豫西熊耳山北嶺金礦區(qū)馬家河組安山巖地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

李肖龍，申碩果，黃丹峰，李 敏，葉 萍，茹 朋，程國(guó)安

(1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院， 北京 100083； 2. 河南省地質(zhì)調(diào)查院 河南省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河南 鄭州 450001； 3. 河南省巖石礦物測(cè)試中心， 河南 鄭州 450012； 4. 河南省地質(zhì)科學(xué)研究所， 河南 鄭州 450001)

熊耳山地區(qū)處于華北陸塊南緣，區(qū)內(nèi)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)頻繁，巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，成礦地質(zhì)條件極其優(yōu)越，是我國(guó)重要的金多金屬礦產(chǎn)區(qū)。北嶺金礦位于熊耳山地區(qū)東南部，是上世紀(jì)90年代發(fā)現(xiàn)并探明的金礦床。馬家河組安山巖不僅是熊耳山地區(qū)中元古代早期火山巖的重要組成部分，還是北嶺金礦最重要的賦礦圍巖。目前馬家河組安山巖的研究工作相對(duì)比較薄弱，多作為熊耳群研究的一小部分，零散分布于其中(河南省地質(zhì)科學(xué)研究所， 1992[注]河南省地質(zhì)科學(xué)研究所. 1992. 熊耳群地質(zhì)環(huán)境演化及含礦性研究(報(bào)告). 1～196.； 趙太平等， 1994， 2002， 2007)。例如，河南省地質(zhì)科學(xué)研究所(1992)?在開展熊耳群地質(zhì)環(huán)境演化及含礦性研究時(shí)，測(cè)試或收集了包括10件采自河南宜陽、洛寧、欒川以及山西垣曲等地的馬家河組安山巖、玄武安山巖樣品的42件熊耳群火山巖樣品地球化學(xué)數(shù)據(jù)，顯示熊耳群火山巖屬于富鉀拉斑系列，SiO2含量間隙很窄，兼具火山弧和大陸裂谷型溢流的雙重性；趙太平等(1998)分析了嵩縣黃莊附近的馬家河組沉積夾層中薄層灰?guī)r的碳、氧穩(wěn)定同位素，結(jié)果表明灰?guī)r出現(xiàn)在海相環(huán)境，即熊耳群形成晚期處于海相環(huán)境。國(guó)內(nèi)外火山巖研究的熱點(diǎn)之一便是安山巖(陳越等，2010)，研究結(jié)果證實(shí)安山巖不但可以形成于不同的構(gòu)造環(huán)境中，其形成機(jī)制也比較復(fù)雜(Byerlyetal., 1976; Robyn, 1979; Byersetal., 1983; Dungan and Davidson, 2004; Parman and Grove, 2004; Tatsumietal., 2008; 桑隆康等， 2012； 王勤等，2015)。對(duì)馬家河組安山巖開展針對(duì)性研究，不但有助于整個(gè)熊耳群的研究，也有助于華北陸塊南緣巖石圈、構(gòu)造體制研究，同時(shí)為區(qū)內(nèi)找礦提供幫助。本文以馬家河組安山巖為研究對(duì)象，開展巖石學(xué)、地球化學(xué)特征研究，探討構(gòu)造環(huán)境、巖石屬性等，在約束安山巖巖石成因的同時(shí)，為該區(qū)域在中新元古代的構(gòu)造演化以及北嶺金礦的研究提供幫助。

1 地質(zhì)概況

熊耳山地區(qū)位于華北克拉通南緣，緊鄰北秦嶺造山帶(吳發(fā)富等， 2012； 李厚民等， 2012; Dengetal., 2014)(圖1a)。區(qū)內(nèi)古老變質(zhì)地層發(fā)育，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)頻繁，巖漿活動(dòng)尤其是燕山晚期酸性巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈(李國(guó)平， 2013)。該區(qū)地層具有穩(wěn)定陸塊的雙層結(jié)構(gòu)?；诪樾绿糯A群，是一套以片麻巖為主的中深變質(zhì)巖系(侯紅星等，2014)，同位素年代學(xué)研究結(jié)果表明其形成年齡為2 900～2 200 Ma(Kroneretal., 1988; 張宗清等， 1994； 薛良偉等， 1995； 倪志耀等， 2003; Chenetal., 2008)，蓋層為中元古界熊耳群和中新元古界官道口群、欒川群等。其中熊耳群是一套中基性-中酸性的火山巖系，與下伏地層太華群呈角度不整合或斷層接觸，主要巖性為玄武巖、玄武安山巖、安山巖、英安巖和流紋巖等，形成年齡跨度大(2 400～1 400 Ma)(范宏瑞等， 1994； 胡受奚等， 1997； 任富根等， 2002； 陳衍景等， 2004； 趙太平， 2004; Wangetal., 2011)，是該區(qū)重要的賦礦層位。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造不發(fā)育，構(gòu)造以斷裂為主，近東西向、北東向、近南北向、北西向4組斷裂十分醒目，以前兩組為主，其中近東西向的區(qū)域性馬超營(yíng)斷裂是最重要的控巖控礦構(gòu)造(Hanetal., 2009; 賈玉杰等，2013)，次一級(jí)的北東向斷裂為成礦提供了有利的容礦空間，與金多金屬礦床的形成和分布有著極為密切的關(guān)系(張?jiān)竦龋?2006)。該區(qū)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，具有長(zhǎng)期性、多期性的特點(diǎn)(王衛(wèi)星等， 2010a， 2010b； Wangetal., 2012;吳發(fā)富等，2012)。其中新太古代巖漿活動(dòng)主要形成中基性-酸性火山巖及TTG巖系，中元古代熊耳期巖漿活動(dòng)以中基性-中酸性火山噴發(fā)為主要特點(diǎn)，燕山期大規(guī)模的酸性巖漿侵入最為顯著，是本區(qū)巖漿活動(dòng)的又一高峰，不但形成花山、五丈山、合峪等花崗巖基，還派生出眾多小型隱爆角礫巖筒、花崗閃長(zhǎng)巖株(脈)、花崗斑巖等(張宗清等，2006； 韓以貴，2007； 葉會(huì)壽等，2008； 郭波等，2009； 高昕宇等，2010； Maoetal., 2010; 肖娥等， 2012； 盧仁等， 2013)。

圖 1 豫西大地構(gòu)造簡(jiǎn)圖(a)(據(jù)龐振山等， 2006)和北嶺金礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)Fig.1 Tectonic sketch map of western Henan Province (a， after Pang Zhenshan et al., 2006) and geological map of the Beiling gold deposit (b)1—第四系； 2—官道口群龍家園組； 3—官道口群高山河組上段； 4—官道口群高山河組中段； 5—官道口群高山河組下段； 6—熊耳群馬家河組； 7—斷層； 8—含金構(gòu)造蝕變帶； 9—斷裂帶； 10—產(chǎn)狀1—Quaternary sediments; 2—Longjiayuan Formation of the Guandaokou Group; 3—upper Gaoshanhe Formation of the Guandaokou Group; 4—mid-dle Gaoshanhe Formation of the Guandaokou Group; 5—lower Gaoshanhe Formation of the Guandaokou Group; 6—Majiahe Formation of the Xiong’er Group; 7—fault; 8—auriferous structural altered zones; 9—fracture zone; 10—attitude

北嶺金礦位于熊耳山地區(qū)東南部，礦區(qū)出露地層主要有第四系、官道口群龍家園組和高山河組、熊耳群馬家河組(圖1b)。其中龍家園組巖性主要為硅質(zhì)條帶狀結(jié)晶白云巖，夾厚層狀結(jié)晶白云巖；高山河組分為上、中、下3段，上段巖性主要為石英砂巖和粘土巖互層，中段巖性主要為輝石粗面巖、粗面斑巖及蝕變安山巖，下段巖性主要為石英砂巖夾粘土巖；馬家河組巖性主要為(杏仁狀)安山巖、(杏仁狀)玄武安山巖、玄武粗安巖、粗安巖等，各巖石類型之間為整合接觸，為一套富鉀的火山熔巖。礦區(qū)地層整體呈單斜產(chǎn)出，傾向南西為主，其次為北西，傾角多在40°以下。礦區(qū)構(gòu)造以斷裂構(gòu)造為主，褶皺構(gòu)造僅在南部一帶見到一小型背斜。斷裂構(gòu)造比較復(fù)雜，大大小小共計(jì)50余條，分為近東西向、北西向、北東向及近南北向4組，并具有多期活動(dòng)特征；其中北西向斷裂構(gòu)造是主要的含礦構(gòu)造，規(guī)模最大的含金蝕變帶F881即由北西到南東貫穿全區(qū)。礦區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)主要為熊耳期的火山噴發(fā)，形成一套中基性火山熔巖。

2 巖石學(xué)特征

馬家河組是熊耳群的組成部分。熊耳群是華北克拉通南緣(豫西地區(qū))的第1蓋層，其分布范圍廣(橫跨豫、晉、陜3省)、厚度大(厚1 000～6 000 m，最厚可達(dá)8 000 m)，自下而上分為大古石組、許山組、雞蛋坪組和馬家河組(謝良鮮等， 2014)。其中只有大古石組為一套河湖相含礫砂巖、泥巖，其余皆以熔巖為主(趙太平等， 2002)。

北嶺一帶馬家河組變形變質(zhì)較弱，巖性主要為(杏仁狀)安山巖、(杏仁狀)玄武安山巖及玄武粗安巖、粗安巖等，主要巖性介紹如下：

玄武安山巖呈深灰綠色，無斑晶，具填間結(jié)構(gòu)(圖2a)，塊狀構(gòu)造。主要由斜長(zhǎng)石(80%±)、輝石(單斜輝石)(8%±)及火山玻璃(12%±)等組成。其中斜長(zhǎng)石呈板條狀，長(zhǎng)軸大小為0.3～1.4 mm，雜亂分布，其搭成的格架中充填褐色火山玻璃及輝石，形成填間結(jié)構(gòu)，少數(shù)斜長(zhǎng)石晶體被綠泥石及綠簾石交代；輝石多呈他形粒狀，大小為0.2～0.4 mm，部分呈纖柱狀，與粒狀輝石一起充填在斜長(zhǎng)石格架中，可見被綠泥石或綠簾石交代。

圖 2 馬家河組巖石鏡下照片F(xiàn)ig. 2 Microscopic images of the rocks in the Majiahe Formationa—玄武安山巖，具填間結(jié)構(gòu)(+)； b—杏仁狀安山巖，具交織結(jié)構(gòu)和杏仁狀構(gòu)造(+)； c—杏仁狀玄武安山巖，具填間結(jié)構(gòu)(+)； d—杏仁狀玄武安山巖的杏仁體中心為粒狀石英，中層為粒狀鈉長(zhǎng)石，外層為垂直杏仁壁生長(zhǎng)的綠泥石(+)； Q—石英； Pl—斜長(zhǎng)石； Px—輝石； Ab—鈉長(zhǎng)石； Ch—綠泥石a—intersertal texture in basaltic andesite (+); b—pilotaxitic texture and amygdaloidal structure in amygdaloidal andesite (+); c—intersertal texture in amygdaloidal basaltic andesite (+); d—granular quartz (core), granular albite (middle), chlorite (outer) of amygdaloid body in amygda-loidal basaltic andesite (+); Q—quartz; Pl—plagioclase; Px—pyroxene; Ab—albite; Ch—chlorite

杏仁狀安山巖呈綠色，無斑晶，具交織結(jié)構(gòu)，杏仁狀構(gòu)造(圖2b)。主要由斜長(zhǎng)石(85%±)、鐵質(zhì)礦物(3%±)及杏仁體(12%±)等組成。其中斜長(zhǎng)石多呈板條狀，長(zhǎng)軸大小為0.05～0.60 mm，半定向分布，形成交織結(jié)構(gòu)；鐵質(zhì)礦物主要為褐鐵礦及少量黃鐵礦；杏仁體呈不規(guī)則狀、次圓狀等，雜亂分布，大小為0.6～10 mm，多充填隱晶狀玉髓或玉髓與鉀長(zhǎng)石集合體，少數(shù)充填粒狀方解石及鐵質(zhì)礦物。

杏仁狀玄武安山巖呈深灰綠色，無斑晶，多數(shù)為填間結(jié)構(gòu)(圖2c)，個(gè)別為間隱結(jié)構(gòu)、間隱-填間結(jié)構(gòu)，杏仁狀構(gòu)造。巖石礦物成分主要為斜長(zhǎng)石(65%～75%)，其次為火山玻璃(10%～15%)和輝石(2%～7%)，杏仁體含量多為2%～3%，局部多者為10%～15%。其中斜長(zhǎng)石呈板條狀，長(zhǎng)軸大小為0.1～1.2 mm，雜亂分布，其搭成的格架中充填褐色火山玻璃及輝石，形成填間結(jié)構(gòu)，少數(shù)晶體被綠泥石、綠簾石或碳酸鹽礦物交代；輝石多呈半自形-他形粒狀，個(gè)別呈纖維狀，粒徑為0.05～0.50 mm，可見綠泥石或綠簾石交代。杏仁體呈不規(guī)則狀、次圓狀，大小不等，小者0.2～1.8 mm，大者4～12 mm，充填粒狀石英、方解石、鈉長(zhǎng)石、鱗片狀綠泥石、隱晶狀玉髓等，有的杏仁體中心為粒狀石英，中層為粒狀鈉長(zhǎng)石，外層為垂直于杏仁壁生長(zhǎng)的綠泥石(圖2d)。

3 樣品采集及分析測(cè)試

所有馬家河組研究樣品均采自北嶺金礦地下坑道內(nèi)的新鮮巖石，巖性包括玄武安山巖、杏仁狀安山巖、杏仁狀玄武安山巖等。采樣位置避開斷裂破碎帶、礦化蝕變帶、各類接觸帶等。首先磨制光薄片，根據(jù)鏡下觀察結(jié)果，選擇蝕變較弱、杏仁含量相對(duì)較少的7件代表性樣品進(jìn)行了全巖地球化學(xué)分析。

巖石全分析樣品經(jīng)無污染粉碎至200目后在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心進(jìn)行主量元素和微量元素分析。其中主量元素使用XRF法測(cè)試(二價(jià)和三價(jià)鐵使用化學(xué)法測(cè)定)，所用儀器為AxiosmAx 波長(zhǎng)色散X射線熒光光譜儀，工作溫度為23℃，相對(duì)濕度為34%，分析精度優(yōu)于5%；微量元素采用ICP-MS測(cè)試，所用儀器為NexION 300D等離子體質(zhì)譜儀，工作溫度為21°，相對(duì)濕度為32%，分析精度總體優(yōu)于5%。具體分析流程見相關(guān)文獻(xiàn)(Quetal., 2004)。

4 分析結(jié)果

馬家河組樣品的主量元素、微量元素分析測(cè)試結(jié)果見表1。

表 1 北嶺金礦區(qū)馬家河組安山巖的主量元素(wB/%)和微量元素(wB/10-6)分析數(shù)據(jù)Table 1 Major elements (wB/%)and trace elements(wB/10-6)of andesites in the Majiahe Formation

續(xù)表 1 Continued Table 1

4.1 主量元素地球化學(xué)

馬家河組安山巖樣品的SiO2含量為51.19%～53.61%，平均為52.36%，表現(xiàn)出基性-中性過渡的特點(diǎn)，可能反映了巖漿的噴溢過程比較緩慢且經(jīng)歷了一定程度的結(jié)晶分異(田陟賢等， 2016)；TiO2含量為1.40%～1.62%，平均為1.48%；Al2O3含量為12.85%～14.58%，平均為13.39%，低于典型島弧火山巖(17.1%～17.8%)(Hess, 1989; 王勤等， 2015)；MgO含量為2.24%～3.81%，平均為2.84%，Mg#值較小(29.85～40.14，平均為34.52)，遠(yuǎn)低于原生巖漿(68～75)(Wilson, 1989)，表明巖漿可能經(jīng)歷了一定程度的結(jié)晶分異(向坤鵬等， 2015)；FeO含量為4.50%～8.71%，平均為7.07%；TFe2O3含量為11.03%～13.31%，平均為12.46%；FeO/Fe2O3值為2.52～4.98，平均為4.21；P2O5含量為0.38%～0.45%，平均為0.41%；CaO含量為2.06%～4.35%，平均為3.26%，其值較低。馬家河組安山巖具有富堿的特征(Na2O+K2O=6.06%～7.93%，平均為6.94%)，其中Na2O含量為1.73%～2.33%，平均為2.03%，K2O含量為4.11%～6.16%，平均為4.91%，K2O/Na2O值為1.84～3.48，平均為2.47，顯示相對(duì)富鉀貧鈉的特征，這與前人關(guān)于熊耳群火山巖為高鉀的認(rèn)識(shí)一致(趙太平等，1995)。關(guān)于高鉀的原因，孫樞等(1981, 1985)認(rèn)為熊耳群形成于三叉裂谷構(gòu)造環(huán)境，熊耳群火山巖中的中基性和酸性巖石并不是同源巖漿分異的產(chǎn)物，中基性巖石是幔源巖漿受相對(duì)富堿質(zhì)(尤其是鉀)的殼源物質(zhì)的混合形成，而酸性巖石可能是大陸殼深熔產(chǎn)物；賈承造(1985)認(rèn)為熊耳群火山巖的K2O、Na2O含量演化趨勢(shì)和微量元素的不少特征類似于安第斯型活動(dòng)大陸邊緣，其K2O含量由南往北有升高的趨勢(shì)；楊憶(1990)認(rèn)為熊耳群火山巖在成巖后的某些地質(zhì)作用下巖石的堿總量及鉀堿比值有過增加；陳衍景等(1992)認(rèn)為較高的K2O可能是區(qū)域性K2O異常造成的，該區(qū)域結(jié)晶基底內(nèi)的火山巖K2O含量也明顯高于其他地區(qū)的同類巖石；趙太平等(1996， 1999， 2002， 2007)認(rèn)為同一地區(qū)隨地層層位升高K2O含量具有螺旋式漸進(jìn)上升的趨勢(shì)。

4.2 稀土元素和微量元素地球化學(xué)

馬家河組安山巖稀土元素總量(∑REE=154.60×10-6～200.60×10-6)相對(duì)較低，平均為183.09×10-6。輕、重稀土元素含量比值(LREE/HREE)為6.23～7.19，平均為6.62。(La/Yb)N為6.72～8.22，平均為7.31，表明輕稀土元素相對(duì)富集。(La/Sm)N為2.60～2.88，平均為2.73；(Gd/Yb)N為1.72～1.92，平均為1.81，表明輕稀土元素之間分餾程度相對(duì)較高，而重稀土元素之間分餾程度相對(duì)較低。δEu為0.83～1.02，平均為0.87，顯示具有弱的Eu負(fù)異常，表明巖漿發(fā)生了程度較弱的斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶作用。δCe為0.94～0.99，平均為0.96，顯示具有微弱的Ce負(fù)異常，表明巖石受后期蝕變或其他熱事件的改造作用很小(Polat and Hofmann, 2003)。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解(圖3a)上配分曲線向右下傾斜，并且基本平行，顯示同源巖漿演化的特征。

馬家河組安山巖的大離子親石元素(LILE)Rb的含量為96.3×10-6～222×10-6，平均為155.04×10-6；Sr的含量為288×10-6～664×10-6，平均為444.43×10-6；Ba的含量為739×10-6～3 086×10-6，平均為1 296×10-6。Rb/Sr值為0.15～0.59，平均為0.38，與地殼值(0.35)相當(dāng)而高于地幔值(0.034)(Taylor and McLennan, 1995)。高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)Nb的含量為7.17×10-6～13.2×10-6，平均為8.89×10-6，高于島弧拉斑玄武巖和洋脊拉斑玄武巖的Nb含量(分別為1.7×10-6～2.7×10-6和4.46×10-6)；Ta的含量為0.39×10-6～0.50×10-6，平均為0.44×10-6，同樣高于島弧拉斑玄武巖和洋脊拉斑玄武巖的Ta含量(分別為0.10×10-6～0.18×10-6和0.29×10-6)(轉(zhuǎn)引自田陟賢等， 2013， 2016)；Zr的含量為50.5×10-6～85.5×10-6，平均為67.9×10-6,其值與鈣堿性玄武巖(71×10-6)相當(dāng)，高于島弧拉斑玄武巖(40×10-6)；Hf的含量為2.01×10-6～3.28×10-6，平均為2.63×10-6，同樣與鈣堿性玄武巖(2.23×10-6)相當(dāng)而高于島弧拉斑玄武巖(1.17×10-6)。Nb/Ta值為17.62～28.27，平均為19.97，除去1個(gè)高值(樣品590-9的28.27)外，平均值為18.58，遠(yuǎn)高于大陸地殼(13)，與原始地幔的Nb/Ta值相當(dāng)(17)(Taylor and McLennan, 1985; Sun and McDonough, 1989)。Zr/Hf值為23.89～26.91，平均為25.67，高于大陸地殼(11)而低于原始地幔(36)(Taylor and McLennan, 1985; Sun and McDonough, 1989)。相容元素Cr的含量為116×10-6～129×10-6，平均為122.7×10-6；Ni的含量為28.8×10-6～35.9×10-6，平均為32.2×10-6。Cr和Ni的含量均遠(yuǎn)低于原生巖漿 (Cr含量為300×10-6～500×10-6, Ni含量為300×10-6～400×10-6)，代表巖漿為演化巖漿，可能經(jīng)歷了橄欖石和單斜輝石的分離結(jié)晶(向坤鵬等， 2015)。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解(圖3b)上，馬家河組安山巖呈現(xiàn)出富集U、K、Pb、Nd等大離子親石元素(LILE)而虧損Th、Nb、Ta、Ce、Zr、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)的特征。與稀土元素配分曲線一樣，馬家河組安山巖樣品在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖上的形態(tài)特征基本一致，表明其為同源巖漿演化的產(chǎn)物。

圖 3 馬家河組安山巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解(a， 標(biāo)準(zhǔn)值據(jù)Boynton, 1984)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解(b， 標(biāo)準(zhǔn)值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig. 3 Chondrite-normalized REE patterns (a) (normalization values after Boynton, 1984) and primitive mantle-normalized trace element patterns (b) ( normalization values after Sun and McDonough, 1989) of andesites in the Majiahe Formation

5 討論

5.1 巖石成因

正如上文所述，馬家河組安山巖樣品具有相似的微量元素、稀土元素特征，表明其為同源巖漿演化的產(chǎn)物。安山巖根據(jù)物源可分為幔源、殼?；煸础ぴ吹?種類型(吳華英等， 2008)。雖然缺乏詳細(xì)的Sr-Nd或Hf同位素?cái)?shù)據(jù)，對(duì)準(zhǔn)確限制馬家河組安山巖的巖石成因等帶來一定影響。但馬家河組安山巖主量元素上具有較低的SiO2含量(51.19%～53.61%，平均為52.36%)，顯示出幔源巖石的成分特征(王冠等， 2017)；Nb/Ta值除樣品590-9(28.27)外平均為18.58，與原始地幔(17)相當(dāng)，遠(yuǎn)高于大陸地殼(13)，可能反映了其幔源成因；Nd/Th值為19.50～24.07，平均為22.79，遠(yuǎn)高于殼源巖石(約為3)而與幔源巖石(大于15)相當(dāng)(Beaetal., 2001)；Th/Nb值為0.13～0.22，平均為0.20，略高于原始地幔(0.12)而不同于陸殼(0.44)(牛賀才等， 2009)。在Nb-Zr圖解(Gengetal., 2011)上，馬家河組安山巖投在過渡型地幔及其附近(圖4)。綜合微量、稀土元素特征，認(rèn)為馬家河組安山巖為幔源。已有研究顯示，鎂鐵質(zhì)巖石一般起源于軟流圈地?；驇r石圈地幔，區(qū)別在于起源于軟流圈地幔的巖石相對(duì)原始地幔往往富集大離子親石元素和高場(chǎng)強(qiáng)元素，而起源于巖石圈地幔的巖石往往富集大離子親石元素和輕稀土元素，相對(duì)虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(Sklyarovetal., 2003; Zhao and Zhou, 2007)。馬家河組安山巖在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解(圖3b)上呈現(xiàn)出富集U、K、Pb、Nd等大離子親石元素(LILE)而虧損Th、Nb、Ta、Ce、Zr、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)的特征，顯示源區(qū)應(yīng)為巖石圈地幔?？紤]到馬家河組安山巖的Zr/Hf值為23.89～26.91，平均為25.67，低于原始地幔(36)而遠(yuǎn)高于大陸地殼(11)(Taylor and McLennan, 1985; Sun and McDonough, 1989)，表明有陸殼物質(zhì)的加入。負(fù)Nb異常亦指示可能有地殼物質(zhì)參與了巖漿過程(Rollison, 1993)。但其La/Nb值為2.83～4.37，平均為3.82，遠(yuǎn)低于典型陸殼巖石(大于12)(轉(zhuǎn)引自吳玉峰等， 2016)，表明陸殼物質(zhì)的混染作用不明顯。La/Sm值(4.13～4.58)均低于5，同樣表明地殼物質(zhì)混染不明顯(Lassiter and DePaolo, 1997)。趙太平等(2002)通過對(duì)比熊耳群及下伏結(jié)晶基底的Nd同位素組成，認(rèn)為熊耳群火山巖的地殼混染發(fā)生在巖漿源區(qū)，且混染作用影響不大，其地球化學(xué)特征是地幔源區(qū)性質(zhì)的反映。

圖 4 馬家河組安山巖Nb-Zr圖解(底圖據(jù)Geng et al., 2011)Fig.4 Nb-Zr diagram of andesites in the Majiahe Formation (after Geng et al., 2011)

馬家河組安山巖的Mg#值以及相容元素Cr、Ni的含量均低于原生巖漿的范圍，表明巖漿可能為經(jīng)歷了結(jié)晶分異的演化巖漿。La/Sm值隨La含量的變化情況可以示蹤巖漿中微量元素的變化是受控于部分熔融還是結(jié)晶分異(趙振華， 1997)。馬家河組安山巖樣品的La/Sm值為4.13～4.58，平均為4.34，基本不隨La含量變化，在La/Sm-La圖解(圖5a)上大致呈一條水平線，表明結(jié)晶分異是主要的控制因素。δEu為0.83～1.02，平均為0.87，顯示弱的Eu負(fù)異常，表明巖漿發(fā)生了程度較弱的斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶作用。在Ni-Cr圖解(圖5b)上，馬家河組安山巖呈現(xiàn)單斜輝石的分離結(jié)晶趨勢(shì)，表明巖漿可能亦發(fā)生了單斜輝石的分離結(jié)晶作用。

根據(jù)以上地球化學(xué)特征，本文認(rèn)為馬家河組安山巖具有幔源巖漿的特征，并且其幔源區(qū)有陸殼物質(zhì)的一定混染，在巖漿演化過程中經(jīng)歷了單斜輝石、斜長(zhǎng)石等的分離結(jié)晶作用。

5.2 構(gòu)造環(huán)境

關(guān)于熊耳群形成的構(gòu)造環(huán)境，目前主要有以下認(rèn)識(shí)：一種是形成于裂谷環(huán)境，甚至代表大陸裂解過程(孫樞等， 1985； 楊憶， 1990； Zhaoetal., 2002； 謝良鮮等， 2014)；一種是形成于活動(dòng)大陸邊緣(河南省地質(zhì)局地質(zhì)研究所和長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院火山巖研究組， 1976； 賈承造等， 1988； 胡受奚等， 1988)；活動(dòng)大陸邊緣弧與裂谷并存(陳衍景等， 1992)。

馬家河組安山巖高堿(全堿含量為6.06%～7.93%，平均為6.94%)，特別是富鉀(K2O含量為4.11%～6.16%，平均為4.91%)，這可能暗示其為板內(nèi)熔巖(吳國(guó)干等， 2005)。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解中，自Ce至Lu各元素的含量下降很快，表現(xiàn)出裂谷火山巖的特征(李歡等， 2012)。馬家河組安山巖富集U、K、Pb、Nd等大離子親石元素(LILE)而虧損Th、Nb、Ta、Ce、Zr、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)，這是島弧巖漿作用的典型地球化學(xué)特征(陳越等， 2010)。但經(jīng)歷陸殼混染的板內(nèi)巖漿巖也可以具有上述特征(馬家河組安山巖的陸殼混染作用影響并不大)，這是因?yàn)榇箨懙臋M向增生主要是通過板塊匯聚邊緣的巖漿活動(dòng)和島弧碰撞來進(jìn)行的，故島弧巖漿和大陸地殼物質(zhì)地球化學(xué)特征相似(Plank, 2005)。源區(qū)保留有俯沖組分的大陸裂谷火山巖同樣也可以產(chǎn)生上述地球化學(xué)特征(趙太平等，2007)。馬家河組安山巖輕重稀土元素分餾明顯，其(La/Yb)N為6.72～8.22，平均為7.31，在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解上向右下傾斜，這種較高分異度的稀土元素特征不但不同于輕稀土元素虧損的洋中脊玄武巖，也不同于平坦型或弱分異的島弧型拉斑玄武巖，而與一些大陸裂谷火山巖的特征比較形似(徐勇航等， 2007)。馬家河組安山巖在Th/Ta-La/Yb圖解上投在大陸溢流玄武巖區(qū)域(圖6a)，在Nb/U-Nb圖解上投在大陸玄武巖區(qū)域(圖6b)，在Ti-Zr圖解上投在板內(nèi)玄武巖(圖6c)，在Cr-Y圖解上投在洋中脊玄武巖與板內(nèi)玄武巖的共同區(qū)域(圖6d)。河南省地質(zhì)科學(xué)研究所(1992)[注]河南省地質(zhì)科學(xué)研究所. 1992. 熊耳群地質(zhì)環(huán)境演化及含礦性研究(報(bào)告). 1～196.通過研究馬家河組沉積夾層的稀土元素和微量元素特征，認(rèn)為熊耳群沉積巖的形成構(gòu)造背景為被動(dòng)大陸邊緣。結(jié)合以上特征，筆者認(rèn)為馬家河組安山巖形成于拉張的大陸裂谷環(huán)境。

圖 5 馬家河組安山巖La/Sm-La圖解(a， 底圖據(jù)Treuil and Joron, 1975)、Ni-Cr圖解(b， 底圖轉(zhuǎn)引自王蘇珊等， 2017)Fig. 5 La/Sm-La (a, after Treuil and Joron, 1975) and Ni-Cr (b, after Wang Sushan et al., 2017) diagrams of andesites in the Majiahe Formation

圖 6 馬家河組安山巖Th/Ta-La/Yb(a， Condie, 1997)、Nb/U-Nb(b， Le Roex et al., 1989)、Ti-Zr(c， Pearce et al., 1981;Pearce, 1982)、Cr-Y(d， Pearce et al., 1981; Pearce, 1982)圖解Fig. 6 Th/Ta-La/Yb (a, after Condie, 1997), Nb/U-Nb (b, after Le Roex et al., 1989), Ti-Zr (c, after Pearce et al., 1981; Pearce, 1982) and Cr-Y (d, after Pearce et al., 1981; Pearce, 1982) diagrams of andesites in the Majiahe Formation

趙太平等(2001)討論了熊耳群的形成時(shí)代，認(rèn)為熊耳期巖漿活動(dòng)的時(shí)限大致為1.95～1.75 Ga，而不是1.85～1.40 Ga。He等(2009)對(duì)崤山地區(qū)馬家河組下部安山巖進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年，獲得的年齡為1 778±6.5 Ma。崔敏利等(2010)選擇崤山地區(qū)侵入到馬家河組上部的石英閃長(zhǎng)巖和花崗斑巖進(jìn)行測(cè)年工作，其中挑選石英閃長(zhǎng)巖中的斜鋯石和鋯石分別進(jìn)行了SIMS U-Pb定年，結(jié)果分別為1 789±3.5 Ma和1 778±12 Ma，花崗斑巖中的鋯石SIMS U-Pb定年結(jié)果為1 786.4±7.7 Ma，據(jù)此提出熊耳群火山巖形成時(shí)限為1 800～1 770 Ma，主體作用于1 780 Ma。整體來看，熊耳群火山巖的巖漿活動(dòng)持續(xù)時(shí)間并不是很長(zhǎng)，可能開始于1.95 Ga左右，這時(shí)的火山活動(dòng)中心可能在豫西熊耳山地區(qū)。1.85～1.70 Ga華北克拉通處于伸展和裂解時(shí)期(邵濟(jì)安等， 2002)，形成以崤山為中心，分別向西、東、北3個(gè)方向發(fā)展的三叉裂谷系。裂解早期形成熊耳群底部大古石組河湖相沉積巖，隨著裂解活動(dòng)的加強(qiáng)逐漸進(jìn)入巖漿噴溢階段，形成克拉通南緣巨厚的熊耳群火山巖。馬家河組安山巖即是該時(shí)期的產(chǎn)物。

6 結(jié)論

(1) 馬家河組安山巖具有高堿、尤其富鉀的地球化學(xué)特征，巖石富集U、K、Pb、Nd等大離子親石元素(LILE)，虧損Th、Nb、Ta、Ce、Zr、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)，在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解上呈右傾型。

(2) 馬家河組安山巖具有幔源巖漿的特征，其源區(qū)可能受俯沖組分的改造。巖漿演化過程中經(jīng)歷了單斜輝石、斜長(zhǎng)石等的分離結(jié)晶。

(3) 馬家河組安山巖形成于拉張背景下的大陸裂谷環(huán)境，可能與華北克拉通的伸展、裂解事件有關(guān)。

致謝野外工作期間得到了潭頭金礦相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員的大力支持，數(shù)據(jù)測(cè)試期間核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心老師給予了很多幫助，審稿專家提出非常中肯的修改意見，在此一并表示衷心感謝。