陕西煎茶岭矿床的稀土元素地球化学行为.doc

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1、陕西煎茶岭矿床的稀土元素地球化学行为庞奖励孙根年(陕西师范大学地理系 , 西安 710062)摘要研究表明煎茶岭矿床矿石的稀土组成明显不同于岩石 。而镍和金矿石的稀土组成十分相似 ,富集轻稀土及明显的铕 、铈负异常 , 反映它们是从同一热液中沉淀出来的 。而铈和铕负异常程度差异表明镍矿形成于高温和相对还原的环境 , 金矿形成在低温和相对氧化的环境 。矿化热液来源于酸性岩 浆所分异的热液 , 成矿元素主要来自超基性岩 。关键词 : 稀土 , 矿床 , 陕西煎茶岭 , 地球化学煎茶岭矿床是一个与超基性岩有关的多金属矿 , 70 年代在超基性岩内发现了大型镍矿床 , 80 年代末又在超基性岩接触带发

2、现了大型金矿床 , 但该矿床的成因至今仍有较大的争 议 。本文通过对岩石和矿石中稀土地球化学研究 , 为正确认识成因提供一些可靠的证据 ,亦为本区积累一些稀土地球化学资料 。1 区域地质概况煎茶岭位于陕西略阳县境内 , 构造上在北东东向阳平关勉县深大断裂和北西西向勉县 略阳深大断裂所夹的勉略宁三角地块东北部 。该地块南与扬子 地 台 相 邻 , 北 与 秦岭造山带相接 。矿区内出露有雪花太 坪组 、超 基 性 岩 和 鱼 洞 子 组 三 部 分 ( 图1) 。雪花太坪组由白云岩 、硅质白云岩 、 白云质灰岩及部分碳质板岩所组成 , 它既是超基性岩的围岩 , 也是金矿体的容 矿岩石之一 。元古代

3、时在地区内形成了 一条东西向的超基性岩带 , 煎茶岭超基 性岩为一东西向展布的岩墙 , 长约 5000图 1 煎茶岭矿床区域地质简图1. 鱼洞子组变质岩 ; 21 雪华太坪组白云岩 ; 31 雪华太 坪组灰岩 ; 41 超基性岩 ; 51 酸性岩脉 ( 株) ; 61 断层 ;71 地质界线 ; 81 金矿体 ; 91 镍矿体 ; 101 稀土样品m , 宽 3501200 m 。主要由蛇纹 (化) 岩 、滑石 (化) 菱岩和菱镁 ( 化) 岩组成 。既是 镍矿的容矿岩石 , 又是金矿床的主要容 矿岩石之一 。超基性岩内侵入有海西期酸性岩脉 (株) , 有花岗斑岩 、钠长斑岩 、石英闪长岩等

4、。矿区西部有少量鱼洞子组变质岩出露 。矿区内北西西向和北北西向断裂十分发育 , 构成主要容矿构造 。镍矿床产于超基性 岩内的断裂中 , 呈不规则的星散状矿体 。主要矿物为磁黄铁矿 、镍黄铁矿 、黄铁矿 、磁铁国家黄金管理局项目 892A24 和中国有色金属总工公司资助课题庞奖励 : 男 , 35 岁 , 博士 , 副教授矿 、蛇纹石等高温矿物 。金矿床主要产在沿超基性岩接触带分布的北西 、北北西向断裂中 ,属典型的石英2黄铁矿型脉状矿床 。主要矿物为黄铁矿和石英 , 次要矿物有针镍矿 、辉砷镍 矿 、雄黄 、雌黄 、辰砂 、方解石 、蛇纹石 、白云石等 。2 稀土组成特征样品分别取自超基性岩

5、、中酸性岩脉 、镍矿石和金矿石 (见图 1) 。稀土采用 ICP2AES 法 分析 (见表 1) 。文中球粒陨石标准化数据采用 Boynton 推荐的数据 1 。2 . 1 岩石的稀土特征超基性岩样品取自蛇纹石化和菱镁化超基性岩 , 稀土总量 12018371421113 gg - 1 ,具富集轻稀土型分布模式 (LRE/ HRE (L/ H) = 13141412 , NLa/ Nb = 19122216) 。其中轻稀 土分馏程度高于重稀土 ( NLa/ smN Gd/ Yb = (415615) (212216) ) 。铕和铈具弱的负异常 ,Eu = 0174 0193 , Ce = 01

6、77 0193 。酸 性 岩 样 品 取 自 新 鲜 的 岩 芯 , 稀 土 总 量 在 95129 157157gg - 1之间 , 明显低于典型酸性侵入岩 ( 典型酸性岩一般大于 200 gg - 1 ) 。具富集 轻稀土性特征 , 但富集程度弱于超基岩 (L/ H(超) L/ H酸 = (13141412) (414718) ) 。轻稀土和重 稀 土 分 馏 程 度 差 异 不 明 显 ( NLa/ Sm N Gd/ Tb = ( 212 317) ( 115 210) ;NLa/ Yb (超) NLa/ Yb (酸) = (191222216) (414813) ) 。铕和铈缺少明显的

7、负异常 , Eu = 01750193 , Ce= 01840199 。2 . 2 矿石的稀土特征镍矿石样品取自钻孔岩芯 , 稀土含量为 2123691805gg - 1 。稀土分布具富集轻稀土型特点 (L/ H = 510813 ; NLa/ Yb = 6181118 , 图 2 (a) ) 。其中轻稀土和重稀土分馏程度差异 不明显 , NLa/ SmN Gd/ Yb = (116319) (112212) 。铕和铈出现了明显的负异常 , Eu = 01440147 , Ce = 01470155 。图 2 不同地质体 (a) 和矿石 ( b) 的稀土元素分布模式图金矿样品取自钻孔岩芯和坑道

8、的原生矿石 , 稀土总量明显低于岩石而稍高于镍矿石(141587331559gg - 1) 。具富集轻稀土型分布模式 (L/ H = 510717) , 轻稀土分馏程度微 弱于重稀土 ( NLa/ SmN Gd/ Yb = (112212) ( 217414) ) , 出现明显的铕和铈负异常 。与镍矿 石相比 , 其铈负异常程度进一步地增加 , Ce (金) Ce (酸) = ( 01220149) ( 01470155) , 铕 负异常强度则有所减弱 , Eu (金) Eu (酸) = (01510164) (01440147) ; NLa/ Yb = 9101711 , 图 2 (a) 。

9、表 1 岩石和矿石的稀土含量分析结果 (gg - 1 ) 3稀土元素LaCePrNdSmEuGdTbDyHoEr超基性岩123456789101112131415161735. 78033. 45030. 12020. 79016. 20019. 48018. 60023. 4001. 0000. 4261. 5601. 4402. 0911. 9573. 1113. 9165. 99733. 11719. 6941. 1073. 41456. 12047. 00056. 00040. 39031. 96043. 12037. 00048. 3540. 9800. 6202. 6302. 49

10、01. 8171. 8824. 2304. 4177. 23053. 04040. 1651. 6803. 9155. 9006. 4007. 5005. 1105. 1806. 0205. 2005. 8800. 2200. 1741. 1591. 0841. 9602. 1491. 3602. 0373. 0216. 6005. 4780. 6592. 10519. 58020. 00024. 00024. 89013. 48020. 55017. 20029. 0000. 6200. 5431. 4551. 8903. 5363. 2912. 4305. 0646. 64621. 193

11、21. 0241. 1274. 1933. 4403. 8284. 1766. 0102. 7704. 2603. 8285. 6840. 1600. 1170. 4720. 5631. 0391. 0211. 2301. 2251. 6833. 8154. 5100. 3281. 2401. 0800. 8001. 0101. 5800. 9301. 3000. 9201. 2800. 0220. 0130. 0530. 0640. 1560. 1480. 1200. 1970. 3120. 9631. 2020. 0380. 1873. 6502. 7843. 2485. 9003. 30

12、04. 2103. 5964. 7560. 1300. 0740. 2480. 3150. 6520. 6250. 4200. 8331. 3223. 2274. 3520. 1920. 7700. 4000. 4640. 4641. 0600. 5600. 8900. 5800. 7650. 0690. 0320. 1130. 1050. 2440. 2430. 1600. 2480. 3810. 4430. 7710. 0800. 2551. 9601. 7701. 9206. 3102. 7004. 3203. 3603. 5900. 1300. 0430. 2130. 3210. 40

13、20. 4650. 4650. 6670. 9661. 8834. 0560. 1770. 5930. 4200. 4060. 4061. 2900. 5100. 8300. 6610. 7070. 0420. 0130. 0820. 0980. 1340. 1340. 1160. 1840. 2260. 4110. 8000. 0590. 1591. 1501. 0601. 2303. 7701. 4802. 2301. 9632. 0600. 1000. 0230. 1530. 1550. 3120. 3240. 2100. 4000. 5131. 1472. 3010. 1080. 35

14、2酸性岩镍矿石金矿石(1) (2) (3)(4)REENLa/ YbN Gd/ YbNLa/ SmCeEu稀土元素TmYbLuYL/ H超基性岩12345678910111213141516170. 1600. 1920. 1560. 5900. 2700. 3500. 3360. 3480. 0210. 0060. 0360. 0540. 0890. 0960. 0680. 0950. 1130. 1690. 3790. 0290. 0921. 1231. 0001. 0603. 2101. 5002. 1201. 9701. 8900. 0850. 0280. 0890. 1430. 13

15、60. 1470. 1230. 2490. 2441. 0612. 1380. 0860. 1800. 2600. 1830. 2120. 5500. 2700. 3700. 4100. 3800. 0240. 0080. 0240. 0320. 0350. 0520. 0500. 0560. 0580. 2180. 3960. 0220. 05011. 0901. 5009. 80036. 12014. 18020. 83016. 00016. 0000. 7500. 1150. 5541. 0512. 4552. 0532. 2803. 6184. 8477. 46320. 6260. 6

16、183. 051142. 113120. 837141. 302157. 57095. 290130. 880111. 624144. 0944. 3532. 2368. 8419. 80515. 05814. 58716. 37323. 20633. 559134. 751127. 8926. 30920. 55713. 414. 214. 14. 46. 76. 26. 47. 85. 08. 37. 76. 25. 35. 07. 76. 26. 513. 96. 36. 86. 121. 522. 619. 24. 47. 36. 26. 48. 37. 910. 311. 86. 8

17、10. 49. 017. 110. 616. 621. 16. 59. 212. 72. 62. 22. 51. 51. 81. 61. 52. 01. 22. 12. 21. 83. 93. 42. 82. 74. 42. 41. 71. 83. 46. 55. 54. 52. 23. 72. 93. 12. 63. 92. 32. 11. 61. 31. 21. 62. 02. 25. 52. 92. 51. 70. 930. 770. 900. 940. 840. 960. 910. 990. 500. 550. 470. 480. 220. 220. 490. 380. 410. 86

18、70. 9280. 5000. 3430. 930. 740. 830. 810. 930. 830. 750. 750. 460. 440. 470. 460. 580. 560. 510. 590. 640. 8340. 8350. 4580. 575酸性岩镍矿石金矿石(1) (2) (3)(4)3 L/ H(LRE/ HRE) = (La2Eu) / ( Gd2Lu) , Eu = N Eu/ ( N SmN Gd) 1/ 2 , Ce = N Ce/ ( NLaN Pr) 1/ 2(1) 超基性岩平均值 ; (2) 酸性岩平均值 ; (3) 镍矿石平均值 ; (4) 金矿石平均值 13

19、 讨论从分析结果看 , 镍和金矿石稀土组成十分相似 , 稀土含量均远远低于岩石 , 仅为 21236331559gg - 1 , 稀土分异程度的参数基本分布在同一范围内 ( 表 2) , 都具有明显的铈和 铕负异常 ; 在 球 粒 陨 石 标 准 化 图 中 , 镍 和 金 矿 石 稀 土 曲 线 形 态 十 分 相 似 ( 图 2 ( a ) ) ; 在(La2Nd) ( Sm2Ho) ( Er2Lu) 三角图中 , 镍和金矿石投影点落在同一很 小 的 范 围 内 。表明镍和金矿石稀土的分馏程度和分馏方向基本一致 , 应是从同一热液中沉淀出来的 。表 2 稀土分异参数岩石类型超基性岩酸性岩镍

20、矿石金矿石REE/ (gg - 1)L/ H NLa/ Yb N Gd/ Yb NLa/ SmCeEu120. 837142 . 1313. 414 . 219. 222 . 62. 22 . 64. 56 . 50. 770 . 930. 740 . 9395 . 290157 . 5704 . 47 . 84 . 48 . 31 . 52 . 02 . 23 . 70 . 840 . 990 . 750 . 932 . 2369 . 8055 . 08 . 36 . 811 . 81 . 22 . 21 . 63 . 90 . 470 . 550 . 440 . 4714 . 58933

21、. 5595 . 07 . 79 . 017 . 12 . 74 . 41 . 22 . 20 . 220 . 490 . 510 . 64尽管镍矿石和金矿石的稀土组成相似 , 但仍存在差异 , 表现为从镍矿石到金矿石 , 稀土总量从 2123691805gg - 1 上升到 141587331559 gg - 1 ; 重稀土的分异程度有所增 强 , N Gd/ Yb从 112212 增至 217414 ; 铈负异常程度进一步增加而铕负异常强度则有所减= ( 0 . 47 0155) ( 0122 0149 ) , Eu (镍矿石) Eu (金矿石) = ( 0144 弱 , Ce (镍矿石)

22、 Ce (金矿石)0147) (01510164) 。这些差异反映了镍矿石和金矿石形成条件不同 , 稀土总量和 N Gd/ Yb的差异可能与其形成时的温度密切相关 。研究表明 , 在高温时 , RE3 + 络离子稳定存在 , 不同 稀土络离子的溶解性差异趋于减小 ; 在低温条件下 , RE3 + 趋于不稳定而分解2 4 。对包裹 体测温证实镍矿石形成温度远高于金矿石 。在形成镍矿石的时期 , 重稀土络离子溶解性差 异较小 , 分馏程度低 。这时 , 大量稀土能够以 RE3 + 络离子形式稳定存在于热液中 , 致使结 晶出的镍矿石中稀土含量较低 , 表现为 N Gb/ Yb较低 。而在形成金矿石

23、时期 , 重稀土络离子 溶解性差异趋于增加 , 分馏程度增大 , 表现为 N Gd/ Yb较高 。于此同时 , 高温时能稳定存在于 热液中的 RE3 + 络离子变得不稳定而分解 , 随矿物一起沉淀出来 , 使此阶段形成的金矿石中 稀土含量相对高于镍矿石 。自然界中 , Eu , Ce 还可以 Eu2 + , Ce4 + 形式存在而出现特殊的地球化学行为 。研究表 明 , Eu2 + / Eu3 + 比值与体系的氧逸度和温度呈正相关2 ,5 。也就是说 , Eu反映了体系的相对氧化还原程度及温度条件 。当氧逸度降低或温度升高 , Eu相对降低 ; 相反 Eu绝对值增大 。镍矿石和金矿石 Eu绝对

24、值从 01440147 变为 01510164 , 这暗示热液的 Eu2 + / Eu3 + 比降低 , 部分 Eu2 + 转化为 Eu3 + , 有更多 Eu3 + 迁移 , 说明热液体系向氧化程度相对增加的方向 及向温度降低的方向演化 。自然界中铈异常少的岩石比有铈异常的岩石易形成于更低的氧 化环境下 ; 低温环境下 , Ce4 + 更容易水解而在原地停留2 。这说明 Ce4 + 出现于氧化程度较 高的环境中 , Eu2 + 出现在氧化程度较低的环境 。从镍铜矿石到金矿石 , Ce从 01470155 变 为 01220149 , 反映热液中 Ce4 + / Ce3 + 比增加 , 表明较

25、多的 Ce3 + 转化为 Ce4 + , 更多的以Ce4 + 形式迁移 , 指示热液体系的氧化程度增加 。总之 , 镍矿石和金矿石中稀土的相似性说明它们是从同一热液中沉淀出来的 ; 而 Eu , Ce 及稀土分异参数的差异揭示镍矿石形成在 高温热液阶段和相对还原的环境 , 金矿石形成在低温热液阶段和相对氧化的环境 。与超基性岩和酸性岩比较 (图 2 ( b) ) , 其稀土组成更接近于酸性岩 , 这与热液来源于酸 性岩浆有关 。同位素资料反映超基性岩侵位年龄为 927 49 Ma , 变质年龄为 400 Ma , 酸性岩脉成岩年龄为 405 Ma6 ,7 。酸性岩成岩年龄与超基性岩的变质年龄基

26、本一致 , 暗示酸性岩浆活动可能是引起超基性岩变质的原因 。根据含水矿物的氢 、氧同位素资料计算获得引起超基性岩变质的热水溶液氢 、氧同位素组成为 D = 6193 %7181 % , 18= 0175 %1 .H2O00 %8 , 与该地区岩浆水的 D = - 7107 % , (18 H2O) = - 0164 %十分接近 , 足以说明引起超基性岩变质的热液为岩浆液 。微量元素资料显示 , 超基性岩富含 Ni , Cr , Sn , Au 而贫 Co , Cu , Pb , Zn 等元素 。酸性岩中 Ni , Co , Cr 含量很低 , Pb , Zn 和 S 含量也低于正常的酸性花岗岩

27、 。地层中 S 的含量比较高 。这些特征说明热液来源于酸性岩浆 , 成矿元素应源于超基 性岩体 , 硫来源于酸性岩和周围地层 。稀土在迁移过程中 , 难以以简单离子搬运 , 主要以络离子形式迁移 , 而 ( RE ( CO3 ) 3 ) 3 -和 ( RE ( CO3) 4) 5 - 可以稳定存在于富含碳酸的溶液中2 ,5 ,9 。煎茶岭超基性岩蚀变结果产生了大量碳酸盐矿物 , 说明引起超基性岩蚀变热液必然富含 CO2 - 或 HCO - 。因此 , 在 Ni , Au33矿床的形成过程中 , 稀土可能主要以 ( RE ( CO3) 3) 3 - , ( RE ( CO3) 4) 5 - 形式

28、在热液中迁移 。通过上述研究 , 煎茶岭矿床的形成机理可概括为 : 元古代时期 , 超基性岩浆活动形成 了煎茶岭超基性岩体 。海西期酸性岩浆活动 , 一方面形成了酸性岩脉 , 另一方面分异出大量岩浆热液 。岩浆热液在超基性岩内运移时 , 不仅使超基性岩变质 , 同时析出了其中的 Ni 、Au 等成矿元素 。这些活化的元素随岩浆热液沿着有利的裂隙运移过程中 , 高温时镍大量析出形成镍矿石 ; 当其运移到岩体接触断裂带时 , 由于随温度和压力降低 , 其中的金大量沉 淀而形成了金矿床 。4 结论11 岩石稀土含量远高于矿石 , 具富集轻稀土和缺少明显的铕和铈负异常特征 。矿石稀土含量很低 (212

29、36331559gg - 1) , 具有富集轻稀土和明显的铕和铈负异常特征 。金矿石 和镍矿石稀土分布模式十分相似 , 表明它们是从同一热液中沉淀出来的 。21 从镍矿石到金矿石 , Ce从 01470155 变为 01220149 , Eu从 01440147 变为 01510164 , 表明镍矿石形成在高温和相对还原的环境 , 而金矿石形成在低温和相对氧化的环 境 。31 海西期酸性岩浆活动所分异的岩浆热液 , 不仅使超基性岩变质 , 而且析出其中的Ni , Au 等成矿元素形成含矿热液 。在高温阶段形成镍矿石 , 当热液运移到岩体接触带时 ,因温度和压力的降低导致沉淀而形成金矿床 。参考

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33、 iangli , Sun Gengnian ( Department of Geography , S haanxi Normal University , Xi an 710062 , China)The studies on rocks and ores of the J ianchaling deposit , southern Shaanxi Province , show that the REE patterns in ores distinctively differ from the ultrabasic and acid rock. REE patterns in Ni2o

34、re are similar to Au2ore and are characterized by typical enrichment in LRE and sharp negative Eu and Ce anomaly , indicating that Ni2ore and Au2ore are formed from the same hydrothermal solution. Eu and Ce variation reflects that Ni2ore is formed at higher temperature and relative reduction environ

35、ment , Au2ore at lower temperature and relative oxidation environment . The characteristics implies that ore2 materials are derived from the ultrabacis rock and hydrothermal solution is from post2acid magmatic so2 lution.Key words : Rare earths , Jianchaling ore deposit , Geochemistry , Shannxi Prov

36、ince收稿日期 : 19980108 ; 修订日期 : 199806053 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 32000 年全国稀土玻璃陶瓷年会将在襄樊召开由中国稀土学会稀土玻璃陶瓷专业委员会主办 、成都光明器材厂承办的“1999 年全国 稀土玻璃陶瓷年会”于 1999 年 11 月 8 日至 12 日在四川省成都市召开 。会议吸引了一批这 一领域著名专家 、学者和企业家 。与会代表聚集一堂 , 交流了近年来在该领域中具有创新 的理论 、技术 、工艺和应用等方面的新成就 , 并展 望 了 二 十 一 世 纪 的 新 发 展 。会 议 决 定2000 年全国稀土玻璃陶瓷年会将于 2000 年 5 月 22 日至 26 日在湖北襄樊举行 。这两次会议 论文将以中国稀土学报专辑的形成出版 , 欢迎稀土科技工作者撰写论文 , 参加会议 。(本刊讯)