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青海玉樹趙卡隆鐵銅多金屬礦床安山巖地球化學特征及其成因

2012-11-30 02:32李歡奚小雙吳城明張代斌
關鍵詞:安山巖火山巖成礦

李歡,奚小雙,吳城明,張代斌

(1.中南大學 地球科學與信息物理學院,有色金屬成礦預測教育部重點實驗室,湖南 長沙,410083;2.九州大學工學府地球資源系統,日本 福岡,819-0395;3.廣西國土資源規劃院,廣西 南寧,530022;4.青海諾貝爾礦業有限公司,青海 西寧,810008)

青海省玉樹縣趙卡隆鐵銅多金屬礦床是原玉樹地質隊于1959年發現的,有著長期找礦勘察的歷史。但是,由于受到青海西部高原惡劣環境的限制,前人對趙卡隆礦床的地質研究較少。近年來,青海省有色地質礦產勘查局對礦區鐵銅鉛鋅銀礦進行了普查,初步認為礦區位于玉樹—義敦島弧帶西段的火山沉積盆地中,含礦地層為一套中性火山巖系、碳酸鹽巖及碎屑巖系,上部為鉛鋅,下部為銅,具有噴流沉積的“黑礦”成礦特征,礦床的形成與礦區島弧安山巖的噴發密切相關,成因類型屬火山噴流沉積?改造型鐵銅鉛鋅銀多金屬礦床[1]。為了研究礦床的大地構造環境、成礦物質來源、控礦因素與成礦規律,本文作者根據礦區安山巖地球化學特征對趙卡隆礦床進行調查研究。島弧和弧后安山巖與鐵、銅等多種金屬礦化密切相 關[2?7],根據安山巖的巖石學[8?9]、同位素地質學[10]、地球化學[11?14]可以探知安山巖的形成背景、演化成因及其與金屬礦化之間的關系[15?16]。

1 礦床簡介

趙卡隆鐵銅多金屬礦床大地構造位置處于我國的“三江”成礦帶羌塘—昌都地體江達島弧隆起帶北西段之車所—生達地塹中[17]。近年來在“三江”成礦帶北段不斷發現新礦床,因而備受關注[18?20]。在晚二疊紀,羌塘-昌都地區發生活化,到三疊紀轉為太平洋型陸緣,形成青藏川滇印支期溝-?。梵w系構造環境[21?22]。江達島弧帶是在早二疊紀開始發生差異性抬升、中晚三疊紀發育成熟的[23?24]。區域巖漿巖活動頻繁,印支期主要為淺海海底中基性的多旋迴噴發,其巖石主要為安山巖、安山玄武巖類。巖漿巖主要分布于趙卡隆以東、想恩大增一帶,呈層狀、似層狀及透鏡狀,順層整合產于上三疊系巴塘群上部碎屑巖組(T3btc)地層內,南部結扎群紫紅色碎屑巖組(T3jza)和含煤碎屑巖組(T3jzc)地層中亦有少量安山玄武巖分布。趙卡隆鐵銅多金屬礦床的成礦物質來源與該期晚期中性火山噴發活動有關。趙卡隆礦區地層簡單,出露有上三疊系巴塘群(T3bt)上部碎屑巖組(T3btc)和頂部碳酸鹽組(T3btd)及第四系(Q)(圖1)。上部碎屑巖組(T3btc)按其巖性組合及段系巖性的含礦性劃分為上、中、下3個巖性段。下巖性段(T3btc1)為一套中細粒砂巖、粉砂巖、泥質板巖夾層間石英礫巖、含礫鮞狀灰巖組成;中巖性段(T3btc2)由一套粉砂巖、粉砂質板巖互層和中細粒長石石英砂巖組成,除長石石英砂巖中未發現礦體外,其他巖層中均發現有鐵銅鉛鋅銀礦礦化;上巖性段(T3btc3)巖性由灰巖、安山巖、泥質板巖、炭質板巖、長石石英砂巖、白云巖等組成,具輕度綠泥石化。趙卡隆鐵銅多金屬礦床主要產于上巖性段(T3btc3)內。該礦床是以鐵、銅為主的多金屬礦床,除主元素鐵、銅外,還有能綜合利用的共(伴)生鉛、鋅、銀、金等有色金屬和貴金屬元素。礦體嚴格受地層和巖性控制,含礦帶走向長約2 400 m,水平寬度200~800 m,傾斜延深大于700 m。根據礦體分布特點,劃分為4個礦化帶、7個礦群(圖1)。其中以分布于礦區中部的Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ號礦群規模最大[25]。

2 安山巖地質產狀及礦物組成

圖1 趙卡隆礦區地質圖(據文獻[25])Fig.1 Geological map of Zhaokalong Deposit(according to Ref.[25])

安山巖分布于礦區中部,呈層狀、帶狀展布。根據層位不同劃分為南、中、北3個巖帶。南部安山巖帶分布于Ⅵ礦體下部,走向長約 1 200 m,厚度為30~90 m。中部安山巖帶規模最大,走向長為1 500 m,厚度為80~200 m,東端分布于Ⅰ礦體下部,與上部巖層呈整合接觸,西端分布于Ⅶ礦體頂部,與上部巖組為斷層接觸。北部安山巖帶規模較小,走向長約為1 km,厚度為20~80 m,分布于Ⅳ礦體頂部和Ⅲ礦體底部。成為Ⅳ礦體頂板圍巖和Ⅲ礦體底板圍巖。礦區各層安山巖巖性特征基本一致,呈灰綠-暗綠色,斑狀結構,塊狀構造。巖石由斑晶和基質組成。斑晶主要為斜長石,少量的角閃石、斜長石聚斑,它們占巖石總量(質量分數,下同)的25%~40%。斑晶的粒徑一般為1~2 mm,大者為3 mm。斜長石斑晶形態呈碎裂狀、階梯狀、棱角狀、少量具熔蝕現象。角閃石斑晶形態呈聚斑狀,被綠泥石所交代,保留其外形,往往在斑晶周圍形成一圈磁鐵礦暗化邊?;|主要由斜長石微晶、泥鈣鐵質和玻璃質組成,為細晶粒狀結構,少量具長條狀結構,含量達60%~75%。

3 巖石樣品的處理及測試方法

巖石樣品采自趙卡隆礦區出露的安山巖及部分鉆孔巖芯,確保巖石樣品新鮮、無風化。對巖石樣品進行切片鏡下觀察之后,挑選出具有代表性的安山巖樣品7個,進行送樣前預處理。預處理過程為:將巖石樣品進行初碎,然后,將初碎后的樣品放入Tl?100型碳化鎢體碎樣機中,細碎至料徑為75 μm。每次細碎前,同樣要對缽體進行清理,用自來水沖洗干凈后,用蒸餾水再次沖洗,接著用干凈的紙巾擦拭干,后用蘸有酒精的棉花再次擦洗1遍,最后用吹風機將其吹干,這樣確保樣品之間不互相污染。將細碎好的樣品裝入袋中編號,置于烘箱中于105 ℃烘烤2 h,之后將烘干的樣品轉入干燥器中,以備后期實驗送樣使用。主量元素、稀土元素和微量元素分析在武漢綜合巖礦測試中心(湖北省地質實驗研究所)完成,主量元素采用X-Ray Fluorescence(XRF)(RIGAKU2100型)玻璃熔片法進行測定,FeO和Fe2O3含量單獨用濕化學法分析進行測定。對主量元素首先測定燒失量,然后加入助熔劑及脫模劑等高溫加熱,最后將玻璃熔片放入 XRF自動進樣系統進行測試。各元素測試結果相對標準偏差大多<2%,實驗結果精度達到5%。稀土及其他微量元素采用ICP-MS分析方法(美國Agileni公司生產的Agileni7500a儀器)分析。把經化學處理、加熱、蒸干、加水稀釋等加工程序后的樣品,用ICPMS溶液法測定微量元素含量,標樣為BCR-1,標準參考物測得的相對標準偏差(RSD)大多<5%,大部分元素(如Rb,Th,U,REE,Nb,Ta,Y,Zr和Hf等)的分析精度高于 5%。稀土元素標準化采用 1982年Taylor球粒隕石標準值。同位素測試工作由武漢地質礦產研究所(原宜昌同位素測試中心)完成,由MAT系列固體及氣體同位素質譜儀測定,分析精度為±0.2‰。硫同位素標準品為美國代阿布洛大峽谷(Canyon Diablo)鐵隕石中的隕硫鐵(CDT),處理后的結果用硫同位素 δ34SCDT表示。趙卡隆礦區安山巖顯微照片見圖2。所有測試數據及處理結果(質量分數)見表1。

圖2 趙卡隆礦區安山巖顯微照片Fig.2 Andesite micrographs of Zhaokalong deposit

表1 趙卡隆礦區安山巖主量元素、稀土元素、微量元素及硫同位素分析結果(質量分數)Table 1 Major elements,trace elements,rare earth elements and S isotopic values of andesites from Zhaokalong deposit

4 安山巖地球化學特征

4.1 安山巖主量元素特征

礦區安山巖的 SiO2含量(質量分數,下同)為47.79%~61.51%,平均含量為 55.41%;K2O含量為0.06%~2.90%,平均含量為 1.28%;Na2O含量為2.96%~6.26%,平均含量為 4.81%;全堿(K2O+Na2O)含量平均值為 6.09%。礦區安山巖具有低鉀(Na2O含量高于K2O含量),富鋁(Al2O3含量為9.59%~17.64%,平均為 15.44%)的特征。CIPW 標準礦物計算結果顯示,Q含量為 6.35~21.8%,An含量較小,為0.8%~8.22%,Ab含量為32.92%~53.56%,Or含量為0.35%~18.08%;巖石分異指數(DI)為39.63~72.52。利用CIPW計算結果進行火山巖QAPF圖投影(圖3),投影結果顯示礦區安山巖主要落入英安巖、安山巖區內,反映巖性較為均一。另外,在 Ol′-Q′-Ne′圖中,樣品全部落入亞堿性系列(圖4(a));在FAM圖中,樣品主要落入拉斑玄武巖系列(圖 4(b));在 Ab′-An-Or圖上投影,樣品主要為鈉質類型和普通類型(圖4(c))。礦區安山巖主要為低鉀拉斑玄武巖系列(IAT),少量為鈣堿性系列(圖 4(b))。DI集中于 35~75,呈單峰式分布。在里特曼?戈蒂里圖解中,樣品也主要落在了消減帶火山巖中(圖4(d))。

圖3 趙卡隆礦區火山巖Q-A-P-F圖解Fig.3 Q-A-P-F diagram of volcanic rocks from Zhaokalong deposit

4.2 安山巖稀土元素特征

礦區安山巖的稀土總量(ΣREE)最低為71.45×10?6,最高為 131.63×10?6;輕稀土元素富集,w(LREE)/w(HREE)為 3.97~9.13,w(La)/w(Yb))N為3.50~8.54,(w(Ce)/w(Yb))N為 2.01~5.97,(w(Sm)/w(Eu))N為1.17~1.44。配分曲線呈右傾式,起伏不大,集中度較高。δEu為 0.92~1.10,Eu無異常;δCe為0.68~0.84,Ce呈弱的負異常,見圖5。

4.3 安山巖微量元素特征

礦區安山巖的微量元素的分配型式為強不相容元素(大離子親石元素)富集型,見圖6。數據經標準化處理后,w(RbN)/w(YbN)為 0.44~26.64,平均 11.87;K*含量為0.08~4.70(“*”表示經原始地幔標準化),平均為 2.08;Th*含量為 0.41~32.36,Nb*為 0.21~0.83,Sr*為 0.09~0.89,P*為 0.35~0.63,Zr*為 1.35~2.21,Ti*為0.28~0.64;w(Zr)/w(Nb)為9.32~17.69,w(Hf)/w(Ta)為3.96~5.40。礦區安山巖富集Rb,Ba,Th和Zr等大離子親石元素,同時虧損 Nb,Sr,P和Ti等高場強元素。蛛網圖中自Ce至Lu,各元素的含量下降很快,并且Y和Yb元素有顯著虧損,Y含量<20 μg/g,YN含量為 2~4 μg/g,Yb 含量小于 1.93 μg/g,YbN含量小于 4 μg/g。

4.4 安山巖S同位素特征

火山巖全巖硫穩定同位素分析(表1)表明:δ34SCDT分布范圍為?1.60‰~15.32‰;硫同位素比值較集中,除2個樣品硫同位素含量比值低于10‰之外,其他高于10‰,平均值為10.53‰。

5 討論

江達島弧在區域上屬于義敦島弧帶。義敦島弧帶是一個發育于張性薄陸殼基底上的三疊紀島弧,以發育島弧裂谷和成對的火山弧為特征[26]。江達構造帶源自洋?陸作用的島弧體制,從晚三疊世以前起經歷了陸?陸碰撞焊合、陸內裂谷、陸內造山等多種構造體制的轉換,主要的成礦作用發生在陸內及弧后裂谷期[27]。

圖4 趙卡隆礦區安山巖地球化學圖解Fig.4 Lithogeochemical diagrams of andesites from Zhaokalong deposit

圖5 安山巖稀土元素球粒隕石標準化配分型式圖Fig.5 Rare-earth elements distribution patterns of andesites

圖6 安山巖微量元素原始地幔標準化蛛網圖Fig.6 Spider diagram of trace elements from andesites

火山巖的系列、類型是分類命名、劃分巖區、分析組合及研究巖漿成因來源、演化機理、構造環境、礦產分布的基礎;而火山巖系列、類型的確定,主要依據其化學成分。從主元素分析數據得知,趙卡隆礦床安山巖主成分以貧硅、高鈉、低鉀含量為特征,屬于亞堿性?拉斑玄武巖系列,具有島弧火山巖性質?;鹕綆rQAPF圖顯示其屬于英安巖類,說明其構造位置可能偏于島弧中的內弧火山活動[28?29]。礦區安山巖主要為低鉀拉斑玄武巖系列(IAT),少量為鈣堿性系列(圖 4(b)),DI集中于 35~75,呈單峰式分布,反映了構造環境為板塊邊緣的消減帶。在里特曼?戈蒂里圖解中,樣品也主要落在了消減帶火山巖中(圖 4(d))。消減帶包括島弧、活動大陸邊緣(活動陸緣)2種環境。而與活動陸緣不同的是,島弧火山巖 SiO2含量為50%~66%(大多<56%),以低鉀(K2O 含量平均為1.60%)安山巖為主[30?31]。因此,從主量元素上看,礦區安山巖主要表現為島弧火山巖的性質。

從稀土元素特征值來看,趙卡隆安山巖富集輕稀土元素,δEu無明顯異常,可能與巖石中斜長石分離結晶較弱有關,表明趙卡隆安山巖與玄武巖漿的分離結晶作用無關。稀土元素右傾曲線表明巖漿來源較為復雜,造成了輕、重稀土元素分異。此外,Ce呈弱的負異常,具有島弧安山巖的特征,說明噴發環境為海相。與大陸型安山巖不同相比,大洋型安山巖中的稀土含量較低,w(ΣREE)為(25~178)×10?6(大陸型為(67~341)×10?6)[32],礦區安山巖的各項稀土含量說明其為大洋型安山巖。

在微量元素方面,礦區安山巖富集 Rb,Ba,Th和Zr等大離子親石元素,同時虧損Nb,Sr,P和Ti等高場強元素,具有與俯沖作用有關的火山巖特征,表現出島弧火山巖的相關特性[33?34],顯示出俯沖板片流體在巖漿生成中的重要作用。而K的富集以及Nb,P和Ti的虧損,表明物源以殼源為主。同時,微量元素蛛網圖中自Ce至Lu,各元素的含量下降很快,表現出裂谷火山巖的特征[35?36]。高場強元素的比值(w(Zr)/w(Nb),w(Hf)/w(Ta))具有類似MORB特性,并且Y和Yb元素有顯著的虧損,Y含量<20 μg/g,YN含量為2~4,Yb含量<1.93 μg/g,YbN含量小于4 μg/g。微量元素以富集大離子親石元素和虧損高場強元素為特征,顯示其具有熱水噴流沉積物的特征[37],反映了其活動大陸邊緣的性質[38]?;?Th,Yb,Ta及 La分析結果,作出 w(Th)/w(Yb)?w(Ta)/w(Yb)圖(圖 7(a))和 w(La)/w(Yb)?w(Th)圖(圖 7(b))。在 w(Th)/w(Yb)?w(Ta)/w(Yb)圖中,趙卡隆安山巖樣品投點全部落于活動大陸邊緣安山巖區;在w(La)/w(Yb)?w(Th)圖中,樣品主要落在大陸邊緣弧和安山弧區域。w(Th)/w(Yb)?w(Ta)/w(Yb)圖和 w(La)/w(Yb)?w(Th)圖說明趙卡隆安山巖具有大陸邊緣安山巖的性質,同時保留了部分島弧安山巖的特征。此外,巖漿混染了大陸殼物質時,使Nb*含量小于1。而K*可用于指示大洋消減作用與巖漿成分的關系。K*含量大于 1 μg/g,表明其分布于島弧區,且成分收消減作用的影響。其原因是消減作用能攜帶活動性元素K進入地幔楔形區并交代這種源區物質[39]。趙卡隆安山巖Nb*和K*的特征說明其形成與島弧的一側俯沖有關。

圖7 w(Th)/w(Yb)?w(Ta)/w(Yb)[40]和 w(La)/w(Yb)?w(Th)[41]圖解Fig.7 w(Th)/w(Yb)?w(Ta)/w(Yb)and w(La)/w(Yb)?w(Th)diagrams

S同位素對判別火山巖的形成環境有著重要作用[42?43]。趙卡隆安山巖δ34SCDT分布范圍與海水中的硫同位素特征值相近,說明安山巖硫來源主要為海水,符合深海海底噴發模式。全巖硫穩定同位素分析數據佐證了趙卡隆安山巖為深海相噴發成因。

通過以上對安山巖主量元素、微量元素、稀土元素及硫同位素的研究得出:趙卡隆安山巖既有島弧安山巖的性質,同時具有活動大陸邊緣弧后盆地火山巖的特性。趙卡隆安山巖的成因應該比較復雜,一方面與大洋消減作用島弧的形成過程有關,另一方面與島弧形成后的弧后擴張有關。島弧火山巖在島弧演化的不同階段具有不同性質。江達構造帶晚石炭世開始島弧體制的演化,中三疊世末島弧體制終結,晚三疊世開始陸內弧后擴張活動,趙卡隆安山巖反映了整個島弧活動過程。安山巖在一定程度上表現出繼承了島弧安山巖的性質,而實應為弧后擴張盆地的大地構造背景,為殼幔2種巖漿混合的產物。趙卡隆礦床島弧火山巖的產生,一方面與江達島弧東側的大洋消減板塊俯沖有關,另一方面與島弧西側的弧后擴張有關,其形成過程與島弧的演化過程是一致的。

6 結論

(1)趙卡隆安山巖主量元素以低鉀、富鋁含量為特征,大多屬于英安巖類、拉斑玄武巖系列;稀土元素特征表現為輕稀土元素富集,配分曲線呈右傾式,Eu含量無異常,Ce含量呈弱的負異常;安山巖富集Rb,Ba,Th和Zr等大離子親石微量元素,同時虧損Nb,Sr,P和 Ti等高場強元素,δ34SCDT平均值為10.53‰。

(2)趙卡隆安山巖既有活動大陸邊緣弧后盆地火山巖性質,同時具有島弧安山巖的特性。趙卡隆安山巖的成因應該比較復雜,一方面與大洋消減作用島弧的形成過程有關,另一方面與島弧形成后的弧后擴張作用有關。

(3)江達構造帶于晚石炭世開始島弧體制的演化,于中三疊世末島弧體制終結,于晚三疊世開始弧后擴張活動,趙卡隆安山巖反映了整個島弧活動過程。安山巖在一定程度上表現出繼承了島弧安山巖的性質,而實應為弧后擴張盆地的大地構造背景,為殼幔2種巖漿混合的產物,其形成過程與島弧的演化過程是一致的。

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