Question

成矿地球化学

Answer 1

（一）里尔峪组富镁质碳酸盐岩含硼亚建造地球化学特征

1.常量元素地球化学

研究区含硼大理岩及硼矿石以富镁为特征（表3-4），局部可出现较富钙的岩石（仍以白云石为主），通过对花园沟、栾家沟、杨木杆等硼矿床的硼矿石及含硼蛇纹石化大理岩样品全分析结果进行统计表明：B₂O₃与MgO呈正相关，与SiO₂、Al₂O₃和CaO呈负相关，其中B的富集与岩石中MgO的含量关系密切，相关显著。

表3-4 辽东地区硼矿石、大理岩常量元素分析结果 （w_B/%）

2.微量元素地球化学

含矿建造镁质大理岩中几个主要微量元素分布与变粒岩、浅粒岩相似，即B、Cd、Cs、Sn、Ta等元素含量较高，其中 B、Cd 含量又显著偏高，二者的含量分别为362×10^-6和2.90×10^-6，浓集克拉克值K值分别为30.17和22.34。对样品的性质和含B量的研究表明，含硼岩系镁质大理岩异常高的含硼量与它本身受到不同程度的蛇纹石化有关，完全未受到蛇纹石化的岩石含硼量，比受到一定程度蛇纹石化的岩石要明显低一些。Cs、Sn、Ta的K值分别为2.38、2.42、2.58。然而Mo、Pb的含量特征却与变粒岩、浅粒岩不同，Mo的含量为26×10^-6，K 值为2.36，Pb的含量为15.63×10^-6，略低于克拉克值。其他元素除Nb 的K值为1.05外，均明显低于克拉克值（表3-5）。

含硼岩系中镁质大理岩的稀土元素含量很低，稀土总量ΣREE 值为13.74～37.65，平均为25.59，与地壳碳酸盐岩ΣREE平均值21.84接近。ΣCe/ΣY值为1.13～5.53，平均为3.75，为轻稀土富集型配分模式。（La/Yb）_n值为1.74-21.79，变化范围较大，平均值为11.21。Eu/Sm值平均为0.23，Sm/Nd值平均为0.23，它们与沉积岩的值非常相似。在稀土配分图上，7～9号样品稀土曲线与一般碳酸盐岩相似。硼矿矿石的稀土元素含量也很低，稀土总量ΣREE值一般为5.178～34.78，平均为24.247，与镁质大理岩的稀土元素含量平均值接近，ΣCe/ΣY值为0.683～3.53，平均为1.75，为轻稀土富集型配分模式，（La/Yb）_n值为1.4～11.03，平均值为4.795。Eu/Sm值平均为0.123，Sm/Nd值平均为0.255，它们与镁质大理岩的值非常相似（表3-6；图3-14）。

表3-5 辽东地区硼矿石及围岩主要微量元素平均含量 （w_B/10^-6）

图3-14 里尔峪组含硼岩系硼矿石与镁质大理岩稀土分配模式

左为硼矿石稀土分配模式；右为镁质大理岩稀土分配模式

表3-6 辽东硼矿矿石及围岩镁质大理岩稀土元素含量（w_B/10^-6）和有关参数

注：矿石样品产地及矿石类型：

营口后仙峪：1.角砾状纤维硼镁石矿石，2.角砾状遂安石矿石，3.角砾状板状硼镁石矿石；

凤城二台子：4.块状纤维硼镁石矿石，5.块状纤维硼镁石矿石；

宽甸杨木杆：6.条带状纤维硼镁石矿石，7.花斑状板状硼镁石矿石；

凤城翁泉沟：8.磁铁-纤维硼镁石矿石；

集安四道沟：9.磁铁-纤维硼镁石矿石，10.花斑状板状硼镁石矿石；

宽甸东道岭：11.硼镁铁矿矿石，12.硼镁铁矿-纤维硼镁石混合矿石；

镁质大理岩样品产地：14.营口后仙峪；15.凤城二台子；16.凤城通远堡；17.集安高台沟。

13^∗是1～12样平均值；18^∗是14～17样平均值。

3.稳定同位素地球化学

富镁大理岩和硼矿石的氧同位素（表3-7）的δ¹⁸O_SMOW（‰）值在10.64～21.49 之间变化，平均值为16.4，与沉积成因的碳酸盐岩δ¹⁸O_SMOW（‰）值14 近似。由此可见，镁质大理岩为海相沉积的碳酸盐岩。

表3-7 含硼岩系不同岩石类型中氧同位素分析结果

表3-8 含硼岩系不同岩石类型中硼同位素分析结果

①彭齐鸣提供；②黄作良提供；③邹日博士送样，由英国皇家科学院Palmer M.P.分析；④日本上智大学大井隆夫等取样分析。

本区镁质大理岩δ¹³C_PDB（‰）值为-3.35～＋2.1（张秋生等，1984），变化很小，而且接近于零，这说明碳酸盐岩碳同位素的相对稳定性，也表明了本区含镁大理岩来源于海相碳酸盐。

硼同位素分析结果见表3-8，δ¹¹B（‰）为8～11左右，与洋中脊硼库接近，并介于海相蒸发岩与非海相蒸发岩之间（图3-15）。由硼同位素和稀土元素特征对比可以看出，硼沉积盆地的物质来源是多源的，既有海水的补给，也有海底火山喷发喷气直接供给，有地下热泉的加入（Barth S.，1997；Jiang S.Y.et al.，1997；Kakihara H.et al.，1987；Leeman W.P.et al.，1992；Nomara M.et al.，1984；Oi T.et al.，1983；1993a，1993b）。它们为蒸发盆地提供了大量的硼、镁等主要成矿物质来源。

图3-15 辽东硼矿床中含硼矿物及地壳中主要硼库的硼同位素组成

（据Spivack A.J.，1987；Swihart G.H，1986；Plimer I.R.，1989；Slack J.F.，1989）

（二）大石桥组三段富镁质碳酸盐岩含矿亚建造地球化学特征

1.常量元素地球化学

大石桥三段岩石化学成分以高镁高钙为特征，并富集一定的硅，SiO₂与MgO、CaO成反比关系，而MgO厚度与地层厚度为正相关关系。

从岩石化学成分等值线图（图3-16）上可以看出，大石桥—黑峪—二户来一线及岫岩王家堡子、宽甸坦甸、丹东汤池地区等地MgO＞20%，其中营口-辽阳地区为高镁区，MgO平均含量为27.08%。一般MgO＞20%时就有菱镁矿矿层出现，而高镁区有大规模菱镁矿聚集。营口虎皮峪、本溪通远堡、宽甸杨木川-南发磨子为高硅区，SiO₂平均含量大于50%。高钙区一般分布于上述二种成分富集区的过渡部位。

碳酸盐岩CaO/MgO比值是衡量镁富集程度的一项指标，它与岩石中矿物成分有密切关系。以方解石为主的碳酸盐岩（方解石＞95%，白云石＜5%）CaO/MgO＞50，MgO含量为1.085%；当白云石与方解石含量相等时CaO/MgO为4.0，MgO含量为10.85%；以白云石为主的碳酸盐岩（白云石＞95%）CaO/MgO接近1.4，MgO含量为21.7%。当碳酸盐矿物以白云石和菱镁矿为主要矿物时，CaO/MgO比值将大大降低，MgO含量则大幅度提高。如以白云石为主（白云石75%，菱镁矿25%）时，CaO/MgO比值为0.84，MgO含量为28.18%；较纯的菱镁矿（白云石5%，菱镁矿95%），CaO/MgO 比值为0.03，MgO含量为43.943%。

图3-16 辽东大石桥三段主要岩石化学成分等值线图

a—岩石MgO、CaO、SiO₂等值线图；b—CaO/MgO比值等值线图

根据碳酸盐岩CaO/MgO比值可将本区碳酸盐岩分为4类：钙碳酸盐岩、镁钙碳酸盐岩、钙镁碳酸盐岩和镁碳酸盐岩。从碳酸盐岩CaO/MgO比值等值线图可以看出：①等值线平行于古陆边缘分布，由大陆边缘向内侧比值逐渐增大；②高镁区集中分布于营口-辽阳地区，与含矿建造岩石组合富镁质矿物相吻合；③菱镁矿层出现在CaO/MgO比值2.2附近；④碳酸盐岩CaO/MgO比值对菱镁矿滑石的控制作用与地层厚度、岩石组合及矿物成分相一致。

2.稀土元素及微量元素地球化学

辽东菱镁矿与围岩的稀土元素含量相近，稀土元素球粒陨石分配模式基本相似（表3-9，图3-17），其中菱镁矿矿石稀土元素总量∑Ree为17.29，与白云石大理岩的20.76接近；菱镁矿矿石∑LRee/∑HRee为2.53，与白云石大理岩的3.27接近，说明在沉积作用过程中稀土元素强烈均一化，在相同的地质作用中，使它们的稀土元素相对丰度差别小，因此具有同生成因特点。辽东滑石矿石中Sr/Ba比值为35.7，与大石桥组三段含石英脉菱镁矿大理岩（Pt₁d³）中Sr/Ba比值38接近，而与混合岩（M₂）中0.5和二长花岗岩

中0.4相差甚远，表明滑石成矿的主要物质来源于沉积成因的镁质碳酸盐岩建造，而与其他岩石无关（表3-10）。

表3-9 辽东菱镁矿矿石及围岩白云石大理岩稀土元素含量 （w_B/10^-6）和有关参数^①

注：1—菱镁矿矿石；2—白云石大理岩。①池文仲，辽宁省大石桥至塔子岭一带菱镁矿地质特征及成矿预测科研报告，1985。

图3-17 辽东菱镁矿矿石及围岩白云石大理岩稀土元素球粒陨石标准化图谱

3.稳定同位素地球化学

我们在辽东菱镁矿不同矿区和大石桥组不同层位的碳酸盐岩采取了碳、氧稳定同位素样品，其分析结果见表3-11。可以看出，方解石大理岩和白云石大理岩的δ¹³C_PDB（‰）变化范围为-4.5～＋4.4，平均值接近于零；菱镁矿的δ¹³C_PDB（‰）变化范围为-1.4～＋1.2，平均值也接近于零，说明菱镁矿与白云石大理岩在相同环境下形成，均属海相沉积的。

表3-10 辽东古元古代大石桥组岩石与围岩Sr/Ba 比值

（据辽宁省地质矿产局第五地质大队资料综合）

表3-11 辽东古元古代大石桥组菱镁矿、滑石及其围岩碳、氧稳定同位素分析结果

注：中国地质科学院矿产资源研究所同位素实验室分析。

图3-18 辽东菱镁矿和白云石δ¹³C_PDB—δ¹⁸O_SMOW相关图解

A—正常海相区；B—淡水区；C—受变质海相碳酸盐岩区

方解石大理岩和白云石大理岩的δ¹⁸O_SMOW（‰）变化范围为＋11.2～＋22.8，其平均值为17.35；菱镁矿的δ¹⁸O_SMOW（‰）变化范围为＋11.1～＋12.6，其平均值为11.85。氧同位素有些偏低的现象可能与区域变质作用中地表水轻同位素的加入影响有关。

前人对各类碳酸盐矿物的碳氧同位素组成特征进行了分析，认为海相成因的灰岩和白云岩具有低的δ¹³C、δ¹⁸O 值，而淡水成因的碳酸盐具有较低的负值。Talyor（1986）和Craig（1953）亦认为淡水碳酸盐和海相碳酸盐δ¹³C、δ¹⁸O值有明显差异。辽东的菱镁矿和白云石大理岩δ¹³C_PDB—δ¹⁸O_SMOW值相关图解上位于受变质海相碳酸盐岩区（图3-18）。另据Keith和Weber（1964）的判别式：Z＝2.048（δ¹³C＋δ¹⁸O）＋0.498（δ¹⁸O＋50）当Z＞120时为海相，Z＜120时为淡水相，求出辽东菱镁矿和白云石大理岩的Z均大于120，亦显示出海相沉积特征。