新疆白楊河地區(qū)輝綠巖巖石地球化學(xué)特征及其構(gòu)造意義

陳奮雄， 張曉軍， 努力江

(1.東華理工大學(xué)，江西 南昌 330013;2.核工業(yè)二一六大隊，新疆 烏魯木齊 830011;3.中國地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院，湖北 武漢 430074)

新疆白楊河地區(qū)輝綠巖巖石地球化學(xué)特征及其構(gòu)造意義

陳奮雄1,2， 張曉軍3， 努力江3

(1.東華理工大學(xué)，江西 南昌 330013;2.核工業(yè)二一六大隊，新疆 烏魯木齊 830011;3.中國地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院，湖北 武漢 430074)

新疆西準(zhǔn)噶爾地區(qū)發(fā)育有大量的中基性巖墻群，是區(qū)域構(gòu)造演化研究的重要對象。通過對發(fā)育于白楊河地區(qū)輝綠巖墻的研究，認(rèn)為其屬于堿性系列，具富鈦，低Mg，Cr，Ni，大離子親石元素相對富集和高場強元素相對虧損的特征，稀土元素總量較高，輕重稀土分餾較明顯，輕稀土富集的右傾型配分模式，δEu顯示正異常，說明該區(qū)輝綠巖為地幔玄武質(zhì)巖漿經(jīng)一定程度分異的產(chǎn)物，原始巖漿主要經(jīng)歷了橄欖石和輝石的分離結(jié)晶，而斜長石主要進入熔體相。構(gòu)造環(huán)境投圖和堿性特征顯示該區(qū)輝綠巖形成于板內(nèi)拉張環(huán)境，為區(qū)域伸展體制的產(chǎn)物，由此說明晚二疊世時期，白楊河地區(qū)已經(jīng)完成了碰撞和拼合并轉(zhuǎn)入陸內(nèi)演化階段。

堿性系列；板內(nèi)拉張環(huán)境；微量元素；輝綠巖；白楊河

陳奮雄，張曉軍，努力江.新疆白楊河地區(qū)輝綠巖巖石地球化學(xué)特征及其構(gòu)造意義[J].東華理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，40(2)：101-108.

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西準(zhǔn)噶爾作為中亞造山帶的一部分，夾持于西伯利亞板塊、哈薩克斯坦和塔里木板塊，在古生代期間經(jīng)歷了洋內(nèi)俯沖增生，殘留多條蛇綠混雜巖帶和古大陸邊緣增生體系。在古生代洋陸轉(zhuǎn)化過程中和后期陸內(nèi)演化階段，形成復(fù)雜的巖漿體系，包括古洋盆、洋島、島弧、后碰撞等多種不同類型構(gòu)造背景下的巖漿活動。蛇綠混雜巖帶、花崗巖、中基性巖墻在本地區(qū)廣泛出現(xiàn)，表明西準(zhǔn)噶爾晚古生代構(gòu)造演化極為復(fù)雜(高睿等，2013)。

基性巖墻群是巖石圈(地殼)伸展的重要標(biāo)志，作為一種特殊的構(gòu)造巖漿類型，在大陸地殼演化研究中具有重要意義。西準(zhǔn)噶爾地區(qū)出露有大量晚古生代中基性巖墻，是了解該區(qū)成礦背景和構(gòu)造演化的重要窗口(李辛子等，2004，2005；尹繼元等，2012)。前人對西準(zhǔn)噶爾地區(qū)中基性巖墻開展過年代學(xué)和地球化學(xué)研究， 認(rèn)為這些巖墻由高Mg閃長玢巖、低Mg閃長玢巖、輝綠巖巖墻組成，形成于241～271 Ma，是后碰撞作用的產(chǎn)物(韓寶福等,2006)。發(fā)育在雪米斯坦火山巖帶西段白楊河地區(qū)的基性輝綠巖墻是西準(zhǔn)噶爾地區(qū)基性巖墻的重要組成部分，但到目前為止還缺乏系統(tǒng)的地質(zhì)和地球化學(xué)特征的研究， 這在很大程度上限制了該區(qū)成礦規(guī)律和構(gòu)造演化的研究。本文以白楊河地區(qū)的輝綠巖墻為研究對象，討論其地質(zhì)地球化學(xué)特征及其對區(qū)域構(gòu)造的指示意義。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于新疆西北部三條重要火山巖帶之一的雪米斯坦火山巖帶。該帶呈東西向帶狀分布，古生代火山巖厚度大，巖性復(fù)雜，巖漿演化系列完全，從基性到酸性的各類火山碎屑巖和熔巖均很發(fā)育，是火山巖型鈾礦化及其它金屬成礦的有利部位(圖1)。研究區(qū)輝綠巖發(fā)育在該帶重要的白楊河鈾鈹?shù)V區(qū)內(nèi)，區(qū)域近東西向查干陶勒蓋-巴音布拉克大斷裂(F1)為該礦床的區(qū)域控制性斷層(王謀，2012；修曉茜等，2011)。

圖1 白楊河地質(zhì)簡圖及取樣位置圖Fig.1 Geological sketch and sampling location 1.老第三系褐色砂質(zhì)粘土巖；2.下石炭統(tǒng)黑山頭組；3.下石炭統(tǒng)和布克河組；4.上泥盆統(tǒng)塔爾巴哈臺組；5.花崗斑巖；6.白崗巖； 7.輝石閃長巖；8.輝綠巖；9.閃長斑巖；10. 斷層及編號；11. 地質(zhì)界線；12. 勘探線及其編號；13.樣品及編號；14.工作 區(qū)位置；Ⅰ.薩吾爾山火山巖帶；Ⅱ.雪米斯坦火山巖帶；Ⅲ.加依爾火山巖帶

研究區(qū)地層主要發(fā)育上泥盆統(tǒng)塔爾巴哈臺組(D3t)陸相中酸性火山巖及火山碎屑巖建造，下石炭統(tǒng)黑山頭組的含角礫凝灰?guī)r、和布克河組的含煤碎屑巖、新近系雜色碎屑巖等及第四系。

研究區(qū)構(gòu)造發(fā)育，其中褶皺主要發(fā)育在石炭系地層中，斷裂則以東西向為主。區(qū)域F1(楊莊大斷裂)為花崗斑巖體南界；F3斷層位于楊莊巖體北，全長約6 km，走向近于東西，傾向南、傾角45°～60°；F14斷層位于花崗斑巖北緣，沿巖體與地層接觸發(fā)育，全長約9 km，走向近于東西，傾向南、傾角45°～55°，向東延伸至六號工區(qū)附近即轉(zhuǎn)入巖體內(nèi)而消失，向西延至小白楊河與F1合并。在后期南北向和北西-南東向擠壓作用下，花崗斑巖內(nèi)部北東、北西、北北東、北北西四組剪切節(jié)理極為發(fā)育，使地表巖體呈菱形狀碎片狀產(chǎn)出。

研究區(qū)侵入巖主要為淺成微晶花崗斑巖(楊莊巖體)。巖體呈近東西向展布，兩側(cè)呈巖枝狀向東、西兩個方向延長，東西長約10 km，向南緩傾斜狀產(chǎn)出，中部平面形態(tài)大致呈平行四邊形，南北寬變化較大，最寬達1.8 km，最窄0.1 km，面積約6.9 km2，巖體北界南傾，南界北傾，傾角45°～75°，直接與區(qū)域深大斷裂接觸，接觸面平直。巖體侵入方向總體由南東向北西，剖面圖上呈向北偏態(tài)的 “巖鐮狀”產(chǎn)出。

研究區(qū)輝綠巖墻主要發(fā)育在花崗斑巖體內(nèi)部，少量在花崗斑巖體北部火山巖地層中。巖體內(nèi)的輝綠巖墻主要是沿NE和NW兩組節(jié)理侵入(圖2a, b)。輝綠巖墻總體呈NNW350°左右展布，少量近SN向，傾向北東為主，少量傾向南西，傾角50°～80°；地表出露規(guī)模走向上一般幾十到幾百米，最大可達1.5 km，寬度一般0.2～20 m不等。研究人員對白楊河新西工地ZK2304-2318孔輝綠巖中選出的斜長石進行測年，輝綠巖的Ar-Ar坪年齡為(254.2±1.9)Ma*馬漢峰,衣龍升,修曉茜.2010.雪米斯坦地區(qū)鈾鈹資源潛力評價研究(內(nèi)部資料)：40-41.，這說明白楊河礦區(qū)的輝綠巖成巖年齡為二疊紀(jì)晚期。這與區(qū)域上西準(zhǔn)噶爾地區(qū)克拉瑪依輝長和輝綠巖墻年齡研究結(jié)果相近(李辛子等，2004；徐芹芹等，2008；周晶等，2008)。

2 樣品及測試分析

研究區(qū)輝綠巖露頭較好，用于測試的7件樣品全部取自發(fā)育在楊莊巖體內(nèi)的NNW向輝綠巖墻，巖石樣品有弱蝕變但比較新鮮，樣品采集位置見圖1。

野外輝綠巖新鮮面呈灰黑色，風(fēng)化呈黃綠色，輝綠結(jié)構(gòu)(圖2c, d)，致密塊狀構(gòu)造。主要成分為斜長石(55%～70%)、普通輝石(20%～35%)，副礦物主要為磁鐵礦(3%～8%)、磷灰石(1%～2%)等，斜長石呈較自形板條狀，平均粒度為0.5 mm×1.5 mm，可見聚片雙晶；普通輝石多為不規(guī)則粒狀，少為半自形短柱狀，粒度大者達0.5 mm×1.2 mm，輝石式解理，正高突起，褐綠色調(diào)，不顯多色性，Ⅱ級干涉色，消光角近于40°，(+)2V中等；多數(shù)普通輝石充填在斜長石架間，受斜長石限制，少數(shù)者粒度較大，不受斜長石限制。蝕變礦物有綠泥石、綠簾石。

巖石主微量在澳實分析檢測(廣州)有限公司測定，全巖主量分析采用ME-XRF06方法，微量元素分析采用ME-MS81方法，其中Li，Be，Sc，Co，Ni，Cu，Zn，Mo，Pb使用ME-MS61方法，加測Fe-VOL05(亞鐵分析)及Fe-CAL01。樣品主微量元素測試結(jié)果見表1。

圖2 輝綠巖墻野外及鏡下特征Fig.2 Field and microscopic characteristics of diabase a. 輝綠巖野外產(chǎn)狀特征；b. 輝綠巖沿NE、NW向兩組節(jié)理充填; c. 輝綠 巖輝綠結(jié)構(gòu)(正交光)；d. 輝綠巖中較大普通輝石(正交光)

3 測試結(jié)果分析

3.1 主量元素分析

從表1可以看出，SiO2含量為48.70%～50.20%，平均為49.44%，全堿-硅圖解(TAS)上(圖3a)，樣品投影在二長輝長巖區(qū)和IR 界限之上的堿性系列。AR-SiO2(%)圖解顯示(圖3b)，樣品均屬于堿性系列，輝綠巖樣品的里特曼指數(shù)(σ)為 3.63～5.59，平均為4.47，大于4，也表明輝綠巖屬于堿性系列的特征。巖石富堿，高鈦，Na2O+K2O 含量在 5.19%～6.51%之間，平均為5.85%，輝綠巖TiO2含量較高，為2.91%～3.01%，平均為2.95%； Na2O/K2O在1.83～2.56之間，平均為2.22，屬鈉質(zhì)類型；Al2O3含量為13.92%～14.10%，平均為14.0%；MgO 的含量較低，為 3.62%～4.52%，平均為4.24%。鎂指數(shù)(Mg#)為0.37～0.42，平均為0.41，明顯小于原始玄武巖漿0.67～0.73的鎂指數(shù)；分異指數(shù)為43.97～51.53，平均48.03,固結(jié)指數(shù)(SI)為17.67～20.99，平均為19.69，小于原始玄武質(zhì)巖漿40±的固結(jié)指數(shù)(路鳳香等，2002)，說明輝綠巖是經(jīng)歷了分離結(jié)晶作用的派生巖漿的產(chǎn)物。

圖3 輝綠巖全堿-硅圖解(TAS)(a)和 AR-SiO2(%)圖解(b) Fig.3 Full Alkali-Silica diagram (TAS) (a)and AR-SiO2(%) diagram of diabase(b)

3.2 微量元素分析

圖4 輝綠巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖 (原始地幔標(biāo)準(zhǔn)值據(jù)文獻 Sun et al.，1989)Fig.4 The spider diagram of trace elements in primitive mantle (primitive mantle diabase standard value according to the Sun et al., 1989)

微量元素特征顯示，輝綠巖具有一致的含量分布特征和蛛網(wǎng)圖分布形式(圖 4)。輝綠巖具低Cr，Ni，大離子親石元素相對富集和高場強元素相對虧損的特征。其中Cr含量為10～40 μg/g，Ni含量為3.2～12.9 μg/g的特征，遠低于原始玄武巖漿的Cr(300～500 μg/g)和Ni(300～400 μg/g)(Frey et al.，1978)，與低鎂特征一致，說明巖漿可能經(jīng)過橄欖石和輝石的結(jié)晶分離作用，大離子親石元素除 Rb較相鄰元素有弱虧損外， Ba，U，K，La等相對富集，高場強元素(HFSE，如Nb，Ta，Zr，Hf等)相對虧損。 蛛網(wǎng)圖Nb，Ta具有顯著的負異常，說明巖漿上侵過程中有地殼混染或源區(qū)地幔受到過俯沖板片脫水流體的交代。

3.3 稀土元素特征

稀土元素特征顯示(表1)，輝綠巖具有較高的稀土總量，為270.82×10-6～307.36×10-6，平均為290.55×10-6，∑LREE/∑HREE 為5.74～6.44，(Ce/Yb)N值為5.18～7.5，平均為6.07，(La/Yb)N值為5.72～6.81，平均為6.23，顯示輕稀土富集特征， (La/Sm)N值為1.71～1.96，平均為1.87,δEu值在 1.10～1.45 之間，平均為1.29，具有正異常特征。這與巖石主要為含鈣造巖礦物(斜長石、普通輝石)組成有關(guān)，也暗示了原始巖漿早期缺乏斜長石的分離結(jié)晶。δCe 值在0.99～1.21之間，平均為1.06，稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線顯示出一致的配分模式(圖5)，均為輕稀土富集右傾型的配分模式，顯示大陸玄武巖的特征。

圖5 輝綠巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配 分圖解(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)值據(jù) Boynton，1984)Fig.5 Diagram of REE in diabase normalized by chondrite (chondrite standard value according to Boynton, 1984)

4 討論

輝綠巖全堿-硅圖解投圖或者里特曼指數(shù)(平均4.47)和其高Ti(平均2.95%)的特征，都顯示輝綠巖具有堿性系列的特征，說明巖漿來源于伸展構(gòu)造環(huán)境。鎂指數(shù)(Mg#)低(平均0.41)，分異指數(shù)(平均48.03)較高，以及固結(jié)指數(shù)(SI)低(平均19.69)的特征都顯示輝綠巖經(jīng)歷過一定的分離結(jié)晶作用。Eu含量的變化主要和含鈣斜長石的結(jié)晶有關(guān)，輝綠巖中δEu的正異常反應(yīng)原始巖漿分離結(jié)晶過程中斜長石主要留在熔漿中，某些元素的含量和比值可以來指示部分熔融程度和殘留礦物相。(La/Yb)N比值越大，表明熔融程度越低，白楊河地區(qū)輝綠巖(La/Yb)N比值不大，代表經(jīng)過一定的部分熔融作用。實驗研究表明，輝石等礦物重稀土元素之間的分配系數(shù)相差不大，只有在部分熔融比例極小的情況下才能使重稀土元素之間發(fā)生明顯分異，因此這些礦物殘留通常不會造成重稀土元素之間的明顯分異。因此，白楊河地區(qū)輝綠巖低Mg，Cr，Ni，也可能存在部分熔融過程中的輝石、橄欖石殘留于源區(qū)的影響(方磊等，2015)。

圖6 構(gòu)造環(huán)境判別Zr-Ti/ Y(據(jù)Pearce et al., 1979)(a)及Zr-Ti圖解(轉(zhuǎn)引自Hugh，2000)(b)Fig.6 Discrimination of tectonic environment graphic of Zr-Ti/ Y (according to Pearce et al., 1979)(a)and Zr-Ti (adapted from Hugh, 2000)(b) WPB.板內(nèi)玄武巖；MORB.洋中脊玄武巖；IAB.島弧玄武巖； VAB.火山弧玄武巖

輝綠巖與原始地幔相比富集大離子親石元素，相對虧損高場強元素。Nb和Ta，Zr和Hf 這兩對元素由于具有相近的離子半徑和電負性，而具有相似的地球化學(xué)性質(zhì)，因此 Nb/Ta 和 Zr/Hf 值很難隨著分離結(jié)晶和部分熔融等巖漿過程改變，可以反映源區(qū)的特征。本區(qū)輝綠巖 Nb/Ta 比值為15.38～17.64，平均為16.31，接近于原始地幔值17.5±2.0( Jochum，et al.，1989)，預(yù)示著巖漿可能主要來源于原始地幔。Zr/Hf比值為41.96～46.46，平均為43.31，較接近于原始地幔值的 36.27±2.0(Weaver，1991)，兩個值都遠大于陸殼值 11 和 33(Taylor et al.，1985)，對于 Zr/Hf值來說，通常認(rèn)為偏高的Zr/Hf值同小體積的碳酸鹽流體交代富集過程有關(guān)(Taylor et al.，1985；Furman et al.，1999)。白楊河地區(qū)輝綠巖 Nb/Ta 和 Zr/Hf 值反映出巖漿主要來源于受到富集流體交代原始地幔的特點。

從構(gòu)造環(huán)境判別Zr-Zr/ Y圖解和Zr-TiO2圖解(圖6a，b)可以看出，白楊河地區(qū)輝綠巖樣品落在板內(nèi)玄武巖區(qū)(WPB)內(nèi)，白楊河地區(qū)輝綠巖墻主要形成于板內(nèi)環(huán)境。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線顯示出一致的配分模式，均為輕稀土富集右傾型的配分模式，也顯示大陸玄武巖的特征(李昌年，1992)。

前人對西準(zhǔn)噶爾地區(qū)的構(gòu)造演化研究顯示，中奧陶世-早泥盆世，西準(zhǔn)噶爾處于洋盆階段(Wang et al.，2003；Yang et al.，2012)，在早石炭世，西準(zhǔn)噶爾發(fā)生俯沖-增生作用(Xiao et al.，2008；Geng et al.，2009)，晚石炭世后期，西準(zhǔn)噶爾已經(jīng)進入后碰撞環(huán)境，且該構(gòu)造背景一直持續(xù)到早二疊世(韓寶福等，2006；陳家富等，2010)，這說明西準(zhǔn)噶爾地區(qū)在石炭紀(jì)晚期可能已經(jīng)形成統(tǒng)一的大陸。徐學(xué)義等(2005)認(rèn)為晚石炭世中亞造山帶已拼合。也有人認(rèn)為晚古生代，新疆北部已經(jīng)進入陸內(nèi)演化過程，現(xiàn)代地殼結(jié)構(gòu)的輪廓在二疊紀(jì)基本奠定格局(李錦軼等，1999)，中亞造山帶的拼合發(fā)生于晚石炭世-早二疊世，從碰撞后環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍍?nèi)環(huán)境(Pirajno et al.，2010；Zhang et al.，2010)。本文輝綠巖所具有的板內(nèi)大陸玄武巖的特征也反映晚二疊世，白楊河地區(qū)已完全轉(zhuǎn)為板內(nèi)環(huán)境。

5 結(jié)論

根據(jù)以上分析，可以得出以下初步結(jié)論：

(1)白楊河輝綠巖屬于堿性系列，具低鎂、富鈦，低Cr，Ni，大離子親石元素相對富集和高場強元素相對虧損，輕稀土富集，δEu值為正異常，輕稀土富集的右傾型配分模式等特征，是地幔玄武質(zhì)巖漿經(jīng)一定程度結(jié)晶分離作用的產(chǎn)物。

(2)白楊河地區(qū)輝綠巖形成的構(gòu)造環(huán)境為板內(nèi)拉張環(huán)境，為區(qū)域伸展體制的產(chǎn)物，由此說明晚二疊世時，白楊河地區(qū)應(yīng)該已經(jīng)完成了碰撞和拼合后轉(zhuǎn)入陸內(nèi)演化階段。

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Petrogeochemical Features and Tectonic Setting Significances of DiabaseDyke in the Baiyanghe District, West Junggar Xinjiang

CHEN Fen-xiong1,2, ZHANG Xiao-jun3， NU Li-jiang3

(1. East China University of Technology，Nanchang, JX,330013, China；2. Geologic Party No.216,CNNC, Urumqi, XJ, 830011, China;3．Faculty of Earth Resource, China Universityof Geosciences, Wuhan,HB 430074, China)

Mafic dyke swarms, which developed in the west Junggar, record critical information regarding the processes of regional tectonic evoluation. Based on the geological and geochemical researches, the diabase dykes, mafic dyke swarm occur in the Baiyanghe district, west Junggar Xinjiang, share characteristics of high Ti, low Mg, Cr, Ni, enriched in LILE and depleted in HFSE, belong to alkaline series, and have high REE, enrichment in LREE relative to HREE, and positive δEu. The tectonic discrimination diagrams show that the alkaline diabase dykes formed in the regional extension mechanism developed inner plate. These characteristics indicate the diabase dykes were produced by a process of fractional crystallization during the emplacement of mantle-derived magma, and the collision had finished and the intracontinental evolution stage was begin in Baiyanghe district of west Junggar in late Permian.

alkaline series; extension setting of inner-plate; major and trace elements; diabase; Baiyanghe

2016-03-17

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973項目)“中國北方砂巖型鈾礦流體成礦過程研究”(2015CB453002)

陳奮雄(1972—)，男，博士研究生，研究員高級工程師，從事鈾礦地質(zhì)勘查研究工作。E-mail：216chenfenxiong@163.com *通信作者:張曉軍(1974— )，男，博士，副教授，從事礦床學(xué)和礦產(chǎn)勘查評價等方面的教學(xué)和研究工作。E-mail: zhxj_p@sina.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2017.02.001

P619.22+4

A

1674-3504(2017)02-0101-08