新疆阿泰勒地區(qū)礦山稀土元素地球化學(xué)特征及物源分析

紀(jì)子偉，魏 軍

（新疆地礦局第二區(qū)調(diào)大隊(duì) 新疆昌吉 831100）

新疆阿泰勒是一個(gè)穩(wěn)定升降盆地，位于準(zhǔn)噶爾盆地北緣、東北與蒙古國(guó)接壤，存在典型的礦山地貌牲特征。阿泰勒地區(qū)的城巴斷裂帶演化時(shí)間漫長(zhǎng)，因其獨(dú)特的構(gòu)造條件，衍生出了較為豐富的礦山礦源層。由于新疆阿泰勒地區(qū)特有的大型多旋回結(jié)構(gòu)，為我國(guó)提供了大量的石油、煤炭與鈾礦資源，隨著板塊的遷移，沉積盆地與造山帶逐漸被發(fā)現(xiàn)，根據(jù)相對(duì)位置的改變，造成了一系列裂陷盆地的出現(xiàn)[1]。

從新元古代開始，稀土元素從出現(xiàn)到元素改變，這為礦山的形成打下了良好基礎(chǔ)。在新疆阿泰勒地區(qū)礦山的逐漸壯大下，近十年來(lái)，沉積了較多厚重的黑色巖系，從中得到了巨大儲(chǔ)量的鈾礦資源。物源分析是礦山稀土元素研究的重要內(nèi)容，根據(jù)大地構(gòu)造背景的不同，不同區(qū)域下，地球化學(xué)特征也存在差異，對(duì)地區(qū)的物源分析方法也不盡相同。就目前發(fā)展趨勢(shì)而言，有重礦物法、同位素法、地球化學(xué)法、裂變徑跡法等應(yīng)用廣泛，就比如說(shuō)在物源年齡的測(cè)定上，同位素法得出的數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確；在推測(cè)物源區(qū)構(gòu)造背景時(shí)，地球化學(xué)法得出的結(jié)果更符合當(dāng)下實(shí)際情況。依據(jù)地區(qū)稀土元素存在情況，為進(jìn)一步研究該地區(qū)提供有利的判別依據(jù)。

1 新疆阿泰勒地區(qū)地質(zhì)背景

阿泰勒地處新疆，沉積蓋層厚大，依阿爾泰山，因盛產(chǎn)黃金而得名。在積盆地與造山帶之間，物源為主要連接紐帶，區(qū)域中各個(gè)沉積板塊，具有明顯特征差異。阿泰勒地區(qū)礦山最下部地層為釣魚臺(tái)剖面，通西部地塊，依據(jù)地區(qū)化學(xué)特征，可以將新疆阿泰勒地區(qū)劃分成多個(gè)地層小區(qū)，不同地層小區(qū)中的構(gòu)成元素不同，稀土元素占主要地位[2]。阿泰勒地區(qū)與陰山相鄰，處于阿爾泰山山腳，地層產(chǎn)狀多變，處于新疆整體發(fā)育中的穩(wěn)定發(fā)育期，區(qū)域內(nèi)存在層薄粒度細(xì)的特點(diǎn)，由各類變質(zhì)巖與巖漿巖構(gòu)成阿泰勒地區(qū)礦山巖系。在區(qū)域周邊環(huán)境的海進(jìn)與海退中，使礦山歷經(jīng)多次旋回，逐漸沉積成為一套全區(qū)穩(wěn)定的礦山系統(tǒng)。

隨著古亞洲洋的閉合與俯沖，西緣地層小區(qū)逐漸向中間區(qū)域隆起，變遷中不乏各類巖漿變化，與釣魚臺(tái)剖面相比，阿泰勒地區(qū)礦山主要由多個(gè)極薄層組成，由東向西，可以顯示為沉積環(huán)境變化。據(jù)前人對(duì)阿泰勒地區(qū)礦山的分析研究，及對(duì)可追蹤對(duì)比的碳酸鹽巖建造，采用重礦物法、稀土元素法對(duì)該區(qū)域進(jìn)行物源分析，可以發(fā)現(xiàn)在北緣古老巖系中，頂部砂巖呈現(xiàn)正粒序?qū)永戆l(fā)育，由濱淺海到大陸斜坡，變質(zhì)巖系為其中的主要沉積物源，變質(zhì)巖中的稀土元素相對(duì)穩(wěn)定，泥巖中炭質(zhì)豐富，使阿泰勒地區(qū)具備明顯的二元結(jié)構(gòu)。隨沉積物源的搬運(yùn)，地層在垂向與側(cè)向穩(wěn)定分布，偶見含砂屑白云巖，應(yīng)用稀土元素法，在新疆阿泰勒地區(qū)礦山獲得一些認(rèn)識(shí)與成果。

2 新疆阿泰勒地區(qū)礦山稀土元素地球化學(xué)特征

新疆阿泰勒地區(qū)內(nèi)主要由黑色巖系構(gòu)成，剔除風(fēng)化與已經(jīng)蝕變的樣品，以球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)值為礦山稀土元素的標(biāo)準(zhǔn)特征值，對(duì)研究區(qū)泥巖樣品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，經(jīng)鏡下觀察，對(duì)新疆阿泰勒地區(qū)礦山內(nèi)的稀土元素地球化學(xué)分析，可以得出相關(guān)參數(shù)與特征。在阿泰勒地區(qū)礦山的風(fēng)化殼中，源巖是礦山稀土元素的唯一來(lái)源，源巖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)即為稀土元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。為研究新疆阿泰勒地區(qū)礦山稀土元素地球化學(xué)特征，選擇3 組黑色巖系砂巖樣品，分別是YTR-01 為輕稀土、GDT-02 為三道坎組砂巖、FSD-03為重稀土，對(duì)其化學(xué)元素進(jìn)行提取，探究其中稀土元素的分析精度，可得稀土元素的標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)效果如下圖1 所示。

據(jù)圖1 可以發(fā)現(xiàn)，這三種樣品的稀土總量均高于PAAS 標(biāo)準(zhǔn)含量，這樣的情況，可以反映出三種樣品均呈現(xiàn)相對(duì)富集的特征。稀土元素具有穩(wěn)定性，與多金屬富集層的稀土元素總量有關(guān)，在三種樣品的稀土元素配分模式相同的情況下，風(fēng)化和成巖的作用對(duì)樣品檢測(cè)的影響相對(duì)較小，從而形成輕稀土元素富集的狀態(tài)。由圖2 可知，0～Pb 段的稀土元素展示出明顯的右傾情況，這種情況是因?yàn)榛疑斜邮規(guī)r夾層的緣故，說(shuō)明阿泰勒地區(qū)稀土元素的分餾情況較為明顯，而重稀土段的相對(duì)平緩，說(shuō)明重稀土元素的分餾較小。三道坎組砂巖中礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高，造成稀土元素總量整體偏低的狀況，表明物源較為一致，該地區(qū)的稀土元素相對(duì)富集。

3 新疆阿泰勒地區(qū)礦山稀土元素物源分析

3.1 物源分析

稀土元素在水體中易被溶解，與細(xì)粒沉積物發(fā)生反應(yīng)，所以能夠很好的保留源區(qū)內(nèi)礦物質(zhì)的地球化學(xué)信息。應(yīng)用稀土元素配分模式的方法，來(lái)判斷新疆阿泰勒地區(qū)礦山稀土元素的物源物質(zhì)來(lái)源，可以較好的對(duì)沉積物進(jìn)行示蹤。根據(jù)區(qū)分物源區(qū)屬性，對(duì)阿泰勒地區(qū)礦山稀土元素進(jìn)行物源分析[3]。在實(shí)際應(yīng)用中，相同來(lái)源的物質(zhì)配分模式曲線一致，稀土元素也頗為相近，進(jìn)而判別沉積物物源的構(gòu)造環(huán)境。在物源示蹤研究中，最可靠的指標(biāo)就是稀土元素的常規(guī)分布模式，因此在此項(xiàng)研究領(lǐng)域中，稀土元素的應(yīng)用較為廣泛。

阿泰勒地區(qū)中，基性巖混合物源區(qū)域?yàn)槭r沉積的主要區(qū)域，可以在較大程度上反映盆地物源區(qū)的復(fù)雜性，由于區(qū)域內(nèi)重稀土含量穩(wěn)定，且輕稀土富集，采用標(biāo)準(zhǔn)化配分模式后，可以發(fā)現(xiàn)阿泰勒地區(qū)的樣品中，出現(xiàn)了Rb 的明顯負(fù)異常，這種異常狀況可能在暗示，Rb 元素相應(yīng)的沉積環(huán)境水體較淺，輕稀土元素分異程度明顯，研究區(qū)三組樣品的分布模式，與上地殼基本保持一致，未發(fā)生明顯變化情況，說(shuō)明樣品黑色巖系中的沉積巖應(yīng)來(lái)源于上地殼。與周緣變質(zhì)巖配分模式相比，該地區(qū)物源存在混源區(qū)域，稀土元素的配分模式顯示呈平行趨勢(shì)，與礦體中部的花崗巖有極高的吻合度，表明稀土的含量大致變化呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

圖1 稀土元素的地殼標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖

3.2 物源區(qū)分析

為進(jìn)一步研究新疆阿泰勒地區(qū)礦山稀土元素的物源情況，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行深入分析。新疆阿泰勒地區(qū)的地塊內(nèi)部相對(duì)穩(wěn)定，不同樣品之間存在較高的相似度，在火山熱運(yùn)動(dòng)沒(méi)有發(fā)生的基礎(chǔ)上，富集的輕稀土元素表明此時(shí)礦山的物源穩(wěn)定性較好。上覆沉積的巨厚的黑色巖系沉積巖，為物源流通提供的良好的陸源碎屑，因此通過(guò)碎屑錯(cuò)石年齡方法，約束判斷物源區(qū)的判定。不同樣品的稀土元素含量相對(duì)分散，對(duì)西南地區(qū)來(lái)說(shuō)，平行性相對(duì)較差。在研究區(qū)3 個(gè)樣品的稀土元素配分模式時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)稀土元素含量各有特點(diǎn)，不過(guò)總體差異不大。

依據(jù)碎屑錯(cuò)石年齡方法，測(cè)定新疆阿泰勒地區(qū)各時(shí)代的年齡時(shí)，可得在奧陶紀(jì)初期，主要物源為華北板塊，隨著時(shí)間的推移，該時(shí)期物源具有多源性。而這種變遷下，各個(gè)地區(qū)物源存在相對(duì)差異特征，進(jìn)而對(duì)物源區(qū)特征與沉積物來(lái)源進(jìn)一步判別，北東部樣品投點(diǎn)分散情況明顯，阿泰勒地區(qū)物源存在多源性。在準(zhǔn)噶爾盆地與陰山地塊之間，表明該礦山周圍存在一個(gè)巨大的物源區(qū)，北西部樣品投點(diǎn)較為緊密，明顯靠近沉積巖區(qū)，且全部落在了沉積巖，在礦山頂部存在一套火山凝灰?guī)r。綜上所述，依據(jù)同位素研究顯示，頂部巖層與礦山稀土元素有關(guān)，且二者錯(cuò)石年齡具有一致性，物源來(lái)自于阿泰勒地區(qū)礦山嶺造山帶。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)新疆阿泰勒地區(qū)礦山稀土元素進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)該地區(qū)具有多個(gè)造山帶，沉積巖主要為黑色巖系組成，受阿爾泰山逆沖推覆帶控制，巖屑類型主要為火山巖，阿泰勒地區(qū)稀土元素總量，比大陸上地殼的平均值要高，源巖形成背景為大陸島弧，巖石指示近源沉積特征。在新疆阿泰勒地區(qū)中，重稀土元素相對(duì)穩(wěn)定，而輕稀土元素相對(duì)富集，依據(jù)樣品的稀土元素，能夠?qū)υ摰貐^(qū)的元素分布情況進(jìn)行判別，采用地球化學(xué)分析的手段，發(fā)現(xiàn)樣品呈現(xiàn)明顯右傾。

阿泰勒地區(qū)稀土元素的物源，主要受阿爾泰山影響，通過(guò)物源區(qū)構(gòu)造背景的不同，表明新疆阿泰勒地區(qū)的構(gòu)造背景主要為大陸島弧環(huán)境。稀土元素特征值，在重稀土段則呈平緩趨勢(shì)，與須二段相比，須四段逆沖推覆運(yùn)動(dòng)有了明顯升高，借用SPSS 軟件，對(duì)阿泰勒地區(qū)礦山稀土元素地球物源進(jìn)行研究，可以發(fā)現(xiàn)其與上地殼的分布模式十分相似，均在輕稀土處存在較大抖率，為阿泰勒地區(qū)提供了大量的物源，屬于較典型殼源沉積。