內(nèi)蒙古小青山地區(qū)鈉長(zhǎng)巖地球化學(xué)特征及成因探討

內(nèi)蒙古小青山地區(qū)鈉長(zhǎng)巖地球化學(xué)特征及成因探討

根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究，鈉長(zhǎng)巖有不同類(lèi)型的成因，包括噴流沉積成因和解釋成因。噴流沉積成因的鈉長(zhǎng)巖由熱水溶液沿海盆中同生斷層噴溢到海底經(jīng)沉積交代等作用而形成,它們?cè)诋a(chǎn)狀上具有成層性,并有一套特定的微量元素組合及稀土元素配分模式。在我國(guó)已多處發(fā)現(xiàn)這類(lèi)鈉長(zhǎng)巖。交代成因的鈉長(zhǎng)巖是分布最多的一種鈉長(zhǎng)巖,主要由富含Na質(zhì)的熱液作用于以泥質(zhì)為主的巖石,經(jīng)交代充填等作用形成以鈉長(zhǎng)石為主(鈉長(zhǎng)石含量大于50%)的巖石;交代過(guò)程中有大量的Na帶入巖石中,而帶出K、Fe、Mg等。在四川會(huì)理小青山銅(金)礦區(qū)的交代鈉長(zhǎng)巖主要與其圍巖——石英板巖/千枚巖有密切的相關(guān)關(guān)系,形成一種產(chǎn)狀特殊的巖石,有人稱(chēng)之為鈉長(zhǎng)石英板巖。1川重-嶺南雙向構(gòu)造體系小青山地區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)西緣康滇地軸中段,其東西兩側(cè)分別為小江斷裂及安寧河斷裂。古元古界小青山組是區(qū)內(nèi)出露最廣泛的地層,也是小青山銅(金)礦最主要的賦礦層位。本區(qū)構(gòu)造部位特殊,系川滇南北向構(gòu)造帶與南嶺東西向構(gòu)造帶西延之復(fù)合處。構(gòu)造應(yīng)力反復(fù)交替,且具有多期性和繼承性特點(diǎn),前期構(gòu)造對(duì)后期構(gòu)造的限制和后期構(gòu)造對(duì)前期構(gòu)造的改造;不同體系的構(gòu)造相互干擾現(xiàn)象突出,形跡復(fù)雜,且受南北向與東西向兩個(gè)擠壓應(yīng)力場(chǎng)的反復(fù)交替作用,而產(chǎn)生的北西向斷裂尤為發(fā)育。該區(qū)巖漿活動(dòng)較活躍,巖漿巖出露廣泛,以基性侵入巖為主,包括輝長(zhǎng)巖、輝綠巖、輝綠輝長(zhǎng)巖、輝綠玢巖等;有少量的中酸性侵入巖零星出露,如閃長(zhǎng)巖。產(chǎn)狀以深成的到淺成的巖體、巖脈為主。據(jù)鉛同位素組成測(cè)定,輝長(zhǎng)巖的年齡為850～950Ma,表明區(qū)內(nèi)的巖漿侵入活動(dòng)屬晉寧期的產(chǎn)物。2鈉長(zhǎng)巖的空間分布特征和巖石學(xué)2.1石英鈉長(zhǎng)巖的形態(tài)鈉長(zhǎng)巖產(chǎn)于古元古界小青山組中,總體上呈似層狀、透鏡狀、脈狀。似層狀鈉長(zhǎng)巖延伸不遠(yuǎn),同時(shí)有交代的時(shí)斷時(shí)續(xù)的條紋;透鏡狀鈉長(zhǎng)巖主要分布于斷裂破碎帶附近;脈狀產(chǎn)出的鈉長(zhǎng)巖受構(gòu)造控制,有沿劈理面、節(jié)理面交代蝕變痕跡。在小青山溝石英鈉長(zhǎng)巖中可見(jiàn)碳質(zhì)板巖交代殘留體(圖版Ⅰ);在大垮崖溝及小青山溝發(fā)現(xiàn)有含礦石英-方解石脈或含硫化物方解石脈向兩側(cè)依次出現(xiàn)鈉長(zhǎng)巖脈、鈉長(zhǎng)石化絹云母千枚巖、絹云母千枚巖或碳質(zhì)千枚巖的漸變過(guò)渡及對(duì)稱(chēng)分帶現(xiàn)象(圖版Ⅱ)。鈉長(zhǎng)巖通常規(guī)模不大,寬從幾厘米至幾米都有,延伸長(zhǎng)度為幾米至十幾米,而鈉長(zhǎng)石化帶(鈉長(zhǎng)石化板巖、鈉長(zhǎng)石化千枚巖等)最寬可達(dá)幾十米。在整個(gè)小青山地區(qū),鈉長(zhǎng)巖主要沿北西向斷層斷續(xù)延伸呈透鏡狀或不規(guī)則狀分布,可見(jiàn)到鈉長(zhǎng)角礫巖分布(圖版Ⅲ)。鈉長(zhǎng)巖脈的走向約為105°,與斷層走向基本一致,鈉長(zhǎng)巖脈的產(chǎn)出受斷層控制,表明銅(金)礦床、鈉長(zhǎng)巖及斷層三者關(guān)系密切。2.2構(gòu)造的小質(zhì)性鈉長(zhǎng)巖多呈灰白色或肉紅色,塊狀構(gòu)造及(變余)角礫狀構(gòu)造,且常有原巖的片理、劈理及微褶皺等構(gòu)造形跡的殘余或假象;礦物成分主要有鈉長(zhǎng)石和石英,次要礦物為絹云母、綠泥石、方解石、白云石,副礦物為電氣石、金紅石,多數(shù)含黃銅礦、黃鐵礦,其中方解石、白云石、綠泥石等的含量與鈉長(zhǎng)巖的后期變化作用類(lèi)型及強(qiáng)度有關(guān)。鏡下見(jiàn)有各種交代結(jié)構(gòu),尤以交代假象結(jié)構(gòu)最為發(fā)育,如變質(zhì)成因的石榴子石被鈉長(zhǎng)石所交代,但仍保留其原形態(tài)(圖版Ⅳ)。由于交代作用的多期性及交代作用強(qiáng)度的不均勻性,致使整個(gè)巖石的結(jié)構(gòu)極為不均勻。有時(shí)在鈉長(zhǎng)巖中可見(jiàn)板巖殘留體存在,可形象地稱(chēng)為“地層殘影體”(圖版Ⅴ)。鈉長(zhǎng)石占整個(gè)巖石的50%以上,最高可達(dá)90%,粒徑多為0.04～0.2mm。鈉長(zhǎng)石往往呈不規(guī)則粒狀、楹柱狀,邊緣不平整。鈣長(zhǎng)石An小于10%,且多數(shù)為5%左右。另外巖石中常有較多的石英,含量5%～10%,最高可達(dá)40%左右,此時(shí)應(yīng)稱(chēng)為石英鈉長(zhǎng)巖。石英的產(chǎn)狀有兩種:一種是與鈉長(zhǎng)石同時(shí)形成的,與鈉長(zhǎng)石粒度相近的它形粒狀;另一種是后期形成的,粒度往往很大,且與方解石不共生。石英與鈉長(zhǎng)石之間為鑲嵌接觸,可見(jiàn)石英顆粒包裹鈉長(zhǎng)石微晶,或較自形的鈉長(zhǎng)石部分嵌于石英顆粒之中(圖版Ⅵ)。巖石中還可見(jiàn)電氣石,多呈自形短柱狀,粒度較小,多為0.04mm左右,它是鈉質(zhì)熱液交代作用不徹底產(chǎn)物,交代徹底時(shí)電氣石消失(圖版Ⅳ)。巖石中另有小鱗片狀絹云母殘留,偶見(jiàn)鈉長(zhǎng)石巖中有菱形的白云石產(chǎn)出。2.3蝕變過(guò)程中巖石的變化野外觀察和室內(nèi)薄片鑒定均表明:從鈉長(zhǎng)巖到兩側(cè)圍巖均存在著對(duì)稱(chēng)分帶性(圖1,圖版Ⅱ)。圍巖為千枚巖或板巖到鈉長(zhǎng)巖,巖石的顏色逐漸變淺,致密程度加大。巖石中礦物成分也呈漸變關(guān)系(Ⅳ帶→Ⅰ帶):白云母、黑云母、石榴子石逐漸減少;而鈉長(zhǎng)石逐漸增多,甚至當(dāng)交代作用很強(qiáng)很徹底時(shí),Ⅰ帶成為純鈉長(zhǎng)石巖(Ab大于90%);石英先增多(Ⅳ帶→Ⅱ帶)再減少(Ⅱ帶→Ⅰ帶);電氣石含量由低至高(Ⅳ帶→Ⅲ帶),最后又減少趨于消失(Ⅲ帶→Ⅰ帶)。白云母、黑云母、石榴石的減少,即證明巖石在蝕變過(guò)程中K、Al的帶出;而鈉長(zhǎng)石的增多表明此過(guò)程中Na的帶入。從礦物成分的變化,可以推斷交代作用中存在如下轉(zhuǎn)變關(guān)系式:從上述式子可以得知,要發(fā)生鈉長(zhǎng)石化,其前提條件是:圍巖中應(yīng)富大量的硅,熱液提供Na質(zhì)形成鈉長(zhǎng)石,而把K帶走。3鈉長(zhǎng)巖巖石的化學(xué)特征3.1鈉長(zhǎng)石化作用中的組分據(jù)鈉長(zhǎng)巖化學(xué)分析資料(表1),巖石中SiO2含量變化較大,為47.77%～74.22%,遠(yuǎn)比國(guó)內(nèi)外典型的細(xì)碧-角斑巖系變化大,且從這些數(shù)值反映其原巖組分經(jīng)蝕變交代的不均勻性,導(dǎo)致巖石化學(xué)成分差別較大。Na2O含量為4.88%～10.13%,平均為7.44%,且Na2O含量均大于K2O,即w(K2O)/w(Na2O)<1(平均值0.07031),屬于鈉質(zhì)巖類(lèi)。從絹云母千枚巖(14號(hào))到鈉長(zhǎng)石化千枚巖(15、16號(hào))至石英鈉長(zhǎng)巖(17號(hào))為同一露頭上連續(xù)取樣分析發(fā)現(xiàn),其巖石化學(xué)成分呈規(guī)律性變化:鈉質(zhì)(Na2O)依次增高,而鉀(K2O)則遞減,存在明顯的交代作用特征。說(shuō)明鈉長(zhǎng)石化作用過(guò)程中隨交代程度的增強(qiáng),存在著Na質(zhì)的增加,而K被帶出。A.西蒙南(1953)在研究芬蘭西南部變質(zhì)巖原巖恢復(fù)提出了(al+fm)-(c+alk)對(duì)si圖解?；谧冑|(zhì)前后巖石化學(xué)成分不變,因而能很好地區(qū)分出3種不同原巖類(lèi)型,而且每一類(lèi)原巖都有相對(duì)集中的分布區(qū)。由此可以認(rèn)為主要是在封閉體系中,變質(zhì)前后沒(méi)有化學(xué)成分的帶入帶出,那么一定類(lèi)型的變質(zhì)巖就應(yīng)與一定類(lèi)型的原巖相對(duì)。換句話(huà)說(shuō),在封閉體系中,一定類(lèi)型的變質(zhì)巖的投點(diǎn)相對(duì)集中于某區(qū),反之,若在巖石形成過(guò)程中發(fā)生了交代作用,體系中有組分的帶進(jìn)帶出,那它們的化學(xué)成分有很大的變化,在該圖解上的投點(diǎn)就會(huì)很分散(圖2)。據(jù)B.E.得克c-mg圖解也有同樣結(jié)論(圖3)。從這一事實(shí)證明,盡管鈉長(zhǎng)巖的原巖均為小青山組千枚巖及板巖,但隨著交代強(qiáng)度的不同及熱液組分的差異,就導(dǎo)致了鈉長(zhǎng)巖化學(xué)成分的復(fù)雜性,在這個(gè)過(guò)程中存在物質(zhì)的帶入和帶出。根據(jù)王獎(jiǎng)?wù)槔肎resens(1976)提出的組分-體積法,計(jì)算出表1中絹云母千枚巖(14號(hào))轉(zhuǎn)變?yōu)槭⑩c長(zhǎng)巖(17號(hào))過(guò)程中組分的得失:100(S7-1)+6.43SiO2+0.67Al2O3+0.27CaO+8.52Na2O+0.003MnO+0.03TiO2-2.26Fe2O3-1.29FeO-1.29MgO-4.84K2O-0.0157Rb-0.0204Ba-0.0207∑LREE-0.00079∑HREE→103.4(S7-5)(式中單位均為g)。此式進(jìn)一步說(shuō)明,在鈉長(zhǎng)(石)巖化過(guò)程中,Na2O、SiO2帶入,K2O、Fe2O3、MgO帶出,而Al2O3基本保持不變;微量元素Ba、Rb及稀土元素特別是輕稀土元素有更多帶出。3.2稀土元素和微量元素特征小青山地區(qū)巖石、礦物稀土元素分析結(jié)果見(jiàn)表2及表3,其配分曲線(xiàn)見(jiàn)圖4及圖5。鈉長(zhǎng)(石)巖的稀土元素較低,∑REE平均為76.42,輕重稀土分餾不明顯,具明顯的銪異常,其配分曲線(xiàn)近于平坦型或右傾型。與鈉長(zhǎng)(石)巖相對(duì)比,其原巖——板巖或者千枚巖的稀土含量較高,∑REE平均為177.03,銪異常無(wú)鈉長(zhǎng)(石)巖明顯,配分曲線(xiàn)更加右傾。此稀土元素特征之間的差別說(shuō)明,在鈉長(zhǎng)石化過(guò)程中稀土元素是活動(dòng)的,隨交代作用增強(qiáng)稀土總量特別是輕稀土顯著減少。3.3比樣品親疏關(guān)系和測(cè)距系數(shù)用Q型群分析巖石化學(xué)成分和巖石稀土元素分析結(jié)果,對(duì)比樣品之間的親疏關(guān)系,這里用距離系數(shù)d來(lái)表示樣品相互間的相似性。兩個(gè)樣品之間,d值越大,相似性越小;反之,d值越小,相似性越大;當(dāng)d=0時(shí),二者完全相同。1.石英鈉長(zhǎng)巖與千斤燒失巖的關(guān)系以巖石化學(xué)成分(SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、TiO2、MgO、CaO、K2O、Na2O、P2O5、燒失)含量為變量,Q型群分析有距離系數(shù)(d)所繪譜系圖(圖6)。由圖可知,當(dāng)d≤1.0481時(shí),有5組樣品在此距離系數(shù)以?xún)?nèi),其中就有3組3對(duì)(1號(hào)與22號(hào),11號(hào)與13號(hào),3號(hào)與23號(hào))分別為石英鈉長(zhǎng)巖與千枚巖(或板巖),說(shuō)明他們具有相近的親緣關(guān)系。間接地說(shuō)明他們的化學(xué)組成比較相近,物質(zhì)組成具有演化的同源性。2.基于分形的觀察用巖石各稀土元素含量為變量,Q型群分析距離系數(shù)(d)繪制譜系圖(圖7),也與以巖石化學(xué)萬(wàn)分作為變量所作譜系圖具有相似的結(jié)論。不同的是,因?yàn)樵诮淮^(guò)程中存在大量輕稀土元素的帶出,致使其距離系數(shù)要大一些?？偟膩?lái)說(shuō),無(wú)論采用哪一種分析結(jié)果作為變量進(jìn)行Q型群分析,均表明小青山地區(qū)鈉長(zhǎng)(石)巖與其圍巖(板巖或千枚巖)具有一定的親緣關(guān)系,演化上具繼承性。4鈉長(zhǎng)巖巖石學(xué)特征關(guān)于本區(qū)鈉長(zhǎng)巖的成因問(wèn)題,目前存在著幾種截然不同的看法:一是認(rèn)為鈉長(zhǎng)巖屬于海底的火山巖系或細(xì)碧角斑巖系置于區(qū)域性鈉長(zhǎng)石化作用形成的鈉交代巖,稱(chēng)為鈉長(zhǎng)交代巖;二則認(rèn)為該類(lèi)巖石為沉積成因的沉積變質(zhì)巖系,稱(chēng)為鈉質(zhì)巖。筆者認(rèn)為本區(qū)的鈉長(zhǎng)巖屬熱液交代成因,其原巖主要為古元古界的一套富集含Si和Al的淺變質(zhì)巖系。其依據(jù)探討如下:(1)本區(qū)鈉長(zhǎng)巖在空間分布上明顯受構(gòu)造控制,而與地層無(wú)明顯相關(guān)關(guān)系。常見(jiàn)鈉長(zhǎng)巖穿插切割圍巖板巖/千枚巖的S0及S1面,并且有呈脈狀的斜切現(xiàn)象;巖石呈似層狀、脈狀、透鏡狀、囊狀產(chǎn)出,可見(jiàn)以鈉長(zhǎng)石為中心,兩側(cè)分別為鈉長(zhǎng)石化板巖/千枚巖,漸變過(guò)渡到板巖/千枚巖,而鈉長(zhǎng)巖大透鏡中可見(jiàn)有板巖/千枚巖的交代殘余體。說(shuō)明該區(qū)鈉長(zhǎng)巖具(熱液)交代特征。(2)巖石中廣泛可見(jiàn)各種交代結(jié)構(gòu),尤其發(fā)育交代殘余結(jié)構(gòu),同時(shí)可見(jiàn)粒狀變晶結(jié)構(gòu),變余砂狀結(jié)構(gòu)。說(shuō)明鈉長(zhǎng)(石)巖是交代作用的產(chǎn)物,且后期構(gòu)造作用破壞較明顯。(3)Q型群分析結(jié)果表明:無(wú)論是采用巖石化學(xué)成分作為變量還是采用巖石REE元素作為變量進(jìn)行Q型群分析,都可得到類(lèi)似結(jié)果。說(shuō)明兩類(lèi)巖石在演化上具有繼承性。小青山地區(qū)的鈉長(zhǎng)(石)巖的形成過(guò)程大致是:在區(qū)域性熱液影響之下,富含鈉質(zhì)的熱水溶液沿?cái)鄬訋Я鲃?dòng),對(duì)斷層兩側(cè)小青山組淺變質(zhì)板巖/千枚巖交代,在斷層近側(cè)圍巖中形成了鈉長(zhǎng)巖,而在稍遠(yuǎn)處則形成了鈉長(zhǎng)石化硅化板巖/千枚巖,稍后的熱液活動(dòng)過(guò)程中又發(fā)生了強(qiáng)烈的方解石化及石英化,伴有Cu礦化。它們或交代早期的鈉長(zhǎng)巖或充填于早期鈉長(zhǎng)巖裂隙中,從而形成了斑塊狀或脈狀碳酸鹽、石英與黃銅礦共生組合。此外,在部分?jǐn)鄬訋r脈及巖漿鈉長(zhǎng)巖體之旁側(cè)圍巖中也有鈉長(zhǎng)石化發(fā)生,從而形成交代鈉長(zhǎng)巖或鈉長(zhǎng)石化的巖石。5鈉長(zhǎng)石化成礦作用小青山地區(qū)的鈉長(zhǎng)巖多數(shù)有銅(金)礦體(化)產(chǎn)出,而且最富的礦體產(chǎn)于鈉長(zhǎng)巖中,凡礦化的板巖中均有鈉長(zhǎng)石化現(xiàn)象,這表明鈉長(zhǎng)石化與本區(qū)銅礦化有不可分割的空間聯(lián)系。銅礦體往往產(chǎn)于經(jīng)構(gòu)造破碎而發(fā)生碳酸巖化及硅化的鈉長(zhǎng)巖體或鈉長(zhǎng)石化板巖中,這表明銅礦化比鈉長(zhǎng)石化要晚些。再者,從礦床中黃鐵礦、黃銅礦的REE配分模式及Q型群分析均可以看出:它們與鈉長(zhǎng)巖、鈉長(zhǎng)石化千枚巖/板巖均有一定的