東秦嶺燕山期巖漿巖同位素特征與成鉬鎢礦的關系

周勝興，付恒一,吳 瑤，何芳蕊

(1.河南省地質礦產勘查開發局第一地質勘查院,河南 鄭州 450000) (2.河南省地質礦產勘查開發局第二地質勘查院,河南 鄭州 450000)

0 引 言

東秦嶺燕山期巖漿巖的成因，是巖漿巖地質學上長期爭論不休的復雜問題。對于東秦嶺地區中生代花崗巖的成因，近年來又有新的論據產生。其爭論焦點是巖漿物質來源和成巖方式兩個主要方面。巖漿物質來源及成巖方式的不同，伴隨的礦產也不同，這點在我國許多地區已被證實，東秦嶺地區也不例外。以鉬(鎢)為主的多金屬礦產與花崗巖的成因有著極為密切的聯系。本文試圖以區域成巖環境為主，結合穩定同位素地球化學來探討東秦嶺中生代巖漿巖成因及其與成鉬鎢礦之間的關系[1]。

1 巖漿活動的區域地質背景

巖漿活動的區域地質背景，主要指本區的地殼物質組成特點，其莫霍面深度區域深部構造等。

1.1 區域地殼組成

本區屬華北地臺南緣，其地殼組成由基底和蓋層兩部分組成。蓋層主要由元古界等地層組成各地厚度不等，最厚約達23 km2,推斷其原始蓋層沉積厚度可能還要大一些。基底分為可見基底及不可見基底，可見基底由太古界太華群組成，目前可見厚度達5 km2以上，其下為硅鋁層及硅鎂層基底，即不可見基底。

1.2 莫霍面深度

本區莫霍面深度約42～45 km2,處于地幔(莫霍面)凹陷區，地殼厚度較大，并以此區別于長江中下游及華南等地區。

1.3 深部構造

本區處于華北地臺南緣與昆侖秦嶺地槽北緣接壤地帶，深部斷裂構造發育。區域存在東西向4條深大斷裂帶，特別是向北傾斜切穿地殼的藍橋—黑溝—欒川深大斷裂帶，燕山期重新活動，由原來的壓性變為張性，為巖漿活動提供了前提[2]。目前研究區成礦巖體均分布于該切殼深大斷裂的北部地區。

上述區域地質環境的形成，板塊觀點認為:由于以藍橋—黑溝—欒川深大斷裂帶作為元古代早期板塊俯沖帶，南部的秦嶺海洋板塊向華北大陸板塊進行俯沖，因此，在仰沖板塊上產生了一系列的構造特征。繼其后南部板塊再次活動，對古板塊構造，特別值得提出的是侏羅紀時期，導致藍橋—黑溝—欒川古俯沖帶重新活動，一方面誘導上地幔物質分熔上侵，另一方面在下部地殼引起深熔作用，在深熔區產生混合熔漿。在該斷裂帶以北地殼出露較多的含礦巖體。

上述得知，本區巖漿活動的地質環境為地殼厚大，特別是有蓋層及較厚的可見基底和深部斷裂構造。在這種區域地質背景下，巖漿的發生、發展、物質來源及成巖方式等方面都表現出了一定的特點，這種特點導致形成的巖體，特別是成鉬巖體，既具有世界同類巖體的一般特征，又具有自己的獨特性。它們的具體特征表現在穩定同位素地球化學、指示元素、稀土元素、成巖機理及成礦物質來源等方面[3]。

2 銣鍶同位素特征

研究巖石及礦物銣、鍶同位素，特別是Sr87/Sr86的初始比值，對于鑒別花崗巖物質來源提供重要證據，因為不同成因的花崗巖Rb/Sr比值不相同，導致Sr87/Sr86初始比值的差異。目前已知代表上地幔的大洋拉斑玄武巖Sr87/Sr86初始比值為0.703 7，而現代大陸殼平均初始比值為0.719，目前，均以此來鑒別花崗巖物質來源。

我們對本區中酸性小巖體共采集6個組Rb、Sr等時線樣，樣品采集于木龍溝巖體群、南泥湖、魚庫、石寶溝、八寶山及銀家溝巖體。測試結果除了用Rb-Sr等時線求得Sr87/Sr86初始比值以外，用貧銣富鍶的單個樣品，可以計算測定Sr87/Sr86初始比值。計算結果，本區中酸性小巖體，銣鍶同位素樣品應用了等時線及單個樣品測試計算求得兩種Sr87/Sr86初始比值，這兩種比值吻合較好，雖然等時線線性關系差(如魚庫、石寶溝巖體)，但有單個樣品數據驗證，故求得的值也是可靠的。

根據5個中酸性小巖體統計得知，本區中酸性小巖體Sr87/Sr86初始比值為0.707～0.710，具中等數值特征，依上述數據可說明以下問題。

2.1 巖漿物質來源Sr87/Sr86

將本區各巖體的Sr87/Sr86初始比值投入Sr87/Sr86初始比值于花崗巖成因關系理想圖，投影點落入殼幔過渡區，屬殼幔物質混合成因，說明該區巖漿物質來源為地殼物質及地幔物質兩種混合來源，屬于殼幔混合型花崗巖。

2.2 地殼物質混染情況

根據Sr87/Sr86-1/Sr86相關圖上的樣品分布特征，常可作為形成過程中巖漿是否參與地殼物質的一種標志。一般未受地殼物質混染的巖漿，樣品點分布近于水平方向，相反若巖漿參與地殼物質則分布明顯呈正相關展布。根據這一原理，我們對南泥湖、銀家溝、魚庫、石寶溝4個巖體的Sr87/Sr86-1/Sr86進行了圖解。從而總結出4個巖體的樣品點均呈明顯的正相關分布，說明巖漿均受地殼物質混染。巖漿中參與地殼物質的多寡(混染程度)隨巖漿結晶分異程度增加而增加，巖石中Sr87/Sr86比值增加，Sr86值相應減少。這與母巖漿形成的初始混合巖漿捕獲地殼物質中放射性成因的鍶有一定關系[4]。同時與巖漿分異演化作用不斷地進行及硅、鉀組分大量富集有關。

眾所周知，在地球長期演化過程中，鉀、銣富集于地殼上部，相反在地殼下部及上地幔鍶含量較高，Rb/Sr比值較低。因此在Sr87/Sr86-Sr、Rb/Sr、Rb的相互關系可知由地幔物質形成的巖漿，除鍶含量具有較大的變化范圍以外，Rb/Sr、Rb的變化范圍均較小。從這一側面也可以說明地殼物質是否參與及其多寡。豫西花崗(斑)巖類小巖體(Sr87/Sr86)-Sr、Rb/Sr、Rb的規律是，Rb/Sr比值、Rb含量變化范圍很大，全部落入大洋拉斑玄武巖范圍以外，在(Sr87/Sr86)-Rb/Sr的關系上部分點落到大陸玄武巖區，絕大部分在其以外。在(Sr87/Sr86)-Rb的關系中，樣品點全部落到大陸玄武巖區以外。這些均說明巖漿中參與地殼物質較多。從元素地球化學分析：銣屬于堿金屬元素，它的離子半徑為0.148 nm，與鉀的離子半徑0.133 nm近似。銣的主要載體礦物是云母、鉀長石。因此，巖石中含鉀礦物增加是銣增高的根本原因；鍶屬于堿土金屬，離子半徑0.113 nm，與鈣的離子半徑0.099 nm比較近似。鍶的載體礦物主要是斜長石和磷灰石。由此可知，花崗巖類巖石中Sr87/Sr86比值的高低取決于K/Ca比值的高低。因此，Rb/Sr及Sr87/Sr86比值高低與原始物質密切相關，本區花崗巖類小巖體為高硅、高鉀，故導致了Sr87/Sr86比值具有較大的特點。

2.3 混合巖漿的混合比及與國內外花崗巖分類對比

本區中酸性小巖體Sr87/Sr86初始比值為0.707～0.710,巖體圍巖Sr87/Sr86初始比值為0.720，而上地幔Sr87/Sr86初始比值為0.703，可得出本區混合巖漿有59%～76%地幔物質和24%～41%地殼物質組成。

東秦嶺中酸性小巖體Sr87/Sr86初始比值同國內外不同成因的花崗巖對比，屬于華南同熔型花崗巖范疇，但又以地殼物質參與較多為其特點。總之，本區小巖體Rb、Sr同位素特點說明，由較多的下部地殼物質與上地幔物質混合，形成混合巖漿，又與地殼上部放射性成因的鍶混染而成。

3 氧同位素特征

自然界不同物質，其氧同位素O18/O16比值亦不同。不同成因的巖漿巖也表現出此特點。

花崗巖類巖石的不同成因，目前通常根據δ18‰值的不同而提供分類的重要信息。據此，我們對15個巖體(南泥湖、上房溝、馬圈、魚庫、黃背嶺、石寶溝、老廟溝、大坪、郭店、夜長坪、銀家溝、八寶山、后瑤峪、雷門溝、大青溝)所采集的17個氧同位素樣，加上前人6個樣品測試結果，共計23個。樣品對象以全巖和石英為主，少量鉀長石、黑云母。其全巖結果δ18‰為9.56‰、石英δ18‰為9.99‰、鉀長石δ18‰為10.21‰、黑云母δ18‰為6.25‰。

本區小巖體巖石礦物的δ18‰數值與國內外學者劃分同類花崗巖類型相比，其數值較大。它雖然屬于華南地區的同熔型花崗巖類范疇，但其數值偏于上限。這些比較高的δ18‰，一方面，說明這些花崗巖中參與地殼物質較多，吸收了大陸地殼物質中高O18物質。另一方面也說明由于巖漿演化而導致低O18暗色副礦物及鐵鎂質造巖礦物早期結晶和大量析出所造成的。這兩種原因都符合本區巖漿成因的實際。再者根據本區造巖礦物δ18‰值和成巖均一化溫度900～1 065 ℃與水之間同位素分餾平衡式計算，均屬巖漿水范疇。因此說明成巖過程中巖漿水起了重要作用。

但是根據上房溝鉬礦床各蝕變帶的氧同位素，用石英和水之間的同位素分餾平衡式關系的理論，衡量出礦液的氧同位素組成：鉀化帶δ18(H2O)>6.1‰～7.04‰，一般認為是巖漿水(6.0‰～9.5‰)，而石英-絹英巖化帶δ18(H2O)為3.16‰～4.16‰，說明有雨水參加。因此，成礦溶液除了有巖漿水參與，尚有雨水參加。

由上可知，以巖體為中心向外，水的類型為：巖漿水→混合水→雨水，呈現規律性變化，而成巖作用主要為巖漿水，成礦作用有雨水(地下水)參加，這對于形成含鉬(鎢)的熱液具有決定作用。

4 硫同位素特征

用硫同位素判別巖石和礦床的物質來源和成因類型，其應用原理是在各種不同的地質、地球化學作用下，硫同位素組成變化和分餾作用也不同[5]。代表地幔巖的隕石硫特征是δS34‰=0,因此起源于上地幔的巖石及其礦床S34變化范圍小，其值接近于隕石硫。外生作用下的沉積巖及其礦床最明顯的特點是表現生物硫特征，在大多數情況下是輕硫(S32)占優勢，即δS34‰表現為負值，而且偏離零值很遠。但與生物硫有關的硫化物礦床也有重硫占優勢的(δS34‰達20或更大)的情況，其原因可能是這些原生硫酸鹽是海成的。由此看來，與生物成因有關的硫化物礦床，它的δS34‰可為負值，也可為正值。但其明顯特征是具有較大的變化范圍。花崗巖類巖石及其礦床的硫同位素組成特征同樣的與其成因有著密切關系。

研究區主要鉬鎢多金屬礦床硫同位素特征是，中酸性小巖體δS34‰均值和同熔型花崗巖、I型花崗巖基本相當，與改造型花崗巖和S型花崗巖根本不同。δS34‰變化范圍-0.3～+6.5，具有變化范圍窄，具塔式效應及均一化程度高的特征。說明其成巖、成礦中的硫源主要來源于下地殼和上地幔，不具備改造型和S型花崗巖的明顯生物硫特征。

5 鉛同位素特征

本區與成巖、成礦有關的中酸性小巖體、長石鉛、方鉛礦鉛同位素組成與同熔型花崗巖有關的斑巖型銅礦床中的方鉛礦同位素組成比較，Pb207/Pb204基本相同，Pb206/Pb204多數在15.5左右，同時與中央海嶺拉斑玄武巖鉛同位素值也基本相似，而比海洋化學沉積于錳結核鉛同位素要明顯降低。豫西中酸性小巖體礦物中Pb206/Pb204值明顯低于華南斑巖銅礦中方鉛礦和太平洋西岸島弧鉛同位素。以上說明該區中酸性小巖體成巖礦物中的鉛和成礦礦石中的鉛主要來自上地幔或下地殼，而且該區下地殼或上地幔與華南地區及太平洋西岸島弧鉛比較U238要低。

將本區成巖、成礦的鉛同位素組成數值與近似單階段演化礦床的鉛同位素組成進行坐標投影，可以得出本區中酸性小巖體及其鉛礦石的鉛同位素值位于演化曲線上。說明其基本上屬于單階段演化。巖漿成因的鉛礦石鉛同位素組成，與巖漿結晶時鉛同位素組成一致。本區礦石鉛與成礦小巖體巖石鉛同位素也基本一致。說明礦石鉛屬巖漿成因。本區具一定規模的鉛鋅礦床主要與小巖體有關。部分接觸帶礦石鉛Pb208/Pb204值變化較成礦巖體的長石鉛略大，這是其中一部分鉛屬地層鉛所致。該區地層鉛Pb208/Pb204值變化范圍在37～40之間，多數值大于37，具有明顯富釷的特征。

6 指示礦物及指示元素比值特征

黑云母的礦物成分，特別是黑云母中鐵、鎂元素的含量變化，可以反映出花崗巖的物質來源。地幔巖漿成因的黑云母，其中氧化鎂MgO含量大于15.5%，(F2O3+FeO)/(F2O3+FeO+MgO)在0.4以下。而由地殼物質成因的花崗巖，則黑云母MgO含量小于7.5%，(F2O3+FeO)/(F2O3+FeO+MgO)在0.7以上。殼幔混合成因的花崗巖，則介于兩者之間。

根據上述黑云母礦物成分提供的判別花崗巖成因的信息，對豫西5個小巖體黑云母作了全分析，將分析結果進行了MgO-(F2O3+FeO)/(F2O3+FeO+MgO)投影，據此，投影點全部落入殼幔混合區，因此，本區巖漿巖成因屬殼幔型。巖漿物質來源既有地殼物質，又有地幔物質，為殼幔混合成因，鉬鎢的物質儲備較為豐富。

7 F/Cl比值

由于 F、Cl元素的地球化學屬性不同，一般地殼沉積物中是富F而貧Cl的，而地幔或海水中的Cl含量相對較高，故利用F、Cl元素的含量及其比值也可判別巖漿的物質來源。

對本區116個全巖樣進行了F、Cl含量的化學分析和統計，將分析數據按樣品數量加權平均得出：本區中酸性小巖體巖石 F/Cl平均值為9.67。該值為維諾格拉多夫花崗巖 F/Cl比值(3.33)的近3倍，比江西德興同熔型花崗巖類也高。這充分說明本區巖漿加入地殼物質較多。

本區16個酸性小巖體99個樣統計 F=714.4×10-6，Cl=74.5×10-6，F/Cl=9.59，同樣也說明上述問題。從F、Cl相關關系看，它們明顯分布于華南同熔型花崗巖與改造型花崗巖之間以同熔型花崗巖為主的過渡區[6]。由此推論，本區巖漿成因屬華南的同熔型花崗巖與改造型花崗巖之間的過渡類型，從這個側面也再次反映出巖漿演化參與地殼物質較多。

8 K/Rb、Ba/Rb及Sr/Ba比值

鉀和銣具有相似的地球化學性質，離子半徑近似，常呈類質同像出現。由于成因的不同，兩種含量也有差異，因此K/Rb比值常用來探討花崗巖的成因。本區燕山期中酸性小巖體，除火神廟(石英二長巖、輝石閃長巖)和老廟溝(鉀長花崗斑巖)巖體K/Rb比值大于400以外，其余均在300以下，80%以上的樣品K/Rb比值介于150～300之間。

鋇和銣也有相似的離子半徑，鉀長石和鋇長石常可形成不同比例分布在一起，它們的比值變化，也可以說明花崗巖成因。按照Л·A·塔烏松花崗巖成因的分類進行對比，本區的花崗巖成因，從K/Rb、Ba/Rb比值來看：可排除花崗巖化成因。也就是否認了殼源性成因，而是屬于Л·A·塔烏松劃分的重熔、再生花崗巖范疇，部分包括在巖漿分異花崗巖范疇。因此，本區中酸性小巖體歸屬于殼幔混合型成因系列比較恰當。

再者，從Sr/Ba比值來看，同樣也說明本區巖漿成因參與較多的地殼物質，鍶、鋇都屬于親石元素，K-Ba、Sr/Ca兩者容易進行類質同像置換，鋇比鍶在沉積巖中要多，沉積巖Sr/Ba比值一般小于1(本區中酸性小巖體Sr/Ba平均值為0.21)，表現為較低值特征，一方面說明巖石含鉀高，對鉬的富集成礦非常有利；另一方面說明參與巖漿的地殼物質成分較多。

9 結 論

歸納前面所述，巖體成因機制方面，殼幔型花崗巖具有下述主要特點。

⑴ 中酸性小巖體產出地質環境為大陸內部，華北地臺南緣，地殼增厚、地幔凹陷區具有較厚的基底和較大規模的切殼深大斷裂活動帶。

⑵ 沒有同時代的火山巖伴生，僅為斑巖建造，并且以花崗(斑)巖類為主。

⑶ 巖漿具有由中性向酸性的正向演化的規律，起始巖漿為中性，終止為酸性、強酸性巖漿，沒有同時代的基性巖漿。

⑷ 銣鍶、氧、硫同位素的組成模式，指示元素特征等均說明起源巖漿為殼幔混合型(基本上相當于I型或同熔型)，但參與地殼物質比大陸邊緣鉬、鎢礦床的起源巖漿地殼物質較多。成巖方式為深熔淺成。

鑒于上述特點，推斷其形成機理如下：燕山期本區藍橋—黑溝—欒川深大斷裂帶重新活動，并誘導上地幔的部分熔漿上涌至深熔區與深熔區地殼熔融的巖漿混合，形成殼幔型混合巖漿。深熔區的深熔范圍為地表23 km以下至莫霍面，包括硅鎂層、硅鋁層及基地太華群地層。深熔巖漿房多位于地表以下25 km深熔區上部附近。

當巖漿房內壓力達到一定程度時，沿著燕山期導巖、控巖構造向上侵入至地表十幾千米深部形成含鉬殼幔型花崗巖漿房，然后從該巖漿房中分異出巖漿上侵在0～3 km處固結形成淺成—超淺成巖體[7]。我們根據上述成巖機理，擬出本區小巖體成巖模式，可以得出結論，成巖方式為兩房一體的3個巖漿活動區：其一，為深熔巖漿活動區，是混合巖漿產生區，由深熔殼源巖漿和地幔分熔巖漿混合而成，形成混合花崗巖巖漿房；其二，為殼幔型花崗巖漿活動區，由混合巖漿分異而成，形成含鉬、鎢巖漿房；其三，是淺成—超淺成巖體分布區，由殼幔型花崗巖漿進一步分異，形成中酸性小巖體，這時巖漿的演化是朝著形成鉬鎢礦床的成礦母巖的方向進行的。