內蒙古北山地區礦物的地球化學特征及其地質意義

魏 民，趙澤南，楊建坤，李 豐，王 強

（河北省區域地質調查院，河北 廊坊 065000）

北山地區位于甘肅、內蒙古和新疆三省交界地帶，為哈薩克斯坦、塔里木、華北板塊交匯部位，地質特征復雜。北山地區地質研究成果表明，受阿爾金大斷裂的影響，斷裂北側可進一步劃分為塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊[1]。北山地區發育多條成礦帶，由北向南分別為紅石山-百合山-蓬勃山成礦帶、芨芨臺子成礦帶、紅柳河-白云山-月牙山成礦帶、輝銅山成礦帶[2]（圖1）。前人對上述各成礦帶進行大量研究，取得豐碩成果。紅石山成礦帶形成于石炭紀初始小洋盆構造環境[1]。芨芨臺子-小黃山成礦帶形成構造環境為陸緣裂谷，形成時代為早石炭世[3]。紅柳河-白云山-月牙山成礦形成時代主要由兩種認識：①奧陶-志留紀[4]，②形成于早寒武世；形成構造環境存在以下認識：①弧后小洋盆[1]；②南側塔里木板塊和北側哈薩克斯坦板塊縫合帶[4]；③形成于有限小洋盆的洋中脊構造環境。輝銅山成礦帶形成于陸緣裂谷構造環境，形成時代為晚奧陶世[5]。北山地區南側塔里木板塊與北側哈薩克斯坦板塊邊界位置具有以下四種認識：①紅石山成礦帶[5]；②小黃山成礦帶[1]；③紅柳河-白云山-月牙山成礦帶[6]；④輝銅山成礦帶[7]。前人研究過程中，塔里木和哈薩克斯坦板塊邊界位置，紅柳河-白云山-洗腸井成礦帶性質及形成時代存在較大分歧[1，4]。通過對該區域內的玄武巖系統分析研究結合區域資料研究認為，白云山成礦帶形成于寒武紀，是塔里木板塊與哈薩克斯坦板塊邊界。

1 地質背景

本次所研究的礦化帶位于白云山南，是紅柳河-白云山-月牙山成礦帶重要組成部分。成礦帶呈北西西向展布（圖2）。成礦帶北側出露地層為白云山組，南側出露橫巒山組和錫林克博組，呈斷層接觸關系，西側被第四系坡積物覆蓋。成礦帶地形低緩，局部突出呈小山包狀。

混雜巖帶整體呈北西西向帶狀展布，南部成礦組合出露較為完整，下部為超鎂鐵質雜巖，包括輝石巖、輝石橄欖巖、蛇紋巖等，具強蛇紋石化、碳酸鹽化蝕變；上部為堆晶輝長巖等，具透閃石化蝕變特征；玄武巖熔巖覆蓋于輝長巖上，具海相火山噴發特征；最上部發育含放射蟲硅質巖。硅質巖呈巖塊狀分布于混雜巖帶中。

依據礦石變形強弱特征將混雜巖帶中巖石分為基質和巖塊部分，基質變形強烈，巖塊變形相對較弱。基質分為超鎂鐵質基質、玄武質基質和泥沙質基質。巖塊巖性較為復雜多樣，包括超鎂鐵質巖、輝長巖、斜長花崗巖等。

2 樣品采集和實驗方法

本次樣品采集于成礦帶東部的地層中。玄武巖灰綠色，斑狀結構、基質似間粒結構，塊狀構造。礦石由斑晶、基質組成。斑晶主要由斜長石和暗色礦物假相組成，零散分布，部分呈聚斑、聯斑產出，粒徑一般為0.35mm～0.8mm，斜長石呈半自形板狀，具高嶺土化等，暗色礦物呈它形粒狀，多被綠泥石等集合體交代，呈假相，斑晶含量1%～5%；基質由斜長石、暗色礦物假相組成。

3 測試結果

地質礦物中SiO2含量為49.96%～53.09%，平均值51.54%，略高于正常洋中脊玄武巖（N-MORB）含量（48.77%）[8]；TiO2含 量0.76%～0.80%，平 均 值0.78%，略低于洋中脊玄武巖平均值（1%～1.5%）[9]；Al2O3含量15.64%～16.26%；K2O含 量0.48%～1.67%，平 均 值為1.11%，受后期蝕變影響，變化較大；P2O5含量為0.07%～0.08%，平均值為0.07%；MgO含量6.72%～7.76%，平均值7.32%；Mg#值為57.95～71.59。TAS圖解（圖3）樣品投點于玄武巖及玄武安山巖區域，樣品為亞堿性系列礦石。樣品分異指數DI為33.23～41.84，分異程度較低。

圖3 礦物的TAS圖解Ir-Irvine分界線，上方為堿性，下方為亞堿性

地質礦物的稀土元素含量較低，ΣREE為22.89～42.52×10-6，略低于N-MORB和E-MORB，遠低于OIB。樣品LREE/HREE為1.72～2.84，（La/Yb）N為0.83～0.89，（Ce/Yb）N為0.81～1.02，輕、重稀土分異程度低，輕稀土相對虧損，重稀土相對富集；（La/Sm）N為0.68～1.08，輕稀土分異程度較低；（Gd/Yb）N為0.71～1.04，重稀土分異程度較低；δEu為1.06～1.15，具輕微正異常；δCe為0.89～1.07，具弱異常。稀土元素配分曲線具輕微左傾特征，輕稀土輕微虧損，與N-MORB配分曲線一致，具洋中脊玄武巖（MORB）特征（圖4）。

圖4 稀土元素球粒礦石標準化分布型式圖

樣品微量元素含量較低，略高于原始地幔元素含量，與N-MORB含量相當。受后期熱液作用影響，大離子親石元素活動較強，與N-MORB相比，含量較高，僅Sr含量相當，具有K，Rb，Ba正異常及Th負異常。微量元素配分曲線與N-MORB曲線較為一致（圖5）。玄武巖Rb/Sr比值為0.05～0.21，與N-MORB相當。

圖5 微量元素原始地幔標準化蛛網圖標準化數值

4 討論

4.1 成礦構造環境

紅柳河-牛圈子-白云山-月牙山-洗腸井礦物形成構造環境存在以下認識：①弧后小洋盆；②塔里木和哈薩克斯坦板塊縫合帶；③形成于有限小洋盆的洋中脊構造環境。

Nb、Zr、Y等高場強元素較為穩定，是確定玄武巖構造環境的有效判別因子[9]）。2Nb-Zr/4-Y圖解（圖6）樣品投點于N型MORB區域，表明樣品具N-MORB特點。玄武巖P2O5-TiO2圖解（圖7）中樣品投點于洋中脊玄武巖區域，表明礦石形成于洋中脊構造環境。

圖6 2Nb-Zr/4-Y構造環境判別圖

圖7 玄武巖P2O5-TiO2圖解

區域資料表明，白云山-月牙山-洗腸井蛇綠混雜巖帶是一條近東西向展布的重要的重力場、磁場分界線。洗腸井成礦帶附近出露有頂、底明確，層序清楚，冰磧巖特征顯著的震旦系剖面，表明震旦系時期大陸尚未裂解[10]。寒武紀具陸緣海向大陸坡、陸基，最后進入半深海沉積環境特點，表明初始洋殼于此形成[2]。成礦帶南側出露的長城系、薊縣系和青白口系地層，為塔里木板塊穩定蓋層沉積，成礦帶北側出露指示活動陸緣的公婆泉島弧帶，表明成礦帶形成于成熟大洋環境，具有板塊分隔作用。白云山成礦帶出露完整，礦石組合具現代大洋洋殼特征，玄武巖巖石及巖石地球化學具洋中脊玄武巖特征。綜合分析認為，紅柳河-牛圈子-白云山-月牙山-洗腸井礦物為是板塊的縫合帶，以該帶為界，南側為塔里木板塊，北側為哈薩克斯坦板塊，玄武巖為洋中脊玄武巖。

4.2 地質礦物的形成時代

紅柳河-牛圈子-白云山-洗腸井礦物形成時代主要由兩種認識：①奧陶-志留紀，②形成于早寒武世。

資料表明紅柳河蛇綠混雜巖帶輝長巖年齡516.2Ma±7.1Ma[11]；月牙山成礦帶斜長花崗巖年齡536Ma±7Ma[12]；月牙山成礦帶中蝕變輝長巖巖塊年齡為540.2Ma±1.3Ma，斜長花崗巖巖塊的同位素年齡為527.4Ma±1.3Ma[13]。斜長花崗巖為演化過程中最后出現的產物，其形成時代能夠代表礦物的形成時代。月牙山及洗腸井成礦帶斜長花崗巖均形成于早寒武紀與紅柳河堆晶輝長巖年齡相近。上述同位素研究成果表明，研究區的礦床形成于早寒武世。本次工作白云山成礦帶中玄武巖、輝長巖取得大量奧陶-志留紀同位素年齡，結合前人取得同位素年齡成果，表明礦物的組成較為復雜，除具洋中脊特征外，還有形成于大洋俯沖環境下的礦物組合。

5 結論

（1）玄武巖為亞堿性系列礦石，稀土總含量較低，輕、重稀土分異程度低，輕稀土輕微虧損，配分曲線具N-MORB特征，微量元素含量與N-MOPB相當，具K、Rb、Ba等大離子親石元素正異常，微量元素配分曲線高場強元素與N-MORB一致。

（2）玄武巖為洋中脊玄武巖，白云山成礦帶為南側塔里木板塊與北側準噶爾板塊的縫合帶。

（3）白云山成礦帶形成時代于寒武紀。