辽东砖庙硼矿含硼岩系富镁大理岩地球化学特征及其成因

现󰀁代󰀁地󰀁质

GEOSCIENCE

Vol󰀁24󰀁No󰀁1

Feb󰀁2010

辽东砖庙硼矿含硼岩系富镁大理岩

地球化学特征及其成因

张艳飞,刘敬党,杨子荣

(1󰀁辽宁工程技术大学资源与环境工程学院,辽宁阜新󰀁123000;

1,2

1,2

1

2󰀁辽宁省化工地质勘查院,辽宁锦州󰀁121000)

摘要:富镁大理岩是辽东砖庙硼矿的主要容矿岩石。对该区富镁大理岩的岩石特征、全岩化学、稀土元素、微量元素和C、O同位素地球化学进行了测试分析。结果表明本区富镁大理岩具有岩浆碳酸岩的特征:主量元素具富镁高硅的特点;微量元素中B、F、Rb、Cs、Th和U含量较高,V、Cr、Co、Ni等相对较低,高场强元素相关比值与岩浆碳酸岩相似;稀土元素含量偏低,分配型式略显右倾,与后仙峪镁橄榄岩的稀土配分型式一致;C、O同位素含量较世界各地岩浆碳酸岩偏高。分析认为,

1813

辽东砖庙硼矿富镁大理岩的形成可能与地壳物质混染有关,󰀁O-󰀁C相关图解显示其为海相原生碳酸岩。

关键词:富镁大理岩;含硼岩系;岩浆碳酸岩;辽东砖庙硼矿区中图分类号:

P588󰀁31+3󰀁󰀁󰀁󰀁文献标志码:A󰀁󰀁󰀁󰀁文章编号:1000-8527(2010)01-0166-09

GeochemicalCharacteristicsandGenesisofMg󰀂richMarbles

oftheZhuanmiaoBorateOreDistrictinEasternLiaoning

ZHANGYan󰀂fei,LIUJing󰀂dang,YANGZi󰀂rong

1,2

1,2

1

(1󰀁CollegeofResourceandEnvironmentEngineering,LiaoningTechnicalUniversity,Fuxin,Liaoning󰀁123000,China;

2󰀁LiaoningGeologicalSurveyforChemicalIndustry,Jinzhou,Liaoning󰀁121000,China)

Abstract:Mg󰀂richmarbleisthemainlyhostrockofboratedepositinZhuanmiaoborateoredistrictinEasternLiaoning.Thepetrologicfeatures,

chemistryofthewholerock,REEandtraceelements,andC,Oisotope

geochemistriesofMg󰀂richmarblearestudiedinthispaper.TheresultsshowthatMg󰀂richmarblehasthechar󰀂

acteristicsofmagmaticcarbonatite:themajorelementsindicatethattherockisrichinMgandS.iWithrela󰀂tivelyhightraceelementscontentsofB,F,Rb,Cs,Th,UandcomparativelylowcontentsofV,Cr,Co,N,iHFSE,therelatedratiosaresimilartothoseofmagmaticcarbonatite.ThecontentsofREEarerelativelylow,showingaLREE󰀂richpatterninthefigureofchondrite󰀂normalizedREE󰀂pattern,andinconcordancewithultra󰀂maficperidotiteinHouxianyu.Carbonandoxygenisotopiccompositionsofwhole󰀂rocksamplesliewithinrangesof-2󰀁6󰀂to+5󰀁59󰀂for󰀁Cand12󰀁91󰀂to20󰀁95󰀂for󰀁O󰀁The󰀁Cand󰀁OvaluesofMg󰀂richmarblefallonthezoneofprimaryandmarinecarbonatiteinthediagramof󰀁O-󰀁C󰀁Thecontentsofcarbonandoxygenisotopearehigherthanthoseofmagmaticcarbonatiteallovertheworld,whichmaybeconcernedwiththecontaminationofcrustalmaterials.Keywords:Mg󰀂richmarble;B󰀂bearingrock;magmaticcarbonatite;ZhuanmiaoborateoredistrictinEasternLiaoning

18

13

13

18

13

18

0󰀁引󰀁言

含硼岩系富镁大理岩包括白云质大理岩和菱

󰀁󰀁收稿日期:

2009󰀂03󰀂20;改回日期:

镁大理岩,一般认为富镁大理岩是辽东硼矿的主

要含矿岩石,但是对这种岩石的系统研究却非常少。近几年的研究

[1-6]

发现,辽东硼矿区富镁大

2009󰀂11󰀂01;责任编辑:戚开静。

󰀁󰀁基金项目:国家自然科学基金项目(40073013);辽宁省国土资源厅基金项目(2005)。

󰀁󰀁作者简介:张艳飞,男,博士研究生,1982年出生,矿床学专业,主要从事矿床地质及地球化学研究。

Emai:lzhangyanfei1234@163󰀁com。

󰀁

第1期张艳飞等:辽东砖庙硼矿含硼岩系富镁大理岩地球化学特征及其成因167

理岩是二人沟、栾家沟和花园沟等硼矿床的容矿岩石,分布有局限性,主要分布在宽甸砖庙地区,少量分布在大石桥、凤城翁泉沟地区。本区富镁大理岩与同一硼矿成矿带上的大石桥后仙峪镁橄榄岩及凤城翁泉沟橄榄玄武岩位于同一地层,而不同矿段的岩性又有所不同。二人沟矿段主要为

(图1)。

砖庙硼矿区古元古界含硼岩系由下至上划分为3个岩段

[7]

:(1)条痕状混合岩段(Br2),相当

于区域上的硼硅酸盐岩组,岩石类型单一,为混合质磁铁微斜(二长)浅粒岩夹斜长角闪岩,构成背斜核部;(2)含硼岩段(Br3),属区域上的铁镁

菱镁大理岩,栾家沟和花园沟矿段主要为白云质硼酸盐岩组,蛇纹石化富镁大理岩主要产于该段,大理岩,呈现连续性较差、胀缩较明显的透镜状、其顶板多为斜长角闪岩,底板多与电气微斜变粒似层状。岩直接接触,其原岩为中酸性火山沉积岩及富镁

对于富镁大理岩的成因存在不同的认识。辽宁地质矿产局张景山等等

[2]

[1]

质碳酸盐岩石;(3)浅粒岩段(Br4),属区域上的

1986年、XuehuiXia层状混合岩组,主要由各种浅粒岩组成。

2005年认为本区富镁大理岩为海相沉积成因;

[3]

张秋生1988年认为富镁大理岩为沉积碳酸盐岩;

[4]

2󰀁富镁大理岩岩石学特征

王仲会等1991年认为富镁大理岩可能是喷气沉

[5]

含硼岩系的富镁大理岩在平面上呈近东西向层状分布,厚度不等(图1),因受北北东向断裂切割,有较大错移。

岩石呈灰白 淡绿色,中粗粒花岗变晶结构(图2(a)),主要为块状构造、中厚层状构造,局部有条带状构造、碎裂状构造(图2(b)),偶尔可见火山碎屑构造(图2(c))。主要矿物为方解石、白云石和菱镁矿,它们的含量达90%以上,其次还有镁橄榄石、金云母、透闪石、粒硅镁石、蛇纹石、硼镁石和遂安石等。岩石中常见大量的橄榄岩残留体(图2(d)),边缘可见富镁大理岩交代橄榄岩现象(图2(e)),说明大理岩系岩浆成因。在蚀变较弱的地区可见大理岩中有大量镁橄榄石(图2(f)),但橄榄石均发生蛇纹石化,又继而被碳酸岩矿物所交

积形成;邹日1993年认为富镁大理岩具有岩浆

[6]

碳酸岩特征;黄作良等1999年认为是海相碳酸

盐岩经区域变质的产物。本文在结合前人研究基础上,根据野外岩性产状、岩石学、稀土和微量元素及碳氧同位素地球化学方面的研究,系统分析了富镁大理岩的成因。

1󰀁区域地质背景

辽东砖庙硼矿地处中朝准地台胶辽台隆北段东部,即华北地台辽东台背斜营口 宽甸古隆起的东部,为我国重要的特大型硼矿集中区。该区以大面积前寒武纪变质地层的发育为特征,经历了多期次的变质变形改造,具有十分复杂的构造形态,多形成近东西向的线性紧密复式背、向斜

图1󰀁砖庙硼矿地质简图(据刘敬党[7],2005)

Fig󰀁1󰀁GeologicalsketchmapoftheZhuanmiaoboratedeposit(AfterLiuJingdang[7],2005)

1󰀁矿段范围;6󰀁第四系;

2󰀁含硼岩系富硼硅酸盐岩;

3󰀁含硼岩系铁镁硼酸盐岩;4󰀁含硼岩系层状混合杂岩组;5󰀁盖层岩系;

7󰀁硼矿体露头;8󰀁断层及断层编号

168现󰀁代󰀁地󰀁质2010年󰀁

图2󰀁砖庙硼矿富镁大理岩岩石学特征

Fig󰀁2󰀁CharacteristicsofMg󰀂richmarbleoftheZhuanmiaoboratedeposit

(a)栾家沟菱镁矿大理岩;大理岩的橄榄岩包体;

(b)栾家沟硼矿碎裂状大理岩;

(c)冯家堡硼矿富镁大理岩中的火山角砾;

(d)栾家沟硼矿菱镁矿

(g)

(e)二人沟硼矿菱镁矿交代蛇纹石化的橄榄岩;

(f)花园沟硼矿菱镁矿大理岩中的镁橄榄石颗粒;

二人沟硼矿菱镁矿大理岩中的蛇纹石;(h)二人沟硼矿蛇纹石化富镁大理岩

󰀁

第1期张艳飞等:辽东砖庙硼矿含硼岩系富镁大理岩地球化学特征及其成因169

代(图2(g))。富镁大理岩主要产在含硼岩段的上部,黑云斜长变粒岩层和电气斜长变粒岩层之间,或呈透镜状或似层状分布,蛇纹石化蚀变较普遍(图2(h))。

w(SiO2)为0󰀁97%~17󰀁82%,与杂质成分含量无相关性。

富镁大理岩的w(K2O)/w(Na2O)比值为0󰀁06~0󰀁51之间,w(Al2O3)/w(K2O+Na2O)比值为0󰀁38~3󰀁88之间,w(Al2O3)/w(Na2O)比值为0󰀁4~38󰀁7,以上数据与刘铁庚

[8]

3󰀁岩石地球化学特征

1988年确定的岩浆

砖庙硼矿富镁大理岩中主要矿物为方解石、白碳酸岩鉴别特征十分相似,所以推测本区富镁大

云石和菱镁矿,化学成分复杂且变化较大,以MgO理岩为岩浆碳酸岩。和CaO为主(表1),w(B2O3)为1󰀁835%~32󰀁228%,其他氧化物含量较低。其中w(MgO)+w(CaO)为45󰀁69%~56󰀁59%,w(CaO)/w(MgO)比值较低(0󰀁009~0󰀁767)。其他成分含量也很少,样品中除了个别w(Al2O3)和w(TFe2O3)大于1%,

笔者把砖庙硼矿区富镁大理岩与乌干达碳酸熔岩、我国湖北庙垭方解石碳酸岩以及西格陵兰

白云石碳酸岩(表2)进行了对比,发现其与我国湖北庙垭方解石碳酸岩、西格陵兰白云石碳酸岩化学组成基本相似,不同的是,本区富镁大理岩

大部分氧化物的含量都小于1%,w(TiO2)、SiO2含量稍高,CaO明显偏低,MgO则明显富w(MnO)分别为0󰀁01%和0󰀁021%~0󰀁433%,这集,可能是本区富镁大理岩包裹超镁橄榄岩或者些杂质成分的低含量意味着岩石中碎屑成分很少。蛇纹岩的缘故。

表1󰀁砖庙硼矿富镁大理岩岩石化学成分(wB/%)

Table1󰀁MajorelementcontentsofMg󰀂richmarblesintheZhuanmiaoboratedistrict(%)

样号HY09HY13HY19RR01RR02RR06RR10RR17RR19RR20

SiO22󰀁150󰀁979󰀁685󰀁407󰀁777󰀁712󰀁6616󰀁283󰀁8117󰀁82

AlO231󰀁761󰀁160󰀁060󰀁750󰀁150󰀁110󰀁030󰀁110󰀁030󰀁04

Fe2O32󰀁0󰀁480󰀁260󰀁610󰀁140󰀁060󰀁370󰀁060󰀁850󰀁04

FeO2󰀁172󰀁570󰀁210󰀁790󰀁250󰀁510󰀁360󰀁131󰀁000󰀁11

MgO45󰀁3055󰀁75

CaO0󰀁390󰀁84

Na2O0󰀁050󰀁030󰀁140󰀁180󰀁090󰀁080󰀁080󰀁100󰀁070󰀁06

K2O0󰀁020󰀁150󰀁010󰀁010󰀁010󰀁020󰀁010󰀁010󰀁010󰀁01

MnO0󰀁2430󰀁4330󰀁1030󰀁1090󰀁0550󰀁0980󰀁0800󰀁0420󰀁0970󰀁021

P2O50󰀁0120󰀁0690󰀁0210󰀁0010󰀁0110󰀁0150󰀁0110󰀁0420󰀁0150󰀁021

TiO20󰀁010󰀁000󰀁010󰀁010󰀁010󰀁000󰀁000󰀁020󰀁010󰀁01

B2O332󰀁11232󰀁2281󰀁8352󰀁47212󰀁09424󰀁8383󰀁7282󰀁5149󰀁0161󰀁901

H2O+12󰀁114󰀁172󰀁071󰀁284󰀁415󰀁680󰀁514󰀁850󰀁314󰀁16

CO20󰀁100󰀁5734󰀁3940󰀁9526󰀁806󰀁42󰀁8828󰀁6534󰀁2626󰀁69

总计99󰀁3199󰀁4299󰀁6099󰀁5099󰀁8499󰀁4099󰀁4099󰀁3599󰀁3199󰀁41

28󰀁7522󰀁05󰀁8545󰀁7048󰀁1545󰀁7743󰀁8544󰀁14󰀁06

1󰀁102󰀁365󰀁492󰀁902󰀁705󰀁654󰀁46

󰀁󰀁注:数据由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所分析。

表2󰀁砖庙硼矿富镁大理岩与其他碳酸岩化学成分对比(wB/%)

Table2󰀁ComparisonofmajorelementsofMg󰀂richmarbleswiththatofothercarbonatitesintheZhuanmiaoborate

district(%)

󰀁岩石矿物乌干达碳酸熔岩[9]湖北庙垭幔源方解石碳酸岩[10]西格陵兰白云石碳酸岩[11]本区富镁大理岩

2󰀁059󰀁06

0󰀁080󰀁01

0󰀁330󰀁17

1󰀁860󰀁33

4󰀁680󰀁41

0󰀁410󰀁07

15󰀁5342󰀁59

28󰀁975󰀁

0󰀁260󰀁10

0󰀁080󰀁01

3󰀁590󰀁02

40󰀁433󰀁52

SiO212󰀁992󰀁41

TiO21󰀁740󰀁18

Al2O33󰀁030󰀁69

Fe2O37󰀁931󰀁12

FeO4󰀁440󰀁80

MnO0󰀁400󰀁43

MgO8󰀁550󰀁66

CaO35󰀁9750󰀁11

Na2O0󰀁730󰀁19

K2O0󰀁470󰀁30

P2O53󰀁011󰀁86

CO235󰀁1039󰀁21

󰀁󰀁注:样品由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所分析。

170现󰀁代󰀁地󰀁质2010年󰀁

4󰀁微量元素特征

砖庙硼矿富镁大理岩的微量元素含量(表3)除B、F显著富集并明显高于地幔岩石外,几乎所有的大离子亲石元素、高场强元素和过渡元素都发生显著的亏损。这些微量元素的亏损程度不同(图3):大离子亲石元素Sr、Ba以及高场强元素Nb、Ta、Zr、H、fTh亏损相对较弱,过渡形,与基性火山岩相似。典型岩浆碳酸岩一般富集Sr、Ba等大离子亲石元素,而本区富镁大理岩相对亏损Sr、Ba等元素,这可能是因为本区富镁大理岩形成时的温度较低造成的。根据E󰀁W󰀁Heinrich等的研究表明,方解石在低温时捕获的Sr含量较高温条件下少,而且Sr在岩浆晚期阶段较贫,至于Ba虽然亏损,但是变化一般不大。

富镁大理岩中U、Th分布及其w(Th)/w(U)比值与正常沉积碳酸盐岩不同,沉积碳酸盐岩一般富U贫Th,w(Th)/w(U)#1,而富镁大理岩恰

[11-12]

恰相反,绝大多数贫U富Th,w(Th)/w(U)一般为1󰀁03~6󰀁9>1,例如西格陵兰萨法托克白云石碳酸岩的w(Th)/w(U)为1~550。此外富镁大

理岩中w(Nb) w(Ta),w(Zr)/w(Hf)为27󰀁9~80󰀁0,亦体现岩浆碳酸岩的特征。

[13]

5󰀁富镁大理岩稀土元素特征

富镁大理岩稀土总量总体上明显低于地

[14]

元素Ti、V、Cr、Co、Ni则亏损较大,呈!W∀壳,也明显低于内蒙地轴下元古界大理岩,具

有明显的亏损特点。随时间演化,富镁大理岩稀土元素总量有显著递减的演化趋势(图4)。

由表4可以看出,稀土元素总量比较低,为(3󰀁337~32󰀁86)∃10,平均为12󰀁88∃10,仅为世界典型碳酸岩的1/1000。其中轻稀土元素总

-6

量为(1󰀁931~25󰀁61)∃10,平均为9󰀁249∃10,重稀土总量为(1󰀁35~7󰀁53)∃10,平均为3󰀁63∃10,w(LREE)/w(HREE)比值平均为2󰀁54;w(Sm)/w(Nd)比值为0󰀁13~0󰀁24,平均为0󰀁20,小于球粒陨石的0󰀁333

[16]

-6

-6

-6

-6

-6

,具有轻稀土略

微右倾的稀土配分型式(图4),属于LREE轻度富

表3󰀁砖庙硼矿富镁大理岩微量元素含量

Table3󰀁TraceelementcontentsofMg󰀂richmarblesintheZhuanmiaoboratedistrict

样号HY09HY13HY19RR01RR02RR06RR10RR17RR19RR20样号HY09HY13HY19RR01RR02RR06RR10RR17RR19RR20

Li0󰀁30󰀁81󰀁91󰀁31󰀁72󰀁00󰀁52󰀁00󰀁92󰀁8Rb4󰀁610󰀁52󰀁02󰀁32󰀁92󰀁32󰀁72󰀁82󰀁42󰀁3

Be0󰀁140󰀁110󰀁060󰀁160󰀁030󰀁090󰀁030󰀁080󰀁090󰀁18Sr7󰀁615󰀁7104󰀁510󰀁219󰀁297󰀁822󰀁325󰀁129󰀁032󰀁0

B88345952385535702334021705711018073592587255Zr12󰀁87󰀁44󰀁05󰀁66󰀁45󰀁65󰀁54󰀁86󰀁25󰀁3

F388148810562101472207072541904Nb1󰀁21󰀁30󰀁91󰀁31󰀁31󰀁31󰀁02󰀁31󰀁31󰀁4

Cl1534785132801431937912193Cd11182737216728415239

Sc0󰀁310󰀁460󰀁240󰀁850󰀁210󰀁420󰀁181󰀁30󰀁550󰀁25Sn0󰀁240󰀁090󰀁180󰀁210󰀁260󰀁320󰀁210󰀁310󰀁240󰀁28

Ti31241539501291143148Cs0󰀁350󰀁650󰀁230󰀁260󰀁240󰀁260󰀁230󰀁270󰀁230󰀁25

V<57<5<5<5<5<5<5<5<5Ba<5<5<5<5<5<5<5<5<5<5

Cr1517121511101412138Hf0󰀁430󰀁170󰀁070󰀁070󰀁220󰀁160󰀁140󰀁110󰀁190󰀁19

Co8󰀁19󰀁33󰀁84󰀁42󰀁43󰀁52󰀁74󰀁35󰀁01󰀁3Ta0󰀁120󰀁130󰀁040󰀁110󰀁100󰀁130󰀁120󰀁250󰀁130󰀁14

Ni2󰀁22󰀁35󰀁12󰀁12󰀁33󰀁32󰀁43󰀁33󰀁43󰀁1Th3󰀁804󰀁390󰀁100󰀁550󰀁190󰀁190󰀁160󰀁230󰀁190󰀁15

Ga0󰀁80󰀁60󰀁40󰀁80󰀁30󰀁30󰀁30󰀁50󰀁30󰀁3U3󰀁844󰀁260󰀁150󰀁080󰀁090󰀁140󰀁050󰀁070󰀁060󰀁05

󰀁󰀁注:数据由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所分析,2005;Cd含量单位为10-9,其余元素含量单位为10-6。

󰀁

第1期张艳飞等:辽东砖庙硼矿含硼岩系富镁大理岩地球化学特征及其成因

表4󰀁砖庙硼矿富镁大理岩稀土元素含量(wB/10-6)

Table4󰀁REEcompositionofMg󰀂richmarblesintheZhuanmiaoboratedeposit(10-6)

171

样号LaCePrNdSm0󰀁920󰀁931󰀁100󰀁150󰀁120󰀁280󰀁150󰀁180󰀁150󰀁170󰀁41

Eu0󰀁07400󰀁10410󰀁11570󰀁03140󰀁02760󰀁06810󰀁03740󰀁03810󰀁04020󰀁04480󰀁0581

Gd0󰀁87020󰀁76721󰀁01000󰀁11750󰀁10660󰀁26100󰀁16230󰀁16700󰀁17510󰀁16550󰀁3802

Tb0󰀁150󰀁110󰀁160󰀁020󰀁020󰀁050󰀁030󰀁030󰀁030󰀁030󰀁06

Dy0󰀁94320󰀁70681󰀁00300󰀁13460󰀁13620󰀁33660󰀁24300󰀁18520󰀁20690󰀁15310󰀁4049w(La)N/w(Lu)N3󰀁349󰀁7󰀁813󰀁411󰀁563󰀁601󰀁636󰀁871󰀁666󰀁274󰀁60

Ho0󰀁17910󰀁11670󰀁18120󰀁03420󰀁03150󰀁07250󰀁04950󰀁03630󰀁04510󰀁02950󰀁0776w(Yb)N

3󰀁747󰀁117󰀁554󰀁492󰀁023󰀁621󰀁7󰀁652󰀁146󰀁554󰀁67

Er0󰀁55700󰀁33670󰀁51790󰀁10390󰀁09710󰀁21660󰀁16340󰀁10760󰀁15990󰀁08410󰀁2344

Tm0󰀁080󰀁040󰀁070󰀁020󰀁020󰀁030󰀁030󰀁020󰀁030󰀁010󰀁04

Yb0󰀁440󰀁390󰀁370󰀁130󰀁100󰀁190󰀁180󰀁100󰀁190󰀁080󰀁22w(Gd)N/w(Yb)N1󰀁211󰀁211󰀁680󰀁570󰀁660󰀁850󰀁541󰀁040󰀁581󰀁250󰀁96

Lu0󰀁08040󰀁04570󰀁05810󰀁02730󰀁02090󰀁03090󰀁03450󰀁01780󰀁03920󰀁01380󰀁0369

󰀁Eu0󰀁250󰀁380󰀁340󰀁740󰀁760󰀁770󰀁730󰀁670󰀁750󰀁820󰀁62

Y4󰀁23󰀁23󰀁93󰀁00󰀁91󰀁91󰀁21󰀁61󰀁10󰀁82󰀁2

HY092󰀁7706󰀁9990󰀁94󰀁091HY134󰀁6670󰀁7001󰀁3715󰀁074HY194󰀁6812󰀁4601󰀁4845󰀁769RR01RR02RR06RR10RR17RR19RR20平均样号HY09HY13HY19RR01RR02RR06RR10RR17RR19RR20平均

0󰀁9601󰀁60󰀁10󰀁6000󰀁3400󰀁8510󰀁1200󰀁4801󰀁1472󰀁7660󰀁3551󰀁4100󰀁5811󰀁3550󰀁2411󰀁1301󰀁2632󰀁5390󰀁2680󰀁9110󰀁6701󰀁6540󰀁2130󰀁7240󰀁32󰀁1410󰀁2660󰀁9861󰀁7904󰀁3150󰀁5472󰀁118w(%REE)23󰀁3728󰀁5332󰀁867󰀁203󰀁349󰀁105󰀁7󰀁485󰀁445󰀁8512󰀁88

w(LREE)15󰀁8422󰀁8525󰀁613󰀁591󰀁936󰀁023󰀁495󰀁203󰀁4󰀁509󰀁25

w(HREE)7󰀁535󰀁697󰀁263󰀁611󰀁413󰀁082󰀁152󰀁281󰀁981󰀁353󰀁63

w(Sm)/

w(Nd)0󰀁220󰀁180󰀁190󰀁240󰀁240󰀁200󰀁130󰀁200󰀁210󰀁170󰀁20

w(Eu)/w(Sm)0󰀁080󰀁110󰀁110󰀁220󰀁240󰀁240󰀁250󰀁210󰀁260󰀁260󰀁20

w(La)N/w(La)N/w(Sm)N

1󰀁3󰀁132󰀁6󰀁131󰀁802󰀁582󰀁434󰀁402󰀁713󰀁282󰀁90

󰀁󰀁注:数据由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所分析,2005。

集型,与典型岩浆碳酸岩富集LREE且HREE一般含量较低的特征相一致。

在稀土分馏特征方面,w(La)N/w(Lu)N的范的范围为1󰀁~7󰀁55,平均为4󰀁67,轻重稀土分馏较明显。在轻、重稀土本身的分馏特征上,轻稀土w(La)N/w(Sm)N为1󰀁8~4󰀁4,平均为2󰀁90,分馏较明显;而重稀土w(Gd)N/w(Yb)N为0󰀁54~1󰀁68,平均为0󰀁96,分馏不明显。

砖庙硼矿区富镁大理岩󰀁Eu范围为0󰀁25~0󰀁82,平均为0󰀁62,具有负铕异常,可能与海水热液作用有关。一般认为󰀁Ce与氧化还原环境有关

[17-20]

6󰀁讨󰀁论

根据C󰀁J󰀁Alleyre

[21]

提出的La/Yb-󰀂REE图

围为1󰀁56~9󰀁,平均为4󰀁60;w(La)N/w(Yb)N解,基于Sc、Y与稀土元素的化学性质极为相近,

因此图解中稀土总量(󰀂REE)包括Sc、Y元素。根

据特征值计算(表4),通过图解(图5)分析,砖庙地区的富镁大理岩主要投点球粒陨石到泥岩区域,显示低稀土特征,大理岩中这种低稀土总量和高的轻重稀土比值特征可能反映了原生碳酸岩浆表生喷发并被海水溶解所致。

据富镁大理岩碳、氧同位素数据,砖庙硼矿区富镁大理岩的氧同位素变化范围较大(表5),󰀁OSMOW值为12󰀁91󰀂~20󰀁95󰀂,平均值为17󰀁72󰀂,

13

18

13

18

,根据公式:

󰀁Ce=lg3w(Ce)N/(2w(La)N+w(Nd)N)

󰀁CPDB值为-2󰀁6󰀂~+5󰀁59󰀂,较世界典型侵入碳

得出:本区󰀁Ce(北美页岩标准化数据)为-0󰀁01酸岩(󰀁OSMOW<+10󰀂,󰀁CPDB为-8󰀂~-2󰀂)

、Tanga、SinaiPen等碳酸~-0󰀁15,平均为-0󰀁05>-0󰀁10,因此处于较偏高;但与国外Kordor

[19]18

(󰀁OSMOW为+13󰀁7󰀂~+22󰀁1󰀂,低的氧化环境。全岩%REE偏低,可能是熔浆中杂岩富铁相部分稀土元素被海水溶解所致[18]

。󰀁CPDB为-2󰀂~0󰀂)相近,并且未偏离次火山碳13

172现󰀁代󰀁地󰀁质2010年󰀁

分异有关。与白云鄂博碳酸岩的碳-氧同位素组

[20-21]

成变化特征类似(图6),投点位于岩浆碳酸岩的正向延长线上。把富镁大理岩的󰀁O和󰀁C投绘在C !∀#∃∀%

[22]

18

13

的不同成因的碳酸岩碳-氧同

位素图上,所有数据均落在岩浆碳酸岩区,没有一个数值落在沉积碳酸盐岩(不包括淡水陆相碳酸盐)的碳-氧同位素组成范围内(图7)。把本区富

酸岩总体变化范围(󰀁OSMOW=+5󰀁3󰀂~+

13

25󰀁5󰀂,󰀁CPDB=-8󰀁6󰀂~+3󰀁1󰀂)。砖庙硼矿区󰀁O、󰀁C偏高的原因可能与火山喷发前岩浆18

13

[20]

18

镁大理岩的碳-氧同位素值投在不同类型的沉积

1813

碳酸盐岩󰀁O和󰀁C图上,富镁大理岩的碳-氧同位素值全部落在原生海相碳酸盐岩区(图8),

󰀁

第1期张艳飞等:辽东砖庙硼矿含硼岩系富镁大理岩地球化学特征及其成因

表5󰀁富镁大理岩及硼矿石的碳、氧同位素组成

Table5󰀁CompositionofcarbonandoxygenisotopesofMg󰀂richmarblesandborateores

173

序号1234567101112131415161718192021

采样地点宽甸杨木杆硼矿床宽甸杨木杆硼矿床宽甸砖庙沟硼矿床宽甸砖庙沟硼矿床宽甸二人沟硼矿床宽甸二人沟硼矿床宽甸二人沟硼矿床宽甸二人沟硼矿床宽甸二人沟硼矿床宽甸栾家沟硼矿床宽甸栾家沟硼矿床宽甸栾家沟硼矿床宽甸栾家沟硼矿床宽甸栾家沟硼矿床宽甸栾家沟硼矿床宽甸砖庙沟硼矿石宽甸砖庙沟硼矿石宽甸砖庙沟硼矿石宽甸砖庙沟硼矿石砖庙硼矿床砖庙硼矿床

岩(矿)石󰀁蛇纹石化大理岩花斑状硼矿石条带状硼矿石条纹状硼矿石菱镁矿大理岩菱镁矿大理岩菱镁矿大理岩菱镁矿大理岩菱镁矿大理岩白云质大理岩白云质大理岩白云质大理岩白云质大理岩白云质大理岩白云质大理岩硼矿石条带状硼矿石纤维硼镁石纤维硼镁石富镁大理岩富镁大理岩

󰀁13CPDB/󰀂󰀁18OSMOW/󰀂12󰀁91013󰀁32020󰀁95020󰀁950

资料来源

参考文献[1]

4󰀁9935󰀁0285󰀁2244󰀁9223󰀁8095󰀁5904󰀁6205󰀁1104󰀁7204󰀁8405󰀁180-5󰀁900󰀁-5󰀁600-1󰀁000-6󰀁400-2󰀁600󰀁+2󰀁100󰀁

20󰀁00220󰀁04320󰀁65720󰀁13018󰀁01116󰀁79416󰀁8046󰀁07216󰀁50515󰀁95916󰀁660

本文数据,由中国科学院地质研究所测试,

2006

据张景山[17],1994

据张秋生[23],1984

图7󰀁岩浆碳酸岩与沉积碳酸盐岩的成因判别图

(据C !∀#∃∀%&∋∃(∀)∗+∗

[22]

,1982)

Fig󰀁7󰀁Discriminantgraphforgenesisofcarbonates

(afterC !∀#∃∀%&∋∃(∀)∗,∗[22],1982)

1813

图8󰀁富镁大理岩和不同类型沉积碳酸盐岩的󰀁O-󰀁C图

但是它们从岩石组合上看成分比较复杂而有别于一般的沉积碳酸盐岩。结合该区所处构造位置,推测富镁大理岩是海底喷发碳酸岩浆形成,同位

素组成受海水影响较大而与典型碳酸岩有所不同,而硼矿石中的碳同位素(󰀁CPDB为-6󰀁4󰀂~-1󰀁0󰀂)更说明火山岩浆来源特征。13

(引自刘铁庚[24],1985)

1813

Fig󰀁8󰀁󰀁O-󰀁CdiagramofMg󰀂richmarblesanddifferent

typeofsedimentarycarbonaticrocks

(fromLiuTiegeng[24],1985)

世界上岩浆碳酸岩一般为高稀土含量、中低镁含量(w(MgO)<20%),而辽宁砖庙矿区的富

174现󰀁代󰀁地󰀁质2010年󰀁

镁大理岩则明显以高镁低稀土含量为特征,这可能与岩石组合及岩浆源不同有关。一般岩浆碳酸岩大部分是钾钠碳酸岩组合,如白云鄂博等,而辽东地区则是镁橄榄岩大理岩组合。

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7󰀁结󰀁论

通过岩石学、地球化学等方面的对比和分析,

结合辽东硼矿的区域地质状况,对砖庙硼矿区富镁大理岩的研究可以得到如下认识。

(1)本区富镁大理岩的岩石学及地球化学特征显示其不同于正常沉积碳酸盐岩石,具有岩浆成因特征,但是由于岩石普遍遭受蚀变,并且大部分含硼酸盐矿化,加之该区特殊的成岩环境,因此富镁大理岩很难与标准的碳酸岩对比。

1813

(2)本区富镁大理岩󰀁O、󰀁C偏高的原因可能是碳酸盐岩浆上升过程中不断从周围岩石中捕获地壳物质。富镁大理岩是一种海下岩浆喷发成因的镁质岩浆岩,由于熔离作用分异成镁质碳酸岩浆和镁橄榄岩浆,因此出现明显的互相包容现象,碳酸岩与镁橄榄岩是同源熔离分异的产物。参考文献:

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