山東省微山縣郗山稀土礦同位素年代學(xué)、 巖石地球化學(xué)及其成因

張 鵬，劉珊珊，蘭 君，李衣鑫，邢 楠，楊云濤，劉敬杰，劉袁坤，康志強(qiáng)，楊 鋒

(1.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)大隊(duì)，山東 泰安 271000；2.山東省稀土礦成礦作用研究與探測(cè)院士工作站，山東 泰安 271000；3.桂林理工大學(xué) a.地球科學(xué)學(xué)院；b.有色金屬礦產(chǎn)勘查與資源高效利用省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，廣西 桂林 541006)

稀土元素有“工業(yè)維生素”之稱, 廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代高科技產(chǎn)業(yè), 目前已探明稀土總量不能滿足未來科技發(fā)展的需求[1]。具有開采價(jià)值的稀土礦床主要集中在中國(guó)、 美國(guó)和澳大利亞等國(guó)家, 且全球市場(chǎng)上供應(yīng)的稀土資源只來源于少數(shù)幾個(gè)主要礦床, 如中國(guó)的白云鄂博稀土礦、 牦牛坪稀土礦和美國(guó)的Iron Hill、 Gallinas Mountain等[2-5]。稀土礦床的主要類型包括堿性巖-碳酸巖型、 堿性偉晶巖型、 砂礦型、 花崗巖風(fēng)化殼型等[2-3], 其中與碳酸巖雜巖體有關(guān)的稀土礦床, 往往具有相對(duì)較高的工業(yè)品位, 因此在全球范圍內(nèi)稀土勘探和開發(fā)的重點(diǎn)越來越多地投入到了與碳酸巖雜巖體相關(guān)的稀土礦床上[6-9]。

山東省濟(jì)寧市微山縣境內(nèi)的郗山稀土礦床位于魯西隆起區(qū)西南部, 蘇魯超高壓變質(zhì)帶西部, 屬于微山-淄博成礦帶[10-13]。前人研究顯示該成礦帶稀土礦床形成與早白堊世大規(guī)模巖漿活動(dòng)關(guān)系密切[14-21]。郗山稀土礦是該礦帶中近年來勘探發(fā)現(xiàn)的一個(gè)大型稀土礦床, 其形成與礦區(qū)出露的郗山堿性雜巖體密切相關(guān)[22]。對(duì)于該巖體的形成時(shí)代, 前人大都認(rèn)為集中在燕山晚期(120～140 Ma)[13, 19, 23-24]; 對(duì)其成因和地質(zhì)構(gòu)造背景, 多數(shù)學(xué)者認(rèn)為與古太平洋板塊作用的俯沖密切相關(guān)[16, 18-19], 但也有學(xué)者認(rèn)為其與揚(yáng)子板塊向華北板塊俯沖導(dǎo)致的弧后拉張環(huán)境有關(guān)[13]; 對(duì)于礦床的形成時(shí)代, 不同學(xué)者采用不同方法針對(duì)不同的礦物得出成礦年齡為110～130 Ma[25], 其確切成礦時(shí)代仍然存在一定爭(zhēng)議。

為進(jìn)一步深化郗山稀土礦成巖成礦作用研究, 本文以礦區(qū)最新施工的鉆孔ZK-11-1、 ZK13-2、 ZK5-2為研究對(duì)象, 選取與成巖成礦關(guān)系密切的巖石和輝鉬礦樣品開展成巖成礦年代學(xué)、 巖石學(xué)、 主微量元素與同位素地球化學(xué)研究, 以探討成巖成礦作用的形成時(shí)代、 成因機(jī)制及構(gòu)造背景, 為深化礦床成礦規(guī)律認(rèn)識(shí)提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

魯西地塊處于華北克拉通東南緣, 郯廬斷裂帶以西、 聊城-蘭考斷裂帶以東、 齊河-廣饒斷裂帶以南和豐沛斷裂帶以北, 呈近似平行四邊形[26]。郯廬斷裂帶是中國(guó)東部大型斷裂帶, 以其東段的沂沭斷裂為界, 將山東省劃分成魯西和膠東兩個(gè)地質(zhì)單元[27]; 聊城-蘭考斷裂及齊河-廣饒斷裂將魯西分為華北坳陷和魯西隆起兩個(gè)構(gòu)造單元。研究區(qū)位于魯西隆起南西部, 蘇魯超高壓變質(zhì)帶西部[11](圖1a)。

圖1 魯西地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)文獻(xiàn)[25]修改)Fig.1 Regional geological maps of western ShandongCz—新生界; Mz—中生界; Pz—古生界; An∈—前寒武基底

魯西地層分區(qū)從屬于一級(jí)的柴達(dá)木-華北大區(qū)以及其下分的華北地層區(qū), 地層出露齊全, 從中太古界至新生界第四系均有發(fā)育, 具有較為典型的雙層特征, 基底主要出露太古宙TTG(奧長(zhǎng)花崗巖、 英云閃長(zhǎng)巖、 花崗閃長(zhǎng)巖)巖系與新太古界泰山巖群, 蓋層主要為古生界(寒武系-奧陶系)碳酸鹽巖、 中生界碎屑巖以及第四系沖洪積物等[28-30]。研究區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈, 整體以規(guī)模較大且發(fā)育良好的斷裂構(gòu)造為主, 且具有復(fù)雜的交切關(guān)系, 常顯示出同心環(huán)狀及放射狀分布。斷裂規(guī)模大小各異, 根據(jù)斷裂展布特征及其互相切割關(guān)系, 可大致將區(qū)域內(nèi)的斷裂分為4組: NNE—NEE向(近NE向)、 近EW向、 NW向及近SN向[9, 31-32]。區(qū)內(nèi)巖漿巖類型豐富, 從超基性巖到酸性巖均有分布, 整體以酸性侵入巖為主。區(qū)域上侵入巖的形成時(shí)間主要有3期, 分別是新太古代、 中元古代以及中生代[9, 33-34]。

2 礦區(qū)、 礦體地質(zhì)和巖石學(xué)特征

研究區(qū)出露地層主要為新太古界泰山巖群及新生界第四系。泰山巖群分布于郗山村附近, 零星散布于新太古界片麻狀中?；◢忛W長(zhǎng)巖中, 主要巖性為黑云變粒巖和角閃黑云片巖等。第四系由沖積、 殘坡積及湖積砂土、 含礫砂土、 亞黏土和結(jié)核層等組成, 厚度一般為0.5～3 m, 濱湖一帶厚4～5 m及以上。區(qū)內(nèi)出露燕山期正長(zhǎng)巖類(如石英正長(zhǎng)巖、 霓輝石英正長(zhǎng)巖)和堿性花崗巖, 構(gòu)成郗山堿性雜巖體, 在郗山村附近出露面積約0.5 km2, 與稀土礦化關(guān)系密切。圍巖蝕變作用較強(qiáng), 主要表現(xiàn)為鉀長(zhǎng)石化和鈉長(zhǎng)石化, 其他蝕變主要有碳酸鹽化、 重晶石化、 螢石化、 稀土礦化等[13, 15-16]。

郗山稀土礦產(chǎn)于中生代燕山晚期含霓輝石石英正長(zhǎng)巖內(nèi)外接觸帶附近。礦體主要為含稀土石英-重晶石-碳酸鹽巖脈, 總體呈單脈、 網(wǎng)脈狀的礦脈群產(chǎn)出。圍巖為新太古代片麻狀中粒花崗閃長(zhǎng)巖、 中生代石英正長(zhǎng)巖等, 近礦脈的圍巖具顯著的堿質(zhì)交代蝕變, 主要為鈉長(zhǎng)石化、 霓輝石化和鈉鐵閃石化, 稀土礦物呈浸染狀分布, 構(gòu)成稀土礦化或礦體。含稀土礦物主要為氟碳鈰礦、 氟碳鈣鈰礦、 碳酸鈰鈉礦、 菱鈣鍶鈰礦、 獨(dú)居石和釷石等[33]。郗山礦床稀土礦體眾多, 僅采礦權(quán)內(nèi)已編號(hào)的稀土礦脈就有24條。最新勘查工作在5、 -11、 13線的7個(gè)鉆孔工程(ZK5-1、 ZK5-2、 ZK-11-1、 ZK-11-2、 ZK-11-3、 ZK13-1、 ZK13-2)共圈定礦體44條, 包含新圈定9條(編號(hào)以X開頭), 其中主要礦體17條, 次要礦體27條, 主要礦體中達(dá)到詳查程度的16條, 含稀土石英-重晶石-碳酸鹽巖脈型礦體10條, 細(xì)脈浸染型礦體6條。本次研究以礦區(qū)最新的鉆孔資料為依據(jù)(ZK-11-1、 ZK13-2、 ZK5-2)(圖2), 樣品采集深度分別為73.5～695 m、 184.4～786 m和39～873 m, 共采取堿性雜巖體巖心樣品9件, 分別編號(hào)為ZK-11-1-621 m、 ZK-11-1-616 m、 ZK13-2-200 m、 ZK13-2-510 m、 ZK-11-1-624 m、 ZK-11-1-501 m、 ZK-11-1-531 m、 ZK-11-1-197 m和ZK-11-1-473 m; 輝鉬礦定年樣品1件(ZK5-2-573 m)。通過野外手標(biāo)本觀察, 巖石樣品均為淺肉紅色石英正長(zhǎng)巖及堿性花崗巖。石英正長(zhǎng)巖呈中-細(xì)粒結(jié)構(gòu), 堿性花崗巖呈細(xì)粒結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造, 主要礦物為正長(zhǎng)石、 斜長(zhǎng)石和石英等, 可見少量霓輝石和黑云母(圖3)。輝鉬礦樣品取自石英-重晶石-碳酸鹽巖網(wǎng)脈狀礦石中, 在顯微鏡下輝鉬礦與稀土礦物共生, 以鱗片狀和團(tuán)塊狀構(gòu)造為主(圖4)。

圖2 郗山稀土礦床平面地質(zhì)圖(據(jù)文獻(xiàn)[25]修改)Fig.2 Geological map of Chishan REE deposit1—第四系含礫砂質(zhì)黏土; 2—白堊紀(jì)沙溝序列郗山單元細(xì)粒霓輝石英正長(zhǎng)巖; 3—新太古代嶧山序列太平頂單元片麻狀中-細(xì)粒含黑云花崗閃長(zhǎng)巖; 4—工業(yè)礦體及編號(hào); 5—構(gòu)造破碎帶及主斷裂面產(chǎn)狀; 6—推斷斷層及編號(hào); 7—正斷層; 8—壓性斷層; 9—壓扭性斷層; 10—片麻理產(chǎn)狀; 11—見礦鉆孔及編號(hào)

圖3 郗山稀土礦床巖心樣品(a, b)和光學(xué)顯微照片(c—f, +)Fig.3 Drill core samples(a, b) and micrographs (c-f) of Chishan REE depositAgt—霓輝石; Bt—黑云母; Cal—方解石; Pl—斜長(zhǎng)石; Qr—正長(zhǎng)石; Qz—石英

圖4 郗山稀土礦床輝鉬礦巖心(a)及顯微鏡反射光照片(b)Fig.4 Molybdenite in drill core samples(a) and its micrograph (b)of Chishan REE depositBsn—氟碳鈰礦; Mo—輝鉬礦

3 樣品處理及分析測(cè)試方法

輝鉬礦Re-Os同位素測(cè)試在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所完成。分析流程: 首先將輝鉬礦樣品研磨至200目(74 μm), 稱取0.015 g移入Carius管, 進(jìn)行逆王水溶樣操作, 在電熱蒸氣系統(tǒng)下利用Carius管蒸餾分離Os(原位), 隨后選取蒸餾殘液通過丙酮萃取分離Re, 用ICP-MS測(cè)定出對(duì)應(yīng)的同位素結(jié)果, 進(jìn)而得到模式年齡[40]。

主微量元素測(cè)試在廊坊市中鐵物探勘察有限公司完成。主量元素采用堿熔玻璃片XRF法, 微量元素采用酸溶法, 用Agilent 7500 Series型ICP-MS分析。主量元素分析精度優(yōu)于5%, 微量元素分析精度優(yōu)于10%, 相關(guān)分析方法和程序參見文獻(xiàn)[41]。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb定年

該雜巖體石英正長(zhǎng)巖(ZK-11-1-473 m)中的鋯石多為短柱狀,個(gè)別不規(guī)則狀, 長(zhǎng)50～140 μm,寬50～130 μm,發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖5a)。鋯石U含量(3 074.2～11 583.5)×10-6,Th含量(3 204.1～7 065.3)×10-6,Th/U值為0.51～1.04(表1),均大于0.4,具有典型的中酸性巖漿鋯石特征[13]。去除6個(gè)諧和度不好的分析點(diǎn)后,26個(gè)測(cè)點(diǎn)位于U-Pb年齡諧和線附近,使用Isoplot求出加權(quán)平均年齡為119.9±0.9 Ma(圖5b),表明郗山堿性雜巖體為早白堊世巖漿作用的產(chǎn)物。

圖5 鋯石CL圖像(a)和U-Pb年齡諧和圖(b)Fig.5 CL images(a) and U-Pb age concordia diagrams(b) of zircons紅色圓圈為U-Pb激光剝蝕區(qū), 黃色圓圈為Hf同位素激光剝蝕區(qū)

表1 郗山堿性雜巖體石英正長(zhǎng)巖(ZK-11-1-473)鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果

4.2 輝鉬礦Re-Os 定年

測(cè)試結(jié)果(表2): Re含量28 859×10-9, 普通Os含量0.03×10-9,187Re為18 139×10-9,187Os為36.3×10-9。樣品中普通Os含量極低, 接近于零, 說明輝鉬礦測(cè)試樣中187Os全部由187Re經(jīng)β衰變而來[42-43], 因此可以直接用對(duì)應(yīng)同位素測(cè)試結(jié)果進(jìn)行Re-Os同位素模式年齡計(jì)算[44-45]。經(jīng)計(jì)算, 輝鉬礦的Re-Os同位素模式年齡為120.0±1.8 Ma, 與鋯石U-Pb定年結(jié)果(119.9 ± 0.9 Ma)相近, 反映了郗山稀土礦床成巖和成礦時(shí)代較為一致。

表2 郗山稀土礦床輝鉬礦Re-Os同位素測(cè)試結(jié)果

4.3 Rb-Sr-Nd同位素

Rb-Sr-Nd同位素分析結(jié)果顯示(表3),樣品的87Rb/86Sr值為0.044 02～0.624 72,143Nd/144Nd值為0.512 04～0.512 10。通過計(jì)算,(143Nd/144Nd)i值為0.511 99～0.512 04, (87Sr/86Sr)i值為0.706 36～0.711 68,εNd(t)值為-9.70～-8.82; Nd同位素模式年齡TDM為1.09 ～1.26 Ga。在(87Sr/86Sr)i-εNd(t)圖解(圖6)中, 樣品投點(diǎn)總體落在EMⅠ型富集地幔附近。

表3 郗山堿性雜巖體Rb-Sr-Nd同位素分析結(jié)果

圖6 郗山堿性雜巖體(87Sr/86Sr)i-εNd(t)圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[46], 前人數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[15, 23])Fig.6 (87Sr/86Sr)i vs. εNd(t) diagram from Chishan alkaline complexUCC—上地殼; LCC—下地殼; MORB—洋中脊玄武巖

4.4 Hf同位素

鋯石Hf同位素分析結(jié)果見表4。176Hf/177Hf值為0.282 355～0.282 509, 平均值0.282 454, 對(duì)應(yīng)二階段模式年齡TDM2為1.61～1.95 Ga, 平均1.73 Ga;εHf(t)值為-6.75～-12.22, 平均值-8.71;176Lu/177Hf值為0.001 028～0.001 898, 均小于0.002, 測(cè)試結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確[47]。在t-(176Hf/177Hf)圖解(圖7a)中, 所有測(cè)試點(diǎn)均落入球粒隕石與上地殼演化線之間。在t-εHf(t)圖解(圖7b)中, 測(cè)試點(diǎn)大部分落入球粒隕石與1.8 Ga地殼演化線之間, 少數(shù)樣品落入1.8 Ga 與2.5 Ga 地殼演化線之間。

圖7 郗山堿性雜巖體鋯石t-(176Hf/177Hf)(a)和t-εHf(t)圖解(b)(底圖據(jù)文獻(xiàn)[47-48], 前人數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[19, 24])Fig.7 t vs.(176Hf/177Hf) (a) and t vs. εHf(t)(b) diagrams of Chishan alkaline complex

表4 郗山堿性雜巖體石英正長(zhǎng)巖(ZK-11-1-473)鋯石Hf同位素測(cè)試結(jié)果

4.5 主量元素

郗山堿性雜巖體樣品整體具有相似的主量元素地球化學(xué)特征(表5), SiO2含量為62.53%～73.23%, 平均68.43%, 屬酸性巖類。在TAS分類圖解上主要落入正長(zhǎng)巖、 石英二長(zhǎng)巖、 花崗巖及花崗閃長(zhǎng)巖范圍(圖8a), 與野外及鏡下巖石特征一致, 具有石英正長(zhǎng)巖和堿性花崗巖特征。Al2O3含量較高(12.94%～17.45%, 平均15.36%), 此外, K2O為0.62%～5.30%, Na2O為4.17%～7.81%, CaO為0.84%～3.32%, P2O5為0.03%～0.21%, MgO為0.14%～1.62%, Mg#值為24.79～46.29, 鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為1.23～1.66, 平均1.37。在A/CNK-A/NK圖解上, 主要落入亞堿過鋁質(zhì)、 準(zhǔn)鋁質(zhì)區(qū)域(圖8b), K2O/Na2O值除了1個(gè)為1.02, 其余均小于1, 里特曼指數(shù)σ為2.17～5.81, 平均3.57, 為堿性系列。在AR-SiO2圖解(圖8c)上, 樣品投點(diǎn)主要落入堿性和鈣堿性系列巖石范圍。

圖8 郗山堿性雜巖體TAS分類圖解(a)、 A/CNK-A/NK圖解(b)和AR-SiO2判別圖解(c)(底圖引自文獻(xiàn)[49-51], 前人數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[13, 16, 18-19, 22, 52])Fig.8 TAS(a), A/CNK vs. A/NK(b) and AR vs.SiO2(c) diagrams of Chishan alkaline complex

表5 郗山堿性雜巖體主量(wB/%)、 微量和稀土元素(wB/10-6)分析結(jié)果

續(xù)表5

4.6 稀土及微量元素

在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(圖9a)中, 分布曲線整體呈現(xiàn)出輕稀土富集的右傾特征。稀土總量變化較大(ΣREE=111.63×10-6～1 265.64×10-6), 輕重稀土分餾程度較高, LREE/HREE值為9.28～36.23, (La/Yb)N值為11.06～308.69。從整體看, 9件樣品均具有較為類似的稀土演化特征, 應(yīng)為同源巖漿演化的產(chǎn)物。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖9b)上, 樣品整體富集大離子親石元素(Ba、 Th、 U)及輕稀土元素(La、 Ce、 Nd等), 虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、 Ta、 P、 Ti)。

圖9 郗山堿性雜巖體球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(a和b中前人數(shù)據(jù)分別引自文獻(xiàn)[13, 16, 18-19]和[18-19])Fig.9 Chondrite-normalized REEs distribution(a) and primitive mantle-normalized trace elements(b) of Chishan alkaline complex

5 討 論

5.1 成巖成礦時(shí)代

關(guān)于郗山堿性雜巖體的形成時(shí)代, 田京祥等[22]對(duì)堿性雜巖體運(yùn)用白云母K-Ar定年, 結(jié)果為140 Ma; 閻國(guó)翰等[23]對(duì)霓輝正長(zhǎng)巖進(jìn)行鋯石U-Pb定年, 結(jié)果為131.1 Ma; 閆志嬌[24]對(duì)正長(zhǎng)巖進(jìn)行鋯石U-Pb定年, 結(jié)果為125.3±1.3 Ma; 梁雨薇等[13]獲得石英正長(zhǎng)巖和霓輝石英正長(zhǎng)巖的鋯石U-Pb年齡分別為122.4±2.0 Ma和130.1±1.4 Ma; Wei等[19]分別對(duì)石英正長(zhǎng)巖和堿性花崗巖進(jìn)行鋯石U-Pb定年, 結(jié)果為125.8±1.2 Ma和127.3±1.0 Ma。因此, 前人采用不同研究手段, 證明郗山堿性雜巖體成巖年齡范圍為122.4～140 Ma, 集中于125～130 Ma, 說明早白堊世研究區(qū)存在與堿性巖有關(guān)的巖漿活動(dòng)。本次工作對(duì)山東微山郗山堿性雜巖體石英正長(zhǎng)巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年, 結(jié)果為119.9±0.9 Ma, 較前人所測(cè)結(jié)果稍晚, 可能表明郗山堿性雜巖體的形成時(shí)間一直持續(xù)到119 Ma前后。

前人研究表明郗山稀土礦床形成時(shí)代集中在110～130 Ma(表6)[15, 18, 22, 25, 53]。本研究對(duì)與稀土礦物密切共生的輝鉬礦進(jìn)行了Re-Os同位素定年, 得到其模式年齡為120.0±1.8 Ma, 與此次鋯石U-Pb定年結(jié)果相近, 從側(cè)面反映了礦床形成時(shí)代與成巖時(shí)代一致, 均為早白堊世。張鵬等[25]對(duì)5件稀土礦物氟碳鈰礦Th-Pb同位素測(cè)年結(jié)果分別集中于(122.2±0.5)～(125.5±0.5)Ma和112.3±0.6 Ma。通過綜合前人測(cè)定和本次工作的成礦年齡(表6)表明, 郗山稀土礦床主成礦期為120～125 Ma, 與郗山堿性雜巖體形成時(shí)代一致或稍晚, 符合堿性巖-碳酸巖型巖漿熱液稀土礦床成礦規(guī)律[9, 14], 進(jìn)一步說明成巖與成礦作用密切相關(guān)。

表6 郗山稀土礦床成礦年齡

5.2 成因機(jī)制及構(gòu)造環(huán)境

郗山堿性雜巖體富集大離子親石元素而虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素, 輕重稀土分餾明顯, (La/Yb)N、 LREE/HREE平均值分別為133.93、 25.86, 具有高的Nb/Yb值(平均54.14)和低的TiO2/Yb值(平均0.14), 與幔源巖漿相類似的Lu/Yb值(平均0.14, 幔源巖漿通常為0.14～0.15), 靠近幔源的Rb/Sr值(平均0.07, 幔源巖漿通常小于0.05, 殼源巖漿通常大于0.5[54]), 以及遠(yuǎn)高于地殼平均值的Sr含量(平均2 170.23×10-6, 地殼平均值為320×10-6), 測(cè)試結(jié)果與富集地幔特征較為相符。在Ta/Yb-Th/Yb圖解(圖10a)和Zr/Nb-Zr/Y-Y/Nb圖解(圖10b)上, 絕大部分樣品落在富集地幔區(qū)及其附近, 表明郗山堿性巖的物質(zhì)來源與富集地幔密切相關(guān)。此外, 在t-176Hf/177Hf圖解(圖7a)中, 樣品均落于地殼演化線與球粒隕石附近; 在(87Sr/86Sr)i-εNd(t)圖解(圖6)中, 堿性雜巖體樣品與EM Ⅰ型富集地幔較吻合, 富集特征明顯。EM Ⅰ型富集地幔為再循環(huán)下地殼或者地幔交代作用而成, 郗山堿性雜巖體多數(shù)樣品顯示出較為穩(wěn)定的主微量元素以及放射性同位素特征((87Sr/86Sr)i=0.706 36～0.711 68,εNd(t)=-8.82～-9.70,εHf(t)=-6.75～-12.22), 說明其未經(jīng)歷過巖漿混合作用, 結(jié)合Hf較為古老的二階段模式年齡(TDM2=1.61～1.95 Ga, 古老地殼物質(zhì)特征明顯)以及較小的Th/La值, 說明堿性雜巖體的富集特征主要來自于源區(qū)而非后期巖漿作用。在La-La/Sm圖解(圖11)中, 樣品顯示出部分熔融特征, 表明其應(yīng)為EM Ⅰ型富集地幔部分熔融的產(chǎn)物。

華北克拉通在早白堊世由于古太平洋板塊俯沖的影響, 構(gòu)造體制從擠壓到拉張轉(zhuǎn)變, 導(dǎo)致巖石圈減薄、 郯廬斷裂帶活化及大規(guī)模軟流圈上涌進(jìn)而導(dǎo)致殼幔相互作用, 形成了早白堊世大規(guī)模的成巖成礦活動(dòng)[58-59]。此時(shí)的魯西地區(qū)與整個(gè)華北具有相同的演化背景, 處于強(qiáng)烈拉張伸展環(huán)境[9, 13]。在SiO2-lg(CaO/(Na2O+K2O))判別圖解上, 郗山堿性雜巖體多數(shù)投點(diǎn)落在引張背景下(圖12a)。在(Y+Nb)-Rb判別圖解(圖12b)上, 樣品多位于后碰撞花崗巖區(qū)域, 而后碰撞花崗巖源區(qū)通常為地?；烊玖瞬糠值貧の镔|(zhì)后形成, 巖石出現(xiàn)Nb、 Ta、 Ti 負(fù)異常, 類似于島弧構(gòu)造環(huán)境的特點(diǎn)[60], 與中國(guó)東部中生代大規(guī)模的巖石圈拆沉、 減薄作用的構(gòu)造背景一致[61-64]。以上研究表明, 郗山堿性雜巖體的形成可能與華北克拉通的破壞特別是巖石圈減薄具有相同的深部地球動(dòng)力學(xué)背景[16], 早白堊世魯西地區(qū)應(yīng)處于強(qiáng)烈拉張伸展背景下, 富鉀富堿的巖石圈地幔部分熔融上涌從而形成包括郗山堿性雜巖體在內(nèi)的魯西地區(qū)大規(guī)模堿性巖漿活動(dòng)[26]。

圖10 郗山堿性雜巖體Ta/Yb-Th/Yb圖解(a)和Zr/Nb-Zr/Y-Y/Nb圖解(b)(a和b底圖分別引自文獻(xiàn)[55]、[56], 前人數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[13, 16, 18-19])Fig.10 Ta/Yb vs.Th/Yb(a) and Zr/Nb vs.Zr/Y vs.Y/Nb(b) diagrams of Chishan alkaline complex

圖11 郗山堿性雜巖體La-La/Sm圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[57], 前人數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[13, 16, 18-19])Fig.11 La vs. La/Sm diagram of Chishan alkaline complex

圖12 郗山堿性雜巖體SiO2-lg(CaO/(Na2O+K2O))(a)和(Y+Nb)-Rb圖解(b)(a和b底圖分別據(jù)文獻(xiàn)[13]和[19], 前人數(shù)據(jù)分別引自文獻(xiàn)[13, 16, 18-19, 22, 52]和[13, 16, 18-19])Fig.12 SiO2 vs. lg(CaO/(Na2O+K2O))(a) and (Y+Nb) vs. Rb(b) diagrams of Chishan alkaline complex

6 結(jié) 論

(1)山東省微山縣郗山堿性雜巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果為119.9±0.9 Ma, 輝鉬礦Re-Os同位素定年結(jié)果為120.0 ± 1.8 Ma, 表明成巖成礦年代均為早白堊世, 是同時(shí)代巖漿礦化作用產(chǎn)物。

(2)郗山堿性雜巖體樣品總體上具有高硅、 富堿、 貧鈣、 鐵、 鎂的特征, 為準(zhǔn)鋁質(zhì)堿性系列酸性侵入巖。稀土元素總量高, 輕稀土強(qiáng)烈富集, 重稀土虧損, 輕重稀土分餾程度較高, 富集Ba、 Th、 U、 Nd等大離子親石元素與輕稀土元素, 虧損Nb、 Ta、 Zr、 Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素。Sr、 Nd、 Hf同位素顯示較為明顯的富集特征, 源區(qū)可能為EMⅠ型富集地幔, 并在上升侵位過程中經(jīng)歷了一定程度地殼物質(zhì)混染。

(3)郗山稀土礦成巖成礦作用形成于引張型構(gòu)造背景, 為造山期后巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物, 與中生代華北克拉通巖石圈的破壞與減薄具有相似的地球動(dòng)力學(xué)背景。