新疆塔什庫(kù)爾干祖母綠(綠柱石)成礦區(qū)域地質(zhì)背景研究

禹秀艷,李甲平,汪立今,石玉君,羅衛(wèi)東,陳 勇

1)新疆大學(xué)地質(zhì)與勘查工程學(xué)院,新疆烏魯木齊 830046;

2)新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)大隊(duì),新疆喀什 844000

新疆塔什庫(kù)爾干祖母綠(綠柱石)成礦區(qū)域地質(zhì)背景研究

禹秀艷1),李甲平1),汪立今1),石玉君2),羅衛(wèi)東2),陳 勇2)

1)新疆大學(xué)地質(zhì)與勘查工程學(xué)院,新疆烏魯木齊 830046;

2)新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)大隊(duì),新疆喀什 844000

本文通過對(duì)新疆祖母綠(綠柱石)成礦區(qū)域地質(zhì)背景研究,主要對(duì)新疆祖母綠礦床產(chǎn)出地層——溫泉溝組地層的火山巖的巖石地球化學(xué)特征進(jìn)行了一系列研究、測(cè)試、分析,包括巖石化學(xué)特征,微量元素特征,稀土元素特征等,確定其構(gòu)造環(huán)境為消減帶活動(dòng)大陸邊緣,洋殼向陸殼俯沖形成島弧之后的弧后拉張環(huán)境?？傮w上為大陸一側(cè)的活動(dòng)陸緣(或大陸弧)環(huán)境,具有由島弧向大陸過渡的跡象。

祖母綠;新疆;地質(zhì)背景;地球化學(xué)

祖母綠是與鉆石、紅寶石、藍(lán)寶石并稱為世界四大珍貴寶石,其礦物名稱為綠柱石,是一種含微量鉻元素的鈹鋁硅酸鹽礦物,其化學(xué)分子式為Be3Al2Si6O18。綠柱石因含有各種不同的致色離子而形成多種美麗的顏色,祖母綠、海藍(lán)寶石、艷綠柱石、紅綠柱石、金綠柱石等是其中的名貴品種。由于其產(chǎn)出特征的特殊性,目前我國(guó)僅在云南、新疆等地有所發(fā)現(xiàn),但能夠作為寶石資源開發(fā)利用的礦體卻很少。所以此次新疆某綠柱石礦的發(fā)現(xiàn)不僅有著極大的經(jīng)濟(jì)意義,也有著重要的地質(zhì)意義。關(guān)于新疆祖母綠的寶石學(xué)特征及地質(zhì)特征很多學(xué)者已做了一定論述(陳哲夫等,1986),但對(duì)其主要巖石地球化學(xué)特征及區(qū)域成礦環(huán)境還未作詳細(xì)研究。

因新疆祖母綠(綠柱石)礦床產(chǎn)于早志留世溫泉溝組地層中(德秀 A,1997;王東安等,1995),本文將著重對(duì)溫泉溝組火山巖進(jìn)行分析研究,目的是能更好地了解新疆祖母綠(綠柱石)的成礦環(huán)境及背景。

1 區(qū)域地質(zhì)

1.1 區(qū)域構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/h3>

新疆塔什庫(kù)爾干祖母綠(綠柱石)在區(qū)域構(gòu)造上位于西昆侖、喀喇昆侖和帕米爾構(gòu)造單元的結(jié)合處。東北部屬塔里木板塊南緣活動(dòng)帶公格爾—卡拉塔什中間地塊的西北段;西南部屬華南板塊羌塘微板塊的一部分。

該區(qū)域祖母綠(綠柱石)多產(chǎn)在碳酸鹽巖脈中,碳酸鹽巖脈主要以斜交脈、順層脈產(chǎn)于片巖、片麻巖、炭質(zhì)頁巖中,以脈狀、透鏡狀、雁行狀為主,走向以北西向?yàn)橹鳌?/p>

構(gòu)造單元的劃分原則主要從兩方面考慮。首先從構(gòu)造邊界特征方面,根據(jù)其組成特征、活動(dòng)特征及規(guī)模歷史、地球物理特征等確定其大地構(gòu)造屬性;其次考慮被構(gòu)造邊界所分割的各個(gè)地質(zhì)塊體內(nèi)部在構(gòu)造環(huán)境、構(gòu)造巖漿活動(dòng)和變質(zhì)變形等方面的差異程度。

根據(jù)這兩個(gè)方面,區(qū)域構(gòu)造單元?jiǎng)澐秩缦?區(qū)域內(nèi)以科崗結(jié)合帶和康西瓦-瓦恰結(jié)合帶為界,區(qū)內(nèi)自北東至南西可分別劃分為塔里木板塊、西昆侖構(gòu)造帶和喀喇昆侖構(gòu)造帶3個(gè)一級(jí)大地構(gòu)造單元。其中,喀喇昆侖構(gòu)造帶又以塔阿西結(jié)合帶為界,又劃分為塔什庫(kù)爾干陸塊和明鐵蓋陸塊兩個(gè)二級(jí)大地構(gòu)造單元(圖1,表1)。

1.2 區(qū)域地質(zhì)

域內(nèi)經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng),具有漫長(zhǎng)而又復(fù)雜的地質(zhì)演化過程(新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1993;德秀 A,1997;潘裕生,2000)。區(qū)內(nèi)地層發(fā)育齊全,從元古界到新生界地層都有出露,但大多都經(jīng)歷了后期巖漿侵入;沉積地層分布廣泛(王東安等,1995;丁孝忠等,2002;路彥明等,2010;張英志等,2006),多數(shù)呈 SE-NW 向展布,它們主要出露在元古界變質(zhì)巖之上,屬于下古生界和中生界海相沉積層;地層普遍經(jīng)受了區(qū)域變質(zhì)作用(程裕淇,1994;汪玉珍,1985),變質(zhì)程度不一,多為深變質(zhì),具有復(fù)雜的變質(zhì)變形特征;區(qū)內(nèi)構(gòu)造比較復(fù)雜,廣泛發(fā)育深大斷裂及其次級(jí)斷裂,且?guī)r漿活動(dòng)頻繁,在地殼結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)為被區(qū)域斷裂所分割的一個(gè)個(gè)相對(duì)獨(dú)立且變形復(fù)雜的構(gòu)造塊體(見圖1～2)(河南省地質(zhì)調(diào)查院,2004)。

2 區(qū)域火山巖特征

2.1 區(qū)域火山巖概述

區(qū)域內(nèi)火山巖主要為早志留世溫泉溝組火山巖、晚石炭世火山巖、中二疊世恰迪爾塔什溝火山巖和中生代侏羅紀(jì)龍山組火山巖。

1)溫泉溝組火山巖

出露于明鐵蓋陸塊羅布蓋子河下游溫泉溝組粉砂質(zhì)泥板巖中。為灰白色英安巖,厚度約 40 m,與上下層均為整合接觸關(guān)系,橫向上不太穩(wěn)定。該層火山巖受構(gòu)造影響與圍巖一起發(fā)生褶皺,但變質(zhì)較弱。另外,在大卡拉吉勒尕溝溫泉溝組硅質(zhì)板巖中見有厚度＜1 m的灰綠色安山巖夾層。

2)晚石炭世火山巖

與周圍地層呈斷層接觸或不整合于較老地層之上,并被白堊紀(jì)地層不整合覆蓋,局部被后期侵入巖侵入。受構(gòu)造影響,巖石局部片理發(fā)育,為一套中基性的玄武巖、安山巖及安山質(zhì)凝灰?guī)r及少量英安巖。

3)中二疊世恰迪爾塔什溝火山巖

呈多層夾層出露于二疊紀(jì)灰?guī)r、泥質(zhì)板巖和砂巖中,延伸長(zhǎng)度約20km,寬度由幾十米到2km,最寬處為軸向呈北西—南東向的中等傾斜的背斜,出露面積約30km2。巖性主要為灰綠色安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r并伴有少量杏仁狀玄武安山巖。

圖1 塔什庫(kù)爾干縣達(dá)布達(dá)祖母綠礦區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)河南省地質(zhì)調(diào)查院,2004)Fig.1 Regional geological map of the Dabuda emerald mine in Taxkorgan County (after Henan Institute of Geological Survey,2004)

4)中生代侏羅紀(jì)龍山組火山巖

出露于龍山組中上部,其北部、西部被窮陶木太克巖體侵入,南部、東部與窮陶木太克巖體及溫泉溝組均呈斷層接觸,該套火山巖下部與大理巖、硅質(zhì)巖為整合接觸,上未見頂。巖性為一套中酸性火山熔巖、火山碎屑熔巖,頂部為紫紅色火山碎屑巖。因新疆祖母綠礦產(chǎn)于早志留世溫泉溝組地層中,本文僅對(duì)溫泉溝組火山巖進(jìn)行分析。

2.2 巖石化學(xué)特征

2.2.1 巖石化學(xué)特征

溫泉溝組英安巖巖石化學(xué)分析結(jié)果見表2,與中國(guó)英安巖(黎彤等,1963)相比,高SiO2而低TiO2、Fe2O3、MnO、MgO 和 P2O5,其它成分相當(dāng)。FeO含 量 遠(yuǎn) 小 于 CaO 含 量,K/Na=0.60,δ=1.01;A/NCK=1.93,加上其低TiO2、MgO和P2O5等特征,與消減帶鈣堿性火山巖的特征一致。

溫泉溝組英安巖化學(xué)分類全堿-硅(TAS)圖解(圖2)上,樣品落入英安巖區(qū)。

在 SiO2+Na2O+K2O 圖解(圖3)上,樣品落入亞堿性區(qū)。

在F-A-M三角圖解(圖4)上,樣品落入鈣堿性區(qū)內(nèi),顯示溫泉溝組英安巖屬鈣堿性系列巖石。

溫泉溝組英安巖呈夾層產(chǎn)出,巖性以英安巖為主,區(qū)域上見有安山巖,為一套中酸性鈣堿性系列巖石;SiO2=71.77%,Fe2O3+FeO=2.04%,屬貧鐵英安巖。MgO含量為0.69%,低于英安巖的世界平均值和中國(guó)平均值。

Na2O/K2O=1.67＞1.5,屬 富 Na 英 安 巖 。CaO=3.6%,Na2O+K2O=5.39%,CaO＜(Na2O+K2O),鈣質(zhì)相對(duì)較貧。里特曼指數(shù)(δ)為1.01,屬鈣堿性英安巖。在 Lgτ-Lgδ環(huán)境判別圖上樣品落在消減帶火山巖區(qū)(圖5),同時(shí),其巖石地球化學(xué)也顯示有向大陸過渡的跡象。

2.2.2 稀土元素特征

溫泉溝組火山巖稀土元素分析結(jié)果見表3,ΣREE=19.352×10-6,LREE/HREE=9.83,(La/Yb)N=9.43,(La/Sm)N=4.34＞1,δEu=0.66,為L(zhǎng)REE 富集型,并出現(xiàn)弱的Eu負(fù)異常,推斷成巖方式可能是結(jié)晶分異作用。稀土配分曲線為向右微傾的具不明顯的“V”字型(圖6)。輕稀土元素相對(duì)富集,分餾較明顯,重稀土元素分餾不明顯;含鈣造巖礦物偏貧,指示英安質(zhì)熔漿的物源主要為地殼物質(zhì)(但也可能兼有少量地幔物質(zhì)擾動(dòng)的影響);相比重稀土元素,造巖礦物對(duì)輕稀土元素的接納能力較好;稀土元素分配模式與活動(dòng)大陸邊緣英安巖的稀土元素分配模式基本一致,但又不完全同于典型的島弧安山巖,說明其具向大陸過渡的特征。

表2 區(qū)內(nèi)火山巖常量元素含量(%)Table 2 Major element content of volcanic rocks in the study area (%)

圖2 火山巖化學(xué)分類全堿-硅(TAS)圖解(據(jù)Le Maitre et al.,1989)Fig.2 Diagram of chemical classification of volcanic rocks(TAS)(after Le Maitre et al.,1989)

圖3 SiO2+Na2O+K2O圖解(據(jù)Irvine et al.,1971)Fig.3 Diagram of SiO2+Na2O+K2O(after Irvine et al.,1971)

2.2.3 微量元素特征

(1)從微量元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖7)可以看出,總體上顯示出“隆起”的特征,結(jié)合表4微量元素分析結(jié)果,與陸殼元素豐度值相比,相對(duì)富集 K、Rb、Ba、Sr等大離子親石元素及 Zr、Th、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素,虧損 Ni、Co、Cr、Ta、Nb等相容元素,顯示島弧火山巖的特點(diǎn)。其中Ba、Sr、Th的含量較高,說明可能存在大陸地殼混染,表示溫泉溝組英安巖具有從島弧區(qū)向大陸一側(cè)過渡的特征。

(2)樣 品 中 La=38.78 × 10?6,Yb=2.39 × 10?6,La/Yb=16.23×10?6,Sc=7.0×10?6,Ni=7.2 ×10?6,Sc/Ni=0.97×10?6。安山巖的La/Yb-Sc/Ni判別圖顯示,溫泉溝組英安巖具有安第斯型(活動(dòng)大陸邊緣)安山巖的特征。

圖4 F-A-M圖解(據(jù)Irvine et al.,1971)Fig.4 Diagram of F-A-M(after Irvine et al.,1971)

圖5 火山巖 lgτ-lgδ(δ25×100)圖(據(jù) Rittmann,1973)Fig.5 lgτ-lgδ diagram of volcanic rocks (δ25×100)(after Rittmann,1973)

圖6 溫泉溝組火山巖稀土配分曲線Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns of volcanic rocks of Wenquangou Formation

(3)樣品中Sr=335×10-6,Y=21.7×10-6,具有 Sr和Y含量均較高的特征,且Sr和Y比值Sr/Y=15.44較低,火山巖 Sr/Y-Y判別圖解顯示,其不具有埃達(dá)克巖的特征,只具有島弧火山巖的特征。

3 結(jié)論

通過對(duì)區(qū)域內(nèi)溫泉溝組英安巖巖石化學(xué)、稀土元素及微量元素進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)其巖石化學(xué)特征為高 SiO2而低 TiO2、Fe2O3、MnO、MgO、P2O5,SiO2=71.77%,Fe2O3+FeO=2.04%,屬貧鐵英安巖。MgO含量為0.69%,低于英安巖的世界平均值和中國(guó)平均值。Na2O/K2O=1.67＞1.5,屬富 Na英安巖;CaO=3.6%,Na2O+K2O=5.39%,CaO＜(Na2O+K2O),鈣質(zhì)相對(duì)較貧。里特曼指數(shù)(δ)為1.01,屬鈣堿性英安巖。在Lgτ-Lgδ環(huán)境判別圖上樣品落在消減帶火山巖區(qū)(圖5),同時(shí),其巖石地球化學(xué)也顯示有向大陸過渡的跡象。

由稀土元素分析結(jié)果(表3)可知,溫泉溝組英安巖為L(zhǎng)REE富集型,并出現(xiàn)弱的Eu負(fù)異常,稀土配分曲線為向右微傾的具不明顯的“V”字型(圖6),輕稀土元素相對(duì)富集,分餾較明顯,重稀土元素分餾不明顯;含鈣造巖礦物偏貧,指示英安質(zhì)熔漿的物源主要為地殼物質(zhì)(但也可能兼有少量地幔物質(zhì)擾動(dòng)的影響);稀土元素分配模式與活動(dòng)大陸邊緣英安巖的稀土元素分配模式基本一致,但又不完全同于典型的島弧安山巖,說明其具向大陸過渡的特征,成巖方式可能是結(jié)晶分異作用。

表3 稀土元素分析結(jié)果(×10-6)及有關(guān)參數(shù)Table 3 REE analyses (×10-6)and relevant parameters

圖7 微量元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.7 Chondrite-normalized trace elements spider diagram

根據(jù)微量元素分析結(jié)果(表4)和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖7),溫泉溝組英安巖相對(duì)富集K、Rb、Ba、Sr等大離子親石元素及Zr、Th、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素,虧損Ni、Co、Cr、Ta、Nb等相容元素,顯示島弧火山巖的特點(diǎn)。其中Ba、Sr、Th的含量較高,說明可能存在大陸地殼混染。La=38.78×10-6,Yb=2.39×10-6,La/Yb=16.23×10-6,Sc=7×10-6,Ni=7.2×10-6,Sc/Ni=0.97×10-6。Sr=335×10-6,Y=21.7×10-6,具有Sr和 Y含量均較高的特征,且 Sr和 Y比值Sr/Y=15.44×10-6較低,由安山巖 La/Yb-Sc/Ni判別圖(圖8)和火山巖 Sr/Y-Y判別圖(圖9)顯示,溫泉溝組英安巖不具有埃達(dá)克巖的特征,具有活動(dòng)大陸邊緣安山巖的特征,是島弧區(qū)向大陸一側(cè)的過渡類型。

圖8 安山巖的La/Yb-Sc/Ni判別圖解(據(jù)Bailey,1981)Fig.8 La/Yb-Sc/Ni discrimination diagram of andesite(after Bailey,1981)

圖9 火山巖的Sr/Y-Y判別圖解(據(jù)Defant et al.,1993)Fig.9 Sr/Y-Y discrimination diagram of volcanic rocks(after Defant et al.,1993)

綜合分析,筆者認(rèn)為溫泉溝組英安巖屬于中酸性鈣堿性系列巖石,是在消減帶活動(dòng)大陸邊緣,洋殼向陸殼俯沖形成島弧之后的弧后拉張環(huán)境,由于拉張作用和俯沖板片的脫水,導(dǎo)致陸殼巖石發(fā)生部分熔融形成中酸性巖漿,在巖漿上升過程中,有陸殼物質(zhì)的混染,并且可能發(fā)生過結(jié)晶分異作用?？傮w上為大陸一側(cè)的活動(dòng)陸緣(或大陸弧)環(huán)境,具有由島弧向大陸過渡的跡象。新疆祖母綠(綠柱石)主要產(chǎn)于這種區(qū)域地質(zhì)背景條件下,其成礦環(huán)境特殊。這一研究對(duì)該區(qū)進(jìn)一步找礦提供一定的依據(jù)。

表4 區(qū)內(nèi)火山巖微量元素分析結(jié)果(×10-6)Table 4 Trace element analyses of volcanic rocks in the study area (×10-6)

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Research on Metallogenic Geological Background of Emerald in Taxkorgan,Xinjiang

YU Xiu-yan1),LI Jia-ping1),WANG Li-jin1),SHI Yu-jun2),LUO Wei-dong2),CHEN Yong2)
1)College of Engineering and Geological Prospecting,Xinjiang University,Urumqi,Xinjiang830046;
2)No.2 geological Party of Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources,Kashi,Xinjiang844000

Based on research on regional metallogenic background of emerald (beryl)in Xinjiang,the authors made a systematic study,test and analysis of petrologic geochemical characteristics of volcanic rocks in strata of Wenquangou Fomration,the strata that produced emerald deposits,which included its petrologic chemical characteristics,trace elements and REE,and determined that its tectonic environment was an active epicontinental subduction zone,i.e.,a back-arc pull-apart environment formed after the formation of island arc resulting from the subduction of the ocean crust towards the continental crust.It was generally an active epicontinental environment on the side of the continent,and somewhat had characteristics of the transition from the island arc to the continent.

emerald;Xinjiang;geological setting;geochemistry

P619.281;P56

A

10.3975/cagsb.2011.04.05

本文由國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):40862004)、新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):2011211A018)和新疆維吾爾自治區(qū)“礦產(chǎn)普查與勘探”重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目聯(lián)合資助。

2011-05-11;改回日期:2011-06-13。責(zé)任編輯:閆立娟。

禹秀艷,女,1986年生。碩士研究生。主要從事環(huán)境、材料及成因礦物學(xué)研究。通訊地址:830047,烏魯木齊市天山區(qū)延安路新疆大學(xué)南校區(qū)地質(zhì)與勘查工程學(xué)院09研。E-mail:Fishyuxiuyan_2009@163.com。

汪立今,男,1958年生。教授。主要從事礦物學(xué)與地質(zhì)學(xué)的教學(xué)和科研工作。E-mail:1w668w@yahoo.com.cn。