新疆北山啟鑫基性-超基性巖體地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

黃敏，劉洋旭，蔡永豐

(1.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第六地質(zhì)大隊(duì)，新疆 哈密 839000；2.桂林理工大學(xué)廣西有色金屬隱伏礦床勘查及材料開發(fā)協(xié)同創(chuàng)新中心&廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 桂林 541004)

塔里木板塊東北端分布著眾多巖漿巖，主要包括基性-超基性巖體、多條玄武巖帶和基性巖墻群等，這些巖漿巖共同構(gòu)成了一條長達(dá)500 km、寬約100 km的NE向混雜巖帶，自西向東主要有羅東巖體、坡北巖體、窮塔格巖體、紅石山巖體、旋窩嶺巖體、筆架山巖體、啟鑫巖體、黑山巖體和怪石山巖體等(圖1)。由于該雜巖帶的巖石類型以基性-超基性巖為主，記錄了豐富的地幔巖漿活動信息，是探索地球深部巖漿作用過程和動力學(xué)機(jī)制的重要場所，因此一直是地質(zhì)學(xué)家研究的焦點(diǎn)地區(qū)。前人對該混雜巖帶的部分巖體展開了較多研究[1-9]，如凌錦蘭等的巖石地球化學(xué)研究認(rèn)為，羅東巖體具OIB型的Sr-Nd同位素組成和高的巖漿結(jié)晶溫度(1 412℃)，其形成與地幔柱活動有關(guān)，是地幔柱軸部部分熔融的產(chǎn)物，并將其劃屬于塔里木大火成巖省[1]。李華芹等通過對坡北巖體的研究，得到其形成時代為(289±13)Ma(SHRIMP鋯石U-Pb年齡)，并認(rèn)為其在成巖過程中受到了地殼物質(zhì)混染，是后碰撞構(gòu)造背景下幔源巖漿上侵的產(chǎn)物[2]。蘇本勛等通過礦物化學(xué)成分分析認(rèn)為，紅石山巖體在形成過程經(jīng)歷了強(qiáng)烈的結(jié)晶分異作用和至少兩次同化混染作用，并有新鮮巖漿的注入。旋窩嶺巖體被認(rèn)為是在北山裂谷形成過程中由巖石圈地幔高度部分熔融產(chǎn)生的高鎂玄武質(zhì)巖漿分異的產(chǎn)物，并具有銅鎳硫化物礦床的成礦潛力[3]。夏昭德等對筆架山巖體的巖石地球化學(xué)研究后提出其原生巖漿為高鎂拉斑玄武巖漿，屬于OIB型地幔源區(qū)，其形成與地幔柱活動有關(guān)[4]。筆者在該區(qū)東段開展銅鎳礦調(diào)查評價時，發(fā)現(xiàn)啟鑫巖體銅鎳礦化明顯，目前已發(fā)現(xiàn)3個銅鎳礦體，具極好的巖漿硫化物型銅鎳礦找礦前景。因此，本文選擇啟鑫巖體為研究對象，在詳細(xì)的野外調(diào)查基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對該巖體的巖石地球化學(xué)特征展開研究，試圖揭示出其巖石成因和形成構(gòu)造背景，從而完善本區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)資料，并為今后本區(qū)的銅鎳硫化物礦床的找礦工作提供基礎(chǔ)。

1 區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)背景

啟鑫基性-超基性巖體位于塔里木板塊東北部的北山裂谷帶內(nèi)，屬中亞造山帶南緣部分[10]。該帶巖體眾多，且規(guī)模相差懸殊[11]，啟鑫巖體是出露面積僅次于坡北巖體的第二大單個巖體，約150 km2。區(qū)域內(nèi)主要出露晚太古—早元古代敦煌巖群云母石英片巖、黑云母花崗片麻巖、變粒巖、角閃巖等。區(qū)內(nèi)發(fā)育近EW和NE向兩組深大斷裂，啟鑫雜巖體夾持于白山大斷裂和疏勒河大斷裂之間(圖1)。本區(qū)的巖漿活動強(qiáng)烈，巖體的巖性主要為輝長巖，呈巖基狀產(chǎn)出，其次為中酸性侵入巖，呈小巖株及巖脈產(chǎn)出。

圖1 新疆北山地區(qū)成礦建造與礦產(chǎn)分布示意圖Fig.1 Metallogenic formation and mineral distribution map of Beishan area,Xinjiang

2 巖體特征

2.1 巖體地質(zhì)特征

啟鑫巖體的巖石類型主要有蛇紋石化橄欖巖、二輝橄欖巖、斜方輝橄巖、輝橄巖、輝石巖、橄長巖、橄欖輝長巖、輝長巖和閃長巖，巖體銅鎳礦化明顯，銅鎳礦床主要賦存于以超基性巖體為主體的小型侵入體中，具優(yōu)越成礦地質(zhì)構(gòu)造條件(圖2)。巖體巖相變化較明顯，分異程度好。據(jù)野外觀察、巖礦鑒定及巖石組合特征等初步判定其形成時序?yàn)樽钤缙?，侵入體為淺色輝長巖、橄欖石輝長巖，次為橄欖巖、二輝橄欖巖、斜方輝橄巖、輝橄巖、輝石巖、橄長巖及巖漿期后作用形成的偉晶狀輝石巖。

2.2 巖相學(xué)特征

啟鑫巖體巖性變化復(fù)雜，依次描述如下：

橄欖巖 深灰綠色、紅褐色，細(xì)粒粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石主要由橄欖石及輝石組成。其中橄欖石含量80%～85%，已全部蝕變?yōu)樯呒y石；輝石呈短柱狀，大小1～2 mm，含量10%～15%。巖石中見磁鐵礦，呈星點(diǎn)狀，量微。

輝石橄欖巖 灰褐色，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石主要由輝石及橄欖石組成。輝石呈短柱狀，大小2 mm，含量30%～35%，橄欖石已蝕變?yōu)樯呒y石，含量60%～65%，部分蛇紋石仍保留橄欖石原來晶形,巖石具伊丁石化、纖閃石化蝕變。

橄欖輝石巖 在區(qū)內(nèi)出露面積較小，灰黑色、粒狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。巖石主要有輝石及橄欖石組成。輝石呈短柱狀，大小達(dá)5 mm，含量為65%～70%，橄欖石，黃綠色，顆粒狀，大小2 mm，多伊丁石化，巖石被風(fēng)化剝蝕較重，顆粒粗大。

圖2 新疆北山啟鑫巖體地質(zhì)簡圖Fig.2 Geological sketch of Qixin pluton in Beishan area,Xinjiang

橄欖輝長巖 灰綠色，細(xì)粒輝長結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石主要由輝石、斜長石及橄欖石組成。其中輝石呈短柱狀，大小1～2 mm，含量50%～55%，具弱定向排列，斜長石呈板狀，大小1 mm，含量30%～35%，橄欖石呈黃綠色，大小1～1.5 mm，含量5%～10%，多被輝石包裹，呈包橄結(jié)構(gòu)，巖石中多見硫化物，已黃鐵礦為主，極少見磁黃鐵礦，呈星散狀分布，大小小于0.5 mm，它形粒狀，個別呈珠滴狀。

輝長巖 灰綠色，細(xì)粒輝長結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石主要由輝石及斜長石組成。其中輝石呈短柱狀，大小1～2 mm，含量50%～55%，具弱定向排列，斜長石呈板狀，大小1 mm，含量40%～45%。

3 分析測試方法

主、微量元素的分析測試均在西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實(shí)驗(yàn)測試中心完成。主量元素分析測試所用儀器為X射線熒光光譜儀(Axios 4.0kw)，微量元素的分析儀器為電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICPMS)。主元素的分析精度優(yōu)于1%，微量元素的分析精度大都優(yōu)于5%。

4 地球化學(xué)特征

4.1 主量元素地球化學(xué)

由表1可見，樣品的SiO2含量為36.31%～51.50%，屬超基性-基性巖類。樣品MgO含量為8.42%～34.37%，Mg#為0.77～0.85，略高于原生巖漿Mg#(0.68～0.73)[12]，反映巖漿結(jié)晶過程中可能存在橄欖石堆晶作用。FeO含量為3.12%～12.18%，F(xiàn)e2O3含量為0.43%～5.83%，TiO2含量為0.11%～0.93%，Al2O3含量為2.07%～22.05%。樣品的全堿K2O+Na2O含量低，為0.20～2.64%，屬亞堿性系列，其Na2O/K2O比值主要為1.66～25.67。巖體固結(jié)指數(shù)(SI值)為60.19～74.11，平均64.67，遠(yuǎn)大于原生玄武質(zhì)巖漿(～40)[12]，說明巖漿分異程度較高。在Harker圖解中，MgO與SiO2、Al2O3、CaO、Na2O等氧化物呈良好的負(fù)相關(guān)性(圖3-a，c，d，e)，與FeOT、Co等氧化物/元素呈良好的正相關(guān)性(圖3-b，h)。

表1 啟鑫巖體主量元素和微量元素含量數(shù)據(jù)表Table 1 Major element and Trace element content of Qixin pluton

4.2 稀土元素與微量元素地球化學(xué)

啟鑫巖體的稀土元素總量(∑REE)較低，為5.70×10-6～34.24×10-6，輕稀土總量(∑LREE)為4.6×10-6～27.07×10-6，重稀土總量(∑HREE)為 1.1×10-6～7.17×10-6(表1)。巖體稀土總量略高于上地幔(17.79×10-6)[13]。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布曲線圖中(圖4)，大部分橄欖巖樣品的輕、重稀土元素分餾程度不明顯，其(La/Yb)N為1.84～2.37，(Gd/Yb)N為 1.12～1.26(圖 4-b)，Eu 異常不明顯，Eu*=0.65～1.31；橄欖輝長巖樣品呈一定程度的輕、重稀土元素分餾，其(La/Yb)N為 1.73～3.32，(Gd/Yb)N為 1.24～1.50，Eu異常不明顯，其中一個樣品呈Eu正異常(Eu*=2.89)(圖4-d)；輝長巖樣品呈輕微的輕、重稀土元素分餾，其(La/Yb)N為 1.97～4.30，(Gd/Yb)N為0.95～1.70，具正Eu異常 (Eu*=1.90～3.34)(圖4-f)。

圖3 新疆北山啟鑫巖體Harker圖解Fig.3 Harker diagram of Qixin pluton in Beishan,Xinjiang

在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中(圖4)，大部分橄欖巖樣品相對富集大離子親石元素Rb，Sr等，虧損高場強(qiáng)元素Nb等，Zr，Hf，Ta呈一定程度的正異常(圖4-a)。橄欖輝長巖樣品相對富集Th，Ta等元素，一個樣品明顯富含Sr元素(圖4-c)。輝長巖樣品大部分相對富集大離子親石元素Rb，Sr等，相對虧損高場強(qiáng)元素Nb，Y等，Ta呈一定程度的正異常(圖4-e)。

5 討論

5.1 源區(qū)特征

由于部分樣品發(fā)生了一定程度的蝕變作用，如橄欖石發(fā)生了蛇紋石化、綠泥石化和滑石化等，易導(dǎo)致一些不穩(wěn)定元素發(fā)生遷移，但具有類似分配系數(shù)的不相容元素比值在成巖過程中(如部分熔融和分離結(jié)晶)不容易發(fā)生遷移變化[15]。因此，為減少蝕變作用的影響，本文在進(jìn)行巖石成因和構(gòu)造環(huán)境討論時采用相關(guān)高場強(qiáng)元素及其比值。

在Harker圖解中，MgO與SiO2呈負(fù)相關(guān)系，反映了巖漿演化過程中發(fā)生了橄欖石的分離結(jié)晶作用(圖3-a)；MgO與Co呈正相關(guān)性，表明發(fā)生了鉻尖晶石的分離結(jié)晶(圖 3-h)；MgO 與 Al2O3、CaO 和Na2O呈負(fù)相關(guān)系(圖3-c，d，e)，表明巖漿演化過程中存在斜長石的堆晶作用，輝長巖和部分橄欖巖、橄欖輝長巖樣品存在Eu和Sr的正異常(圖5)，亦說明存在斜長石的堆晶作用。MgO與FeOT呈正相關(guān)性，暗示了單斜輝石的分離結(jié)晶作用(圖3-b)。因此，啟鑫巖體在成巖過程中橄欖石和單斜輝石是主要的分離結(jié)晶相，并伴有一定數(shù)量的斜長石堆晶作用。巖石地球化學(xué)研究表明，總分配系數(shù)相同或相近的元素，其比值在巖漿結(jié)晶過程中不會改變，因此可利用這些元素對比值，如Nb/Ta、Th/Yb、Ta/Yb、La/Nb、Zr/Nb和Ti/Yb等的協(xié)變關(guān)系來判斷是否存在同化混染作用[16-19]。同化混染作用判別圖解顯示，La/Yb-Ce/Yb元素對的協(xié)變相關(guān)性好、TiO2/Yb-La/Nb以及Ta/Yb-Th/Yb也顯示出一定的相關(guān)性，表明巖漿在上升過程中發(fā)生了一定程度的同化混染作用(圖5)。

圖4 啟鑫巖體微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(a,c,e)和稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布曲線圖(b,d,f)Fig.4 Primitive mantle normalized trave element spidergram(a,c,e)and Chondrite-normalized REE graph(b,d,f)

實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)的模擬研究表明，原生巖漿的性質(zhì)主要取決于地幔溫度和壓力，Mg#被認(rèn)為是鑒別原生巖漿的重要標(biāo)志之一。Green提出與地幔橄欖巖平衡的原生巖漿的Mg#為 0.63～0.73[20]，F(xiàn)rey 認(rèn)為原生巖漿的Mg#為0.68～0.73[21]，Hess認(rèn)為認(rèn)為原生巖漿的Mg#大于0.68[22]。啟鑫巖體的Mg#值為0.77～0.85，均大于0.68，反映了其巖漿源區(qū)接近原生巖漿組分，說明原生巖漿為高鎂拉斑玄武巖漿。

5.2 形成構(gòu)造環(huán)境

元素地球化學(xué)分析表明，啟鑫巖體具有較低的TiO2含量(0.11%～0.93%)、富集大離子親石元素Rb，Sr等，虧損高場強(qiáng)元素Nb等地球化學(xué)特征，這些均是島弧巖漿的重要特征(圖4，表1)[23]。此外，島弧玄武巖中Nb的絕對含量通常小于2×10-6[24]，本文研究的啟鑫巖體中的輝長巖樣品Nb含量均小于2×10-6，亦暗示其與島弧巖漿相似(表1)。另一方面，本文研究的所有樣品均具有Ta的正異常，部分樣品Zr，Hf也表現(xiàn)一定的正異常，這些地球化學(xué)特征與洋島玄武巖(OIB)相似。一種可能的解釋是該巖體形成于與島弧相關(guān)環(huán)境向板內(nèi)環(huán)境轉(zhuǎn)換的構(gòu)造背景，在相關(guān)構(gòu)造環(huán)境判別圖中，樣品點(diǎn)也表現(xiàn)出從弧環(huán)境向板內(nèi)環(huán)境過渡的趨勢(圖6)。因此，本文推測塔里木板塊東北端的啟鑫巖體形成于島弧向板內(nèi)轉(zhuǎn)換的構(gòu)造背景。

6 結(jié)論

圖5 啟鑫巖體的La/Yb-Ce/Yb、TiO2/Yb-La/Nb圖解Fig.5 La/Yb-Ce/Yb、TiO2/Yb-La/Nb diagram of Qixin pluton(圖例同圖3)

圖6 啟鑫巖體的Hf-Th-Ta和Ba/Nb-La/Nb圖解Fig.6 Hf-Th-Ta and Ba/Nb-La/Nb diagram of Qixin pluton

啟鑫巖體的SiO2含量為36.31%～51.50%，屬于超基性-基性巖類，其Mg#值為0.77～0.85，大部分樣品相對富集大離子親石元素Rb、Sr等，虧損高場強(qiáng)元素Nb等，部分樣品Zr，Hf，Ta呈一定程度的正異常，表現(xiàn)出同時兼具島弧巖漿和洋島玄武巖(OIB)的地球化學(xué)特征。啟鑫巖體的原生巖漿為高鎂拉斑玄武巖漿，在成巖過程中主要的分離結(jié)晶相是橄欖石和單斜輝石，并存在斜長石的堆晶作用，同時發(fā)生了一定程度的同化混染作用。該巖體可能形成于島弧向板內(nèi)轉(zhuǎn)換的構(gòu)造背景。

致謝：衷心感謝審稿專家提出的寶貴意見和建議，使本文質(zhì)量有明顯提升，同時非常感謝編輯部老師的熱情幫助。

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