河南省魯山—舞鋼地區(qū)含石墨巖系巖石地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

韓長壽, 張燕贊, 朱林杰, 蔣 芹, 趙 靜, 許 蕓

(河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊,河南 鄭州 450016)

0 引言

華北地臺南緣深變質(zhì)晶質(zhì)石墨礦主要分布于小秦嶺—魯山—舞鋼一線,含石墨巖系為新太古界太華群上部的一套以富含高鋁礦物石榴子石、矽線石和石墨,并普遍分布大理巖為特征的區(qū)域變質(zhì)巖石組合,目前許多研究者認(rèn)為這套巖石組合屬于孔茲巖系[1-3]。魯山—舞鋼地區(qū)的孔茲巖系主要巖石類型為含石墨、石榴子石、矽線石(黑云)斜長片麻巖夾不連續(xù)的大理巖、淺粒巖等,變質(zhì)程度達(dá)高角閃相。含石墨巖系處在孔茲巖系的中下部,常產(chǎn)出一層或多層石墨礦。

魯山—舞鋼地區(qū)位于屬華北陸塊南部古裂谷石墨成礦帶的東段[4],是河南省重要的石墨礦資源地。以往對區(qū)內(nèi)孔茲巖系和含石墨巖系的研究,多用地層學(xué)和礦床學(xué)的方法[5-8],對巖石地球化學(xué)特征,特別是微量元素和稀土元素特征的研究較少。本項目的研究目的是查明區(qū)內(nèi)石墨的成礦地質(zhì)條件,評價區(qū)內(nèi)石墨礦的找礦潛力,研究含石墨巖系的巖石地球化學(xué)特征是本項目的重要研究內(nèi)容。本研究通過分析含石墨巖系主要巖性的常量、微量元素和稀土元素的地球化學(xué)特征,確定了石墨巖系的變質(zhì)原巖、原巖的物源以及原巖的沉積環(huán)境。

1 研究區(qū)含石墨巖系地質(zhì)概況

本次研究范圍為魯山—舞鋼地區(qū)的一個呈NW向的帶狀區(qū)域,面積約1250 km2,地理坐標(biāo)為東徑112°27′25″～113°34′32″,北緯33°14′10″～34°02′20″。魯山—舞鋼地區(qū)位于三門峽—魯山斷裂和欒川—方城維摩寺斷裂之間的華北地臺南緣東段,區(qū)內(nèi)的含石墨巖系為新太古界太華群的上部層位,太華群呈斷續(xù)狀分布,集中出露在魯山縣的西北部和舞鋼市北部—葉縣南部地區(qū),兩地之間被新生界覆蓋或被巖漿巖侵噬(圖1)。太華群在魯山和舞鋼地區(qū)的地層劃分方案不同,目前的資料都將區(qū)內(nèi)太華群歸屬到新太古代。魯山地區(qū)的太華群自下而上劃分為五個組,即耐莊組、蕩澤河組、鐵山嶺組、水底溝組和雪花溝組,各組間均為整合接觸,前三個組為灰色片麻巖系,水底溝組為孔茲巖系;舞鋼地區(qū)的太華群自下而上劃分為四個組,即趙案莊組、鐵山廟組、楊樹灣組和唐山溝組,前兩個組為灰色片麻巖系,后兩組為孔茲巖系,各組均為整合接觸。兩地區(qū)地層雖然名稱不同,但主要巖石礦物組合和地層特征基本相同,屬同一套地層[9]。

圖1 河南省魯山—舞鋼地區(qū)地質(zhì)略圖

魯山地區(qū)的鐵山嶺組和舞鋼地區(qū)的趙案莊組、鐵山廟組賦存有多層鐵礦,鐵山嶺組和鐵山廟組內(nèi)的鐵礦被認(rèn)為是BIF型鐵礦,趙案組中的鐵礦成因類型還存在火山沉積變質(zhì)與巖漿變質(zhì)之爭。

魯山地區(qū)含石墨巖系為水底溝組,巖性為含石榴子石、石墨和矽線石的黑云斜長片麻巖,局部夾大理巖,地層總厚度111～669 m,巖石變質(zhì)程度基本為角閃巖相;舞鋼地區(qū)的含石墨巖系為楊樹灣組,巖性主要為含石墨、石榴子石的(黑云)斜長片麻巖夾大理巖、混合巖,地層總厚大于260 m。

含石墨巖系中局部石墨富集,形成層狀石墨礦工業(yè)礦體,礦體產(chǎn)狀與圍巖一致,魯山地區(qū)的石墨礦呈多層狀產(chǎn)出,舞鋼地區(qū)僅有一層,石墨礦層中常被后期巖脈穿插。

區(qū)內(nèi)含石墨巖系主要巖石類型具有孔茲巖系典型的礦物和巖石組合,屬于孔茲巖系6種巖石組合中的石榴子石—矽線石—石墨片巖和片麻巖類型。

2 樣品采集與分析

2.1 樣品采集

研究區(qū)內(nèi)含石墨巖系中的含石墨黑云斜長片麻巖為含石墨、石榴子石,局部含矽線石的片麻巖類,屬狹義的孔茲巖[10],是孔茲巖系的主要組成部分,其巖石地球化學(xué)特征基本代表了孔茲巖系。

本次研究樣品采集的對象為太華群水底溝組和楊樹灣組中的含石墨黑云斜長片麻巖。樣品采集于區(qū)內(nèi)有代表性的,出露條件較好地段的新鮮基石。采樣方法為連續(xù)刻槽取樣,樣品長度1～2 m,共取樣10件,采樣地點見圖1。

含石墨(黑云)斜長片麻巖呈深灰色,鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu),片麻狀構(gòu)造。主要礦物成分及含量占比:石英35%～40%,斜長石30%～35%,鉀長石10%～15%,石墨0.09%～12.72%,黑云母10%～15%,少量鋯石、磷灰石、方解石、石榴子石、矽線石等,金屬礦物微量。鏡下觀察,礦物粒度0.1～3.2 mm,石英具波狀消光,鉀長石格子雙晶發(fā)育,斜長石、黑云母有被交代的現(xiàn)象。

2.2 分析與測試

樣品分析了全巖的常量、微量和稀土元素含量,分析單位為中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心。常量元素分析方法為X射線熒光光譜儀法,儀器型號:PW4400/40;微量及稀土元素分析方法為電感耦合等離子質(zhì)譜儀法(ICP-MS),儀器型號:X seriesⅡ。分析結(jié)果見表1、表2、表3。

表1 含石墨巖系常量元素分析數(shù)據(jù)

表2 含石墨巖系微量元素分析數(shù)據(jù)

表3 含石墨巖系稀土元素分析數(shù)據(jù)

表1中,CIA和ICV計算過程中使用的CaO*,使用McLennan提出的簡化方法[11]計算得出,即當(dāng)扣除了磷灰石的影響后,若n(CaO)>n(Na2O),n(CaO*)=n(Na2O),若n(CaO)

3 含石墨巖系巖石地球化學(xué)特征

3.1 常量元素特征

分析結(jié)果表明,含石墨(黑云)斜長片麻巖的常量元素具有中硅、低鋁、高鐵鎂特點,平均w(SiO2)=55.88%,低于北美頁巖(64.80%)[14];平均w(Al2O3)=11.91%,低于一般的孔茲巖系巖石(>15%);平均w(Fe2O3+FeO+MgO)=11.30%。堿質(zhì)成分總體上w(K2O)>w(Na2O),但兩者含量相差不大,平均w(K2O)=2.76%,平均w(Na2O)=1.67%,K2O/Na2O比值為0.50～19.50,平均比值為3.90。

樣品常量元素含量呈無序分布,與樣品的區(qū)段位置,層位上下無明顯關(guān)系。通過統(tǒng)計各常量元素間的相關(guān)系數(shù)(表4),Al2O3與Na2O呈正相關(guān),與其他成分無明顯相關(guān)性;SiO2與K2O呈正相關(guān),而與Fe2O3、FeO、MgO都呈明顯負(fù)相關(guān);K2O與MgO、CaO呈負(fù)相關(guān)。

表4 常量元素相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計表

典型的孔茲巖系一般具有高鋁(Al2O3>15%),富K貧Na(K2O/Na2O>5)的特點,與之相比,區(qū)內(nèi)含石墨巖系的Al2O3含量較低,多數(shù)樣品富K貧Na的特點不顯著,屬一種低鋁的孔茲巖系。

3.2 微量元素與稀土元素地球化學(xué)特征

在微量元素的原始地幔(數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[15])標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中(圖2),U、P、Ti表現(xiàn)為明顯負(fù)異常,Ta、Nb、Ba有弱虧損,而多數(shù)樣品的K、Zr有明顯正異常。微量元素分布特點總體是大離子親石元素Ba、Rb、K、Sr等含量變化相對較小,而高場強元素U、Ti、Nb、Y、Zr等含量相對變化較大。

圖2 含石墨巖系微量元素分布蛛網(wǎng)圖

有學(xué)者認(rèn)為,泥質(zhì)巖石的Cr/Th值主要受局部源區(qū)及構(gòu)造影響,是對源區(qū)較敏感的指數(shù),可以記錄上地殼成分的變化特征[16-17]。Cr是親鐵元素,在鐵鎂質(zhì)巖石中含量最高;而Th為大離子親石元素,在硅鋁質(zhì)巖石中含量最高,Cr/Th值隨巖石中玄武質(zhì)、科馬提質(zhì)成分的降低或隨花崗質(zhì)成分的增加而變小?，F(xiàn)代上地殼主要成分為硅鋁質(zhì),根據(jù)Rudnick等[18]的統(tǒng)計數(shù)據(jù),其Cr/Th平均值為8.76,而Taylor等[19]提出的太古宙上地殼Cr/Th平均值為31。區(qū)內(nèi)除了原巖為火山巖的3個樣品外,其他7個樣品(見后文)的Cr/Th值為0.69～34.56,平均9.88,明顯低于太古宙上地殼平均值,而與現(xiàn)代上地殼平均值相近,反映的是原巖為泥質(zhì)巖的沉積物源以花崗質(zhì)成分為主,少部分為玄武質(zhì)、科馬提質(zhì)。區(qū)內(nèi)樣品Rb/Sr平均值為0.97,高于原始地幔Rb/Sr值0.03[15]的30倍,Sr/Ba平均值為0.36,Rb/Sr >Sr/Ba,表明巖石沉積物質(zhì)來源以陸殼物質(zhì)為主。

區(qū)內(nèi)樣品微量元素的分布特點與地幔巖石相差明顯,多種元素的含量或比值與現(xiàn)代上地殼巖石相近,表明了區(qū)內(nèi)變質(zhì)原巖成巖物質(zhì)的陸殼來源。

區(qū)內(nèi)樣品稀土元素總量變化幅度為一個數(shù)量級,ΣREE(含Y)為(46.17～299.58)×10-6,在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布模式圖上(圖3)呈右傾的分布形態(tài),輕稀土段的斜率大于重稀土段的斜率,表明輕、重稀土有一定分異,輕稀土比重稀土的分異程度略高,(La/Yb)N、(La/Sm)N、(Gd/Yb)N的平均值分別為11.50、4.37、2.01,反映出巖系中輕稀土相對富集。

圖3 含石墨巖系稀土元素分布模式圖

各樣品均不具有明顯Ce異常,δCe為0.89～1.04,δEu變化較大,其值為0.45～1.89。由圖3可見,根據(jù)分布曲線中Eu的虧損程度,樣品可大致劃分為三組:H10樣,具明顯Eu正異常,ΣREE低;H4、H5等多數(shù)樣品,具明顯Eu負(fù)異常,ΣREE高,與北美頁巖相比,兩者稀土元素分配模式基本一致;H6、H11樣,Eu異常不明顯,ΣREE居中,這些特點表明成巖物質(zhì)來源的多樣性。

4 含石墨巖系的原巖及物源

4.1 含石墨巖系的原巖恢復(fù)及物源分析

原巖恢復(fù)及其物源分析是變質(zhì)巖研究的重要內(nèi)容,本次研究中,利用常量、微量和稀土元素,通過多種方法對含石墨巖系的原巖進(jìn)行了恢復(fù)、對比,對原巖的物質(zhì)來源進(jìn)行了分析,不同的方法所得出的結(jié)果基本一致。

在區(qū)域變質(zhì)作中,常量元素是按等化學(xué)條件處理的,變質(zhì)巖與其變質(zhì)原巖的常量元素含量保持不變。本次研究經(jīng)利用常量元素進(jìn)行尼格里巖石化學(xué)計算,結(jié)果顯示,在Si-(al+fm)-(c+alk)圖解中(圖4),樣品數(shù)落點比較分散,在泥巖、砂巖、鈣質(zhì)沉積物和火山巖區(qū)都有樣品分布,有半數(shù)樣品落在泥巖—砂巖區(qū),3個樣品分布在火山巖區(qū),2個樣品在鈣質(zhì)沉積物區(qū)。表明含石墨黑云斜長片麻巖的變質(zhì)原巖較復(fù)雜,主要為泥巖、砂巖,并含有部分鈣質(zhì)沉積物和少量中—基性火山巖。

圖4 含石墨巖系Si-(al+fm)-(c+alk)圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[20])

利用微量元素中不活動元素Ni、Zr、Ti進(jìn)行的原巖恢復(fù)(圖5中Ni、Zr以10-6計,TiO2以%計)表明,原巖主要為沉積巖,含少量火成巖。

圖5 含石墨巖系Ni-Zr/TiO2圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[22])

稀土元素同樣具有化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定的特點,也是進(jìn)行物源示蹤常用的元素。王中剛等[21]認(rèn)為,在400℃以下或變質(zhì)程度在角閃巖相以下的中、低級變質(zhì)巖中,稀土元素是不進(jìn)行遷移的,變質(zhì)巖的稀土元素特點基本反映了原巖及物源的稀土元素特征。但在研究區(qū),含石墨巖系的巖石變質(zhì)程度達(dá)到了高角閃巖相,變質(zhì)溫度達(dá)到600℃～700℃[23],能否利用稀土元素進(jìn)行原巖恢復(fù),就要研究稀土元素在變質(zhì)過程中是否有帶入或帶出。一般地,巖石發(fā)生強烈蝕變或與發(fā)生水巖作用,就會改變稀土元素的配分模式,稀土元素就會發(fā)生遷移,變質(zhì)巖的稀土元素特征較原巖會發(fā)生明顯變化,就不能再利用其進(jìn)行原巖恢復(fù)。這種情況下,δEu和δCe將呈現(xiàn)顯著的線性相關(guān)。通過對樣品的δEu和δCe關(guān)系研究,δEu和δCe的線性相關(guān)性并不明顯(圖6),兩者的相關(guān)系數(shù)僅為0.48。表明在變質(zhì)作用過程中,稀土元素的遷移并不明顯,仍可利用其進(jìn)行原巖恢復(fù)研究。

圖6 δEu和δCe關(guān)系圖

在稀土元素La/Yb-ΣREE圖解中 (圖7),樣品投影點主要分布在沉積巖、鈣質(zhì)泥巖及其與玄武巖的重疊區(qū),其他區(qū)域中基本沒有樣品分布,同樣表明原巖以沉積巖為主,基性火山物質(zhì)為輔。

圖7 含石墨巖系La/Yb-ΣREE圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[24])

上述三種方法進(jìn)行的原巖恢復(fù)結(jié)果基本一致,都表明變質(zhì)原巖主要為沉積巖(泥巖、砂巖),有少量鈣質(zhì)沉積物和火山物質(zhì)。

前述微量元素特征中,巖石樣品的U、Ti、Ta、Nb含量都較低,是地殼巖石的地球化學(xué)標(biāo)志,Rb/Sr明顯高于原始地幔,也表明原巖成巖物質(zhì)來源于地殼。原巖為泥質(zhì)巖的樣品較低的Cr/Th值,反映出其源區(qū)風(fēng)化物以花崗質(zhì)為主。

圖4的稀土元素分配模式圖顯示,具有明顯Eu負(fù)異常的一組樣品與北美頁巖的分配模式基本一致,反映這些樣品的原巖是碎屑沉積物;而具有Eu正異常的H10樣品,ΣREE僅46.17×10-6,無明顯Ce異常,有較強的Eu正異常,反映的是太古宙海洋化學(xué)沉積物的特征。劉敬黨等[3]認(rèn)為,石墨巖系是變質(zhì)的黑色巖系,含有機碳的黑色巖系包括了各種與黑色頁巖共生的碎屑巖和化學(xué)沉積巖,本區(qū)的研究結(jié)果與該觀點基本一致。

綜上分析,通過含石墨巖系的原巖恢復(fù)和對其稀土元素分布特征的研究,表明含石墨巖系的成巖物質(zhì)來源至少有碎屑沉積物、化學(xué)沉積物和火山沉積物三類,碎屑沉積物的中碎屑是以花崗質(zhì)巖石為主及部分玄武質(zhì)、科馬提質(zhì)巖石的風(fēng)化產(chǎn)物。

4.2 含石墨巖系的沉積環(huán)境

沉積物中的一些特征微量元素及稀土元素因化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,其含量主要受風(fēng)化物源的影響,在沉積巖形成的物源風(fēng)化作用、搬運沉積和成巖過程中基本保持不變。在成巖后,若沒有受到熱液影響而產(chǎn)生強烈蝕變,其含量仍能反映物源特征,其他研究者曾利用微量元素和稀土元素對華北地臺其他孔茲巖的物源特征進(jìn)行過研究[3,10,16]。對區(qū)內(nèi)含石墨巖系的野外觀察沒有發(fā)現(xiàn)強烈蝕變的現(xiàn)象,輕微的綠泥石化等屬于退變質(zhì)作用形成,前文對稀土元素所做的分析也表明,在變質(zhì)原巖經(jīng)歷的區(qū)域變質(zhì)過程中,稀土元素沒有明顯的遷移。這為研究變質(zhì)原巖成巖物質(zhì)來源、物源區(qū)的氣候環(huán)境和風(fēng)化程度等特征提供了手段。

華北地臺的孔茲巖系主要為變質(zhì)的陸源海相沉積[3],區(qū)內(nèi)所研究樣品的微量元素中,大離子親石元素含量較高,高場強元素含量較低,Sr/Ba和Rb/Sr平均值分別為0.36、0.98,Rb/Sr>Sr/Ba,反映的是陸源碎屑的特征。而在含石墨巖系中局部存在的大理巖和石墨的生物成因則反映的是海相沉積的特征。

Chen等[25]認(rèn)為,沉積巖中Sr>160×10-6,Sr/Ba>0.35時為淺海相沉積;Sr<90×10-6,Sr/Ba<0.2時為陸相沉積。區(qū)內(nèi)樣品的Sr為75.80～340.00×10-6,平均值為155.84×10-6,Sr/Ba平均值為0.36,接近淺海沉積的指標(biāo)。另外,樣品的MgO/CaO值多為0.50～1.00,指示為咸水沉積。根據(jù)上述指標(biāo)判斷,總的認(rèn)為區(qū)內(nèi)含石墨巖系與華北地臺其他地區(qū)孔茲巖系一樣,均屬陸源海相沉積產(chǎn)物。

U/Th值是判斷沉積巖是正常沉積還是熱水沉積的有效指標(biāo),正常沉積巖中Th含量高于U含量(即U/Th<1),熱水沉積巖中U含量高于Th含量(即U/Th>1)[3],區(qū)內(nèi)樣品U/Th為0.11～1.91,平均0.66,反映原巖中的沉積物為主要正常沉積。

化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)不僅可表征化學(xué)風(fēng)化強度,也可指示沉積巖形成時的氣候,一般認(rèn)為,CIA值越大,說明源巖風(fēng)化程度越高,CIA在60以下反映干冷氣候下低等化學(xué)風(fēng)化程度;60～80反映了溫潤氣候條件中等化學(xué)風(fēng)化程度;80以上則表明炎熱氣候條件下的強烈化學(xué)風(fēng)化程度[26-27]。毛光周等[28]也認(rèn)為,CIA在50左右的碎屑沉積巖,其物源巖石未遭受化學(xué)風(fēng)化,CIA值為100時,表明其物源區(qū)巖石遭受了強烈的化學(xué)風(fēng)化。本研究區(qū)內(nèi)的樣品CIA值為47.30～75.98,多數(shù)樣品在60以上,平均值為60.58,表明區(qū)內(nèi)物源區(qū)以溫潤條件下中等風(fēng)化強度為主,部分為干冷氣候條件下的低等化學(xué)風(fēng)化程度。

巖石化學(xué)成分變異指數(shù)(ICV)可判斷碎屑沉積巖物源的碎屑成分成熟度,較高的ICV值反映的是碎屑中黏土礦物比例較少,碎屑成分成熟度低。一般認(rèn)為,如果ICV>1,表明碎屑物質(zhì)是活動構(gòu)造帶的首次沉積;而ICV<1,則表明沉積物經(jīng)歷了沉積再循環(huán)的過程或是在強烈的化學(xué)風(fēng)化作用下的首次沉積[29]。本區(qū)樣品的ICV值為0.77～3.29,平均2.08,因前面的CIA值已表明物源區(qū)化學(xué)風(fēng)化程度較低,故認(rèn)為變質(zhì)原巖的碎屑物質(zhì)是活動構(gòu)造環(huán)境下的首次沉積。

CIA和ICV指數(shù)所指示的物源區(qū)化學(xué)風(fēng)化程度較低,碎屑物成熟度不高,造成一些易分離的常量元素沒有嚴(yán)重流失,結(jié)果碎屑中黏土成分較少,Al2O3含量較低,這是除物源化學(xué)成分外,形成的變質(zhì)原巖Al2O3含量較低的另一主要因素。

4.3 含石墨巖系對物源地球化學(xué)特征的繼承

現(xiàn)在越來越多的證據(jù)表明,華北地臺結(jié)晶基底存在二層結(jié)構(gòu)特點,即地臺的結(jié)晶基底下部為灰色片麻巖系,上部為孔茲巖系,上、下層間存在不整合。隨著各地同位素年齡測試資料的積累,關(guān)于結(jié)晶基底的形成時間也越來越清晰,下部的灰色片麻巖系形成時代為新太古代,上部的孔茲巖系的形成時代為古元古代[1,3-4,30-31]。

太華群的形成時代過去一直被認(rèn)為是新太古代,魯山—舞鋼地區(qū)的灰?guī)r片麻巖系的巖石年齡測試資料較多,所得到的成巖年齡都大于2.50 Ga[1,32],成巖時代為太古代無疑。但區(qū)內(nèi)孔茲巖系較新的地層年齡測試資料有限,楊長秀[33]在魯山地區(qū)水底溝組測得的巖石年齡為2.25～2.31 Ga,地層時代應(yīng)為古元古代。這表明魯山地區(qū)的水底溝組和舞鋼地區(qū)的楊樹灣、唐山溝組地層這套孔茲巖系成巖時代與華北地臺其他地區(qū)的孔茲巖系一致。

從新太古代到古元古代,中間經(jīng)歷了約2300 Ma前的地球大氣中游離氧濃度突然增加的第一次“大氧化”事件,此后全球沉積巖中稀土元素分布模式變得基本相同,分布曲線近于平行排列,共同的特點是具有Eu負(fù)異常,而太古代的沉積巖則一般沒有Eu負(fù)異常。

從區(qū)內(nèi)樣品的稀土元素分布模式看,其與太古代后沉積巖的稀土元素分布模式并不完全一致,本項目測定的區(qū)內(nèi)含石墨巖系中石墨δ13CV-PDB值為-20.68‰～-28.41‰,這表明石墨主要為有機成因,也說明含石墨巖系的形成時間是在“大氧化”事件之后,因為“大氧化”之后大氣中氧氣增加,使地球上的生物得到爆發(fā)式生長,為石墨的形成提供了有機碳源。

區(qū)內(nèi)各樣品稀土元素分布模式差異較大,分異程度不盡相同,雖有部分樣品有Eu負(fù)異常,但也有樣品呈正異?；驘o異常,這反映區(qū)內(nèi)含石墨巖系中稀土元素分布模式并未受到“大氧化”事件顯著影響。太華群是研究區(qū)內(nèi)最老的地層,古元古界水底溝組和楊樹灣組含石墨巖系的成巖物質(zhì)主要來源于下部的新太古代地層風(fēng)化物,或少量為火山碎屑,稀土元素的分布模式主要是對源區(qū)物質(zhì)稀土元素特征的繼承。前面的物源分析認(rèn)為,具有Eu負(fù)異常的樣品其物源為經(jīng)過分異的花崗巖,具有Eu正異常樣品其物源為化學(xué)沉積物。在氧化作用不顯著的情況下,物源中的Eu并未發(fā)生進(jìn)一步氧化而與其他稀土元素分離,而保持著原有的特征。ICV指數(shù)已表明物源區(qū)化學(xué)風(fēng)化程度較弱,同樣印證含石墨巖系保持了物源稀土元素特征的認(rèn)識。

5 結(jié)論

在魯山—舞鋼地區(qū)的孔茲巖系中含石墨巖系分布最廣泛、連續(xù),其他如淺粒巖、變粒巖、大理巖等則在地層中分布不連續(xù),厚度也較小,含石墨巖系中的含石墨、石榴子石、矽線石的黑云斜長片麻巖是孔茲巖石系的主要巖石類型,其巖石地球化學(xué)特征基本代表了孔茲巖系。

研究含石墨巖系和孔茲巖系的地球化學(xué)特征,其意義在于深入認(rèn)識太華群地層上、下層位間的物質(zhì)聯(lián)系以及古元古代孔茲巖系形成時的地質(zhì)作用過程及特點。通過本次研究,獲得以下幾點認(rèn)識:

(1)研究區(qū)含石墨巖系具低鋁的特點,為特殊的低鋁孔茲巖。微量元素表現(xiàn)為地殼巖石的特征,稀土元素分配模式為富輕稀土型,δEu變化較大,反映了物質(zhì)來源的多樣性。

(2)含石墨巖系的變質(zhì)原巖為陸源海相沉積物,成分主要為碎屑沉積物,含少量化學(xué)沉積物和火山巖成分。

(3)物源區(qū)以溫潤條件下中等風(fēng)化強度為主,部分為干冷氣候條件下的低等化學(xué)風(fēng)化程度。物源碎屑成分成熟度低,是未經(jīng)過沉積再循環(huán)的,在活動構(gòu)造環(huán)境下的首次沉積。