引用本文
鲁艳明, 所承逊, 专少鹏, 殷敏. 内蒙古阿鲁科尔沁地区早白垩世侵入岩地球化学特征及其成矿潜力[J]. 物探与化探, 2016,40(5): 885-892.
LU Yan-Ming, SUO Cheng-Xun, ZHUAN Shao-Peng, YIN Min. Geochemistry and metallogenic potentiality of Early Cretaceous intrusive rocks in Ar Horqin area, Inner Mongolia[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2016,40(5): 885-892.
Doi:10.11720/wtyht.2016.5.07  
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内蒙古阿鲁科尔沁地区早白垩世侵入岩地球化学特征及其成矿潜力
鲁艳明, 所承逊, 专少鹏, 殷敏
河北省区域地质矿产调查研究所,河北 廊坊 065000

作者简介: 鲁艳明(1970-),男,河北吴桥县人,高级工程师,主要从事区域地质矿产调查、区域地球化学、区域地球物理勘查及管理工作。E-mail:luym2000@163.com

收稿日期: 2016-02-01
基金: 内蒙古自治区地质矿产勘查基金中心“内蒙古自治区阿鲁科尔沁旗等四幅1:5万区域矿产地质调查”项目(NMKD2009-47)
摘要

阿鲁科尔沁地区早白垩世侵入岩主要由中细粒花岗闪长岩、中细粒二长花岗岩、花岗斑岩组成,岩体总体具有富硅、富钠而相对贫钾的特征,属准铝质—弱过铝质的钙碱性系列。岩体中稀土元素总量较低,轻重稀土发生分馏,具有明显的Eu负异常,亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti,相对富Th、U、Zr、La和轻稀土元素,相对贫Sr,属I型花岗岩。岩体主体来源于壳源组分的部分熔融,形成于早白垩世的后碰撞伸展环境,为有利成矿构造演化阶段。岩体中, w(K)/ w(Rb)比值、 w(Rb)/ w(Sr)比值、 w(Fe2O3)/ w(FeO)比值、分异指数DI较大,固结指数SI较小,属演化程度低、分异程度较高的氧化型磁铁矿系列花岗岩,其地球化学含矿性参数显示Mo、Cu、Pb-Zn金属成矿潜力依次降低,Au成矿潜力差。

关键词: 阿鲁科尔沁; 早白垩世; I型花岗岩; 地球化学特征; 后碰撞伸展; 成矿潜力
中图分类号:P632 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2016)05-0885-08 doi: 10.11720/wtyht.2016.5.07
Geochemistry and metallogenic potentiality of Early Cretaceous intrusive rocks in Ar Horqin area, Inner Mongolia
LU Yan-Ming, SUO Cheng-Xun, ZHUAN Shao-Peng, YIN Min
Hebei Institute of Regional Geology and Mineral Resources Survey, Langfang 065000, China
Abstract

Located in the eastern Central Asian orogenic belt, Ar Horqin area has widely distributed Mesozoic magmatic rocks. In this paper, petrologic and element geochemical studies were carried out for the early Cretaceous intrusive rocks in Ar Horqin area. The study of petrology indicates that the granitoids are mainly composed of granodiorite, adamellite and granite-porphyry. Major element geochemistry shows that the rocks are quasi-aluminous cal-alkaline granites, which are characterized by relatively rich silicon and sodium and poor potassium. Trace elements have a similar variation trend characterized by low REE, fractionation of REE, significant negative anomaly of Eu, depletion of Nb, Ta, P, Ti, and enrichment of LREE, Rb, Th, U, Zr, La. Main body of the granites belongs to calc-alkaline I genetic type. The magmas were formed by partial melting of the crust in an extensional setting after the collision, which was a favorable metallogenic tectonic evolution stage. DI values, K/Rb and Rb/Sr ratios are larger, SI values are smaller, and Fe2O3/FeO ratios are also larger, suggesting that the granites belong to low evolution, highly fractionated oxidation type or magnetite series. Their geochemical ore parameters indicate that Mo, Cu, Pb-Zn mineralization potentiality decreases systematically, and Au mineralization potentiality is poorer.

Keyword: Ar Horqin; Early Cretaceous; I-type granites; geochemical characteristics; extensional setting; mineralization potential

阿鲁科尔沁地区位于内蒙古赤峰市东北部, 在构造位置上属于兴蒙造山带(中亚造山带东段)的一部分, 经历了复杂的构造演化史。前中生代时期, 西伯利亚板块和中朝板块经历了长期、多阶段的俯冲碰撞, 并最终于二叠纪末— 早三叠世沿索伦缝合带发生拼合, 形成巨型中亚造山带[1, 2] (图1)。此后, 该区进入碰撞后地壳演化阶段, 并逐渐向滨太平洋构造域发展过渡。在晚侏罗世— 早白垩世区域应力场由挤压转变为伸展环境[3, 4], 并伴随大规模的火山喷发和岩浆侵入活动。

图1 内蒙古阿鲁科尔沁地区大地构造位置(a)及区域地质简图(b)
1— 第四系; 2— 白音高老组; 3— 新民组; 4— 大石寨组; 5— 早白垩世侵入岩; 6— 晚侏罗世侵入岩; 7— 采样点; 8— 地质界线; 9— 板块缝合带; 10— 二级构造单元分界断裂; 11— 三级与四级构造单元分界断裂; 12— 索伦— 西乌旗晚古生代增生陆缘; 13— 艾力格庙— 锡林浩特地块; 14— 乌兰浩特— 林西晚古生代裂谷带; 15— 镶黄旗— 赤峰火山型被动陆缘; 16— 阴山隆起带; 17— 大兴安岭— 太行山中生代岩浆岩带主脊; 18— 中新生代盆地界线

笔者依托内蒙古阿鲁科尔沁旗等4幅1:5万矿产地质调查资料, 对阿鲁科尔沁地区早白垩世侵入岩地球化学特征进行研究, 探讨其岩石成因、产出构造环境及成矿潜力, 以期为区域花岗岩成因和资源勘查工作提供资料和依据。

1 地质背景

区内出露的地层主要为上古生界石炭系阿木山组(C2a)碳酸盐岩沉积、二叠系大石寨组(P1-2d)中酸性火山岩夹变质碎屑岩, 中生界侏罗系新民组(J2x)、满克头鄂博组(J3m)、玛尼吐组(J3mn)、白音高老组(J3b), 以及白垩系梅勒图组(K1m)、新生界等, 其中以中生界侏罗系火山岩地层占主体(图1)。

区内侵入岩分布广泛, 但规模不大, 包括晚二叠世少量辉绿岩, 晚侏罗世二长闪长岩、石英二长岩、花岗闪长岩, 早白垩世花岗闪长岩、二长花岗岩和花岗斑岩。其中早白垩世3种岩石类型特征为:①中细粒花岗闪长岩(K1γ δ ):呈岩株状产出, 侵入大石寨组和满克头鄂博组, 岩石呈浅灰色, 中细粒花岗结构, 块状构造, 主要矿物成分为斜长石(65%)、碱性长石(10%)、石英(20%)、角闪石(5%)。②中细粒二长花岗岩(K1η γ ):呈岩株状产出, 侵入中— 下二叠统大石寨组、上侏罗统满克头鄂博组, 同时侵入中细粒花岗闪长岩, 岩石呈肉红色, 中细粒花岗结构, 块状构造, 主要矿物成分为钾长石(35%)、斜长石(35%)、石英(27%), 暗色矿物少量。③花岗斑岩(K1γ π ):侵入中— 下二叠统大石寨组和晚侏罗世花岗闪长岩, 岩石呈肉红色, 斑状— 基质微粒结构, 块状构造, 斑晶由钾长石(25%)和石英(15%)组成, 基质由长石、石英组成。

区内断裂构造比较发育, 以北东向、北西向、近东西向为主, 主要形成于古生代、中生代。目前为止发现有色金属Cu(Ag、Mo)、Ag、Zn、Pb、Au等矿(化)点21处, 铁矿化点6处。

2 早白垩世侵入岩地球化学特征

对研究区早白垩世侵入岩体的3种岩性于野外露头处分别采集了具有代表性的样品, 使规模相对较大的岩株均有样品分布, 且样品新鲜无蚀变。全岩主量、微量元素分析在广州澳实矿物实验室进行, 主量元素分析采用ICP-AES方法, 分析精度优于5%; 微量元素和稀土元素分析方法为LiBO2熔融, 在1 000 ℃以上的熔炉中熔化, 采用ICP-MS分析, 分析精度优于10%。样品分析结果见表1。

表1 阿鲁科尔沁地区早白垩世侵入岩主量元素和稀土、微量元素分析结果
2.1 主量元素特征

中细粒花岗闪长岩中的SiO2含量介于74.14%~76.18%之间, 总体上具有富硅、富钠(Na2O含量为5.08%~6.42%)、低钾(K2O含量为1.38%~1.39%)的特征; 里特曼指数σ 43=1.25~1.48, 在 w(SiO2)-w(K2O)图解(图2b)中样品均落入钙碱性系列; 在A/CNK-A/NK图解(图2a)上, 样品显示为准铝质— 弱过铝质; 分异指数DI=89.67~91.78, 固结指数SI=3.75~5.02, 反映岩浆分异程度较高。

图2 早白垩世侵入岩A/NK-A/CNK图解(a)(底图据Maniar, et al[5])、w(SiO2)-w(K2O)图解(b)(底图据Rickwood[6])

中细粒二长花岗岩中的SiO2含量为76.96%~77.38%, 总体上具有富硅、富钠(Na2O含量为 4.38%~4.6%)、低镁(MgO含量为0.15%~0.17%)、低钾(K2O含量为2.27%~2.4%)的特征; 里特曼指数σ 43=1.35~1.37, 在w(SiO2)-w(K2O)图解(图2b)中样品落于钙碱性系列区域; 在A/CNK-A/NK图解(图2a)上, 样品显示为准铝质— 弱过铝质; 标准矿物计算结果中, 出现标准矿物刚玉分子, 但含量较低, 显示高硅铝饱和属性; 分异指数DI=91.18~92.62, 固结指数SI=1.75~1.82, 反映岩浆分异程度较高。

花岗斑岩中的SiO2含量为77.4%, 具有富硅、富碱(Na2O+K2O含量为7.91%)的特征; 里特曼指数σ 43=1.82, 在w(SiO2)-w(K2O)图解(图2b)中样品落于高钾钙碱性系列与钙碱性系列的过渡区域; 在A/CNK-A/NK图解(图2a)上, 样品显示为弱过铝质; 分异指数DI=96.09, 固结指数SI=1.07, 反映岩浆分异程度高。

总体上, 阿鲁科尔沁地区早白垩世侵入岩均表现出了明显富硅、富钠而相对贫钾的特征, 由于相对较低的K2O含量, 岩石总体上属于钙碱性系列, 同时显示出了准铝质— 弱过铝质的特征。

2.2 稀土元素特征

阿鲁科尔沁地区早白垩世各侵入岩体样品的稀土元素总量(Σ REE)变化不大, 为103.44× 10-6~177.10× 10-6, 平均值为132.95× 10-6, 低于世界花岗岩的平均值(254.3× 1 0-67), w(LREE)/w(HREE)值变化在2.58~5.80之间, [w((La)/w(Yb)]N值为1.18~5.42。在球粒陨石标准化的稀土元素配分模式图上(图3a), 岩体中稀土元素总体表现为右倾型曲线, 显示轻重稀土分馏明显, 轻稀土元素富集的特征。[w(La)/w(Sm)]N介于0.93~2.04之间, [w(Gd)/w(Lu)]N介于0.70~1.16之间, 轻稀土较重稀土内部分馏程度更强烈, 这与传统的地壳重熔型或地幔型花岗岩的稀土元素构成均有所不同[8]。各样品均表现出明显的Eu负异常, δ Eu值在0.40~0.59之间, 低于地壳平均组分的δ Eu值(0.96)[9, 10], 反映岩石在形成过程中源区有斜长石的残留或在后期发生了斜长石的分离结晶。

图3 早白垩世侵入岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)
(标准化数值据Sun and McDonough[11])

2.3 微量元素特征

在微量元素蛛网图(图3b)中, 阿鲁科尔沁地区早白垩世各侵入岩体样品的微量元素总体显示较为一致的分布型式, 微量元素总量差别不大。Th、U、Zr呈现明显的正异常, Nb、Ta、Ti呈现负异常, 大离子亲石元素Sr呈现明显的负异常, P呈现负异常, 为高分异I型花岗岩或壳源型花岗岩特征。其中强不相容元素Rb的相对富集暗示花岗岩浆可能发生了充分分异, P、Ti的亏损表明磷灰石和钛铁矿可能已发生明显的分离结晶或源区存在寄主矿物的残留, 高场强元素Sr的亏损可能显示其岩浆源区深度较浅。

3 岩石成因与构造环境分析

阿鲁科尔沁地区早白垩世侵入岩A/NKC值均小于1.1, CIPW标准矿物计算结果中未出现刚玉分子或含量较少, 矿物组合中未见白云母、堇青石和石榴石等富铝矿物出现, 岩体中P2O5含量普遍较低, 一般低于0.20%, 且具有随分异作用增强而降低的变异趋势, 这均与S型花岗岩特点不同, 因此可排除岩体属于S型花岗岩的可能。

阿鲁科尔沁地区早白垩世侵入岩具有一系列明显不同于A型花岗岩的化学组成特征, 主要表现在:①Zr、Nb、Ce、Yb等高场强元素含量较低, 东园主岩体二长花岗岩Zr+Nb+Ce+Y含量变化于189.62× 10-6~356.43× 10-6之间, 多低于A型花岗岩下限值(350× 1 0-612), 在[w(Zr)+w(Nb)+w(Ce)+w(Y)]-[w(K2O)+w(Na2O)]/w(CaO)判别图解中, 主岩体二长花岗岩均落入未分异或高分异的I型花岗岩区(图4a); ②w(Na2O)/w(K2O)值在1.01~3.90, 明显具有富Na的特征, 在花岗岩w(K2O)-w(Na2O)图解(图4b)中, 均落于I型花岗岩的区域; ③岩体的碱铝指数(AKI值)变化于0.83~0.91, 低于A型花岗岩的平均值(0.95[12]); ④在微量元素蛛网图中, 早白垩世侵入岩的微量元素分布较为一致, 都表现出富集Th、U、La, 而亏损Sr、P、Ti, 显示了I型花岗岩的岩石地球化学特征[13]。

图4 早白垩世侵入岩[w(Zr)+w(Nb)+w(Ce)+w(Y)]-[w(K2O)+w(Na2O)]/w(CaO)判别图解(a)(底图据Whalen, et al[12])和w(Na2O)-w(K2O)判别图解(b)(底图据Collins W.J., et al[14])
OGT— 未分异的I、S和M型花岗岩; FG— 高分异的I型花岗岩; A— A型花岗岩

大陆弧背景下造山花岗岩均具有Sr、P、Ti等的亏损, 而Nb的负异常更能反映花岗岩具有大陆壳的特征。早白垩世侵入岩体w(Rb)/w(Nb)比值平均为 6.43, 高于全壳平均值(5.36), 表明它们主要为壳源组分熔融形成的。综上所述, 阿鲁科尔沁地区早白垩世侵入岩为壳源组分部分熔融形成。

在微量元素构造环境判别图上(图5) , 阿鲁科尔沁地区早白垩世侵入岩样品点多落入板内花岗岩和火山弧环境, 特别是与大兴安岭三叠纪的同造山花岗岩相比, 明显出现向后碰撞和板内区域偏移的趋势。结合区域后造山伸展背景, 认为该时期阿鲁科尔沁地区为后碰撞伸展环境。

图5 早白垩世侵入岩形成构造环境判别图解(底图据Pearce[15])
WPG— 板内花岗岩; ORG— 洋中脊花岗岩; VAG— 火山弧花岗岩; Syn-COLG— 同碰撞花岗岩

4 成矿潜力分析

研究区主要金、铜、铅、锌、铁等矿化点多位于大石寨组及晚侏罗世火山侵入岩内, 其外围多有燕山期侵入体分布, 显示燕山中晚期岩浆活动为成矿带来了重要的物质来源和能量来源。早白垩世侵入岩土壤地球化学特征显示, 侵入体中Au、Ag、Pb、Zn、Mo平均值高, 富集系数和变异系数均大, 能够作为矿源体提供成矿物质[16]。

晚侏罗世到早白垩世属于天山— 兴蒙造山带显生宙斑岩型Mo成矿期之一(190~135 Ma), 处于中国东部中生代浅成低温热液Au成矿的4个年龄区间之一(144~135 Ma), 同时也是中国东北地区最重要的Cu成矿期(200~110 Ma)。碰撞造山带常可产出斑岩型Cu-Mo和Cu-Au矿床, 碰撞造山带中斑岩型矿床多发生于以岩石圈减薄和地壳伸展为特征的后碰撞地壳伸展期和晚碰撞构造转换期[17, 18]。

偏酸性岩浆岩中硅质含量高, 更有利于Mo从岩浆进入流体, 偏中性花岗质岩石则更利于Cu成矿[19]。早白垩世花岗岩类SiO2含量为74.14%~77.40%, 硅质含量相对较高, 相对于Cu, 更利于Mo成矿。碱质含量高利于矿物结晶分离, Mo在含水熔体中的混溶性升高[20], 故高碱(钾)含量中酸性岩浆与Cu、Mo成矿关系密切。该岩体碱质含量在 6.46%~7.91%, 属中钾钙碱性系列, 不太利于结晶分异作用的进行, 相对于Mo可能更利于Cu成矿[20]。铝饱和度A/CNK介于0.96~1.10, A/NK介于1.11~1.24, 属准铝质— 弱过铝质岩石, 可能与Cu-Au-Mo-W-Sn和Li-Be-B-P成矿有关, 且与Au相比更利于Cu成矿。w(Fe2O3)/w(FeO)比值介于1.20~4.83, 属氧化型磁铁矿系列花岗岩, 于w(Fe2O3)/w(FeO)-w(Rb)/w(Sr)图(图6a)中位于Cu-Mo成矿花岗岩附近, 于w(Fe2O3)/w(FeO)-w(SiO2)图(图6b)中处于Mo成矿花岗岩范围内, 且其中花岗斑岩和二长花岗岩更可能与Cu-Mo、Mo及Pb-Zn成矿关系密切, 花岗闪长岩更可能与Cu(Au)有关。I型花岗岩主要与斑岩型Cu、Mo(Au、Ag)、Pb、Zn、W成矿有关, 且氧化型I型花岗岩或磁铁矿系列花岗岩与斑岩型Cu、Au成矿关系密切[21]。早白垩世侵入岩属强氧化、低演化程度、较高分异程度花岗岩类, 更可能与Cu-Mo成矿有关, 且于靠近岩体的近端也利于Pb、Zn成矿, Au成矿潜力相对较差, 而不大可能与Mo、Sn及黑钨矿等成矿有关, 岩体Mg#值(介于7~15)非常低, 指示岩浆未与地幔发生AFC过程, 也间接暗示其不利于相关的Au成矿作用。

图6 早白垩世侵入岩成矿专属性氧化度— 分异度关系图解(a)(底图据Blevin[19])及氧化度-酸度关系图解(b)(底图据Lehmann[22])

综上分析, 研究区早白垩世侵入岩岩石地球化学含矿性评价参数显示岩体成矿潜力按Mo、Cu、Pb、Zn的顺序降低, 具有良好的Cu和Mo成矿潜力, Au成矿潜力差, 与研究区已发现的与该期侵入岩相关的矿(化)点特征一致, 特别是其中氧化性较高和分异程度相对最高的花岗斑岩具有很好的Mo(Cu)成矿前景。

5 结论

1) 岩石地球化学特征显示, 区内早白垩世侵入岩总体具有富硅、富钠而相对贫钾的特征, 属准铝质-弱过铝质的钙碱性系列; 稀土元素总含量较低, 稀土配分模式总体呈右倾型, 轻重稀土发生分馏, 具有明显的Eu负异常; Th、U、Zr、La富集, 而Nb、Ta、P、Ti亏损, 大离子亲石元素Sr亏损。

2) 区内早白垩世侵入岩与S型、A型花岗岩具有明显的不同, 属I型花岗岩, 为壳源部分熔融形成。结合区域大地构造演化历史, 该期侵入岩形成于早白垩世后碰撞伸展环境。

3) 早白垩世属区域Mo、Au、Cu等金属成矿峰期, 岩体产出的后碰撞伸展构造环境亦为有利成矿构造演化阶段; w(K)/w(Rb)比值和DI值较大, SI值较小, w(Rb)/w(Sr)比值较大, w(Fe2O3)/w(FeO)比值较大, 属演化程度低分异程度较高的氧化型/磁铁矿系列花岗岩, 其地球化学含矿性参数显示Mo、Cu、Pb-Zn金属成矿潜力依次降低, Au成矿潜力差。

The authors have declared that no competing interests exist.

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