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南兴安侏罗纪钾长花岗岩地球化学特征及意义
摘要：内蒙古阿尔山地区南兴安晚侏罗纪钾长花岗岩体与钼、铅、锌等成矿关系密切。以阿尔山等5幅1∶5万区域地质矿产调查为基础，通过岩石学和地球化学研究，揭示该岩体成因类型及其形成的构造背景。研究表明，其具有高硅、高铝、高钾、富碱、低镁、低钛的特点，A/NK平均为1.59,A/CNK平均达到1.50，为典型的强过铝质花岗岩类。稀土总量(∑REE)及LREE富集，LREE和HREE分馏较强，强烈负Eu异常以及弱负Ce异常，富集高场强元素Zr、Hf和大离子亲石元素U、Th，亏损Ba、Sr、Ti、Pb，说明该岩体重显性比较好，显示了同源性，表现出板内和火山弧花岗岩的一些特征，可能来自于中—上部地壳部分熔融。主微量元素特征及成矿元素含量特征暗示该区钾长花岗岩具有较好的钼铅锌成矿专属性。上述结论将有助于推动内蒙古阿尔山地区成矿研究和地质找矿工作。
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华北地块、蒙古地块与西伯利亚地块在晚侏罗世碰撞，形成了蒙古—鄂霍茨克缝合带，大兴安岭地区因属环太平洋火山活动带，伴随有大量的岩浆侵入火山喷发[1]。内蒙古阿尔山地区位处大兴安岭南部，该地区地质上属于华北和西伯利亚所夹持的中亚造山带，花岗岩极为丰富，与相邻的蒙古和俄罗斯贝加尔地区的花岗岩分布区在一起，构成了世界上最大的花岗岩区[2]。因此，侏罗纪火山侵入活动及其伴生的多金属成矿专属性成为本地区的研究热点[3,4]。
1、区域地质特征
2007—2009年，河南省地矿局第一地质勘查院在阿尔山等5幅1∶5万区域地质矿产调查表明，侏罗纪岩浆活动最强烈，广泛分布全区，构成北东向构造岩浆岩带。其中侏罗纪中—酸性侵入岩比较发育，分布面积大，占全区总面积的50%以上(图1)[5,6,7,8,9]，侵入岩多呈巨大的复式岩基产出，受控于区域构造，岩浆岩带总体呈北东向展布。侏罗纪岩浆活动构成了一个完整的从喷发到侵入的旋回，即从酸性→中性→酸性的物质成分的演化，晚期为富碱质花岗岩类侵位，侵入岩单元主要为侏罗纪闪长岩、黑云母二长花岗岩、花岗岩、钾长花岗岩。本次调查工作对南兴安钾长花岗岩进行了详细的岩石学和地球化学研究，分析了其成因类型，探讨了南兴安花岗岩体形成的构造背景及找矿意义。
图1内蒙古阿尔山地区区域地质图
2、花岗岩体分布及其岩石学特征
钾长花岗岩广泛分布于阿尔山市周边地区。由玫瑰峰及南兴安实测剖面岩矿鉴定表明几乎全为钾长花岗岩(图2)。通过对南兴安实测典型剖面的研究，认为该地区花岗岩体为一套似斑状钾长花岗岩和文象钾长花岗岩的组合。岩体年龄是晚侏罗世(锆石U-Pb年龄为(152.2±2.9)Ma,95%的置信度)，其与热液型钼、铅、锌等矿密切有关。
图2阿尔山地区似斑状钾长花岗岩显微照片
岩石呈花岗结构。矿物成分:石英21%，更长石5%，正长微纹长石72%，黑云母2%;副矿物:锆石0.01%，少量萤石，微量榍石以及黄铁矿等。岩石中，更长石呈自形板状颗粒，中部强烈绢云母化，保留了环带构造的残余，正长条纹长石呈自形或半自形板状颗粒，卡斯双晶发育不普遍，钠长石微纹嵌晶较发育，泥化较明显。黑云母呈自形板状颗粒，多色性较强，无明显蚀变。石英呈粒状和聚晶状，石英均匀分布在长石粒间。锆石呈无色至淡黄色，金刚光泽，半透明—透明，有的颗粒内部具有黑色包裹体，晶体具裂纹及气泡。金属矿物零星可见。矿物粒度一般在0.35～4.59mm。
3、岩石元素地球化学特征
3.1主量元素地球化学
阿尔山地区南兴安侏罗纪岩体主量元素分析结果及相关参数见表1。从表1可以看出，6件样品的分析结果具有相似的主量元素特征，其中SiO2含量为76.30%～77.52%，具有高铝(Al2O3含量变化在12.0%～12.5%)、高钾(K2O含量为3.68%～4.28%)的特征，Na2O平均含量为3.76%(变化为3.24%～4.28%),A/CNK[Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)，摩尔比]在1.44～1.61，平均达到1.50。A/NK[Al2O3/(Na2O+K2O)，摩尔比]为在1.53～1.70，平均为1.60，为强过铝质(图3(b))。全碱ALK(Na2O+K2O)含量为7.22%～8.14%，显示出富钾富碱性质，低镁MgO含量为0.02%～0.13%，低钛TiO2含量为0.16%～0.20%,MnO含量都在0.01%以下，Mg#值为1～11。CIPW标准矿物计算结果显示，标准刚玉分子(C)值除个别样品，其余都小于1%。在SiO2-K2O图[10](图3(a))上，数据点落在高钾钙碱系列区，表明样品为高钾钙碱系列花岗岩。总之，阿尔山地区南兴安侏罗纪总体上为高钾钙碱性过铝质花岗岩。地球化学具有高硅、高铝、高钾、富碱、低镁、低钛特点。
表1内蒙古南兴安钾长花岗岩体主量元素测试结果
注:(1)测试工作在四川省冶金地质岩矿测试中心测试完成(2009);(2)Mg#=100×Mg/(Mg+0.9TFe);A/CNK=Al2O3/(Na2O+K2O+CaO)，摩尔比;A/NK=Al2O3/(Na2O+K2O)，摩尔比;ALK=Na2O+K2O。
图3内蒙古南兴安钾长花岗岩体SiO2-K2O和含铝指数
3.2微量元素地球化学
阿尔山地区南兴安侏罗纪钾长花岗岩体微量元素分析结果列于表2。
表2内蒙古南兴安钾长花岗岩微量元素组成测试结果
图4显示，南兴安侏罗纪岩体不相容元素蛛网图上剖面全部样品都具有大致相同的微量元素特征，富集高场强元素Hf、Zr与大离子亲石元素Th、U，亏损Eu、Ba、Ti、Sr、Pb。元素Ti、Pb、Eu和Sr的亏损暗示其岩浆源区或在岩浆结晶分离过程中可能存在钛铁矿、磷灰石与斜长石的分离或残留[11]。
3.3稀土元素地球化学
阿尔山地区南兴安侏罗纪钾长花岗岩体的稀土含量见表2。从表2可见，稀土元素总量(∑REE=98.74～251.39μg/g)，变化范围较大，平均167.22μg/g，偏高;图5显示球粒陨石标准化的稀土元素配分曲线图上配分曲线为向右陡倾型[(La/Lu)N=5.16～18.55]，差异明显，区内全部样品变化趋势比较一致:轻稀土元素强烈富集(∑LREE=87.11～237.23μg/g)且轻重稀土元素间存在着较强的分馏作用[(La/Yb)N=5.83～19.43],Eu强烈负异常(δEu=0.24～0.33)和弱的负Ce异常(δCe=0.84～0.94)，轻稀土元素内部之间产生了一定的分馏作用[(La/Sm)N=6.89～8.64][11]。
4、讨论
4.1源区特征及成因分析
南兴安钾长花岗岩体6件样品分析结果具有极为相似的地球化学特征，岩石类型为似斑状钾长花岗岩。矿物成分:石英21%，更长石5%，正长微纹长石72%，黑云母2%;副矿物:锆石0.01%，少量萤石，微量榍石以及黄铁矿等。主量元素以高硅、高铝、高钾、富碱、低镁、低钛为特征，A/NK平均为1.59,A/CNK平均达到1.50，为强过铝质。CIPW标准矿物计算结果显示，标准刚玉分子(C)值除个别样品，其余都小于1%。稀土元素总量变化范围大，平均值为167.22μg/g，偏高;轻重稀土元素之间存在着较强的分馏作用，Eu强烈负异常以及弱的负Ce异常，轻稀土元素内部之间发生了一定的分馏作用。微量元素亏损Ba、Sr、Ti、Pb、Eu，富集高场强元素Zr、Hf和大离子亲石元素U、Th，元素Sr、Eu和Pb以及Ti的亏损暗示其岩浆源区或在岩浆结晶分离过程中可能存在斜长石和磷灰石以及钛铁矿的残留或分离。上述岩石学和地球化学特点暗示它们应属于过铝质A型花岗岩[10,11,12,13,14,15]。这一推断也得到了图6(a)图解的支持。
人们普遍认同Pitcher[12]提出的A型花岗岩形成于伸展构造背景的观点，在微量元素判别图解[13,14]中，内蒙古南兴安钾长花岗岩表现出板内和火山弧花岗岩的一些特征(图6(b))，也支持了这一观点。目前普遍认为，过铝花岗岩来自地壳中上部源区[15,16,17]。顾连兴[18]认为，地幔源岩浆在地壳内部侧向漫流形成的内侵，可能是造成中—上部地壳部分熔融和产生过铝花岗岩浆的重要机制。
图4内蒙古南兴安钾长花岗岩微量元素蛛网图(SunandMcdonough,1989)
图5内蒙古南兴安钾长花岗岩体稀土元素配分曲线(其中球粒陨石标准化值来之于Boynton,1984)
4.2含矿性分析
与酸性侵入岩有关的矿产种类繁多，经过前人的大量研究工作，中酸性成矿侵入岩体在化学成分上的标志日趋明显，成矿专属性也得到了发展。随着岩石酸度的增加，即由辉石闪长岩—闪长岩—石英闪长岩—花岗闪长岩—花岗岩，矿化类型相应出现:Fe(V)—Fe(Co、Ni)—FeCu—Cu(Fe)—Cu(Mo)—Cu、Pb、Zn—PbZn(Cu)—Sn、Fe(多金属)、Mo、Cu、稀有稀土、W、V的变化[19]。
图6内蒙古南兴安钾长花岗岩体微量元素Zr+Ce+Y—Rb/Ba图解和Y—Nb图解
岩石化学特征方面，邱家骥等研究表明，岩石的含矿性与岩石地球化学特征有一定关系，钼矿的岩石化学成矿标志与钨矿相似，一般为SiO2>70%,Na2O+K2O>8%,K2O>Na2O,FeO和Fe2O3含量较低[19,20]。南兴安钾长花岗岩体主量元素SiO2含量为76.30%～77.52%，全碱ALK(Na2O+K2O)含量为7.22%～8.14%,MgO含量为0.02%～0.13%,CaO、FeO和Fe2O3含量极低，说明该区钾长花岗岩具有较好的含矿性及钼成矿专属性。另南兴安钾长花岗岩体在Fe2O3/FeO—SiO2图解(图7)上位于钼矿床集中区[21]，说明该区岩体属磁铁矿系列，有利于钼矿形成[22,23]。南兴安钾长花岗岩体成矿元素含量见表3。
图7南兴安钾长花岗岩体Fe2O3/FeO—SiO2图解
表3内蒙古南兴安钾长花岗岩体成矿元素含量
注:含量单位Au、Hg为10-9，其他为10-6;分析单位为浙江省冶金地质二队实验室(2009)。
含矿地质体中微量元素丰度及其变化是深入认识成矿地质条件的依据，也是进行深部找矿的基础。对南兴安钾长花岗岩体进行光谱分析，可以得到如下结论:Au、Cu、Sb、Hg、Mn、Ni等成矿元素在南兴安钾长花岗岩体中的平均含量低于大陆岩石地层的克拉克值;As和Hg的平均含量与大陆岩石地层的克拉克值相近;Ag、Pb、Mo、Zn、W、Bi的平均含量高于大陆岩石的克拉克值，其中局部层位Pb含量达到1140.8×10-6,Zn含量达到1062.8×10-6,Mo含量达到41.5×10-6，远远高于正常大陆岩石地层克拉克值，具有明显的富集趋势。
5、结论
通过对内蒙古南兴安钾长花岗岩体的岩石学和地球化学研究，可以得到如下结论。
(1)南兴安钾长花岗岩体是一套似斑状钾长花岗岩，具有高硅、高铝、高钾、富碱、低镁、低钛的特点。
(2)花岗岩体样品重显性比较好，显示了同源性，并表现出板内和火山弧花岗岩的一些特征，过铝花岗岩可能来自于中—上部地壳部分熔融。
(3)南兴安钾长花岗岩主微量元素特征及成矿元素含量特征暗示该区钾长花岗岩具有较好的钼铅锌成矿专属性。
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