豫西南泥湖地區(qū)輝長(zhǎng)巖地球化學(xué)特征及其與成礦關(guān)系

劉輝

(山東省物化探勘查院，山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

豫西南泥湖鉬多金屬礦集區(qū)是我國(guó)最大的鉬多金屬礦集中區(qū)之一，豫西南作為一個(gè)鉬礦集中產(chǎn)區(qū)[1]，其控礦的關(guān)鍵因素一定是宏觀的巨型構(gòu)造背景[2]。成礦直接母巖是中生代的花崗斑巖，成巖物質(zhì)與成礦物質(zhì)是否是同源，如果花崗斑巖是來(lái)自地殼，則鉬元素的來(lái)源是否全部來(lái)自地殼；如果中生代確實(shí)存在輝長(zhǎng)巖--輝綠巖，其與花崗斑巖形成時(shí)代相近，是否暗示了地殼重熔的原因之一是來(lái)自更深處的基性巖漿的作用(底墊作用)[3-5]。

區(qū)內(nèi)大面積出露加里東期變輝長(zhǎng)巖和燕山期輝長(zhǎng)巖，基性侵入體是了解下地殼、上地幔以及殼-幔相互作用的一個(gè)重要窗口[6]。區(qū)內(nèi)輝長(zhǎng)巖主要有加里東期和燕山期2個(gè)時(shí)期。對(duì)于區(qū)內(nèi)輝長(zhǎng)巖的年齡，羅銘玖[7]在1991年對(duì)區(qū)內(nèi)的輝長(zhǎng)巖全巖進(jìn)行K-Ar法測(cè)年，結(jié)果為743Ma；李惠民[8]于2006年在豫陜交界處的洋淇溝取變輝長(zhǎng)巖樣品，進(jìn)行鋯石U-Pb測(cè)年，年齡為(501.4+1.2)Ma；包志偉[9]于2009年測(cè)得的欒川赤土店西溝礦區(qū)的輝長(zhǎng)巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡為(147.5±1.7)Ma，證實(shí)區(qū)內(nèi)至少有過(guò)兩期基性巖漿活動(dòng)，其中赤土店一帶的細(xì)粒--中細(xì)粒輝長(zhǎng)巖是燕山期侵入的。該文在收集前人有關(guān)區(qū)內(nèi)加里東期變輝長(zhǎng)巖和燕山期輝長(zhǎng)巖的地球化學(xué)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)南泥湖礦集區(qū)內(nèi)上房溝鉬多金屬礦區(qū)周邊的加里東期粗粒變輝長(zhǎng)巖進(jìn)行取樣測(cè)試分析，總結(jié)區(qū)內(nèi)輝長(zhǎng)巖地球化學(xué)特征并研究其與成礦的關(guān)系。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

研究區(qū)位于華北板塊與揚(yáng)子板塊結(jié)合部位秦嶺褶皺系的東端，構(gòu)造由NWW向NW弧形轉(zhuǎn)折的部位[10]，隸屬于東秦嶺-大別山鉬成礦帶[11]?；诪樘庞钐A群，蓋層巖系主要有中元古代長(zhǎng)城系熊耳群火山沉積建造、薊縣系高河群、官道口群碎屑-碳酸鹽巖沉積建造、新元古代欒川群陸源碎屑、碳酸鹽巖、堿性火山巖沉積建造、古生代陶灣群淺海相泥質(zhì)碳酸鹽巖及鈣泥質(zhì)巖沉積建造以及上覆的第三系和第四系，地層主要成NWW向條帶狀展布[12]。區(qū)內(nèi)的構(gòu)造、變質(zhì)帶及巖漿巖總體呈NWW，NW向展布(圖1)。區(qū)內(nèi)巖漿巖活動(dòng)頻繁，主要有加里東期的變輝長(zhǎng)巖、燕山期的花崗巖和輝長(zhǎng)巖。加里東期的變輝長(zhǎng)巖沿著深斷裂帶分布，構(gòu)成了侵入巖帶?；◢弾r主要有合峪、老君山和伏牛山等大型巖基，和眾多的小花崗斑巖體、巖墻以及巖脈。

1—古生代陶灣群碳酸鹽巖、碎屑巖：2—新元古代欒川群碎屑巖、碳酸鹽巖及粗面巖：3—中元古代官道口群含燧石條帶大理巖；4—中元古代寬坪群大理巖及基性火山巖；5—早白堊世花崗巖：6—晚侏羅世花崗斑巖脈：7—晚侏羅世花崗斑巖：8—斷層：9—背斜軸：10—向斜軸：11—地質(zhì)界線：12—平行不整合界線：13—斑巖一矽卡巖型鉬鎢礦床：14—矽卡巖型多金屬硫鐵礦床：15—熱液脈型鉛鋅銀礦床；16—礦化分帶及編號(hào)；①—商丹斷裂：②—欒川斷裂：⑨—三門峽斷裂：④—太行山斷裂：⑤—南漳斷裂：⑥—廟子斷裂：⑦—毛超營(yíng)斷裂：⑧—銀家溝斷裂：⑨—尖山斷裂圖1 南泥湖礦田地質(zhì)略圖[13]

2 巖石地球化學(xué)特征

對(duì)南泥湖礦田上房溝礦區(qū)內(nèi)加里東期粗粒變輝長(zhǎng)巖(樣品SFG1，SFG2)、上房溝礦區(qū)外圍逐漸遠(yuǎn)離礦區(qū)的加里東期粗粒變輝長(zhǎng)巖(樣品913-2，913-3，913-4，913-7)和包志偉[9]2009年進(jìn)行的鋯石U-Pb年齡測(cè)試，對(duì)燕山期的西溝礦區(qū)的輝長(zhǎng)巖(中粒樣品123702、細(xì)粒樣品123703)以及外圍的前加里東期粗粒輝長(zhǎng)巖(樣品123704)的地球化學(xué)特征進(jìn)行了系統(tǒng)的對(duì)比和研究。

上房溝礦區(qū)內(nèi)出露的變輝長(zhǎng)巖為冷水-三川-火神廟變輝長(zhǎng)巖體的一部分，呈NWW—NW向侵入于南泥湖組、煤窯溝組和三川組地層中[13]。平面形態(tài)長(zhǎng)條狀，向N傾，寬50～100m，長(zhǎng)度大于5km，出露面積約4km2。根據(jù)礦區(qū)內(nèi)的鉆孔資料，表明巖體向下變小，底部為漏斗狀。變輝長(zhǎng)巖墨綠色，分為細(xì)粒和粗粒，有顯微鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)和粒狀變余輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分主要為斜長(zhǎng)石和角閃石，其次為黑云母、石英和鉀長(zhǎng)石等。近接觸帶變輝長(zhǎng)巖的礦物顆粒較細(xì)。

2.1 主量元素地球化學(xué)特征

變輝長(zhǎng)巖SiO2含量集中在43%～46%，低于中國(guó)輝長(zhǎng)巖，硅質(zhì)含量低，TAS圖解中落于玄武巖類內(nèi)輝長(zhǎng)巖區(qū)域(圖2)，TiO2和CaO含量高，變輝長(zhǎng)巖Alk含量為3.14%～4.81%，與中國(guó)輝長(zhǎng)巖一致；K2O/Na2O比值0.33～1.1不等，外圍的變輝長(zhǎng)巖K2O/Na2O與中國(guó)輝長(zhǎng)巖一致，礦區(qū)內(nèi)的K2O/Na2O大于外圍的K2O/Na2O，推測(cè)可能受到鉀化影響(圖2)；TAS圖解中變輝長(zhǎng)巖為堿性系列，礦區(qū)內(nèi)為鉀質(zhì)輝長(zhǎng)巖，外圍為鈉質(zhì)輝長(zhǎng)巖；固結(jié)指數(shù)SI=27.9～26.04，分異程度高。礦區(qū)外圍的變輝長(zhǎng)巖TiO2，CaO含量較高，MgO，Al2O3偏低。礦區(qū)內(nèi)的變輝長(zhǎng)巖較外圍變輝長(zhǎng)巖MgO，MnO含量高，P2O5低，無(wú)富鐵的特征(表1)。

1—中國(guó)輝長(zhǎng)巖：2—南泥湖輝長(zhǎng)巖：3—礦區(qū)外圍輝長(zhǎng)巖；4—上房溝礦區(qū)內(nèi)輝長(zhǎng)巖圖2 上房溝礦區(qū)變輝長(zhǎng)巖K2O/Na2O圖解

樣號(hào)巖性SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2OP2O5SrOBaOCr2O3LOITotalAlkNNH變輝長(zhǎng)巖46．442．2124．019．850．269．969．552．121．680．471．8100．343．8?SFG1變輝長(zhǎng)巖43．843．7213．4516．320．327．069．761．581．560．3580．040．170．011．4699．643．14?SFG2變輝長(zhǎng)巖46．353．0613．4813．970．316．278．882．652．160．6110．050．130．010．7298．654．81SFG3變輝長(zhǎng)巖47．912．8113．7913．90．145．048．132．732．885．61LTS1變輝長(zhǎng)巖48．91．513．372．578．080．2366．6810．252．142．370．1391．5397．774．51LTS2變輝長(zhǎng)巖44．83．211．244．0611．060．258．7912．71．850．790．2830．8999．912．64?913?2變輝長(zhǎng)巖45．39414．1814．540．224．779．373．031．180．5290．050．120．011．1898．574．21?913?3變輝長(zhǎng)巖49．652．7613．6413．270．194．478．42．991．20．3880．050．110．011．3998．524．19?913?4變輝長(zhǎng)巖463．0315．7413．520．195．089．813．131．020．510．060．110．011．4199．624．15?913?7變輝長(zhǎng)巖45．542．9512．915．350．227．7710．542．241．10．350．050．090．020．3699．483．34黎彤中國(guó)輝長(zhǎng)巖47．621．6714．524．099．370．226．478．752．971．180．461．1898．574．15

注：*樣品引自文獻(xiàn)[14]，其余樣品引自文獻(xiàn)[15]。

2.2 稀土元素地球化學(xué)

上房溝礦區(qū)內(nèi)加里東期粗粒變輝長(zhǎng)巖的稀土元素∑REE范圍為(117.17～178.07)×10-6(圖3、表2)，未受蝕變礦化影響的遠(yuǎn)離礦區(qū)的加里東期粗粒變輝長(zhǎng)巖∑REE范圍(130.11～134.88)×10-6，與玄武巖類相當(dāng)；其中西溝礦區(qū)采取的燕山期輝長(zhǎng)巖樣品(12302，12303)的∑REE范圍為(113～132.38)×10-6，平均123×10-6，同比玄武巖類，稀土總量顯示虧損；加里東期粗粒變輝長(zhǎng)巖的LREE/HREE范圍為7.15～7.68，高于玄武巖類的5.89，(La/Yb)N的值8.61～9.59，高于玄武巖類的5.12，輕重稀土分餾明顯，燕山期中細(xì)粒輝長(zhǎng)巖的LREE/HREE范圍為1.36～3.42，低于玄武巖類的5.89，(La/Yb)N的值2.49～3.04，低于玄武巖類的5.12，顯示為輕稀土虧損，輕重稀土分餾不明顯。上房溝礦區(qū)及外圍加里東期粗粒變輝長(zhǎng)巖的δEu的值1.09～1.44，顯示為正異常，表示形成于較還原環(huán)境；西溝礦區(qū)燕山期輝長(zhǎng)巖δEu的值0.2～0.28具明顯的Eu虧損，說(shuō)明巖漿上升過(guò)程中存在還原環(huán)境向氧化環(huán)境的轉(zhuǎn)變。

圖3 南泥湖地區(qū)輝長(zhǎng)巖稀土元素Boynton(1984)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布形勢(shì)圖

總的來(lái)說(shuō)：①燕山期輝長(zhǎng)巖樣品稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布曲線光滑，沒有特征元素的異常現(xiàn)象，REE含量大約是球粒隕石的20倍左右，可能來(lái)源于未分異原始地?；蚱骄蒯５牟糠秩廴?。②早期的變輝長(zhǎng)巖REE分餾較燕山期的更強(qiáng)烈一些，并且Eu明顯呈現(xiàn)正異常。③南泥湖地區(qū)輕重稀土分餾弱。④區(qū)內(nèi)的輝長(zhǎng)巖與世界基性巖相比具有Eu和Tm的明顯異常。

表2 南泥湖地區(qū)輝長(zhǎng)巖以及玄武巖類巖體稀土元素(10-6)含量

注：*樣品引自文獻(xiàn)[9]，其余樣品來(lái)自河南省欒川縣南部區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告,1978年。

2.3 微量元素地球化學(xué)

原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖顯示區(qū)內(nèi)輝長(zhǎng)巖微量元素分布曲線輕度右傾斜(圖4)，多數(shù)元素含量高于原始地幔的10倍含量值(表3)，其中Cs，Ba，K產(chǎn)生富集峰；V值高，重稀土元素和高場(chǎng)強(qiáng)元素相對(duì)虧損，具有微弱的Nb-Ta槽，具有Zr虧損。區(qū)內(nèi)輝長(zhǎng)巖中的大離子親石元素(Ba，Rb，Sr)和Ta，Nb的變化的范圍比較大。與原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化相比，N-MORB標(biāo)準(zhǔn)化的圖解上，無(wú)Nb，Ta，P弱虧損。同比之下上房溝礦區(qū)的加里東期變輝長(zhǎng)巖較西溝的燕山期輝長(zhǎng)巖Ta，Nb的虧損，可能由于巖漿源區(qū)曾遭受地殼物質(zhì)的混染或者地幔源區(qū)富有Ta，Nb的殘留體所致[16]。

圖4 變輝長(zhǎng)巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖

大陸的拉張帶(或裂谷初期)環(huán)境玄武巖，巖漿源區(qū)較淺，大陸裂谷的拉斑玄武巖比堿性的玄武巖Ta/Hf的比值低，前者通常為0.1～0.3，后者通常大于0.3，Th/Ta的比值大，前者通常大于4，后者通常在1.6～4之間，Th/Ta比值具有較典型的裂谷環(huán)境的玄武巖的特征[16-17]。區(qū)內(nèi)的輝長(zhǎng)巖Ta/Hf>0.3，Th/Ta>1.6，與大陸裂谷的堿性玄武巖一致，應(yīng)為減壓熔融的產(chǎn)物。

2.4 成礦元素特征

區(qū)內(nèi)的輝長(zhǎng)巖的鉬元素含量高于地幔和世界超基性巖的含量(表4)，個(gè)別成礦元素含量異常高值應(yīng)是受礦化影響，總體鉬含量在0.6×10-6左右，鎢含量集中在(60～70)×10-6，鉛含量集中在(4～8)×10-6，鋅含量集中在(90～130)×10-6，銀元素集中在(0.05～0.08)×10-6，由加里東期到燕山期，輝長(zhǎng)巖成礦元素變化不明顯，總體富集鎢元素，其他成礦元素顯示虧損特征。華北克拉通南緣寄主玄武巖含礦元素含量大多低于基性巖平均值，區(qū)內(nèi)輝長(zhǎng)巖對(duì)成礦物質(zhì)來(lái)源方面沒有明顯供給。

表3 南泥湖地區(qū)變輝長(zhǎng)巖微量元素(10-6)含量

注：*樣品引自文獻(xiàn)[9]，其余樣品引自文獻(xiàn)[14]。

注：*樣品引自文獻(xiàn)[9]，其余樣品引自文獻(xiàn)[14]。

3 成巖成礦作用

東秦嶺地區(qū)的斑巖體以及巖脈巖株主要為燕山期形成，集中在134～157Ma。李永峰等[18]2005年對(duì)上房溝花崗斑巖巖體進(jìn)行年代學(xué)測(cè)試，結(jié)果表明其SHRIMP鋯石微區(qū)U-Pb年齡為158Ma左右，輝鉬礦Re-Os同位素模式年齡145Ma左右。南泥湖花崗斑巖的SHRIMP鋯石微區(qū)U-Pb年齡157Ma左右，輝鉬礦Re-Os同位素模式年齡142Ma左右，兩個(gè)巖體時(shí)間相近，為燕山期巖漿作用的產(chǎn)物，成礦巖體固結(jié)到成礦作用的主要階段一般會(huì)有幾個(gè)百萬(wàn)年的延續(xù)，與整個(gè)東秦嶺鉬礦帶主要成巖年齡區(qū)間一致。區(qū)內(nèi)加里東期變輝長(zhǎng)巖和燕山期輝長(zhǎng)巖成礦元素同比世界基性巖，W元素相對(duì)富集，Mo，F(xiàn)e，Pb，Zn，Ag等成礦元素大多表現(xiàn)較世界基性巖虧損，區(qū)內(nèi)基性巖底侵作用過(guò)程中提供成礦來(lái)源的可能性較小，推斷主要為巖漿部分熔融形成巖漿房提供了熱源[14]。

4 結(jié)論

(1)豫西南泥湖鉬礦集區(qū)內(nèi)輝長(zhǎng)巖分異程度高，稀土總量顯示虧損。加里東期粗粒變輝長(zhǎng)巖輕重稀土分餾明顯；燕山期中細(xì)粒輝長(zhǎng)巖輕稀土虧損，輕重稀土分餾不明顯。加里東期變輝長(zhǎng)巖顯示為Eu正異常，形成于較還原環(huán)境；燕山期輝長(zhǎng)巖具明顯的Eu虧損，說(shuō)明巖漿上升過(guò)程中存在還原環(huán)境向氧化環(huán)境的轉(zhuǎn)變。

(2)區(qū)內(nèi)加里東期變輝長(zhǎng)巖微量元素分布曲線輕度右傾斜，多數(shù)元素含量高于原始地幔的10倍含量值，其中Cs，Ba，K產(chǎn)生富集峰；重稀土元素和高場(chǎng)強(qiáng)元素相對(duì)虧損，具有微弱的Nb-Ta槽，具有Zr虧損。與原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化相比，無(wú)Nb，Ta，P弱虧損。區(qū)內(nèi)的輝長(zhǎng)巖Ta/Hf>0.3，Th/Ta>1.6，與大陸裂谷的堿性玄武巖一致，應(yīng)為減壓熔融的產(chǎn)物。

(3)加里東期變輝長(zhǎng)巖和燕山期輝長(zhǎng)巖成礦元素總稀土含量低，稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線右傾平緩，具有明顯的Eu，Tm元素的異常；同比世界基性巖，自晚元古代以后本區(qū)上地幔主要成礦元素除鎢元素基本無(wú)明顯的富集，主成礦元素鉬呈明顯的虧損，認(rèn)為燕山期成礦花崗質(zhì)巖漿并沒有直接從上地幔獲得主要成礦物質(zhì)。

(4)區(qū)內(nèi)輝長(zhǎng)巖多期次活動(dòng)證明地?；顒?dòng)頻繁，在燕山期存在地幔活動(dòng)，推測(cè)區(qū)內(nèi)之所以形成區(qū)域上大型的鉬多金屬成礦帶與地幔的巖漿底墊作用相關(guān)。底墊作用提供了充足的熱源，導(dǎo)致上覆地殼硅鋁質(zhì)巖層部分熔融形成酸性巖漿，上侵成巖成礦。

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