豫西南泥湖地區輝長巖地球化學特征及其與成礦關系

劉輝

(山東省物化探勘查院，山東 濟南 250013)

0 引言

豫西南泥湖鉬多金屬礦集區是我國最大的鉬多金屬礦集中區之一，豫西南作為一個鉬礦集中產區[1]，其控礦的關鍵因素一定是宏觀的巨型構造背景[2]。成礦直接母巖是中生代的花崗斑巖，成巖物質與成礦物質是否是同源，如果花崗斑巖是來自地殼，則鉬元素的來源是否全部來自地殼；如果中生代確實存在輝長巖--輝綠巖，其與花崗斑巖形成時代相近，是否暗示了地殼重熔的原因之一是來自更深處的基性巖漿的作用(底墊作用)[3-5]。

區內大面積出露加里東期變輝長巖和燕山期輝長巖，基性侵入體是了解下地殼、上地幔以及殼-幔相互作用的一個重要窗口[6]。區內輝長巖主要有加里東期和燕山期2個時期。對于區內輝長巖的年齡，羅銘玖[7]在1991年對區內的輝長巖全巖進行K-Ar法測年，結果為743Ma；李惠民[8]于2006年在豫陜交界處的洋淇溝取變輝長巖樣品，進行鋯石U-Pb測年，年齡為(501.4+1.2)Ma；包志偉[9]于2009年測得的欒川赤土店西溝礦區的輝長巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡為(147.5±1.7)Ma，證實區內至少有過兩期基性巖漿活動，其中赤土店一帶的細粒--中細粒輝長巖是燕山期侵入的。該文在收集前人有關區內加里東期變輝長巖和燕山期輝長巖的地球化學數據的基礎上，通過對南泥湖礦集區內上房溝鉬多金屬礦區周邊的加里東期粗粒變輝長巖進行取樣測試分析，總結區內輝長巖地球化學特征并研究其與成礦的關系。

1 區域地質特征

研究區位于華北板塊與揚子板塊結合部位秦嶺褶皺系的東端，構造由NWW向NW弧形轉折的部位[10]，隸屬于東秦嶺-大別山鉬成礦帶[11]。基底為太古宇太華群，蓋層巖系主要有中元古代長城系熊耳群火山沉積建造、薊縣系高河群、官道口群碎屑-碳酸鹽巖沉積建造、新元古代欒川群陸源碎屑、碳酸鹽巖、堿性火山巖沉積建造、古生代陶灣群淺海相泥質碳酸鹽巖及鈣泥質巖沉積建造以及上覆的第三系和第四系，地層主要成NWW向條帶狀展布[12]。區內的構造、變質帶及巖漿巖總體呈NWW，NW向展布(圖1)。區內巖漿巖活動頻繁，主要有加里東期的變輝長巖、燕山期的花崗巖和輝長巖。加里東期的變輝長巖沿著深斷裂帶分布，構成了侵入巖帶。花崗巖主要有合峪、老君山和伏牛山等大型巖基，和眾多的小花崗斑巖體、巖墻以及巖脈。

1—古生代陶灣群碳酸鹽巖、碎屑巖：2—新元古代欒川群碎屑巖、碳酸鹽巖及粗面巖：3—中元古代官道口群含燧石條帶大理巖；4—中元古代寬坪群大理巖及基性火山巖；5—早白堊世花崗巖：6—晚侏羅世花崗斑巖脈：7—晚侏羅世花崗斑巖：8—斷層：9—背斜軸：10—向斜軸：11—地質界線：12—平行不整合界線：13—斑巖一矽卡巖型鉬鎢礦床：14—矽卡巖型多金屬硫鐵礦床：15—熱液脈型鉛鋅銀礦床；16—礦化分帶及編號；①—商丹斷裂：②—欒川斷裂：⑨—三門峽斷裂：④—太行山斷裂：⑤—南漳斷裂：⑥—廟子斷裂：⑦—毛超營斷裂：⑧—銀家溝斷裂：⑨—尖山斷裂圖1 南泥湖礦田地質略圖[13]

2 巖石地球化學特征

對南泥湖礦田上房溝礦區內加里東期粗粒變輝長巖(樣品SFG1，SFG2)、上房溝礦區外圍逐漸遠離礦區的加里東期粗粒變輝長巖(樣品913-2，913-3，913-4，913-7)和包志偉[9]2009年進行的鋯石U-Pb年齡測試，對燕山期的西溝礦區的輝長巖(中粒樣品123702、細粒樣品123703)以及外圍的前加里東期粗粒輝長巖(樣品123704)的地球化學特征進行了系統的對比和研究。

上房溝礦區內出露的變輝長巖為冷水-三川-火神廟變輝長巖體的一部分，呈NWW—NW向侵入于南泥湖組、煤窯溝組和三川組地層中[13]。平面形態長條狀，向N傾，寬50～100m，長度大于5km，出露面積約4km2。根據礦區內的鉆孔資料，表明巖體向下變小，底部為漏斗狀。變輝長巖墨綠色，分為細粒和粗粒，有顯微鱗片粒狀變晶結構和粒狀變余輝長結構，塊狀構造。礦物成分主要為斜長石和角閃石，其次為黑云母、石英和鉀長石等。近接觸帶變輝長巖的礦物顆粒較細。

2.1 主量元素地球化學特征

變輝長巖SiO2含量集中在43%～46%，低于中國輝長巖，硅質含量低，TAS圖解中落于玄武巖類內輝長巖區域(圖2)，TiO2和CaO含量高，變輝長巖Alk含量為3.14%～4.81%，與中國輝長巖一致；K2O/Na2O比值0.33～1.1不等，外圍的變輝長巖K2O/Na2O與中國輝長巖一致，礦區內的K2O/Na2O大于外圍的K2O/Na2O，推測可能受到鉀化影響(圖2)；TAS圖解中變輝長巖為堿性系列，礦區內為鉀質輝長巖，外圍為鈉質輝長巖；固結指數SI=27.9～26.04，分異程度高。礦區外圍的變輝長巖TiO2，CaO含量較高，MgO，Al2O3偏低。礦區內的變輝長巖較外圍變輝長巖MgO，MnO含量高，P2O5低，無富鐵的特征(表1)。

1—中國輝長巖：2—南泥湖輝長巖：3—礦區外圍輝長巖；4—上房溝礦區內輝長巖圖2 上房溝礦區變輝長巖K2O/Na2O圖解

樣號巖性SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2OP2O5SrOBaOCr2O3LOITotalAlkNNH變輝長巖46．442．2124．019．850．269．969．552．121．680．471．8100．343．8?SFG1變輝長巖43．843．7213．4516．320．327．069．761．581．560．3580．040．170．011．4699．643．14?SFG2變輝長巖46．353．0613．4813．970．316．278．882．652．160．6110．050．130．010．7298．654．81SFG3變輝長巖47．912．8113．7913．90．145．048．132．732．885．61LTS1變輝長巖48．91．513．372．578．080．2366．6810．252．142．370．1391．5397．774．51LTS2變輝長巖44．83．211．244．0611．060．258．7912．71．850．790．2830．8999．912．64?913?2變輝長巖45．39414．1814．540．224．779．373．031．180．5290．050．120．011．1898．574．21?913?3變輝長巖49．652．7613．6413．270．194．478．42．991．20．3880．050．110．011．3998．524．19?913?4變輝長巖463．0315．7413．520．195．089．813．131．020．510．060．110．011．4199．624．15?913?7變輝長巖45．542．9512．915．350．227．7710．542．241．10．350．050．090．020．3699．483．34黎彤中國輝長巖47．621．6714．524．099．370．226．478．752．971．180．461．1898．574．15

注：*樣品引自文獻[14]，其余樣品引自文獻[15]。

2.2 稀土元素地球化學

上房溝礦區內加里東期粗粒變輝長巖的稀土元素∑REE范圍為(117.17～178.07)×10-6(圖3、表2)，未受蝕變礦化影響的遠離礦區的加里東期粗粒變輝長巖∑REE范圍(130.11～134.88)×10-6，與玄武巖類相當；其中西溝礦區采取的燕山期輝長巖樣品(12302，12303)的∑REE范圍為(113～132.38)×10-6，平均123×10-6，同比玄武巖類，稀土總量顯示虧損；加里東期粗粒變輝長巖的LREE/HREE范圍為7.15～7.68，高于玄武巖類的5.89，(La/Yb)N的值8.61～9.59，高于玄武巖類的5.12，輕重稀土分餾明顯，燕山期中細粒輝長巖的LREE/HREE范圍為1.36～3.42，低于玄武巖類的5.89，(La/Yb)N的值2.49～3.04，低于玄武巖類的5.12，顯示為輕稀土虧損，輕重稀土分餾不明顯。上房溝礦區及外圍加里東期粗粒變輝長巖的δEu的值1.09～1.44，顯示為正異常，表示形成于較還原環境；西溝礦區燕山期輝長巖δEu的值0.2～0.28具明顯的Eu虧損，說明巖漿上升過程中存在還原環境向氧化環境的轉變。

圖3 南泥湖地區輝長巖稀土元素Boynton(1984)球粒隕石標準化分布形勢圖

總的來說：①燕山期輝長巖樣品稀土元素球粒隕石標準化分布曲線光滑，沒有特征元素的異常現象，REE含量大約是球粒隕石的20倍左右，可能來源于未分異原始地幔或平均地幔的部分熔融。②早期的變輝長巖REE分餾較燕山期的更強烈一些，并且Eu明顯呈現正異常。③南泥湖地區輕重稀土分餾弱。④區內的輝長巖與世界基性巖相比具有Eu和Tm的明顯異常。

表2 南泥湖地區輝長巖以及玄武巖類巖體稀土元素(10-6)含量

注：*樣品引自文獻[9]，其余樣品來自河南省欒川縣南部區域地質調查報告,1978年。

2.3 微量元素地球化學

原始地幔標準化蛛網圖顯示區內輝長巖微量元素分布曲線輕度右傾斜(圖4)，多數元素含量高于原始地幔的10倍含量值(表3)，其中Cs，Ba，K產生富集峰；V值高，重稀土元素和高場強元素相對虧損，具有微弱的Nb-Ta槽，具有Zr虧損。區內輝長巖中的大離子親石元素(Ba，Rb，Sr)和Ta，Nb的變化的范圍比較大。與原始地幔標準化相比，N-MORB標準化的圖解上，無Nb，Ta，P弱虧損。同比之下上房溝礦區的加里東期變輝長巖較西溝的燕山期輝長巖Ta，Nb的虧損，可能由于巖漿源區曾遭受地殼物質的混染或者地幔源區富有Ta，Nb的殘留體所致[16]。

圖4 變輝長巖微量元素原始地幔標準化蛛網圖

大陸的拉張帶(或裂谷初期)環境玄武巖，巖漿源區較淺，大陸裂谷的拉斑玄武巖比堿性的玄武巖Ta/Hf的比值低，前者通常為0.1～0.3，后者通常大于0.3，Th/Ta的比值大，前者通常大于4，后者通常在1.6～4之間，Th/Ta比值具有較典型的裂谷環境的玄武巖的特征[16-17]。區內的輝長巖Ta/Hf>0.3，Th/Ta>1.6，與大陸裂谷的堿性玄武巖一致，應為減壓熔融的產物。

2.4 成礦元素特征

區內的輝長巖的鉬元素含量高于地幔和世界超基性巖的含量(表4)，個別成礦元素含量異常高值應是受礦化影響，總體鉬含量在0.6×10-6左右，鎢含量集中在(60～70)×10-6，鉛含量集中在(4～8)×10-6，鋅含量集中在(90～130)×10-6，銀元素集中在(0.05～0.08)×10-6，由加里東期到燕山期，輝長巖成礦元素變化不明顯，總體富集鎢元素，其他成礦元素顯示虧損特征。華北克拉通南緣寄主玄武巖含礦元素含量大多低于基性巖平均值，區內輝長巖對成礦物質來源方面沒有明顯供給。

表3 南泥湖地區變輝長巖微量元素(10-6)含量

注：*樣品引自文獻[9]，其余樣品引自文獻[14]。

注：*樣品引自文獻[9]，其余樣品引自文獻[14]。

3 成巖成礦作用

東秦嶺地區的斑巖體以及巖脈巖株主要為燕山期形成，集中在134～157Ma。李永峰等[18]2005年對上房溝花崗斑巖巖體進行年代學測試，結果表明其SHRIMP鋯石微區U-Pb年齡為158Ma左右，輝鉬礦Re-Os同位素模式年齡145Ma左右。南泥湖花崗斑巖的SHRIMP鋯石微區U-Pb年齡157Ma左右，輝鉬礦Re-Os同位素模式年齡142Ma左右，兩個巖體時間相近，為燕山期巖漿作用的產物，成礦巖體固結到成礦作用的主要階段一般會有幾個百萬年的延續，與整個東秦嶺鉬礦帶主要成巖年齡區間一致。區內加里東期變輝長巖和燕山期輝長巖成礦元素同比世界基性巖，W元素相對富集，Mo，Fe，Pb，Zn，Ag等成礦元素大多表現較世界基性巖虧損，區內基性巖底侵作用過程中提供成礦來源的可能性較小，推斷主要為巖漿部分熔融形成巖漿房提供了熱源[14]。

4 結論

(1)豫西南泥湖鉬礦集區內輝長巖分異程度高，稀土總量顯示虧損。加里東期粗粒變輝長巖輕重稀土分餾明顯；燕山期中細粒輝長巖輕稀土虧損，輕重稀土分餾不明顯。加里東期變輝長巖顯示為Eu正異常，形成于較還原環境；燕山期輝長巖具明顯的Eu虧損，說明巖漿上升過程中存在還原環境向氧化環境的轉變。

(2)區內加里東期變輝長巖微量元素分布曲線輕度右傾斜，多數元素含量高于原始地幔的10倍含量值，其中Cs，Ba，K產生富集峰；重稀土元素和高場強元素相對虧損，具有微弱的Nb-Ta槽，具有Zr虧損。與原始地幔標準化相比，無Nb，Ta，P弱虧損。區內的輝長巖Ta/Hf>0.3，Th/Ta>1.6，與大陸裂谷的堿性玄武巖一致，應為減壓熔融的產物。

(3)加里東期變輝長巖和燕山期輝長巖成礦元素總稀土含量低，稀土元素球粒隕石標準化曲線右傾平緩，具有明顯的Eu，Tm元素的異常；同比世界基性巖，自晚元古代以后本區上地幔主要成礦元素除鎢元素基本無明顯的富集，主成礦元素鉬呈明顯的虧損，認為燕山期成礦花崗質巖漿并沒有直接從上地幔獲得主要成礦物質。

(4)區內輝長巖多期次活動證明地幔活動頻繁，在燕山期存在地幔活動，推測區內之所以形成區域上大型的鉬多金屬成礦帶與地幔的巖漿底墊作用相關。底墊作用提供了充足的熱源，導致上覆地殼硅鋁質巖層部分熔融形成酸性巖漿，上侵成巖成礦。

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