌来”，因此“舌状体”的形态是由北指向南。当后期的碎斑熔岩岩浆涌来时，它先充填了“舌状体”下部的空腔，随后覆盖了上层的流纹英安岩形成地表的碎斑熔岩。

1—鹅湖岭组上段碎斑熔岩；2—鹅湖岭组上段熔结凝灰岩；3—打鼓顶组上段流纹英安岩；4—打鼓顶组上段凝灰质砂岩；5—实、推测地质界线；6—构造；7—取样位置及编号

a—ZK3-N3；b—ZK3-N7； c—ZK2-N3

1 —下白垩统鹅湖岭组上段碎斑熔岩；2—下白垩统打鼓顶组上段流纹英安岩；3—断裂

3 结论

（1）相山西部两层碎斑熔岩与流纹英安岩组成了“舌状”的类似“倒转地层”。该现象从河元背经居隆庵过李家岭入鹏姑山，长达数千米；由北向南的“舌状”突出体却不足百米。它不是褶皱等构造作用形成，而是由火山喷发、基底断裂等多因素耦合而成。相山火山喷发是个集中且较连续的过程，主要集中在145～125 Ma。

（2）早期岩浆沿近东西向基底断裂呈裂隙式喷发，形成流纹英安岩；晚期呈中心式喷发，形成碎斑熔岩。通过钻孔揭露发现的由浅入深呈“碎斑熔岩-流纹英安岩-碎斑熔岩-流纹英安岩”的现象只是特定部位的巧合。不同层位的碎斑熔岩和流纹英安岩都是喷出岩。两层碎斑熔岩结构构造特征相同、化学成分一致，是同期同源喷出的产物；两层流纹英安岩结构构造特征相同、化学成分一致，也是同期同源喷出的产物。

参考文献