内蒙古乌尔吉地区大石寨组火山岩地球化学特征及成矿潜力
张辉, 郭彬, 刘瑞睿
河北省区域地质矿产调查研究所,河北 廊坊 065000

作者简介: 张辉(1984-),男,汉族,河北承德人,吉林大学资源勘查工程专业毕业,从事矿产普查与勘探工作。E-mail:2077215856@qq.com

摘要

乌尔吉地区地处中亚造山带东段,属大兴安岭南段铅锌银铜锡铁成矿带。区内二叠系大石寨组为一套变质火山岩夹碎屑沉积岩组合,火山岩具有典型的不对称双峰式特征,基性峰强。岩石地球化学研究表明,中基性、基性岩类属准铝质钙碱性系列和低钾(拉斑)系列,中性岩类总体属钾玄岩系列,中酸性岩属过铝质钙碱性岩系列,岩石为海西中晚期大陆边缘裂谷盆地的岛弧环境下的产物。大石寨组火山岩总体上富集Ag、Sn、Pb、Zn、Cu等成矿元素,是本区Pb、Ag、Sn、Zn等成矿元素的矿源层之一,成矿潜力较大。结合前人研究认为,大石寨组火山岩是本区寻找火山热液型锡、铅、锌、铜等多金属矿床的有利场所。

关键词: 乌尔吉地区; 大石寨组; 火山岩; 岩石地球化学; 火山热液型
中图分类号:P632 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2016)03-0502-07 doi: 10.11720/wtyht.2016.3.11
Geochemical characteristics and metallogenic potential of Dashizhai Formation volcanic rocks in Olji area, Inner Mongolia
ZHANG Hui, GUO Bin, LIU Rui-Rui
Hebei Institute of Regional Geological Survey, Langfang 065000, China
Abstract

Located in eastern Central Asian orogenic zone, the Olji area belongs to the lead, zinc, silver, copper, tin, iron metallogenic zone of southern Da Hinggan Mountains. Permian Dashizhai Formation in the study area is an association of metamorphic volcanic rocks interbedded with clastic sedimentary rocks. The volcanic rocks have the characteristics of typical asymmetric bimodal volcanic rocks, and the basic peak is strong. The study of rock geochemistry indicates that intermediate-basic and intermediate rocks belong to quasi-aluminous and calc-alkaline rock series or low potassium (tholeiitic) rock series, intermediate rocks belong to shoshonitic rock series, and intermediate-acid rocks belong to peraluminous and calc-alkaline rock series. The rocks were formed in an island arc environment of continental margin rift basin in middle-late Hercynian period. Dashizhai formation volcanic rocks are enriched in Ag, Sn, Pb, Zn, Cu and other metallogenic elements, and constitute the source bed of Pb, Ag, Sn, Zn and other metallogenic elements in the study area. The metallogenic potential of Dashizhai Formation volcanic rocks is huge. Combined with previous research, the authors hold that Dashizhai formation volcanic rocks are the best place in search for volcanic hydrothermal lead-zinc-silver-copper deposits.

Keyword: Olji area; Dashizhai formation; volcanic rocks; rock geochemistry; volcanic hydrothermal type

乌尔吉地区位于内蒙古自治区赤峰市北东部, 大地构造位置属于中亚造山带东段(兴蒙造山带), 即西伯利亚板块与中朝板块间的兴安— 蒙古地槽。古生代时期, 随着西伯利亚板块与中朝板块的相向增生, 乌尔吉地区最终在二叠纪末— 早三叠世沿索伦— 西拉木伦一线拼合[1], 区域上发生大范围褶皱和隆起, 仅局部尚存残留海[2]; 三叠纪— 早侏罗世期间, 该区进入了后造山伸展环境[3]; 晚侏罗世, 由于太平洋板块向欧亚板块的俯冲加剧[4], 发生了大规模火山喷发和岩浆侵入活动。多期次造山运动造就了本区构造形迹的叠加和改造, 加之多期次岩浆活动提供的充足的热源和成矿物质, 使本区成为我国重要的多金属矿床集中区[5]

前人研究表明, 大兴安岭中南段是在成矿物质丰富的古老基底构造层和华力西地槽褶皱带基础上, 叠加了中生代火山— 岩浆构造活动而发展起来的铜、锡、富铅、锌、银多金属巨型成矿带[6], 区内铜多金属矿床(点)主要分布于西拉木伦河断裂以北及嫩江深断裂以西地区, 受早二叠世岛弧及叠加其上的燕山期断隆和断陷交接带控制, 而矿带中的矿床或矿化集中区又受多方向构造的交汇处控制 78

研究区隶属大兴安岭南段铅锌银铜锡铁成矿带[9], 是东北亚大陆重要的多金属、贵金属、稀有金属成矿域 1011, 成矿潜力巨大。随着本区经济的快速发展, 一批地质勘查工作相继开展, 本次研究即依托内蒙古乌尔吉等四幅1∶ 50 000矿产地质调查, 对该区中二叠统大石寨组(P2d)火山岩的地球化学特征及含矿性进行了研究, 分析其成矿潜力, 为本区进一步的矿产勘查工作提供了明确的方向。

1 地质背景

乌尔吉地区区域构造位置属于乌兰浩特— 林西晚古生代裂谷带中南部(图1a), 由于太平洋板块向西伯利亚板块和华北板块的俯冲挤压, NE— NNE向的大兴安岭— 太行山中生代构造岩浆岩带(或隆起带)叠加其上[12]

研究区出露地层主要为上侏罗统, 其次为中、下二叠统(图1b)。中、下二叠统呈北东向展布于研究区中部; 中二叠统由大石寨组(P2d)、哲斯组(P2zs)组成, 岩性组合分别为中酸性火山岩夹变质碎屑岩与碎屑岩, 受低绿片岩相区域变质作用, 与上覆地层呈角度不整合或断层接触; 下二叠统由寿山沟组(P1s)组成, 为一套海相沉积碎屑岩组合。上侏罗统广泛分布于区内东南部及西北部, 由满克头鄂博组(J3m)、玛尼吐组(J3mn)、白音高老组(J3b)组成, 为一套火山岩、火山碎屑岩夹沉积岩建造。

区内断裂构造极为发育, 按断裂的展布方向可划分为近EW、NE、NNE、NW、SN向和环状断裂6组, 其中以NE、NW向断裂最为发育, NNE向断裂和EW向次之(图1b)。

侵入岩主要为早白垩世, 其次为三叠纪, 晚侏罗世仅零星出露(图1b)。早白垩世侵入岩总体呈NE向带状出露, 大致可以分为沙那水库— 小井子和董里沟— 五香营子两个NE向的岩浆岩带, 主要侵入上侏罗统和中上二叠统地层。

图1 乌尔吉地区大地构造(a)及矿产地质简要(b)

2 岩石学特征

根据岩石组合、沉积和喷发韵律特征, 将中二叠统大石寨组(P2d)从下至上划为两个岩性段。一段以浅变质的基性、中性、酸性火山岩、火山沉积岩为主, 夹少量正常碎屑沉积岩; 二段为浅变质的正常沉积的碎屑岩夹碳酸盐岩和少量火山岩、火山沉积岩。大石寨组火山岩据岩石类型可划分为三类。

2.1 火山碎屑岩类

粗安质火山碎屑岩:由岩屑晶屑凝灰岩、晶屑岩屑凝灰岩组成, 局部岩屑粒度较大形成角砾, 构成凝灰角砾岩。晶屑成分主要为斜长石、钾长石、角闪石、辉石, 岩屑(角砾)成分以粗安岩为主, 含量及粒度变化较大。

流纹质火山碎屑岩:以晶屑玻屑凝灰岩为主, 晶屑为长石、石英等, 玻屑多具弱的塑性变形。局部岩石中含角砾, 构成流纹质凝灰角砾岩, 角砾成分比较复杂, 有安山岩、流纹岩、粉砂岩及闪长玢岩等。

2.2 火山熔岩类

变质安山岩:灰色为主, 变余斑状、微晶结构, 块状构造。斑晶成分为角闪石、斜长石等。斜长石为中长石, 板柱状, 卡钠双晶发育, 局部具环带构造; 角闪石呈柱状, 褐色, 具氧化铁暗化边。基质由板条状斜长石微晶, 鳞片状黑云母、阳起石等构成。

变质玄武岩:黄绿色、灰黑色, 变余斑状结构, 块状构造为主。斑晶为基性斜长石、辉石。斜长石为自形板条状, 粒度0.2~3 mm, 多具绢云母化、绿帘石化, 含量15%~20%; 辉石呈假象, 半自形粒状, 粒度0.2~2 mm, 多变质形成次闪石、绿帘石、绿泥石等, 含量5%~10%。基质有基性斜长石、辉石, 多绢云母化、绿帘石化、绿泥石化。副矿物有磷灰石、磁铁矿。部分岩石中有气孔杏仁体, 不规则状, 多呈定向分布, 长3~8 mm, 杏仁体多为方解石。

变质细碧岩:灰色为主, 少斑结构, 杏仁状构造。斑晶为钠更长石, 板柱状, 聚片双晶发育。基质主要由钠更长石组成, 其间隙中分布绿泥石、绿帘石和阳起石等。杏仁体充填物为绿泥石、钠长石等。

变质石英角斑岩:灰色, 斑状结构。斑晶为钠更长石, 无色, 干净透明, 板柱状, 聚片双晶发育。基质由长英质矿物和少量绿泥石组成。

2.3 火山碎屑沉积岩类

变质沉凝灰岩:灰色, 变余沉凝灰结构, 块状层理构造。岩石由凝灰物和正常沉积物组成。凝灰物有晶屑、岩屑, 粒径小于2 mm, 呈次棱角状— 棱角状。晶屑为斜长石, 多绢云母化, 含量约15%; 岩屑成分为变质安山岩、变质粗安岩、变质流纹岩等, 含量约60%。正常沉积物为砂粒和填隙物, 砂粒呈次棱角状— 次圆状, 成分为各类火山岩岩屑、长石与石英, 含量约15%, 填隙物为黏土, 含量约5%, 均已绢云母化、绿泥石化。

变质砂质凝灰岩:灰色, 沉凝灰结构, 块状构造。岩石由火山凝灰物及少量陆源砂屑构成。凝灰物由晶屑、岩屑、玻屑构成。晶屑为石英、长石, 棱角状— 它形粒状, 含量10%~15%; 岩屑为不规则团块状, 边角圆化, 强绢云母化、绿泥石化, 含量5%~10%; 玻屑外形基本消失, 强绢云母化, 含量65%~70%。陆源砂屑由石英及少量长石构成, 含量10%~15%。副矿物有磁铁矿。

3 地球化学特征
3.1 主量元素特征

研究区中二叠统大石寨组火山岩主量元素成分及特征参数见表1, 各类岩性的地球化学类型及特征分析如下:

1) 中酸性岩中, SiO2和Al2O3含量分别为 72.6%、13.58%, K2O、Na2O含量分别为2.7%、3.82%, w(K2O)/w(Na2O)比值介于0.71。里特曼指数σ 43=1.44, 在火山岩TAS分类图解(图2)中, 样品均落于流纹岩区域, 属亚碱性岩。在w(SiO2)-w(K2O)图解(图3)中, 样品落于钙碱性系列。铝饱和指数A/CNK为1.34, 在A/CNK-A/NK图解(图4)上, 样品显示为过铝质。分异指数DI=85.84, 固结指数SI=3.24, 反映岩浆分异结晶程度较高[13]

2) 变质安山岩类, SiO2和Al2O3含量区间分别为55.69%~57.96%、13.74%~15.77%, K2O、Na2O含量区间分别为1.51%~5.08%、2.04%~4.29%, w(K2O)/w(Na2O)比值介于0.39~2.49。里特曼指数σ 43在2.25~5.44, 在火山岩TAS分类图解(图2)中, 3个样品落于粗面安山岩区域, 属碱性岩, 一个样品落于安山岩区域, 属亚碱性岩。在 w(SiO2)-w(K2O)图解(图3)中, 3个样品(粗面安山岩)落入钾玄岩系列区域, 一个样品(安山岩)落于钙碱性系列区域。铝饱和指数A/CNK为0.78~0.91, 在A/CNK-A/NK图解(图4)上, 样品显示为准铝质。分异指数DI为55~66.3, 固结指数SI为24.71~31.2, 反映岩浆分异结晶程度低。

3) 变质玄武岩类, SiO2和Al2O3含量区间分别为48.81%~51.9%、14.86%~16.64%, K2O、Na2O含量区间分别为0.1%~0.62%、1.18%~3.98%, w(K2O)/w(Na2O)比值介于0.08~0.34。里特曼指数σ 43在0.19~3.2, 在火山岩TAS分类图解(图2)中, 样品均落于玄武岩区域, 属亚碱性岩。在 w(SiO2)-w(K2O)图解(图3)中, 样品落于钙碱性系列和低钾系列区域。铝饱和指数A/CNK为0.70~0.90, 在A/CNK-A/NK图解(图4)上, 样品显示为准铝质。分异指数DI为14.66~35.08, 固结指数SI为39.28~51.09, 反映岩浆分异结晶程度很低。

表1 大石寨组中火山岩主量元素组成及特征参数

图2 乌尔吉地区大石寨组火山岩TAS分类图解^(据Middlemost, 1994[14]; Irvine, 1971[15])

图3 乌尔吉地区大石寨组火山岩硅-钾图解^(据Peccerillo and Taylor, 1976[16])

图4 乌尔吉地区大石寨组火山岩A/CNK-A/NK图解^(据Maniar et al., 1989[17])

3.2 主要成矿元素分布特征

在研究区的中二叠统大石寨组系统采集基岩样品, 共计224件, 采样面积约30 km2, 运用ICP-MS分析方法对Ag、Cu、Mo、Bi、Pb、Sn、W、Zn、As、Sb、V、Cd、Cr、Ni、Be、In等16种元素进行了分析测试, 并与黎彤值[18]进行对比。由表2及图5可以看出:① Pb、Ag、Sn在一、二段地层中均有富集, 其中在一段中的富集程度较高, 且在火山熔岩中的富集程度远高于沉积岩, 而一段中火山岩夹层较多, 说明Pb、Ag、Sn的富集与该时期的火山喷发有关; ② W、Mo、Cu在一段中较富集, 在二段中分散, 在火山岩中的富集程度也高于沉积岩, 说明W、Mo、Cu的富集亦与火山喷发有关; ③ Zn在一、二段及火山岩中均有富集, 且浓集系数相差不大。较高的成矿元素含量对成矿有利[19], 故大石寨组火山岩应与本区Pb、Ag、Sn等的成矿关系最为密切, 与Mo、Cu、Zn等的成矿关系也较为密切。

图5 大石寨组主要成矿元素对比分布曲线

表2 大石寨组主要成矿元素化学分析含量统计

结合大石寨组火山岩(安山岩)的重副矿物含量(表3), 可以看出:重副矿物组合类型为锆石— 黄铁矿— 磁铁矿型, 样品均含磁铁矿、褐铁矿、黄铁矿、钛铁矿、方铅矿、毒砂、磷灰石和锆石, 部分样品含有闪锌矿、孔雀石及自然金, 其中黄铁矿一般呈浸染状, 少数为不规则细脉状, 说明在本区寻找热液型铅锌银矿、金矿可围绕大石寨组火山岩进行。

表3 大石寨组火山岩重副矿物含量
4 成矿条件
4.1 大地构造环境

大兴安岭中南段二叠系浅海相、海相碎屑岩中的中性、中基性火山岩广泛分布。二叠系大石寨组发育深海相中基性火山岩系(细碧— 角班岩系), 局部地区夹有硅质岩。大石寨组沉积建造特征表明, 其形成环境是拉张条件下古大陆边缘裂陷槽环境, 代表中晚古生代陆缘拉张解体早期阶段形成的拉张型过渡壳。大兴安岭南段地区二叠系大石寨组发育的一套细碧岩— 角斑岩— 石英角斑岩建造, 是喷流沉积型矿床的赋矿围岩[20]

研究区位于乌兰浩特— 林西晚古生代裂谷带中南部, 裂谷起始于石炭纪, 于中二叠世闭合。在早中二叠世, 裂谷西部地区为浅海相粗碎屑岩沉积, 并夹有火山岩和碳酸盐岩; 东部为中性火山岩建造和类复理石建造, 带有明显的岛弧型特点; 而本区所在的裂谷中部地区为海相火山— 沉积环境, 有岛弧环境的钙碱性基性— 酸性火山喷发和细碧— 角斑岩产出。在里特曼— 戈蒂里图解(图6)中, 大部分样点落入B区, 个别样点落入C区, 考虑到落入C区的样品烧失量较大, 故认为本组火山岩形成于造山带的岛弧环境, 是形成海相火山热液型(热水沉积型)铜多金属矿床的含矿岩石建造[9]

图6 大石寨组火山岩里特曼-戈蒂里构造环境判别图解^(据A.Rittmann, 1973[21])

4.2 火山岩控矿条件

在火山岩地区, 火山岩类型及其岩石地球化学特征, 特别是富碱程度和基性程度对成矿有明显的控制作用。如黄铁矿型铅、锌、银矿床产于海底喷发基性到酸性的含钠质细碧— 石英角斑岩系中; 斑岩铜矿产于富钾的中酸性次火山岩和火山岩中。本区分异演化程度低的基性、中基性火山岩的银、铅、锡成矿有利度高, 而分异演化程度较高的中酸性火山岩的铜、铅、锌成矿有利度较高。

二叠系火山沉积岩系是大兴安岭中南段出露的主要基底地层, 区内近90%以上的矿床产在二叠系地层中, 是铜多金属矿床的主要赋矿围岩, 其中成矿元素Cu、Pb、Zn、Sn、Ag均具有较高的丰度值, 是形成矿床的重要物质来源, 而不同矿床类型的时、空分布与早二叠世古构造沉积环境密切相关[20]。由表4可知:玄武岩类等基性岩中, 成矿元素As、Ag、Sn、

表4 大兴安岭中南段二叠纪地层火山岩主要成矿元素浓集系数[22]

Cu、Pb、Zn均大于克拉克值, 其中以As、Ag含量为最高, 浓集系数大于3; 安山岩中, As、Sn、Ag的浓集系数大于2, Pb、Zn浓集系数在1~2之间, Cu的浓集系数为0.61, 低于地壳的平均含量。这与研究区大石寨组火山岩主要成矿元素的富集特征基本一致, 二叠系大石寨组应为本区锡、铅、锌、铜多金属矿床的赋矿围岩。

4.3 构造控矿

研究区断裂构造与成矿关系密切, 其中, EW向断裂含矿性最佳, 约占含矿断裂的31%; 其次为NNW和NW向断裂, 约占含矿断裂的25%; 第三为NE向断裂, 约占含矿断裂的31%, 但未见工业矿体; NNE、NWW和SN向断裂亦有矿化现象, 但无论其成矿意义或发育程度远不如前3组断裂。

5 结论

1) 大石寨组原岩为一套火山岩夹碎屑沉积岩建造, 其火山岩主要产出于大石寨组一段, 岩性主要为变质中基性火山熔岩、火山碎屑岩, 少量变质酸性火山碎屑岩, 二段为浅变质的正常沉积岩夹少量火山岩、火山沉积岩。

2) 主量元素地球化学特征显示, 大石寨组火山岩具有典型的不对称的双峰式火山岩特征, 基性峰强。中基性、基性类具有贫碱、低钾的特征, 属准铝质钙碱性系列和低钾(拉斑)系列; 中性岩类总体具有高钾、相对富碱的特征, 属钾玄岩系列, 个别属准铝质钙碱性岩系列; 中酸性岩具有高硅、贫碱、低钾的特征, 属过铝质钙碱性岩系列。玄武岩类分异指数低(DI< 36)、固结指数SI为39~52; 安山岩类分异指数DI为55~67、固结指数SI为24~32; 中酸性岩分异指数较高(DI=85.84)、固结指数低(SI=3.24); 反映了岩石的酸度越大, 其岩浆分异演化程度越高。

3) 成矿元素分布特征显示, 大石寨组火山岩极为富集Pb、Ag、Sn, 较为富集Mo, 同时相对富集W、Cu、Zn。结合火山岩重副矿物特征, 大石寨组火山岩与Pb、Ag、Sn等的成矿关系最为密切, 与Mo、Cu、Zn等的成矿关系也较为密切, 是本区Pb、Ag、Sn、Zn等成矿元素的矿源层之一。

4) 结合前人研究成果, 大石寨组火山岩为海西中晚期大陆边缘裂谷盆地的岛弧环境下的产物, 是海相火山热液型(热水沉积型)铜多金属矿床的赋矿围岩; 区域上二叠世火山沉积岩系与本区大石寨组火山岩的成矿元素分布特征基本一致, 中性、基性火山岩均富集As、Ag、Sn、Pb、Zn等, 基性火山岩还富集Cu。因此, 大石寨组火山岩(尤其是中基性岩类)是本区寻找火山热液型锡、铅、锌、铜等多金属矿床的有利场所。

The authors have declared that no competing interests exist.

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