新疆東天山西段路北鎂鐵-超鎂鐵巖地球化學特征及構(gòu)造意義

舍建忠，楊萬志，馮長麗，田江濤，楊震(.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆 烏魯木齊 830000；.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第十一地質(zhì)大隊，新疆 昌吉 8300)

新疆東天山西段路北鎂鐵-超鎂鐵巖地球化學特征及構(gòu)造意義

舍建忠1，楊萬志1，馮長麗1，田江濤1，楊震2
(1.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆 烏魯木齊 830000；2.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第十一地質(zhì)大隊，新疆 昌吉 831100)

對新疆東天山西段路北巖體進行主量元素、微量元素研究，通過與東天山東段鎂鐵-超鎂鐵巖體及塔里木大火成巖省對比，探討其巖體成因和區(qū)域構(gòu)造演化。路北巖體隨MgO含量升高，F(xiàn)eOT升高，而Al2O3、CaO降低，表明其為以橄欖石、斜方輝石和單斜輝石為主的堆晶巖。路北巖體與東天山東段鎂鐵-超鎂鐵具相似的稀土和微量元素分布模式，與塔里木地區(qū)地幔柱成因的鎂鐵-超鎂鐵巖體相比，路北巖體虧損Nb，Ta，Ti等高場強元素，La，Ba，Th，U等不相容元素含量較低，較高的La/Nb和Ba/Nb比值和較低的Nb/U比值，表明其原始巖漿主要來源于受俯沖流體交代地幔的部分熔融，軟流圈地幔的上涌可能為部分熔融提供熱源。

路北；鎂鐵-超鎂鐵巖；巖石地球化學

新疆東天山地體位于中亞造山帶南部，夾于準噶爾地塊與中天山地體之間，帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)的巖漿銅鎳硫化物礦床有：黃山東、黃山西、香山、土墩、二紅洼、路北等，這些礦床沿康古爾斷裂分布，構(gòu)成了黃山-路北銅鎳礦帶，鎳總儲量達百萬噸[1]，迄今測得的鋯石U-Pb年齡顯示這些含礦巖體形成于284 Ma左右[2-4]。目前，關(guān)于該區(qū)銅鎳礦帶內(nèi)的鎂鐵-超鎂鐵巖體構(gòu)造背景及源區(qū)的認識存在較大分歧：①認為這些鎂鐵-超鎂鐵巖體是蛇綠巖套的一部分，其源區(qū)為軟流圈地幔[5-7]；②形成于板片俯沖碰撞階段，其源區(qū)為俯沖交代地幔[8]；③形成于碰撞造山后伸展環(huán)境，其源區(qū)為俯沖交代地幔或軟流圈地幔[9-11]；④與塔里木地幔柱活動有關(guān)，其源區(qū)為地幔柱[12]。本文將東天山鎂鐵-超鎂鐵巖體分為東西兩段，東段巖體以黃山東、二紅洼、土墩為代表，西段巖體以2014年新發(fā)現(xiàn)的路北巖體為代表，該巖體的發(fā)現(xiàn)極大拓展了銅鎳礦的找礦空間。

1　區(qū)域地質(zhì)背景

路北鎂鐵-超鎂鐵巖位于東天山鄯善縣南側(cè)約70 km處，康古爾大斷裂北側(cè)，構(gòu)造單元以哈密-大南湖斷裂為界，北為大南湖古生代島弧，南為北天山晚古生代造山帶(圖1)。東天山鎂鐵超鎂鐵巖分布受康古爾塔格-黃山深斷裂及其次級斷裂控制[13]，在該帶發(fā)現(xiàn)與銅鎳礦有關(guān)的鎂鐵超鎂鐵巖由東向西有黃山東、黃山西、香山、土墩、白鑫灘、紅嶺、路北和色爾特能等，這些巖體沿康古爾韌性剪切帶分布，構(gòu)成黃山-鏡兒泉銅鎳成礦帶，鎳總儲量達百萬噸。這些鎂鐵-超鎂鐵巖侵位于下石炭統(tǒng)雅滿蘇組和小熱泉子組、上石炭統(tǒng)梧桐窩子組或中泥盆統(tǒng)頭蘇泉組中，與圍巖呈侵入接觸關(guān)系。巖體與圍巖接觸帶附近，地層常受熱變質(zhì)而形成角巖。各巖體規(guī)模不等，地表出露面積最大十余平方千米，最小僅數(shù)十平方米。

2　路北鎂鐵-超鎂鐵巖巖相學特征

路北鎂鐵-超鎂鐵巖地表出露以輝石巖為主，呈橢圓狀凸包EW向分布在康古爾斷裂北側(cè)負地形中，南北兩側(cè)侵入到石炭系中，在北側(cè)巖體與地層接觸帶上形成東天山鎂鐵-超鎂鐵巖，銅鎳礦明顯特征為紅色蝕變層。巖性主要由透閃石化輝石巖、蛇紋石化輝橄巖、強蝕變細粒輝長巖、片理化透閃石化輝石巖、陽起石化輝石巖和陽起石化黝簾石化蝕變輝長巖等組成，其展布與康古爾斷裂一致。

輝長巖主要礦物為半自形柱狀和粒狀普通輝石和斜長石，含少量透閃石、磁鐵礦和方解石，普通輝石含量約20%，大小0.1~0.2 mm，斜長石含量41%，大小0.5~1 mm，其中普通輝石發(fā)生透閃石化，疊加碳酸鹽化(圖2-a)，東側(cè)輝長巖中的普通輝石多發(fā)生陽起石化，斜長石多黝簾石化(圖2-b)；陽起石化輝石巖在礦區(qū)分布較廣，主要礦物為半自形柱狀和粒狀普通輝石和纖柱狀陽起石，普通輝石含量約84%，陽起石含量10%，普通輝石邊緣多被纖柱狀陽起石沿邊緣交代(圖2-c)；蛇紋石化輝橄巖在礦區(qū)分布較少，僅在南部出露，主要礦物成分為自形和半自形粒狀橄欖石、含鈦單斜輝石和磁鐵礦，橄欖石含量75%，大小0.5~1.5 mm，多被蛇紋石交代，具網(wǎng)環(huán)結(jié)構(gòu)，在蛇紋石間有鱗片狀滑石，含鈦單斜輝石分布于橄欖石間，含量15%，大小0.5~2 mm(圖2-d)。

圖1　新疆北部主要構(gòu)造圖(a)和北天山地區(qū)地質(zhì)簡圖(b)Fig.1 Tectonic map of northern Xinjiang(a)and geological sketch map in Northern Tianshan area(b)

3　巖石地球化學特征

3.1測試方法

圖2　路北鎂鐵超鎂鐵巖顯微照片F(xiàn)ig.2 Micrograph of LuBei Mafic ultramafic rocks

通過鏡下觀察，選擇新鮮、無明顯蝕變的樣品進行測試，共測硅酸鹽樣品8件，稀土、微量元素樣品8件。測試單位為新疆維吾爾自治區(qū)礦產(chǎn)實驗測試中心，主量元素采用掃描型波長色散X射線熒光光譜儀(XRF)，分析精度在0.1%以內(nèi)；微量元素使用ICP-MS(ElementⅡ)(Agilent 7500a)測試完成，分析精度為：當元素含量大于10×10-6時，精度優(yōu)于5%，當含量小于10×10-6時，精度優(yōu)于10%。

3.2主量元素地球化學特征

路北鎂鐵-超鎂鐵巖體化學分析數(shù)據(jù)見表1。樣品SiO2為42.8%~47.11%，平均45.06%，屬超基性-基性巖類，Na2O+K2O主體為0.32%~2.85%，在AFM圖中，樣品均落入拉斑玄武巖系列，并遵循拉斑玄武質(zhì)巖漿的演化趨勢(圖3)。路北巖體隨MgO含量升高，F(xiàn)eOT升高(圖4-a)，Al2O3、CaO降低(圖4-b，c)，表明它們是以橄欖石、斜方輝石和單斜輝石為主的堆晶巖，TiO2隨MgO升高而降低(圖4-d)，與它在結(jié)晶分異過程中的不相容性有關(guān)。樣品中TiO2含量沿磁鐵礦和鈦鐵礦結(jié)晶方向演化，說明TiO2含量受磁鐵礦和鈦鐵礦結(jié)晶控制，這與巖相學觀察一致。

3.3微量元素地球化學特征

在稀土元素球粒隕石標準化分布曲線圖中，樣品呈輕稀土富集、重稀土相對虧損的特點(圖5-a)。(La/Yb)N=1.48~4.61，輕重稀土元素分餾較弱。δEu= 0.96~1.27，平均1.09，呈弱Eu正異常。與東天山東段鎂鐵-超鎂鐵巖體稀土分布模式一致。微量元素原始地幔標準化蜘蛛網(wǎng)圖顯示，樣品分布趨勢大致相同，呈大離子親石元素(Ba，Th，U，Sr)富集，大部分樣品具較明顯Nb，Ta，Ti虧損(圖5-b)。與東天山東段鎂鐵-超鎂鐵巖體具相似的分布特征。被認為是地幔柱活動的塔里木巴楚巖體輝長巖不相容元素含量明顯高于路北巖體，且未顯示Nb，Ta和Ti的虧損[12,14]。綜上表明，路北巖體與東天山東段鎂鐵-超鎂鐵巖體具相同源區(qū)，與塔里木大火成巖省存在較大差異。

圖3　路北巖體AFM圖Fig.3 AFM diagram of the Lubei intrusion

4　討論

4.1地幔源區(qū)

圖4　路北巖體哈克圖解Fig.4 Harker diagram of the Lubei intrusion

表1　路北鎂鐵超美鐵巖巖石地球化學數(shù)據(jù)Table 1 Geochemical data of LuBeiMafic ultramafic rocks

如前所述，對東天山銅鎳礦成礦帶含礦巖體形成構(gòu)造背景的認識存在分歧。由于活動大陸邊緣和碰撞后伸展環(huán)境的鎂鐵質(zhì)巖漿均起源于交代地幔的部分熔融，與地幔柱巖漿和蛇綠巖套地球化學性質(zhì)存在顯著差異，因此明確其地幔源區(qū)性質(zhì)對探討其構(gòu)造背景具重要意義。在Nb/Yb-Th/Yb圖解中，路北巖體均投影在島弧火山巖區(qū)，明顯區(qū)別于塔里木大火成巖省鎂鐵-超鎂鐵巖，表明路北巖體原始巖漿與塔里木地幔柱巖漿存在明顯差別(圖6)。在島弧體系中，俯沖物質(zhì)交代的地幔楔發(fā)生部分熔融時，由于金紅石、榍石及鈦鐵礦等難熔物質(zhì)的殘留，使巖漿中虧損Nb，Ta，Ti。分配系數(shù)相近的微量元素比值受結(jié)晶分異的影響較小，因此能很好指示源區(qū)性質(zhì)。路北巖體Nb/U、La/Nb、Ba/Nb與塔里木大火成巖省存在明顯差異，表明路北巖體原始巖漿與塔里木地幔柱巖漿具明顯差別(表2)。路北巖體較高的La/Nb和Ba/Nb比值明顯高于MORB和OIB，而低于地殼平均值，其Nb/U比值明顯低于MORB和OIB，而高于地殼平均值，可作為地幔楔遭受地殼物質(zhì)交代的指示。綜上表明路北巖體的地幔源區(qū)為受俯沖事件改造的交代地幔。

圖5　球粒隕石標準化稀土分布模式圖(a)和微量元素蛛網(wǎng)圖(b) Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns(a)and Primitive mantle-normalized patterns(b)

圖6　Nb/Yb-Th/Yb圖Fig.6 Diagram of Nb/Yb-Th/Yb

4.2構(gòu)造背景

首先，路北巖體熱侵位于下石炭統(tǒng)圍巖中，表明它不屬于蛇綠巖套組合；其次，與塔里木大火成巖省鎂鐵-超鎂鐵侵入巖地球化學特征的顯著區(qū)別表明其由地幔柱巖漿活動形成的可能性較?。坏谌?，地幔柱地幔源區(qū)是干體系，揮發(fā)分含量很低[15]，路北巖體含有許多含水礦物，說明路北巖體地幔源區(qū)明顯區(qū)別于地幔柱。東天山鎂鐵-超鎂鐵巖體形成于284 Ma左右[2-4]，明顯晚于蛇綠巖發(fā)育時代及該區(qū)島弧中酸性侵入巖年齡(316~334 Ma)和島弧火山巖年齡(300~334 Ma)[16-23]。前人研究表明，該區(qū)在二疊紀后進入碰撞后伸展階段[24]。在碰撞后伸展階段，由于俯沖過程的擠壓應(yīng)力終止及俯沖板片比重增大，導(dǎo)致俯沖板片拆離，引發(fā)軟流圈地幔上涌，促使受石炭紀俯沖事件改造的交代地幔發(fā)生部分熔融，形成玄武質(zhì)巖漿，這些巖漿上侵到石炭系中形成路北鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體。

5　結(jié)論

(1)路北鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體具有與東天山東段鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體相似的地球化學特征，而與塔里木大火成巖省鎂鐵-超鎂鐵巖體有明顯的區(qū)別，說明巖體原始巖漿源于受俯沖事件改造過的交代地幔，巖體直接由塔里木地幔柱巖漿活動形成的可能性較小。

(2)巖石地球化學特征和區(qū)域地質(zhì)特征說明路北鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體形成于碰撞后伸展環(huán)境。

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Geochemical Featuresand Tectonic Significanceof Lubei Cu-Ni Mafic Ultramafic Rocksin theWest Part of Eastern Tianshan,Xinjiang

She Jianzhong1,Yang Wanzhi1,Feng Changli1,Tian Jiangtao1,Yang Zhen2
(1.Geological Research Academy of Xinjiang,Urumqi,Xinjiang,830000,China;2.No.11 Regional Survey Team,Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources,Changji,Xinjiang,831100,China)

This paper reports whole-rock major and trace element of lubei rock mass in the west part of eastern Tianshan,Xinjiang.Compared with the mafic-ultromafic rocks in the east part of eastern Tianshan and Tarim Igneous Province, discussing the petrogenesis and the regional tectonic evolution.With the MgO content increasing,FeOTincreased,while CaO and Al2O3decreased.It shows that they are olivine,orthopyroxene and clinopyroxene dominated cumulate.Lubei rock mass and mafic-ultromafic rocks in the east part of eastern Tianshan have the similar features of REE and trace elements patterns.Compared with mafic-ultromafic rocks of mantle plume-origin in Tarim,the Lubei rock mass loss of Nb, Ta,Ti and other high field-strength elements,La,Ba,Th,U and other inconsistent element were lower,higher La/Nb and Ba/ Nb ratio and Nb/U ratio was lower.These show that the primary magma comes mainly from the partial melting of the mantle fluid metasomatism by subduction.Asthenospheric mantle upwelling may provide heat source for the partial melting.

Lubei;Mafic-ultramafic rocks;Petro-geochemistry

1000-8845(2016)03-325-06

P595；P542

A

2015-07-20;

2015-12-31;作者E-mail:383146802@qq.com

舍建忠(1982-)，男，寧夏西吉人，碩士，2008年畢業(yè)于新疆大學地質(zhì)礦產(chǎn)專業(yè)，主要從事區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究工作