北山地区花岗闪长岩体岩石地球化学特征与地质意义.pdf

3 4 4 0 2 0 1 4 地质学刊第3 8 卷第l 期 d o i ：1 0 3 9 6 9 j i 8 s n 1 6 7 4 3 6 3 6 2 0 1 4 0 1 3 4 北山地区花岗闪长岩体岩石地球化学特征与地质意义 范小军，屈夷陵 ( 湖北省宜昌地质勘探大队，湖北宜昌4 4 3 1 0 0 ) 摘要：北山成矿带是中亚巨型成矿带的重要组成部分，研究区位于北山成矿带，属天山内蒙区北山分区。以花岗闪 长岩体为研究对象，通过其岩石学、锆石U P b 测年及地球化学特征等综合研究，分析其成因类型、来源及地质意 义，为该区今后的找矿工作提供重要依据。 关键词：花岗闪长岩；岩石地球化学；锆石u P b 定年；地质意义；北山地区；内蒙古；甘肃 中图分类号：P 5 8 8 1 2 + 1文献标识码：A 文章编号：1 6 7 4 3 6 3 6 ( 2 0 1 4 ) 0 1 0 0 3 4 一0 7 O 引言 北山地貌环境为戈壁沙漠，横跨内蒙古、甘肃， 北山成矿带是中亚巨型成矿带的重要组成部分。研 究区位于北山成矿带，在漫长的地质历史发展时期， 发生了强烈的火山喷发和深成岩浆侵人活动以及强 烈的构造变形，成矿地质条件十分有利。 早古生代的火山作用是研究区一次强烈的火山 活动时期，发育于早志留世的晚期和中晚志留世，以 中晚志留世时期火山作用最为强烈。中晚志留世火 山岩的岩石组合则为暗绿色角闪石安山岩、安山玢 岩质晶屑玻屑凝灰熔岩、暗紫色流纹岩、黑色流纹斑 岩、流纹斑岩质角砾熔岩，广泛分布。火山活动早期 以溢流为主、晚期以爆发为主( 穆治国等，1 9 9 4 ) 。 区内侵入活动集中于华力西期，其中广泛分布 的华力西期中期和晚期花岗闪长岩体是形成热液型 铜多金属矿化点有利控矿因素，也是岩浆热液型内 生金属矿床的主要热源、物源和流体来源( 聂凤军 等，2 0 0 2 ) 。因此，研究清楚区内花岗闪长岩体岩石 地球化学特征与地质意义对该区的找矿工作将会提 供重要的依据( 张玉清，2 0 0 9 ) 。 1 区域地质背景 研究区位于天山一内蒙褶皱带( 一级构造单元) 北山褶皱系( 亚一级构造单元) 公婆泉槽向斜( 二级构 造单位) 的东北部，处于白山一狼娃山晚古生代岩浆弧 ( ) 与马鬃山早古生代岩浆弧( ) 的结合部位。 北山褶皱系地处塔里木、哈萨克斯坦一北山和 西伯利亚3 大板块交汇部位，以柳园一大奇山断裂 和红石山一黑鹰山一六驼山这南北2 条深大断裂为 界，从南到北可依次划分为塔里木板块、哈萨克斯 坦一北山板块和西伯利亚板块( 龚全胜等，2 0 0 3 ) 。 2 地质特征 2 1 地层 研究区出露的地层由老到新依次为元古代的北 山群、古生代志留系的公婆泉组、石炭系的绿条山组 和岌岌台子组、中生代侏罗系的龙凤山组、白垩系的 赤金堡组和第四系( 图1 ) 。 2 2 构造 区内断裂构造主要为北西向、北东、东西向或近 东西向，有高角度的正断层、逆断层或逆冲断层，规 模大，活动时间长，继承性明显，对区内地层的分布 起着控制作用。褶皱构造复杂，与华力西期侵人体 有密切关系的铜、铁矿化，多分布在褶皱构造转折处 的断裂或接触带附近。 2 3 岩浆岩 区内侵入岩分布广泛，占图幅面积的8 0 以上， 包括基性岩、中性岩、中酸性岩及酸性岩类，其中以中 酸性岩类分布最广，呈岩基、岩枝及岩脉状产出。 收稿日期：2 0 1 3 0 7 一1 9 ；修回日期：2 0 1 3 0 8 一1 6 ；编辑：蒋艳 作者简介：范小军( 1 9 8 6 一) ，男，助理工程师，主要从事地质化探找矿工作，E m a i l ：3 6 4 1 0 2 4 1 2 q q c o m 万方数据 第3 8 卷 范小军等：北山地区花岗闪长岩体岩石地球化学特征与地质意义 3 5 3 花岗闪长岩体的岩石学与年代学 3 1 花岗闪长岩体的空间分布 研究区花岗闪长岩体主要分布于尖山幅东南部， 呈岩株状产出( 图1 ) 。侵入志留系公婆泉组及闪长 岩体( C ，鳓，并为后期二长花岗岩体( C ：卯) 、黑云母 花岗岩体( c ：馏) 和钾长花岗岩体( c ：舟) 所侵入。在 花岗闪长岩体中，常见暗色闪长质包体分布( 图2 ) 。 ( )8k m I 、_ J 田l 田2 田3 回4 曰5 圈6 困7 回8 回9 圈l o 回1 l 围1 2 圈1 3 回1 4 囫1 5 园1 6 口1 7 口1 8 口1 9 圈2 0 回2 1 图1 研究区简略地质图 1 一第四系；2 赤金惶组；3 一龙凤山组；4 一岌岌台子组；5 一绿条山组；6 一公婆泉组：7 冈包组；8 钾长花岗岩；9 一片麻状花岗闪长 岩；1 0 斜长仡岗岩体；l 】黑云母花岗岩；1 2 黑云母石英闪长岩；1 3 一辉长岩；1 4 一闪长岩；1 5 一实测地质界线；1 6 ，实测不整合地 质界线；1 7 一实测逆断层；1 8 实测正断层；1 9 一性质不明断层；2 0 - A u 矿化点；2 1 一c u 矿化点 图2 花岗闪长岩及暗色包体野外特征 万方数据 3 6地质学刊 2 0 1 4 年3 月 3 2 岩石类型及岩相学特征 结合野外观察及镜下分析( 图3 ) 及全岩主量元 素成分( 图4 ) ，研究区花岗闪长岩体的岩石类型为 角闪花岗闪长岩，岩石呈灰色、灰白色，中细粒花岗 o F + o Z 花岗闪长岩( B 8 4 5 5 2 ) 单偏光镜下特征 结构，块状构造，主要组成矿物斜长石( 4 5 ) 、钾 长石( 2 0 ) 、石英( 2 5 ) 和角闪石( 1 0 ) ，副矿 物为榍石、次为磷灰石、锆石。岩石蚀变表现为绿泥 石化、黏土化、绢云母化。 花岗闪长岩( B 8 4 5 5 2 ) 正交偏光镜下特征 花岗闪长柑( B P l 7 3 2 ) 正交偏光镜卜+ 特征花岗闪长崭f l P 1 7 4 3 ) 钠复合双品 图3 花岗闪长岩显微结构特征 图4 研究区花岗闪长岩的( N a 2 0 H K 0 ) & 0 2 岩石扮喽图解 1 橄榄辉长岩；2 辉长岩；3 - 辉长闪长岩；4 - 闪长岩；5 - 花岗 闪长岩；6 花岗岩；7 - 二长辉长岩；8 - 二长闪长岩；9 一二长岩； 1 0 一石英二长岩；1 1 正长岩；1 2 似长辉长岩；1 3 似长二长闪 长岩；1 4 - 似长正长闪长岩；1 5 似长正长岩；1 6 - 似长岩 3 3 花岗闪长岩体的锆石U - P b 定年 野外采集了与成矿密切相关的花岗闪长斑岩进 行精确的锆石S H m M Pu P b 年代学研究。锆石分 选整个流程使用的装置彻底清洗，以避免污染。锆 石制靶方法是将待测锆石用环氧树脂固定，抛光至 暴露出锆石中心面。然后分别在光学显微镜下用反 光、透射光照相和在扫描电镜上进行阴极发光( C L ) 照相，检查锆石的内部结构，从而帮助选定最佳的锆 石及锆石待测部位和数据解释。在S H R I M P 型离 子探针仪上完成U P b 测年。 花岗闪长岩B 8 4 5 5 2 中锆石U P b 测年结果表 明，2 种锆石年龄均落在谐和线上( 图5 ) ，样品中放 射成因铅没有扩散、丢失。但新P b 2 3 5 u 同位素原子 比率值的误差稍偏大，这可能与锆石结晶以后丢失 或得到了极少量铅、铀、钍或者它们的中间子体有关 万方数据 第3 8 卷 范小军等：北山地区花岗闪长岩体岩石地球化学特征与地质意义 3 7 ( 王润三等，1 9 9 8 ；A n d e r s e n ，2 0 0 2 ) 。它们的2 0 6 P b 2 3 8 U 年龄值与2 0 7P b 2 3 5U 的年龄值近乎一致，两种不 同晶形锆石数据点的2 0 6 P b 2 3 8 u 表面年龄加权平均 值为( 3 7 5 9 3 8 ) M a 。结合区域地质资料分析，表 明其年龄值是可信的，可作为花岗闪长岩的结晶年 龄，形成时代为泥盆纪中晚期，属中晚泥盆世的产物 ( F a u r e ，1 9 8 6 ) 。 图5 花岗闪长岩锆石u P b 年龄谐和图 表1 花岗闪长岩体的主量元素成分 注：质量分数单位为 4 花岗闪长岩体的岩石地球化学特征 表2 花岗闪长岩体的稀土元素组成 为了分析花岗闪长岩体的岩石地球化学特 征，选取了中粗粒花岗闪长岩、细粒花岗闪长岩、 中粒黑云母花岗闪长岩、中细粒黑云母花岗闪长 岩( B P l 2 7 2 、B P l 2 8 1 、B P l 7 4 3 及B P l 7 7 2 ) 4 个样品进行了主量元素、稀土元素、微量元素的配 套分析( 翁望飞等，2 0 1 2 ) ( 表l 、表2 、表3 ) 。 样品分析过程如下：样品经洗净晾干，挑选新鲜 样品，用玛瑙研钵手工研磨至O 0 7 6m m ( 2 0 0 目) 以下备用。主量元素用X 射线荧光光谱熔片法 ( x R F ) 测定，分析精度优于5 。稀土元素和微量 元素采用电感耦合等离子体质谱仪( I c P M S ) 完成， 分析精度优于1 0 。 4 1 主量元素 表1 显示，在花岗闪长岩体的成分中，s i O ：质量 分数为5 5 1 8 一6 8 1 0 ( 平均值6 1 6 7 ) 、T i O ：质量 分数为0 4 0 一1 2 5 ( 平均值0 8 ) 、触2 0 ，质量分 数为1 5 6 3 一1 7 9 6 ( 平均值1 6 9 7 ) 、F e 2 0 3 质 量分数为1 0 3 一1 5 2 ( 平均值1 2 5 ) 、F e O 质 量分数为1 6 5 5 6 0 ( 平均值3 5 9 ) 、M n O 质 量分数为0 0 6 0 1 2 ( 平均值o 0 9 ) 、M g O 质 注：质量分数单位为g t 万方数据 3 8地质学刊 衰3 花岗闪长岩体的微量元素组成 注：质量分数单位为g t 量分数为1 2 5 一4 6 2 ( 平均值2 9 7 ) 、C a O 质 量分数为3 7 6 一7 2 2 ( 平均值5 4 8 ) 、N a ：O 质 量分数为3 6 4 4 4 1 ( 平均值3 9 6 ) 、K ：O 质 量分数为O 9 2 一1 9 1 ( 平均值1 4 3 ) 、P 2 0 ，质 量分数为0 。1 2 0 1 9 ( 平均值0 1 5 ) 。因此， 华力西中期花岗闪长岩的S i O ：和A l ：O ，的质量分数 较高，而N a 2 0 和K ：O 的质量分数较低，但N a ：O 质量 分数较K ：O 质量分数高，且埘( N a ：O ) 3 2 ( 表 1 ) 。组合指数6 = 1 4 1 一1 7 5 ，属于中钾钙碱性岩石 ( 图6 、图7 ) 。岩体A S I ( A C N K ) = 0 8 9 1 0 0 ， C I P W 刚玉分子质量分数0 4 1 0 6 6 ，说明该岩 体为准铝质花岗岩。岩体F e 3 + ( F e 3 + + F e 2 + ) = 0 1 8 0 3 6 ，F e O L ( F e O t + M g o ) = 0 5 8 O 6 7 ，结合岩体岩 相学及主量元素特征，该岩体具有A C G ( 含角闪石 钙碱性花岗岩类) 特征( 图6 ) 。 4 2 稀土元素 由表2 可以看出，花岗闪长岩体的稀土总量比 较稳定，R E E 为7 2 4 9 7 8g t ( 平均值8 1 2g t ) 。 稀土元素发生分馏，其u 也E H 砒E 为4 5 5 8 3 1 ， 图6花岗闪长岩s i 0 ：一( N a ：0 + K ：0 ) 图 A 碱性系列；s - 亚碱性系列 图7 花岗闪长岩体的稀元素配分模式图 ( Y b ) 。在3 7 8 8 5 9 之间( 平均值6 2 8 ) 。经球 粒陨石标准化的稀土元素配分模式表现为轻稀土富 集的右倾斜型( 图7 ) ，无铈异常( C e C e = 1 0 0 1 0 3 ，平均值1 0 2 ) ，铕异常也不明显( E u E u + = 0 9 7 1 2 0 ，平均值1 1 1 ) ，该岩体源区演化过程中 长石分离结晶作用不明显且岩体形成于还原环境 ( 王中刚等，1 9 8 9 ) 。 4 3 微量元素 由表3 可以看出，大离子亲石元素( u L ) 中R b 、 S r 、B a 的质量分数分别为2 5 0 4 7 3g t ( 平均值 3 5 4g t ) 、4 3 6 5 5 4g t ( 平均值5 0 6g t ) 和2 7 4 5 5 8g t ( 平均值4 1 6g t ) 。放射性生热元素( R P H ) 中，U 、r I l 的质量分数分别为O 7 5 1 3 8g t ( 平均 值0 9 5g t ) 和2 3 9 5 5 4g t ( 平均值3 7 9g t ) 。 高场强元素( H F S ) 中，N b 、T a 、z r 、H f 的质量分数分 别为5 5 7 5 4g t ( 平均值6 9 7g t ) 、0 5 1 0 7 8 g t ( 平均值0 6 6g t ) 、1 2 2 1 3 9g t ( 平均值1 3 2 万方数据 第3 8 卷范小军等：北山地区花岗闪长岩体岩石地球化。：特f I jJ 地质意义 t ) 和3 3 4 4 3 5g t ( 平均值3 8 0 t ) ，不论是 u L 元素还是H F S 元素，元素质量分数均较低，类 似于火山弧型花岗岩。在经原始地幔值标准化的 微量元素比值蛛网图( 图8 ) 上，华力西中期花岗 闪长岩体也表现出T i 、P 、N b 元素的亏损( 少数岩主 石还表现出K 的亏损) 和B a 、R b 、S r 元素的富集。 T i 、P 、N b 的亏损表明钛铁矿、磷灰石及金红石已发 生强烈的分离结晶。B a 的富集表明岩浆起源于岛 弧系统，R b 、s r 的富集说明岩浆分异不充分且岩区 长石分离结晶作用不明显。这些特征表明岩体形 成于岛弧环境。 图8 花岗闪长岩体微量元素比值蛛网图 4 4 构造环境 研究区花岗闪长岩体主要为钙碱性系列，同时 在构造环境R b 一( Y + N b ) 和R b 一( Y b + T a ) 判别图中 可见( 图9 ) ，花岗闪长岩体为火山弧型花岗岩。火 山弧型花岗岩主要由幔源钙碱性玄武岩浆分异形 成，部分花岗岩可能还与岛弧基性火山岩的重熔成 因有关。 根据锆石U P b 定年结果，笔者所研究的花岗 闪长岩的主体结晶年代定为( 3 7 5 9 3 8 ) M a ，构造 运动划分属华力西中期，从区域构造背景来讲，前人 认为该阶段处于塔里木板块和哈萨克斯坦板块之间 的红石山洋俯冲闭合的阶段( 左国朝等，1 9 9 0 ；李伍 平等，2 0 0 1 ；何世平等，2 0 0 2 ) ，因此推断岩体可能形 成于红石山有限洋壳向南快速而强烈的消减背景， 与红石山洋壳发生脱水，并诱发亏损的楔形地幔发 生部分熔融作用密切相关。 )1 0 010 0 01 00 0 0 Y + N h O 111 01 0 010 0 0 Y l l + T a 图9 花岗闪长岩体R 1 ) 一( 、+ N b ) 和J l r ( Y 1 ) + T a ) 图 s vn - ( ：( ) L c 一同碰撞型花岗柑；V A G 一火IJJ 弧型花岗 P G 板内型仡岗7 ；( ) I ( ；一洋脊型化岗岩 5 结论 通过对花岗闪长岩体的岩石学、锆石u P b 测 年、地球化学及构造环境综合研究，主要取得以下几 点认识和成果。 ( 1 ) 花岗闪长岩锆石U P b 测年结果表明，两种 锆石年龄加权平均值为( 3 7 5 9 3 8 ) M a 。结合区域 地质资料分析表明，其形成时代泥盆纪中晚期，属中 晚泥盆世的产物。 ( 2 ) 岩相学及主微量元素特征表明，花岗闪长 岩体为中钾钙碱性系列，为准铝质岩石，具有含角闪 石钙碱性花岗岩类( A C G ) 特征，形成于岛弧环境。 ( 3 ) 根据构造环境判别图，并结合区域地质演 化背景可见，岩体可能形成于红石山有限洋壳向南 快速而强烈的消减背景，与红石山洋壳发生脱水，并 诱发亏损的楔形地幔发生部分熔融作用密切相关。 万方数据 地质学刊2 0 1 4 年3 月 参考文献： 龚全胜，刘明强，梁明宏，等2 0 0 3 北山造山带大地构造相及 构造演化 J 西北地质，3 6 ( 1 ) ：1 1 1 7 何世平，任秉琛，姚文光，等2 0 0 2 甘肃内蒙古北山地区构造 单元划分 J 西北地质，3 5 ( 4 ) ：3 0 4 0 江思宏，聂凤军2 0 0 6 北山地区花岗岩类成因的N d 同位素 制约 J 地质学报，8 0 ( 6 ) ：8 2 6 8 4 2 李伍平，王涛，李金宝，等2 0 0 1 东天山红柳河地区海西期花 岗岩的岩石学、地球化学及其构造环境 J 地质论评， 4 7 ( 4 ) ：3 6 8 3 7 5 穆治国，刘驰，黄宝玲，等1 9 9 4 甘肃北山古生代造山带地壳 演化的同位素和稀土元素地球化学特征 J 北京大学 学报：自然科学版，3 0 ( 2 ) ：2 0 2 2 1 4 聂凤军，江思宏，白大明，等2 0 0 2 北山地区金属矿床成矿规 律及找矿方向 M 北京：地质出版社 王中刚，于学元，赵振华，等1 9 8 9 稀土元素地球化学 M 北 京：科学出版社 王润三，王焰，李惠民，等1 9 9 8 南天山榆树沟高压麻粒岩地 体锆石u P b 定年及其地质意义 J 地球化学，2 7 ( 6 ) ： 5 2 2 5 2 7 翁望飞，支利庚，徐生发，等2 0 1 2 皖南及邻区燕山期A ：型花 岗岩地球化学特征及岩石成因 J 地质学刊，3 5 ( 2 ) ： 1 3 4 1 4 2 左国朝，何国琦1 9 9 0 北山板块构造及成矿规律 M 北京： 北京大学出版社 张玉清2 0 0 9 内蒙古苏尼特左旗巴音乌拉二叠纪埃达克质花 岗闪长岩类地球化学特征及其地质意义 J 岩石矿物 学杂志，2 8 ( 4 ) ：3 2 9 3 3 8 A N D E R S E NT 2 0 0 2 C o r r e c t i o no fc o m m o nl e a di nU - P ba n a l y - s e st h a td on o tr e p o r t2 0 4 P b J C h e m i c a lG e o l o g y ，1 9 2 ( 1 2 ) ：5 9 7 9 B A R T HMG ，M C D O N O U G HWF ，R N D N I C KRI 2 0 0 0 T r a c k i n gt h eb u d g e to fN ba n dT ai nt h ec o n t i n e n t a lc m s t J c h e m i c a lG e o l o g y ，1 6 5 ( 3 4 ) ：1 9 7 2 1 3 F A u R EG 1 9 8 6 P r i n c i p l e so fI s o t o p eG e o l o g y M B e i j i n g ： S c i e n c eP u b l i s h i n gH 0 u s e O np e t r o - g e o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dg e o l o 舀c a ls i g n i 6 c a n c ef o rg m n o d i o r i t ei nB e i s h a nr e 西o n F A N 】| 【i 帅- j 唧，Q UY i - l i n g ( Y i c h a n gG e o l o g i c a lS u n r e y 粕dE x p l o r a t i o nP a I t yo fH u b e iP r o v i n c e ，Y i c h 粕g4 4 31 0 0 ，H u b e i ，C h i n a ) A b