甘肅金川二礦區(qū)巖體橄欖石組構(gòu)特征研究

王辰，劉建朝，王浩然，席志軒，馮偉，趙琳潁

(1.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054；2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450001)

超基性巖中原生礦物及圍巖捕虜體在應(yīng)力作用下定向排列或沿流動方向生長，形成原生流動構(gòu)造(李金銘，1992)，這種現(xiàn)象可用來反映成巖過程中巖漿的流動方向和規(guī)律性(董顯揚，1975；柴耀楚，1982)。自然界所形成的任何礦體都與巖石流變行為密不可分(許德如，2015)。橄欖石、長石、石英等礦物的組構(gòu)特征可反映出一定條件下巖石所遭受的熱動力學(xué)過程，并通過礦物結(jié)晶軸的優(yōu)選定向(LPO)表現(xiàn)出來(許志琴，2006；XU et al., 2012; TAKAYOSHI et al., 2014)。實驗與觀測結(jié)果顯示出，橄欖石A型或E型組構(gòu)最易發(fā)生于地幔淺部低壓、低應(yīng)力、低含水量環(huán)境，C型主要發(fā)生于地幔深部高壓環(huán)境(RATERRON P，2007；MAINPRICE D，2004)，而B型則發(fā)育在大洋俯沖帶(ZHANG S，2000)。

位于中國甘肅省金昌市的金川礦床是世界第三大銅鎳硫化物礦床，前人對金川超鎂鐵質(zhì)巖體的成巖成礦年齡、巖漿源區(qū)、礦物成因等做了大量有意義的工作。在成巖成礦年齡方面，楊剛等(2005)對金川鎳-銅-鉑礦床塊狀硫化物礦石作的Re-Os(ICP-MS)定年等時線年齡為(833±35)Ma；LI et al.(2004)獲得鋯石SHRIMP U-Pb年齡為827Ma，說明金川銅鎳硫化物礦床形成于新元古代。在礦床成因方面，湯中立等創(chuàng)造性的提出了“小巖體成大礦”理論體系(湯中立，2007，2015；李文淵，2012)，證明了金川礦床的深部熔離-多期成礦作用，豐富了銅鎳硫化物礦床的找礦理論與方法。在顯微組構(gòu)方面，李金銘等(1992)認為龍首山地區(qū)橄欖巖類的變形組構(gòu)多為殼成低溫體系，并發(fā)現(xiàn)了金川巖體橄欖石組構(gòu)由二礦區(qū)向一礦區(qū)做有規(guī)律的變化。但對金川二礦區(qū)鎂鐵-超鎂鐵巖體中橄欖石組構(gòu)特征的研究仍有欠缺。筆通過對橄欖石顯微組構(gòu)特征研究，探討巖漿上升侵位過程中所受的應(yīng)力方向，以期對下一階段的找礦工作起到一定的指導(dǎo)作用。

1 巖體地質(zhì)特征

金川銅鎳硫化物礦床所在的龍首山隆起位于華北地臺阿拉善地塊西南緣，南為祁連早古生代褶皺系，西接塔里木地臺(李文淵，2006；焦建剛，2007)(圖1A)。

礦區(qū)出露地層為前震旦系中深變質(zhì)巖系(馬佳虹，2012；賀寶林，2014)，巖石類型包括角礫狀混合巖-均質(zhì)混合巖，黑云斜長片麻巖，綠泥石英片巖、含榴二云片麻巖及蛇紋大理巖。超基性巖體由含二輝石橄欖巖、二輝橄欖巖、橄欖輝石巖、斜長二輝橄欖巖等組成(圖1B)。巖層總走向為北西55°，傾向西南，傾角40°～70°。古生代及中生代地層缺失，第四系古河床礫石層分布于礦區(qū)東端將巖體覆蓋。

根據(jù)野外調(diào)查及資料顯示，二礦區(qū)超鎂鐵質(zhì)巖體主體由中粗粒二輝橄欖巖、含二輝石橄欖巖、斜長二輝橄欖巖組成(湯中立，1990；焦建剛，2006；高亞林，2009；張宗清，2004)，各巖相界限清楚，并可見輝綠巖脈(圖2a、圖2b)。在實際觀察中，橄欖石礦物顆粒具有明顯的定向排列現(xiàn)象(圖2c、圖2d)。

2 分析方法

本次野外樣品采集工作主要以中粗粒二輝橄欖巖、含二輝石橄欖巖、斜長二輝橄欖巖為主，采樣點見圖1。

本次研究樣品處理及測試在長安大學(xué)西部礦產(chǎn)與地質(zhì)教育部重點實驗室顯微鏡實驗室完成，使用費氏臺對定向樣品中礦物XZ面(X軸為拉伸線理方向，XY面為面理，Z軸垂直面理方向)(唐哲民，2005；韓國卿，2009)進行測試。筆者采用四軸臺法進行光率體主對稱軸的測定，詳細方法見構(gòu)造巖石學(xué)基礎(chǔ)(何永年，1988)。

3 橄欖石流變構(gòu)造研究

3.1 二輝橄欖巖中橄欖石組構(gòu)特征

橄欖石有明顯的組構(gòu)優(yōu)選方位，其Ng[100]，Np[010]和Nm[001]組構(gòu)特征(陳柏林，2003；陳柏林，2013)見圖3。

圖1 (A)金川銅鎳硫化物礦床大地構(gòu)造位置示意圖；(B)金川二礦區(qū)巖體地質(zhì)簡圖Fig.1 (A)Sketch map of the geotectonic location of Jinchuan copper nickel sulfide deposit； (B)Geological map of Jinchuan mining area II

Ng[100]組構(gòu)：JC-1為大圓環(huán)帶型，環(huán)帶平面與XZ面相平行，其背景上出現(xiàn)近平于行X軸和XY面的主極密，Ng[100]組構(gòu)整體呈單斜對稱型。JC-2號樣品為點極密型，主極密與X軸及XY面近乎平行，整體呈單斜對稱型。

Np[010]組構(gòu)：JC-1號Np[010]組構(gòu)為大圓環(huán)帶型，環(huán)帶面平行于XZ面。在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)近垂直于面理(XY面)的主極密。Np[010]組構(gòu)整體呈單斜對稱型。JC-2號為點極密部型，主極密軸與X軸相平行。

Nm[001]組構(gòu)：JC-1、2均為點極密型，平行或近于平行Y軸。

3.2 含二輝石橄欖巖中橄欖石組構(gòu)特征

橄欖石的Ng[100]、Np[010]和Nm[001]組構(gòu)特征見圖4。

Ng[100]組構(gòu)：JC-3號樣品為點極密型，主極密與X軸及XY面近乎平行，整體呈單斜對稱型。JC-4為大圓環(huán)帶型，環(huán)帶平面與XZ面相平行，其背景上出現(xiàn)近平于行X軸和XY面的主極密，Ng[100]組構(gòu)整體呈單斜對稱型。

a.巖相界線；b.輝綠巖脈；c-f.巖體中橄欖石定向排列現(xiàn)象圖2 金川二礦區(qū)橄欖石流動構(gòu)造野外照片F(xiàn)ig.2 Jinchuan mining area II olivine flow structure field and the microscopic photographs

圖3 二輝橄欖巖中橄欖石顯微組構(gòu)圖Fig.3 Lherzolite microstructure

Np[010]組構(gòu)：JC-3、4號Np[010]組構(gòu)為大圓環(huán)帶型，環(huán)帶面平行于XZ面。在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)近垂直于面理(XY面)的主極密。Np[010]組構(gòu)整體呈單斜對稱型。

Nm[001]組構(gòu)：JC-3、4均為點極密型，平行或近于平行Y軸。

3.3 斜長二輝橄欖巖中橄欖石組構(gòu)特征

橄欖石的Ng[100]、Np[010]和Nm[001]組構(gòu)特征(金振民，1989；董云鵬，1996；許志琴，2005)見圖5。

圖4 含二輝石橄欖巖中橄欖石顯微組構(gòu)圖Fig.4 Pyroxene dunite microstructure

Ng[100]組構(gòu)：JC-5號為點極密部型，組構(gòu)要素投影點聚集在一個小區(qū)域中，形成一個明顯的點極密；JC-6、7號為較完整的大圓環(huán)帶型，XZ面與環(huán)帶面相平行，主極密在其背景上近平于行X軸和XY面，Ng[100]組構(gòu)整體呈單斜對稱型，特征是只有一個對稱面和垂直于對稱面的二次軸。

Np[010]組構(gòu)：JC-5 Np[010]組構(gòu)為大圓環(huán)帶型，環(huán)帶面平行于XZ面。在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)近垂直于面理(XY面)的主極密。Np[010]組構(gòu)整體呈單斜對稱型。JC-6為點極密部型，而JC-7極密不明顯。

Nm[001]組構(gòu)：JC-5、6、7為點極密型，平行或近于平行Y軸，呈軸對稱型式。

4 討論

4.1 橄欖石組構(gòu)類型

從圖3、圖4、圖5中可以看出，Ng[100]形成一個在面理(XY面)上的極密部，表明[100]是滑移方向。Np[010]出現(xiàn)與面理成高角度的極密，表明滑移面是(010)面，反映組構(gòu)滑移系為(010)[100](許志琴，2009)。Nm[001]亦表現(xiàn)為在面理上的點極密，表明其滑移方向為[001]。結(jié)合Ng[100]、Np[010]組構(gòu)特征，其滑移面應(yīng)為(100)和(010)，反映低溫組構(gòu)滑移系為(100)[001]或(010)[001]。

圖5 斜長二輝橄欖巖中橄欖石顯微組構(gòu)圖Fig.5 Plagioclase lherzolite microstructure

從二礦區(qū)巖體組構(gòu)測量結(jié)果中可以看出，橄欖石具有一定的結(jié)晶優(yōu)選方位(CPO)，其滑移面為(010)，滑移方向[100]。徐夢倩等(2010)對西藏羅布莎地區(qū)地幔橄欖巖中橄欖石通過EBSD研究，發(fā)現(xiàn)其滑移方向[100]，滑移面為(010)，屬“A”型組構(gòu)；干微等(2011)通過華北克拉通東北部邊緣吉林輝南地區(qū)幔源橄欖巖流變學(xué)與組構(gòu)特征研究發(fā)現(xiàn)，其橄欖石總體具有A型組構(gòu)，均類似于本區(qū)橄欖石組構(gòu)類型特征。由此可知，本區(qū)橄欖石均發(fā)育“A”型組構(gòu)，表明二礦區(qū)巖體橄欖石形成于地殼淺部低壓、低應(yīng)力狀態(tài)下。

4.2 橄欖石組構(gòu)成因研究

金川含礦巖體為至少經(jīng)歷了3期巖漿上升侵位所形成的復(fù)式侵入體。第一期巖漿產(chǎn)物為中細粒巖石；中粗粒巖石則代表了第二期巖漿侵位產(chǎn)物，組成了二礦區(qū)巖體主體；第三期巖漿產(chǎn)物主要以純橄欖巖為主，各巖相間界限清楚，突變接觸(湯中立，1990)。本次研究以二礦區(qū)中粗粒二輝橄欖巖、含二輝石橄欖巖、斜長二輝橄欖巖為主，均屬于第二期巖漿侵位產(chǎn)物(喬富貴，2005)。前人研究表明，金川地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場主應(yīng)力方向應(yīng)分為3期6個階段，經(jīng)歷了由南北至北東—南西到南北的方向轉(zhuǎn)變。成礦前應(yīng)力場早期以南北向壓性應(yīng)力場為主，晚期以東西向擠壓活動為主，產(chǎn)生塑性流動褶曲、壓扭斷裂及褶皺構(gòu)造；成礦期構(gòu)造應(yīng)力場則由早期的北東—南西向漸變?yōu)槟媳毕?，產(chǎn)生近東西向斷裂、韌性剪切變形等，多斷裂切割超基性巖(湯中立，1995；劉高，2002；廖文建，2016)。從圖6中可以看到，JC-4、JC-5、JC-6號樣品的光軸極密分布于北東—南西向，而JC-1、2、3、7號樣品中橄欖石光軸Ng[100]極密則偏向于北西—南東向。結(jié)合巖體所受的構(gòu)造應(yīng)力場的變化特征，可初步認定二礦區(qū)巖體中橄欖石定向排列的現(xiàn)象為成礦期構(gòu)造的反映，且橄欖石光軸發(fā)生了自西向東的旋轉(zhuǎn)，這也與李金銘等(1992)對阿拉善地區(qū)組構(gòu)特征的研究結(jié)果相一致。由于二礦區(qū)含礦巖體為金川礦床第二期含礦巖漿上侵產(chǎn)物(湯中立，1990)，橄欖石的定向排列現(xiàn)象可作為成礦期巖體的找礦標志。

圖6 金川二礦區(qū)超基性巖體流動構(gòu)造略圖Fig.6 Jinchuan No.2 mine area ultrabasic rock mass flow structure sketch

5 結(jié)論

(1)通過對金川地區(qū)二輝橄欖巖、斜長二輝橄欖巖及含二輝橄欖巖中橄欖石組構(gòu)特征研究，可知橄欖石均具有“A”型組構(gòu)特征，表明巖體形成于地殼淺部低壓、低應(yīng)力的環(huán)境中。

(2)由于二礦區(qū)巖體為金川礦床第二期含礦巖漿上侵產(chǎn)物(湯中立，1990)，結(jié)合巖體所受的構(gòu)造應(yīng)力場的變化特征及橄欖石光軸極密分布于北東—南西、北西—南東向，可初步認定二礦區(qū)巖體中橄欖石定向排列的現(xiàn)象為成礦期構(gòu)造的反映，且橄欖石光軸發(fā)生了自西向東的旋轉(zhuǎn)。

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