青海玉樹趙卡隆鐵銅多金屬礦床安山巖地球化學(xué)特征及其成因

李歡，奚小雙，吳城明，張代斌

（1.中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，有色金屬成礦預(yù)測教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙，410083；2.九州大學(xué)工學(xué)府地球資源系統(tǒng)，日本 福岡，819-0395；3.廣西國土資源規(guī)劃院，廣西 南寧，530022；4.青海諾貝爾礦業(yè)有限公司，青海 西寧，810008）

青海省玉樹縣趙卡隆鐵銅多金屬礦床是原玉樹地質(zhì)隊(duì)于1959年發(fā)現(xiàn)的，有著長期找礦勘察的歷史。但是，由于受到青海西部高原惡劣環(huán)境的限制，前人對趙卡隆礦床的地質(zhì)研究較少。近年來，青海省有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局對礦區(qū)鐵銅鉛鋅銀礦進(jìn)行了普查，初步認(rèn)為礦區(qū)位于玉樹—義敦島弧帶西段的火山沉積盆地中，含礦地層為一套中性火山巖系、碳酸鹽巖及碎屑巖系，上部為鉛鋅，下部為銅，具有噴流沉積的“黑礦”成礦特征，礦床的形成與礦區(qū)島弧安山巖的噴發(fā)密切相關(guān)，成因類型屬火山噴流沉積?改造型鐵銅鉛鋅銀多金屬礦床[1]。為了研究礦床的大地構(gòu)造環(huán)境、成礦物質(zhì)來源、控礦因素與成礦規(guī)律，本文作者根據(jù)礦區(qū)安山巖地球化學(xué)特征對趙卡隆礦床進(jìn)行調(diào)查研究。島弧和弧后安山巖與鐵、銅等多種金屬礦化密切相 關(guān)[2?7]，根據(jù)安山巖的巖石學(xué)[8?9]、同位素地質(zhì)學(xué)[10]、地球化學(xué)[11?14]可以探知安山巖的形成背景、演化成因及其與金屬礦化之間的關(guān)系[15?16]。

1 礦床簡介

趙卡隆鐵銅多金屬礦床大地構(gòu)造位置處于我國的“三江”成礦帶羌塘—昌都地體江達(dá)島弧隆起帶北西段之車所—生達(dá)地塹中[17]。近年來在“三江”成礦帶北段不斷發(fā)現(xiàn)新礦床，因而備受關(guān)注[18?20]。在晚二疊紀(jì)，羌塘－昌都地區(qū)發(fā)生活化，到三疊紀(jì)轉(zhuǎn)為太平洋型陸緣，形成青藏川滇印支期溝－?。梵w系構(gòu)造環(huán)境[21?22]。江達(dá)島弧帶是在早二疊紀(jì)開始發(fā)生差異性抬升、中晚三疊紀(jì)發(fā)育成熟的[23?24]。區(qū)域巖漿巖活動(dòng)頻繁，印支期主要為淺海海底中基性的多旋迴噴發(fā)，其巖石主要為安山巖、安山玄武巖類。巖漿巖主要分布于趙卡隆以東、想恩大增一帶，呈層狀、似層狀及透鏡狀，順層整合產(chǎn)于上三疊系巴塘群上部碎屑巖組（T3btc）地層內(nèi)，南部結(jié)扎群紫紅色碎屑巖組（T3jza）和含煤碎屑巖組（T3jzc）地層中亦有少量安山玄武巖分布。趙卡隆鐵銅多金屬礦床的成礦物質(zhì)來源與該期晚期中性火山噴發(fā)活動(dòng)有關(guān)。趙卡隆礦區(qū)地層簡單，出露有上三疊系巴塘群（T3bt）上部碎屑巖組（T3btc）和頂部碳酸鹽組（T3btd）及第四系（Q）（圖1）。上部碎屑巖組（T3btc）按其巖性組合及段系巖性的含礦性劃分為上、中、下3個(gè)巖性段。下巖性段（T3btc1）為一套中細(xì)粒砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)板巖夾層間石英礫巖、含礫鮞狀灰?guī)r組成；中巖性段（T3btc2）由一套粉砂巖、粉砂質(zhì)板巖互層和中細(xì)粒長石石英砂巖組成，除長石石英砂巖中未發(fā)現(xiàn)礦體外，其他巖層中均發(fā)現(xiàn)有鐵銅鉛鋅銀礦礦化；上巖性段（T3btc3）巖性由灰?guī)r、安山巖、泥質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖、長石石英砂巖、白云巖等組成，具輕度綠泥石化。趙卡隆鐵銅多金屬礦床主要產(chǎn)于上巖性段（T3btc3）內(nèi)。該礦床是以鐵、銅為主的多金屬礦床，除主元素鐵、銅外，還有能綜合利用的共（伴）生鉛、鋅、銀、金等有色金屬和貴金屬元素。礦體嚴(yán)格受地層和巖性控制，含礦帶走向長約2 400 m，水平寬度200～800 m，傾斜延深大于700 m。根據(jù)礦體分布特點(diǎn)，劃分為4個(gè)礦化帶、7個(gè)礦群（圖1）。其中以分布于礦區(qū)中部的Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ號礦群規(guī)模最大[25]。

2 安山巖地質(zhì)產(chǎn)狀及礦物組成

圖1 趙卡隆礦區(qū)地質(zhì)圖（據(jù)文獻(xiàn)[25]）Fig.1 Geological map of Zhaokalong Deposit（according to Ref.[25]）

安山巖分布于礦區(qū)中部，呈層狀、帶狀展布。根據(jù)層位不同劃分為南、中、北3個(gè)巖帶。南部安山巖帶分布于Ⅵ礦體下部，走向長約 1 200 m，厚度為30～90 m。中部安山巖帶規(guī)模最大，走向長為1 500 m，厚度為80～200 m，東端分布于Ⅰ礦體下部，與上部巖層呈整合接觸，西端分布于Ⅶ礦體頂部，與上部巖組為斷層接觸。北部安山巖帶規(guī)模較小，走向長約為1 km，厚度為20～80 m，分布于Ⅳ礦體頂部和Ⅲ礦體底部。成為Ⅳ礦體頂板圍巖和Ⅲ礦體底板圍巖。礦區(qū)各層安山巖巖性特征基本一致，呈灰綠－暗綠色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由斑晶和基質(zhì)組成。斑晶主要為斜長石，少量的角閃石、斜長石聚斑，它們占巖石總量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）的25%～40%。斑晶的粒徑一般為1～2 mm，大者為3 mm。斜長石斑晶形態(tài)呈碎裂狀、階梯狀、棱角狀、少量具熔蝕現(xiàn)象。角閃石斑晶形態(tài)呈聚斑狀，被綠泥石所交代，保留其外形，往往在斑晶周圍形成一圈磁鐵礦暗化邊?；|(zhì)主要由斜長石微晶、泥鈣鐵質(zhì)和玻璃質(zhì)組成，為細(xì)晶粒狀結(jié)構(gòu)，少量具長條狀結(jié)構(gòu)，含量達(dá)60%～75%。

3 巖石樣品的處理及測試方法

巖石樣品采自趙卡隆礦區(qū)出露的安山巖及部分鉆孔巖芯，確保巖石樣品新鮮、無風(fēng)化。對巖石樣品進(jìn)行切片鏡下觀察之后，挑選出具有代表性的安山巖樣品7個(gè)，進(jìn)行送樣前預(yù)處理。預(yù)處理過程為：將巖石樣品進(jìn)行初碎，然后，將初碎后的樣品放入Tl?100型碳化鎢體碎樣機(jī)中，細(xì)碎至料徑為75 μm。每次細(xì)碎前，同樣要對缽體進(jìn)行清理，用自來水沖洗干凈后，用蒸餾水再次沖洗，接著用干凈的紙巾擦拭干，后用蘸有酒精的棉花再次擦洗1遍，最后用吹風(fēng)機(jī)將其吹干，這樣確保樣品之間不互相污染。將細(xì)碎好的樣品裝入袋中編號，置于烘箱中于105 ℃烘烤2 h，之后將烘干的樣品轉(zhuǎn)入干燥器中，以備后期實(shí)驗(yàn)送樣使用。主量元素、稀土元素和微量元素分析在武漢綜合巖礦測試中心（湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所）完成，主量元素采用X-Ray Fluorescence（XRF）（RIGAKU2100型）玻璃熔片法進(jìn)行測定，F(xiàn)eO和Fe2O3含量單獨(dú)用濕化學(xué)法分析進(jìn)行測定。對主量元素首先測定燒失量，然后加入助熔劑及脫模劑等高溫加熱，最后將玻璃熔片放入 XRF自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)行測試。各元素測試結(jié)果相對標(biāo)準(zhǔn)偏差大多＜2%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果精度達(dá)到5%。稀土及其他微量元素采用ICP-MS分析方法（美國Agileni公司生產(chǎn)的Agileni7500a儀器）分析。把經(jīng)化學(xué)處理、加熱、蒸干、加水稀釋等加工程序后的樣品，用ICPMS溶液法測定微量元素含量，標(biāo)樣為BCR-1，標(biāo)準(zhǔn)參考物測得的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）大多＜5%，大部分元素（如Rb，Th，U，REE，Nb，Ta，Y，Zr和Hf等）的分析精度高于 5%。稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化采用 1982年Taylor球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)值。同位素測試工作由武漢地質(zhì)礦產(chǎn)研究所（原宜昌同位素測試中心）完成，由MAT系列固體及氣體同位素質(zhì)譜儀測定，分析精度為±0.2‰。硫同位素標(biāo)準(zhǔn)品為美國代阿布洛大峽谷（Canyon Diablo）鐵隕石中的隕硫鐵（CDT），處理后的結(jié)果用硫同位素 δ34SCDT表示。趙卡隆礦區(qū)安山巖顯微照片見圖2。所有測試數(shù)據(jù)及處理結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）見表1。

圖2 趙卡隆礦區(qū)安山巖顯微照片F(xiàn)ig.2 Andesite micrographs of Zhaokalong deposit

表1 趙卡隆礦區(qū)安山巖主量元素、稀土元素、微量元素及硫同位素分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 1 Major elements,trace elements,rare earth elements and S isotopic values of andesites from Zhaokalong deposit

4 安山巖地球化學(xué)特征

4.1 安山巖主量元素特征

礦區(qū)安山巖的 SiO2含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）為47.79%～61.51%，平均含量為 55.41%；K2O含量為0.06%～2.90%，平均含量為 1.28%；Na2O含量為2.96%～6.26%，平均含量為 4.81%；全堿（K2O+Na2O）含量平均值為 6.09%。礦區(qū)安山巖具有低鉀（Na2O含量高于K2O含量），富鋁（Al2O3含量為9.59%～17.64%，平均為 15.44%）的特征。CIPW 標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算結(jié)果顯示，Q含量為 6.35～21.8%，An含量較小，為0.8%～8.22%，Ab含量為32.92%～53.56%，Or含量為0.35%～18.08%；巖石分異指數(shù)（DI）為39.63～72.52。利用CIPW計(jì)算結(jié)果進(jìn)行火山巖QAPF圖投影（圖3），投影結(jié)果顯示礦區(qū)安山巖主要落入英安巖、安山巖區(qū)內(nèi)，反映巖性較為均一。另外，在 Ol′-Q′-Ne′圖中，樣品全部落入亞堿性系列（圖4（a））；在FAM圖中，樣品主要落入拉斑玄武巖系列（圖 4（b））；在 Ab′-An-Or圖上投影，樣品主要為鈉質(zhì)類型和普通類型（圖4（c））。礦區(qū)安山巖主要為低鉀拉斑玄武巖系列（IAT），少量為鈣堿性系列（圖 4（b））。DI集中于 35～75，呈單峰式分布。在里特曼?戈蒂里圖解中，樣品也主要落在了消減帶火山巖中（圖4（d））。

圖3 趙卡隆礦區(qū)火山巖Q-A-P-F圖解Fig.3 Q-A-P-F diagram of volcanic rocks from Zhaokalong deposit

4.2 安山巖稀土元素特征

礦區(qū)安山巖的稀土總量（ΣREE）最低為71.45×10?6，最高為 131.63×10?6；輕稀土元素富集，w（LREE）/w（HREE）為 3.97～9.13，w（La）/w（Yb））N為3.50～8.54，（w（Ce）/w（Yb））N為 2.01～5.97，（w（Sm）/w（Eu））N為1.17～1.44。配分曲線呈右傾式，起伏不大，集中度較高。δEu為 0.92～1.10，Eu無異常；δCe為0.68～0.84，Ce呈弱的負(fù)異常，見圖5。

4.3 安山巖微量元素特征

礦區(qū)安山巖的微量元素的分配型式為強(qiáng)不相容元素（大離子親石元素）富集型，見圖6。數(shù)據(jù)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，w（RbN）/w（YbN）為 0.44～26.64，平均 11.87；K*含量為0.08～4.70（“*”表示經(jīng)原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化），平均為 2.08；Th*含量為 0.41～32.36，Nb*為 0.21～0.83，Sr*為 0.09～0.89，P*為 0.35～0.63，Zr*為 1.35～2.21，Ti*為0.28～0.64；w（Zr）/w（Nb）為9.32～17.69，w（Hf）/w（Ta）為3.96～5.40。礦區(qū)安山巖富集Rb，Ba，Th和Zr等大離子親石元素，同時(shí)虧損 Nb，Sr，P和Ti等高場強(qiáng)元素。蛛網(wǎng)圖中自Ce至Lu，各元素的含量下降很快，并且Y和Yb元素有顯著虧損，Y含量＜20 μg/g，YN含量為 2～4 μg/g，Yb 含量小于 1.93 μg/g，YbN含量小于 4 μg/g。

4.4 安山巖S同位素特征

火山巖全巖硫穩(wěn)定同位素分析（表1）表明：δ34SCDT分布范圍為?1.60‰～15.32‰；硫同位素比值較集中，除2個(gè)樣品硫同位素含量比值低于10‰之外，其他高于10‰，平均值為10.53‰。

5 討論

江達(dá)島弧在區(qū)域上屬于義敦島弧帶。義敦島弧帶是一個(gè)發(fā)育于張性薄陸殼基底上的三疊紀(jì)島弧，以發(fā)育島弧裂谷和成對的火山弧為特征[26]。江達(dá)構(gòu)造帶源自洋?陸作用的島弧體制，從晚三疊世以前起經(jīng)歷了陸?陸碰撞焊合、陸內(nèi)裂谷、陸內(nèi)造山等多種構(gòu)造體制的轉(zhuǎn)換，主要的成礦作用發(fā)生在陸內(nèi)及弧后裂谷期[27]。

圖4 趙卡隆礦區(qū)安山巖地球化學(xué)圖解Fig.4 Lithogeochemical diagrams of andesites from Zhaokalong deposit

圖5 安山巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分型式圖Fig.5 Rare-earth elements distribution patterns of andesites

圖6 安山巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.6 Spider diagram of trace elements from andesites

火山巖的系列、類型是分類命名、劃分巖區(qū)、分析組合及研究巖漿成因來源、演化機(jī)理、構(gòu)造環(huán)境、礦產(chǎn)分布的基礎(chǔ)；而火山巖系列、類型的確定，主要依據(jù)其化學(xué)成分。從主元素分析數(shù)據(jù)得知，趙卡隆礦床安山巖主成分以貧硅、高鈉、低鉀含量為特征，屬于亞堿性?拉斑玄武巖系列，具有島弧火山巖性質(zhì)。火山巖QAPF圖顯示其屬于英安巖類，說明其構(gòu)造位置可能偏于島弧中的內(nèi)弧火山活動(dòng)[28?29]。礦區(qū)安山巖主要為低鉀拉斑玄武巖系列（IAT），少量為鈣堿性系列（圖 4（b）），DI集中于 35～75，呈單峰式分布，反映了構(gòu)造環(huán)境為板塊邊緣的消減帶。在里特曼?戈蒂里圖解中，樣品也主要落在了消減帶火山巖中（圖 4（d））。消減帶包括島弧、活動(dòng)大陸邊緣（活動(dòng)陸緣）2種環(huán)境。而與活動(dòng)陸緣不同的是，島弧火山巖 SiO2含量為50%～66%（大多＜56%），以低鉀（K2O 含量平均為1.60%）安山巖為主[30?31]。因此，從主量元素上看，礦區(qū)安山巖主要表現(xiàn)為島弧火山巖的性質(zhì)。

從稀土元素特征值來看，趙卡隆安山巖富集輕稀土元素，δEu無明顯異常，可能與巖石中斜長石分離結(jié)晶較弱有關(guān)，表明趙卡隆安山巖與玄武巖漿的分離結(jié)晶作用無關(guān)。稀土元素右傾曲線表明巖漿來源較為復(fù)雜，造成了輕、重稀土元素分異。此外，Ce呈弱的負(fù)異常，具有島弧安山巖的特征，說明噴發(fā)環(huán)境為海相。與大陸型安山巖不同相比，大洋型安山巖中的稀土含量較低，w（ΣREE）為（25～178）×10?6（大陸型為（67～341）×10?6）[32]，礦區(qū)安山巖的各項(xiàng)稀土含量說明其為大洋型安山巖。

在微量元素方面，礦區(qū)安山巖富集 Rb，Ba，Th和Zr等大離子親石元素，同時(shí)虧損Nb，Sr，P和Ti等高場強(qiáng)元素，具有與俯沖作用有關(guān)的火山巖特征，表現(xiàn)出島弧火山巖的相關(guān)特性[33?34]，顯示出俯沖板片流體在巖漿生成中的重要作用。而K的富集以及Nb，P和Ti的虧損，表明物源以殼源為主。同時(shí)，微量元素蛛網(wǎng)圖中自Ce至Lu，各元素的含量下降很快，表現(xiàn)出裂谷火山巖的特征[35?36]。高場強(qiáng)元素的比值（w（Zr）/w（Nb），w（Hf）/w（Ta））具有類似MORB特性，并且Y和Yb元素有顯著的虧損，Y含量＜20 μg/g，YN含量為2～4，Yb含量＜1.93 μg/g，YbN含量小于4 μg/g。微量元素以富集大離子親石元素和虧損高場強(qiáng)元素為特征，顯示其具有熱水噴流沉積物的特征[37]，反映了其活動(dòng)大陸邊緣的性質(zhì)[38]?；?Th，Yb，Ta及 La分析結(jié)果，作出 w（Th）/w（Yb）?w（Ta）/w（Yb）圖（圖 7（a））和 w（La）/w（Yb）?w（Th）圖（圖 7（b））。在 w（Th）/w（Yb）?w（Ta）/w（Yb）圖中，趙卡隆安山巖樣品投點(diǎn)全部落于活動(dòng)大陸邊緣安山巖區(qū)；在w（La）/w（Yb）?w（Th）圖中，樣品主要落在大陸邊緣弧和安山弧區(qū)域。w（Th）/w（Yb）?w（Ta）/w（Yb）圖和 w（La）/w（Yb）?w（Th）圖說明趙卡隆安山巖具有大陸邊緣安山巖的性質(zhì)，同時(shí)保留了部分島弧安山巖的特征。此外，巖漿混染了大陸殼物質(zhì)時(shí)，使Nb*含量小于1。而K*可用于指示大洋消減作用與巖漿成分的關(guān)系。K*含量大于 1 μg/g，表明其分布于島弧區(qū)，且成分收消減作用的影響。其原因是消減作用能攜帶活動(dòng)性元素K進(jìn)入地幔楔形區(qū)并交代這種源區(qū)物質(zhì)[39]。趙卡隆安山巖Nb*和K*的特征說明其形成與島弧的一側(cè)俯沖有關(guān)。

圖7 w（Th）/w（Yb）?w（Ta）/w（Yb）[40]和 w（La）/w（Yb）?w（Th）[41]圖解Fig.7 w（Th）/w（Yb）?w（Ta）/w（Yb）and w（La）/w（Yb）?w（Th）diagrams

S同位素對判別火山巖的形成環(huán)境有著重要作用[42?43]。趙卡隆安山巖δ34SCDT分布范圍與海水中的硫同位素特征值相近，說明安山巖硫來源主要為海水，符合深海海底噴發(fā)模式。全巖硫穩(wěn)定同位素分析數(shù)據(jù)佐證了趙卡隆安山巖為深海相噴發(fā)成因。

通過以上對安山巖主量元素、微量元素、稀土元素及硫同位素的研究得出：趙卡隆安山巖既有島弧安山巖的性質(zhì)，同時(shí)具有活動(dòng)大陸邊緣弧后盆地火山巖的特性。趙卡隆安山巖的成因應(yīng)該比較復(fù)雜，一方面與大洋消減作用島弧的形成過程有關(guān)，另一方面與島弧形成后的弧后擴(kuò)張有關(guān)。島弧火山巖在島弧演化的不同階段具有不同性質(zhì)。江達(dá)構(gòu)造帶晚石炭世開始島弧體制的演化,中三疊世末島弧體制終結(jié)，晚三疊世開始陸內(nèi)弧后擴(kuò)張活動(dòng)，趙卡隆安山巖反映了整個(gè)島弧活動(dòng)過程。安山巖在一定程度上表現(xiàn)出繼承了島弧安山巖的性質(zhì)，而實(shí)應(yīng)為弧后擴(kuò)張盆地的大地構(gòu)造背景，為殼幔2種巖漿混合的產(chǎn)物。趙卡隆礦床島弧火山巖的產(chǎn)生，一方面與江達(dá)島弧東側(cè)的大洋消減板塊俯沖有關(guān)，另一方面與島弧西側(cè)的弧后擴(kuò)張有關(guān)，其形成過程與島弧的演化過程是一致的。

6 結(jié)論

（1）趙卡隆安山巖主量元素以低鉀、富鋁含量為特征，大多屬于英安巖類、拉斑玄武巖系列；稀土元素特征表現(xiàn)為輕稀土元素富集，配分曲線呈右傾式，Eu含量無異常，Ce含量呈弱的負(fù)異常；安山巖富集Rb，Ba，Th和Zr等大離子親石微量元素，同時(shí)虧損Nb，Sr，P和 Ti等高場強(qiáng)元素，δ34SCDT平均值為10.53‰。

（2）趙卡隆安山巖既有活動(dòng)大陸邊緣弧后盆地火山巖性質(zhì)，同時(shí)具有島弧安山巖的特性。趙卡隆安山巖的成因應(yīng)該比較復(fù)雜，一方面與大洋消減作用島弧的形成過程有關(guān)，另一方面與島弧形成后的弧后擴(kuò)張作用有關(guān)。

（3）江達(dá)構(gòu)造帶于晚石炭世開始島弧體制的演化，于中三疊世末島弧體制終結(jié)，于晚三疊世開始弧后擴(kuò)張活動(dòng)，趙卡隆安山巖反映了整個(gè)島弧活動(dòng)過程。安山巖在一定程度上表現(xiàn)出繼承了島弧安山巖的性質(zhì)，而實(shí)應(yīng)為弧后擴(kuò)張盆地的大地構(gòu)造背景，為殼幔2種巖漿混合的產(chǎn)物，其形成過程與島弧的演化過程是一致的。

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