內(nèi)蒙盤陀山含鎢花崗巖體地質(zhì)地球化學(xué)特征及成因討論

趙國斌， 李文明， 楊合群， 田永堂， 高永偉， 杜 濤，全守村， 喬耿彪， 雷永孝， 楊 濤， 馮 斌

(1.西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，陜西西安 710054;2.中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083)

在我國北山地區(qū)，花崗巖類侵入巖廣泛出露，總出露面積約占整個北山地區(qū)面積的30%，具有形成與花崗巖有關(guān)鎢礦床的有利條件。許多學(xué)者對北山地區(qū)不同地段花崗巖及其有關(guān)的鎢礦床進(jìn)行了深入研究(聶鳳軍等，2002，2003，2004;江思宏等，2006a，2006b;張新虎等，2008;楊合群等，2009a，2010)。最近，我們在內(nèi)蒙北山月牙山－洗腸井蛇綠巖帶南側(cè)的盤陀山－古硐井近東西向擠壓隆起帶中識別出盤陀山－鷹嘴紅山含鎢花崗巖帶(楊合群等，2010)。該花崗巖帶近東西向展布，長約100 km，從西至東依次有盤陀山、半島山、望旭山和鷹嘴紅山4個巖體。自20世紀(jì)50年代甘肅省地質(zhì)局祁連山地質(zhì)隊在盤陀山－古硐井近東西向擠壓隆起帶東段發(fā)現(xiàn)了鷹嘴紅山中型鎢礦床后，近幾年西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所和陜西省地調(diào)院又在該隆起帶相繼發(fā)現(xiàn)了國慶鎢礦床和望旭山鎢礦床(李文明等，2008)。這幾處鎢礦床分別與鷹嘴紅山、望旭山和盤陀山花崗巖體關(guān)系密切，顯示出本區(qū)具有良好的鎢礦成礦潛力。因此，加強(qiáng)對該區(qū)花崗巖的研究，對于深化北山地區(qū)大地構(gòu)造演化和成礦作用的認(rèn)識、總結(jié)區(qū)域成礦規(guī)律以及指導(dǎo)本地區(qū)找礦勘查工作均具有重要意義。本文主要研究盤陀山含鎢花崗巖體的大地構(gòu)造背景、成礦特征和地球化學(xué)特征，并對其成因進(jìn)行討論。

1 成礦地質(zhì)背景

北山地區(qū)位于新疆－甘肅－內(nèi)蒙古銜接部位，屬于中亞古生代造山帶的一部分。目前，對于北山地區(qū)大地構(gòu)造單元劃分方案分歧很大，歸納起來共有以下幾種觀點(diǎn):第一種觀點(diǎn)認(rèn)為研究區(qū)為古生代哈薩克斯坦板塊、塔里木板塊和華北板塊交匯地帶，以堿泉－明水－小黃山蛇綠混雜巖帶為界，南側(cè)為塔里木板塊，北側(cè)為哈薩克斯坦板塊，阿爾金斷裂是分割塔里木板塊和華北板塊的界線(左國朝等，1990，2003);第二種觀點(diǎn)則認(rèn)為以柳園－大奇山和駱駝山－紅石山－黑鷹山這兩條深大斷裂為界，北山地區(qū)由南向北依次可劃分出塔里木板塊、哈薩克斯坦板塊和西伯利亞板塊(劉雪亞等，1995;聶鳳軍等，2002);第三種觀點(diǎn)以紅石山－百合山－蓬勃山蛇綠混雜巖帶為界，將北山從南向北分為塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊(龔全勝等，2002，2003;何世平等，2002，2005);第四種觀點(diǎn)則以紅柳河－白云山－小黃山碰撞帶、康古爾塔格－碧玉山碰撞帶和克拉麥里碰撞帶為界，由南向北把北山地區(qū)依次劃分為敦煌地塊、星星峽－旱山島弧帶、準(zhǔn)噶爾－吐哈島弧帶和東準(zhǔn)噶爾－南蒙古島弧帶(李錦軼等，2006)。近年來，有學(xué)者選擇紅柳河－牛圈子－洗腸井蛇綠巖帶作為板塊縫合帶，認(rèn)為其北側(cè)為星星峽－旱山微板塊，歸屬哈薩克斯坦板塊，南側(cè)為敦煌微板塊，歸屬塔里木板塊(楊合群等，2006，2008，2009b，2010;徐學(xué)義等，2008，2009)。本文贊同最后一種觀點(diǎn)。

盤陀山含鎢花崗巖體位于內(nèi)蒙古自治區(qū)額濟(jì)納旗西南約190km處盤陀山的北部，在大地構(gòu)造位置上位于紅柳河－牛圈子－洗腸井蛇綠混雜巖帶南側(cè)塔里木板塊北緣的白玉山－方山口－鷹嘴紅山早古生代被動陸緣帶，產(chǎn)于盤陀山－古硐井近東西向擠壓隆起帶西段(圖1)。該帶基底主要為長城系古硐井群(ChG)、薊縣系平頭山組(Jxp)及部分青白口系大豁落山組(Qbd)，局部出露太古宇－古元古界的北山雜巖(Ar2Pt1Bc)。早古生代，該區(qū)發(fā)育一套淺海－半深海相碎屑巖、碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖夾火山巖沉積建造。到泥盆紀(jì)，本區(qū)進(jìn)入板塊碰撞造山階段，中酸性巖漿侵入活動極為發(fā)育，從西向東依次有盤陀山、半島山、望旭山和鷹嘴紅山4個花崗巖體。目前，除半島山花崗巖體外，其余3個巖體均形成了工業(yè)規(guī)模的鎢礦床，展示出本區(qū)花崗巖具有良好的鎢礦成礦背景。

圖1 盤陀山花崗巖體大地構(gòu)造位置略圖(據(jù)楊合群等，2009)Fig.1 Generalized map showing tectonic setting of the Pantuoshan granite body(after Yang et al.，2009)1－板塊縫合線;2－構(gòu)造分區(qū)界線;3－國界;4－省界;5－邊界斷裂及編號(①紅柳河－牛圈子－洗腸井?dāng)嗔?②黑河斷裂);6－盤陀山含鎢花崗巖體;7－國慶鎢礦床1－plate Suture line;2－boundary of structural unit;3－national boundaries;4－provincial boundaries;5－bordering fault and its derail number(①Hongliuhe－Niujuanzi－Xichangjing fault;②Heihe fault);6－location of Pantuoshan tungsten－bearing granite body;7－location of Guoqing tungsten deposit

盤陀山含鎢花崗巖體外圍出露地層主要為長城系古硐井群(ChG)，巖性為一套淺海相的陸源碎屑巖夾灰?guī)r透鏡體的淺變質(zhì)巖系，由下到上可分為兩個巖性段。第一巖性段(ChG1)主要由灰色、深灰色淺變質(zhì)片理化泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)板巖及細(xì)粒石英砂巖組成。第二巖性段(ChG2)主要由灰白色—淺灰色鈣質(zhì)石英砂巖、石英粒屑灰?guī)r、灰色石英砂巖、青灰色石英巖和大理巖等組成，普遍含有鐵質(zhì)(圖2)。

2 巖體成礦地質(zhì)特征

2.1 巖體地質(zhì)特征

盤陀山花崗巖體為一復(fù)式巖體，主要由南部的花崗閃長巖體和北部的中粒鉀長花崗巖體兩種巖石單元組成(圖2)。從侵入時間上來看，花崗閃長巖體要早于鉀長花崗巖體。成礦的鉀長花崗巖主要以北西西向呈不規(guī)則狀侵入長城系古硐井群第一巖性段(ChG1)和盤陀山花崗閃長巖單元內(nèi)，出露面積約50 km2。巖石包括中(粗)粒鉀長花崗巖、細(xì)粒鉀長花崗巖、中粗粒似斑狀花崗巖、中粒二長花崗巖、中粒花崗閃長巖和似斑狀閃長巖等。

2.2 巖體巖石學(xué)特征

本次采集的巖石樣品均為遠(yuǎn)離礦化蝕變的新鮮巖石。巖石標(biāo)本呈淺肉紅色，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，可見堿性長石、石英、斜長石等礦物。顯微鏡下鑒定巖石的礦物成分主要為堿性長石中的微斜長石和條紋長石(45%～50%)、石英(25%～30%)及酸性斜長石中的更長石(20%)。微斜長石和條紋長石呈板狀和板條狀，可見格子雙晶。更長石呈板條狀，自形程度高，具聚片雙晶，有較弱的碳酸鹽化和絹云母化。石英多為半自形它形，常有裂紋和波狀消光。

2.3 巖體成礦特征

目前，已在盤陀山鉀長花崗巖體中控制了國慶鎢礦區(qū)北部、中北部、中東部及南部4個鎢礦體群(圖2)，圈出鎢礦體50余條。鎢礦體一般呈板狀和扁豆體狀，地表控制長度15 m～225 m，出露寬度0.5 m～11 m，傾斜延伸20 m～258 m，WO3品位0.12%～0.68%，WO3最高品位3.76%。

圖2 盤陀山花崗巖體地質(zhì)略圖Fig.2 Geological sketch map of Pantuoshan granite bodies1－盤陀山鉀長花崗巖體;2－盤陀山花崗閃長巖體;3－長城系古硐井群第一巖性段;4－長城系古硐井群第二巖性段;5－礦化蝕變帶;6－地質(zhì)界線1－Pantuoshan K－feldspar granite body;2－Pantuoshan granodiorite body;3－the first section of Changcheng system Gudongjing group;4－the second section of Changcheng system Gudongjing group;5－mineralization alteration zone;6－geological boundary

成礦類型可分接觸帶型和石英細(xì)脈帶型兩類。前者主要產(chǎn)于鉀長花崗巖體北部邊緣內(nèi)接觸帶中，由北部、中北部和中東部這3個鎢礦體群構(gòu)成，共圈出30多條礦體。含礦巖石有中(細(xì))粒鉀長花崗巖、花崗細(xì)晶巖(脈)和石英脈。鎢礦體中一般可見到云英巖化和電氣石化等蝕變，巖石普遍褪色，顏色變淺。而石英細(xì)脈帶型鎢礦主要產(chǎn)于鉀長花崗巖體中部，是國慶鎢礦最重要的鎢礦類型。目前在地表已圈出21條鎢礦體，另外在鉆孔中還控制到多條厚大的隱伏礦體。所見鎢礦體主要受巖體內(nèi)的次級斷裂和節(jié)理裂隙的控制。含礦石英脈呈乳白色，走向分北東、北西及近東西向三組。白鎢礦在石英脈中呈細(xì)脈狀或細(xì)脈浸染狀分布，在石英細(xì)脈密集帶鎢礦化更好。另外，在各種脈巖交匯部位鎢礦體厚度明顯增大。

巖石蝕變類型主要有云英巖化、電氣石化、硅化、綠簾石化、鉀化、碳酸鹽化、黃鐵礦化等，其中云英巖化、電氣石化和硅化與鎢礦關(guān)系最為密切。鉀長花崗巖體北緣內(nèi)接觸帶與中部發(fā)育的10余條規(guī)模不等的電氣石化－云英巖化蝕變帶，均為鎢礦體的主要賦存部位(圖2)。

3 巖石化學(xué)

3.1 主量元素

盤陀山鉀長花崗巖體的巖石化學(xué)特征見表1，其中SiO2含量72.55% ～74.78%，平均73.60%。巖石的Rittman指數(shù)為1.86～2.28，平均2.06。A/ CNK值平均為1.12，屬過鋁質(zhì)。在K2O－SiO2圖解中(圖3)，均落入高鉀鈣堿性系列成分區(qū)。

圖3 花崗巖K2O－SiO2判別圖解(據(jù)Rickwood，1989)Fig.3 K2O－SiO2discrimination diagram of granites (after Rickwood，1989)

3.2 微量元素

盤陀山含鎢鉀長花崗巖微量元素分析結(jié)果見表1。其中，10個花崗巖樣品Nb含量為9.01×10－6～17.8×10－6，平均13.36×10－6，與地殼巖石中Nb含量(8×10－6～(11.5±2.6)×10－6)(Barth et al.，2000)非常接近?；◢弾r的微量元素值經(jīng)大洋中脊花崗巖標(biāo)準(zhǔn)化后，多數(shù)顯著富集Rb、Th、Ce和Sm，相對虧損Ba、Nb、Zr、Hf、Y和Yb(圖4)。

巖石的K/Rb比值為102.80～180.83，Sr/Ba比值為0.17～2.69，Th/U比值為1.30～8.89。Nb/ Ta比值較小，為1.07～10.77，平均5.7，表明為地殼物質(zhì)。Rb/Sr比值為0.41～5.34，明顯高于地幔相應(yīng)比值(0.24～0.89)，與地殼比值(5.36～6.55)接近(Rudnick et al.，1995)，說明巖漿來源于地殼。

圖4 盤陀山鉀長花崗巖微量元素標(biāo)準(zhǔn)化圖解(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Pearce等，1984)Fig.4 Normalized diagram of trace elements from the Pantuoshan K－feldspar granites(standard value after Pearce et al，1984)

3.3 稀土元素

前人研究中國花崗巖時發(fā)現(xiàn)，典型的殼型花崗巖LaN/YbN平均小于10，δEu＜0.5(王中崗等，1989;趙振華等，1991)。本次分析花崗巖樣品的ΣREE值為49.66×10－6～167.55×10－6，LREE/ HREE值為6.63～15.07，LaN/YbN變化于1.90～7.63之間，δEu值為0.09～0.63，10個樣品中有9個δEu值＜0.5，具有典型殼型花崗巖特征(表1)。

從圖5所示，盤陀山鉀長花崗巖體的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線以相對富集輕稀土元素(LREE)、貧重稀土元素(HREE)和具有明顯Eu負(fù)異常為特征，斜率較大，呈右傾配分圖式，具有明顯的重熔型花崗巖特征。

表1 盤陀山鉀長花崗巖體主量元素、微量元素和稀土元素分析結(jié)果及特征比值Table 1 Chemical analytical data of major，trace and rare earth elements for the whole－rock samples from the Pantuoshan K－feldspar granites and their characteristic element ratios

圖5 盤陀山鉀長花崗巖稀土元素配分模式圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Talor and McLennan，1985)Fig.5 REE distribution patterns of the Pantuoshan K－feldspar granites(standard value after Talor and McLennan，1985)

4 巖體成因機(jī)制討論

4.1 含鎢花崗巖漿形成環(huán)境

北山地區(qū)經(jīng)歷了薊縣系和青白口系巨厚的碳酸鹽巖沉積之后，發(fā)生了晉寧運(yùn)動，使前震旦系完全固結(jié)形成統(tǒng)一古大陸(左國朝等，1996)。震旦紀(jì)紅柳河北、破城山及洗腸井南出現(xiàn)中基性火山活動，為大陸裂解的先兆。寒武紀(jì)初期，北山地區(qū)古大陸大致沿紅柳河－牛圈子－洗腸井一帶發(fā)生裂解，裂谷帶南北兩側(cè)沉積了一套淺海－次深海環(huán)境的陸源碎屑巖、碳酸鹽巖及少量硅質(zhì)巖組合。早奧陶世古大陸裂解加劇，在月牙山－洗腸井一帶出現(xiàn)雙模式火山噴發(fā)，表明這一時期古大陸沿紅柳河－牛圈子－洗腸井一帶裂解已發(fā)育成具有一定規(guī)模的大陸裂谷帶，是裂谷演化的主要時期。中奧陶世初期古大陸經(jīng)過強(qiáng)烈的南北向擴(kuò)張，在裂谷基礎(chǔ)上形成紅柳河－牛圈子－洗腸井洋盆，出現(xiàn)兩個板塊(哈薩克斯坦板塊和塔里木板塊)夾一洋的構(gòu)造格局(何世平等，2005)。晚奧陶世盡管出現(xiàn)了小規(guī)模自南向北的俯沖作用，但主要是初始大洋擴(kuò)張。目前保留下來的紅柳河－牛圈子－月牙山－洗腸井蛇綠巖主要形成時代應(yīng)為奧陶紀(jì)(左國朝等，1996)。志留紀(jì)期間，紅柳河－牛圈子－洗腸井洋盆發(fā)生了大規(guī)模自南向北的俯沖作用，在哈薩克斯坦板塊南緣形成了公婆泉－東七一山早古生代活動陸緣帶，在塔里木板塊北緣形成了白玉山－方山口－鷹嘴紅山早古生代被動陸緣帶(何世平等，2002，2005;楊合群等，2008，2010)。早古生代末，北山地區(qū)結(jié)束了板塊構(gòu)造格局，紅柳河－牛圈子－洗腸井洋閉合，哈薩克斯坦板塊和塔里木板塊發(fā)生拼貼(何世平，2005)。泥盆紀(jì)初，兩側(cè)陸塊沿紅柳河－牛圈子－洗腸井板塊縫合帶對接碰撞造山，導(dǎo)致北山中部(明水、紅柳河、公婆泉、火石山、石板井等地區(qū))整體處于抬升剝蝕區(qū)，泥盆系地層普遍缺失。泥盆紀(jì)碰撞造山的同時，不斷隆升的山系前陸出現(xiàn)局部擴(kuò)張下陷，北山南、北部分別沿干泉－柳園－墩墩山－堿泉子和雀兒山－大紅山－百合山－蘆草井一帶接受沉積，以下泥盆統(tǒng)均具有磨拉石建造為特點(diǎn)(左國朝等，1995，2003)，這也是北山地區(qū)泥盆紀(jì)碰撞造山的強(qiáng)有力證據(jù)。泥盆紀(jì)碰撞造山過程中，縫合帶及其兩側(cè)很大范圍內(nèi)，由于動力轉(zhuǎn)化為熱量，縫合帶部位受長期的熱體制控制，褶皺、變質(zhì)伴隨大規(guī)模花崗巖類入侵(左國朝等，1995)。在紅柳河－牛圈子－洗腸井板塊縫合帶南側(cè)，被動邊緣基底的古老地殼物質(zhì)重熔形成盤陀山、望旭山、鷹嘴紅山等一系列花崗巖體(楊合群等，2009b，2010)。碰撞造山洋陸轉(zhuǎn)換后，泥盆紀(jì)中晚期開始略有拉張的跡象，擠壓環(huán)境逐漸向伸展環(huán)境轉(zhuǎn)換，在縫合帶北側(cè)形成火石山哈爾根頭口布等花崗巖體(王立社等，2009)。石炭紀(jì)－二疊紀(jì)，北山地區(qū)進(jìn)一步伸展拉張形成南北兩條陸內(nèi)裂谷帶的構(gòu)造格局:北帶有雅滿蘇－紅石山－黑鷹山晚古生代陸內(nèi)裂谷帶;南帶有磁海－紅柳園－白山堂晚古生代陸內(nèi)裂谷帶(圖1)?？偠灾?，北山地區(qū)在古生代經(jīng)歷多個構(gòu)造演化階段:震旦紀(jì)－寒武紀(jì)為古陸裂解階段;奧陶紀(jì)為洋盆擴(kuò)張階段;奧陶紀(jì)末－志留紀(jì)為板塊俯沖階段;泥盆紀(jì)為碰撞造山階段;石炭紀(jì)－二疊紀(jì)為陸內(nèi)裂谷階段。

前人在盤陀山鉀長花崗巖體中遠(yuǎn)離礦化蝕變處采集了二長花崗巖樣品(編號03PT134)送天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所用固體質(zhì)譜稀釋法進(jìn)行了鋯石U－Pb同位素測年，獲得4個鋯石的206Pb/238U表面年齡加權(quán)平均值為383.3±1.8Ma(楊合群等，2010)，表明該巖體形成于泥盆紀(jì)。本次，在花崗巖Y－Nb構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖6，a)和Y+Nb—Rb構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖6，b)中，礦區(qū)10個花崗巖樣品大部分都落入同碰撞花崗巖區(qū)域(Syn－COLG)，少量落入板內(nèi)花崗巖區(qū)域(WPG)，顯示其形成環(huán)境為碰撞擠壓環(huán)境。綜上所述，盤陀山含鎢花崗巖體的形成與泥盆紀(jì)碰撞造山事件密切相關(guān)。

4.2 成巖物質(zhì)來源

圖6 微量元素Y－Nb和Y+Nb－Rb構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig.6 Y－Nb and Y+Nb－Rb discrimination diagrams showing tectonic settingORG—大洋中脊花崗巖;WPG—板內(nèi)花崗巖;VAG.—火山弧花崗巖;Syn－COLG—同碰撞花崗巖ORG－ocean ridge granites;WPG－internal plate granite;VAG－volcanic arc granite;Syn－COLG－syn－collision granite

盤陀山含鎢花崗巖體的微量元素和稀土元素特征均表明，巖漿來源于地殼，具有重熔型特征。另外，前人對盤陀山含鎢花崗巖進(jìn)行過全巖鍶－釹同位素比值測定結(jié)果計算的(87Sr/86Sr)i值為0.729091，εNd(t)值為－5.89(楊合群等，2010)。根據(jù)微量元素、稀土元素和(87Sr/86Sr)i值明顯大于0.708以及εNd(t)值遠(yuǎn)小于0等特征，推斷成礦巖體來源于前寒武古陸殼物質(zhì)重熔。

4.3 巖體成礦作用

盤陀山含鎢花崗巖體的成礦作用主要經(jīng)歷了兩個階段。第一階段是泥盆紀(jì)巖漿侵入過程中，揮發(fā)份攜帶W等成礦元素向頂部及外圍運(yùn)移。在與圍巖接觸部位，巖漿遇冷溫度降低，其中的副礦物、暗色礦物、斜長石、堿性長石和石英等礦物以及W等成礦元素開始從巖漿中結(jié)晶出來。隨著巖漿進(jìn)一步演化，W元素在此處不斷聚集，形成了國慶鎢礦區(qū)北部、中北部和中東部這3個產(chǎn)于成礦巖體內(nèi)接觸帶的鎢礦體群。

第二階段是國慶鎢礦床形成的主要階段。在巖漿演化過程中，隨著時間推移，從邊部向中心，巖漿逐漸冷凝結(jié)晶，較多W等成礦元素殘留在巖漿內(nèi)部并隨著巖漿演化不斷富集。由于冷卻收縮和區(qū)域構(gòu)造作用，巖體中產(chǎn)生了NE向、EW向和NW向裂隙，成礦熱液沿裂隙上升，形成了產(chǎn)于巖體內(nèi)部的石英細(xì)脈帶型鎢礦。

5 結(jié)論

(1)盤陀山含鎢花崗巖體屬過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性花崗巖，巖石的稀土、微量和鍶釹同位素特征表明，巖漿來源于地殼，具有明顯的重熔型花崗巖特征，是前寒武紀(jì)古陸殼部分重熔產(chǎn)物。

(2)盤陀山含鎢花崗巖體中鋯石U－Pb年齡為383±1.8Ma，表明該巖體形成于北山地區(qū)泥盆紀(jì)板塊碰撞造山階段。

(3)巖體北部邊緣內(nèi)接觸帶和巖體中心是重要成礦部位，鎢礦成礦類型主要為蝕變花崗巖型和石英脈型。

(4)盤陀山含鎢花崗巖體的成礦作用主要有兩個階段:第一階段發(fā)生在巖漿侵入過程中，形成了巖體頂邊部接觸帶型鎢礦體群;第二階段為主要成礦階段，在巖體中部形成了石英細(xì)脈帶型鎢礦體群。

致謝 本文寫作過程中得到了西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所楊合群研究員和李行研究員的悉心指導(dǎo)，在此深表感謝!

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