同源火成巖稀土分布特征新探索
——以內(nèi)蒙古西烏珠穆沁旗和青海沱沱河等地火成巖為例

丁衛(wèi)平

中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北涿州 072750

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探索

同源火成巖稀土分布特征新探索
——以內(nèi)蒙古西烏珠穆沁旗和青海沱沱河等地火成巖為例

丁衛(wèi)平*

中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北涿州 072750

提 要 通過對內(nèi)蒙古西烏皡穆沁旗和青海沱沱河等地不同基性火成巖的稀土特征研究，形成了主要依據(jù)重稀土特征的高度相似來判斷火成巖樣品是否同源的觀點，這點特別適合于中基性的巖石，而對于酸性巖石則常常輕稀土和重稀土都是基本平行或者重合的。這一稀土特征有利于以后更好地判斷火成巖的同源性。此外，后期的蝕變及風(fēng)化也對同源火成巖（尤其是基性巖）的輕稀土影響較大，這點也要求盡量以重稀土特征相似來判斷巖石的同源性。

關(guān)鍵詞同源火成巖 稀土 元素配分模式圖 TraceElem1.0

地質(zhì)工作者在研究稀土元素配分模式圖時都自覺遵循一個規(guī)律【1】：如果兩巖石的稀土特征相同（指稀土的元素配分模式圖線基本平行或者基本重合，注意這里的平行不能簡單理解成幾何中的平行，是指不同樣品，相鄰元素的連線平行），那么可以肯定這兩塊火成巖巖石是同源的（注意這里的同源，可以理解成同一火成巖巖體內(nèi)部的巖石，也可以理解成同一巖漿源但以不同相產(chǎn)出的巖石，比如玄武巖和輝長巖），這一規(guī)律，應(yīng)該說是正確的，關(guān)鍵是稀土特征的相同程度把握要準(zhǔn)確。那么這規(guī)律反過來是否成立呢？也就是說，如果兩塊火成巖巖石本身就是同源的，比如同一火成巖巖體內(nèi)部的不同部位巖石，或者是同一巖漿源，但是以不同相產(chǎn)出火成巖巖石（比如同一期次構(gòu)造運動的玄武巖和輝長巖為同源巖漿，同一期次構(gòu)造運動的花崗斑巖和流紋巖常為同源巖漿），甚至同一塊原巖，但不同年代完全融化而產(chǎn)生的不同相巖石（推測這原巖只能是酸性巖），其稀土分布曲線就一定平行或者重合嗎？通過筆者參與的內(nèi)蒙古西烏珠穆沁旗的礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查，再結(jié)合其他地區(qū)如青海沱沱河等地的火成巖數(shù)據(jù)，利用自編的軟件TraceElem1.0對這些地區(qū)的侵入巖和噴出巖稀土元素樣進行了一些特征探索，發(fā)現(xiàn)同源巖石并不一定重合或者平行，這點尤其在基性巖中表現(xiàn)明顯。

1 酸性巖的同源性巖石其稀土特征是常重合或平行的

在內(nèi)蒙古錫林郭勒西烏珠穆沁旗一帶區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查的過程中，發(fā)現(xiàn)一個幾乎等軸狀分布的花崗斑巖區(qū)【2】（圖1），面積達到45.40km2，圍繞花崗斑巖區(qū)的巖石都是白音高老組（K1b），現(xiàn)分別說明其特征：

1.1 白音高老組（K1b）火山巖特點【2】

主要是流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r，其次是流紋巖（包括黑曜巖、珍珠巖），分布在花崗斑巖的四周，靠近花崗斑巖的白音高老組火山巖相對角礫成分較多，但并不是很普遍，只是零星分布，越是遠(yuǎn)離花崗斑巖的白音高老組火山碎屑巖含角礫越少，大部分不含角礫，角礫大小在2～20 mm之間，由于角礫的這種環(huán)形分布特征，我們可以初步判斷花崗斑巖原位置可能是個古火山口，由于重力作用遠(yuǎn)離火山口的地方角礫成分很少了（幾乎沒有），該古火山口長期風(fēng)化剝蝕后又被后期的花崗斑巖侵入破壞，因而難見新生代火山口的一些明顯特征。

圖 1 內(nèi)蒙西烏旗某地區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Regional geological map of the West Ujimqin Banner in Inner Mongolia

在該套地層中，發(fā)現(xiàn)了具有工業(yè)價值的黑曜巖和珍珠巖等，以黑曜巖分布較廣，尤其是在調(diào)查區(qū)東部最為明顯。發(fā)現(xiàn)了大量的原來1：20萬區(qū)調(diào)所沒有發(fā)現(xiàn)的黑曜巖，對黑曜巖取了稀土樣，以便進行地球化學(xué)特征及成因分析。

1.2 花崗斑巖的巖性特征【2】

花崗斑巖成分比較均一，而且斑晶比較大，基質(zhì)也是顯晶質(zhì)，在花崗斑巖中未發(fā)現(xiàn)任何角礫類火山碎屑物質(zhì)作為捕虜體?？梢哉f，單純依靠花崗斑巖判斷該處原來是古火山口是缺乏證據(jù)的。其所以出現(xiàn)見不到捕虜體等現(xiàn)象，估計是長期風(fēng)化剝蝕引起的，但也不排除花崗斑巖的巖漿上侵時由于巖漿的較高溫度和化學(xué)能，把周圍的巖石包括捕虜體熔化掉的可能。鏡下鑒定結(jié)果如下（黃青山，2011）：斑晶：石英5%、鉀長石20%、中-更長石3%、黑云母1%、基質(zhì)：長石+石英70%、角閃石＜1%、黑云母雛晶少量、金屬礦物＜1%。具花崗斑狀結(jié)構(gòu)，鉀長石斑晶呈板狀，被基質(zhì)熔蝕邊緣成鋸齒狀，長軸粒徑 2～5mm，石英斑晶橫切面六邊形或呈熔蝕的渾圓狀，粒徑1～2mm。更長石呈板柱狀，聚片雙晶發(fā)育，中長石可見環(huán)帶構(gòu)造?；|(zhì)具微花崗結(jié)構(gòu)，礦物成分主要是細(xì)粒石英和長石以及少量的黑云母雛晶等。由于其中暗色礦物多是黑云母和角閃石，均是含OH-的礦物，說明當(dāng)時巖漿里含水不少。從以上特點分析看，由于斑晶和基質(zhì)都是顯晶質(zhì)，且基質(zhì)中的礦物晶體也不小，可以說達到了細(xì)粒，基本上已接近斑狀花崗巖。

1.3 花崗斑巖和白音高老組（K1b）的稀土特征

稀土數(shù)據(jù)是判斷巖石同源性的重要特征數(shù)據(jù)，兩種巖石的稀土分布曲線平行或者重合往往說明巖石具有同源性，為了研究它們是否有相同來源，對花崗斑巖和周圍的火山碎屑巖中夾的黑曜巖和流紋巖進行了稀土分析（選取巖石樣品時注意選擇新鮮巖石樣）。分析數(shù)據(jù)見表1，這些樣品的取樣位置可見圖1。（注 P4XT02、P4XT11、P4XT12為花崗斑巖，P4XT15為黑曜巖，P4XT16為流紋巖）。

表1 西烏旗礦調(diào)花崗斑巖及圍巖稀土分析數(shù)據(jù)表Table 1 Rare earth data of granite porphyry and surrounding rock in the West Ujimqin Banner

選擇 Hasikin的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化物質(zhì)數(shù)據(jù)【1】（王中剛等，1989）對稀土樣品標(biāo)準(zhǔn)化后，由作者利用跨平臺的Qt技術(shù)【3】自編稀土微量元素分析軟件TraceElem1.0顯示，其分布特征如下圖2。

由圖2可以看出，黑曜巖和花崗斑巖的稀土分布特征線幾乎完全重合，充分說明黑曜巖和花崗斑巖的同源性，另一個流紋巖的樣品（P4XT16），分布特征線形狀也完全同花崗斑巖，呈平行狀，但總體含量低，這與含稀土多的礦物（主要是長石）的整體進出有關(guān)，完全可以認(rèn)為流紋巖（含黑曜巖）和花崗斑巖具有同源性。

圖2 花崗斑巖及其圍巖中的黑曜巖和流紋巖的稀土分布特征Fig.2 Rare earth distribution characteristics of black obsidian and rhyolite

此圖說明火山碎屑巖或者流紋巖從火山口噴出以后，又經(jīng)過一段時間，地下深處原來產(chǎn)生過流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r或流紋巖（含黑曜巖）的原巖再次熔化，產(chǎn)生了新的用于形成花崗斑巖的巖漿。

上面是不同期次火成巖稀土特征的對比，從而判斷出后期侵入到火山通道內(nèi)的花崗斑巖與先前火山噴發(fā)的白音高老組巖石是來自同一巖漿源的，而在同一期次內(nèi)的流紋巖和晶屑凝灰?guī)r也是稀土特征相似的，如圖3。

流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r的數(shù)據(jù)見表2。

圖3 內(nèi)蒙古西烏旗一帶白音高老組（K1b）火山巖稀土分布圖Fig.3 Rare earth distribution of the Baiyingaolao formation volcanic in the West Ujimqin Banner

表2 內(nèi)蒙西烏旗一帶白音高老組（K1b）流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r稀土數(shù)據(jù)表Table 2 Rare earth data of rhyolitic crystal tuff in the West Ujimqin Banner

2 基性巖的同源巖石稀土特征

在上述區(qū)域地質(zhì)圖的花崗斑巖的外圍較遠(yuǎn)的地方，存在有大石寨組上段（P2ds2）的玄武巖，在這些玄武巖附近存在輝長巖，從其巖性以及兩類巖石的產(chǎn)出狀態(tài)推測這兩類巖石是同一巖漿源的，但當(dāng)我們研究其稀土特征時發(fā)現(xiàn)，其實并非完全平行，這反映在同一巖體內(nèi)部（比如輝長巖）的樣品稀土特征曲線可以不完全平行，尤其是巖石遭受過不同程度的圍巖蝕變時，不平行的可能性更大，而以不同相產(chǎn)出的玄武巖和輝長巖，其稀土特征更可能不平行，尤其是在輕稀土部分。

2.1 同一巖體內(nèi)部樣品稀土特征

對西烏旗礦調(diào) P1剖面所經(jīng)過的輝長巖出露區(qū)取了3個樣品（取樣位置見圖1），3樣的薄片鑒定如下。

B118：該巖石為中粒輝長巖，拉長石50%，呈板柱狀，長軸粒徑 2～3mn，輝石 25%，短柱狀、粒狀與斜長石組成輝長結(jié)構(gòu)。綠泥石15%，黑云母5%，金屬礦物5%。

B120：該巖石為中粒輝長巖，拉長石55%，呈板柱狀，長軸粒徑 2～3mn，輝石 40%，短柱狀、粒狀與斜長石組成輝長結(jié)構(gòu)，綠泥石 3%，金屬礦物2%，局部出現(xiàn)輝綠結(jié)構(gòu)（過渡類型）。

B122：該巖石為細(xì)粒輝長巖，拉長石55%，呈板柱狀，長軸粒徑0.5～1.5mn，輝石40%，短柱狀、粒狀與斜長石組成輝長結(jié)構(gòu)，局部出現(xiàn)次輝綠結(jié)構(gòu)（過渡類型）。另有綠泥石2%，黑云母1%，金屬礦物2%。

上述三樣品稀土數(shù)據(jù)如下表3。

選擇 Hasikin的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化物質(zhì)數(shù)據(jù)【1】（王中剛等，1989）對稀土樣品標(biāo)準(zhǔn)化后，由自編稀土微量元素分析軟件TraceElem1.0顯示，其分布特征如下圖4。

表3 P1剖面輝長巖區(qū)樣品稀土數(shù)據(jù)表Table 3 Rare earth data of gabbro samples in P1 section

圖4 內(nèi)蒙古西烏旗一帶輝長巖稀土分布圖Fig.4 Rare earth distribution of the gabbro in the West Ujimqin Banner

從上面可以看出，同一輝長巖體內(nèi)不同位置的三個輝長巖樣品，其輕稀土其實并不很平行，重稀土互平行性相對較好。比較異常的是P1-B118樣品，如果看該樣品的鏡下鑒定結(jié)論，發(fā)現(xiàn)該樣品與另兩個樣品比，最顯著的不同是其樣品的綠泥石含量明顯要多，由于輝長巖的綠泥石化往往是輝石演變成綠泥石，所以綠泥石化明顯的樣品（P1-B118的綠泥石達到15%，而其他兩樣只有 2%～3%）相對來說，輝石含量減少（25%，其他兩樣有 40%），而金屬礦物要增加（5%，其他兩樣品只有2%）。從上面的這個例子說明，綠泥石化明顯的巖石其輕稀土容易被流失，如圖4。

也許一個地區(qū)的數(shù)據(jù)有點少不能說明問題，下面我們選擇青海沱沱河的4個輝長巖數(shù)據(jù)（也是同一個巖體內(nèi)的樣品）來看稀土特征：

4個樣品的稀土數(shù)據(jù)如表 4，注 P6XT3和P6XT4為蝕變輝長巖，而P6XT5和P6XT6 為普通輝長巖。

表4 青海沱沱河輝長巖樣品稀土數(shù)據(jù)表Table 4 Rare earth data of gabbro samples in Qinghai Tuotuohe

P6XT3：蝕變斜長石 55，蝕變輝石：40，榍石 5。巖石礦物成分主要為斜長石和輝石，具變余輝長結(jié)構(gòu)，輝石呈短柱狀、粒狀，粒徑 1～2.5mn，蝕變成纖閃石，斜長石呈板柱狀，次生蝕變表現(xiàn)為鈉黝簾石化和綠簾石化蝕變。未蝕變巖石這里不再描述鏡下特征。

同樣，選擇 Hasikin的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化物質(zhì)數(shù)據(jù)做稀土分布元素配分模式圖如圖5。

由上可以看出，同樣的輝長巖體，由于蝕變的原因，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），輕稀土部分含量比未蝕變巖石含量要高，未蝕變巖石稀土特征還見有交叉現(xiàn)象。

圖5 青海沱沱河輝長巖稀土分布元素配分模式圖Fig.5 The REE distribution patterns of gabbro samples in Qinghai Tuotuohe

2.2 同源但以不同相產(chǎn)出火成巖的稀土特征

在上述西烏旗的P1剖面中，對玄武巖（B101、B102、B107、B108）和輝長巖（B118、B120、 B122）都取樣，因它們是同源而以不同相產(chǎn)出的巖石，對其稀土特征進行比較，研究其特征，其稀土數(shù)據(jù)如表5。

表5 內(nèi)蒙西烏旗礦調(diào)的輝長巖樣品稀土數(shù)據(jù)表Table 5 Rare earth data of gabbro samples in the West Ujimqin Banner

從圖6可以看出，稀土分布曲線在玄武巖之間基本是平行的，輝長巖之間也基本是平行的（尤其是重稀土部分），而如拿玄武巖和輝長巖比較，則玄武巖的輕稀土相對有上翹，這些特征說明輝長巖與玄武巖有同源性，而稀土尤其是輕稀土相對富集在熔巖中。

圖6 西烏旗一帶玄武巖和輝長巖稀土分布特征Fig.6 Rare earth distribution characteristics of basalt and gabbro samples in the West Ujimqin Banner

對于基性巖來說，噴出巖（玄武巖）與對應(yīng)的深成巖（輝長巖）比較，其稀土總量尤其是輕稀土總量要高，這點是與酸性巖很不相同的地方，在噴出流紋巖中，比如圖2所表示的黑曜巖和流紋巖稀土特征，噴出的流紋巖的稀土總量低于黑曜巖，這很可能與黑曜巖的快速冷卻，完全為玻璃質(zhì)，所以稀土基本保持了原始巖漿的特點，不容易隨揮發(fā)分散發(fā)。致使與普通流紋巖比（普通流紋巖不是玻璃質(zhì)），黑曜巖稀土特征與花崗斑巖等深成巖更加重疊。此外基性強的巖石，噴發(fā)巖與侵入巖比，稀土分異強，比如玄武巖和輝長巖，它們是同源巖石的話，往往稀土以玄武巖為多，且相對來說輕稀土多的程度更明顯，另外，在Eu異常方面，同源巖漿產(chǎn)生的輝長巖和玄武巖，由于玄武巖噴發(fā)出地表后，Ca容易與地表中的CO2作用，易隨水進入河流和海洋，致使 Ca的含量相對少了，從而Eu正異常值變小。

類似地，在青海沱沱河有玄武巖和輝長巖，也有輝綠巖，它們是相距很近產(chǎn)出的同源巖石，其稀土數(shù)據(jù)【4】見表6。

由稀土分布元素配分模式圖可以看出（圖7），重稀土基本是平行甚至是重合的，輕稀土也不一樣，偏離很大，跟西烏旗的玄武巖和輝長巖的特征類似，但是這里玄武巖的輕稀土含量要低于輝綠巖，而西烏旗的玄武巖的輕稀土含量高于輝長巖，說明并不是玄武巖一定與輝長巖比相對富集輕稀土（如西烏旗），具體機制目前不清楚，或許與海底環(huán)境噴發(fā)有關(guān)。

表6 青海沱沱河玄武巖、輝長巖和輝綠巖稀土數(shù)據(jù)表Table 6 Rare earth data of basalt， gabbro and diabase samples in Qinghai Tuotuohe

圖7 青海沱沱河一帶輝長巖、輝綠巖和玄武巖的稀土分布圖Fig.7 Rare earth distribution characteristics of gabbro， diabase and basalt samples in Qinghai Tuotuohe

3 結(jié)論與注意事項

通過前面的有關(guān)樣品稀土數(shù)據(jù)的分析，我們認(rèn)為重稀土分布線基本平行或重合就可確定為巖石同源，但是需要注意的是，我們不能把細(xì)微的交叉夸大，因同一巖體內(nèi)部不同位置的稀土樣也不一定是絕對的平行或重合的，可以有輕微的交錯現(xiàn)象，比如下面是青海沱沱河的枕狀玄武巖元素分配模式如圖8，因它們是取自同一巖體內(nèi)部，自然他們應(yīng)該是同源的，但輕微交叉現(xiàn)象也是存在的。

而以下是在內(nèi)蒙西烏旗花崗斑巖體內(nèi)的ZP01剖面內(nèi)的四個稀土數(shù)據(jù)（表 7），稀土分布元素配分模式如圖 9，也可看出某些樣的稀土分布線的小的交叉（主要是在Ce和Eu處的交叉）。

圖 8 青海沱沱河枕狀玄武巖稀土分布元素配分模式圖Fig.8 The REE distribution patterns of pillow basalt samples in Qinghai Tuotuohe

表7 內(nèi)蒙古ZP01剖面的花崗斑巖稀土數(shù)據(jù)表Table 7 Rare earth data of granite porphyry rock in ZP01 section of the Inner Mongolia

圖9 內(nèi)蒙西烏旗某花崗斑巖稀土分布元素配分模式圖Fig.9 The REE distribution patterns of granite porphyry samples in the West Ujimqin Banner

究其原因，主要是野外地質(zhì)勘探采集的樣品，無論多么注意采集新鮮的樣品，即使巖石沒有蝕變，也不可能完全不受到風(fēng)化干擾，比如至少會受地表水流侵蝕作用的影響，從上面的分析看，這種干擾對酸性巖的稀土分布特征影響小，而對基性巖的稀土分布特征影響大（可能與基性巖的斜長石含Ca高有關(guān)，而Ca又易與地表中的水和空氣中的 CO2結(jié)合，成為碳酸氫鈣流失），影響的主要方面是在輕稀土，而不是在重稀土，比如上面提到的蝕變輝長巖，輕稀土明顯因蝕變而影響其正常含量，這些影響在Ce異常和Eu異常上的反應(yīng)更加明顯，因為所有稀土元素中，只有Ce 和 Eu存在兩個化合價態(tài)，易受氧化還原環(huán)境的影響，就可能使巖石所處地理位置氧化還原環(huán)境不同，就可能使我們所取樣品Eu或Ce的異常程度不同。

參 考 文 獻

1 王中剛，于學(xué)元，趙振華，等. 稀土元素地球化學(xué)［M］. 北京：科學(xué)出版社，1989：150～167

2 修世蔭，丁衛(wèi)平，梁中朋. 內(nèi)蒙古西烏珠穆沁旗白音諾爾農(nóng)場等四幅1∶5萬區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查報告［R］. 河北涿州市：中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，2013：245～316

3 Jasmin Blanchette（加），Mark Summerfield（英），著. C++ GUI Qt3 編程［M］. 齊亮譯. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006：20～269

4 楊立朋. 青海沱沱河地區(qū)烏石峰蛇綠混雜巖形成環(huán)境探討［J］. 化工礦產(chǎn)地質(zhì)，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

中圖分類號：P588.1：P595

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-5296（2016）02-0120-09

* 作者簡介：丁衛(wèi)平（1965～），男，數(shù)學(xué)地質(zhì)和地球化學(xué)專業(yè)，高級工程師

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