穆宏玉，劉正宏，賈大成，李鵬川，路恩蘭

1.吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130026；2.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130061；3.吉林省第四地質(zhì)調(diào)查所，吉林通化134001

吉林省白山市板石溝鐵礦斷裂構(gòu)造地球化學(xué)特征

穆宏玉1，劉正宏2，賈大成1，李鵬川2，路恩蘭3

1.吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130026；2.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130061；3.吉林省第四地質(zhì)調(diào)查所，吉林通化134001

斷裂構(gòu)造中元素的遷移變化規(guī)律是構(gòu)造地球化學(xué)研究的主要內(nèi)容.白山市板石溝鐵礦斷裂構(gòu)造發(fā)育，是開(kāi)展斷裂構(gòu)造地球化學(xué)研究的有利地區(qū).通過(guò)對(duì)板石溝鐵礦17礦組和趙家溝礦組典型逆斷層剖面測(cè)量，采集構(gòu)造巖和周?chē)鷰r石，分析常量元素和微量元素，利用構(gòu)造地球化學(xué)剖面法、質(zhì)量等比線法和特征元素比值來(lái)反映元素在逆斷層中分布特征和遷移變化規(guī)律.通過(guò)分析認(rèn)為在逆斷層中常量元素SiO2、Fe2O3、CaO、Na2O虧損，Al2O3、K2O富集，微量元素中Rb、Sr等離子半徑較大元素富集，離子半徑較小元素Co、Cr、Ni虧損，K2O/Na2O、V/Cr、Rb/（Ni＋Co）在逆斷層中呈現(xiàn)出高值，SiO2/Al2O3、（Fe2O3＋CaO＋MgO）/Al2O3呈現(xiàn)出低值.依據(jù)這些構(gòu)造地球化學(xué)特征可以用來(lái)判斷斷裂構(gòu)造的存在，為斷裂構(gòu)造地球化學(xué)研究和板石溝鐵礦勘查提供構(gòu)造地球化學(xué)依據(jù).

構(gòu)造地球化學(xué)；元素遷移；逆斷層；板石溝鐵礦；吉林省

0 引言

構(gòu)造地球化學(xué)是運(yùn)用構(gòu)造地質(zhì)學(xué)和地球化學(xué)基本原理和方法，研究元素在各種構(gòu)造環(huán)境中的分配和遷移、分散與富集的特征及其動(dòng)力學(xué)機(jī)制的科學(xué)［1］.構(gòu)造運(yùn)動(dòng)一般可以形成兩種結(jié)果，一是構(gòu)造形跡有規(guī)律地排列組合構(gòu)成構(gòu)造體系，二是元素在構(gòu)造中遷移、富集及其共生組合形成地球化學(xué)體系.因此構(gòu)造地球化學(xué)一方面研究構(gòu)造作用中的地球化學(xué)過(guò)程，另一方面研究地球化學(xué)過(guò)程所引起的和反映出來(lái)的構(gòu)造作用［2］.構(gòu)造地球化學(xué)不僅為認(rèn)識(shí)礦床成因和成礦規(guī)律提供依據(jù)，而且在指導(dǎo)找礦勘探和隱伏礦定位預(yù)測(cè)得到了廣泛應(yīng)用，并取得了明顯的找礦效果［3-5］.近年來(lái)構(gòu)造地球化學(xué)更多地關(guān)注在找礦方面的應(yīng)用，尤其是對(duì)隱伏礦體的找礦預(yù)測(cè)，而在構(gòu)造應(yīng)力作用下元素在斷裂構(gòu)造中遷移、變化規(guī)律，以及元素組合特征的研究相對(duì)較少.構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使巖石發(fā)生變形，形成斷裂或褶皺，產(chǎn)生礦物的相變.構(gòu)造變形與物質(zhì)成分的變化同時(shí)發(fā)生，導(dǎo)致其物質(zhì)組分的集中與分散、遷移，形成構(gòu)造地球化學(xué)異常，引起一系列構(gòu)造地球化學(xué)作用.在特定的構(gòu)造地球化學(xué)作用過(guò)程中，某些具有相似地球化學(xué)性質(zhì)的元素具有相似的地球化學(xué)行為和遷移、變化規(guī)律，從而形成一定的元素組合.因此，利用這些元素異常和組合可以反映特定的構(gòu)造地球化學(xué)作用過(guò)程［6］.

板石溝鐵礦不僅是大型沉積變質(zhì)型鐵礦，而且構(gòu)造控礦作用明顯，各種構(gòu)造形跡發(fā)育，尤其是斷裂構(gòu)造，為探討斷裂構(gòu)造地球化學(xué)特征提供很好的研究條件.本文以板石溝鐵礦區(qū)17礦組和趙家溝礦組2條典型剖面為例，利用元素構(gòu)造地球化學(xué)剖面法、質(zhì)量等比線法和特征元素比值，總結(jié)元素在逆斷層中分布特征，分析在構(gòu)造應(yīng)力作用下元素遷移特征和變化規(guī)律，為斷裂構(gòu)造地球化學(xué)研究和板石溝鐵礦勘查提供構(gòu)造地球化學(xué)依據(jù).

1 板石溝鐵礦地質(zhì)概況

板石溝鐵礦位于吉林省白山市板石鎮(zhèn)，為典型沉積變質(zhì)型鐵礦.板石溝鐵礦床產(chǎn)出大地構(gòu)造為中朝準(zhǔn)地臺(tái)（Ⅰ）遼東臺(tái)?。á颍╄F嶺靖宇臺(tái)拱（Ⅲ）龍崗斷塊（Ⅳ）的南緣，四方山－板石溝綠巖帶的北東段.基底出露地質(zhì)體主要為太古宙TTG和表殼巖，以及出露在礦區(qū)南側(cè)的古元古界老嶺群的達(dá)臺(tái)山組和珍珠門(mén)組.蓋層出露地層為新元古界青白口系釣魚(yú)臺(tái)組等地層［7］.鐵礦賦存在太古宙表殼巖中.太古宙表殼巖下段為黑云變粒巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖夾透鏡狀斜長(zhǎng)角閃巖；中段由斜長(zhǎng)角閃巖、黑云角閃斜長(zhǎng)片麻巖、黑云角閃片巖組成，夾似層狀、透鏡狀磁鐵石英巖和磁鐵角閃石巖（含礦層）；上段由黑云斜長(zhǎng)片麻巖夾斜長(zhǎng)角閃巖組成［8］.板石溝鐵礦主體受板石溝復(fù)式向斜控制，大致可分為南北2個(gè)礦帶：南礦帶位于板石溝復(fù)式向斜的南翼，包括 16、17、18、19 礦組和趙家溝礦組；北礦帶位于板石溝復(fù)式向斜的北翼，包括1～8和14～15礦組（圖1）.鐵礦形成受構(gòu)造控制，礦體與褶皺和斷裂構(gòu)造具有密切的時(shí)空關(guān)系.礦體與褶皺構(gòu)造具有時(shí)空一致性，表現(xiàn)為礦體賦存在表殼巖中段，與圍巖呈整合接觸，礦體形態(tài)與褶皺形態(tài)協(xié)調(diào)一致，富礦體均賦存在褶皺轉(zhuǎn)折端，具有同褶皺的特征.礦體與斷裂構(gòu)造關(guān)系可分為早期斷裂和晚期斷裂：早期斷裂為與褶皺同時(shí)形成的斷裂，斷裂呈近東西走向，具有韌性或韌脆性構(gòu)造特征，礦體一般平行斷裂分布，與礦體和褶皺具有時(shí)空一致性；晚期斷裂呈北東和北西走向，切割褶皺和礦體，具有脆性構(gòu)造特征.

1.1 17 礦組構(gòu)造特征

17礦組位于板石溝南部成礦帶，為板石溝復(fù)式向斜的南翼.礦體圍巖為太古宙表殼巖，主要巖石類(lèi)型為斜長(zhǎng)角閃巖、角閃片巖、綠泥角閃片巖、角閃石英片巖.礦體和表殼巖被中生代花崗細(xì)晶巖和閃長(zhǎng)玢巖侵入.17礦組褶皺構(gòu)造發(fā)育，表現(xiàn)為板石溝－東廟嶺背斜，屬于板石溝復(fù)式向斜南翼的次一級(jí)褶皺構(gòu)造，褶皺軸總體呈北東東走向，北翼巖層向北西傾，南翼巖層向南東傾.褶皺由表殼巖構(gòu)成.背斜核部為黑云斜長(zhǎng)角閃片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖，翼部為斜長(zhǎng)角閃巖、角閃片巖、綠泥角閃片巖和磁鐵礦體及磁鐵石英巖.17礦組中1～9號(hào)等礦體位于背斜北翼，17～21號(hào)等礦體位于背斜南翼［9］.

17礦組斷裂構(gòu)造發(fā)育，一般發(fā)育在褶皺的核部和翼部.研究中在板石溝－東廟嶺背斜北翼實(shí)測(cè)P8剖面，剖面共分15層.從中可以看出在第③層和第⑤層分別為兩條斷裂構(gòu)造，兩條斷裂特征相同，表現(xiàn)為糜棱巖化帶或片理化帶，與褶皺軸走向相同，斷裂面產(chǎn)狀與兩側(cè)巖層一致，顯示與褶皺同期斷裂特征，依據(jù)斷裂與褶皺構(gòu)造關(guān)系應(yīng)屬于縱向斷裂.斷裂帶寬10～30 cm，延長(zhǎng)約數(shù)百米，錯(cuò)動(dòng)位移較小，斷裂面比較平直或呈舒緩波狀.斷裂帶內(nèi)擠壓透鏡體、擠壓片理發(fā)育，構(gòu)造巖為片理化細(xì)粒糜棱巖、片理化綠泥角閃片巖和斷層泥.結(jié)合次級(jí)斷裂組合特征，推測(cè)兩條斷裂具有逆斷層的構(gòu)造性質(zhì).

圖1 板石溝鐵礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖（據(jù)文獻(xiàn)［8］修編）Fig.1 Geological sketch map of Banshigou iron deposit（Modified from Reference［8］）

1.2 趙家溝礦組構(gòu)造特征

趙家溝礦組位于板石溝南部成礦帶，為板石溝復(fù)式向斜的南翼.礦體賦存于太古宙表殼巖中，主要巖性為斜長(zhǎng)角閃巖、斜長(zhǎng)角閃片麻巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖、角閃片巖，夾有磁鐵礦和磁鐵石英巖透鏡體.趙家溝礦組褶皺構(gòu)造發(fā)育，表現(xiàn)為趙家溝倒轉(zhuǎn)背斜，屬于板石溝復(fù)式向斜南翼的次一級(jí)褶皺構(gòu)造［10］.褶皺軸總體呈北東東走向，兩翼巖層均向北西傾，傾角約70°，為緊密的“A”型倒轉(zhuǎn)褶皺.背斜核部為黑云斜長(zhǎng)角閃片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖和磁鐵石英巖及磁鐵礦體，翼部為斜長(zhǎng)角閃巖、角閃片巖.趙家溝礦組中2號(hào)礦體位于倒轉(zhuǎn)背斜的核部.

趙家溝礦組斷裂構(gòu)造比較發(fā)育.研究中在趙家溝倒轉(zhuǎn)背斜靠近核部實(shí)測(cè)P10剖面，剖面共分5層.從中可以看出在第③層為斷裂構(gòu)造，斷裂帶走向?yàn)楸睎|東向，與褶皺軸的方向相同，斷裂面產(chǎn)狀與兩側(cè)巖層一致，是伴隨褶皺構(gòu)造活動(dòng)形成的，依據(jù)與褶皺構(gòu)造關(guān)系亦屬于縱向斷裂.斷裂帶寬1.5 m，延長(zhǎng)約數(shù)百米，斷裂兩盤(pán)有一定錯(cuò)動(dòng)位移.斷裂面比較平直或呈舒緩波狀，斷裂帶內(nèi)構(gòu)造巖為片理化和糜棱巖化的綠泥片巖、陽(yáng)起綠泥片巖，巖石破碎并有角礫巖及破碎巖.根據(jù)斷裂構(gòu)造特征，推測(cè)該斷裂具有逆斷層的構(gòu)造性質(zhì).

2 樣品采集與分析方法

2.1 樣品采集

2.1.1 P8 剖面樣品采集

P8剖面位于17礦組板石溝－東廟嶺背斜的北翼，按巖性將剖面分為15層，除11○14○層外每層均采集一個(gè)代表性巖石樣品.由北向南依次在第①層取含電氣石石英巖；第②層取綠泥角閃片巖；第③層是斷裂帶，取片理化細(xì)粒糜棱巖；第④層取角閃片巖；第⑤層是斷裂帶，取片理化綠泥角閃片巖；第⑥層取角閃石英片巖；第⑦層取磁鐵石英巖；第⑧層為礦體，取磁鐵礦石；第⑨層取粗粒斜長(zhǎng)角閃巖、含黃鐵礦粗粒斜長(zhǎng)角閃巖；第⑩層為花崗巖脈侵入，取花崗質(zhì)細(xì)晶巖；第⑩層取細(xì)粒含黑云母二長(zhǎng)花崗片麻巖；第12○層取細(xì)粒斜長(zhǎng)角閃巖；第13○層為中基性巖脈侵入，取閃長(zhǎng)玢巖（圖2）.

圖2 P8構(gòu)造地球化學(xué)剖面圖Fig.2 Tectonic geochemical profile of P8 in Banshigou iron deposit

2.1.2 P10 剖面樣品采集

P10剖面位于趙家溝礦組，按巖性將剖面分為5層，除①層外每層均采集一個(gè)代表性巖石樣品.由北向南依次在第②層取斜長(zhǎng)角閃巖；第③層是斷裂帶，取糜棱巖化綠泥片巖；第④層為背斜核部的磁鐵礦體，取2個(gè)磁鐵石英巖；第⑤層取斜長(zhǎng)角閃片麻巖（圖3）.

圖3 P10構(gòu)造地球化學(xué)剖面圖Fig.3 Tectonic geochemical profile of P10 in Banshigou iron deposit

2.2 分析方法

對(duì)采集的樣品采用X熒光光譜儀分析方法.首先將樣品碎樣處理后，用壓片機(jī)將粉碎后的樣品與硼酸壓成餅，然后使用吉林大學(xué)天瑞EDX6000B X熒光光譜儀進(jìn)行分析.分析過(guò)程中首先需要對(duì)部分元素建立新測(cè)量方法及標(biāo)準(zhǔn)曲線.建立標(biāo)準(zhǔn)曲線的步驟為：1）測(cè)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)巖石樣品獲得樣品元素含量和波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)；2）用插值法建立擬合曲線，并剔除相關(guān)性差的點(diǎn)；3）重新測(cè)量部分國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)巖石樣品進(jìn)行檢驗(yàn)，若與實(shí)際值符合較好則曲線建立成功，否則修改曲線并重新檢驗(yàn)［11］.對(duì)Al、Si、Fe、K、Ca、Na、Mg、Co、P、V、Cr、Rb、Sr、Mn、Ti、Ni、Pb 等 18 種元素建立了滿足要求的標(biāo)準(zhǔn)曲線.樣品測(cè)量時(shí)間為100 min，每個(gè)樣品測(cè)量3次，取平均值，在真空條件下測(cè)量，分析結(jié)果（表1）氧化物含量Na2O誤差小于6%，其他均小于3%，元素含量誤差均小于11%.

3 斷裂構(gòu)造元素遷移變化規(guī)律

斷裂構(gòu)造地球化學(xué)特征突出體現(xiàn)在元素在斷裂帶的遷移變化.在構(gòu)造應(yīng)力作用下，一方面構(gòu)造作用產(chǎn)生斷裂，形成構(gòu)造巖，另一方面構(gòu)造作用導(dǎo)致元素相對(duì)原巖的遷移和再次分配，造成某些元素分散和富集，由此可形成某些元素構(gòu)造地球化學(xué)異常.斷裂與物質(zhì)成分的變化同時(shí)發(fā)生，元素在這一過(guò)程中遷移變化是構(gòu)造地球化學(xué)作用的結(jié)果.在擠壓性質(zhì)斷裂構(gòu)造作用過(guò)程中，某些具有相似地球化學(xué)性質(zhì)的元素具有相似的地球化學(xué)行為和遷移、變化規(guī)律，從而形成一定的元素組合.元素構(gòu)造地球化學(xué)剖面法、質(zhì)量等比線法和特征元素比值法是總結(jié)斷裂構(gòu)造中元素分布特征和元素遷移變化規(guī)律的有效方法.

3.1 斷裂構(gòu)造地球化學(xué)剖面特征

3.1.1 P8剖面斷裂構(gòu)造地球化學(xué)特征

在17礦組P8實(shí)測(cè)剖面基礎(chǔ)上，以采樣點(diǎn)為橫坐標(biāo)，元素含量為縱坐標(biāo)，利用各樣品的分析結(jié)果投圖.通過(guò)剖面斷裂與元素含量變化對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以反映出元素在斷裂中的遷移和變化.P8剖面第③層和第⑤層分別為2條斷裂構(gòu)造，在斷裂構(gòu)造內(nèi)構(gòu)造巖樣品編號(hào)分別為P8b3－1和P8b5－1.從P8剖面構(gòu)造地球化學(xué)剖面圖可以看出（以P8b3－1為例），在斷裂帶Al2O3、K2O、Ti、P、V、Rb、Sr、U 明顯富集，MgO、Th 弱富集；而CaO、Co、Ni、Cr、Mn 明顯虧損，Na2O、SiO2、Fe2O3弱虧損（圖2）.該斷裂為逆斷層性質(zhì)，斷裂帶內(nèi)片理化、細(xì)粒糜棱巖發(fā)育，反映在擠壓應(yīng)力作用下，Al2O3和K2O，Rb、Sr等離子半徑較大的元素和 Ti、V、U、Th等離子半徑較大的過(guò)渡元素以及P容易向斷層內(nèi)遷移富集；而Fe2O3、SiO2、CaO、Na2O，Ni、Cr、Co、Mn 等離子半徑較小的過(guò)渡元素在斷層內(nèi)處于分散狀態(tài).Al2O3與SiO2，V與 Ni，Rb、Sr與 Cr、Ni、Co 具有相反的含量變化特征.

表1 板石溝鐵礦P8和P10剖面樣品分析結(jié)果表Table 1 Chemical composition of rock samples from P8 and P10 sections in Banshigou iron deposit

3.1.2 P10剖面斷裂構(gòu)造地球化學(xué)特征

趙家溝礦組P10剖面第③層為斷裂構(gòu)造，在斷裂構(gòu)造內(nèi)構(gòu)造巖樣品編號(hào)為P10b2－1.從P10剖面構(gòu)造地球化學(xué)剖面圖可以看出，在斷裂帶，Al2O3、K2O、Ti、Rb、U、Sr明顯富集，V、MgO、Th 弱富集；而 Co、Cr、Mn元素明顯虧損，SiO2、Fe2O3、CaO、Ni較為虧損（圖 3）.P10剖面與P8剖面構(gòu)造性質(zhì)相同，說(shuō)明在擠壓應(yīng)力作用下，Al2O3和K2O，Rb、Sr等離子半徑較大的元素和Ti、V、U、Th等離子半徑較大的過(guò)渡元素容易向斷層內(nèi)遷移富集；而 Fe2O3、SiO2、CaO、Na2O，Ni、Cr、Co、Mn 等離子半徑較小的過(guò)渡元素在斷層內(nèi)處于分散狀態(tài).Al2O3與 SiO2、Fe2O3，V 與 Cr、Co，Rb、Sr與 Cr、Co 呈相反的含量變化特征.

從P8剖面和P10剖面構(gòu)造地球化學(xué)剖面可以看出，由于構(gòu)造性質(zhì)相同，斷裂帶一些元素具有相似的遷移變化特征.斷裂帶與周?chē)鷰r石之間應(yīng)力差異是元素分配和集散的主要?jiǎng)恿l件.在定向壓力作用下，巖石發(fā)生粒間和粒內(nèi)的錯(cuò)移，產(chǎn)生破裂和塑性變形.這種動(dòng)力分異作用改變晶體緊密堆積結(jié)構(gòu)，破壞晶體格架，從而使離子產(chǎn)生差異運(yùn)動(dòng)，這也是形成構(gòu)造地球化學(xué)作用的主要機(jī)理.在斷裂構(gòu)造地球化學(xué)作用中，除與應(yīng)力性質(zhì)和大小有關(guān)外，更主要的還與元素本身性質(zhì)有關(guān).一般情況下離子半徑大的元素相對(duì)活潑不穩(wěn)定，而離子半徑小的元素相對(duì)惰性較穩(wěn)定.從P8剖面和P10剖面反映出，在強(qiáng)烈擠壓應(yīng)力場(chǎng)作用下，前者易于從圍巖遷移到擠壓斷裂條件下形成富集，后者不易在擠壓斷裂條件下富集，而是趨于逸散.P8剖面和P10剖面斷裂中富集的離子半徑大的元素一般為ⅤB族之前的元素，而斷裂中虧損的離子半徑小的元素一般為ⅤB族之后的元素.說(shuō)明在擠壓環(huán)境逆斷層中ⅤB族之前的元素傾向于富集，而為ⅤB族之后的元素傾向于虧損.

3.2 斷裂構(gòu)造元素質(zhì)量等比線

質(zhì)量等比線法是在質(zhì)量平衡基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)定平衡系數(shù)，建立質(zhì)量平衡等比線，利用元素含量投圖，定性判斷斷裂帶中元素相對(duì)于周?chē)鷰r石元素遷移變化的一種方法［12］.其基本原理是設(shè)定一個(gè)平衡條件，根據(jù)平衡標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)建立質(zhì)量平衡等比線，位于質(zhì)量平衡等比線以上的為帶入元素，位于質(zhì)量平衡等比線以下的為帶出元素.在巖石學(xué)中由于Al2O3一般變化相對(duì)較小，常將Al2O3設(shè)定為平衡條件，建立Al2O3質(zhì)量平衡等比線［13-15］.計(jì)算公式：

式中：K為Al2O3平衡系數(shù)；為構(gòu)造巖Al2O3含量；為原巖AlO含量.設(shè)定AlO質(zhì)量平衡時(shí)，AlO232323質(zhì)量平衡等比線為

3.2.1 P8剖面斷裂構(gòu)造元素質(zhì)量等比線

P8剖面包括第③層和第⑤層2條斷裂構(gòu)造，以第③層斷層構(gòu)造為例繪制質(zhì)量等比線圖.利用P8剖面第③層片理化細(xì)粒糜棱巖（P8b3－1）和斷裂上盤(pán)第②層綠泥角閃片巖（P8b2－1）分析結(jié)果（表1），計(jì)算Al2O3平衡系數(shù)為1.14.以構(gòu)造巖含量為縱坐標(biāo)，原巖含量為橫坐標(biāo)繪制片理化細(xì)粒糜棱巖與綠泥角閃片巖之間的Al2O3質(zhì)量平衡等比線將P8b3－1和P8b2－1樣品元素含量投在質(zhì)量等比線圖（圖 4） 上.從中可以看出，K2O、MgO、Rb、Sr、Ti、V、P、U、Th位于質(zhì)量平衡等比線之上，為在構(gòu)造過(guò)程中帶入元素，在斷層中呈富集狀態(tài)；而 SiO2、Fe2O3、CaO、Na2O、Co、Ni、Cr、Mn位于質(zhì)量平衡等比線之下，為在構(gòu)造過(guò)程中帶出元素，在斷層中呈虧損狀態(tài).以P8剖面第③層片理化細(xì)粒糜棱巖（P8b3－1）和斷裂下盤(pán)第④層角閃片巖（P8b4－1）分析結(jié)果（表 1），計(jì)算 Al2O3平衡系數(shù)為1.27，片理化細(xì)粒糜棱巖與角閃片巖之間的Al2O3質(zhì)量平衡等比線為同樣，將P8b3－1和P8b4－1樣品元素含量投在質(zhì)量等比線圖（圖4）上，從中可以看出，K2O、Rb、Sr、Ti、V、P、U、Th 位于質(zhì)量平衡等比線之上，為在構(gòu)造過(guò)程中帶入元素，在斷層中呈富集狀態(tài)；而 SiO2、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、Co、Ni、Cr、Mn位于質(zhì)量平衡等比線之下，為在構(gòu)造過(guò)程中帶出元素，在斷層中呈虧損狀態(tài).從P8剖面第③層斷層構(gòu)造質(zhì)量等比線圖反映出在斷裂上、下盤(pán)元素具有基本一致的遷移變化特征，并且與斷裂構(gòu)造地球化學(xué)剖面顯示的元素特征基本一致.

圖4 P8剖面斷層元素質(zhì)量等比線圖Fig.4 Isocon diagram of fault elements in P8 section

3.2.2 P10剖面斷裂構(gòu)造元素質(zhì)量等比線

P10剖面第③層為斷裂構(gòu)造，第③層斷層上、下盤(pán)巖性差異較大.以P10剖面第③層糜棱巖化綠泥片巖（P10b2－1）和斷裂上盤(pán)第②層斜長(zhǎng)角閃巖（P10b1－1）分析結(jié)果（表 1），計(jì)算 Al2O3平衡系數(shù)為 1.58，糜棱巖化綠泥片巖與斜長(zhǎng)角閃巖之間的Al2O3質(zhì)量平衡等比線為將 P10b2－1和 P10b1－1樣品元素含量投在質(zhì)量等比線圖（圖5）上，從中可以看出，K2O、P、Sr、Ti、Th、V、Rb、U 位于質(zhì)量平衡等比線之上，為在構(gòu)造過(guò)程中帶入元素，在斷層中呈富集狀態(tài)；而Fe2O3、SiO2、CaO、MgO、Na2O、Ni、Co、Cr、Mn 位于質(zhì)量平衡等比線之下，為在構(gòu)造過(guò)程中帶出元素，在斷層中呈虧損狀態(tài).

以P10剖面第③層糜棱巖化綠泥片巖（P10b2－1）和斷裂下盤(pán)第④磁鐵石英巖（P10b3－1）分析結(jié)果（表1），計(jì)算Al2O3平衡系數(shù)為2.40，糜棱巖化綠泥片巖與磁鐵石英巖之間的Al2O3質(zhì)量平衡等比線為將P10b2－1和P10b3－1樣品元素含量投在質(zhì)量等比線圖（圖5）上，從中可以看出，K2O位于質(zhì)量平衡等比線之上，為在構(gòu)造過(guò)程中帶入元素，在斷層中呈富集狀態(tài)；而 SiO2、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、Rb、Co、Ti、V、P、Cr、Mn、Th、U 位于質(zhì)量平衡等比線之下，為在構(gòu)造過(guò)程中帶出元素，在斷層中呈虧損狀態(tài).由于第④層為鐵礦，鐵元素含量過(guò)高而其他元素含量均較低，所以與第②層相比 P、Sr、Ti、Th、V、Rb、U 帶入帶出不一致.從P10剖面斷層構(gòu)造質(zhì)量等比線圖反映出，由于下盤(pán)鐵礦的影響在斷裂上、下盤(pán)元素遷移變化特征并不一致，但上盤(pán)與斷裂構(gòu)造地球化學(xué)剖面顯示的元素特征基本一致.

圖5 P10剖面斷層元素質(zhì)量等比線圖Fig.5 Isocon diagram of fault elements in P10 section

綜合 2個(gè)剖面來(lái)看，壓性斷層處 K2O、P、Ti、Sr、Rb、V、U、Th 含量增加，而 SiO2、Fe2O3、CaO、Na2O、Co、Cr、Mn、Ni含量減少.

3.3 斷裂構(gòu)造元素比值特征

從構(gòu)造地球化學(xué)剖面和質(zhì)量等比線圖可以看出，在斷層處 Al2O3與 SiO2、Fe2O3，K2O 與 Na2O，Rb、Sr、V與Cr、Ni、Co呈大致相反的含量變化特征，而且在斷層處這些元素具有明顯的富集或虧損特征.常量元素中Na和K為同一主族而K離子半徑較大，K2O/Na2O可以反映離子半徑的影響；而Al2O3與Fe2O3、SiO2、CaO含量特征相反且MgO富集虧損特征不是特別明顯，而且Al2O3也是質(zhì)量等比線法的標(biāo)準(zhǔn)參照元素，Al2O3/SiO2、Al2O3/（Fe2O3＋CaO＋MgO）可以檢驗(yàn)質(zhì)量等比線的正確性；Rb為第四周期離子半徑最大原子序數(shù)最小的元素，而Ni、Co為第四周期所測(cè)元素中原子序數(shù)最大的2個(gè)元素，離子半徑也很小，可以說(shuō)明離子半徑的影響；V、Cr雖然原子序數(shù)接近，但兩者富集虧損特征完全相反，是元素含量特征發(fā)生突變的位置.所以考慮利用 SiO2/Al2O3、（Fe2O3＋CaO＋MgO）/Al2O3、K2O/Na2O、V/Cr、Rb/（Ni＋Co）等元素比值來(lái)突出反映壓性斷層中元素遷移特征和變化規(guī)律.

3.3.1 17礦組P8剖面斷裂構(gòu)造元素比值特征

依據(jù)P8剖面樣品的分析結(jié)果，分別計(jì)算各樣品的特征元素比值（表2），將特征元素比值按樣品剖面位置繪制折線圖（圖6）.可以看出在斷層處（樣品P8b3－1和P8b5－1）特征元素比值明顯升高，對(duì)壓性斷層具有指示意義.

圖6 P8剖面特征元素比值圖Fig.6 Ratios of characteristic elements in P8 section

3.3.2 趙家溝P10剖面斷裂構(gòu)造元素比值特征

依據(jù)P8剖面樣品的分析結(jié)果，分別計(jì)算各樣品的特征元素比值（表3），將特征元素比值按樣品剖面位置繪制折線圖（圖7）.可以看出在斷層處（樣品P10b2－1）特征元素比值K2O/Na2O、V/Cr、Rb/（Ni＋Co）明顯升高，SiO2/Al2O3、（Fe2O3＋CaO＋MgO）/Al2O3明顯降低，對(duì)壓性斷層具有指示意義.

表2 P8剖面特征元素比值表Table 2 Ratios of characteristic elements in P8 section

表3 P10剖面特征元素比值表Table 3 Ratios of characteristic elements in P10 section

圖7 P10剖面特征元素比值圖Fig.7 Ratios of characteristic elements in P10 section

綜合這兩個(gè)剖面來(lái)看，在壓性斷裂處，K2O/Na2O、V/Cr、Rb/（Ni＋Co）明顯升高，SiO2/Al2O3、（Fe2O3＋CaO＋MgO）/Al2O3明顯降低，具有指示意義.

4 結(jié)論

1）在擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下，原有的地球化學(xué)場(chǎng)被改造，形成元素的重新分配，形成新的構(gòu)造地球化學(xué)場(chǎng).在壓性斷裂內(nèi)元素分布發(fā)生變化，從構(gòu)造地球化學(xué)剖面法反映出 K2O、Al2O3、Rb、Ti、V、U 等元素在壓性斷裂中明顯富集，而 SiO2、Fe2O3、CaO、Na2O、Co、Cr、Mn、Ni在壓性斷裂中明顯虧損.

2）質(zhì)量等比線法是依據(jù)Al2O3質(zhì)量平衡來(lái)反映元素遷移和變化特征，在壓性斷裂中 K2O、P、Ti、Sr、Rb、V、U、Th 為帶入元素，而 SiO2、Fe2O3、CaO、Na2O、Co、Cr、Mn、Ni為帶出元素.

3）元素在擠壓構(gòu)造條件下富集和虧損與元素的地球化學(xué)性質(zhì)有關(guān).一般情況下離子半徑大的元素相對(duì)活潑不穩(wěn)定，而離子半徑小的元素相對(duì)惰性較穩(wěn)定.在強(qiáng)烈擠壓應(yīng)力作用下，前者易于從圍巖遷移到擠壓斷裂形成富集，后者不易在擠壓斷裂富集，而相對(duì)虧損.壓性斷裂中富集的大離子半徑微量元素一般為ⅤB族之前的元素，而虧損的小離子半徑元素一般為ⅤB族之后的元素，說(shuō)明在擠壓斷裂中ⅤB族之前的元素傾向于富集，而為ⅤB族之后的元素傾向于虧損.

4） 由于壓性斷裂處 Al2O3與 SiO2、Fe2O3，K2O 與Na2O，Rb、Sr、V 與 Cr、Ni、Co 呈大致相反的含量變化特征，因此根據(jù) SiO2/Al2O3、（Fe2O3＋CaO＋MgO）/Al2O3、K2O/Na2O、V/Cr、Rb/（Ni＋Co）比值可以判斷壓性斷層的存在，在壓性斷層處K2O/Na2O、V/Cr、Rb/（Ni＋Co）明顯偏高，而 SiO2/Al2O3、（Fe2O3＋CaO＋MgO）/Al2O3明顯偏低.

5）由于早期壓性斷裂構(gòu)造與板石溝鐵礦和褶皺時(shí)空關(guān)系密切，因此壓性斷裂中元素帶入和帶出的遷移變化規(guī)律可以作為板石溝鐵礦構(gòu)造地球化學(xué)勘查依據(jù).

致謝：野外工作中得到吉林省第四地質(zhì)調(diào)查所高明珠高級(jí)工程師等的幫助，在樣品分析過(guò)程中得到吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院湯肖丹老師的指導(dǎo)，在此表示衷心的感謝.

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TECTONIC GEOCHEMISTRY OF FAULTS IN BANSHIGOU IRON DEPOSIT，BAISHAN CITY，JILIN PROVINCE

MU Hong-yu1，LIU Zheng-hong2，JIA Da-cheng1，LI Peng-chuan2，LU En-lan3
1.College of Geoexploration Science and Technology，Jilin University，Changchun 130026，China；2.School of Earth Sciences，Jilin University，Changchun 130061，China；3.Jilin Institute of No.4 Geological Survey，Tonghua 134001，Jilin Province，China

The change rule of element migration in fault structures is one of the main concerns for tectonic geochemical study.The fault structure of Banshigou iron deposit in Baishan City，Jilin Province，is well developed.With survey on the No.17 ore group from Banshigou iron deposit and typical reverse fault section in Zhaojiagou ore group，collecting tectonite and surrounding rock samples，analyzing major elements and trace elements，the distribution characteristics and migration patterns of elements in reverse fault are reflected by geochemistry section method，isocon analysis and characteristic element ratio.Based on the analysis，it is assumed that the major elements such as SiO2，F(xiàn)e2O3，CaO and Na2O are depleted in reverse fault，while Al2O3and K2O are concentrated，with enriched long ion radius trace elements like Rb and Sr，depleted minor ion radius Co，Cr，Ni.The ratios of characteristic elements K2O/Na2O，V/Cr and Rb/（Ni＋Co）show high value and SiO2/Al2O3，（Fe2O3＋CaO＋MgO）/Al2O3low value.The tectonic geochemical characteristics above can judge the existence of fault structure,and provide basis for tectonic geochemical study and Banshigou iron deposit prospecting.

tectonic geochemistry；element migration；reverse fault；Banshigou iron deposit；Jilin Province

1671-1947（2017）05-0479-10

P618.31

A

2016－11－16；

2017－03－01.編輯：李蘭英.

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“吉林東部中生代基性巖墻群年代學(xué)和地球化學(xué)研究”（編號(hào)40973019）；中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目“吉林省白山市板石溝地區(qū)鐵及金礦整裝勘查區(qū)關(guān)鍵基礎(chǔ)地質(zhì)研究”（編號(hào)12120114028001）.

穆宏玉（1991—），男，碩士研究生，地球探測(cè)與信息技術(shù)專(zhuān)業(yè),通信地址吉林省長(zhǎng)春市西民主大街938號(hào)，E-mail//513112648@qq.com

賈大成（1958—），男，教授，主要從事地球化學(xué)研究，通信地址吉林省長(zhǎng)春市西民主大街938號(hào)，E-mail//jiadacheng@sina.com