內蒙古特頗格日圖地區大理巖的地球化學特征及成因探討

龔瑞君,張建芳,劉 峰,馬 娟

(1.浙江省地質調查院,杭州311203;2.成都理工大學核技術與自動化工程學院,成都610059)

0 引言

近年來,巖漿型碳酸巖的研究日益引起人們的關注。Le Bas[1]等1992年專門報導了白云鄂博碳酸巖墻的特征,認為礦區的鐵、稀土成礦物質與火成碳酸巖墻有直接關系。在內蒙古特頗格日圖地區分布著一定面積的大理巖,前人研究認為其原巖為巖漿型碳酸巖[2]。本文將從巖石學特征、稀土微量元素以及Sr同位素特征方面探討該地區大理巖的原巖建造及其成因。

1 地質背景

特頗格日圖地區位于華北地層大區的錫林浩特—磐石地層小區,三級構造單元屬內蒙古中部地槽褶皺系蘇尼特右旗晚華力西期地槽褶皺帶的寶音圖隆起[3]。

寶音圖隆起帶構造活動強烈,巖漿活動頻繁,巖漿巖分布廣泛,出露的巖漿巖主要有特頗格日圖超基性巖(S2Σ)和哈爾陶勒蓋角閃閃長巖(C2δh)。中志留世特頗格日圖超基性巖呈 EW向線狀斷續展布,地形上形成一條較陡的 EW走向的山脊,呈土黃、黃褐或暗灰色;圍巖為中志留統徐尼烏蘇組;該巖體與大理巖的空間關系十分復雜(圖1)。超基性巖原巖為輝石橄欖巖,地表已全部強烈蝕變,主要有蛇紋石化、滑石化、菱鎂礦化和硅化。

研究區受加里東期、華力西期等多期次構造運動影響,巖石變形、變質作用多次疊加,褶皺形態復雜多樣。主要受近EW向的逆斷層控制。

特頗格日圖大理巖呈 EW向線狀斷續展布,出露厚度不大,寬5～50 m不等,長20～200 m,多數為似層狀和透鏡體狀,出露在徐尼烏蘇組含礫砂巖或粉砂巖中,亦有相當一部分與蝕變超基性巖呈復雜的空間關系。

圖1 特頗格日圖地區地質圖Fig.1 Geological map of Tepogeritu area

2 巖石學特征

大理巖為純白色、黃褐色、青灰色,粗粒、巨粒、不等粒不規則鑲嵌粒狀結構,塊狀構造;巖性較單一,巖石組分幾乎全部由粒度粗細不一的方解石(90%以上)組成,另有少量石英和絹云母(1%～2%),在方解石顆粒間可見少量灰白色細粒石英(圖2A)。粗粒方解石粒間被破碎形成的細粒不規則粒狀方解石集合體充填(圖2C),含較多土狀雜質,黑色部分為孔洞(圖2D);巖石中金屬礦物少量,偶見少許細粒鐵質礦物無序散布,穿插于方解石粒間或包于方解石中,且都已褐鐵礦化。方解石粒徑0.5～3 mm不等,具不太明顯的半定向分布,鏡下無色透明,干涉色高級白色,解理和多晶紋極其發育,多晶紋具輕微變形,局部粒間被細粒至微粒碳酸鹽集合體充填。該大理巖具輕度白云石化(圖2B中的細粒不規則粒狀白色斑點)。

圖2 大理巖顯微鏡下特征Fig.2 Microsopic photo of samples

3 地球化學特征

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業北京地質研究院分析測試研究中心用電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)分析方法完成。所用儀器為 Finnigan MAT制造的 HR-ICP-MS(ElementⅠ)。測試在溫度為20℃、相對濕度為30%的條件下完成。

大理巖稀土元素的質量分數較低(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分別為 1.40～2.18,8.47～11.85和 1.68～2.02,輕重稀土分異較為明顯。δ(Eu)=0.76～0.92,δ(Ce)=0.83～1.11。從圖3可以看出大理巖稀土元素配分曲線呈平緩右傾型,輕稀土內部分餾較為明顯,重稀土內部幾乎無分餾現象,Eu呈弱負異常,Ce異常有正有負。

大理巖原始地幔標準化微量元素蜘蛛圖(表2,圖4)表明,大離子親石元素 Rb,Sr,Th相對富集,顯示正異常;高場強元素Nb和 Zr等相對虧損,顯示負異常。

3.2 Sr同位素

Sr同位素分析在核工業北京地質研究院分析測試研究中心采用ISOPROBE-T熱電離質譜儀完成。檢測方法和依據是 GB/T 17672-1999《巖石中鉛鍶釹同位素測定方法》。樣品均被研磨成巖石粉末在相對濕度和溫度分別為20%,20℃下進行測試。Sr同位素比值誤差以2σ計。87Sr/86Sr初始比值0.708 5～0.710 0,平均為0.709 1(表3)。

表1 特頗格日圖地區大理巖稀土元素分析結果Table 1 Contents of REE elements of marble in Tepogeritu area

表2 特頗格日圖地區大理巖微量元素分析結果Table 2 Contents of trace elements of marble in Tepogeritu area

表3 特頗格日圖大理巖Sr同位素數據Table 3 Sr isotopic data of the marble in Tepogeritu

表4 特頗格日圖大理巖與其他巖石的部分微量元素對比Table 4 Some trace element content comparison of marble in Tepogerity with other carbonaterocka

4 成因討論與結論

(1)特頗格日圖地區大理巖與中志留世超基性雜巖體在空間上密切接觸,大理巖具輕度白云石化,但未發現霓長巖化,這與巖漿型碳酸巖(噴出巖或侵入巖)在巖漿通過的上部地殼圍巖中發生富含堿質的霓長巖化作用,從而形成一套含有霓石、鈉鐵閃石、鈉長石、鉀長石和金云母等礦物為特征的霓長巖[4]的特征不一致。

圖4 特頗格日圖地區大理巖微量元素蛛網圖Fig.4 Trace elements spide of marble in Tepogeritu area

(2)大理巖和稀土元素w(REE)=10.41×10-6～32.79×10-6,LaN/YbN=8.47～11.85。與巖漿成因的碳酸巖的w(REE)=5 000×10-6～60 000×10-6,LaN/YbN=110～2 500比較[5-6],大理巖的w(REE)和LaN/YbN小得多,二者不在一個數量級上;而與Faure(1991)所列正常沉積碳酸鹽巖石w(REE)平均值(23.74×10-6)相近。稀土元素除受巖漿熔融作用外,其他地質作用基本上不破壞它整體組成的穩定性,因此該大理巖的原巖為沉積碳酸鹽巖。

(3)本區大理巖與世界巖漿碳酸巖及白云鄂博白云碳酸巖相比(表4),Ba,Sr,Nb的質量分數遠遠低于碳酸巖;與沉積碳酸鹽巖相比,除Sr的質量分數較低外,其他元素的質量分數均較相近。

(4)大理巖 (87Sr/86Sr)0=0.708 5～0.710 0。前人的研究表明,巖漿碳酸巖的(87Sr/86Sr)0值一般<0.706或0.703[8];許成等統計的全球六大洲不同時代碳酸巖的(87Sr/86Sr)0=0.701 5～0.705 0[9], 而白云巖和大理巖的Sr同位素多數是放射成因的,(87Sr/86Sr)0值一般 0.706～0.710[10]或 0.701 6～0.708 8[8]。本區大理巖(87Sr/86Sr)0值接近于后者。

綜上所述,從巖石特征、稀土元素、微量元素及Sr同位素特征表明,特頗格日圖大理巖的原巖不是巖漿型碳酸巖,而是沉積變質型碳酸鹽巖,其變質作用可能與中志留世超基性雜巖體的侵入有關。

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