東天山壟西鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖地球化學特征及成礦潛力分析

米寶昕 李平 靳劉圓 王洪剛 王曉晨

摘? 要：東天山二疊紀鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖發(fā)育一系列銅鎳硫化物礦床，近年來沙壟以西地區(qū)銅鎳礦床的發(fā)現(xiàn)，大大提高了該地區(qū)鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖的關(guān)注度。壟西巖體主要由橄欖輝長巖和輝長巖組成，通過LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年，獲得橄欖輝長巖成巖年齡為（288.9±1.8）Ma（n=16，MSWD=2.3），與東天山典型銅鎳礦成巖成礦時代一致。巖石地球化學特征顯示，源區(qū)主體為虧損地幔，可能遭少量俯沖流體改造的富集巖石圈地幔組分加入或地殼物質(zhì)混染作用。由于同化混染作用較弱，可能僅在深部經(jīng)部分硫化物熔離作用，關(guān)鍵成礦指標與區(qū)域上典型銅鎳礦存在明顯差異，不同程度制約了成礦潛力，巖體淺部找礦難度較大。

關(guān)鍵詞：東天山;年代學;鎂鐵-超鎂鐵質(zhì);成礦潛力

東天山鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖主要沿康古爾-黃山深大斷裂產(chǎn)出，從東到西依次有圖拉爾根、葫蘆、黃山東、黃山南、香山、二紅洼、土墩等典型含礦巖體（圖1）。前人通過礦物學、巖石學、巖石地球化學、同位素年代學等進行了巖石成因、成巖成礦時代、地球動力學背景及成礦作用過程等的研究[1-7]。近年來，新疆地勘單位在開展化探異常查證工作中，在沙壟以西地區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)白鑫灘、路北、月牙灣等銅鎳礦[8-12]，規(guī)模達中型，大大拓寬了東天山銅鎳礦的找礦空間。壟西巖體為新識別的鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖，具較高鎳異常，研究工作尚屬空白。本次在礦物學、巖石學和地球化學、同位素年代學等研究基礎(chǔ)上，厘定成巖時代，分析巖漿源區(qū)性質(zhì)和巖漿演化過程，并與區(qū)域上典型含礦巖體進行對比，初步探討其成巖成礦作用過程及找礦前景，為東天山沙壟以西地區(qū)尋找銅鎳硫化物礦床提供理論依據(jù)。

1? 地質(zhì)概況

壟西巖體位于新疆哈密市南湖鄉(xiāng)西南側(cè)，大地構(gòu)造位置屬康古爾-黃山韌性剪切帶，位于康古爾大斷裂南側(cè)，原1∶5萬地質(zhì)圖中標為二疊紀輝綠巖。該巖體處于地勢相對低洼處，呈NW向展布，平面形態(tài)呈橢圓狀，長約500 m，寬約400 m，出露面積約0.12 km2。巖體邊部為灰色蝕變細粒輝長巖，主要礦物為斜長石和普通輝石，少量金屬礦物和磷灰石。斜長石呈半自形板狀，多被簾石化、絹云母化，部分可見聚片雙晶，普通輝石呈半自形柱狀，分布于斜長石間，次閃石化、綠泥石化明顯;金屬礦物呈半自形-他形粒狀。中部為灰、灰綠色中細粒蝕變橄欖輝長巖，主要礦物為斜長石（81%），次為橄欖石（9%）、普通輝石（7%）和斜方輝石（2%），少量金屬礦物和磷灰石，斜長石牌號為拉長石，呈自形-半自形板狀、長板狀，常見聚片雙晶，部分泥化、絹云母化;普通輝石呈半自形柱狀，斜方輝石呈半自形柱粒狀，分布于普通輝石或橄欖石間;橄欖石為半自形粒狀，多呈聚粒狀分布于斜長石間。巖石總體具球形風化特征，地表呈殘塊狀斷續(xù)分布。

2? 分析方法

橄欖石電子探針微區(qū)分析測試工作在新疆礦產(chǎn)實驗研究所完成，使用儀器為日本電子JXA-8230型電子探針分析儀，重點開展了背散射電子成像觀察及成分的定量分析。工作條件：加速電壓15 kv，電子束流為1×10-8A，電子束半徑1 μm。主量元素、稀土元素、微量元素分析在北京國家地質(zhì)實驗測試中心完成，其中主量元素采用X射線熒光光譜儀（PW4400），分析精度優(yōu)于1%，檢測方法據(jù)GB/T14506.28-2010;稀土和微量元素利用等離子質(zhì)譜儀（PE300D）進行測定，分析精度優(yōu)于5%～10%，檢測方法據(jù)DZ/T0223-2001。LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb定年測試分析在中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所MC-ICP-MS實驗室完成，定年分析儀器為Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及與之配套的Newwave UP 213激光剝蝕系統(tǒng)。激光剝蝕所用斑束直徑為25 μm，以He為載氣。對鋯石標準的定年精度和準確度在1%（2σ）左右，鋯石U-Pb定年以鋯石GJ-1為外標，U，Th含量以鋯石M127為外標進行校正。測試過程中每測定5～7個樣品前后重復測定兩個鋯石GJ-1對樣品進行校正，并測量一個鋯石Plesovice，觀察儀器狀態(tài)以保證測試精確度。數(shù)據(jù)處理采用ICPSDataCal程序[13]，鋯石年齡諧和圖據(jù)Isoplot 3.0程序獲得[14]。

3? 測試結(jié)果

3.1? U-Pb年代學

壟西巖體橄欖輝長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年見表1。鋯石以短柱及長柱狀晶形為主，自形晶，具震蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)（圖2），Th/U比值1.4～6.2，具巖漿結(jié)晶鋯石特征。普通鉛校正后，橄欖輝長巖16個點均為有效數(shù)據(jù)。諧和年齡為（289.0±0.8）Ma （n=16，MSWD=5.1），206Pb/238U加權(quán)平均年齡為（288.9±1.8）Ma（n=16，MSWD=2.3）（圖3），分析數(shù)據(jù)位于諧和線上，鋯石年齡代表橄欖輝長巖結(jié)晶年齡。

3.2? 礦物化學特征

壟西橄欖輝長巖中橄欖石多呈半自形粒狀或渾圓粒狀，晶體大小在0.2～0.5 mm，裂理較發(fā)育，有些已遭蛇紋石化蝕變。橄欖石中高Fo含量，表明其為原始巖漿在深部巖漿房中結(jié)晶產(chǎn)物，低Fo含量反映其為原始巖漿在深部巖漿房中經(jīng)分離結(jié)晶作用后形成的演化巖漿產(chǎn)物。據(jù)電子探針分析結(jié)果（表2），壟西橄欖輝長巖中Fo介于63%～65%，橄欖石中NiO介于0.05%～0.21%。在Fo-NiO圖解上（圖4），部分點落在正常范圍之外，說明可能深部發(fā)生過硫化物的熔離作用[15]。

3.3? 主量元素

本次分析的6件樣品巖石地球化學分析結(jié)果見表3。橄欖輝長巖與輝長巖具有相似的巖石地球化學特征，其中SiO2介于51.04%～51.63%，MgO為6.66%～7.63%，Al2O3為18.91%～19.70%，CaO為8.85%～9.38%，（Na2O+K2O）介于3.89%～4.45%。在巖石化學判別圖解中（圖5）[16-18]，數(shù)據(jù)點全部落入亞堿性系列，主要屬銅鎳硫化物系列，與區(qū)域上黃山、葫蘆銅鎳礦屬銅鎳系列、尾亞釩鈦磁鐵礦屬釩鈦系列的認識一致。

3.4? 稀土和微量元素

巖石稀土總量變化較小，ΣREE介于53.16×10-6～60.62×10-6，平均56.99×10-6，具有較高的輕重稀土元素比值（LREE/HREE=3.13～3.50），LaN/YbN=3.12～3.61，表明輕重稀土元素分餾較強，δEu值變化于1.18～1.24，具有弱的銪正異常。稀土元素分布模式總體呈平行簇狀分布，暗示為同源巖漿演化結(jié)果（圖6-a）。蛛網(wǎng)圖分布模式為平行簇狀（圖6-b），富集大離子親石元素Cs，Rb，Ba，Sr，高場強元素Nb，Ta，Ti等明顯虧損。

4? 討論

4.1? 成巖年齡及意義

東天山地區(qū)與二疊紀鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體有關(guān)的大中型巖漿銅鎳硫化物型礦床主要為黃山、黃山東、黃山南、圖拉爾根、香山和葫蘆等，成巖成礦時代主要集中在270～285 Ma[2-5，7-11]，即早二疊世，個別礦區(qū)輝長巖為晚石炭世[6]。本次研究獲得壟西橄欖輝長巖的成巖年齡為（288.9±1.8）Ma，表明成巖時代為早二疊世。從成巖年齡來看，壟西巖體與區(qū)域上已知大中型銅鎳礦床的成巖成礦時代一致，該時期繼晚石炭世碰撞造山擠壓環(huán)境之后，由于構(gòu)造應(yīng)力釋放，在碰撞后弛張伸展構(gòu)造事件作用下，上地幔含銅鎳鎂鐵質(zhì)巖漿沿區(qū)域性張性斷裂上涌，在分離結(jié)晶作用和同化混染作用下達到巖漿硫飽和，使銅鎳從硅酸熔漿中熔離出，在巖漿底部或邊部成礦，巖漿作用晚期部分會形成貫入式礦體。

4.2? 源區(qū)特征

不同元素在不同礦物中相容性不同，隨結(jié)晶作用的進行，殘余巖漿逐漸富集早期結(jié)晶相中的不相容元素，虧損早期結(jié)晶相中的相容元素，即巖漿在結(jié)晶過程中元素豐度會隨之變化，但總分配系數(shù)相同或很相近的元素比值不會因結(jié)晶作用改變。因此，總分配系數(shù)相同或很相近、對同化混染作用敏感的元素比值間的協(xié)變關(guān)系，可檢驗同化混染作用是否存在。在Zr-Nb相關(guān)性圖中，壟西巖體樣品落入虧損型地幔和過渡型地幔交界區(qū)（圖7-a），說明巖漿源區(qū)為虧損地幔，可能遭地殼物質(zhì)的混染。Nb/Zr-Th/Zr相關(guān)圖顯示，巖漿源區(qū)可能存在流體俯沖改造作用（圖7-b）。由此可見，壟西巖體源區(qū)主體為虧損地幔，可能遭少量俯沖流體改造的富集巖石圈地幔組分加入或地殼物質(zhì)的混染。

4.3? 成礦潛力分析

通常世界上重要的巖漿銅鎳硫化物礦床的含礦巖體都經(jīng)歷了較高的分異作用，分異較弱的巖體往往不成礦或貧礦[20]。壟西巖體地表出露面積較小，巖體以輝長巖相為主，巖漿分異差。此外，形成巖漿銅鎳硫化物礦床巖體的原生巖漿均為高鎂拉斑玄武質(zhì)巖漿，在巖漿演化過程中普遍受到一定程度的同化混染，而壟西巖體原生巖漿為普通拉斑玄武巖，且?guī)r漿上升過程中同化混染作用較弱，因此，可能在深部經(jīng)歷了部分硫化物熔離作用。據(jù)巖體分布特征、巖石組合、地球化學等，判斷壟西巖體與該帶典型含礦巖體，關(guān)鍵成礦指標存在明顯差異，這可能不同程度制約了成礦潛力，加大了巖體淺部找礦難度。

5? 結(jié)論

（1） 壟西橄欖輝長巖成巖年齡為（288.9±1.8）Ma，與東天山典型銅鎳礦成巖成礦時代一致。

（2） 壟西巖體源區(qū)主體為虧損地幔，可能遭少量俯沖流體改造的富集巖石圈地幔組分加入或地殼物質(zhì)混染作用。

（3） 壟西巖體原生巖漿為普通拉斑玄武巖，巖漿上升過程中同化混染作用較弱，可能在深部經(jīng)部分硫化物熔離作用。關(guān)鍵成礦指標與區(qū)域上典型銅鎳礦存在明顯差異，不同程度制約了成礦潛力，使巖體淺部找礦難度加大。

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Geochemical Characteristics and Metallogenic Potential of the Mafic-ultramafic Rocks Form Longxi in the Eastern Tianshan Mountains

Mi Baoxin1， Li Ping2， Jin Liuyuan2

（1.The Geological Society of Xinjiang，Urumqi，Xinjiang，830046，China;2.Geological Survey Academy of Xinjiang，Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract： The Permian mafic-ultramafic rocks in the eastern Tianshan Mountains have developed a series of copper-nickel sulphide deposits，especially the discovery of copper-nickel deposits in Longxi area in recent years， which greatly improved the attention of the mafic-ultramafic rocks in this area.The Longxi rocks mainly consist of olive gabbro and gabbro.The diagenetic age of olive gabbro tested on zircon by LA-ICP-MS is （288.9±1.8）Ma （n=16，MSWD=2.3），which is consistent with the diagenesis and mineralization age of the typical copper-nickel deposit in the eastern Tianshan Mountains.The geochemical characteristics of the Longxi rocks indicate that the source is dominated by the depleted mantle，which may be affected by the mixing of crustal materials. Because of the assimilation and mixing effect is weak，it is possible that only part of sulfide is melted away in the deep part.The key metallogenic indicators are significantly different from the typical copper-nickel deposits in the region，which in varying degrees restricts the metallogenic potential and makes it difficult to find ore in the shallow part of the rocks.

Key words： Eastern Tianshan Mountains;Chronology;Mafic-ultramafic rocks;Metallogenic potential