虹螺山—五指山一带成矿岩体地球化学特征及成矿意义

梁　帅

(辽宁省地质矿产调查院，辽宁 沈阳　110000)



虹螺山
—五指山一带成矿岩体地球化学特征及成矿意义

梁帅

(辽宁省地质矿产调查院，辽宁 沈阳110000)

摘要：虹螺山—五指山地区是辽西钼、铅、锌、金多金属重要的成矿带，前人研究成果表明，其成矿作用与该区广泛分布的花岗质岩石成因关系密切。笔者通过对野外成矿岩体的考察、采样和分析，对其岩石地球化学特征及成因进行分析，并探讨其成矿地质意义。测试分析结果表明，区内成矿岩体的岩石类型主要为钾长花岗岩和二长花岗岩；岩体的SiO2含量为72.86%～76.56%，A/CNK为1.39～1.73，Alk为7.07～9.09，属强过铝质钙碱性岩石；岩石微量元素Rb/Sr值为0.63～2.31，平均值为1.17，反映岩体结晶分异程度较高；据Rb-Hf-Ta、Rb-Y+Nb、Rb-Yb+Ta 等投影图解结果，属火山弧花岗岩，岩石成因类型主要为Ⅰ(同熔)型，熔融温度较高；成岩过程与幔源岩浆的底侵作用有关，热的幔源不仅为地壳的部分熔融提供了热量，且与熔融的壳源岩浆发生了混合等地质作用，随着岩浆分异演化到一定的阶段，形成一定的矿种和矿床(矿化)类型组合，相应形成一个Pb-Zn-Ag、Pb-Zn-Mo、Mo-Pb-Zn-Cu成矿系列。

关键词：成矿岩体；地球化学特征；成矿意义；辽西

1区域地质概况

虹螺山—五指山地区大地构造位置位于华北地块北缘东部，山海关隆起与北票坳陷过渡带，要路沟-葫芦岛断裂和女儿河断裂之间，区内地质构造复杂，花岗质岩石发育，钼及与其相关矿产资源丰富(图1)。

图1　虹螺山—五指山区域地质矿产图Fig.1　Hongluoshan-Wuzhishan area of geology and mineral resources

区内地层出露较为齐全，结晶基底为太古代花岗岩和片麻岩，以盖层为主，属华北地层区燕山分区。区内构造发育，主要由青龙-葫芦岛、女儿河和要路沟-葫芦岛等大断裂构成。中生代时期,受太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲影响,本区发生强烈而频繁的构造岩浆活动,有大规模中性-酸性岩浆侵入和火山喷发，岩浆沿要路沟-女儿河区域断裂与其他方向断裂交汇部位形成了区域上规模较大的五指山、兰家沟、八家子、裴家屯-旧门、碱厂、杨家杖子-张相公屯、钢屯和虹螺山等花岗岩岩体，整体构成一条十分醒目的北西向展布的构造岩浆活动带(虹螺山-五指山多金属成矿带)，岩浆活动为区内成矿作用提供了重要的物源和热源。

2成矿岩体地球化学特征

2.1样品采集与测试方法

样品采自兰家沟、裴家屯—旧门、八家子、碱厂、杨家杖子—张相公屯、江屯、钢屯和虹螺山等岩体，部分见图2a、图2b、图2c和图2d；薄片鉴定采用的设备是ZEISS 40pol，放大倍数为25X，部分镜下鉴定照片见图2e、图2f、图2g和图2h。花岗岩矿物化学成分、稀土元素(REE)含量测试和薄片鉴定是在国土资源部东北矿产资源监督检测中心完成。稀土元素测试仪器为SPECTRO MS型ICP质谱仪，该仪器对REE检测下限为10-9，具体操作方法和原理参见QIL等(2000)。REE含量测试误差小于7%，其余微量元素误差小于10%。

图2　研究区部分岩体野外特征和镜下特征图Fig.2　Part of the study area characteristics and microscopic characteristics of the wild rock

2.2岩体地球化学特征

2.2.1主量元素特征

样品主量元素分析结果见表1，CIPW标准矿物(分子个数)及有关岩石化学参数见表2。

表1　花岗岩样品主量元素化学分析结果(%)

表2　花岗岩样品主量元素地球化学参数表

注：σ.里特曼指数；AR.碱度率；DI.分异指数；SI.固结指数；A/CNK.n(Ai2O3)/n(CaO+Na2O+K2O)；ALK.w(Na2O+K2O)； AKI.n(Na2O+K2O)/n(Ai2O3)。

从表1和表2中可以看出，SiO2含量为 72.86%～76.56%，高于中国花岗岩及世界花岗岩平均值(70.40% ，71.00%)，其中圣宗庙钾长花岗岩和八家子中粗粒花岗岩属于超酸性花岗岩。分异指数DI为87.83～94.71，说明本区花岗岩经历了高程度的分异演化。Al2O3为12.04%～15.17%，A/CNK值主要变化于1.39～1.73，大多数大于1.1，为强过铝质。ALK值主要集中为7.07～9.09，在 (SiO2)-(K2O)图解上(图3)，样品都投影在CA线附近，属钙碱性系列岩石。Na2O含量为2.7%～5.63%，绝大多数样品含量高于4.3%，与典型的I型花岗岩相当。

LKT.直线附近为低钾拉斑系列；CA.直线附近为钙碱性系列；SHO.直线附近为钾玄岩系列图3　花岗岩K2O-SiO2图解 Fig.3　Granite K2O-SiO2 diagram

2.2.2微量元素特征

样品微量元素含量与组合特点可指示岩浆分异、演化程度、含矿潜力以及岩石所处的地球动力学背景等方面的重要信息，样品微量元素含量及计算的相关参数见表3和表4。

从表3和4中可以看出，样品微量元素具有较高的Nb/Ta(12.61～44.26)值，平均为24.06，Nb、Ta 为一对互代元素，一般情况下不会发生分馏(球粒陨石和原始地幔的Nb/Ta值为 17.5)，壳幔分离时，Nb明显在地壳中富集而Ta亏损，因此Nb/Ta值可以指示岩浆形成时地壳组分的参与程度。岩浆结晶作用过程中，Rb主要代替钾长石中K，Sr 则代替斜长石中的Ca。因而，当岩浆演化至晚阶段时，随着岩浆的演化和结晶分异作用的进行，岩浆越来越富钾贫钙，钾长石逐渐增多，斜长石明显减少。因而Rb越来越富集，Sr 则强烈亏损。Rb/Sr值为0.63～2.31，平均值为1.17，反映了岩体结晶分异程度较高。Zr/Hf与Th/U值较低，也反映本区岩浆经历了高度的分异演化。由图4 中可以看出，花岗岩中明显富集Rb和Th等大离子元素，亏损Ba、Nb、Sr、P、Ti元素。Ba 的亏损说明斜长石作为熔融残留相或结晶分离相存在。P、Ti 的亏损与磷灰石、钛铁矿的分离结晶密切相关。

2.2.3稀土元素特征

样品稀土元素分析结果见表5，计算的相关参数值见表6。

表3　花岗岩样品微量元素含量表(10-6)

表4　花岗岩样品微量元素含量及相关参数表(10-6)

表5　花岗岩样品稀土元素分析结果(10-6)

表6　花岗岩样品稀土元素参数表(10-6)

注：LaN/SmN、 LaN/YbN、 GdN/YN为球粒陨石标准化值，δEu和δCe分别为Eu和Ce异常常数。

从表5和表6可以看出，花岗岩的稀土元素总量偏低，∑REE 变化范围为90.36×10-6～163.45×10-6，反映研究区为稀土元素亏损区。LREE/HREE 值为14.85～24.21，平均值为18.48，远高于一般花岗岩的平均值1.0～1.2，具有明显的轻稀土富集特征。轻稀土分馏度LaN/SmN变化范围为5.12～12.12，指示轻稀土分馏和富集均明显；重稀土分馏度GdN/YbN变化范围为1～1.72，所有样品均大于1，指示重稀土分馏和富集均较差。δEu值均小于0.78，体现出明显的Eu负异常，属Eu亏损型。δCe变化范围为0.73～0.94，显示出微弱的Ce负异常，属于Ce亏损型。花岗岩的稀土配分模式图(图5)为向右倾斜的平滑曲线，反映区内岩浆演化程度较高。

图4　花岗岩原始地幔标准化蛛网图Fig.4　Granite primitive mantle-normalized spider diagram

图5　花岗岩球粒陨石标准化配分模式图Fig.5　Granite chondrite-normalized REE patterns diagram

3成岩构造环境与成因类型

3.1成岩构造环境

BOWDEN等(1982)提出F-A-M图解分析方法，将花岗岩形成构造环境划分为幔源、Ⅰ型(活动陆缘)、Ⅰ型(碰撞隆起)、S型(同碰撞)、造山后A型、非造山A型6类，研究区花岗岩岩石化学成分在F-A-M图解(图6)中，除D7投影在S型(同碰撞)区外，剩下都投到I型(碰撞隆起)区及其边缘上，反应当时的构造环境主要为碰撞隆起时期；微量元素相关成分投在Rb-Hf-Ta图解(图7)上，样品皆投到火山弧花岗岩区。

①.幔源；②.I型(活动陆缘)；③.I型(碰撞隆起)；④.S型(同碰撞)；⑤.造山后A型；⑥.非造山A型图6　花岗岩形成构造环境F-A-M图解Fig.6　Granite tectonic setting F-A-M diagram

图7　不同构造环境花岗岩的Rb-Hf-Ta判别图解Fig.7　Different tectonic environment granite Rb-Hf-Ta discrimination diagrams

PEARCE 等根据微量元素特征，将花岗岩形成的构造环境划分为洋脊花岗岩、火山弧花岗岩、板内花岗岩以及碰撞型花岗岩，并提出了Nb-Y、Ta-Yb、Rb-Yb+Nb、Rb-Yb+Ta 等判别图解。将样品数据投影至PEARCE提出的相关构造环境判别图解中(图8)，样品均位于火山弧花岗岩区内，反映了本区花岗岩形成环境为火山岛弧环境。

花岗岩的Al2O3/TiO2值可以作为源区部分熔融温度的标志(宋新华等，1988，1992)，若Al2O3/TiO2<100，则部分熔融温度高于875 ℃；若Al2O3/TiO2>100，则部分熔融温度低于875 ℃。本区花岗岩(D1—D9)的Al2O3/TiO2值分别为76.78、81.47、45.03、61.14、120.4、102.5、130.73、84.28、153.78；其中大多数比值小于100，指示本区花岗岩部分熔融是在较高的温度下进行。

综上所述，虹螺山—五指山一带侵入花岗岩形成构造环境为碰撞隆起-火山岛弧环境，且部分熔融是在较高的温度下进行。

ORG.洋脊花岗岩；WPG.板内花岗岩；VAG.火山弧花岗岩；COLG.同碰撞花岗岩图8　样品微量元素构造环境判别图解Fig.8　Sample trace tectonic discrimination diagrams

3.2花岗岩成因类型

花岗岩成因类型的界定主要依据是花岗岩的物质来源(幔源、壳幔混源、壳源)、构造环境(张裂、挤压、二者并存)、形成方式(改造、同熔)、矿物组合(QAP分类)、化学成分(TAS分类、铝指数)等。

笔者采用ISMA分类法，即I型(同熔型)、S型(重熔型)、M(幔源型)、A型(非造山碱性型)，将花岗岩样品岩石化学成分投到(Al-Na-K)-Ca-(Fe2++Mg)图解(图9)中。除D7投影到S型花岗岩区，剩下均投到I型花岗岩区，这些特征与在F-A-M图解(图6)上的投点是完全一致，较好地证明了除钢屯的中粗粒二长花岗岩为S型花岗岩，其余的为I型花岗岩。

图9　(Al-Na-K)-Ca-(Fe2++Mg)图解Fig.9　(Al-Na-K)-Ca-(Fe2++Mg) diagram

3.3花岗岩侵入时代厘定

由于区内金属矿床与中生代花岗岩活动有着重要的成矿关系,因此掌握该区花岗岩的侵入时代具有重要意义。笔者对前人研究成果进行了梳理，其中，吴福元等和代军治等利用SHRIMP锆石U-Pb同位素测定定年，王世家等和辽宁省地矿局利用Rb-Sr法定年，其结果见表7。综合认为，研究区花岗岩年龄多为 182～193 Ma，部分约为150～155 Ma，即花岗岩侵位时间主要为侏罗纪，而白垩纪相对较弱。

3.4成矿地质意义

研究区岩浆活动频繁，岩浆侵入多集中在侏罗纪。先后形成中深成的闪长岩和花岗岩类岩基、中浅成花岗岩岩株、浅成或超浅成花岗斑岩、细粒花岗岩岩株和岩脉，表明岩浆的侵入深度有逐渐变浅的趋势，岩浆活动晚期的酸性小侵入体则可能成为内生金属矿产的潜在母岩。岩浆活动及相应形成的岩体对成矿的控制作用表现如下。

表7　研究区花岗岩时代统计表

(1)空间：区内矿床(点)多集中分布于构造岩浆岩带上，其他地段则零星分布，尤其是区内最具工业意义的几个大中型矿床均位于构造岩浆带上。岩浆上升过程中所形成的岩筒和后期所形成的裂隙系统，为含矿热液上升、集中提供了通道，为成矿物质沉淀提供了构造空间。其侵入、冷却过程中所释放的能量和溶液，还为围岩中相关成矿物质的活化、运移创造了条件。钼、铅锌、金等金属矿化及相应产生的原生晕多分布于后期花岗岩类小岩株体内，如北松树卯花岗斑岩在外接触带灰岩中和岩体内部成钼矿、旧门粗粒似斑状黑云母花岗岩、碱厂二长花岗岩岩体内的金、银矿化，同时矿化点内或外侧均有酸性脉岩和岩株分布，也说明了岩浆活动与成矿关系密切。

(2)时间：区域岩浆活动与成矿关系最为密切的是侏罗世侵入的二长花岗岩、花岗岩等小岩株。区内的Mo、Pb、Zn、Au、Cu、Ag多与这期岩浆活动形成的小岩株或与这期活动有关的蚀变带有关，是本区内生金属矿产形成的最佳时期和最主要时期，形成一些与岩浆热液有关的矽卡岩型(杨家杖子钼矿等)、斑岩型(兰家沟钼矿等)、矽卡岩-热液充填交代型(八家子铅锌多金属矿)、热液充填交代型(水泉金矿)等矿床。侏罗世岩浆侵入期次是：早侏罗世第一期侵入岩石为闪长岩、石英闪长岩的松树卯、白马石、炉沟岩体，与Pb、Zn、Ag多金属矿有关，形成八家子矿床；第二期侵入岩石为二长花岗岩的碱厂岩体，与Au矿有关，形成小塔子沟矿床；第三期侵入岩石为中粗粒斑状二长花岗岩的裴家屯-旧门、杨家杖子-张相公屯岩体，与Fe、Pb、Zn有关，形成江屯南山、南松树卯铅矿床；第四期侵入岩石为细粒斑状二长花岗岩、二长花岗斑岩、花岗斑岩的兰家沟、杨家杖子、虹螺山、新台门岩体，与Mo、Pb、Zn、Cu有关，形成杨家杖子、兰家沟等矿床。中侏罗世侵入形成岩石为二长花岗岩的白庙子岩体，与Cu成矿有关系，但没有形成具有工业价值的矿床。

晚侏罗世第一期侵入形成岩石为二长花岗岩、花岗岩的三家子岩体，与Pb、Zn成矿有关，但没有形成工业矿床；第二期侵入形成岩石为二长斑岩的老虎洞岩体，与Pb、Zn、Mn成矿有关，形成老虎洞、高桥矿床；第三期侵入形成岩石为花岗闪长斑岩、花岗斑岩的老虎洞、北大山、西双山等岩体，与Mo、Pb、Zn、Cu成矿有关，形成老虎洞、北大山、小孤山等矿床。白垩世岩浆活动相对较微弱，对原生矿床进一步富集。

(3)成矿物质：侵入岩岩石化学成分是控制各类金属矿产形成的重要因素之一，不同的岩石化学特点可以形成不同的矿产, 研究区中生代花岗岩类岩石中成矿元素丰度除Au偏低以外，Pb、Zn、Mo、Cu等元素丰度均高于花岗岩平均值；Au、Pb、Zn、Cu等成矿元素与分异指数(DI)、SiO2和K2O之间呈负相关，而与岩石固结指数(SI)则呈正相关，表明在早侵入期的酸性岩石中，上述成矿元素丰度相对较高，这与本区金、铜和铅、锌矿床(或矿化)主要与早侏罗世第一侵入期的岩体有成因关系是一致的，如八家子铅、锌矿与中粗粒花岗岩等有成因联系；Mo成矿元素与分异指数(DI)、SiO2和K2O 之间呈正相关，这与本区钼矿主要产在晚侏罗世细粒花岗岩和早白垩世花岗斑岩中或岩体外接触带处是一致的，如兰家沟、钢屯、新台门等钼矿主要产于细粒花岗岩和花岗斑岩中，为斑岩型，而杨家杖子钼矿则产于岩体外接触带的古生代灰岩地层中，为矽卡岩型(种瑞元，1990)。

4结论

(1)研究区中生代花岗岩类型主要为钾长花岗岩和二长花岗岩，岩体(SiO2)为72.86%～76.56%，A/CNK为1.39～1.73，ALK为7.07～9.09，岩体化学参数结果表明本区花岗岩属强过铝质钙碱性岩石。

(2)花岗岩微量元素Rb/Sr值为0.63～2.31，平均值为1.17，反映了岩体结晶分异程度较高；据Rb-Hf-Ta、Rb-Y+Nb、Rb-Yb+Ta投影图解结果，属火山弧花岗岩，仅钢屯中粒二长花岗岩为S型花岗岩，其余均为Ⅰ(同熔)型花岗岩，熔融温度较高，成岩过程与幔源岩浆的底侵作用有关，热的幔源不仅为地壳的部分熔融提供了热量，且与熔融的壳源岩浆发生了混合等地质作用。

(3)多数花岗岩年龄为182～193 Ma，部分为150～155 Ma，即花岗岩侵位时间主要为侏罗纪,而白垩纪相对较弱。

(4)后期花岗岩岩浆的侵入为成矿提供了物质来源、运移载体、热源条件、变质环境和构造空间等有利成矿条件，受岩浆分异程度、酸度和碱度的制约,在岩浆分异演化的一定阶段,成矿元素形成一定的矿种和矿床(矿化)类型组合,构成一个与成岩系列相适应的Pb-Zn-Ag、Pb-Zn-Mo、Mo-Pb-Zn-Cu成矿系列。

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收稿日期：2015-12-16；修回日期： 2016-02-26

基金项目：辽宁省国土资源厅科技专项基金资助项目(LNGT2008-12)

作者简介：梁帅(1986-)，男，安徽萧县人，工程师，博士，主要从事区域地质矿产调查与研究。E-mail：ls476476@163.com

中图分类号：P591

文献标志码：A

文章编号：1009-6248(2016)02-0034-11

Geochemistry Characteristics and Ore-Forming Significance of Mineralization Rock in Hongluoshan-Wuzhishan Region

LIANG Shuai

(Geological Survey Institute of Liaoning Province, Shenyang 110000, Liaoning,China)

Abstract：The Hongluoshan-Wuzhishan region is important molybdenum, lead and zinc polymetallic metallogenic belt in west Liaoning. Results of previous studies show that the mineralization in this area has a close genetic relationship with widespread granitic rocks. Based on field investigation and indoor testing analysis methods, the origin, geochemical characteristics and its geological significance of these granites have been studied in this paper. The result show that these granites belong to K-feldspar granite andmonzonitic granite. Their w (SiO2) content are 72.86%～76.56%, A/CNK ratios are 1.39～1.73, Alk values are 7.07～9.09, and the rock chemical parameters indicate that these granites are strongly peraluminous calc-alkaline rocks. Their Rb/Sr ratios are 0.63～2.31, with an average of 1.17, reflecting a higher degree of rock crystal fractionation. According to the results of Rb-Hf-Ta, Rb-Y+Nb and Rb-Yb+Ta diagrams, it’s thought that these granites belongs to volcanic arc type, with genetic type of I (syntexis) type, having higher melting temperature. The diagenetic processes of these granites are related to the underplating of mantle-derived magma. The hot mantle-derived magma not only provides the thermal mass for the partial melting of crust, but also occurs the mixing with the molten crustal magma. With the evolution of magmatic differentiation, some minerals and ore deposit(mineralization) combination have been formed, and then developing Pb-Zn-Ag, Pb-Zn-Mo and Mo-Pb-Zn-Cu metallogenic series.

Keywords：Mineralization Rock;geochemical characteristics; ore-forming significance; West Liaoning