山西平顺西安里铁矿区中生代闪长岩年代学及地球化学特征_王永.pdf

2013 年 2 月 February 2013 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 32，No． 1 131 ～144 收稿日期 2012 －02 －20; 接受日期 2012 －07 －24 基金项目 中国地质科学院地质力学研究所基本科研业务费项目 DZLXJK201104 ; 全国危机矿山接替资源找矿项目 20089950 ; 国家自然科学基金项目 41072701 作者简介 王永， 博士， 助理研究员， 主要从事矿床学、 地球化学研究。E- mail firefly008163． com。 文章编号 02545357 2013 01013114 山西平顺西安里铁矿区中生代闪长岩年代学及地球化学特征 王永1，陈正乐1，陈柏林1，董法宪1，张海东2，韩凤彬1，周永贵1 1． 中国地质科学院地质力学研究所，北京100081; 2． 长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安710054 摘要 山西平顺地区位于大型宽缓的太行山复式背斜的西翼， 大地构造位置属吕梁 － 太行断块的太行块隆 的东南部， 是华北地区重要的矽卡岩铁矿矿集区， 中生代闪长质岩石是本区矽卡岩型铁矿重要的成矿母岩。 本研究对其进行锆石 SHRIMP 年龄测定和地球化学分析， 结果显示辉长岩和闪长岩的锆石年龄分别为 123 Ma 和 126 Ma， 两者侵位时代基本一致。地球化学分析显示区内岩浆岩主要为准铝质高钾钙碱性系列岩石， 所有样品 二峰山闪长岩、 西安里辉长岩和闪长岩 均有非常相似的稀土配分模式， 富集轻稀土元素 ∑LREEs平均值分别为94． 64 μg/g、 110． 73 μg/g、 118． 63 μg/g ， 轻重稀土分馏不是很强烈， La/Yb N平均 值分别为 9． 47、 9． 17、 9． 70; Eu 异常不明显 δEu 平均值分别为 1． 00、 0． 96、 1． 04 ， 富集 Ba、 Th、 U 等大离子亲 石元素， 具有高 Sr 特征， 所有岩性强烈亏损 Nb、 Ta 等高场强元素。研究认为岩体主要来自幔源岩浆与壳源 酸性岩浆的混合作用， 样品高的 Nb/Ta 17 ～22， 平均19 以及 Zr/Hf 值 35 ～40， 平均37 是继承了岩浆源区 高Nb/Ta和 Zr/Hf 比值特征， 表明地幔源区受到俯冲板片熔融体/流体的交代。其地球动力学背景为华北克 拉通中生代破坏和岩石圈减薄事件， 但是应该注意华北克拉通破坏和岩石圈减薄机制的多样性。 关键词 华北; 铁矿; 中生代; 闪长岩; 年代学; 地球化学特征 中图分类号 P597． 3; P618． 31; P588． 122文献标识码 A 华北克拉通中生代大规模的岩浆作用具有一些 明显的地球化学特征， 岩浆岩以中酸性和酸性为主， 伴有少量的基性侵入岩和火山岩， 具有高钾钙碱性、 高 Sr － Ba 含量、 高 Sr/Y 和 La/Yb 比值、 高度富集 Sr － Nd同位素特征 ［1 －12 ］， 对于中生代岩浆岩形成的 机理有研究者认为是由基性下地壳在加厚地壳背景 下发生部分熔融的结果 ［13 －14 ］， 也有人提出了壳幔岩 浆混合作用的成因机制 ［11， 12， 15 －17 ］。这两种机制有 什么明显不同 太行山造山带是华北克拉通东部中 生代重要的一条岩浆岩带， 发育大量的中酸性岩体， 出露少量的基性小岩体， 这些中酸性岩体的主要侵 位时代是 127 ～ 138 Ma 锆石 U － Pb ［18 ］。山西平 顺地区中生代岩浆岩位于太行山岩浆岩带西南部， 且控制了该地区矽卡岩型铁矿床的成矿作用， 长期 以来对这些岩体相关研究较少; 二峰山铁矿是晋南 地区重要的矽卡岩型铁矿床， 位于平顺地区以西 150 km， 矿体赋存于燕山期岩浆岩与中奥陶统镁质 碳酸盐岩接触带， 成矿母岩主要为闪长岩， 岩浆岩对 成矿起到了重要控制作用 ［19 ］， 塔儿山 － 二峰山杂岩 体的岩浆岩主要为二长闪长岩、 石英二长岩和霓辉 正长岩， 它们的 K － Ar 同位素年龄值主要在 80 ～ 140 Ma［20 ］， 与平顺地区中生代岩浆岩类型、 侵位时 代和矿床类型都比较相似， 因此本文试图通过对平 顺地区岩浆岩的年代学和地球化学研究， 同时对比 二峰山闪长岩和已经发表的研究成果， 探讨平顺闪 长质岩体源区及形成机制。 1区域地质概况 平顺地区位于山西省南部， 在大地构造位置上 属吕梁 － 太行断块的太行块隆的东南部， 是华北地 区重要的矽卡岩铁矿矿集区， 空间上处于大型宽缓 的太行山复式背斜的西翼， 南北向两个宽展的复式 131 ChaoXing 背斜隆起带， 控制了东西两个岩浆岩带的具体展布。 断裂和褶皱均以北北东向为主， 构成了平顺地区控 矿构造的总体轮廓 图 1 。出露的地层主要为中奥 陶统马家沟组灰岩、 泥灰岩及少量下奥陶统三山子 组白云岩， 其中中奥陶统马家沟组一、 三、 五岩性段 以泥灰岩为主， 二、 四、 六岩性段以中厚层较纯质灰 岩为主， 是主要的控矿围岩， 三山子组白云岩地层产 状水平。 图 1平顺地区大地构造位置及地质简图 Fig． 1Geotectonic position and simplified geological map of Pingshun area 研究区内中生代燕山期岩浆岩分布广泛， 但岩 体规模较小， 是本区矽卡岩型铁矿重要的成矿母岩， 分布受 NNE 向构造带的控制， 呈两条狭长条带赋存 于中奥陶统地层中， 表现为东西两个近平行的岩浆 岩带 第一岩浆岩带 东带 和第二岩浆岩带 西 带 ， 见图 1， 岩性较复杂， 主要为基性和中性岩， 可 分为早、 晚两期 早期 190 ～ 238 Ma， 晚期 123 ～ 138 Ma ［21 ］。第一岩浆岩带岩性较复杂， 由早期、 晚期 侵入岩组成， 第二岩浆岩带岩性相对较简单， 主要为 晚期侵入岩。从早期到晚期岩性变化明显， 早期以 橄榄角闪辉长岩为主， 晚期主要以角闪闪长岩、 闪长 岩 － 二长闪长岩、 正长闪长岩为主， 在二者接触部位 形成混染暗色不等粒闪长岩， 另外还有少量的闪长 玢岩出露， 呈脉状穿插于闪长岩中。 大量的工作显示， 本区铁矿化与闪长岩、 二长闪 长岩密切相关， 矿体明显受到接触面及周边构造形 态的控制; 岩体矿化蚀变明显; 矿物流体包裹体研究 认为成矿流体来自岩浆 ［22 ］; Pb 同位素特征显示， 晚 期闪长岩是主要的成矿母岩， 铁质可能来自于早期 的超基性 － 基性侵入岩 ［21 ］。 2岩相学特征 第一岩浆岩带出露规模大， 主要岩体有西安里 岩体、 寺头岩体、 浙水岩体和六泉岩体; 第二岩浆岩 带出露规模较小， 主要岩体有龙降沟岩体和西沟岩 体。其主要类型岩石岩相学特征如下。 231 第 1 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2013 年 ChaoXing 1 橄榄角闪辉长岩 橄榄角闪辉长岩主要分布在沙坨、 浙水两地， 岩 石致密坚硬， 岩体常见围岩捕掳体。 岩石呈黑色 － 深黑绿色， 自形 － 半自形中粒辉长 结构， 块状构造， 发育典型的球状风化。主要组成矿物 为斜长石 28 ～38 、 单斜辉石 15 ～35 、 普通 角闪石 10 ～25 ， 以及少量橄榄石 约 5 、 黑云 母、 斜方辉石， 并发育各种交代结构。斜长石呈它形 － 半自形， 短柱状， 聚片双晶发育， 部分有绢云母蚀变; 单 斜辉石呈半自形柱状， 淡绿色至绿色， 多色性明显， 部 分辉石晶体被角闪石交代; 角闪石呈半自形 －自形柱 状， 断面为菱形， 少量具有辉石外形， 多色性明显， 绿泥 石化， 部分被黑云母交代; 橄榄石呈浑圆状、 港湾状， 裂 理发育， 沿裂理发生蛇纹石化， 中粗粒， 辉石无色， 细粒 结构， 分布在橄榄石外围， 呈鱼籽状。 2 角闪闪长岩 角闪闪长岩主要分布在第一岩浆岩带内， 岩体 中常见辉长岩、 闪长岩包体。 岩石呈灰绿色致密块状， 半自形中粗粒结构， 块 状构造， 常包含有暗色包体， 并有闪长岩脉穿插侵入 到岩体。主要组成矿物为 普通角闪石 约 50 、 斜长石 约 40 ， 少量橄榄石 2 ～ 5 、 斜方辉 石 1 、 单斜辉石 2 ～5 、 黑云母 1 和副 矿物铬铁矿、 磁铁矿等。普通角闪石呈深绿色， 半自 形 － 自形柱状， 断面为菱形， 少量具有辉石外观， 多 色性明显， 发生绿泥石化; 斜长石呈半自形 － 自形， 中细粒， 短柱状， 聚片双晶发育， 偶见环带结构， 环带 中心绢云母蚀变强烈， 边部相对较轻; 橄榄石晶体全 部被蛇纹石化， 晶体外围被细粒角闪石围绕; 斜方辉 石短柱状， 主要分布在橄榄石 假象 外围， 含量少。 3 闪长岩 － 二长闪长岩 闪长岩 － 二长闪长岩是平顺杂岩体的主体岩 体， 分布面积大， 呈岩盖、 岩床和岩脉产出。 岩石呈深灰色 － 浅灰色， 半自形粒状结构， 块状 构造， 大部分岩石都发生不同程度钠化蚀变， 尤其在 矿区蚀变更为强烈。岩石主要组成矿物有斜长石 40 ～ 60 、 普通角闪石 20 ～ 30 、 正长石 约 5 ， 副矿物为含铬磁铁矿、 磷灰石、 榍石等。 4 正长闪长岩 正长闪长岩主要分布在六泉地区， 岩体中心发 育绿泥石化和碳酸盐化， 另外岩体里还可见闪长岩 侵入体。 岩石呈绿灰色， 不等粒半自形中细粒结构， 块状 构造， 主要组成矿物有斜长石 60 ～ 65 、 普通 角闪石 25 ～ 30 、 正长石 5 ～ 10 、 石英 约 5 ， 副矿物有磁铁矿、 磷灰石、 榍石等。斜长 石呈半自形板状， 发育强烈绢云母化、 黝帘石化， 钠 长石双晶常见， 部分可见正环带结构; 普通角闪石呈 自形柱状， 淡绿色， 多色性明显， 晶体均发生不同程 度的绿帘石化; 正长石呈它形板状， 分布在斜长石之 间， 高岭石化发育。 3元素分析和锆石年代学测试 3． 1主量、 微量及稀土元素分析 将新鲜岩石碎成0．074 mm 以下的粉末， 主量、 微 量、 稀土元素在国家地质实验测试中心完成。除 FeO 以外的其他主量元素测试称取样品 0． 5 g， 用无水四 硼酸锂和硝酸铵为氧化剂， 于1200℃左右熔融制成玻 璃片， 使用 X 射线荧光光谱仪 XRF 测定， 选用不同 基体和不同含量的国家一级地球化学标准物质进行 测定， 精密度 RSD 为2 ～8， 检测下限为0．01。 测定 FeO 时， 称取试样 0. 1 ～0. 5 g 称样量视样品的 氧化亚铁含量定 于聚四氟坩埚中， 加入氢氟酸和硫 酸分解样品， 重铬酸钾标准溶液滴定 FeO 含量， 精密 度 RSD ＜10， 检测下限为0. 05。用所测TFe2O3 和 FeO 含量计算 Fe2O3含量， 公式为 w Fe2O3 w TFe2O3 －w FeO 1. 11134。 测定包含稀土元素在内的微量元素时， 称取试 样 0. 025 g 于封闭溶样器的聚四氟乙烯内罐中， 加 入氢氟酸、 硝酸装入钢套中， 于 190℃ 保温 24 h， 取 出冷却后在电热板上蒸干， 加入硝酸再次封闭 3 h， 溶液转入洁净塑料瓶中， 使用电感耦合等离子体质 谱 ICP － MS 测定。选用不同基体和不同含量的国 家一级地球化学标准物质进行测定， 其 RSD 为 2 ～10， 检测下限为 0. 05 10 μg/g。 3. 2SHRIMP 铀 －铅锆石年代学测试 锆石样品的分离和挑选由廊坊市科大岩石矿物 分选技术服务有限公司完成 将样品破碎至 0． 125 ～0． 177 mm， 经过电磁方法分离出锆石， 最后在双 目镜下挑纯。将待测锆石样品与标准锆石置于玻璃 板上用环氧树脂浇铸制作成样品靶， 将靶上的锆石 粗磨、 细磨至约一半使锆石中心部位暴露并抛光， 样 品经反射光和透射光照相后， 用阴极发光扫描电镜 进行图像分析， 然后清洗镀金待测。 根据阴极发光图像分析确定单颗粒锆石的成因 类型， 选择待测点， 测定时选择颗粒较大、 较自形、 清 晰的锆石进行分析， 尽量避开裂纹和包裹体。锆石 阴极发光图像在中国地质科学院矿产资源研究所电 331 第 1 期王永， 等 山西平顺西安里铁矿区中生代闪长岩年代学及地球化学特征第 32 卷 ChaoXing 子探针研究室完成， SHRIMP U － Pb 锆石测年在北 京离子探针中心 SHRIMP Ⅱ上完成。一次离子流强 度为约 5 nA， 一次离子流束斑直径约 30 μm。测年 前的清洗时间为 120 s， 每个数据点测定由 5 组扫描 给出。SL13 U 含量为238 μg/g［23 ］ 用于未知样 U、 Th 含量标定， TEM 年龄为 417 Ma 用于未知锆石 样品年龄校正。测定过程中， TEM 和未知锆石样品 测定比例为 1 ∶ 4 ～ 1 ∶ 3。数据处理采用 SQUID 和 ISOPLOT 程序 ［24 ］。由实测204 Pb 进行普通铅校正。 数据表中所列单个数据点的误差为 1σ， 加权平均年 龄误差为 95置信度。 4结果与讨论 4． 1主量、 微量及稀土元素地球化学特征 主量、 微量及稀土元素分析结果见表 1。 二峰山闪长质岩、 西安里辉长岩、 西安里闪长岩 的主量元素含量比较一致， 其中二峰山闪长质岩 SiO2含量 质量分数 为 62. 84 ～ 67. 52、 Al2O3 为 17. 41 ～ 17. 69、 Na2O 和 K2O 分别为 5. 12 ～9. 28、 1. 54 ～ 2. 98， Na2O K2O 为 8. 10 ～10. 82， CaO 2. 35 ～4. 84 、 TFe2O3 1. 46 ～4. 27 、 MgO 0. 66 ～1. 20 和 TiO2 0. 25 ～0. 36 含量较低， Mg为 40 ～59 平均为 51 。 西安里辉长岩较二峰山闪长质岩含有相对低 SiO2 50. 34～ 52. 98 、Al2O3 11. 56～ 14. 25 、 Na2O K2O 3. 71 ～ 5. 27 和高 CaO 7. 29 ～ 8. 13 、 TFe2O3 8. 25 ～ 11. 43 及 MgO 5. 71 ～13. 71 ， Mg为57 ～77 平均为66 。 西安里闪长岩主量元素含量在三中岩石类型中 大部 分 介 于 其 他 两 者 之 间，SiO2 54. 11 ～ 59. 45 、 TiO2 0. 47 ～ 0. 62 、Na2O K2O 6. 11 ～6. 67 、 CaO 5. 60 ～6. 92 、 TFe2O3 6. 61 ～ 8. 40 、 MgO 2. 02 ～ 4. 77 ， 但 Al2O3 16. 61 ～18. 53 和二峰山闪长质岩接近， P2O5含量 0. 26 ～ 0. 32 略高于西安里辉长岩， Mg为 41 ～57 平均为 49 。 二峰山闪长质岩里特曼指数 δ 均大于 3. 3， 最 高为 5. 0， 平均值为 3. 9， 在碱性岩系列范围内; 西安 里样品 δ 均小于3. 3， 辉长岩和闪长岩 δ 平均值分别 为 2. 5、 3. 0， 为钙碱性岩石系列。 在 R1 － R2 图解 图 2a 中， 二峰山闪长质岩落 点较为分散， 落在二长闪长岩、 正长岩以及石英二长 岩范围内; 西安里辉长岩主要落在辉长岩范围内， 但 有两个样品落在橄榄辉长岩和苏长辉长岩范围内; 西安里闪长岩落点比较集中， 主要落在二长闪长岩 范围内。在 A/KNC － A/NK 图解上所有样品都落 在准铝质范围内 图 2b 。 在 AFM 图解 图2c 上， 所有的样品都落在钙碱 性系列范围内， 二峰山闪长质岩 Na2O K2O 含量最 高， 西安里闪长岩次之， 西安里辉长岩最低。在 SiO2 －K2O 图解 图 2d 中， 大部分样品落在高钾系列范 围内， 但二峰山闪长质岩钾含量较低， 两个点落在中 钾系列范围内。结合以上图解， 说明西安里地区的中 生代岩浆岩主要属于准铝质高钾钙碱性系列岩石。 所有岩性都具有非常相似的稀土配分模式 图 3 ， 均富集轻稀土元素 ∑LREEs 平均值分别为 94. 64 μg/g、 110. 73 μg/g、 118. 63 μg/g ， 轻重稀土分 馏不是很强烈， La/Yb N平均值分别为 9. 47、 9. 17、 9. 70， Eu 异常不明显 δEu 平均值分别为 1. 00、 0. 96、 1. 04 。在微量元素配分图中 图 3 ， 所有岩性均富 集 Ba 平均值分别为 1016 μg/g、 715 μg/g、 1003 μg/g ， Th， U 等大离子亲石元素， 均具有高 Sr 特征 Sr 平均值分别为 650 μg/g、 590 μg/g、 856 μg/g 。 所有岩性强烈亏损 Nb、 Ta 等高场强元素。 4. 2SHRIMP U －Pb 锆石年代学测试 本文主要在西安里地区选取蚀变较弱的辉长岩 LG01 、 闪长岩 B035 ， 从中挑选锆石， 利用 SHRIMP 开展 U －Pb 法定年分析， 确定岩石成岩年龄。在锆石 阴极发光图中 图4 ， 虽然没有表现出典型的岩浆韵律 环带， 但锆石晶体的长宽比值 1 ∶ 3 ～1 ∶ 3.5 以及锆石 的 Th/U 比值 LG01 Th/U 1.03 ～1.92， 平均为1.42， 9 个点; B035 Th/U 1.41 ～1.93， 平均为1.62， 8 个点 显著高于变质锆石的 Th/U 比值 通常 ＜0.1 ， 以上均 说明锆石属于岩浆成因， 所得年龄可以分别代表辉长 岩和闪长岩真实形成年龄。 结果显示橄榄角闪辉长岩的锆石年龄206Pb/ 238U 加权平均年龄为 123 2 Ma， MSWD 1. 10 图 5 ， 闪长岩的锆石206Pb/ 238U 加权平均年龄为 126 2 Ma， MSWD 0. 58 图 5 ， 说明两类岩浆岩发生在早 白垩世， 且侵位时代在误差范围内基本一致。具体的 测试样点分布及测试结果见图 4 和表 1 所示。 5平顺地区中生代岩浆岩形成年代及成因 讨论 5. 1岩体侵位年龄 锆石 U － Pb 同位素体系具有较高的封闭温度， 一般 不 会 受 各 种 地 质 作 用 而 发 生 扰 动， 锆 石 SHRIMP U － Pb年龄可以代表岩体真实的形成年龄。 431 第 1 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2013 年 ChaoXing 表 1平顺地区闪长质岩体岩石样品主量元素、 稀土及微量元素分析结果 Table 1Analytical results of major oxides and trace elements for Pingshun dirite 主量元素 wB/ E01 －2 闪长岩 E05 －1 石英正长岩 E07 －1 石英正长岩 P23 －1 辉长岩 P44 －1 辉长岩 P47 －1 辉长岩 P49 －1 辉长岩 P13 －1 闪长岩 P17 －1 闪长岩 P33 －1 闪长岩 P34 －1 闪长岩 P34 －2 闪长岩 P39 －1 闪长岩 SiO2 62. 8467．5266． 1952． 9851． 1752．6150．3457．1955．3456．2159．4554．1157．96 Al2O317．5817．6917． 4113．813． 9714．2511．5618．5317．5417． 5217．1216．6117．20 TFe2O34．271．341．468． 2511． 4310．069．366． 767． 727．626．618． 46．82 CaO4．842．412． 357．948．137． 297． 356．476．836．605．606．925． 92 MgO1．200．660． 918．676．815． 7113．712．023．392．812．744．772． 97 K2O2．982．371．541． 792． 192．651． 172．002．192．352．822．562． 62 Na2O5．126．739．283． 292．312． 622．544． 473． 983．763．853．973． 76 TiO20．360．250．260． 571．140． 950．660． 470． 470．530．490．620． 49 MnO0． 110． 030．040． 150．140． 120．170． 080． 170．150．130．150． 14 P2O50．220．110．160． 250．190． 200．280． 310． 320．300．260．300． 28 Mg40535971585777415046495750 LOI0．331．200．871． 672．013． 002．441． 831． 381．580．781．361． 21 总计99．85100． 31100． 4799． 3699． 4999．4699．58100．1399．3399．4399．8599．7799．37 稀土及 微量元素 wB/ μgg －1 E01 －2 闪长岩 E05 －1 石英正长岩 E07 －1 石英正长岩 P23 －1 辉长岩 P44 －1 辉长岩 P47 －1 辉长岩 P49 －1 辉长岩 P13 －1 闪长岩 P17 －1 闪长岩 P33 －1 闪长岩 P34 －1 闪长岩 P34 －2 闪长岩 P39 －1 闪长岩 Y15． 013． 811．114．417．617． 015．316．416．616．614．415． 415． 0 La27．213．717． 823．218．221．018．025．723．522．822．420．422． 5 Ce50．823．934． 248．140．445．840．654． 349． 947．246．046．046． 5 Pr6．243．854．795． 665．165． 605．266． 376． 095．605．395．745． 50 Nd23．714．917． 722．021．423．022．725． 924． 622．220．623．121． 9 Sm4．652．943．294． 264．825． 054．675． 064． 844．324．074．554． 23 Eu1．460．931．081． 371． 571．561． 411．771．591．431．351．461． 40 Gd4．212．942． 894．144． 794． 954．474．474． 353．973．824．243． 92 Tb0．550．420． 390．540．660． 670． 580．630．630．600．500．580． 53 Dy2． 92．452． 122．883．613． 513． 123．323．393．362．863．132． 95 Ho0．580．500．430． 570．710． 710．610． 650． 690．670．570．620． 6 Er1．691．571．361． 681．982． 011．691． 952． 091．961．651．781． 73 Tm0．240．230．190． 220．260． 270．240． 280． 290．270．250．250． 24 Yb1．631．561． 261．451． 681． 721．491．761． 861．781．511．611． 66 Lu0．230．240． 210．210．250． 250． 220．260．280．270．240．240． 26 Li1．2119．23． 4912．96．3212．97． 795．8513．219．314．817．616． 9 Be1．641．211． 691．191． 021． 240．761．291． 271．151．481．321． 50 Sc6．682．935．1025．455．346．527．611．017．617．115．025．315． 4 V90． 240．0054．2172297240192118166158134204141 Cr15． 46．875．2832573．865． 566818．337．211． 428．210433．9 Co7．182．522． 9340．439．935．357．211．519．619．415．426．117． 3 Ni3． 83．442． 9527121．620．753711．220．39． 1215．758． 018． 7 Cu3．787．6956．560523．720．468．53．9840．815．813．033． 521． 7 Zn45．328． 0013． 393．079．966．198．830．681．581．072．099．295． 2 Ga19． 919． 718．117．218．618．314．921．620．421．019．319．019． 7 Rb28．223．516． 137．028．036．220．316．036．942．051．046．044． 4 Sr98261535469146364755810031036776734819770 Zr130120．011310092．010283．887．911710611185． 3118 Nb5．236．524． 774．053． 463． 753．703．423． 793．784．194．564． 03 Cd0．050．050．050． 090． 060．050． 130．050．060．060．070．080． 07 Cs0．321．210．451． 160． 20． 190．980． 260． 570．850．981．161． 50 Ba12031187659829686888458101884297410221203958 Hf3．343．162．852． 582．562． 742．322． 453． 312．862．992．363． 03 Ta0．260．340． 240．220．180． 200． 190．170．210．170．250．240． 22 Pb8．1011．42． 2210．34．483． 304． 823．436．207．359．354．497． 49 Th3．441．642． 232．661．721． 981． 663．231．991．682．471．972． 60 U0．810．480．730． 720．440． 520．430． 970． 580． 480．810．430． 62 注 LOI烧失量。Mg100 Mg/ Mg ∑Fe ， 原子比。TZr ℃ 12900/［ 2． 95 0． 85M ln 496000/Zrmelt ］ ，M Na K 2Ca / Al Si ， 原子比， 见 Watson 等 1983 年 。 531 第 1 期王永， 等 山西平顺西安里铁矿区中生代闪长岩年代学及地球化学特征第 32 卷 ChaoXing 图 2平顺和二峰山地区闪长质岩石 a R1 －R2 分类命名图解， b A/CNK －A/NK 图解， c AFM 图解和 d SiO 2－K2O 图解 Fig. 2Plots of a R1 vs. R2［ R1 4Si －11 Na K －2 Fe Ti ， R2 6Ca 2Mg Al］ ， b A/NK［ molar ratio Al2O3/ Na2O K2O ］vs. A/CNK［ molar ratio Al2O3/ CaO Na2O K2O ］ ， c A K2O Na2O vs. F FeO Fe2O3 vs. M MgO and d SiO2vs. K2O for Pingshun and Erfengshan diorite 因此， 平顺地区辉长岩的锆石 SHRIMP U － Pb 年龄 123 2 Ma 和闪长岩的锆石 SHRIMP U － Pb 年龄 126 2 Ma 代表了平顺地区辉长质岩体和闪长质 岩体的形成时代， 该年龄与太行山其他地区岩浆活 动以及大别山岩浆活动的锆石 U － Pb 年龄 127 ～ 138 Ma［18 ］相近， 它们形成于同一个大地构造岩浆活 动事件。 5. 2岩石成因讨论 二峰山及西安里地区中生代岩浆岩具有一致的 侵位年龄和相似的元素地球化学特征， 暗示它们具 有相似的岩浆源区和岩浆过程。 二峰山闪长岩及石英正长岩具有更高的 SiO2、 Na2O 含量及高 Mg 闪长岩为 40， 石英正长岩为 53 和 59 ， 说明幔源岩浆在源区的贡献很大， 但同时这 种高的 SiO2含量不可能由任何幔源岩浆直接演化 而来， 地幔在含水的情况下可以形成中等富 SiO2的 岩石， 但 SiO2含量很少超过 60［14 ］。样品的 Nb、 Ta、 P、 Ti 强烈亏损、 Pb 高度富集， 明显具有大陆地壳 特征， 其富钠 Na2O/K2O 0. 99 ～6. 03， 平均 2. 05 特征与陆壳熔融产生富钠岩浆 ［25 －27 ］的结果一致， 也 与华北克拉通下地壳重熔形成的埃达克岩一致 Na2O/K2O 0. 8 ～2. 0［14 ］ 。 西安里地区中生代岩浆岩相对二峰山岩体具有 低的 SiO2， 高 K2O、 CaO 和 TFe2O3， 辉长岩 Mg 平均 66 较高， 而闪长岩 Mg 平均 49 与二峰山地区闪 长质岩石 平均 52 接近， 研究区中生代岩浆岩的这 些特征可能暗示了其岩浆源区为幔源岩浆与起源于 下地壳的酸性岩浆的混合， 在西安里地区幔源岩浆 贡献更大一些。 同源岩浆尽管在分离过程中成分有较大的变化 631 第 1 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2013 年 ChaoXing 图 3平顺和二峰山地区闪长质岩石微量和稀土元素配分图 PM 和 CHUR 引自 Sun 和 McDonough， 1989 Fig．3Chondrite- normalized REEs patterns and Primitive Mantle PM normalized trace element diagrams for Pingshun and Erfengshan doirite． The PM and chondrite values are from Sun and McDonough 1989 差异， 但其 Ni/Co 比值却相对地较为固定， 利用这一 原理， 可研究同源岩浆在分离结晶过程中的演化趋 势。二峰山和西安里中生代岩浆岩， Ni 和 Co 的比 值变化不大 图 6 ， 表明其为同源岩浆或来自相似 岩浆源区的岩浆的结晶分异。随着 SiO2和 CaO 含 量的变化， 样品的 δEu 几乎不变表明斜长石的分离 不占重要地位。角闪石相对富集轻稀土元素， 其结 晶分离会导致残余岩浆轻稀土的减少和 Gd/Yb 比 值的降低， SiO2－ LREEs 图解 图 7a 以及 SiO2－ Gd/Yb 图解 图 7b 显示西安里地区岩浆岩角闪石 结晶分离较弱， 而二峰山地区的岩浆岩则发生了比 较明显的角闪石结晶分离作用。 近年来对华北中生代岩浆岩源区有以下几种认 识 ①起源于加厚基性下地壳的部分熔融 ［13 －14 ］; 731 第 1 期王永， 等 山西平顺西安里铁矿区中生代闪长岩年代学及地球化学特征第 32 卷 ChaoXing 图 4平顺辉长岩 LG01 和闪长岩 B035 中单颗粒锆石 的阴极发光图及测试点 Fig. 4Representative cathode luminescence images of zircon grains for Pingshun doirite ②基性下地壳发生拆沉作用， 拆沉的下地壳在富集 岩石圈地幔中发生部分熔融 ［27 ］; ③上涌软流圈物质 促使富集岩石圈地幔发生部分熔融， 产生的基性岩 浆又使得下地壳岩石 主要是 TTG 发生部分熔融 形成花岗质岩浆， 两种岩浆发生混合后再侵位到 地表 ［11 －12 ］。 正常地壳厚度熔融生成的岩浆一般具有低 Sr 高 Yb 的特征 ［14 ］， 而研究区岩体高 Sr 中等低 Yb 平 均 1. 6 μg/g ， 而其较高含量的∑HREEs 平均 12. 8 μg/g 和 Y 平均 15. 9 μg/g 表明其源区不存在石 榴石残留或弱石榴石残留， 明显不同于在加厚地壳 情况下有石榴石残留相导致的强烈亏损 HREEs 和 Y 特征。研究区大多数样品具有较高的含镁指数， 这表明华北大部分中生代岩浆岩的不可能形成于基 性下地壳的部分熔融过程， 其高镁特征意味着幔源 岩浆的混合可能在中生代岩浆岩形成过程中起重要 作用。 图 5平顺辉长岩 LG01 和闪长岩 B035 中单颗粒锆石 SHRIMP U － Pb 年龄 Fig. 5Zircon SHRIMP U- Pb concordia diagrams of Pingshun doirite 831 第 1 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2013 年 ChaoXing 图 6平顺和二峰山地区闪长质岩石 Ni － Co 图解 Fig． 6Plot of Ni- Co of Erfengshan and Pingshun diorite 图 7平顺和二峰山地区闪长质岩石 a SiO 2 － LREEs 和 b SiO2－ Gd/Yb 图解 Fig. 7Plots of a SiO2- LREEs and b SiO2- Gd/Yb of Pingshun and Erfengshan diorite 二峰山及西安里中生代中酸岩浆岩具有十分相 似的地球化学特征， 太行山地区岩体最显著的特征 是其中普遍包含中基性包体， 多数包体呈水滴状或 椭球状， 可以认为包体与其寄主岩石是大致同时代 的 ［12 ］。西安里地区也不例外， 在闪长岩中可以见到 一些几厘米到几十厘米的暗色中基性包体。闪长岩 中斜长石核部和幔部具有截然不同的钙的含量 未 发表数据 ， 陈斌等 ［12 ］认为这是壳幔岩浆发生混合 作用的记录。已有研究显示认为该地区岩浆源区深 度约为 80 km［21， 28 ］， 说明本区岩浆起源于上地幔或 下地壳底部， 是壳幔岩浆混合的“多发区” ， 因此， 地 幔部分熔融体与地壳熔融体的混合是西安里中生代 岩浆岩最可能的成因机制。 平顺地区中生代岩体富集 LILE 和 LREEs 表明 其地幔源区可能存在交代作用， 地幔交代的可能方 式包括俯冲陆壳/洋壳脱水或者熔融交代， 来自软流 圈地幔的流体或者碳酸岩交代等。二峰山闪长岩和 西安里闪长岩具有低 MgO 平均 2. 4 但高 Mg的 特征， 表明地幔