豫西南泥湖地区辉长岩地球化学特征及其与成矿关系

刘辉

(山东省物化探勘查院，山东 济南 250013)

0 引言

豫西南泥湖钼多金属矿集区是我国最大的钼多金属矿集中区之一，豫西南作为一个钼矿集中产区[1]，其控矿的关键因素一定是宏观的巨型构造背景[2]。成矿直接母岩是中生代的花岗斑岩，成岩物质与成矿物质是否是同源，如果花岗斑岩是来自地壳，则钼元素的来源是否全部来自地壳；如果中生代确实存在辉长岩--辉绿岩，其与花岗斑岩形成时代相近，是否暗示了地壳重熔的原因之一是来自更深处的基性岩浆的作用(底垫作用)[3-5]。

区内大面积出露加里东期变辉长岩和燕山期辉长岩，基性侵入体是了解下地壳、上地幔以及壳-幔相互作用的一个重要窗口[6]。区内辉长岩主要有加里东期和燕山期2个时期。对于区内辉长岩的年龄，罗铭玖[7]在1991年对区内的辉长岩全岩进行K-Ar法测年，结果为743Ma；李惠民[8]于2006年在豫陕交界处的洋淇沟取变辉长岩样品，进行锆石U-Pb测年，年龄为(501.4+1.2)Ma；包志伟[9]于2009年测得的栾川赤土店西沟矿区的辉长岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为(147.5±1.7)Ma，证实区内至少有过两期基性岩浆活动，其中赤土店一带的细粒--中细粒辉长岩是燕山期侵入的。该文在收集前人有关区内加里东期变辉长岩和燕山期辉长岩的地球化学数据的基础上，通过对南泥湖矿集区内上房沟钼多金属矿区周边的加里东期粗粒变辉长岩进行取样测试分析，总结区内辉长岩地球化学特征并研究其与成矿的关系。

1 区域地质特征

研究区位于华北板块与扬子板块结合部位秦岭褶皱系的东端，构造由NWW向NW弧形转折的部位[10]，隶属于东秦岭-大别山钼成矿带[11]。基底为太古宇太华群，盖层岩系主要有中元古代长城系熊耳群火山沉积建造、蓟县系高河群、官道口群碎屑-碳酸盐岩沉积建造、新元古代栾川群陆源碎屑、碳酸盐岩、碱性火山岩沉积建造、古生代陶湾群浅海相泥质碳酸盐岩及钙泥质岩沉积建造以及上覆的第三系和第四系，地层主要成NWW向条带状展布[12]。区内的构造、变质带及岩浆岩总体呈NWW，NW向展布(图1)。区内岩浆岩活动频繁，主要有加里东期的变辉长岩、燕山期的花岗岩和辉长岩。加里东期的变辉长岩沿着深断裂带分布，构成了侵入岩带。花岗岩主要有合峪、老君山和伏牛山等大型岩基，和众多的小花岗斑岩体、岩墙以及岩脉。

1—古生代陶湾群碳酸盐岩、碎屑岩：2—新元古代栾川群碎屑岩、碳酸盐岩及粗面岩：3—中元古代官道口群含燧石条带大理岩；4—中元古代宽坪群大理岩及基性火山岩；5—早白垩世花岗岩：6—晚侏罗世花岗斑岩脉：7—晚侏罗世花岗斑岩：8—断层：9—背斜轴：10—向斜轴：11—地质界线：12—平行不整合界线：13—斑岩一矽卡岩型钼钨矿床：14—矽卡岩型多金属硫铁矿床：15—热液脉型铅锌银矿床；16—矿化分带及编号；①—商丹断裂：②—栾川断裂：⑨—三门峡断裂：④—太行山断裂：⑤—南漳断裂：⑥—庙子断裂：⑦—毛超营断裂：⑧—银家沟断裂：⑨—尖山断裂图1 南泥湖矿田地质略图[13]

2 岩石地球化学特征

对南泥湖矿田上房沟矿区内加里东期粗粒变辉长岩(样品SFG1，SFG2)、上房沟矿区外围逐渐远离矿区的加里东期粗粒变辉长岩(样品913-2，913-3，913-4，913-7)和包志伟[9]2009年进行的锆石U-Pb年龄测试，对燕山期的西沟矿区的辉长岩(中粒样品123702、细粒样品123703)以及外围的前加里东期粗粒辉长岩(样品123704)的地球化学特征进行了系统的对比和研究。

上房沟矿区内出露的变辉长岩为冷水-三川-火神庙变辉长岩体的一部分，呈NWW—NW向侵入于南泥湖组、煤窑沟组和三川组地层中[13]。平面形态长条状，向N倾，宽50～100m，长度大于5km，出露面积约4km2。根据矿区内的钻孔资料，表明岩体向下变小，底部为漏斗状。变辉长岩墨绿色，分为细粒和粗粒，有显微鳞片粒状变晶结构和粒状变余辉长结构，块状构造。矿物成分主要为斜长石和角闪石，其次为黑云母、石英和钾长石等。近接触带变辉长岩的矿物颗粒较细。

2.1 主量元素地球化学特征

变辉长岩SiO2含量集中在43%～46%，低于中国辉长岩，硅质含量低，TAS图解中落于玄武岩类内辉长岩区域(图2)，TiO2和CaO含量高，变辉长岩Alk含量为3.14%～4.81%，与中国辉长岩一致；K2O/Na2O比值0.33～1.1不等，外围的变辉长岩K2O/Na2O与中国辉长岩一致，矿区内的K2O/Na2O大于外围的K2O/Na2O，推测可能受到钾化影响(图2)；TAS图解中变辉长岩为碱性系列，矿区内为钾质辉长岩，外围为钠质辉长岩；固结指数SI=27.9～26.04，分异程度高。矿区外围的变辉长岩TiO2，CaO含量较高，MgO，Al2O3偏低。矿区内的变辉长岩较外围变辉长岩MgO，MnO含量高，P2O5低，无富铁的特征(表1)。

1—中国辉长岩：2—南泥湖辉长岩：3—矿区外围辉长岩；4—上房沟矿区内辉长岩图2 上房沟矿区变辉长岩K2O/Na2O图解

样号岩性SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2OP2O5SrOBaOCr2O3LOITotalAlkNNH变辉长岩46．442．2124．019．850．269．969．552．121．680．471．8100．343．8∗SFG1变辉长岩43．843．7213．4516．320．327．069．761．581．560．3580．040．170．011．4699．643．14∗SFG2变辉长岩46．353．0613．4813．970．316．278．882．652．160．6110．050．130．010．7298．654．81SFG3变辉长岩47．912．8113．7913．90．145．048．132．732．885．61LTS1变辉长岩48．91．513．372．578．080．2366．6810．252．142．370．1391．5397．774．51LTS2变辉长岩44．83．211．244．0611．060．258．7912．71．850．790．2830．8999．912．64∗913⁃2变辉长岩45．39414．1814．540．224．779．373．031．180．5290．050．120．011．1898．574．21∗913⁃3变辉长岩49．652．7613．6413．270．194．478．42．991．20．3880．050．110．011．3998．524．19∗913⁃4变辉长岩463．0315．7413．520．195．089．813．131．020．510．060．110．011．4199．624．15∗913⁃7变辉长岩45．542．9512．915．350．227．7710．542．241．10．350．050．090．020．3699．483．34黎彤中国辉长岩47．621．6714．524．099．370．226．478．752．971．180．461．1898．574．15

注：*样品引自文献[14]，其余样品引自文献[15]。

2.2 稀土元素地球化学

上房沟矿区内加里东期粗粒变辉长岩的稀土元素∑REE范围为(117.17～178.07)×10-6(图3、表2)，未受蚀变矿化影响的远离矿区的加里东期粗粒变辉长岩∑REE范围(130.11～134.88)×10-6，与玄武岩类相当；其中西沟矿区采取的燕山期辉长岩样品(12302，12303)的∑REE范围为(113～132.38)×10-6，平均123×10-6，同比玄武岩类，稀土总量显示亏损；加里东期粗粒变辉长岩的LREE/HREE范围为7.15～7.68，高于玄武岩类的5.89，(La/Yb)N的值8.61～9.59，高于玄武岩类的5.12，轻重稀土分馏明显，燕山期中细粒辉长岩的LREE/HREE范围为1.36～3.42，低于玄武岩类的5.89，(La/Yb)N的值2.49～3.04，低于玄武岩类的5.12，显示为轻稀土亏损，轻重稀土分馏不明显。上房沟矿区及外围加里东期粗粒变辉长岩的δEu的值1.09～1.44，显示为正异常，表示形成于较还原环境；西沟矿区燕山期辉长岩δEu的值0.2～0.28具明显的Eu亏损，说明岩浆上升过程中存在还原环境向氧化环境的转变。

图3 南泥湖地区辉长岩稀土元素Boynton(1984)球粒陨石标准化分布形势图

总的来说：①燕山期辉长岩样品稀土元素球粒陨石标准化分布曲线光滑，没有特征元素的异常现象，REE含量大约是球粒陨石的20倍左右，可能来源于未分异原始地幔或平均地幔的部分熔融。②早期的变辉长岩REE分馏较燕山期的更强烈一些，并且Eu明显呈现正异常。③南泥湖地区轻重稀土分馏弱。④区内的辉长岩与世界基性岩相比具有Eu和Tm的明显异常。

表2 南泥湖地区辉长岩以及玄武岩类岩体稀土元素(10-6)含量

注：*样品引自文献[9]，其余样品来自河南省栾川县南部区域地质调查报告,1978年。

2.3 微量元素地球化学

原始地幔标准化蛛网图显示区内辉长岩微量元素分布曲线轻度右倾斜(图4)，多数元素含量高于原始地幔的10倍含量值(表3)，其中Cs，Ba，K产生富集峰；V值高，重稀土元素和高场强元素相对亏损，具有微弱的Nb-Ta槽，具有Zr亏损。区内辉长岩中的大离子亲石元素(Ba，Rb，Sr)和Ta，Nb的变化的范围比较大。与原始地幔标准化相比，N-MORB标准化的图解上，无Nb，Ta，P弱亏损。同比之下上房沟矿区的加里东期变辉长岩较西沟的燕山期辉长岩Ta，Nb的亏损，可能由于岩浆源区曾遭受地壳物质的混染或者地幔源区富有Ta，Nb的残留体所致[16]。

图4 变辉长岩微量元素原始地幔标准化蛛网图

大陆的拉张带(或裂谷初期)环境玄武岩，岩浆源区较浅，大陆裂谷的拉斑玄武岩比碱性的玄武岩Ta/Hf的比值低，前者通常为0.1～0.3，后者通常大于0.3，Th/Ta的比值大，前者通常大于4，后者通常在1.6～4之间，Th/Ta比值具有较典型的裂谷环境的玄武岩的特征[16-17]。区内的辉长岩Ta/Hf>0.3，Th/Ta>1.6，与大陆裂谷的碱性玄武岩一致，应为减压熔融的产物。

2.4 成矿元素特征

区内的辉长岩的钼元素含量高于地幔和世界超基性岩的含量(表4)，个别成矿元素含量异常高值应是受矿化影响，总体钼含量在0.6×10-6左右，钨含量集中在(60～70)×10-6，铅含量集中在(4～8)×10-6，锌含量集中在(90～130)×10-6，银元素集中在(0.05～0.08)×10-6，由加里东期到燕山期，辉长岩成矿元素变化不明显，总体富集钨元素，其他成矿元素显示亏损特征。华北克拉通南缘寄主玄武岩含矿元素含量大多低于基性岩平均值，区内辉长岩对成矿物质来源方面没有明显供给。

表3 南泥湖地区变辉长岩微量元素(10-6)含量

注：*样品引自文献[9]，其余样品引自文献[14]。

注：*样品引自文献[9]，其余样品引自文献[14]。

3 成岩成矿作用

东秦岭地区的斑岩体以及岩脉岩株主要为燕山期形成，集中在134～157Ma。李永峰等[18]2005年对上房沟花岗斑岩岩体进行年代学测试，结果表明其SHRIMP锆石微区U-Pb年龄为158Ma左右，辉钼矿Re-Os同位素模式年龄145Ma左右。南泥湖花岗斑岩的SHRIMP锆石微区U-Pb年龄157Ma左右，辉钼矿Re-Os同位素模式年龄142Ma左右，两个岩体时间相近，为燕山期岩浆作用的产物，成矿岩体固结到成矿作用的主要阶段一般会有几个百万年的延续，与整个东秦岭钼矿带主要成岩年龄区间一致。区内加里东期变辉长岩和燕山期辉长岩成矿元素同比世界基性岩，W元素相对富集，Mo，Fe，Pb，Zn，Ag等成矿元素大多表现较世界基性岩亏损，区内基性岩底侵作用过程中提供成矿来源的可能性较小，推断主要为岩浆部分熔融形成岩浆房提供了热源[14]。

4 结论

(1)豫西南泥湖钼矿集区内辉长岩分异程度高，稀土总量显示亏损。加里东期粗粒变辉长岩轻重稀土分馏明显；燕山期中细粒辉长岩轻稀土亏损，轻重稀土分馏不明显。加里东期变辉长岩显示为Eu正异常，形成于较还原环境；燕山期辉长岩具明显的Eu亏损，说明岩浆上升过程中存在还原环境向氧化环境的转变。

(2)区内加里东期变辉长岩微量元素分布曲线轻度右倾斜，多数元素含量高于原始地幔的10倍含量值，其中Cs，Ba，K产生富集峰；重稀土元素和高场强元素相对亏损，具有微弱的Nb-Ta槽，具有Zr亏损。与原始地幔标准化相比，无Nb，Ta，P弱亏损。区内的辉长岩Ta/Hf>0.3，Th/Ta>1.6，与大陆裂谷的碱性玄武岩一致，应为减压熔融的产物。

(3)加里东期变辉长岩和燕山期辉长岩成矿元素总稀土含量低，稀土元素球粒陨石标准化曲线右倾平缓，具有明显的Eu，Tm元素的异常；同比世界基性岩，自晚元古代以后本区上地幔主要成矿元素除钨元素基本无明显的富集，主成矿元素钼呈明显的亏损，认为燕山期成矿花岗质岩浆并没有直接从上地幔获得主要成矿物质。

(4)区内辉长岩多期次活动证明地幔活动频繁，在燕山期存在地幔活动，推测区内之所以形成区域上大型的钼多金属成矿带与地幔的岩浆底垫作用相关。底垫作用提供了充足的热源，导致上覆地壳硅铝质岩层部分熔融形成酸性岩浆，上侵成岩成矿。

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