摘要：本文在詳細(xì)的巖相學(xué)觀察基礎(chǔ)上，分析研究巖體和礦物的微量元素及稀土元素的特征。結(jié)果表明，郗山—關(guān)帝廟堿性雜巖體富集Ba、U、Pb、Th及La、Ce，虧損Nb、Ta、Zr、Hf；Nbgt;Ta，富集輕稀土元素、虧損重稀土元素，輕重稀土分異顯著，Ce、Eu無明顯異常，關(guān)帝廟巖體與郗山巖體的微量元素配分曲線均為右傾型，表明研究區(qū)內(nèi)堿性巖體為同源巖漿，推測(cè)初始成巖物質(zhì)來源于巖石圈地幔部分熔融，其母巖漿為碳酸鹽化硅酸巖熔體。郗山巖體發(fā)現(xiàn)巖漿型磷灰石和熱液型磷灰石，表明郗山巖體的巖漿經(jīng)歷了較強(qiáng)的結(jié)晶分異和一定程度的混合作用，并在熱液階段形成大量的輕稀土礦物。

關(guān)鍵詞：微量元素；巖漿結(jié)晶分異；巖漿—流體作用；郗山—關(guān)帝廟；魯西

中圖分類號(hào)：P575.3""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A""" doi：10.12128/j.issn.16726979.2024.03.003

0 引言

魯西地區(qū)出露較多中生代堿性雜巖體。目前關(guān)于堿性巖的成因，有以下3種觀點(diǎn)：其一認(rèn)為堿性巖漿形成于下地殼物質(zhì)的部分熔融［1］；其二認(rèn)為堿性巖可能是富集巖石圈地幔部分熔融、堿性玄武巖漿結(jié)晶分異的產(chǎn)物［2］；其三則認(rèn)為堿性巖形成于巖漿混合作用，即幔源基性巖漿和酸性巖漿混合后的結(jié)晶分異作用，或者是幔源硅不飽和堿性巖漿和殼源花崗質(zhì)巖漿混合而形成［35］。本文通過分析堿性雜巖體的微量元素和礦物（磷灰石、獨(dú)居石）的稀土元素特征，深入討論郗山—關(guān)帝廟地區(qū)堿性巖漿的形成及演化。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位置位于魯西隆起區(qū)棗嶧斷隆的南部，區(qū)域地層、構(gòu)造和巖漿巖發(fā)育（圖1）［6］。地層發(fā)育有新太古代沂水巖群、泰山巖群和濟(jì)寧巖群，新元古代土門群，古生代、中生代及新生代地層相間分布于凸起和凹陷內(nèi)。

區(qū)域主要有韌性剪切帶和脆性斷裂2種構(gòu)造。前者主要發(fā)育于前寒武紀(jì)結(jié)晶基底中，后者主要以沂沭斷裂帶及其西側(cè)所形成的NW、NWW向一系列次級(jí)斷裂；此外，發(fā)育有泰山巖群緊閉褶皺及古生代地層的開闊褶皺［78］。中生代以來，魯西隆起區(qū)由于受到NW—SE的擠壓在隆升過程中沿NW、NWW向延伸的斷裂發(fā)生伸展滑脫，形成了斷陷盆地和隆起相間分布的盆山耦合格局。

區(qū)域巖漿巖表現(xiàn)為“區(qū)域成帶性、多旋回性和多成因性”的基本特征，大致可分為沂水巖漿巖帶、魯山沂山巖漿巖帶、泰山傲徠山蒙山巖漿巖帶、馬山靈山四海山巖漿巖帶、魯西中生代火山巖帶和濰坊郯城中生代火山巖帶共6個(gè)區(qū)帶［8］。區(qū)域發(fā)育有新太古代中酸性侵入巖和中生代侵入巖。巖漿巖多發(fā)育于斷裂構(gòu)造交會(huì)部位、以巖株及巖脈形式為主，分布明顯受構(gòu)造控制。

2 礦床地質(zhì)特征

郗山稀土礦床位于濟(jì)寧市微山縣郗山村，以往工程揭露60余條礦脈，整體走向約118°，傾向SW，傾角40°～60°，控制礦體沿走向最大長(zhǎng)度756 m，沿傾向最大延伸852 m，礦體埋深876.22 m～+27.55 m山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)大隊(duì)，山東省微山縣郗山地區(qū)稀土礦深部及外圍調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告，2020年。。礦脈展布與構(gòu)造方向基本一致，構(gòu)造發(fā)育具多期次活動(dòng)特征，成礦前和成礦期裂隙皆賦礦。礦床存在2種礦化類型，含稀土石英重晶石碳酸鹽脈型和細(xì)脈浸染型［910］。含稀土石英重晶石碳酸鹽脈型礦體賦存于石英重晶石碳酸鹽脈內(nèi)、細(xì)脈浸染型礦體主要分布于花崗閃長(zhǎng)巖、石英正長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)斑巖中（圖2a）。含稀土石英重晶石碳酸鹽脈型礦體真厚度1.10～7.62 m，平均3.35 m，礦體TRE2O3含量1.56%～7.46%，細(xì)脈浸染型礦體真厚度1.00～61.83 m，平均10.37 m，TRE2O3含量0.50%～4.37%。典型的礦物組合有碳酸鹽礦物（方解石、白云石等）、石英、鉀長(zhǎng)石、重晶石、螢石、白云母、霓輝石、鈉鐵閃石、磷灰石、獨(dú)居石、氟碳鈰礦、氟碳鈣鈰礦、金紅石、鈦鐵礦以及金屬硫化物（黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、輝鉬礦等）（圖2b）。

3 樣品采集與分析方法

3.1 樣品采集

本項(xiàng)目在郗山村南和郗山礦區(qū)采集了圍巖及礦石樣品，在關(guān)帝廟地區(qū)鉆孔ZK2001和ZK2002中采取了巖心，樣品的巖性描述詳見表1。

3.2 分析方法

本文研究樣品的巖礦鑒定、全巖微量元素分析、激光原位微區(qū)分析均由武漢上譜分析測(cè)試實(shí)驗(yàn)室完成。全巖微量元素分析采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（Agilent 7700e），分析方法及依據(jù)GB/T 14506.30—2010《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法》。

激光原位微區(qū)分析采用的儀器是電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（Agilent 7900），相干193 nm準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)（GeoLas HD），激光能量80 mJ， 頻率5 Hz， 激光束斑直徑44 μm，校正標(biāo)準(zhǔn)樣品為NIST610、BHVO2G、BIR1G、BCR2G［11］。

4 巖石及礦物微量元素特征

4.1 巖石學(xué)特征

巖石以花崗閃長(zhǎng)巖、石英正長(zhǎng)巖為主，具似斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)具細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)。斜長(zhǎng)石斑晶零星分布，可見聚片雙晶和環(huán)帶結(jié)構(gòu)，沿邊緣被基質(zhì)礦物選擇性交代，可見絹云母化?；|(zhì)主要由斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英、普通角閃石和片狀黑云母等混雜并鑲嵌產(chǎn)出構(gòu)成細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)（圖3a、圖3b）?；|(zhì)中的斜長(zhǎng)石存在不同程度的絹云母化，可見聚片雙晶和環(huán)帶結(jié)構(gòu)。鉀長(zhǎng)石具格子狀雙晶，石英波狀消光顯著，黑云母和普通角閃石混雜并星散分布，普通角閃石沿邊緣綠簾石化。

4.2 巖石微量元素特征

郗山巖體的閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)玢巖、石英正長(zhǎng)巖和關(guān)帝廟巖體的石英正長(zhǎng)巖、輝石角閃巖的微量元素含量的分析數(shù)據(jù)見表2。

郗山巖體的閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)玢巖和石英正長(zhǎng)巖中大離子親石元素和揮發(fā)性元素含量范圍較寬，Sr的含量介于（266～5543）×106，Ba的含量范圍為（488～9202）×106，Li的含量介于（1.80～159）×106，高場(chǎng)強(qiáng)元素V、Cr、Co、Ni等具有相似特征，如Co的含量范圍為（0.91～41.1）×106，Th的含量范圍為（4.02～24.4）×106，Nb的含量范圍為（5.49～67.9）×106。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素圖（圖4），郗山巖體以富集Ba、U、Pb、Th及La、Ce，虧損Nb、Ta、Zr、Hf為特征。δEu變化范圍為0.79～1.02，δCe變化范圍為0.90～1.01，δEu和δCe變化范圍較小，與1接近，無異常。（Eu/Sm）n介于0.52～0.74，大于球粒隕石的（Eu/Sm）n（0.35）［12］，Y/Ho介于27.31～34.84，表明巖漿分異程度較高。石英正長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)玢巖和閃長(zhǎng)巖的稀土元素總含量（不含Y）具有較寬的變化范圍，ΣREE范圍介于 （68.12～3268.67）×106 之間，平均為941.40 ×106，ΣREE在閃長(zhǎng)巖最高，而在石英正長(zhǎng)巖最低。（La/Yb）n值介于12.72～324.31之間，并且從石英正長(zhǎng)巖到閃長(zhǎng)巖逐漸增大，表明郗山巖體在巖漿—熱液的演化階段輕重稀土的分餾程度較高，閃長(zhǎng)巖輕重稀土元素的分餾程度最高（表2）。

關(guān)帝廟巖體石英正長(zhǎng)巖和輝石角閃巖富集Sr、Ba等大離子親石元素，Sr的含量介于（923～5021） ×106，Ba的含量范圍為（1194～3949）×106，高場(chǎng)強(qiáng)元素V、Cr、Co、Ni變化范圍較寬，如Cr的含量范圍為（3.13～52.0 ）×106，Co的含量范圍為（0.91～60.3）×106。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素圖（圖4），關(guān)帝廟巖體和郗山巖體具有相似的微量元素特征，相對(duì)富集Ba、Sr、Rb、La、Ce，虧損Nb、Ta、Zr、Hf。δEu變化范圍為0.82～1.11，δCe變化范圍為0.91～1.01，δEu和δCe變化范圍較小，與1接近，均無異常。（Eu/Sm）n和Y/Ho值表明巖漿分異程度較高。與郗山巖體相比，關(guān)帝廟的石英正長(zhǎng)巖和輝石角閃巖的稀土元素總含量（不含Y）的變化范圍較小，ΣREE介于（355.76～1084.61） ×106之間，平均為652.92 ×106，ΣREE在輝石角閃巖中偏高，而在石英正長(zhǎng)巖偏低。（La/Yb）n值介于32.28～72.99之間，表明巖漿經(jīng)過重熔結(jié)晶以及輕重稀土的高度分餾階段（表2）。

郗山巖體和關(guān)帝廟巖體的稀土元素配分曲線如圖5所示，均為右傾型，具有輕稀土富集，中重稀土虧損的配分模式，說明巖漿發(fā)生了強(qiáng)烈的輕重稀土分異；這兩處巖體的配分曲線特征相同，表明關(guān)帝廟巖體與郗山巖體的成巖源區(qū)物質(zhì)成分相似，為同源巖漿演化的產(chǎn)物。

4.3 礦物稀土元素特征

4.3.1 磷灰石

磷灰石是偉晶花崗巖或堿性巖中稀土元素的主要載體礦物，其稀土元素配分模式可以反映巖漿的結(jié)晶分異程度［13］。郗山巖體中磷灰石的稀土配分模式可以分為2種（圖6a），A種曲線模式是輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，輕重稀土元素分異程度較高；曲線右傾，且沒有Eu和Ce的異常，該曲線模式反映了熱液階段的磷灰石富集輕稀土元素的特征，代表了熱液階段的磷灰石；B種曲線模式是輕稀土元素的含量明顯低于A種曲線，曲線兩邊平緩，輕重稀土元素不存在明顯的分餾，是巖漿向熱液階段過渡時(shí)磷灰石中稀土元素的特征。B型中一條曲線具有明顯的Eu負(fù)異常，形態(tài)似海鷗，代表了典型的巖漿型磷灰石稀土曲線。

郗山巖體中發(fā)現(xiàn)巖漿型磷灰石和熱液型磷灰石，反映了成礦巖體從巖漿到熱液階段的演化過程，是熔體和流體相互作用的結(jié)果。關(guān)帝廟巖體的磷灰石富集輕稀土元素，虧損重稀土元素，輕重稀土元素分異明顯，為右傾型曲線，與郗山巖體磷灰石的A型曲線相似（圖6c），代表了熱液階段的磷灰石中稀土元素特征。

4.3.2 獨(dú)居石

獨(dú)居石也是堿性巖中稀土元素的主要載體礦物之一。通過對(duì)獨(dú)居石進(jìn)行激光原位分析，結(jié)果表明郗山—關(guān)帝廟地區(qū)獨(dú)居石富集輕稀土元素、虧損重稀土元素，為右傾型曲線（圖6b、圖6d），但是獨(dú)居石的輕重稀土元素分餾程度比磷灰石的高很多，指示在巖漿階段輕稀土元素比重稀土元素更容易保留在礦物中。

5 討論

5.1 巖漿—流體演化機(jī)制

郗山和關(guān)帝廟地區(qū)的石英正長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)巖主要由堿性長(zhǎng)石和石英組成，含極少量的黑云母，不含角閃石（表1）；石英閃長(zhǎng)玢巖和正長(zhǎng)斑巖的主要成分為堿性長(zhǎng)石和石英，含少量暗色礦物，基質(zhì)為長(zhǎng)英質(zhì)礦物。

石英正長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖和輝石角閃巖具有相似的微量元素特征（圖4），即富集Ba、Sr、Rb等大離子親石元素（LILE），虧損Nb、Ta、Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE）。由表2可知，全巖Rb/Sr 值為0.01～0.50，平均值為0.08，呈負(fù)線性相關(guān)關(guān)系（圖7a）；U/Th值為0.10～1.16，平均值為0.40，呈弱正線性相關(guān)關(guān)系（圖7b）；Nb/Ta值介于10.27～112.04之間，平均值為26.41，高于地殼平均Nb/Ta值（13.4）［14］，Nb與Ta呈正相關(guān)線性關(guān)系（圖7c）；Zr/Hf比值相對(duì)穩(wěn)定，介于27.89～69.17之間，平均值為40.96，高于地殼平均Zr/Hf值（35.5）［14］，Zr/Hf呈正線性相關(guān)關(guān)系（圖7d）。

郗山石英正長(zhǎng)巖具有富堿、高鉀、富鋁的典型堿性巖特征［10，15］。在巖漿結(jié)晶分異中，隨SiO2含量升高，TiO2、Al2O3、Fe2O3T、MgO、CaO和 P2O5含量均有不同程度的降低，表明富Ca、Mg、P、Ti的礦物，如輝石、榍石、獨(dú)居石、磷灰石等礦物分離結(jié)晶。

在與地幔相關(guān)的巖漿演化過程中Nb、Ta、Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素較難分異［1617］。巖漿中Nb/Ta和Zr/Hf比值常受分離結(jié)晶作用的影響。鈦鐵礦是Nb和Ta的重要載體，鈦鐵礦的分離結(jié)晶造成殘余巖漿Nb含量降低，Nb/Ta降低，因此Nb和Ta的分異與鈦鐵礦的分離結(jié)晶有關(guān)。鋯石的分離結(jié)晶使得Zr和Hf分異，Zr和Hf的含量會(huì)隨著分離結(jié)晶作用逐漸降低。這些特征表明郗山稀土礦的成巖巖漿經(jīng)歷了高程度的結(jié)晶分異作用。

在La/SmLa圖（圖8a）中，郗山和關(guān)帝廟巖體的石英正長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)玢巖隨著La豐度的增加，La/Sm比值呈斜線分布，表明初始成巖物質(zhì)很有可能是起源較深的富集地幔，并且發(fā)生部分熔融。在La/YbYb圖（圖8b）上，隨Yb豐度的增高，La/Yb呈水平分布及斜線分布，暗示分離結(jié)晶及混合/混染作用，Ta負(fù)異常（圖4）也暗示巖漿演化過程中混染地殼物質(zhì)［18］，表明研究區(qū)的成巖巖漿經(jīng)歷了分離結(jié)晶作用，并且在上升過程中混染了地殼物質(zhì)。

郗山巖體的輕稀土（LREE）和重稀土元素（HREE）分異強(qiáng)烈，重稀土元素顯著虧損，（La/Yb）n具有較寬的變化范圍，稀土元素配分模式為右傾型。氟碳鈰礦和磷灰石是稀土的主要載體礦物，La及ΣREE與SiO2含量呈負(fù)線性關(guān)系，說明氟碳鈰礦、磷灰石、獨(dú)居石等稀土礦物發(fā)生結(jié)晶分異（結(jié)合巖相學(xué)觀察）；此外，La及ΣREE及K2O隨SiO2增加而降低，表明鉀長(zhǎng)石對(duì)稀土元素尤其是輕稀土元素富集也存在影響；而微弱的Eu異常（δEu為0.79 ～1.11），說明斜長(zhǎng)石對(duì)輕稀土元素的影響不明顯。研究區(qū)的郗山巖體在巖漿演化過程中經(jīng)歷了較強(qiáng)的分離結(jié)晶作用及一定程度的混染作用，從而影響了微量元素及稀土元素的含量變化，并且在熱液階段形成大量的輕稀土礦物。

5.2 構(gòu)造背景

三疊紀(jì)，揚(yáng)子板塊向華北板塊俯沖，形成了大別蘇魯超高壓變質(zhì)帶。侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)，由于構(gòu)造體制由擠壓向拉張轉(zhuǎn)換，華北克拉通巖石圈開始減薄，幔源巖漿沿郯廬斷裂帶上升至殼幔邊界，形成一系列巖漿作用，生成高鉀鈣堿性—高鉀堿性巖，巖石圈地幔轉(zhuǎn)變?yōu)镋MⅡ型富集地幔［1920］。結(jié)合巖石地球化學(xué)的特征，本文認(rèn)為原始巖漿物質(zhì)來自具有較高的巖漿起源壓力的富集地?；蛘邘r石圈地幔，經(jīng)過部分熔融產(chǎn)生的巖漿在拉張的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力條件下經(jīng)過程度較高的結(jié)晶分異作用，侵位并混染前寒武紀(jì)變質(zhì)基底。因此，研究區(qū)的初始成巖物質(zhì)來源于巖石圈地幔部分熔融的產(chǎn)物。

5.3 稀土礦成礦作用

早白堊世，魯西處于揚(yáng)子板塊相對(duì)華北板塊俯沖導(dǎo)致的弧后拉張環(huán)境，構(gòu)造應(yīng)力體制由擠壓向伸展環(huán)境轉(zhuǎn)變，巖石圈巨量減薄，富集地幔部分熔融，且伴隨著大規(guī)模成巖作用，其中在研究區(qū)內(nèi)形成多期堿性巖體。構(gòu)造體系的改變以及巖漿作用的產(chǎn)生，導(dǎo)致流體活動(dòng)和成礦作用，魯西地區(qū)出現(xiàn)140～120 Ma成礦爆發(fā)期［8，21］。巖漿活動(dòng)和稀土成礦作用均由斷裂構(gòu)造控制，具有深大斷裂背景。巖石結(jié)構(gòu)多為斑狀及似斑狀結(jié)構(gòu)，暗示巖體具有起源較深、侵位淺的特征。成巖成礦過程，富集地幔低程度部分熔融形成了碳酸鹽化硅酸巖熔體，該熔體經(jīng)過高度演化形成郗山稀土礦富含CO2、SO24及F的初始成礦流體，張性裂隙為流體提供了運(yùn)移通道和有利的賦礦位置［22］，當(dāng)溫度下降至稀土元素沉淀的有利溫度時(shí)，成礦流體經(jīng)過流體不混溶作用快速充填成礦，形成單脈型及網(wǎng)脈型稀土礦體，成礦晚期由于大氣降水的混入，溫度隨之降低，金屬硫化物沉淀。

6 結(jié)論

（1）研究區(qū)堿性雜巖體富集Ba、U、Pb、Th及La、Ce，虧損Nb、Ta、Zr、Hf；Nbgt;Ta，無δCe和δEu，關(guān)帝廟巖體與郗山巖體的微量元素配分曲線均為右傾型，輕重稀土分異顯著。

（2）研究區(qū)的初始成巖物質(zhì)來源于巖石圈地幔部分熔融，母巖漿為碳酸鹽化硅酸巖熔體。

（3）郗山巖體中存在巖漿型和熱液型2種類型的磷灰石，說明巖漿經(jīng)歷了較強(qiáng)的結(jié)晶分異和一定程度的混合作用，并在熱液階段形成大量的輕稀土礦物。

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Trace Element Geochemical Characteristics and Significance of Alkaline Complex in Xishan-Guandimiao Area in Western Shandong Province

WANG Qiaoyun1， HAO Xingzhong1，LAN Jun2， WANG Ligong1， CHEN Lei1， GUO Jing1， HU Chuangye3

（1.Shandong Institute of Geological Surveying， Shandong Ji'nan 250014，China;2.No.5 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources， Shandong Tai'an 271000，China;3.Shandong Zhengyuan Geological Exploration Institute of China General Administration of Metallurgical Geology， Shandong Ji'nan 250014，China）

Abstract： Based on detailed petrographic observations， characteristics of trace elements and rare earth elements in rocks and minerals have been analyzed and studied. It is indicated that Xishan—Guandimiao alkaline complex is enriched in Ba， U， Pb， Th， La， Ce， while depleted in Nb， Ta， Zr and Hf. Nbgt;Ta. It is enriched in light rare earth elements and depleted in heavy rare earth elements. The differentiation of light and heavy rare earth elements is significant， and there are no obvious abnormalities in Ce and Eu. The trace element distribution curves of Guandimiao and Xishan rocks are similar. It is indicated that the two rock masses are homologous magmas. It is speculated that the diagenetic material initially comes from the product of partial melting of lithospheric mantle， its parent magma is carbonate silicate rock melt. Magmatic and hydrothermal apatite have been found in Xishan rock mass. It is indicated that the magma has experienced strong crystallization differentiation and a certain degree of mixing. A large amount of light rare earth minerals are formed during the hydrothermal stage.

Key words： Trace elements; magmatic crystallization differentiation; magma-fluid interaction；Xishan—Guandimiao; western Shandong province