內(nèi)蒙古小青山地區(qū)鈉長巖地球化學特征及成因探討

內(nèi)蒙古小青山地區(qū)鈉長巖地球化學特征及成因探討

根據(jù)國內(nèi)外研究，鈉長巖有不同類型的成因，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,它們在產(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。在我國已多處發(fā)現(xiàn)這類鈉長巖。交代成因的鈉長巖是分布最多的一種鈉長巖,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石為主(鈉長石含量大于50%)的巖石;交代過程中有大量的Na帶入巖石中,而帶出K、Fe、Mg等。在四川會理小青山銅(金)礦區(qū)的交代鈉長巖主要與其圍巖——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,有人稱之為鈉長石英板巖。1川重-嶺南雙向構(gòu)造體系小青山地區(qū)位于揚子準地臺西緣康滇地軸中段,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)造帶西延之復合處。構(gòu)造應(yīng)力反復交替,且具有多期性和繼承性特點,前期構(gòu)造對后期構(gòu)造的限制和后期構(gòu)造對前期構(gòu)造的改造;不同體系的構(gòu)造相互干擾現(xiàn)象突出,形跡復雜,且受南北向與東西向兩個擠壓應(yīng)力場的反復交替作用,而產(chǎn)生的北西向斷裂尤為發(fā)育。該區(qū)巖漿活動較活躍,巖漿巖出露廣泛,以基性侵入巖為主,包括輝長巖、輝綠巖、輝綠輝長巖、輝綠玢巖等;有少量的中酸性侵入巖零星出露,如閃長巖。產(chǎn)狀以深成的到淺成的巖體、巖脈為主。據(jù)鉛同位素組成測定,輝長巖的年齡為850～950Ma,表明區(qū)內(nèi)的巖漿侵入活動屬晉寧期的產(chǎn)物。2鈉長巖的空間分布特征和巖石學2.1石英鈉長巖的形態(tài)鈉長巖產(chǎn)于古元古界小青山組中,總體上呈似層狀、透鏡狀、脈狀。似層狀鈉長巖延伸不遠,同時有交代的時斷時續(xù)的條紋;透鏡狀鈉長巖主要分布于斷裂破碎帶附近;脈狀產(chǎn)出的鈉長巖受構(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巖中可見碳質(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)鈉長巖脈、鈉長石化絹云母千枚巖、絹云母千枚巖或碳質(zhì)千枚巖的漸變過渡及對稱分帶現(xiàn)象(圖版Ⅱ)。鈉長巖通常規(guī)模不大,寬從幾厘米至幾米都有,延伸長度為幾米至十幾米,而鈉長石化帶(鈉長石化板巖、鈉長石化千枚巖等)最寬可達幾十米。在整個小青山地區(qū),鈉長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,可見到鈉長角礫巖分布(圖版Ⅲ)。鈉長巖脈的走向約為105°,與斷層走向基本一致,鈉長巖脈的產(chǎn)出受斷層控制,表明銅(金)礦床、鈉長巖及斷層三者關(guān)系密切。2.2構(gòu)造的小質(zhì)性鈉長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巖的后期變化作用類型及強度有關(guān)。鏡下見有各種交代結(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度的不均勻性,致使整個巖石的結(jié)構(gòu)極為不均勻。有時在鈉長巖中可見板巖殘留體存在,可形象地稱為“地層殘影體”(圖版Ⅴ)。鈉長石占整個巖石的50%以上,最高可達90%,粒徑多為0.04～0.2mm。鈉長石往往呈不規(guī)則粒狀、楹柱狀,邊緣不平整。鈣長石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40%左右,此時應(yīng)稱為石英鈉長巖。石英的產(chǎn)狀有兩種:一種是與鈉長石同時形成的,與鈉長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。石英與鈉長石之間為鑲嵌接觸,可見石英顆粒包裹鈉長石微晶,或較自形的鈉長石部分嵌于石英顆粒之中(圖版Ⅵ)。巖石中還可見電氣石,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,交代徹底時電氣石消失(圖版Ⅳ)。巖石中另有小鱗片狀絹云母殘留,偶見鈉長石巖中有菱形的白云石產(chǎn)出。2.3蝕變過程中巖石的變化野外觀察和室內(nèi)薄片鑒定均表明:從鈉長巖到兩側(cè)圍巖均存在著對稱分帶性(圖1,圖版Ⅱ)。圍巖為千枚巖或板巖到鈉長巖,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;而鈉長石逐漸增多,甚至當交代作用很強很徹底時,Ⅰ帶成為純鈉長石巖(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程中K、Al的帶出;而鈉長石的增多表明此過程中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)形成鈉長石,而把K帶走。3鈉長巖巖石的化學特征3.1鈉長石化作用中的組分據(jù)鈉長巖化學分析資料(表1),巖石中SiO2含量變化較大,為47.77%～74.22%,遠比國內(nèi)外典型的細碧-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,導致巖石化學成分差別較大。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。從絹云母千枚巖(14號)到鈉長石化千枚巖(15、16號)至石英鈉長巖(17號)為同一露頭上連續(xù)取樣分析發(fā)現(xiàn),其巖石化學成分呈規(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。說明鈉長石化作用過程中隨交代程度的增強,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)巖原巖恢復提出了(al+fm)-(c+alk)對si圖解?；谧冑|(zhì)前后巖石化學成分不變,因而能很好地區(qū)分出3種不同原巖類型,而且每一類原巖都有相對集中的分布區(qū)。由此可以認為主要是在封閉體系中,變質(zhì)前后沒有化學成分的帶入帶出,那么一定類型的變質(zhì)巖就應(yīng)與一定類型的原巖相對。換句話說,在封閉體系中,一定類型的變質(zhì)巖的投點相對集中于某區(qū),反之,若在巖石形成過程中發(fā)生了交代作用,體系中有組分的帶進帶出,那它們的化學成分有很大的變化,在該圖解上的投點就會很分散(圖2)。據(jù)B.E.得克c-mg圖解也有同樣結(jié)論(圖3)。從這一事實證明,盡管鈉長巖的原巖均為小青山組千枚巖及板巖,但隨著交代強度的不同及熱液組分的差異,就導致了鈉長巖化學成分的復雜性,在這個過程中存在物質(zhì)的帶入和帶出。根據(jù)王獎?wù)槔肎resens(1976)提出的組分-體積法,計算出表1中絹云母千枚巖(14號)轉(zhuǎn)變?yōu)槭⑩c長巖(17號)過程中組分的得失: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)。此式進一步說明,在鈉長(石)巖化過程中,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)果見表2及表3,其配分曲線見圖4及圖5。鈉長(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,其配分曲線近于平坦型或右傾型。與鈉長(石)巖相對比,其原巖——板巖或者千枚巖的稀土含量較高,∑REE平均為177.03,銪異常無鈉長(石)巖明顯,配分曲線更加右傾。此稀土元素特征之間的差別說明,在鈉長石化過程中稀土元素是活動的,隨交代作用增強稀土總量特別是輕稀土顯著減少。3.3比樣品親疏關(guān)系和測距系數(shù)用Q型群分析巖石化學成分和巖石稀土元素分析結(jié)果,對比樣品之間的親疏關(guān)系,這里用距離系數(shù)d來表示樣品相互間的相似性。兩個樣品之間,d值越大,相似性越小;反之,d值越小,相似性越大;當d=0時,二者完全相同。1.石英鈉長巖與千斤燒失巖的關(guān)系以巖石化學成分(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d≤1.0481時,有5組樣品在此距離系數(shù)以內(nèi),其中就有3組3對(1號與22號,11號與13號,3號與23號)分別為石英鈉長巖與千枚巖(或板巖),說明他們具有相近的親緣關(guān)系。間接地說明他們的化學組成比較相近,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),也與以巖石化學萬分作為變量所作譜系圖具有相似的結(jié)論。不同的是,因為在交代過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?？偟膩碚f,無論采用哪一種分析結(jié)果作為變量進行Q型群分析,均表明小青山地區(qū)鈉長(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鈉長巖巖石學特征關(guān)于本區(qū)鈉長巖的成因問題,目前存在著幾種截然不同的看法:一是認為鈉長巖屬于海底的火山巖系或細碧角斑巖系置于區(qū)域性鈉長石化作用形成的鈉交代巖,稱為鈉長交代巖;二則認為該類巖石為沉積成因的沉積變質(zhì)巖系,稱為鈉質(zhì)巖。筆者認為本區(qū)的鈉長巖屬熱液交代成因,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)鈉長巖在空間分布上明顯受構(gòu)造控制,而與地層無明顯相關(guān)關(guān)系。常見鈉長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,可見以鈉長石為中心,兩側(cè)分別為鈉長石化板巖/千枚巖,漸變過渡到板巖/千枚巖,而鈉長巖大透鏡中可見有板巖/千枚巖的交代殘余體。說明該區(qū)鈉長巖具(熱液)交代特征。(2)巖石中廣泛可見各種交代結(jié)構(gòu),尤其發(fā)育交代殘余結(jié)構(gòu),同時可見粒狀變晶結(jié)構(gòu),變余砂狀結(jié)構(gòu)。說明鈉長(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:無論是采用巖石化學成分作為變量還是采用巖石REE元素作為變量進行Q型群分析,都可得到類似結(jié)果。說明兩類巖石在演化上具有繼承性。小青山地區(qū)的鈉長(石)巖的形成過程大致是:在區(qū)域性熱液影響之下,富含鈉質(zhì)的熱水溶液沿斷層帶流動,對斷層兩側(cè)小青山組淺變質(zhì)板巖/千枚巖交代,在斷層近側(cè)圍巖中形成了鈉長巖,而在稍遠處則形成了鈉長石化硅化板巖/千枚巖,稍后的熱液活動過程中又發(fā)生了強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巖或充填于早期鈉長巖裂隙中,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,在部分斷層巖脈及巖漿鈉長巖體之旁側(cè)圍巖中也有鈉長石化發(fā)生,從而形成交代鈉長巖或鈉長石化的巖石。5鈉長石化成礦作用小青山地區(qū)的鈉長巖多數(shù)有銅(金)礦體(化)產(chǎn)出,而且最富的礦體產(chǎn)于鈉長巖中,凡礦化的板巖中均有鈉長石化現(xiàn)象,這表明鈉長石化與本區(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巖體或鈉長石化板巖中,這表明銅礦化比鈉長石化要晚些。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:它們與鈉長巖、鈉長石化千枚巖/板巖均有一定的