東昆侖水仙南地區(qū)基性—超基性雜巖體巖石地球化學(xué)特征及其形成環(huán)境探討

吳樹(shù)寬，張金玲，張 元，顧紅彬，王有斌，馬吉雄

(青海省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧 810000)

東昆侖是中央造山系的組成部分，是一條特征顯著的構(gòu)造—巖漿巖帶[1-3]，多年來(lái)，東昆侖也是一直找礦的優(yōu)選區(qū)域，但是以往工作中著重尋找銅多金屬等礦產(chǎn)，自2011-2013年青海省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院在東昆侖中段發(fā)現(xiàn)的超大型與基性—超基性雜巖體有關(guān)的巖漿熔離型銅鎳硫化物礦床，打破了東昆侖無(wú)鎳礦的歷史，同時(shí)也引起了在東昆侖探尋銅鎳硫化物的找礦熱潮。水仙南地區(qū)基性—超基性雜巖體位于東昆侖造山帶西段，本文旨在對(duì)該巖體從巖石地球化學(xué)方面進(jìn)行研究，進(jìn)而與夏日哈木巖體相對(duì)比，為水仙南地區(qū)找礦及找礦意義探討提供幫助。

1 地質(zhì)背景

中央造山系是中國(guó)南、北兩大陸塊群拼合形成的一條十分醒目而又極其重要的巨型(長(zhǎng)達(dá)4 000 km)構(gòu)造帶。東昆侖地處中央造山系西段，西隔阿爾金斷裂與西昆侖造山帶為鄰，東隔秦祁昆岔口(共和盆地)與西秦嶺相接，北側(cè)為柴達(dá)木地塊，南側(cè)為布青山—阿尼瑪卿構(gòu)造混雜巖帶[4]。東昆侖由北到南可劃分為東昆北構(gòu)造帶、東昆中蛇綠混雜巖帶、東昆南構(gòu)造帶、阿尼瑪卿—布青山構(gòu)造混雜巖帶等4個(gè)構(gòu)造單元[5]。

研究區(qū)水仙南地區(qū)行政區(qū)劃隸屬格爾木市烏圖美仁鄉(xiāng)管轄，位于柴達(dá)木盆地西南緣那陵郭勒河上游南岸，位于昆中斷裂以北，昆北斷裂以南。區(qū)內(nèi)出露的地層主要為古元古界金水口巖群白沙河巖組黑云斜長(zhǎng)片麻巖、花崗片麻巖、長(zhǎng)英質(zhì)片巖、大理巖，基性—超基性雜巖體侵位于該套巖層中,另外分布少量第四系沖、洪積物。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，構(gòu)造線(xiàn)總體方向?yàn)榻鼥|西向，局部發(fā)育北北西向斷層，研究區(qū)內(nèi)西側(cè)發(fā)育一組段層，在中部、東側(cè)發(fā)育兩組韌性剪切帶；區(qū)內(nèi)侵入巖發(fā)育較少，以三疊世侵入巖最為發(fā)育,少量發(fā)育中泥盆世侵入巖，侵入體零星分布于研究區(qū)內(nèi)，并以巖基形式產(chǎn)出。其中早三疊世侵入巖巖石類(lèi)型主要為角閃黑云母花崗閃長(zhǎng)巖，侵入體以脈巖形式北北東向展布，僅在研究區(qū)東部發(fā)育，出露面積約0.3 km2，侵入于古元古界金水口巖群白沙河巖組；中三疊世侵入巖巖石類(lèi)型主要有灰白色細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖、灰白色中細(xì)粒黑云母花崗閃長(zhǎng)巖等，以成分演化為主，暗色包體發(fā)育是該侵入體的重要特征，侵入體以巖基形式近東西向展布，并對(duì)組成陸塊的基底巖系古元古界金水口巖群白沙河巖組造成強(qiáng)烈的吞噬和肢解。中泥盆世侵入巖主要代表巖性為輝長(zhǎng)巖—輝石巖巖體，輝長(zhǎng)巖巖體在研究區(qū)共發(fā)育3處，呈近東西向串珠狀排列。從西向東編號(hào)為：I號(hào)巖體、II號(hào)巖體、III號(hào)巖體。其中II號(hào)巖體、III號(hào)巖體出露面積較小，巖體地表規(guī)模不大，而I號(hào)巖體出露規(guī)模較大，巖石組合復(fù)雜，另外青海省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院對(duì)該巖體開(kāi)展了地質(zhì)找礦工作，發(fā)現(xiàn)礦化線(xiàn)索，故I號(hào)巖體為本文所研究的對(duì)象。

2 巖體特征

2.1 巖體特征

巖體呈長(zhǎng)條狀侵入于金水口群變質(zhì)巖系中，寬約0.45 km，長(zhǎng)約0.65 km，面積約0.32 km2。巖體呈中粗粒結(jié)構(gòu)，主要以輝石巖、角閃輝石巖、輝長(zhǎng)巖為主，局部發(fā)育少量蘇長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖，巖體與上部金水口巖群白沙河巖組呈侵入接觸關(guān)系(圖1)。

圖1 水仙南地區(qū)I號(hào)巖體實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面

2.2 巖相學(xué)特征

角閃輝石巖：巖石主要由紫蘇輝石、角閃石及黑云母等礦物組成(圖2)。紫蘇輝石呈自形—半自形柱狀，解理發(fā)育，簡(jiǎn)單雙晶及聚片雙晶，粒徑一般0.8 mm×1.6 mm～1.6 mm×3.2 mm左右，弱方解石化，顆粒常與淡綠色角閃石形成連晶，邊部呈環(huán)帶結(jié)構(gòu)，顆粒之間以較彎曲邊緣緊密鑲嵌。黑云母呈片狀，具淺黃褐色—淺褐色強(qiáng)多色性，強(qiáng)綠泥石化，片徑一般0.25 mm左右，均勻分布于巖石中。

圖2 角閃輝石巖

角閃輝長(zhǎng)巖：巖石主要由普通輝石、角閃石、黑云母及斜長(zhǎng)石等礦物組成(圖3)。普通輝石呈自形—半自形柱狀，解理發(fā)育，可見(jiàn)簡(jiǎn)單雙晶，粒徑一般1 mm×1.6 mm～1.4 mm×4 mm左右，顆粒常與淡綠色角閃石形成連晶，邊部呈環(huán)帶結(jié)構(gòu)，相互之間以較平直邊緣緊密鑲嵌。黑云母呈片狀，沿解理縫發(fā)生強(qiáng)綠泥石化，局部可見(jiàn)原礦物殘留，顆粒內(nèi)部及邊部常包裹有較多細(xì)小榍石微粒，片徑一般0.3 mm以上。斜長(zhǎng)石呈半自形—它形板條狀，聚片雙晶發(fā)育，發(fā)生強(qiáng)絹云母化現(xiàn)象，粒徑一般0.6 mm以上，較粗者顆粒內(nèi)常包裹多顆較細(xì)粒普通輝石，且以較彎曲邊緣緊密鑲嵌于其它礦物顆粒之間。

圖3 角閃輝長(zhǎng)巖

角閃蘇長(zhǎng)巖：巖石主要由紫蘇輝石、角閃石、黑云母及斜長(zhǎng)石等礦物組成。紫蘇輝石呈半自形—它形柱粒狀，解理發(fā)育，簡(jiǎn)單雙晶，粒徑一般1.2～2.8 mm左右，弱方解石化，顆粒常與淡綠色角閃石形成連晶，均勻分布于巖石中。黑云母呈片狀，具淺黃褐色—淺褐色強(qiáng)多色性，弱綠泥石化，顆粒內(nèi)部及邊部分布有較多微粒狀榍石及鐵質(zhì)微粒，片徑一般0.5 mm以上。斜長(zhǎng)石呈半自形—它形粒狀，發(fā)生較強(qiáng)的絹云母化及弱方解石化現(xiàn)象，粒徑一般0.4～0.8 mm左右，以彎曲邊緣與其它礦物緊密鑲嵌。

輝石角閃石巖：巖石主要由普通輝石及角閃石等礦物組成。普通輝石呈半自形柱粒狀，解理發(fā)育，可見(jiàn)簡(jiǎn)單雙晶，顆粒常與淡綠色角閃石形成連晶，邊部呈環(huán)帶結(jié)構(gòu)，并發(fā)生不同程度的方解石化現(xiàn)象，部分顆粒邊部發(fā)生弱黑云母化，粒徑一般1.2～1.8 mm左右，相互之間以較平直邊緣緊密鑲嵌。角閃石除與普通輝石呈連晶部分外，獨(dú)立礦物為普通角閃石，呈自形—半自形柱狀，具淺綠色—淺褐色多色性，解理發(fā)育，發(fā)生不同程度黑云母化，并析出少量鐵質(zhì)微粒，部分顆粒僅殘余可見(jiàn)原角閃石晶型假象，粒徑為0.3 mm×0.8 mm～0.6 mm×1.4 mm左右，均勻分布于巖石中。

3 分析方法

主量元素和微量元素?cái)?shù)據(jù)由青海省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院與吉林大學(xué)孫豐月老師團(tuán)隊(duì)合作項(xiàng)目所獲得，分析結(jié)果見(jiàn)表1。主量元素使用X-射線(xiàn)熒光光譜儀(XRF-1500)法測(cè)試。采用0.6 g樣品與6 g四硼酸鋰制成的玻璃片在Shimadzu XRF-1500上測(cè)定氧化物的含量，精度優(yōu)于2%～3%。微量元素及稀土元素利用酸溶法制備樣品再使用ICP-MS(ElementⅡ)測(cè)試，分析精度為：按照GSR-1和GSR-2國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)元素含量大于10×10-6時(shí)，其精度優(yōu)于5%，當(dāng)含量小于10×10-6時(shí)，其精度優(yōu)于100%。

表1 水仙南I號(hào)雜巖體主量元素和微量元素參數(shù)

4 巖石地球化學(xué)特征

4.1 主量元素

由5件樣品的全巖地球化學(xué)分析結(jié)果可見(jiàn)，其SiO2含量為48.44%～59.88，平均值為52.05%，其中1件樣品SiO2含量位于53%～66%參考范圍內(nèi)，為中性巖，其他都位于基性巖的范疇之內(nèi)；Al2O3含量為6.12%～18.04，平均值為14.0%，整體含量較高，TiO2含量為0.28%～1.10%，平均值為0.72%，與島弧拉斑玄武巖的0.84%較為接近[6]；GaO含量為6.04%～14.45%，平均值為11.11%；MgO含量為2.79%～17.25%，平均值為9.01%，略高于中國(guó)火成巖中輝長(zhǎng)巖的平均值6.47%[7]，與大西洋洋中脊玄武巖平均含量9.04%較為接近；K2O+Na2O含量為0.98%～5.36%，平均值為3.34%；K2O/Na2O值為1.55 ～3.41，顯示富鈉貧鉀特征。里特曼指數(shù)(σ)為0.18～2.04，小于3.3，在TAS圖解(圖4)中除SXN-Y2樣品落入閃長(zhǎng)巖區(qū)域外，其他樣品均落入輝長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖區(qū)域內(nèi)，為亞堿性系列。

圖4 巖石系列TAS分類(lèi)圖解

4.2 稀土元素特征

在巖石稀土元素配分圖(圖5)中，水仙南巖漿雜巖總體呈REE平坦型，總體呈現(xiàn)出輕微的右傾分配模式，具有輕稀土略富集、重稀土略虧損的特征，類(lèi)似于殼源巖漿的稀土元素分配形式。稀土元素總量∑REE=66.58×10-6～169.65×10-6，均值為117.94×10-6，∑LREE=54.86×10-6～151.87×10-6，∑HREE=11.72×10-6～28.36×10-6，∑LREE/∑HREE=3.78～8.54，(La/Yb)N=3.48～10.34，(La/Sm)N=1.27～3.55，顯示輕、重稀元素之間分餾不顯著。δEu=0.42～1.04，呈弱負(fù)異常，說(shuō)明存在一定程度的斜長(zhǎng)石分異結(jié)晶作用。

張照偉等[8]指出夏日哈木超基性巖體巖石稀土總量元素均較低，∑REE=7.62×10-6～51.63×10-6，大多數(shù)超鎂鐵質(zhì)巖石沒(méi)有明顯的Eu異常。夏日哈木雜巖體(La/Yb)N=1.67～11.35，(La/Sm)N=1.21～3.76，Sm/Nd=0.19～0.26，顯示巖石源于虧損地幔源的特征。水仙南雜巖體(La/Sm)N=1.27～3.55，(La/Yb)N=3.48～10.34，Sm/Nd=0.19～0.26，這些特征與夏日哈木雜巖體相似，說(shuō)明水仙南雜巖體巖石也源于虧損地幔。

圖5 水仙南雜巖體稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖

4.3 微量元素特征

水仙南巖漿雜巖中的過(guò)渡族元素含量相對(duì)較高，其中Cr、Co和Ni的含量分別為4.99～592、16.1～77.8和4.08～430，這暗示了巖石未發(fā)生明顯的分離結(jié)晶作用。

在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上(圖6)，樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布形式總體相似，巖石富集大離子親石元素Rb、Th、U，相對(duì)虧損K和高場(chǎng)強(qiáng)元素La、Nb、P、Ta、Ti顯示同源巖漿的演化成因特征，同時(shí)TNT虧損特征表現(xiàn)出一定的弧巖漿巖的特征。Sr的富集可能是由于陸殼中Sr含量高造成的，表明該巖體在上升過(guò)程中遭受了一定程度的陸殼物質(zhì)混染, 但是樣品中Sr=173×10-6～1 610×10-6，平均值為801×10-6，遠(yuǎn)高于大陸地殼Sr的平均值(325×10-6)，說(shuō)明樣品中的Sr不可能來(lái)自地殼，主要繼承區(qū)源區(qū)特征。巖石P的強(qiáng)烈虧損，可能與源區(qū)殘留有大量的磷灰石或磷灰石的分離結(jié)晶有關(guān)[9-10]。巖漿雜巖的Zr/Y值(1.11～6.11)與島弧玄武巖接近。

圖6 水仙南雜巖體原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖

5 探 討

5.1 源區(qū)探討及成因

地球化學(xué)特征顯示，水仙南巖漿雜巖具有島弧玄武巖的特征，Nb/U和Nb/La值與源區(qū)物質(zhì)有關(guān)，而與巖漿過(guò)程無(wú)關(guān)，樣品的Nb/U值為3.19～7.58，平均值為5.74，接近于大陸殼(中國(guó)東部地殼Nb/U值為9.6)；原始地幔和MORB的Nb/La大于1.0，而大陸地殼Nb/La平均值為0.7左右；樣品的Nb/La值為0.10～0.41，低于大陸地殼平均值，且結(jié)晶分異不會(huì)導(dǎo)致Nb/La值降低(Nb比La更不相容)，再次說(shuō)明地殼混染不是主導(dǎo)因素，應(yīng)主要是由地幔源區(qū)受到俯沖流體的交待所致[11-12]。

Th/Ta比值來(lái)判斷中基性巖是否發(fā)生地殼混染[13]。水仙南雜巖體樣品的Th/Ta比值為9.80～26.57，平均值為15.93，遠(yuǎn)高于原始地幔Th/Ta比值(2.2)。另外，源于軟流圈地幔的玄武巖La/Nb<1.5，La/Ta小于22，巖石圈地幔來(lái)源的玄武巖則與之相反。水仙南雜巖體的La/Nb值介于2.4～9.3之間、La/Ta值介于28～158之間，兩者比值分別大于1.5和22。上述特征顯示巖石圈地幔源區(qū)的特征。

5.2 構(gòu)造環(huán)境

對(duì)于不同的大地構(gòu)造環(huán)境的地幔源區(qū)，在玄武質(zhì)巖漿作用過(guò)程中，同一種元素Th(或Nb、Zr)的不相容程度并非完全相同，Th、Nb、Zr不同元素之間的不相容性的差異更為明顯。因此，不同大地構(gòu)造環(huán)境的玄武巖，其巖漿源區(qū)的Th、Nb、Zr成分不同，正是由于這一原因，使其可以用來(lái)作為構(gòu)造環(huán)境判別的特征元素[14]。巖漿雜巖的地球化學(xué)特征顯示所有樣品具有大離子親石元素富集、高場(chǎng)強(qiáng)元素虧損的特征，與島弧火山巖的特征類(lèi)似。同時(shí)巖漿雜巖Th/Ta比值最小值為9.80，通常認(rèn)為T(mén)h/Ta比值大于3為島弧環(huán)境的特征[6]。在基性火山巖構(gòu)造環(huán)境判別圖中，巖漿雜巖樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)均落入火山弧玄武巖區(qū)域。在(Y+Nb)-Rb判別圖中，巖漿雜巖樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)均落入VAG區(qū)域，在Y-Nb判別圖上樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)落入VAG+Syn-COLG區(qū)域(圖7)，顯示巖漿雜巖形成于島弧環(huán)境。

圖7 水仙南巖漿雜巖體構(gòu)造環(huán)境判別圖

巖石TiO2的含量較低，含量范圍為0.28～1.10%，低于MORB和OIB(平均大于1.5%和大于2.0%)，與島弧巖漿巖的含量接近。在氧化物變異圖解中，所有樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)具有一定的線(xiàn)性關(guān)系，顯示巖漿雜巖經(jīng)歷了良好的結(jié)晶分異作用。在稀土元素中，具有弱的負(fù)Eu異常，暗示有程度較弱的斜長(zhǎng)石的結(jié)晶分異作用，其配分形式與島弧火山巖的稀土元素配分形式相似。

劉戰(zhàn)慶等[4]認(rèn)為，在晚寒武世—早志留世期間，原特提斯洋向北俯沖消減，東昆侖地區(qū)在此時(shí)限內(nèi)轉(zhuǎn)化為溝—弧—盆體系。位于東昆中清水泉—可可沙—科科可特一線(xiàn)發(fā)育的島弧型中酸性侵入巖[15-16](515～427 Ma)，可能就是該時(shí)期洋殼俯沖事件的相應(yīng)。據(jù)孫豐月老師團(tuán)隊(duì)口述水仙南巖漿雜巖形成年齡約430 Ma，略夏日哈木雜巖體的年齡略有接近，但略早于夏日哈木雜巖體的成巖年齡。說(shuō)明水仙南雜巖體形成于原特提斯洋洋殼向北俯沖的島弧環(huán)境。

6 結(jié) 論

1)水仙南基型—超基型雜巖體形態(tài)呈長(zhǎng)條狀，巖石類(lèi)型主要以輝石巖、角閃輝石巖、輝長(zhǎng)巖為主。

2)巖體除個(gè)別樣品外，均落入輝長(zhǎng)巖與輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖區(qū)域，屬亞堿型系列；巖體具有右傾型稀土配分模式，δEu具有弱的負(fù)異常，說(shuō)明巖漿在演化過(guò)程中經(jīng)歷了一定程度的分離結(jié)晶作用。

3)雜巖體具有巖石圈幔源特征，形成的構(gòu)造環(huán)境為島弧環(huán)境。