內(nèi)蒙古北山地區(qū)礦物的地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

魏 民，趙澤南，楊建坤，李 豐，王 強(qiáng)

（河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院，河北 廊坊 065000）

北山地區(qū)位于甘肅、內(nèi)蒙古和新疆三省交界地帶，為哈薩克斯坦、塔里木、華北板塊交匯部位，地質(zhì)特征復(fù)雜。北山地區(qū)地質(zhì)研究成果表明，受阿爾金大斷裂的影響，斷裂北側(cè)可進(jìn)一步劃分為塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊[1]。北山地區(qū)發(fā)育多條成礦帶，由北向南分別為紅石山-百合山-蓬勃山成礦帶、芨芨臺子成礦帶、紅柳河-白云山-月牙山成礦帶、輝銅山成礦帶[2]（圖1）。前人對上述各成礦帶進(jìn)行大量研究，取得豐碩成果。紅石山成礦帶形成于石炭紀(jì)初始小洋盆構(gòu)造環(huán)境[1]。芨芨臺子-小黃山成礦帶形成構(gòu)造環(huán)境為陸緣裂谷，形成時代為早石炭世[3]。紅柳河-白云山-月牙山成礦形成時代主要由兩種認(rèn)識：①奧陶-志留紀(jì)[4]，②形成于早寒武世；形成構(gòu)造環(huán)境存在以下認(rèn)識：①弧后小洋盆[1]；②南側(cè)塔里木板塊和北側(cè)哈薩克斯坦板塊縫合帶[4]；③形成于有限小洋盆的洋中脊構(gòu)造環(huán)境。輝銅山成礦帶形成于陸緣裂谷構(gòu)造環(huán)境，形成時代為晚奧陶世[5]。北山地區(qū)南側(cè)塔里木板塊與北側(cè)哈薩克斯坦板塊邊界位置具有以下四種認(rèn)識：①紅石山成礦帶[5]；②小黃山成礦帶[1]；③紅柳河-白云山-月牙山成礦帶[6]；④輝銅山成礦帶[7]。前人研究過程中，塔里木和哈薩克斯坦板塊邊界位置，紅柳河-白云山-洗腸井成礦帶性質(zhì)及形成時代存在較大分歧[1，4]。通過對該區(qū)域內(nèi)的玄武巖系統(tǒng)分析研究結(jié)合區(qū)域資料研究認(rèn)為，白云山成礦帶形成于寒武紀(jì)，是塔里木板塊與哈薩克斯坦板塊邊界。

1 地質(zhì)背景

本次所研究的礦化帶位于白云山南，是紅柳河-白云山-月牙山成礦帶重要組成部分。成礦帶呈北西西向展布（圖2）。成礦帶北側(cè)出露地層為白云山組，南側(cè)出露橫巒山組和錫林克博組，呈斷層接觸關(guān)系，西側(cè)被第四系坡積物覆蓋。成礦帶地形低緩，局部突出呈小山包狀。

混雜巖帶整體呈北西西向帶狀展布，南部成礦組合出露較為完整，下部為超鎂鐵質(zhì)雜巖，包括輝石巖、輝石橄欖巖、蛇紋巖等，具強(qiáng)蛇紋石化、碳酸鹽化蝕變；上部為堆晶輝長巖等，具透閃石化蝕變特征；玄武巖熔巖覆蓋于輝長巖上，具海相火山噴發(fā)特征；最上部發(fā)育含放射蟲硅質(zhì)巖。硅質(zhì)巖呈巖塊狀分布于混雜巖帶中。

依據(jù)礦石變形強(qiáng)弱特征將混雜巖帶中巖石分為基質(zhì)和巖塊部分，基質(zhì)變形強(qiáng)烈，巖塊變形相對較弱?；|(zhì)分為超鎂鐵質(zhì)基質(zhì)、玄武質(zhì)基質(zhì)和泥沙質(zhì)基質(zhì)。巖塊巖性較為復(fù)雜多樣，包括超鎂鐵質(zhì)巖、輝長巖、斜長花崗巖等。

2 樣品采集和實驗方法

本次樣品采集于成礦帶東部的地層中。玄武巖灰綠色，斑狀結(jié)構(gòu)、基質(zhì)似間粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦石由斑晶、基質(zhì)組成。斑晶主要由斜長石和暗色礦物假相組成，零散分布，部分呈聚斑、聯(lián)斑產(chǎn)出，粒徑一般為0.35mm～0.8mm，斜長石呈半自形板狀，具高嶺土化等，暗色礦物呈它形粒狀，多被綠泥石等集合體交代，呈假相，斑晶含量1%～5%；基質(zhì)由斜長石、暗色礦物假相組成。

3 測試結(jié)果

地質(zhì)礦物中SiO2含量為49.96%～53.09%，平均值51.54%，略高于正常洋中脊玄武巖（N-MORB）含量（48.77%）[8]；TiO2含 量0.76%～0.80%，平 均 值0.78%，略低于洋中脊玄武巖平均值（1%～1.5%）[9]；Al2O3含量15.64%～16.26%；K2O含 量0.48%～1.67%，平 均 值為1.11%，受后期蝕變影響，變化較大；P2O5含量為0.07%～0.08%，平均值為0.07%；MgO含量6.72%～7.76%，平均值7.32%；Mg#值為57.95～71.59。TAS圖解（圖3）樣品投點于玄武巖及玄武安山巖區(qū)域，樣品為亞堿性系列礦石。樣品分異指數(shù)DI為33.23～41.84，分異程度較低。

圖3 礦物的TAS圖解Ir-Irvine分界線，上方為堿性，下方為亞堿性

地質(zhì)礦物的稀土元素含量較低，ΣREE為22.89～42.52×10-6，略低于N-MORB和E-MORB，遠(yuǎn)低于OIB。樣品LREE/HREE為1.72～2.84，（La/Yb）N為0.83～0.89，（Ce/Yb）N為0.81～1.02，輕、重稀土分異程度低，輕稀土相對虧損，重稀土相對富集；（La/Sm）N為0.68～1.08，輕稀土分異程度較低；（Gd/Yb）N為0.71～1.04，重稀土分異程度較低；δEu為1.06～1.15，具輕微正異常；δCe為0.89～1.07，具弱異常。稀土元素配分曲線具輕微左傾特征，輕稀土輕微虧損，與N-MORB配分曲線一致，具洋中脊玄武巖（MORB）特征（圖4）。

圖4 稀土元素球粒礦石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖

樣品微量元素含量較低，略高于原始地幔元素含量，與N-MORB含量相當(dāng)。受后期熱液作用影響，大離子親石元素活動較強(qiáng)，與N-MORB相比，含量較高，僅Sr含量相當(dāng)，具有K，Rb，Ba正異常及Th負(fù)異常。微量元素配分曲線與N-MORB曲線較為一致（圖5）。玄武巖Rb/Sr比值為0.05～0.21，與N-MORB相當(dāng)。

圖5 微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值

4 討論

4.1 成礦構(gòu)造環(huán)境

紅柳河-牛圈子-白云山-月牙山-洗腸井礦物形成構(gòu)造環(huán)境存在以下認(rèn)識：①弧后小洋盆；②塔里木和哈薩克斯坦板塊縫合帶；③形成于有限小洋盆的洋中脊構(gòu)造環(huán)境。

Nb、Zr、Y等高場強(qiáng)元素較為穩(wěn)定，是確定玄武巖構(gòu)造環(huán)境的有效判別因子[9]）。2Nb-Zr/4-Y圖解（圖6）樣品投點于N型MORB區(qū)域，表明樣品具N-MORB特點。玄武巖P2O5-TiO2圖解（圖7）中樣品投點于洋中脊玄武巖區(qū)域，表明礦石形成于洋中脊構(gòu)造環(huán)境。

圖6 2Nb-Zr/4-Y構(gòu)造環(huán)境判別圖

圖7 玄武巖P2O5-TiO2圖解

區(qū)域資料表明，白云山-月牙山-洗腸井蛇綠混雜巖帶是一條近東西向展布的重要的重力場、磁場分界線。洗腸井成礦帶附近出露有頂、底明確，層序清楚，冰磧巖特征顯著的震旦系剖面，表明震旦系時期大陸尚未裂解[10]。寒武紀(jì)具陸緣海向大陸坡、陸基，最后進(jìn)入半深海沉積環(huán)境特點，表明初始洋殼于此形成[2]。成礦帶南側(cè)出露的長城系、薊縣系和青白口系地層，為塔里木板塊穩(wěn)定蓋層沉積，成礦帶北側(cè)出露指示活動陸緣的公婆泉島弧帶，表明成礦帶形成于成熟大洋環(huán)境，具有板塊分隔作用。白云山成礦帶出露完整，礦石組合具現(xiàn)代大洋洋殼特征，玄武巖巖石及巖石地球化學(xué)具洋中脊玄武巖特征。綜合分析認(rèn)為，紅柳河-牛圈子-白云山-月牙山-洗腸井礦物為是板塊的縫合帶，以該帶為界，南側(cè)為塔里木板塊，北側(cè)為哈薩克斯坦板塊，玄武巖為洋中脊玄武巖。

4.2 地質(zhì)礦物的形成時代

紅柳河-牛圈子-白云山-洗腸井礦物形成時代主要由兩種認(rèn)識：①奧陶-志留紀(jì)，②形成于早寒武世。

資料表明紅柳河蛇綠混雜巖帶輝長巖年齡516.2Ma±7.1Ma[11]；月牙山成礦帶斜長花崗巖年齡536Ma±7Ma[12]；月牙山成礦帶中蝕變輝長巖巖塊年齡為540.2Ma±1.3Ma，斜長花崗巖巖塊的同位素年齡為527.4Ma±1.3Ma[13]。斜長花崗巖為演化過程中最后出現(xiàn)的產(chǎn)物，其形成時代能夠代表礦物的形成時代。月牙山及洗腸井成礦帶斜長花崗巖均形成于早寒武紀(jì)與紅柳河堆晶輝長巖年齡相近。上述同位素研究成果表明，研究區(qū)的礦床形成于早寒武世。本次工作白云山成礦帶中玄武巖、輝長巖取得大量奧陶-志留紀(jì)同位素年齡，結(jié)合前人取得同位素年齡成果，表明礦物的組成較為復(fù)雜，除具洋中脊特征外，還有形成于大洋俯沖環(huán)境下的礦物組合。

5 結(jié)論

（1）玄武巖為亞堿性系列礦石，稀土總含量較低，輕、重稀土分異程度低，輕稀土輕微虧損，配分曲線具N-MORB特征，微量元素含量與N-MOPB相當(dāng)，具K、Rb、Ba等大離子親石元素正異常，微量元素配分曲線高場強(qiáng)元素與N-MORB一致。

（2）玄武巖為洋中脊玄武巖，白云山成礦帶為南側(cè)塔里木板塊與北側(cè)準(zhǔn)噶爾板塊的縫合帶。

（3）白云山成礦帶形成時代于寒武紀(jì)。