摘要
内蒙古额济纳旗珠斯楞地区近些年新发现了多处铜、锑、金等矿床和矿点，为了研究本地区的构造背景，选取格日图勒铜多金属矿区上石炭统白山组上段（C2b2 ）火山岩进行重点研究并进行了主量元素、微量元素、稀土元素和电子探针分析测试。主量元素分析结果表明这套火山岩的 SiO2含量集中分布在50.73%~ 56.41%和 69.53%~77.39%两个区间，分别属于基性岩类和酸性岩类，其中基性岩类包括玄武岩和玄武安山岩等，酸性岩类包括流纹岩和英安岩等。微量元素和稀土元素分析结果显示：流纹岩和英安岩等酸性岩石样品中 (La/Sm)N 值变化范围为 1.34～2.75，平均值为 2.04；(Gd/Yb)N值变化范围为 0.65～0.91，平均值为0.78；轻稀土分馏略明显一些，重稀土分馏不明显，稀土配分曲线总体呈平滑弱右倾特征，富集Cs-Rb-Ba- Th-U-K-Pb 而亏损 Nb-Ta-Sr-P-Ti 元素，与花岗岩相似。玄武安山岩和玄武岩等基性岩样品中(La/ Sm)N 值变化范围为0.76～1.72，平均值为1.10；(Gd/Yb)N值变化范围为0.61～1.58，平均值为1.00；轻稀土和重稀土分馏不明显，稀土配分曲线总体较平滑，原始地幔配分曲线与闪长岩相似。矿物电子探针分析结果显示本区的火山岩后期受构造-岩浆热液作用均发生了明显的蚀变作用，酸性火山岩的蚀变类型主要有绢云母化和钠长石化等；基性火山岩的蚀变类型主要有绿泥石化、褐帘石化和绿帘石化等。综合地球化学特征、区域地质特征和前人研究资料，认为内蒙古额济纳旗地区上石炭统白山组上段（C2b2 ）这套火山岩具有双峰式火山岩特征,形成于大陆裂谷环境。
Abstract
In recent years, a number of copper, antimony and gold deposits and ore spots have been discovered in Zhusileng area of Ejina Banner, Inner Mongolia. In order to study the tectonic background of this area, volcanic rocks of upper Member of Baishan Formation (C2b2 ) of Late Carboniferous in Geriletu copper polymetallic deposit were selected to focus on the study, and major elements, trace elements, rare earth elements and electron probe analysis were carried out. The analysis results of major elements show that the SiO2 content of this volcanic rock is concentrated in 50.73%-56.41% and 69.53%-77.39%, which belong to the basic rocks and acid rocks respectively. The basic rocks include basalt and basalt andesite, etc. Acid rocks include rhyolite and dacite. The analysis results of trace elements and rare earth elements show that the (La/Sm)N values of acid rocks such as rhyolite and dacite ranged from 1.34 to 2.75, with an average value of 2.04. (Gd/Yb)N values ranged from 0.65 to 0.91, with an average value of 078. Acidic rock samples such as rhyolite and dacite are enriched in Cs-Rb-Ba-Th-U-K-Pb and depleted in Nb-Ta-Sr-P-Ti elements, which is similar to granite. (La/Sm)N values in basaltic andesite and basaltic rock samples ranged from 0.76 to 1.72, with an average value of 1.10. (Gd/Yb)N values ranged from 0.61 to 1.58, with an average value of 1.00. Light rare earth and heavy rare earth fractionation is not obvious, Chondrite-normalized REE distribution curve is smooth on the whole, the primitive mantle-normalized curve is similar to diorite. The results of electron probe analysis of minerals show that the volcanic rocks in this area underwent obvious alteration due to tectonic-magmatic hydrothermal processes in the later period. The alteration types of acid volcanic rocks mainly include sericite and albionite. The alteration types of basic volcanic rocks are mainly chlorophyllitization, brown epidotization and epidotization. Based on geochemical characteristics, regional geological characteristics and previous research data, it is concluded that the volcanic rocks of the upper member of the Baishan Formation (C2b2 ) of the Late Carboniferous in Ejina Banner, Inner Mongolia have the characteristics of bimodal volcanic rocks, forming a continental rift environment.
Keywords
0 引言
东天山和北山地区是中国重要的多金属成矿带，由于两者相似的构造背景，越来越多的学者已将东天山成矿带和北山成矿带作为一个大的成矿带进行研究，已发现了一批重要的金、铜、铁、铀等多金属矿产地（江思宏等，2001；冯京等，2014；张振亮等，2022），随着蒙古国欧玉陶勒盖（Oyu Tolgoi）铜金矿和白山（White Hill）铜锌矿的相继发现（聂凤军和云飞，2009），中蒙边境及邻区优越的成矿背景和条件越来越引发地质学家的关注（聂凤军等， 2004）。近些年在北山成矿带东部（内蒙古境内）的戈壁深处相继发现了珠斯楞海尔罕铜矿（程佳孝等，2013）、格日勒图铜多金属矿（侯朝勇等，2022； 贾润幸等，2024）等矿床和一些锑、金等矿点。在对格日勒图铜多金属矿的勘查过程中，在上石炭统白山组上段（C2b2）地表和钻孔岩心中发现了以浅紫红色流纹岩和灰绿色玄武岩为主的火山岩组合特征，本文重点对该类火山岩进行了重点研究，旨在明确该地区的成矿地质背景，为在本区深部及外围开展进一步矿产勘查提供理论指导。
1 区域地质背景
内蒙古额济纳旗珠斯楞地区位于星星峡—旱山—珠斯楞地块南部北山裂谷带中的红柳园—白山堂中元古代—古生代多旋回裂谷（图1a）。该区主要出露中元古界长城系、上石炭统、上三叠统、下白垩统、上白垩统及第四系。中上元古界长城系古硐井群（Chg）变质粉砂岩、绢云石英片岩、石英岩、大理岩、变质石英砂岩等；上石炭统白山组（C2b）又分为 2 段（C2b2）和 1 段（C2b1），2 段（C2b2）主要为流纹岩、英安岩、安山玄武岩、玄武岩等，1 段（C2b1）为石英砂岩、钙质粉砂岩、晶屑岩屑凝灰岩和凝灰质砂岩等；上三叠统珊瑚井组（T3sh）杂砾岩、含砾粗粒钙质长石质硬砂岩、硬砂岩等；下白垩统巴音戈壁组 （K1b）杂砾岩、含砾粗粒硬砂岩；上白垩统乌兰苏海组（K2w）长石砂岩、泥质长石砂岩、长石石英砂岩； 及第四系更新统砾岩、沙土和全新统粉细砂、中-粗粒砂等。区域构造以断裂为主，北东向构造较为发育，北西向次之。区内岩浆呈多期次侵入作用，主要有石炭纪黑云碱长花岗岩，石英闪长岩和辉长岩；二叠纪二长花岗岩、花岗岩和闪长岩，侏罗纪花岗斑岩等。区内矿产主要有珠斯楞铜多金属矿床和格日勒图铜多金属矿床及道布青乌苏锑矿点和乌兰苏海金矿点等（图1b）。
图1内蒙古西段区域地质图
a—区域构造单元划分图（据杨建国等，2015修改）；b—额济纳旗珠斯楞地区地质图
I—大南湖—雀儿山—狐狸山多期增生岛弧；II—红石山—路井—雅干晚古生代裂谷；III—星星峡—旱山—珠斯楞地块；IV—北山裂谷带： IV1—红柳河—小黄山早古生代裂谷；IV2—营毛沱—白湖中元古代—早古生代多旋回裂谷；IV3—荒草滩—平头山微地块；IV4—花牛山—老硐沟中元代—早古生代多施回裂谷；IV5—明舒井—低山头微地块；IV6—红柳园—白山堂中元古代—古生代多旋回裂谷；V—敦煌地块；VI—阿拉善地块；1—全新统；2—更新统；3—上白垩统乌兰苏海组；4—下白垩统巴音戈壁组；5—上三叠统珊瑚井组；6—上石炭统白山组2段；7—上石炭统白山组1段；8—中元古界长城系古硐井群；9—侏罗纪花岗斑岩；10—二叠纪二长花岗岩；11—二叠纪花岗岩；12—二叠纪闪长岩；13—石炭纪石英闪长岩；14—石炭纪辉长岩；15—花岗斑岩脉；16—花岗岩脉；17—辉长岩脉；18—石英脉；19—地质界线；20—不整合线；21—铜多金属矿；22—锑矿；23—金矿；24—铜矿；25—断层及编号；26—推测断层；27—地名；28—地层产状；29—岛弧；30—裂谷；31—地块；32—研究区
2 矿区地质特征
矿区内出露地层主要为下石炭统白山组 2 段 （C2b2）和第四系洪积物及风积物（Qp）（图2）。下石炭统白山组 2 段（C2b2）以酸性、中—基性火山岩为主，岩石类型主要为流纹岩、英安岩、安山玄武岩、玄武岩等（图3），其中夹杂有 1~2层薄层状炭质层，该段（C2b2）为主要的 Cu-Pb-Zn 赋矿地层。矿区内构造总体呈北东向分布，主要为 F1 1、F1 2 和 F1 3，呈隐伏分布，基本控制了区内下石炭统白山组2段（C2b2） 火山岩建造分布；北西向断裂主要有为 F2 1 和F2 2，为火山岩重要的岩相分界线。区内岩浆岩发育，由老而新依次为:石炭纪石英闪长岩（δοC），二叠纪闪长岩（δP）和二长花岗岩（ηγP），主要分布于研究区西南部、西北部和东北部。
目前已发现的铜多金属矿体分布在研究区西南部下石炭统白山组2段（C2b2）火山岩区，地表可见明显的孔雀石化、铁锰矿化及硅化蚀变带等（图3），走向呈北东向，与本区总体的构造格架相一致。
图2内蒙古额济纳旗格日勒图铜多金属矿区地质图
1—全新统；2—上石炭统白山组2段；3—二叠纪二长花岗岩；4—二叠纪闪长岩；5—石炭纪石英闪长岩；6—石英脉；7—碎裂岩带；8—蚀变带； 9—铜多金属矿体；10—矿化体；11—锌矿体；12—地质界线；13—断层及编号；14—推测断层及编号；15—勘探线及编号；16—钻孔及编号； 17—流纹岩；18—绢英岩；19—玄武岩；20—破碎带；21—片理化；22—测年采样点
3 样品采集与分析测试
3.1 样品采集与分析
岩石样品总计 14件，其中 12件为火山岩样品， 2件为侵入岩样品。其中地表5件，样品编号分别为 A1、A2、B2、E1 和 F1。钻孔 9 件，其中 3 件样品采集于 00 线的 ZK0001 钻孔岩心，6 件样品采集于 15 线的 ZK1501 钻孔岩心，钻孔位置见图2，岩石样品及镜下特征见图3。本区火山岩类型主要有流纹岩、英安岩、玄武安山岩和玄武岩等。
样品加工前先切掉氧化或蚀变膜，选择新鲜的岩块作为测试对象，磨制电子探针片后再进行岩石化学全岩分析。电子探针分析在中国地质科学院完成；主、微量元素分析由核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成，主量元素使用分光光度法和电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-OES），微量元素使用电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）。主量元素、微量元素分析结果见表1，电子探针分析结果见表2。
图3格日勒图铜多金属矿岩石显微特征
a～b—流纹岩（A1样品）；c～d—流纹岩（A3样品）；e～f—英安岩（B1样品）；g～h—玄武安山岩（C1样品）；i～j—玄武安山岩（C2样品）；k～l— 蚀变玄武岩（D1样品）；m～n—闪长岩（E1样品）；o～p—花岗岩（F1样品）
表1内蒙古额济纳旗格日勒图铜多金属矿岩石主量元素（%）和微量元素（10-6）含量
注：分析单位为核工业北京地质研究院分析测试研究中心（2023年）。
图4格日勒图铜多金属矿岩石TAS（a）和K2O-SiO2（b）图解
3.2 岩石地球化学特征
（1）主量元素
额济纳旗格日勒图地区 7件流纹岩样品中 SiO2 含量为 72.50%～77.78%，平均为 75.38%； A/CNK 变化范围 0.76～2.90，平均为 1.60；K2O+Na2O 含量为 1.73%～6.09%，平均为 4.46%；K2O/Na2O 变化范围 0.01～38.67，平均为 9.61；Mg# 变化范围 4.54～46.79，平均为 27.55。2件英安岩样品中 SiO2含量为 69.53%～71.97%，平均为 70.75%；A/CNK 变化范围 2.33～2.93，平均为 2.63；K2O+Na2O 含量为 4.01%～4.28%，平均为 4.15%；K2O/Na2O 变化范围 4.73～70.33，平均为 37.53；Mg#变化范围 17.86～32.67，平均为 25.27。2 件玄武安山岩样品中 SiO2 含量为 52.08%～56.41%，平均为 54.25%；A/CNK 变化范围 0.51～1.51，平均为 1.01；K2O+Na2O 含量为 2.74%～4.72%，平均为 3.73%；K2O/Na2O 变化范围 0.04～0.20，平均为 0.12；Mg#变化范围 9.53～46.10，平均为 27.81。1件玄武岩样品中 SiO2含量为 50.74%；A/ CNK 为 1.07，K2O+Na2O 为 3.00%，K2O/Na2O 为 0.26； Mg#为57.99。
研究区岩石样品在（Na2O+K2O）-SiO2图解（图4a）中分别投影在玄武岩、玄武安山岩、英安岩和流纹岩范围，玄武安山岩和英安岩的出现可能与后期酸性岩浆侵入后的蚀变作用有关。在 K2O-SiO2图解（图4b）中，本区的英安岩和流纹岩等酸性岩类主要投影在中—高钾系列范围。
（2）微量元素
据原始地幔配分曲线图（图5）可知（Sun and McDonough，1989），流纹岩和英安岩样品与花岗岩样品大离子亲石元素具有相似的曲线模式，流纹岩和英安岩样品均富集 Cs-Rb-Ba-Th-U-K-Pb，相对亏损 Nb-Ta-Sr-P-Ti 元素；花岗岩样品相对富集 Cs-Rb-Ba-Th-K-Pb，相对亏损 Nb-Ta-P-Ti 等元素，流纹岩和英安岩样品与花岗岩样品三者总体较为一致。玄武安山岩样品相对富集 Cs-U-Pb，相对亏损 Nb 元素；玄武岩样品相对富集 Rb-Ba-K-Pb，相对亏损 Th-Nb-Ta-Zr 等元素；闪长岩样品总体较为平缓，显示出来源于地幔的明显特征。从玄武安山岩、玄武岩和闪长岩样品的原始地幔配分曲线来看，三者尽管略有差异，但总体上较为相似。
（3）稀土元素
对本区样品采用球粒陨石进行配分（王中刚等，1989），据表1中可知，流纹岩样品中∑REE含量为 60.09×10-6～171.49×10-6，平均为 125.76×10-6，∑ L/∑ H 比值 0.93～1.87，平均 1.53，δEu 为 0.58～0.96，平均为 0.72，δCe 为 0.94～1.04，平均为 0.97， δEu 为负异常，δCe 具弱负异常。英安岩样品中∑ REE 含量为 130.63×10-6～185.83×10-6，平均为 158.23×10-6，∑ L/∑ H 比值 1.82～2.06，平均 1.94， δEu为0.71～1.04，平均为0.88，δCe为0.98～1.04，平均为 1.01，δEu 为负异常，δCe 具弱正异常。玄武安山岩样品中∑REE含量为79.18×10-6～132.13×10-6，平均为 105.65×10-6，∑L/∑H 比值 0.69～1.57，平均 1.13，δEu 为 0.85～1.14，平均为 1.00，δCe 为 0.98～1.26，平均为 1.12，δEu 为弱正异常，δCe 为正异常。玄武岩样品中∑REE含量为44.57×10-6，∑L/∑H比值 0.53，δEu 为 1.30，δCe 为 0.94，δEu 为正异常，δCe为弱负异常。闪长岩样品中∑REE 含量为 97.34× 10-6，∑L/∑H比值 0.75，δEu为 1.02，δCe为 0.97，δEu 为弱正异常，δCe 为弱负异常。花岗岩样品中∑ REE 含量为 84.28×10-6，∑L/∑H 比值 4.25，δEu 为 0.91，δCe为0.96，δEu和δCe均为弱负异常。
图5格日勒图铜多金属矿岩石大离子亲石元素蜘蛛图
a—流纹岩；b—英安岩；c—玄武岩、玄武安山岩；d—闪长岩、花岗岩
图6格日勒图铜多金属矿岩石稀土元素配分曲线
a—流纹岩；b—英安岩；c—玄武岩、玄武安山岩；d—闪长岩、花岗岩
总体上流纹岩和英安岩等偏酸性岩石样品中的δEu为负异常，相对富集轻稀土；玄武安山岩和玄武岩等基性岩样品中的 δEu 为弱正异常或正异常，相对富集重稀土。从各岩石样品的稀土配分曲线来看（图6），流纹岩和英安岩等偏酸性岩石样品中（La/Sm）N值变化范围为 1.34～2.75，平均值为 2.04；（Gd/Yb）N值变化范围为0.65～0.91，平均值为078；总体上轻稀土分馏略明显一些，重稀土分馏不明显，稀土配分曲线总体呈平滑弱右倾特征，与花岗岩稀土配分曲线相似。玄武安山岩和玄武岩等基性岩样品中（La/Sm）N值变化范围为 0.76～1.72，平均值为 1.10；（Gd/Yb）N值变化范围为 0.61～1.58，平均值为 1.00；总体上轻稀土和重稀土分馏不明显，稀土配分曲线总体较平滑，与闪长岩稀土配分曲线相似。
3.3 矿物地球化学特征
对本区不同类型岩石中的部分矿物进行电子探针分析测试（图7），分析结果（表2）显示在流纹岩样品中可见钠长石和绢云母（图7a）；在玄武安山岩样品中可见榍石和褐帘石（图7b）；在玄武岩样品和细粒闪长岩样品中可见绿帘石和绿泥石（图7c～d）。本区的火山岩后期受构造-岩浆热液作用影响，发生了明显的蚀变作用，酸性火山岩的蚀变类型主要有绢云母化和钠长石化等；基性火山岩的蚀变类型主要有绿泥石化、褐帘石化和绿帘石化等，表现为岩石中MgO的含量明显增高。
4 讨论
4.1 岩石成因
前人关于流纹岩的研究认为主要有 2 种成因，一种观点认为流纹岩与玄武岩来自同一源区，通常是玄武岩浆演化的产物，并与玄武岩具有类似的地球化学特征；另一种观点认为流纹岩与玄武岩并不同源，而是地壳深熔作用形成的，并且显示与玄武岩不同的地球化学特征（王焰等，2000）。本区岩石样品在（Na2O+K2O）-SiO2图解（图4a）中分别投影在玄武岩、玄武安山岩、英安岩和流纹岩范围，在K2O-SiO2图解（图4b）中，本区的英安岩和流纹岩等酸性岩类主要投影在中-高钾系列范围中，岩石中可见到明显的钾长石斑晶（图3b、d）。酸性岩（流纹岩和英安岩）的ACNK为0.76～2.93，平均为1.83。Chap‐ pell and White（1974）认为 ACNK＞1.1 为 S 型花岗岩；ACNK＜1.1 则为 I 型花岗岩。流纹岩和英安岩样品中Mg#平均值为27.04；玄武安山岩和玄武岩样品中的 Mg#平均值为 37.87。流纹岩和英安岩等酸性岩样品相对富集轻稀土，δEu为负异常；玄武安山岩和玄武岩等基性岩样品中的δEu为弱正异常或正异常，相对富集重稀土。上述结果表明本区酸性岩类和基性岩类的地球化学特征差异较大，显示出不同的源区，酸性岩类很可能来源于地壳，而基性岩类很可能来源于地幔。
表2格日勒图铜多金属矿岩石中矿物电子探针分析结果（%）
图7格日勒图铜多金属矿岩石中矿物背散射图
a—流纹岩样品中可见钠长石和绢云母；b—玄武安山岩样品中可见榍石和褐帘石；c—玄武岩样品中可见绿帘石和绿泥石；d—细粒闪长岩样品中可见绿帘石和绿泥石
4.2 构造意义
李锦轶（2004）认为新疆东部古生代地壳构造演化主要包括震旦纪—石炭纪洋陆格局的变迁和石炭纪末—二叠纪后碰撞壳幔相互作用共 2 个阶段。其西段洋盆关闭的时间大概为早石炭—中二叠世（卜建军等，2020）。在额济纳旗珠斯楞地区出露有大量的石炭纪火山岩和石炭纪—二叠纪侵入岩，与东天山和北山地区较为相似，由此可以推测本区在区域构造背景上，应属于东天山—北山构造带的东向延伸区。
从本区地表出露基岩和已有钻孔岩心中上石炭统白山组（C2b）岩石特征来看，按照颜色可分为浅紫红色和灰绿色 2 类，浅紫红色岩石主要为酸性火山岩，包括流纹岩和英安岩，灰绿色岩石主要为基性火山岩，包括玄武安山岩和玄武岩，粉红色岩石分布于灰绿色岩石之上，这种“二元结构”在空间上显示出明显的双峰式火山岩特征。谢春林等 （2015①）认为本区出露的上石炭统白山组（C2b）火山岩地层与北山地区出露的干泉群（C2g）火山岩应该为同一组地层，其对本区东北方向出露的二叠纪花岗闪长岩体（图2）测定K-Ar年龄为278 Ma，属于早二叠世，与本区上石炭统白山组（C2b）火山岩与早二叠世花岗闪长岩体的空间分布情况相吻合。研究表明，双峰式火山岩可以出现在不同的构造环境中，如大陆裂谷、洋岛、大陆拉张减薄、造山后、弧后拉张、洋内岛弧和成熟岛弧等（王焰等，2000）。在东天山和北山地区发育的石炭纪双峰式火山岩都形成于大陆裂谷环境（王晓伟等，2016；刘亮等， 2020），这与本区的成矿地质背景基本一致（杨建国等，2015）。
值得关注的是本区的酸性火山岩和基性火山岩均发生了明显的蚀变作用和改造作用，可能都受到了后期构造-岩浆热液作用影响。受深部中酸性岩浆（闪长岩和花岗岩）的侵入作用，上部的酸性火山岩部分发生了绢云母化和钠长石化，下部的基性火山岩多发生绿泥石化、褐帘石化和绿帘石化等，部分玄武岩中可见圆球状绿帘石，保留了杏仁状玄武岩的假象特征（图3l）。受后期构造应力作用的影响，上部的流纹岩部分层间发生碎裂化成为成矿热液的储矿构造（贾润幸等，2024），下部的基性岩则多发生强烈的片理化。
5 结论
（1）内蒙古额济纳旗地区上石炭统白山组 2 段 （C2b2）发育玄武安山岩和玄武岩等基性岩类，以及英安岩和流纹岩等酸性岩类，受构造-岩浆热液作用均发生了明显的蚀变，酸性火山岩的蚀变类型主要有绢云母化和钠长石化等；基性火山岩的蚀变类型主要有绿泥石化、褐帘石化和绿帘石化等。
（2）流纹岩和英安岩等酸性岩石样品中（La/Sm）N 为 1.34～2.75，平均值为 2.04；（Gd/Yb）N 为 0.65～0.91，平均值为078；轻稀土分馏略明显一些，重稀土分馏不明显，稀土配分曲线总体呈平滑弱右倾特征，与花岗岩相似，推断其很可能来源于地壳。玄武安山岩和玄武岩等基性岩样品中（La/Sm）N 为 0.76～1.72，平均值为 1.10；（Gd/Yb）N 为 0.61～1.58，平均值为1.00；轻稀土和重稀土分馏不明显，稀土配分曲线总体较平滑，原始地幔配分曲线与闪长岩相似，推断其很可能来源于地幔。
（3）内蒙古额济纳旗地区上石炭统白山组 2 段 （C2b2）这套火山岩具有双峰式火山岩特征，形成于大陆裂谷环境。
注释
① 谢春林，赵寒森，杨涛，张旭，王磊，孙南一，王静平，李新科，仵阳，孙继东.2015. 内蒙古额济纳旗珠斯楞地区铜金矿远景调查成果报告[R]. 西安: 中国地质调查局西安地质调查中心，1-368.
