河南嵩山石秤巖體稀土元素特征及礦源研究

于海濤，孟慶海，郭騫

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)第九地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)院,內(nèi)蒙古 錫林郭勒　026000；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué),北京　100083)

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河南嵩山石秤巖體稀土元素特征及礦源研究

于海濤1,2，孟慶海1，郭騫1

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)第九地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)院,內(nèi)蒙古 錫林郭勒026000；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué),北京100083)

石秤巖體是王屋山期巖漿活動(dòng)形成的堿性巖體，其稀土元素特征為：wΣREE約為地殼豐度的6.0倍，wLREE/wHREE為地殼豐度的近1.5倍,輕重稀土分異程度低,δEu呈強(qiáng)負(fù)異常, 基本無(wú)δCe異常，侵入巖體圍巖與稀土、稀有金屬礦化體(堿長(zhǎng)花崗巖)的稀土元素分布型式基本相似,呈向右陡傾斜線,但堿長(zhǎng)花崗巖中稀土總量更高、重稀土相對(duì)更為富集。研究結(jié)果表明,巖漿和成礦物質(zhì)最初可能均來(lái)源于上地幔的同一巖漿房，具有同源性，并在巖漿上侵過(guò)程中不同程度地同化混染了地殼物質(zhì)。

石秤巖體;稀土元素;成礦物質(zhì)來(lái)源;同源性;河南嵩山

稀土元素因其地球化學(xué)性質(zhì)十分相似，且在地質(zhì)、地球化學(xué)作用過(guò)程中經(jīng)常呈“整體”運(yùn)移，但不同的稀土元素之間其性質(zhì)仍存在著細(xì)微差別，隨著外界條件的變化，稀土元素之間會(huì)發(fā)生一定程度的分餾。所以，稀土元素是一種良好的地球化學(xué)指示劑，常被用于探討地球形成與演化、巖石成因和成礦物質(zhì)來(lái)源等問(wèn)題。河南省嵩山地區(qū)堿長(zhǎng)花崗巖的稀土、稀有金屬元素礦化與其儲(chǔ)礦圍巖(堿性花崗巖)之間具有密切的成因聯(lián)系，進(jìn)一步開(kāi)展石秤巖體稀土元素特征和成礦物質(zhì)來(lái)源研究，對(duì)礦床成因的探討和指導(dǎo)找礦都具有重要意義。

嵩山位于河南中部、華北陸臺(tái)南緣，其地質(zhì)演化歷史漫長(zhǎng)。眾多學(xué)者先后對(duì)嵩山地質(zhì)，尤其前寒武地質(zhì)，進(jìn)行了考察研究(張伯聲,1951；張爾道,1954；馬杏垣,1958；1982；王曰倫,1960；張國(guó)偉,1981；1986； KRONER,1988)。該地區(qū)的巖漿活動(dòng)主要發(fā)生在太古宙及元古宙，此后未再發(fā)生較大規(guī)模的巖漿活動(dòng)。對(duì)太古宙巖漿活動(dòng)，前人進(jìn)行過(guò)不少工作(游振東，1986；王澤九，1987；張國(guó)偉，1987)，但對(duì)該區(qū)最晚侵入的元古代的花崗巖體未進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)研究，河南省地質(zhì)礦產(chǎn)局(1989)只將其簡(jiǎn)單劃分為陸殼改造型花崗巖。

1　地質(zhì)背景

嵩山地區(qū)的巖漿活動(dòng)主要有兩期，分別受嵩陽(yáng)運(yùn)動(dòng)和中岳運(yùn)動(dòng)控制，即太古宙侵入活動(dòng)和早元古代侵入活動(dòng)，相應(yīng)本區(qū)巖漿巖的時(shí)代屬嵩陽(yáng)期(太古宙)和王屋山期(中元古代)。嵩陽(yáng)期巖漿活動(dòng)一般規(guī)模比較小，巖體零星分布，多呈巖脈產(chǎn)生，巖石類(lèi)型有輝長(zhǎng)巖、偉晶巖等；王屋山期巖漿活動(dòng)，其規(guī)模比嵩陽(yáng)期大，巖體多呈巖株巖脈產(chǎn)出，具有代表性的有石秤巖體(圖1)。

1.第四系；2.古生界；3.中元古界汝陽(yáng)群；4.古元古界嵩山群；5.登封群；6.元古宙花崗巖；7.路家溝花崗巖體；8.石牌河閃長(zhǎng)巖體；9.太古宙花崗巖區(qū)；10.堿長(zhǎng)花崗巖采樣點(diǎn)位置；11.正長(zhǎng)花崗巖采樣點(diǎn)位置圖1　嵩山地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1　Sketch geological map of Songshan area

石秤巖體位于嵩山復(fù)式背斜南翼登封縣水磨灣—石坪一帶，呈東西向帶狀展布，面積55.5km2。南部主要被第四系覆蓋，局部地段與寒武系斷層接觸。巖體邊部多有登封巖群角閃片巖、云母片巖及新太古宙片麻巖、片麻狀輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖和嵩山群石英巖捕擄體，造成同化混染帶，尤以石秤巖體北部最強(qiáng)烈，發(fā)育寬度達(dá)數(shù)百米的邊緣同化混染帶(以往劃為巖體邊緣相)，致使巖石變?yōu)榛◢忛W長(zhǎng)巖及局部的二長(zhǎng)花崗巖；其中常見(jiàn)角礫狀或斑點(diǎn)狀構(gòu)造。石秤巖體主要巖石類(lèi)型有:堿性花崗巖、堿長(zhǎng)花崗巖；其常見(jiàn)副礦物有鋯石、磷灰石、磁鐵礦、榍石、霓輝石和褐簾石等。霓輝石、堿性長(zhǎng)石的出現(xiàn)反映了石秤巖體富堿的特征，而磁鐵礦、黃鐵礦和鈦鐵礦的存在則體現(xiàn)了該巖體富Fe的特性。石秤巖體的K-Ar年齡為1 652Ma(馬杏垣,1972)，40Ar-39Ar年齡為1 799 Ma(李云軍,1988)，鋯石年齡為1.78 Ga(自測(cè))，屬中元古代早期。

2　礦化體地質(zhì)特征

礦化體主要集中分布于登封市水磨灣—石坪一帶的中元古代花崗巖體內(nèi)。Y巖體主體巖性為粗粒正長(zhǎng)花崗巖，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為微斜條紋長(zhǎng)石(50%～55%)、石英(35%～40%)、斜長(zhǎng)石(4%)、黑云母(2%～8%)。鋯石年齡為1.78 Ga。

稀土礦化主要賦存在巖體內(nèi)部巖漿晚期的小巖株、巖脈中，稀土釔礦化、稀有金屬鈮礦化較普遍。目前，共計(jì)發(fā)現(xiàn)小巖株、巖脈共計(jì)54處，巖性主要為紫紅色粗粒正長(zhǎng)巖、堿長(zhǎng)花崗巖小巖株、巖脈。平面上巖株大小一般直徑十幾米至幾十米，脈體一般寬幾米至十幾米，延長(zhǎng)數(shù)十米至500m。正長(zhǎng)巖為紫紅色，呈粗粒結(jié)構(gòu)、似斑狀結(jié)構(gòu)，主要礦物為鉀長(zhǎng)石；堿長(zhǎng)花崗巖呈暗紫紅色、暗褐色，粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為鉀長(zhǎng)石60%～70%，石英約為30%，黑云母等暗色礦物少量。巖石鏡鐵礦化較明顯，黑色鏡鐵礦以填隙物的形式分布于鉀長(zhǎng)石、石英空隙中。

對(duì)其中8個(gè)巖株(脈)進(jìn)行了探槽揭露，經(jīng)刻槽采樣測(cè)試，巖株均有明顯的礦化，礦化體厚度一般1～8m，最厚14m，平均3m，礦化體長(zhǎng)度一般十幾米至幾十米，最長(zhǎng)數(shù)百米。Y2O3含量一般0.025%～0.04%，Nb2O3含量一般0.06%～0.09%。較多樣品Nb2O5達(dá)到邊界品位1/2以上,部分樣品Y2O3含量接近或達(dá)到最低工業(yè)品位。

3　稀土元素特征

石秤巖體通過(guò)1∶1萬(wàn)地質(zhì)填圖共發(fā)現(xiàn)2種類(lèi)型巖石：堿性花崗巖、堿長(zhǎng)花崗巖，取樣送于山東地質(zhì)科學(xué)研究院測(cè)試中心進(jìn)行分析，Co、Ni、Zn、Ga、Rb、Y、Zr、Nb、Hf、Ta和LREE等元素分析相對(duì)誤差小于5%，其他元素相對(duì)誤差為5%～15%。分析結(jié)果出來(lái)后對(duì)2種巖石的稀土元素分別綜合處理，得到稀土元素綜合分析結(jié)果數(shù)據(jù)(表1)。由表中數(shù)據(jù)可知，石秤巖體的稀土含量較高，稀土總量為815.50×10-6～928.00×10-6，平均為841.46×10-6，約為地殼稀土豐度的5.5倍；輕重稀土的分異程度低，wLREE/wHREE為1.76×10-6～3.95×10-6，平均為3.44×10-6，約為地殼中wLREE/wHREE的1.5倍；Eu呈強(qiáng)負(fù)異常δEu為0.22×10-6～0.28×10-6；Ce無(wú)明顯異常,δCe為0.91×10-6～0.97×10-6。

表1　巖體稀土含量表(10-6)

從石秤巖體稀土元素配分模式(圖2)可以看出:不同期次侵入的巖漿巖其稀土元素分布形式均呈向右陡傾的斜線，且配分曲線形態(tài)基本相似，沒(méi)有明顯的Ce異常，出現(xiàn)強(qiáng)烈的Eu負(fù)異常，自Eu負(fù)異常之后，稀土元素配分模式曲線基本趨于平坦，都呈典型的平坦“V”型曲線，說(shuō)明各期次的侵入的巖漿具有演化繼承性的特點(diǎn)。

圖2　石秤巖體中堿性花崗巖和堿長(zhǎng)花崗巖的稀土配分模式比較圖(球粒隕石值據(jù)BOYNTON，1984)Fig.2　Alkali granite and alkali-feldspar granites′REE Distribution pattern comparison diagram in stone scale rock(Chondritic value after BOYNTON，1984)

4　巖漿來(lái)源及演化

4.1稀土地球化學(xué)參數(shù)證據(jù)

早期堿性花崗巖稀土總量平均為815.50×10-6，而晚期堿長(zhǎng)花崗巖稀土總量平均為928.00×10-6，這表明隨著巖漿演化稀土元素有逐步富集的趨勢(shì)；早期巖漿的wLREE/wHREE為3.95，(wLa/wYb)N為9.93，wSm/wNd為0.164，而晚期巖漿的wLREE/wHREE為1.76，(wLa/wYb)N為8.09，wSm/wNd為0.159，反映出隨著巖漿作用從早期向晚期演化，輕重稀土的分異程度不斷降低，HREE進(jìn)一步富集，且堿性減弱，而參數(shù)wSm/wNd<0.3，則可能體現(xiàn)了稀土元素的殼源(同化混染部分)特征(陳德潛，1990)。堿性花崗巖的(wLa/wSm)N為9.93，而堿長(zhǎng)花崗巖的(wLa/wSm)N為8.09，比較接近，故推測(cè)輕稀土元素之間的分餾作用可能在巖漿侵入的早期就已經(jīng)基本完成了，即Ce組內(nèi)稀土元素的分餾與Ce組和Y組之間的分餾并不同步；而δEu從0.28到0.22的演化則可能表明了在巖漿作用的晚期，隨著斜長(zhǎng)石的大量晶出，Eu的虧損增大；δCe為0.91～0.97，則可能說(shuō)明堿長(zhǎng)花崗巖為晚期巖漿，蝕變較弱。

4.2其他證據(jù)

4.2.1巖石學(xué)和巖石化學(xué)證據(jù)

石秤巖體的SiO2含量為71.70% ～ 75.98%，富堿，K2O含量為4.69%～5.18%，Na2O 含量為2.24% ～ 3.56%，K2O+Na2O為7.42% ～8.56%，Al2O3含量為11.87% ～ 12.75%。巖體的鋁指數(shù)A / C N K小于1.10，分布范圍為0.92～1.10，為準(zhǔn)鋁類(lèi)型。在SiO2與AR ( 堿度率)圖解上(圖3)，石秤巖體投在堿性巖區(qū)，顯示花崗巖體屬于堿性花崗巖。

圖3　堿度率圖解Fig.3　Diagram of alkality ratio

石秤巖體與世界花崗巖和華北板塊南緣花崗巖相比較，SiO2、MnO、K2O、K2O/Na2O偏高，Al2O3、MgO、CaO和Na2O含量偏低?？紤]到華北板塊南緣花崗巖總體化學(xué)成分與中國(guó)花崗巖、世界花崗巖相比偏基性，因而相比之下，石秤花崗巖體富Si、K2O/Na2O，低Al的特征就顯得更加突出。

4.2.2微量元素證據(jù)

對(duì)微量元素的研究可以看出成礦巖漿的演化特征。在嵩山石秤巖體中，堿性花崗巖的wNb/wTa為12.62，堿長(zhǎng)花崗巖的wNb/wTa為10.72，因巖漿演化從早期到晚期，wNb/wTa的值逐漸減小，所以堿長(zhǎng)花崗巖形成時(shí)間晚于堿性花崗巖。而早期巖漿wBa/wSr為1.88，晚期巖漿wBa/wSr為8.38，反映出巖漿的分異作用在早期已基本完成。

結(jié)合其他地質(zhì)、地球化學(xué)特征可以初步推斷:嵩山中元古代不同期次的巖漿活動(dòng)最初可能均源于上地幔的同一巖漿房。稀土元素的高度富集，反映了可能來(lái)源于地幔物質(zhì)的低程度部分熔融，這是由于稀土元素的礦物/熔體分配系數(shù)很小，因而大量富集在熔融體中(趙振華，1984)。

5　成礦物質(zhì)來(lái)源

石秤巖體稀土、稀有金屬元素礦化在時(shí)空和成因演化上都與中元古代堿性花崗巖體密切相關(guān)，礦化體呈堿長(zhǎng)花崗巖脈產(chǎn)出于巖體內(nèi)部，成礦作用發(fā)生于巖漿活動(dòng)晚期，受巖性控制。礦化體的Nb2O3品位一般為0.009×10-2～0.030×10-2，Y2O3品位為0.025×10-2～0.130×10-2。石秤巖體中含稀土、稀有金屬的堿長(zhǎng)花崗巖中稀土元素分布型式與其容礦圍巖(石秤巖體)基本一致，但稀土總量略高，且重稀土更加富集(HREE為335.72×10-6，是巖體的2倍多)，Eu為強(qiáng)負(fù)異常(δEu為0.22～0.28)，Ce無(wú)明顯異常(δCe為0.91～0.97)。wSm/wNd為0.159，較早期侵入巖又進(jìn)一步減小，說(shuō)明成礦熱液中可能有地殼淺部的物質(zhì)成分加入。綜上所述，不難看出嵩山地區(qū)石秤巖體中成礦物質(zhì)與巖漿具有親緣關(guān)系，成礦作用表現(xiàn)出對(duì)巖漿熱液演化的繼承性。

6　結(jié)論

石秤巖體是在嵩山王屋山期巖漿活動(dòng)下，由巖漿侵入所形成的堿性巖體，具有稀土總量高、輕重稀土分異程度低和Eu強(qiáng)虧損等特征，且具有稀土、稀有金屬礦化的堿長(zhǎng)花崗巖脈和侵入的巖體的稀土元素分布型式基本相似，均呈右傾斜線。研究表明石秤巖體巖漿和成礦物質(zhì)最初可能均來(lái)源于上地幔的同一巖漿房，具有同源性，并隨著巖漿上侵，同化混染了部分地殼成分。在巖漿晚期形成的堿長(zhǎng)花崗巖脈為主要的賦礦巖性，在其熱液成礦作用過(guò)程中，稀土進(jìn)一步富集，形成了Nb-REE-Y成礦組合。在此之前，嵩山地區(qū)未發(fā)現(xiàn)任何稀土、稀有金屬礦產(chǎn)，此次工作為嵩山地區(qū)開(kāi)辟稀土、稀有金屬礦產(chǎn)的找礦奠定了基礎(chǔ)，今后可加大該處的稀土、稀有金屬找礦和研究力度，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展提供動(dòng)力。

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REE Characteristics and Ore Source of Shicheng Rock-mass in Songshan, Henan

YU Haitao1,2，MENG Qinghai1, GUO Qian1

(1.The Ninth Geological and Mineral Resource Exploration and Exploitation Institute of Inner Mongolia, Xilin Gol 026000,Inner Mongolia, China; 2.China University of Geosciences, Beijing 100083, China)

In ancient Proterozoic, the Shicheng alkaline rock-mass was formed as a result of magmatic intrusion. As shown by statistical analysis of REE in these rock-masses, the total content ofωREE is nearly 6 times as the crustal clarke value, the ratio ofωLREE/ωHREE is nearly 1.5 times as that of the crust, and the fractionation of LREE and HREE is slight, whereas Eu is strongly depleted, and Ce is not basically depleted. The REE distribution patterns of intrusive bodies′ wall rock are basically similar to the ones of rare matal mineralized body (alkali-feldspar granites), all dipping steeply towards the right. Never less ∑REE and HREE are richer in alkali-feldspar granites than in magmatite. The results show that the magma and metallogenetic materials of these rock-masses might be derived mainly from the same magma chamber in the upper mantle, both of them were homologous, and they assimilated and mixed the crustal materials with different degree during the intrusion of magma.

Shicheng rock-mass; rare earth elements; ore source; homology; Songshan, Henan

2015-01-23；

2015-06-12

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局河南省1∶5萬(wàn)大口集等4幅區(qū)調(diào)項(xiàng)目(1212011120767)

于海濤(1988-)，男，山東煙臺(tái)人，本科生，助理工程師，主要從事地球化學(xué)、地質(zhì)找礦研究。E-mail:956368845@qq.com

P632

A

1009-6248(2016)01-0034-05