内蒙古特颇格日图地区大理岩的地球化学特征及成因探讨

龚瑞君,张建芳,刘 峰,马 娟

(1.浙江省地质调查院,杭州311203;2.成都理工大学核技术与自动化工程学院,成都610059)

0 引言

近年来,岩浆型碳酸岩的研究日益引起人们的关注。Le Bas[1]等1992年专门报导了白云鄂博碳酸岩墙的特征,认为矿区的铁、稀土成矿物质与火成碳酸岩墙有直接关系。在内蒙古特颇格日图地区分布着一定面积的大理岩,前人研究认为其原岩为岩浆型碳酸岩[2]。本文将从岩石学特征、稀土微量元素以及Sr同位素特征方面探讨该地区大理岩的原岩建造及其成因。

1 地质背景

特颇格日图地区位于华北地层大区的锡林浩特—磐石地层小区,三级构造单元属内蒙古中部地槽褶皱系苏尼特右旗晚华力西期地槽褶皱带的宝音图隆起[3]。

宝音图隆起带构造活动强烈,岩浆活动频繁,岩浆岩分布广泛,出露的岩浆岩主要有特颇格日图超基性岩(S2Σ)和哈尔陶勒盖角闪闪长岩(C2δh)。中志留世特颇格日图超基性岩呈 EW向线状断续展布,地形上形成一条较陡的 EW走向的山脊,呈土黄、黄褐或暗灰色;围岩为中志留统徐尼乌苏组;该岩体与大理岩的空间关系十分复杂(图1)。超基性岩原岩为辉石橄榄岩,地表已全部强烈蚀变,主要有蛇纹石化、滑石化、菱镁矿化和硅化。

研究区受加里东期、华力西期等多期次构造运动影响,岩石变形、变质作用多次叠加,褶皱形态复杂多样。主要受近EW向的逆断层控制。

特颇格日图大理岩呈 EW向线状断续展布,出露厚度不大,宽5～50 m不等,长20～200 m,多数为似层状和透镜体状,出露在徐尼乌苏组含砾砂岩或粉砂岩中,亦有相当一部分与蚀变超基性岩呈复杂的空间关系。

图1 特颇格日图地区地质图Fig.1 Geological map of Tepogeritu area

2 岩石学特征

大理岩为纯白色、黄褐色、青灰色,粗粒、巨粒、不等粒不规则镶嵌粒状结构,块状构造;岩性较单一,岩石组分几乎全部由粒度粗细不一的方解石(90%以上)组成,另有少量石英和绢云母(1%～2%),在方解石颗粒间可见少量灰白色细粒石英(图2A)。粗粒方解石粒间被破碎形成的细粒不规则粒状方解石集合体充填(图2C),含较多土状杂质,黑色部分为孔洞(图2D);岩石中金属矿物少量,偶见少许细粒铁质矿物无序散布,穿插于方解石粒间或包于方解石中,且都已褐铁矿化。方解石粒径0.5～3 mm不等,具不太明显的半定向分布,镜下无色透明,干涉色高级白色,解理和多晶纹极其发育,多晶纹具轻微变形,局部粒间被细粒至微粒碳酸盐集合体充填。该大理岩具轻度白云石化(图2B中的细粒不规则粒状白色斑点)。

图2 大理岩显微镜下特征Fig.2 Microsopic photo of samples

3 地球化学特征

3.1 稀土元素、微量元素特征

稀土元素和微量元素分析由核工业北京地质研究院分析测试研究中心用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析方法完成。所用仪器为 Finnigan MAT制造的 HR-ICP-MS(ElementⅠ)。测试在温度为20℃、相对湿度为30%的条件下完成。

大理岩稀土元素的质量分数较低(表1),w(REE)=10.41×10-6～32.79×10-6,平均 21.07×10-6;其中w(LREE)=6.08×10-6～21.13×10-6,w(HREE)=4.08×10-6～10.86×10-6,LREE/HREE=1.4～2.18,LaN/YbN,GdN/YbN分别为 1.40～2.18,8.47～11.85和 1.68～2.02,轻重稀土分异较为明显。δ(Eu)=0.76～0.92,δ(Ce)=0.83～1.11。从图3可以看出大理岩稀土元素配分曲线呈平缓右倾型,轻稀土内部分馏较为明显,重稀土内部几乎无分馏现象,Eu呈弱负异常,Ce异常有正有负。

大理岩原始地幔标准化微量元素蜘蛛图(表2,图4)表明,大离子亲石元素 Rb,Sr,Th相对富集,显示正异常;高场强元素Nb和 Zr等相对亏损,显示负异常。

3.2 Sr同位素

Sr同位素分析在核工业北京地质研究院分析测试研究中心采用ISOPROBE-T热电离质谱仪完成。检测方法和依据是 GB/T 17672-1999《岩石中铅锶钕同位素测定方法》。样品均被研磨成岩石粉末在相对湿度和温度分别为20%,20℃下进行测试。Sr同位素比值误差以2σ计。87Sr/86Sr初始比值0.708 5～0.710 0,平均为0.709 1(表3)。

表1 特颇格日图地区大理岩稀土元素分析结果Table 1 Contents of REE elements of marble in Tepogeritu area

表2 特颇格日图地区大理岩微量元素分析结果Table 2 Contents of trace elements of marble in Tepogeritu area

表3 特颇格日图大理岩Sr同位素数据Table 3 Sr isotopic data of the marble in Tepogeritu

表4 特颇格日图大理岩与其他岩石的部分微量元素对比Table 4 Some trace element content comparison of marble in Tepogerity with other carbonaterocka

4 成因讨论与结论

(1)特颇格日图地区大理岩与中志留世超基性杂岩体在空间上密切接触,大理岩具轻度白云石化,但未发现霓长岩化,这与岩浆型碳酸岩(喷出岩或侵入岩)在岩浆通过的上部地壳围岩中发生富含碱质的霓长岩化作用,从而形成一套含有霓石、钠铁闪石、钠长石、钾长石和金云母等矿物为特征的霓长岩[4]的特征不一致。

图4 特颇格日图地区大理岩微量元素蛛网图Fig.4 Trace elements spide of marble in Tepogeritu area

(2)大理岩和稀土元素w(REE)=10.41×10-6～32.79×10-6,LaN/YbN=8.47～11.85。与岩浆成因的碳酸岩的w(REE)=5 000×10-6～60 000×10-6,LaN/YbN=110～2 500比较[5-6],大理岩的w(REE)和LaN/YbN小得多,二者不在一个数量级上;而与Faure(1991)所列正常沉积碳酸盐岩石w(REE)平均值(23.74×10-6)相近。稀土元素除受岩浆熔融作用外,其他地质作用基本上不破坏它整体组成的稳定性,因此该大理岩的原岩为沉积碳酸盐岩。

(3)本区大理岩与世界岩浆碳酸岩及白云鄂博白云碳酸岩相比(表4),Ba,Sr,Nb的质量分数远远低于碳酸岩;与沉积碳酸盐岩相比,除Sr的质量分数较低外,其他元素的质量分数均较相近。

(4)大理岩 (87Sr/86Sr)0=0.708 5～0.710 0。前人的研究表明,岩浆碳酸岩的(87Sr/86Sr)0值一般<0.706或0.703[8];许成等统计的全球六大洲不同时代碳酸岩的(87Sr/86Sr)0=0.701 5～0.705 0[9], 而白云岩和大理岩的Sr同位素多数是放射成因的,(87Sr/86Sr)0值一般 0.706～0.710[10]或 0.701 6～0.708 8[8]。本区大理岩(87Sr/86Sr)0值接近于后者。

综上所述,从岩石特征、稀土元素、微量元素及Sr同位素特征表明,特颇格日图大理岩的原岩不是岩浆型碳酸岩,而是沉积变质型碳酸盐岩,其变质作用可能与中志留世超基性杂岩体的侵入有关。

[1] Le Bas M J,Keller J,Tao K,et al.Carbonatite dykes at Bayan Obo,Inner Mongolia,China[J].Mineral Petrol,1992,46:195.

[2] 北京大学地质学系.特默特幅、图古日格幅等幅1∶5万区域地质调查报告[R].北京:北京大学,2001.

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