河南嵩山石秤岩体稀土元素特征及矿源研究

于海涛，孟庆海，郭骞

(1.内蒙古自治区第九地质矿产勘查开发院,内蒙古 锡林郭勒　026000；2.中国地质大学,北京　100083)



河南嵩山石秤岩体稀土元素特征及矿源研究

于海涛1,2，孟庆海1，郭骞1

(1.内蒙古自治区第九地质矿产勘查开发院,内蒙古 锡林郭勒026000；2.中国地质大学,北京100083)

石秤岩体是王屋山期岩浆活动形成的碱性岩体，其稀土元素特征为：wΣREE约为地壳丰度的6.0倍，wLREE/wHREE为地壳丰度的近1.5倍,轻重稀土分异程度低,δEu呈强负异常, 基本无δCe异常，侵入岩体围岩与稀土、稀有金属矿化体(碱长花岗岩)的稀土元素分布型式基本相似,呈向右陡倾斜线,但碱长花岗岩中稀土总量更高、重稀土相对更为富集。研究结果表明,岩浆和成矿物质最初可能均来源于上地幔的同一岩浆房，具有同源性，并在岩浆上侵过程中不同程度地同化混染了地壳物质。

石秤岩体;稀土元素;成矿物质来源;同源性;河南嵩山

稀土元素因其地球化学性质十分相似，且在地质、地球化学作用过程中经常呈“整体”运移，但不同的稀土元素之间其性质仍存在着细微差别，随着外界条件的变化，稀土元素之间会发生一定程度的分馏。所以，稀土元素是一种良好的地球化学指示剂，常被用于探讨地球形成与演化、岩石成因和成矿物质来源等问题。河南省嵩山地区碱长花岗岩的稀土、稀有金属元素矿化与其储矿围岩(碱性花岗岩)之间具有密切的成因联系，进一步开展石秤岩体稀土元素特征和成矿物质来源研究，对矿床成因的探讨和指导找矿都具有重要意义。

嵩山位于河南中部、华北陆台南缘，其地质演化历史漫长。众多学者先后对嵩山地质，尤其前寒武地质，进行了考察研究(张伯声,1951；张尔道,1954；马杏垣,1958；1982；王曰伦,1960；张国伟,1981；1986； KRONER,1988)。该地区的岩浆活动主要发生在太古宙及元古宙，此后未再发生较大规模的岩浆活动。对太古宙岩浆活动，前人进行过不少工作(游振东，1986；王泽九，1987；张国伟，1987)，但对该区最晚侵入的元古代的花岗岩体未进行过系统研究，河南省地质矿产局(1989)只将其简单划分为陆壳改造型花岗岩。

1　地质背景

嵩山地区的岩浆活动主要有两期，分别受嵩阳运动和中岳运动控制，即太古宙侵入活动和早元古代侵入活动，相应本区岩浆岩的时代属嵩阳期(太古宙)和王屋山期(中元古代)。嵩阳期岩浆活动一般规模比较小，岩体零星分布，多呈岩脉产生，岩石类型有辉长岩、伟晶岩等；王屋山期岩浆活动，其规模比嵩阳期大，岩体多呈岩株岩脉产出，具有代表性的有石秤岩体(图1)。

1.第四系；2.古生界；3.中元古界汝阳群；4.古元古界嵩山群；5.登封群；6.元古宙花岗岩；7.路家沟花岗岩体；8.石牌河闪长岩体；9.太古宙花岗岩区；10.碱长花岗岩采样点位置；11.正长花岗岩采样点位置图1　嵩山地质简图Fig.1　Sketch geological map of Songshan area

石秤岩体位于嵩山复式背斜南翼登封县水磨湾—石坪一带，呈东西向带状展布，面积55.5km2。南部主要被第四系覆盖，局部地段与寒武系断层接触。岩体边部多有登封岩群角闪片岩、云母片岩及新太古宙片麻岩、片麻状辉长闪长岩和嵩山群石英岩捕掳体，造成同化混染带，尤以石秤岩体北部最强烈，发育宽度达数百米的边缘同化混染带(以往划为岩体边缘相)，致使岩石变为花岗闪长岩及局部的二长花岗岩；其中常见角砾状或斑点状构造。石秤岩体主要岩石类型有:碱性花岗岩、碱长花岗岩；其常见副矿物有锆石、磷灰石、磁铁矿、榍石、霓辉石和褐帘石等。霓辉石、碱性长石的出现反映了石秤岩体富碱的特征，而磁铁矿、黄铁矿和钛铁矿的存在则体现了该岩体富Fe的特性。石秤岩体的K-Ar年龄为1 652Ma(马杏垣,1972)，40Ar-39Ar年龄为1 799 Ma(李云军,1988)，锆石年龄为1.78 Ga(自测)，属中元古代早期。

2　矿化体地质特征

矿化体主要集中分布于登封市水磨湾—石坪一带的中元古代花岗岩体内。Y岩体主体岩性为粗粒正长花岗岩，斑状结构，块状构造，主要矿物成分为微斜条纹长石(50%～55%)、石英(35%～40%)、斜长石(4%)、黑云母(2%～8%)。锆石年龄为1.78 Ga。

稀土矿化主要赋存在岩体内部岩浆晚期的小岩株、岩脉中，稀土钇矿化、稀有金属铌矿化较普遍。目前，共计发现小岩株、岩脉共计54处，岩性主要为紫红色粗粒正长岩、碱长花岗岩小岩株、岩脉。平面上岩株大小一般直径十几米至几十米，脉体一般宽几米至十几米，延长数十米至500m。正长岩为紫红色，呈粗粒结构、似斑状结构，主要矿物为钾长石；碱长花岗岩呈暗紫红色、暗褐色，粗粒花岗结构，块状构造，主要矿物为钾长石60%～70%，石英约为30%，黑云母等暗色矿物少量。岩石镜铁矿化较明显，黑色镜铁矿以填隙物的形式分布于钾长石、石英空隙中。

对其中8个岩株(脉)进行了探槽揭露，经刻槽采样测试，岩株均有明显的矿化，矿化体厚度一般1～8m，最厚14m，平均3m，矿化体长度一般十几米至几十米，最长数百米。Y2O3含量一般0.025%～0.04%，Nb2O3含量一般0.06%～0.09%。较多样品Nb2O5达到边界品位1/2以上,部分样品Y2O3含量接近或达到最低工业品位。

3　稀土元素特征

石秤岩体通过1∶1万地质填图共发现2种类型岩石：碱性花岗岩、碱长花岗岩，取样送于山东地质科学研究院测试中心进行分析，Co、Ni、Zn、Ga、Rb、Y、Zr、Nb、Hf、Ta和LREE等元素分析相对误差小于5%，其他元素相对误差为5%～15%。分析结果出来后对2种岩石的稀土元素分别综合处理，得到稀土元素综合分析结果数据(表1)。由表中数据可知，石秤岩体的稀土含量较高，稀土总量为815.50×10-6～928.00×10-6，平均为841.46×10-6，约为地壳稀土丰度的5.5倍；轻重稀土的分异程度低，wLREE/wHREE为1.76×10-6～3.95×10-6，平均为3.44×10-6，约为地壳中wLREE/wHREE的1.5倍；Eu呈强负异常δEu为0.22×10-6～0.28×10-6；Ce无明显异常,δCe为0.91×10-6～0.97×10-6。

表1　岩体稀土含量表(10-6)

从石秤岩体稀土元素配分模式(图2)可以看出:不同期次侵入的岩浆岩其稀土元素分布形式均呈向右陡倾的斜线，且配分曲线形态基本相似，没有明显的Ce异常，出现强烈的Eu负异常，自Eu负异常之后，稀土元素配分模式曲线基本趋于平坦，都呈典型的平坦“V”型曲线，说明各期次的侵入的岩浆具有演化继承性的特点。

图2　石秤岩体中碱性花岗岩和碱长花岗岩的稀土配分模式比较图(球粒陨石值据BOYNTON，1984)Fig.2　Alkali granite and alkali-feldspar granites′REE Distribution pattern comparison diagram in stone scale rock(Chondritic value after BOYNTON，1984)

4　岩浆来源及演化

4.1稀土地球化学参数证据

早期碱性花岗岩稀土总量平均为815.50×10-6，而晚期碱长花岗岩稀土总量平均为928.00×10-6，这表明随着岩浆演化稀土元素有逐步富集的趋势；早期岩浆的wLREE/wHREE为3.95，(wLa/wYb)N为9.93，wSm/wNd为0.164，而晚期岩浆的wLREE/wHREE为1.76，(wLa/wYb)N为8.09，wSm/wNd为0.159，反映出随着岩浆作用从早期向晚期演化，轻重稀土的分异程度不断降低，HREE进一步富集，且碱性减弱，而参数wSm/wNd<0.3，则可能体现了稀土元素的壳源(同化混染部分)特征(陈德潜，1990)。碱性花岗岩的(wLa/wSm)N为9.93，而碱长花岗岩的(wLa/wSm)N为8.09，比较接近，故推测轻稀土元素之间的分馏作用可能在岩浆侵入的早期就已经基本完成了，即Ce组内稀土元素的分馏与Ce组和Y组之间的分馏并不同步；而δEu从0.28到0.22的演化则可能表明了在岩浆作用的晚期，随着斜长石的大量晶出，Eu的亏损增大；δCe为0.91～0.97，则可能说明碱长花岗岩为晚期岩浆，蚀变较弱。

4.2其他证据

4.2.1岩石学和岩石化学证据

石秤岩体的SiO2含量为71.70% ～ 75.98%，富碱，K2O含量为4.69%～5.18%，Na2O 含量为2.24% ～ 3.56%，K2O+Na2O为7.42% ～8.56%，Al2O3含量为11.87% ～ 12.75%。岩体的铝指数A / C N K小于1.10，分布范围为0.92～1.10，为准铝类型。在SiO2与AR ( 碱度率)图解上(图3)，石秤岩体投在碱性岩区，显示花岗岩体属于碱性花岗岩。

图3　碱度率图解Fig.3　Diagram of alkality ratio

石秤岩体与世界花岗岩和华北板块南缘花岗岩相比较，SiO2、MnO、K2O、K2O/Na2O偏高，Al2O3、MgO、CaO和Na2O含量偏低。考虑到华北板块南缘花岗岩总体化学成分与中国花岗岩、世界花岗岩相比偏基性，因而相比之下，石秤花岗岩体富Si、K2O/Na2O，低Al的特征就显得更加突出。

4.2.2微量元素证据

对微量元素的研究可以看出成矿岩浆的演化特征。在嵩山石秤岩体中，碱性花岗岩的wNb/wTa为12.62，碱长花岗岩的wNb/wTa为10.72，因岩浆演化从早期到晚期，wNb/wTa的值逐渐减小，所以碱长花岗岩形成时间晚于碱性花岗岩。而早期岩浆wBa/wSr为1.88，晚期岩浆wBa/wSr为8.38，反映出岩浆的分异作用在早期已基本完成。

结合其他地质、地球化学特征可以初步推断:嵩山中元古代不同期次的岩浆活动最初可能均源于上地幔的同一岩浆房。稀土元素的高度富集，反映了可能来源于地幔物质的低程度部分熔融，这是由于稀土元素的矿物/熔体分配系数很小，因而大量富集在熔融体中(赵振华，1984)。

5　成矿物质来源

石秤岩体稀土、稀有金属元素矿化在时空和成因演化上都与中元古代碱性花岗岩体密切相关，矿化体呈碱长花岗岩脉产出于岩体内部，成矿作用发生于岩浆活动晚期，受岩性控制。矿化体的Nb2O3品位一般为0.009×10-2～0.030×10-2，Y2O3品位为0.025×10-2～0.130×10-2。石秤岩体中含稀土、稀有金属的碱长花岗岩中稀土元素分布型式与其容矿围岩(石秤岩体)基本一致，但稀土总量略高，且重稀土更加富集(HREE为335.72×10-6，是岩体的2倍多)，Eu为强负异常(δEu为0.22～0.28)，Ce无明显异常(δCe为0.91～0.97)。wSm/wNd为0.159，较早期侵入岩又进一步减小，说明成矿热液中可能有地壳浅部的物质成分加入。综上所述，不难看出嵩山地区石秤岩体中成矿物质与岩浆具有亲缘关系，成矿作用表现出对岩浆热液演化的继承性。

6　结论

石秤岩体是在嵩山王屋山期岩浆活动下，由岩浆侵入所形成的碱性岩体，具有稀土总量高、轻重稀土分异程度低和Eu强亏损等特征，且具有稀土、稀有金属矿化的碱长花岗岩脉和侵入的岩体的稀土元素分布型式基本相似，均呈右倾斜线。研究表明石秤岩体岩浆和成矿物质最初可能均来源于上地幔的同一岩浆房，具有同源性，并随着岩浆上侵，同化混染了部分地壳成分。在岩浆晚期形成的碱长花岗岩脉为主要的赋矿岩性，在其热液成矿作用过程中，稀土进一步富集，形成了Nb-REE-Y成矿组合。在此之前，嵩山地区未发现任何稀土、稀有金属矿产，此次工作为嵩山地区开辟稀土、稀有金属矿产的找矿奠定了基础，今后可加大该处的稀土、稀有金属找矿和研究力度，为当地经济发展提供动力。

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REE Characteristics and Ore Source of Shicheng Rock-mass in Songshan, Henan

YU Haitao1,2，MENG Qinghai1, GUO Qian1

(1.The Ninth Geological and Mineral Resource Exploration and Exploitation Institute of Inner Mongolia, Xilin Gol 026000,Inner Mongolia, China; 2.China University of Geosciences, Beijing 100083, China)

In ancient Proterozoic, the Shicheng alkaline rock-mass was formed as a result of magmatic intrusion. As shown by statistical analysis of REE in these rock-masses, the total content ofωREE is nearly 6 times as the crustal clarke value, the ratio ofωLREE/ωHREE is nearly 1.5 times as that of the crust, and the fractionation of LREE and HREE is slight, whereas Eu is strongly depleted, and Ce is not basically depleted. The REE distribution patterns of intrusive bodies′ wall rock are basically similar to the ones of rare matal mineralized body (alkali-feldspar granites), all dipping steeply towards the right. Never less ∑REE and HREE are richer in alkali-feldspar granites than in magmatite. The results show that the magma and metallogenetic materials of these rock-masses might be derived mainly from the same magma chamber in the upper mantle, both of them were homologous, and they assimilated and mixed the crustal materials with different degree during the intrusion of magma.

Shicheng rock-mass; rare earth elements; ore source; homology; Songshan, Henan

2015-01-23；

2015-06-12

中国地质调查局河南省1∶5万大口集等4幅区调项目(1212011120767)

于海涛(1988-)，男，山东烟台人，本科生，助理工程师，主要从事地球化学、地质找矿研究。E-mail:956368845@qq.com

P632

A

1009-6248(2016)01-0034-05