大兴安岭北部上护林地区矿物岩石地球化学特征及构造环境

2021-07-22王庆喜张小勇

中国金属通报 2021年23期

王庆喜，宋鹏，李研，张小勇,2

（1.核工业二四0研究所，辽宁沈阳 110000；2.中核（沈阳）科技有限公司，辽宁沈阳 110000）

大兴安岭中生代火山岩带是中国东部三条重要的火山岩带之一，而上护林地区中生代火山岩是其重要组成部分，近年来随着科学技术的不断发展，国家对矿产需求量逐年增加，研究区周围分布着多个铅锌矿床和钼矿床，而中生代火山岩对这些矿床的形成起到了十分重要的作用，加强对火山岩的研究显得更加重要且意义深远。研究区中性火山岩主要包括粗面安山岩、粗面岩和粗面英安岩等，前人对研究区火山岩的研究相对薄弱，因此，本文开展了系统的岩石学及岩石地球化学研究，以期为研究区乃至整个大兴安岭北部地区地质找矿提供理论依据。

1 区域地质背景

大兴安岭北部上护林地区位于中朝板块与西伯利亚板块之间的额尔古纳中间地块，属于西伯利亚板块南缘的陆缘增生带[1]，研究区发育北东向、北北东向、北西向、近南北向、近东西向五组断裂，具有明显的基底和上叠双层结构特征，其中北东向、北北东向深大断裂控制着盆地基底隆坳、火山岩带和晚期拉伸裂陷带的总体展布，由于受到大洋板块多次俯冲、消减作用带及幔隆、幔坳变异带等多重构造作用的影响，导致北东向、北北东向深大断裂与北西向断裂的交汇构造结点控制着盆地火山喷发中心、火山通道、次火山岩体和破火山口凹地，二者与南北向基底断裂和东西向盖层断裂结点控制着区域上多个铀矿点和铀矿化点的空间定位[2]。

区内出露地层有上元古界，古生界寒武系、奥陶系下统、志留系上统、石炭系，中生界侏罗系中统、上统、白垩系下统，新生界第四系。上元古界和古生界在工作区仅零星分布，侏罗系广泛发育，主要为火山喷发－沉积组合，受基底古地形及后期剥蚀作用影响，各组地层厚度在盆地不同部位差异较大。

区内岩浆岩非常发育，主要包括新元古代、寒武纪、奥陶纪、石炭纪、二叠纪、三叠纪、侏罗纪－白垩纪等多期次岩浆岩，其中，石炭－二叠纪（华力西期）构造岩浆旋回岩浆岩最为发育，主要岩石类型为斑状角闪二长花岗岩、斑状黑云二长花岗岩及黑云母二长花岗岩；其次为侏罗纪－白垩纪（燕山期）构造岩浆旋回岩浆岩，主要岩石类型为中细粒钾长花岗岩、二长花岗岩、斜长花岗岩、斑状花岗闪长岩、黑云母花岗岩、粗粒钾长花岗岩、花岗斑岩及各种脉岩等。

研究区热液蚀变以低温热液蚀变为主，高温热液蚀变比较少见。植被发育，基本上被森林和草地覆盖，沟谷中第四系分布区沼泽密布，地下水露头十分稀少，多以沼泽水形式出现，民井和机井主要位于居民点，泉水少见，且以季节性泉为主。

2 岩石学特征

研究区中性火山岩主要包括粗安岩、安山岩和英安岩。其中，粗安岩呈浅绿色、褐黄色，具斑状结构，气孔状构造、块状构造，斑晶主要为斜长石，其次为少量角闪石、黑云母，斑晶含量约15%，粒径1～2mm，基质具粗面结构；安山岩多呈浅灰紫色，具有细晶斑状结构，块状构造、杏仁状构造，岩石中含有少量长石斑晶，粒径2mm左右，平行或近于平行排列；英安岩主要为浅褐紫色、灰色，具斑状结构，致密块状和流纹状构造，玻璃基质，斑晶为白色、灰色长石、黑云母，含量15～20%，粒径可达2mm，零星分布。基质中斜长石含量65%，呈柱状具有定向型，钾长石、石英含量为20%，呈粒状。

3 岩石地球化学特征

3.1 主量元素特征

研究区中性火山岩SiO2含量介于55.81%～65.37%之间，属于中性岩范围，K2O+Na2O含量介于7.26%～65.37%之间，整体碱含量较高，铝指数=0.87～1.17，碱度率AR为2.13～3.12，里特曼指数σ=2.62～6.89，为钙碱性-碱性系列岩石，TiO2含量介于0.57%～2.19%之间，均值为1.09，CaO=1.97～3.86，与钙碱性安山岩具有相似的特征，Mg#=0.62～0.96，在TAS分类图解上（图1、图2），样品大部分落入粗面安山岩、粗面岩和粗面英安岩范围内。在K2O-SiO2岩浆系列判别图解上，样品大部分落入钾玄岩系列区域内，个别样品落入高钾钙碱性系列岩石区域内，在SiO2-AR岩浆系列判别图解上，样品大部分落入碱性岩系列区域内。岩石分异指数(DI)介于68.7～85.08之间，固节点指数(SI)介于3.16～13.36之间，A/NK=1.13～1.63，A/CNK=0.92～1.31，属于准铝质-过铝质岩石。

图1 研究区中心火山岩岩浆岩TAS分类图

图2 研究区中心火山岩TAS分类图

图3 岩浆系列判别图解[3，4]

3.2 稀土及微量元素特征

研究区中性火山岩稀土元素总量介于164.32～247.10×10-6之间，总体含量较高，LREE/HREE=5.35～8.04，在稀土元素球粒陨石标准化配分模式图（图4（1））表现样为轻稀土元素相对富集的“右倾”型，（La/Yb）N= 6.51～11.48，轻、重稀土元素之间分馏一般，（La/Sm）N=1.99～3.18，（Gd/Yb）N=1.83～3.12，反映了轻、重稀土元素内部之间也具有一定程度地分馏特征。岩石具有中等程度的Eu负异常（δEu=0.32-0.66），表明斜长石发生了一定程度地分离结晶作用，基本无Ce异常（δCe=0.98-1.16）。在微量元素原始地幔标准化蛛网图上（图4（2）），所有样品均具有基本相同的演化趋势，相对富集Rb、Ba、K、Zr、HF等元素，相对亏损Nb、P、Ti、Yb等元素。微量元素原始地幔标准化蛛网图整体上与板内玄武岩的演化趋势极为相似。

图4 研究区中性火山岩球粒陨石标准化配分模式图和微量元素原始地幔标准化蛛网图[5，6]

4 源区特征及构造环境

研究区中生代火山岩锶的初始比（87Sr/86Sr）=0.706，与该期中生代火山岩有直接成因联系的Ag、Pb、Zn、Cu等矿床中的金属硫化物的δ34S值集中在0.001～0.005，暗示研究区火山岩具有深源特征。Mg#=0.62～0.96，均值为0.76，与源生幔源岩浆的特征基本一致，而区别于与下地壳部分熔融有关岩浆产物[7],La/Nb=1.14～2.17，均值为1.72（＞1.5），说明成岩物质主要来源于岩石圈地幔，暗示岩浆源区可能为岩石圈地幔源区[8]。

前人研究成果表明，大兴安岭北部地区中生代火山岩的形成与古太平洋板块俯冲作用密切相关，而近期研究成果更倾向于将其成因与蒙古-鄂霍茨克洋碰撞造山后伸展作用联系在一起[9，10]，该伸展作用完成时间可能发生在中侏罗世，由此形成了以及粗面安山岩、安山岩、粗面岩为代表的一套碱性—亚碱性中基性火山岩。研究区中性火山岩 Rb、Ba、Th、Zr、Hf等元素相对富集，表明岩浆在上升过程中壳源物质大量混入，这明显有别于大陆裂谷和洋中脊引张环境的相对低谷特征和岛弧区挤压环境的微量元素分布特征，结合Nb、Ti、Yb等非活动性高场元素的相对低谷特征，本文认为研究区中性火山形成于陆内（中间地块或微板块）挤压环境，可能与蒙古—鄂霍茨克洋的演化密切相关。