東天山圖拉爾根鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體輝石礦物學(xué)特征及其地質(zhì)意義

劉艷榮，呂新彪，劉民武，欒 燕，王富貴

(1.長(zhǎng)安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054；2.長(zhǎng)安大學(xué) 西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北 武漢 430074；4.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050)

0 引 言

東天山造山帶是中亞造山帶的一部分，包括覺(jué)羅塔格構(gòu)造帶和中天山地塊(圖1)。沿覺(jué)羅塔格構(gòu)造帶分布著眾多鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體，從西到東依次有香山、黃山南、黃山、黃山東、葫蘆、串珠、圖拉爾根和四頂黑山等(圖1)，隨著對(duì)黃山、黃山東、葫蘆和圖拉爾根等巖體的不斷勘探，已證實(shí)該區(qū)是中國(guó)巖漿型Cu-Ni-(PGE)硫化物礦床的重要產(chǎn)地[1]。圖拉爾根鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體位于覺(jué)羅塔格構(gòu)造帶的東北段，與區(qū)域內(nèi)已探明儲(chǔ)量的大型銅鎳硫化物礦床密切相關(guān)。前人對(duì)該礦床的礦物巖石學(xué)、巖(礦)石地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)、成礦年代及礦床成因等開(kāi)展了一系列研究[2-5]，總體認(rèn)為銅鎳成礦與鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體有關(guān)，成巖時(shí)代為晚石炭世—早二疊世，巖漿來(lái)源于俯沖板片交代過(guò)的虧損型地幔源區(qū)，在上升過(guò)程中經(jīng)歷過(guò)結(jié)晶分異[6-7]和微弱的地殼物質(zhì)混染[4,8]，但目前對(duì)混染物質(zhì)的性質(zhì)及混染過(guò)程研究還比較欠缺。此外，巖體形成的構(gòu)造背景仍存有爭(zhēng)議，主要有碰撞后伸展環(huán)境[2,9]或地幔柱與造山帶疊置環(huán)境[10-12]。

輝石是鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體的主要造巖礦物之一，也是圖拉爾根巖體所有巖相的主要礦物之一，該類礦物蘊(yùn)含著豐富的成巖、成礦作用信息。不少學(xué)者對(duì)新疆東天山黃山東、黃山南、香山等巖體中的輝石進(jìn)行了研究[13-18]，明確了巖體的母巖漿性質(zhì)，分析了巖體經(jīng)歷的地殼混染過(guò)程，計(jì)算了輝石結(jié)晶的溫壓條件，并探討了巖體形成的構(gòu)造背景。圖拉爾根巖體中輝石的研究已較為深入[19-21]，如計(jì)算得出的輝石結(jié)晶溫度為1 050 ℃～1 170 ℃，巖體的母巖漿為亞堿性拉斑玄武質(zhì)巖漿，但是對(duì)輝石結(jié)晶壓力的研究還比較薄弱，對(duì)巖漿源區(qū)和巖體形成的構(gòu)造背景分析還缺乏相應(yīng)的礦物學(xué)證據(jù)，巖漿上侵過(guò)程中，地殼混染物質(zhì)的性質(zhì)和混染過(guò)程尚不明確?；诖耍疚臄M采用電子探針(EPMA)和LA-ICPMS技術(shù)，詳細(xì)分析圖拉爾根鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體不同巖相中輝石的礦物化學(xué)組成，揭示巖體的巖漿來(lái)源及巖漿性質(zhì)，計(jì)算巖體結(jié)晶的溫壓條件，探討巖體成巖過(guò)程中的結(jié)晶分異和地殼混染作用，為圖拉爾根銅鎳礦床的成因研究提供新的資料。

1 巖體地質(zhì)特征

東天山圖拉爾根鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體侵位于中—上石炭統(tǒng)的含角礫晶屑凝灰?guī)r、含角礫巖屑晶屑凝灰?guī)r中，呈NE—SW向延伸，東段淺，延伸地表至250 m深度以下，西段深，頂板厚100～400 m，底板厚400～800 m，實(shí)際延伸已控制到1 300 m深度[22]。地表圈定巖體長(zhǎng)740 m，寬20～60 m，出露面積約0.026 km2，平面形態(tài)呈東北寬、西南窄，中間略有膨大[圖2(a)]。巖體向深部延伸較深且變寬變大，具波狀起伏、膨大狹縮特征，向深部有變陡趨勢(shì)[圖2(b)]。巖體在平面或剖面上均呈環(huán)帶狀產(chǎn)出，巖性從中心向外依次為角閃橄欖巖相、輝石橄欖巖相和輝長(zhǎng)巖相。根據(jù)各巖相間的接觸關(guān)系，第一期次為輝長(zhǎng)巖相，巖石類型為(角閃)輝長(zhǎng)巖，巖石呈灰白色，具輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，其中斜長(zhǎng)石體積分?jǐn)?shù)為60%～75%，輝石為20%～35%，角閃石為3%～15%，主要分布在巖體外圍，與圍巖凝灰?guī)r呈突變接觸，多被后期巖漿吞噬而呈透鏡體產(chǎn)出，在區(qū)內(nèi)出露面積很?。坏诙诖螢檩x石橄欖巖相，是含礦巖相之一，多沿角閃橄欖巖相邊部呈薄的環(huán)帶狀產(chǎn)出，與輝長(zhǎng)巖相呈突變接觸關(guān)系，因輝石和橄欖石含量略有變化，巖石類型可細(xì)分為二輝橄欖巖和橄欖輝石巖，巖石呈黑灰色或黑綠色，具自形—他形粒狀結(jié)構(gòu)、包橄結(jié)構(gòu)、海綿隕鐵結(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造，其中橄欖石體積分?jǐn)?shù)為40%～70%，斜長(zhǎng)石為8%～25%，單斜輝石為10%～40%，斜方輝石為10%～25%，角閃石為3%～7%；第三期次為角閃橄欖巖相，是主要的含礦巖相，位于巖體中部，與兩側(cè)輝石橄欖巖相漸變、突變接觸關(guān)系均有出現(xiàn)，主要巖石類型為角閃輝石橄欖巖，巖石呈深黑色，具自形—他形粒狀結(jié)構(gòu)、堆晶結(jié)構(gòu)、海綿隕鐵結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造和流動(dòng)構(gòu)造，其中橄欖石體積分?jǐn)?shù)為80%～90%，單斜輝石為3%～8%，斜方輝石為2%～5%，斜長(zhǎng)石為2%～5%，角閃石為5%～15%，巖石多發(fā)生蛇紋石化、滑石化、透閃石化、綠泥石化等蝕變。

①為大南湖—頭蘇泉島?。虎跒樾崛印嗤└C子弧內(nèi)盆地；③為康古爾—黃山韌性剪切帶；④為雅滿蘇弧后盆地；底圖引自文獻(xiàn)[11]，有所修改圖1 東天山大地構(gòu)造位置及鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體分布Fig.1 Tectonic Location and Distribution of Mafic-ultramafic Intrusions in East Tianshan

2 巖相學(xué)特征

輝石是東天山圖拉爾根鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體的主要造巖礦物，單斜輝石在各個(gè)巖相均有存在，斜方輝石主要分布在角閃橄欖巖相和輝石橄欖巖相。在角閃橄欖巖相和輝石橄欖巖相中，斜方輝石和單斜輝石常呈自形—他形粒狀以堆晶礦物[圖3(a)]或充填于橄欖石晶間[圖3(b)、(c)]的形式產(chǎn)出，有時(shí)呈巨大晶體包裹粒度較小的橄欖石[圖3(d)、(e)]；在輝長(zhǎng)巖相中，單斜輝石與自形程度相近的斜長(zhǎng)石構(gòu)成輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu)[圖3(f)]。斜方輝石邊緣常被角閃石和單斜輝石交代形成反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)，主要發(fā)生蛇紋石化、滑石化和透閃石化蝕變；單斜輝石邊緣和表面常被角閃石交代形成反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)或補(bǔ)丁狀結(jié)構(gòu)，主要發(fā)生透閃石化、纖閃石化和綠泥石化蝕變。

3 分析方法

本次研究樣品主要采自東天山圖拉爾根鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體P-11勘探線ZK1106鉆孔和P-13勘探線ZK1307鉆孔，樣品均制備成0.05 mm厚的探針片。輝石主量元素分析在長(zhǎng)安大學(xué)成礦作用及其動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室電子探針室采用日本電子生產(chǎn)的JXA-8100型電子探針儀完成。測(cè)試條件為：加速電壓15 kV，電流10 nA，分析束斑直徑約1 μm，檢測(cè)限0.01%。輝石稀土、微量元素分析在長(zhǎng)安大學(xué)成礦作用及其動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室LA-ICPMS室完成，分析儀器為美國(guó)Analyte Excite型準(zhǔn)分子激光器和美國(guó)安捷倫7700E型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)。測(cè)試條件為：激光波長(zhǎng)193 nm，激光剝蝕半徑50 μm，激光脈沖5 Hz，能量密度5.9 J·cm-2，檢測(cè)限小于41×10-6。

底圖引自文獻(xiàn)[23]，有所修改圖2 圖拉爾根鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體地質(zhì)簡(jiǎn)圖及P-11勘探線剖面Fig.2 Geological Sketch Map and Section of P-11 Exploration Line of Tulargen Mafic-ultramafic Intrusion

Ol為橄欖石；Cpx為單斜輝石；Opx為斜方輝石；Pl為斜長(zhǎng)石；Amp為角閃石圖3 巖石顯微照片F(xiàn)ig.3 Photomicrographs of Rocks

4 結(jié)果分析

4.1 主量元素

東天山圖拉爾根鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體輝石主量元素成分及計(jì)算的陽(yáng)離子數(shù)和端元組分見(jiàn)表1。其中，斜方輝石中SiO2含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)為53.39%～58.45%，MgO為29.57%～31.83%，CaO為0.32%～1.38%，F(xiàn)eO為9.05%～12.65%，TiO2為0.00%～0.78%，Al2O3為0.53%～2.42%，Na2O為0.00%～0.08%，Cr2O3為0.06%～0.63%；單斜輝石中SiO2含量為49.89%～53.62%，MgO為15.55%～17.87%，CaO為20.26%～21.60%，F(xiàn)eO為3.77%～5.33%，TiO2為0.42%～1.95%，Al2O3為2.30%～4.44%，Na2O為0.20%～0.55%，Cr2O3為0.62%～1.40%，總體表現(xiàn)出低Ti、Al、Na特征。角閃橄欖巖相、輝石橄欖巖相和輝長(zhǎng)巖相中單斜輝石的Mg#平均值分別為86.95、86.87、86.30，隨著巖石基性程度降低，略有下降趨勢(shì)。角閃橄欖巖相和輝石橄欖巖相中輝石的成分非常接近；與它們相比，輝長(zhǎng)巖相中單斜輝石的SiO2、CaO、Cr2O3含量略低，F(xiàn)eO含量略高，Al2O3含量變化不大(表1)。

根據(jù)Morimoto的輝石分類命名方案[24]，圖拉爾根巖體中斜方輝石種屬為古銅輝石(Wo牌號(hào)為0.61～2.72，En牌號(hào)為79.82～84.34，F(xiàn)s牌號(hào)為13.89～19.39)，單斜輝石種屬為透輝石和頑透輝石(Wo牌號(hào)為42.25～45.92，En牌號(hào)為46.55～51.20，F(xiàn)s牌號(hào)為6.28～8.96)(圖4)。與覺(jué)羅塔格構(gòu)造帶的同類巖體[15-17]相比，圖拉爾根巖體斜方輝石和單斜輝石En牌號(hào)的變化范圍較小，表明該巖體巖漿分異程度較低。

OPX表示斜方輝石；CPX表示單斜輝石；底圖引自文獻(xiàn)[24]圖4 輝石分類圖解Fig.4 Classification Diagram of Pyroxenes

表1 輝石電子探針?lè)治鼋Y(jié)果Tab.1 Electron Microprobe Analysis Results of Pyroxenes

4.2 稀土、微量元素

東天山圖拉爾根鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體角閃橄欖巖相和輝石橄欖巖相中斜方輝石的稀土元素總含量較低(表2)，為(2.14～5.14)×10-6，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式相似，輕、重稀土元素含量之比(LREE/HREE)為0.11～0.22，輕稀土元素虧損，重稀土元素富集，為左傾型[圖5(a)]，表明樣品為同一巖漿來(lái)源。斜方輝石的微量元素含量較單斜輝石低，多小于原始地幔，原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖為左傾型[圖5(b)]，大離子親石元素(Ba、Th、Sr)虧損，高場(chǎng)強(qiáng)元素(Zr、Hf、HREE)富集。

單斜輝石的稀土元素總含量相對(duì)較高(表3)。其中，輝長(zhǎng)巖相中單斜輝石的稀土元素總含量為(23.02～41.53)×10-6，平均值為30.65×10-6；角閃橄欖巖相和輝石橄欖巖相中單斜輝石的稀土元素總含量分別為(18.67～43.31)×10-6和(15.72～38.38)×10-6，平均值分別為27.97×10-6和25.02×10-6。各巖相中單斜輝石的稀土元素配分模式均比較相似[圖5(c)]，輕稀土元素較重稀土元素明顯虧損，整體表現(xiàn)為兩端輕、重稀土元素虧損，中間中稀土元素略富集的微弱上凸弧形，表明樣品是從同一母巖漿中結(jié)晶出來(lái)的，中稀土元素富集可能是單斜輝石富Ca的緣故。此外，在輝長(zhǎng)巖相中有一個(gè)單斜輝石數(shù)據(jù)明顯異常，稀土元素總含量高達(dá)87.66×10-6，輕、重稀土元素含量之比為4.77，輕稀土元素明顯富集，這可能是后期流體作用引起的[25]。大部分單斜輝石(輝長(zhǎng)巖相中異常輝石除外)的大離子親石元素(Rb、Ba、Sr)虧損，而高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nd、Y、HREE)較為富集[表3、圖5(d)]，與新疆北山地區(qū)坡北巖體單斜輝石的微量元素特征[26]非常相似。大離子親石元素虧損表明巖體可能來(lái)源于虧損地幔[8]，Nb/Ta值和Zr/Hf值顯示分餾明顯，Nb和Zr顯示負(fù)異常，Ta和Hf具有弱的正異常，這與它們?cè)趩涡陛x石和玄武巖熔體間的分配系數(shù)相符，表明其主要經(jīng)歷了結(jié)晶分異作用。輝長(zhǎng)巖相中異常單斜輝石的微量元素蛛網(wǎng)圖呈“M”型[圖5(d)]，大離子親石元素相對(duì)富集，是遭受交代作用改造的結(jié)果[25]。

表2 斜方輝石微量元素分析結(jié)果Tab.2 Analysis Results of Trace Elements of Orthopyroxenes

5 討 論

5.1 礦物結(jié)晶條件

分析巖漿結(jié)晶的溫度(T)和壓力(P)對(duì)成礦作用及成礦過(guò)程研究具有重要意義。Putrika對(duì)使用廣泛且適用于鎂鐵質(zhì)體系(單斜輝石Mg#值高于0.75)的Brey等提出的二輝石溫度計(jì)[27]和Bertrand 等提出的二輝石壓力計(jì)[28]進(jìn)行了全球回歸校正，校正后二輝石溫壓計(jì)的計(jì)算精度明顯提高，公式詳見(jiàn)文獻(xiàn)[29]。計(jì)算得到的圖拉爾根巖體輝石結(jié)晶溫度為978 ℃～1 059 ℃(表4)，與早期柯君君得到的輝石結(jié)晶溫度(1 050 ℃～1 170 ℃)[20]比較相近，和黃山東、香山、白石泉等巖體的輝石結(jié)晶溫度[13,15,30]也相差不大。計(jì)算得到的輝石結(jié)晶壓力(除兩個(gè)數(shù)據(jù)為7.43 kbar和8.04 kbar外)主要為0.71～4.80 kbar(表4)，倪志耀研究認(rèn)為黃山東巖體輝石的結(jié)晶壓力為0.58～10.58 kbar[13]，馮延清等計(jì)算得出圪塔山口、香山、黃山和黃山東等巖體輝石的平均結(jié)晶壓力為3.1～3.3 kbar[17]。綜上所述，本次估算的輝石結(jié)晶溫度和壓力基本可以代表輝石結(jié)晶時(shí)的溫壓參數(shù)。圖拉爾根巖體具有單期巖漿多次脈動(dòng)貫入的特征[31]，至少存在兩個(gè)巖漿房[32]，個(gè)別輝石結(jié)晶壓力較大，推測(cè)其可能在深部巖漿房或巖漿上侵過(guò)程中就已陸續(xù)進(jìn)行結(jié)晶。

表3 單斜輝石微量元素分析結(jié)果Tab.3 Analysis Results of Trace Elements of Clinopyroxenes

ws為樣品含量；wc為球粒隕石含量；wp為原始地幔含量；同一圖中相同線條對(duì)應(yīng)不同樣品；底圖引自文獻(xiàn)[37]圖5 輝石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.5 Chondrite-normalized REE Patterns and Primitive Mantle-normalized Trace Element Spider Diagrams of Pyroxenes

表4 輝石結(jié)晶溫度和壓力Tab.4 Crystallization Temperatures and Pressures of Pyroxenes

5.2 巖漿來(lái)源及性質(zhì)

5.2.1 母巖漿性質(zhì)

前人對(duì)圖拉爾根巖體的母巖漿性質(zhì)已經(jīng)進(jìn)行了部分研究。在巖石系列劃分SiO2-全堿圖解上，樣品落在亞堿性玄武巖區(qū)，在AFM圖解上，樣品又全部落入拉斑玄武巖區(qū)，表明圖拉爾根巖體屬于亞堿性拉斑玄武巖系列[4]；橄欖石成分及巖石鉑族元素特征也證實(shí)其母巖漿為高鎂玄武巖[4,6]。單斜輝石成分也可以從一定程度上限定母巖漿的成分特征[33-36]。圖拉爾根巖體單斜輝石和斜方輝石均具低 Al、Ti、Na特征。在單斜輝石SiO2-Na2O-TiO2圖解(圖6)中，樣品位于拉斑玄武巖系列，在單斜輝石SiO2-Al2O3圖解(圖7)中，樣品位于亞堿性系列區(qū)域，這表明巖體母巖漿為亞堿性拉斑玄武質(zhì)巖漿，這同在薄片鑒定過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的斜方輝石與單斜輝石共生等拉斑玄武巖特征相一致。綜上所述，圖拉爾根巖體的母巖漿為亞堿性拉斑玄武質(zhì)巖漿。

底圖引自文獻(xiàn)[35]圖6 單斜輝石SiO2-Na2O-TiO2圖解Fig.6 Diagram of SiO2-Na2O-TiO2 of Clinopyroxenes

底圖引自文獻(xiàn)[36]圖7 單斜輝石SiO2-Al2O3圖解Fig.7 Diagram of SiO2-Al2O3 of Clinopyroxenes

5.2.2 巖漿源區(qū)

實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)表明含水和無(wú)水的玄武質(zhì)巖漿具有不同的演化軌跡，單斜輝石和斜長(zhǎng)石的結(jié)晶順序由巖漿含水量控制，即富水巖漿中單斜輝石結(jié)晶早于斜長(zhǎng)石，貧水巖漿中斜長(zhǎng)石結(jié)晶早于單斜輝石[38-39]。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)圖拉爾根巖體中單斜輝石結(jié)晶早于斜長(zhǎng)石，表明巖漿形成于富水環(huán)境。高壓條件下無(wú)水的玄武質(zhì)巖漿中輝石也可能會(huì)提前結(jié)晶，但這需要高于0.5～0.8 GPa的壓力環(huán)境[40]，而圖拉爾根巖體的結(jié)晶壓力多小于該壓力。此外，巖體中含有豐富的原生角閃石和黑云母，說(shuō)明巖漿形成于富水環(huán)境(如島弧玄武質(zhì)巖漿)[41]。前人研究表明，無(wú)水環(huán)境下單斜輝石類質(zhì)同象置換方式為ⅥMgⅣSi2?ⅥTiⅣAl2，而在富水環(huán)境下為ⅥMgⅣSi2?ⅥFe3+ⅣAl[42-43]，因此，單斜輝石的Al/Ti值可以用來(lái)識(shí)別造山帶俯沖板片交代作用。一般來(lái)說(shuō)，與弧有關(guān)的玄武巖中單斜輝石Al/Ti值高于與裂谷有關(guān)的玄武巖中單斜輝石。根據(jù)單斜輝石AlZ(占據(jù)單斜輝石四面體位置的ⅣAl)與Ti(占據(jù)單斜輝石八面體位置的Ti)之間的關(guān)系(圖8)可以看出，圖拉爾根巖體顯示出與弧有關(guān)的趨勢(shì)。東天山含Cu、Ni的鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體成巖年齡主要集中于270～300 Ma[10-11]，顯示在早二疊世有一次大規(guī)模的幔源巖漿侵入，該時(shí)期大洋俯沖已經(jīng)停止，而轉(zhuǎn)為碰撞造山晚期的馳張伸展階段[3,44]。由于碰撞造山作用，早期俯沖板片拆沉進(jìn)入地幔源區(qū)熔融，形成類似于島弧的玄武質(zhì)巖漿，巖漿源區(qū)可能繼承了島弧巖漿的某些特征[2]。結(jié)合巖體的元素地球化學(xué)和Nd、Sr、Pb等同位素地球化學(xué)研究[4,41]，認(rèn)為圖拉爾根巖體是被俯沖板片交代過(guò)的虧損地幔發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物。

底圖引自文獻(xiàn)[42]圖8 單斜輝石AlZ-TiO2圖解Fig.8 Diagram of AlZ-TiO2 of Clinopyroxenes

5.2.3 地幔熔融程度

橄欖巖中各礦物含量以及礦物(尤其是單斜輝石)的主量、微量元素組成反映陸下巖石圈地幔的飽滿、難熔性質(zhì)[45]，如橄欖石Fo牌號(hào)，單斜輝石和尖晶石Cr#值，單斜輝石Al、Yb含量等參數(shù)均可反映地幔熔融程度。隨著地幔部分熔融程度的升高，高度不相容元素豐度急劇下降，因?yàn)樗鼈冊(cè)诓糠秩廴诤偷蒯＝淮^(guò)程中具強(qiáng)烈活動(dòng)性，而Y和重稀土元素在部分熔融和地幔交代過(guò)程中是相對(duì)不活動(dòng)組分，所以能夠較好地反映部分熔融程度。對(duì)于橄欖巖的部分熔融而言，一般分離部分熔融相比于批次部分熔融更接近實(shí)際情況，因此，本文采用分離熔融模型來(lái)估算巖體的部分熔融程度。其表達(dá)式[45]為

Ccpx=(C0/Xcpx)(1-F)1/DcpxXcpx-1

(1)

式中：Ccpx為殘留單斜輝石中某元素的含量；C0為源巖中某元素的初始含量；Xcpx為源巖中單斜輝石含量，公式中取0.2；Dcpx為單斜輝石中某元素在結(jié)晶相/液相中的分配系數(shù)；F為部分熔融程度。

根據(jù)圖拉爾根巖體同位素地球化學(xué)特征[4,8,41]，選擇虧損地幔端元N-MORB組分(Y含量為28×10-6，Yb含量為3.05×10-6)[37]作為源巖，Y和Yb的Dcpx值分別為0.42、0.40。模擬計(jì)算的結(jié)果在YbN-YN圖解(圖9)中可以看出，巖體主要經(jīng)歷了13%～20%的部分熔融。此外，本文還利用橄欖石Fo牌號(hào)來(lái)判斷巖體的部分熔融程度。圖拉爾根巖體橄欖石Fo牌號(hào)為81.6～84.3，從而得到母巖漿中MgO含量為11.47%[6]；利用母巖漿中MgO含量(w(MgO)melt)來(lái)估算部分熔融程度的公式為F=0.0324 9w(MgO)melt-0.234[46]；計(jì)算得出巖體的部分熔融程度為13.9%。綜上所述，圖拉爾根巖體主要經(jīng)歷了13%～20%的部分熔融作用。

w(·)N為元素含量原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化后的值；圖中百分?jǐn)?shù)代表巖體的部分熔融程度圖9 單斜輝石YbN-YN圖解Fig.9 Diagram of YbN-YN of Clinopyroxenes

5.3 結(jié)晶分異和地殼混染

圖拉爾根巖體角閃橄欖巖相和輝石橄欖巖相中單斜輝石和斜方輝石的礦物化學(xué)組分(主量、微量元素)均變化不大，表明這兩個(gè)巖相的巖漿分異程度整體較低，與野外觀察到的兩個(gè)巖相局部呈漸變接觸的現(xiàn)象是一致的。輝長(zhǎng)巖相中單斜輝石Mg#值和CaO含量有所降低，F(xiàn)eO含量略為增大，符合拉斑玄武巖從富Mg向富Fe的演化趨勢(shì)。此外，輝長(zhǎng)巖相中Cr2O3含量具有降低的趨勢(shì)，這可能是因?yàn)橄鄬?duì)于其他金屬陽(yáng)離子，Cr3+具有最高的晶體場(chǎng)穩(wěn)定化能[47]，使得 Cr3+優(yōu)先進(jìn)入先期結(jié)晶的輝石中。同一母巖漿隨著結(jié)晶分異作用的進(jìn)行，由于稀土元素在單斜輝石和熔體之間的分配系數(shù)低于1，殘余巖漿中的稀土元素總含量將會(huì)增加，所以后結(jié)晶的礦物比先結(jié)晶的礦物含有更高的稀土元素總含量，輝長(zhǎng)巖相中單斜輝石的稀土元素總含量較角閃橄欖巖相和輝石橄欖巖相略高，也表明輝長(zhǎng)巖后結(jié)晶。

輝石中的Al組分主要受巖漿中的αAl2O3、αSiO2及其他高價(jià)陽(yáng)離子(Fe3+、Cr3+、Ti4+)影響[48]，而高價(jià)陽(yáng)離子含量主要受到Al替代Si時(shí)電價(jià)平衡的控制，由于其含量較少，不會(huì)對(duì)Al含量產(chǎn)生明顯影響。在超鎂鐵質(zhì)巖體中橄欖石的大量結(jié)晶使得母巖漿中SiO2含量急劇上升，至晚期單斜輝石結(jié)晶時(shí)αSiO2較高，其Al2O3含量則會(huì)明顯降低。圖拉爾根巖體角閃橄欖巖相和輝石橄欖巖相中單斜輝石的SiO2含量較高，這兩個(gè)巖相中斜方輝石的大量出現(xiàn)也指示巖漿體系SiO2過(guò)飽和，而輝長(zhǎng)巖相中單斜輝石的Al2O3含量沒(méi)有明顯的降低趨勢(shì)，這些都無(wú)法通過(guò)巖漿正常結(jié)晶演化來(lái)解釋。前人研究表明，圖拉爾根巖體混染了部分地殼物質(zhì)[49]；Ta、Th、Yb等微量元素及S、Sr、Nd等同位素的定量模擬結(jié)果表明，巖體在上升過(guò)程中經(jīng)歷了低于5%的地殼物質(zhì)混染[4,8,41]。因此，推測(cè)角閃橄欖巖相和輝石橄欖巖相中的單斜輝石具有較高的SiO2含量，可能是富硅地殼物質(zhì)混染所致，而輝長(zhǎng)巖相中的單斜輝石具有較高的Al2O3含量，推測(cè)是巖漿演化過(guò)程中富鋁圍巖發(fā)生混染的結(jié)果。

世界級(jí)銅鎳硫化物礦床研究表明，巖漿型銅鎳硫化物礦床形成的關(guān)鍵在于巖漿中的S元素達(dá)到飽和并與親銅元素結(jié)合形成硫化物，隨后硫化物熔體從硅酸鹽巖漿中熔離出來(lái)，在一定空間內(nèi)與足夠的硅酸鹽巖漿混合使親銅元素品位提高，并保存于合適的空間[50-51]。在巖漿演化過(guò)程中，橄欖石、鉻鐵礦、輝石等富鐵礦物的結(jié)晶將造成巖漿中FeO含量降低、SiO2含量升高，從而促使巖漿中S元素溶解度降低并達(dá)到飽和。圖拉爾根巖體雖然經(jīng)歷了一定的結(jié)晶分異作用，但分異程度不高，因此，結(jié)晶分異作用不是形成圖拉爾根巖漿硫化物礦床的唯一條件。Irvine通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究證明，富SiO2物質(zhì)的加入可使巖漿中S元素溶解度降低[52]。角閃橄欖巖相和輝石橄欖巖相受到過(guò)富硅地殼物質(zhì)的混染，這對(duì)促使S元素溶解度降低并達(dá)到飽和非常有利，因此，富硅地殼物質(zhì)的混染可能是圖拉爾根巖體發(fā)生硫化物熔離的關(guān)鍵因素。

6 結(jié) 語(yǔ)

(1)東天山圖拉爾根鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體母巖漿為亞堿性拉斑玄武質(zhì)巖漿，是被俯沖板片交代過(guò)的虧損地幔發(fā)生13%～20%部分熔融的產(chǎn)物。

(2)輝石溫壓計(jì)算表明其結(jié)晶溫度為978 ℃～1 059 ℃，結(jié)晶壓力主要為0.71～4.80 kbar。

(3)圖拉爾根巖體巖漿的結(jié)晶分異程度整體偏低，其中輝長(zhǎng)巖相的結(jié)晶程度較角閃橄欖巖相和輝石橄欖巖相略高；巖漿上升過(guò)程中角閃橄欖巖相和輝石橄欖巖相可能受到富硅地殼物質(zhì)的混染，而輝長(zhǎng)巖相可能受到富鋁圍巖的混染。巖漿結(jié)晶分異作用和富硅地殼物質(zhì)的混染作用是引起圖拉爾根巖體發(fā)生硫化物熔離的重要因素。

野外工作得到哈密和鑫礦業(yè)有限公司惠衛(wèi)東總工程師、永文富及吳健工程師的大力支持，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)曹曉峰副教授在野外和室內(nèi)工作給予了不少幫助，輝石溫壓計(jì)算得到了中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)陳志軍副教授的幫助，在此一并表示感謝！