引用本文
吴家富, 王翔, 黄俊. 内蒙古丰镇市油篓山一带侏罗纪岩体的岩石学及地球化学特征[J].中国地质调查, 2017,4(4): 41-49.
WU Jiafu, WANG Xiang, HUANG Jun. Petrological and geochemical characteristics of Jurassic rocks in the Youloushan area of Fengzhen city, Inner Mongolia[J].Geological Survey of China, 2017,4(4): 41-49.  
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内蒙古丰镇市油篓山一带侏罗纪岩体的岩石学及地球化学特征
吴家富, 王翔, 黄俊
安徽省地质调查院,合肥 230001

第一作者简介: 吴家富(1968—),男,高级工程师,长期从事区域矿产地质调查工作。Email: ahwjf103@sina.com。

收稿日期: 2016-05-25
基金资助: 中国地质调查局“内蒙古乌兰察布市察哈尔右翼前旗等4幅1∶5万区域矿产地质调查(编号: [2008]矿调2-22)”项目资助
摘要

在1∶5万内蒙古察哈尔右翼前旗、隆盛庄、西官村及永善庄4幅区域矿产地质调查的基础上,对以油篓山为代表的侏罗纪岩体从岩石学、岩石化学、稀土及微量元素等特征方面进行了初步研究。采用富集系数来讨论元素富集成矿问题,侏罗纪岩体富集—强富集的元素有Ag、Pb、Zn、As、Sn、Sb、Hg、W、Bi和Mo,说明侏罗纪岩浆活动为成矿提供了含矿热液。岩石化学及地球化学特征研究表明,测区侏罗纪岩体属钙碱性系列的铝饱和—过饱和类型,显示为碰撞阶段岩浆作用产物; 似斑状花岗岩岩体稀土元素配分曲线向右陡倾,倾角较陡,说明轻、重稀土分离明显; 石英斑岩岩体稀土元素配分曲线右倾,倾角平缓,表明轻、重稀土未有明显分馏。

关键词: 岩石学特征; 地球化学特征; 侏罗纪岩体; 油篓山; 内蒙古
中图分类号:P588.1 文献标志码:A 文章编号:2095-8706(2017)04-0041-09 doi: 10.19388/j.zgdzdc.2017.04.06
Petrological and geochemical characteristics of Jurassic rocks in the Youloushan area of Fengzhen city, Inner Mongolia
WU Jiafu, WANG Xiang, HUANG Jun
Anhui Institute of Geological Survey, Hefei 230001, China
Abstract

On the basis of the 1∶50 000 regional geological survey of Chahar Right Front Banner, Longsheng village, Xiguan village and Yongshan village, the authors preliminarily studied the characteristics of petrology, lithochemistry of rare earth and trace elements for Jurassic rocks in the Youloushan area. Enrichment factors are used to study mineralization. The enrichment and strong enrichment elements of Jurassic rocks are Ag, Pb, Zn, As, Sn, Sb, Hg, W, Bi and Mo, which shows that Jurassic magmatic activity provides the metallogenic hydrotherm. The characteristics of lithochemistry and geochemistry show that Jurassic rocks belong to aluminium saturation of super-saturation type of calc-alkaline series, and are the products in the encounter stage of magmatism. The rare earth elements distribution curve of porphyritic granite rocks exhibits a rightward steep dip, which shows the obvious separation between light and heavy rare earth elements. The rare earth elements distribution curve of quartz porphyry rocks exhibits a rightward gentle heeling, which shows an unobvious fractionation between light and heavy rare earth elements.

Keyword: petrological characteristics; geochemical characteristics; Jurassic rocks; Youloushan area; Inner Mongolia
0 引言

1966— 1969年, 由原地质矿产部山西省地质局区域地质测量队进行的1∶ 20万大同幅区域地质调查认为, 内蒙古中部丰镇市油篓山一带出露的岩体为燕山期侵入岩, 并对该岩体的期次进行了划分, 但该区研究程度较低, 缺少年龄样品测试、岩浆成因及岩体含矿等方面资料。2009— 2011年, 安徽省地质调查院和内蒙古自治区有色地质勘查局六○九队开展了1∶ 5万察哈尔右翼前旗等4幅区域矿产地质调查工作。本文在1∶ 5万察哈尔右翼前旗、隆盛庄、西官村及永善庄4幅区域矿产地质调查的基础上, 通过野外调查、样品测试、岩石化学和地球化学分析, 在岩浆成因、岩体含矿性等方面提出了新的认识, 这些认识可为进一步开展地质勘查工作提供依据。

1 研究区地质概况

研究区位于内蒙古自治区中部、大青山西段, 构造位置为华北陆块北缘, 隶属华北地台北缘内蒙台隆凉城断隆[1], 位于和林格尔— 黄旗海深断裂北侧, 临河— 尚义深断裂南侧, 乌拉特前旗— 呼和浩特深断裂横跨该区(图1)。

图1 丰镇市油篓山一带岩浆岩分布(a)及大地构造位置(b)[1]Fig.1 Distribution of magmatic rocks in the Youloushan area of Fengzhen city (a) and the tectonic location (b)[1]

区内主要出露太古宇集宁岩群片麻岩组黑云矽线榴石二长、斜长片麻岩, 石炭系栓马桩组岩性为灰黄色— 灰白色砾岩、含砾砂岩、砂岩— 粉砂岩, 白垩系左云组岩性为紫红色中粗粒砂岩夹黄绿色中粗粒薄层砂岩, 新近系汉诺坝组岩性为伊丁石化含橄榄玄武岩、气孔杏仁状玄武岩。

研究区岩浆具有多期活动, 侵入岩、喷出岩均大面积分布。侵入岩以酸性岩为主, 另有较多的超基性— 基性岩产出, 它们分别是太古宙、元古宙及侏罗纪等岩浆活动旋回的产物[2]。侏罗纪岩体主要分布于油篓山、桦树沟和豆角山等地, 总体呈NE向展布, 分布面积小, 呈岩株状, 与区域构造线基本一致[3, 4]。其中油篓山岩体面积约4.6 km2; 桦树沟岩体面积约2.9 km2; 豆角山岩体面积约1.7 km2。

研究区主要有3期褶皱变形构造, 分别为露头尺度的顺层剪切固态流变褶皱、紧闭-同斜褶皱以及波状起伏的宽缓褶皱, 其中, 紧闭-同斜褶皱为测区主要构造。受上述深断裂的影响, 区内生成一系列与之有成因关系的次级断裂构造, 主要有NE向、NW向及近EW向等几组。

2 样品采集与测试

本次岩石光谱地质剖面采用分层取样, 1∶ 1万地球化学剖面采样点距为40 m, 1∶ 5 000地球化学剖面采样点距为20 m。岩石化学全分析样采自桦树沟岩体(P9-GS4、11)和豆角山岩体(D-GS1、2)的新鲜岩石中, 拣取新鲜岩石2 kg。

主、微量元素测试均由安徽省地质勘查局测试中心完成。主量元素采用X-射线荧光光谱法, 其中Al2O3、SiO2、MgO和Na2O检出限为0.015%, CaO、K2O和TiO2检出限为0.01%, TFe2O3、MnO和P2O5检出限为0.005%; FeO采用容量法, 检出限为0.1%, 回收率为99.76%。微量元素及稀土元素采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法。

Ag、Sn采用发射光谱法, 检出限分别为0.02× 10-9和1.0× 10-6; Au、W和Mo采用等离子体质谱法, 检出限分别为0.000 3× 10-9、0.05× 10-6和0.05× 10-6; As、Sb、Bi和Hg采用原子荧光光谱法, 检出限分别为0.5× 10-6、0.05× 10-6、0.05× 10-6和0.000 5× 10-9; Cu、Pb和Zn采用X-射线荧光光谱法, 检出限分别为1× 10-6、2× 10-6和 2× 10-6。样品测试的精密度、准确度监控统计合格率均为100%。

3 岩石学特征
3.1 侏罗纪似斑状花岗岩

该岩体主要分布于测区桦树沟、阎家山一带。岩体的野外特征见图2。岩体呈岩株状产出, 与围岩太古宇集宁岩群片麻岩组、古元古界大西洼山片麻状二长花岗岩呈侵入接触关系, 接触面较平直。岩体岩石以肉红色— 浅肉红色的似斑状二长花岗岩为主, 其次是灰色— 肉红色的似斑状花岗岩, 似斑状结构, 块状构造。斑晶主要由钾长石(10%~25%)、斜长石(5%~15%)、石英(5%~10%)组成, 斑晶钾长石呈板柱状, 偶尔可见交代包裹斜长石; 斑晶斜长石呈半自形板柱状, 部分可见钠长石双晶; 石英呈六方双锥形, 偶见其中包裹长石。钾长石和石英粒径为0.5~6 mm, 斜长石粒径0.5~4 mm。岩石基质主要由长英质矿物组成(50%~80%), 粒径0.05~0.2 mm。副矿物主要有磷灰石、锆石及磁铁矿等。基质的斜长石、钾长石、石英等长英质矿物结晶程度大致相等, 为他形粒状。岩体相带不明显, 与围岩界线清楚, 与岩体接触的太古宇集宁岩群片麻岩组普遍发生硅化、绢云母化、高岭土化等蚀变, 局部强烈。侏罗纪似斑状花岗岩总体受区域NE向断裂构造控制明显, 未见明显变形, 沿节理裂隙面有褐铁矿化、铁锰矿化等矿化蚀变。岩体内部有正长斑岩脉及花岗岩脉侵入[5, 6]。

图2 似斑状花岗岩和石英斑岩野外地质特征照片Fig.2 Photos of the field geological characteristics about porphyritic granite and quartz porphyry

3.2 侏罗纪石英斑岩、流纹斑岩

该岩体主要分布于油篓山、豆角山等地, 呈灰白、青灰、浅肉红色, 岩石具斑状结构, 块状构造。斑晶为钾长石(5%~10%)、石英(1%~5%), 钾长石斑晶呈板状体, 部分呈聚斑结构, 粒径0.5~3 mm; 石英呈六方双锥形, 偶见因熔蚀而呈的港湾状, 粒径为0.25~0.5 mm。基质由长英质矿物(> 80%)、绢云母(2%~5%)及少量白云母、岩屑、角砾等组成。基质中长英质矿物多构成隐文象连晶, 局部为显微粒状结构; 绢云母呈微细鳞片状不均匀分布于长英质矿物粒间, 另见少量绢云母集合体呈斑晶状, 岩石中偶见板片状白云母。

本期岩浆活动与区域多金属矿化有直接关系, 矿点分布见图1。岩浆沿断裂侵位, 热液沿裂隙向围岩扩散, 与围岩发生交代作用, 导致Ag、Pb和Zn等沿断裂破碎带富集成有工业意义的矿体。NE向、NW向的破碎带是重要的储矿构造, 硅化、铁锰矿化是较好的找矿标志, 因此区域上分布的侏罗纪石英斑岩、花岗斑岩与本区的成矿密切相关, 形成了一条NE向的构造-岩浆成矿带。局部花岗斑岩和石英斑岩体本身即是矿化体[7, 8]。

4 岩石化学特征

侏罗纪岩体岩石化学样品(P9-GS4、11及D-GS1、2)标准矿物含量及相关参数见表1。

表1 侏罗纪岩体岩石化学含量及相关参数统计 Tab.1 Chemical composition and related parameters of rock, rare earth elements, trace elements in Jurassic rocks

采用国际地科联(IUCS)推荐的TAS图解[9]方法(图3), 综合确定侵入岩类型和名称, 样品投点均落入花岗岩区。

图3 侏罗纪岩体TAS图解Fig.3 TAS diagram of Jurassic rocks

在w(SiO2)-[w(Na2O)+w(K2O)]图解上(图4), 样品投点多数落在高钾钙碱性系列区。一般情况下, 碰撞作用行将结束时, 在大陆碰撞造山带会出现与碰撞有关的高钾钙碱性岩类, 代表了造山带挤压机制向拉伸机制转化的过程。

图4 侏罗纪岩体w(SiO2)-[w(Na2O)+w(K2O)]图解Fig.4 w(SiO2)-[w(Na2O)+w(K2O)] diagram of Jurassic rocks

在A/CNK-A/NK图解上(图5), 样品为准铝质— 过铝质系列。

图5 侏罗纪岩体A/CNK-A/NK图解Fig.5 A/CNK-A/NK diagram of Jurassic rocks

桦树沟似斑状花岗岩(Jrπ )中, SiO2含量在71.13%~72.90%之间, 平均值72.05%; K2O、Na2O含量为7.62%~8.63%, w(K2O)/w(Na2O)比值为1.99~2.04, 表现出富钾特征; Al2O3含量为13.71%~14.11%, CaO含量为1.13%~1.18%; 里特曼指数σ 值在1.93~2.64之间, 均小于3.3; A/CNK值在1.08~1.17之间, 为钙碱性岩类型。标准矿物计算中, 石英、钾长石和钠长石含量高且稳定[10], 钙长石含量低, 为2.55%~2.82%。刚玉含量在3.04%~3.74%之间, 未出现透辉石, 紫苏辉石含量在1.58%~1.70%之间, 磁铁矿含量在1.34%~1.59%之间。以上数值说明, 侏罗纪似斑状花岗岩属钙碱性系列的铝饱和— 过饱和类型。

油篓山、豆角山侏罗纪石英斑岩(Jλ π )的SiO2含量在74.76%~75.76%之间, 平均值75.26%; K2O、Na2O含量为9.5%~14.86%, w(K2O)/w(Na2O)比值为17.87~23, 富钾强烈; Al2O3含量为12.87%, CaO含量在1.19%~1.21%之间; TFeO含量在1.66%~2.82%之间; MgO含量在0.37%~0.67%之间; 里特曼指数σ 值在0.58~0.97之间, 均小于3.3, 为钙碱性岩类型。A/CNK值在1.52~1.85之间, 属强过铝质。标准矿物计算中, 石英、钾长石含量较高且稳定, 钠长石、钙长石含量低, 仅为2.60%~8.75%。刚玉含量在4.59%~7.45%之间, 未出现透辉石, 紫苏辉石含量在2.95%~4.71%之间, 磁铁矿含量在1.00%~1.54%之间。以上数值说明, 侏罗纪石英斑岩属钙碱性系列的铝过饱和类型。

5 稀土元素及微量元素特征

侏罗纪岩体主要岩石的稀土元素、微量元素含量及相关参数见表1。似斑状花岗岩稀土总量为243.57× 10-6~316.23× 10-6, 稀土元素总量较高; ∑ [w(Ce)]/∑ [w(Y)]值在13.31~16.77之间, w(La)/w(Yb)值在44.45~61.57之间, 比值较大, 表明轻稀土富集。由稀土元素配分模式(图6)看出, 岩体稀土元素配分曲线向右陡倾, 倾角较陡, 说明轻重稀土分馏明显。δ Eu值在0.75~0.78, 呈轻缓负异常。

图6 侏罗纪岩体稀土元素配分曲线(球粒陨石标准值来自Boynton, 1984[5])Fig.6 Rare earth elements distribution curve of Jurassic rocks (the standard values of chondrite from Boynton, 1984[5])

石英斑岩稀土元素总量在133.03× 10-6~138.86× 10-6之间, 稀土元素总量较低; ∑ [w(Ce)]/∑ [w(Y)]值在1.61~1.95之间, w(La)/w(Yb)值在3.27~4.30之间, 说明随岩浆演化, 岩体结晶分异程度好, 比值减小。由稀土元素配分模式看出, 岩体稀土元素配分曲线右倾, 倾角平缓, 表明轻重稀土未有明显分馏。δ Eu值为0.15~0.16, 呈强烈负异常, 表明岩浆发生了一定程度的斜长石分离结晶作用, 暗示岩浆起源较浅。

∑ [w(Ce)]/∑ [w(Y)]比值在一定程度上反映了稀土元素的分异程度, 一次热事件的早期单元表现为轻稀土与重稀土比值较大, 随岩浆演化, 晚期单元分异程度好, 轻稀土与重稀土比值减小。另外, δ Eu值也反映了岩浆的演化, 一般情况下, 在一次热事件中, 随岩浆演化, SiO2含量增加, 而δ Eu值减小, 即Eu亏损加强。石英斑岩δ Eu值为0.15~0.16, 小于0.3, 为晚期岩浆演化阶段由完全的分异结晶作用形成, 与本区侏罗纪岩体岩浆结晶分异作用是一致的。

与维氏值相比, 似斑状花岗岩中K、Ba、Rb和Sr等大离子亲石元素含量较高, 而 Nb、U和Zr等高场强元素含量均低于维氏值; w(Ba)/w(Rb)均值为10.53, w(Rb)/w(Sr)均值为0.23。从微量元素蛛网图(图7)可看出, Ta、Nb、P、Ti和Y等相对亏损, 而Rb、Ba、La、Pb和Nd等相对富集, 可能表明该岩石的壳源成因[11, 12]。

图7 侏罗纪岩体微量元素标准化蛛网Fig.7 Standardization spider diagram of trace elements about Jurassic rocks

与维氏值相比, 石英斑岩岩体中仅K、Rb和Nb等含量相对较高, 而 Ba、Th、U、Sr和Zr等含量均低于维氏值; w(Ba)/w(Rb)均值为0.28, w(Rb)/w(Sr)均值为21.7; 表明该岩体为含矿岩体。微量元素蛛网图中, Ba、Ta、Nb、Sr、P、Zr和Y等则相对亏损, 而Rb、K、Pb和Nd等相对富集。

不同地质环境下形成的花岗岩有不同的微量

元素组合, Rb(测区含量在127.60× 10-6~487.70× 10-6之间)可反映出一次热事件从早期单元到晚期单元的增加, 是岩浆演化的主要规律。基于物质来源的花岗岩分类, 似斑状花岗岩为同熔型花岗岩, 而石英斑岩w(Rb)/w(Sr)均值为21.7, 为“ S” 型改造型花岗岩, 显示为碰撞阶段岩浆作用产物[13, 14], 表明该类花岗岩是由上地壳经不同程度熔融而形成的, 其K、Rb和Th含量较高, 有明显富集。本次研究采用“ 时代+岩性” 的方法来表述岩体。似斑状花岗岩与石英斑岩, 这2种岩性成分变化范围窄的岩石是在同一热事件中形成的, 前者为早期单元, 后者为晚期单元(图2(c))。

6 岩体含矿性特征

利用统计测区的2 453件岩石光谱样品的主要成矿指示元素含量及相关参数 (表2), 采用富集系数q(q=岩体元素含量平均值/测区岩石元素含量平均值)来讨论岩体元素富集成矿问题。侏罗纪岩体呈岩株状, 分布面积较小, 主要分布在油篓山、桦树沟及豆角山一带。侏罗纪花岗岩中的Au、Cu、Hg和Sn等含量与测区岩石平均值基本相当, 强富集的元素有Ag、Pb、Zn、As、Sb、W、Bi和Mo; 侏罗纪石英斑岩中Au、Cu含量略低于测区岩石平均值, 富集的元素只有Sn, 强富集的元素有Ag、Pb、Zn、As、Sb、Hg、W、Bi和Mo。以上元素异常区的分布均与矿点有关, 测区内已发现与侏罗纪侵入体有关的金银多金属矿点6处, 因此推断侏罗纪岩体是有利于成矿的地质单元, 与成矿关系最为密切。

表2 侏罗纪岩体(花岗岩、石英斑岩)成矿指示元素含量及相关参数 Tab.2 Ore-forming indicator elements contents and related parameters of Jurassic rocks (granite/quartz porphyry)

测区岩浆是多期活动, 矿产资源较为丰富。金属矿产空间展布具明显的规律性, 侏罗纪岩浆活动为成矿提供了含矿热液, 热液向围岩扩散, 与围岩发生交代作用, 导致Ag、Pb和Zn等在成矿有利地段富集成有工业意义的矿体。因此区域上分布的侏罗纪石英斑岩、似斑状花岗岩为主要的含矿地质单元, 并形成了一条NE向的构造-岩浆成矿带。

侏罗纪岩体与围岩的接触带有一定强度的围岩蚀变, 如硅化、黄铁矿化、绿泥石化、重晶石化、萤石化和蚀变褪色带、高岭土化等, 地表的铁锰矿染(又称“ 火烧皮” 发育区)可作为直接找矿标志。因此, 可将地表古旧采坑和铁锰帽发育, 且伴有中低温热液蚀变, 特别是有一定规模的硅化地段视为理想的找矿地段。

7 结论

岩石化学、地球化学特征研究表明, 测区侏罗纪岩体属钙碱性系列的铝饱和— 过饱和类型, 显示为碰撞阶段岩浆作用产物, 岩石为壳源成因, 具陆壳重熔型花岗岩特点。似斑状花岗岩岩体稀土元素配分曲线向右陡倾, 倾角较陡, 说明轻重稀土分馏明显; δ Eu值在0.75~0.78之间, 呈轻缓负异常。石英斑岩岩体稀土元素配分曲线右倾, 倾角平缓, 表明轻重稀土未有明显分馏; δ Eu值在0.15~0.16之间, 呈强烈负异常。

采用富集系数来讨论元素富集成矿问题, 侏罗纪花岗岩中强富集的元素有Ag、Pb、Zn、As、Sb、W、Bi和Mo, 石英斑岩中富集— 强富集的元素有Ag、Pb、Zn、As、Sn、Sb、Hg、W、Bi和Mo, 说明侏罗纪岩浆活动为成矿提供了含矿热液, 为主要的含矿地质单元。

The authors have declared that no competing interests exist.

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