同源火成岩稀土分布特征新探索——以内蒙古西乌珠穆沁旗和青海沱沱河等地火成岩为例

丁卫平

中化地质矿山总局地质研究院，河北涿州 072750



探索

同源火成岩稀土分布特征新探索
——以内蒙古西乌珠穆沁旗和青海沱沱河等地火成岩为例

丁卫平*

中化地质矿山总局地质研究院，河北涿州 072750

提 要 通过对内蒙古西乌皡穆沁旗和青海沱沱河等地不同基性火成岩的稀土特征研究，形成了主要依据重稀土特征的高度相似来判断火成岩样品是否同源的观点，这点特别适合于中基性的岩石，而对于酸性岩石则常常轻稀土和重稀土都是基本平行或者重合的。这一稀土特征有利于以后更好地判断火成岩的同源性。此外，后期的蚀变及风化也对同源火成岩（尤其是基性岩）的轻稀土影响较大，这点也要求尽量以重稀土特征相似来判断岩石的同源性。

关键词同源火成岩 稀土 元素配分模式图 TraceElem1.0

地质工作者在研究稀土元素配分模式图时都自觉遵循一个规律【1】：如果两岩石的稀土特征相同（指稀土的元素配分模式图线基本平行或者基本重合，注意这里的平行不能简单理解成几何中的平行，是指不同样品，相邻元素的连线平行），那么可以肯定这两块火成岩岩石是同源的（注意这里的同源，可以理解成同一火成岩岩体内部的岩石，也可以理解成同一岩浆源但以不同相产出的岩石，比如玄武岩和辉长岩），这一规律，应该说是正确的，关键是稀土特征的相同程度把握要准确。那么这规律反过来是否成立呢？也就是说，如果两块火成岩岩石本身就是同源的，比如同一火成岩岩体内部的不同部位岩石，或者是同一岩浆源，但是以不同相产出火成岩岩石（比如同一期次构造运动的玄武岩和辉长岩为同源岩浆，同一期次构造运动的花岗斑岩和流纹岩常为同源岩浆），甚至同一块原岩，但不同年代完全融化而产生的不同相岩石（推测这原岩只能是酸性岩），其稀土分布曲线就一定平行或者重合吗？通过笔者参与的内蒙古西乌珠穆沁旗的矿产地质调查，再结合其他地区如青海沱沱河等地的火成岩数据，利用自编的软件TraceElem1.0对这些地区的侵入岩和喷出岩稀土元素样进行了一些特征探索，发现同源岩石并不一定重合或者平行，这点尤其在基性岩中表现明显。

1 酸性岩的同源性岩石其稀土特征是常重合或平行的

在内蒙古锡林郭勒西乌珠穆沁旗一带区域矿产地质调查的过程中，发现一个几乎等轴状分布的花岗斑岩区【2】（图1），面积达到45.40km2，围绕花岗斑岩区的岩石都是白音高老组（K1b），现分别说明其特征：

1.1 白音高老组（K1b）火山岩特点【2】

主要是流纹质晶屑凝灰岩，其次是流纹岩（包括黑曜岩、珍珠岩），分布在花岗斑岩的四周，靠近花岗斑岩的白音高老组火山岩相对角砾成分较多，但并不是很普遍，只是零星分布，越是远离花岗斑岩的白音高老组火山碎屑岩含角砾越少，大部分不含角砾，角砾大小在2～20 mm之间，由于角砾的这种环形分布特征，我们可以初步判断花岗斑岩原位置可能是个古火山口，由于重力作用远离火山口的地方角砾成分很少了（几乎没有），该古火山口长期风化剥蚀后又被后期的花岗斑岩侵入破坏，因而难见新生代火山口的一些明显特征。

图 1 内蒙西乌旗某地区域地质图Fig.1 Regional geological map of the West Ujimqin Banner in Inner Mongolia

在该套地层中，发现了具有工业价值的黑曜岩和珍珠岩等，以黑曜岩分布较广，尤其是在调查区东部最为明显。发现了大量的原来1：20万区调所没有发现的黑曜岩，对黑曜岩取了稀土样，以便进行地球化学特征及成因分析。

1.2 花岗斑岩的岩性特征【2】

花岗斑岩成分比较均一，而且斑晶比较大，基质也是显晶质，在花岗斑岩中未发现任何角砾类火山碎屑物质作为捕虏体。可以说，单纯依靠花岗斑岩判断该处原来是古火山口是缺乏证据的。其所以出现见不到捕虏体等现象，估计是长期风化剥蚀引起的，但也不排除花岗斑岩的岩浆上侵时由于岩浆的较高温度和化学能，把周围的岩石包括捕虏体熔化掉的可能。镜下鉴定结果如下（黄青山，2011）：斑晶：石英5%、钾长石20%、中-更长石3%、黑云母1%、基质：长石+石英70%、角闪石＜1%、黑云母雏晶少量、金属矿物＜1%。具花岗斑状结构，钾长石斑晶呈板状，被基质熔蚀边缘成锯齿状，长轴粒径 2～5mm，石英斑晶横切面六边形或呈熔蚀的浑圆状，粒径1～2mm。更长石呈板柱状，聚片双晶发育，中长石可见环带构造。基质具微花岗结构，矿物成分主要是细粒石英和长石以及少量的黑云母雏晶等。由于其中暗色矿物多是黑云母和角闪石，均是含OH-的矿物，说明当时岩浆里含水不少。从以上特点分析看，由于斑晶和基质都是显晶质，且基质中的矿物晶体也不小，可以说达到了细粒，基本上已接近斑状花岗岩。

1.3 花岗斑岩和白音高老组（K1b）的稀土特征

稀土数据是判断岩石同源性的重要特征数据，两种岩石的稀土分布曲线平行或者重合往往说明岩石具有同源性，为了研究它们是否有相同来源，对花岗斑岩和周围的火山碎屑岩中夹的黑曜岩和流纹岩进行了稀土分析（选取岩石样品时注意选择新鲜岩石样）。分析数据见表1，这些样品的取样位置可见图1。（注 P4XT02、P4XT11、P4XT12为花岗斑岩，P4XT15为黑曜岩，P4XT16为流纹岩）。

表1 西乌旗矿调花岗斑岩及围岩稀土分析数据表Table 1 Rare earth data of granite porphyry and surrounding rock in the West Ujimqin Banner

选择 Hasikin的球粒陨石标准化物质数据【1】（王中刚等，1989）对稀土样品标准化后，由作者利用跨平台的Qt技术【3】自编稀土微量元素分析软件TraceElem1.0显示，其分布特征如下图2。

由图2可以看出，黑曜岩和花岗斑岩的稀土分布特征线几乎完全重合，充分说明黑曜岩和花岗斑岩的同源性，另一个流纹岩的样品（P4XT16），分布特征线形状也完全同花岗斑岩，呈平行状，但总体含量低，这与含稀土多的矿物（主要是长石）的整体进出有关，完全可以认为流纹岩（含黑曜岩）和花岗斑岩具有同源性。

图2 花岗斑岩及其围岩中的黑曜岩和流纹岩的稀土分布特征Fig.2 Rare earth distribution characteristics of black obsidian and rhyolite

此图说明火山碎屑岩或者流纹岩从火山口喷出以后，又经过一段时间，地下深处原来产生过流纹质晶屑凝灰岩或流纹岩（含黑曜岩）的原岩再次熔化，产生了新的用于形成花岗斑岩的岩浆。

上面是不同期次火成岩稀土特征的对比，从而判断出后期侵入到火山通道内的花岗斑岩与先前火山喷发的白音高老组岩石是来自同一岩浆源的，而在同一期次内的流纹岩和晶屑凝灰岩也是稀土特征相似的，如图3。

流纹质晶屑凝灰岩的数据见表2。

图3 内蒙古西乌旗一带白音高老组（K1b）火山岩稀土分布图Fig.3 Rare earth distribution of the Baiyingaolao formation volcanic in the West Ujimqin Banner

表2 内蒙西乌旗一带白音高老组（K1b）流纹质晶屑凝灰岩稀土数据表Table 2 Rare earth data of rhyolitic crystal tuff in the West Ujimqin Banner

2 基性岩的同源岩石稀土特征

在上述区域地质图的花岗斑岩的外围较远的地方，存在有大石寨组上段（P2ds2）的玄武岩，在这些玄武岩附近存在辉长岩，从其岩性以及两类岩石的产出状态推测这两类岩石是同一岩浆源的，但当我们研究其稀土特征时发现，其实并非完全平行，这反映在同一岩体内部（比如辉长岩）的样品稀土特征曲线可以不完全平行，尤其是岩石遭受过不同程度的围岩蚀变时，不平行的可能性更大，而以不同相产出的玄武岩和辉长岩，其稀土特征更可能不平行，尤其是在轻稀土部分。

2.1 同一岩体内部样品稀土特征

对西乌旗矿调 P1剖面所经过的辉长岩出露区取了3个样品（取样位置见图1），3样的薄片鉴定如下。

B118：该岩石为中粒辉长岩，拉长石50%，呈板柱状，长轴粒径 2～3mn，辉石 25%，短柱状、粒状与斜长石组成辉长结构。绿泥石15%，黑云母5%，金属矿物5%。

B120：该岩石为中粒辉长岩，拉长石55%，呈板柱状，长轴粒径 2～3mn，辉石 40%，短柱状、粒状与斜长石组成辉长结构，绿泥石 3%，金属矿物2%，局部出现辉绿结构（过渡类型）。

B122：该岩石为细粒辉长岩，拉长石55%，呈板柱状，长轴粒径0.5～1.5mn，辉石40%，短柱状、粒状与斜长石组成辉长结构，局部出现次辉绿结构（过渡类型）。另有绿泥石2%，黑云母1%，金属矿物2%。

上述三样品稀土数据如下表3。

选择 Hasikin的球粒陨石标准化物质数据【1】（王中刚等，1989）对稀土样品标准化后，由自编稀土微量元素分析软件TraceElem1.0显示，其分布特征如下图4。

表3 P1剖面辉长岩区样品稀土数据表Table 3 Rare earth data of gabbro samples in P1 section

图4 内蒙古西乌旗一带辉长岩稀土分布图Fig.4 Rare earth distribution of the gabbro in the West Ujimqin Banner

从上面可以看出，同一辉长岩体内不同位置的三个辉长岩样品，其轻稀土其实并不很平行，重稀土互平行性相对较好。比较异常的是P1-B118样品，如果看该样品的镜下鉴定结论，发现该样品与另两个样品比，最显著的不同是其样品的绿泥石含量明显要多，由于辉长岩的绿泥石化往往是辉石演变成绿泥石，所以绿泥石化明显的样品（P1-B118的绿泥石达到15%，而其他两样只有 2%～3%）相对来说，辉石含量减少（25%，其他两样有 40%），而金属矿物要增加（5%，其他两样品只有2%）。从上面的这个例子说明，绿泥石化明显的岩石其轻稀土容易被流失，如图4。

也许一个地区的数据有点少不能说明问题，下面我们选择青海沱沱河的4个辉长岩数据（也是同一个岩体内的样品）来看稀土特征：

4个样品的稀土数据如表 4，注 P6XT3和P6XT4为蚀变辉长岩，而P6XT5和P6XT6 为普通辉长岩。

表4 青海沱沱河辉长岩样品稀土数据表Table 4 Rare earth data of gabbro samples in Qinghai Tuotuohe

P6XT3：蚀变斜长石 55，蚀变辉石：40，榍石 5。岩石矿物成分主要为斜长石和辉石，具变余辉长结构，辉石呈短柱状、粒状，粒径 1～2.5mn，蚀变成纤闪石，斜长石呈板柱状，次生蚀变表现为钠黝帘石化和绿帘石化蚀变。未蚀变岩石这里不再描述镜下特征。

同样，选择 Hasikin的球粒陨石标准化物质数据做稀土分布元素配分模式图如图5。

由上可以看出，同样的辉长岩体，由于蚀变的原因，稀土特征主要是在重稀土部分平行（Y元素部分平行程度低），轻稀土部分含量比未蚀变岩石含量要高，未蚀变岩石稀土特征还见有交叉现象。

图5 青海沱沱河辉长岩稀土分布元素配分模式图Fig.5 The REE distribution patterns of gabbro samples in Qinghai Tuotuohe

2.2 同源但以不同相产出火成岩的稀土特征

在上述西乌旗的P1剖面中，对玄武岩（B101、B102、B107、B108）和辉长岩（B118、B120、 B122）都取样，因它们是同源而以不同相产出的岩石，对其稀土特征进行比较，研究其特征，其稀土数据如表5。

表5 内蒙西乌旗矿调的辉长岩样品稀土数据表Table 5 Rare earth data of gabbro samples in the West Ujimqin Banner

从图6可以看出，稀土分布曲线在玄武岩之间基本是平行的，辉长岩之间也基本是平行的（尤其是重稀土部分），而如拿玄武岩和辉长岩比较，则玄武岩的轻稀土相对有上翘，这些特征说明辉长岩与玄武岩有同源性，而稀土尤其是轻稀土相对富集在熔岩中。

图6 西乌旗一带玄武岩和辉长岩稀土分布特征Fig.6 Rare earth distribution characteristics of basalt and gabbro samples in the West Ujimqin Banner

对于基性岩来说，喷出岩（玄武岩）与对应的深成岩（辉长岩）比较，其稀土总量尤其是轻稀土总量要高，这点是与酸性岩很不相同的地方，在喷出流纹岩中，比如图2所表示的黑曜岩和流纹岩稀土特征，喷出的流纹岩的稀土总量低于黑曜岩，这很可能与黑曜岩的快速冷却，完全为玻璃质，所以稀土基本保持了原始岩浆的特点，不容易随挥发分散发。致使与普通流纹岩比（普通流纹岩不是玻璃质），黑曜岩稀土特征与花岗斑岩等深成岩更加重叠。此外基性强的岩石，喷发岩与侵入岩比，稀土分异强，比如玄武岩和辉长岩，它们是同源岩石的话，往往稀土以玄武岩为多，且相对来说轻稀土多的程度更明显，另外，在Eu异常方面，同源岩浆产生的辉长岩和玄武岩，由于玄武岩喷发出地表后，Ca容易与地表中的CO2作用，易随水进入河流和海洋，致使 Ca的含量相对少了，从而Eu正异常值变小。

类似地，在青海沱沱河有玄武岩和辉长岩，也有辉绿岩，它们是相距很近产出的同源岩石，其稀土数据【4】见表6。

由稀土分布元素配分模式图可以看出（图7），重稀土基本是平行甚至是重合的，轻稀土也不一样，偏离很大，跟西乌旗的玄武岩和辉长岩的特征类似，但是这里玄武岩的轻稀土含量要低于辉绿岩，而西乌旗的玄武岩的轻稀土含量高于辉长岩，说明并不是玄武岩一定与辉长岩比相对富集轻稀土（如西乌旗），具体机制目前不清楚，或许与海底环境喷发有关。

表6 青海沱沱河玄武岩、辉长岩和辉绿岩稀土数据表Table 6 Rare earth data of basalt， gabbro and diabase samples in Qinghai Tuotuohe

图7 青海沱沱河一带辉长岩、辉绿岩和玄武岩的稀土分布图Fig.7 Rare earth distribution characteristics of gabbro， diabase and basalt samples in Qinghai Tuotuohe

3 结论与注意事项

通过前面的有关样品稀土数据的分析，我们认为重稀土分布线基本平行或重合就可确定为岩石同源，但是需要注意的是，我们不能把细微的交叉夸大，因同一岩体内部不同位置的稀土样也不一定是绝对的平行或重合的，可以有轻微的交错现象，比如下面是青海沱沱河的枕状玄武岩元素分配模式如图8，因它们是取自同一岩体内部，自然他们应该是同源的，但轻微交叉现象也是存在的。

而以下是在内蒙西乌旗花岗斑岩体内的ZP01剖面内的四个稀土数据（表 7），稀土分布元素配分模式如图 9，也可看出某些样的稀土分布线的小的交叉（主要是在Ce和Eu处的交叉）。

图 8 青海沱沱河枕状玄武岩稀土分布元素配分模式图Fig.8 The REE distribution patterns of pillow basalt samples in Qinghai Tuotuohe

表7 内蒙古ZP01剖面的花岗斑岩稀土数据表Table 7 Rare earth data of granite porphyry rock in ZP01 section of the Inner Mongolia

图9 内蒙西乌旗某花岗斑岩稀土分布元素配分模式图Fig.9 The REE distribution patterns of granite porphyry samples in the West Ujimqin Banner

究其原因，主要是野外地质勘探采集的样品，无论多么注意采集新鲜的样品，即使岩石没有蚀变，也不可能完全不受到风化干扰，比如至少会受地表水流侵蚀作用的影响，从上面的分析看，这种干扰对酸性岩的稀土分布特征影响小，而对基性岩的稀土分布特征影响大（可能与基性岩的斜长石含Ca高有关，而Ca又易与地表中的水和空气中的 CO2结合，成为碳酸氢钙流失），影响的主要方面是在轻稀土，而不是在重稀土，比如上面提到的蚀变辉长岩，轻稀土明显因蚀变而影响其正常含量，这些影响在Ce异常和Eu异常上的反应更加明显，因为所有稀土元素中，只有Ce 和 Eu存在两个化合价态，易受氧化还原环境的影响，就可能使岩石所处地理位置氧化还原环境不同，就可能使我们所取样品Eu或Ce的异常程度不同。

参 考 文 献

1 王中刚，于学元，赵振华，等. 稀土元素地球化学［M］. 北京：科学出版社，1989：150～167

2 修世荫，丁卫平，梁中朋. 内蒙古西乌珠穆沁旗白音诺尔农场等四幅1∶5万区域矿产地质调查报告［R］. 河北涿州市：中化地质矿山总局地质研究院，2013：245～316

3 Jasmin Blanchette（加），Mark Summerfield（英），著. C++ GUI Qt3 编程［M］. 齐亮译. 北京：北京航空航天大学出版社，2006：20～269

4 杨立朋. 青海沱沱河地区乌石峰蛇绿混杂岩形成环境探讨［J］. 化工矿产地质，2013，35（3）：147

By studying the rare earth characteristics of different basic igneous rocks from the Inner Mongolia west Ujimqin Banner and Qinghai Tuotuohe， the paper argues that whether the igneous rock samples are homologous or not is determined by the similarity of the heavy rare earth characteristics. This view is especially suitable for medium - and - basic rocks， whereas for acid rocks， light and heavy rare earth elements are generally parallel or coincident. This rare feature helps to better determine igneous homology. In addition，late alteration and weathering have a greater impact on the homologous igneous （especially mafic rocks） of light rare earth， this also requires to use the HREE similar characteristics as far as possible to determine the rock homology.

Keywords: Homologous igneous， Rare earths， Element distribution patterns， TraceElem1.0

中图分类号：P588.1：P595

文献标识码：A

文章编号：1006-5296（2016）02-0120-09

* 作者简介：丁卫平（1965～），男，数学地质和地球化学专业，高级工程师

收稿日期：2016-02-20；改回日期：2016-03-01

NEW EXPLORATION ON THE DISTRIBUTION CHRACTERISTICS OF THE RARE EARTH ELEMENTS IN HOMOLOGOUS IGNEOUS: A CASE FROM MONGOLIA WEST UJIMQIN BANNER AND QINGHAI TUOTUOHE IGNEOUS ROCKS

Ding Weiping
Geological Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau ，Zhuozhou， Hebei， 072754

Abstract